[发明专利]一种罗茨转子型线设计方法

说明书

本发明公开了一种罗茨转子型线设计方法，包括阳罗茨转子和阴罗茨转子，阳罗茨转子包括转子本体和沿转子本体周向均布设置的叶型，单叶均相同并成一定角度，单叶型线关于轴线对称，单叶的一半部分线型由齿顶对滚圆弧AB、过渡圆弧BC、渐开线CD、圆弧包络线DE和齿底对滚圆弧EF构成，A、B、C、D、E、F均为相邻两段曲线的公切点，通过关于轴线对称变换获得完整的单叶型线，单叶型线通过角度变换获得完整的罗茨转子型线；与阳罗茨转子共轭的阴罗茨转子型线与阳罗茨转子型线完全相同。本申请的转子型线每段曲线均平滑过渡，无尖点，可保证啮合的平稳性，叶顶增加了与气腔等径的圆弧段，增强动静面之间的密封性，减少内泄漏，提高了罗茨泵的性能。

技术领域

本发明涉及及机械设备技术领域，特别是涉及一种罗茨转子型线设计方法。

背景技术

罗茨鼓风机和罗茨真空泵属于回转式压缩机械，因其无油压缩、抽速大、振动小、噪音低、运转可靠等优点广泛应用于食品、医药、化工、电子等多种领域，特别是近年来随着燃料电池技术的发展，罗茨真空泵逐渐拓广至氢气系统中的氢回流应用。罗茨泵一般由一对同步齿轮带动一对相互啮合转子进行同步异向旋转，再结合气缸完成抽气过程，因此转子的型线组成对于罗茨泵的性能至关重要。

常见罗茨转子通常为两叶或三叶形，其最具代表的型线有渐开线-销齿圆弧形、摆线形、圆弧线等三种，在此基础上可衍生出一些性能更加优良的罗茨转子型线。罗茨转子型线设计的合理性直接影响罗茨泵的性能，其中转子啮合的正确性保证罗茨泵运转可靠、面积利用系数决定气体运输时基圆容积大小、动静面之间的密封性影响内泄漏，最终导致罗茨泵的容积效率、抽速、压升等性能参数存在差异。

发明内容

本申请的目的在于如何提供一种罗茨转子型线设计方法，以解决现有技术中存在的罗茨泵面积利用系数低、动静面之间的密封性差等问题，提高罗茨泵的容积效率、抽速、压升等性能，且丰富了罗茨转子型线类型。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种罗茨转子型线设计方法，包括相互啮合且结构相同的阳罗茨转子和阴罗茨转子，所述阳罗茨转子包括转子本体和沿转子本体周向均布设置的叶型，所述叶型设置有至少z个单叶，叶型数z≥2且z为正整数，单叶均相同并成一定角度，单叶型线关于轴线对称，单叶的一半部分线型由齿顶对滚圆弧AB、过渡圆弧BC、渐开线CD、圆弧包络线DE和齿底对滚圆弧EF构成，A、B、C、D、E、F均为相邻两段曲线的公切点，通过关于轴线对称变换获得完整的单叶型线，单叶型线通过角度变换获得完整的罗茨转子型线；与阳罗茨转子共轭的阴罗茨转子型线与阳罗茨转子型线完全相同，阳罗茨转子型线旋转π/z的角度得到阴罗茨转子型线；

阳罗茨转子的齿顶对滚圆弧AB与阴罗茨转子的齿底对滚圆弧EF啮合，阳罗茨转子的过渡圆弧BC与阴罗茨转子的圆弧包络线DE啮合，阳罗茨转子渐开线CD与阴罗茨转子的渐开线CD啮合；

阳罗茨转子的节圆半径为r₁，阴罗茨转子的节圆半径为r₂，阳罗茨转子和阴罗茨转子同步啮合，啮合参数中传动比i＝r₁/r₂＝1，则阳罗茨转子和阴罗茨转子的节圆半径相等，即r₁＝r₂＝R_p，且中心距A＝r₁+r₂＝2R_p。

齿顶对滚圆弧AB满足下式：

圆心为中心点O₁，半径为R，方程为：

其中，t_ab∈(0,α₁)，D为转子直径，转子半径α₁为AB圆弧弧度。

过渡圆弧BC满足下式：

圆心为点O_bc，半径为r_bc，方程为：