專利名稱:螺桿泵的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種包括主轉子和多個從轉子的螺桿泵。
技術背景作為包括第一、第二和第三螺桿式轉子的螺桿泵的示例,JP1986-294178A (下文稱為"參考文獻1")公開一種螺桿泵,其包括 主轉子和兩個從轉子,主轉子容置于殼體中形成的主容置孔內,從轉子 分別容置于殼體中形成的以便與主容置孔平行的兩個從容置孔內。螺旋 形螺紋(即,螺旋形齒部和螺旋形槽部)各形成在主轉子和兩個從轉子。 各從轉子與主轉子嚙合,使得各從轉子被驅動而旋轉。通常,主容置孔的中心軸線和各從容置孔的中心軸線之間的距離、 主轉子的齒根圓直徑(螺紋齒根圓直徑)以及各從轉子的節圓直徑(螺 紋齒頂圓直徑)被設置成互相匹配。在這種條件下,理想的情況是,主 轉子的齒側面的沿垂直于主轉子軸線方向的方向截取的橫截面形狀是 沿從轉子邊緣所行過的外擺線形成的(即,通過從轉子的齒側面和螺紋 頂面之間的分界點)。外擺線可以被定義為一種特定類型的長短輻圓外 旋輪線。然而,在本文所附的描述中,術語"長短輻圓外旋輪線"不包 括"外擺線"的含義。進一步地,根據包括第一、第二和第三螺桿式轉子的公知螺桿泵, 上述三個尺寸(即,主容置孔的中心軸線和各從容置孔的中心軸線之間 的距離、主轉子的螺紋齒根圃直徑以及各從轉子的螺紋齒頂圓直徑)中 的每一個大致被確定為是主轉子的節圓直徑(螺紋齒頂圓直徑)的0.6 倍長,而各從轉子的齒根圃直徑(螺紋齒根圓直徑)被確定為大致是主 轉子的螺紋齒頂圓直徑的0.2倍長。再進一步地,作為包括主轉子和兩個從轉子的公知螺桿泵的另一個 示例,US7234925B2 (下文稱為"參考文獻2")公開一種螺桿泵,其中 上述尺寸(即,主容置孔和各從容置孔的中心軸線之間的距離、主轉子 的螺紋齒根圓直徑以及各從轉子的螺紋齒頂圓直徑)未被設置成互相匹配。具體而言,參考文獻2公開了各從轉子的螺紋齒根圓直徑優選被確 定為小于主轉子的螺紋齒頂圓直徑的長度的0.31倍。在這樣的條件下, 主轉子的齒側面沿垂直于主轉子的軸線方向的方向截取的橫截面形狀 是沿長短輻圓外旋輪線形成的。進一步地,主轉子的螺紋齒根圓直徑被 確定為比主轉子的軸線和從轉子的軸線之間的距離大。然而,根據參考文獻1,當從橫截面看時,由于采用外擺線作為主 轉子的齒側面將要沿其形成的理論線,所以在主轉子的齒側面和螺紋齒 根部之間的連接部形成轉角部。相應地,難以沿該理論線形成螺紋部。 具體而言,至少需在主轉子的齒側面和螺紋齒根部之間的連接部形成最 小轉角部R,并且這樣的轉角部R需相應形成在從轉子的邊緣。在這樣 配置的情況下,從轉子的齒側面形狀可能變得進一步不同于其理論形 狀。相應地,當主轉子和各從轉子互相嚙合時,在主轉子和各從轉子之 間產生的間隙變得更大,以致可能增加流體泄漏。進一步地,作為一種加工方式,已知輥軋成型加工在加工精度和加 工時間方面比切削(磨削)加工更有利。然而,根據參考文獻l,從轉 子的齒側面比連接從轉子的中心和邊緣的線更深地沿著其旋轉方向凹 進。因此,從轉子的齒側面形成為具有根切形狀。相應地,輥軋成型加 工不適合形成從轉子。再進一步地,由于從轉子的螺紋齒根圓直徑變小,從轉子的抵抗性 可能降低,特別是在減小螺桿泵的尺寸時。相應地,在通過輥軋成型加 工形成從轉子的情況下,從轉子的材料可能變形或損壞。由于這樣的情 況,轉子的加工方式可能因此受到限制。在如參考文獻2所公開的主轉子的螺紋齒根圓直徑被確定為大于主 容置孔和從容置孔的軸線之間的距離的情況下,主轉子的齒側面沿長短 輻圓外旋輪線形成,且主轉子的齒側面和螺紋齒根連續地(平穩地)互 相連接。相應地,從轉子的齒側面形狀接近理論線,從而可限制流體的 泄漏增加。然而,參考文獻2未公開這樣的轉子其從轉子包括不具有 根切形狀的齒側面且其適于通過輥軋成型加工來形成。因此需要一種包括適于通過輥軋成型加工來形成的轉子的螺桿泵。5發明內容根據本發明的一個方面,螺桿泵包括殼體、主轉子和多個從轉子。 殼體包括主容置孔和平行于主容置孔延伸并與主容置孔連通的多個從 容置孔。主轉子,其包括螺旋形齒部和沿螺旋形齒部形成的螺旋形槽部。 主轉子適于容置在主容置孔中以便以可旋轉方式由主容置孔支撐。每個 從轉子都包括螺旋形齒部和沿螺旋形齒部形成的螺旋形槽部。從轉子適 于分別容置在多個從容置孔中以便以可旋轉方式由從容置孔支撐。此 外,從轉子適于接合主轉子并適于在主轉子的旋轉作用的驅動下而旋 轉。主轉子的齒側面的沿垂直于主轉子的軸線方向的方向截取的橫截面 形狀是沿從轉子的邊緣所行過的長短輻圓外旋輪線形成的,而不包括根 切形狀。并且,各個從轉子的齒側面的沿垂直于從轉子的軸線方向的方成的,而不包括^^切形狀。進一步地,各從轉子的螺紋齒根圓直徑形成為等于或大于所述主轉子的螺紋齒頂圓直徑的長度的1/3倍。再進一步地,主容置孔和各個從容置孔之間的連接部處形成的轉角 邊緣的夾角確定為等于或大于30度。再進一步地,成立以下公式3c2+b2£a2;以及b《0.75s。其中,a表示主容置孔的中心軸線和各個從容置孔的中心軸線之間的距離,b表示主轉子的螺紋齒頂圓半徑,并且c表示從轉子的螺紋齒頂圓半徑。因此,由于滿足條件"3一+b^a2,,,所以從轉子的齒側面上不形成根 切。進一步地,由于滿足條件"b^0.75a",所以從轉子3的螺紋齒根圓 直徑被確定為等于或大于主轉子的螺紋齒頂圓直徑的長度的1/3倍。相 應地,獲得所述從轉子實際符合要求的抵抗性。進一步地,結合上述條 件,從轉子適于通過輥軋加工來形成。再進一步地,提高了從轉子的加 工精度并減少了從轉子的加工時間。進一步根據本發明的另一個方面,進一步成立以下公式b+0.9c^a。再進一步地,主轉子和各從轉子通過輥軋成型加工來形成。在b和c的總值(b+c)接近距離a的值的條件下,殼體的主容置 孔和各從容置孔之間的連接部處形成的轉角邊緣的夾角(交叉轉角角度)變得更窄,使得殼體的加工困難。然而,由于滿足條件"b+0.9c^a", 所以交叉轉角角度被設置成等于或大于30度。因此,所述殼體易于制 造。
本發明的前述和另外的特征和特點將通過以下參照附圖的詳細描 述而變得更加明顯,其中圖l是示出根據一個實施方式的螺桿泵的橫截面圖;圖2是所述螺桿泵沿圖1的線II-II截取的橫截面圖;以及圖3是示出主轉子和從轉子的軸線間的距離、所述主轉子的螺紋齒 頂圓半徑和所述從轉子的螺紋齒頂圓半徑之間關系的圖。
具體實施方式
下文將參照附圖描述本發明的一個實施方式。如圖1和圖2所示,螺桿泵主要包括殼體l、主轉子2和多個從轉 子3(根據該實施方式,有兩個從轉子3)。殼體1包括互相平行地延伸的主容置孔11和多個從容置孔12 (根 據該實施方式,有兩個從容置孔12)。容置孔11和12沿垂直于各自軸 向的方向分別具有大致圓形橫截面形狀。具體而言,主容置孔11位于 殼體l的中心位置,而從容置孔12位于主容置孔11的徑向兩側。主容 置孔11的內徑和各從容置孔12的內徑的總值被確定為大于在主容置孔 11的中心軸線和各從容置孔12的中心軸線之間限定的距離。相應地, 主容置孔11和各從容置孔12互相連通。進口 13形成在殼體1的一個 端部(一個軸向端部),而出口 14形成在殼體1的另一個端部(另一個 軸向端部)。操作流體適于經進口 13注入殼體1并經出口 14從殼體1 排出。主轉子2可旋轉地容置在殼體1的主容置孔11中。構造成具有螺旋 形齒部21和螺旋形槽部22的螺紋形成在主轉子2的一個軸向端部。具 體而言,螺旋形齒部21在殼體1的進口 13和出口 14之間限定的區域 形成在主轉子2,而螺旋形槽部22沿螺旋形齒部21形成在主轉子2。主轉子2的螺旋形齒部21的外周緣(即螺紋頂面)可滑動地接觸主容 置孔11的內周面。
驅動端部23形成在主轉子2的另一個軸向端部以便當組裝在殼體1 上時從其突出。諸如馬達這樣的驅動裝置與主轉子2的驅動端部23連 接,從而主轉子2通過該驅動裝置被驅動而旋轉。
進一步地,圓柱形(短圓柱形)軸頸部24在螺旋形齒部21 (即螺 旋形槽部22 )和驅動端部23之間限定的位置形成在主轉子2。主轉子2 可旋轉地被殼體1經由軸頸部24支承。殼體1在主轉子2的軸頸部24 定位的部分以大致密封的方式構成。從殼體1經形成在殼體1和軸頸部 24之間的小間隙排泄的操作流體由排泄回路收集。
如以下將描述的,主轉子2的齒側面25沿垂直于主轉子2的軸線 方向的方向截取的橫截面形狀是沿從轉子3的邊緣(即,各從轉子3的 齒側面34和螺紋頂面之間的分界點)所行過的長短輻圓外旋輪線形成 的。
從轉子3容置在從容置孔12中并分別可旋轉地由從容置孔12支承。 根據該實施方式,兩個從轉子3分別容置在兩個從容置孔12中。從轉 子3包括相同的結構。構造成具有螺旋形齒部31和螺旋形槽部32的螺 紋形成在各從轉子3的一個軸向端部。具體而言,螺旋形齒部31在殼 體1的進口 13和出口 14間限定的區域形成在各從轉子31上,而螺旋 形槽部32沿螺旋形齒部31形成在各從轉子3上。各從轉子3的螺旋形 齒部31的外周緣(螺紋頂面)可滑動地接觸相應的從容置孔12的內周 面.進一步地,圓柱形(短圓柱形)軸頸部33形成在各從轉子3的另 一個軸向端部并被殼體1可旋轉地支承。
如以下將描述的,各從轉子3的齒側面34沿垂直于其軸線方向截 取的橫截面形狀是沿主轉子2的邊緣(即,主轉子2的齒側面25和螺紋 頂面之間的分界點)所行過的長短輻圃外旋輪線形成的。
主轉子2的螺紋(螺旋形齒部21和螺旋形槽部22 )的螺旋方向與 從轉子3的螺紋(螺旋形齒部31和螺旋形槽部32 )的螺旋方向相反。 主轉子2的螺旋形齒部21配合到各從轉子3的螺旋形槽部32內,而各 從轉子3的螺旋形齒部31配合到主轉子2的螺旋形槽部22內。因此, 主轉子2和各從轉子3互相嚙合。進一步地,由于主轉子2被驅動裝置 驅動而旋轉,所以各從轉子3也隨著主轉子2的旋轉被驅動而旋轉。在如此構造的情況下,當主轉子2被驅動裝置驅動而沿著預定的旋 轉方向旋轉時,各從轉子3被驅動而沿著與主轉子2的旋轉方向相反的 方向旋轉。因此,由于主轉子2和從轉子3的旋轉,低壓操作流體注入 殼體1。操作流體充滿主轉子2的螺旋形槽部22和各從轉子3的螺旋形 槽部32并然后沿著主轉子2的軸線方向(從轉子3的軸線方向)流向 出口 14同時被加壓。因此,低壓操作流體注入殼體1并且加壓的操作 流體從其排出。
由于主轉子2的齒側面25和從轉子3的齒側面34各沿長短輻圓外 旋輪線形成,所以主轉子2和各從轉子3相對彼此移動,同時主轉子2 的邊緣與從轉子3的齒側面34接觸且從轉子3的邊緣與主轉子2的齒 側面25接觸。因此,封裝在各螺旋形槽部22和32中的操作流體從殼 體1排出而不會泄漏到鄰近的螺旋形槽部中。
下文將描述根據該實施方式的螺桿泵的特征。將主容置孔11和各從 容置孔12的中心軸線之間的距離定為距離a。將主轉子2的節圓半徑(螺 紋齒頂圓半徑)定為螺紋齒頂圓半徑b ,并且將從轉子3的節圓半徑(螺 紋齒頂圓半徑)定為螺紋齒頂圓半徑c。相應地,主轉子2的齒根圓半 徑(螺紋齒根圓半徑)通過將距離a減去螺紋齒頂圓半徑c獲得并表示 為"a-c"。進一步地,各從轉子3的齒根圓半徑(螺紋齒根圓半徑)通 過將距離a減去螺紋齒頂圓半徑b獲得并表示為"a-b"。根據公知的螺 桿泵,距離a、螺紋齒頂圓半徑b和螺紋齒頂圃半徑c的值的比例通常 被確定如下a-1.2b;且c=0.6b。在圖3中,橫坐標軸表示"b/a"而縱坐 標軸表示"c/a",并且如以下所述獲得的條件在圖3的曲線圖中示出。
首先,為了不在從該主轉子2的齒根圃上升(突出)的部分(即, 在主轉子2的齒側面25和齒根圓之間的連接部分)形成轉角部,齒側 面25沿長短輻圓外旋輪線形成。為了實現這樣的條件,主轉子2的螺 紋齒根圓半徑"a-c"被確定為大于距離a的值的一半。相應地,獲得條 件"a-Oa/2",即"c〈a/2"。在以下將描述的滿足其它必要條件的情形中, 獲得條件"a-Oa/2",即"c〈a/2"。
接下來將說明從轉子3的齒側面34不形成根切的條件。這里,在 XY坐標中,將從轉子3的螺紋齒根圓半徑的旋轉軸線定為對應于坐標 的原點,即(x, y) = (0, 0)。于是,在最薄的螺紋點"a-b,,被定在X 坐標上且參數e被賦以零值的條件下,將主轉子2的邊緣所行過的長短 輻圓外旋輪線的起始點表示如下(x, y) = ((a-b, 0)。于是,將獲得主轉子2的邊緣隨著參數e的變化(即,隨著主轉子2的旋轉)從起始
點(a-b, 0)所行過的長短輻圓外旋輪線的軌跡如下
進一步地,將獲得隨著參數e的變化所行過的長短輻圓外旋輪線的
軌跡的速度向量如下
不形成根切形狀的臨界條件,即從坐標原點至長短輻圓外旋輪線的 軌跡上的點的向量和速度向量被設置成平行的條件,將獲得如下
(a C036 -b , cos20)(a ,咖9 -2b ,咖28) =(a ' sin9 -b , sln28)(-a , sin白+2b , s'm28)。
因此,通過將三角函數公式代入上述公式獲得公式l如下 cose=(a2+2 b2)/(3ab)
這里,將獲得從坐標原點的距離值的平方如下
(a , cos9 -b , cos28)2+ (a , stn9 - b , sln26)2 =a2+b2-2ab(cos9cos29 + sfn8sin28) 一+b2一2ab co祐
進一步地,通過將公式l代入上述公式,獲得如下公式 32+ b2-2ab cos3
-a2+b2々ab ' (a3+2 . t>2) / (3ab)
再進一步地,為了從轉子3的齒側面34上不形成根切,從轉子3 的螺紋齒頂圓半徑c的平方被設置成小于通過上述公式所獲得的值。換
(x, y)=( a * cjos9 -b * cos20, a * sin6 4 ■ sin26)
s(-a sin9 +2b * sin26' a cos6 -2b , cos26)言之,公式c、(a、b2)/3,即公式"3一+b、a2,,,是不產生根切的必要條件和充分條件。在圖3中,線(1)表示不在從轉子3的齒側面34形成根切的臨界線(3c2+b2=a2),即如果(a, b, c)的值滿足公式"3c2+b2$a2"就不會在從轉子3的齒側面34形成根切。
根據US7234925B2,從轉子3的螺紋齒根圓直徑被設置成小于主轉子2的螺紋齒頂圓直徑的0.31倍。然而,為了確保從轉子3的抵抗性和易于通過輥軋成型加工來形成從轉子3,優選將從轉子3的螺紋齒根圓設置成更大.更具體而言,根據該實施方式,從轉子3的螺紋齒根圓直徑被確定為等于或大于主轉子2的螺故齒頂圓直徑的長度的1/3倍。根據距離a、主轉子2的螺紋齒頂圓半徑b和從轉子3的螺紋齒頂圓半徑c,將這樣的條件表示如下a-b^b/3。換言之,將通過公式"b^0.75a"獲得的值定為從轉子3的螺紋齒根圓直徑被確定為等于或大于主轉子2的螺紋齒頂圓直徑的長度的1/3倍的條件。在圖3中,線(2)表示公式"b-0.75a",即從轉子3的螺紋齒根圓直徑為主轉子2的螺紋齒頂圓直徑的1/3倍長的條件。
當值b和c相對小于距離a的值時滿足上述條件。然而,在b和c的總值(b+c)接近距離a的值的條件下,殼體1的主容置孔11和各從容置孔12之間的連接部處形成的轉角邊緣(銳邊)的夾角(下文將該角度稱為"交叉轉角角度,,)變得更窄,從而殼體l可能難以加工。
參照具有邊a、 b和c的三角形,形成在殼體1上的交叉轉角角度為正對該三角形的邊a的角的補角。根據余弦定理,將用于確保殼體l的交叉轉角角度等于或大于30度的必要條件和充分條件表示如下
進一步地,將確保槽深"b+c-a"等于或大于從轉子3的螺紋齒頂圓直徑c的長度的0.1倍的條件表示為"b+c-a^0.1c",即"b+0.9c&"。此中,當將(a, b, c)的值的相同組合代入各公式^-b2+一+,3'bG"和"b+0.9c-a"時,實際上從這兩個公式獲得大致相同的值。
具體而言,在圖3中,線(3)表示殼體1的交叉轉角角度為30度
ii的條件,即公式"a^b、一+^T;3'bc)"所表示的條件。進一步地,線(4)表
示槽深"b+c-a,,為從轉子3的螺紋齒頂圓半徑c的0.1倍長的條件,即等
式"b+0.9c-a"所表示的條件。參照圖3,線(3)和(4)所表示的值大
致相同。圖3所示的線(5)表示公式"b+c二a"。
參照圖3,在線(l)、 (2)和(5)所包圍的區域滿足條件"3一+b^a2,,和條件"b-0.75a"。進一步地,在線(1)、 (2)和(3)所包圍的區域滿足條件"3c2+b^a2,,、條件"b一.75a,,和條件"b+0.9c^a"。再進一步地,如圖3明顯地示出,滿足上述兩個或三個條件的(a, b, c)的值的組合滿足公式"c〈a/2,,所表示的條件。
作為滿足上述三個條件的(a, b, c)的值的這種組合的示例,將12、 8、 5分別應用為(a, b, c)的值。通過釆用這種值"(a, b, c)=(12, 8, 5)",主轉子2和從轉子3的各槽深(b+c-a)為從轉子3的螺紋齒頂圓半徑c的0.2倍,而從轉子3的螺紋齒根圓直徑為主轉子2的螺紋齒頂圓直徑的0.5倍。此類轉子2、 3的齒側面25、 34通過輥軋成型工藝來形成,然后通過無心磨削加工來磨削各轉子2、 3的螺紋的螺紋頂面以便將螺紋齒頂圓半徑確定為預定值。因此,此類轉子2、 3比較容易生產。
根據上述實施方式,由于滿足條件"3一+b2 £ a2,,,所以從轉子3的齒側面34上不形成根切。進一步地,由于滿足條件"bS0.75a",所以從轉子3的螺紋齒根圓直徑被確定為等于或大于主轉子2的螺紋齒頂圓直徑的長度的l/3倍。相應地,獲得從轉子3大體上符合要求的抵抗性。進一步地,結合上述條件,從轉子3通過輥軋成型加工來形成。再進一步地,提高了從轉子3的加工精度并減少了從轉子3的加工時間。
進一步地,由于滿足條件"b+0.9c^a",所以交叉轉角角度被設置成等于或大于30度。因此,殼體l易于制造。
盡管未具體描述除轉子(螺桿)的螺紋以外的元件,但是這里公開的實施方式可應用于包括三個螺桿的公知螺桿泵
權利要求
1.一種螺桿泵,包括殼體(1),其包括主容置孔(11)和平行于所述主容置孔(11)延伸并與所述主容置孔(11)連通的多個從容置孔(12);主轉子(2),其包括螺旋形齒部(21)和沿所述螺旋形齒部(21)形成的螺旋形槽部(22),所述主轉子(2)適于容置在所述主容置孔(11)中以便以可旋轉方式由所述主容置孔(11)支撐;多個從轉子(3),每個所述從轉子(3)都包括螺旋形齒部(31)和沿所述螺旋形齒部(31)形成的螺旋形槽部(32),所述多個從轉子(3)適于分別容置在所述多個從容置孔(12)中以便以可旋轉方式由所述從容置孔(12)支撐,所述多個從轉子(3)適于接合所述主轉子(2)并適于在所述主轉子(2)的旋轉作用的驅動下而旋轉;其中,所述主轉子(2)的齒側面(25)的沿垂直于所述主轉子(2)的軸線方向的方向截取的橫截面形狀是沿所述從轉子(3)的邊緣所行過的長短輻圓外旋輪線形成的,而不包括根切形狀,并且,各個所述從轉子(3)的齒側面(34)的沿垂直于所述從轉子(3)的軸線方向的方向截取的橫截面形狀是沿所述主轉子(2)的邊緣所行過的長短輻圓外旋輪線形成的,而不包括根切形狀。
2. 如權利要求l所述的螺桿泵,其中各個所述從轉子(3)的螺紋齒根圓直徑形成為等于或大于所述主 轉子(2)的螺紋齒頂圓直徑的長度的1/3倍。
3. 如權利要求1所述的螺桿泵,其中所述主容置孔(11)和各個所述從容置孔(12)之間的連接部處形 成的轉角邊緣的夾角確定為等于或大于30度。
4. 如權利要求l所述的螺桿泵,其中成立以下公式 3e2+b、a2;以及b《0.753,其中a表示所述主容置孔(11 )的中心軸線和各個所述從容置孔(12 ) 的中心軸線之間的距離,b表示所述主轉子(2)的螺紋齒頂圓半徑,以及 c表示所述從轉子(3)的螺紋齒頂圓半徑。
5. 如權利要求4所述的螺桿泵,其中進一步成立以下公式 b+0.9c 2 3。
6. 如權利要求l-5中任一項所述的螺桿泵,其中所述主轉子(2 )和各個所述從轉子(3 )通過輥軋成型加工來形成。
全文摘要
一種螺桿泵,包括殼體(1),其包括主容置孔(11)和多個從容置孔(12);主轉子(2),其適于可旋轉地容置在主容置孔(11)中;以及多個從轉子(3),其適于可旋轉地分別容置在從容置孔(12)中。各從轉子(3)適于接合主轉子(2)。主轉子(2)的齒側面(25)沿垂直于主轉子(2)的軸線方向的方向截取的橫截面形狀是沿從轉子(3)的邊緣所行過的長短輻圓外旋輪線形成的,而不包括根切形狀。進一步地,各從轉子(3)的齒側面(34)沿垂直于從轉子(3)的軸線方向的方向截取的橫截面形狀是沿主轉子(2)的邊緣所行過的長短輻圓外旋輪線形成的,而不包括根切形狀。
文檔編號F04C2/16GK101634297SQ20091015148
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月23日 優先權日2008年7月25日
發明者橋田浩一 申請人:株式會社愛德克斯