双螺杆转子组及真空泵
技术领域
本发明涉及机械工程设计领域，更确切地说涉及一种双螺杆转子组及真空泵。
背景技术
真空泵用于从设备中抽出气体，使设备中产生负压，终压接近于0。干式双螺杆真空泵是无油回转机械，继承了双螺杆机械结构简单紧凑、运行稳定、机械振动噪声小、易维护等优点，被广泛应用于航空、电子、石油及食品加工等领域。双螺杆真空泵中的核心部件是一对相互啮合、旋向相反的螺杆转子，电机与主动螺杆转子相连，通过同步齿轮带动从动螺杆转子在气缸中转动。螺杆转子在转动过程中完成吸气、压缩、排气过程。由于气体在壳体内脉动及通过阀门等要受到流动阻力，气体在真空泵内也会与运动部件摩擦，使得吸入的气体消耗较多能量，这就削弱了真空泵的工作效率，而且对螺杆转子的磨损较大，大大影响了螺杆转子的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种双螺杆转子组，使得本发明的双螺杆转子组应用于真空泵中既能增大气体抽速，提高工作效率，还能减小螺杆转子的磨损，延长螺杆转子的寿命。
本发明的技术解决方案是，提供一种双螺杆转子组，所述的双螺杆转子组由两根相互啮合的螺杆转子组成，所述的螺杆转子由两段旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成；所述的变螺距螺杆的螺距随变螺距螺杆的长度变化的关系满足二次方公式p=(pe-ps)/L2*z2，其中p为变螺距螺杆的螺距，ps为变螺距螺杆的起始螺距，pe为变螺距螺杆的结束螺距，L为变螺距螺杆的长度，z为变螺距螺杆的轴向位置；变螺距螺杆的轴向位置与变螺距螺杆的转角的关系满足公式z=p/(2π)*t, 其中t为变螺距螺杆的转角；变螺距螺杆的轴向位置与变螺距螺杆的螺距之间的对应关系还满足公式z=-(L*((pi2*L2+(ps2-pe*ps)t2)0.5)-pi*L)/((pe-ps)*t)，pi为在变螺距螺杆的轴向位置z处的变螺距螺杆的螺距，所述的pi从ps到pe以二次方的关系减小。
与现有技术相比，本发明的双螺杆转子组有以下优点：变螺距螺杆的螺距设计可以使双螺杆转子组提高气量，减小对气体的流动阻力，降低噪音；两段旋向相反的变螺距螺杆对称设置可以平衡部分径向力，使螺杆转子满足动平衡，延长螺杆转子寿命，并增加抽气量，同时提高螺杆转子组的容积效率和轴效率；所述的pi从ps到pe以二次方的关系减小，将变螺距螺杆的连接端的螺距设置为变螺距螺杆的起始螺距ps，将变螺距螺杆的结束螺距pe设置在变螺距螺杆的另一端，使得气体可以从两段旋向相反的变螺距螺杆的连接部位抽入，经压缩后从所述的螺杆转子的两端排出，本发明的螺杆转子一个工作循环的排气量是普通单个螺杆转子的两倍，可以大大提高了的吸气与排气的效率。
优选的，所述的变螺距螺杆的起始螺距ps=70mm，所述的变螺距螺杆的结束螺距pe=30mm，所述的变螺距螺杆的长度L=200mm，所述的变螺距螺杆的转角t=20rad，所述的变螺距螺杆的轴向位置z=-(1000*(pi- ((7t2)/100+ pi2)0.5))/t，其中pi为在变螺距螺杆的轴向位置z处的变螺距螺杆的螺距。采用这种尺寸的变螺距螺杆，可以广泛应用在小尺寸的真空泵中，适用于大部分的食品行业。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种真空泵，既能增大气体抽速，提高工作效率，还能延长螺杆转子的寿命。
本发明的技术解决方案是，提供一种真空泵，包括气缸，气缸内设置有上述的双螺杆转子组，其中一根螺杆转子的螺距和齿数分别为p1和z1，另一根螺杆转子的螺距和齿数分别为p2和z2，两根螺杆转子之间的螺距与齿数的关系满足公式p1/p2=z1/z2。
与现有技术相比，本发明的真空泵有以下优点：真空泵中相互啮合的螺杆转子均由两段旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成，两根螺杆转子在相互啮合的时候，平衡了部分径向力，使螺杆转子满足动平衡，延长了螺杆转子寿命，螺杆转子一个工作循环的排气量是普通单个螺杆转子的两倍，大大提高了真空泵的抽气效率；变螺距螺杆的设计，增加了抽气量，也进一步提高排气量，更加节能环保。
优选的，所述的螺杆转子都是单齿转子。采用此结构，使螺杆转子的型线简单、加工制造容易，降低无油螺杆真空泵的制造成本。
优选的，所述的螺杆转子都是双齿转子。采用此结构，大大改善了螺杆转子的动平衡性能，运行过程中无泄漏三角形，提高了极限真空度。
优选的，一根螺杆转子的齿数是5，另一根螺杆转子的齿数是3。采用此结构，本发明的真空泵在低压比、大流量的场合中应用时，可以提高极限真空度。
优选的，真空泵的吸气口设置在两段旋向相反的变螺距螺杆的连接部位，真空泵的排气口有2个且分别设置在所述的螺杆转子的两端。采用此结构，使螺杆转子的热变形分布均匀，有效地增加了螺杆转子的寿命。
附图说明
图1为本发明的双螺杆转子组在气缸内的实施例的结构示意图。
图2为本发明的双螺杆转子组的实施例的结构示意图。
图3为图2的剖视图。
具体实施方式
为了更好得理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。
还应理解的是，用语“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。
如图2及图3中所示，本发明公开了一种双螺杆转子组，包括两根相互啮合的螺杆转子，每根螺杆转子都是由两个旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成的二段式螺杆转子，所述两个旋向相反的变螺距螺杆关于二段式螺杆转子轴线的中垂线对称，两个变螺距螺杆的连接部位是真空泵的吸气端，二段式螺杆转子的两个端部是真空泵的排气端。所述的变螺距螺杆的螺距随变螺距螺杆的长度变化的关系满足二次方公式p=(pe-ps)/L2*z2，变螺距螺杆的轴向位置与变螺距螺杆的转角的关系满足公式z=p/(2π)*t，变螺距螺杆的轴向位置与变螺距螺杆的螺距之间的对应关系还满足公式z=-(L*((pi2*L2+(ps2-pe*ps)t2)0.5)-pi*L)/((pe-ps)*t)，ps为变螺距螺杆的起始螺距，pe为变螺距螺杆的结束螺距，L为变螺距螺杆的长度，z为变螺距螺杆的轴向位置，t为变螺距螺杆的转角，pi为在变螺距螺杆的轴向位置z处的变螺距螺杆的螺距，所述的pi从ps到pe以二次方的关系减小，将变螺距螺杆的连接端的螺距设置为变螺距螺杆的起始螺距ps，将变螺距螺杆的结束螺距pe设置在变螺距螺杆的另一端。其中一根螺杆转子的螺距和齿数分别为p1和z1，另一根螺杆转子的螺距和齿数分别为p2和z2，两根螺杆转子之间的螺距与齿数的关系满足公式p1/p2=z1/z2。
实施例1：
本实施例公开了一种双螺杆转子组，包括阳转子和阴转子，阴阳转子的齿数都是1，齿形为梯形，阳转子与阴转子相互啮合，阴阳转子都是由两个旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成的二段式螺杆转子，阳转子中其中一根变螺距螺杆的起始螺距ps=70mm，变螺距螺杆的结束螺距pe=30mm，转子长度L=200mm，转子转角t=20rad，阳转子中变螺距螺杆的轴向位置z1=-(1000*(p1i- ((7t2)/100+ p1i2)0.5))/t，其中p1i为阳转子中在变螺距螺杆的轴向位置z1处的变螺距螺杆的螺距；通过二段式螺杆转子的对称特点，则可得阳转子的螺距与其轴向位置的关系，且阴转子的螺距与其轴向位置的关系与阳转子相同，转角也相同。此时真空泵的双螺杆转子组的结构都已明确，阴阳转子的螺距都由两个旋向相反的变螺距螺杆的连接部位向二段式螺杆转子的两端逐渐减小，气体由两个变螺距螺杆的连接部位进入，在阴阳转子啮合转动的过程中，气体逐渐被推送至变二段式螺杆转子的两个端部且体积持续被压缩，压强不断增大，最终从二段式螺杆转子的两个端部排出。
实施例2：
本实施例公开了一种真空泵，包括呈两圆相交的“∞”字型气缸、电机及齿轮传动系统，气缸中设置有阳转子和阴转子，阴阳转子的齿数都是1，齿形为梯形，阳转子与阴转子相互啮合，阴阳转子都是由两个旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成的二段式螺杆转子，阳转子中其中一根变螺距螺杆的起始螺距ps=70mm，变螺距螺杆的结束螺距pe=30mm，转子长度L=200mm，转子转角t=20rad，阳转子中变螺距螺杆的轴向位置z1=-(1000*(p1i- ((7t2)/100+ p1i2)0.5))/t，其中p1i为阳转子中在变螺距螺杆的轴向位置z1处的变螺距螺杆的螺距；通过二段式螺杆转子的对称特点，则可得阳转子的螺距与其轴向位置的关系，且阴转子的螺距与其轴向位置的关系与阳转子相同，转角也相同。所述的相互啮合的阴阳转子如图1中所示装配在“∞”字型气缸中，将阳转子与电机相连，阳转子与阴转子之间通过齿轮传动，使电机驱动阳转子，再由阳转子驱动阴转子，使阴阳转子在气缸内相互啮合转动，形成封闭容积。真空泵的吸气口设置在两个旋向相反的变螺距螺杆的连接部位，排气口设置在二段式螺杆转子的两个端部，气体从真空泵的吸气口吸入，在气缸中经阴阳转子压缩后再由与阴阳转子两端连通的排气口排出。
本实施例中，真空泵内变螺距螺杆的螺距设计可以使双螺杆转子组提高气量，减小对气体的流动阻力，降低噪音；两个变螺距螺杆形成对称结构，螺杆转子一个工作循环的排气量是普通单个螺杆转子的两倍，大大提高了真空泵的抽气效率，节能环保，在阴阳转子相互啮合的时候还可以平衡部分径向力，使螺杆转子满足动平衡，延长螺杆转子寿命，同时提高螺杆转子组的容积效率和轴效率；中间吸气、两端排出使得螺杆转子的热变形分布均匀，也能有效增加了螺杆转子的寿命。
实施例3：
本实施例公开了一种真空泵，包括呈两圆相交的“∞”字型气缸、电机及齿轮传动系统，气缸中设置有阳转子和阴转子，阴阳转子的齿数都是2，齿形为梯形，阳转子与阴转子相互啮合，阴阳转子都是由两个旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成的二段式螺杆转子，阳转子中其中一根变螺距螺杆的起始螺距ps=70mm，变螺距螺杆的结束螺距pe=30mm，转子长度L=200mm，转子转角t=20rad，阳转子中变螺距螺杆的轴向位置z1=-(1000*(p1i- ((7t2)/100+ p1i2)0.5))/t，其中p1i为阳转子中在变螺距螺杆的轴向位置z1处的变螺距螺杆的螺距；通过二段式螺杆转子的对称特点，则可得阳转子的螺距与其轴向位置的关系，且阴转子的螺距与其轴向位置的关系与阳转子相同，转角也相同。所述的相互啮合的阴阳转子装配在“∞”字型气缸中，将阳转子与电机相连，阳转子与阴转子之间通过齿轮传动，使电机驱动阳转子，再由阳转子驱动阴转子，使阴阳转子在气缸内相互啮合转动，形成封闭容积。真空泵的吸气口设置在两个旋向相反的变螺距螺杆的连接部位，排气口设置在二段式螺杆转子的两个端部，气体从真空泵的吸气口吸入，在气缸中经阴阳转子压缩后再由与阴阳转子两端连通的排气口排出。
本实施例中，除了可以使螺杆转子提高抽气量，减小对气体的流动阻力，降低噪音，同时提高螺杆转子组的容积效率和轴效率外，双齿结构也大大改善了螺杆转子的动平衡性能，运行过程中无泄漏三角形，提高了极限真空度。
实施例4：
本实施例公开了一种真空泵，包括呈两圆相交的“∞”字型气缸、电机及齿轮传动系统，气缸中设置有阳转子和阴转子，阴转子的齿数是5，阳转子的齿数是3，阳转子的变螺距螺杆的螺距和齿数分别为p1和z1，阴转子的变螺距螺杆的螺距和齿数分别为p2和z2，z1/z2=p1/p2=3/5；阴阳转子都是由两个旋向相反的变螺距螺杆对称连接组成的二段式螺杆转子，阳转子中其中一根变螺距螺杆的起始螺距ps=70mm，变螺距螺杆的结束螺距pe=30mm，转子长度L=200mm，转子转角t=20rad，阳转子中变螺距螺杆的轴向位置z1=-(1000*(p1i- ((7t2)/100+ p1i2)0.5))/t，其中p1i为阳转子中在变螺距螺杆的轴向位置z1处的变螺距螺杆的螺距；阴转子的变螺距螺杆的轴向位置z2=-5(1000*(p2i- ((7t2)/100+ p2i2)0.5))/3t，p2i为阴转子中在变螺距螺杆的轴向位置z2处的变螺距螺杆的螺距。所述的相互啮合的阴阳转子装配在呈两圆相交的“∞”字型气缸中，阳转子与电机相连，阳转子与阴转子之间通过齿轮传动系统传动，使电机驱动阳转子，再由阳转子驱动阴转子，使阴阳转子在气缸内相互啮合转动，形成封闭容积。真空泵的吸气口设置在两个旋向相反的变螺距螺杆的连接部位，排气口设置在二段式螺杆转子的两个端部，气体从真空泵的吸气口吸入，在气缸中经阴阳转子压缩后再由与螺杆转子组的两个端部连通的排气口排出。
本实施例中，除了可以使螺杆转子提高抽气量，减小对气体的流动阻力，降低噪音，同时提高螺杆转子组的容积效率和轴效率外，本实施例的真空泵可以在大流量的场合中应用，并可以提高极限真空度。
以上仅为本发明的具体实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
