一种变螺距多级罗茨真空泵及其转子设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115929632A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202310048469.1(22)申请日2023.01.31(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人孙崇洲何志龙李丹童马凯丘宏烨(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师房鑫(51)Int.Cl.F04C18/12(2006.01)G06F30/17(2020.01)F04C25/02(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种变螺距多级罗茨真空泵及其转子设计方法(57)摘要一种变螺距多级罗茨真空泵及其转子设计方法，变螺距多级罗茨真空泵具有相互啮合的阴转子和阳转子，阴转子和阳转子均包括螺距不同的多级罗茨转子，不同级罗茨转子由转子端面型线沿轴向螺旋引导线拉伸放样得到；第一级罗茨转子为直叶罗茨转子，从第一级罗茨转子到最后一级罗茨转子的螺距依次递减，各级转子沿转轴方向的厚度，即轴向长度也依次递减；阴转子和阳转子的每一级转子均采用相同曲线结构的转子型线，其中一个转子的单齿齿形的一侧曲线为抛物线A1B1及其包络线B1C1，另一侧曲线为曲线A1B1C1关于x轴的对称曲线，将单齿齿形沿转子节圆圆心O1旋转对称多次组合为完整齿形。本发明能够使转子的整体性能达到最优，提高极限真空度，降低能耗。CN115929632ACN115929632A权利要求书1/3页1.一种变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于：具有相互啮合的阴转子和阳转子，阴转子和阳转子均包括螺距不同的多级罗茨转子，不同级罗茨转子由转子端面型线沿轴向螺旋引导线拉伸放样得到；第一级罗茨转子为直叶罗茨转子，从第一级罗茨转子到最后一级罗茨转子的螺距依次递减，各级转子沿转轴方向的厚度依次递减；阴转子和阳转子的每一级转子均采用相同曲线结构的转子型线，其中一个转子的单齿齿形的一侧曲线为抛物线A1B1及其包络线B1C1，另一侧曲线为曲线A1B1C1关于x轴的对称曲线，将单齿齿形沿转子节圆圆心O1旋转对称多次组合为完整齿形。2.根据权利要求1所述的变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于，阴转子和阳转子分别以转子节圆圆心O1、O2为原点建立两个转子的笛卡尔二维直角坐标系O1X1Y1、O2X2Y2，则阴转子和阳转子之间坐标变化的关系符合如下表达式：式中，Mrot,1、Mrot,2、Mstat,1,2分别表示O1X1Y1坐标系绕原点旋转坐标变换矩阵、O2X2Y2坐标系绕原点旋转坐标变换矩阵、O1X1Y1坐标系到O2X2Y2坐标系变换矩阵，式中的i、A分别表示坐标系旋转角度、传动比、转子圆心距；传动比i满足以下关系式：式中，z2、z1分别表示表示两个转子齿数。3.根据权利要求2所述的变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于，抛物线A1B1在以转子节圆圆心O1为圆心，x轴方向为起始方向的笛卡尔二维直角坐标系O1X1Y1中表示为：其中，N为齿廓型线系数，a为齿顶半径，P1a为A1B1型线坐标参数矩阵，上标分号符表示矩阵转置。4.根据权利要求3所述的变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于，通过同时改变齿廓型线系数和齿顶半径大小，实现转子型线连续啮合和改变转子型线形状，并满足如下方程式：2CN115929632A权利要求书2/3页上式以转子节圆圆心为坐标原点建立笛卡尔二维直角坐标系，式中y'表示曲线斜率，y表示曲线在转子坐标系中纵坐标值。5.根据权利要求3所述的变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于，抛物线A1B1和抛物线A2B2能够完成正确的啮合，根据啮合定理，抛物线A2B2在以转子节圆圆心O1为原点的直角坐标系中表示为下式：P2a＝Mstat,1,2'Mrot,2Mstat,1,2Mrot,1P1a式中，P1a为A1B1型线坐标参数矩阵，P2a为A2B2型线坐标参数矩阵，Mstat,1,2'为Mstat,1,2的逆矩阵，是实现O2X2Y2坐标系到O1X1Y1坐标系的变换矩阵。6.根据权利要求5所述的变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于：根据平面啮合定理，将以下啮合包络条件表达式代入A2B2型线坐标参数矩阵表达式对P2a进行求解，得到A2B2型线：式中，D为微分算符，θ为转子曲线啮合角，x、y为P2a二维位置参变量；抛物线A1B1的包络线B1C1的参数方程通过如下表达式进行求解：P1b＝Mstat,1,2Mrot,1,pP2a式中，Mrot,1,p表示O1X1Y1坐标系绕原点旋转特定角度的坐标变换矩阵；同样地，通过上述方法，由抛物线A1B1求得包络线B2C2的参数方程。7.根据权利要求6所述的变螺距多级罗茨真空泵，其特征在于：通过转子端面型线各曲线段A1B1、B1C1、A2B2、B2C2的型线坐标参数矩阵P1a、P