一种容积利用率高、轻量化的泵用非接触式高能摆线转子的制作方法

本发明涉及一种泵用摆线转子，特别涉及到以高容积利用率为主的2叶、3叶和4叶的高性能摆线转子，简称为高能摆线转子。

背景技术：

转子泵分接触式和非接触式两种，后者广泛应用于罗茨泵。其中，渐开线、圆弧、摆线转子最为参见，但渐开线、圆弧转子属于全凸-凸、部分凸-凹模式，转子非接触轮廓间的综合曲率半径相对较小，不利于抑制其间的内泄漏。而摆线多用于内啮合泵，单一摆线凸转子虽然属于全凸-凹模式，如图1所示，但较小的定值形状系数极不利于泵的轻量化设计，其中，2叶时为1+1/2=1.5，3叶时为1+1/3=1.33，4叶时为1+1/4=1.25。

泵容积利用率=转子的容积利用系数λ×（1－内泄漏率）。其中，现有研究表明λ≈1－1/ε²，即转子由“顶最大半径/节圆半径”所定义的形状系数ε越大，容积利用系数λ更高；内泄漏率主要包括径向的、轴向的、共轭的三大泵内泄漏率，现有研究表明形状系数ε越大，内泄漏率越低。

泵的轻量化性能主要取决于泵容积利用率尤其转子的容积利用系数λ，λ越大，轻量化效果越好。现有研究表明λ≈1－1/ε²，即转子由“顶最大半径/节圆半径”所定义的形状系数ε越大，容积利用系数λ越高。

为此，拟在基于高容积利用率所要求的大形状系数、低内泄漏率两方面需求和延续单一摆线转子优势特点的前提下，提出一种具有更高容积利用系数和轻量化性能好的高能摆线转子，如图2所示。

技术实现要素：

本发明在于通过提供2叶、3叶、4叶高能摆线转子的轮廓构造，从而实现泵用非接触式转子更高的容积利用率和更好的轻量化性能。

本发明的技术解决方案：

一种容积利用率高、轻量化的泵用非接触式高能摆线转子，其特征在于：高能摆线转子本体与共轭体的轮廓尺寸完全相同，统称为高能摆线转子，高能摆线转子的半叶轮廓由共首尾相连的节圆外侧的顶同心圆弧段、节圆外侧的外过渡圆弧段、节圆外侧的外摆线段，节圆内侧的内摆线段、节圆内侧的内过渡圆弧段、节圆内侧的谷圆弧段这六段轮廓段组成，节圆外侧的外摆线段的起点法线段过转子顶轴与节圆的交点8，终点4位于节圆上，节圆外侧的外摆线段陡峭程度由起点法线段与顶轴间的夹角α所唯一控制，顶同心圆弧段的圆心为转子中心o，半径由夹角α和顶同心圆角σ所控制，外过渡圆弧段过2、3且圆心为2o与起点法线段38的交点，内摆线段为共轭体上的外摆线段的共轭轮廓，内过渡圆弧段和谷圆弧段为共轭体上的顶同心圆弧段、和外过渡圆弧段。

所述高能摆线转子为2叶、3叶、4叶高能摆线转子。

所述谷圆弧段的尺寸与顶同心圆弧段的尺寸相同。

所述内过渡圆弧段的尺寸与外过渡圆弧段的尺寸相同。

所述外摆线段的陡峭程度由起始夹角α控制，陡峭程度决定着起点法线段的长度，起始夹角α和顶同心圆角σ共同决定了转子的形状系数，α越大，形状系数越大；σ越小，形状系数越大，但径向密封效果越差。

所述α的上限取值主要由转子谷部的强度条件所限定，由于外摆线段和内摆线段的轮廓拐点均为位于节圆上的点4，即α的任何取值均不会造成外摆线段和内摆线段尤其内摆线段段上出现“角点”一类的几何干涉，这一点与常见渐开线、圆弧转子截然不同。

本发明的有益效果：本发明的容积利用率高、轻量化的泵用非接触式高能摆线转子具有如下优点：

1）属于全凸-凹共轭模式，能有效降低转子间的共轭泄漏，与全凸-凸的渐开线、部分凸-凹的圆弧转子截然不同。

2）两摆线段因拐点均位于节圆上的点4，则起始法向角α能显著无上限地提高转子的形状系数，这一点与其它常见转子截然不同。

3）顶同心角对形状系数、容积利用系数的影响甚微，可取利于改善径向泄漏的相对大值，这一点与其它常见转子截然不同。

4）因大的顶同心角、高的形状系数、大的容积利用系数和径向、共轭的低泄漏，故具有更高的容积效率。

附图说明

图1为3叶单一摆线转子的轮廓示意图。

图2为3叶高能摆线转子的轮廓示意图。

图3为3叶高能摆线转子的半叶轮廓构造图。

其中：点4、终点，点8、交点，12、顶同心圆弧段，23、外过渡圆弧段，34、外摆线段，38、起点法线段，45、内摆线段，56、内过渡圆弧段，67、谷圆弧段。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例（2叶、3叶、4叶高能摆线转子）

本发明的2叶、3叶、4叶高能摆线转子，其半叶轮廓均由节圆外侧的顶同心圆弧段12、外过渡圆弧段23、外摆线段34，节圆内侧的内摆线段45、内过渡圆弧段56，谷圆弧段67，共首尾相连的六段轮廓组成，如图2所示。

其中，节圆外侧的外摆线段34的起点法线段38过转子顶轴与节圆的交点8，终点4位于节圆上，节圆外侧的外摆线段34陡峭程度由起点法线段38与顶轴间的夹角α所唯一控制，顶同心圆弧段12的圆心为转子中心o，半径由夹角α和顶同心圆角σ所控制，外过渡圆弧段23过点2、3且圆心为2o与38的交点，内摆线段45为共轭体上的外摆线段34的共轭轮廓，内过渡圆弧段56和谷圆弧段67为共轭体上的顶同心圆弧段12和外过渡圆弧段23。

首先，依据滚子在节圆上纯滚动的摆线成形原理，得滚子半径ro为

式中，n为转子叶数。

图3中，设线段38与o2的交点为k，点k也为外过渡圆弧段23的圆心，k8、ko长度为l、m。则，在⊿ok8中，由几何关系上的

得

则，由高能摆线转子的形状系数ε的

可求出α上限值αp，式中，εp为由转子谷部强度条件所限定的最大形状系数。

其次，依据外摆线和内摆线的成形原理，由确定的α构建外摆线段34和内摆线段45；由顶同心圆角σ和形状系数ε构建顶同心圆弧段12和谷弧段67；由顶同心圆弧段12和外摆线段34确定的几何关系构建外过渡圆弧段23；由谷圆弧段67和内摆线段45确定的几何关系构建内过渡圆弧段56。

最后，以σ=3º为例时，α=15º、30º、45º、60º和n=2、3、4下的ɛ(α,n)，如表1所示，可见α越大，ɛ越大，比单一摆线转子甚至其它转子具有更高的形状系数。对应的容积利用系数λ(α,n)，如表2所示，可见α越大，ɛ越大，λ越大，比单一摆线转子甚至其它转子具有更高的容积利用系数。

表1形状系数随起始法向角和叶数的变化情况(σ=3)

表2容积利用系数随起始法向角和叶数的变化情况(σ=3)

以α=30º为例时，σ=2º、4º、6º、8º、10º和n=2、3、4下的ɛ(σ,n)，如表3所示，可见σ越大，ɛ越大，但σ对ɛ的影响甚微，可以忽略不计。这样，σ可取利于改善径向泄漏的相对大值，这一点与其它比如渐开线、圆弧转子截然不同。

表3形状系数随同心半角和叶数的变化情况(α=30)

容积利用率高、轻量化的泵用非接触式高能摆线转子的优点如下：

1）属于全凸-凹共轭模式，能有效降低转子间的共轭泄漏，与全凸-凸的渐开线、部分凸-凹的圆弧转子截然不同。

2）两摆线段因拐点均位于节圆上的点4，则起始法向角能显著无上限地提高转子的形状系数，这一点与其它常见转子截然不同。

3）顶同心角对形状系数、容积利用系数的影响甚微，可取利于改善径向泄漏的相对大值，这一点与其它常见转子截然不同。

4）因大的顶同心角、高的形状系数、大的容积利用系数和径向、共轭的低泄漏，故具有更高的容积效率。