專利名稱：螺旋流體機器的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及一種螺旋流體機器，更具體地涉及一種其中凸形轉子的齒和凹形轉子的槽的螺旋升角從進口朝向出口減小的螺旋流體機器。
背景技術：
未審查的日本專利申請公報10-311288公開了一種螺旋真空泵，其為螺旋流體機器的一個示例。如圖6所示，該文獻中的螺旋真空泵包括殼體61以及在殼體61中相互嚙合在一起的螺旋形的凸形轉子62和凹形轉子64。凸形轉子62在其周圍形成了螺旋齒63，其輪廓從凸形轉子62的軸向看去為大致弧形的。凹形轉子64在其周圍形成了螺旋槽65，其與凸形轉子62的螺旋齒63是互補的。凹形轉子64的槽65的數量比凸形轉子62的齒63的數量多一個。也就是說，凹形轉子64具有六個槽65，而凸形轉子62具有五個齒63。凸形轉子62和凹形轉子64與殼體61相互配合而形成了工作腔66。當凸形轉子62和凹形轉子64旋轉時，流體如空氣通過形成于工作腔66一端處的進口(未示出)而被吸入到工作腔66中。密封在工作腔66中的空氣在它朝向工作腔66的另一端傳送時在體積上減少。然后，壓縮空氣通過形成于工作腔66的另一端處的出口(未示出)而排出。
同時，凸形轉子62和凹形轉子64形成為使其螺旋結構(齒63和槽65)的螺旋升角從進口朝向出口逐漸減小。這種螺旋真空泵在真空度方面比具有恒定螺旋升角的螺旋結構的螺旋真空泵更好。
然而，由于在上述傳統的螺旋流體機器中凸形轉子62和凹形轉子64的螺旋結構的螺旋升角從進口朝向出口減小，因此難于精確地進行機加工以便在凹形轉子中的螺旋結構的螺旋升角比較小的部分中形成槽。槽具有大致弧形的輪廓并且比較窄。因此，用于在凹形轉子中的較小螺旋升角處形成槽的機加工是比較困難和費時的，這不可避免地增加了制造成本。因此，就會擔心槽的精度發生變化，因此導致螺旋流體機器的性能出現波動。
本發明涉及其中凸形轉子的齒和凹形轉子的槽具有減小的螺旋升角的這類螺旋流體機器，其能夠促進在凹形轉子中形成槽的機加工，并且還提高了機加工精度。
發明內容
根據本發明，一種螺旋流體機器包括螺旋形的凸形轉子，其具有螺旋式地形成于其周圍的齒，還包括螺旋形的凹形轉子，其具有螺旋形式形成于其周圍的槽。凹形轉子與凸形轉子嚙合在一起。殼體在其中容納了凸形轉子和凹形轉子。由殼體以及凸形轉子和凹形轉子限定了工作腔。在工作腔一端的附近形成了進口。在工作腔另一端的附近形成了出口。齒和槽的螺旋升角從進口朝向出口減小。各齒的輪廓包括一對第一弧部分，其弧中心位于凸形轉子的節距圓上，還包括設置在第一弧部分之間的第二弧部分。各槽的輪廓包括與第一弧部分相對應的一對第三弧部分，以及與第二弧部分大致對應的第四弧部分。
在所附權利要求中詳細地闡述了本發明的被視為新穎的特征。通過參考當前優選的實施例的以下介紹以及附圖，可以最佳地理解本發明及其目的和優點，在附圖中圖1是根據本發明的第一優選實施例的螺旋真空泵的剖視圖；圖2是第一優選實施例的凸形轉子和凹形轉子的軸向視圖；圖3是圖2所示凸形轉子和凹形轉子的局部放大的軸向視圖，顯示了凸形轉子的齒和凹形轉子的槽；圖4A是根據本發明的第二優選實施例的凸形轉子和凹形轉子的軸向視圖；圖4B是圖4A所示凸形轉子和凹形轉子的局部放大的軸向視圖，顯示了凸形轉子的齒和凹形轉子的槽；圖5A是根據本發明的第三優選實施例的凸形轉子和凹形轉子的軸向視圖；圖5B是圖5A所示凸形轉子和凹形轉子的局部放大的軸向視圖，顯示了凸形轉子的齒和凹形轉子的槽；和圖6是根據現有技術的凸形轉子和凹形轉子的軸向視圖。
具體實施例方式
下面將參見圖1至圖3來介紹根據本發明的第一優選實施例的螺旋流體機器。圖1顯示了作為螺旋流體機器的一個示例的螺旋真空泵10。圖1所示螺旋真空泵10的上端和下端分別對應于其后端和前端。螺旋真空泵10在下文將簡稱為真空泵。
如圖1所示，本優選實施例的真空泵10具有泵殼11，其包括前殼體12、轉子殼體13、后殼體14和齒輪殼體15。前殼體12連接在轉子殼體13的前端上，后殼體14連接在轉子殼體13的后端上。齒輪殼體15連接在后殼體14的后端上。泵殼11在其中容納了相互嚙合在一起的螺旋形的凸形轉子17和螺旋形的凹形轉子27。工作腔16由凸形轉子17和凹形轉子27以及泵殼11來限定。
凸形轉子17包括轉子主體18以及與轉子主體18整體式相連的轉軸19。轉子主體18在其周圍形成了五個齒20，其以規則地隔開的間隔圍繞轉軸19的軸線設置，如圖2所示。轉子主體18在其周圍在任意兩個相鄰齒20之間形成了節距弧部分(第五弧部分)18a，其具有與凸形轉子17的節距圓Cm(圖3)相同的半徑。凸形轉子17的齒20螺旋式地從凸形轉子17的前端向后端延伸，呈螺旋形的齒20形成為使其螺旋升角a在齒20的螺旋方向上從凸形轉子17的前端朝向其后端減小。從圖1中可見，齒20環繞著轉子主體18達一圈以上。因此，齒20的圈數等于或大于一。如圖1所示，凸形轉子17的轉軸19分別在其前端由前殼體12通過軸承21支撐，在其后端由后殼體14通過軸承22支撐。凸形轉子17的轉軸19延伸通過后殼體14，并且其后端位于齒輪殼體15中。齒輪23連接在轉軸19的后端上。聯軸節24連接在齒輪23的后部，裝配在齒輪殼體15的后部上的驅動電機25的輸出軸26連接在聯軸節24上。
與凸形轉子17相似，凹形轉子27包括轉子主體28以及與轉子主體28整體式相連的轉軸29，如圖1所示。轉子主體28在其周圍形成了六個槽30，其以規則地隔開的間隔圍繞轉軸29的軸線設置，如圖2所示。轉子主體28在其周圍在任意兩個相鄰槽30之間形成了節距弧部分(第六弧部分)28a，其具有與凹形轉子27的節距圓Cf相同的半徑。槽30螺旋式地從凹形轉子27的前端向后端延伸，并成形為與凸形轉子17的齒20互補。槽30的螺旋升角在槽30的螺旋方向上從凹形轉子27的前端朝向其后端減小。凸形轉子17和凹形轉子27設置成相互平行，使得凸形轉子17的齒20與凹形轉子27的槽30相互嚙合在一起。如圖1所示，槽30環繞著轉子主體28達一圈以上。因此，槽30的圈數等于或大于一。凹形轉子27的轉軸29分別在其前端由前殼體12通過軸承31支撐，在其后端由后殼體14通過軸承32支撐。齒輪33連接在轉子殼體15中的轉軸29的后端上，并與凸形轉子17的轉軸19上的齒輪23相嚙合。因此，在驅動電機25的操作中，凸形轉子17和凹形轉子27沿相反的方向旋轉。
如圖1所示，在轉子殼體13中的接近工作腔16的前端處形成了進口57。在轉子殼體13中的接近工作腔16的后端處形成了出口58。可壓縮流體如空氣在低于大氣壓的壓力下從進口57吸入到工作腔16中。隨著凸形轉子17和凹形轉子27的旋轉，空氣在工作腔16中被壓縮，同時被輸送至工作腔16的后端。壓縮空氣通過出口58而排出。
現在來介紹凸形轉子17的齒20和凹形轉子27的槽30。首先介紹凹形轉子27的槽30。在圖2中顯示了凹形轉子27在其軸向上的輪廓，如圖3所示地從節距圓Cf向內凹入的部分對應于槽30。槽30的輪廓包括一對弧部分(第三弧部分)30a以及連接弧部分30的底部弧部分(第四弧部分)30b。各弧部分30a的弧中心Of位于節距圓Cf上。底部弧部分30b的弧中心與節距圓Cf的中心Pf重合，槽30的輪廓具有基本上寬敞的U形。底部弧部分30b的半徑r2通過從節距圓Cf的半徑Rf中減去弧部分30a的半徑r1來確定。槽30的張開角β是在分別將弧部分30a的弧中心Of與節距圓Cf的中心Pf連接起來的直線之間的角度。為了便于說明，將節距圓Cf與槽30連接起來的點或界限稱為頂點Q。
現在來介紹凸形轉子17的齒20。在圖2中顯示了凸形轉子17的在其軸向上的輪廓。如圖3所示的從節距圓Cm上突出的輪廓的一部分對應于齒20。齒20的輪廓包括一對弧部分(第一弧部分)20a以及將弧部分20a連接起來的外徑弧部分(第二弧部分)20b。弧部分20a的弧中心Om位于節距圓Cm上。外徑弧部分20b的弧中心與凸形轉子17的節距圓Cm的中心Pm重合，弧部分20a的半徑r1與凹形轉子27的弧部分30a的半徑r1相同。凹形轉子27的弧部分30a以互補的方式與凸形轉子17的弧部分20a相對應，凹形轉子27的底部弧部分30b以互補的方式與凸形轉子17的外徑弧部分20b大致相對應。各齒20的輪廓還包括一對彎曲部分20c，其位于弧部分20a與節距圓Cm之間，并與頂點Q的軌跡路徑相一致。因此，齒20的輪廓以互補的方式與凹形轉子27的槽30的輪廓大致相對應。
齒20的張開角α是在分別將弧部分20a的弧中心Om與節距圓Cm的中心Pm連接起來的直線之間的角度。在該優選實施例中，凸形轉子17的齒20的數量是五個，凹形轉子27的槽30的數量是六個，如上所述。
在凸形轉子17和凹形轉子27的這種組合中，齒20的數量與槽30的數量之比等于凸形轉子17的齒20的張開角α與凹形轉子27的槽30的張開角β之比，因此齒20和槽30可正確地相互嚙合。
凸形轉子17和凹形轉子27由適當的材料制成，凹形轉子27的槽30通過用機加工工具如端銑刀來切削加工成形。由于凹形轉子27的槽30形成于成對的弧部分30a與底部弧部分30b之間和之中，因此槽30的寬度相對于其深度而言要比現有設計更大。在通過切削來形成槽30時，切削工具可容易地接近凹形轉子27中的槽30的螺旋升角相對較小的部分。特別是，當凹形轉子27的尺寸較小時，通過在成對的弧部分30a之間提供底部弧部分30b而形成的擴寬的槽30可用于幫助對凹形轉子27的其中槽30的螺旋升角相對較小的部分進行切削。
下面將介紹本優選實施例的真空泵10的操作。當凸形轉子17由驅動電機25通過聯軸節24來轉動時，凹形轉子27在與凸形轉子17相反的方向上旋轉。通過在凸形轉子17和凹形轉子27的旋轉期間使凸形轉子17的齒20與凹形轉子27的槽30相嚙合，空氣就在低于大氣壓的壓力下通過進口57而被吸入到工作腔16中。隨著凸形轉子17和凹形轉子27的旋轉，被吸入的空氣的體積減小。從工作腔16中迫出的壓縮空氣通過出口58而排出真空泵。
根據本優選實施例的真空泵10，可以實現以下有利的效果。
(1)由于槽30形成于成對的弧部分30a與底部弧部分30b之間和之中，因此凹形轉子27的槽30的寬度相對于其深度而言要比現有設計更大。在通過切削來形成槽30時，切削工具可容易地接近凹形轉子27中的槽30的螺旋升角相對較小的部分。因此，可以容易地進行切削工作，無須使用任何先進的機加工技術。
(2)由于通過切削工具對槽30的切削比較容易，因此縮短了機加工凹形轉子27的時間。另外，在凹形轉子27中的槽30的螺旋升角相對較小的部分中，槽30的切削精度得以提高，從而提高了真空泵10的工作性能。
(3)在槽30的成對的弧部分30a之間提供了底部弧部分30b，這可有助于防止在槽30的切削過程中對切削工具施加過大的載荷。因此，可以保持切削工具的剛度，并延長了其使用壽命。
以下將介紹第二優選實施例的真空泵。圖4A和4B顯示了第二優選實施例的真空泵的特性化特征，即凸形轉子41和凹形轉子44。凸形轉子41的轉子主體42在其周圍形成有五個齒43，其輪廓包括一對弧部分(第一弧部分)43a和外徑弧部分(第二弧部分)43b。轉子主體42在其周圍在任意兩個相鄰齒43之間形成了節距弧部分(第五弧部分)42a，其半徑均小于凸形轉子41的節距圓Cm的半徑。齒43的輪廓還包括一對彎曲部分43c，其成曲形地將弧部分43a與節距弧部分42a連接起來。同時，凹形轉子44的轉子主體45在其周圍形成有六個槽46，這些槽的輪廓包括一對弧部分(第三弧部分)46a和底部弧部分(第四弧部分)46b。轉子主體45還在其周圍在任意兩個相鄰槽46之間形成了節距弧部分(第六弧部分)45a，其均具有比凹形轉子44的節距圓Cf的半徑更大的半徑。轉子主體45在其周圍形成了彎曲部分46c，其成曲形地將槽46的弧部分46a與節距弧部分45a連接起來。彎曲部分43c與彎曲部分46c的軌跡路徑(也稱為包絡線)大致相一致。
根據本優選實施例的真空泵，在凹形轉子44中切削槽46的加工變得容易。另外，彎曲部分43c設置成將凸形轉子41的節距弧部分42a與弧部分43a成曲形地連接起來，因此消除了齒根處的尖銳角部，并且使在凸形轉子41中切削齒43變得容易。盡管未在圖中示出，然而凸形轉子41的齒43的張開角與凹形轉子44的槽46的張開角之比等于齒43的數量與槽46的數量之比。
下面將介紹第三優選實施例的真空泵。圖5A和5B顯示了第三優選實施例的真空泵的特性化特征，即凸形轉子51和凹形轉子54。在本優選實施例的真空泵中，凸形轉子51的轉子主體52在其周圍形成了五個齒53，其輪廓包括一對弧部分(第一弧部分)53a和外徑弧部分(第二弧部分)53b。轉子主體52在其周圍在任意兩個相鄰齒53之間形成了節距弧部分(第五弧部分)52a，其均具有比凸形轉子51的節距圓Cm的半徑更大的半徑。齒53的輪廓還包括一對彎曲部分53c，其成曲形地將凸形轉子51的弧部分53a與節距弧部分52a連接起來。彎曲部分53c與將在下文中介紹的節距弧部分(第六弧部分)55a與弧部分56a之間的頂點或界限的軌跡路徑大致相一致。
同時，凹形轉子54的轉子主體55在其周圍形成了六個槽56，其輪廓包括一對弧部分(第三弧部分)56a和底部弧部分(第四弧部分)56b。轉子主體55在其周圍在任意兩個相鄰槽56之間形成了節距弧部分55a，其具有比凹形轉子54的節距圓Cf的半徑更小的半徑。凹形轉子54的槽56的深度小于第二優選實施例中的凹形轉子44的槽46的深度。
根據本優選實施例的真空泵，在凸形轉子51中切削齒53變得容易。由于凹形轉子54的槽56比較淺，因此可以容易地完成在凹形轉子54中切削出槽56的加工。凸形轉子51的齒53的張開角與凹形轉子54的槽56的張開角之比等于齒53的數量與槽56的數量之比。
本發明并不限于上述優選實施例，而是可修改成為以下的備選在上述第一、第二和第三優選實施例中，介紹了作為螺旋流體機器的一個示例的螺旋真空泵。然而應當注意的是，本發明也適用于螺旋壓縮機。
在上述第一、第二和第三優選實施例中，凸形轉子的齒的數量是五個，而凹形轉子的槽的數量是六個。作為另選，齒的數量為四個，而槽的數量為六個。只要槽的數量大于齒的數量，就可根據需要來改變這些數量。根據齒和槽的數量來確定凸形轉子的齒的張開角和凹形轉子的槽的張開角。
在上述第一、第二和第三優選實施例中，凸形轉子的齒的數量是五個，而凹形轉子的槽的數量是六個。作為另選，齒的數量為四個，而槽的數量為五個。如果齒的圈數與槽的圈數相等或比它多一圈，則槽的數量可比齒的數量多一個。根據齒和槽的數量來確定凸形轉子的齒的張開角和凹形轉子的槽的張開角。
這些示例和實施例被視為示例性的和非限制性的，本發明并不限于本文所給出的細節，而是可在所附權利要求的范圍內進行修改。
權利要求
1.一種螺旋流體機器，包括螺旋形的凸形轉子，其具有螺旋式地形成于其周圍的齒；螺旋形的凹形轉子，其具有螺旋式地形成于其周圍的槽，所述凹形轉子與所述凸形轉子嚙合在一起；殼體，在其中容納了所述凸形轉子和凹形轉子，由所述殼體以及所述凸形轉子和凹形轉子限定了工作腔；進口，其形成為接近所述工作腔的一端；和出口，其形成為接近所述工作腔的另一端，所述齒和槽的螺旋升角從所述進口朝向所述出口減小，其中各所述齒的輪廓包括其弧中心位于所述凸形轉子的節距圓上的一對第一弧部分，以及設置在所述第一弧部分之間的第二弧部分，各所述槽的輪廓包括與所述第一弧部分相對應的一對第三弧部分，以及與所述第二弧部分大致對應的第四弧部分。
2.根據權利要求1所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述凹形轉子的槽的數量大于所述凸形轉子的齒的數量，所述凸形轉子的齒的張開角與所述凹形轉子的槽的張開角之比等于所述齒的數量與所述槽的數量之比。
3.根據權利要求1所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述第二弧部分的弧中心與所述凸形轉子的節距圓的中心相重合，所述第四弧部分的弧中心與所述凹形轉子的節距圓的中心相重合。
4.根據權利要求1所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述凹形轉子的槽的數量比所述凸形轉子的齒的數量多一個，所述凸形轉子的齒的張開角與所述凹形轉子的槽的張開角之比等于所述齒的數量與所述槽的數量之比，所述齒的圈數與所述槽的圈數相等或比其多一圈。
5.根據權利要求1所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述凸形轉子在其周圍在任意兩個相鄰齒之間形成有第五弧部分，所述凹形轉子在其周圍在任意兩個相鄰槽之間形成有第六弧部分，各所述齒的輪廓包括一對彎曲部分，其將所述第一弧部分與所述第五弧部分連接起來。
6.根據權利要求5所述的螺旋流體機器，其特征在于，各所述彎曲部分與所述凹形轉子的第六弧部分與第三弧部分之間的界限的軌跡路徑相對應。
7.根據權利要求5所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述凹形轉子的第六弧部分的半徑與所述凹形轉子的節距圓的半徑相同，所述凸形轉子的第五弧部分的半徑與所述凸形轉子的節距圓的半徑相同。
8.根據權利要求5所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述凹形轉子的第六弧部分的半徑大于所述凹形轉子的節距圓的半徑，所述凸形轉子的第五弧部分的半徑小于所述凸形轉子的節距圓的半徑。
9.根據權利要求5所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述凹形轉子的第六弧部分的半徑小于所述凹形轉子的節距圓的半徑，所述凸形轉子的第五弧部分的半徑大于所述凸形轉子的節距圓的半徑。
10.根據權利要求1所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述第一弧部分的半徑與所述第三弧部分的半徑相同。
11.根據權利要求1所述的螺旋流體機器，其特征在于，所述螺旋流體機器為螺旋真空泵。
全文摘要
一種螺旋流體機器，包括螺旋形凸形轉子，其具有螺旋式地形成于其周圍的齒，還包括螺旋形的凹形轉子，其具有螺旋式地形成于其周圍的槽。凹形轉子與凸形轉子嚙合在一起。殼體在其中容納了凸形轉子和凹形轉子。由殼體以及凸形轉子和凹形轉子限定了工作腔。齒和槽的螺旋升角從進口朝向出口減小。各齒的輪廓包括一對第一弧部分，其弧中心位于凸形轉子的節距圓上，還包括設于第一弧部分之間的第二弧部分。各槽的輪廓包括與第一弧部分相對應的一對第三弧部分，以及與第二弧部分大致對應的第四弧部分。
文檔編號F04C25/00GK1690427SQ20051007001
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月27日 優先權日2004年4月28日
發明者村上和朗, 山本真也, 桑原衛, 原田理惠子 申請人:株式會社豐田自動織機