專利名稱：爪式轉(zhuǎn)子設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種爪式轉(zhuǎn)子設計方法，是中國臺灣新型專利號第220027號的追加專利申請(相對美國專利第6,776,594號的Continuation In Part；CIP)，該方法能夠?qū)⑾嗷ス曹棁Ш系亩x轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，以四個參數(shù)定義兩轉(zhuǎn)子的無效壓縮至開始進氣的運動曲線，及排氣開始至終結的運動曲線，從而評估并求出最佳轉(zhuǎn)子性能，而能應用于真空泵、空壓機、壓縮機、增壓器等，以提供具有較高壓縮比與輸送容積，及使得進、排氣運動過程順暢，不會產(chǎn)生噪音及震動的效果。
背景技術：
應用于多段魯式壓縮機、真空泵、空壓機或增壓器上的爪式轉(zhuǎn)子，大體上包括兩個相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，而該兩轉(zhuǎn)子上分別設有相嚙合的葉片，通過兩葉片相互嚙合旋轉(zhuǎn)以提供周期性循環(huán)的進、排氣壓縮運動，因此，兩葉片嚙合性非常重要，假使兩葉片相互嚙合性不佳則在進氣、排氣、無壓縮的周期性旋轉(zhuǎn)過程便會產(chǎn)生噪音與震動，且也會造成兩轉(zhuǎn)子因不當?shù)膰Ш纤a(chǎn)生的摩耗，而降低使用壽命。
公知相關轉(zhuǎn)子的構造可參考美國專利案第1,426,820、4,138,848、4,224,016、4,324,538、4,406,601、4,430,050以及5,149,256號等，其中第5,149,256號的兩個轉(zhuǎn)子8、9的葉片，如圖8所示，在凹部80，90與弧面81，91的交接處形成尖部82，92，而使得整個轉(zhuǎn)子80，90的曲線在該尖部82，92形成不連續(xù)，因而，當其從無效壓縮至開始進氣的過程時，轉(zhuǎn)子8，9的頂端部83，93便會在該尖部82，92運轉(zhuǎn)不順暢平滑，而會有噪音與震動的現(xiàn)象產(chǎn)生。相同情況，前述其它的美國專利案在相嚙合的兩轉(zhuǎn)子作動過程，也存在運轉(zhuǎn)不順暢，而有噪音與震動的現(xiàn)象。
本案之前的中國臺灣新型專利第220027號(美國第6,776,594號專利案)，已提出解決上述公知技術的瑕疵，即，在兩轉(zhuǎn)子無效壓縮至開始進氣的階段，及排氣開始至終結的階段，以兩個不同曲線經(jīng)平滑連接，而不是由兩圓弧的交接而成。因此，能夠使得兩轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)的過程不會有噪音與震動的現(xiàn)象產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種爪式轉(zhuǎn)子設計方法，該方法可將相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的無效壓縮至開始進氣的運動曲線，及排氣開始至終結的運動曲線，以不同參數(shù)定義取得，從而評估并求出最佳轉(zhuǎn)子性能，而能應用于實際需求的真空泵、空壓機、壓縮機、增壓器等，以提供具有較高壓縮比及輸送容積，并確保兩轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)的過程不會有噪音與震動的現(xiàn)象產(chǎn)生。
為此，本發(fā)明提出一種爪式轉(zhuǎn)子設計方法，該方法用于制造相互共軛嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，以參數(shù)化設計出包含曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C、直線Y的定義轉(zhuǎn)子的本體與葉片，及由所述曲線與圓弧以共軛曲線組成共軛轉(zhuǎn)子，該方法包括形成定義轉(zhuǎn)子步驟及形成共軛轉(zhuǎn)子步驟，其中該形成定義轉(zhuǎn)子步驟包括指定定義轉(zhuǎn)子最大半徑R、定義轉(zhuǎn)子的寬度D、定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑Rp及此二節(jié)圓的圓心t1，t2，此二節(jié)圓中心距為2Rp，Rp小于R，且R與Rp二者有一適當比例；取節(jié)圓的圓心t1作為定義轉(zhuǎn)子的圓心，通過一水平線h1，并在該水平線h1上取得一點P0，此點P0與圓心t1的水平距離為R，由該點P0繞節(jié)圓圓心t1產(chǎn)生共軛曲線E’，曲線E’相對于二節(jié)圓交點P7的對稱曲線E，取此曲線E作為轉(zhuǎn)子的葉片一部分。該曲線E在水平線h1上的交點P3；由該水平線h1及定義轉(zhuǎn)子圓心t1的圓心角α，決定定義轉(zhuǎn)子運動曲線的另一點P1，連接前述點P0與P1可取得定義轉(zhuǎn)子外形曲線的圓弧A，且與曲線E平順連接；于該圓心角α的夾邊h2上取得第二圓心點t2，并經(jīng)由三角函數(shù)關系式求得第二圓心點t2的半徑rB，則可取得一圓弧B作為定義轉(zhuǎn)子的外形曲線的另一部分，并獲得該圓弧B的兩個端點P1與P2，且點P2在圓心t2上方的垂直位置；于該水平線h1上相對于定義轉(zhuǎn)子節(jié)圓的圓心t1取一點t3作為共軛轉(zhuǎn)子節(jié)圓的圓心點，t3與t1的水平距離為2Rp，則定義轉(zhuǎn)子的另一外形曲線的一點P4可由通過共軛轉(zhuǎn)子圓心t3以半徑R及所指定的圓心角β決定，連接前述點P3與點P4可取得定義轉(zhuǎn)子的另一外形曲線圓弧F；于該圓心角β的夾邊h3上取得第四圓心點t4，并經(jīng)由三角函數(shù)關系式求得第四圓心點t4的半徑rC，則可取得一圓弧C作為定義轉(zhuǎn)子的外形曲線的另一部分，并獲得該圓弧C的兩個端點點P4與點P5，且點P5在圓心t4下方的垂直位置；連接點P2及點P5的對稱點P6所形成的水平直線Y；連接上述的曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C、直線Y等組成定義轉(zhuǎn)子1單爪的外形曲線，相對另一爪的外形曲線與上述各定義曲線成對稱關系，如此為定義轉(zhuǎn)子的本體外形曲線；該形成共軛轉(zhuǎn)子步驟，是利用上述步驟決定定義轉(zhuǎn)子的外形后，再由定義轉(zhuǎn)子中各定義曲線的共軛曲線組成。


圖1為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法形成端點共軛曲線的示意圖。
圖2為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法形成定義轉(zhuǎn)子外形的示意圖。
圖3為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法形成共軛轉(zhuǎn)子外形的示意圖。
圖4為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法其中定義轉(zhuǎn)子最大半徑R為60mm、定義轉(zhuǎn)子寬度D為85mm、圓心角α為3度、圓心角β為6度的應用例的示意圖。
圖5為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法中定義轉(zhuǎn)子的厚度D為52，55，60，65，75，80mm時定義轉(zhuǎn)子外形變化的示意圖。
圖6為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法其中圓心角α為3、6、9、12度時定義轉(zhuǎn)子外形變化的示意圖。
圖7為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法圓心角β為3、6、9、12度時定義轉(zhuǎn)子外形變化的示意圖。
圖8為表列圖4、6、7中各不同參數(shù)所得到定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的葉片不同數(shù)值。
圖9為美國專利第5,149,256號的平面圖。
附圖標記說明定義轉(zhuǎn)子1 共軛轉(zhuǎn)子2 最大半徑R定義轉(zhuǎn)子寬度D 節(jié)圓半徑Rp 直線Y圓心t1，t2，t3，t4 水平線h1，h2，h3，h4點P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7圓心角α，半徑rB，rC曲線E，E’ 圓弧A，B，C，F(xiàn)具體實施方式
本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法，是先取得定義轉(zhuǎn)子1的外形，再以共軛曲線取得共軛轉(zhuǎn)子2的外形，請參閱圖1、2，該定義轉(zhuǎn)子1的外形取得包括如下步驟1、指定定義轉(zhuǎn)子最大半徑R、定義轉(zhuǎn)子寬度D、定義轉(zhuǎn)子及共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑Rp，此二節(jié)圓的圓心分別為t1及t2，Rp小于R，且定義轉(zhuǎn)子最大半徑R與節(jié)圓半徑Rp的比例是R＝3Rp/2。
2、取節(jié)圓的圓心t1作為定義轉(zhuǎn)子的圓心，通過一水平線h1，并在該水平線h1上取得一點P0，此點P0圓心t1的水平距離為R，由該點P0繞節(jié)圓圓心t1產(chǎn)生共軛曲線E’，曲線E’相對于節(jié)圓交點P7的對稱曲線E，取此曲線E作為轉(zhuǎn)子的葉片一部分。該曲線E在水平線h1上的交點P3。
3、定義轉(zhuǎn)子外形曲線的另一點P1，由定義轉(zhuǎn)子圓心t1以半徑R及所指定的圓心角α決定。連接點P0與P1可取得圓弧A。
4、取圓心角α的夾邊h2，且在該夾邊h2上取得一圓心點t2，半徑為rB。
5、該半徑rB由如下求得(其中R＝定義轉(zhuǎn)子的最大半徑；即圓心t1至點P1的長度)rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>6、求得半徑rB再以圓心t2為圓心，則可取得兩端點為點P1與點P2的圓弧B作為定義轉(zhuǎn)子的外形曲線的另一部分，其中點P2在圓心t2上方的垂直位置。
7、再于水平線h1上取得共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓圓心t3，t1與t3的水平距離為2Rp，則定義轉(zhuǎn)子外形曲線的另一點P4可由通過共軛轉(zhuǎn)子圓心t3以半徑R及所指定的圓心角β決定。連接點P3與點P4所取得的外形曲線為圓弧F。
8、取圓心角β的夾邊h3，且在該夾邊h3上取得一圓心點t4，半徑為rC。
9、該半徑rC由如下求得(其中R＝定義轉(zhuǎn)子的最大半徑；即圓心t3至點P4的長度)rC+(R+rC)sinβ=D2]]>rC=D/2-Rsinβ1+sinβ]]>10、求得半徑rC再以圓心t4為圓心，則可取得兩端點為點P4與點P5的圓弧C作為定義轉(zhuǎn)子的外形曲線的另一部分，點P5在圓心t4下方的垂直位置。
11、連接點P2及點P5的對稱點P6所形成的水平直線Y。
12、連接上述的曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C、直線Y等組成定義轉(zhuǎn)子1單爪的外形曲線，相對另一爪的外形曲線與上述各定義曲線成對稱關系(虛線所示)。
因此，通過上述的步驟，可取得具有兩爪葉片的定義轉(zhuǎn)子本體外形曲線。
請參閱圖3，利用上述步驟決定定義轉(zhuǎn)子1的外形后，共軛轉(zhuǎn)子2的外形則由上述各定義轉(zhuǎn)子1各定義曲線(曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C、直線Y)的共軛曲線組成。
請參閱圖4為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法其中定義轉(zhuǎn)子最大半徑R采用60mm、定義轉(zhuǎn)子寬度D采用85mm、圓心角α為3度、圓心角β為6度的應用例，如圖所示在這些條件下，定義轉(zhuǎn)子1與共軛轉(zhuǎn)子2的外形是幾乎相同，因而，實際應用時具有較相近的機械性質(zhì)。
再請參閱圖5，當定義轉(zhuǎn)子最大半徑R采用60mm維持不變，而定義轉(zhuǎn)子1的寬度D值分別為52、55、60、65、70、75、80mm時，依共軛嚙合的特性，該定義轉(zhuǎn)子1的寬度D值最較小者(S1)，所對應的共軛轉(zhuǎn)子2的外形是最大者(L1)，如此類推，實際應用上可以視需要作對應的調(diào)整。
另，請參閱圖6、7，本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設計方法其中維持定義轉(zhuǎn)子1最大半徑R采用60mm、定義轉(zhuǎn)子寬度D采用85mm，而圓心角α與圓心角β分別為3、6、9、12度時，定義轉(zhuǎn)子1外形變化則有不同的變化，從圖上清楚的可以顯示，當圓心角α在不同角度時，定義轉(zhuǎn)子1的葉片外側(cè)會隨著角度的變大而加大(圖6)，而共軛轉(zhuǎn)子2則隨著角度的變大而變小。同樣的，當圓心角β在不同角度時，定義轉(zhuǎn)子1的葉片另一外側(cè)會隨著角度的變大而加大，而共軛轉(zhuǎn)子2則隨著角度的變大而變小(圖7)。續(xù)請參閱圖8，是匯整圖5至圖7，不同定義轉(zhuǎn)子1的寬度D及不同圓心角α與圓心角β，取得半徑rB與半徑rC的不同參數(shù)值，依此參數(shù)值則可使得定義轉(zhuǎn)子1與共軛轉(zhuǎn)子2的外形作相對的變化調(diào)整。
通過本發(fā)明的方法所制出的定義轉(zhuǎn)子1與共軛轉(zhuǎn)子2，在相互嚙合運轉(zhuǎn)的無效壓縮至開始進氣的階段，及排氣開始至終結的階段，因為以兩個不同曲線經(jīng)平滑連接，因此，能夠使得兩轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)的過程不會有噪音與震動的現(xiàn)象產(chǎn)生，具有較高壓縮比與輸送容積。
惟，以上所述者僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，大凡依據(jù)本發(fā)明所為的各種修飾與變化，仍應包含于本案專利申請范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種爪式轉(zhuǎn)子設計方法，該方法用于制造相互共軛嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，以參數(shù)化設計出包含曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C、直線Y的定義轉(zhuǎn)子的本體與葉片，及由所述曲線與圓弧以共軛曲線組成共軛轉(zhuǎn)子，該方法包括形成定義轉(zhuǎn)子步驟及形成共軛轉(zhuǎn)子步驟，其中該形成定義轉(zhuǎn)子步驟包括指定定義轉(zhuǎn)子最大半徑R、定義轉(zhuǎn)子的寬度D、定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑Rp及此二節(jié)圓的圓心t1，t2，此二節(jié)圓中心距為2Rp，Rp小于R，且R與Rp二者有一適當比例；取節(jié)圓的圓心t1作為定義轉(zhuǎn)子的圓心，通過一水平線h1，并在該水平線h1上取得一點P0，此點P0與圓心t1的水平距離為R，由該點P0繞節(jié)圓圓心t1產(chǎn)生共軛曲線E’，曲線E’相對于二節(jié)圓交點P7的對稱曲線E，取此曲線E作為轉(zhuǎn)子的葉片一部分。該曲線E在水平線h1上的交點P3；由該水平線h1及定義轉(zhuǎn)子圓心t1的圓心角α，決定定義轉(zhuǎn)子運動曲線的另一點P1，連接前述點P0與P1可取得定義轉(zhuǎn)子外形曲線的圓弧A，且與曲線E平順連接；于該圓心角α的夾邊h2上取得第二圓心點t2，并經(jīng)由三角函數(shù)關系式求得第二圓心點t2的半徑rB，則可取得一圓弧B作為定義轉(zhuǎn)子的外形曲線的另一部分，并獲得該圓弧B的兩個端點P1與P2，且點P2在圓心t2上方的垂直位置；于該水平線h1上相對于定義轉(zhuǎn)子節(jié)圓的圓心t1取一點t3作為共軛轉(zhuǎn)子節(jié)圓的圓心點，t3與t1的水平距離為2Rp，則定義轉(zhuǎn)子的另一外形曲線的一點P4可由通過共軛轉(zhuǎn)子圓心t3以半徑R及所指定的圓心角β決定，連接前述點P3與點P4可取得定義轉(zhuǎn)子的另一外形曲線圓弧F；于該圓心角β的夾邊h3上取得第四圓心點t4，并經(jīng)由三角函數(shù)關系式求得第四圓心點t4的半徑rC，則可取得一圓弧C作為定義轉(zhuǎn)子的外形曲線的另一部分，并獲得該圓弧C的兩個端點點P4與點P5，且點P5在圓心t4下方的垂直位置；連接點P2及點P5的對稱點P6所形成的水平直線Y；連接上述的曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C、直線Y等組成定義轉(zhuǎn)子1單爪的外形曲線，相對另一爪的外形曲線與上述各定義曲線成對稱關系，如此為定義轉(zhuǎn)子的本體外形曲線；該形成共軛轉(zhuǎn)子步驟，是利用上述步驟決定定義轉(zhuǎn)子的外形后，再由定義轉(zhuǎn)子中各定義曲線的共軛曲線組成。
2.如權利要求1所述爪式轉(zhuǎn)子設計方法，其特征是，所述半徑rB是由如下三角函數(shù)關系式求得rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>其中R＝定義轉(zhuǎn)子的最大半徑；即圓心t1至點P1的長度。
3.如權利要求1所述爪式轉(zhuǎn)子設計方法，其特征是，所述半徑rC是由如下三角函數(shù)關系式求得rC+(R+rC)sinβ=D2]]>rC=D/2-Rsinβ1+sinβ]]>其中R＝定義轉(zhuǎn)子的最大半徑；即圓心t3至點P4的長度。
4.如權利要求1所述爪式轉(zhuǎn)子設計方法，其特征是，所述定義轉(zhuǎn)子最大半徑R與節(jié)圓半徑Rp的比例是R＝3Rp/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種爪式轉(zhuǎn)子設計方法，該方法是可設計出相互共軛嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，并以參數(shù)化定義兩轉(zhuǎn)子的無效壓縮至開始進氣的運動曲線，及排氣開始至終結的運動曲線，從而評估并求出最佳轉(zhuǎn)子性能，而能應用于實際需求的真空泵、空壓機、壓縮機、增壓器等，以提供具有較高壓縮比及輸送容積，并確保兩轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)的過程不會有噪音與震動的現(xiàn)象產(chǎn)生。
文檔編號F04C18/14GK1904365SQ20051008885
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權日2005年7月29日
發(fā)明者鐘添東, 林恒毅, 莊豐銘 申請人:良峰塑膠機械股份有限公司