1.本發(fā)明屬于雙螺桿泵技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種密封型雙螺桿泵。

背景技術(shù)：

2.雙螺桿泵是由相互嚙合的主、從螺桿和泵體或襯套間形成一個(gè)容積恒定的密封腔室，介質(zhì)隨主、從螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)沿軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)泵輸送的目的。雙螺桿泵的兩根螺桿由一對(duì)同步齒輪驅(qū)動(dòng)，兩螺桿本身并不直接接觸，所以可以輸送非潤(rùn)滑性甚至含微小固體磨粒的介質(zhì)，在工程領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。

3.現(xiàn)有的密封型雙螺桿泵的齒形有多種，文獻(xiàn)1(回轉(zhuǎn)式容積泵理論與設(shè)計(jì)，林洪義，兵器工業(yè)出版社，1995)對(duì)此做過(guò)綜合介紹，但每一種都未得到廣泛應(yīng)用，對(duì)其中列舉的幾種齒形分析可知，其容積利用率都不高。專(zhuān)利1(公開(kāi)號(hào)cn102400913a)提出了一種密封型齒形型線設(shè)計(jì)，但沒(méi)有給出完整的齒形圖，根據(jù)其根圓和頂圓的大小可知，其容積利用率也相當(dāng)?shù)?。?zhuān)利2(公開(kāi)號(hào)cn112539171)提供了一種雙頭三頭敷膠雙螺桿，提出了另一種齒形設(shè)計(jì)，該專(zhuān)利中未給出具體數(shù)據(jù)，但可以根據(jù)申請(qǐng)書(shū)給出的圖形測(cè)量得到，容積利用率約為0.32。上述密封型雙螺桿泵的容積利用率都小于135型三螺桿泵0.37，在密封性能和容積利用率方面，均不能達(dá)到與三螺桿泵相同的水平。容積利用率高，意味著在相同的體積和轉(zhuǎn)速下，流量更大，或者在相同的流量下，體積和重量更小。

4.由于現(xiàn)有的密封型雙螺桿泵的密封性與容積利用率性能均不佳，因此，工程中實(shí)際應(yīng)用的雙螺桿泵大多是非密封型的。非密封型雙螺桿泵的齒形一般為梯形或矩形，加工比較簡(jiǎn)單，但泄漏量較大，容積效率不高，也不適用于高壓場(chǎng)合。三螺桿泵相對(duì)雙螺桿泵的密封性和容積利用率均較好，然而由于其主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿是直接接觸的，為避免運(yùn)行時(shí)發(fā)生摩擦和磨損，三螺桿泵只適用于輸送潤(rùn)滑性好的液體，如潤(rùn)滑油、液壓油等，對(duì)于非潤(rùn)滑性甚至含固體磨粒的介質(zhì)卻無(wú)法輸送，在工程中的使用范圍有限。

5.因此，如何提供一種密封性和容積利用率高的密封型雙螺桿泵，成為本領(lǐng)域的亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種密封型雙螺桿泵的齒形設(shè)計(jì)，其目的在于，通過(guò)設(shè)計(jì)雙螺桿泵主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的齒形型線，提升雙螺桿泵的密封性和容積利用率，由此解決現(xiàn)有雙螺桿泵密封性差、容積利用率低的技術(shù)問(wèn)題。

7.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

8.一種密封型雙螺桿泵，包括相互嚙合的主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿，從動(dòng)螺桿根圓h1半徑為r1，頂圓h3半徑為r3，圓心o1；主動(dòng)螺桿根圓h2半徑為r2，頂圓h4半徑為r4，圓心o2；半徑為r3/2的圓h5與主動(dòng)螺桿的根圓h2相切，相切點(diǎn)記為q，主動(dòng)螺桿的根圓h2與從動(dòng)螺桿的頂圓h3是節(jié)圓，二者相切于q點(diǎn)；圓h5的圓心為o3、半徑為r3/2，圓心o3為線段o1q的中點(diǎn)，；

9.所述主動(dòng)螺桿的齒形型線由擺線ab和擺線bc連續(xù)組成；所述擺線ab是雙螺桿泵工

作時(shí)，與從動(dòng)螺桿的頂圓h3同心、半徑為λ*r3的圓h6圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線；所述擺線bc是所述圓h5與主動(dòng)螺桿的節(jié)圓也即主動(dòng)螺桿根圓h2相對(duì)做無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)時(shí)，所述圓h5圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)的曲線；

10.所述從動(dòng)螺桿的齒形型線由擺線de和徑向線ef連續(xù)組成；所述擺線de位于所述圓h6內(nèi)部，是雙螺桿泵工作時(shí)，主動(dòng)螺桿頂圓h4圓周上的任意點(diǎn)在從動(dòng)螺桿上畫(huà)的曲線；所述徑向線ef位于所述圓h6與所述從動(dòng)螺桿的頂圓h3之間，是沿頂圓o1徑向的直線段，其延長(zhǎng)線通過(guò)從動(dòng)螺桿的軸心o1。

11.由圖2的幾何關(guān)系，r1+r4＝r2+r3，根據(jù)傳動(dòng)比，有r3＝1.5r2。

12.在滿(mǎn)足上述兩個(gè)等式的條件下，取r1:r2:r3:r4＝1:2:3:4最為方便。實(shí)際上，只要滿(mǎn)足上述兩個(gè)等式，也可以取其他的值，例如適當(dāng)減小r1，加大r4，這可以進(jìn)一步提高容積利用率，但從動(dòng)螺桿剛度降低，可能造成加工困難，也限制了其最高使用壓力。

13.從動(dòng)螺桿齒形中設(shè)置徑向線ef是為了避免從動(dòng)螺桿齒形出現(xiàn)銳角，導(dǎo)致在加工、運(yùn)輸或使用中易于損壞。λ＝0.95

±

0.5，工程實(shí)際中，常取λ＝0.95。

14.優(yōu)選地，將所述徑向線ef的直線替換為圓弧，或者在所述徑向線ef上與所述從動(dòng)螺桿的頂圓h3圓周交點(diǎn)處形成圓角，此時(shí)主動(dòng)螺桿齒形上的bc段曲線是從動(dòng)螺桿上該圓弧段的共軛曲線。

15.總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

16.本發(fā)明提供的密封型雙螺桿泵，設(shè)計(jì)了主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的齒形型線，該齒形型線相互嚙合，使雙螺桿泵的密封性與三螺桿泵相同。相對(duì)于現(xiàn)有的非密封性雙螺桿泵，提高了容積效率和最高工作壓力；相對(duì)于現(xiàn)有的密封型雙螺桿泵，本發(fā)明大大提升了容積利用率，經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，本發(fā)明雙螺桿泵容積利用率可達(dá)到0.47以上，相對(duì)背景技術(shù)專(zhuān)利2的現(xiàn)有雙螺桿泵容積利用率提升了47％，相比標(biāo)準(zhǔn)三螺桿泵容積利用率也提升了27％。

附圖說(shuō)明

17.圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例中密封型雙螺桿泵截面圖；

18.圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例中主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿齒形型線圖；

19.圖3是本發(fā)明密封型雙螺桿的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

具體實(shí)施方式

20.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

21.螺桿泵的密封條件之一，是滿(mǎn)足下列關(guān)系式：

22.z1＝k

·

(z

2-1)

23.式中，z1為主動(dòng)螺桿螺紋頭數(shù)，z2為從動(dòng)螺桿螺紋頭數(shù)，k為從動(dòng)螺桿數(shù)。在三螺桿泵中，這三個(gè)數(shù)均等于2，滿(mǎn)足上式，由于z1＝z2，所以二者轉(zhuǎn)速相同，節(jié)圓直徑也相同。在雙螺桿泵中，k＝1，所以z1和z2不相同，一般取z1＝2，z2＝3。所以，雙螺桿泵中兩個(gè)螺桿轉(zhuǎn)速不

同，兩個(gè)節(jié)圓半徑也不同，需要對(duì)主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的齒形型線進(jìn)行有別于三螺桿泵齒形型線的特別設(shè)計(jì)，以適用雙螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并提高雙螺桿泵的密封性和容積利用率。

24.如圖1所示，本發(fā)明提供的密封型雙螺桿泵，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿新的齒形型線，圖1表達(dá)了螺桿齒形的全局形狀，圖中粗線表示本發(fā)明提出的齒形型線。從動(dòng)螺桿軸心為o1，其根圓h1圓心為o1、半徑為r1，頂圓h3圓心為o1、半徑為r3；主動(dòng)螺桿軸心為o2，其根圓h2圓心為o2、半徑為r2，頂圓h4圓心為o2、半徑為r4。根據(jù)傳動(dòng)比，有r3＝1.5r2，根據(jù)幾何關(guān)系，有r1+r4＝r2+r3，為方便計(jì)，在滿(mǎn)足上述兩個(gè)關(guān)系的條件下，取r1:r2:r3:r4＝1:2:3:4。如果減小r1，增大r4，則可進(jìn)一步提高容積利用率，但從動(dòng)螺桿剛度減小。上述比值較好地平衡了容積利用率與從動(dòng)螺桿剛度。

25.主動(dòng)螺桿的根圓h2和從動(dòng)螺桿的頂圓h3是節(jié)圓，二者相切，相切點(diǎn)記為q，泵工作時(shí)，這兩個(gè)節(jié)圓相互做無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)。以o3為圓心、半徑為r3/2的圓h5與主動(dòng)螺桿的根圓相切，其圓周經(jīng)過(guò)o1和q點(diǎn)，其同樣與主動(dòng)螺桿的根圓h2相切，o3位于o1q的中點(diǎn)。

26.如圖2所示，圖中在主動(dòng)螺桿齒形型線上標(biāo)出了三個(gè)特征點(diǎn)a、b、c，在從動(dòng)螺桿齒形型線上標(biāo)出了三個(gè)特征點(diǎn)d、e、f。對(duì)于主動(dòng)螺桿齒形型線，擺線ab段是泵工作時(shí)，與從動(dòng)螺桿的頂圓h3同心即圓心為o1、半徑為的λ*r3圓h6的圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線，擺線bc段則是半徑為r3/2的圓h5與主動(dòng)螺桿的節(jié)圓(以o2為圓心、r2為半徑)相對(duì)做無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)時(shí)，圓h6圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線。對(duì)于從動(dòng)螺桿齒形型線，型線的擺線de段是泵工作時(shí)，主動(dòng)螺桿頂圓h4圓周上的任意點(diǎn)在從動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線，其中d點(diǎn)相對(duì)e點(diǎn)距離o1較近；徑向線ef段則是通過(guò)e點(diǎn)的徑向直線，該徑向線在通過(guò)從動(dòng)螺桿的軸心o1和e點(diǎn)的直線上。將ef段設(shè)置為徑向直線段的目的是避免從動(dòng)螺桿頂圓處出現(xiàn)銳角，導(dǎo)致在加工和運(yùn)輸過(guò)程中易于損壞。λ＝0.95

±

0.5，常取為0.95。

27.作為一種可選的實(shí)施方式，出于工藝或其他結(jié)構(gòu)方面的需要，可以用圓弧代替從動(dòng)螺桿型線的直線部分，即徑向線ef變?yōu)閳A弧ef，或者在從動(dòng)螺桿頂圓圓周與ef直線部分的交點(diǎn)處形成一個(gè)小半徑的圓角。此時(shí)，主動(dòng)螺桿齒根處bc段變?yōu)榕c該圓弧的共軛曲線。

28.在圖2中，取坐標(biāo)系的x軸為兩螺桿中心的連線，正向從主動(dòng)螺桿指向從動(dòng)螺桿，坐標(biāo)原點(diǎn)則分別為兩螺桿的中心，則上述三段擺線(ab段、bc段、de段)，可以用統(tǒng)一的參數(shù)方程表達(dá)如下：

[0029][0030][0031]

式中，角度是參變量，參變量的取值范圍為和以及其余各量(l、r、a、θ、b、δ)均為常數(shù)，但對(duì)各段型線取不同的值。每個(gè)式子中第一個(gè)括號(hào)前的符號(hào)

±

，對(duì)于主動(dòng)螺桿取正號(hào)(+)，對(duì)于從動(dòng)螺桿取負(fù)號(hào)(-)。

[0032]

對(duì)于主動(dòng)螺桿ab段

[0033]

弧度

[0034]

弧度

[0035]

l＝r1+r4＝r2+r3[0036]

r＝0.95*r3[0037]

a＝1.5

[0038]

b＝1

[0039]

θ＝0

[0040]

對(duì)于主動(dòng)螺桿bc段

[0041][0042]

弧度

[0043]

l＝r2+r3/2

[0044]

r＝r3/2

[0045]

a＝0.75

[0046]

b＝1.

[0047]

θ＝52.31800123＝0.91312138弧度

[0048]

對(duì)于從動(dòng)螺桿de段

[0049][0050]

弧度

[0051]

l＝r1+r4＝r2+r3[0052]

r＝r4[0053]

a＝-1/1.5

[0054]

b＝-1/1.5

[0055]

θ＝0

[0056]

式中δ是當(dāng)齒形以x軸為對(duì)稱(chēng)軸時(shí)，控制齒厚的一個(gè)量，可以在一定的范圍內(nèi)變化，變化范圍取決于對(duì)齒厚的要求。對(duì)于圖1所示的齒形，δ＝30

°

。當(dāng)δ增加時(shí)，主動(dòng)螺桿齒厚減薄，而從動(dòng)螺桿齒厚增加，反之亦然。

[0057]

上述齒形的密封性與三螺桿泵相同，容積利用率為0.47，比背景技術(shù)專(zhuān)利2齒形提升了47％，比標(biāo)準(zhǔn)三螺桿泵也提升了27％。

[0058]

實(shí)施例

[0059]

圖3是一個(gè)應(yīng)用上述密封型雙螺桿泵實(shí)施的一個(gè)實(shí)例，該泵為雙吸立式結(jié)構(gòu)，兩螺桿用齒輪使之同步。兩螺桿均采用固定-游動(dòng)支承方式，同時(shí)配合機(jī)械密封。

[0060]

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種密封型雙螺桿泵，包括相互嚙合的主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿，其特征在于，半徑為r3/2的圓h5與主動(dòng)螺桿的根圓h2相切，相切點(diǎn)記為q，其中r3為從動(dòng)螺桿的頂圓h3的半徑；且所述圓h5經(jīng)過(guò)從動(dòng)螺桿的軸心o1；所述主動(dòng)螺桿的根圓h2與所述從動(dòng)螺桿的頂圓h3是節(jié)圓，二者相切于q點(diǎn)；所述主動(dòng)螺桿的齒形型線由擺線ab和擺線bc連續(xù)組成；所述擺線ab是雙螺桿泵工作時(shí)，與從動(dòng)螺桿的頂圓h3同心、半徑為λ*r3的圓h6圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線；所述擺線bc是所述圓h5與主動(dòng)螺桿的節(jié)圓也即主動(dòng)螺桿根圓h2相對(duì)做無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)時(shí)，所述圓h

53

圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)的曲線；λ＝0.95

±

0.5；所述從動(dòng)螺桿的齒形型線由擺線de和徑向線ef連續(xù)組成；所述擺線de位于所述圓h6內(nèi)部，是雙螺桿泵工作時(shí)，主動(dòng)螺桿頂圓h4圓周上的任意點(diǎn)在從動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線；所述徑向線ef位于所述圓h6與所述從動(dòng)螺桿的頂圓h3之間，是沿頂圓o1徑向的直線段。2.如權(quán)利要求1所述的一種密封型雙螺桿泵，其特征在于，r3＝1.5r2，r1+r4＝r2+r3；其中，r1是從動(dòng)螺桿根圓半徑，r2是主動(dòng)螺桿的根圓半徑，r3是從動(dòng)螺桿頂圓h3半徑，r4是主動(dòng)螺桿的頂圓h4半徑。3.如權(quán)利要求2所述的一種密封型雙螺桿泵，其特征在于，r1:r2:r3:r4＝1:2:3:4。4.如權(quán)利要求1所述的一種密封型雙螺桿泵，其特征在于，λ＝0.95。5.如權(quán)利要求2所述的一種密封型雙螺桿泵，其特征在于，所述主動(dòng)螺桿和所述從動(dòng)螺桿的傳動(dòng)比為1.5。6.如權(quán)利要求1所述的一種密封型雙螺桿泵，其特征在于，所述主動(dòng)螺桿的螺紋頭數(shù)為2，所述從動(dòng)螺桿的螺紋頭數(shù)為3。7.如權(quán)利要求1所述的一種密封型雙螺桿泵，其特征在于，將所述徑向線ef的直線替換為圓弧，或者在所述徑向線ef上與所述從動(dòng)螺桿的頂圓h3圓周交點(diǎn)處形成圓角，此時(shí)主動(dòng)螺桿bc段曲線是從動(dòng)螺桿ef段圓弧或圓角的共軛曲線。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種密封型雙螺桿泵，屬于雙螺桿泵技術(shù)領(lǐng)域，包括相互嚙合的主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿。半徑為R3/2的圓O3與半徑為H5的主動(dòng)螺桿的根圓H2相切；主動(dòng)螺桿的根圓H2與從動(dòng)螺桿的頂圓H3是節(jié)圓；主動(dòng)螺桿的齒形型線由擺線AB和擺線BC連續(xù)組成；擺線AB是雙螺桿泵工作時(shí)，半徑為λ*R3的圓H6圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線；擺線BC是泵工作時(shí)，半徑為R3/2圓H5圓周上的任意點(diǎn)在主動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線；從動(dòng)螺桿的齒形型線由擺線DE和徑向線EF連續(xù)組成；擺線DE是雙螺桿泵工作時(shí)，主動(dòng)螺桿頂圓H4圓周上的任意點(diǎn)在從動(dòng)螺桿上畫(huà)出的曲線。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)雙螺桿泵主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的齒形型線，提升了雙螺桿泵的密封性和容積利用率。率。率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳喜陽(yáng) 彭玉成 張雙全 張克危

受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2022.12.07

技術(shù)公布日：2023/3/21