螺杆转子 技术领域 本发明涉及用在螺杆泵中的螺杆转子， 该螺杆泵通过一对在该螺杆泵中相互啮合 的螺杆转子的旋转泵送流体。
背景技术 日本未经审查的专利申请公开 No.2008-38861 公开了一种具有一对相互啮合的 单头螺纹螺杆转子的螺杆泵。 该螺杆转子在该泵吸入侧的螺旋角大于其在该泵排放侧的螺 旋角， 该螺旋角适合于随着吸入量的增加进行流体传送。 然而， 在具有大螺旋角的螺杆转子 的吸入侧上， 圈数较少， 这将影响螺杆转子的旋转平衡。
日本未经审查的专利申请公开 No.63-59031 公开了另一种具有一对相互啮合的 多头螺纹螺杆转子的螺杆泵。在这种螺杆泵中， 不会出现像单头螺纹螺杆转子情况下那样 的旋转平衡问题。
然而， 当具有小螺旋角的螺杆转子的排放侧上的圈数增加时， 例如在双头螺纹转 子中， 在相同的螺旋角和相同的流体传送量情况下， 其齿厚大约为单头螺纹螺杆转子齿厚 的一半。在这种情况下， 转子壳体的内表面和齿之间的密封长度大约为单头螺纹螺杆转子 密封长度的一半， 这将引起密封性能降低。
日本未经审查的专利申请公开 No.3-111690 公开了又一种在吸入侧具有多头螺 纹螺杆转子而在排放侧具有单头螺纹螺杆转子的螺杆泵。 该多头螺纹螺杆转子与单头螺纹 螺杆转子是同心设置的。在这种螺杆泵中， 不会出现像单头螺纹螺杆转子情况下的旋转平 衡问题， 也不会出现像双头螺纹螺杆转子情况下的密封问题。
然而， 在公开文本 No.3-111690 中公开的螺杆泵中， 因为多头螺纹螺杆转子与单 头螺纹螺杆转子轴向间隔开， 所以流体传送空间的体积在螺纹数量变化的部分增加。这种 体积增加造成传送流体的膨胀， 这将引起螺杆泵的无效泵送操作。
本发明旨在提供螺杆转子， 其防止螺杆泵的无效泵送操作同时保持螺杆转子的良 好旋转平衡并确保密封性能。
发明内容 根据本发明的一方面， 螺杆转子是用在螺杆泵 (11) 中的， 该螺杆泵通过一对在转 子壳体 (12) 中相互啮合的螺杆转子 (13， 14) 的旋转泵送流体。该螺杆转子 (13， 14) 包括 用于泵吸入侧的多头螺纹部分 (26， 34) 和用于泵排放侧的单头螺纹部分 (29， 37)。单头螺 纹部分 (29， 37) 在垂直于螺杆转子 (13， 14) 的旋转轴线 (151， 161) 的假想面中具有齿廓 (G11， G12)。该单头螺纹部分 (29， 37) 的齿廓 (G11， G12) 包括 ： 齿顶部 (A1B1， A2B2)， 其在 旋转轴线 (151， 161) 周围环形地延伸 ； 齿底部 (C1D1， C2D2)， 其在旋转轴线 (151， 161) 周围 环形地延伸， 该齿底部 (C1D1、 C2D2) 的半径小于齿顶部 (A1B1， A2B2) 的半径 ； 由余摆线形 成的第一曲线段 (A1C1， A2C2)， 该第一曲线段 (A1C1， A2C2) 连接齿顶部 (A1B1， A2B2) 的一 C2D2) 的一端 (C1， C2) ； 和第二曲线段 (B1D1， B2D2)， 其连接 端 (A1， A2) 到齿底部 (C1D1，
齿顶部 (A1B1， A2B2) 的另一端 (B1， B2) 到齿底部 (C1D1， C2D2) 的另一端 (D1， D2)。多头 螺纹部分 (26， 34) 在垂直于螺杆转子 (13， 14) 的旋转轴线 (151， 161) 的假想面中具有齿廓 (G21， G22)。该多头螺纹部分 (26， 34) 的齿廓 (G21， G22) 包括 ： 齿顶部 (42A， 42B)， 其在旋 转轴线 (151， 161) 周围环形地延伸 ； 齿底部 (43A， 43B)， 其在旋转轴线 (151， 161) 周围环形 地延伸， 该齿底部 (43A， 43B) 的半径小于齿顶部 (42A， 42B) 的半径 ； 和由余摆线形成的第三 曲线段 (46A， 46B)， 该第三曲线段 (46A， 46B) 连接齿顶部 (42A， 42B) 的一端 (422A， 422B) 到 齿底部 (43A， 43B) 的一端。该螺杆转子 (13、 14) 如此形成以致于多头螺纹部分 (26， 34) 的 齿廓 (G21， G22) 通过垂直于螺杆转子 (13， 14) 的旋转轴线 (151， 161) 的边界面 (38， 39) 连 接到单头螺纹部分 (29， 37) 的齿廓 (G11， G12) 上。该第一曲线段 (A1C1、 A2C2) 满足下列状 态 (1) 或 (2) ：
(1) 第一曲线段 (A1C1， A2C2) 在边界面 (38， 39) 中与第三曲线段 (46A， 46B) 重合 ；
(2) 第一曲线段 (A1C1， A2C2) 在与螺杆转子 (13， 14) 的旋转方向 (W， Z) 相反的方 向上以角位差 α0 与第三曲线段 (46A， 46B) 在角度上间隔开， 并且满足角位差 α0 ＜ θ， 其中 θ 是边界面 (38， 39) 中从多头螺纹部分 (26， 34) 的齿顶部 (42A， 42B) 的一端 (422A， 422B) 延伸到螺杆转子 (13， 14) 的旋转轴线 (151， 161) 的线 (L11， L21) 和从多头螺纹部分 (26， 34) 的齿顶部 (42A， 42B) 的另一端 (421A， 421B) 延伸到螺杆转子 (13， 14) 的旋转轴线 (151， 161) 的线 (L12， L22) 之间的齿顶部角。
通过下面的描述， 结合以举例方式阐述了本发明原理的附图， 本发明的其它方面 和优势将变得明显。 附图说明 图 1 是螺杆泵的纵向截面图， 该螺杆泵具有根据本发明第一实施例的第一螺杆转 子和第二螺杆转子 ；
图 2 是图 1 中第一螺杆转子和第二螺杆转子的透视图 ；
图 3 显示了图 1 和 2 中第一和第二螺杆转子的双头螺纹部分的齿廓 ；
图 4 显示了图 1 和 2 中第一和第二螺杆转子的单头螺纹部分的齿廓 ；
图 5 详细示出了单头螺纹部分的齿廓 ；
图 6 是解释如何确定渐开线的示意图 ；
图 7 是解释如何确定渐开线和余摆线的示意图 ；
图 8 是解释如何确定余摆线的示意图 ；
图 9A 到 9C 是显示位于第一和第二螺杆转子的边界面中的单头螺纹部分和双头螺 纹部分的齿廓的示意图 ；
图 10 显示了通过该螺杆泵的流体传送体积的变化曲线 ；
图 11A 和 11B 示意性地显示了边界面中单头螺纹部分和双头螺纹部分的齿廓 ； 和
图 12 示意性地显示了根据本发明第二实施例的第一和第二螺杆转子的齿廓。
具体实施方式
参考图 1， 螺杆泵 11 具有转子壳体 12， 第一螺杆转子 13 和第二螺杆转子 14 可旋 转地设置在其中。第一螺杆转子 13 的轴 15 和第二螺杆转子 14 的轴 16 延伸到该螺杆泵 11的电动机壳体 17 中， 电动机 18 容纳在该电动机壳体中。电动机 18 产生的驱动力经由其输 出轴 181 和联轴器 19 传递到轴 15， 因此旋转轴 15。轴 15 的旋转运动经由一对相互啮合的 齿轮 20 和 21 传递到另一轴 16， 因此轴 16 沿与轴 15 相反的方向旋转。第一螺杆转子 13 沿 箭头 W 指示的方向旋转， 而第二螺杆转子 14 沿与箭头方向 W 相反的、 箭头 Z 指示的方向旋 转。
参考图 2， 第一个螺杆转子 13 包括双头螺纹部分 26( 多头螺纹部分 ) 和单头螺纹 部分 29。该双头螺纹部分 26 具有两个螺旋齿 22、 23 和两个螺旋槽 24、 25。该单头螺纹部 分 29 具有一个螺旋齿 27 和一个螺旋槽 28。类似地， 第二螺杆转子 14 包括双头螺纹部分 34( 多头螺纹部分 ) 和单头螺纹部分 37。该双头螺纹部分 34 具有两个螺旋齿 30、 31 和两 个螺旋槽 32、 33。该单头螺纹部分 37 具有一个螺旋齿 35 和一个螺旋槽 36。
第一螺杆转子 13 的双头螺纹部分 26 的螺旋齿 22、 23 与第二螺杆转子 14 的双头 螺纹部分 34 的螺旋齿 30、 31 啮合， 螺旋齿 22、 23 插入到第二螺杆转子 14 的双头螺纹部分 34 的螺旋槽 32、 33 中， 以及螺旋齿 30、 31 插入到第一螺杆转子 13 的双头螺纹部分 26 的螺 旋槽 24、 25 中。
第一螺杆转子 13 的单头螺纹部分 29 的螺旋齿 27 与第二螺杆转子 14 的单头螺纹 部分 37 的螺旋齿 35 啮合， 螺旋齿 27 插入到第二螺杆转子 14 的单头螺纹部分 37 的螺旋槽 36 中， 以及螺旋齿 35 插入到第一螺杆转子 13 的单头螺纹部分 29 的螺旋槽 28 中。
参考图 1， 在第一螺杆转子 13 中， 双头螺纹部分 26 是通过边界面 38 由单头螺纹部 分 29 连续形成的。双头螺纹部分 26 位于螺杆泵 11 的吸入侧， 而单头螺纹部分 29 位于螺 杆泵 11 的排放侧。在第二螺杆转子 14 中， 双头螺纹部分 34 是通过边界面 39 由单头螺纹 部分 37 连续形成的。双头螺纹部分 34 位于该螺杆泵 11 的吸入侧， 而单头螺纹部分 37 位 于该螺杆泵 11 的排放侧。边界面 38、 39 位于垂直于第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转轴 线 151、 161 的同一假想面中。
该转子壳体 12 是由端壁 122 和周向壁 123 形成的。该转子壳体 12 在其一端具有 形成通过端壁 122 的进口 40 从而与限定在该转子壳体 12 中的吸入室 121 连通。 盖板 10 设 在该吸入室 121 中从而盖住第一和第二螺杆转子 13、 14 的一部分端面。该转子壳体 12 在 其另一端具有形成通过周向壁 123 的出口 41 从而与该转子壳体 12 的内部空间连通。
随着第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转， 流体经由进口 40 引入吸入室 121。由于 盖板 10 的存在， 在给定时间将流体引入传送空间， 在螺旋槽中传送到出口 41， 然后经由出 口 41 排出螺杆泵 11。
图 3 显示了第一螺杆转子 13 的双头螺纹部分 26 的齿廓 G21 和第二螺杆转子 14 的双头螺纹部分 34 的齿廓 G22。图 4 显示了第一螺杆转子 13 的单头螺纹部分 29 的齿廓 G11 和第二螺杆转子 14 的单头螺纹部分 37 的齿廓 G12。第一螺杆转子 13 的齿廓是第一螺 杆转子 13 在垂直于旋转轴线 151 的假想面中的轮廓， 类似地， 第二螺杆转子 14 的齿廓是第 二螺杆转子 14 在垂直于旋转轴线 161 的假想面中的轮廓。
第一螺杆转子 13 的螺纹方向 ( 在图 3 和 4 中用箭头 δ 指示 ) 与第一螺杆转子 13 的旋转方向 W 相反。第二螺杆转子 14 的螺纹方向 ( 在图 3 和 4 中用箭头 ε 表示 ) 与第二 螺杆转子 14 的旋转方向 Z 相反。
第一螺杆转子 13 的螺纹方向 δ 与第二螺杆转子 14 的螺纹方向 ε 相反。接下来将详细描述第一和第二螺杆转子 13、 14 的单头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、G12。 参考图 5， 符号 P1 表示轴 15 的中心轴线上的点 ( 即第一螺杆转子 13 的旋转轴线 151)， 而符号 P2 表示轴 16 的中心轴线上的点 ( 即第二螺杆转子 14 的旋转轴线 161)。这些 点 P1、 P2， 也就是第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转中心， 接下来被简称为中心点 P1、 P2。 符号 L 表示中心点 P1 和 P2 之间的距离 ( 即轴 15 和 16 的中心轴线之间的距离 )。
如图 5 所示， 第一螺杆转子 13 的单头螺纹部分 29 的齿廓 G11 包括齿顶部 A1B1 和 齿底部 C1D1。该齿顶部 A1B1 围绕中心点 P1 从点 A1 环形地延伸到点 B1。齿底部 C1D1 围 绕中心点 P1 从点 C1 环形地延伸到点 D1。齿底部 C1D1 的半径小于齿顶部 A1B 1 的半径。 齿廓 G11 进一步包括第一曲线段 A1C1 和第二曲线段 B1D1。第一曲线段 A1C1 连接齿顶部 A1B1 的一端 A1 到齿底部 C1D1 的一端 C1。第二曲线段 B1D1 连接齿顶部 A1B1 的另一端 B1 到齿底部 C1D1 的另一端 D1。第一曲线段 A1C1 是由余摆线形成的， 在下文中也被称为第一 余摆线 A1C1。
第二螺杆转子 14 的单头螺纹部分 37 的齿廓 G12 包括齿顶部 A2B2 和齿底部 C2D2。 齿顶部 A2B2 围绕中心点 P2 从点 A2 环形地延伸到点 B2。齿底部 C2D2 围绕中心点 P2 从点 C2 环形地延伸到点 D2。齿底部 C2D2 的半径小于齿顶部 A2B2 的半径。齿廓 G12 进一步包 括第一曲线段 A2C2 和第二曲线段 B2D2。第一曲线段 A2C2 连接齿顶部 A2B2 的一端 A2 到齿 底部 C2D2 的一端 C2。第二曲线段 B2D2 连接齿顶部 A2B2 的另一端 B2 到齿底部 C2D2 的另 一端 D2。第一曲线段 A2C2 是由余摆线形成的， 在下文中也被称为第一余摆线 A2C2。
在图 5 中， 齿顶部 A1B1 的一端 A1 和齿顶部 A2B2 的一端 A2 位于经过中心点 P1 和 P2 的假想线 M 上。
第一螺杆转子 13 的第一余摆线 A1C1 是由第二螺杆转子 14 的齿顶部 A2B2 的一端 A2 形成的。第二螺杆转子 14 的第一余摆线 A2C2 是由第一螺杆转子 13 的齿顶部 A1B1 的一 端 A1 形成的。
第二螺杆转子 14 的第二曲线段 B2D2 是由连接到齿顶部 A2B2 另一端 B2 和第二余 摆线 E2D2 的渐开线 B2E2 形成的。渐开线 B2E2 是由其中心是中心点 P2 的基圆获得的。第 二余摆线 E2D2 是由第一螺杆转子 13 的齿顶部 A1B1 的另一端 B1 形成的。
第一螺杆转子 13 的第二曲线段 B1D1 是由连接到齿顶部 A1B1 的另一端 B1 和第二 余摆线 E1D1 的渐开线 B1E1 形成的。渐开线 B1E1 是由一基圆获得的， 该基圆的中心是中心 点 P1 并且其半径小于距离 L 的一半 (L/2)。第二余摆线 E1D1 是由第二螺杆转子 14 的齿顶 部 A2B2 的另一端 B2 形成的。
第二螺杆转子 14 的单头螺纹部分 37 的齿廓 G12 与第一螺杆转子 13 的单头螺纹 部分 29 的齿廓 G11 一致。
在该实施例中， 第一螺杆转子 13 的齿顶部 A1B1 围绕中心点 P1 的角度 β1 小于 180 度。齿底部 C1D1 围绕中心点 P1 的角度 β2 也小于 180 度并且等于角度 β1。
类似地， 第二螺杆转子 14 的齿顶部 A2B2 围绕中心点 P2 的角度为 β1， 齿底部 C2D2 围绕中心点 P2 的角度为与 β1 相等的 β2。
接下来将描述如何形成第一和第二螺杆转子 13， 14 的单头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、 G12。
要注意的是， 图 6 至 8 中参考数字 13 和 14 分别表示第一螺杆转子 13 侧和第二螺 杆转子 14 侧。
参考图 6， 首先确定中心点 P1 和 P2 之间的距离 ( 即距离 L)。符号 C31、 C32 表示 节圆， 每个都具有半径 r( ＝ L/2) 并且在作为中心点 P1 和 P2 之间的中点 F 处相互接触。 然 后， 确定具有比 r 大的半径 R1 的外圆 C11 和具有比 r 小的半径 R2 的内圆 C21。距离 L 等于 半径 R1 和半径 R2 的和。节圆 C31 与第一螺杆转子 13 有关， 节圆 C32 与第二螺杆转子 14 有关。
接着， 经过点 F 的渐开线 11 是基于基圆 Co1 确定的， 基圆的中心是中心点 P1 并且 其半径小于节圆 C31 的半径。渐开线 11 与外圆 C11 在第一螺杆转子 13 上的交叉点是对应 于上述的第一螺杆转子 13 的齿顶部 A1B1 的另一端 B1 的点 B1。
类似地， 经过点 F 的渐开线 12 是基于基圆 Co2 确定的， 该基圆的中心是中心点 P2 并且其半径小于节圆 C32 的半径。渐开线 12 与外圆 C12 在第二螺杆转子 14 上的交叉点是 对应于上述的第二螺杆转子 14 的齿顶部 A2B2 的另一端 B2 的点 B2。基圆 Co1 和 Co2 都具 有小于节圆 C31、 C32 的半径 r 的半径 Ro。
现在参考图 7， 确定曲线 J1。曲线 J1 是点 B2 在外圆 C12 上的轨迹， 该轨迹是第一 和第二螺杆转子 13、 14 旋转时描绘的。曲线 J1 是通过围绕第一螺杆转子 13 旋转第二螺杆 转子 14 形成的余摆线， 同时节圆 C32 与节圆 C31 保持接触。余摆线 J1 与内圆 C21 的交叉 点 D1 对应于上述的第一螺杆转子 13 的齿底部 C1D1 的另一端 D1。余摆线 J1 在点 E1 处与 渐开线 11 相连。第一螺杆转子 13 中的渐开线 B1E1 是由从点 B1 延伸到点 E1 的渐开线 11 形成的， 第一螺杆转子 13 中的第二余摆线 E1D1 是由从点 E1 延伸到点 D1 的余摆线 J1 形成 的。第二余摆线 E1D1 的切线与渐开线 B1E1 的切线在它们之间的连接点处重合。 类似地， 确定曲线 J2。曲线 J2 是点 B1 在第一和第二螺杆转子 13， 14 旋转时在外 圆 C11 上描绘的轨迹。曲线 J2 是通过围绕第二螺杆转子 14 旋转第一螺杆转子 13 形成的 余摆线， 同时节圆 C31 与节圆 C32 保持接触。余摆线 J2 与内圆 C22 的交叉点 D2 对应于上 述的第二螺杆转子 14 的齿底部 C2D2 的另一端 D2。余摆线 J2 在点 E2 处与渐开线 12 相连。 第二螺杆转子 14 中的渐开线 B2E2 是由从点 B2 延伸到点 E2 的渐开线 12 形成的， 第二螺杆 转子 14 中的第二余摆线 E2D2 是由从点 E2 延伸到点 D2 的余摆线 J2 形成的。第二余摆线 E2D2 的切线与渐开线 B2E2 的切线在它们之间的连接点处重合。
然后参考图 8， 确定点 A1 和曲线 K1。点 A1 位于经过中心点 P1、 P2 的线 M 上并且 还位于第一螺杆转子 13 侧的外圆 C11 上。曲线 K1 是点 A2 在第一和第二螺杆转子 13、 14 旋转时在外圆 C12 上描绘的轨迹。曲线 K1 是通过围绕第一螺杆转子 13 旋转第二螺杆转子 14 形成的余摆线， 同时节圆 C32 与节圆 C31 保持接触。点 A1 对应于上述的第一螺杆转子 13 的齿顶部 A1B1 的一端 A1。第一螺杆转子 13 中的第一余摆线 A1C1 是由从点 A1 延伸到 点 C1 的余摆线 K1 形成的， 点 C1 是余摆线 K1 与内圆 C21 的交叉点。
类似地， 确定点 A2 和曲线 K2。点 A2 位于经过中心点 P1、 P2 的线 M 上并且还位于 第二螺杆转子 14 侧的外圆 C12 上。曲线 K2 是点 A1 在第一和第二螺杆转子 13、 14 旋转时 在外圆 C11 上描绘的轨迹。曲线 K2 是通过围绕第二螺杆转子 14 旋转第一螺杆转子 13 形 成的余摆线， 同时节圆 C31 与节圆 C32 保持接触。点 A2 对应于上述的第二螺杆转子 14 的 齿顶部 A2B2 的一端 A2。第二螺杆转子 14 中的第一余摆线 A2C2 是由从点 A2 延伸到点 C2
的余摆线 K2 形成的， 点 C2 是余摆线 K2 与内圆 C22 的交叉点。
第一螺杆转子 13 的齿顶部 A1B1( 见图 5) 是由外圆 C11 的弧形成的， 该弧从第一 余摆线 A1C1 上的点 A1 延伸到渐开线 B1E1 上的点 B1。第一螺杆转子 13 的齿底部 C1D1( 见 图 5) 是由内圆 C21 的弧形成的， 该弧从第一余摆线 A1C1 上的点 C1 延伸到第二余摆线 E1D1 上的点 D1。类似地， 第二螺杆转子 14 的齿顶部 A2B2 和齿底部 C2D2( 见图 5) 基本上以与第 一螺杆转子 13 中相同的方式形成。
第二螺杆转子 14 的点 A2 随着第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转沿着第一螺杆转 子 13 的第一余摆线 A1C1 移动。然后， 第一螺杆转子 13 的点 A1 沿着第二螺杆转子 14 的第 一余摆线 A2C2 移动。
另外， 第一螺杆转子 13 的点 B1 随着第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转沿着第二 螺杆转子 14 的第二余摆线 E2D2 移动。然后第一螺杆转子 13 的渐开线 B1E1 在第二螺杆转 子 14 的渐开线 B2E2 上旋转同时与其保持接触。然后， 第二螺杆转子 14 的点 B2 沿着第一 螺杆转子 13 的第二余摆线 E1D1 移动。
回头参考图 3， 第一螺杆转子 13 的双头螺纹部分 26 的齿廓 G21 包括齿顶部 42A， 齿底部 43A， 齿底部 44A， 齿顶部 45A， 由余摆线形成的第三曲线段 46A， 第四曲线段 47A 和 曲线段 48A、 49A。第三曲线段 46A 连接齿顶部 42A 的一端 422A( 即第三曲线段 46A 的一端 461A) 到齿底部 43A 的一端。齿顶部 42A 的另一端 421A 连接到第四曲线段 47A。第四曲线 段 47A 和曲线段 48A、 49A 是由渐开线和余摆线形成的。齿顶部 42A、 齿底部 43A、 齿底部 44A 和齿顶部 45A 是中心为中心点 P1 的圆的弧。 第二螺杆转子 14 的双头螺纹部分 34 的齿廓 G22 包括齿顶部 42B， 齿底部 43B， 齿 底部 44B， 齿顶部 45B， 由余摆线形成的第三曲线段 46B， 第四曲线段 47B 和曲线段 48B、 49B。 第三曲线段 46B 连接齿顶部 42B 的一端 422B( 即第三曲线段 46B 的一端 461B) 到齿底部 43B 的一端。齿顶部 42B 的另一端 421B 连接到第四曲线段 47B。第四曲线段 47B 和曲线段 48B、 49B 是由渐开线和余摆线形成的。齿顶部 42B、 齿底部 43B、 齿底部 44B 和齿顶部 45B 是 中心为中心点 P2 的圆的弧。
第二螺杆转子 14 的双头螺纹部分 34 的齿廓 G22 与第一螺杆转子 13 的双头螺纹 部分 26 的齿廓 G21 相同。
齿廓 G21、 G22 中的齿顶部 42A、 42B、 45A、 45B 的半径与单头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、 G12 中齿顶部 A1B1、 A2B2 的半径基本相等。齿廓 G21、 G22 中的齿底部 43A、 43B、 44A、 44B 的半径与单头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、 G12 中齿底部 C1D1、 C2D2 的半径基本相等。
由齿廓 G21、 G22 中的余摆线形成的第三曲线段 46A、 46B 是由与通过齿廓 G11、 G12 中余摆线形成的第一曲线段 A1C1、 A2C2 相同的方式形成的。第三曲线段 46A、 46B 的轮廓与 由齿廓 G11、 G12 中余摆线形成的第一曲线段 A1C1、 A2C2 的轮廓相同。
每一个由渐开线和余摆线形成的第四曲线段 47A、 47B 和曲线段 48A、 48B、 49A、 49B 是由与单头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、 G12 中第二曲线段 B1D1、 B2D2 相同的方式形成的。
随着第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转， 第三曲线段 46B 的一端 461B 沿着第三曲 线段 46A 掠过， 第三曲线段 46A 的一端 461A 沿着第三曲线段 46B 掠过。另外， 根据第一和 第二螺杆转子 13、 14 的旋转， 第四曲线段 47A 面对第四曲线段 47B， 曲线段 48A 面对曲线段 48B， 曲线段 49A 面对曲线段 49B。
由此形成的单头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、 G12 和双头螺纹部分 26、 34 的齿廓 G21、 G22 设置为齿廓 G21 经由边界面 38 连接到齿廓 G11， 并且齿廓 G22 经由边界面 39 连接 到齿廓 G12。
图 9A 示意性显示了边界面 38、 39 中的双头螺纹部分 26、 34 的齿廓 G21、 G22 和单 头螺纹部分 29、 37 的齿廓 G11、 G12。
在接下来的描述中， 符号 α1( ≥ 0) 表示边界面 38 中在中心点 P1 周围的角位置 在双头螺纹部分 26 的齿廓 G21 的第三曲线段 46A( 余摆线 ) 和单头螺纹部分 29 的齿廓 G11 的第一曲线段 A1C1( 余摆线 ) 之间的差值。在图 9A 的情形下， 在边界面 38 中中心点 P1 周 围， 第三曲线段 46A 的角位置与第一曲线段 A1C1 的角位置重合， 角位置的差值 α1， 也就是 说角位差 α1， 为零。
类似地， 在接下来的描述中， 符号 α2( ≥ 0) 表示边界面 39 中在中心点 P2 周围的 角位置在双头螺纹部分 34 的齿廓 G22 的第三曲线段 46B( 余摆线 ) 和单头螺纹部分 37 的 齿廓 G12 的第一曲线段 A2C2( 余摆线 ) 之间的差值。在图 9A 的情形下， 在边界面 39 中在 中心点 P2 周围， 第三曲线段 46B 的角位置与第一曲线段 A2C2 的角位置重合， 角位置的差值 α2， 也就是说角位差 α2， 为零。
在本实施例中， α1 等于 α2， 因此角位差 α1、 α2 在下文中以符号 αo 表示。
在图 9A 中， 符号 θ1 表示从齿顶部 42A 的一端 422A 延伸到中心点 P1 的线 L11 和 从齿顶部 42A 的另一端 421A 延伸到中心点 P1 的线 L12 之间的角度。 具体地说， 符号 θ1 表 示经过作为边界面 38 中在中心点 P1 周围的弧的齿顶部 42A 的相应端 422A、 421A 的线 L11 和 L12 之间的角度。类似地， 符号 θ2 表示从齿顶部 42B 的一端 422B 延伸到中心点 P2 的 线 L21 和从齿顶部 42B 的另一端 421B 延伸到中心点 P2 的线 L22 之间的角度。 具体地说， 符 号 θ2 表示经过作为边界面 39 中在中心点 P2 周围的弧的齿顶部 42B 的相应端 422B、 421B 的线 L21 和 L22 之间的角度。
在图 9A 中， θ1 等于 θ2， 因此角度 θ1、 θ2 在下文中由符号 θo 表示。
图 9B 显示出的状态是齿廓 G11 已经通过沿与旋转方向 W( 即螺纹方向 δ) 相反的 方向旋转 αo( ＜ θo) 从图 9A 的位置移开， 还显示出的状态是齿廓 G12 已经通过沿与旋转 方向 Z( 即螺纹方向 ε) 相反的方向旋转 αo( ＜ θo) 从图 9A 的位置移开。
图 9C 显示出的状态是齿廓 G11 已经通过沿旋转方向 W( 即与螺纹方向 δ 相反的 方向 ) 旋转 αo( ＜ θo) 从图 9A 的位置移开， 还显示出的状态是齿廓 G12 已经通过沿旋转 方向 Z( 即与螺纹方向 ε 相反的方向 ) 旋转 αo( ＜ θo) 从图 9A 的位置移开。
在图 9A 的情况下， 边界面 38 中的第一曲线段 A1C1 和边界面 39 中的第一曲线段 A2C2 满足下述条件 (1) ：
(1) 在边界面 38 中， 第一曲线段 A1C1 与第三曲线段 46A 重合， 在边界面 39 中， 第 一曲线段 A2C2 与第三曲线段 46B 重合。
在图 9B 的情况下， 边界面 38 中的第一曲线段 A1C1 和边界面 39 中的第一曲线段 A2C2 满足下述条件 (2) ：
(2) 第一曲线段 A1C1 沿与第一螺杆转子 13 的旋转方向 W 相反的方向 ( 即螺纹方 向 δ) 与第三曲线段 46A 在角度上间隔角位差 αo， 满足角位差 αo ＜ θ1， 其中 θ1 是边 界面 38 中从齿顶部 42A 的一端 422A 延伸到中心点 P1( 旋转轴线 151) 的线 L11 和从齿顶部42A 的另一端 421A 延伸到中心点 P1 的线 L12 之间的角度 ( 齿顶部角 )。第一曲线段 A2C2 沿与第二螺杆转子 14 的旋转方向 Z 相反的方向 ( 即螺纹方向 ε) 与第三曲线段 46B 在角 度上间隔角位差 αo， 满足角位差 αo ＜ θ2， 其中 θ2 是边界面 39 中从齿顶部 42B 的一端 422B 延伸到中心点 P2( 旋转轴线 161) 的线 L21 和从齿顶部 42B 的另一端 421B 延伸到中心 点 P2 的线 L22 之间的角度 ( 齿顶部角 )。
如果满足上述条件 (1) 或 (2)， 位于边界面 38， 39 上游并邻近边界面 38， 39 的双头 螺纹部分 26， 34 的螺旋槽的体积 V1 随着第一和第二螺杆转子 13， 14 的旋转按照图 10 中曲 线 H 指示进行变化。
在图 10 中， 水平轴线表示第一和第二螺杆转子 13、 14 的角位置， 而垂直轴线表示 流体体积。图 9A、 9B、 9C 显示出的状态是第一和第二螺杆转子 13、 14 的角位置在图 10 中为 0 度。
当第一和第二螺杆转子 13、 14 从 0 度角位置旋转两整圈 (0 到 720 度 ) 时， 通过曲 线 H 表示的体积 V1 从最大值 Vh 集中到零而没有增加。
如果满足条件 (1)， 位于边界面 38、 39 下游并邻近边界面 38、 39 的单头螺纹部分 29、 37 的螺旋槽的体积 V2 随着第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转按照图 10 中曲线 Q 指示 进行变化。当第一和第二螺杆转子 13、 14 从 0 度角位置旋转两整圈 (0 到 720 度 ) 时， 通过 曲线 Q 表示的体积 V2 逐渐增加然后集中于一预定值， 该预定值是远离边界面 38、 39 的单头 螺纹部分 29、 37 的螺旋槽的体积 ( 以下简称为 Vq)。另一方面， 如果满足条件 (2)， 随着第 一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转， 体积 V2 的变化相对于图 10 中的曲线 Q 延迟 αo。也就 是说， 体积 V2 按照在图 10 中从曲线 Q 的位置向右移动 αo 的曲线进行变化。为体积 V1 和 V2 总和的流体传送体积 (V1+V2) 按照图 10 中曲线 HQ 的指示进行变化。当第一和第二螺杆 转子 13、 14 从 0 度角位置旋转两整圈 (0 到 720 度 ) 时， 通过曲线 HQ 表示的流体传送体积 (V1+V2) 集中于曲线 Q 上的最大体积 Vq 而没有增加。
如果条件 (1) 和 (2) 都不能满足， 例如， 当齿廓 G11 已经通过沿旋转方向 W( 即与 螺纹方向 δ 相反的方向 ) 旋转 αo( ＜ θo) 从图 9A 的位置移开时， 如图 9C 所示， 流体传 送体积 (V1+V2) 随着第一和第二螺杆转子 13、 14 的旋转按照图 10 中的曲线 S 进行变化。
这是因为位于边界面 38 下游并邻近边界面 38 的单头螺纹部分 29 的螺旋槽 在 -αo 到 0 度的范围内没有连接到双头螺纹部分 26 的螺旋槽。当单头螺纹部分 29 的螺 旋槽在 0 度连接到双头螺纹部分 26 的螺旋槽时， 流体传送体积通过连接到双头螺纹部分 26 的螺旋槽的单头螺纹部分 29 的螺旋槽的体积快速增加。
图 11A 显示出的状态是在边界面 38 中双头螺纹部分 26 的齿廓 G21 的第四曲线段 47A 和单头螺纹部分 29 的齿廓 G11 的第一曲线段 A1C1 之间存在间隙 g1。在这种情况下， 由于存在间隙 g1， 由邻近边界面 38 的双头螺纹部分 26 的螺旋槽 24 形成的、 邻近第三曲线 段 46A 的两个不同的流体传送空间通过邻近边界面 38 的单头螺纹部分 29 的螺旋槽 28 相 互连接。也就是说， 位于第三曲线段 46A 上游和下游的两个不同的流体传送空间是相连的。
图 11B 显示出的状态是在边界面 39 中双头螺纹部分 34 的齿廓 G22 的第四曲线段 47B 和单头螺纹部分 37 的齿廓 G12 的第一曲线段 A2C2 之间存在间隙 g2。在这种情况下， 由于存在间隙 g2， 由邻近边界面 39 的双头螺纹部分 34 的螺旋槽 32 形成的、 邻近第三曲线 段 46B 的两个不同的流体传送空间通过邻近边界面 39 的单头螺纹部分 37 的螺旋槽 36 相互连接。也就是说， 位于第三曲线段 46B 上游和下游的两个不同的流体传送空间是相连的。
这种间隙 g1、 g2 的存在造成流体传送体积的快速增加和减少， 如图 10 中曲线 S 所 示。另外， 即使在满足状态 αo ＜ θo 时， 也可根据第四曲线段 47A、 47B 的轮廓与多头螺纹 部分中的螺纹数目的结合产生间隙 g1、 g2。在这种情况下， 这种结合限于不会造成这种 g1、 g2 的一种结合。
根据第一实施例的第一和第二螺杆转子 13、 14 提供下列优势。
(1) 第一曲线段 A1C1、 A2C2 满足条件 (1) 或 (2)。因此， 当第一和第二螺杆转子 13、 14 从 0 度角位置旋转两整圈 (0 到 720 度 ) 时， 在图 10 中通过曲线 HQ 表示的流体传送 体积 (V1+V2) 集中于曲线 Q 上的最大体积 Vq 而没有增加。也就是说， 当第一和第二螺杆转 子 13、 14 从 0 度角位置旋转两整圈 (0 到 720 度 ) 时， 邻近边界面 38、 39 的螺旋槽的体积集 中于曲线 Q 上的最大体积 Vq 而没有增加。这有助于防止螺杆泵 11 的无效泵送操作同时保 持螺杆转子 13、 14 的良好旋转平衡并且保证密封性能。
(2) 当齿廓 G11、 G12、 G21、 G22 的尺寸误差很大并且满足条件 αo ＝ θo 时， 间隙 g1、 g2 可如图 11A 和 11B 所示地产生。然而， 满足条件 αo ＜ θo 的本实施例防止了间隙 g1、 g2 的产生。 因此， 当第一和第二螺杆转子 13、 14 从 0 度角位置旋转两整圈 (0 到 720 度 ) 时， 流体传送体积 (V1+V2) 可靠地集中于图 10 中曲线 Q 上的最大体积 Vq 而没有增加。 (3) 第一和第二螺杆转子 13、 14 中的第二曲线 B1D1、 B2D2 是由复合曲线形成的， 该复合曲线分别由渐开线 B1E1、 B2E2 和第二余摆线 E1D1、 E2D2 形成。这种复合曲线的使用 使第二曲线段 B1D1、 B2D2 缩短， 因此使齿顶部 A1B1、 A2B2 和齿底部 C1D1、 C2D2 的圆周长度 增加， 由此获得增加的角度 β1、 β2。齿顶部 A1B1、 A2B2 的这种增加的圆周长度实现波峰 271、 351 的轴向长度 ( 见图 1) 沿旋转轴线 151， 161 的增加， 因此增加波峰 271、 351 和转子 壳体 12 的内周表面之间的轴向密封长度。这防止波峰 271、 351 和转子壳体 12 的内周表面 之间的流体泄漏。
上述实施例可以如下举例说明的多种方式进行变化。
本发明适用于螺杆转子， 具有例如 G11、 G12 的齿廓的单头螺纹部分和具有如图 12 所示的齿廓 G31、 G32 的多头螺纹部分或三头螺纹部分。注意到的是齿廓 G31、 G32 与日本已 审专利申请公开 No.63-59031 中公开的齿廓大体上相同。齿廓 G31、 G32 包括由余摆线形成 的第三曲线段 46A、 46B。多头螺纹部分的齿廓 G31、 G32 和单头螺纹部分的齿廓 G11、 G12 满 足如上所述的条件 (1) 或 (2)。
第二曲线 B1D1、 B2D2， 第四曲线段 47A、 47B 和曲线段 48A、 48B、 49A、 49B 可由基于 除渐开线和余摆线之外的圆弧的曲线形成。
这本发明适用于包括单头螺纹线部分和多头螺纹部分的螺杆转子， 其螺纹数是四 个或更多。