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CN1128931C - 一种齿轮和具有该齿轮啮合副的流体机械 - Google Patents

一种齿轮和具有该齿轮啮合副的流体机械 Download PDF

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CN1128931C CN00118345A CN00118345A CN1128931C CN 1128931 C CN1128931 C CN 1128931C CN 00118345 A CN00118345 A CN 00118345A CN 00118345 A CN00118345 A CN 00118345A CN 1128931 C CN1128931 C CN 1128931C
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Abstract

一种齿轮，设有小齿、过渡齿以及大齿。大齿的端面为鹰嘴形状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接。大齿两端经过渡齿与小齿连接。根据本发明的齿轮啮合副具有减少泄漏、转子惯性力可完全平衡、振动和噪声小的特点。另外，本发明还公开了一种流体机械，用于输送、压缩或膨胀液体或气体，它包括一个缸体和由两个端盖组成的壳体，壳体内设至少一个根据本发明的主动转子以及一个根据本发明的从动转子组成的齿轮状啮合副，转子间泄漏减少，提高了压比，避免了过压缩和欠压缩过程。

Description

一种齿轮和具有该齿轮啮合副的流体机械
技术领域
本发明涉及齿轮，更具体地说，涉及一种具有大齿、小齿和过渡齿的齿轮。
本发明还涉及一种流体机械，更具体地说，涉及对液态或气态流体进行输送、压缩或膨胀的流体机械，其具有由根据本发明的齿轮构成的啮合副。
背景技术
目前，齿轮除广泛用于动力传输外，也用作其它用途。例如，一对齿轮状的转子可以作为齿轮泵，以输送流体介质，但是，齿轮泵面积利用系数小，因此效率低。美国专利No.3,574,491公开了一种齿轮式旋转机构，用于输送液体，及压缩或膨胀气体，由一个机壳和随机壳的安放的两个配套的齿轮状转子构成。每个齿轮上包括两组小齿和与之交错的一个或多个大齿。由于两个配套的齿轮状转子设有大齿，因此，面积利用系数大为增加。但是，由于大齿型线的不合理，当两转子的大齿经过“8”字型气缸尖点附近时，不能保证大齿间密封，由此而出现流体大量回流，导致其传输液体的效率降低，几乎不具备压缩或膨胀气体的功能。这一对转子彼此脱离实际的接触啮合；转子上的轴由安装在外部传动转矩的齿轮来驱动，该装置由于附加了齿轮传动装置使体积增大。
美国专利No.5,682,793公开了一种啮闭式转子。该专利应用于气体压缩时，其转子1上的齿槽3中的气体不能受到压缩，只从吸入方面向排出方面转移，在其容积和压缩腔或排气口连通时，进行定容压缩，这将导致功耗上升并引起噪声。该专利应用于压缩气体时，是一种具有部分内压缩的转子压缩机。当每个转子都设有大齿和大齿槽时，则当大齿经过“8”字型气缸尖点时，无法密封，导致流体回流、泄漏，不宜于作为压缩机使用。
另一方面，在现有技术的回转压缩机中，滚动转子式、滑片式、旋叶式结构上具有滑片、弹簧、气阀等易损的运动部件。螺杆式、涡旋式结构简单，但其机件表面呈复杂的曲面形状，加工与检验复杂。当机器小型化时，这一困难更为突出。单齿转子压缩机转子间不相接触，留有间隙，这种压缩机结构使得转子间泄漏量大，压比难以提高，实际上单级只能作为鼓风机使用。由于转子的型线决定了转子间不能相互间传递动力，转子间的相互位置以及转子的运动由同步齿轮来控制和驱动。这使其结构复杂，体积加大。
本发明的一个目的是提供一种齿轮，以构成流体压缩或膨胀机，从而更有效地输送流体。
本发明的另一个目的是提供一种齿轮，虽然各齿的大小不同，仍然可完全平衡转子惯性力。
本发明的另一个目的是提供一种齿轮啮合副，以减少转子间泄漏。
本发明的进一步的目的是提供一种压缩或膨胀机，该压缩机具有完全的内压缩过程。压比可以有大的提高，单级压缩机达到动力用压缩机和制冷压缩机的要求，同时避免过压缩和欠压缩过程。
本发明的更进一步的目的是提供一种流体机构，其可实现高度密封。为了实现上述目的，本发明提供了一种齿轮，其节圆上设有小齿、过渡齿以及大齿，所述大齿的横截面为鹰嘴形状，其型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，大齿两端经过渡齿与小齿连接，其特征在于：所述齿轮在沿节圆360度的范围内都分布有轮齿，所述齿轮的传动是平稳和连续的，即，在齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者在齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。
本发明还提供了一种流体机械，用于输送、压缩或膨胀流体，包括一个“8”字形的气缸和由两个端盖组成的壳体，壳体内设至少一个主动转子以及一个从动转子组成的齿轮状啮合副，所述壳体上开有吸气口，端盖上开有排气口，所述主、从动转子节圆上设有小齿、过渡齿和大齿，大齿的端面为鹰嘴状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，大齿齿背凸出于节圆之外，大齿两端经过渡齿与小齿连接，其特征在于，所述齿轮在沿节圆360度的范围内都分布有轮齿，所述齿轮的传动是平稳和连续的，即，在齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者在齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。
本发明还提供了一种流体机械，用于输送、压缩或膨胀流体，包括一个由圆形缸体，月牙型填隙片和两个端盖组成的壳体，壳体内设至少由一个主动转子以及一个从动转子组成的内啮合齿轮副，所述端盖上开设有吸、排气、液体的通孔，所述主、从动转子节圆上设有小齿、过渡齿和大齿，大齿的端面为鹰嘴状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，外齿轮的大齿齿背凸出于节圆之外，内齿轮的大齿齿背凸于了节圆之内，大齿两端经过渡齿与小齿连接，其特征在于，所述齿轮在沿节圆360度的范围内都分布有轮齿，所述齿轮的传动是平稳和连续的，即，在齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者在齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。
根据本发明的齿轮副至少由两个相互啮合且传递动力的齿轮状转子构成。主、从动转子节圆上设有小齿、过渡齿以及大齿。大齿端面为鹰嘴形状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，大齿两端经过渡齿与小齿连接。
根据本发明的内啮合齿轮副至少由两个相互啮合的齿轮状转子构成。两个转子中一个是内齿轮，一个是外齿轮，两转子节圆上设有小齿、过渡齿以及大齿。主动转子的轴与从动转子的轴平行设置。主、从动转子的轴心距离等于两个转子节圆半径之差。大齿端面为鹰嘴形状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接。内齿轮的齿背型线向内齿轮的节圆之内凸入，齿槽型线向节圆之外凹出。外齿轮的齿背型线凸出于外齿轮的节圆之外，齿槽型线向节圆内部凹入。大齿两端经过渡齿与小齿衔接。
根据本发明的另一方面，外啮合齿轮式压缩机包括一个“8”字型的气缸和由上、下两个端盖组成的壳体，壳体内设置至少一个主动转子以及一个从动转子组成的齿轮状啮合副，壳体上开有吸气口，端盖上开有排气口，主、从动转子节圆上，设有小齿、过渡齿和大齿。大齿的端面为鹰嘴状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，大齿两端经过渡齿与小齿连接。转子大齿、啮合点、气缸壁和上、下端盖形成封闭的基元容积，当齿轮压缩机转动时，基元容积的体积呈周期性的变化，当基元容积体积增加时，基元容积与进气口相通，当基元容积体积减少时与排气口相通，从而完成一个完整的吸气、压缩、排气的工作过程。
根据本发明的另一方面，内啮合齿轮式压缩机包括由一个圆形缸体和上、下两个端盖组成的壳体，壳体内设置一月牙形填隙片。填隙片占据了主、从动转子运转空间的空隙处。机壳内设置至少一个主动转子和一个从动转子组成的内啮合齿轮副。端盖上开有吸、排气孔。主、从动转子节圆上，设有小齿、过渡齿和大齿，大齿的端面型线为鹰嘴状。其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接。外齿轮的齿背型线凸出于外齿轮的节圆之外，齿槽型线凹入外齿轮的节圆。内齿轮的齿背型线凸入内齿轮的节圆之内，齿槽型线凹出外齿轮的节圆之外。大齿两端经过渡齿与小齿衔接。两转子的大齿、啮合点、端盖和填隙片之间形成封闭的基元容积。当压缩机运转时，基元容积呈周期性变化。当基元容积体积增加时，基元容积和吸气口相通，当基元容积体积减小时，开始压缩，然后与排气口相通，从而完成一次完整的吸气、压缩、排气过程。
在本发明中，两转子之间啮合传动，主、从动转子在密封工质的同时，起到传动作用，因而简化了设备，机器零件少。
在本发明中，两转子设有小齿、过渡齿和大齿。由于大齿的齿高大于小齿齿高数倍，转子与壳体之间的空间大为增加，面积利用系数增加，使该齿轮机构在一转中能够输送、压缩、膨胀更多的工质。面积利用系数高，因而机械效率也得到提高。
在本发明中，外啮合齿轮式压缩机，当两转子大齿齿顶转过吸气口的边缘时，两转子大齿、啮合点、“8”字型气缸壳体与上、下端盖形成封闭的基元容积，其中工质受到压缩，形成高压区。两转子大齿齿顶与气缸之间依靠间隙密封工质。当主动转子大齿齿顶运动至“8”字型气缸的尖点部位时，从动转子大齿齿顶也运动至“8”字型气缸尖点，主动转子大齿齿顶在与“8”字型缸体脱离的同时，主动转子齿顶型线的一端与从动转子齿凹型线的起点进入啮合。此时，依靠两转子间的啮合点，主动转子大齿齿顶与从动转子齿凹的啮合点密封工质，消除了两转子大齿在与气缸尖点脱离时产生的空隙，防止了工质的泄漏。从而保证了在整个工作过程的密封效果。使用传统齿形的大齿，由于大齿与大齿槽啮合，因此，在大齿经过“8”字型气缸的尖点时，高、低压工作腔之间出现空隙，导致大量工质回流。
在本发明中，内啮合齿轮式压缩机，当主动转子即外齿轮的大齿齿顶越过月牙形填隙片的下尖点时，两转子大齿、两转子啮合点、月牙形填隙片和上、下端盖形成封闭的基元容积。两转子大齿与月牙形填隙片之间依靠间隙密封气体。主、从动转子的大齿齿顶同时运动至月牙形填隙片的上尖点时，主动转子大齿齿顶与月牙形填隙片的上尖点脱离，与此同时，主动转子大齿的齿顶型线的一端与从动转子齿凹型线的起点进入啮合。此时，两转子间啮合点，主动转子大齿齿顶与从动转子大齿齿凹的啮合点与上、下端盖构成封闭的基元容积。消除了两转子大齿间在经过月牙形填隙片的上尖点时产生的空隙，从而保证了在压缩、排气的整个过程中的密封性能。
在本发明中，两转子间接触啮合，因而通过两转子间的泄漏大为减少，同时，采用喷油技术，可大大减少通过大齿齿顶与气缸间间隙以及各个泄漏通道的泄漏，因而容积效率高，压比高。
在本发明中，封闭基元容积内的工质都能够从排气口排出，无吸气封闭容积和排气封闭容积，因而容积效率高。
在本发明中，转子大齿制成两个或多个时，由于大齿呈轴对称分布，惯性力可完全平衡。当大齿设计为一个时，通过加平衡重的方法也可完全平衡转子的惯性力。因而机器的振动小，噪音低。
在现有技术中，滑片、弹簧、气阀受到周期性的作用力，容易因疲劳而损坏；而本发明结构简单，无滑片、弹簧、气阀等易损件，可大量减少因易损件损坏造成的停机，机器可靠性高。
在本发明中，通过滑阀调节可方便地实现变工况调节和变容量调节，有利于节能。
在本发明中，转子可以设计为直齿，加工较容易。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的转子结构示意图。
图2为本发明的主动转子端面齿形一种实施例的结构示意图。
图3为本发明的从动转子端面齿形一种实施例的结构示意图。
图4为本发明设计为外啮合齿轮式压缩机的结构示意图。
图5为本发明上端盖设有滑阀调节装置和喷液孔的整体结构示意图。
图6为本发明下端盖设有滑阀调节装置和喷液孔的整体结构示意图。
图7为本发明吸气口设于端盖上的一种整体结构示意图。
图8为本发明设计为内啮合齿轮副的转子结构示意图。
图9为本发明的外齿轮端面结构示意图。
图10为本发明的内齿轮端面结构示意图。
图11为本发明设计成内啮合齿轮式气体压缩机的整体结构示意图。
图12为本发明设计成内啮合齿轮式气体压缩机的另一种结构示意图。
具体实施方式
本发明包括主动转子214和从动转子224、主动转子214的轴211与从动转子的轴21平行设置，主动转子214和从动转子224的轴心距离等于两个转子节圆212和222的半径之和。主动转子214上设有小齿210、过渡凸齿217和过渡凹齿28以及大齿27。主、从动转子214和224的大齿27、219的端面齿形为鹰嘴形状。主动转子214的大齿27端面型线依次由齿背型线26、齿顶型线22、齿凹型线29和齿槽型线216光滑连接而成。从动转子224的大齿219端面型线依次由齿背型线218、齿顶型线215、齿凹型线221和齿槽型线23光滑连接而成，齿背型线26和218指从节圆经过大齿的凸齿部分，直到齿顶的部分。齿顶型线22和215指从齿顶起向大齿齿槽方向的一小段曲线，齿凹型线29、221指接着齿顶型线22、215直至大齿齿根且凹向齿背方向的型线，齿槽型线216、23指从齿根起经过大齿的齿槽部分到达节圆212、222的部分。齿背型线、齿顶型线、齿凹型线、齿槽型线分别由数段摆线、直线、圆弧、渐开线与它们的包络线光滑连接而成。主动转子214和从动转子224的齿背26、218凸出于节圆212、222之外，主动转子214的大齿27两端经过渡齿217、28与小齿210连接。从动转子224的大齿219两端经过渡齿24、220与小齿225连接。主动转子214顺时针旋转时，主动转子大齿27和从动转子大齿219啮合，啮合点从主动转子214大齿齿背26过渡至主动转子大齿齿槽216时，啮合线在主动转子大齿齿顶22处断开，在这一转换过程中，设计有合理的重合度，保证传动的平稳、连续，也就是说，必须保证齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者，必须保证齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。过渡齿分为过渡凸齿217、24和过渡凹齿28、220，主动转子214的过渡凸齿217和大齿齿槽216的终点相接，过渡凹齿28和大齿齿背26的起点相接。从动转子224的过渡凸齿24和大齿齿槽23的终点相接，过渡凹齿220和大齿齿背218的起点相接。主动转子214的过渡凸齿217与从动转子的过渡凹齿220相互啮合，互为共轭曲线。主动转子过渡凹齿28和从动转子的过渡凸齿24相互啮合，互为共轭曲线。其余小齿为构成齿轮的普通齿。
在啮合传动的过程中，主动转子214顺时针旋转，带动从动转子224逆时针旋转，主动转子214的过渡凹齿28和从动转子224的过渡凸齿24相啮合，接着，主动转子214齿背型线26与从动转子224齿槽型线23啮合，过渡至主动转子214齿槽型线216与从动转子224齿背曲线218啮合，接着，主动转子214的过渡凸齿217与从动转子224的过渡凹齿220啮合。普通小齿相互啮合，从而起到完成密封、传递动力的作用。反之，从动转子224顺时针旋转，带动主动转子214逆时针旋转，同样可完成密封、传动的功能。
图2是主动转子214端面齿形的一个实施例。
主动转子214齿背型线26，即A1F1段依次由摆线、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接而成。E1F1是摆线，D1E1是直线，C1D1是圆弧，A1C1是直线的包络线。齿顶型线22，即A1B1段是三次样条函数曲线或圆弧。齿凹型线29，即B1L1段是点啮合摆线或圆弧的包络线。齿槽型线216，即L1Q1段由三段曲线光滑连接而成，L1M1是直线，M1P1是直线包络线，P1Q1是摆线。过渡凹齿28中，F1G1是摆线，G1H1是齿根圆，H1I1是渐开线。过渡凸齿217中，R1Q1是摆线，R1S1是齿顶圆，S1T1是渐开线。其余小齿是普通渐开线齿。
图3是从动转子224端面齿形的一个实施例。
从动转子224的齿背型线218，即Q2L2段依次由摆线、直线和直线的包络线光滑连接而成，Q2P2是摆线，P2M2是直线，L2M2是直线包络线。齿顶型线215即L2K2段是小圆弧，齿凹型线221，即A2K2段是点啮合摆线或圆弧包络线，齿槽型线23即A2F2段由四段曲线光滑连接而成。A2C2是直线、C2D2是圆弧，D2E2是直线包络线，E2F2是摆线。过渡凹齿220中，R2Q2段是摆线，R2S2是齿根圆，S2T2是渐开线，过渡凸齿24中，F2G2是摆线，G2H2是齿顶圆，H2I2是渐开线，其余小齿是普通渐开线齿。
图2中，主动转子214齿背型线26即A1F1段可作如下修改：去掉C1D1的圆弧，直线D1E1与直线包络线A1C1与摆线E1F1相切，构成一种齿背型线。它依次由摆线、直线、直线包络线构成。摆线段E1F1也可以用渐开线替换，则齿背型线依次由渐开线、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。摆线段E1F1可以用抛物线替换，则大齿齿背型线依次由抛物线、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。摆线段E1F1也可用椭圆替换，则大齿齿背型线依次由椭圆、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。直线包络线A1C1段可以用摆线替换，则大齿齿背型线依次由摆线、直线、圆弧以及摆线光滑连接。直线包络线A1C1段可以用抛物线替换，则大齿齿背型线依次由摆线、直线、圆弧、抛物线光滑连接而成。直线包络线A1C1段可以用椭圆替换，则大齿齿背型线依次由摆线、直线、圆弧、椭圆光滑连接而成。直线包络线A1C1可改为圆弧，去掉圆弧C1D1段，则大齿齿背型线依次由摆线、直线、圆弧光滑连接而成。从而可获得齿背型线的几种变化齿形。从动转子齿背型线218也可作与主动转子齿背型线26相同的修改。
将该齿轮啮合副安装于“8”字型气缸的两个气缸中心处，两端面处加以上、下两个端盖。在端盖或气缸侧壁开以吸、排气、液体的通孔，则构成一完整的齿轮机构。由转子大齿、啮合点与壳体构成吸、排工作腔，籍以吸、排气、液体的通孔，则可以完成压缩、膨胀气体，输送液体、半流体的功能。
下面结合图4至图7说明根据本发明的压缩机的一个推荐实施例。
根据本发明的压缩机主要由相互啮合的齿轮状转子214、224，“8”字型气缸213，以及上、下两个端盖组成。主动转子214的轴211和从动转子224的轴21平行设置，其轴心分别位于“8”字型气缸的两个气缸圆的圆心上，主动转子214和从动转子224的轴心距离等于两个转子节圆212和222的半径之和。主、从动转子节圆212和222上设有小齿210、225，过渡凸齿217、24，过渡凹齿28、220以及大齿27、219。主、从动转子的端面齿形型线依次由齿背型线26、218、齿顶型线22、215，齿凹型线29、221和齿槽型线216、23光滑连接而成。齿背型线26和218指从节圆经过大齿的凸齿部分，直到齿顶的部分。齿顶型线22和215指从齿顶起向大齿齿槽方向的一小段曲线。齿凹型线29、221指接着齿顶型线22、215直至大齿齿根且向齿背方向凹入的型线。齿槽型线216、23指从齿根起经过大齿的齿槽部分到达节圆212、222的部分。齿背型线、齿顶型线、齿凹型线、齿槽型线分别由数段摆线、直线、圆弧、渐开线与它们的包络线光滑连接而成。齿背型线26、218凸出于节圆212、222之外。主、从动转子的大齿27、219两端经过渡凸齿217、24、过渡凹齿28、220，与小齿210、225相接。上、下端盖呈平板状，安装于气缸213的两侧，排气口223呈半环状开在一侧或两侧端盖上，位于从动转子224一侧，其外圆半径略小于从动转子小齿的齿根圆半径，其内圆半径大于或等于从动转子大齿齿槽距轴心的最小距离，排气口223的起始位置由设计压力决定，终止线是主动转子齿顶以主动转子轴心为圆心画的圆弧，进气口25位于气缸侧壁上，进气口25中心位于“8”字型气缸213的两个尖点的连线上。主动转子214顺时针旋转，当主动转子214的齿顶越过进气口25的边缘时，两转子的大齿27、219以及两个转子啮合点，将气缸壁与上、下端盖形成的工作腔226分隔为两个封闭的基元容积，其中一个基元容积体积增大且与进气口25相通，进行吸气过程，一个基元容积体积减小且后期与排气口223相通，进行压缩和排气过程，随着主动转子214转角的变化，每个基元容积都完成了完全的吸气、压缩、排气的工作过程，一个基元容积完成吸气、压缩、排气过程需要转子转4π角，转子每转2π角，就有一次吸、排气过程，无吸、排气封闭容积且吸气充分。
图5是上端盖吸、排气口设有滑阀调节装置，气缸设有喷液孔的齿轮压缩机整体结构示意图。
图6是下端盖设有吸、排气口和滑阀调节装置，气缸设有喷液孔的齿轮压缩机整体结构示意图。
由于齿轮压缩机是具有完全内压缩的机器，当吸气口231确定后，其排气压力唯一地由排气口223的起始位置来决定。当工作环境要求改变排气压力时，设置滑阀229来调节排气口的起始边缘位置，以调节内压缩终了压力，以避免过压缩损失，降低能耗。这一调节方法使齿轮式压缩机在节约能源的情况下适应更宽广的工作条件要求。齿轮式压缩机在上端盖上，靠近壳体内侧开有凹入的半环状滑阀槽230，滑阀槽230的一端与排气口223相接，滑阀槽230的内、外圆半径等于排气口223内、外圆半径，滑阀槽230上设有半环状滑阀229，滑阀229内、外圆半径等于排气口223的内、外圆半径。采用双端面排气技术，排气通流面积增加一倍，排气阻力损失减少，这时，可采用双端面的滑阀调节技术来完成变工况调节，在上、下两个端盖上，靠近壳体内侧开有凹入的半环状滑阀槽230、237，滑阀槽230、237的一端与排气口223、235相接，滑阀槽230、237的内、外圆半径分别等于排气口223、235内、外圆半径。滑阀槽230、237上设有半环状滑阀229、236，滑阀229、236的内、外圆半径等于排气口223、235的内、外圆半径。当需提高排气压力时，沿着滑阀槽230、237逆时针转动滑阀229、236，排气口223、235面积逐渐减小，内压缩终了压力上升，反之，则降低了内压缩终了压力。吸气口的设置有多种方案，一种方案是在气缸213侧壁上开设有吸气口25，吸气口25中心位于“8”字型气缸213两个尖点的连线上。在许多条件下，要求压缩机能够调节输气量，即变容量调节，尤其是汽车空调压缩机这一性能尤为重要。齿轮式压缩机可以通过在吸气口设置滑阀方便地实现几乎无损耗的变容量调节，并可实现无级调节，这时，吸气口231开在一侧端盖上，称为上端盖。吸气口231的内圆半径等于或略小于主动转子小齿齿根圆半径，吸气口231的外圆半径略小于主动转子214的一侧的气缸内圆半径。上端盖上，靠近壳体内侧开有凹入的半环状滑阀槽233，滑阀槽233的一端与吸气口231相接，滑阀槽2 33的内、外圆半径分别等于吸气口231内、外圆半径。滑阀槽上设有半环状滑阀232，滑阀232的内、外圆半径等于吸气口231的内、外圆半径。需要减小输气量时，顺时针旋转吸气口滑阀232，吸气口231孔口面积扩大，两转子大齿27、219齿顶越过“8”字型气缸的尖点后形成的压排基元容积仍与吸气口231相通，已进入压排基元容积的工质又从吸气口231回流，减少了一转中压缩的工质，实现了变容量调节。在上、下两个端盖上都设滑阀调节装置，则可以扩大调节的容量范围。上端盖的调节装置不变，在下端盖上开半环状吸气口238和半环状滑阀槽240，吸气口内外圆半径等于上端盖吸气口内外圆半径，下端盖吸气口起始边缘位置241略超前于上端盖吸气口的终止位置234，滑阀槽240上设有半环状滑阀239，通过调节滑阀239的位置，可以进一步调节输气量。上、下两端盖的滑阀调节相互配合，使齿轮压缩机实现大范围的容量调节，满足各种不同环境下的使用要求。
图7是吸气口的一种开设方案，在一侧端盖上，开有半环状吸气口242，吸气口位于主动转子214一侧，吸气口外圆半径略小于主动转子214小齿的齿根圆半径，吸气口内圆半径等于主动转子大齿齿槽距主动转子轴心的最小距离。齿轮式压缩机转子端面和端盖之间，大齿齿顶和气缸侧壁之间存在间隙，不可避免地会产生通过间隙的泄漏。图5中将喷液孔227、228开设在气缸侧壁上，采用喷液技术，则可以大幅度减少通过这些间隙的泄漏，并起到降低噪音和润滑的作用，喷液降低了排气温度，降低功率消耗，使单级压比可以有较大提高。
图8为本发明设计为内啮合齿轮副的转子结构示意图。根据本发明的流体机械的另一个实施例包括内齿轮31和外齿轮34，内齿轮31作为从动转子，外齿轮34作为主动转子，主动转子34的轴35与从动转子的轴心平行设置，主动转子34和从动转子31的轴心距离等于两个转子节圆32和313的半径之差。主动转子34上设有小齿314，过渡凸齿36，过渡凹齿312以及大齿310。主动转子34的大齿310端面齿形为鹰嘴状，大齿型线依次由齿背型线311、齿顶型线39、齿凹型线38和齿槽型线37光滑连接而成。齿背型线311指从节圆313经过大齿310的凸齿部分，直到齿顶的型线。齿凹型线38指从齿顶型线39直至大齿齿根且凹向齿背型方向的型线。齿槽型线37指从大齿齿根起经过大齿的齿槽部分，到达节圆313的型线。外齿轮即主动转子34的齿背型线311凸出于节圆313之外，大齿310的两端经过渡凸齿36，过渡凹齿312与小齿314连接。从动转子即内齿轮31上设有小齿33、过渡凸齿321、过渡凹齿315和大齿317。内齿轮31的大齿317端面齿形为鹰嘴状，大齿型线依次由齿背型线316、齿顶型线318、齿凹型线319和齿槽型线320光滑连接而成。内齿轮31的齿背型线316指从节圆起经过大齿的凸齿部分直到大齿齿顶318的型线。齿凹型线319指从齿顶型线318起直至大齿齿根且凹向齿背型线316的型线。齿槽型线320指从大齿齿根起经过大齿的齿槽部分到达节圆32的型线。内齿轮31的齿背型线316向节圆32内凸起，齿槽型线320则向节圆32外部方向凹出，大齿317两端经过渡凸齿321、过渡凹齿315与小齿33相衔接，齿背型线、齿顶型线、齿凹型线、齿槽型线分别由数段摆线、直线、圆弧、渐开线与其包络线光滑连接而成。
外齿轮34上大齿310的齿背型线311和内齿轮31上大齿317的齿槽型线320互相啮合，互为共轭曲线。外齿轮34上大齿310的齿槽型线37和内齿轮31上大齿317的齿背型线316相互啮合，互为共轭曲线。过渡齿两侧型线不同。其余小齿为构成齿轮的普通齿。
在啮合传动中，小齿和过渡齿在传动的同时，起到沿其啮合线的密封作用。内齿轮31上的大齿317和外齿轮34上的大齿310的传动的同时，更重要的是其鹰嘴状齿形保证了对工作腔内的工质的密封。这样一组转子就可以完成对流体的压缩、膨胀，输送功能。
图9是外齿轮端面齿形的一个实施例。
主动转子34的大齿310的齿背型线311；即I2M2段依次由摆线、直线、圆弧以及直线包络线光滑连接而成。M2L2是摆线。L2K2是直线，K2J2是圆弧，I2J2是直线包络线。齿顶型线39，即A2I2是圆弧。齿凹型线38，即B2A2是点啮合摆线和圆弧的组合曲线。齿槽型线37，即B2E2段依次由直线、圆弧和直线包络线组成。其中，B2C2是直线，C2D2是圆弧，D2E2是直线包络线。过渡凸齿36中，E2F2是摆线，F2G2是齿顶圆，H2G2是渐开线。过渡凹齿312中，M2N2是摆线，O2N2是齿根圆，O2P2是渐开线，其余小齿是普通渐开线齿。
图10是内齿轮31端面齿形的一个实施例。
内齿轮31上大齿317的齿背型线316，即B1E1段由直线、圆弧和直线包络线光滑连接而成，其中，B1C1是直线包络线，C1D1是圆弧，D1E1是直线包络线。大齿317的齿顶型线318，即A1B1是圆弧。齿凹型线319，即A1I1是点啮合摆线。齿槽型线320，即I1M1依次由直线，圆弧，直线包络线，摆线光滑连接而成。其中，I1J1是直线、J1K1是圆弧、K1L1是直线包络线、L1M1是摆线。过渡凸齿321中，M1N1是摆线，O1N1是圆弧，O1P1是渐开线。过渡凹齿315中，E1F1是摆线，F1G1是圆弧，H1G1是渐开线。其余小齿是普通渐开线齿。
将该内啮合齿轮副安装于圆形缸体内，在两转子运转空间的空隙处，装设月牙形填隙片，两端面加以上、下两个端盖，在端盖上开设用以吸、排流体的通孔，就构成了完整的内啮合齿轮式机构，可以完成流体的压缩、膨胀、输送任务。
图11是内啮合齿轮式压缩机一个实施例的结构示意图。
在圆形缸体323内，设有月牙形的填隙片324，外齿轮34和内齿轮31，吸气口326设于内齿轮小齿齿顶圆，外齿轮小齿齿顶圆和填隙片的下尖点327之间，排气口325设于端盖上，位于内齿轮31的小齿33的齿根圆和大齿317的齿根圆之间，两转子大齿317、310和月牙形填隙片324以及啮合点形成基元容积。当外齿轮34的大齿310经过月牙形填隙片324的下尖点327时，基元容积封闭，气体受到压缩。当两转子大齿317、310经过月牙形填隙片324的上尖点328时，同时进入啮合，保证了该处密封。当内齿轮31的大齿齿槽经过排气口325时，气体从基元容积排出。从而完成一次完整的吸气、压缩、排气过程。
通过在排气口和吸气口装设滑环，可方便地实现变工况调节和变容量调节。
图12是装设有滑阀的内啮合齿轮式压缩机结构示意图。通过调节滑阀329在滑阀槽330中的位置，改变排气口325的开启角度，从而可进行无级的变工况调节。
本发明同样可作为膨胀机使用。
本发明旨在以最少的零部件解决旋转流体机械密封和传动的问题，以实现流体的膨胀、压缩和输送。
在根据本发明的“鹰嘴状”的大齿中，齿背和齿槽起传动作用，齿顶和齿凹起密封作用。
上文结合附图对本发明的推荐实施例进行了详细说明，尽管如此，本发明并不仅仅局限于此，而是可以有许多变化、替换和改进，但这都不会超出本发明的精神和范围。
例如，一个根据本发明的齿轮中，大齿的数目可以是一个，也可以是两个或多个。
特别是，大齿的数目可以是沿周向对称分布的。
另外，在根据本发明的膨胀机或压缩机中，具有大齿的齿轮的数目可以多于两个。各齿轮的半径可以相同，也可以各不相同。
虽然上述实施例中齿轮的齿均为直齿，但也可以是斜齿或人字齿。
另外，根据本发明的齿轮不仅可以是柱齿轮，也可以是伞齿轮。
再者，根据本发明的齿轮不仅可以是圆齿轮，也可以是非圆齿轮。
如上所述，根据本发明的齿轮可以是外齿轮，也可以是内齿轮。
另外，在根据本发明的流体机械中，根据本发明的齿轮副可以是外啮合，也可以是内啮合。
根据本发明的流体机械也适用于采用转速调节技术，如变频技术，达到变容量调节的目的。
另外，在根据本发明的流体机械中，根据本发明的齿轮副之间可以留有间隙，以用于食品、纺织等产品不能受到润滑油污染的工业领域，在该情况下，该齿轮副由同步齿轮进行驱动。
本发明可应用于压缩机、泵、流体计量、液压马达、微型机械等工业领域。

Claims (34)

1.一种齿轮，其节圆上设有小齿、过渡齿以及大齿，所述大齿的横截面为鹰嘴形状，其型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，大齿两端经过渡齿与小齿连接，其特征在于：所述齿轮在沿节圆360度的范围内都分布有轮齿，所述齿轮的传动是平稳和连续的，即，在齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者在齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。
2.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由摆线、直线、以及直线的包络线光滑连接。
3.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由摆线、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。
4.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由渐开线、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。
5.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由抛物线、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。
6.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由椭圆、直线、圆弧以及直线的包络线光滑连接。
7.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由摆线、直线、圆弧以及摆线光滑连接。
8.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由摆线、直线、圆弧以及抛物线光滑连接。
9.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述大齿齿背的端面齿形型线依次由摆线、直线、圆弧以及椭圆光滑连接。
10.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述的主动转子大齿齿顶的端面型线为圆弧或三次样条函数曲线。
11.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述从动转子大齿齿凹型线为圆弧包络线或点啮合摆线。
12.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述从动转子大齿齿顶的端面型线为圆弧。
13.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述从动转子齿槽端面型线与主动转子齿背端面型线相啮合。
14.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述主动转子大齿齿槽端面型线与从动转子齿背端面型线相啮合。
15.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述主动转子的大齿齿顶型线与从动转子大齿齿凹型线相啮合。
16.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述过渡齿的端面型线依次由摆线、圆弧、渐开线光滑连接。
17.一种流体机械，用于输送、压缩或膨胀流体，包括一个“8”字形的气缸和由两个端盖组成的壳体，壳体内设至少一个主动转子以及一个从动转子组成的齿轮状啮合副，所述壳体上开有吸气口，端盖上开有排气口，所述主、从动转子节圆上设有小齿、过渡齿和大齿，大齿的端面为鹰嘴状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，大齿齿背凸出于节圆之外，大齿两端经过渡齿与小齿连接，其特征在于，所述齿轮在沿节圆360度的范围内都分布有轮齿，所述齿轮的传动是平稳和连续的，即，在齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者在齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。
18.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述端盖呈平板状，一个端盖上开有半环状的排气口，排气口位于从动转子一侧，排气口外圆半径略小于从动转子小齿的齿根圆半径，排气口内圆半径等于从动转子大齿齿槽距从动轴轴心的最小距离。
19.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述平板状的上、下端盖上开有半环状的排气口，排气口位于从动转子一侧，排气口外圆半径略小于从动转子小齿的齿根圆半径，排气口内圆半径等于从动转子大齿齿槽距从动轴轴心的最小距离。
20.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述端盖上，靠近壳体内侧开有凹入的半环状排气口滑阀槽，滑阀槽的一端与排气口相接，滑阀槽的内、外圆半径分别等于排气口内、外圆半径，滑阀槽上设有半环状滑阀，滑阀的内、外圆半径等于排气口的内、外圆半径。
21.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述端盖呈平板状，一个端盖上开有半环状的吸气口，吸气口位于主动转子一侧，吸气口外圆半径略小于气缸圆半径，吸气口内圆半径等于主动转子小齿的齿根圆半径。
22.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述上端盖上，开有吸气口，吸气口外圆半径略小于主动转子一侧气缸圆半径，吸气口内圆半径等于主动转子小齿的齿根圆半径，上端盖靠近壳体内侧开有凹入的半环状滑阀槽，滑阀槽的一端与吸气口相接，滑阀槽的内、外圆半径等于吸气口的内、外圆半径。
23.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述吸气口开于上、下两个端盖上，上端盖吸气口外圆半径略小于主动转子一侧气缸圆半径，吸气口内圆半径等于主动转子小齿的齿根圆半径，上端盖靠近壳体内侧开有凹入的半环状滑阀槽，滑阀槽的一端与吸气口相接，滑阀槽的内、外圆半径分别等于吸气口的内、外圆半径，滑阀槽上设有半环状滑阀，滑阀的内、外圆半径等于吸气口的内、外圆半径，下端盖靠近壳体内侧也开有半环状吸气口和凹入的滑阀槽，下端盖吸气口内、外圆半径等于上端盖吸气口内，外圆半径，滑阀槽的内、外圆半径等于吸气口的内、外圆半径，下端盖吸气口起始位置略超前于上端盖吸气口的终止位置，滑阀槽上设置半环状的滑阀。
24.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述端盖上开有半环状的吸气口，吸气口位于主动转子一侧，吸气口外圆半径略小于主动转子小齿的齿根圆半径，吸气口内圆半径等于主动转子大齿齿槽距主动转子轴心的最小距离。
25.如权利要求17所述的流体机械，其特征在于：所述气缸侧壁上开有吸气口，吸气口中心位于“8”字型气缸两个尖点的连线上。
26.如权利要求17至25其中之一所述的流体机械，其特征在于：所述流体机械为齿轮式流体输送机。
27.如权利要求17至25其中之一所述的流体机械，其特征在于：所述流体机械为齿轮式压缩机。
28.如权利要求17至25其中之一所述的流体机械，其特征在于：所述流体机械为齿轮式膨胀机。
29.一种流体机械，用于输送、压缩或膨胀流体，包括一个由圆形缸体，月牙型填隙片和两个端盖组成的壳体，壳体内设至少由一个主动转子以及一个从动转子组成的内啮合齿轮副，所述端盖上开设有吸、排气、液体的通孔，所述主、从动转子节圆上设有小齿、过渡齿和大齿，大齿的端面为鹰嘴状，其端面型线依次由齿背型线、齿顶型线、齿凹型线和齿槽型线光滑连接，外齿轮的大齿齿背凸出于节圆之外，内齿轮的大齿齿背凸于了节圆之内，大齿两端经过渡齿与小齿连接，其特征在于，所述齿轮在沿节圆360度的范围内都分布有轮齿，所述齿轮的传动是平稳和连续的，即，在齿背型线尚未脱离啮合时，齿槽型线能及时地进入啮合，或者在齿槽型线尚未脱离啮合时，齿背型线能及时地进入啮合。
30.如权利要求29所述的流体机械，其特征在于：所述端盖呈平板状，一个或两个端盖上开有半环状的排气口，排气口位于从动转子一侧，排气口内圆半径大于或等于从动转子小齿的齿根圆半径，排气口外圆半径小于或等于从动转子大齿的齿根圆半径。
31.如权利要求29所述的流体机械，其特征在于：所述端盖呈平板状，一个端盖上开有吸气口，吸气口位于主动转子小齿齿顶圆，从动转子小齿齿顶圆和月牙形填隙片的尖点之间。
32.如权利要求29至31其中之一所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械为齿轮式流体输送机。
33.如权利要求29至31其中之一所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械为齿轮式压缩机。
34.如权利要求29至31其中之一所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械为齿轮式膨胀机。
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