1、.題目：LWZ-150雙頭螺桿型干式無(wú)油真空泵的設(shè)計(jì) 2013年05月*;LWG-150雙頭螺桿型干式無(wú)油真空泵的設(shè)計(jì)摘 要干式雙螺桿真空泵是一種容積式無(wú)油真空泵，具有結(jié)構(gòu)緊湊，抽速大，真空度高，可直排大氣，使用壽命長(zhǎng)，自吸能力強(qiáng)，無(wú)易損件，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，維修維護(hù)方便，動(dòng)平衡性好，振動(dòng)小，無(wú)壓力脈動(dòng)與噪音，可高速平穩(wěn)的一作，適應(yīng)性強(qiáng)，還可用于多相混輸，無(wú)喘振現(xiàn)象，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)排氣等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此廠泛的應(yīng)用于冶金、電子、化學(xué)、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等工業(yè)生產(chǎn)部門。國(guó)外已發(fā)展出諸多此類真空泵產(chǎn)品，而在我國(guó)的發(fā)展卻相對(duì)落后。雖然我國(guó)對(duì)無(wú)油真空泵的需求日益增長(zhǎng)，但是許多跨國(guó)公司的真空泵產(chǎn)品卻在我國(guó)的高端真空泵市

2、場(chǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)位置。因此，自行研究經(jīng)濟(jì)可行、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠的無(wú)油真空泵意義可見(jiàn)一斑。為了適應(yīng)我國(guó)開(kāi)發(fā)研究生產(chǎn)螺桿真空泵的需要，本文對(duì)雙螺桿真空泵的設(shè)計(jì)型線組成問(wèn)題等內(nèi)容進(jìn)行了的研究與探討。關(guān)鍵詞：雙頭干式真空泵；螺桿；型線IIAbstractLWZ-150 Double-Headed Screw Type Dry Vacuum PumpAbstract The oil-free twin-screw vacuum pump is a new kind of rotational positive displacement pump.The structure of the pump is simpl

3、e and liquids or solids are hard to accumulate when sucked with gas or are condensed or solidified in the pump. It is outstanding for its excellent efficiency, high vacuum, exhausting to the air directly, a long life, good sucking, reliable work, convenient maintenance, favorable dynamical balance,

4、light vibration, no pressure fluctuate and noise, work placidly with high speed, strong adaptability, mufti-phase duties, no quiver, easy to continuous exhausting, etc. It is used widely in industrial territory of metallurgy, electron, chemistry, pharmacy, food and environment, and so on. At present

5、, all over the world have been trying their best to develop oil-free vacuum pumps, but our country has been fallen behind other countries. Although the demand of the oil-free vacuum pumps has been experiencing a rapid growth, the products of many multinational companies take up the major market shar

6、e of dry compression vacuum pumps and high vacuum pumps. Therefore it is very significant to develop economical, feasible and reliable dry-running vacuum pumps by us. For the sake of requirements of developing and researching in our country, the paper investigates the meshing theory of twin-screw pu

7、mp, buildup of the rotors' curve, and leaks.Keywords：dry(oil-free)vacuum;pump;screw1目 錄1 緒論11.1概述11.2課題背景及研究意義11.3 螺桿泵的應(yīng)用及特點(diǎn)31.4螺桿真空泵在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向42 螺桿雙頭干式真空泵轉(zhuǎn)子型線的研究62.1 常見(jiàn)轉(zhuǎn)子型線比較62.2 多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線82.2.1 轉(zhuǎn)子型線要素92.2.2 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則102.2.3 多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線方程113 螺桿雙頭干式真空泵工作原理143.1 吸氣過(guò)程143.2 壓縮過(guò)程153.3 排氣過(guò)程154 螺桿雙

8、頭干式真空泵設(shè)計(jì)計(jì)算174.1 螺桿基本尺寸174.2 排氣量194.2.1 理論排氣量194.2.2 實(shí)際排氣量204.3 進(jìn)排氣孔口204.3.1 軸向進(jìn)氣口204.3.2軸向排氣口214.4 極限真空度、功率及冷卻水量214.5 軸的強(qiáng)度計(jì)算214.6 同步齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算224.6.1齒輪尺寸計(jì)算224.6.2齒輪強(qiáng)度校核235 結(jié)論與展望24參考文獻(xiàn)25致謝26畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性27畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明28如需要完整文檔及cad圖等其他文件，請(qǐng)加球球：一九八五六三九七五五IV1 緒論1 緒論1.1概述1905年德國(guó)人沃爾夫崗.蓋德發(fā)明了油封式旋片泵，從此各種以油為工作液、潤(rùn)

9、滑劑、密封液的真空泵如雨后春筍般迅速普及，統(tǒng)治了真空設(shè)備市場(chǎng)近百年。從真空工業(yè)的視角來(lái)看，如果說(shuō)20世紀(jì)是有油真空泵的世紀(jì)，那么21世紀(jì)將是雙頭干式真空泵的世紀(jì)。因?yàn)?，各種形式的有油真空泵在工作過(guò)程中不可避免的隨同排出的氣體一起排出了大量的油污，這些油污能夠嚴(yán)重的污染環(huán)境。隨著利學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求提供比較清潔真空環(huán)境的真空工藝越來(lái)越多，甚至近于達(dá)到苛刻的要求，如微電子、化學(xué)、冶金、醫(yī)療、核聚變領(lǐng)域以及宇航、新材料的開(kāi)發(fā)等技術(shù)領(lǐng)域.都要求提供比較潔的內(nèi)真空環(huán)境1。傳統(tǒng)的有油泵很難滿足這些要求，無(wú)油泵的概念便自然而然的在此基礎(chǔ)上提出。有些工業(yè)過(guò)程，如低壓氣相沉積，會(huì)產(chǎn)生一些微小顆粒，這些顆粒在工作

10、液中難以排除，它們可以使泵油污染，同樣也會(huì)影響泵的抽氣系統(tǒng)性能及使用壽命。而有些工業(yè)過(guò)程在運(yùn)轉(zhuǎn)中可能會(huì)使工作液冷凝成粘狀物質(zhì)，這樣可能使泵卡住，甚至導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)失效。又如對(duì)于食品工業(yè)為代表的一些特殊行業(yè)，這種污染更是非常不可取的。對(duì)于這些少數(shù)有著特殊需要的工業(yè)來(lái)說(shuō)，就只能采用無(wú)油污的無(wú)油泵或水環(huán)式泵類(濕式泵)，但這類泵的真空度不高，耗水耗能嚴(yán)重，而且相應(yīng)的工作時(shí)帶有大量的水汽，因此對(duì)于有雙頭干式要求的，又不得不采用繁瑣的物理、化學(xué)吸附，冷凝低溫手段，從而使成本變得極其昂貴。如:膜式泵，真空度不高，抽速小;吸附泵，不僅抽速小，液氮的費(fèi)用也很大。所以可以這樣說(shuō)，在當(dāng)時(shí)能直接排入大氣和高真空機(jī)紹相連接

11、的泵類各有其缺憾，因此導(dǎo)致了雙頭干式泵不適宜大工業(yè)的應(yīng)用。1.2課題背景及研究意義雙頭干式螺桿真空泵是雙頭干式泵家族中的一員。所謂雙頭干式真空泵，一般認(rèn)為是能在大氣壓到Pa的壓力范圍內(nèi)工作;在泵的抽氣流道中，不能使用任何油類和液體，排氣口與大氣相通，能直接連續(xù)向大氣中排氣的泵，也稱無(wú)油真空泵。雙頭干式真空泵在抽氣流道內(nèi)無(wú)任何液態(tài)工作介質(zhì)或密封介質(zhì)，從根本上解決了油封式真空泵引發(fā)的各種問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)是兩種不同的需求推動(dòng)開(kāi)發(fā)出兩種類型的干式泵。15畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一類是以半導(dǎo)體行業(yè)為代表，要求真空泵向被抽空間內(nèi)的返流為零，以保護(hù)工件免受污染。對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)中應(yīng)用的真空系統(tǒng)的要求大體分為三個(gè)等級(jí)。清潔

12、條件下的抽氣，只抽干空氣或含少許水蒸汽的空氣；中等條件下的抽氣，抽除工藝過(guò)程的反應(yīng)氣體，但無(wú)固體顆粒物；惡劣條件下的抽氣，抽除化學(xué)反應(yīng)物（有毒甚至致癌）及固體顆粒物。另一類是以石化行業(yè)為代表，要求真空泵能大量抽除可凝性氣體，或腐蝕性氣體，或有毒氣體，或含有微塵的氣體。傳統(tǒng)油封真空泵在石化領(lǐng)域所面對(duì)的難題人們往往通過(guò)選用水蒸汽噴射泵、水噴射泵、水環(huán)泵、水環(huán)-羅茨機(jī)組等途徑加以解決。但往往系統(tǒng)過(guò)于龐大，噪聲也很大，同時(shí)工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的廢水和其他的排放物，處理排出廢物的投資也很昂貴。干泵的種類很多，目前已開(kāi)發(fā)出來(lái)的有羅茨泵、爪型泵、禍旋泵、往復(fù)活塞泵、螺旋泵等.表是幾種典型的干式泵性能的比較.

13、表1.1 幾種典型的干泵性能的比較泵型一般級(jí)數(shù)單級(jí)壓縮比極限壓力(Pa)備注大氣端真空端羅茨泵3625300.5易發(fā)熱，需冷卻爪形3425500.5加工、裝配有難度活塞型4152515201.3怕抽帶顆粒的氣體渦旋型12202000.2間隙小、難裝調(diào)螺旋型1220301000.7間隙小、轉(zhuǎn)速高旋片型2152010150.07怕抽帶顆粒的氣體螺桿型21520601.3加工比較困難渦輪型多級(jí)串聯(lián)2030000.01轉(zhuǎn)速高螺桿式雙頭干式真空泵特點(diǎn)如下:可靠性高。螺桿式雙頭干式真空泵零部件少，沒(méi)有易損件，因此它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長(zhǎng)。操作維護(hù)方便。動(dòng)力平衡性好。螺桿式雙頭干式真空泵沒(méi)有不平衡的慣性力，機(jī)器可

14、平穩(wěn)地高速運(yùn)行。適應(yīng)性強(qiáng)。螺桿式雙頭干式真空泵具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，在寬廣的壓力范圍內(nèi)能保持較高的抽速，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響.多相混輸。由于螺桿式雙頭干式真空泵轉(zhuǎn)子齒面間留有微小間隙，因而可抽除腐蝕性、有毒、含有粉塵、可凝性蒸汽等多種氣體。盡管螺桿型雙頭干式真空泵具有這么多的優(yōu)點(diǎn)，然而，由于目前國(guó)內(nèi)一些公司正在使用的螺桿型雙頭干式真空泵均是從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格非常昂貴，每臺(tái)螺桿泵價(jià)格要三、四十萬(wàn)元人民幣，所以螺桿型真空泵在我國(guó)的使用并不廣泛。造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于螺桿泵轉(zhuǎn)子型線較復(fù)雜，加工難度大，需用特制的刀具在專用機(jī)床上進(jìn)行加工。另外，對(duì)螺桿型雙頭干式真空泵泵體的加工精度也有較高的要

15、求，而國(guó)內(nèi)的加工水平目前還難以達(dá)到這個(gè)水平。螺桿式雙頭干式真空泵廣泛應(yīng)用于電子、核能、化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)等領(lǐng)域。在半導(dǎo)體工業(yè)中用于生產(chǎn)芯片、制造液晶顯示器、蝕刻、生產(chǎn)PLASMA的CVD制程。在核工業(yè)中用于核反應(yīng)堆及核工業(yè)真空獲得;化工上用于真空蒸餾及溶劑萃取高效回收溶劑，在脂肪酸生產(chǎn)中用來(lái)消除水污染，清除噴射器中的阻塞物;醫(yī)藥工業(yè)中用于回收藥液及藥物中間體，為人造器官生產(chǎn)提供清潔無(wú)菌條件，回收氣體消毒劑;食品工業(yè)中用于香料、香精濃縮，食品包裝等。應(yīng)用范圍極為廣泛。1.3 螺桿泵的應(yīng)用及特點(diǎn) 常見(jiàn)的泵可以分為容積式泵和動(dòng)力式泵兩大類。容積式泵包括往復(fù)泵、轉(zhuǎn)子泵和齒輪泵等，離心泵和軸流泵等則屬

16、于動(dòng)力式泵。本文所研究的雙螺桿泵屬于容積式泵，它與離心泵、往復(fù)泵、齒輪泵、滑片泵等相比較，在某些方面具有明顯的優(yōu)越性。 螺桿泵的適用范圍被泛的應(yīng)用于海上平臺(tái)工程、石油化工、航運(yùn)、電力、機(jī)械、液壓系統(tǒng)、食品、造紙、制糖、軍廠、醫(yī)藥、造船、機(jī)床、采礦、環(huán)保和污水處理等各種工業(yè)部門當(dāng)中，發(fā)揮了巨大作用，具有很高的使用價(jià)值。螺桿泵特點(diǎn)是:流量平穩(wěn)，壓力脈動(dòng)小，能夠自吸，噪聲低，效率高，使用壽命高，工作可靠。此外螺桿泵還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，體積緊湊，重量輕等一系列特點(diǎn)。而螺桿泵在工作時(shí)最為突出的優(yōu)點(diǎn)是輸送介質(zhì)時(shí)不會(huì)形成渦流、可輸送粘度范圍寬的各種介質(zhì)，對(duì)輸送介質(zhì)不敏感，既可以輸送各種枯度的潤(rùn)滑性或腐蝕

17、性介質(zhì)，也可以輸送各種粘度的非牛頓液體，特別是有的雙螺桿泵還可以輸送氣液棍合物，這對(duì)油田輸送成分復(fù)雜的原汕具有重要意義?？鋸埖恼f(shuō)，螺桿泵可以輸送任何介質(zhì)。目前在許多領(lǐng)域螺桿泵己經(jīng)逐步取代齒輪泵、離心泵等，產(chǎn)生了很高的價(jià)值，正是由于螺桿泵具有以上特點(diǎn)，人們才將其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大到了真空產(chǎn)業(yè)。 螺桿泵屬容積式轉(zhuǎn)子泵。無(wú)論是什么類型的螺桿泵，其輸液原理都是:利用螺桿泵的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的和轉(zhuǎn)子與定子之間形成的密封腔，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使密封腔連續(xù)不斷地由入口向出口移動(dòng)，從而排出流體。如果螺桿泵內(nèi)兩個(gè)相鄰密封腔間沒(méi)有理論泄漏通道，則被稱為嚴(yán)格密封型螺桿泵;反之，則為非嚴(yán)格密封型螺桿泵。一般所說(shuō)的螺桿泵并一非干

18、式螺桿泵，而是由油潤(rùn)滑和密封的泵類。而干式螺桿泵也不是完全無(wú)油的，其同步齒輪仍需要采用油潤(rùn)滑，但這井不影響其特性。螺桿泵按螺桿數(shù)目通常分為單、雙、三三和五螺桿泵，各有優(yōu)缺點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)必須根據(jù)所需要求進(jìn)行合理的選擇才能充分利用其各白特點(diǎn)，更好的實(shí)現(xiàn)I能、節(jié)材、增效益或滿足某種特殊應(yīng)用要求。而通常所說(shuō)的干式螺桿泵都是指雙螺桿泵，也有一部分干式螺桿泵產(chǎn)品為單螺桿泵。1.4螺桿真空泵在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向自從第一臺(tái)工業(yè)上可運(yùn)行的雙頭干式泵1984年在日本運(yùn)行以來(lái)，許多無(wú)油真空泵如雨后養(yǎng)筍般迅速發(fā)展起來(lái)，其中以日本、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)最為先進(jìn)。美國(guó)Varian（瓦里奧)公司生產(chǎn)的DVP系列產(chǎn)品，其真

19、空度可以達(dá)到Pa，這是目前報(bào)道的單級(jí)雙頭干式真空泵中真空度最高的產(chǎn)品之一。而德國(guó)Sterling SIHI公司在1997年研制成功的SIHIdry是世界上第一臺(tái)直正意義上的雙頭干式真空泵，它能滿足流程工業(yè)中最苛刻的要求，該產(chǎn)品榮獲德國(guó)“1998年年度技術(shù)革新獎(jiǎng)”。以上兩種真空泵均于沿轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度上填充聚四氟乙烯用作泵的密封以保持良好的密封性能，它們同時(shí)也是無(wú)油真空泵的典型產(chǎn)品。雖然雙頭干式真空泵的種類越來(lái)越多，但是通常的機(jī)械真空泵如爪式泵，其抽速難以做大，而且制造難度也大，成本高;另外還有利用多葉級(jí)數(shù)進(jìn)行串連的羅茨泵，其缺點(diǎn)與爪式泵相仿。在此種背景下誕生的雙頭干式螺桿真空泵則具有了其前輩真空泵類所

20、不具各的很多優(yōu)點(diǎn)，而這些優(yōu)點(diǎn)則保證了雙頭干式螺桿真空泵的先進(jìn)性及在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外關(guān)于螺桿真空泵性能的研究有許多內(nèi)容。英國(guó)Rietschle有限公司根據(jù)螺桿式壓縮機(jī)原理設(shè)計(jì)出一種雙螺桿雙頭干式真空泵，采用了許多新技術(shù)，并已形成批量生產(chǎn),該公司已成為世界低壓與真空技術(shù)中的領(lǐng)軍人物之一。美國(guó)Tuthill真空設(shè)備有限公司手2002年推出一款用于氣體處理的新型Kinney雙頭干式螺桿真空泵，該KDPH-120型螺桿泵采用可變嚙合設(shè)計(jì)，比其他類TJ的真空泵耗能減少約30%。普旭是全球最有影響力的真空設(shè)備制造商之一，為客戶提供了數(shù)量眾多的真空泵及真空系統(tǒng)。普旭BUSCH的無(wú)油螺桿真空泵系列于2003年

21、通過(guò)了應(yīng)用材料公司美國(guó)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。應(yīng)用材料公司在美國(guó)實(shí)驗(yàn)室將普旭BUSCH的無(wú)油螺桿真空泵系列與其設(shè)備安裝在一起進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)一年檢測(cè)，結(jié)果證明普旭真空泵系列與其設(shè)備結(jié)合測(cè)試的效果最好。之后普旭又于2004年推出了表面經(jīng)特別強(qiáng)化的螺桿真空泵系列，可以抵抗日前己知的絕人多數(shù)活潑氣休的腐蝕。另外還有其他一些文獻(xiàn)對(duì)螺桿真空泵的性能等方面進(jìn)行了較多的研究。在國(guó)內(nèi)，有關(guān)雙頭干式螺桿真空泵的研究文獻(xiàn)很少。只有上海博匯真空設(shè)備有限公司的周寶洪研制了一種雙頭干式真空泵，并申請(qǐng)了專利，但是并未見(jiàn)有成品報(bào)道。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于雙螺桿雙頭干式真空泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)方面的報(bào)道很少，主要內(nèi)容集中于對(duì)螺桿真空泵性能的預(yù)測(cè)與配套裝

22、置、材料、加工方法和設(shè)備、螺桿泵的配件、密封條件等等內(nèi)容的改進(jìn)。目前由于各國(guó)多對(duì)自己的螺桿泵技術(shù)進(jìn)行保密和競(jìng)爭(zhēng)，而我國(guó)在螺桿泵的設(shè)計(jì)方面仍然有很多具體的細(xì)節(jié)和技術(shù)難題還沒(méi)有解決，在螺桿泵的設(shè)計(jì)方面沒(méi)有達(dá)到世界一流水平。在具體的螺桿泵的加工制造上，局限于我國(guó)的生產(chǎn)設(shè)備和加工條件，我國(guó)生產(chǎn)的螺桿泵自動(dòng)化程度不高，精度也不高，在一些高檔的螺桿泵上仍不能獨(dú)立制造。因此中高檔的真空泵仍然主要依賴于進(jìn)口。對(duì)于所有類型的真空泵，人們都希望能夠?qū)F(xiàn)有的真空泵的物理尺寸盡量減小。但是這一點(diǎn)與真空泵的抽氣速率相矛盾。因?yàn)檎婵毡玫某闅馑俾逝c真空泵的容積成正比，物理尺寸小意味著容積也小。當(dāng)然還有一個(gè)影響真空泵抽氣速率

23、的因素，那就是轉(zhuǎn)速。為了使小尺寸的真空泵與大尺寸的真空泵的抽氣速率相匹配，就需要提高其轉(zhuǎn)速。而想要提高真空泵的轉(zhuǎn)速可以采用變頻器來(lái)改變電源的頻率或者改變齒輪箱的傳動(dòng)比。前者可以提供一個(gè)閉環(huán)控制，但是在大負(fù)載的情況下容易引起扭矩的損失。而改變齒輪箱的傳動(dòng)比是比較經(jīng)濟(jì)的一種方法，但是它只能提供不可控的單一轉(zhuǎn)速。國(guó)外目前開(kāi)發(fā)較多的是高轉(zhuǎn)速的真空泵系列。2 螺桿雙頭干式真空泵轉(zhuǎn)子型線的研究2 螺桿雙頭干式真空泵轉(zhuǎn)子型線的研究2.1 常見(jiàn)轉(zhuǎn)子型線比較目前雙頭干式螺桿真空泵的主要生產(chǎn)廠家多采用單頭等螺距型線，其他還有多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線、單頭變螺距梯形螺紋型線、單頭等螺距梯形螺紋型線和等螺距凹齒型線。圖2

24、.1 雙邊對(duì)稱圓弧型線轉(zhuǎn)子圖 經(jīng)過(guò)多年的理論分析和試驗(yàn)研究，總結(jié)出螺桿真空泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則有如下幾點(diǎn): (1) 轉(zhuǎn)子型線應(yīng)滿足嚙合要求。螺桿真空泵的嚙合轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共扼型線，即不論在任何位置，經(jīng)過(guò)型線接觸點(diǎn)的公法線必須通過(guò)節(jié)點(diǎn)。 (2) 轉(zhuǎn)子型線應(yīng)形成長(zhǎng)度較短的連續(xù)接觸線。由接觸線的定義及其對(duì)螺桿泵性能的影響可得，轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證能形成連續(xù)的接觸線。另外，在實(shí)際機(jī)器中，為保證轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，齒面之間總保持有一定的間隙。因此，理論上的接觸線就成了實(shí)際中的問(wèn)題等。為了盡可能的減少氣體通過(guò)間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長(zhǎng)度。 (3) 轉(zhuǎn)子型線應(yīng)形成較小面積的泄漏三

25、角形。為了盡可能的減少氣體通過(guò)泄漏三角形的泄漏，型線設(shè)計(jì)應(yīng)該使轉(zhuǎn)子的泄漏三角形盡可能的變小。 (4) 轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積較小。大多數(shù)轉(zhuǎn)子型線都會(huì)形成吸氣封閉容積，導(dǎo)致螺桿真空泵功耗增加，效率降低，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)該盡可能使形成的封閉容積小一些。 (5) 轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使齒間面積盡量大。較大的齒間面積能夠使泄漏量占的份額相對(duì)減少，從而可以使效率得到有的提高。另外從制造、運(yùn)轉(zhuǎn)角度考慮，還要求轉(zhuǎn)子型線便于加工制造，具有良好的嚙合特性，較小的氣體動(dòng)力損失，以及在高溫和受力的情況下，具有較小的熱變形和彎曲變形等。值得指出的是，以上有些因索是相互制約的。例如，為了減小泄漏三角形，就不可避

26、免的會(huì)使型線具有封畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）閉容積和較長(zhǎng)的接觸線;為了減少流體動(dòng)力損失，使型線流線型化，又會(huì)增大泄漏三角形等。鑒于要滿足以上種種要求，螺桿真空泵的轉(zhuǎn)子型線通常由多段曲線首尾相接而組成，這些曲線稱為組成齒曲線。常用的組成齒曲線主要有點(diǎn)、直線、擺線、圓弧、橢圓及拋物線、漸開(kāi)線等。 螺桿真空泵性能的不斷提高及其市場(chǎng)份額的不斷擴(kuò)大，是與轉(zhuǎn)子型線的發(fā)展密不可分的。為便于區(qū)別起見(jiàn)，可以將看過(guò)真空泵的轉(zhuǎn)子型線分為對(duì)稱型線和非對(duì)稱型線，以及單邊型線和雙邊型線。齒頂中心線兩邊的型線完全相同時(shí)，稱為對(duì)稱型線。反之，齒頂中心線兩邊的型線不同時(shí)，稱為部對(duì)稱型線。只有在轉(zhuǎn)子節(jié)圓內(nèi)部或外部一邊具有型線，稱單邊型線。

27、節(jié)圓的內(nèi)、外均有型線，稱雙邊型線。螺桿真空泵型線由對(duì)稱型線發(fā)展為非對(duì)稱型線，而且非對(duì)稱型線由最初的點(diǎn)、直線和擺線進(jìn)一步發(fā)展為不再包含有這些曲線，而是由圓弧、橢圓、拋物線等曲線組。這些改進(jìn)可以使轉(zhuǎn)子齒面密封由“線”密封改進(jìn)為“帶”密封，能夠明顯提高密封效果，還有利于形成潤(rùn)滑油膜和減少齒面磨損。日前兒乎所有的螺桿機(jī)械采用的都是非對(duì)稱型線。當(dāng)前國(guó)際上通用的性能優(yōu)越的型線主要有GHH型線、日立型線和S RM-D型線等。目前型線的研究趨向于僅使用圓弧和圓弧包絡(luò)線組成轉(zhuǎn)子型線，這樣可以在轉(zhuǎn)子之間完全實(shí)現(xiàn)“曲面對(duì)曲面”的密封、有助于形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑油膜，降低通過(guò)接觸線的橫向泄漏，提高真空泵的效率，使得嚙合更

28、加平穩(wěn)，另外還改善了轉(zhuǎn)子的加工性能，具有更好的綜合性能。 國(guó)外的型線研究主要著重于不對(duì)稱型線，國(guó)內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行這方面的研究并取得了一定的成果。日前對(duì)于螺桿泵的研究集中于用螺桿泵輸送流體介質(zhì)及進(jìn)行多相混輸，如國(guó)內(nèi)的西安交通大學(xué)在這方而的研究就取得了顯著的成果。相對(duì)而言，螺桿壓縮機(jī)的研究國(guó)內(nèi)國(guó)外都進(jìn)行了很多，至今己經(jīng)形成了一些有著優(yōu)異性能的型線，這些型線也可以作為真空螺桿泵型線研究的有益參考。 單頭等螺距矩形螺紋轉(zhuǎn)子型線是最早出現(xiàn)的型線，由于有可能發(fā)生根切，即二級(jí)轉(zhuǎn)子級(jí)間出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，所以基本上已經(jīng)不再使用。取而代之的是改進(jìn)型的單頭等螺距梯形螺紋轉(zhuǎn)子，其截面形狀由矩形改為梯形，解決了干涉問(wèn)題，且加

29、工方便，故為很過(guò)廠家廣泛采用。單頭變螺距梯形螺紋轉(zhuǎn)子和單頭等螺距凹面轉(zhuǎn)子是近年來(lái)出現(xiàn)的新型型線，它是在單頭等螺距梯形螺紋轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)之上改進(jìn)而來(lái)的。單頭變螺距梯形螺紋轉(zhuǎn)子其主要特點(diǎn)為螺桿螺距從吸氣端到排氣端按變螺距系數(shù)變化，大導(dǎo)程一端對(duì)應(yīng)于吸氣口。開(kāi)始時(shí)吸氣量大，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的封閉腔體越來(lái)越小，氣體被壓縮，具有內(nèi)壓縮作用，即邊輸送邊壓縮，從而能夠降低整體的排氣壓縮功耗，并對(duì)發(fā)生在排氣口的喘振現(xiàn)象有抑制作用，是泵的工作更為平穩(wěn)，能夠降低噪音和排氣振動(dòng)。頭等螺距凹面轉(zhuǎn)子進(jìn)一步采用內(nèi)凹齒面法將嚙合齒面上可能發(fā)生干涉的部分全部去除，是齒面成為向內(nèi)凹曲的等螺距螺旋線共軛曲面。多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線是

30、最近幾年出現(xiàn)的一種新型型線，它是在雙螺桿壓縮機(jī)型線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。一般陽(yáng)轉(zhuǎn)子為四頭螺桿，陰螺桿為六頭螺桿。上述各種型線各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求、加工制造能力、實(shí)際需求等多方面選擇。從適用性方面來(lái)講，多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線適用面最廣。由于該型線在一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)就可以完成吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程并能達(dá)到一定的極限真空，這就能有效地減小泵的體積和質(zhì)量，尤其適于大抽速要求的泵。單頭型線由于要多級(jí)才能達(dá)到一定的極限真空，不可避免要增加泵的體積，占用更大的空間，所以適用于中、小型泵。多頭螺桿型線的缺點(diǎn)是型線復(fù)雜，加工資用昂貴，需用特制的刀具在專用機(jī)床上加工；而單頭梯形齒型線由于各齒面在軸向剖面內(nèi)的交線都是

31、直線，所以加工時(shí)使用直刃車刀即可，只是變螺距型線要在數(shù)控車床上加工以保證精度。單頭凹齒面型線的加工要比梯形齒型線稍復(fù)雜，但完全能在通用的數(shù)控車床上完成，大批量生產(chǎn)時(shí)可以選用鑄造。另外，多頭螺稈型線和單頭變螺距型線由于在抽氣過(guò)程中有內(nèi)壓縮，不適合抽除可凝吐氣體，但減小了排氣口的喘振和噪音，也減小了功率的消耗。綜合考慮各種型線的有缺點(diǎn)，本文決定選擇多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線。2.2 多頭雙邊對(duì)稱圓弧型線螺桿式雙頭干式真空泵中最重要的部件就是陰、陽(yáng)螺桿轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線，如圖2.1a所示。轉(zhuǎn)子型線作螺旋運(yùn)動(dòng)就形成了轉(zhuǎn)子齒面，如圖2.lb所示。螺桿泵中的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子可以看作是一

32、對(duì)相互嚙合的斜齒輪。因此，螺桿泵的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線也要滿足嚙合定律，即不論在任何位置，經(jīng)過(guò)型線接觸點(diǎn)的公法線必須通過(guò)節(jié)點(diǎn)。所不同的是普通斜齒輪的任務(wù)是在兩根平行軸之間的任意傳動(dòng)方向上，強(qiáng)制傳遞轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率。而在雙頭干式螺桿泵中陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子并不接觸，兩者之間的動(dòng)力傳遞通過(guò)同步齒輪完成. 圖2.2 轉(zhuǎn)子型線、嚙合線、齒間面積、泄漏三角形和接觸線(a) 型線、嚙合線、齒間面積、泄漏三角形 (b) 泄漏三角形和接觸線1.陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線 2.陰轉(zhuǎn)子型線 3.嚙合線 4.泄漏三角形 5.陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積6.陰轉(zhuǎn)子齒間面積 7.陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓 8.陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓9.接觸線2.2.1轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)要素對(duì)于螺桿泵轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是

33、在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因?yàn)檫@些齒間容積是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對(duì)螺桿泵性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有接觸線，泄漏三角形，封閉容積和齒間面積等.a. 接觸線螺桿泵的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線(圖2. lb中9)。接觸線一側(cè)的氣體處于壓力較高的壓縮和排氣過(guò)程，另一側(cè)的氣體則處于壓力較低的吸氣過(guò)程。如果轉(zhuǎn)子齒面間的接觸線不連續(xù)，則處于高壓力區(qū)的氣體將通過(guò)接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄露。b. 泄漏三角形螺桿泵轉(zhuǎn)子型線的頂點(diǎn)，通常不能達(dá)到陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子氣缸孔的交線，在接觸線頂點(diǎn)和機(jī)殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會(huì)形成一個(gè)空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形(圖2.la中4)。通過(guò)泄

34、漏三角形，氣體將從壓力較高的齒間容積，泄漏至壓力較低的鄰近齒間容積。c. 封閉容積如果在齒間容積開(kāi)始擴(kuò)大時(shí)，不能立即開(kāi)始吸氣過(guò)程，就會(huì)產(chǎn)生吸氣封閉容積。由于吸氣封閉容積的存在，使齒間容積在擴(kuò)大的初期，其內(nèi)的氣體壓力低于吸氣口處的氣體壓力。在齒間容積與吸氣口連通時(shí)，其內(nèi)的氣體壓力會(huì)突然升高到吸氣壓力，然后才進(jìn)行正常的吸氣過(guò)程。所以，吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。值得指出的是吸氣封閉容積存在于非對(duì)稱型線中，而本文所論述的雙邊對(duì)稱圓弧型線沒(méi)有吸氣封閉容積。d. 齒間面積齒間面積是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。2.2.2 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)原則1.轉(zhuǎn)子

35、型線應(yīng)滿足嚙合要求。螺桿泵中的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共扼型線，即不論在任何位置經(jīng)過(guò)型線接觸點(diǎn)的公法線必須通過(guò)節(jié)點(diǎn)。2.轉(zhuǎn)子型線應(yīng)形成長(zhǎng)度較短的連續(xù)接觸線。在實(shí)際機(jī)器中，為保證轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，齒面間總保持有一定間隙。因此，理論上的接觸線就轉(zhuǎn)化成實(shí)際中的間隙帶。為了盡可能減少氣體通過(guò)間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長(zhǎng)度。3.轉(zhuǎn)子型線應(yīng)形成較小面積的泄漏三角形。為減少氣體通過(guò)泄漏三角形的泄漏，型線設(shè)計(jì)應(yīng)使轉(zhuǎn)子的泄漏三角形面積盡量小。4.轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積較小.大多數(shù)非對(duì)稱轉(zhuǎn)子型線會(huì)形成嚙合時(shí)的吸氣封閉容積，導(dǎo)致泵耗功增加，功率降低，噪音增大。所以，轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使吸氣封閉容積盡可能地小。對(duì)稱型線并不存在這一問(wèn)題。5.轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使齒間面積盡可能大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對(duì)減少，效率得到提高。另外，從制造、運(yùn)轉(zhuǎn)角度考慮，還要求轉(zhuǎn)子型線便于加工制造，具有良好的嚙合特性，較小的氣體動(dòng)力損失，以及在高溫和受力的情況下，具有小的熱變形和彎曲變形等。值得指出的是，以上有些因素是相互制約的.例如，為了減