PAGE目錄1開題依據(jù) 11.1選題課題介紹 11.2課題研究的意義 22文獻綜述 33真空泵國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 34課題設(shè)計內(nèi)容、步驟及要求 54.1羅茨泵結(jié)構(gòu)簡圖 54.2目的與要求 64.3課題設(shè)計內(nèi)容、步驟 64.3.1課題設(shè)計內(nèi)容 64.3.2課題設(shè)計步驟 65課題工作進度安排 7參考文獻 8 羅茨真空泵設(shè)計 PAGE51開題依據(jù)1.1選題課題介紹真空泵利用機械、物理、化學(xué)、物理化學(xué)等方法對容器進行抽氣，以獲得和維持真空的裝置。真空泵和其他設(shè)備（如真空容器、真空閥、真空測量儀表、連接管路等）組成真空系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于電子、冶金、化工、食品、機械、醫(yī)藥、航天等部門。按真空泵工作原理，基本上分為氣體輸送泵和氣體捕集泵兩種類型。氣體輸送泵包括：1、液環(huán)真空泵2、往復(fù)真空泵3、旋片真空泵4、定片真空泵5、滑閥真空泵6、余擺線真空泵7、干式真空泵8、羅茨真空泵9、分子真空泵10、牽引真空泵11、復(fù)合式真空泵12、水噴射真空泵13、氣體噴射泵14、蒸汽噴射泵15、擴散泵等氣體捕集泵包括：吸附泵和低溫泵等。羅茨真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡庙氂星凹壉门浜戏娇墒褂迷谳^寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速對被抽除氣體中含有灰塵和水蒸氣不敏感廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業(yè)。本次設(shè)計的ZJ-150型羅茨真空泵是根據(jù)我國的實際生產(chǎn)情況以及現(xiàn)有的技術(shù)水平，綜合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，本著高效率，低成本的原則，自行設(shè)計的。廣泛應(yīng)用與真空冶金、真空脫氣、真空鍍膜以及空間模擬、低密度風(fēng)洞等裝置中抽除非腐蝕性氣體，還可用與醫(yī)藥、食品、電子、化工等工業(yè)的蒸餾、蒸發(fā)、干燥等生產(chǎn)過程。該機器的主要機構(gòu)為：主軸電動機帶動主軸旋轉(zhuǎn)，軸上有一對“8”字型轉(zhuǎn)子在泵殼中作等速反向旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生吸氣和排氣作用。由于此次設(shè)計缺少大量資料給設(shè)計制造了巨大困難，對于這次設(shè)計的不足希望各位老師提出寶貴的意見。圖4-1羅茨泵剖面示意圖1——Y系列異步電動機2——爪型彈性聯(lián)軸器3——支架4——密封壓蓋5——前端板部件6——油杯7——前蓋板部件8——泵體9——轉(zhuǎn)子部件10——后蓋板部件11——軸承壓蓋12——放油塞13——出口盲板14——泵底座15——擋油盤16——中間法蘭1.2課題研究的意義在21世紀(jì)，真空的需求是增長還是減少?今后的發(fā)展趨勢又將如何?這主要取決于真空應(yīng)用的領(lǐng)域是否增加，需求是否增長。

在20～30年前，真空書籍中就指出：真空技術(shù)的應(yīng)用，一是靠壓力差，二是通過空間的電子或分子排除干擾，三是降低粒子撞擊表面的次數(shù)。用于各自的需求不同，所需的真空度當(dāng)然也就不同了。所謂排除空間障礙物，即粒子的平均自由程要比裝置的特征尺寸長。真空蒸發(fā)、電子管和加速器就是利用了真空的這一特點。除大功率的電子管外，其他大部分做成固體元件，這樣就不再需要真空了。暖水瓶是真空技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾獞?yīng)用，如果以后能生產(chǎn)出優(yōu)良的絕熱材料，且很便宜，那么真空在暖水瓶的生產(chǎn)過程中將會失去作用。從降低表面粒子入射頻率的必要性看，超高真空技術(shù)定會得到發(fā)展，它可使表面長時間地維持其清潔。目前，真空技術(shù)的應(yīng)用的特點是：利用真空環(huán)境來研制一些新材料和新工藝。使真空應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步擴大，例如超微粉和納米顆粒的制作以及固體元件的工藝開發(fā)。另一個應(yīng)用領(lǐng)域是為了減少化學(xué)反應(yīng)過程和核聚變反應(yīng)中的不純物，有時也要利用真空。真空室的器壁本身與反應(yīng)過程有著極其密切地關(guān)系。

人們對真空的需求將會擴大。如日本三井物產(chǎn)公司把鉛摻入鋁中，然后用高溫使鋁蒸發(fā)，利用這種方法煉鋁就會擴大對真空泵的需求。因此，對于真空設(shè)備廠來說將會有一個很大的真空泵的銷售市場。過去煉鋁采用電解法，現(xiàn)正在研究熔爐還原法。在熔爐內(nèi)還原時，由于耐火材料與鋁的混合，使分離非常困難。如果把熔爐中出現(xiàn)的含有鋁的不純物溶解于鉛溶液中就可以對含鋁的鉛和不純物進行分離。利用真空可以分離由此形成的鋁鉛混合物。由此可見，新工藝的出現(xiàn)，就會直接影響到真空行業(yè)，對真空的需求也會隨之急劇增加。前幾年我國真空煉鎂工藝的出現(xiàn)，曾一度使真空設(shè)備廠產(chǎn)的滑閥泵和羅茨泵供不應(yīng)求。造成畸形發(fā)展。但這也說明一個問題，即新工藝、新材料等出現(xiàn)，勢必要帶動真空產(chǎn)業(yè)等發(fā)展。

在2l世紀(jì)，表面處理在內(nèi)的表面技術(shù)成為相當(dāng)大的一個真空應(yīng)用領(lǐng)域。因為人們對材料可靠性的要求，尤其對表面技術(shù)的應(yīng)用定會有所增長?，F(xiàn)在人們都喜歡用防銹、防氧化的材料。鋁合金雖己生產(chǎn)出來了，但就原有工藝稍加改進，就會在性能上大有改觀，如用氧化膜將材料與大氣隔開，就能滿足用戶上述的要求。這種情況，只要提示一下與真空廠家合作就能開拓一個相當(dāng)可觀的市場。又如過去作超純鋁箔的方法很費事，又要把真空設(shè)備應(yīng)用到這個項目的生產(chǎn)過程中去，就一定會產(chǎn)生更好地超純鋁箔來。如果真空廠家能積極地參與到這一應(yīng)用領(lǐng)域中去，人們對真空的需求自然會大大加強。

今后電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ婵盏男枨笠矔^續(xù)有所增長。由于真空是個很純凈的空間，而電子元件的生產(chǎn)工藝也需要純凈，因此真空是制作電子元件的理想環(huán)境。如分子束外延，半導(dǎo)體產(chǎn)品多是在真空狀態(tài)中進行的。

搞分子束外延似乎都在以超大規(guī)模集成電路為目標(biāo)。要想達到這一目標(biāo)就要求有非常微細的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，最大的障礙就是灰塵。如果一系列的操作都能在真空中進行，從底片進入真空室到最終處理完成也在真空中進行是最理想的。如何去掉灰塵，首先是避免人與元件的直接接觸。但真空設(shè)備不一定都是干凈的。一般認為放氣、排氣或者切換開關(guān)時就會揚起灰塵，所以還是存在一定的問題。有時也需要給裝置搞一個清潔的表面，清潔的表面是極其容易受污染對，當(dāng)必須使表面維持清潔狀態(tài)的時候，有一個受到控制的氣體環(huán)境往往比處于超高真空狀態(tài)更為理想。為了充入某種氣體以保證清潔度，就要在充分處理本底之后，再充入干凈的氣體。例如在濺射成膜時的真空度并不高。然而充入氣體之前的本底壓力則對膜的質(zhì)量有很大的影響，所以濺射裝置必須給創(chuàng)造一個良好的本底真空度。

有時由于充入其它氣體，而使得真空度略有下降，但就在這種真空度稍有改變的情況下，也可以進行同樣的操作。真空技術(shù)不僅僅建立狹義上的真空，而且制作高純氣體，再受控制的環(huán)境下維持所需表面，這也是真空技術(shù)的應(yīng)用。如果這樣考慮，真空技術(shù)的應(yīng)用也就更廣泛了。

真空設(shè)備似乎可以作為工具使用。人們隨著對高級產(chǎn)品的需求，也迫切需要真空技術(shù)更加簡便，并可應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域。因此，在21世紀(jì)真空技術(shù)將會繼續(xù)得到發(fā)展。2文獻綜述通過閱覽及查詢了羅茨泵技術(shù)發(fā)展、羅茨泵設(shè)計等方面的文獻和資料，我大致了解了羅茨真空泵的發(fā)展、工作原理、結(jié)構(gòu)及特點等方面的內(nèi)容。如今，羅茨泵已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。在現(xiàn)代真空泵技術(shù)中，羅茨泵占有巨大的優(yōu)勢，世界各工業(yè)發(fā)達國家都十分重視對羅茨泵的開發(fā)與研究。軋通過對本課題方案的選擇，設(shè)計了羅茨真空泵。3真空泵國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀真空泵是一個量大面廣的產(chǎn)品，產(chǎn)量很大，產(chǎn)值不高，但它確實是一個直接影響到真空成套設(shè)備性能質(zhì)量的必不可少的基礎(chǔ)產(chǎn)品。真空泵的市場根據(jù)用戶的需要而發(fā)生動態(tài)變化。市場增長的主要驅(qū)動力來自于半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展以及干泵和分子泵應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大。

目前，全球真空泵市場的年銷售額約20億美元，年增長率在7%左右。

我國生產(chǎn)真空泵的廠家很多，全部真空泵的年銷售額大約在1.5億元左右，僅相當(dāng)于美國Kinney公司一家真空泵的年銷售額。通過對全球真空泵市場的分析我們可以看出，各類真空泵的市場及應(yīng)用領(lǐng)域都在不斷變化和發(fā)展。我國真空泵制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的基礎(chǔ)，國產(chǎn)真空泵已經(jīng)在各個不同領(lǐng)域得到應(yīng)用并經(jīng)過驗證，有些泵還出口國外，得到國外用戶的認可并受到好評，應(yīng)該說我國真空泵制造業(yè)在國內(nèi)外市場仍然有著巨大的發(fā)展空間。

1.水環(huán)真空泵

雖然水環(huán)真空泵屬于粗真空泵，但在我國的石油、化工、電力、輕紡、造紙、醫(yī)藥等領(lǐng)域仍然有著很大的市場。在國外，水環(huán)泵的銷售額占全部真空泵市場的14%，僅次于干泵，所以Nash、Seimems和Kinney等公司都在我國投資建廠或建立銷售網(wǎng)絡(luò)，不斷擴大在我國的市場份額。由于水環(huán)泵大部分是鑄件，加工要求也不高，屬勞動密集型產(chǎn)品，所以國產(chǎn)水環(huán)泵在價格上有競爭優(yōu)勢，關(guān)鍵是要改進設(shè)計，縮小體積，減輕重量，提高效率，降低能耗。

2.滑閥泵滑閥泵是油封式真空泵的一種。由于滑閥泵比較耐用、可靠，國內(nèi)外各種真空爐、鍍膜機以及干燥、浸漬等設(shè)備都是用滑閥泵作為前級泵，但是滑閥泵鑄件重，加工工作量較大，所以國外各真空廠都在中國尋找合作伙伴。為了使國產(chǎn)滑閥泵能夠進入國際市場，必須進一步降低泵的振動噪聲，杜絕噴油和漏油，提高滑閥泵長期運行的可靠性。

3.直聯(lián)旋片泵

隨著真空技術(shù)在各個應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，直聯(lián)旋片泵的需求量越來越大。由于這種泵數(shù)量很多，加工裝配工作量很大，價格又很低，所以有的國外真空廠商在中國建立專業(yè)廠。國產(chǎn)中小型直聯(lián)旋片泵在技術(shù)上已經(jīng)過關(guān)，價格又遠比國外的泵便宜，所以國產(chǎn)泵仍然有競爭優(yōu)勢，關(guān)鍵是要解決軸封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能質(zhì)量問題，確保直聯(lián)泵在高速、高溫下性能穩(wěn)定和運行可靠，同時還要進一步提高國產(chǎn)直聯(lián)旋片泵抽除水蒸氣的能力。

4.分子泵

分子泵在國外半導(dǎo)體領(lǐng)域里的許多工藝場合是用來代替低溫泵，尤其是濺射、刻蝕和LCVD等裝置都采用復(fù)合分子泵和牽引泵作為主泵。

由于分子泵對水蒸氣的抽速僅為同口徑低溫泵抽速的四分之一，所以分子泵的排氣時間比低溫泵長。為了提高抽速，國外在分子泵的入口側(cè)裝一個-130℃～-150℃的低溫冷板，稱之為低溫分子泵，水蒸氣被低溫板捕獲，其他氣體則由分子泵抽走。這種低溫分子泵在真空鍍膜裝置上應(yīng)用，既提高了生產(chǎn)效率又改善了膜層質(zhì)量。隨著我國半導(dǎo)體工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)和科學(xué)研究事業(yè)迅速發(fā)展，分子泵應(yīng)該是我國真空泵制造業(yè)發(fā)展的重點。首先，分子泵要從小到大建立完整系列，并研究開發(fā)各種復(fù)合分子泵、牽引泵和低溫分子泵，以滿足不同場合的需要。

5.干式機械真空泵

國外干式機械真空泵市場的不斷增長，其主要驅(qū)動來自于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。在日本，半導(dǎo)體行業(yè)已全部用干式真空泵代替油封式機械泵，歐美半導(dǎo)體行業(yè)45%以上用干式真空泵代替了油封式機械泵，大大提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同工況的要求，國外有多級羅茨真空泵、多級爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復(fù)式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。極限壓力從10Pa～10-2Pa，抽速從20m3/h～500m3/h。據(jù)統(tǒng)計，目前國產(chǎn)干泵的應(yīng)用還不足1%，國內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)用的干泵全部從國外進口，其價格十分昂貴。所以，我國應(yīng)大力研究開發(fā)干泵，使干泵成為我國真空工業(yè)新的經(jīng)濟增長點。4課題設(shè)計內(nèi)容、步驟及要求此次設(shè)計的ZJ-150型羅茨真空泵是參照國內(nèi)外同類產(chǎn)品，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，揚長避短，而設(shè)計出來的。4.1羅茨泵結(jié)構(gòu)簡圖目前國內(nèi)外的羅茨泵，多數(shù)為臥式結(jié)構(gòu)，泵的進氣口在上，排氣口在下，這種臥式結(jié)構(gòu)重心低，高速運轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性好。羅茨真空泵的兩個轉(zhuǎn)子是通過一對高精度的齒輪來實現(xiàn)其相對同步旋轉(zhuǎn)的。如圖4-1是羅茨真空泵的剖面示意圖。泵的傳動多為直聯(lián)式的，大泵則有皮帶傳動的。電動機與傳動齒輪，多設(shè)在轉(zhuǎn)子軸的兩側(cè)，安裝拆卸方便。主動軸傳遞的扭矩較大，軸要有足夠的強度和剛度，軸與轉(zhuǎn)子要固結(jié)牢靠。羅茨泵的密封很關(guān)鍵，主動軸外伸部分、兩個轉(zhuǎn)子的軸承與泵腔之間設(shè)有動密封，泵腔與各端蓋設(shè)有靜密封。4.2目的與要求通過本題目的研究和設(shè)計，使該學(xué)生得到——市場調(diào)查、資料檢索、機械設(shè)計、CAD軟件應(yīng)用、技術(shù)文件撰寫等系統(tǒng)的工程師技能的綜合訓(xùn)練。要求按照學(xué)院下發(fā)的“學(xué)生畢業(yè)設(shè)計手冊”中的規(guī)定，認真完成畢業(yè)設(shè)計工作。4.3課題設(shè)計內(nèi)容、步驟4.3.1課題設(shè)計內(nèi)容名義抽氣速率為150L/s的羅茨真空泵，標(biāo)記為：ZJ-150：4.3.2課題設(shè)計步驟（1）根據(jù)要求完成本課題所有力能參數(shù)的計算（2）根據(jù)所得的數(shù)據(jù)完成主要零件的強度計算，以及相應(yīng)的選材，熱處理的選擇（3）根據(jù)計算以及工藝需要對零、部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計（4）按畢業(yè)設(shè)計要求完成所有的計算以及說明，應(yīng)配以必要的插圖（5）完成畢業(yè)設(shè)計說明書5課題工作進度安排2.25～3.5：學(xué)習(xí)課題內(nèi)容，查閱資料，完成外文資料的翻譯；完成開題報告，完成畢業(yè)實習(xí)。3.6～3.26：整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，裝配圖草圖設(shè)計。3.27～4.27：完成主要部件的設(shè)計，計算及結(jié)構(gòu)繪制；繪制完整的裝配圖、零件圖。4.27～5.17：編寫、裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書，完成并提交畢業(yè)設(shè)計全部設(shè)計內(nèi)容。5.18～5.27：

準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯；根據(jù)審核意見，修改、完善畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容；并將修改、完善后的畢業(yè)設(shè)計全部內(nèi)容刻成光盤；參加畢業(yè)設(shè)計答辯。5.28～6.5：提交畢業(yè)設(shè)計全部設(shè)計內(nèi)容和光盤。提交申報優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計的有關(guān)資料。6.6～6.13：參加畢業(yè)設(shè)計答辯。參考文獻[1]崔甫.矯直理論與參數(shù)計算.北京：機械工業(yè)出版社，1994：15-46[2]劉文，王興珍.軋鋼生產(chǎn)基礎(chǔ)知識問答.北京：冶金工業(yè)出版社，1994：1-50[3]鄒家祥，施東成.軋鋼機械理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計（下冊）.北京：冶金工業(yè)出版社，1993：12-68[4]文慶明.軋鋼機械.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.8：30-163[5]黃華清.軋鋼機械.北京：冶金工業(yè)出版社，1980：1-110[6]鄒家祥.軋鋼機械.第三版，北京：冶金工業(yè)出版社，2004：1-149[7]成大先.機械設(shè)計手冊.第五版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：85-210[8]鄧文英.金屬工藝學(xué).第四版，北京：高教出版社，2000：45-88[9]戴寶昌.重要用途線材制品生產(chǎn)新技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2001：57-96[10]馬懷憲.金屬塑性加工學(xué)——擠壓、拉拔、與管材冷軋.北京：冶金工業(yè)出版社，1989：1-80[11]張景進.板帶冷軋生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，2006：42-98[12]黃慶學(xué)，申光憲，梁愛生，陳占福.軋機軸承與軋輥壽命研究及應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社，2003：1-278[13]曹鴻德.塑性變形力學(xué)基礎(chǔ)與軋制原理.北京：機械工業(yè)出版社，1981：173-263[14]MalcolmDick,RichardMike.AnalysisofRodDefectsandResultingWireFailure.WireJoumalIntemational，1982：36-53[15]B.E.