概述本章節(jié)主要介紹課題的背景和意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究?jī)?nèi)容以及擬解決的主要問題、研究方法和技術(shù)路線。容積泵及羅茨油泵的簡(jiǎn)介容積泵是依據(jù)周期性變化的泵腔容積實(shí)現(xiàn)液體輸送的泵，羅茨油泵是一種間歇性循環(huán)流動(dòng)的液體泵，具有工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送連續(xù)、流量平穩(wěn)等特點(diǎn)，由栗體、兩個(gè)完全相同的轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)齒輪等零件構(gòu)成，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來改變泵腔容積，實(shí)現(xiàn)吸液和排液。在企業(yè)生產(chǎn)中，羅茨油泵通常用于石油化工、食品生產(chǎn)等流程，便于在高粘度液體材料輸送工藝中實(shí)現(xiàn)介質(zhì)穩(wěn)定、連續(xù)性輸送。羅茨轉(zhuǎn)子及其輪廓的重要性羅茨油泵的轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)與轉(zhuǎn)子的效能有直接的聯(lián)系，作為羅茨油泵的核心部件，轉(zhuǎn)子的外形結(jié)構(gòu)直接影響著羅茨油泵的工作性能。轉(zhuǎn)子輪廓直接影響著羅茨油泵的容積利用系數(shù)，良好的轉(zhuǎn)子輪廓結(jié)構(gòu)能提高羅茨油泵的輸送效率，有效地降低能量損失。同時(shí)，轉(zhuǎn)子輪廓與羅茨油泵的泄漏量有直接的聯(lián)系，良好的轉(zhuǎn)子輪廓能有效降低羅茨油泵的泄漏量，提高羅茨油泵的工作可靠性。轉(zhuǎn)子輪廓還影響羅茨油泵的輕量化，減輕設(shè)備成本，提高能源利用。羅茨油泵的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀羅茨泵是容積式流體設(shè)備，采用非接觸式嚙合原理，結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便，在航空發(fā)動(dòng)、工業(yè)動(dòng)力、石油化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。輸出流體穩(wěn)定性及質(zhì)量功率密度主要由泵體內(nèi)部等徑嚙合副的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。國(guó)內(nèi)外羅茨泵研究現(xiàn)狀如下。預(yù)計(jì)2024年全球羅茨泵市場(chǎng)規(guī)模約150億元，預(yù)計(jì)2025年超過200億元，預(yù)計(jì)未來每年的復(fù)合增長(zhǎng)率在5%左右。北美、歐盟、亞太地區(qū)為羅茨泵的主要市場(chǎng)，其中亞太地區(qū)(主要是中國(guó))增長(zhǎng)最快。國(guó)際上主要研究在能效比(例如，無油潤(rùn)滑)和人工智能驅(qū)動(dòng)等智能化控制方向。羅茨泵的低噪音、低振動(dòng)等級(jí)(例如，歐盟的CE認(rèn)證)和無油潤(rùn)滑技術(shù)等被列為重點(diǎn)發(fā)展方向，以無油潤(rùn)滑技術(shù)等降低污染，環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展成為重點(diǎn)發(fā)展方向。Vanquyetal提出了一種基于圓錐銑刀的羅茨泵轉(zhuǎn)子的通用數(shù)學(xué)模型，為復(fù)雜型線切割提供了一種可行的解決方案。Wang等設(shè)計(jì)了一種圓?。冄由鞌[線型轉(zhuǎn)子，用于氫循環(huán)泵，以提供最佳的性能，并通過CFD模擬驗(yàn)證其性能。Wang等在氫能源領(lǐng)域設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子型線，用于氫循環(huán)泵。Akhmedova等研究羅茨泵在高粘度食品介質(zhì)中的應(yīng)用，提出了一種介質(zhì)適應(yīng)性解決方案。國(guó)內(nèi)在轉(zhuǎn)子型線創(chuàng)新和脈動(dòng)控制方面做了大量的研究（如高斯曲線型線、輕量型線），應(yīng)用導(dǎo)向明顯。智能化和自動(dòng)化趨勢(shì)明顯，有些廠家將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入泵控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)警。國(guó)內(nèi)有些研究者在轉(zhuǎn)子型線方面也取得了一定成果。如時(shí)杉杉等提出中軸構(gòu)筑法，李正清等提出腰部為高斯曲線的羅茨泵型線，提高密封性和容積效率，薛海燕等提出基于共軛曲線的漸開線型線，改善轉(zhuǎn)子嚙合特性，賁晨陽等設(shè)計(jì)的橢圓旋輪線型轉(zhuǎn)子進(jìn)一步降低脈動(dòng)和噪音，李玉龍等提出轉(zhuǎn)子容積利用系數(shù)反求法，利用理論流量反推出最佳轉(zhuǎn)子參數(shù)，并提供一、二次葉屬性分析的新工具，劉萍、李玉龍等提出一種雙轉(zhuǎn)子副結(jié)構(gòu)方案和輕量化無流量脈動(dòng)耦合設(shè)計(jì)，可以大幅降低輸出流量的周期性脈動(dòng)。肖榮和等提出利用等排量大模數(shù)方法，通過轉(zhuǎn)子最佳模數(shù)匹配來徹底解決困油問題。相比之下，國(guó)外則側(cè)重于數(shù)學(xué)模型計(jì)算、多元物理場(chǎng)分析和精細(xì)加工。國(guó)產(chǎn)高端材料(耐高溫涂層等)和精密加工設(shè)備依賴于進(jìn)口，進(jìn)口企業(yè)德國(guó)博格在復(fù)雜工況可靠性能方面更具優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)子嚙合動(dòng)力學(xué)、多相介質(zhì)流動(dòng)特性還需詳細(xì)建模。復(fù)雜型線加工精度差導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)泵使用壽命較短。氫能等新領(lǐng)域?qū)Ρ玫哪蛪?、耐腐蝕性要求更高。國(guó)內(nèi)外羅茨油泵行業(yè)處于不同的技術(shù)水平和市場(chǎng)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)行業(yè)在技術(shù)上需要大力政策支持，需要依靠國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的技術(shù)支撐來沖擊高端市場(chǎng)，國(guó)際企業(yè)則在全球化競(jìng)爭(zhēng)中布局。行業(yè)內(nèi)未來的發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)將圍繞智能化綠色化而進(jìn)行新一輪的科技戰(zhàn)爭(zhēng)，企業(yè)需要根據(jù)市場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整。高粘度羅茨油泵需要綜合、優(yōu)化型線、動(dòng)態(tài)控制、制造工藝設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)研究在數(shù)學(xué)理論、脈動(dòng)衰減等方面已經(jīng)取得重要研楓真，國(guó)外在粘度介質(zhì)、加工等方面提供參考。今后可從共軸曲線理論、高形輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)等方面入手，研發(fā)高效-低脈動(dòng)-長(zhǎng)壽命的高粘度專用泵型，借鑒國(guó)外精密加工等經(jīng)驗(yàn)提高國(guó)產(chǎn)泵的可靠性和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。本課題研究意義及主要內(nèi)容羅茨油泵是容積式原理的正位移泵，因其特殊的工作原理和特有性能，作為工業(yè)中的關(guān)鍵性設(shè)備，在多個(gè)生產(chǎn)工程領(lǐng)域都得到了較廣泛的應(yīng)用，其主要由栗殼、端蓋、傳動(dòng)軸、同步齒輪、轉(zhuǎn)子、密封填料、密封壓緊等組成，包括皮帶，齒輪減速機(jī)以及變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種方式，并且能夠進(jìn)行反轉(zhuǎn)。主要工作原理是通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)同步齒輪，同步齒輪則帶動(dòng)雙轉(zhuǎn)子進(jìn)行相位差同步回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將泵腔一分為二，形成吸入部分與排出部分；隨著轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)被從低壓區(qū)壓入，壓縮后介質(zhì)由高壓區(qū)排出。該泵有以下特點(diǎn)：在性能方面，該泵具有耗功低，效率高的優(yōu)點(diǎn)，能夠降低能耗，提高輸送能力；結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間面積小，即使安裝位置有限，泵亦可有足夠大的揚(yáng)程；耗功低，能夠降低操作成本；具有自吸能力，不用輔助引液裝置來改變操作介質(zhì)，使用很方便。在工作性能方面，該泵具有轉(zhuǎn)子從動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)輪之間的摩擦角為12。，降低了摩擦損失，減少了噪音，工作過程中不會(huì)造成大的機(jī)械磨損，能夠延長(zhǎng)泵的使用壽命；由于采用了先進(jìn)的腔式結(jié)構(gòu)，具有吸人作用的位置比較大，容積改變率小，壓力脈動(dòng)衰減大，吸程能夠達(dá)到5m，吸人質(zhì)比較穩(wěn)定；流量和速度成正比，具有調(diào)速結(jié)構(gòu)，速度易于調(diào)整，能夠滿足化工生產(chǎn)不同工況的需要。有些型號(hào)還采用保溫夾套結(jié)構(gòu)，能夠夾帶蒸汽或?qū)嵊?，?shí)現(xiàn)介質(zhì)保溫，保溫程度能夠達(dá)到350~C，能夠適用于熱介質(zhì)，加之采用精細(xì)機(jī)械加工，容積效率能夠穩(wěn)定在85%以上。有了上述優(yōu)點(diǎn)，羅茨油泵就被越來越多的行業(yè)所應(yīng)用。比如石油化工行業(yè)的原油、潤(rùn)滑油、煤脂等；食品行業(yè)的豆醬、糖稀、牛奶、酸奶等；藥品生產(chǎn)工業(yè)的藥膏、浸提液、乳化劑等；油罐、油船、船艇所需的油料等，無所不包。作為機(jī)械工程的學(xué)生，很有必要學(xué)習(xí)羅茨油泵的工程原理和運(yùn)用規(guī)則，并通過根據(jù)設(shè)計(jì)要求擬定流程來設(shè)計(jì)齒輪副、進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、構(gòu)建三維模型等鍛煉設(shè)計(jì)能力，為深入學(xué)習(xí)更先進(jìn)的UGNX、PRO／E等軟件的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)能力做好準(zhǔn)備，為以后的工作積累技術(shù)技能，打下堅(jiān)實(shí)的教學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)前社會(huì)，生產(chǎn)對(duì)泵的要求朝著高速、高效、可靠的方向迅速發(fā)展，對(duì)泵性能的需求標(biāo)準(zhǔn)愈來愈高，所以對(duì)羅茨油泵的原理性研究對(duì)于促進(jìn)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品更新具有重要意義?；谥笇?dǎo)老師歷年承擔(dān)的縱橫向項(xiàng)目的研究成果和大量的社會(huì)調(diào)查，擬圍繞著排量0.42L的高粘度羅茨油泵，尤其是羅茨轉(zhuǎn)子輪廓曲線類型及形狀系數(shù)選取，以輕量化、高容積效率、小泄漏量、大綜合性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，開展轉(zhuǎn)子副參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型整機(jī)設(shè)計(jì)與三維造型工作。本章小結(jié)本章對(duì)容積泵進(jìn)行概述介紹，重點(diǎn)對(duì)羅茨油泵進(jìn)行了介紹，對(duì)羅茨轉(zhuǎn)子及其輪廓進(jìn)行了描述，最后對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，通過上述的介紹，明確了課題的學(xué)術(shù)意義和主要的研究?jī)?nèi)容。

高粘度羅茨油泵的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)組成主要由泵體、轉(zhuǎn)子副、動(dòng)力齒輪副、密封裝置和其他輔助性部件等組成。泵體是基礎(chǔ)性支撐部件，為轉(zhuǎn)子、齒輪的安裝提供空間，并承受泵的壓力。轉(zhuǎn)子副由兩個(gè)同規(guī)格的轉(zhuǎn)子組成，是輸送液體的核心部件。動(dòng)力齒輪副驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，傳遞動(dòng)力。密封裝置則用于防止液體泄漏，保證泵的工作效率。（a）（b）圖ab轉(zhuǎn)子副（c）（d）圖cd動(dòng)力齒輪副

（e）（f）圖ef泵體（g）（h）（i）（j）圖ghij密封裝置工作原理設(shè)計(jì)工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力齒輪副帶動(dòng)兩枚轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，泵腔的有效容積不斷產(chǎn)生變化。在嚙合分開時(shí)，泵腔的有效容積增大，產(chǎn)生負(fù)壓，介質(zhì)被環(huán)境壓力差吸入泵腔；在嚙合進(jìn)入時(shí)，泵腔的有效容積減小，產(chǎn)生正壓，介質(zhì)被壓力差推進(jìn)輸送。介質(zhì)容積的周期性變化使連續(xù)輸送介質(zhì)成為可能。性能優(yōu)化設(shè)計(jì)從改變轉(zhuǎn)子葉片形狀、齒輪齒數(shù)及密封形式等方面對(duì)泵進(jìn)行優(yōu)化。如改變轉(zhuǎn)子葉片形狀，可以減少泄漏，提高容積效率；改變齒輪齒數(shù)，可以降低噪聲和振動(dòng)，提高傳動(dòng)力；充分考慮高粘度液體特性，對(duì)泵出人口結(jié)構(gòu)和人口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低阻力，提高輸液能力。材料選擇根據(jù)高粘度羅茨油泵的工作環(huán)境和性能要求，泵體材料通常選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的鑄鐵或鑄鋼，以保證泵體的強(qiáng)度和密封性。轉(zhuǎn)子材料則需具備良好的耐磨性和機(jī)械性能，可選用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，提高轉(zhuǎn)子的硬度和耐磨性。齒輪材料一般采用高強(qiáng)度的齒輪鋼，經(jīng)過精密加工和熱處理，確保齒輪的精度和傳動(dòng)性能。密封材料選用耐油、耐磨損的橡膠或聚四氟乙烯等材料，以保證良好的密封效果。

羅茨油泵的容積轉(zhuǎn)子副設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子輪廓的構(gòu)造方程3.1.1轉(zhuǎn)子輪廓與工作輪廓所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子副外輪廓曲線采用圓的表達(dá)式，對(duì)于羅茨轉(zhuǎn)子的半葉輪廓，由外同心圓弧段、外過渡段、外共軛段、內(nèi)共軛段、內(nèi)過渡段、內(nèi)同心圓弧段組成。假設(shè)節(jié)圓半徑為r，形狀系數(shù)為ε，頂半圓心角為τ。所取轉(zhuǎn)子半葉輪廓的構(gòu)造如圖1所示。其中，輪廓由eq\o(\s\up5(?),\s\do2(12))，eq\o(\s\up5(?),\s\do2(23))，eq\o(\s\up5(?),\s\do2(34))，eq\o(\s\up5(?),\s\do2(45))的5段構(gòu)成，點(diǎn)1，3，5分別位于轉(zhuǎn)子葉、槽的對(duì)稱軸和節(jié)圓上，記為輪廓上的葉點(diǎn)、槽點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)；點(diǎn)2，4為節(jié)圓外eq\o(\s\up5(?),\s\do2(23))、內(nèi)eq\o(\s\up5(?),\s\do2(34))工作輪廓的端點(diǎn)，對(duì)應(yīng)瞬心分別為位于葉軸、槽軸和節(jié)圓上的點(diǎn)6，7；eq\o(\s\up5(?),\s\do2(12))、eq\o(\s\up5(?),\s\do2(45))均為非工作圓弧輪廓，圓心分別為點(diǎn)6，7。 圖1工作輪廓及共軛關(guān)系記∠1o13=∠3o15=φ=0.5π/N，∠162=α0、eq\o(\s\up5(?),\s\do2(26))的長(zhǎng)度=ρ0為工作輪廓eq\o(\s\up5(?),\s\do2(23))的起始法角、起始法長(zhǎng)。則，轉(zhuǎn)子的形狀系數(shù)ε為： （1）圖1中，設(shè)主（中心為o1）、從（中心為o2）轉(zhuǎn)子在主轉(zhuǎn)子eq\o(\s\up5(?),\s\do2(43))上的點(diǎn)n2（x2，y2）處共軛。由于主、從輪廓完全一致，則從輪廓上的點(diǎn)n2對(duì)應(yīng)于主輪廓eq\o(\s\up5(?),\s\do2(23))上的點(diǎn)為n1（x1，y1）。此時(shí)，過n2的法線與節(jié)圓的交點(diǎn)為瞬心p2，過n1的法線與節(jié)圓和y軸的交點(diǎn)分別為瞬心p1和點(diǎn)8。由主、從輪廓間的共軛關(guān)系，得∠p2o17=∠p1o16=θ；∠8p1o1=∠n2p2o1=α(θ)為θ位置下的瞬心傳動(dòng)角（簡(jiǎn)稱為瞬角）；n2p2=n1p1=ρ(θ)為θ位置下的瞬心半徑（簡(jiǎn)稱為瞬徑）。在圖1所示的xo1y坐標(biāo)系下，以θ∈［0，φ］為瞬變量，由、n2p2與－y軸（或葉軸）間的夾角分別為2φ-θ和π-α-（2φ-θ），得n2，n1的坐標(biāo)，即節(jié)圓內(nèi)、外工作輪廓eq\o(\s\up5(?),\s\do2(43))，eq\o(\s\up5(?),\s\do2(23))的統(tǒng)一坐標(biāo)方程為： （2）和 （3）由 （4）得到： （5）其中 （6）式中，dy1/dx1、dρ/dθ、dα/dθ為y1對(duì)x1，ρ對(duì)θ，α對(duì)θ的一階導(dǎo)數(shù)，均由工作輪廓eq\o(\s\up5(?),\s\do2(23))的定義確定。 （7）3.1.2工作輪廓的極限條件設(shè)n1，n2處的曲徑為ρ1(θ)，ρ2(θ)，如ρ2(θ)<0，則會(huì)出現(xiàn)“角點(diǎn)”一類的的幾何干涉。故，ρ2(θ)≥0并取得極小值為極限狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的θ=θ*，ρ2(θ*)=min［ρ2(θ*)］≥0。記n1(ρ2(θ*)>0)、n2(ρ2(θ*)>0)為頂、谷工作極限點(diǎn)；n1(ρ2(θ*)=0)、n2(ρ2(θ*)=0)為頂、谷的0工作極限點(diǎn)。根據(jù)n1，n2共軛上的歐拉-薩伐里方程，由 （8）得到： （9）則（10）當(dāng)ρ1(θ*)≠∞，ρ2(θ*)≠∞，由式（10）可得到： （11）即 （12）工作輪廓為漸開線、圓弧、擺線、拋物線等。此情況下的極限條件為： （13）式中，ρ2(θ*)=0，取“=”號(hào)外過渡段連接外同心圓弧段和外共軛段，它與外同心圓弧段相切。設(shè)其圓心為o1，半徑為r1，通過幾何關(guān)系確定圓心位置和半徑大小。其方程可根據(jù)圓的標(biāo)準(zhǔn)方程形式結(jié)合具體幾何參數(shù)確定，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要確保過渡段曲線光滑，使轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，減少?zèng)_擊。3.1.3共軛輪廓的構(gòu)造方程外共軛段和內(nèi)共軛段基于共軛關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。在確定外共軛段曲線時(shí)，考慮與配對(duì)轉(zhuǎn)子的內(nèi)共軛段的共軛運(yùn)動(dòng)。設(shè)外共軛段上動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y)，根據(jù)共軛運(yùn)動(dòng)原理和圓的表達(dá)式，結(jié)合瞬心、傳動(dòng)角等參數(shù)建立方程。內(nèi)共軛段則根據(jù)與外共軛段的共軛關(guān)系，通過坐標(biāo)變換得到其方程。共軛段的設(shè)計(jì)直接影響泵的容積利用系數(shù)和輸送效率。圖2共軛輪廓的柔性構(gòu)造在柔性輪廓中，過渡輪廓是依附于共軛輪廓的，因此共軛輪廓23、34的柔性構(gòu)造最為重要。在圖2所示的XOY坐標(biāo)系下，設(shè)n為共軛輪廓23上的任一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的瞬心為p，34上與n對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為n'。這樣，當(dāng)n點(diǎn)由起始位置2向節(jié)點(diǎn)3移動(dòng)時(shí)，瞬心p則由點(diǎn)6沿節(jié)圓以θ角滾向節(jié)點(diǎn)3，0≤θ≤φ，設(shè)n在XOY坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x，y)，對(duì)應(yīng)的法向角為αθ和法向長(zhǎng)度為ρθ。則，共軛輪廓23的構(gòu)造方程為 （14）設(shè)n'在XOY坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x'，y')。則，共軛輪廓34的構(gòu)造方程為 （15）由式（14）、式（15）知，共軛輪廓構(gòu)造方程的確定，取決于αθ和ρθ的確定，而αθ和ρθ可直接由23的輪廓類型來確定。3.1.4內(nèi)過渡段內(nèi)過渡段連接內(nèi)共軛段和內(nèi)同心圓弧段，同樣采用圓的表達(dá)式設(shè)計(jì)。設(shè)其圓心為O2，半徑為R3.1.5內(nèi)同心圓弧段以轉(zhuǎn)子中心為圓心，半徑為(2?ε)r

，方程為{x=(2?ε)rcosθy=(2?ε)rsinθ，其作用與外同心圓弧段類似，在轉(zhuǎn)子根部形成密封結(jié)構(gòu)，減少泄漏。轉(zhuǎn)子泵的輕量化模型3.2.1輕量化目標(biāo)設(shè)定以減小轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為輕量化目標(biāo)，轉(zhuǎn)子質(zhì)量與轉(zhuǎn)子的體積和材料密度相關(guān)。在材料確定的前提下，主要通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子輪廓來減小體積。應(yīng)用轉(zhuǎn)子輪廓的結(jié)構(gòu)方程，建立轉(zhuǎn)子體積的計(jì)算模型，將體積作為目標(biāo)函數(shù)。3.2.2約束條件確定幾何約束：包括共軛輪廓的曲率半徑約束，確保共軛輪廓在運(yùn)動(dòng)過程中不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。根據(jù)歐拉-薩伐里方程，結(jié)合轉(zhuǎn)子輪廓的參數(shù)，確定曲率半徑的取值范圍。性能約束：保證泵的容積利用系數(shù)在合理范圍內(nèi)，容積利用系數(shù)與轉(zhuǎn)子輪廓形狀密切相關(guān)。根據(jù)相關(guān)研究和經(jīng)驗(yàn)，確定容積利用系數(shù)的下限值，以確保泵的輸送效率。作為容積式流體機(jī)械的典型代表，雙對(duì)稱嚙合轉(zhuǎn)子作為關(guān)鍵動(dòng)力元件，其型線特征（即轉(zhuǎn)子橫截面的封閉輪廓線）為泵內(nèi)多個(gè)容積單元的邊界基礎(chǔ)，由此建立了“轉(zhuǎn)子型線特征→容積單元→輸送流量”以及其“容積利用系數(shù)→容積單元輸送→平均理論流量”的因果關(guān)系。下面是基于羅茨油泵平均理論流量反求轉(zhuǎn)子容積利用系數(shù)：羅茨轉(zhuǎn)子泵瞬時(shí)理論流量設(shè)泵的瞬時(shí)流量為Q，圖3所示打剖面線區(qū)域所對(duì)應(yīng)的泵內(nèi)容積為V，此時(shí)，內(nèi)共軛輪廓上的點(diǎn)m與配對(duì)轉(zhuǎn)子（中心為O′）外共軛輪廓上的點(diǎn)n共軛。設(shè)在微小時(shí)間dt內(nèi)，轉(zhuǎn)子副轉(zhuǎn)角θ的微變化量為dθ；容積V的微變化量為dV；rm、rn分別為轉(zhuǎn)子、配對(duì)轉(zhuǎn)子在共軛處到各自轉(zhuǎn)子中心的連線長(zhǎng)度；ω為轉(zhuǎn)子副的旋轉(zhuǎn)角速度。那么，有（16）由式（16）得轉(zhuǎn)子泵的瞬時(shí)理論流量為 （17）其中， （18）將式（14）（15）分別代入式（18）中，有 （19）由式（17）、式（19）的瞬時(shí)理論流量為 （20）其無量綱的瞬時(shí)理論流量為 （21）圖3瞬時(shí)理論流量的求解方法容積利用系數(shù)容積利用系數(shù)λ表示羅茨轉(zhuǎn)子的可利用空間占轉(zhuǎn)子頂旋轉(zhuǎn)1周所掃過空間（即頂圓柱體積）的容積百分比，也可表示為λ=1（不可利用空間占頂圓柱的容積百分比）。其中，不可利用空間等于轉(zhuǎn)子的本身體積加上可能存在的余隙容積。對(duì)于羅茨轉(zhuǎn)子泵這樣的容積泵，羅茨轉(zhuǎn)子的可利用空間是用來輸送工作介質(zhì)的，在不考慮泄漏、壓縮等無容積損失的理論狀態(tài)下，每轉(zhuǎn)所能輸送的介質(zhì)量應(yīng)等于可利用空間的容積，而轉(zhuǎn)子副每轉(zhuǎn)由兩個(gè)轉(zhuǎn)子輸送的介質(zhì)量又等于泵平均理論流量Qmean乘以每轉(zhuǎn)的時(shí)間2π/ω，即 （22）式中，2π(rε)2b為同尺寸轉(zhuǎn)子副的雙頂圓柱容積。由式（20）和無量綱瞬時(shí)理論流量關(guān)于θ=0軸的左右對(duì)稱性，得平均理論流量Qmean為 （23）將式（23）代入式（22），得到羅茨轉(zhuǎn)子的容積利用系數(shù)λ為 （24）這一結(jié)果與所查閱文獻(xiàn)中通過分區(qū)計(jì)算得到的結(jié)果完全一致。容積利用系數(shù)實(shí)例驗(yàn)證以N=2，r=42.5mm，ε0=1.4375，ε=1.5的圓轉(zhuǎn)子為例。其中，表達(dá)式為 （25）由式（25）可得 （26）由式（24）計(jì)算得到的容積利用系數(shù)為 （27）輕量化的轉(zhuǎn)子參數(shù)影響3.3.1形狀系數(shù)的影響形狀系數(shù)ε對(duì)轉(zhuǎn)子的輕量化有著重要的影響作用。增大形狀系數(shù)，外同心圓弧段半徑增大，在一定程度上可以減小轉(zhuǎn)子其他部分的體積。但形狀系數(shù)的增大受到共軛輪廓干涉等因素的限制，需要在滿足幾何和性能約束的前提下進(jìn)行優(yōu)化。容積利用系數(shù)為 （28）式中，kρ為工作輪廓的類型系數(shù)，例如，當(dāng)工作輪廓為漸開線段時(shí)，由 （29）得 （30）由εe=ε0和假定容積效率ηv相同，得基礎(chǔ)泵的容積利用系數(shù)λ(ε0，ε0)和脈動(dòng)系數(shù)δ(ε0，ε0)，及高形泵較基礎(chǔ)泵的脈動(dòng)改善率μδ為 （31）和知λ(ε0，ε0)和δ(ε0，ε0)僅與ε0直接相關(guān)，ε0越大，λ(ε0，ε0)和δ(ε0，ε0)越大，即在控制流量脈動(dòng)方面，總希望ε0越小越好。轉(zhuǎn)子寬度b為由于轉(zhuǎn)子副所占的空間體積Vt，直接決定了羅茨泵的整體尺寸與質(zhì)量。設(shè)泵的總體積為V，kv=V/Vt為體積因子，q為排量。則，由 （32）得泵的單位排量體積Vq為 （33）基礎(chǔ)泵的單位排量體積Vq(ε0，ε0)，及高形泵較基礎(chǔ)泵的改善率μv為 （34）和知Vq(ε0，ε0)同樣僅與ε0直接相關(guān)，但ε0越大，Vq(ε0，ε0)卻越小。即輕量化總希望ε0越大越好。3.3.2葉數(shù)的影響不同的葉數(shù)，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和體積都不同。葉數(shù)增加，轉(zhuǎn)子輪廓趨于緊湊，一定程度上減小了轉(zhuǎn)子的體積，但要加大制造難度和造價(jià)成本。此外，葉數(shù)的變化還會(huì)影響泵的流量特性和容積利用系數(shù)，需要綜合考慮各方面因素來確定合適的葉數(shù)。在工作輪廓類型確定的情況下，基礎(chǔ)形狀系數(shù)ε0、葉頂半角τ和轉(zhuǎn)子葉數(shù)N是控制單位節(jié)圓半徑下轉(zhuǎn)子輪廓的三大獨(dú)立參數(shù)。以漸開線工作輪廓、ηV=0.85和kV=2為例，ε0為避免τ而單純考慮ε0的影響，則τ=0°下的εe、δ、Vq隨ε0在1.3～ε0,max間的變化，如圖4(a)-(c)所示。對(duì)于相同的N，ε0越大，εe越大、δ越大、Vq越小。即，ε0越小，流量品質(zhì)越好，但輕量化效果越差；否則，流量品質(zhì)越差，輕量化效果越好。對(duì)于相同的ε0，N越少，εe更大、δ更小、Vq更小，但N控制著ε0,max，即N越多，流量品質(zhì)越好，但輕量化效果越差;否則，流量品質(zhì)越差，但輕量化效果越好。圖4高形形狀系數(shù)、脈動(dòng)系數(shù)、單位排量體積隨基礎(chǔ)形狀系數(shù)和葉頂半角的變化N=3、ε0=1.40下的δ(τ)、Vq(τ)-τ，如圖4(d)所示。由圖可知τ越大，δ、Vq越小，且對(duì)δ比Vq的影響大，即，τ越小，流量品質(zhì)和輕量化效果越好，否則均越差。此時(shí)，τmax=7.45°，由τ=8°下的εe=1.39＜ε0=1.40，說明式(19)中τmax的正確性。τ=0°下高形泵較基礎(chǔ)泵的改善率μδ、μv隨ε0在1.3～ε0,max間的變化，如圖5所示。圖5改善率隨基礎(chǔ)形狀系數(shù)的變化由此可見，大N和大ε0對(duì)流量品質(zhì)和輕量化的改善效果更明顯，其中，N比ε0的影響更大，對(duì)δ比Vq造成的影響更大。3.3.3寬徑比的影響寬徑比是指轉(zhuǎn)子寬度與節(jié)圓直徑的比值。適當(dāng)增大寬徑比可以提高泵的流量，但同時(shí)也會(huì)增加轉(zhuǎn)子的質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)泵的流量需求和輕量化要求，在寬徑比與輕量化目標(biāo)之間合理權(quán)衡，合理選擇寬徑比，以達(dá)到最佳的性能和輕量化效果。輕量化優(yōu)先：傾向于較小寬徑比（短寬轉(zhuǎn)子），軸向尺寸越小，所需材料更少，兼顧剛度和泄漏控制。性能優(yōu)先：適當(dāng)提高寬徑比來獲得更高的容積效率，但需通過材料升級(jí)（輕質(zhì)合金）來抵消增重。平衡點(diǎn)：一般需要通過仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，得到強(qiáng)度、效率、重量和成本最佳比的最優(yōu)寬徑比。

羅茨油泵的動(dòng)力齒輪副設(shè)計(jì)羅茨油泵動(dòng)力齒輪副的設(shè)計(jì)取決于容積轉(zhuǎn)子副，需要和具有相同的和容積轉(zhuǎn)子副的中心距(即分度圓直徑)的羅茨油泵配合。齒輪參數(shù)確定根據(jù)羅茨油泵的要求和傳遞動(dòng)力的需要，確定齒輪模數(shù)、齒數(shù)、齒寬等參數(shù)。模數(shù)的確定根據(jù)齒輪的受載荷及傳動(dòng)平穩(wěn)的需要，齒數(shù)的確定根據(jù)所要求的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比的需要，齒寬根據(jù)齒輪的受力情況及結(jié)構(gòu)空間的需要進(jìn)行選擇。這里初步確定齒輪主要參數(shù)：模數(shù)4，牙數(shù)21，齒寬20mm，壓力角20°。齒輪材料和熱處理選用合適的齒輪材料，如優(yōu)質(zhì)合金鋼，以保證齒輪具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。對(duì)齒輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚绱慊?、回火等，提高齒輪的硬度和韌性，延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。（1）常用齒輪材料類型材料類別典型牌號(hào)特點(diǎn)適用場(chǎng)景滲碳鋼20CrMnTi、20CrNiMo表面高硬度（HRC58-62），心部韌性好，抗疲勞性能優(yōu)異。重載、高接觸應(yīng)力齒輪（如汽車變速箱齒輪）。調(diào)質(zhì)鋼45#、40Cr、42CrMo綜合力學(xué)性能好，調(diào)質(zhì)后硬度適中（HRC25-35），加工性能優(yōu)良。中等載荷、轉(zhuǎn)速較低的齒輪，需高韌性支撐。氮化鋼38CrMoAl、31CrMoV9表面氮化后硬度高（HV1000-1200），耐磨損、抗咬合，變形小。精密齒輪、高溫或需低變形的場(chǎng)合（如高速齒輪）。不銹鋼304、316、17-4PH耐腐蝕性強(qiáng)，但耐磨性較差，需表面強(qiáng)化（如滲氮、涂層）?；?、食品等腐蝕性環(huán)境中的齒輪。非金屬材料PEEK、尼龍、聚甲醛輕量化、低噪音、自潤(rùn)滑，但承載能力低，耐溫性差。輕載、低轉(zhuǎn)速或需靜音的場(chǎng)合（如醫(yī)療設(shè)備）。（2）選材關(guān)鍵因素載荷特性：重載齒輪優(yōu)先選擇滲碳鋼（如20CrMnTi），通過表面硬化提高抗接觸疲勞能力。中等載荷可選用調(diào)質(zhì)鋼（如40Cr），兼顧強(qiáng)度與韌性。轉(zhuǎn)速與溫升：高速齒輪需低變形材料（如氮化鋼38CrMoAl），避免熱膨脹導(dǎo)致嚙合失效。高溫環(huán)境可選耐熱鋼（如4Cr5MoSiV1）。耐腐蝕性：腐蝕性介質(zhì)中選用不銹鋼或表面鍍層（如鍍硬鉻、DLC涂層）。成本與工藝性：碳鋼（如45#）成本低，但需通過熱處理提升性能；高合金鋼（如20CrNiMo）成本高，但壽命更長(zhǎng)。（3）常見熱處理工藝工藝作用適用材料效果滲碳淬火表面滲碳后淬火，形成高硬度表層（HRC58-62），心部保持韌性。20CrMnTi、20CrNiMo抗接觸疲勞、耐磨性優(yōu)異，但變形較大，需后續(xù)磨齒。調(diào)質(zhì)處理淬火+高溫回火，獲得回火索氏體組織，提高綜合力學(xué)性能。40Cr、42CrMo硬度適中（HRC25-35），抗彎強(qiáng)度高，適用于中等載荷齒輪。氮化處理表面滲氮（氣體/離子氮化），形成高硬度氮化層（HV1000-1200）。38CrMoAl、31CrMoV9耐磨、抗咬合，變形極小，適用于精密齒輪。感應(yīng)淬火局部高頻加熱后淬火，硬化表層（HRC50-55）。45#、40Cr快速硬化，變形可控，適用于批量生產(chǎn)的中小齒輪。表面涂層PVD/CVD鍍層（如TiN、CrN）、DLC涂層等。不銹鋼、高合金鋼降低摩擦系數(shù)，提升耐磨性，延長(zhǎng)壽命。（4）工藝選擇要點(diǎn)滲碳淬火：優(yōu)點(diǎn)：深層硬化（0.5-2mm），適合重載齒輪。缺點(diǎn)：變形大，需精磨齒面，成本較高。氮化處理：優(yōu)點(diǎn)：變形小，適合精密齒輪（如轉(zhuǎn)子泵高速齒輪副）。缺點(diǎn)：硬化層淺（0.2-0.5mm），抗沖擊性略差。調(diào)質(zhì)+表面淬火：適用于中等載荷齒輪，平衡強(qiáng)度與加工成本。此設(shè)計(jì)羅茨油泵選用20CrMnTi（滲碳鋼），高粘度油泵齒輪副需傳遞較大扭矩，齒面接觸應(yīng)力高，滲碳鋼（如20CrMnTi）通過滲碳淬火可實(shí)現(xiàn)表面高硬度（HRC58-62），顯著提升抗點(diǎn)蝕和抗磨損能力。同時(shí)，20CrMnTi在滲碳后心部保持較高韌性（HRC35-40），避免重載下斷齒風(fēng)險(xiǎn)。此外，相比氮化鋼或高合金鋼，20CrMnTi成本較低，適合中等排量泵的批量生產(chǎn)。熱處理工藝選用滲碳淬火+低溫回火工藝參數(shù)：滲碳層深度：1.0-1.2mm（確保高粘度介質(zhì)下齒面耐磨性）。表面硬度：HRC58-62，心部硬度HRC35-40?；鼗饻囟龋?80-200℃（消除淬火應(yīng)力，保持高硬度）。優(yōu)勢(shì)：深層硬化層可抵抗高粘度油泵的持續(xù)重載磨損。滲碳鋼的強(qiáng)韌性匹配適合沖擊載荷環(huán)境（如啟停頻繁的工況）。齒輪副的嚙合精度設(shè)計(jì)為保證動(dòng)力的平穩(wěn)傳遞，提高齒輪副的嚙合精度。通過控制齒輪的加工精度、安裝精度以及齒側(cè)間隙等參數(shù)，減少齒輪傳動(dòng)過程中的振動(dòng)和噪聲，提高傳動(dòng)效率。結(jié)合與容積轉(zhuǎn)子副同中心距（即分度圓直徑），進(jìn)行齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。高粘度羅茨油泵齒輪副的齒輪嚙合應(yīng)采用承載均衡、熱變形補(bǔ)償、低噪聲設(shè)計(jì)，優(yōu)選

ISO7級(jí)精度+齒形/齒向修形+0.06mm靜態(tài)側(cè)隙的組合方案。實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合有限元分析（如Romax或KISSsoft仿真）和臺(tái)架試驗(yàn)，驗(yàn)證接觸應(yīng)力與疲勞壽命是否滿足要求。對(duì)于關(guān)鍵參數(shù)如修形量、側(cè)隙等應(yīng)根據(jù)材料熱處理變形的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來確定。（1）齒輪副基本參數(shù)校核參數(shù)計(jì)算/說明分度圓直徑d=m×z=4×21=84mm理論中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距a=(z1+z2)×m2/2，若為變位齒輪，需計(jì)算實(shí)際變位系數(shù)。實(shí)際中心距給定87.5mm，可能存在變位設(shè)計(jì)（需補(bǔ)充配對(duì)齒輪齒數(shù)以驗(yàn)證合理性）。齒寬比b/d=20/84≈0.24，屬于窄齒寬設(shè)計(jì)，需關(guān)注齒向載荷分布。（2）嚙合精度標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)①精度等級(jí)選擇推薦標(biāo)準(zhǔn)：ISO1328-1:2013。精度等級(jí)：ISO7級(jí)（適用于低速重載，兼顧經(jīng)濟(jì)性與性能）。關(guān)鍵公差限值（依據(jù)ISO1328查表）：公差項(xiàng)計(jì)算公式/查表值結(jié)果齒距累積誤差Fp?分度圓直徑84mm，ISO7級(jí)查表得Fp=0.028mm≤0.028mm齒形誤差Fα?模數(shù)4mm，ISO7級(jí)查表得Fα=0.011mm≤0.011mm齒向誤差Fβ?齒寬20mm，ISO7級(jí)查表得Fβ=0.012mm≤0.012mm②齒形與齒向修形設(shè)計(jì)修形類型參數(shù)推薦值依據(jù)齒形修形拋物線修形量（補(bǔ)償受載變形）0.006-0.008mm模數(shù)4mm、滲碳鋼淬火后變形量較小，修形量取模數(shù)2%-3%。齒向修形鼓形修形量（Crowning）0.008-0.010mm齒寬20mm，鼓形量取齒寬0.04%-0.05%③側(cè)隙設(shè)計(jì)靜態(tài)側(cè)隙：jmin=0.03×m+0.015×d=0.03×4+0.015×84≈0.12+0.137=0.257mm實(shí)際取0.06-0.08mm（ISO推薦值結(jié)合經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，補(bǔ)償裝配誤差）。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償：溫升按40℃估算，鋼齒輪熱膨脹量：Δa=α×a×ΔT=11×10?6×87.5×40≈0.038mm總側(cè)隙：0.06+0.038≈0.10mm（需通過齒厚負(fù)偏差或中心距正偏差實(shí)現(xiàn)）。（3）公差配合與工藝控制①齒輪加工公差參數(shù)公差要求工藝措施齒厚偏差Esn=?0.05mm磨齒后檢測(cè)，控制齒厚減薄量。中心距公差±0.02mm（IT7級(jí)）殼體加工采用坐標(biāo)鏜床，保證孔距精度。齒面粗糙度Ra≤0.4μm磨齒后珩磨或拋光。②裝配要求項(xiàng)目控制值措施齒輪軸同軸度≤0.015mm采用高精度軸承（如P5級(jí)角接觸球軸承）。軸向游隙≤0.02mm配對(duì)軸承預(yù)緊安裝。接觸斑點(diǎn)齒高≥60%，齒長(zhǎng)≥80%裝配后紅丹檢測(cè)，必要時(shí)調(diào)整修形量。（4）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)輸出①齒輪圖紙標(biāo)注示例精度等級(jí)：ISO7級(jí)（GB/T10095.1）。齒厚公差：4?0.05?0.10mm4?0.05?0.10mm。修形標(biāo)注：齒形修形：拋物線修形0.008mm。齒向修形：鼓形修形0.010mm。②關(guān)鍵工藝文件熱處理規(guī)范：20CrMnTi滲碳淬火，滲碳層深度1.0-1.2mm，表面硬度HRC58-62。磨齒工藝卡：砂輪粒度：120#，磨削余量0.1-0.15mm。裝配指導(dǎo)書：中心距調(diào)整墊片厚度公差±0.005mm，螺栓擰緊扭矩15N·m。（5）設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化①有限元分析接觸應(yīng)力仿真：最大接觸應(yīng)力應(yīng)≤1200MPa（20CrMnTi許用接觸應(yīng)力）。疲勞壽命預(yù)測(cè)：目標(biāo)壽命≥107次循環(huán)（基于Miner準(zhǔn)則）。②臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜：模擬實(shí)際工況（扭矩波動(dòng)±10%），連續(xù)運(yùn)行200小時(shí)。合格標(biāo)準(zhǔn)：齒面磨損深度≤0.015mm，無點(diǎn)蝕或斷齒。振動(dòng)速度≤3.0mm/s（ISO10816-3）。（6）成本與生產(chǎn)建議批量生產(chǎn)：優(yōu)先采用成型磨齒工藝，單件工時(shí)控制在30分鐘內(nèi)。小批量定制：可選用線切割粗加工+磨齒精修，降低成本。

高粘度羅茨油泵的三維造型轉(zhuǎn)子的三維造型5.1.1UGNX中的表達(dá)式編程在UGNX軟件中，利用表達(dá)式功能對(duì)轉(zhuǎn)子輪廓的參數(shù)進(jìn)行定義和編程。根據(jù)前面確定的轉(zhuǎn)子輪廓構(gòu)造方程，將相關(guān)參數(shù)如半徑、角度等定義為變量，通過編寫表達(dá)式實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子輪廓曲線的精確控制。例如，對(duì)于外同心圓弧段，通過定義半徑變量r1=ε?r，角度變量θ5.1.2UGNX中的規(guī)律曲線生成使用UGNX的規(guī)律曲線功能，依據(jù)轉(zhuǎn)子輪廓方程式生成相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪廓曲線。對(duì)于復(fù)雜的曲線段，如外過渡段和內(nèi)過渡段，通過設(shè)置合適的規(guī)律類型，如線性規(guī)律、三次樣條規(guī)律等，結(jié)合已定義的表達(dá)式，生成符合設(shè)計(jì)要求的曲線。在生成過程中，注意曲線的光滑性和連續(xù)性，保證轉(zhuǎn)子的輪廓準(zhǔn)確。外輪廓曲線方程：xzxs0'2*r'2*sin(fa'2*t'2)圖6外輪廓曲線在軟件中的表達(dá)式共軛輪廓曲線方程：(r'2*cos(st'2)-(rou'2+det'2/2)*cos(alf'2+st'2))圖7共軛輪廓曲線在軟件中的表達(dá)式5.1.3次要輪廓的草圖繪制繪制轉(zhuǎn)子的次要輪廓，如鍵槽、安裝孔等。在UGNX的草圖模塊中，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸要求，使用繪圖工具繪制相應(yīng)的圖形。通過精確的尺寸標(biāo)注和幾何約束，保證次要輪廓的位置和形狀精度，滿足轉(zhuǎn)子的裝配和使用要求。這里使用偏置曲線對(duì)以上輪廓曲線進(jìn)行等距離偏置，隨后使用拉伸切除挖空轉(zhuǎn)子，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中節(jié)省材料和轉(zhuǎn)子輕量化。圖8轉(zhuǎn)子次要輪廓草圖繪制圖9轉(zhuǎn)子三維造型圖5.1.4轉(zhuǎn)子副的裝配造型將生成的兩個(gè)轉(zhuǎn)子模型導(dǎo)入到裝配模塊中，根據(jù)羅茨油泵的工作原理和裝配關(guān)系，進(jìn)行轉(zhuǎn)子副的裝配。設(shè)置合適的裝配約束，如同心、中心對(duì)齊、接觸等，確保兩個(gè)轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬實(shí)際工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。圖10轉(zhuǎn)子裝配造型圖齒輪副的三維造型5.2.1齒輪的GC工具箱生成使用UGNX的GC工具箱，根據(jù)上文設(shè)計(jì)的齒輪參數(shù)，繪制齒輪模型。在GC工具箱中，選擇合適的齒輪類型，輸入模數(shù)、齒數(shù)、齒寬等參數(shù)，自動(dòng)生成齒輪的三維模型。GC工具箱生成的齒輪模型具有較高的精度和標(biāo)準(zhǔn)性，符合設(shè)計(jì)要求。圖11齒輪建模圖12齒輪的基本形狀5.2.2齒輪副的GC工具箱生成完成單個(gè)齒輪的生成后，將生成的兩個(gè)齒輪模型導(dǎo)入到裝配模塊中，按照設(shè)計(jì)的中心距和傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)行裝配。首先，確定兩個(gè)齒輪的中心距，使其符合設(shè)計(jì)要求。然后設(shè)置裝配約束，保證齒輪副的嚙合精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性。最后模擬齒輪副在工作過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，保證兩齒輪之間無干涉，嚙合正常。圖13齒輪副裝配其它零件的三維造型對(duì)泵體、密封裝置等其他零件進(jìn)行三維造型。泵體造型根據(jù)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用UGNX的實(shí)體建模工具，通過拉伸、打孔、倒角等操作，創(chuàng)建出泵體的三維模型。密封裝置則根據(jù)其密封結(jié)構(gòu)和材料特性，使用相應(yīng)的建模方法進(jìn)行造型，確保密封效果。圖14殼體的三維造型圖15端蓋（動(dòng)力齒輪副側(cè)）圖16端蓋（驅(qū)動(dòng)軸側(cè)）高粘度羅茨油泵的裝配造型將轉(zhuǎn)子副、齒輪副以及其他零件的三維模型導(dǎo)入到裝配模塊中，按照羅茨油泵的裝配圖進(jìn)行整體裝配。通過設(shè)置各種裝配約束，如對(duì)齊、定位等，確保各零件之間的相對(duì)位置準(zhǔn)確，形成完整的高粘度羅茨油泵三維裝配模型，直觀展示羅茨油泵的整體結(jié)構(gòu)和工作原理。圖17羅茨油泵整機(jī)裝配造型本章小結(jié)本章通過UGNX軟件對(duì)高粘度羅茨油泵進(jìn)行了三維造型設(shè)計(jì)，包括轉(zhuǎn)子、齒輪副以及其他零件的建模和整體裝配。利用表達(dá)式編程、規(guī)律曲線生成等功能實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子輪廓的精確建模，通過GC工具箱生成了標(biāo)準(zhǔn)的齒輪模型。三維造型設(shè)計(jì)為后續(xù)的產(chǎn)品制造和性能分析提供了直觀的模型參考。結(jié)論本研究圍繞高粘度羅茨油泵展開了全面的設(shè)計(jì)工作。在總體設(shè)計(jì)范疇，深入探討了高粘度羅茨油泵的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、性能優(yōu)化以及材料選擇。結(jié)構(gòu)組成上，明確了泵體、轉(zhuǎn)子副、動(dòng)力齒輪副、密封裝置等核心部件的布局與相互關(guān)系，各部件協(xié)同工作，共同確保泵的穩(wěn)定運(yùn)行。工作原理設(shè)計(jì)基于轉(zhuǎn)子的同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)泵腔容積的周期性變化，從而完成高粘度液體的吸入與排出過程，這為后續(xù)的性能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)奠定了理論基礎(chǔ)。性能優(yōu)化方面，通過對(duì)轉(zhuǎn)子輪廓、齒輪參數(shù)、密封結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵要素的優(yōu)化調(diào)整，有效提升了泵的容積效率、降低了泄漏量和噪聲振動(dòng)水平，增強(qiáng)了泵在高粘度介質(zhì)輸