（优秀毕业全套设计）LZG30单头螺杆型干式真空泵的建模与仿真

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第六章总结螺杆干式真空泵转子型线的研究.常见转子型线比较目前干式螺杆真空泵的主要生产厂家多采用单头等螺距型线，其他还有多头双边对称圆弧型线单头变螺距梯形螺纹型线单头等螺距梯形螺纹型线和等螺距凹齿型线。单头等螺距矩形螺纹转子单头等螺距梯形螺纹转子单头变螺距梯形螺纹转子单头等螺距凹面转子双边对称圆弧型线转子图.几种螺杆转子型线的三维造型单头等螺距矩形螺纹转子型线是最早出现的型线，由于有可能发生根切，即二级转子级间出现干涉现象，所以基本上已经不再使用。取而代之的是改进型的单头等螺距梯形螺纹转子，其截面形状由矩形改为梯形，解决了干涉问题，且加工方便，故为很过厂家广泛采用。单头变螺距梯形螺纹转子和单头等螺距凹面转子是近年来出现的新型型线，它是在单头等螺距梯形螺纹转子的基础之上改进而来的。单头变螺距梯形螺纹转子其主要特点为螺杆螺距从吸气端到排气端按变螺距系数变化，大导程端对应于吸气口。开始时吸气量大，在转子转动过程中运动的封闭腔体越来越小，气体被压缩，具有内压缩作用，即边输送边压缩，从而能够降低整体的排气压缩功耗，并对发生在排气口的喘振现象有抑制作用，是泵的工作更为平稳，能够降低噪音和排气振动。头等螺距凹面转子进步采用内凹齿面法将啮合齿面上可能发生干涉的部分全部去除，是齿面成为向内凹曲的等螺距螺旋线共轭曲面。多头双边对称圆弧型线是最近几年出现的种新型型线，它是在双螺杆压缩机型线的基础上发展而来的。般阳转子为四头螺杆，阴螺杆为六头螺杆。上述各种型线各有优缺点，要根据设计要求加工制造能力实际需求等多方面选择。从适用性方面来讲，单头等螺距型线适用面最广。由于该型线在个导程内就可以完成吸气压缩和排气的全过程并能达到定的极限真空，这就能有效地减小泵的体积和质量，尤其适于大抽速要求的泵。单头型线由于要多级才能达到定的极限真空，不可避免要增加泵的体积，占用更大的空间，所以适用于中小型泵。多头螺杆型线的缺点是型线复杂，加工资用昂贵，需用特制的刀具在专用机床上加工而单头梯形齿型线由于各齿面在轴向剖面内的交线都是直线，所以加工时使用直刃车刀即可，只是变螺距型线要在数控车床上加工以保证精度。单头凹齿面型线的加工要比梯形齿型线稍复杂，但完全能在通用的数控车床上完成，大批量生产时可以选用铸造。另外，多头螺秆型线和单头变螺距型线由于在抽气过程中有内压缩，不适合抽除可凝吐气体，但减小了排气口的喘振和噪音，也减小了功率的消耗。综合考虑各种型线的有缺点，本文决定选择多头双边对称圆弧型线。.单头等螺距矩形螺纹转子型线转子型线要素对于螺杆泵转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能，因为这些齿间容积是实现气体压缩的工作腔。对螺杆泵性能有重大影响的转子型线要素有接触线，泄漏三角形，封闭容积和齿间面积等.接触线螺杆泵的阴阳转子啮合时，两转子齿面相互接触而形成的空间曲线称为接触线图.中。接触线侧的气体处于压力较高的压缩和排气过程，另侧的气体则处于压力较低的吸气过程。如果转子齿面间的接触线不连续，则处于高压力区的气体将通过接触线中断缺口，向低压力区泄露。泄漏三角形螺杆泵转子型线的顶点，通常不能达到阴阳转子气缸孔的交线，在接触线顶点和机壳的转子气缸孔之间，会形成个空间曲边三角形，称为泄漏三角形图.中。通过泄漏三角形，气体将从压力较高的齿间容积，泄漏至压力较低的邻近齿间容积。封闭容积如果在齿间容积开始扩大时，不能立即开始吸气过程，就会产生吸气封闭容积。由于吸气封闭容积的存在，使齿间容积在扩大的初期，其内的气体压力低于吸气口处的气体压力。在齿间容积与吸气口连通时，其内的气体压力会突然升高到吸气压力，然后才进行正常的吸气过程。所以，吸气封闭容积的存在，影响了齿间容积的正常充气。值得指出的是吸气封闭容积存在于非对称型线中，而本文所论述的双边对称圆弧型线没有吸气封闭容积。齿间面积齿间面积是齿间容积在转子端面上的投影。转子型线的齿间面积越大，转子的齿间容积就越大。转子型线设计原则转子型线应满足啮合要求。螺杆泵中的阴阳转子型线必须是满足啮合定律的共扼型线，即不论在任何位置经过型线接触点的公法线必须通过节点。转子型线应形成长度较短的连续接触线。在实际机器中，为保证转子间的相对运动，齿面间总保持有定间隙。因此，理论上的接触线就转化成实际中的间隙带。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏，要求设法缩短转子间的接触线长度。转子型线应形成较小面积的泄漏三角形。为减少气体通过泄漏三角形的泄漏，型线设计应使转子的泄漏三角形面积尽量小。转子型线应使封闭容积较小。大多数非对称转子型线会形成啮合时的吸气封闭容积，导致泵耗功增加，功率降低，噪音增大。所以，转子型线应使吸气封闭容积尽可能地小。对称型线并不存在这问题。转子型线应使齿间面积尽可能大。较大的齿间面积使泄漏量占的份额相对减少，效率得到提高。另外，从制造运转角度考虑，还要求转子型线便于加工制造，具有良好的啮合特性，较小的气体动力损失，以及在高温和受力的情况下，具有小的热变形和弯曲变形等。值得指出的是，以上有些因素是相互制约的.例如，为了减小泄漏三角形，就不可避免地会使型线具有封闭容积和较长的接触线为了减少流动气体损失，使型线流线型化，又会增大泄漏三角形等。所以要根据实际要求，综合考虑各个设计要素，确定最佳的设计方案。通常满足上述要求的转子型线由多段曲线首尾相接组成，这些曲线称为组成齿曲线。常用的组成齿曲线主要有点直线摆线圆弧椭圆及抛物线等。转子螺旋齿面方程图.转子螺旋曲面及其坐标系般曲面的直角坐标参数方程用下式表达，或以矢量式来表达。曲面的参数方程含有两个参数要确定该曲面的边界，就必须知道这两个参数,的变化范围。螺杆式干式真空泵的转子齿面是转子端面型线作螺旋运动时形成的螺旋曲面。如图.所示，转子型线的组成齿曲线的参数方程为平面曲线绕转子轴线作螺旋运动，就形成与此组成齿曲线对应的转子螺旋齿面。曲线绕轴作螺旋运动到位置时，轴向前进距离是，并相对原始位置转过角。在坐标系的位置，即等于在坐标系位置，相应的右旋螺旋面阳转子齿面方程为.式中，是表征螺旋面的陡峭程度，称为螺旋特性数。是形成曲线绕轴旋转周后轴向前进的距离，称为轴节距或导程。还把形成曲线从转子个端面绕轴旋转到另个端面所转过的角度称为扭转角。假定转子的有效工作段长度为，则，设计时取同理可得左旋螺旋面阴转子齿面的方程为.螺杆干式真空泵工作原理与螺杆式压缩机类似，螺杆式干式真空泵的工作过程可分为吸气压缩和排气三个过程。随着转子的旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环，现在以其中对齿来说明。图.等螺距矩形阴阳转子示意图.吸气过程螺杆真空泵的吸气过程。阳转子逆时针方向旋转，阴转子按顺时针方向旋转。下方转子端面是吸气端面，上为排气端面。吸气过程即将开始的转子位置。在这刻，这对转子前端的型线完全啮合，且即将与吸气口连接。随着转子开始转动，由于齿的端逐渐脱离啮合形成了齿间容积，这个齿间容积又仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的转子旋转过程中，阳转子齿的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大，并与吸气孔保持连通。吸气过程结束时，其最显著的特点是齿间容积达到最大值。随着转子的旋转，所研究的齿间容积不会再增加。齿间容积在此位置与吸气孔口断开，吸气过程结束。.压缩过程螺杆泵的压缩过程。转子于端面是排气端面。在这里，阳转子沿顺时针方向旋转，阴转子沿逆时针方向旋转。下方端面为吸气端面，上方为排气端面。螺杆泵压缩过程即将开始时的转子位置。此时气体被转子齿和机壳包围在个封闭的空间中，齿间容积由于转子齿的啮合就要开始减小。随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减小。被密封在齿间容积的气体被占据体积也随之减小，导致压力升高，从而实现气体的压缩过程，压缩过程可直持续到齿间容积即将于排气孔口连通之前。.排气过程螺杆泵的排气过程。齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出。这个过程直持续到齿末端的型线完全啮合，此时，齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出，封闭的齿间容积的体积变为零。从上述工作原理可看出，螺杆型干式真空泵是种工作容积作用回转运动的容积式机械真空泵。气体的压缩依靠容积的变化来实