螺桿干式真空泵

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目錄螺桿式干式真空泵摘 要：近年來在半導體工業(yè)和液晶顯示器制造等工藝中，對清潔真空環(huán)境的要求越來越高。如在半導體的等離子增強氣相沉淀(PECVD)和反應離子刻蝕(RIE)工藝中，在液晶生產上使用的蝕刻制程和生產TFT熒幕電漿(PLASMA)的CVD制程中，不但要求環(huán)境清潔，而且還需要抽除大量含有微小顆粒及粉塵的反應生成氣體。這些問題都不是傳統(tǒng)的有油泵所能解決的。本文的研究對象螺桿式干式真空泵，抽氣腔內無任何工作液，保證了被抽空間不受污染;無油蒸汽排放，保證了外部環(huán)境的清潔。由于陰陽轉子齒面間留有間隙，因而可以抽除含有粉塵，或有腐蝕性，有毒的氣體。作者主要著重于以下幾個

2、方面的研究：干式螺桿真空泵的基本原理。陰陽螺桿的型線研究。螺桿端面型線采用雙邊對稱圓弧型線，推導出嚙合原理的數學表達式，建立幾何模型推導出端面型線方程，繼而推導出螺旋齒面方程。幾何特性的研究等。關鍵詞：干式真空泵 螺桿 型線Abstract: Recently，in the semiconductor process of plasma enhanced chemical vapor deposition (PEVCD) and reactive ion etching (RIE)，in the liquid crystal display device manufacture process

3、 of etching and PLASMA CVD production, it has not only high demand of vacuum environment cleanliness, but also need to extract a huge amount of reaction-gas containing particle and dust. The conventional oil pump can't solve the problems mentioned above. The research object in this paper-dry scr

4、ew vacuum pump has no operating fluid in the extracting chamber. It can guarantee space extracted and out side clean. It can extract gas containing mill dust ,corrosivity ,and poison ,because it has small gap between tooth face of male and female rotors .I have focused on there search as following .

5、The profile research of male and female screws . The end face profile is double sides and symmetrical circles. Deduce the mathematic expression of meshing principle; establish the geometric model and deduce the equations of end face profile, then the Equations of helical tooth face .The research of

6、geometrical properties，etc.Keywords：dry(oil-free)vacuum pump screw第一章 緒論1905年德國人沃爾夫崗.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)治了真空設備市場近百年。從真空工業(yè)的視角來看，如果說20世紀是有油真空泵的世紀，那么21世紀將是干式真空泵的世紀。因為，各種形式的有油真空泵在工作過程中不可避免的隨同排出的氣體一起排出了大量的油污，這些油污能夠嚴重的污染環(huán)境。隨著利學技術的發(fā)展，要求提供比較清潔真空環(huán)境的真空工藝越來越多，甚至近于達到苛刻的要求，如微電子、化學、冶金、醫(yī)

7、療、核聚變領域以及宇航、新材料的開發(fā)等技術領域.都要求提供比較潔的內真空環(huán)境。傳統(tǒng)的有油泵很難滿足這些要求，無油泵的概念便自然而然的在此基礎上提出。有些工業(yè)過程，如低壓氣相沉積，會產生一些微小顆粒，這些顆粒在工作液中難以排除，它們可以使泵油污染，同樣也會影響泵的抽氣系統(tǒng)性能及使用壽命。而有些工業(yè)過程在運轉中可能會使工作液冷凝成粘狀物質，這樣可能使泵卡住，甚至導致運轉失效。又如對于食品工業(yè)為代表的一些特殊行業(yè)，這種污染更是非常不可取的。對于這些少數有著特殊需要的工業(yè)來說，就只能采用無油污的無油泵或水環(huán)式泵類(濕式泵)，但這類泵的真空度不高，耗水耗能嚴重，而且相應的工作時帶有大量的水汽，因此對于有

8、干式要求的，又不得不采用繁瑣的物理、化學吸附，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，液氮的費用也很大。所以可以這樣說，在當時能直接排入大氣和高真空機紹相連接的泵類各有其缺憾，因此導致了干式泵不適宜大工業(yè)的應用。1.1 課題背景及研究意義干式螺桿真空泵是干式泵家族中的一員。所謂干式真空泵，一般認為是能在大氣壓到Pa的壓力范圍內工作;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，也稱無油真空泵。干式真空泵在抽氣流道內無任何液態(tài)工作介質或密封介質，從根本上解決了油封式真空泵引發(fā)的各種問題?？偟膩碚f是兩種不同

9、的需求推動開發(fā)出兩種類型的干泵。一類是以半導體行業(yè)為代表，要求真空泵向被抽空間內的返流為零，以保護工件免受污染。對半導體行業(yè)中應用的真空系統(tǒng)的要求大體分為三個等級。清潔條件下的抽氣，只抽干空氣或含少許水蒸汽的空氣；中等條件下的抽氣，抽除工藝過程的反應氣體，但無固體顆粒物；惡劣條件下的抽氣，抽除化學反應物（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域所面對的難題人們往往通過選用水蒸汽噴射泵、水噴射泵、水環(huán)泵、水環(huán)-羅茨機組等途徑加以解決。但往往系統(tǒng)過于龐大，噪聲也很大，同時工作過程中會產

10、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，目前已開發(fā)出來的有羅茨泵、爪型泵、禍旋泵、往復活塞泵、螺旋泵等.表是幾種典型的干泵性能的比較.表1.1幾種典型的干泵性能的比較泵型一般級數單級壓縮比極限壓力（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、難裝調螺旋型1220301000.7間隙小、轉速高旋片型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串聯(lián)2030000.01轉速高螺桿式干式真空泵

11、特點如下:可靠性高。螺桿式干式真空泵零部件少，沒有易損件，因此它運轉可靠，壽命長。操作維護方便。動力平衡性好。螺桿式干式真空泵沒有不平衡的慣性力，機器可平穩(wěn)地高速運行。適應性強。螺桿式干式真空泵具有強制輸氣的特點，在寬廣的壓力范圍內能保持較高的抽速，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響.多相混輸。由于螺桿式干式真空泵轉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。盡管螺桿型干式真空泵具有這么多的優(yōu)點，然而，由于目前國內一些公司正在使用的螺桿型干式真空泵均是從國外進口，價格非常昂貴，每臺螺桿泵價格要三、四十萬元人民幣，所以螺桿型真空泵在我國的使用并不廣泛。造成這一現(xiàn)象的主

12、要原因是由于螺桿泵轉子型線較復雜，加工難度大，需用特制的刀具在專用機床上進行加工。另外，對螺桿型干式真空泵泵體的加工精度也有較高的要求，而國內的加工水平目前還難以達到這個水平。螺桿式干式真空泵廣泛應用于電子、核能、化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)等領域。在半導體工業(yè)中用于生產芯片、制造液晶顯示器、蝕刻、生產PLASMA的CVD制程。在核工業(yè)中用于核反應堆及核工業(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，在脂肪酸生產中用來消除水污染，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，為人造器官生產提供清潔無菌條件，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。應用范圍極為廣泛。

13、1.2 螺桿真空泵在國內外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向自從第一臺工業(yè)上可運行的干式泵1984年在日本運行以來，許多無油真空泵如雨后養(yǎng)筍般迅速發(fā)展起來，其中以日本、美國、法國、德國最為先進。美國Varian（瓦里奧)公司生產的DVP系列產品，其真空度可以達到Pa，這是目前報道的單級干式真空泵中真空度最高的產品之一。而德國Sterling SIHI公司在1997年研制成功的SIHIdry是世界上第一臺直正意義上的干式真空泵，它能滿足流程工業(yè)中最苛刻的要求，該產品榮獲德國“1998年年度技術革新獎”。以上兩種真空泵均于沿轉子長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，它們同時也是無油真空泵的典型產

14、品。雖然干式真空泵的種類越來越多，但是通常的機械真空泵如爪式泵，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數進行串連的羅茨泵，其缺點與爪式泵相仿。在此種背景下誕生的干式螺桿真空泵則具有了其前輩真空泵類所不具各的很多優(yōu)點，而這些優(yōu)點則保證了干式螺桿真空泵的先進性及在應用中的優(yōu)勢。國外關于螺桿真空泵性能的研究有許多內容。英國Rietschle有限公司根據螺桿式壓縮機原理設計出一種雙螺桿干式真空泵，采用了許多新技術，并已形成批量生產,該公司已成為世界低壓與真空技術中的領軍人物之一。美國Tuthill真空設備有限公司手2002年推出一款用于氣體處理的新型Kinney干式螺桿真空泵，該

15、KDPH-120型螺桿泵采用可變嚙合設計，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備制造商之一，為客戶提供了數量眾多的真空泵及真空系統(tǒng)。普旭BUSCH的無油螺桿真空泵系列于2003年通過了應用材料公司美國實驗室測試。應用材料公司在美國實驗室將普旭BUSCH的無油螺桿真空泵系列與其設備安裝在一起進行測試，經過一年檢測，結果證明普旭真空泵系列與其設備結合測試的效果最好。之后普旭又于2004年推出了表面經特別強化的螺桿真空泵系列，可以抵抗日前己知的絕人多數活潑氣休的腐蝕。另外還有其他一些文獻對螺桿真空泵的性能等方面進行了較多的研究。在國內，有關干式螺桿真空泵的研究文獻很少。

16、只有上海博匯真空設備有限公司的周寶洪研制了一種干式真空泵，并申請了專利，但是并未見有成品報道。目前國內外關于雙螺桿干式真空泵轉子型線設計方面的報道很少，主要內容集中于對螺桿真空泵性能的預測與配套裝置、材料、加工方法和設備、螺桿泵的配件、密封條件等等內容的改進。目前由于各國多對自己的螺桿泵技術進行保密和競爭，而我國在螺桿泵的設計方面仍然有很多具體的細節(jié)和技術難題還沒有解決，在螺桿泵的設計方面沒有達到世界一流水平。在具體的螺桿泵的加工制造上，局限于我國的生產設備和加工條件，我國生產的螺桿泵自動化程度不高，精度也不高，在一些高檔的螺桿泵上仍不能獨立制造。因此中高檔的真空泵仍然主要依賴于進口。對于所有

17、類型的真空泵，人們都希望能夠將現(xiàn)有的真空泵的物理尺寸盡量減小。但是這一點與真空泵的抽氣速率相矛盾。因為真空泵的抽氣速率與真空泵的容積成正比，物理尺寸小意味著容積也小。當然還有一個影響真空泵抽氣速率的因素，那就是轉速。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，就需要提高其轉速。而想要提高真空泵的轉速可以采用變頻器來改變電源的頻率或者改變齒輪箱的傳動比。前者可以提供一個閉環(huán)控制，但是在大負載的情況下容易引起扭矩的損失。而改變齒輪箱的傳動比是比較經濟的一種方法，但是它只能提供不可控的單一轉速。國外目前開發(fā)較多的是高轉速的真空泵系列。第二章 螺桿干式真空泵轉子型線的研究2.1 常見轉子型線

18、比較目前干式螺桿真空泵的主要生產廠家多采用單頭等螺距型線，其他還有多頭雙邊對稱圓弧型線、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。（a）單頭等螺距矩形螺紋轉子 （b）單頭等螺距梯形螺紋轉子 （c）單頭變螺距梯形螺紋轉子 （d）單頭等螺距凹面轉子 （e）雙邊對稱圓弧型線轉子圖2.1 幾種螺桿轉子型線的三維造型單頭等螺距矩形螺紋轉子型線是最早出現(xiàn)的型線，由于有可能發(fā)生根切，即二級轉子級間出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，所以基本上已經不再使用。取而代之的是改進型的單頭等螺距梯形螺紋轉子，其截面形狀由矩形改為梯形，解決了干涉問題，且加工方便，故為很過廠家廣泛采用。單頭變螺距梯形螺紋轉子和單頭等螺距

19、凹面轉子是近年來出現(xiàn)的新型型線，它是在單頭等螺距梯形螺紋轉子的基礎之上改進而來的。單頭變螺距梯形螺紋轉子其主要特點為螺桿螺距從吸氣端到排氣端按變螺距系數變化，大導程一端對應于吸氣口。開始時吸氣量大，在轉子轉動過程中運動的封閉腔體越來越小，氣體被壓縮，具有內壓縮作用，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。頭等螺距凹面轉子進一步采用內凹齒面法將嚙合齒面上可能發(fā)生干涉的部分全部去除，是齒面成為向內凹曲的等螺距螺旋線共軛曲面。多頭雙邊對稱圓弧型線是最近幾年出現(xiàn)的一種新型型線，它是在雙螺桿壓縮機型線的基礎上發(fā)展而

20、來的。一般陽轉子為四頭螺桿，陰螺桿為六頭螺桿。上述各種型線各有優(yōu)缺點，要根據設計要求、加工制造能力、實際需求等多方面選擇。從適用性方面來講，多頭雙邊對稱圓弧型線適用面最廣。由于該型線在一個導程內就可以完成吸氣、壓縮和排氣的全過程并能達到一定的極限真空，這就能有效地減小泵的體積和質量，尤其適于大抽速要求的泵。單頭型線由于要多級才能達到一定的極限真空，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是型線復雜，加工資用昂貴，需用特制的刀具在專用機床上加工；而單頭梯形齒型線由于各齒面在軸向剖面內的交線都是直線，所以加工時使用直刃車刀即可，只是變螺距型線要在數控車床上加

21、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雜，但完全能在通用的數控車床上完成，大批量生產時可以選用鑄造。另外，多頭螺稈型線和單頭變螺距型線由于在抽氣過程中有內壓縮，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，本文決定選擇多頭雙邊對稱圓弧型線。2.2 多頭雙邊對稱圓弧型線螺桿式干式真空泵中最重要的部件就是陰、陽螺桿轉子。轉子的齒面與轉子軸線垂直面的截交線稱為轉子型線，如圖2.1a所示。轉子型線作螺旋運動就形成了轉子齒面，如圖2.lb所示。螺桿泵中的陰陽轉子可以看作是一對相互嚙合的斜齒輪。因此，螺桿泵的陰陽轉子型線也要滿足嚙合定律，即不

22、論在任何位置，經過型線接觸點的公法線必須通過節(jié)點。所不同的是普通斜齒輪的任務是在兩根平行軸之間的任意傳動方向上，強制傳遞轉速、轉矩及功率。而在干式螺桿泵中陰陽轉子并不接觸，兩者之間的動力傳遞通過同步齒輪完成. 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1一陽轉子型線 2-陰轉子型線 3一嚙合線 4-泄漏三角形 5-陽轉子齒間面積6-陰轉子齒間面積 7一陽轉子節(jié)圓 8一陰轉子節(jié)圓9一接觸線圖 2.1 轉子型線、嚙合線、齒間面積、泄漏三角形和接觸線2.2.1轉子型線要素對于螺桿泵轉子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因為這些齒間容積是實現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對螺桿

23、泵性能有重大影響的轉子型線要素有接觸線，泄漏三角形，封閉容積和齒間面積等.1.接觸線螺桿泵的陰陽轉子嚙合時，兩轉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)。接觸線一側的氣體處于壓力較高的壓縮和排氣過程，另一側的氣體則處于壓力較低的吸氣過程。如果轉子齒面間的接觸線不連續(xù)，則處于高壓力區(qū)的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄露。2.泄漏三角形螺桿泵轉子型線的頂點，通常不能達到陰陽轉子氣缸孔的交線，在接觸線頂點和機殼的轉子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形(圖2.la中4)。通過泄漏三角形，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。3.封閉容積如

24、果在齒間容積開始擴大時，不能立即開始吸氣過程，就會產生吸氣封閉容積。由于吸氣封閉容積的存在，使齒間容積在擴大的初期，其內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，其內的氣體壓力會突然升高到吸氣壓力，然后才進行正常的吸氣過程。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稱型線中，而本文所論述的雙邊對稱圓弧型線沒有吸氣封閉容積。4.齒間面積齒間面積是齒間容積在轉子端面上的投影(圖2.la 中5、6)。轉子型線的齒間面積越大，轉子的齒間容積就越大。2.2.2轉子型線設計原則1.轉子型線應滿足嚙合要求。螺桿泵中的陰、陽轉子型線必須是滿足嚙合定

25、律的共扼型線，即不論在任何位置經過型線接觸點的公法線必須通過節(jié)點。2轉子型線應形成長度較短的連續(xù)接觸線。在實際機器中，為保證轉子間的相對運動，齒面間總保持有一定間隙。因此，理論上的接觸線就轉化成實際中的間隙帶。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏，要求設法縮短轉子間的接觸線長度。3.轉子型線應形成較小面積的泄漏三角形。為減少氣體通過泄漏三角形的泄漏，型線設計應使轉子的泄漏三角形面積盡量小。4.轉子型線應使封閉容積較小.大多數非對稱轉子型線會形成嚙合時的吸氣封閉容積，導致泵耗功增加，功率降低，噪音增大。所以，轉子型線應使吸氣封閉容積盡可能地小。對稱型線并不存在這一問題。5轉子型線應使齒間面積盡可能

26、大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減少，效率得到提高。另外，從制造、運轉角度考慮，還要求轉子型線便于加工制造，具有良好的嚙合特性，較小的氣體動力損失，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，為了減小泄漏三角形，就不可避免地會使型線具有封閉容積和較長的接觸線;為了減少流動氣體損失，使型線流線型化，又會增大泄漏三角形等。所以要根據實際要求，綜合考慮各個設計要素，確定最佳的設計方案。通常滿足上述要求的轉子型線由多段曲線首尾相接組成，這些曲線稱為組成齒曲線。常用的組成齒曲線主要有點、直線、擺線、圓弧、橢圓及拋物線等。2.2.3 多頭雙邊對

27、稱圓弧型線方程2.2.3.1轉子端面型線方程1.雙邊對稱圈弧型線的組成齒曲線雙邊對稱圓弧型線的端面各段組成曲線性質如表2.1所示.端面型線如圖2.2所示。應該指出，所謂對稱圓弧型線并非全由圓弧組成。圓弧齒曲線被限制在陰轉子節(jié)圓之內，而陰轉子節(jié)圓之外的齒曲線IJ和KL卻是擺線。這是因為若IJ和KL仍為圓弧，將引起陰陽轉子接觸線中斷，使螺桿泵的泄漏增大。所謂雙邊即在陰、陽轉子節(jié)圓外、內增添了齒曲線AB, BC, DE, EF, FG和HI, LM, MN齒曲線，其中AB, EF, HI, LM都是中心在節(jié)圓，半徑為的圓弧段.顯然，這 種雙邊對稱圓弧型線嚙合線的頂點距兩轉子齒頂圓的交點w較遠，從而使

28、通過泄漏三角形的泄漏嚴重。為了減少這種不利影響，通常把的取值限制在一定范圍之內。這種雙邊對稱圓弧型線去除了原始對稱圓弧型線上的尖點，使齒曲線間光滑過渡，便于加工、儲運，也免除了應力集中，使轉子能承受更大的載荷。更為重要的是，保護了擺線IJ和KL的形成點C和D，有助于減少通過接觸線的泄漏。相對于非對稱型線來說，其設計、制造更為方便.表2. 1雙邊對稱圓弧型線的組成齒曲線性質陰轉子陽轉子齒曲線曲線性質齒曲線曲線性質AB圓弧HI圓弧BC擺線I點C點IJ擺線CD圓弧JK圓弧D點KL擺線DE擺線L點EF圓弧LM圓弧FG圓弧MN圓弧圖2.2 雙邊對稱圓弧型線的組成齒曲線圖2.2.3.2轉子螺旋齒面方程圖

29、2.3轉子螺旋曲面及其坐標系一般曲面S的直角坐標參數方程用下式表達: ，或以矢量式來表達。曲面的參數方程含有兩個參數(t, ),要確定該曲面的邊界，就必須知道這兩個參數(t,)的變化范圍。螺桿式干式真空泵的轉子齒面是轉子端面型線作螺旋運動時形成的螺旋曲面。如圖2.3所示，轉子型線的某一組成齒曲線c的參數方程為:平面曲線c繞轉子軸線作螺旋運動，就形成與此組成齒曲線對應的轉子螺旋齒面。曲線c繞oz軸作螺旋運動到c位置時，軸向前進距離是z，并相對原始位置轉過角。c'在坐標系的位置，即等于c在坐標系位置，相應的右旋螺旋面(陽轉子齒面)方程為 （2.1）式中，p是表征螺旋面的陡峭程度，稱為螺旋特

30、性數。T是形成曲線c繞z軸旋轉一周()后軸向前進的距離，稱為軸節(jié)距或導程。還把形成曲線c從轉子一個端面繞z軸旋轉到另一個端面所轉過的角度稱為扭轉角。假定轉子的有效工作段長度為L，則，設計時取同理可得左旋螺旋面(陰轉子齒面)的方程為（2.2）第三章 螺桿干式真空泵工作原理與螺桿式壓縮機類似，螺桿式干式真空泵的工作過程可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子的旋轉，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，現(xiàn)在以其中一對齒來說明。1.吸氣過程圖3.1示出了螺桿真空泵的吸氣過程。在圖3.1中，陽轉子按逆時針方向旋轉，陰螺桿按順時針方向旋轉。圖中上方的轉子端面是吸氣斷面，下方的端面為排氣端面。a）吸氣過

31、程即將開始 b） 吸氣過程中 c) 吸氣過程結束圖31螺桿式干式真空泵的吸氣過程圖31a示出吸氣過程即將開始時的轉子位置。在這一時刻，這一對齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣口連接。隨著轉子開始轉動，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成了齒間容積，這個齒間容積的擴大，在其內部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中。如圖21b中陰影部分所示。在隨后的轉子旋轉過程中，陽轉子齒不斷從陰轉子齒的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔口保持連通。吸氣過程結束時的轉子位置如圖21c所示，其最顯著的特點是齒間容積達到最大值。隨著轉子的旋轉，所研究的齒間容積不會再增加。

32、齒問容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結束。2壓縮過程圖32示出螺桿泵的壓縮過程。圖中的轉于端面是排氣端面。在這里，陽轉子沿順時針方向旋轉，陰轉于沿逆時針方向旋轉。圖中上方的轉子端面是吸氣斷面，下方的端面為排氣端面。a）壓縮過程即將開始 b） 壓縮過程中 c) 壓縮過程結束，排氣過程即將開始圖3.2螺桿式于式真空泵的壓縮過程圖3.2a示出螺桿泵壓縮過程即將開始時的轉子位置此時氣體被轉子齒和機殼包圍在一個封閉的空間中，齒間容積由于轉于齒的嚙合就要開始減小。隨著轉子的旋轉，齒間容積由于轉子齒的嚙合而不斷減小。被密封在齒間容積中的氣體被占據體積也隨之減小，導致壓力升高，從而實現(xiàn)氣體的壓縮過程，如圖

33、22b所示壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。如圖22c所示。3排氣過程a）排氣過程中 b）排氣過程結束圖3.3 螺桿式干式真空泵的排氣過程圖33示出螺桿泵的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出，如圖23a所示。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合。此時，齒間容積內的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積的體積變?yōu)榱?。從上述工作原理可以看出，螺桿式干式真空泵是一種工作容積作回轉運動的容積式機械真空泵。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助螺桿泵的一對轉子在機殼內作回轉運動來達到。

34、它的工作客積在周期性擴大和縮小的同時，其空間位置也在變更。第四章 螺桿干式真空泵設計計算4.1螺桿基本尺寸螺桿壓縮機轉子的推薦公稱直徑：63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800mm。根據設計任務書的要求，容積流量為。初選螺桿的公稱直徑=125mm。型線選擇雙邊對稱圓弧型線，陽轉子與陰轉子齒數比選4：6。表4.1 導程、長徑比及及扭角的關系符號短導程長導程導程h長徑比0.91.01.121.181.321.50陽轉子扭角243270302.4236264300陰轉子扭角162180201.6157.3176200 長徑比 扭角 指常用的齒數比為4

35、：6時按表4.1選擇長導程長徑比=1.50 陽轉子扭角= 陰轉子扭角=中心距 =0.8×125=100mm陽轉子工作長度 =×=1.5×125=187.5mm陽轉子節(jié)圓 =0.64×125=80mm陰轉子節(jié)圓 =0.96×125=120mm齒高半徑 r=0.205=0.205×125=25.625mm陽轉子實際外徑 =1.05=1.05×125=131.25mm陰轉子實際外徑 =120mm根據以上計算數據，繪制出螺桿的端面圖 圖4.1 以及轉子的三維圖 圖4.2圖4.1螺桿端面型線圖4.2螺桿轉子三維圖4.2排氣量4.2.1

36、理論排氣量 (4.1)式中 陽轉子轉速 3000陽轉子公稱直徑 0.125m陽轉子工作長度 0.1875m面積利用系數選取為0.521扭角系數表示扭角較大時，排氣端基元容積內的一對嚙合齒未完全脫開，而在進氣端該基元容積已開始脫離進氣口所引起的進氣不足程度。按表4.2選取=0.971表4.2扭角系數參考值1.000.9890.971根據公式(4.1)計算理論排氣量=0.971×0.521×3000×0.1875×0.125×0.125=4.454.2.1實際排氣量 (4.2)的值與轉子型線、間隙值、轉子尺寸、轉速有無噴液等因素有關，氣值見表4.3

37、表4.3不同轉子型線的排氣系數轉子型線無油螺桿噴油螺桿對稱型線0.650.900.750.90不對稱型線0.700.950.800.95選取=0.809則按式(4.2)實際排氣量=0.809×4.45=3.64.3進排氣孔口4.3.1軸向進氣口4.3.1.1陽轉子軸向進氣口（4.3）式中 陽轉子齒數 陽轉子扭角 陽轉子基元容積的前方齒的齒頂中心線在H點與兩個轉子軸心連線間的夾角將=4 =300°=35°帶入式（4.3）計算得=267.5°4.3.1.1陰轉子軸向進氣口 （4.4）式中陰轉子的軸向端面進氣口傳動比因扭角較大引起的進氣不足的修正，取=20&#

38、176;30°由式（4.4）計算得=200°4.3.2軸向排氣口由軸向及徑向兩部分組成，壓力比較高時可不設徑向排氣口。本機壓力比較高，故僅有軸向排氣口。4.3.2.1陽轉子軸向排氣口 （4.5）陰轉子齒寬前面頂點在H點與兩轉子軸心連線間的夾角陰轉子齒寬背面頂點e與齒谷中心線間的夾角由式（4.5）計算的=35+300-196.7=138°4.3.2.2陰轉子軸向排氣口 （4.6） =200+（25+12+39）-131=125°4.4極限真空度、功率及冷卻水量表4.4是韓國Kowel Precision 公司NEOVAC系列螺桿式干式真空泵的參數表。參考表

39、4.4 選取電機功率7.5Kw，冷卻水量7L/Min,極限真空度為2.66pa。表4.4 NEOVAC系列螺桿式干式真空泵參數型號SS50SS120SS200SS300SS600WSS1200W抽速L/s12223566140230極限真空 Pa2.662.662.662.660.060.06水冷量 L/Min333755電機功率 Kw345.57.588電機選取 Y系列三相異步電機Y 132S2-2型。額定功率7.5kw，2級，同步轉速3000r/min，滿載轉速2900r/min，質量70Kg4.5軸的強度計算螺桿式干式真空泵的陰陽螺桿所受彎矩不大，故可按扭轉強度條件計算?？紤]到材料的成本

40、及工藝要求，軸材料選取45鋼，調制處理。由表4.5查得其許用扭轉切應力=40MPa。按扭轉強度估算軸的最小直徑 （4.7） = =14.6mm對于直徑d小于等于100的軸，有一個鍵槽時，軸的直徑增大57，有兩個鍵槽時，應增大1015,即最小直徑應大于15.1mm。故取軸的最小直徑為30mm完全可以滿足軸的強度要求，且留有足夠的安全系數。4.6同步齒輪的設計計算同步齒輪副通常采用斜齒圓柱齒輪。原因如下：1）在多數情況下，當傳動比和中心距給定時，選取標準齒型的直齒副是困難的，因為傳動比和中心距都是由選定的轉子齒數和流通部分尺寸決定的。2）通常同步齒輪副在高轉速區(qū)內工作，為此推薦采用斜齒傳動。3）直齒齒輪副對安裝和制造的誤差特別敏感，因為齒側表面在其整個長度上每一瞬間都以同