ZJ600型罗茨真空泵设计论文

毕 业 设 计2013 年 6 月 1 日设计题目 ZJ-600 型罗茨真空泵设计 学生姓名 相 源 学 号 20090755 专业班级 机械设计制造及其自动化 09-10 班 指导教师 王庆生 院系名称 机械与汽车工程学院 ZJ-600 型罗茨真空泵设计0目 录中文摘要 .1英文摘要 .11. 引言 .31.1 绪论 .31.2 我国罗茨真空泵的现状 .31.3 我国罗茨泵与国外先进水平相比的差距 .41.4 罗茨真空泵的发展趋势 .51.5 设计内容、步骤和目的 .52. 罗茨泵的工作原理及其结构特点 .72.1 罗茨泵的工作原理 .72.2 罗茨泵的结构特点 .82.3 罗茨泵的应用及实物图 .93. ZJ-600 型罗茨真空泵的主要零件及结构设计 .113.1 罗茨真空泵的主要零部件 .113.2 电动机的选择 .133.3 斜齿圆柱齿轮传动设计 .153.4 转子体设计计算 .193.5 轴的结构设计计算 .233.6 轴承选取设计计算 .273.7 ZJ-600 型罗茨真空泵的结构 .28结论 .30致谢 .31参考文献 .32ZJ-600 型罗茨真空泵设计1ZJ-600 型罗茨真空泵设计摘 要：本设计是对 ZJ-6OO 罗茨真空泵进行整体结构设计，并且针对罗茨泵结构的几个方面进行改进：第一，针对罗茨真空泵工作时的噪声过大的问题，本设计采用一对同步齿轮传动，使转子之间相对位置保持始终不变，保证转子和齿轮在轴上定位的径向位移适中，同时加强轴的刚度，确保润滑油供应充足，以减小罗茨真空泵的噪声；第二，针对罗茨真空泵的密封是油密封，会将一部分油带入真空室，污染真空室，本设计罗茨真空泵的密封部位采用机械密封，靠一对或者几对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力或补偿机构的弹力作用下保持接合，并配以辅助密封，进而保证没有油或者水蒸气进入真空室；第三，针对罗茨真空泵的泵体与转子是由铸铁做成，在潮湿的环境中很容易受到腐蚀，导致转子之间的间隙变大，极大地影响了罗茨泵的效率与寿命，本设计通过在泵体和转子表面镀上一层镍来防止泵体与转子的腐蚀。通过以上几个方面的改进，与原来的罗茨泵相比，性能有了一定提高。关键词：罗茨真空泵；噪声；转子型线；密封ZJ-600 型罗茨真空泵设计2Abstract： This design is ZJ-600 vacuum pump to the overall structural design, and structure for the roots pump to improve several aspects: First, while working for roots vacuum pump the noise big problems, the design uses a pair of synchronous gear transmission, make the rotor position relative to remain unchanged between rotor and gear, guarantee the shaft positioning of the radial displacement moderate, while strengthening shaft rigidity, ensure lubricating oil supply, to reduce the noise. Second, sealing in roots vacuum pump is the oil seal, and it will be part of the oil into the vacuum chamber with pollution, this design roots vacuum chamber the sealing parts , and bates vacuum pump use of mechanical seal, rely on a pair of perpendicular to the axis or more relative sliding face in fluid pressure or compensation under the action of the elastic institutions, and matches by keeping joints and ensure assisting sealing no oil or water vapor into the vacuum chamber; Third, vacuum pump for roots pump body and rotor is made from cast iron, in damp environment very susceptible to corrosion, causing the rotor clearances between greaten, greatly influenced roots pump efficiency and life, this design through in the pump body and rotor surface coated with nickel to prevent the pump body and rotor corrosion. Through the above aspects of improvement, and the original roots pump, it will have a certain performance compared to improve.Keywords : roots pump； noise； rotor profile；sealZJ-600 型罗茨真空泵设计31 引言1.1 绪论我国真空设备行业自改革开放的30多年来有了很大的发展和长足的进步，不仅在产值、产量上的大幅度增长，而且在品种、规格还是在综合技术水平上都取得了可观的成绩。尤其是“九五”以来，行业各企业抓住机遇，调整产品结构，大力推进技术创新，为我国的国民经济建设，科学技术的发展，国防高新技术的提升做出了贡献。文章就高新技术的发展及应用促进和带动了真空设备行业的发展和技术升级，高新技术的发展离不开真空技术的近几年，我国真空设备行业加强了对外的交流及行业之内的交流，无论是整个行业与国外同行业相比，还是在本行业内互相的对比，都暴露了我们存在的问题与差距。中国真空设备行业虽然面临着诸多的问题和困难，便它同时也面临着巨大的机遇。因此，我们必须以力保中国真空设备行业的发展为己任，振兴民族工业，扩大中国真空设备制造业在世界的影响。外国企业的进入与成功已成为不可争辩的事实，日本真空各地布点，德国莱宝在中国扩建，其它西方著名厂家也在寻找伙伴在中国建制造基地。他们的胃口很大，势有鲸吞真空设备市场之势。中国真空设备行业首要要在产品质量上下功夫，努力提高产品的性能可靠性、耐用性，争取国内客户的信赖。二要在售后服务上力求完美，大至部件，小至螺丝钉都要尽最大可能的满足，而且要有响应速度。三要发挥我们的低成本优势，在质价比上取胜，合理的价格，可靠的质量，不怕没人来识货。四要树立民族的正气，力推国产真空产品，说服和用实践证明国产真空产品的优点。在现如今的真空发展趋势，我们应该在力求保护我们真空行业的同时，我们也决不是闭关主义者。尽可能的吸收外国的先进技术，提高我们产品的水平是缩小我们与国外产品差距的一个捷径。要加强与国外著名厂家的合作，高起点吸纳他们的技术，实施一步到位战略；呼吁真空设备行业进行战略的大整合；建立起能自我约束，自我保护的行业法规。中国真空设备行业今后的路需要由行业中的各企业家去铺垫，去付出辛勤的努力而把这条路铺实、铺平，使之成为崛起的大道。ZJ-600 型罗茨真空泵设计41.2 我国罗茨真空泵的现状罗茨真空泵按其用途可分为三大类，其一是普通罗茨泵，包括带溢流阀 ZJP型和不带溢流阀 ZJ 型，抽速 30l/s 到 20000L/s。普通罗茨泵目前较为广泛地应用于真空冶金、真空镀膜、真空浸渍、医药化工的蒸馏和精馏等各个领域。其二是ZJQ（LQ）系列气冷式罗茨真空泵，气冷式罗茨真空泵抽速从 75L/s 到 3750L/s。由于气冷式罗茨真空泵采用了保证泵在运行过程中压缩热达到完全平衡的结构，因此泵的最大允许压差可达到 8.7X Pa，可以直排大气。在很多场合气冷罗茨泵已得104到广泛应用，例如负载特别大、抽气时间要求短、粗真空只高真空均需要大抽速、普通罗茨泵不能接受的载荷等场合。其三是 ZBK 型或 LS 型水冷式罗茨真空泵，应用于造纸行业及其工业除尘行业。生产普通罗茨真空泵的厂家国内有上百家，实力各不相同，因而罗茨真空泵的质量相差悬殊。就反应罗茨泵抽气能力的性能指标零流量最大压缩比 和最大0允许压差 而言，对于抽气速率 1200L/s 的罗茨泵，尽管修改后的行业标准JB7674/T-2005 规定了零流量最大压缩比 50，最大允许压差0 5000Pa。但是大部分企业的 1200L/s 零流量最大压缩比仅在 40 左右，最大允许压差仅在 3500Pa 左右。有的企业由于采用了较好的转子设计型线，数控设备加工泵的主要零件，使这两个指标达到了充分地匹配，零流量最大压缩比 55，0最大允许压差 5300Pa.基本达到了 LEYBOLD 公司 RA7001 的水平。1.3 我国罗茨泵与国外先进水平相比的差距1. 国产普通罗茨泵技术经济指标与国外对比（以 600L/s 为例）从表一我们可以看出：(1) 国产优质泵在主要技术指标如抽速、极限压力、最大压差、能耗等方面已接近外国泵的水平，这说明我们的设计水平和加工水平已有了很大进步。(2) 反映罗茨泵抽气能力的性能指标零流量最大压缩比 最大允许压差 。0和 目前国产泵只有少数厂家可与其相比外，其它普遍较低。(3) 噪声指标偏高表面差距较大，在转子动平衡、齿轮、联轴器等的加工工艺方面和轴承、电机等机电配套采购方面要有很多工作要做。(4) 在减小重量降低成本方面也有一定差距，要在设计上创新，包括结构和材料上ZJ-600 型罗茨真空泵设计5创新。2. 外观质量。国外罗茨真空泵外形美观、零件的配合面之间的错位基本上不大于1mm，表面不涂腻子，表面质量好，而国内的罗茨真空泵的外形表面粗糙，很多厂家生产的泵外表出厂前是靠打一层较厚的腻子来弥补铸件表面之缺陷。3. 轴封的寿命普遍较短。国内油封质量较差是引起漏油的一个重要因素，上海某公司使用 LEYBOLD 公司的 RA7001 泵，其油封经过五年多使用，拆卸重装后仍不漏油。另一引起漏油的因素是设计结构、加工精度，零部件互换性和产品质量稳定性。4. 震动和噪声。国内很多厂家由于生产条件限制，运转零件未能进行良好的动平衡，加工精度、齿轮精度、轴承的安装方式、转子加工精度不但引起罗茨泵的震动噪声，而且直接影响其运行的可靠性，特别是在高压差下运行的可靠性。国产电机的噪声普遍较高也是造成泵整机噪声较高的一个重要因素。1.4 罗茨真空泵的发展趋势真空泵应提高其综合性能质量。提高齿轮精度、提高转子加工平衡及动平衡精度，降低轴承腔油往泵工作腔的返油，选择合理的间隙及改善轴承的安装方式等以提高罗茨泵长期运行的可靠性。按行业的发展的需要，罗茨真空泵的发展方向应该是：真空电机罗茨真空泵、完全干式的罗茨真空泵、大抽速耐高压差罗茨真空泵、以及二、三级罗茨真空泵。表 1.1 国产普通罗茨泵技术指标与国外泵的对比表ZJ-600 型罗茨真空泵设计61.5 设计内容、步骤和目的本次设计的主要内容包括罗茨真空泵的几何抽速的计算，然后根据计算出的几何抽速来计算出转子的半径，此次设计罗茨真空泵的转子型线为圆弧形转子，因为此型线加工方便，抽气效率高，成本低。在设计出转子的尺寸后，进一步设计出转子的总长度。根据转速以及功率消耗选择电动机的型号，在电机型号和转子尺寸设计完后进行电动机与两齿轮的位置的设计、轴的大小的选择、轴承的选择、联轴器的选择、罗茨泵的泵油的选择，油路系统的设计、泵盖的设计、进排气口径的设计、泵的密封结构、进排气口的位置的设计与确定。本次设计的步骤是先对泵进行整体的设计，包括外形的设计，泵的整体尺寸的设计，泵盖的大小、壁厚、材料等，然后设计转子的外型线与尺寸、轴的长度的设计以及轴上的轴承和齿轮的设计包括大小以及装配关系，这部分设计主要参考依据真空设计手册。本次毕业设计的目的是通过设计 ZJ-600 型罗茨真空泵设计，进而将大学四年所学习的内容综合起来，把书本上的知识应用到实际设计中，更好的领会书本中的知识。通过这次设计为今后走向工作岗位打下坚实的基础。ZJ-600 型罗茨真空泵设计72 罗茨泵的工作原理及其结构特点2.1 罗茨泵的工作原理图 2.1 罗茨泵罗茨真空泵的结构在泵腔内，有二个“8“字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为 1 的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间 V0内，再经排气口排出。由于吸气后 V0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。 但当转子顶部转过排气口边缘 V0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间 V0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。罗茨泵转子由 0转到 180的抽气过程。在 0位置时，下转子从泵入口封入v0 体积的气体。当转到 45位置时，该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高，引起一部分气体返冲过来。当转到 90位置时，下转子封入的气体，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，上转子也从泵入口封入 v0 体积的气体。当转子继续转到ZJ-600 型