西南大学车用电子旋片真空泵的设计与研究论文

本科毕业论文（设计）题 目 车用电子旋片真空泵的设计与研究学 院 专 业 车辆工程 年 级 学 号姓 名 指 导 教 师 成 绩 2014 年 5 月 5 日 西南大学本科毕业论文（设计）i目录摘要 .iiiAbstract .iv0 文献综述 .10.1 研究背景 .10.2 真空泵的类型 .10.3 旋片式真空泵的起源与发展现状 .21 引言 .61.1 旋片泵的工作原理 .61.2 旋片泵的工作循环过程 .71.3 本文设计研究内容 .82 设计要求 .82.1 性能要求 .92.2 材料选择要求 .93 结构参数的选择 .103.1 几何抽速 Sth.103.2 驱动主轴转速 n.113.3 旋片数目 Z.113.4 直径比 b.113.5 长径比 a.113.6 实际容积利用系数 Kv .113.7 计算泵腔尺寸 .123.8 计算旋片尺寸 .134 三维结构模型的建立 .134.1 三维建模技术概述 .134.2 零部件的建模过程 .144.3 泵体总成的虚拟装配 .214.4 二维工程图的生成 .24西南大学本科毕业论文（设计）ii5 旋片泵的动力学研究 .255.1 旋片的运动速度研究 .265.2 旋片的运动加速度研究 .285.3 旋片的受力分析研究 .296 结论 .31参考文献 .32致谢 .33西南大学本科毕业论文（设计）iii车用电子旋片式真空泵的设计与研究摘要：本文对小型乘用车电子旋片真空泵的具体性能需求进行分析，并根据实际设计要求计算出旋片泵抽气机构的尺寸大小。系统的进行旋片式真空泵的结构设计，并着重对进、排气口角度进行设计，采用在上下端盖上设置进、排气口的方案。以及对泵体的噪音源进行分析，确定采用抗性消音器的原理设计外壳的消声器。利用三维设计软件 CATIA 的装配设计模块对各个零部件进行虚拟装配，检查装配后虚拟总成的合理性。并根据三维到二维的高效转化方法，转化为工程图纸。最后对旋片机构进行运动学和动力学研究分析，为其平衡及强度设计建立基础。关键词：制动系统；旋片式；电子真空泵；结构设计西南大学本科毕业论文（设计）ivA Study on Design and Research of a Rotary Vane ElectronicYong JiangCollege of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, ChinaAbstract: With advantage of compact frame, excellent dynamical equilibrator and convenient mend, the rotary vane vacuum pump plays an important role in the vacuum equipment market. In this paper, the basic structure of the rotary vane pump, working principle and the main factors affecting the work performance is analyzed and studied. With the analysis of movement and the force of rotary vane, the calculation method of the performance of rotary vane pump is derived, and the dynamic mathematical model is established; according to the requirements for the performance of electronic vacuum pump in passenger cars, a three-dimensional structural model is established. Through the research, a feasible design method is provided for further research and development on electronic rotary vane vacuum pump.Keywords: Braking system; Rotary vane; Electronic vacuum pump; Structural design西南大学工程技术学院毕业设计（论文）10 文献综述0.1研究背景制动性作为是汽车主要性能之一,它涉及到驾驶员和乘客的生命以及财产安全，是汽车在高速行驶时能迅速完成刹车的重要保障。目前绝大多数的轿车和装载质量小于 35t 的轻型汽车多采用真空助力伺服制动系统，该系统可提高制动可靠性和减轻驾驶员的疲劳，有利于降低行车事故发生率，提高整车安全性，应用日益广泛。真空泵主要作用是为真空助力制动系统中的制动伺服装置提供动力。多装在25L 以下柴油动力的车上。早期的汽油动力车助力制动系统的动力源主要来自于发动机的进气歧管产生的真空。但是汽油发动机在低速时，会出现进气歧管真空度下降，导致刹车助力下降，影响刹车性能。随着汽车工业的发展和人们驾乘标准的不断提高，越来越多的汽油动力车上也开始加装了独立式真空泵 1。0.2真空泵的类型真空泵即产生、改善和维持真空的装置。基本上分为气体传输泵和气体捕集泵两种类型，气体传输泵又分为变容真空泵和动量传输泵。具体分类见图 0-1。西南大学工程技术学院毕业设计（论文）2图 0-1 真空泵的分类Figure 0-1 Classification of vacuum pumps0.3旋片式真空泵的起源与发展现状0.3.1旋转式叶片泵的发展概述1909 年盖德(WGaede)发明旋片泵并取得德国专利，1936 年又发明气镇泵，西南大学工程技术学院毕业设计（论文）31941 年取得专利 2。60 年代末，国际上对旋片泵进行了提高转速和小型化的改进；直到 70 年代初，市场上出现了直联式旋片泵。80 年代初，设计人员又对旋片泵结构进行改进，增加了油路止回阀和气道截止阀，来改善抽气时的返油现象；另外在附件上，消雾器、入口过滤器、气味过滤器、灰尘过滤器等的加入，给了用户更多的选择空间。90 年代初，又推出了能监视油压、油温、油质等的电子显示器，一些附件甚至开始可以与计算机联接，便于对旋片泵运行工况进行自动控制。一百多年来，通过研究人员不断的改进推广，旋片式真空泵得到了广泛应用和不断完善。旋片式真空泵是一种利用转子和可在转子槽内滑动的旋片，组合形成旋转运动以获得真空的一种变容机械真空泵，具有结构简单、体积小、重量轻、抽气量大、效率高等特点。它可以作为其他真空泵的前级泵，也可以单独使用。旋片式真空泵主要用于抽取容器中的干燥气体，如果安装有气镇装置，还可以抽取含一定量油气的可凝性气体。目前，旋片泵已被广泛应用于机械、电子、冶金、化工、轻工、石油及医药等领域 3。但旋片泵不适合用于抽取有爆炸性的、对金属有腐蚀性的、含有颗粒尘埃的气体。当采用工作液来进行润滑并填充泵腔死隙，分隔排气阀和大气时，即为通常所称的油封旋片真空泵。无工作液时，即为干式旋片真空泵。0.3.2国内外发展现状比较近年来，随着我国电子科技、食品加工、医疗生产等方面的不断进步，对旋片式真空泵的各项性能指标的要求也越来越高，急切需要更可靠、更高效的旋片泵产品来满足国内生产的需求。(1)国内外的旋片泵产品性价比参数相差巨大。虽然近几年来，国产旋片泵的性能指标比如：抽气速率、极限真空、用油量、最高使用温度等方面取得了一定的进步，但是在一些用户比较关心的方面，如密封、重量、比功率、使用寿命、外形、噪声等方面，与国外的同类产品相比还存在着很大的差距 4。与国外产品相比，国产旋片泵存在的问题具体表现在以下几个方面 5-6：a) 抽气效率过低泵的抽气效率是指实际抽速与理论抽速之比。按照 JBT65331997旋片真空泵标准规定，2Pa 时双级泵的抽气效率不应低于 45，15kPa 时不低于80。该项指标表示了泵的抽气能力，旋片泵不合格产品中有 40是因为该项指标西南大学工程技术学院毕业设计（论文）4过低。b) 存在喷油漏油现象不喷油、不漏油是关系着环境保护的重要指标，对于制冷、半导体、电子、食品包装行业来说都是不允许有喷油漏油现象的。当前旋片泵不合格产品中有 20是因为该问题的存在。c) 噪声过大工作噪声也是评价旋片式真空泵的重要指标,特别是在对 NVH 要求较高的工作场合,比如汽车发动机舱。标准 JB/T6533-1997 中规定,抽速为 2L/s 的旋片泵噪声不得大于 72dB,国产旋片泵中有些产品噪声高达 75dB,在不合格的产品中,有 20%是因为工作噪声过大。以上三个方面是目前国产旋片泵存在问题比较严重的地方。此外，在极限压力、比功率、用油量、重量、最高使用温度、外观造型上都还有待提高。我国的真空泵市场十分巨大,旋片式真空泵又占据了真空泵设备销量的第一位。但这个销售情况也仅限于油封式旋片泵,在干式旋片泵市场,具有自主知识产权的干式旋片泵基本没有。旋片式真空泵的结构虽然相对简单,但其对工艺设计、加工及装配精度的均有很高要求,特别是对于干式旋片泵,其核心部件对材料的要求很高,这也是导致我国干式旋片真空泵发展缓慢的主要原因之一。目前,在汽车配套方面,旋片泵市场几乎被德国垄断。配套高级轿车的有德国大陆(CONTINENTAL)集团生产的膜片泵,主要应用于奔驰、宝马等品牌的车型;配套中、低级轿车的有德国海拉(HELLA)生产的旋片泵,主要应用于大众、通用、奇瑞等品牌的车型。0.3.3旋片式真空泵理论研究现状目前，真空泵的理论研究主要集中在泵的材料、结构、流体流动、传热、喷油、可靠性等方面的计算和简化模型的分析和实验，以及对整体或部分的计算机模拟仿真。其中，相对于其他的真空泵，如涡旋泵、罗茨泵、螺杆泵、水环泵等，旋片泵的理论研究更少。综合各文献，真空泵的理论研究主要集中在以下几个方面：a) 结构研究：包括真空泵的整体和部件结构，如吸气口和排气口的确定，工作腔局部的位置和形状，工作副的间隙大小，以及结构的有限元分析等。b) 传热研究：包括对传热模型的简化分析计算和实验以及计算机模拟分析。西南大学工程技术学院毕业设计（论文）5c) 材料研究：主要是对材料的测试和分析，对其强度及耐磨性等