毕业设计（论文）-ZJ-600型罗茨真空泵设计.doc

毕业设计设计题目 ZJ-600型罗茨真空泵设计 学生姓名 学 号 专业班级 机械设计制造及其自动化09-10班 指导教师 院系名称 机械与汽车工程学院 2013 年 6 月 1 日ZJ-600型罗茨真空泵设计目 录中文摘要1英文摘要11. 引言31.1 绪论3 1.2 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7 2.2 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11 3.1 罗茨真空泵的主要零部件11 3.2 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Abstract： 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；seal提供更好的翻译建议1 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。1.2 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8.7X104Pa，可以直排大气。在很多场合气冷罗茨泵已得到广泛应用，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K0max和最大允许压差Pmax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K0max50，最大允许压差Pmax5000Pa。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K0max55，最大允许压差Pmax5300Pa.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K0max和最大允许压差Pmax。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。表1.1 国产普通罗茨泵技术指标与国外泵的对比表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。1.5 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。2 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135时，上转子封入的气体与排气口相通，重复上述过程。180位置和0位置是一样的。转子主轴旋转一周共排出四个v0体积的气体。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。对于罗茨泵的转子，在泵体内是互相啮合的，但具有间隙。2.2 罗茨泵的结构特点罗茨泵的两个转子在泵体中如何安装，决定了泵的主体结构。目前国内外的罗茨泵大致有三种形式：第一种为立式，如图2.2a所示，这种结构的进、排气口位置成水平位置，装配和连接都比较方便。但泵的重心较高，在高速运转时的稳定性较差，故多用于小泵。第二种为卧式，如图2.2b所示，泵的进气口在上，排气口在下。有时排气口水平方向接出，因而，进、排气方向相互垂直。排气口可以从两个方向接出，一端接排气管道，另一端堵死或接旁通阀。这种泵的结构重心低高速运转时的稳定性好，一般用于大中型泵。第三种为两个转子轴与水平面垂直安装，如将图 2.2b中的底座去掉，就是这种结构的俯视图。这种结构装配的间隙容易控制，大、中、小型泵中均可运用。 a 立式 b 卧式图2.2 罗茨泵的结构罗茨泵的两个转子是通过一对高精度的齿轮来实现同步运转的。主动轴通过皮带轮或联轴节与电动机联接。传动方式有如下两种；其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如下图2.3a所示，这时，从动转子的扭矩由电动机端齿轮直接传过去，所以主动转子轴的扭矩变形小，因而转子与转子之间的间隙就不会因为主动轴的扭转变形较大而改变，故间隙在运转中均匀。这种转子传动的缺点是：主动轴上有三个轴承，给加工和装配带来一定的困难，对齿轮的拆装和检查都不方便，整个结构也显得不匀称，使泵的重心移向电动机和齿轮箱的一侧。所以采用这种结构的较少。a 直联式 b 皮带轮式图2.3 罗茨泵传动方式另一种是电动机与齿轮传动设在转子的两侧如上图2.3b所示，这种结构克服了上述的缺点，但主动轴扭转变形较大，为了不影响转子在运转过程中的间隙有较大的变化，要求轴有足够的刚度。轴与转子要固结（铸造的转子采用热压或过盈配合，焊接的转子采用转子与轴焊接在一起的整体结构）。这种结构的拆卸和装配都很方便。 对于大、中型泵，用两台同步电动机驱动两转子也是可以的，要求在电力拖动的控制方面比较准确。2.3 罗茨泵的应用及实物图罗茨泵在真空工程领域内的应用时，一般与前级泵（旋片泵，滑阀泵和水环泵等）串联构成机组，在中真空范围，作为机械增压泵来应用；双级或多级罗茨泵机组可获得高真空；对于干式清洁无油的抽气系统多用冷式罗茨泵机组；对于含水蒸气的被抽系统，多用湿式罗茨泵。从罗茨泵的结构原理可知，转子可在高速下运转，故泵的抽速很高，而且结构简单，运行经济。因而罗茨泵广泛的用于真空冶金工业的真空脱气、真空熔炼、钢水的真空处理，以及空间模拟、低密度风洞等装置中的抽除非腐蚀性气体。罗茨泵也广泛的应用于石油化工、轻工造纸、电工电子以及食品等工业部门。图2.4为罗茨真空泵的实物图。图2.4 罗茨泵实物图3 ZJ-600型罗茨真空泵的主要零件及结构设计3.1 罗茨真空泵的主要零部件罗茨真空泵的主要零部件有机壳、墙板、转子、同步齿轮、轴承及密封件等。3.1.1机壳机壳为截面呈椭圆形的缸体，一般由高强度铸铁制成，输送腐蚀性气体时刻采用不锈钢制造。缸体上没有进、排气孔，外部铸有加强筋和安装脚，大多为整体结构，也有些大尺寸机壳采用水平中分，上、下壳体之间采用销钉定位。3.1.2墙板在机壳与主、副油箱之间设有墙板。其作用是作为端盖，讲机壳两端封闭起来。靠近轴伸端的称为前墙板，另一端的称为后端板。有的墙板上配有侧板，装配时将侧板潜入机壳端口，可满足转子径向定位的要求：工作时即使发生磨损，也只需要更换侧板，而不至于让整块墙板报废。墙板一般为高强度铸铁制件。输送腐蚀性气体时，通常与机壳一样，采用不锈钢制造。3.1.3 转子转子是由铸铁做成，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。由于转子通常叶轮与轴，经热套或冷压结合而成，有主动和从动之分。轴为优质碳素钢或者高强度合金制件，从动轴相对较短。叶轮一般为高强度铸铁制件，必要时采用不锈钢制造。小转子也可将叶轮与轴作为一个整体，采用高强度球墨铸铁铸造。为减轻重量，往往将叶轮头部做成空心结构。 如图3.1所示，转子按叶轮头数有两叶和三叶之分，按转子形状有直叶与扭叶之分。两叶转子均为直叶，三叶转子有直叶和扭叶两种形状。就声学性能而言，三叶优于两叶，扭叶优于直叶，但因加工条件所限，实际应用以直叶转子居多。本课题主要是针对两叶直叶型转子进行设计。转子横截面的图形称为叶形，其轮廓线称为型线。型线由一组特定曲线组合而成，通常按其中某段曲线的名称给叶形命名。以两叶转子为例，图3.2示出了圆弧线叶形、渐开线叶形以及摆线叶形等常用叶形的型线特征。图3.1 罗茨转子形式 图3.2 罗茨转子型线3.1.4同步齿轮同步齿轮的作用，一是传递动力，二是确定两叶轮间的间隙，保证两转子同步运转。主、从动齿轮具有相同的啮合参数，是一对传动比等于1:1的圆柱齿轮。为了便于周向调整，从动齿轮大多有齿圈与轮毂组合而成。调整时，应按规定的旋转方向进行旋转。反向旋转时，齿轮侧隙将空置到齿槽的另一侧去，主、从动叶轮之间的间隙将随之发生变化。3.1.5轴承就承载而言，主要是径向载荷。当同步齿轮为直齿或者人字齿时，不存在轴向力，采用斜齿轮时，会产生一定的轴向力，但载荷较小。常用轴承，有深沟球轴承、调心滚子轴承、角接触球轴承及圆柱滚子轴承等型。圆柱滚子轴承大多作承载轴承使用，其他几种轴承既可承载，也可对转子起轴向定位作用。3.1.6机械密封密封的目的，主要是防止气体和润滑油泄露。密封的好坏，在一定程度上能反映产品设计制造水平的高低和使用性能的优劣。特别是在输送易燃、易爆或者有毒气体时，密度是关系到真空泵是否安全运行的关键因素。本设计采用机械密封。 机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。弹力加载机构与辅助密封是金属性纹管的机械密封我们称为金属波纹管密封。在轻型密封中，还有使用橡胶波纹管作辅助密封的，橡胶波纹管弹力有限，一般需要辅以弹簧来满足加载弹力。本次设计采用HU21型机械密封。3.2 电动机的选择罗茨泵泵腔内无摩擦，转子可高速运转，一般为15003000r/min，而且不必用油润滑，可实现无油清洁的抽气过程。泵的润滑部位仅限于轴承和齿轮，以及动密封处。罗茨泵没有往复运动不见，故可实现良好的动平衡。因此，罗茨泵运转平稳，转速高，尺寸小可获得大的抽速。有关参数如表3.1所示：表3.1 有关数据参量参数值单位功率7.5KW吸入口压力1.33Pa出口压力133Pa额定转矩2.2N.m抽气速率600L/S转速2900r/min真空极限0.05Pa（1）容积效率：=0.40.9范围内选取，取0.5（2）几何抽速：按 计算得，1.2（3）转子相对长度：选择得，3.0（4）型线的质量系数：对于双叶转子为0.6170.50 选择得，0.524（5）转子顶的圆周速度：决定转子的离心力大小，也就是决定转子的强度故取50m/s（6）转子的计算半径R：(3-1) 取R=0.124（7）转轴的计算频率n：(3-2)（8）轴旋转频率：选异步电机旋转频率 故选用Y132S2-2 Y型异步电动机（1）总体传动比：(3-3)（2）传动装置的运动和动力参数计算 轴： (3-4) (3-5) 轴： =(3-6) (3-7) (3-8)（3）故定最小轴径 (3-9) 所以选取联轴器轴孔 联轴器如图3.3所示：图3.3联轴器示意图 3.3 斜齿圆柱齿轮传动设计计算3.3.1 按齿面接触强度设计（1）齿轮精度选择6级精度：6-DB179-60（2）材料选择：齿轮材料为40Cr（淬火） HRC50-50（3）选择齿轮齿数（4）选取螺旋角：（5）按齿面接触强度设计试选 （6）选取 所以(3-10)（7）齿轮传递的转矩：（8）齿宽系数=1（9）材料的弹性影响系数（10）查得齿轮的接触疲劳极限（11）计算应力循环次数： (3-11)（12）查得接触疲劳寿命系数（13）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1 (3-12)（14）计算齿轮分度圆直径 (3-13) （15）计算圆周速度(3-14)（16）计算模数 (3-15) (3-16)（17）计算纵向重合度 (3-17)（18）计算载荷系数 根据，6级精度，查得动载系数， 查得公式为 (3-18) 查得查得故载荷系数(3-19)（19）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 (3-20)（20）计算模数 (3-21)3.3.2按齿根弯曲强度设计（1）根据纵向重合度查得螺旋角影响系数（2）计算当量齿数 (3-22)（3）查取齿形系数和应力校正系数并计算 (3-23)（4）设计计算模数 (3-24)对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的发面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的发面模数所以取已可满足弯曲强度。需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 (3-25)取Z=623.3.3 齿轮几何尺寸计算 （1）计算中心距 (3-26) 将中心矩圆整为162mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 (3-27)因值改变不多，故参数、等不必修正。（3）计算齿轮分度圆直径 (3-28)（4）计算齿轮宽度 圆整后取B=36mm齿轮结构如图3.4所示：图3.4 齿轮示意图3.4 转子体设计计算（1）确定R/a的比值 选取得R/a=1.530（2）计算节圆半径a a=R/1.530=0.081m（3）计算中心距A A=2a=162mm（4）计算转子中心到转子头中心距离b (3-29)（5）转子头半径r （6）转子腰宽度c （7）转子头的半角 (3-30)（8）转子腰部型线的绘制 由(3-31) (3-32) (3-33)计算所得坐标值如表3.2所示表3.2坐标值x/my/mx/my/m0-0.02960.00006-0.04050.03461-0.03040.00787-0.04250.03742-0.03180.01488-0.04430.03963-0.03380.02129-0.04570.04124-0.03620.026610-0.04700.04265-0.03840.031211-0.04820.0437（9）转子的断面积A 计算得A=0.0233（10）线型的质量系数 (3-34)（11）转子的计算长度 (3-35)（12）材料的密度 经查表得铝合金的密度为（13）材料的屈服极限 由材料表查得（14）转子的体积 经测量得（15）转子轴心到半个转子的质心之间的距离 （16）转子的角速度 404.20rad/s(3-36)（17）作用在半转子上的离心力 (3-37)（18）转子轴的直径 选得（19）转子腰部中心断面上的拉应力 (3-38)（20）安全系数(3-39)（21）周围环境温度 选取（22）工作状态对周围环境轴承盖的温升： 选取得(3-40)（23）轴承盖材料的线膨胀系数 （24）轴承盖受热中心距的增加量 (3-41)（25）泵壳工作时的温升和转子工作时的温升 （26）泵壳与转子材料的线膨胀系数 （27）转子腰部受热伸长量 (3-42)（28）转子在工作时受热的半径伸长量 (3-43)（29）泵壳在工作状态受热的伸长量 (3-44)（30）工作状态转子受热长度增量 (3-45)（31）工作时泵壳受热长度增量 (3-46)（32）在泄漏方向上端面间隙平均长度 （33）排气温度 （34）被抽气体分子量（给定值）； （35）间隙流导 (3-47)（36）容积利用系数 (3-48)（37）转子长度校正 (3-49)（38）转子大圆直径的D 查表容积利用系数 取吸气系数 所以 mmDLnSDH232.5.42.175.059.0290014.31060012/10123737=llp实(3-50)取D=240（39）转子长度L 3.5 轴的结构设计计算3.5.1 按扭转强度条件计算（1）电机功率 （2）轴传扭矩 (3-51)（3）轴的直径计算 (3-52)3.5.2按刚度条件计算经查表得铸铁剪切弹性模量 所以(3-53)所以转子轴最小直径取D=35mm3.5.3 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度影响来看。截面处的过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面和之间上的应力大，但应力集中不打，而且这里轴的直径最大，所以不用校核，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。轴的结构与装配如下图3.5所示：图3.5轴的结构与装配图（2）截面的左侧 抗弯截面系数 (3-54) 抗扭截面系数 (3-55) 弯矩M及弯曲应力为 (3-56) (3-57) 扭矩T及扭转切应力为 (3-58) 轴的材料为QT700-2，正火处理。查得，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数和，因，经查得，可得轴的材料的敏系数为，过盈配合处的值，由表查出取3.16 (3-59) 轴按磨削加工，表面质量系数为 故综合系数为 (3-60) (3-61) 所以轴在截面左侧的安全系数为 (3-62) (3-63) (3-64) 所以截面左侧强度足够 （2）截面右侧 抗弯截面系数 (3-54) 抗扭截面系数 (3-55) 截面右侧的弯矩为 (3-56) 截面右侧的扭矩 截面上的弯曲应力 (3-57) 截面上的扭转切应力 (3-65)故有效应力集中系数为(3-66)(3-67) 轴表面未经表面强化处理，即，得综合系数值为 (3-68) (3-69) 计算安全系数为 (3-70) (3-71) (3-72) 故该截面右侧的强度也足够。3.6 轴承选取设计计算3.6.1 轴承的设计参数 轴承类型 深沟球轴承轴承型号 6310轴承内径 d=50 (mm)轴承外径 D=110 (mm)B(T)=27基本额定动载荷 C=61800 (N)基本额定静载荷 Co=38000 (N)极限转速(油) 7500 (r/min)3.6.2 轴承的当量动载荷计算 轴承类型：深沟球轴承（1）计算径向载荷和轴向载荷 (3-73) (3-74) (3-75) (3-76) (3-77)径向载荷 Fr = 376.15(N)轴向载荷 Fa = 296.37(N)额定静载荷Co =38000(N)径向载荷系数 X = 0.56轴向动载荷系数Y=1.5（2）计算当量动载荷 (3-78)(3-79) (3-80) (3-81) 所以 故符合要求（3）寿命校核 额定动载荷 C = 61800(N) 当量动载荷 P = 786(N) 轴承转速 n = 2900(r/min) 工作温度 T =20() （温度系数 ft = 1） 要求寿命 Lh = 4500(h) 计算寿命 Lh = =2793499(h)(3-82 ) 所以 轴承寿命合格。3.7 ZJ-600型罗茨真空泵的结构本次设计的罗茨泵转速为n=2990r/s，采用的是单腔，为了减少泵的噪音和泵体的振动泵的箱体和油箱都采用铸件，在将电机横置，以减少泵的占地面积。电动机与齿轮传动设在转子的两侧，这种结构的拆卸和装配都很方便。泵体采用卧式的，泵的进气口在上，排气口在下这种泵的结构重心低高速运转时的稳定性好。罗茨泵的泵油的选择原则，为使真空泵能获得规定的抽气性能，要求真空泵油有适当的运动黏度和黏度指数，室温饱和蒸汽压低，抗乳化性能好，化学稳定性和耐热抗氧化性好，闪点高，成本低等特性。真空泵油在使用过程中，由于氧化等原因，一部分变质，同时又从外界混入各类杂质。当变质成份和杂质多到一定程度时，颜色变了，黏度和酸值升高了，析出不溶性的树脂状物质，而且蒸汽压增高，这时又得性能恶化，泵油不能继续使用了，必须更换新油。但这种不能使用的废油可以再生利用，在箱体中装有冷却水管，对油进行冷却，提高油的质量。油路系统的设计，泵油在罗茨泵中起到润滑和密封的作用，同时泵油在箱体内也是影响泵体振动的因素之一，所以适当的设置油路是十分重要。在本次设计中，罗茨泵的抽速为S=600L/s，单靠泵的内外压差而自然掺入泵腔的泵油已经不能满足泵内润滑和密封的需求，因此，泵上设置甩油盘和油杯对泵腔进行强制供油。泵盖的设计，泵盖的设计是罗茨泵设计中的又一个难点，泵盖与泵腔直接连接，因此泵盖的内表面要有很好的粗糙度，同时泵盖还要有很好的密封性；但只考虑以上两方面是不够的，泵盖还与罗茨泵的油路和密封装置的设置有密切关系。在泵体与两个泵盖之间用有机硅橡胶进行密封，用有机硅橡胶密封的平面必须用乙醚擦干净，涂层均匀，用耐油橡胶密封处，在橡胶件上涂上真空油脂，以提高泵的气密性，在轴承底座与泵体之间用黄铜皮调整间隙，提高气密性。进排气口径的设计：根据多年来各个公司对罗茨真空泵的设计经验，本次设计中将泵的进气口径设计为172mm，排气口径设计为160mm，极限压力可以达到0.05MPa.泵轴与电动机的联接：为了使泵启动的时候比较平稳，减小冲击，本次设计采用J型孔LT型联轴器联接，LT型弹性套柱销联轴器是利用一端套有弹性套（橡胶材料）的柱销，装在两半联轴器凸缘孔中，以实现两半联轴器的联接。弹性套柱销联轴器结构比较简单，制造容易，不用润滑，不需要与金属硫化粘结，更换弹性套方便，不用移动半联轴器，具有一定补偿两轴相对偏移和减振缓冲性能。适用于安装底座刚性好、对中精度较高、冲击载荷不大、对减振要求较高的中小功率轴系传动。所以本次设计中采用J型孔LT型联轴器。结论罗茨真空泵，是一种具有节能效果显著、噪声污染低、性能优良的真空泵，它在化工、石油、食品和制药等行业中起到蒸馏、结晶、干燥和过滤等应用。 本设计对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了改进：第一，对罗茨泵的整体结构进行改进，将齿轮和电机传动分别置于转子两侧使整个传动方式合理，结构均匀，减小了轴的扭矩，进而减小噪声；第二，此次设计采用了气冷冷却方式，降低泵油温度，提高罗茨泵的寿命和性能；第三，在转子和泵腔表面涂一层镍，防止了转子以及泵腔的腐蚀；第四，为了进一步减少泵的振动，设置加强筋，优化箱体的结构，使受力均通过以上几个方面的改进，与原结构的罗茨泵相比，其真空度和各项性能指标有所提高，节能环保。由于目前国内真空事业发展受到限制现行罗茨泵还存在许多缺陷，如体积较大、转子的制造难度、抽除氢气的效果不如油增压泵高，很多主要大零件宜磨损等。但是，我国的真空发展正在飞速发展，相信在不久的将来，以上的问题都会得到解决，会有一天中国自己设计的罗茨真空泵会赶上甚至超越世界先进的罗茨真空泵。由于本次毕业设计的时间有限，而且自身的知识有限，本设计还存在着不足之处，请老师们给予批评和纠正。致谢五个月的毕业设计即将结束，在这两个月的时间里，我学习到了很多，需要感谢的人也很多。首先，我要感谢的是我们的指导老师王庆生老师，为了我们能够完成毕业设计，顺利的走出大学校园，王老师不辞辛劳地为我们指导，在毕业设计的前期，他每周督促我们要抓紧时间，到了毕业设计的尾声时，他每天深夜还在为我们修改图纸，指出论文中不合理的地方，记得王老师说过，毕业设计不是完成任务，而是为今后走向工作岗位的一次模拟训练，要好好珍惜这次机会。正是有了这就话，我才端正了毕业设计的态度。太多的感谢也没有太多意义，我想用一个优秀的毕业设计来回报王老师，不让王老师失望。其次，我要感谢我的同学，在我毕业设计过程中遇到问题的时候，是他们借给我参考资料，耐心地给我讲解，在这里，真心地感谢帮助过我的同学们。还有那些不是指导我毕业设计的老师们，感谢你们每次在我提出问题时都能够耐心的为我解答，谢谢你们。最后，再一次感谢王庆生老师对本次毕业设计的指导。参考文献1 许涛，罗根松，王再恩.罗茨真空泵的噪声机理及控制J.噪声与振动控制，2008 43 (6)：14