旋片泵设计说明书.doc

真空获得设备 真空获得设备课程设计说明书 设计题目：真空泵 2XZ-8 学院：机械与汽车工程学院 目录 摘要1第一章 设计要素3 1-1 真空泵2XZ-8设计要求3 1-2 真空泵2XZ-8设计参数3第二章 真空泵2XZ-8示意图4 2-1 真空泵2XZ-8结构简图4第3章 电动机选择5 3-1 电动机类型的选择5 3-2 电动机功率的选择5 3-3 电动机转速的选择5 3-4 电动机型号的确定5第4章 真空泵2XZ-8参数确定6 4-1 真空泵2XZ-8主要参数的初选6 4-2 真空泵2XZ-8主要几何参数的确定6 4-3 旋片的长度h和厚度B的确定8 4-4 进排气口尺寸的确定9 4-5 旋片泵、电动机功率的计算9第5章 轴的计算11 5-1 联轴器的选择11 5-2 轴的强度校核12参考文献15 摘要1.旋片泵概述旋片式油封机械泵（简称旋片泵）为一种变容式气体传输真空泵，是真空技术中最基本的真空获得设备之一。其工作压力范围1013251.3310-2（Pa），属低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵的前级泵，用以抽除密封容器中的干燥气体。若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝气体，被广泛应用于冶金、机械、电子、化工、轻工、石油及医药等领域。但旋片泵不适于抽出含氧过高的、有爆炸性的、对金属有腐蚀性的、与泵油会发生化学反应的、含有颗粒尘埃的气体。旋片泵多为中小型泵，有单级和双级两种。一般双级泵，可以获得较高的真空度。目前，旋片泵产品已经系列化，其型号和基本参数见表1.随着旋片泵应用数量的增加和应用领域的扩展，对于缩小泵的体积、减轻泵的质量、降低电耗、减小泵的噪声、防止泵的喷油等要求更为迫切，而提高泵的转速是改进泵性能的一个重要途径。高速直联泵已逐步由小型泵向中型泵发展。在国外，直联泵的使用相当普遍，我国随着旋片材料和泵油质量的提高、泵结构的不断改进，中型直联泵的研制和应用将会得到迅速发展。2. 旋片泵的工作原理 如图1为旋片泵的工作原理示意图。旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分，如图所示。当转子按箭头方向旋转时，A空间的容积增加，压力降低，气体经泵入口被吸入，此时处于吸气过程;B空间的容积减小，压力增加，处于压缩过程;C空间的容积进一步缩小，压力进一步增加，当压力超过排气压力时，压缩气体推开泵油密封的排气阀，处于向大气中的排气过程。在泵的连续运转过程中，不断进行着吸气、压缩和排气过程，从而达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担，因而提高了极限真空度。 图1 旋片泵工作原理图 1-泵体；2-旋片；3-转子；4-弹簧；5-排气阀 第一章 设计要素1-1 真空泵2XZ-8设计要求1） 深入理解旋片泵的工作原理、产品整体结构、零部件结构及相关的加工、装配工艺，掌握一般的设计方法；2） 正确选择设计参数，学会处理产品设计质量与经济性的关系； 3） 通过设计巩固、深化、应用所学的基础理论和 专业和知识。1-2 真空泵2XZ-8设计参数根据JB/T 6533-2005的规定，2XZ系列双级高速直联旋片泵应满足以下要求： 1.极限真空：6.010-2（Pa）。 2.名义抽速：8L/s。 3.泵在100KPa6KPa的入口压力下，连续运转时间不应超过3min， 并在入口通大气时，1min内无油喷现象。 4.泵必须附气镇装置，以抽除一定量的可凝性气体。 5.泵不应有漏油现象，水冷泵不得漏水。 6.泵设计时几何抽速应为抽气速率的11.2倍。 7.泵的工环境做温度为540. 8.泵在连续运行500小时候，性能指标应符合标准的规定。 第二章 真空泵2XZ-8示意图2-1 真空泵2XZ-8结构简图 第三章 电动机选择3-1 电动机类型的选择根据电动机工作环境和电源条件，选用卧式封闭型Y(IP44)系列三相交流异步电动机B35型。3-2 电动机功率的选择 根据表1，抽速8L/s的旋片泵其配用电动机功率不应大于1.1KW。3-3 电动机转速的选择 高速直联泵转速一般在1500 左右，故电机的实际转速可在14001600 中选择。3-4 电动机型号的确定 按上述标准，选择Y90S-4三相异步电动机，其主要及数据图所示。Y系列电机 第四章 真空泵2XZ-8参数确定4-1 真空泵2XZ-8主要参数的初选1) 旋片数Z的确定 此设计方案取旋片数z=2。2） 参数a的选取 泵长径比 a=L1/D ，系数a=0.401.50 式中 L1高真空级泵腔宽度； D 泵腔直径。考虑泵的造型、加工要求等方面因素， 取a=1.00 3） 参数b的选取 b=d/D ，系数b=0.750.90式中 d转子直径；对直联泵，取b=0.80。 4-2 真空泵2XZ-8主要几何参数的确定4-2.1初算泵腔直径D 由公式： （4-1）其中 （4-2）代入式（4-2）求得Kv=0.8513。 代入式（1-1）求得D=90.11。Z=2a=1.00b=0.80圆整后D=90mm。4-2.2初算转子直径d 由公式: b=d/D (4-3） 代入数据解得d=70.2mm。 圆整后d=70mm。4-2.3初算高腔长度L1的确定由公式： a=L1/D (4-4) 代入数据解得L1=81mm。 圆整为偶数后L1=80mm。4-2.4校核几何抽速Sth的值已知参数：n=1400r/min,z=2,L1=80mm,D=90mm,d=70mm。可得：a=L1/D =80/90=0.889, 即a=0.889； b=d/D =70/90=0.778， 即 b=0.778； Kv=0.855。由公式， 得： Sth=8.02L/s 误差为：（Sth-Sd）/Sth=0.125%。所以 在（1-1.2）Sd范围内，以上尺寸选择合格。4-2.5偏心距e的确定 由公式 （4-6） 代数据解得e=10mm。D=90mmD=90mmd=70mmL1=80mm 误差0.125%e=10mm4-2.6低级腔宽度L2的确定 旋片泵高级腔宽度L1的高腔宽度L1=90mm。压缩比一般为46，取=4 已知参数：L1=90mm，=4. 低级腔宽度L2 =L1/=90/4=22.5mm 圆整，取L2=20mm。4-3 旋片的长度h、厚度B和顶端圆弧rn的确定 旋片在转子槽内，随转子旋转，顶端始终与泵腔接触，并在转子槽内滑动。为防止旋片太短影响其自由滑动或因旋片太长发生干涉，旋片长度应满足：在两旋片最接近时（见图4-1（b），旋片长度h0.4h=16符合要求。e=10mm=4L2=20mmh=40mm4-3.2旋片厚度B的确定1） 已知参数：2XZ-8；2） 旋片厚度B应满足强度要求，同时还要考虑转子 槽的加工工艺性。B的选择可参考表4-1。 表4-1 旋片厚度 B型（2X-）号0.51248153070150B/mm66881010121215由表4-1可得：旋片厚度B=10mm。4-4 进排气口尺寸的确定4-4.1泵进气口径的确定由表1知，旋片泵2XZ-8的进气口径di=40mm。4-4.2排气口径的确定为保证排气顺畅，排气面积可取： F=式中 Sth-排气级的几何抽速； v-排出气流速度，v=2030m/s，取v=25m/s。 由公式 =2代入数据解得=7.12mm。 圆整后=10mm。取高腔排气阀数目为3，低腔为1。4-5 旋片泵、电动机功率的计算4-5.1旋片泵最大功率时吸气口压强P吸的计算已知参数：，多变指数k=1.2，过载系数=1.3 机械效率m=0.78, 直联传动效率n=1。旋片泵功率w:B=10mm=10mm 当旋片泵功率w出现最大时，吸气口压强P吸为: 4-5.2电动机功率的计算 过载系数 代入数据的=0.35kw。设计时选用电动机功率应为 代入数据得。电动机选择符合要求。P吸=36.84kPa=0.35kw 第五章 轴的计算5-1 联轴器的选择1） 已知参数：电机型号Y90S-4，P额=1.1kW，n=1400r/min,电动机的轴伸直径d=24mm；2） 类型选择：为了隔离振动与冲击，选用梅花型弹性联轴器；联轴器的结构及安装固定结构如图5-1 图5-1 梅花型弹性联轴器；3） 载荷计算：公称转矩表5-1 工作情况系数KA 工作机KA原动机分类工作情况及举例电动机汽轮机四缸及四缸以上内燃机双缸内燃机单缸内燃机转矩变化很小，如小型离心泵、发电机1.31.51.82.2转矩变化大并有强烈冲击载荷，如无飞轮的活塞泵3.13.33.64.0由表5-1 查得KA=1.3，故计算转矩4） 型号选择从GB/T5272-1985中查得HL1型梅花型弹性联轴器的许用转矩为160 ，许用最大转速为7100r/min，轴径为1224mm之间，故合用5-2 轴的强度校核轴受有不大的弯矩，这里只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。轴的扭转强度条件为 ：ML1型梅花型弹性联轴器 式中:-扭转切应力，MPa; T-轴所受的扭矩，； -轴的抗扭截面系数，； n-轴的转速，r/min; P-轴传递的功率，kW; d-计算截面处轴的直径，mm； -许用扭转切应力，MPa,见表5-2。表5-2 轴常见几种材料的及A0值轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、3Cr13/ MPa1525203525453555A014912613511212610311297注：1） 表中值是考虑了弯矩影响而降低了的许用扭转切应力。 2） 在下述情况时，取较大值，A0取较小值：弯矩较小或只受扭矩作 用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、轴只做单向旋 转；反之，取较小值，A0取较打值。此次设计，采用45作为轴的材料，故可取A0=115。由上式可得轴的直径： 式中， 这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin,故对于直径d 100mm的轴，有一个键槽时，轴