LZG-30单头螺杆型干式真空泵的建模与仿真【8张图/12500字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份，35页，12500字左右。
开题报告一份。
中期报告一份。
外文翻译一份。

图纸共8张，如下所示
A0-总装配图.dwg
A1-机壳1.dwg
A1-机壳2.dwg
A1-机壳3.dwg
A2-主动轴转子.dwg
A2-从动转子轴.dwg
A2-传动齿轮2.dwg
A3-传动齿轮1.dwg

LZG-30单头螺杆干式真空泵的建模与仿真
摘要
本文的研究对象,螺杆型干式真空泵,吸入腔没有任何工作液,保证了空间用泵无污染;没有油蒸汽排放,保证清洁的外部环境。由于转子齿面之间有间隙,因而可以抽除含有灰尘或腐蚀性的有毒气体。本课题主要集中在以下几个方面:基本原理的干式螺杆真空泵,阴阳转子螺杆型线的研究,螺旋型面线是单边等螺距型线,演绎数学的计算,建立几何模型面型线方程推导,然后螺旋齿面方程推导。几何特征研究等。
设计完成后应用solidworks软件做运动仿真对真空泵转子做三维建模,并且模拟转子运动展示其工作过程.

关键词:干式螺杆真空泵 转子 型线 三维建模 运动仿真

Modeling and Simulation of LGZ-30 single screw dry vacuum pump
Abstract
The research object of this paper, Dry screw vacuum pump, The suction chamber with no working fluid, ensure the space is pumped from pollution; No oil vapor emissions, guarantee the clean of the external environment. Due to the gaps between the rotor tooth surface of Yin and Yang, thus it can be pumped in addition to containing dust, or corrosive, poisonous gases. The author studies mainly focus on the following aspects: the basic principles of dry screw vacuum pump. Yin and Yang screw type line of research. Screw type face line made bilateral symmetric circular arc line, deduce the mathematical expressions of meshing principle, establish geometric model face type line equation is deduced, and then screw tooth surface equation is deduced. Geometric characteristics research, etc. 
After the design is completed using SolidWorks software to do motion simulation to do 3D modeling of vacuum pump rotor. And the simulation of rotor motion display their works.
Keywords: dry screw vacuum pump rotor type line Three-dimensional modeling
Motion simulation

目 录

绪 论 1
1 螺杆型干式真空泵的概述 2
1.1 课题背景及研究意义 2
1.2 螺杆真空泵在国内外的研究现状与发展方向 4
1.3 论文包括的主要内容 5
1.4 论文的组织结构 6
2 螺杆干式真空泵转子型线的研究 7
2.1 常见转子型线比较 7
2.2 单头等螺距矩形螺纹转子型线 8
2.2.1转子型线要素 8
2.2.2转子型线设计原则 9
2.2.3转子螺旋齿面方程 10
3 螺杆干式真空泵工作原理 12
3.1 吸气过程 12
3.2 压缩过程 12
3.3 排气过程 13
4 螺杆干式真空泵设计计算 14
4.1螺杆基本尺寸 14
4.2排气量 16
4.2.1理论排气量 16
4.2.2实际排气量 17
4.3进排气孔口 18
4.3.1轴向进气口 18
4.3.2轴向排气口 19
4.4极限真空度、功率及冷却水量 19
4.5轴的强度计算 20
4.6同步齿轮的设计计算 20
4.6.1齿轮尺寸计算 21
4.6.2齿轮强度校核 21
5 单头螺杆干式真空泵的应用 22
5.1 应用范围 22
5.2 抽气原理与结构 22
6 三维建模与运动仿真 23
6.1 SolidWorks介绍 23
6.2 转子三维建模 24
6.3 转子运动仿真 26
结 论 27
参考文献 28
致 谢 29

1. 毕业设计综述
（一）：课题研究的目的和意义
随着科学技术的发展，真空技术越来越广泛的应用在国民经济的各个领域之中。真空技术的应用，必须以性能优良的真空泵为前提。随着高新技术尤其是IT行业的飞速发展，给真空行业也拓展了更为宽阔的发展空间。同时对清洁的、环保的、无油的真空获得设备需求越来越大，无油真空泵的市场前景也越来越好。国外无油螺杆泵以被广泛应用，国内还处于研制阶段，因此国内无油螺杆真空泵具有广泛的发展潜力和市场。
总体来说，通过本课题我们可以对螺杆型真空泵的设计、发展趋势以及各种相关的基本原则做出更详细的分析和判断。
（二）：课题研究的背景
干式螺杆真空泵是干式泵家族中的一员。所谓干式真空泵，一般认为是能在大气压到10-2Pa的压力范围内工作；在泵的抽气流道中，不能使用任何油类和液体，排气口与大气相通，能直接连续向大气中排气的泵，也称无油真空泵。干式真空泵在抽气流道内无任何液态工作介质或密封介质，从根本上解决了油封式真空泵引发的各种问题。
螺杆式真空泵特点如下：[2] 
○1可靠性高。螺杆式干式真空泵零件部件少，没有易损件，因此他运转可靠寿命长。
○2操作维护方便
○3动力平衡性好。螺杆式真空泵没有不平衡的惯性力，机器平稳地高速运行。
○4适应性强。螺杆式真空泵具有强制输气的特点，在宽广的压力范围内能保持较高的抽速，排气量几乎不受排气压力影响。
○5多项混输。由于螺杆式真空泵转子齿面留有微小间隙，因而可抽除腐蚀性、有毒、含有粉尘、可凝性蒸汽等多种气体。
然而我国一些公司正在使用的螺杆型干式真空泵均是从国外进口，价格非常昂贵，所以应用并不广泛，造成这一现象的主要原因由于螺杆转子型线比较复杂，加工难度大，需用特制刀具在专用机床上进行加工，另外，对螺杆干式真空泵体的加工精度也有较高的要求，而国内的加工水平目前还难以达到这个水平。螺杆干式真空泵广泛应用于电子、核能、化工、医药、食品工业等领域。在半导体工业中用于生产芯片、制造液晶显示器、蚀刻、生产PLASMA的CAD制程。在核工业中用于反应堆及核工业真空获得；化工上用于真空蒸馏及溶剂萃取高效回收溶剂，在脂肪酸生产中用来消除水污染，清除喷射器中的阻塞物；医药工业中用于回收药物及其药物中间体，为人造器官生产提供清洁无菌条件；食品工业中用于香料、香精浓缩、食品包装等。[1]应用范围极为广泛。且干泵的种类很多，目前已开发出来的有爪型泵、涡旋泵、往复活塞泵、螺旋泵等。
（三）：国内外研究现状及发展趋势
自从第一台工业上可运行的干式泵1984年在日本运行以来，许多无油真空泵如雨后春笋般迅速发展起来，其中日本、美国、法国、德国最为先进。美国Varain公司生产的DVP系列产品，其真空度可达到10-2Pa,这是目前报道的单级干式真空泵中真空度最高的产品之一。而德国Sterling SIHI公司在1997年研制成功的SIHIdry是世界上第一台真正意义上的干式真空泵，他能满足流程工业中最苛刻的要求，该产品荣获“1998年年度技术革新奖”。以上两种真空泵均于沿转子长度上填充聚四氟乙烯用作密封以保持良好性能，他们同时也是无油真空泵的典型产品。[3]
国外关于螺杆干式真空泵研究有许多内容。英国Rietschle有限公司根据螺杆式压缩机原理设计出了一种双螺杆式真空泵，采用了许多新技术，并已形成批量生产，该公司已成为时间低压与真空技术中的领军人物之一。美国Tuthill真空设备有限公司2002年推出一款用于气体处理的新型Kinney干式螺杆真空泵，该KDPH-120型螺杆式真空泵采用可变啮合设计，比其他类TJ的真空泵耗能减少约30%。普旭是全球最有影响力的真空设备制造商之一，为客户提供了数量众多真空泵及真空系统。普旭BUSCH的无油螺杆真空泵系列于2003年通过了应用材料公司美国实验室测试。应用材料公司在美国实验室将普旭BUSCH的无油真空泵系列与其设备安装在一起进行测试，经过一年检测，结果证明普旭真空泵系列与其设备结合测试的效果最好。之后普旭又于2004年推出了表明经过特殊强化的螺杆型真空泵系列，可以抵抗目前已知的绝大多数活泼气体的腐蚀。全球领先的真空和尾气处理技术的生产厂商Edwards公司发布一系列在苛刻的化学、石化和制药工艺过程中提供出色真空性能的全新干泵设备。易于使用的CXS泵采用尖端的锥形螺杆技术，具有卓越的可靠性，而且安装简单、环保并提供改进的液体和固体处理能力。因此，这些设备的运行成本符合经济原则，且用户可以优化其真空工艺，并最大限度地降低总体购置成本。[4]另外还有其他一些文献对螺杆型真空泵的性能方面进行了较多的研究。
国内，有关螺杆型真空泵的研究文献很少，只有上海博汇真空设备有限公司的周宝洪研制了一种干式真空泵[5]，并申请了专利，但是并未见有成品报道。我国在螺杆转子型线设计方面很欠缺，生产泵的自动化程度不高，精度也不高，只能依赖进口。
2. 本课题研究的主要内容和采用的研究方案、研究方法或措施
与螺杆式压缩机类似， 如下图所示：
螺杆式真空泵的工作过程可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子的旋转，每对相互啮合的齿相继完成相通的工作循环，现在以一齿来说明。
○1吸气过程
螺杆真空泵的吸气过程。阳转子逆时针方向旋转，阴转子按顺时针方向旋转。下方转子端面是吸气端面，上为排气端面。吸气过程即将开始的转子位置。在这一刻，这一对转子前端的型线完全啮合，且即将与吸气口连接。随着转子开始转动，由于齿的一端逐渐脱离啮合形成了齿间容积，这个齿间容积又仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的转子旋转过程中，阳转子齿的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大，并与吸气孔保持连通。吸气过程结束时，其最显著的特点是齿间容积达到最大值。随着转子的旋转，所研究的齿间容积不会再增加。齿间容积在此位置与吸气孔口断开，吸气过程结束。
○2压缩过程
螺杆泵的压缩过程。转子于端面是排气端面。在这里，阳转子沿顺时针方向旋转，阴转子沿逆时针方向旋转。下方端面为吸气端面，上方为排气端面。
螺杆泵压缩过程即将开始时的转子位置。此时气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，齿间容积由于转子齿的啮合就要开始减小。
随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减小。被密封在齿间容积的气体被占据体积也随之减小，导致压力升高，从而实现气体的压缩过程，压缩过程可一直持续到齿间容积即将于排气孔口连通之前。
○3排气过程
螺杆泵的排气过程。齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合，此时，齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出，封闭的齿间容积的体积变为零。

从上述工作原理可看出，螺杆型干式真空泵是一种工作容积作用回转运动的容积式机械真空泵。气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助螺杆泵的一对转子在机壳内做回转运动来达到的。他的工作容积在周期性扩大和缩小的同时，其空间位置也在变更。

两转子示意图
3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作
1. 确定螺杆转子参数，计算极限真空度，设计螺杆结构。
2. 拟定真空泵的装配图。
3. 根据上述问题提出多种可能的设计方案，对各方案进行评价优选获得最佳设计方案。结合设计方案，进行相关分析、计算，包括关键零件或结构的计算、校核，确定主要零部件的结构；绘制出装配图，根据装配图，拆画主要零件的零件图。
4. 完成本课题的工作方案及进度计划
进度安排（1）调研、收集资料并完成开题报告--3周 ；（2）熟悉Pro-e设计开发工具和确定总体设计方案--4周；（3）LGZ-30单头螺杆型干式真空泵及结构方案详细设计并完善--4周； （4）完成外文翻译、中期报告--1周； 5）设计计算并完成零件图、装配图--3周；（6）整理资料、撰写毕业论文、准备答辩--2周。