LZG-30单头螺杆型干式真空泵的建模与仿真

1、题目：LZG-30单头螺杆型干式真空泵的建模与仿真如需要完整文档及cad图等其他文件，请加球球：一九八五六三九七五五2013年05月 06日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

2、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 pumpAbstractThe research object of this paper, Dry screw vacuum pump, The suction chamber with no working fluid, ensure the space is pumped

3、 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: th

4、e 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

5、 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-dimensio

6、nal modelingMotion simulation 目 录绪 论11 螺杆型干式真空泵的概述21.1 课题背景及研究意义21.2 螺杆真空泵在国内外的研究现状与发展方向41.3 论文包括的主要内容51.4 论文的组织结构62 螺杆干式真空泵转子型线的研究72.1 常见转子型线比较72.2 单头等螺距矩形螺纹转子型线82.2.1转子型线要素82.2.2转子型线设计原则92.2.3转子螺旋齿面方程103 螺杆干式真空泵工作原理123.1 吸气过程123.2 压缩过程123.3 排气过程134 螺杆干式真空泵设计计算144.1螺杆基本尺寸144.2排气量164.2.1理论排气量164.2.2

7、实际排气量174.3进排气孔口184.3.1轴向进气口184.3.2轴向排气口194.4极限真空度、功率及冷却水量194.5轴的强度计算204.6同步齿轮的设计计算204.6.1齿轮尺寸计算214.6.2齿轮强度校核215 单头螺杆干式真空泵的应用225.1 应用范围225.2 抽气原理与结构226 三维建模与运动仿真236.1 SolidWorks介绍236.2 转子三维建模246.3 转子运动仿真26结 论27参考文献28致 谢29V绪 论绪 论1905年德国人沃尔夫岗.盖德发明了油封式旋片泵，从此各种以油为工作液、润滑剂、密封液的真空泵如雨后春笋般迅速普及，统治了真空设备市场近百年。从真

8、空工业的视角来看，如果说20世纪是有油真空泵的世纪，那么21世纪将是干式真空泵的世纪。因为，各种形式的有油真空泵在工作过程中不可避免的随同排出的气体一起排出了大量的油污，这些油污能够严重的污染环境。随着利学技术的发展，要求提供比较清洁真空环境的真空工艺越来越多，甚至近于达到苛刻的要求，如微电子、化学、冶金、医疗、核聚变领域以及宇航、新材料的开发等技术领域.都要求提供比较洁的内真空环境。传统的有油泵很难满足这些要求，无油泵的概念便自然而然的在此基础上提出。有些工业过程，如低压气相沉积，会产生一些微小颗粒，这些颗粒在工作液中难以排除，它们可以使泵油污染，同样也会影响泵的抽气系统性能及使用寿命。而有

9、些工业过程在运转中可能会使工作液冷凝成粘状物质，这样可能使泵卡住，甚至导致运转失效。又如对于食品工业为代表的一些特殊行业，这种污染更是非常不可取的。对于这些少数有着特殊需要的工业来说，就只能采用无油污的无油泵或水环式泵类(湿式泵)，但这类泵的真空度不高，耗水耗能严重，而且相应的工作时带有大量的水汽，因此对于有干式要求的，又不得不采用繁琐的物理、化学吸附，冷凝低温手段，从而使成本变得极其昂贵。如:膜式泵，真空度不高，抽速小;吸附泵，不仅抽速小，液氮的费用也很大。所以可以这样说，在当时能直接排入大气和高真空机绍相连接的泵类各有其缺憾，因此导致了干式泵不适宜大工业的应用。11 螺杆型干式真空泵的概述

10、1 螺杆型干式真空泵的概述1.1 课题背景及研究意义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10Pa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。总的来说是两种不同的需求推动开发出两种类型的干泵。一类是以半导体行业为代表，要求真空泵向被抽空间内的返流为零，以保护工件免受污染。对半导体行业中应用的真空系统的要求大体分为三个等级。清洁条件下的抽气，只抽干空气或含少许水蒸汽的空气；中等条件下的抽气，

11、抽除工艺过程的反应气体，但无固体颗粒物；恶劣条件下的抽气，抽除化学反应物（有毒甚至致癌）及固体颗粒物。另一类是以石化行业为代表，要求真空泵能大量抽除可凝性气体，或腐蚀性气体，或有毒气体，或含有微尘的气体。传统油封真空泵在石化领域所面对的难题人们往往通过选用水蒸汽喷射泵、水喷射泵、水环泵、水环-罗茨机组等途径加以解决。但往往系统过于庞大，噪声也很大，同时工作过程中会产生很多的废水和其他的排放物，处理排出废物的投资也很昂贵。干泵的种类很多，目前已开发出来的有罗茨泵、爪型泵、祸旋泵、往复活塞泵、螺旋泵等.表1.1是几种典型的干泵性能的比较.2毕业设计（论文）表1.1几种典型的干泵性能的比较泵型一般级

12、数单级压缩比极限压力（Pa）备注大气端真空端罗茨泵3625300.5易发热，需冷却爪形3425500.5加工、装配有难度活塞型4152515201.3怕抽带颗粒的气体涡旋型12202000.2间隙小、难装调螺旋型1220301000.7间隙小、转速高旋片型2152010150.07怕抽带颗粒的气体螺杆型21520601.3加工比较困难涡轮型多级串联2030000.01转速高螺杆式干式真空泵特点如下:可靠性高。螺杆式干式真空泵零部件少，没有易损件，因此它运转可靠，寿命长。操作维护方便。动力平衡性好。螺杆式干式真空泵没有不平衡的惯性力，机器可平稳地高速运行。适应性强。螺杆式干式真空泵具有强制输气的

13、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的影响.多相混输。由于螺杆式干式真空泵转子齿面间留有微小间隙，因而可抽除腐蚀性、有毒、含有粉尘、可凝性蒸汽等多种气体。尽管螺杆型干式真空泵具有这么多的优点，然而，由于目前国内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，每台螺杆泵价格要三、四十万元人民币，所以螺杆型真空泵在我国的使用并不广泛。造成这一现象的主要原因是由于螺杆泵转子型线较复杂，加工难度大，需用特制的刀具在专用机床上进行加工。另外，对螺杆型干式真空泵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

14、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CVD制程。在核工业中用于核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液及药物中间体，为人造器官生产提供清洁无菌条件，回3收气体消毒剂;食品工业中用于香料、香精浓缩，食品包装等。应用范围广泛。1.2 螺杆真空泵在国内外的研究现状与发展方向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养笋般迅速发展起来，其中以日本、美国、法国、德国最为先进。美国Varian（瓦里奥)公司生产

15、的DVP系列产品，其真空度可以达到Pa，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是世界上第一台直正意义上的干式真空泵，它能满足流程工业中最苛刻的要求，该产品荣获德国“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泵的密封以保持良好的密封性能，它们同时也是无油真空泵的典型产品。虽然干式真空泵的种类越来越多，但是通常的机械真空泵如爪式泵，其抽速难以做大，而且制造难度也大，成本高;另外还有利用多叶级数进行串连的罗茨泵，其缺点与爪式泵相仿。在此种背景下诞生的干式螺杆真空泵则具有了其前辈真空

16、泵类所不具各的很多优点，而这些优点则保证了干式螺杆真空泵的先进性及在应用中的优势。国外关于螺杆真空泵性能的研究有许多内容。英国Rietschle有限公司根据螺杆式压缩机原理设计出一种双螺杆干式真空泵，采用了许多新技术，并已形成批量生产,该公司已成为世界低压与真空技术中的领军人物之一。美国Tuthill真空设备有限公司手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的真空泵及真空系统。普旭BUSCH的无油螺杆真空泵系列于2003年通过了

17、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的无油螺杆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年推出了表面经特别强化的螺杆真空泵系列，可以抵抗日前己知的绝人多数活泼气休的腐蚀。另外还有其他一些文献对螺杆真空泵的性能等方面进行了较多的研究。在国内，有关干式螺杆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，并申请了专利，但是并未见有成品报道。目前国内外关于双螺杆干式真空泵转子型线设计方面的报道很少，主要内容集中于对螺杆真空泵性能的预测与配套装置、材料、加工方法

18、和设备、螺杆泵的配件、密封条件等等内容的改进。目前由于各国多对自己的螺杆泵技术进行保密和竞4毕业设计（论文）争，而我国在螺杆泵的设计方面仍然有很多具体的细节和技术难题还没有解决，在螺杆泵的设计方面没有达到世界一流水平。在具体的螺杆泵的加工制造上，局限于我国的生产设备和加工条件，我国生产的螺杆泵自动化程度不高，精度也不高，在一些高档的螺杆泵上仍不能独立制造。因此中高档的真空泵仍然主要依赖于进口。对于所有类型的真空泵，人们都希望能够将现有的真空泵的物理尺寸尽量减小。但是这一点与真空泵的抽气速率相矛盾。因为真空泵的抽气速率与真空泵的容积成正比，物理尺寸小意味着容积也小。当然还有一个影响真空泵抽气速率

19、的因素，那就是转速。为了使小尺寸的真空泵与大尺寸的真空泵的抽气速率相匹配，就需要提高其转速。而想要提高真空泵的转速可以采用变频器来改变电源的频率或者改变齿轮箱的传动比。前者可以提供一个闭环控制，但是在大负载的情况下容易引起扭矩的损失。而改变齿轮箱的传动比是比较经济的一种方法，但是它只能提供不可控的单一转速。国外目前开发较多的是高转速的真空泵系列。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

20、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，通过本论文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。1.3论文题包括的主要内容a 确定单头螺杆转子参数，计算转子尺寸，计算转子在工作循环中各阶段的压力、流量和功率使用值。b 拟定整体装配图。c 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。d. 绘制阴阳转子三维

21、图，进行转子运动仿真51.4论文的组织结构本论文的组织结构如下：第一章：介绍关于单头螺杆干式真空泵的开发背景、开发意义以及课题包括的主要内容。第二章：单头螺杆干式真空泵转子型线的研究第三章：单头螺杆干式真空泵的工作原理第四章：螺杆干式真空泵设计计算第五章：真空泵的应用。第六章：总结62 螺杆干式真空泵转子型线的研究2 螺杆干式真空泵转子型线的研究2.1 常见转子型线比较目前干式螺杆真空泵的主要生产厂家多采用单头等螺距型线，其他还有多头双边对称圆弧型线、单头变螺距梯形螺纹型线、单头等螺距梯形螺纹型线和等螺距凹齿型线。（a）单头等螺距矩形螺纹转子 （b）单头等螺距梯形螺纹转子 （c）单头变螺距梯形

22、螺纹转子 （d）单头等螺距凹面转子 （e）双边对称圆弧型线转子图2.1 几种螺杆转子型线的三维造型7毕业设计（论文）单头等螺距矩形螺纹转子型线是最早出现的型线，由于有可能发生根切，即二级转子级间出现干涉现象，所以基本上已经不再使用。取而代之的是改进型的单头等螺距梯形螺纹转子，其截面形状由矩形改为梯形，解决了干涉问题，且加工方便，故为很过厂家广泛采用。单头变螺距梯形螺纹转子和单头等螺距凹面转子是近年来出现的新型型线，它是在单头等螺距梯形螺纹转子的基础之上改进而来的。单头变螺距梯形螺纹转子其主要特点为螺杆螺距从吸气端到排气端按变螺距系数变化，大导程一端对应于吸气口。开始时吸气量大，在转子转动过程中

23、运动的封闭腔体越来越小，气体被压缩，具有内压缩作用，即边输送边压缩，从而能够降低整体的排气压缩功耗，并对发生在排气口的喘振现象有抑制作用，是泵的工作更为平稳，能够降低噪音和排气振动。头等螺距凹面转子进一步采用内凹齿面法将啮合齿面上可能发生干涉的部分全部去除，是齿面成为向内凹曲的等螺距螺旋线共轭曲面。多头双边对称圆弧型线是最近几年出现的一种新型型线，它是在双螺杆压缩机型线的基础上发展而来的。一般阳转子为四头螺杆，阴螺杆为六头螺杆。上述各种型线各有优缺点，要根据设计要求、加工制造能力、实际需求等多方面选择。从适用性方面来讲，单头等螺距型线适用面最广。由于该型线在一个导程内就可以完成吸气、压缩和排气

24、的全过程并能达到一定的极限真空，这就能有效地减小泵的体积和质量，尤其适于大抽速要求的泵。单头型线由于要多级才能达到一定的极限真空，不可避免要增加泵的体积，占用更大的空间，所以适用于中、小型泵。多头螺杆型线的缺点是型线复杂，加工资用昂贵，需用特制的刀具在专用机床上加工；而单头梯形齿型线由于各齿面在轴向剖面内的交线都是直线，所以加工时使用直刃车刀即可，只是变螺距型线要在数控车床上加工以保证精度。单头凹齿面型线的加工要比梯形齿型线稍复杂，但完全能在通用的数控车床上完成，大批量生产时可以选用铸造。另外，多头螺秆型线和单头变螺距型线由于在抽气过程中有内压缩，不适合抽除可凝吐气体，但减小了排气口的喘振和噪

25、音，也减小了功率的消耗。综合考虑各种型线的有缺点，本文决定选择多头双边对称圆弧型线。2.2 单头等螺距矩形螺纹转子型线2.2.1转子型线要素对于螺杆泵转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能，因8为这些齿间容积是实现气体压缩的工作腔。对螺杆泵性能有重大影响的转子型线要素有接触线，泄漏三角形，封闭容积和齿间面积等.1 接触线螺杆泵的阴阳转子啮合时，两转子齿面相互接触而形成的空间曲线称为接触线(图2. lb中9)。接触线一侧的气体处于压力较高的压缩和排气过程，另一侧的气体则处于压力较低的吸气过程。如果转子齿面间的接触线不连续，则处于高压力区的气体将通过接触线中断缺口，向低压力区泄露。2

26、 泄漏三角形螺杆泵转子型线的顶点，通常不能达到阴阳转子气缸孔的交线，在接触线顶点和机壳的转子气缸孔之间，会形成一个空间曲边三角形，称为泄漏三角形(图2.la中4)。通过泄漏三角形，气体将从压力较高的齿间容积，泄漏至压力较低的邻近齿间容积。3 封闭容积如果在齿间容积开始扩大时，不能立即开始吸气过程，就会产生吸气封闭容积。由于吸气封闭容积的存在，使齿间容积在扩大的初期，其内的气体压力低于吸气口处的气体压力。在齿间容积与吸气口连通时，其内的气体压力会突然升高到吸气压力，然后才进行正常的吸气过程。所以，吸气封闭容积的存在，影响了齿间容积的正常充气。值得指出的是吸气封闭容积存在于非对称型线中，而本文所论述的双边对称圆弧型线没有吸气封闭容积。4 齿间面积齿间面积是齿间容积在转子端面上的投影。转子型线的齿间面积越大，转子的齿间容积就越大。2.2.2转子型线设计原则1 转子型线应满足啮合要求。螺杆泵中的阴、阳转子型线必须是满足啮合定律的共扼型线，即不论在任何位置经过型线接触点的公法线必须通过节点。2 转子型线应形成长度较短的连续接触线。在实际机器中，为保证转子间的相对运动，齿面间总保持有一定间隙。因此，理论上的接触线就转化成实际中的间隙带。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏，要求设法缩短转子间的接触