膜片型干式真空泵虚拟样机设计

1、膜片型干式真空泵虚拟样机设计目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 真空泵的分类11.2 真空泵的选择31.3 真空泵的发展趋势41.4 选题的背景及意义62 虚拟样机技术简介72.1 虚拟样机技术72.2 虚拟样机技术的研究范围82.3 虚拟样机技术的相关技术83 膜片型干式真空泵的结构和性能分析103.1 真空泵的工作原理103.2 膜片型干式真空泵的特点103.3 膜片型干式真空泵的数据分析103.3.1 压比与富氧浓度和富氧空气量的关系103.3.2 供风与富氧空气的关系114 基于SolidWorks下的真空泵零件设计及建模124.1 SolidWorks软件简介124.

2、1.1 SolidWorks的功能与特点124.1.2 SolidWorks的应用124.2 Solidworks 虚拟样机设计方法134.3 真空泵零件建模144.3.1 内架零件的建模过程144.3.2 其它零件的建模过程325 真空泵的虚拟装配415.1 真空泵模型的建立415.2真空泵零件装配的过程416 真空泵的运动仿真526.1 虚拟样机的运动仿真526.2 真空泵运动仿真52结 论54致 谢55参考文献56附 录57 膜片型干式真空泵虚拟样机设计膜片型干式真空泵设计摘 要干式真空泵是指在抽气的气路中没有使用油、水银、水蒸气或其它聚合物等流体为工作介质的真空泵,本次设计的膜片型干式

3、真空泵，它具有无油、排气清洁、结构紧凑、噪音低、易保养等特点。本文针对膜片型干式真空泵的总体结构进行了基本设计，通过电动机带动轴作旋转运动，在轴上通过偏心轮将旋转运动变为直线运动，使连杆带动活塞作往复运动，从而完成泵的吸排过程。本次设计利用计算机辅助设计软件SolidWorks完成膜片式干式真空泵各个零件的三维建模，并在SolidWorks中进行虚拟装配，最后在SolidWorks对该样机进行运动仿真。仿真结果表明：该设计方案合理，设计能满足使用要求。关键词：真空泵；虚拟样机；仿真DIAPHRAGM TYPE DRY VACUUM PUMP DESIGNABSTRACTDry vacuum p

4、ump is a vacuum pump in the gas pumping gas without oil,mercury, water vapor or other polymer fluid as working medium. The design for the diaphragm type dry vacuum pump, it has the characteristics of no oil,exhaust gas cleaning, compact structure, low noise, Yi Baoyang etc. The overall structure of

5、this paper aims at the diaphragm type dry vacuum pump to the basic design, the rotary motion is driven by electric motor shaft, the shaftof the rotary motion into linear motion through the eccentric wheel, the connecting rod drives the piston to do reciprocating motion, so as to complete the suction

6、 pump. The design of the vacuum pump is use the computer aided design software SolidWorks 3D modeling design of diaphragm type dry vacuum pump parts, and virtual assembly in SolidWorks, finally, simulating the motion of the prototype in SolidWorks. The simulation results show that: thedesign is reas

7、onable, the design can satisfy the use requirement.KEY WORDS ：Vacuum pump； virtual prototype design ；simulation571 绪论真空泵的定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的装置。真空泵是一个量大面广的产品，产量很大，产值不高，但它确实是一个直接影响到真空成套设备性能质量的必不可少的基础产品。真空泵的市场根据用户的需要而发生动态变化。市场增长的主要驱动力来自于半导体工业的迅速发展以及干泵和分子泵应用领域的日益扩大。目前，全球真空泵市场的年销售额约20亿美

8、元，年增长率在7%左右。我国生产真空泵的厂家很多，全部真空泵的年销售额大约在1.5亿元左右，仅相当于美国Kinney公司一家真空泵的年销售额。通过对全球真空泵市场的分析我们可以看出，各类真空泵的市场及应用领域都在不断变化和发展。我国真空泵制造业有着悠久的历史和雄厚的基础，国产真空泵已经在各个不同领域得到应用并经过验证，有些泵还出口国外，得到国外用户的认可并受到好评，应该说我国真空泵制造业在国内外市场仍然有着巨大的发展空间1。1.1 真空泵的分类 真空泵种类较多，主要类型有：(1) 水环真空泵虽然水环真空泵属于粗真空泵，但在我国的石油、化工、电力、轻纺、造纸、医药等领域仍然有着很大的市场。在国外

9、，水环泵的销售额占全部真空泵市场的14%，仅次于干泵，所以NASH、SEIEMMS和KINNEY等公司都在我国投资建厂或建立销售网络，不断扩大在我国的市场份额。由于水环泵大部分是铸件，加工要求也不高，属劳动密集型产品，所以国产水环泵在价格上有竞争优势，关键是要改进设计，缩小体积，减轻重量，提高效率，降低能耗。(2) 滑阀泵滑阀泵是油封式真空泵的一种。由于滑阀泵比较耐用、可靠，国内外各种真空炉、镀膜机以及干燥、浸渍等设备都是用滑阀泵作为前级泵，但是滑阀泵铸件重，加工工作量较大，所以国外各真空泵厂都在中国寻找合作伙伴。为了使国产滑阀泵能够进入国际市场，必须进一步降低泵的振动噪声，杜绝喷油和漏油，提

10、高滑阀泵长期运行的可靠性。(3) 直联旋片泵随着真空技术在各个应用领域的不断扩大，直联旋片泵的需求量越来越大2。由于这种泵数量很多，加工装配工作量很大，价格又很低，所以有的国外真空泵厂商在中国建立专业厂。国产中小型直联旋片泵在技术上已经过关，价格又远比国外的泵便宜，所以国产泵仍然有竞争优势，关键是要解决轴封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能质量问题，确保直联泵在高速、高温下性能稳定和运行可靠，同时还要进一步提高国产直联旋片泵抽除水蒸气的能力。(4) 罗茨真空泵从国外罗茨真空泵生产情况来看，国外几家大公司，如Leybold、Balzers、Alcatell、Edwards和ULVAC，他们各家罗茨

11、泵的销售额占全球罗茨泵销售额的比例都没超过5%，这5家总计才20%，罗茨泵产量不大，但国外罗茨泵的价格远比国产泵要高得多。目前，国内外几乎所有大型或小型的高真空和中真空系统，为了缩短抽气时间、提高生产效率都配有罗茨泵，所以国产罗茨泵一定要在占领国内市场基础上设法进入国际市场，这样就必须进一步降低国产罗茨泵的振动噪声，彻底解决轴封漏油问题，改进泵的外观质量，提高泵内的光洁度和清洁度。另外，还要考虑到有些国家和地区的电源频率为60Hz，更要确保罗茨泵在提高转速的情况下长期运行的可靠性。目前，国内气冷式直排大气罗茨泵进展很快，技术上已经成熟。由于这种泵在排气口的下面装有气体冷却器，其中一部分被冷却的

12、气体通过管道返回泵腔以冷却转子，从而使压缩热得到平衡，所以这种泵可以直排大气。为了满足不同极限真空度的要求，这种泵可以串联使用，一般前面加一台气冷式直排大气罗茨泵，所达到的极限真空要比前级泵高一个数量级。这种泵由于在泵腔内没有工作介质，实际上也是属于干泵。目前，这种气冷式直排大气罗茨泵及机组已经在石油、化工、塑料、农药、汽轮机转子动平衡、航空航天空间模拟等装置上得到了长期运行的考验，所以应该在国内大力推广和应用3。(5) 分子泵分子泵在国外半导体领域里的许多工艺场合是用来代替低温泵，尤其是溅射、刻蚀和LCVD等装置都采用复合分子泵和牵引泵作为主泵。由于分子泵对水蒸气的抽速仅为同口径低温泵抽速的

13、四分之一，所以分子泵的排气时间比低温泵长。为了提高抽速，国外在分子泵的入口侧装一个的低温冷板，称之为低温分子泵，水蒸气被低温板捕获，其他气体则由分子泵抽走。这种低温分子泵在真空镀膜装置上应用，既提高了生产效率又改善了膜层质量。随着我国半导体工业、薄膜产业和科学研究事业迅速发展，分子泵应该是我国真空泵制造业发展的重点。首先，分子泵要从小到大建立完整系列，并研究开发各种复合分子泵、牵引泵和低温分子泵，以满足不同场合的需要。(6) 干式机械真空泵国外干式机械真空泵市场的不断增长，其主要驱动来自于半导体行业、化学工业、薄膜产业的迅速发展。在日本，半导体行业已全部用干式真空泵代替油封式机械泵，欧美半导体

14、行业45%以上用干式真空泵代替了油封式机械泵，大大提高了产品的性能和质量。为了满足不同应用领域和不同工况的要求，国外有多级罗茨真空泵、多级爪式真空泵、螺杆式真空泵、涡旋式真空泵、往复式活塞真空泵以及涡轮式无油真空泵等。极限压力从，抽速从。据统计，目前国产干式真空泵的应用还不足1%，国内半导体工业用的干式真空泵全部从国外进口，其价格十分昂贵。所以，我国应大力研究开发干泵，使干式真空泵成为我国真空工业新的经济增长点4。1.2 真空泵的选择 真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖

15、这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点：(1) 确定工作真空范围首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究并确定。(2) 确定极限真空度在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。(3) 被抽气体种类与抽气量检查确定工艺要求的抽气种类和抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内气体发生反应，

16、泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。(4) 真空容积检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率5。1.3 真空泵的发展趋势由于真空技术领域的扩展和迅速成长的高新技术，国内真空泵市场对真空泵的技术水平提出了更高的要求。真空泵的生产企业必须通过技术创新和产品结构的调整两个途径来保住原有市场，进而继续扩大市场占有率。真空泵的发展趋势有：(1) 提高真空泵的可靠性，降低振动、噪声，注重真空泵的综合水平过去的若干年，真空泵厂注重真空泵的主要性能指标，比如极限压力、抽速等，而忽视真空泵的综合

17、性能。而现在，产品的可靠性、性能的稳定性以及对环境的污染等逐渐成为用户购买产品时考虑的主要因素。对于旋片泵、罗茨泵、滑阀泵等而言，要将成熟的可靠性设计理念运用到真空泵的设计中，在可靠性设计、可靠性实验等方面下工夫，以大幅度提高真空泵的可靠性、稳定性和寿命，保证真空泵能够在各种工况下长期可靠的运行，同时通过采用新技术、新材料、新工艺、新结构来降低振动和噪声，解决泵的喷油、漏油问题，还用户一个清洁环保的工作环境。 (2) 真空泵向个性化、多样化发展。企业面对的永远是变化的市场，而我们的真空泵产品却千篇一律的雷同6。产品和市场的不衔接，使我们丢掉了许多机会。真空泵的下一步发展应该面向个性化和多样化。

18、所谓个性化和多样化就是针对不同用户的不同需求，设计针对某一用户的特定场合的产品，使产品在这一场合应用，其特性的发挥恰倒好处。(3) 尽快形成分子泵和干式真空泵的规模生产根据预测，到2010年我国将成为世界上第二大半导体集成电路市场，总需求量约1000 亿块，达到1000亿美元以上的总金额，需要建30多条大生产线才能满足需求。30条生产线所需干式真空泵大约15000台，是目前我国真空泵年产量的1/10左右。国内目前真空获得设备仍然以传统的真空泵为主，主要为旋片真空泵、滑阀真空泵、罗茨真空泵、蒸汽流泵、水环真空泵等，且全部用于传统产业，我国生产的真空泵用于电子信息产业不足1%，与日本、欧美等国相比

19、差距巨大7。我国干式真空泵的生产处于刚刚起步阶段，在全国200多家生产真空泵的企业中，能够生产干式真空泵的企业不足10家，年产量不足1000台。没有形成批量生产。目前国内生产的干泵绝大多数用于实验室及化学、医药等领域，用于半导体行业的很少。国内飞速发展的电子信息产业没有有效的刺激国内干式真空泵发展，而却成为国际上真空工业发达国家的扩张之地。目前国内建成的半导体集成电路生产线，几乎所有的干式真空泵（包括其它真空设备）均为进口，主要来自英国、日本、德国、美国等。国内生产的干式真空泵进入该领域十分艰难，使得干式真空泵这个未来真空获得设备的主导产品在我国处于十分困难的境地。造成此状况的主要原因为干式真

20、空泵在我国的起步较晚，刚一起步即面临国外已经发展成熟的产品大量进入我国市场，国内产品除了价格低外，在加工制造、技术水平、质量状况等各方面不含有优势，国外各国的产品经过几年的较量，已经基本瓜分了国内市场，并且站稳了脚，国内的干式真空泵生产由于失去了市场的激励，没有了发展的动力，进步缓慢。业内专家一致认为干式真空泵是真空获得设备发展的方向，也是真空获得手段的“尖端”技术，我国的真空泵产业必须在此领域有所作为，首先进入食品、化工、医药等行业。经过这些市场的培育和锻炼，进而打入半导体行业。才能使整个行业与时俱进的发展。目前国内分子泵应健全系列并开发多品种，如低温分子泵、复合分子泵等，逐渐扩展市场。(4

21、) 引进国外先进技术，打造国产自主品牌引进国外先进技术，提升我国产品的科技含量在其他行业有成功的经验。在发展真空获得设备的高端产品中引进国外技术，并很好的消化吸收，将迅速改变我国产品技术含量低、质量差和技术水平不能满足市场需求的现状。但引进国外技术，应特别注意两点：一是重在消化吸收，在此基础上培育企业的自主知识产权和创新能力。二是不要重复盲目引进，要瞄准国际上当代最新技术，避免引进一代，落后一代。引进国外技术不是目的，而是手段，通过引进技术最终打造国产自主品牌！(5) 抓紧产品结构调整，全力开发适应市场需求的产品传统的真空设备我们生产了几十年，在全国范围内形成了产品分布的稳定格局。但是随着经济

22、的高速发展，信息技术、航空航天、纳米科学等高科技引导了当今科学技术发展的潮流。而这些高新技术的发展离不开真空获得设备这个基础装备。目前国内的状况是真空泵生产企业仍然以生产传统产品为主，在传统应用领域占领90%以上的市场份额。在高科技领域，国内产品在技术水平和质量上不能满足要求，90以上市场份额由国外产品占领。国内真空获得产品与高新技术的发展严重脱节，产品结构不尽合理。多数企业只期望已有的老产品，不断增加产量而逐年增加利润，这种可能性在市场竞争日益激烈的今天会越来越小。在今天的国内外市场格局面前，尽快调整产品结构，使其适应市场需求才是最明智的选择。产品结构的调整一是要不断推出市场需要的对路产品，

23、对真空泵市场来说，就是要加快各种干式泵、分子泵以及其他高端产品的研制生产，尽快形成批量 。二是全行业要形成高、中、低端产品的合理布局，并随着市场的变化，不断调整，始终保持比较合理的产品结构状态。尽管真空行业取得了令人瞩目的成绩，但目前的真空泵技术发展状况却并不乐观。全行业要认真分析形势，总结经验教训，团结一致，为行业的发展和技术进步开出一条道路，为我国的经济建设做出全行业应有的贡献8。1.4 选题的背景及意义真空泵广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。虚拟样机技术是先进的设计方法，较物理设计样机即快捷又节省费用，具有广阔的发展前景。本课题利用计算机辅助设计软件完成膜片式干式真空泵的三维建模

24、设计，对关键零部件进行校核，并在软件中进行虚拟装配，最后对该样机进行运动仿真9。本课题设计中会使用三维软件 SolidWorks，这会让我对软件的应用能力得到很大的提高。本次设计还涉及真空泵的装配和仿真，这让我对相关知识有了更深的认识，设计中我会遇到一些困难，通过学习新的知识提高了我的自学能力。因此通过本次毕业设计，我将进一步巩固所学的知识以及掌握到新的知识，并且培养了把知识运用到实际生产的能力，这对于我以后的工作有很大的帮助。另外，通过本次毕业设计，我学会了书写论文的步骤和方法，提高了我搜索阅读相关文献的能力，培养了身为一个设计工作者必须具有的冷静分析能力和严谨工作态度，这对于我以后的发展都

25、有着重要意义。2 虚拟样机技术简介2.1 虚拟样机技术机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术, 是国际上 20 世纪 80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（ CAE ）技术，工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机试验。其核心是机械系统运动和动力学仿真技术, 同时还包括三维 CAD 建模技术、有限元分析技术、最优化技术等相关技术。机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，运用虚拟样机技术，可以减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统及性能，获得最优化和创新的产品

26、设计产品。因此，该项技术一出现，立即受到了工业发达国家、有关科研机构和大学、公司的极大重视，许多著名制造厂商纷纷将虚拟样机技术引入各自的产品开发中，取得了很好的经济效益。 根据国际权威人士对机械工程领域产品性能试验和研究开发手段的统计和预测，传统的机械系统实物试验研究方法，将在很大程度上会被迅速发展起来的计算机数字化仿真技术取代。 虚拟样机技术的研究对象是机械系统，在这里机械系统可以视为由多个相互连接、彼此能够相对运动的构件的组合10。 在机械系统设计中由 3 种主要的分析 （1）机械系统的静力学分析 （2）机械系统的运动力学分析 （3） 机械系统的动力学分析 虚拟样机技术的研究范围主要是机械

27、系统动力学和运动学分析，其核心是利用计算机辅助分析技术进行机械系统的动力学和运动学分析，以确定系统及其构件在任意时刻的位置、速度和加速度，同时通过求解代数方程组确定引起系统及其各构件运动所需的作用力及其反作用力。机械系统的种类繁多，虚拟样机分析软件在进行机械系统运动学和动力学分析时，还需要融合其他相关技术。为了能够充分发挥不同分析软件的特长，有事可能希望虚拟样机软件可以支持其他机械系统计算机辅助工程（MCAE）软件，或者反过来，虚拟样机软件的输入数据可以由其他的专用软件产生。 2.2 虚拟样机技术的研究范围虚拟样机技术的研究对象是机械系统11。机械系统可以看作是多个相互连接、彼此能够相对运动的

28、构件的组合。虚拟样机技术的研究范围主要是: （1）机械系统的静力学分析, 即在一定条件下, 将机械系统看作是刚性系统, 系统中各构件之间没有相对运动, 此时, 主要分析在各种力的作用下, 各构件的受力和强度问题; （2）机械系统运动学分析, 主要涉及系统及各构件的运动分析, 而与引起的力无关;（3）机械系统的动力学分析, 主要涉及系统在外力作用下, 各构件之间的运动关系, 是运动分析和动力学分析的混合形式。2.3 虚拟样机技术的相关技术一个优秀的虚拟样机设计系统的主要技术构成见图2-1。由图2-1可见, 虚拟样机技术的相关技术主要包含6 个方面。图2-1虚拟样机及其相关技术 （1）计算机辅助设

29、计(CAD)技术。用于机械系统的几何建模, 或者展现机械系统的仿真分析结果。 （2）有限元分析(FEA)技术。可以用机械系统的运动学和动力学的分析结果, 确定进行有限元分析所需要的外力和边界条件12。或者利用有限元分析对构件应力、应变和强度进行进一步的分析。（3）驱动元件建模技术。虚拟样机技术还必须提供驱动力元件, 还模拟各种载荷, 比如电动力、风力等; （4）模型反求技术。利用实物进行测量, 然后通过反求工程, 快速建立机械系统模型。（5）控制系统分析技术。虚拟样机技术还可以运用控制理论,对机械系统进行运动仿真。或者, 借助于其它控制系统分析软件, 进行机械和控制系统的联合仿真分析。（6）优

30、化技术。通过虚拟样机技术进行机械系统的优化设计和分析, 确定最佳设计结构和参数, 使机械系统获得最佳的综合性能。3 膜片型干式真空泵的结构和性能分析3.1 真空泵的工作原理空气经过滤器过滤后，进入膜分离器；电动机带动曲轴驱动曲柄机构，将旋转运动变为直线运动，带动活塞往复运动，造成膜分离器中的膜两边产生压差，使得富氧透过膜渗透过来，再通过单向阀收集起来，而未渗透的氮气则直接排出。其工作原理，如图3-1所示。图3-1膜片型干式真空泵的工作流程图3.2 膜片型干式真空泵的特点膜片型干式真空泵的流量与活塞的往复次数、活塞行程、活塞每分钟往复次数有关，当滑块往复次数一次，泵的流量也一定。提高往复次数可以

31、缩小膜片型干式真空泵的体积，减轻膜片型干式真空泵的重量13。但是它的往复次数并不能无限的提高，当往复次数超过某一范围后就会使阀球在落到阀座上时产生撞击，引起振动，阀门磨损很快，使得泵不能正常工作。膜片型干式真空泵具有结构紧凑、性能高、噪音低等特点。3.3 膜片型干式真空泵的数据分析3.3.1 压比与富氧浓度和富氧空气量的关系在减压运行方式下，通过调节真空泵来改变富氧膜两侧的压比情况。当压比增大时，透过气（富氧空气）的流量和氧浓度都随之增大14。为了提高富氧空气量或浓度，可提高分离膜两侧的压差，但设备功率要增大，动力消耗量也将随之增大。如图3-2所示。图3-2 压比与富氧参数的关系 3.3.2

32、供风与富氧空气的关系对于减压运行方式，由于受到真空泵特性的限制，由风机提供的供风压力或流量的变化对于富氧空气量的影响不大（在一定的供风量范围内）。但是对富氧空气的含氧量还是有影响的。如图3-3所示。 图3-3 供风压力与富氧参数的关系从理论上来说，为了防止富氧分离膜表面的浓度极化，一般要求在供侧大量地送入新鲜的空气。提高供风量虽能获得氧浓度较高的透过气，但是势必造成回收率低，运行动力费用高15。在实际的应用工程中，为了增加气体的透过量，通常不是采用增加膜两侧的压差，而是增加膜面积（组件数）和增加膜的选择透过性。4 基于SolidWorks下的真空泵零件设计及建模4.1 SolidWorks软件

33、简介4.1.1 SolidWorks的功能与特点 SolidWorks软件功能强大，组件繁多。 SolidWorks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计16。SolidWorks资源管理

34、器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 4.1.2 SolidWorks的应用 SolidWorks 主要用于完成零件设计、装配体设计和自动生成工程图。基于

35、三维特征元素的建模和面向特征元素的数据修改是通过 SolidWorks 来完成的, 并且二维、三维数据全相关, 修改任何一个零件的二维尺寸, 都会引起其三维零件图和装配图的自动修改, 甚至与其有紧密联系的相关零件的尺寸也会变化; 反之修改三维尺寸也会有同样结果。这样就可以实现完全的动态参数化设计17。另外, SolidWorks中有一个特征管理员, 通过它可以随时随地修改某一特征元素的几何尺寸, 而不必考虑各几何特征的相互关系和先后次序, 极大地方便了设计人员, 提高了设计效率。 SolidWorks 通过 Smartteap技术来创建和维护建模过程中的数据库, 并通过 API 接口技术与 F

36、EA 软件(COSMOS/WORKS )、动态装配软件 (IPA)、高级渲染软件(PHOTO/WORKS)、运动学分析软件(COSMOS/MOTION)和数控加工软件 Camworks 等子系统进行连接。其中 IPA 可以直观地显示大型装配体并对其各个零部件进行操作, 可使设计人员在产品的设计阶段真实地看到产品的实际形状, 并对产品进行交互设计。COSMOS/WORKS 将对设计进行动力学分析和力学校核, 它与 SolidWorks 共享单一的数据库。当给模型指定一个载荷时, 设计的数据库即自动更新。PHOTOWORKS 能迅速产生高级的渲染效果图, 包括丰富的材质和纹理。用户可定义光源、反射

37、度、透明度以及背景景象18。IPA 与 COSMOS/MOTION结合能进行全真的装配设计, 能实现三维模型的运动分析和产品的功能仿真。4.2 Solidworks 虚拟样机设计方法根据 SolidWorks提供的功能特点, 可以采取图4-1 所示的步骤和方法进行虚拟样机设计和分析。 图 4-1 基于SolidWorks的虚拟样机设计方法 上述所有设计环节都可以在SolidWorks 软件界面中完成。另外, 如果需要, 基于 SolidWorks 的虚拟样机模型还可以和其他控制仿真软件(如 MATLAB)连接进行机械系统与控制系统的联合仿真19。4.3 真空泵零件建模膜片型干式真空泵有两种系列

38、，分别为DA系列(电动机内置式)和DAL系列(电动机外置式)，本设计选用型号为DAL-12S-02的膜片型干式真空泵，其装配关系及组成零件如下图所示。1电机 2轴 3内轴承 4端冒5偏心轮 6外轴承 7连杆 8外壳9内架 10风扇 11连杆后垫片 12连杆底板13左内架后盖 14右内架后盖 15后盖垫片 16后盖 图 4-2 DAL-12S-02的膜片型干式真空泵转配及组成零件 4.3.1 内架零件的建模过程本次设计中，在所有零件中，内架建过程模相对较为复杂，因此按步骤罗列出内架的建模过程，但篇幅有限，对于其中的简单部分，诸如：一些特征的镜像，倒角，螺纹装饰等不在单独显示。内架的三维建模过程如

39、下： （1）打开程序。双击桌面的 SolidWorks图标打开界面。 （2）新建零件。在打开的界面中单击【文件】-【新建】。在弹出的对话框中选择【零件】，然后单击【确认】进入作图界面，如图4-3所示。图4-3 零件建立界面（3）创建草图并拉伸底板。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图1如下。并选择拉伸凸台1特征，输入拉伸尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-4所示。图4-4 绘制草图1，拉伸凸台1界面（4）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图2如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完

40、成实体的创建。如图4-5所示。图4-5 绘制草图2，拉伸特征2界面（5）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图3如下。并选择拉伸切除3，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-6所示。图4-6 绘制草图3，拉伸切除3界面（6）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图4如下。并选择拉伸特征4，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-7所示。图4-7 绘制草图4，拉伸切除4界面（7）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘

41、制草图5如下。并选择切除5，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-8所示。图4-8 绘制草图5，拉伸切除5界面（8）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图6如下。并选择拉伸切除6，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-9所示：图4-9 绘制草图6，拉伸切除6界面（9）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图7如下。并选择拉伸特征7，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-10所示。图4-10 绘制草图7，拉伸切除7界面（10）创建草图并拉伸凸

42、台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图8如下。并选择拉伸特征8，输入拉伸特征尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-11所示。图4-11 绘制草图8，拉伸凸台8界面（11）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图9如下。并选择拉伸特征9，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-12所示。图4-12 绘制草图9，拉伸切除9界面（12）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图10如下。并选择拉伸切除10，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体

43、的创建。如图4-13所示。图4-13 绘制草图10，拉伸切除10界面（13）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图11如下。并选择拉伸凸台11，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-14所示。图4-14 绘制草图11，拉伸凸台11界面（14）镜像特征。选择基准面，单击草镜像命令，输入镜像特征，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-15所示。（注：以后凡对称相同特征均用此命令，不在赘述。）图4-15 镜像特征界面（15）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图12如下。并选择拉

44、伸凸台12，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-16所示。图4-16 绘制草图12，拉伸切除12界面（16）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图13如下。并选择拉伸凸台13，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-17所示。图4-17 绘制草图13，拉伸凸台13界面（17）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图14如下。并选择拉伸切除14，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-18所示。图4-18 绘制草图14，拉伸凸台14界面（18）

45、创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图15如下。并选择拉伸特征15，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-19所示。图4-19 绘制草图15，拉伸凸台15界面（19）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图16如下。并选择拉伸切除16，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-20所示。图4-20 绘制草图16，拉伸切除16界面（20）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图17如下。并选择拉伸切除17，输入拉伸

46、切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-21所示。图4-21 绘制草图17，拉伸切除17界面（21）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图18如下。并选择拉伸凸台18，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-22所示。图4-22 绘制草图18，拉伸凸台18界面（22）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图19如下。并选择拉伸切除19，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-23所示。图4-23 绘制草图19，拉伸凸台19界面（23）创建草图并拉伸切除。

47、选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图20如下。并选择拉伸切除20，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-24所示。图4-24 绘制草图20，拉伸切除20界面（24）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图21如下。并选择拉伸凸台21，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-25所示。图4-25 绘制草图21，拉伸凸台21界面（25）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图22如下。并选择拉伸凸台22，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，

48、即可完成实体的创建。如图4-26所示。图4-26 绘制草图22，拉伸凸台22界面（26）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图23如下。并选择拉伸特征23，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-27所示。图4-27 绘制草图23，拉伸凸台23界面（27）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图24如下。并选择拉伸切除24，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-28所示。图4-28 绘制草图24，拉伸切除24界面（28）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图

49、工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图25如下。并选择拉伸切除25，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-29所示。图4-29 绘制草图25，拉伸切除25界面（29）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图26如下。并选择拉伸切除26，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-30所示。图4-30 绘制草图26，拉伸切除26界面（30）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图27如下。并选择拉伸切除27，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。

50、如图4-31所示。图4-31 绘制草图27，拉伸切除27界面（31）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图28如下。并选择拉伸切除28，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-32所示。图4-32 绘制草图28，拉伸切除28界面（32）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图29如下。并选择拉伸切除29，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-33所示。图4-33 绘制草图29，拉伸切除29界面（33）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】

51、按钮进入草图绘制状态，绘制草图30如下。并选择拉伸切除30，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-34所示。图4-34 绘制草图30，拉伸切除30界面（34）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图31如下。并选择拉伸切除31，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-35所示。图4-35 绘制草图31，拉伸切除31界面（35）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图32如下。并选择拉伸切除32，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-36所示。图

52、4-36 绘制草图32，拉伸切除32界面（36）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图33如下。并选择拉伸切除33，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如图4-37所示。图4-37 绘制草图33，拉伸切除33界面 4.3.2 内其它零件的建模过程因为其它零件较为简单，故本设计只将其建模过程简单叙述，并建模结果如下：1名称：轴建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，倒角，镜像等命令完成建模。如图4-38所示。图4-38零件轴界面 2名称：电机建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，阵列等命令完成建模。如图4

53、-39所示。图4-39零件电机界面 3名称：偏心轮建模：运用 SolidWorks，通过拉伸，切空，装饰螺纹等命令完成建模。如图4-40所示。图4-40零件偏心轮界面 4名称：轴承建模：运用 SolidWorks，通过toolbox数据库进行选择。如图4-41所示。图4-41零件轴承界面 5名称：端冒建模：运用 SolidWorks，通过草图，旋转，倒角，切除等命令完成建模。如图4-42所示。图4-42零件端冒界面 6名称：连杆建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，镜像等命令完成建模。如图4-43所示。图4-43零件连杆界面 7名称：外壳建模：运用 SolidWorks，通过

54、草图，拉伸，切除，倒角，镜像等命令完成建模。如图4-44 ，4-45所示。图4-44零件外壳正面界面图4-45零件外壳反面界面 8名称：风扇建模：运用 SolidWorks，通过草图，旋转曲面，切除，阵列等命令完成建模。如图4-46所示。图4-46零件风扇界面 9名称：内架后盖建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，倒角，镜像，装饰螺纹等命令完成建模。如图4-47，4-48所示。图4-47零件内架后盖正面界面 图4-48零件内架后盖反面界面10名称：内架后盖2建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，倒角，镜像，装饰螺纹等命令完成建模。如图4-49所示。 图4-4

55、9零件内架后盖2正面界面11名称：后盖建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，倒角，镜像等命令完成建模。如图4-50所示。 图4-50零件后盖界面 12名称：后盖垫片建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，镜像等命令完成建模。如图4-51所示。 图4-51零件后盖垫片界面 13名称：连杆后盖建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除，等命令完成建模。如图4-52所示。 图4-52零件连杆后盖界面 14名称：连杆后垫片建模：运用 SolidWorks，通过草图，拉伸，切除等命令完成建模。如图4-53所示。 图4-53零件连杆后垫片界面 5 真空泵的虚拟

56、装配5.1 真空泵模型的建立要对机械系统进行仿真, 首先要建立机械系统的装配模型。 SolidWorks 软件建立机械三维装配体模型的方法有 2 种: 一种是先建立零件, 然后使用配合技术对各构成零件进行组装建立装配体, 即自底向上的装配体建模技术; 另一种方法是直接在装配体模型中根据零件特征和尺寸关联建立起各个构成零件, 即自顶向下的建模技术。这里采用前一种方法, 利用 SolidWorks提供的智能配合技术(Smartmate)快速建立系统的装配体模型。5.2真空泵零件装配的过程虚拟样机仿真设之前的步骤即为装配，装配的精度与零件的质量、寿命等各部分功能息息相关，在装配过程中，要严首先了解零件之间的相互关系，把合格的零件合理的装配在一起，最终完成整体装配。因