2XZ-4型旋片式真空泵的設(shè)計含開題及16張CAD圖

2XZ-4型旋片式真空泵的設(shè)計含開題及16張CAD圖,xz,型旋片式,真空泵,設(shè)計,開題,16,cad 2XZ-4型旋片式真空泵的設(shè)計 摘 要 旋片式真空泵是一種基本的真空獲得設(shè)備，可以用來獲取真空，或者用于其它中高真空泵的前級泵。旋片泵與其他的真空泵相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、噪聲低、振動小等優(yōu)點。能夠廣泛地應(yīng)用于冶金、機械、電子、化工、石油、醫(yī)藥等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱處理、真空干燥等工藝過程中。 本文提出了目前國內(nèi)旋片泵在性能上存在的問題，主要是極限真空、抽氣速率、噪聲、噴油漏油等幾個指標。通過對電動機功率的要求，確定了電動機型號的選擇，研究分析了旋片式真空泵的主要原理，通過對旋片式真空泵主要參數(shù)和主要幾何參數(shù)的確定，對軸的計算，明確了旋片式真空泵的基本構(gòu)造。分析了旋片式真空泵常見故障以及相應(yīng)的排除方法。 關(guān)鍵詞：真空技術(shù)；真空泵；旋片 2XZ-4 Rotary Vane Vacuum Pump Abstract 2XZ-4 rotary vane vacuum pump is a basic vacuum equipment that can be used to obtain a vacuum, or for other former high-vacuum pump. Compared with other rotary vane pump vacuum pump has a compact structure, small size, light weight, low noise, vibration and so on. Can be widely used in metallurgy, machinery, electronics, chemicals, petroleum, pharmaceutical and other industries vacuum smelting, vacuum coating, vacuum heat treatment, vacuum drying and other processes. This paper presents the current domestic rotary vane pump performance problems mainly several indicators ultimate vacuum, pumping speed, noise, fuel injection oil spills. Through the motor power requirements, determine the motor type selection, research and analysis of the main principles of rotary vane vacuum pump, through the determination of the main parameters of rotary vane vacuum pump and the main geometric parameters, the calculation of the shaft, rotary vane clear the basic structure of the vacuum pump. Analysis of the rotary vane vacuum pumps common faults and corresponding exclusion method. Key Words:vacuum technology;vacuum pump; rotary vane 主要符號表 電機額定功率（） 實際轉(zhuǎn)速（） 過載系數(shù) 幾何抽速（） 軸所受的扭矩（） 軸的抗扭截面系數(shù)（） 軸傳遞的功率（） 計算截面處軸的直徑（） 旋片數(shù) 高真空級泵腔寬度 旋片泵轉(zhuǎn)子直徑 旋片泵的功率（） 機械效率 直聯(lián)效率 壓縮比 多變指數(shù) 旋片泵的最大功率時吸氣口壓強（） 旋片泵最大功率（） III 目 錄 1 緒論 2 2 2XZ-4型旋片式真空泵的工作原理 6 3 2XZ-4型旋片式真空泵的設(shè)計 8 3.1 設(shè)計要素 8 3.1.1 真空泵2XZ-4設(shè)計要求 8 3.1.2 真空泵2XZ-4設(shè)計參數(shù) 8 3.2 電動機選擇 8 3.2.1 電動機類型的選擇 8 3.2.2 電動機功率的選擇 8 3.2.4 電動機型號的確定 9 3.3 真空泵2XZ-4參數(shù)確定 9 3.3.1 2XZ-4的主要參數(shù)初選 9 3.3.2 2XZ-4的主要幾何參數(shù)的確定 9 3.3.3 旋片的長度h和厚度B的確定 11 3.3.4 進排氣尺寸的確定 11 3.3.5 旋片泵的電極功率校核 12 3.4.1 聯(lián)軸器的選擇 12 3.4.2 軸的強度校核 14 4 2XZ-4型旋片式真空泵的注意事項 16 5 2XZ-4型旋片式真空泵常見故障和排除 18 5.1旋片式真空泵的保養(yǎng)、拆卸及其裝配 18 5.1.1旋片式真空泵的保養(yǎng) 18 5.1.2 旋片式真空泵的拆卸 18 5.1.3 旋片式真空泵的裝配 18 5.1.3 旋片式真空泵常見故障及其排除方法如下： 19 6 總結(jié) 21 參考文獻 23 26 1 緒論 1.1 概述 主要的真空設(shè)備包括三大類產(chǎn)品:真空獲得設(shè)備、真空應(yīng)用設(shè)備、真空測量儀表。其中，真空獲得設(shè)備是基礎(chǔ)設(shè)備。真空獲得設(shè)備也稱真空泵。人們用它來得到真空環(huán)境，以達到不同的應(yīng)用目的。[4]就真空獲得設(shè)備的應(yīng)用來說，可以簡單的分為通用型和專用型。其中，通用型真空泵的工作溫度為5-400 C，而且不能作為輸送泵用。國內(nèi)目前大部分產(chǎn)品都屬于這一類。 由于科學技術(shù)的高速發(fā)展，使得真空領(lǐng)域不斷發(fā)展擴大并且變得多樣化，對真空泵提出了更新、更多的要求，原來通用型的設(shè)備己完全不能滿足要求了，迫使真空廠家不得不向?qū)Ｓ眯驼婵毡梅矫姘l(fā)展，例如干式泵用于半導體行業(yè)的，化工行業(yè)的，各有其優(yōu)點，這也是今后的發(fā)展趨勢[1]。 真空獲得設(shè)備主要包括:旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真空泵、蒸汽流真空泵、往復真空泵、液環(huán)真空泵、分子、低溫泵、離子泵、干泵、分子篩吸附泵等。其中，前四種產(chǎn)品產(chǎn)量最大。其中，我們主要針對旋片式真空泵進行研究[16]。 旋片式真空泵是真空技術(shù)中最根本的真空獲得設(shè)備之一。它的工作壓力范圍為101325-1. 33 X 10-ZPa，它可以單獨使用，或者用于其它中高真空泵的前級泵[11]。旋片泵與其他的真空泵相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、燥聲低、振動小等優(yōu)點。能夠廣泛地應(yīng)用于冶金、機械、電子、化工、石油、醫(yī)藥、食品加工等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱處理、真空干燥等工藝過程中。但旋片泵不適合用于抽出含氧過高的、有爆炸性的、對金屬有腐蝕性的、與泵油會發(fā)生化學反應(yīng)的、含有顆粒塵埃的氣體。 旋片真空泵主要由定子、旋片、轉(zhuǎn)子組成。在泵腔內(nèi)偏心地裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子槽中裝有兩塊旋片，由于彈簧彈力作用而緊貼于缸壁(轉(zhuǎn)動后還有旋片離心力)。轉(zhuǎn)子和旋片將定子腔分成吸氣和排氣兩部分。當轉(zhuǎn)子在定子腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時周期性地將進氣口方面容積逐漸擴大而吸入氣體，同時逐漸縮小排氣口一側(cè)的容積將已吸入的氣體壓縮并從排氣閥排出。工作范圍大氣壓至1×10-2Pa。旋片式真空泵是利用轉(zhuǎn)子和可在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動的旋片的旋轉(zhuǎn)運動以獲得真空的一種變?nèi)輽C械真空泵。當采用工作液來進行潤滑并填充泵腔死隙，分隔排氣閥和大氣時，即為通常所稱的油封旋片真空泵。無工作液時，即為干式旋片真空泵。 在油封旋片真空泵中，國內(nèi)習慣上稱皮帶傳動的為旋片真空泵，而把泵與電 機直接連接或用聯(lián)軸器連接的稱為直聯(lián)旋片真空泵。在每種泵中，又有單級和雙級之分。在單級泵中，由于選用的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)不同，泵的極限壓力和用途也不同。它們的共同特點是結(jié)構(gòu)較簡單，使用方便，能從大氣壓力下起動，可直接排人大氣，偏心質(zhì)量較小，維護簡便，雙級泵的極限壓力為6×10-2～l×10-2Pa，一種單級泵可達4Pa左右，另一種單級泵為50～200Pa左右。 旋片式真空泵是真空泵的發(fā)展產(chǎn)物，是真空泵結(jié)合實際應(yīng)用的一個必然產(chǎn)物。真空系統(tǒng)是由真空泵、閥門、撲集器、導管等各種元件通過不同的連接形式組成的，就是真空室也是由多個部件，多種不同材料的組件組建而成的。這些各式各樣的零件要用不同的密封方法連接在一起，這些密封方法既要保證零件的可靠連接又要防止通過接頭發(fā)生漏氣，保證真空系統(tǒng)的密封質(zhì)量，把真空系統(tǒng)的漏氣率控制在一定范圍內(nèi)，所以真空密封是真空系統(tǒng)設(shè)計、裝配過程中的重要問題。有些真空密封除了要求不漏氣之外，還要求能夠允許電流傳輸、運動的傳輸、材料的遞送或者讓輻射傳輸。為了適應(yīng)各種不同要求，采用了很多種不同結(jié)構(gòu)形式的密封方法，用于真空密封的材料也很多。根據(jù)連接件的相互關(guān)系，密封方法、用途和材料的不同，可以對真空技術(shù)中所使用的密封方法進行分類?？偲饋碚f，根據(jù)被連接件的相互關(guān)系，可以將真空密封分為兩大類：靜密封連接和動密封連接。這些密封連接方法分別適用于不同的工作條件。而真空泵則是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為：利用機械、物理、化學或物理化學的方法對被抽容器進行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。 真空泵的極限真空或稱極限壓強是指經(jīng)過充分抽氣后所能達到的壓強最低的穩(wěn)定的真空度。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類已發(fā)展了很多種，其抽速從每秒零點幾升到每秒幾十萬、數(shù)百萬升。極限壓力(極限真空)從粗真空到10-12Pa以上的超高真空范圍。 工作壓強范圍是泵能正常工作的壓強范圍，由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類型的真空泵都不可能完全適用于所有的工作壓力范圍，只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求，使用不同類型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要，有時將各種真空泵按其性能要求組合起來，以機組型式應(yīng)用，依抽氣范圍由低至高分稱前級泵以及主泵。 1.2國內(nèi)外研究狀況 旋片式真空泵:五十年代這種泵在我國是隨著電子工業(yè)發(fā)展而發(fā)展起來的，可應(yīng)用于幾乎所有真空領(lǐng)域中。既可用于研究，也可用于生產(chǎn)場合，既可直接獲得粗真空和低真空可作為泵組的前級泵。真空行業(yè)廠幾乎都生產(chǎn)這類泵。目前，生產(chǎn)多為2x系列普速旋片式真空泵。由于沒有在各種不同狀況下使用的專用泵生產(chǎn)，同時很多人對真空泵應(yīng)用還不清楚，常常被用在不合理的抽氣場合，造大量噴油現(xiàn)象，并把環(huán)境中塵埃，工作中蒸汽或有腐蝕性氣體抽入泵內(nèi)，使泵很易損壞。加之我國生產(chǎn)旋片泵產(chǎn)品質(zhì)量普遍存在一定的問題，與國外產(chǎn)品相比噪聲大、功率高、重量重、旋片材料以及泵內(nèi)動密封還不過關(guān)，為國外同類品六十年代水平，使旋片泵成了易損品。目前，國內(nèi)也有小批量高速直聯(lián)旋片式真空泵生產(chǎn)，與國外同類型產(chǎn)品相比差距較大。無論是系列普速泵還是高速直聯(lián)泵，在性能參數(shù)和各項經(jīng)濟技術(shù)指標上還不可能達到國外八十年代水平。自1909年蓋德(W. Gaede)發(fā)明旋片泵并取得德國專利，1936年又發(fā)明氣鎮(zhèn)泵，1941年取得專利以來，旋片真空泵得到廣泛應(yīng)用和不斷完善。60年代末，國際上出現(xiàn)了提高轉(zhuǎn)速、直聯(lián)的小型化趨勢，70年代初出現(xiàn)了直聯(lián)系列產(chǎn)品，到80年代初，又推出了改進的系列產(chǎn)品，有多種可供用戶選配的附件，可以保護泵，或保護環(huán)境，泵本身結(jié)構(gòu)也有改進而使可靠性提高。[15]在泵的結(jié)構(gòu)方面，為了能在停泵時防止返油，有的設(shè)有能自動切斷油路的止回閥，有的設(shè)有進氣通道截止閥，有的為了能在泵開氣鎮(zhèn)運轉(zhuǎn)突然停電時自動切斷氣路來保持泵口處于真空狀態(tài)而設(shè)有油泵和控制結(jié)構(gòu)。[8]在附件方面，有消霧器、氣味過濾器、阻擋碎玻璃等雜物用的入口過濾器、灰塵過濾器、蒸汽凝結(jié)阱、化學阱，有控制泵溫以提高水蒸氣抽除率和保護泵的溫控水量調(diào)節(jié)閥。到了80年代末，90年代初，又推出了油過濾器、能監(jiān)視油溫、油壓、油質(zhì)等的電子顯示器，甚至可以與計算機聯(lián)接，進行自動控制，采用強制潤滑和風冷，使泵的連續(xù)工作入口壓力達10kPa，甚至更高，同一臺泵的適用范圍因而更大。在轉(zhuǎn)子與定子的相對位置上，也有人做了研究，例如采用偏側(cè)心，下偏心等。例如，德國的VAROVACS400F/FL, S630F/FL型單級油封旋片泵，采用下偏心結(jié)構(gòu)，重心低，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，易安裝，為制造大型旋片泵創(chuàng)造了條件。[2]最近幾年，我國的旋片泵生產(chǎn)取得了很大的進步，但由于加工工藝和設(shè)備落后，機械的加工水平不足，導致我國的旋片泵的技術(shù)水平仍然相對落后，難以滿足各大新興行業(yè)的需求。近年來，隨著我國電子科技、食品加工、醫(yī)療生產(chǎn)等方面的不斷進步，對旋片式真空泵的各項性能指標的要求也越來越高，急切需要更可靠、更高效的旋片泵產(chǎn)品來滿足國內(nèi)生產(chǎn)的需求。國外生產(chǎn)的旋片泵在性能上要領(lǐng)先國內(nèi)很多。 1.2.1國內(nèi)外的旋片泵產(chǎn)品性價比參數(shù)相差巨大 雖然近幾年來，國產(chǎn)旋片泵的性能指標，像;抽氣速率、極限真空、用油量、最高使用溫度等方面取得了一定的進步。但是在一些用戶比較關(guān)心的方面，如密封、重量、比功率、使用壽命、外形、噪聲等方面，與國外的同類產(chǎn)品相比還存在著很大的差距。國產(chǎn)旋片泵存在的問題具體表現(xiàn)在以下幾個方面： a. 抽氣效率過低：低泵的抽氣效率是指實際抽速與理論抽速之比。按照JB/T6533-1997《旋片真空泵》標準規(guī)定，2Pa時雙級泵的抽氣效率不應(yīng)低于45%, 1.5kPa時不低于80%。該項指標表示了泵的抽氣能力，旋片泵不合格產(chǎn)品中有80%是因為該項指標過低。 b. 存在噴油漏油現(xiàn)象：不噴油、不漏油是關(guān)系著環(huán)境保護的重要指標，對于制冷、半導體、電子、食品包裝行業(yè)來說都是不允許有噴油漏油現(xiàn)象的。當前旋片泵不合格產(chǎn)品中有20%是因為該問題的存在。 c. 噪聲過大：噪聲過高也是迫切需要解決的問題之一，旋片泵不合格產(chǎn)品中因為噪聲過高而導致不合格的產(chǎn)品占了20%。例如，按照JB/T6533-1997《旋片真空泵》波安排自己買規(guī)定，2升旋片泵的噪聲不得大于72dB，而實際上現(xiàn)實中有些泵的噪聲甚至高于75dB。 以上三個方面是目前國產(chǎn)旋片泵存在問題比較嚴重的地方。此外，在極限壓力、用油量、重量、最高使用溫度、外觀造型上都還有待提高。 2 2XZ-4型旋片式真空泵的工作原理 2XZ型旋片式真空泵系雙級高速直聯(lián)結(jié)構(gòu)旋片式真空泵（以下簡稱泵）。它有偏心地裝在泵腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子，及轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的旋片。轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)時，旋片緊貼腔壁，把進、排氣口分隔開來，并使進氣積腔容積周期性地擴大而吸氣，排氣腔容積則周期性地縮小而壓縮氣體，推開排氣閥排氣，從而獲得真空。泵內(nèi)裝有氣鎮(zhèn)閥。其作用是向排氣腔充入一定量空氣，以降低排氣壓力中的蒸汽分壓強，當其低于泵溫下的飽和蒸汽壓時，即可隨充入空氣排出泵外，而避免凝結(jié)在泵油中。具有延長泵油使用時間和防止泵油混水時間。但氣鎮(zhèn)閥打開時，極限真空將有所下降，溫升也有所提高。2XZ系列真空泵為雙級直聯(lián)結(jié)構(gòu)，它的工作性能由高壓級與低壓級二部分組成，它的吸入口與真空設(shè)備連接。在運轉(zhuǎn)時容器內(nèi)的氣體將大量吸入與排出，當設(shè)備獲得真空時，高壓級排氣閥封閉，高壓級吸入的氣體將轉(zhuǎn)送到第二級，并經(jīng)第二級吸入與排出，這樣真空設(shè)備可獲得一定的真空。如圖1為2XZ-4旋片式真空泵的工作原理示意圖。旋片泵主要由泵體、轉(zhuǎn)子、旋片、端蓋、彈簧等組成。在旋片泵的腔內(nèi)偏心地安裝一個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外圓與泵腔內(nèi)表面相切（二者有很小的間隙），轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有帶彈簧的二個旋片。旋轉(zhuǎn)時，靠離心力和彈簧的張力使旋片頂端與泵腔的內(nèi)壁保持接觸轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動旋片沿泵腔內(nèi)壁滑動。兩個旋片把轉(zhuǎn)子、泵腔和兩個端蓋所圍成的月牙形空間分隔成A、B、C三部分，如圖所示。當轉(zhuǎn)子按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，A空間的容積增加，壓力降低，氣體經(jīng)泵入口被吸入，此時處于吸氣過程;B空間的容積減小，壓力增加，處于壓縮過程;C空間的容積進一步縮小，壓力進一步增加，當壓力超過排氣壓力時，壓縮氣體推開泵油密封的排氣閥，處于向大氣中的排氣過程。在泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，不斷進行著吸氣、壓縮和排氣過程，從而達到連續(xù)抽氣的目的。如果排出的氣體通過氣道而轉(zhuǎn)入另一級（低真空級），由低真空級抽走，再經(jīng)低真空級壓縮后排至大氣中，即組成了雙級泵。這時總的壓縮比由兩級來負擔，因而提高了極限真空度。 圖2.1 旋片泵工作原理圖 1-泵體；2-旋片；3-轉(zhuǎn)子；4-彈簧；5-排氣閥 3 2XZ-4型旋片式真空泵的設(shè)計 3.1 設(shè)計要素 3.1.1 真空泵2XZ-4設(shè)計要求 a.深入理解旋片泵的工作原理、產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)、零部件結(jié)構(gòu)及相關(guān)的加工、裝配工藝，掌握一般的設(shè)計方法； b.正確選擇設(shè)計參數(shù)，學會處理產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量與經(jīng)濟性的關(guān)系； c.通過設(shè)計鞏固、深化、應(yīng)用所學的基礎(chǔ)理論和專業(yè)和知識。 3.1.2 真空泵2XZ-4設(shè)計參數(shù) 根據(jù)JB/T 6533-2005的規(guī)定，2XZ系列雙級高速直聯(lián)旋片泵應(yīng)滿足以下要求： 1. 極限真空：6.7×10-1（Pa）。 2.名義抽速：4L/s。 3.泵在100KPa～6KPa的入口壓力下，連續(xù)運轉(zhuǎn)時間不應(yīng)超過3min，并在入口通大氣時，1min內(nèi)無油噴現(xiàn)象。 4.泵必須附氣鎮(zhèn)裝置，以抽除一定量的可凝性氣體。 5.泵不應(yīng)有漏油現(xiàn)象，水冷泵不得漏水。 6.泵設(shè)計時幾何抽速應(yīng)為抽氣速率的1～1.2倍。 7.泵的工環(huán)境做溫度為5～40℃. 8.泵在連續(xù)運行500小時候，性能指標應(yīng)符的規(guī)定 3.2 電動機選擇 3.2.1電動機類型的選擇 根據(jù)電動機工作環(huán)境和電源條件，選用臥式封閉型Y(IP44)系列三相交流異步電動機B35型。 3.2.2 電動機功率的選擇 根據(jù)表1，抽速4L/s的旋片泵其配用電動機功率不應(yīng)大于0.55KW。 3.2.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 高速直聯(lián)泵轉(zhuǎn)速一般在1500 r/min左右，故電機的實際轉(zhuǎn)速可在1400～1600 r/min中選擇。 3.2.4 電動機型號的確定 電機額定功率P額=0.55kW，實際轉(zhuǎn)速n=1400r/min，由此選擇YS7114三相異步電動機，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表3.1所示。 表3.1 YS 7114電動機技術(shù)數(shù)據(jù) 電機 名稱 功率 kw 電流 A 電壓 V 頻率 HZ 轉(zhuǎn)速 r/min 效率 % 功率 因數(shù) YS711-4 0.55 0.83 220/380 50 1400 67 0.68 產(chǎn)品性能與特點:YS系列三相異步電動機按國家標準設(shè)計制造，具有高效、節(jié)能、噪聲低、振動小、壽命長、維護方便、起動轉(zhuǎn)矩大等特點，采用B級絕緣，外殼防護等級為IP44，冷卻方式為IC411，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，廣泛用于食品機械、風機各種機械設(shè)備等。 3.3 真空泵2XZ-4參數(shù)確定 3.3.1 2XZ-4的主要參數(shù)初選 a. 旋片數(shù)z的確定 此設(shè)計方案選擇旋片數(shù)為Z=2 b. 參數(shù)a的選取 泵的長徑比a=L/D，系數(shù)a取0.1~1.5之間.式中L為高真空級泵腔寬度；D為泵腔的直徑?？紤]泵的造型，加工要求等方面的因素，取a=1.0. c. 參數(shù)b的選取 b=d/D,系數(shù)b=0.75~0.9,式中d是轉(zhuǎn)子的直徑，對直聯(lián)泵，取b=0.8。 3.3.2 2XZ-4的主要幾何參數(shù)的確定 a. 旋片泵D，d，e的確定 （1） 初算泵腔直徑D 已知參數(shù)：a=1.0，b=0.80，sd=1L/s, z=2, n=1400r/min 旋片泵的幾何抽速sth= sd*1=1L/s; 容積利用系數(shù) ,其中fs如圖陰影面積，由cos=1-b得： =arcos（1-b）=arc（1-0.8）=78.463 2=156.926 故=0.8513 泵腔直徑D==44. =44.66 圓整得 D=45 （2）初算旋片泵轉(zhuǎn)子直徑d 已知 參數(shù)：D=45，b=0.8，旋片泵轉(zhuǎn)子直徑d=Db=36； 故圓整后d=35mm （3）初算高真空級泵腔寬度L 已知參數(shù)：D=45, a=1,則高腔寬度L=Da=45 mm 取L=44mm。 b. 校核幾何抽速sth 已知參數(shù)： n=1400r/min, Z=2, L=44mm, D=45mm,d=35mm. 可得：a’=L/D=44/45=0.98; b’=d/D=35/45=0.78; 故=0.8547. 由公式得 =1.128L/s 誤差為： 。 所以誤差滿足要求。所以旋片泵泵腔直徑D=45mm，轉(zhuǎn)子直徑d=35mm，偏心距=5mm。 c. 低級泵寬度L1的確定 旋片泵高級腔寬度L=45mm。壓縮比一般為1～，取=2 已知參數(shù)：L=44mm，=2，低腔寬度L1=L/=22mm，不需要圓整。 3.3.3 旋片的長度h和厚度B的確定 旋片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，頂端始終與泵腔接觸，并在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動。為防止旋片太短影響其自由滑動以及旋片的強度或者是因為旋片太長發(fā)生干涉，旋片長度應(yīng)該滿足：在兩旋片最接近時，旋片長度；在最大伸出量時，旋片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的長度h10.4h 。 a. 旋片長度h的確定 旋片位于水平位置時，旋片伸出總長最短，故由此位置確定旋片長度h。 -△ 式子中△=2—4mm，則可以選定h=20mm。 b. 旋片厚度B的確定 已知參數(shù)：2XZ-4; 旋片厚度B應(yīng)該滿足強度要求，同時還要考慮轉(zhuǎn)子槽的加工工藝性。其選擇可取B=6 c. 垂直位置校核 轉(zhuǎn)子處于垂直位置時，旋片伸出量為轉(zhuǎn)子總長度50%，旋片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的長度h=0.50h≥0.4h，滿足要求。 3.3.4 進排氣尺寸的確定 a. 進氣口直徑d進的確定 由表1查得，旋片泵2XZ—4的進氣口d進 =20mm， b. 排氣口直徑d排的確定 為保證排氣順暢，排氣面積可?。? 式子中sth是排氣級的幾何抽速，V是排出氣流的速度，v=2030m/s，取v=25m/s 因為壓縮比為2，故此次設(shè)計采用中間排氣閥，若排氣口為圓孔，數(shù)目為n，不防設(shè)n==2。排氣口安排如下，中間排氣閥數(shù)目n1=1，其排氣口的面積均相同。 實際排氣口直徑與計算值F的關(guān)系為： mm2 中間排氣閥的數(shù)目是n1=1，低真空級腔的排氣閥的數(shù)目n2=1， d排=5.34mm 圓整后取d排1=d排2 =5mm 3.3.5 旋片泵的電極功率校核 a. 旋片泵的最大功率時吸氣口壓強p吸的計算 已知參數(shù)：p排 =110kpa，多變指數(shù)k=1.2，過載系數(shù)=1.3機械效率m=0.78，采取直聯(lián)的方式，所以效率n =1。 旋片泵的功率N； 當旋片泵功率N出現(xiàn)最大時，吸氣口壓強p吸 : b. 旋片泵最大功率的計算 已知參數(shù)：p排 =110kpa，多變指數(shù)k=1.2，sth= 1.128L/s; 旋片泵最大功率Nmax=p排 ， c.電動機功率的校核 已知參數(shù)：Nmax=49.51w，過載系數(shù)=1.3，機械效率m=0.78，直聯(lián)的效率n =1。 電動機的實際功率為 所以電動機的選擇符合要求。 3.4 軸的計算 3.4.1 聯(lián)軸器的選擇 已知參數(shù)：電機型號YS711-4，P額=0.55kW，n=1400r/min,電動機的軸伸直徑d=14mm； a. 類型選擇：為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器；聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及安裝固定結(jié)構(gòu)如圖3.1 圖3.1 旋片泵聯(lián)軸器實際結(jié)構(gòu)圖 載荷計算：公稱轉(zhuǎn)矩T=9.55×10×0.55/1400=3.751 N·m 由表4.1 查得KA=1.3， 故計算轉(zhuǎn)矩 Tca=Ka·T=1.3×3.751=4.8763 N·m。 表3.1 工作情況系數(shù)KA 工作機 KA 原動機 分類 工作情況及舉例 電動機汽輪機 四缸及四缸以上內(nèi)燃機 雙缸內(nèi)燃機 單缸內(nèi)燃機 Ⅰ 轉(zhuǎn)矩變化很小，如小型離心泵、發(fā)電機 1.3 1.5 1.8 2.2 Ⅱ 轉(zhuǎn)矩變化大并有強烈沖擊載荷，如無飛輪的活塞泵 3.1 3.3 3.6 4.0 b. 型號選擇:從GB/T5272-1985中查得HL1型梅花型彈性聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為45 ，許用最大轉(zhuǎn)速為1500r/min，軸徑為14mm之間，故合用 3.4.2 軸的強度校核 軸受有不大的彎矩，這里只按軸所受的扭矩來計算軸的強度。 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 式中:-----扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa;見表4-3。 T-----軸所受的扭矩，； WT-----軸的抗扭截面系數(shù)，； n-----軸的轉(zhuǎn)速，; P-----軸傳遞的功率，; d-----計算截面處軸的直徑，； 表4-3 軸常見幾種材料的及A0值 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、3Cr13 / MPa 15～25 20～35 25～45 35～55 A0 149～126 135～112 126～103 112～97 說明：表中值是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。 在下述情況時，取較大值，A0取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、軸只做單向旋轉(zhuǎn)；反之，取較小值，A0取較打值。此次設(shè)計，采用45作為軸的材料，故可取A0=115。 由上式可得軸的直徑 式中。 這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑dmin,故dmin=5.83mm。 對于直徑d 100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑應(yīng)增大5%～7%，故 d=（1+7%）dmin=6.23mm<14mm， 由此，聯(lián)軸器所聯(lián)接的軸的強度足夠。 4 2XZ-4型旋片式真空泵的注意事項 2xz-4型旋片式真空泵系雙級直聯(lián)結(jié)構(gòu)旋片真空泵(以下簡稱泵)。它有偏心地裝在泵身腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子，及轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的兩旋片。轉(zhuǎn)子帶動旋片旋轉(zhuǎn)時，旋片借離心力和旋片彈簧的彈力緊貼體; 腔容積周期性地擴大而吸氣，排氣腔容積則周期性地縮小而壓縮氣體，借壓縮氣體壓力和油推開排氣閥排氣，從而獲得真空。2xz-4型泵裝有氣鎮(zhèn)閥。其作用是向排氣腔充入一定量空氣，以降低排氣壓力中的蒸汽分壓強，當其低于泵溫下的飽和蒸汽壓時，即可隨充入空氣排出泵外，而避免凝結(jié)在泵油中。具有延長泵油使用時間和防止泵油混水時間。但氣鎮(zhèn)閥打開時，極限真空將有所下降，溫升也有所提高。 泵應(yīng)安裝在清潔、平坦、干燥和通風良好的場所，盡量保持泵溫在15℃-40℃為宜。泵裝有手柄、橡膠機腳，除運輸及用于移動裝置外，只要安放平穩(wěn)即可。安裝在精密儀器設(shè)備上使用，可安裝尺寸，采用螺釘固定。裝接電源時，應(yīng)按電機標牌的規(guī)定接線。應(yīng)注意電機旋轉(zhuǎn)方向與支座上的箭頭方向應(yīng)一致，即從電機風扇一端看，葉輪應(yīng)為順時針轉(zhuǎn)，如轉(zhuǎn)向不符，對單向電機，將出線K1與K2調(diào)接，對三相電機，只要將三根出線中的任意兩種對調(diào)即可。為使用安全，應(yīng)裝接地電線。連接被抽容器的管道，其直徑應(yīng)不小于泵的進氣口直徑，且管道應(yīng)短和彎頭少，以減少10托以下的抽速損失。管道、被抽容器及聯(lián)接處應(yīng)密封無泄漏。 當泵敞通大氣起動時，排氣口會有少量油霧排出，如恐影響工作環(huán)境，可用軟管將排出油霧引出至室外。泵有防止停泵后返油和保持泵口真空的措施，一般無須在泵口裝接電磁閥。 泵及其四周環(huán)境應(yīng)經(jīng)常保持清潔，防止雜物進入泵內(nèi)。泵的運轉(zhuǎn)過程中，油箱內(nèi)的存油量不得低于油標中心。不同種類和牌號的真空泵油，不可混合使用。 泵在使用中，因系統(tǒng)損壞等特殊事故，進氣口突然暴露大氣時，應(yīng)盡快停泵，并切斷與系統(tǒng)連接的管道，防止噴油、污染場地。泵由于存放或使用不當，水份或其它揮發(fā)性物質(zhì)進入泵內(nèi)而影響極限真空時，可開氣鎮(zhèn)閥凈化之。當泵油受到機械雜質(zhì)或化學雜質(zhì)污染時，應(yīng)更換泵油。換油步驟如下：先開泵運轉(zhuǎn)約半小時，使油變稀，停泵！旋下放油塞，放出臟油，再敞開進氣口運轉(zhuǎn)1-2分鐘，此間可從進氣口緩緩加入小量清潔的真空泵油，沖洗泵芯。臟油放回后，將放油塞旋上，并擰緊：旋下加油塞，利用漏斗，從加油口加入清潔的真空泵油，旋上加油塞。 查看油位時，以停泵時注油至油標中心為宜。過低對排氣閥不能起封油作用，影響真空度。過高，啃了個會引起通大氣啟動時噴油。運轉(zhuǎn)時，油位有所升高，屬于正?，F(xiàn)象。油采用規(guī)定牌號的清潔真空泵油，從注油孔加入。加油完畢后，應(yīng)旋上螺塞。油宜經(jīng)過濾，以免雜物進入，堵塞油孔。 泵可在通大氣或任何真空度下一次起動，泵口如裝接電磁閥，應(yīng)與泵同時動作。 環(huán)境溫度過高時，油的溫度升高，粘度下降，飽和蒸汽壓會增大，會引起極限真空有所下降，特別是用熱偶計測得的全壓強。如加強通風散熱，或改善泵油性能，極限真空可得到改善。 檢查泵的極限真空以壓縮式水銀真空計為準，如計經(jīng)充分預抽效驗，泵溫達到穩(wěn)定，泵口與計直接接通，運轉(zhuǎn)30分鐘內(nèi)，將達到極限真空?？倝簭娪嫓y得之值與泵油和真空計、規(guī)管誤差有關(guān)，有時誤差甚至可能很大，只能作參考。 如相對濕度較高，或被抽氣體含較多可凝性蒸汽，接通被抽容器后，宜打開氣鎮(zhèn)閥，運動20~40分鐘后關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥。停泵前，可開氣鎮(zhèn)閥空載運動30分鐘，以延長泵油壽命。 泵不用時，應(yīng)用橡皮塞帽，把進、排氣口塞好。以免臟物落入泵內(nèi)。倘若泵在工作過程中被污染，則須進行拆洗。這項工作需要慎重。注意拆裝步驟，以免損壞機件。 5 2XZ-4型旋片式真空泵常見故障和排除 5.1旋片式真空泵的保養(yǎng)、拆卸及其裝配 5.1.1旋片式真空泵的保養(yǎng) （1）泵及其四周環(huán)境應(yīng)經(jīng)常保持清潔，防止雜物進入泵內(nèi)。 （2）泵的運轉(zhuǎn)過程中，油箱內(nèi)的存油量不得低于油標中心。 （3）不同種類和牌號的真空泵油，不可混合使用。 （4）泵在使用中，因系統(tǒng)損壞等特殊事故，進氣口突然暴露大氣時，應(yīng)盡快停泵，并切斷與系統(tǒng)連接的管道，防止噴油、污染場地。 （5）泵由于存放或使用不當，水份或其它揮發(fā)性物質(zhì)進入泵內(nèi)而影響極限真空時，可開氣鎮(zhèn)閥凈化之。當泵油受到機械雜質(zhì)或化學雜質(zhì)污染時，應(yīng)更換泵油。換油步驟如下：先開泵運轉(zhuǎn)約半小時，使油變稀，停泵！旋下放油塞，放出臟油，再敞開進氣口運轉(zhuǎn)1-2分鐘，此間可從進氣口緩緩加入小量清潔的真空泵油，沖洗泵芯。臟油放回后，將放油塞旋上，并擰緊：旋下加油塞，利用漏斗，從加油口加入清潔的真空泵油，旋上加油塞。 （6）泵不用時，應(yīng)用橡皮塞帽，把進、排氣口塞好。以免臟物落入泵內(nèi)。 （7）倘若泵在工作過程中被污染，則須進行拆洗。這項工作需要慎重。注意拆裝步驟，以免損壞機件。拆裝步驟如下： 5.1.2 旋片式真空泵的拆卸 (1)放油。 (2)松開進氣咀壓板螺釘、氣鎮(zhèn)閥壓板螺釘，拔出進氣咀和氣鎮(zhèn)閥。 （3)拆下油箱。 (4)拆除止回閥開口肖，拆下止回閥葉輪。 (5)拆除支座與泵身的連接螺釘，拆下泵部裝件。 (6)松開前后蓋螺釘，拆下前、后泵蓋。拔出兩轉(zhuǎn)子，旋片及彈簧。切勿損壞零件的工作表面及定位孔。 5.1.3 旋片式真空泵的裝配 (1)擦凈零件，疏通油孔 (2)把旋片及彈簧裝入高級轉(zhuǎn)子槽內(nèi)后，把高級轉(zhuǎn)子裝入泵身內(nèi)，裝上高級泵蓋、肖、螺釘、鍵、軸套等，用手旋轉(zhuǎn)，應(yīng)無滯阻和明顯輕重。 (3)低級轉(zhuǎn)子裝配同上。 (4)裝止回閥葉輪部件，應(yīng)使止回閥平面對準進油咀孔。用于輕輕擋住葉輪并旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，油孔應(yīng)時開時閉，調(diào)整閥頭平面最大開啟高度為0.8-1.1mm。 (5)裝上泵部的排氣閥、擋油板等零件。 (6)把泵部件、鍵、軸套、電機裝在支座上。 (7)裝油箱。 (8)插入進氣咀、氣鎮(zhèn)閥、裝上壓板，螺釘緊固。 注意： 1)裝配時，各摩擦面應(yīng)涂上清潔的真空泵油。 2)記住零件的原裝配位置，可減少跑合時間。 3)緊固體應(yīng)無松動，緊固時應(yīng)均勻施力。 4)對磨損零件應(yīng)檢查，并酌情修理或調(diào)換。 5)總裝結(jié)束后，可以從泵進氣口加入少量泵油，然后用手轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時，手的感覺應(yīng)是阻力均勻，無明顯阻滯現(xiàn)象。 6)觀察運轉(zhuǎn)情況和泵口測量極限真空，不合要求時，應(yīng)加以調(diào)整。 7)在檢修泵的同時，亦應(yīng)對系統(tǒng)管道，閥門和電機等加以清理檢修。 5.1.3 旋片式真空泵常見故障及其排除方法如下： a. 極限真空不高及其排除： (1)油位太低，使不得對排氣缸起油封作用，旋去加油螺塞后有較大排氣聲，并有油霧，證實油位太低，加油即可排除。 (2)油為可凝性蒸汽凈化而導致之真空度上升，可開氣鎮(zhèn)污染或換新油。 (3)泵口外接彈道、容器、測試量具彈道接一品透氣，大漏時，旋去加油螺塞有大的排氣聲，并有氣和油霧排出，應(yīng)找漏，肅清之。 (4)吸上呼吸道或氣鎮(zhèn)閥橡膠件拆卸不當，敗壞或老化應(yīng)調(diào)整或更替。 (5)油孔阻塞，真空度上升，可放油拆下油箱，松開油腔滑調(diào)壓板，插入進油腔滑調(diào)，暢通油孔，放量不要用紗頭擦整機。 (6)真空零碎有重大凈化，囊括容器、彈道等，應(yīng)予蕩滌。 (7)旋片繃簧斷裂，應(yīng)予調(diào)新。 (8)旋片、轉(zhuǎn)子或襯套磨損，應(yīng)予審查，修整或調(diào)換。 (9)泵溫過高，這豈但使油粘度上升，飽和蒸氣壓升高，還可能造成泵油裂解。應(yīng)改善透風結(jié)冰，升高條件熱度。如所抽氣體熱度太高，應(yīng)予先結(jié)冰后再進入泵內(nèi)，條件熱度高，應(yīng)放量采納較好的高速真空泵油或3#放散泵油。 (10)因為整機的變形磨損或挪動使止回閥頭的最大開啟高低升高乃至使不得開啟，進油過少而使真空度升高，應(yīng)調(diào)整，詳見拆卸全體。 b. 真空泵噴油:審查油位是否過高，油氣結(jié)合器有無泵油或雜品，擋油板地位是否錯誤、牢固、吸氣口、氣鎮(zhèn)閥的墊好，減霧器是否裝好。 c. 漏油:查看放油螺塞、油標、油箱墊片是否敗壞或拆卸不當，有機玻璃有無過熱變形，應(yīng)調(diào)整更替或升高油溫。 泵與支座的聯(lián)接螺絲未墊好，未擰緊，油封拆卸不當或磨損，也會漏油，但不會凈化場地，不重大的可接續(xù)運用，重大的應(yīng)更替油封、墊圈或調(diào)整拆卸。旋片真空機組 d. 噪聲過大:可因旋片繃簧斷裂，進油量增大，軸承磨損，整機敗壞而有所增大，應(yīng)審查，調(diào)整或更替。旋片運動不暢也會導致噪聲增大，條件熱度高，旋片熱收縮，旋片薄厚與旋子配合過緊時應(yīng)把旋片改薄，薄厚間隙可為0.09-0.14mm。 e. 返油:止回閥未關(guān)好，停泵后油位很快上升，可再開再停，視察變遷或拆開審查，止回閥頭老化變形松動，調(diào)換之。二泵蓋內(nèi)油封拆卸不當或磨損或老化松動，調(diào)換之。泵蓋或轉(zhuǎn)子立體夾板氣坦，修整。 f. 泵油發(fā)黑，油溫較高，可因油封外圓松動:與旋子產(chǎn)生附著導致，應(yīng)及時更替油封，免得敗壞旋片，油封外徑應(yīng)予測量，宜選大一點的。 6 總結(jié) 由于目前對旋片式真空泵的相關(guān)研究比較少，本文對旋片式真空泵只是進行了初步的研究工作。本設(shè)計論文是2XZ-4旋片式真空泵的設(shè)計過程。設(shè)計內(nèi)容主要涉及到機械運動學、機械設(shè)計學、材料力學等多方面的內(nèi)容。這次設(shè)計，貫穿了我們大學四年學校的基本專業(yè)學科，不僅鞏固了我所學過的知識，還擴大我們的知識面。 在設(shè)計過程中，通過老師的指導和督促，我明白了設(shè)計的重點所在，并掌握了設(shè)計的方法在于整體把握，分布設(shè)計。由于設(shè)計中涉及到真空泵系統(tǒng)的設(shè)計和工程繪圖，所以通過設(shè)計，我掌握了設(shè)計的流程和方法，增強了以后的設(shè)計觀念和設(shè)計方向，掌握了繪圖中的一些技巧，提高了熟練度。 總之，通對過2XZ-4旋片式真空泵的設(shè)計，對常用真空泵要求有了深刻的理解和認識，掌握了真空泵結(jié)構(gòu)特點選擇，及設(shè)計計算方法，擴張了我的知識面，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 致謝 四年前，我懷著對大學一如往昔的深愛、向往與期待重新踏入校園。四年后，“文以治國、工以立、商以富國”的信念，讓我必須滿懷使命、挺起胸膛的說：“我們，以及我們正在把握和即將把握的企業(yè)，理應(yīng)成為中國經(jīng)濟崛起的脊梁?！? 四年充實的生活告訴我，民族需要掌握先進理念、具有國際視野、熟悉具體環(huán)境的實戰(zhàn)先鋒；也告訴我，只有不斷經(jīng)歷考驗、挫折、甚至失敗，才能逼近我們最終的理想。生于斯時，長于斯境，唯有以雙倍的努力、十倍的耐心、百倍的豪情和千倍的執(zhí)著來完成原賦的使命。 四年的大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應(yīng)用到實際工作中去。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護。 學友情深，情同兄妹。四年的風風雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。 在我的十幾年求學歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學習條件，我才能順利完成完成學業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。 在此，首先要對我的恩師，致以最深的感謝。在我懵懂時，他用振聾發(fā)聵的棒喝讓我警醒；在我迷失時，他用循循善誘的教誨抹去我心頭的塵埃；在我痛苦時，他的精神力量讓我在心底始終擁有支撐。生有吾父，教有吾師，幸甚。 在論文的寫作過程中，我要感謝我的同窗、朋友們，在最后時刻對文章的指導，他們起到了決定性的作用，是他們用最真摯的情感和最實際的援助，幫我渡過了一處處的難關(guān)，沒有他們論文就無法順利完成。 另外，我還要感謝圖書館的各位老師，在校圖書館查找資料的時候，他們給我提供了很多方面的支持與幫助。主動幫我推薦資料和圖書，使我接觸到了許多該方面的書籍，對后期論文的寫作起到了決定性的作用。 最后要感謝的是我的父母，他們期待的目光、未來的責任和時時可以尋求的慰藉，是我不斷進取的力量源泉。 參考文獻 [1] 楊乃恒.真空獲得設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社1996. 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