四級(jí)三葉直排大氣式羅茨真空泵設(shè)計(jì)

資源目錄里展示的全都有預(yù)覽可以查看的噢，，下載就有,,請(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】==================== - 1 - 第一章第一章 引言引言當(dāng)今，全球在化干泵上發(fā)展的很快。這種泵性能好，優(yōu)點(diǎn)多，值得研究開發(fā)。但是，我國(guó)在這方面發(fā)展的不算太快，為了促進(jìn)化干泵在國(guó)內(nèi)的開發(fā)利用，我們參考了美國(guó)的斯托克斯化干泵和日本的株式真空泵，并結(jié)合如今市場(chǎng)的需要，嘗試設(shè)計(jì)了一臺(tái)抽速 200L/S 的四級(jí)三葉直排大氣式的羅茨真空泵。 設(shè)計(jì)中，對(duì)三葉羅茨泵的原理作了簡(jiǎn)要概述。轉(zhuǎn)子型線是羅茨泵的核心，本次設(shè)計(jì)從泵的性能抽速方面考慮，采用了容積利用系數(shù)最大的內(nèi)外圓弧加擺線型轉(zhuǎn)子。在泵的設(shè)計(jì)計(jì)算中詳細(xì)討論了三葉轉(zhuǎn)子的嚙合情況，并具體計(jì)算了泵的各級(jí)壓縮比、總體壓縮比，最終推導(dǎo)出該泵的極限真空度。專題部分分析了泵的散熱情況、冷卻形式及冷卻系統(tǒng)。由于該泵是從極限真空度直排大氣，泵的總體壓縮比較高，壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，傳到泵體和轉(zhuǎn)子上，使得轉(zhuǎn)子和泵體的膨脹，可能造成轉(zhuǎn)子與泵體的接觸摩擦，影響泵的運(yùn)轉(zhuǎn)抽氣過程，嚴(yán)重的可能造成轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)卡死，使泵不能正常工作。因此在設(shè)計(jì)中我們采用了水冷系統(tǒng)。在水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，計(jì)算了泵的壓縮氣體溫度，并最終得出了冷卻水消耗量，冷卻系統(tǒng)更加完善。- 2 -第二章第二章 羅茨泵概述羅茨泵概述羅茨真空泵（簡(jiǎn)稱羅茨泵）是一種無內(nèi)壓縮的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菔秸婵毡?，它是由羅茨鼓風(fēng)機(jī)演變而來的。根據(jù)羅茨泵工作壓力范圍的不同，它可分為直排大氣的干式羅茨泵和濕式羅茨泵，這種羅茨泵屬于低真空羅茨泵；此外還有中真空羅茨泵（機(jī)械增壓泵）和高真空羅茨泵。近年來，羅茨泵得到了廣泛的應(yīng)用。一般來說，羅茨泵具有以下特點(diǎn)：(1)、在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；(2)、設(shè)有旁通溢流閥可在大氣壓下啟動(dòng)，縮短了抽氣時(shí)間；(3)、轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵壁之間有間隙，泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)件無摩擦，不需潤(rùn)滑，泵腔內(nèi)無油；(4)、轉(zhuǎn)子形狀對(duì)稱，動(dòng)平衡性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，選擇高精度的齒輪傳動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音低；(5)、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，通常選臥式結(jié)構(gòu)，泵腔內(nèi)氣體垂直流動(dòng)，有利于被抽的灰塵或冷凝物的排除；(6)、選擇適宜的轉(zhuǎn)子型線和精細(xì)的研磨加工，可獲得較高的容積效率；(7)、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低。羅茨泵在真空工程領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，一般與前級(jí)泵（旋片泵，滑閥泵和水環(huán)泵等）串聯(lián)構(gòu)成機(jī)組，在中真空范圍，作為機(jī)械增壓泵來應(yīng)用；雙級(jí)或多級(jí)羅茨泵機(jī)組可獲得高真空；對(duì)于干式清潔無油的抽氣系統(tǒng)多用氣冷式羅茨泵機(jī)組；對(duì)于含水蒸氣的被抽系統(tǒng)，多用濕式羅茨泵。由于羅茨泵轉(zhuǎn)子形狀對(duì)稱，轉(zhuǎn)子可在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，故泵的抽速很高（可高達(dá) 100000以上） ，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。因而，羅茨泵在冶金、石油hm3- 3 -化工、輕工造紙、電工電子以及食品等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。- 4 -第三章第三章 四級(jí)三葉直排大氣式羅茨泵設(shè)計(jì)四級(jí)三葉直排大氣式羅茨泵設(shè)計(jì)3.1 工作原理工作原理這種泵類似多級(jí)壓縮機(jī)，每一級(jí)都有一對(duì)三葉羅茨轉(zhuǎn)子，軸與轉(zhuǎn)子一體化設(shè)計(jì)，在軸的外伸端用軸承支撐。主動(dòng)轉(zhuǎn)子和從動(dòng)轉(zhuǎn)子采用一對(duì)高精度齒輪相互嚙合傳動(dòng)，以保證其正確的相位。不相接觸的螺紋密封將各級(jí)之間相互隔開，各級(jí)間氣體通過泵體內(nèi)的斜式氣體通道來傳輸。該泵是由一對(duì)三葉轉(zhuǎn)子構(gòu)成的容積式真空泵，其抽氣過程如圖 31 所示。泵腔內(nèi)兩轉(zhuǎn)子對(duì)稱平行放置，朝彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)，由軸端齒輪驅(qū)動(dòng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。兩轉(zhuǎn)子之間無接觸，轉(zhuǎn)子與泵腔壁葉無接觸，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵腔間的間隙靠氣體對(duì)流來密封。抽氣過程可概述如下：羅茨泵工作時(shí)，被抽氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入轉(zhuǎn)子與泵體之間，這時(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)子葉和泵體把氣體與進(jìn)氣口隔開，被隔開的氣體(如圖所示)在轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)過程中，被送到排氣口。如圖中 2 雙斜線區(qū)域所示，假設(shè)該區(qū)域體積為，0V空間處在封閉狀態(tài)，因此沒有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子的峰部轉(zhuǎn)到冷卻氣體返0V流口時(shí)，從排氣口排出并經(jīng)冷卻的氣體就會(huì)從返流口處擴(kuò)散到，使封閉的氣0V體溫度降低，從而冷卻轉(zhuǎn)子，此時(shí)，被封閉的氣體壓力升高。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到0V時(shí)，另一轉(zhuǎn)子的兩個(gè)葉和泵體之間封閉了的氣體；旋轉(zhuǎn)到時(shí)，轉(zhuǎn)子600V120的另一面和下一轉(zhuǎn)子又封閉了的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子的峰部再轉(zhuǎn)動(dòng)到排氣口邊緣時(shí)，0V由于部分的氣體還是比排氣口處的壓力低，為了使相連體積內(nèi)壓力均勻，排0V- 5 -氣口處的氣體就會(huì)擴(kuò)散到區(qū)域，其擴(kuò)散方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)0V動(dòng)時(shí)，把氣體壓縮到排氣口處將其排出。轉(zhuǎn)子再旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一轉(zhuǎn)子和泵0V60壁封閉的氣體葉開始排出。如此往復(fù)從而達(dá)到了抽氣的目的。這種工作過程0V相當(dāng)于轉(zhuǎn)子空間由某一最小值增加到某一最大值，然后再由最大值減小到最小值。這就是羅茨泵的容積作用原理。羅茨泵在入口壓力很低的情況下工作時(shí)，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高(2900)，min/r轉(zhuǎn)子表面的線速度接近于分子的熱運(yùn)動(dòng)速度，這時(shí)碰撞到轉(zhuǎn)子上的氣體分子被轉(zhuǎn)子攜帶到壓力較高的排氣口，釋放排出。這就是羅茨泵的分子作用原理。- 6 -圖 31 三葉羅茨泵抽氣過程示意圖由泵的工作原理圖可知，在每一腔中，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，向出口側(cè)排送 6體積的氣體()。從泵的工作原理可以看出，這種泵有冷卻作用、冷凝作用、06V和通過一個(gè)回收系統(tǒng)清潔回收冷凝物質(zhì)的作用。該種化干泵的原理很簡(jiǎn)單，包括如下四條：(1)、三葉外形設(shè)計(jì)取代了一般增壓泵的兩葉設(shè)計(jì)；(2)、多級(jí)設(shè)計(jì)，允許增壓泵實(shí)現(xiàn)一個(gè)真正的機(jī)械泵的性能；- 7 -(3)、返流冷卻，將出口處氣體的一部分重新導(dǎo)入該級(jí)泵腔，散去一部分壓縮熱，從而進(jìn)一步降低了級(jí)間的壓差；(4)、級(jí)間冷卻，降低溫度升高，從而降低級(jí)間壓差。利用這四條就能使泵的排氣口壓力稍高于大氣壓，采用多級(jí)則允許多級(jí)壓縮比被控制在最小，較低的壓縮比使得對(duì)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵壁間的間隙要求降低，從而提高了泵對(duì)微粒雜質(zhì)的承受能力。3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、泵體的結(jié)構(gòu)形式羅茨泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子在泵體中如何安裝，決定了泵的總體結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)外的羅茨泵大致油三種形式：第一種為立式，特征是兩平行軸所在平面垂直水平面，進(jìn)、排氣口成水平位置。這種結(jié)構(gòu)裝配和連接比較方便，但泵重心較高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性差，多用于小泵。第二種為臥式，特征是兩平行軸所在平面平行與水平面，泵的進(jìn)氣口在上，排氣口在下，有時(shí)排氣口水平方向接出。這種結(jié)構(gòu)重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性好，一般用于大、中型泵。第三種為兩轉(zhuǎn)子軸鉛直安裝。這種結(jié)構(gòu)裝配間隙容易控制，大、中、小形泵均可采用。但是電機(jī)的位置不同，又會(huì)有不同的缺陷：電機(jī)在上方，泵的重心高，使得運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差；電機(jī)在泵的側(cè)面，則多出一個(gè)齒輪傳動(dòng)副，使得機(jī)體龐大。在本次設(shè)計(jì)中，由于轉(zhuǎn)速較高（2900） ，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵壁min/r間的特征間隙要求較嚴(yán)格，采用了穩(wěn)定性較好的臥式結(jié)構(gòu)。二、傳動(dòng)方式- 8 -羅茨泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子是通過一對(duì)高精度齒輪來實(shí)現(xiàn)其相對(duì)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的，主動(dòng)軸通過皮帶輪或連軸節(jié)與電動(dòng)機(jī)連接。其一是電動(dòng)機(jī)與齒輪放在轉(zhuǎn)子的同一側(cè)。這時(shí)從動(dòng)轉(zhuǎn)子的扭矩由電機(jī)端齒輪直接傳遞，所以主動(dòng)轉(zhuǎn)子軸的扭轉(zhuǎn)變形小，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間的間隙不會(huì)因主動(dòng)轉(zhuǎn)子軸扭轉(zhuǎn)變形較大而改變，故間隙在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較均勻。缺點(diǎn)是：主動(dòng)軸上有三個(gè)軸承，不便于加工和裝配，葉不利于齒輪的拆裝和檢查，整個(gè)結(jié)構(gòu)不勻稱，重心偏向于電動(dòng)機(jī)和齒輪箱一側(cè)，所以很少采用。另一種是電機(jī)和齒輪分設(shè)在轉(zhuǎn)子兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)克服了上述的缺點(diǎn)，但主動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)變形較大，為了不影響轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中間隙有較大的變化，要求軸有足夠的剛度。轉(zhuǎn)子與軸固結(jié)為一體以提高軸的剛度。這種結(jié)構(gòu)拆卸和裝配都很簡(jiǎn)便。 圖 32 羅茨泵的傳動(dòng)形式除以上兩種形式外，對(duì)于大、中型泵，用兩臺(tái)同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子也是可以的，但在電力設(shè)施的控制方面要求比較精確。三、密封結(jié)構(gòu)(1)、主動(dòng)軸外伸部分的動(dòng)密封多采用雙端面摩擦式機(jī)械密封和戴加強(qiáng)環(huán)的皮碗密封。機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，功耗小，允許線速度大；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造- 9 -成本高。皮碗密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但功耗大，且易磨損。此外，還有采用真空電機(jī)，就免去了主動(dòng)軸外伸部分動(dòng)密封，為了防止繞組線圈在真空下起弧，電機(jī)電源電壓應(yīng)小于 50 伏。有的使用屏蔽電機(jī)，無外伸軸端密封的問題，且電機(jī)電源為一般工業(yè)用電電壓。(2)、齒輪箱與泵體之間的軸封通常采用迷宮式密封、反螺旋式密封或活塞脹圈密封。(3)、泵體端蓋靜密封有的采用真空耐油橡膠圈密封。當(dāng)羅茨泵端蓋不是圓形時(shí)，加工密封槽不方便。還有采用有機(jī)硅室溫硫化橡膠膜密封的，密封可靠并且不用加工密封槽。四、泵的潤(rùn)滑羅茨泵的潤(rùn)滑部位主要有三處：軸封、齒輪和軸承。齒輪和軸承的潤(rùn)滑考齒輪的浸潤(rùn)和甩油盤濺油潤(rùn)滑，而軸封則可采用滴油杯滴油潤(rùn)滑。五、泵的特點(diǎn)本泵是在參考美國(guó)的斯托克斯化干泵和日本的株式化干泵的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。這種泵不用液體密封，沒有污染性的液體雜質(zhì)參與抽氣過程，采用內(nèi)部回流加外部水冷的冷卻系統(tǒng)，不會(huì)產(chǎn)生污染性流體。其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)概括如下：1、機(jī)械簡(jiǎn)單可靠 (1)、多級(jí)機(jī)械增壓泵，采用全局式的內(nèi)部氣體回流和外部水冷的冷卻系統(tǒng)。 (2)、三葉轉(zhuǎn)子平衡性好，可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速，提高抽氣速率，提高真空度。 (3)、抽氣過程為連續(xù)過程，從極限真空度到大氣壓均可正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。- 10 - (4)、在泵腔那采用統(tǒng)一的機(jī)械間隙，部件間不會(huì)相互干涉碰撞。這種這種泵的優(yōu)點(diǎn)： (1)、抽氣壓力廣泛，從大氣壓到極限真空度均可直排大氣，正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2)、振動(dòng)小，噪音遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于典型的油封式羅茨泵。(3)、活動(dòng)部件不會(huì)磨損，不要求有替補(bǔ)件。2、完全干性多孔清除和熱交換器可調(diào)，允許抽取有侵蝕性化學(xué)物質(zhì)和有毒物質(zhì)的氣體而不會(huì)使其在泵里冷凝。腐蝕性的副產(chǎn)物不會(huì)在泵里累積，當(dāng)抽除干性腐蝕性氣體時(shí)，泵內(nèi)的零件就不會(huì)損壞。3、潔凈特性氣體通道里沒有油和其它密封液體，泵腔內(nèi)沒有油擴(kuò)散，抽氣性能得到了提高。4、安全性（1） 、密封為線性機(jī)械式密封，分腔設(shè)計(jì)，零件之間沒有接觸摩擦。（2） 、泵的設(shè)計(jì)方案減少了冷阱裝置，氮?dú)庠吹呐渲煤臀廴居偷呐欧藕驮偬幚磉^程。從這兩點(diǎn)可以看出：（1）該泵避免了內(nèi)外氣體泄漏；（2）泵的排出氣體不含油霧；（3）減少了廢過濾器和廢油的再處理和危害，有更安全的操作性和對(duì)環(huán)境的保護(hù)。5、其它特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)這種泵在入口閥被關(guān)閉時(shí)能正常工作而不會(huì)損壞，悶轉(zhuǎn)性能好；處理雜質(zhì)和灰塵能力強(qiáng)，在一個(gè)連續(xù)氣流情況下，一分鐘可吞噬 1/4 克的液體；節(jié)能- 11 -運(yùn)轉(zhuǎn)，故障率小，維護(hù)費(fèi)用低，不需額外的停機(jī)時(shí)間來更換密封油及潤(rùn)滑液。六、泵的應(yīng)用1、真空蒸餾?？捎糜诖罅刻崛〖儍舻娜芤?。2、藥物與飲食。該泵可消毒并且實(shí)現(xiàn)無油提取，提高制藥業(yè)與飲食業(yè)衛(wèi)生質(zhì)量。3、脂肪酸的制取。增強(qiáng)了溶劑的回收，減少了水污染和抽水的堵塞，從而避免了水蒸氣泵經(jīng)常遇到的難題。4、調(diào)料和香料的加工。加強(qiáng)了對(duì)重要油、不旋松油精和復(fù)合味精的回收，從而提高了加工的經(jīng)濟(jì)性。5、抽除特殊氣體?？捎糜诔槿o油污染的六氟化硫、氙和氚等。6、聚合物加工。塑料擠壓成型和其它類似的易生成能污染液體密封泵的非反應(yīng)單體時(shí)的操作。- 12 -第四章第四章 泵的總體設(shè)計(jì)泵的總體設(shè)計(jì) 本次三葉四級(jí)直排大氣式羅茨泵的設(shè)計(jì)是參照美國(guó)的斯托克斯化干泵和日本的株式真空泵，并結(jié)合如今市場(chǎng)的需要而設(shè)計(jì)的。 通過上一章對(duì)羅茨泵的分析比較，基于泵的抽速為 200，為中型泵，sL/因此泵的結(jié)構(gòu)形式采用臥式。該泵從極限真空度（5）到大氣壓均可正常工Pa作，直排大氣，在泵的排氣口處無需增加防止泵過載的旁通管路和壓差閥。泵的傳動(dòng)方式采用圖 31 b 所示的臥式結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過聯(lián)軸器與軸相連，并用螺栓連接在泵一側(cè)的電機(jī)架上，整個(gè)泵體通過泵底座連接在地基上或泵架上泵的主動(dòng)軸外伸部分動(dòng)密采用真空用骨架型橡膠密封圈，在泵的上部安裝滴油杯滴油潤(rùn)滑，如圖 41 所示。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子軸采用一體化設(shè)計(jì)，沒有傳統(tǒng)羅茨泵的轉(zhuǎn)子在軸上的軸向定位問題，并且可以更好的保證轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵壁間的特征間隙,并且可減小軸的扭轉(zhuǎn)變形。本次設(shè)計(jì)中，將泵腔設(shè)計(jì)成兩半圓中間用并行線連接的端面，因此，泵體與端蓋、端蓋與前后蓋間采用密封膠密封。主動(dòng)軸和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速都很高，齒輪和軸承的潤(rùn)滑靠齒輪的浸潤(rùn)和甩油盤濺油潤(rùn)滑。在傳統(tǒng)的羅茨泵設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子相位的調(diào)節(jié)考調(diào)整組合齒輪的齒圈，調(diào)整好后打入銷釘定位，在加螺釘緊定。本次設(shè)計(jì)中，采用了脹套脹緊的方法來調(diào)整粱轉(zhuǎn)子的相位，配合以調(diào)節(jié)組合齒輪的齒圈來更好的保證齒輪傳動(dòng)的精確性，并且更易于調(diào)整和拆裝。 - 13 -1、滴油杯滴油管路 2、O 型橡膠密封圈 3、密封盒4、骨架型密封圈5、主動(dòng)軸外伸端6、泵體7、軸外伸端支撐軸承圖 41 主動(dòng)軸外伸端動(dòng)密封- 14 -第五章第五章 泵的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算泵的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)本次羅茨泵三葉轉(zhuǎn)子型線是參照三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子型線來選擇的。三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的圓弧型轉(zhuǎn)子有三種不同的型線：外圓弧及其包絡(luò)線型，內(nèi)圓弧及其包絡(luò)線型，以及內(nèi)外圓弧加擺線型。通過對(duì)三種型線的分析比較，在轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度和羅茨鼓風(fēng)機(jī)體積相同的情況下，內(nèi)外圓弧加擺線型的轉(zhuǎn)子風(fēng)量最大，外圓弧及其包絡(luò)線型的轉(zhuǎn)子風(fēng)量次之，內(nèi)圓弧及其包絡(luò)線型的轉(zhuǎn)子風(fēng)量最小。所以，我們選擇的羅茨泵轉(zhuǎn)子的型線是內(nèi)外圓弧加擺線型，泵的容積利用系數(shù)較大，可以使泵有更大的抽速。下面對(duì)內(nèi)外圓弧加擺線型的型線作具體的分析比較，并推倒出型線中擺線段的擺線方程。如圖 51 所示,轉(zhuǎn)子節(jié)圓以內(nèi)的齒谷齒形(如轉(zhuǎn)子 1 的內(nèi)圓弧和轉(zhuǎn)111CBA子 2 的內(nèi)圓弧)為內(nèi)圓弧,該內(nèi)圓弧的圓心恰好在節(jié)圓圓周上,圓弧半徑222JDH為 。轉(zhuǎn)子節(jié)圓以外的齒峰型線可分成三段,靠近齒頂部分的型線為外圓弧(如r轉(zhuǎn)子 1 的齒頂外圓弧和轉(zhuǎn)子 2 的齒頂外圓弧)。該外圓弧的圓心111JDH222CBA也在節(jié)圓圓周上,而且半徑和弧長(zhǎng)也恰好與齒谷內(nèi)圓弧相等。這樣,當(dāng)齒谷和齒峰的對(duì)稱線同時(shí)轉(zhuǎn)到連心線時(shí),如圖 5 所示,一轉(zhuǎn)子的齒谷內(nèi)圓弧(如轉(zhuǎn)子21OO2 的齒內(nèi)圓弧)與另一轉(zhuǎn)子的齒頂外圓弧(轉(zhuǎn)子 1 的齒頂外圓弧)222JDH111JDH正好在全長(zhǎng)上完全重疊。- 15 -圖 51 內(nèi)外圓弧加擺線型的型線在齒頂外圓弧與節(jié)圓之間的曲線為擺線(如轉(zhuǎn)子 1 的擺線和,以11HC11EJ及轉(zhuǎn)子 2 的擺線)。該擺線是當(dāng)兩節(jié)圓作純滾動(dòng)時(shí),另一轉(zhuǎn)子齒谷內(nèi)圓弧22HC的端點(diǎn)相對(duì)于本轉(zhuǎn)子的相對(duì)軌跡。例如,轉(zhuǎn)子 1 上的擺線就是當(dāng)兩節(jié)圓作11HC純滾動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子 2 齒谷內(nèi)圓弧的端點(diǎn)相對(duì)于轉(zhuǎn)子 1 的相對(duì)軌跡。設(shè)中心距為2H,節(jié)圓半徑為 ,齒谷圓弧半徑為,因?yàn)?,所以在等arrr12OHO112COO30腰三角形中, =。在轉(zhuǎn)子 1 上固結(jié)一坐標(biāo)系。顯22FHOHF2rr15sin2r11YX 然,轉(zhuǎn)子 1 齒谷內(nèi)圓弧的方程為:111CBA222)()60sin()60cos(rrrYrX轉(zhuǎn)子 1 齒頂外圓弧的方程為:。轉(zhuǎn)子 1 上的擺111JDH222)()(rrYrX線是當(dāng)兩節(jié)圓作純滾動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子 2 齒谷內(nèi)圓弧的端點(diǎn) H2 相對(duì)于轉(zhuǎn)子 1 的11HC相對(duì)軌跡。為了求擺線的方程,將轉(zhuǎn)子 1 順時(shí)針同時(shí)轉(zhuǎn)子 2 逆時(shí)針轉(zhuǎn)過任11HC意角度,然后將轉(zhuǎn)子 1、轉(zhuǎn)子 2 及機(jī)架三者固結(jié),最后將整個(gè)機(jī)構(gòu)繞點(diǎn)逆時(shí)1O針轉(zhuǎn)回,則轉(zhuǎn)子 1 恢復(fù)原位,轉(zhuǎn)子 2 和機(jī)架的位置如圖 6 所示。21OO- 16 -圖 51 轉(zhuǎn)子型線方程的計(jì)算兩節(jié)圓在點(diǎn)相切,轉(zhuǎn)子 2 齒谷內(nèi)圓弧端點(diǎn) H2 與轉(zhuǎn)子 1 擺線上的某點(diǎn)接P11HC觸。于是,由圖 6 可知,點(diǎn)在轉(zhuǎn)子 1 的坐標(biāo)系上的軌跡,即擺線2H11YX 的參數(shù)方程,為:11HC)30180cos(cos2rrX)30180sin(sin2rrY上兩式就是以為參變量的轉(zhuǎn)子 1 擺線的參數(shù)方程。對(duì)應(yīng)于擺線11HC,的取值范圍為 030。11HC5.2 泵各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算泵各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)中選擇泵的理論抽速(幾何抽速) ；電機(jī)轉(zhuǎn)速初選200thssL/；泵的級(jí)數(shù)選擇 4 級(jí)；轉(zhuǎn)子斷面系數(shù)；考慮泵的結(jié)構(gòu)、min/2900rn 5 . 00k外觀等因素，選?。≧ 為轉(zhuǎn)子頂圓半徑） ?，F(xiàn)在，我們212RL5 . 12RL直接根據(jù)理論抽速來初定轉(zhuǎn)子的幾何尺寸。- 17 -從圖 31 三葉羅茨泵抽氣過程示意圖中容易得出泵的理論抽速計(jì)算公式： 6036606020nLkRnVsth經(jīng)單位變換后并整理可得： )/(10602602sLnLkRsth將上述初選值機(jī)長(zhǎng)徑比代入理論抽速計(jì)算公式，初步計(jì)算轉(zhuǎn)子直徑601029005 . 02 . 114. 3220063R計(jì)算得 1710.103Rmm設(shè)轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑為 ，取rrR5118. 1則轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑為 2438.685118. 11710.103rmm 取 70rmm羅茨泵轉(zhuǎn)子采用的是內(nèi)外圓弧加擺線型的型線，所以轉(zhuǎn)子的內(nèi)、外圓弧半徑rr 2347.3615sin70215sin2 rrrmm取 36rrmm由轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑和外圓弧半徑可最后確定轉(zhuǎn)子頂圓半徑R 1063670rrrRmm- 18 -泵腔的直徑為 21210622RDmm求得轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑、頂圓半徑和內(nèi)外圓弧半徑后，利用 CAXA 電子圖板可求得轉(zhuǎn)子的端面面積為，泵腔的端面面積2427.16781mms ，可求得實(shí)際的端面系數(shù)2623.35455mmS 5267. 0623.35455427.16781623.354550k取第一級(jí)泵的長(zhǎng)徑比為 1.2，則第一級(jí)泵的長(zhǎng)度為： 4816.1272 . 12347.1061Lmm取第一級(jí)的長(zhǎng)度 1501Lmm設(shè)計(jì)時(shí)取泵的各級(jí)長(zhǎng)度比 2:3:4:5:4321LLLL則后三級(jí)泵的長(zhǎng)度分別為， ， 1202Lmm903Lmm604Lmm確定了泵的直徑和長(zhǎng)度，可對(duì)泵的理論抽速進(jìn)行驗(yàn)算 60210602nLkRsth60105267. 029001502347.10614. 3262 6 .270sL/有泵的理論抽速公式（式 51）可知，各級(jí)泵的長(zhǎng)度之比即為各級(jí)泵的理論抽速之比，即2:3:4:5:4321ththththssss- 19 -所以各級(jí)泵的理論抽速分別為 6 .2701thssL/5 .2162thssL/ 4 .1623thssL/3 .1084thssL/羅茨泵中共存在四個(gè)特征間隙，分別分析如下：1、轉(zhuǎn)子與泵壁之間的間隙，該間隙較小1圖 53 特征間隙與12 在羅茨泵的壓縮過程中產(chǎn)生的熱量被傳到轉(zhuǎn)子和泵體上。轉(zhuǎn)子很難將熱量傳至泵外，而泵體的熱量很容易被泵體中水冷套中的冷卻水帶走。因而，轉(zhuǎn)子與泵體之間就出現(xiàn)了溫差，加劇了轉(zhuǎn)子的膨脹。當(dāng)泵負(fù)荷增大時(shí)，轉(zhuǎn)子膨脹會(huì)使間隙減小，甚至消失。因此在設(shè)計(jì)時(shí)采用了用經(jīng)冷卻后的氣體冷卻轉(zhuǎn)子的2形式，如圖所示。這樣便減少了轉(zhuǎn)子與泵體間的溫差，提高了泵的抗熱能力。2、轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間的間隙2- 20 -圖 53 特征間隙 3由于泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的壓縮功和摩擦熱，使得轉(zhuǎn)子溫度升高，產(chǎn)生熱膨脹。為防止轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于膨脹而相互接觸摩擦，影響泵的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，所以的取值較大。23、軸活動(dòng)端（齒輪端）轉(zhuǎn)子側(cè)面與泵壁端蓋間的間隙3圖 55 特征間隙44、軸固定端（電機(jī)端）與泵體端蓋間的間隙4一般來說，四個(gè)特征間隙中， 。各間隙的取值一般為4321計(jì)算泵的四個(gè)特征間隙：D41106 127. 02121064mm盡量提高泵的抽氣能力，間隙的選擇應(yīng)盡可能小，所以取的值為1 1 . 01mm- 21 -其它各級(jí)的特征間隙依次為 2 . 021 . 0212mm 2 . 021 . 0213mm 08. 08 . 01 . 08 . 014mm計(jì)算各級(jí)特征間隙的面積 )(22()2(4321rRLF)102 . 01021 . 0(101503331F 3310)08. 02 . 0(10)1402347.1062( 6107 .1582m同樣，其它三級(jí)的間隙的面積分別為 62107 .146F2m 63107 .134F2m 64107 .122F2m計(jì)算各級(jí)壓縮比羅茨泵正常工作時(shí)，返流氣體一般在分子流和粘滯流之間變化。設(shè)羅茨泵各特征間隙的累積面積總和為，氣流流導(dǎo)為，則FU FUF200116其中：氣體處于分子流狀態(tài)下時(shí)薄壁孔的流導(dǎo)F116：氣體處于粘滯流狀態(tài)下時(shí)薄壁孔的流導(dǎo)F200- 22 -由真空獲得設(shè)備式(610)，羅茨泵有效抽氣量計(jì)算公式為effQVrAVthAeffpsppUspQ)(其中：羅茨泵進(jìn)氣口壓力Ap：羅茨泵出氣口壓力Vp：轉(zhuǎn)子返流速率rs關(guān)閉進(jìn)氣口，使有效抽氣量為零，則由上式可得effQUsUspprthAV設(shè)泵的零流量壓縮比為，則0kUsUsppkrthAV0當(dāng)羅茨泵達(dá)到極限壓力時(shí)，泵的抽速 為零，返流速率也為零，由上式srs可得羅茨泵的壓縮比為 1Uskth下面計(jì)算各級(jí)泵的壓縮比第四級(jí)：第四級(jí)出口直排大氣，氣體壓力較高，氣流處于粘滯流狀態(tài)，間隙流導(dǎo)為- 23 - 464410245107 .122200200FU2m第四級(jí)壓縮比41. 510245103 .108143444Uskth第四級(jí)出口直排大氣，氣體壓力為大氣壓，101325，所以第四級(jí)入口Pa處的極限壓力04Ap 1872341. 510132504ApPa氣體從第三級(jí)出口進(jìn)入第四級(jí)有級(jí)間壓縮，該過程近似為等溫過程。羅茨泵第三級(jí)出口壓力為，根據(jù)等溫變化曲線，可以得出VP340433LPLPAV所以第三級(jí)出口壓力為 1248290601872334043LLPPAVPa第三級(jí)：第三級(jí)出口壓力為，所以第三級(jí)氣體仍為粘滯流，間隙PaPa300012482流導(dǎo)為 463310269107 .134200200FU2m第三級(jí)壓縮比03. 710269104 .162143333Uskth- 24 -所以第三級(jí)入口處的極限壓力 177603. 71248203ApPa考慮級(jí)間壓縮，第二級(jí)的出口壓力 133212090177623032LLPPAVPa第二級(jí)：第二級(jí)的出口壓力為，所以第二級(jí)氣體由粘滯流轉(zhuǎn)變?yōu)镻aPa15001332分子流，間隙流導(dǎo)為 462210170107 .146116116FU2m第二級(jí)壓縮比72.1310170105 .216143222Uskth所以第二級(jí)入口處的極限壓力 9772.13133202ApPa考慮級(jí)間壓縮，第一級(jí)的出口壓力 781501209712021LLPPAVPa第一級(jí)：第一級(jí)出口壓力為，所以第一級(jí)氣體為分子流，間隙流導(dǎo)PaPa15006 .77為- 25 - 461110184107 .158116116FU2m第一級(jí)壓縮比7 .1510184106 .270143111Uskth所以第一級(jí)入口處的極限壓力，亦即泵的極限壓力為 57 .156 .77010APPPa此外，由于上述計(jì)算過程較為繁瑣，現(xiàn)將所有計(jì)算過程編寫一段程序，以便更方便的計(jì)算泵的各級(jí)壓縮比和極限真空度。簡(jiǎn)單程序如下：#include#includemain() /*defination*/ int a=5,b=4,c=3,d=2; /*a,b,c,d 為泵的四級(jí)長(zhǎng)度比*/ int L; int L1; /*第一級(jí)泵長(zhǎng)度*/ int L2=0.00; /*第一級(jí)泵長(zhǎng)度*/ int L3=0.00; /*第一級(jí)泵長(zhǎng)度*/ int L4=0.00; /*第一級(jí)泵長(zhǎng)度*/- 26 - double F4=0.00; /*第四級(jí)泵返流截面積*/ double F3=0.00; /*第三級(jí)泵返流截面積*/ double F2=0.00; /*第二級(jí)泵返流截面積*/ double F1=0.00; /*第一級(jí)泵返流截面積*/ float Sth=0.00; float Sth4=0.00; /*第四級(jí)泵理論抽速*/ float Sth3=0.00; /*第三級(jí)泵理論抽速*/ float Sth2=0.00; /*第二級(jí)泵理論抽速*/ float Sth1=0.00; /*第一級(jí)泵理論抽速*/ double U4=0.00; double U3=0.00; double U2=0.00; double U1=0.00; double K4=0.00; /*第四級(jí)泵壓縮比*/ double K3=0.00; /*第三級(jí)泵壓縮比*/ double K2=0.00; /*第二級(jí)泵壓縮比*/ double K1=0.00; /*第一級(jí)泵壓縮比*/ double P40=0.00; /*第四級(jí)泵入口極限壓力*/ double P30=0.00; /*第三級(jí)泵入口極限壓力*/ double P20=0.00; /*第二級(jí)泵入口極限壓力*/- 27 - double P10=0.00; /*第一級(jí)泵入口極限壓力，即極限真空度*/ /*calculation procedures*/ L1=150; /*輸入泵第一級(jí)的泵腔長(zhǎng)度*/ Sth1=2*3.14*106.2347*106.2347*L1*2900*0.5267*0.000001*0.001/60; /*計(jì)算第一級(jí)泵理論抽速，即泵的理論抽速*/ Sth=Sth1/a; Sth2=Sth*b; /*計(jì)算第二級(jí)泵理論抽速*/ Sth3=Sth*c; /*計(jì)算第三級(jí)泵理論抽速*/ Sth4=Sth*d; /*計(jì)算第四級(jí)泵理論抽速*/ L=L1/a; L2=L*b; /*計(jì)算第二級(jí)泵腔長(zhǎng)度*/ L3=L*c; /*計(jì)算第三級(jí)泵腔長(zhǎng)度*/ L4=L*d; /*計(jì)算第四級(jí)泵腔長(zhǎng)度*/ F4=(L4*0.4+98.6914)*0.000001; F3=(L3*0.4+98.6914)*0.000001; F2=(L2*0.4+98.6914)*0.000001; F1=(L1*0.4+98.6914)*0.000001; U4=200*F4;- 28 - K4=(Sth4/U4)+1; /*計(jì)算第四級(jí)泵壓縮比*/ P40=101325/K4; U3=200*F3; K3=(Sth3/U3)+1; /*計(jì)算第三級(jí)泵壓縮比*/ P30=P40/K3; U2=116*F2; K2=(Sth2/U2)+1; /*計(jì)算第二級(jí)泵壓縮比*/ P20=P30/K2; U1=116*F1; K1=(Sth1/U1)+1; /*計(jì)算第一級(jí)泵壓縮比*/ P10=P20/K1; /*show all the result with 3 diagram */ system(cls); printf(nnnnn); printf( Sth1= %6.4f Sth2= %6.4f Sth3= %6.4f Sth4= %6.4fn,Sth1,Sth2,Sth3,Sth4); printf( L1= %6d L2= %6d L3= %6d L4= %6dn,L1,L2,L3,L4); printf( F1= %6.7f F2= %6.7f F3= %6.7f F4= - 29 -%6.7fn,F1,F2,F3,F4); printf( U1= %6.4f U2= %6.4f U3= %6.4f U4= %6.4fn,U1,U2,U3,U4); printf( K1= %6.4f K2= %6.4f K3= %6.4f K4= %6.4fn,K1,K2,K3,K4); printf( P10= %6.4f P20= %6.4f P30= %6.4f P40= %6.4fn,P10,P20,P30,P40); getch();5.3 功率計(jì)算及電機(jī)選擇功率計(jì)算及電機(jī)選擇1、功率計(jì)算羅茨泵所需的功率由大部分壓縮氣體的有用功率和少部分克服摩擦所需的附加功率組成，我們先來求壓縮氣體的有用功率。iN該多級(jí)羅茨泵的壓縮功率示意圖如圖所示，橫坐標(biāo)為羅茨泵抽速()，thSsL/縱坐標(biāo)為氣體壓力()，氣體排氣過程為 a-b-c-d-e,該過程為一個(gè)壓縮循環(huán)Pa過程，氣體不斷地從泵腔中被排入大氣。根據(jù)熱工學(xué)知識(shí)可以得出閉合曲線 a-b-c-d-e-P1A0-Pair所包圍的面積(用表示)即為該羅茨泵單位時(shí)間內(nèi)壓縮氣體所做的功，即羅茨泵壓縮氣體的有S用功率。由于縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的壓力為羅茨泵各級(jí)入口和出口的極限壓力，1N所以該功率為羅茨泵壓縮氣體的最大功率。對(duì)于面積，我們采用分步求法。1NS- 30 -圖 56 四級(jí)三葉羅茨泵壓縮功圖設(shè)等溫曲線 e-d、d-c、c-b 和橫坐標(biāo)所夾的面積為、，積分1S2S3S解得面積分別為79.30156 .2706 .2705 .216011112ththththSthSSSthAthdSdSPSS23.6038975 .2165 .2164 .162022223ththththSthSSSthAthdSdSPSS43.11685617764 .1624 .1623 .108033334ththththSthSSSthAthdSdSPSS設(shè)直線段 Pair-a 和橫坐標(biāo)所夾的矩形面積為，解得4S40440444)()(thAairthAVSPPSPPS 6 .89457963 .108)18723101325(設(shè)直線段 P1A0-e 和橫坐標(biāo)所夾的矩形面積為，解得5S- 31 -13536 .27051015thASPS由圖可知，將以上計(jì)算數(shù)據(jù)代入，解得54321SSSSSS906764013536 .894579643.11685623.603879.301S由此可得該羅茨泵壓縮氣體的有用功率kWkWsLPNai9109067640/90676406假設(shè)該羅茨泵是單級(jí)羅茨泵，只用一級(jí)壓縮氣體，即泵只用一個(gè)泵腔，出口直通大氣，則羅茨泵的壓縮功率示意圖為圖。由該圖可以看出，羅茨泵壓縮氣體的最大有用功率為點(diǎn) 1-2-3-4 所包圍的矩形面積，解得iN0S274171926 .270)5101325()(10140thAVSPPS即羅茨泵單級(jí)壓縮氣體的有用功率kWkWsLPNai4 .271027417192/274171926/經(jīng)過比較，遠(yuǎn)大于。由此可見，羅茨泵采用多級(jí)壓縮氣體比單級(jí)壓iNiN縮氣體雖然制造復(fù)雜，成本高，但是多級(jí)壓縮氣體更能大大節(jié)省電機(jī)功率消耗，有利于節(jié)約能源。克服羅茨泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦所消耗的功率，通常以機(jī)械效率來表達(dá)，故消M耗的總功率為 MiNN式中=0.50.85，它考慮了羅茨泵的熱力損失、氣體動(dòng)力損失和機(jī)械M損失。對(duì)于該設(shè)計(jì)多級(jí)羅茨泵取為 0.8。M- 32 -將和數(shù)值代入（3-7）式中解得iNM。kWkWN25.118 . 092、選電機(jī)該多級(jí)羅茨泵中的一些傳動(dòng)、支撐零部件由于摩擦等原因而導(dǎo)致能量消耗的，機(jī)械效率并非百分之百，我們只取其中比較重要的來分析。取齒輪嚙合效率=0.97（齒輪精度等級(jí)為 8 級(jí)）1滾動(dòng)軸承效率=0.992聯(lián)軸器效率=0.993則傳動(dòng)總效率。913. 099. 099. 097. 053421設(shè)電動(dòng)機(jī)能提供的功率為，則應(yīng)滿足PkWkWNP32.12913. 025.11我們選 Y 系列(IP44)三相異步電動(dòng)機(jī) Y160L-2 型，額定功率，kWP5 .180效率為，經(jīng)計(jì)算可得882. 0/，kWkWPP32.12317.16882. 05 .18/0滿足要求。- 33 - 34 -第六章第六章 運(yùn)動(dòng)件的計(jì)算與校核運(yùn)動(dòng)件的計(jì)算與校核6.1 齒輪的設(shè)計(jì)與校核齒輪的設(shè)計(jì)與校核1、選擇材料由機(jī)械設(shè)計(jì)表 51 選得主動(dòng)齒輪 1 材料選用 40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 250280HBS，斜齒輪，右旋。從動(dòng)齒輪材料 2 選用 ZG310-570，正火處理，齒面硬度 162185HBS，斜齒輪，左旋。主從齒輪傳動(dòng)比。1i計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)1N91110176. 4)830010(129006060hjLnN991210176. 4110176. 4iNN?。ㄔ试S一定點(diǎn)蝕） 。0 . 121NNZZ取。0 . 121XXZZ取。0 . 1minHS取。 0 . 1WZ取。92. 0LVRZ按齒面硬度 250HBS 和 162HBS，得- 35 -，21lim/690mmNH22lim/440mmNH計(jì)算許用接觸應(yīng)力 211min1lim1/8 .63492. 00 . 10 . 10 . 1690mmNZZZSLVRXNHHH222min2lim2/8 .40492. 00 . 10 . 10 . 10 . 1440mmNZZZZSLVRWXNHHH因，計(jì)算中取。 12HH 22/8 .404mmNHH2、確定中心距主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)矩mmNnPT.6240429005 .181055. 91055. 961161根據(jù)泵主、從動(dòng)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)，齒輪中心距。mma140估算模數(shù)mmam)8 . 24 . 1 (140)02. 0007. 0()02. 0007. 0(取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。2m初定螺旋角，兩齒輪齒數(shù)比131/12zzu主動(dòng)齒輪齒數(shù)21.68) 11 (213cos1402) 1(cos21umaz- 36 -從動(dòng)齒輪齒數(shù)21.6812 uzz取。6812 zz實(shí)際傳動(dòng)比，傳動(dòng)比誤差，1686812zzi實(shí)%50%100理實(shí)理iiii在允許范圍內(nèi)。修正螺旋角，與初選729.131402)6868(2arccos2)(arccos21azzm螺旋角相近，、可不修正。13HZZ齒輪分度圓直徑mmzmd140729.13cos682cos11mmzmd140729.13cos682cos22圓周速度，由機(jī)械設(shè)計(jì)表 56smndv/25.211060290014014. 310603311取齒輪精度等級(jí)為 8 級(jí)。3、驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度按電機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，取使用系數(shù)。0 . 1AK按 8 級(jí)精度和，得動(dòng)載系數(shù)45.141006825.211001vz45. 1VK齒寬mmaba561404 . 0- 37 -按，考慮軸的剛度較大和齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，得4 . 0140501db齒向載荷分布系數(shù)。04. 1K取mmb50由于齒輪是經(jīng)表面硬化的斜齒輪，精度等級(jí)為 7 級(jí)，取齒間載荷分配系數(shù)。2 . 1K齒輪載荷系數(shù)。81. 12 . 104. 145. 10 . 1KKKKKVA計(jì)算重合度、齒頂圓直徑 mmmhddaa14420 . 121402*11mmmhddaa14420 . 121402*22端面壓力角54.20729.13cos20costgarctgtgarctgnt齒輪基圓直徑 mmddtb1 .13154.20cos140cos11mmddtb1 .1315 .20cos140cos22端面齒頂壓力角 - 38 -437.241441 .131arccosarccos111abatdd437.241441 .131arccosarccos222abatdd端面重合度726. 1)54.20437.24(68)54.20437.24(6821)()(212211tgtgtgtgtgtgztgtgztata89. 1214. 3729.13sin50sinmb重合度系數(shù)761. 0726. 111Z986. 0729.13coscosZ基圓螺旋角886.12)54.20cos729.13()cos(tgarctgtgarctgtb節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)44. 254.20sin54.20cos886.12cos2sincoscos2ttbHZ計(jì)算齒面接觸應(yīng)力- 39 -2222211/8 .404/7 .1601121405062404659. 12987. 0541. 08 .18944. 212mmNmmNuubdKTZZZZHEHH 安全。4、驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度主、從齒輪齒數(shù)6821 zz按主動(dòng)齒輪 1 材料 40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)處理，動(dòng)齒輪材料 2 為 ZG310-570，正火處理，得，21lim/290mmNF22lim/152mmNF0 . 121NNYY由于,取mmm52 0 . 121XXYY4 . 1, 0 . 2minFSTSY計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 211min1lim1/4140 . 10 . 14 . 12290mmNYYSYXNFSTFF 222min2lim2/2170 . 10 . 14 . 12152mmNYYSYXNFSTFF,18.74729.13cos68cos3311zzv,18.74729.13cos68cos3322zzv得- 40 -，31. 221FaFaYY73. 121sasaYY因, 0 . 189. 189. 0120729.13111201Y66. 0726. 1886.12cos75. 025. 0cos75. 025. 022bbY計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 1211111/71.3466. 089. 073. 131. 221405062404659. 122FsaFaFmmNYYYYmbdKT故安全。22112212/71.3473. 131. 273. 131. 271.34FsaFasaFaFFmmNYYYY故安全。5、齒輪主要幾何參數(shù)，mmmuzz216821，mmmmt059. 2729.13cos/2cos/729.13，mmzmd140729.13cos682cos11mmzmd140729.13cos682cos22- 41 -mmmhddaa14420 . 121402*11mmmhddaa14420 . 121402*22mmmchddaf1352)25. 00 . 1 (2140)(211mmmchddaf1352)25. 00 . 1 (2140)(222mmdda140)140140(21)(2121齒寬mmbb50126.2 軸的設(shè)計(jì)與校核軸的設(shè)計(jì)與校核621 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)校核1、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y160ML-2，滿載轉(zhuǎn)速 n=2900r/min，額定功率，效率，齒輪嚙合效率 1=0.97，滾動(dòng)軸承效率kWP5 .180882. 0/2=0.99，聯(lián)軸器效率 3=0.99，主、從動(dòng)軸的材料都選用 45 鋼，為實(shí)心圓軸。主動(dòng)軸傳遞功率為kWkWPP15.1699. 0882. 05 .183/01- 42 -初估主動(dòng)軸直徑，因軸端處需開一mmnPAd5 .19290015.1611033101/個(gè)鍵槽，軸徑加大 5%，即主動(dòng)軸軸端處的最小直徑mmd47.20%)51 (5 .191/2、主動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)剛度校核主動(dòng)轉(zhuǎn)子工作阻力矩時(shí)，主動(dòng)軸傳遞的扭矩最大，0zMmNT.404.62主動(dòng)軸切變模量，許用扭轉(zhuǎn)角210/1074. 7mNGm/25. 0分段計(jì)算單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角由式 180maxPmGITm/式中 ：切變模量G ：最大扭矩maxT- 43 -：截面極慣性矩，對(duì)實(shí)心軸PI324DIP 94max4maxmax103502. 718032DTDGTm/(1) ， mD311035mmL601 3 . 010)1035(404.623502. 79431m/(2) ， mD321040mmL802- 44 - 18. 010)1040(404.623502. 79432m/(3) ， mD331045mmL523 11. 010)1045(404.623502. 79433m/(4) ， mD341050mmL144 07. 010)1050(404.623502. 79434m/(5) ， mD351055mmL965 05. 010)1055(404.623502. 79435m/(6) ， mD361060mmL306 04. 010)1060(404.623502. 79436m/(7) ， mD371055mmL967 05. 010)1055(404.623502. 79437m/(8) ， mD381050mmL148- 45 - 07. 010)1050(404.623502. 79438m/(9) ， mD391045mmL829 11. 010)1045(404.623502. 79439m/3、主動(dòng)軸的強(qiáng)度校核多級(jí)羅茨泵主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)如圖所示，軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。齒輪分度圓直徑，則對(duì)齒輪受力分析得mmd1401圓周力：NmmmmNdTFt49.89114062404221徑向力：NtgtgFFttr02.33454.2049.891軸向力：NtgtgFFta8 .217729.1349.891(1)、繪軸的受力簡(jiǎn)圖，求支座反力a垂直面支反力由，得，即0BM0211LLFLRtBYNLLLFRtY25.9517164871649.891121B由，得0YNFRRtBYAY76.5949.89125.951- 46 -b水平面支反力由，得，即0BM0221dFLFLRarAZNLdFLFRarAZ63.517162458 .2174802.334212由，得0ZNFRRrAZBZ65.38563.5102.334(2)、作彎矩圖a垂直面彎矩 MY圖B 點(diǎn)mmNLRMAYBY16.4278871676.591b水平面彎矩 MZ圖B 點(diǎn)mmNLRMAZBZ08.3696771663.511c合成彎矩 M 圖B 點(diǎn)mmNMMMBZBYB48.5654508.3696716.427882222(3)、作轉(zhuǎn)矩 T 圖mmNdFTt53.2005824549.8912(4)、作計(jì)算彎矩 Mca圖該軸單向工作，由轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力考慮，取，則得 B 點(diǎn)6 . 0mmNTMMBBcaB07.57812)53.200586 . 0(48.56545)(2222- 47 -D 點(diǎn)mmNTTMMDDcaD12.1203553.200586 . 0)(22(5)校核軸的強(qiáng)度由圖 a、g 可見，B 點(diǎn)彎矩值最大，D、E 點(diǎn)軸徑最小，所以該軸的危險(xiǎn)斷面是 B 點(diǎn)、D 點(diǎn)和 E 點(diǎn)所在剖面，E 點(diǎn)所在剖面即為剖面。由 45 鋼調(diào)質(zhì)處理得，。2650mmNB 2160mmNb計(jì)算剖面直徑可得B 點(diǎn)軸徑 mmMdbcaBB28.21601 . 007.578121 . 0331該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑 50mm，安全。D 點(diǎn)軸徑 mmMdbcaDD62.12601 . 053.120581 . 0331考慮鍵槽影響，有一個(gè)鍵槽，軸徑加大 5%，mmdD25.13)05. 01 (62.12該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑 35mm，安全。- 48 -(6)、精確校核軸的疲勞強(qiáng)度圖中，均為有應(yīng)力集中的平面，其中剖面計(jì)算彎矩相同。- 49 -、剖面相比較，只是應(yīng)力集中影響不同，可取應(yīng)力集中系數(shù)值較大者進(jìn)行驗(yàn)算即可。、剖面同樣如此。a校核、剖面的疲勞強(qiáng)度剖面因鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)查得：，。825. 1k625. 1k剖面因配合引起的應(yīng)力集中系數(shù)查得：，；97. 1k51. 1k剖面因過渡圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)查得：，5 . 223540rdD06. 0352dr7435. 1k51. 1k因、剖面主要受轉(zhuǎn)矩作用，故校核剖面。剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力、應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為23max3 . 2352 . 053.20058mmNWTT2max15. 123 . 22mmNma由 45 鋼機(jī)械性能得：，；絕對(duì)尺寸影響系21268mmN21155mmN數(shù)查得：，；表面質(zhì)量系數(shù)查得：，88. 081. 092. 0。查得：，。剖面的安全系數(shù)為92. 034. 021. 084.5115. 121. 015. 181. 092. 0625. 11551maKSS- 50 -取，所以剖面安全。 8 . 15 . 1S SS b校核、剖面的疲勞強(qiáng)度 剖面因過渡圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)查得：，5 . 224550rdD04. 0452dr69. 1k475. 1k校核剖面。剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為mmNLLMMB66.5599270971648.56545711mmNTT53.20058剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為23max14. 6451 . 066.55992mmNWM，2max14. 6mmNa0m剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為23max10. 1452 . 053.20058mmNWTT22max55. 0210. 12mmNmmNm絕對(duì)尺寸影響系數(shù)查得：，表面質(zhì)量系數(shù)查得：88. 081. 0，。92. 092. 0- 51 -剖面的安全系數(shù)為36.19014. 688. 092. 0825. 12681maKS10.12855. 021. 055. 081. 092. 0625. 11551maKS14.1910.12836.1910.12836.192222SSSSS，所以剖面安全。 8 . 15 . 1 SS622 從動(dòng)軸的強(qiáng)度校核根據(jù)該羅茨泵設(shè)計(jì)的具體情況，從動(dòng)軸和主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、零件安裝位置和受力部位基本一致，而且從動(dòng)軸左端不接連軸器，不受轉(zhuǎn)矩的作用，所受齒輪的反作用力也小于主動(dòng)軸。上面已經(jīng)對(duì)主動(dòng)軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核，滿足條件，則從動(dòng)軸的強(qiáng)度必然滿足條件，不必進(jìn)行強(qiáng)度校核，可以省略。6.3 滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算1、為保證泵長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承選用角接觸球軸承 46110 型和深溝球軸承7000110。主要對(duì)角接觸球軸承進(jìn)行校核，既承受軸向力，也承受徑向力。2.軸承壽命計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)表 95 查得，軸承 C19.5KN,C0=16.2KN.按電機(jī)端第一個(gè)軸承計(jì)算，軸向載荷 AFa217.8N,徑向載荷- 52 -RN7976.5963.5122A/C00.013,e=0.38, 因?yàn)?A/ReX=0.44,Y=1.47;X徑向系數(shù)Y軸向系數(shù)。當(dāng)量動(dòng)載荷 Pfm（XR+YA）, fm力矩載荷系數(shù)取 fm1.5;所以，P=1.5(0.4479+1.47217.8)=532.39N計(jì)算軸承壽命，取溫度系數(shù) ft1.0;36639.532195000 . 1290060106010L10hPCfnt=282400h以一年工作 300 天，一天工作 8 小時(shí)，軸承工作年限：10Y282400/3008117 年所以，壽命足夠。6.4 聯(lián)軸器鍵的校核聯(lián)軸器鍵的校核1、 鍵的主要參數(shù) ，采用圓頭普通平鍵。軸徑mmh8mmL63mmb10mm352、 平鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算- 53 -由式 4ppdhlT式中 ：鍵的工作長(zhǎng)度，lmmbLl531063 ：許用擠壓應(yīng)力，查得p2/110mmNp計(jì)算應(yīng)力23/8 .165383510404.624mmNpp所以連軸器鍵強(qiáng)度足夠。 - 54 -第七章第七章 羅茨泵冷卻系統(tǒng)的研究羅茨泵冷卻系統(tǒng)的研究(專題部分專題部分) 水冷夾層冷卻系統(tǒng)的研究7.1 水冷系統(tǒng)概述水冷系統(tǒng)概述冷卻系統(tǒng)是羅茨泵應(yīng)用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于該泵是從極限真空度直排大氣，泵的總體壓縮比較高，壓縮過程中轉(zhuǎn)子對(duì)氣體所作的功轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的內(nèi)能，使氣體的溫度升高。此外，泵體中的各處的摩擦，如密封圈和軸承部位的摩擦消耗的功率葉轉(zhuǎn)換為熱量。如果產(chǎn)生的熱量不及時(shí)排出，傳到泵體和轉(zhuǎn)子上，會(huì)造成轉(zhuǎn)子和泵體的膨脹。為了提高泵的抽氣能力，提高真空度，泵內(nèi)的各項(xiàng)間隙，如轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子和泵體之間的間隙都比較小，一般在0.10.25 之間，轉(zhuǎn)子和泵體的膨脹可能造成轉(zhuǎn)子與泵體的接觸摩擦，影響泵的運(yùn)轉(zhuǎn)抽氣過程，嚴(yán)重的可能造成轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)卡死，使泵不能正常工作。因此，必須在泵外設(shè)置冷卻系統(tǒng)，將壓縮氣體產(chǎn)生的熱量和各處摩擦產(chǎn)生的熱量帶出，排出泵外，減小轉(zhuǎn)子和泵體的熱膨脹，保證泵內(nèi)各項(xiàng)間隙，使泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常平穩(wěn)。現(xiàn)在，一般羅茨泵的冷卻系統(tǒng)一般都采用風(fēng)冷式，即在泵外體上加一定數(shù)量的散熱肋板，靠泵體將泵內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳出，利用空氣和泵體的對(duì)流換熱將熱量散發(fā)出去，或者加散熱風(fēng)扇，加強(qiáng)空氣的對(duì)流散熱作用，以達(dá)到更好的散熱效果。本次設(shè)計(jì)中，采納了其它真空泵和真空系統(tǒng)的水冷系統(tǒng)，在羅茨泵的泵體外增加水冷夾層，將其融于三葉羅茨泵系統(tǒng)中。7.2 水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體冷卻系統(tǒng)如圖所示。當(dāng)經(jīng)羅茨泵泵腔壓縮后的氣體流經(jīng)泵腔外的氣體通道時(shí)，由于氣體的溫度高于外層水冷夾層的溫度，氣體與水冷夾層之間發(fā)生對(duì)流換熱，將熱量傳給水冷夾層。冷卻水在水冷套內(nèi)流動(dòng)，再與水冷夾層發(fā)生- 55 -熱交換，也是對(duì)流換熱，但冷卻水和水冷夾層間的對(duì)流換熱比氣體與水冷夾層間的對(duì)流換熱系數(shù)大，換熱能力強(qiáng)， 以此才可達(dá)到冷卻泵體的作用。此外，圖 71 羅茨泵冷卻系統(tǒng)示意圖在轉(zhuǎn)子將的下腔左右還增加了冷卻氣體返流通道。氣體從泵腔排出后經(jīng)水30冷夾層冷卻，在流向下一級(jí)的過程中，部分氣體經(jīng)返流氣體回流通道返回到轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)腔中，與轉(zhuǎn)子和泵腔封閉的氣體混合，使封閉氣體溫度降低，同轉(zhuǎn)子腔外的氣體冷卻一樣，冷卻轉(zhuǎn)子。雖然這種氣體返流冷卻的設(shè)計(jì)會(huì)影響泵的極限真空度，但可使泵體更好的冷卻，提高其抽氣能力。在羅茨泵泵腔的外側(cè)設(shè)置冷卻水套后，雖說可以達(dá)到更好的冷卻效果，但如果外部冷卻水套設(shè)計(jì)不合