S400螺杆真空泵设计论文.docx

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1、书目中文摘要O英文摘要11 绪论1“1.1.课廨叁文二二二二二二二二二二11.2课题探讨方向22螺杆干式真空泵的设计错误!未定义书筌.1. 1转子的设计22. 2转子尺寸计算43. 3腔体的设计44. 4齿轮的设计45. 5气道的设计56. 6轴承的设计57. 7密封件的设计68. 8电机的选择63参数计算79. 1排气量71 .1.1理论排气量73 .1.2实际排气量73.1 轴的强度计算83.2 极限真空度、功率及冷却水量84转子温度场有限元分析错误!未定义书签.10. 1ANSYS中有限元的计兑方法114.2转子温度场的有限元计算111. 2.1建立数学模型114. 2.2实体几何模型1

2、35. 2.3网格划分13总结15致谢15参考文献15S-400螺杆真空泵设计摘要：近年来，随着科技的发展，干泵的需求越来越大。本文介绍的螺杆干式真空泵具有一系列的优点。1,抽气腔内无任何工作液，可输送高粘度的物质；2,无油蒸汽排放，保证了外部环境的清洁；3,由于转子之间留有间隙，所以能用于烟尘，侵蚀性，有害的气体。本次干式螺杆泵设计要点是转子，气道结构和密封系统,1.关键词：干式真空泵；螺杆；吸气；排气AbstractzRecently,thegrowingdemandfordrypumpwiththedevelopmentofscienceandtechnologyThisarticled

3、escribesthescrewdryvacuumpumpwithaseriesofadvantages1, Thereisnooperatingfluidintheextractingchamber,itcandeliverhigh-viscositymaterial.2, Thereisnooilvapouroutlet,itcanguaranteeoutsideclean.3, Itcanextractgascontainingdust,corrosivity,andpoison,becauseithasSmaUgapbetweentoothfaceofmaleandfemaleroto

4、rs.Themainfactorsforthisdryscrewvacuumpumpdesignarerotors,airwayStuctureandsealingsystem.Keywords:dry(oil-free)vacuumpump：screw；inlet：outlet1绪论泵的发展有接近UO年的历史了，随着科技的发展，泵的种类也在飞速多元化，从最初的旋片泵到具有抽高真空实力的罗茨泵，螺杆泵，仿佛一切都是来的那么突然又有条不紊。21世纪的今F1.科学技术对真空泵的要求一步步的提高。比如抽真空实力的提高，对抽真空清洁度的要求更加苛刻，对抽气速率要求渐渐提高。在科研领域，比如食品工业、医

5、疗、化学等行业，传统的有油泵很难满意要求，因为有油真空泵会带来污染，很可能危害人体健康，而干泵具有可以实现零污染的优点，因而干泵将占据着越来越重要的市场地位明1.1 课题背景及探讨意义干式真空泵，一般认为是能在大气压到而Pa的压力范围内工作。干泵的排气端干脆及大气接触，工作时连续向外部排气。对于被抽真空的对象不能含有任何液体环境。干泵的种类已经发展的比较繁多，本文是只对于螺杆式真空泵进行设计探讨。据我查阅资料，整理总结出螺杆式泵特点如F：抽速高，在抽真空压力范用内保持较高的抽速。零部件较少，而且几乎没有易损坏零件，因而牢靠性较高。适应性强，转子留在两齿表面之间的间隙小，从而可以抽腐蚀性，有毒，

6、含有灰尘，冷凝的蒸汽和其他气体。操作维护便利1.2 课题探讨方向螺杆泵在国内依旧停留在发展时期，主要缘由有是国内很少有自主的大型螺杆泵企业，前景不甚明朗。而且国内企业的普遍特点是加工精度太低，难以达到标准，依靠进口才是一条好路子。但是在I二五建设的大洪流中，不少企业都在走科技创新的新路子，企业攻坚克难，做出国字号的转子型线，应当很快会有自主研发的转子投产。但是前进的道路上还存在不少技术难题，以冷却最为麻烦。大多数企业采纳的方法是在腔体高压端开环形冷却水槽，但是收效甚微，高温影响依旧不容忽视。另外，爱德华公司选择采纳在轴上开设冷却水通道，弊病在于工艺困难难以加工。通过查阅费料我了解到，等螺距螺杆

7、泵功耗大，缘由在于只排气不进行压缩；变螺距螺杆泵边功耗大大缩小，设计的胜利之处在于可以边压缩边排气，排气口温度顺理成章的变低了不少。所以气冷极有可能发展为将来的主流。依照目前的科技发展实力，依旧存在不少问题亟待解决。1,抽取腐蚀性气体时涂层的防腐蚀技术。2,排气温度高，转子利用率低的通病。3,抽取活泼气体时，平安问题令人堪忧。2螺杆干式真空泵的设计2.1转子的设计目前干式螺杆真空泵的主要生产厂家多采纳单头等螺距型线，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。（八）单头等螺距矩形螺纹转子（b）单头等螺距梯形螺纹转子（C）单头变螺距梯形螺纹转子（

8、d）单头等螺距凹面转子（e）双边对称圆弧型线转子图2.1螺距型线种类综合考虑各种型线优缺点，本次设计采纳的是单头对称圆弧型线。图2.2单头对称圆弧型线转子2.1.2螺杆泵工作原理螺杆式干式真空泵的工作过程可分为吸气、压缩和排气三个过程比1.吸气过程以齿间容积最小起先，两螺杆反向旋转，啮合的两齿渐渐脱离啮合从而在其间形成了肯定的真空空间，我们称之为齿间容积。随着螺杆的接者旋转，齿间容积步步增大。这部分空间只及吸气口相连，进气口的气体在齿间容积的负压下被倒吸入泵中。吸气过程结束时，齿间容积达到最大值。2.压缩过程气体被转子齿和泵强密封在一个封闭的空间中，螺杆接着旋转，两齿起先再次啮合，齿间容积不断

9、减小。被上一过程吸进来的气体始终停留在齿间容积中也同时被压缩，压强同时上升。3,排气过程由于螺杆的旋转，齿间容积会在旋转的过程中渐渐往排气口平移，当齿间容积及排气口相连时气体及排气口外部大气连通，螺杆泵起先排气。齿间容积进一步减小，气体在泵腔里被螺杆挤出排气口，同时齿间容积再次归零，循环往复起先下次吸气过程。由以上三个过程可以在出螺杆式干式真空泵是容积式机械真空泵。转子在泵腔内回转导致齿间容枳不断改变，同时齿间容积的改变实现吸气-压缩-排气的过程。这个个流程循环往复，具有周期性。2.2转子尺寸计算螺杆压缩机转子的举荐公称直径：800mm.630mm、500mm.400mm、315mm、250n

10、m200mm、160mm、125mm、100mm、80mm、63mm.初选螺杆的公称直径2=125mm0型线选择单头对称圆弧型线，阴转子及阳转子齿数比选6:4。中心距A=0.8A=O.8X】25=1OOmm阳转子节圆阴转子节圆齿高半径阳转子工作长度l=lX4=1.5X125=187.5mmD1,=0.64D0=O.64125=80mm/z=o.96D0=0.96X125=120mmr=0.205自=0.205125=25.6mm阳转子实际外径D=l.05%=l.05125=131.25mm阴转子实际外径=r=120mm2.3腔体的设计图2.3腔体腔体高压端有环形冷却液通道，上面的凹槽里安装冷却

11、水管（含散热板），通冷却水以冷却冷却液，达到更好的冷却效果。腔体端面采纳0型圈密封。2.4齿轮的设计i齿轮设计计算中心距a=100mrn模数mt初步选为3齿数初定为z=42,4=63。螺旋角=Io.146g815满意要求故模数确定为m=3,齿数确定为4=42,马=63。ii齿轮强度校核材料选用20Cr,热处理是渗碳淬火，处理之后齿轮齿面硬度为59HRC,查得分4=%M=I500MPa,取平安系数=1.2,则=1500/1.2=1250MPa齿轮按六级精度制造，载荷系数K选取为1.2,齿宽系数牝选为0.2。小齿轮上的转矩7；=9.55X10，=9.55X部=2.47IO4N.mm验算手面接触强度

12、=305j-5+0512-247ix10-=379.OMPaq巧，平安V1.5x0.2x100lHJ图2.4齿轮2.5气道的设计进气口开在腔体上，通过一斜面打通到吸气端面。排气口开在高压段盖板上,在排气侧装消声器。排气压力为大气压，极限压力大约为IPa,最大压缩比为IO5图2.5气道结构图2.6轴承的设计2. 6.1轴承的选择齿轮端（高压端）由于要承受较大径向力及轴向力，选用两个深沟球轴承并排安装。低压端由于主要承受径向力，选用圆柱滚子轴承。图2.6深沟球轴承（左）和圆柱滚子轴承（右）2.6.2轴承寿命计算:n表示轴承转速2900r/minC表示轴承基本额定动载荷，圆柱滚子轴承,C=SO.2K

13、N深沟球轴承,C=43.2KNP表示轴承载荷为指数，对于球轴承，=3对于滚子轴承，=3.333计算得，深沟球轴承，1.hl=3707h（取载荷P=IOKN）圆柱滚子轴承，1.h1=5934h（取载荷P=IOKN）经计算符合要求。2.7 密封件的设计采纳骨架密封圈和卡环协作进行密封，然后连接挡油环。盖板及腔体连接处运用0型圈进行密封。图2.8骨架密封环（左）及挡油环（右）2.8 电机的选择采纳带法兰盘的电机，选用东元电机，AEVFXA系列防爆电动机，额定功率7.5KW,转速2900rmin.电压（V）380频率（Hz）50,60防护等级IP54冷却方式IC4U周温T5C40表2.9电机尺寸图2.

14、10BuschAC（MoO型干式螺杆真空泵郭99女新美第三章参数计算3.1 排气量3. 1.1理论排气量VtI=C/,立w,rnin(3.1)式中/；,阳转子转速2900rminDu一一阳转子公称直径0.125m/一一阳转子工作长度0.1875mCn一一面积利用率选取为0.521C.一一扭角系数。按表3.1选取q,=0.971表3.1扭角系数参考值%240270300q1.000.9890.971依据公式(3.1)计算理论排气量=0.971X0.52129000.18750.125X0.125=4.30nmin3.1.2实际排气量V=Knr/min(3.2义的值及转子型线、间隙值、转子尺寸、转

15、速有无喷液等因素有关，气值见表3.2表32不同转子型线的排气系数2转子型线无油螺杆喷油螺杆对称型线0.650.900.750.90不对称型线0.70-0.950.80-0.95”0.80则按式(3.2)实际排气量-=3=4.45X0.75=3.23,min3.2轴的强度计算螺杆式干式真空泵的阴阳螺杆所受弯矩不大，故可按扭转强度条件计算。依据材料的成本问题和工艺规程，轴材料选取45钢，热处理方式是调制处理。由表4.5查得其许用扭转切应力T,=40MPa,按扭转强度计算最小直径7)=14.6mm为了给轴留有足够的平安系数，计算之后对轴进行IOkI5%的加强，选取直径为35mm。3.3极限真空度、功率及冷却水量(表3.3是台湾汉钟PS机型技术参数表)表3.3台湾汉钟PS机型技术参数表