罗茨泵偏心圆弧转子型线的组成及型值计算

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥工业大学 作者:徐文兵

        罗茨真空泵在石油化工、矿山、建材、水下工程等领域都有广泛的应用, 近年来罗茨机组应用剧增,对国民经济的发展起着不容忽视的作用。罗茨转子是罗茨泵的核心组件, 直接影响着机器的性能。目前, 罗茨转子主要有大圆弧齿顶渐开线型、圆包络线型等。在选择转子型线时, 主要考虑转子的以下因素:

       ① 容积利用系数尽可能大, 也就是相同的工作参数下的转子所占面积最小;

       ② 罗茨转子要有良好的对称性, 转子啮合性好, 保证运转平稳, 无噪音, 互换性好;

       ③ 要保证转子具有足够的强度, 不能断裂;

       ④ 容易制造, 易得到较高的精度;

       ⑤ 气密性好, 不漏串气, 转子转动时间隙不能变化太大。

        目前国内使用的主要是大圆弧齿顶渐开线叶型,面积利用系数低, 气密性差, 啮合间隙变化大。本文对偏心圆弧转子型线进行了研究, 以期望能克服这些缺点。

        偏心圆弧转子型线和圆弧转子型线的区别在于前者圆弧的圆心与对称轴有一定偏离, 而后者的圆弧圆心在对称轴上。所以偏心圆弧转子会比圆弧转子显得瘦。下面我们将研究偏心圆弧转子型线。由于转子是对称图形, 所以只需研究1/4 转子即可, 转子图形如图1 所示。

罗茨真空泵四分之一转子截面图 

图1 四分之一转子截面图

        对于偏心圆弧转子型线, 主要参数有转子直径D,中心距A,齿顶圆弧宽度b,偏心距离f和g。下面给出各段的型线方程。

(1) AB段

      AB段是圆弧, 以保证齿顶的密封,AB段的参数方程为

 

式中 K=arcsin(b/D) b 为齿顶圆弧的宽度。

(2) BC段

         BC 段为偏心圆弧, 参数方程为

(3) CD 段

         CD段是偏心圆弧BC的包络线, 也是转子型线难绘制的部分, 如果用描点法画会很不精确, 因此考虑用程序来绘制。本文采用LISP程序实现CD段的绘制。在设计时, 根据理论排气量选取合适的D、A 、b, 再用程序计算试代出合适的f、g值。本程序同时计算了r值。CD段方程形成如下图所示。

 

图2 啮合点坐标图建立方程如下

(4) EF段

          EF 段是齿根圆弧, 以保证根部强度, 其参数方程为

(5) D 段

        在绘制偏心圆弧转子型线时, 在DE 段会留有一段间隙, 必须用一条曲线来过渡。一般选择用一段圆弧来连接DE, 圆弧半径要根据具体的尺寸来定,选取圆弧的原则是既要保证可靠性(两转子不发生干涉) 又要保证经济性(尽量减少泄漏)。根据以上方程就可以画出转子型线了。

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