曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子優(yōu)化型線分析

曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子優(yōu)化型線分析本文介紹了曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子的典型型線以及優(yōu)化型線的構(gòu)建方法，并由此得到了9種不同的爪式型線。為了找出9種型線中的最正確性能曲線，分別對(duì)這9種不同的爪型轉(zhuǎn)子開(kāi)展工作過(guò)程中流場(chǎng)的數(shù)值模擬以及轉(zhuǎn)子的受力分析。在數(shù)值模擬中，爪型轉(zhuǎn)子工作壓力比隨著爪尖半徑的增加而減小。在應(yīng)力分析中，隨著爪尖半徑的增加，轉(zhuǎn)子所受的最大應(yīng)力減小，其力學(xué)性能提高。因此，綜合其工作性能和力學(xué)性能考慮，爪式真空泵最好選擇相對(duì)爪尖半徑為0.114~0.143的爪型轉(zhuǎn)子。

爪式真空泵(包括爪式真空泵、爪式壓縮機(jī)和爪式膨脹機(jī)等)是一種新型的容積式流體增壓輸送機(jī)械。它由兩個(gè)特殊的爪型轉(zhuǎn)子以及機(jī)殼、密封裝置等組成。爪式真空泵工作時(shí)，由兩個(gè)轉(zhuǎn)子開(kāi)展同步異向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)泵腔開(kāi)展壓縮或者膨脹，從而到達(dá)流體增壓輸送目的。

爪式真空泵具有無(wú)需潤(rùn)滑，干式無(wú)油，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)，用途廣泛，型線的優(yōu)化必然帶來(lái)性能的提高。爪式真空泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用到石油化工行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)中;爪式壓縮機(jī)作為低壓壓縮機(jī)也可以代替化工廠中的低壓壓縮機(jī)。因此，爪式真空泵應(yīng)用前景具有很大的潛力。

查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)。在型線方面，國(guó)外學(xué)者通過(guò)研究螺桿型線而引出了爪式轉(zhuǎn)子型線。國(guó)內(nèi)學(xué)者構(gòu)建了不同節(jié)圓半徑和頂圓半徑的爪式型線，擴(kuò)大了爪式型線類型。同時(shí)，也對(duì)爪式真空泵的工作過(guò)程開(kāi)展了細(xì)致的研究。在數(shù)值模擬方面，已經(jīng)對(duì)爪式真空泵的模擬研究有了較為成熟的方法，并成功模擬出爪式真空泵的工作過(guò)程。

因此，本文對(duì)曲爪型的典型爪式轉(zhuǎn)子型線以及優(yōu)化的型線開(kāi)展研究。通過(guò)對(duì)它們的流場(chǎng)開(kāi)展數(shù)值模擬以及對(duì)轉(zhuǎn)子的受力分析，并將9種型線的數(shù)值模擬結(jié)果開(kāi)展比照，得出最正確的優(yōu)化型線取值范圍，為其產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1、曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子型線構(gòu)建

1.1、典型型線構(gòu)建

典型型線構(gòu)建如圖1所示，我們可以把它稱為典型曲爪型線或者r0型線。型線構(gòu)建的過(guò)程如下：首先將圓O1固定，圓O2的中心與圓O1距離為L(zhǎng)，并且記錄圓O2的a點(diǎn)的位置。將圓O2以角速度ω繞圓O1順時(shí)針開(kāi)展轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，圓O2也以角速度ω繞自身圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。a點(diǎn)移動(dòng)的軌跡即為構(gòu)建爪型轉(zhuǎn)子最重要的曲線。a點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線的公式如下所示：

通過(guò)曲線繪制工具，可以得到a點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線。然后將該曲線開(kāi)展一系列的旋轉(zhuǎn)變換，并用3個(gè)不同半徑的圓開(kāi)展截取，即可得到典型的爪式轉(zhuǎn)子型線。此爪式型線的節(jié)圓半徑為35mm，爪頂圓弧半徑為50mm。如圖2所示。

圖1典型型線構(gòu)建圖2典型爪式轉(zhuǎn)子

圖3優(yōu)化型線構(gòu)建圖4優(yōu)化爪式轉(zhuǎn)子

4、結(jié)論

(1)本文介紹了典型爪式真空泵轉(zhuǎn)子以及優(yōu)化轉(zhuǎn)子的構(gòu)建方法，并且定義了從r0到r8的9種不同爪尖半徑的爪式轉(zhuǎn)子。

(2)從數(shù)值模擬結(jié)果來(lái)看，爪式真空泵工作時(shí)的壓力比隨著爪尖半徑的增大而降低，但是在r0到r5之間壓力比衰減比較緩慢。

(3)在爪型轉(zhuǎn)子的受力分析中，可知轉(zhuǎn)子爪臂的1、2部位最容易產(chǎn)生彈塑性變形，并且隨著爪尖半徑的增加，其所受最大應(yīng)力越來(lái)越小，抗壓能力越來(lái)越好。在爪尖半徑4以后，最大應(yīng)力值衰減緩慢，抗壓能力趨于平穩(wěn)。