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文檔簡介
全套設計CAD或三維圖,聯(lián)系QQ174320523各專業(yè)都有摘要羅茨真空泵近年來在國內外得到較快的開展,在冶煉、石油化工、電工等行業(yè)得到廣泛應用,主要是用于輸送石油及石油產品和工廠輸送各種油類和液體。本文主要設計羅茨真空泵的結構設計,重點研究羅茨真空泵的結構特點,在研讀了諸多相關文獻資料的根底上,分析羅茨真空泵國內外研究理論和現(xiàn)狀,進行了羅茨真空泵的整體方案及設計,對相關技術參數(shù)進行了設計,利用solidworks軟件設計圖紙。關鍵詞:真空泵,轉子,solidworksAbstractRootsvacuumathomeandabroadinrecentyearsrapiddevelopment,smelting,petrochemical,electricalandotherindustriesarewidelyused,mainlyusedtotransportoilandpetroleumproductsandplanttransportallkindsofoilsandliquids.Inthispaper,thedesignstructuredesignRootsvacuumpump,Rootsvacuumfocusonthestructuralcharacteristicsofthestudythebasisofmanyoftherelevantliterature,theoryandresearchstatusathomeandabroadRootsvacuumpumps,vacuumpumpsfortheoverallprogramandRootsdesignandrelatedtechnicalparametersweredesignedusingsolidworkssoftwaredesigndrawings.Keywords:vacuumpumps,rotors,solidworks目錄緒論 錯誤!未定義書簽。第一章真空設備獲得 31.1需要不斷擴大的真空領域 31.2真空技術在能源方面的應用 51.3真空泵市場各類泵設備開展現(xiàn)狀 71.4真空泵技術進展趨勢 91.5對真空技術未來開展的期望 12第二章羅茨真空泵的介紹 132.1羅茨真空泵的術語和定義 132.2羅茨真空泵的型式和氣冷式羅茨真空泵型線分析 132.3羅茨真空泵的技術要求 18第三章羅茨真空泵的總體設計 193.1羅茨真空泵的總體構成 203.2電動機的選擇 223.3總體傳動結構設計 233.4斜齒圓柱齒輪傳動設計計算 243.4.1按齒面接觸強度設計 24按齒根彎曲強度設計 263.4.3齒輪幾何尺寸計算 263.5漸開線型轉子型線確實定 273.6軸的結構設計計算 343.6.1按扭轉強度條件計算 34按剛度條件計算 343.6.3精確校核軸的疲勞強度 353.7軸承選取設計計算 383.7.1軸承的設計參數(shù) 383.7.2軸承的當量動載荷計算 38第四章羅茨真空泵的三維設計 404.1solidworks的簡介 404.2solidworks的創(chuàng)立和開展 414.3solidworks的功能和特征 414.4羅茨真空泵零部件三維模型設計 424.5羅茨真空泵三維裝配圖 42結論 43參考文獻 44謝辭 45緒論真空泵的分類:真空泵利用機械、物理、化學、物理化學等方法對容器進行抽氣,以獲得和維持真空的裝置。真空泵和其他設備〔如真空容器、真空閥、真空測量儀表、連接管路等〕組成真空系統(tǒng),廣泛應用于電子、冶金、化工、食品、機械、醫(yī)藥、航天等部門。按真空泵工作原理,根本上分為氣體輸送泵和氣體捕集泵兩種類型。氣體輸送泵包括:1、液環(huán)真空泵2、往復真空泵3、旋片真空泵4、定片真空泵5、滑閥真空泵6、余擺線真空泵7、干式真空泵8、羅茨真空泵9、分子真空泵10、牽引真空泵11、復合式真空泵12、水噴射真空泵13、氣體噴射泵14、蒸汽噴射泵15、擴散泵等氣體捕集泵包括:吸附泵和低溫泵等。
首先介紹幾種常見泵及其特點:2SK、2SK-P1系列雙級水環(huán)式真空泵主要用來抽除空氣和其他有一定腐蝕性、不溶于水、允許含有少量固體顆粒的氣體。廣泛用于食品、紡織、醫(yī)藥、化工的行業(yè)的真空蒸發(fā)、濃縮、浸漬、枯燥的工藝過程中。該泵具有真空度高、結構簡單、使用方便、工作可靠、維護方便的特點。2XZ型旋片式真空泵具有結構緊湊、體積小、重量輕、噪音低、振動小等優(yōu)點。它適用于作擴散泵的前級泵,而且更適用于精密儀器配套和實驗室使用。例如:質譜儀器、冰箱流水線、真空冷凍枯燥機等。XD型旋片式真空泵可以在任意入口壓強下工作,已普遍應用于食品的真空包裝,塑料工業(yè)的真空吸塑成形。印刷行業(yè)的紙張輸送、真空夾具、以及真空吸引等。SZ、SK系列水環(huán)式真空泵主要用于粗真空、抽氣量大的工藝過程中。它主要用來抽除空氣和其他無無腐蝕、不溶于水、含有少量固體顆粒的氣體,以便在密閉容器中形成真空。所吸氣體允許混有少量液體。它廣泛應用于機械、醫(yī)藥、=食品、石油化工等行業(yè)中。羅茨真空泵是一種旋轉式變容真空泵須有前級泵配合方可使用在較寬的壓力范圍內有較大的抽速對被抽除氣體中含有灰塵和水蒸氣不敏感廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業(yè)。本次設計的羅茨真空泵是根據(jù)我國的實際生產情況以及現(xiàn)有的技術水平,綜合國內外同類產品的優(yōu)點,本著高效率,低本錢的原那么,自行設計的。廣泛應用與真空冶金、真空脫氣、真空鍍膜以及空間模擬、低密度風洞等裝置中抽除非腐蝕性氣體,還可用與醫(yī)藥、食品、電子、化工等工業(yè)的蒸餾、蒸發(fā)、枯燥等生產過程。該機器的主要機構為:主軸電動機帶動主軸旋轉,軸上有一對“8〞字型轉子在泵殼中作等速反向旋轉而產生吸氣和排氣作用。由于此次設計缺少大量資料給設計制造了巨大困難,對于這次設計的缺乏希望各位老師提出珍貴的意見。在本次設計中得到了宋愛平老師的悉心指導,對此表示衷心的感謝!同時也對在設計過程中給與我大力幫助和指導的各位老師一并表示感謝!
第一章真空設備獲得1.1需要不斷擴大的真空領域在21世紀,真空的需求是增長還是減少?今后的開展趨勢又將如何?這主要取決于真空應用的領域是否增加,需求是否增長。
在20~30年前,真空書籍中就指出:真空技術的應用,一是靠壓力差,二是通過空間的電子或分子排除干擾,三是降低粒子撞擊外表的次數(shù)。用于各自的需求不同,所需的真空度當然也就不同了。所謂排除空間障礙物,即粒子的平均自由程要比裝置的特征尺寸長。真空蒸發(fā)、電子管和加速器就是利用了真空的這一特點。除大功率的電子管外,其他大局部做成固體元件,這樣就不再需要真空了。暖水瓶是真空技術在人們日常生活中的重要應用,如果以后能生產出優(yōu)良的絕熱材料,且很廉價,那么真空在暖水瓶的生產過程中將會失去作用。從降低外表粒子入射頻率的必要性看,超高真空技術定會得到開展,它可使外表長時間地維持其清潔。目前,真空技術的應用的特點是:利用真空環(huán)境來研制一些新材料和新工藝。使真空應用領域得到進一步擴大,例如超微粉和納米顆粒的制作以及固體元件的工藝開發(fā)。另一個應用領域是為了減少化學反響過程和核聚變反響中的不純物,有時也要利用真空。真空室的器壁本身與反響過程有著極其密切地關系。
人們對真空的需求將會擴大。如日本三井物產公司把鉛摻入鋁中,然后用高溫使鋁蒸發(fā),利用這種方法煉鋁就會擴大對真空泵的需求。因此,對于真空設備廠來說將會有一個很大的真空泵的銷售市場。過去煉鋁采用電解法,現(xiàn)正在研究熔爐復原法。在熔爐內復原時,由于耐火材料與鋁的混合,使別離非常困難。如果把熔爐中出現(xiàn)的含有鋁的不純物溶解于鉛溶液中就可以對含鋁的鉛和不純物進行別離。利用真空可以別離由此形成的鋁鉛混合物。由此可見,新工藝的出現(xiàn),就會直接影響到真空行業(yè),對真空的需求也會隨之急劇增加。前幾年我國真空煉鎂工藝的出現(xiàn),曾一度使真空設備廠產的滑閥泵和羅茨泵供不應求。造成畸形開展。但這也說明一個問題,即新工藝、新材料等出現(xiàn),勢必要帶動真空產業(yè)等開展。
在2l世紀,外表處理在內的外表技術成為相當大的一個真空應用領域。因為人們對材料可靠性的要求,尤其對外表技術的應用定會有所增長?,F(xiàn)在人們都喜歡用防銹、防氧化的材料。鋁合金雖己生產出來了,但就原有工藝稍加改良,就會在性能上大有改觀,如用氧化膜將材料與大氣隔開,就能滿足用戶上述的要求。這種情況,只要提示一下與真空廠家合作就能開拓一個相當可觀的市場。又如過去作超純鋁箔的方法很費事,又要把真空設備應用到這個工程的生產過程中去,就一定會產生更好地超純鋁箔來。如果真空廠家能積極地參與到這一應用領域中去,人們對真空的需求自然會大大加強。
今后電子技術領域對真空的需求也會繼續(xù)有所增長。由于真空是個很純潔的空間,而電子元件的生產工藝也需要純潔,因此真空是制作電子元件的理想環(huán)境。如分子束外延,半導體產品多是在真空狀態(tài)中進行的。
搞分子束外延似乎都在以超大規(guī)模集成電路為目標。要想到達這一目標就要求有非常微細的結構。在這種情況下,最大的障礙就是灰塵。如果一系列的操作都能在真空中進行,從底片進入真空室到最終處理完成也在真空中進行是最理想的。如何去掉灰塵,首先是防止人與元件的直接接觸。但真空設備不一定都是干凈的。一般認為放氣、排氣或者切換開關時就會揚起灰塵,所以還是存在一定的問題。有時也需要給裝置搞一個清潔的外表,清潔的外表是極其容易受污染對,當必須使外表維持清潔狀態(tài)的時候,有一個受到控制的氣體環(huán)境往往比處于超高真空狀態(tài)更為理想。為了充入某種氣體以保證清潔度,就要在充分處理本底之后,再充入干凈的氣體。例如在濺射成膜時的真空度并不高。然而充入氣體之前的本底壓力那么對膜的質量有很大的影響,所以濺射裝置必須給創(chuàng)造一個良好的本底真空度。
有時由于充入其它氣體,而使得真空度略有下降,但就在這種真空度稍有改變的情況下,也可以進行同樣的操作。真空技術不僅僅建立狹義上的真空,而且制作高純氣體,再受控制的環(huán)境下維持所需外表,這也是真空技術的應用。如果這樣考慮,真空技術的應用也就更廣泛了。
真空設備似乎可以作為工具使用。人們隨著對高級產品的需求,也迫切需要真空技術更加簡便,并可應用于高新技術領域。因此,在21世紀真空技術將會繼續(xù)得到開展。
1.2真空技術在能源方面的應用最近,人們對能源危機的關注已逐漸淡薄,但如何根本問題并沒有得到解決。能源問題是一個長期地、不容樂觀地重要問題。從長遠的觀點看,要研究用新能源代替舊能源。如太陽能利用技術,在不久的將來,有可能到達實用化。日本曾提出到1990年,總能源的需要量的2%將由新能源代替。將核聚變裝置列為2l世紀到達實用化的目標?,F(xiàn)在各國都在進行太陽熱利用技術。典型的太陽熱利用技術即對太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的研究。
日本于1981年在香川縣建成了第一座1MW的太陽熱實驗發(fā)電廠。采用塔式聚光和曲面聚光兩種方式。這兩種方式的額定輸出均為1000kW。在美國、法國、俄羅斯、德國、西班牙及意大利等國都將太陽熱發(fā)電廠的研究開發(fā)列入了國家方案。這些工廠的容量為500kW~10MW,并已建成應用。
太陽熱發(fā)電系統(tǒng)是由聚熱裝置、熱傳輸管、蓄熱裝置、發(fā)電機和計量控制裝置所組成。
太陽熱發(fā)電的聚熱溫度范圍很寬,約為150~550℃。要想獲得150℃以上的熱能,就必須有聚光裝置。聚光的方式有很多種,但多數(shù)都采用反射鏡。鏡面材料多使用銀和鋁等。外表鏡由于膜面暴露在大氣之中,受氧化和摩擦等因素的影響,會使反射率較低。黑面鏡的缺陷是在于基板和膜面的界面上,發(fā)生污染。
近來,由于高分子材料制作的軟鏡具有重復性好、透過率高、能大量生產、本錢低等特點,而倍受重視。
選擇吸收面對有效利用太陽能極為重要。在選擇吸收面的制作上,采用了真空技術。高溫聚熱裝置中采用了聚熱管。為防止由聚熱管造成的對流損失,用透明玻璃管覆蓋在聚熱管外面,玻璃管內保持真空狀態(tài)。
下面將按原理把選擇吸收面的光吸收選擇性,分類說明如下:
(1)利用半導體膜的譜帶之間的遷移而產生根底吸收。
在紅外線領域具有高反射率的金屬外表上,涂上一層吸收波長為1~3μ的半導體膜,就制成了選擇吸收面。用Si、Cu、PbS、Ge、CuO、Cr2O3等材料作為半導體膜。這種結構的膜,它可吸收陽光轉變?yōu)闊崮埽粚t外線那么呈透明體。由于金屬外表的作用使得輻射率變小,可以更有效地利用太陽能。由于Si、Ge對太陽光的折射率高,涂上SiO2等材料的減反射膜,對太陽光的吸收率變好。
(2)利用薄模干預形成減反射效應。
在基板上制成具有高反射率的金屬膜,在膜上疊加干預濾光鏡。干預濾光鏡由電介質膜+半透明金屬膜+電介質膜所組成。像這樣結構的膜,可見光在電介質膜中被吸收,而紅外線透過干預濾光鏡被金屬膜面反射而使輻射率變小。
采用這種方式的選擇吸收面的例子如:Al2O3/MO/Al2O3/MO基板,及利用光干預效應的單層膜一耐溫性極好的金屬碳化物,金屬氮化物,如ZrCx、HfCx等。做成槽型拋物面鏡收集器(帶有ZrCx/Zr選擇吸收面)。
(3)利用外表和膜結構形成的反射特性與波長的相互關系。
在加工成深溝和棱角的外表上,垂直入射的太陽光,在溝與棱角的間隙中,經(jīng)屢次反射而被吸收。
這種面會因高溫加熱而引起性能劣化,其原因可能由于蒸發(fā)、熱分解、熱膨脹造成的剝離和外表成份變化,紫外線照射引起的化學反響或機械損傷等因素造成的。
太陽光利用技術,也就是利用太陽光來發(fā)電,它是通過太陽電池吸收陽光,先變?yōu)橹绷麟娫俎D換為交流電加以利用的。
太陽電池就是將陽光直接轉變?yōu)殡娔艿脑?/p>
這種太陽光利用技術,過去僅被用在宇宙衛(wèi)星、臺燈電源和遙遠地區(qū)的通訊電源。現(xiàn)在的價格仍較高(日本資料報道于1984年時其價格為3000日元/瓦),所以應用范圍有限。
如能在太陽能電池的主體材料上加以研究和改良,降低太陽能電池的本錢,改良制作太陽電池生產的工藝,這種技術是會得到進一步開展的。如日本曾在對3Kw的個人住宅,20Kw集體住宅,200Kw學校用裝置,lOOKw工廠用裝置以及1000Kw集中的大容量裝置等進行了研究。這些裝置的大局部電力,最終將聯(lián)接到電力系統(tǒng)上去,同現(xiàn)有發(fā)電廠組合運行,向形成綜合電力調配系統(tǒng)方向開展。
非晶硅太陽電池的制造,如輝光放電分解法,反響濺射法,真空蒸發(fā)法等,多采用真空技術。
輝光放電分解法:將被稀釋的氫和氬等參加到硅烷等低壓氣體中引起輝光放電,在等離子區(qū)分解硅烷,可使非晶硅堆積在低溫基板上。
另一種是反響濺射法:把結晶硅作為陰極,在10-3~10-1托非活性氣體中,加上高壓使其放電。因放電產生正離子轟擊陰極,陰極材料就被濺射出來。如果在陰極附近安置一塊低溫基板,基板上將堆積起非晶硅膜。
太陽電池不僅要求高效、廉價和大面積等特點,而且要求暴露在自然條件下具有良好的穩(wěn)定性。
非晶硅的優(yōu)點很多,能在玻璃、不銹鋼、塑料等基板上作成大面積廉價的薄膜;比結晶硅光吸收系數(shù)大,能帶寬度比結晶硅寬。
核聚變是人類未來的可靠能源,它的實現(xiàn)是全世界人們的愿望。目前,世界上最先進的磁場封閉式托卡馬克型核聚變裝置,很多國家都在開發(fā)研制。美國正在研制TFTR型,歐洲共同體制作JET型,俄羅斯研制T—15型,日本研制JT-60型的托卡馬克型核聚變裝置。
大型聚變裝置的建造和運行,大大推動了高新技術的開發(fā),特別是真空技術、低溫技術、磁體技術、大功率脈沖電源技術和射頻加熱技術以及遙控處理技術等。
核聚變裝置的真空室用來長時間包容高溫等離子體。例如歐洲聯(lián)合環(huán)JET真空室是一個全焊接的雙層壁結構的環(huán)型容器??側莘e為200m3,焊縫總長達8000m。這種真空室漏氣率很低,在室溫和500℃時要滿足3000余年滲入真空室l升氣體的極微小的漏率。可控聚變裝置用的高真空泵采用渦輪分子泵和低溫泵,前者用于檢漏,后者那么用于抽排聚變反響廢氣的主泵。工作于4.5K的具有活性炭吸附劑的低溫泵,所吸留的廢氣中,除了氘氚核反響產物氦灰外,還有大量未能參與核反響的氘和氚。把回收后的氘和氚再注入到大環(huán)真空室中,把除氚外的雜質氣體按環(huán)保要求排放出去。
這種裝置的研究,可通過國際合作攻關,人類有望在2l世紀中期建成氘一氚核聚變示范電站,最終目標是提供市場銷售用電的核聚變發(fā)電站,為2l世紀的新能源和經(jīng)濟開展做出應有的奉獻。
等離子體科學技術和真空科學技術將會得到協(xié)同開展,并將為探索宇宙結構和物質起源等重大根底科學研究中起著重要的作用。1.3真空泵市場各類泵設備開展現(xiàn)狀真空泵是一個量大面廣的產品,產量很大,產值不高,但它確實是一個直接影響到真空成套設備性能質量的必不可少的根底產品。真空泵的市場根據(jù)用戶的需要而發(fā)生動態(tài)變化。市場增長的主要驅動力來自于半導體工業(yè)的迅速開展以及干泵和分子泵應用領域的日益擴大。
目前,全球真空泵市場的年銷售額約20億美元,年增長率在7%左右。
我國生產真空泵的廠家很多,全部真空泵的年銷售額大約在1.5億元左右,僅相當于美國Kinney公司一家真空泵的年銷售額。通過對全球真空泵市場的分析我們可以看出,各類真空泵的市場及應用領域都在不斷變化和開展。我國真空泵制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的根底,國產真空泵已經(jīng)在各個不同領域得到應用并經(jīng)過驗證,有些泵還出口國外,得到國外用戶的認可并受到好評,應該說我國真空泵制造業(yè)在國內外市場仍然有著巨大的開展空間。
1.水環(huán)真空泵
雖然水環(huán)真空泵屬于粗真空泵,但在我國的石油、化工、電力、輕紡、造紙、醫(yī)藥等領域仍然有著很大的市場。在國外,水環(huán)泵的銷售額占全部真空泵市場的14%,僅次于干泵,所以Nash、Seimems和Kinney等公司都在我國投資建廠或建立銷售網(wǎng)絡,不斷擴大在我國的市場份額。由于水環(huán)泵大局部是鑄件,加工要求也不高,屬勞動密集型產品,所以國產水環(huán)泵在價格上有競爭優(yōu)勢,關鍵是要改良設計,縮小體積,減輕重量,提高效率,降低能耗。
2.滑閥泵滑閥泵是油封式真空泵的一種。由于滑閥泵比擬耐用、可靠,國內外各種真空爐、鍍膜機以及枯燥、浸漬等設備都是用滑閥泵作為前級泵,但是滑閥泵鑄件重,加工工作量較大,所以國外各真空廠都在中國尋找合作伙伴。為了使國產滑閥泵能夠進入國際市場,必須進一步降低泵的振動噪聲,杜絕噴油和漏油,提高滑閥泵長期運行的可靠性。
3.直聯(lián)旋片泵
隨著真空技術在各個應用領域的不斷擴大,直聯(lián)旋片泵的需求量越來越大。由于這種泵數(shù)量很多,加工裝配工作量很大,價格又很低,所以有的國外真空廠商在中國建立專業(yè)廠。國產中小型直聯(lián)旋片泵在技術上已經(jīng)過關,價格又遠比國外的泵廉價,所以國產泵仍然有競爭優(yōu)勢,關鍵是要解決軸封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能質量問題,確保直聯(lián)泵在高速、高溫下性能穩(wěn)定和運行可靠,同時還要進一步提高國產直聯(lián)旋片泵抽除水蒸氣的能力。
4.分子泵
分子泵在國外半導體領域里的許多工藝場合是用來代替低溫泵,尤其是濺射、刻蝕和LCVD等裝置都采用復合分子泵和牽引泵作為主泵。
由于分子泵對水蒸氣的抽速僅為同口徑低溫泵抽速的四分之一,所以分子泵的排氣時間比低溫泵長。為了提高抽速,國外在分子泵的入口側裝一個-130℃~-150℃的低溫冷板,稱之為低溫分子泵,水蒸氣被低溫板捕獲,其他氣體那么由分子泵抽走。這種低溫分子泵在真空鍍膜裝置上應用,既提高了生產效率又改善了膜層質量。隨著我國半導體工業(yè)、薄膜產業(yè)和科學研究事業(yè)迅速開展,分子泵應該是我國真空泵制造業(yè)開展的重點。首先,分子泵要從小到大建立完整系列,并研究開發(fā)各種復合分子泵、牽引泵和低溫分子泵,以滿足不同場合的需要。
5.干式機械真空泵
國外干式機械真空泵市場的不斷增長,其主要驅動來自于半導體行業(yè)、化學工業(yè)、薄膜產業(yè)的迅速開展。在日本,半導體行業(yè)已全部用干式真空泵代替油封式機械泵,歐美半導體行業(yè)45%以上用干式真空泵代替了油封式機械泵,大大提高了產品的性能和質量。為了滿足不同應用領域和不同工況的要求,國外有多級羅茨真空泵、多級爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。極限壓力從10Pa~10-2Pa,抽速從20m3/h~500m3/h。據(jù)統(tǒng)計,目前國產干泵的應用還缺乏1%,國內半導體工業(yè)用的干泵全部從國外進口,其價格十分昂貴。所以,我國應大力研究開發(fā)干泵,使干泵成為我國真空工業(yè)新的經(jīng)濟增長點。1.4真空泵技術進展趨勢技術開展的原動力在于市場的需求。由于真空技術領域的擴展和迅速成長的高新技術,國內真空泵市場對真空泵的技術水平提出了更高的要求。真空泵的生產企業(yè)必須通過技術創(chuàng)新和產品結構的調整兩個途徑來保住原有市場,進而繼續(xù)擴大市場占有率。
提高真空泵的可靠性,降低振動、噪聲,注重真空泵的綜合水平。過去的假設干年,生產廠注重真空泵的主要性能指標,比方,極限壓力、抽速等,而無視真空泵的綜合性能。而現(xiàn)在,產品的可靠性、性能的穩(wěn)定性以及對環(huán)境不造成污染逐漸成為用戶購置產品時考慮的主要因素。對于旋片泵、羅茨泵、滑閥泵等而言要將成熟的可靠性設計理念運用到真空泵的設計中,在可靠性設計、可靠性實驗等方面下工夫,以大幅度提高真空泵的可靠性、穩(wěn)定性和壽命,保證真空泵能夠在各種工況下長期可靠的運行。同時通過采用新技術、新材料、新工藝、新結構來降低振動、噪聲,解決泵的噴油、漏油問題,還用戶一個清潔環(huán)保的工作環(huán)境。企業(yè)面對的永遠是變化的市場,而我們的真空泵產品卻千篇一律的雷同。產品和市場的不銜接,使我們丟掉了許多時機。真空泵的下一步開展應該面向個性化和多樣化。所謂個性化和多樣化就是針對不同用戶的不同需求,設計針對某一用戶的特定場合的產品,使產品在這一場合應用,其特性的發(fā)揮恰倒好處。
盡快形成分子泵和干泵的規(guī)模生產。根據(jù)預測,到2021年我國將成為世界上第二大半導體集成電路市場,總需求量約1000億塊,到達1000億美元以上的總金額,需要建30多條大生產線才能滿足需求。30條生產線所需干式真空泵大約15000臺,是目前我國真空泵年產量的1/10左右。
國內目前真空獲得設備仍然以傳統(tǒng)的真空泵為主,主要為旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真空泵、蒸汽流泵、水環(huán)真空泵等,且全部用于傳統(tǒng)產業(yè),我國生產的真空泵用于電子信息產業(yè)缺乏1%,與日本、歐美等國相比差距巨大。
我國干式真空泵的生產處于剛剛起步階段,在全國200多家生產真空泵的企業(yè)中,能夠生產干式真空泵的企業(yè)缺乏10家,年產量缺乏1000臺。沒有形成批量生產。目前國內生產的干泵絕大多數(shù)用于實驗室及化學、醫(yī)藥等領域,用于半導體行業(yè)的很少。
國內飛速開展的電子信息產業(yè)沒有有效的刺激國內干式真空泵開展,而卻成為國際上真空工業(yè)興旺國家的擴張之地。目前國內建成的半導體集成電路生產線,幾乎所有的干式真空泵(包括其它真空設備)均為進口,主要來自英國、日本、德國、美國等。國內生產的干式真空泵進入該領域十分艱難,使得干式真空泵這個未來真空獲得設備的主導產品在我國處于十分困難的境地。
造成此狀況的主要原因為干式真空泵在我國的起步較晚,剛一起步即面臨國外已經(jīng)開展成熟的產品大量進入我國市場,國內產品除了價格低外,在加工制造、技術水平、質量狀況等各方面不含有優(yōu)勢,國外各國的產品經(jīng)過幾年的較量,已經(jīng)根本瓜分了國內市場,并且站穩(wěn)了腳,國內的干式真空泵生產由于失去了市場的鼓勵,沒有了開展的動力,進步緩慢。
業(yè)內專家一致認為干式真空泵是真空獲得設備開展的方向,也是真空獲得手段的“尖端〞技術,我國的真空泵產業(yè)必須在此領域有所作為,首先進入食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。經(jīng)過這些市場的培育和鍛煉,進而打入半導體行業(yè)。才能使整個行業(yè)與時俱進的開展。
目前國內分子泵應健全系列并開發(fā)多品種,如低溫分子泵、復合分子泵等,逐漸擴展市場。引進國外先進技術,提升我國產品的科技含量在其他行業(yè)有成功的經(jīng)驗。在開展真空獲得設備的高端產品中引進國外技術,并很好的消化吸收,將宅譽速改變我國產品技術含量低、質量和技術水平不能滿足市場需求的現(xiàn)狀。但苧引進國外技術,應特別注意兩點:一是重在消化吸收,在此根底上培育企業(yè)的自主知識產權和創(chuàng)新能力。二是不要重復盲目引進,要瞄準國際上當代最新技術,防止引進一代,落后一代。引進國外技術不是目的,而是手段,通過引進技術最終打造國產自主品牌。傳統(tǒng)的真空設備我們生產了幾十年,在全國范圍內形成了產品分布的穩(wěn)定格局。但是隨著經(jīng)濟的高速開展,信息技術、航空航天、納米科學等高科技弓I導了當今科學技術開展的潮流。而這些高新技術的開展離不開真空獲得設備這個根底裝備。目前國內的狀況是真空泵生產企業(yè)仍然以生產傳統(tǒng)產品為主'在傳統(tǒng)應用領域占領90%以上的市場份額。在高科技領域,國內產品在技術水平和質量上不能滿足要求,90%以上市場份額由國外產品占領。國內真空獲得產品與高新技術的開展嚴重脫節(jié),產品結構不盡合理。多數(shù)企業(yè)期望只靠已有的老產品,不斷增加產量而逐年增加利潤,這種可能性在市場競爭日益劇烈的今天會越來越小。在今天的國內外市場格局面前,盡快調整產品結構,使其適應市場需求才是最明智的選擇。
產品結構的調整一是要不斷推出市場需要的對路產品,對真空泵市場來說,就是要加快各種干式泵、分子泵以及其他高端產品的研制生產,盡快形成批量。二是全行業(yè)要形成高、中、低端產品的合理布局,并隨著市場的變化,不斷調整,始終保持比擬合理的產品結構狀態(tài)。
盡管2003年真空行業(yè)取得了令人矚目的成績,但目前的真空泵技術開展狀況卻并不樂觀。全行業(yè)要認真分析形勢,總結經(jīng)驗教訓,團結一致,為行業(yè)的開展和技術進步開出一條道路,為我國的經(jīng)濟建設做出全行業(yè)應有的奉獻。1.5對真空技術未來開展的期望對未來真空技術的期望,首先希望廠家能研制出方便耐用的設備,朝著用戶與廠家相互滿足的方向努力。操作要方便,要縮短運轉時間或生產周期。因為花費在抽真空上的時間非常長,所以要加以解決。
真空裝置和儀表要高級化,提高設備的壽命和精度。希望在太空中建立真空應用的工廠??臻g站和飛船也會釋放出自身的氣體,真空并不理想,在空間飛船后100米以外的地方才能獲得理想的超高真空。要利用微重力條件下宇宙真空環(huán)境,為人類效勞。
鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實現(xiàn)真空裝置鋁合金化,硬度問題利用離子鍍就可以到達實用化。
今后的開展方向,一是向微小化領域(納米科技和固體元件的研制),另一個是向巨大化的領域(如核聚變的研究),其中在巨大化裝置和使用多種氣體的真空裝置方面,希望能研制出能夠用于從粘滯流領域到超高真空的寬域型真空泵。希望能研制出不經(jīng)烘烤的超高真空裝置或者烘烤100℃就可以了??傊苑奖阌脩舻牟僮鳛槌霭l(fā)點,得到全世界用戶對歡送。
我們希望21世紀中真空科學與技術取得更新的成就。真空行業(yè)得到更大的開展。第二章羅茨真空泵的介紹2.1羅茨真空泵的術語和定義〔1〕抽氣速率當泵裝有標準試驗罩并按規(guī)定條件工作時,從試驗罩流過的氣體流量與在試驗罩上指定位置測得的平衡壓力之比,簡稱抽速,單位L/s?!?〕極限壓力泵裝有標準實驗罩并按規(guī)定條件工作,在不引入氣體正常工作的情況下,趨向穩(wěn)定的最低壓力,單位為Pa?!?〕最大允許壓差最大允許壓差是指泵入口壓力等于或低于時,連續(xù)運轉1h,不發(fā)生故障所允許的出口壓力與入口壓力差值的最大值,單位為Pa?!?〕零流量最大壓縮比零流量壓縮比就是關閉進氣管路、氣體流量為零時,前級真空管路中的壓力與入口壓力之比,該壓縮比的最大值用表示。實驗氣體為非可凝性氣體,一般指空氣。2.2羅茨真空泵的型式和根本參數(shù)〔1〕普通羅茨真空泵的型式圖2-1型號示意圖〔2〕標記例如1〕名義抽氣速率為150L/s的羅茨真空泵,標記為:ZJ-150:2〕名義抽氣速率為300L/s的帶溢流閥羅茨真空泵,標記為:ZJP-3003〕名義抽氣速率為600L/s的氣冷式羅茨真空泵,標記為:ZJQ-600〔3〕根本參數(shù)一般型及帶溢流閥型泵的根本參數(shù)應符合表2-1表2-1泵的根本參數(shù)氣冷式泵的根本參數(shù)符合表2-2表2-2氣冷式泵的根本參數(shù)ZJQ600/400低噪聲氣冷羅茨真空泵的簡介在各個行業(yè)中為了實現(xiàn)無污染的真空獲得環(huán)境,需要把多臺氣冷羅茨真空泵與普通羅茨真空泵組合起來進行抽氣。但氣冷羅茨真空泵及由其組成的機組在運行時噪聲較大,影響了一些模擬實驗的進行以及工作人員的身心健康。ZJQ600/400低噪聲氣冷羅茨真空泵通過研究一種保證在工作過程中既要使排出口及兩側返冷氣口的高壓氣體在回流是對低壓氣體的沖擊小又能保證有充分的反冷氣時間的轉子線型以及控制由于轉子在工作過程中的熱膨脹和軸承游隙引起的轉子徑向和軸向的列和間隙。如圖2-4、圖2-5所示,ZJQ600/400低噪聲氣冷羅茨真空泵采用如下扭葉轉子型線,轉子的截面型線由圓弧-擺線-漸開線-圓弧-圓弧等多段曲線組成,以到達具有高壓縮比的效果;并通過確定合理的轉子扭角以及轉子導程,以到達適宜的返冷氣時間,提高高壓差下的工作穩(wěn)定性;同時,采用兩扭葉轉子,可縮小其軸向錯位,以保證轉子在工作過程中的平安、高效、可靠。圖2-2轉子扭轉角確實定圖2-3三維參數(shù)化造型〔5〕兩葉與多葉轉子氣冷式羅茨真空泵型線分析氣冷式羅茨真空泵的型線可以由漸開線、圓弧、擺線或由其組合而成。雖然漸開線型的容積利用系數(shù)稍大于圓弧擺線,但從泵的抽數(shù)和實際利用效率來看,那么圓弧擺線型轉子要高一些。本文研究的那么是兩葉、三葉、四葉圓弧排線轉子的型線。本文先建立擺線的參數(shù)方程來確定轉子的形狀〔如圖2-4,圖2-5所示〕。并且通過對不同葉數(shù)下的容積利用系數(shù)的分析,來確定二者之間的關系。就圓弧擺線轉子來說,葉數(shù)越多,c值越大,容積利用系數(shù)越大,那么理論抽速就越大,泵的效率也就越高〔三種葉片的-曲線見圖2-6〕。同時,葉數(shù)增加,封閉工作腔的容積會變小,進氣及反流產生的噪聲也就越小。其中,〔圖2-5〕為轉子外圓半徑〔圖2-5〕,為擺線形成的節(jié)圓半徑〔圖2-5〕。圖2-4初始位置圖2-5旋轉一定角度后的位置圖2-6容積利用系數(shù)示意圖2-7三種轉子型線-曲線2.3羅茨真空泵的技術要求〔1〕泵應符合標準要求,并按照經(jīng)規(guī)定程序批準的圖樣及技術文件制造?!?〕ZJ〔P〕型泵必須有前級泵為其預抽真空,它不能單獨使用;ZJQ型泵可單獨使用,直排大氣?!?〕泵配用油封機械真空泵作前級泵時,那么不適于抽除含氧氣量過高、有爆炸性的、對黑色金屬有腐蝕性的、與真空泵油起化學反響和含有塵埃的氣體?!?〕在帶試驗罩的條件下,ZJ〔P〕型泵啟動運轉30min之后,應到達圖2-2規(guī)定的極限壓力;ZJQ型泵在啟動和運轉平衡后〔一般3min到5min〕,應到達圖2-3規(guī)定的極限壓力?!?〕本標準不考核抽氣速率。如需測量抽速,ZJ〔P〕型泵必須配置相應的前級泵,并注明前級泵的型號和規(guī)格?!?〕ZJ〔P〕型泵的其他性能應符合圖2-2的規(guī)定;ZJQ型泵的其他性能應符合圖2-3的規(guī)定?!?〕泵工作的環(huán)境溫度為?!?〕泵應運轉平穩(wěn),轉子不得有撞擊聲,不應有雜音?!?〕泵的動密封不允許有漏油現(xiàn)象。〔10〕泵的外外表應油漆光潔,緊固件及其他外露加工外表應做防銹處理?!?1〕泵應無故障運行時間2500h?!?2〕泵出廠必須帶有必要的備件和專用工具?!?3〕在用戶遵守泵的運輸、保管、安裝、使用維護的條件下,從制造廠發(fā)貨日期起一年內,泵因制造質量不良發(fā)生損壞而不能正常工作時,制造廠應為用戶免費修理或更換。第三章羅茨真空泵的總體設計羅茨真空泵〔簡稱羅茨泵〕是一種旋轉式變容真空泵。它是由羅茨鼓風機演變而來的。根據(jù)羅茨真空泵工作范圍的不同,又分為直排大氣的低真空羅茨泵;中真空羅茨泵〔又稱機械增壓泵〕和高真空多級羅茨泵。一般來說,羅茨泵具有以下特點:〔1〕在較寬的壓強范圍內有較大的抽速;〔2〕起動快,能立即工作;〔3〕對被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感,泵腔內氣體垂直流動,有利于被抽的灰塵或冷凝物的排除;〔4〕轉子之間、轉子與泵腔之間有間隙,泵內運動無摩擦;轉子不必潤滑,泵腔內無油;〔5〕轉子形狀對稱,振動小,選擇高精度的齒輪傳動,運動時噪音低轉子動平衡條件較好,沒有排氣閥;〔6〕驅動功率小,機械摩擦損失??;〔7〕結構緊湊,占地面積小,通常選臥式結構;〔8〕運轉維護費用低。因此,羅茨泵在冶金、石油化工、造紙、食品、電子工業(yè)部門得到廣泛的應用。在泵腔內,有二個“8〞字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上,由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間,轉子與泵殼內壁之間,保持有一定的間隙,可以實現(xiàn)高轉速運行。由于羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵,通常壓縮比很低,故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于羅茨真空泵本身結構和制造精度外,還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度,可將羅茨泵串聯(lián)使用。3.1羅茨真空泵的總體構成此次設計的羅茨真空泵是參照國內外同類產品,在現(xiàn)有的根底上,揚長避短,而設計出來的。羅茨真空泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由于轉子的不斷旋轉,被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間v0內,再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后v0空間是全封閉狀態(tài),所以,在泵腔內氣體沒有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過排氣口邊緣,v0空間與排氣側相通時,由于排氣側氣體壓強較高,那么有一局部氣體返沖到空間v0中去,使氣體壓強突然增高。當轉子繼續(xù)轉動時,氣體排出泵。如圖3-1為羅茨泵轉子由0°轉到180°的抽氣過程。在0°位置時〔圖中a〕,下轉子從泵入口封入v0體積的氣體。當轉到45°位置時〔圖中b〕,該腔與排氣口相通。由于排氣側壓強較高,引起一局部氣體返沖過來。當轉到90°位置時〔圖中c〕,下轉子封入的氣體,連同返沖的氣體一起排向泵外。這時,上轉子也從泵入口封入v0體積的氣體。當轉子繼續(xù)轉到135°時〔圖中d〕,上轉子封入的氣體與排氣口相通,重復上述過程。180°〔圖e〕位置和0°位置是一樣的。轉子主軸旋轉一周共排出四個v0體積的氣體。圖3-1工作過程目前國內外的羅茨泵,多數(shù)為臥式結構,泵的進氣口在上,排氣口在下,這種臥式結構重心低,高速運轉時穩(wěn)定性好。羅茨真空泵的兩個轉子是通過一對高精度的齒輪來實現(xiàn)其相對同步旋轉的。如圖3-2是羅茨真空泵的剖面示意圖。圖3-2羅茨泵剖面示意圖1.主動軸2.軸套
3.軸承壓蓋4.滾動軸承5.軸承墊圈6.擋油套7.密封環(huán)襯套8.轉子9.擋油環(huán)10.螺栓11.D型密封圈12.齒輪壓蓋13.齒輪鍵14.齒輪15.墊圈16.齒輪蓋板17.螺栓18.轉子平鍵19.螺母20.軸承座21.彈簧墊圈22.端蓋23.甩油盤24.核體25.進出氣口蓋26.蓋板27.從動軸泵的傳動多為直聯(lián)式的,大泵那么有皮帶傳動的。電動機與傳動齒輪,多設在轉子軸的兩側,安裝拆卸方便。主動軸傳遞的扭矩較大,軸要有足夠的強度和剛度,軸與轉子要固結牢靠。羅茨泵的密封很關鍵,主動軸外伸局部、兩個轉子的軸承與泵腔之間設有動密封,泵腔與各端蓋設有靜密封。3.2電動機的選擇羅茨泵泵腔內無摩擦,轉子可高速運轉,一般為1500~3000r/min,而且不必用油潤滑,可實現(xiàn)無油清潔的抽氣過程。泵的潤滑部位僅限于軸承和齒輪,以及動密封處。羅茨泵沒有往復運動不見,故可實現(xiàn)良好的動平衡。因此,羅茨泵運轉平穩(wěn),轉速高,尺寸小可獲得大的抽速。有關參數(shù):表3-1有關數(shù)據(jù)參量參數(shù)值單位功率3.0KW吸入口壓力1.33Pa出口壓力133Pa額定轉矩2.2N.m抽氣速率150L/S轉速2900r/min真空極限0.05Pa
〔1〕容積效率:=0.7~0.9范圍內選取,取0.8〔2〕幾何抽速:按計算得,1.2〔3〕轉子相對長度:選擇得,3.0〔4〕型線的質量系數(shù):對于雙葉轉子為0.617~0.50選擇得,0.524〔5〕轉子頂?shù)膱A周速度:決定轉子的離心力大小,也就是決定轉子的強度故取65m/s〔6〕轉子的計算半徑R:3-1取R=0.112〔7〕轉軸的計算頻率n:3-2〔8〕軸旋轉頻率:選異步電機旋轉頻率應選用Y132S1-2Y型異步電動機3.3總體傳動結構設計〔1〕總體傳動比:3-3〔2〕傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算Ⅰ軸:3-43-5Ⅱ軸:=3-63-73-8〔3〕故定最小軸徑3-9所以選取聯(lián)軸器軸孔3.4斜齒圓柱齒輪傳動設計計算3.4.1按齒面接觸強度設計〔1〕齒輪精度選擇6級精度:6-DB179-60〔2〕材料選擇:齒輪材料為40Cr〔淬火〕HRC50-50〔3〕選擇齒輪齒數(shù)〔4〕選取螺旋角:〔5〕按齒面接觸強度設計試選〔6〕選取所以3-10〔7〕齒輪傳遞的轉矩:〔8〕齒寬系數(shù)=1〔9〕材料的彈性影響系數(shù)〔10〕查得齒輪的接觸疲勞極限〔11〕計算應力循環(huán)次數(shù):3-11〔12〕查得接觸疲勞壽命系數(shù)〔13〕計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,平安系數(shù)S=13-12〔14〕計算齒輪分度圓直徑3-13〔15〕計算圓周速度3-14〔16〕計算模數(shù)3-153-16〔17〕計算縱向重合度3-17〔18〕計算載荷系數(shù)根據(jù),6級精度,查得動載系數(shù),查得公式為3-18查得查得故載荷系數(shù)3-19〔19〕按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑3-20〔20〕計算模數(shù)3-213.4.2按齒根彎曲強度設計〔1〕根據(jù)縱向重合度查得螺旋角影響系數(shù)〔2〕計算當量齒數(shù)3-22〔3〕查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)并計算3-23〔4〕設計計算模數(shù)3-24比照計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的發(fā)面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的發(fā)面模數(shù)所以取已可滿足彎曲強度。需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數(shù)。于是由3-25取Z=663.4.3齒輪幾何尺寸計算〔1〕計算中心距3-26將中心矩圓整為168mm〔2〕按圓整后的中心距修正螺旋角3-27因值改變不多,故參數(shù)、、等不必修正?!?〕計算齒輪分度圓直徑3-28〔4〕計算齒輪寬度圓整后取B=38mm齒輪結構如圖3-4:圖3-4齒輪示意圖3.5漸開線型轉子型線確實定漸開線型轉子的兩側為漸開線,齒頂及齒根都為圓弧齒型。一般漸開線齒輪,其齒頂部及齒根不均為過渡曲線,不參加嚙合。在羅茨真空泵中,整個轉子型線都必須參加共軛運動,所以圓弧取代了原漸開線的齒頂及齒根部。圖1是漸開線一銷齒圓弧型轉子的局部型線視圖,型線由以下幾部分組成:(1)漸開線工作段曲線GK:由于兩轉子葉數(shù)相同,故節(jié)圓半徑為A/2(A是兩轉子中心距),轉子的漸開線局部與另一轉子的漸開線局部相嚙合,它是型線的主要局部。(2)葉峰工作段曲線KJ:它是節(jié)圓上的一段銷齒圓弧,它與另一轉子的葉谷相嚙合。(3)葉谷工作段曲線1G:它與另一轉子的葉峰相嚙合,葉谷的曲線也是節(jié)圓上的一段銷齒圓弧。圖1漸開線一銷齒圓弧型線局部圖該型線轉子存在如下關系:綜上三式得到:式中 :兩轉子最小中心距D:轉子大圓直徑Z:轉子數(shù):節(jié)圓最小壓力角對于標準漸開線型線有A/D=2/3A=0.668D本課題實際選定轉子參數(shù)為:Z(轉子頭數(shù))=2D〔轉子大圓直徑〕=120mmA〔兩轉子中心距〕=80mm以此建立轉子型線方程如下:以、為圓心,以A/2為半徑做兩個相切于P點的圓,此兩圓為節(jié)圓,P為節(jié)點。過節(jié)點P做兩節(jié)圓的公切線t-t,再過P點做與t-t夾角為〔為節(jié)圓壓力角〕的直線,為轉子漸開線型線在嚙合處的法線。=50.46°以、為圓心作兩個與相切的圓,切點分別為、,這兩個圓就是漸開線的基圓,其半徑設為R。分別以,為圓心,〔A-R〕為半徑做圓,交直線于S1,S2即為漸開線實際嚙合線長度。作轉子漸開線GK,漸開線GK分別與、相交于G、K兩點。A點為齒谷圓弧中心,且在節(jié)圓上,OA與X軸成0度角。AM為過A點所作基圓的切線,M為切點,為漸開線與基圓的交點,即漸開線的始點?!啄敲碐K段漸開線方程為:〔式中,為漸開線的展角〕令在中,在中,而23° 由漸開線性質知,而=而本設計中G點為漸開線與銷齒圓弧的連接點,由漸開線的展角定義可知:即由漸開線的展角定義可知:即所以GK段漸開線方程變?yōu)椋簩⒁詾樗捷S的坐標系,順時針轉過角,坐標旋轉方程為:〔〕那么GK漸開線的最終方程式為:〔1〕為A點為圓心,以AG為半徑做圓弧IG,此圓弧就是轉子的銷齒圓弧齒谷。設A點坐標為,那么所以IG圓弧的方程為:〔2〕故角的范圍是[140.46°,180°]。以P點為圓心,以PK為半徑做圓弧KJ,此圓弧就是轉子的銷齒圓弧齒峰。設P點坐標為,那么故KJ圓弧的方程為:〔3〕顯然角的范圍是:,即[50.46°,90°]。綜合〔1〕、〔2〕、〔3〕式就是二葉羅茨泵轉子漸開線-銷齒圓弧1/4型線方程。3.6軸的結構設計計算3.6.1按扭轉強度條件計算〔1〕電機功率〔2〕軸傳扭矩3-51〔3〕軸的直徑計算3-523.6.2按剛度條件計算經(jīng)查表得鑄鐵剪切彈性模量所以3-53所以轉子軸最小直徑取D=353.6.3精確校核軸的疲勞強度〔1〕判斷危險截面從應力集中對軸的疲勞強度影響來看。截面Ⅱ處的過盈配合引起的應力集中最嚴重;從受載的情況來看,截面Ⅲ和Ⅳ之間上的應力大,但應力集中不打,而且這里軸的直徑最大,所以不用校核,因而該軸只需校核截面Ⅱ左右兩側即可。軸的結構如下列圖:圖3-5軸的結構〔2〕截面Ⅱ的左側抗彎截面系數(shù)3-54抗扭截面系數(shù)3-55彎矩M及彎曲應力為3-563-57扭矩T及扭轉切應力為3-58軸的材料為QT700-2,正火處理。查得,,截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)和,因,,經(jīng)查得,可得軸的材料的敏系數(shù)為,過盈配合處的值,由表查出取3.163-59軸按磨削加工,外表質量系數(shù)為故綜合系數(shù)為3-603-61所以軸在截面Ⅱ左側的平安系數(shù)為3-623-633-64所以截面Ⅱ左側強度足夠〔2〕截面Ⅱ右側抗彎截面系數(shù)3-54抗扭截面系數(shù)3-55截面Ⅱ右側的彎矩為3-56截面Ⅱ右側的扭矩截面上的彎曲應力3-57截面上的扭轉切應力3-65故有效應力集中系數(shù)為3-663-67軸外表未經(jīng)外表強化處理,即,得綜合系數(shù)值為3-683-69計算平安系數(shù)為3-703-713-72故該截面右側的強度也足夠。3.7軸承選取設計計算3.7.1軸承的設計參數(shù)軸承類型深溝球軸承軸承型號6310軸承內徑d=50(mm)軸承外徑D=110(mm)B(T)=27根本額定動載荷C=47500(N)根本額定靜載荷Co=35600(N)極限轉速(油)7500(r/min)3.7.2軸承的當量動載荷計算軸承類型:深溝球軸承〔1〕計算徑向載荷和軸向載荷3-733-743-753-763-77徑向載荷Fr=268.54(N)軸向載荷Fa=140.55(N)額定靜載荷Co=35600(N)徑向載荷系數(shù)X=0.4〔2〕計算當量動載荷3-783-793-803-81所以故符合要求〔3〕壽命校核額定動載荷C=47500(N)當量動載荷P=402(N)軸承轉速n=2900(r/min)工作溫度T=20(℃)〔溫度系數(shù)ft=1〕要求壽命Lh'=4500(h)計算壽命Lh==16122(h)3-82所以軸承壽命合格第四章羅茨真空泵的三維設計4.1SolidWorks簡介4.1.1SolidWorks的含義、創(chuàng)立和開展SolidWorks是一套具有生產力的實體模型設計系統(tǒng),該軟件是有史以來第一個基于Windows開發(fā)應用的三維CAD系統(tǒng)。SolidWorks公司始建于1993年,由于其超眾的技術和絕佳的市場表現(xiàn),使其不僅成為了CAD行業(yè)炙手可熱的產品,也成為了大型商業(yè)親睞的對象,SolidWorks公司于1997年被法國達索公司〔DassaultSystemes〕收購。1995年第一套SolidWorks三維機械設計軟件一經(jīng)推出,便得益于其技術創(chuàng)新符合CAD技術的開展潮流和趨勢而得到廣泛應用,由因此為該公司創(chuàng)造了高額利潤。公司良好的效益和得到廣闊使用者的認可支持,也使得公司不斷追求技術創(chuàng)新,每年都有數(shù)十上百個研究成果問世。4.1.2SolidWorks的功能和特征SolidWorks由于其綜合運用了先進的parasolid內核、直觀的設計術、WindowsOLE技術和良好的第三方軟件集成技術,因此成為當今社會裝機量最大且最易于運用的軟件。其運用范圍之廣,涉及了包括航天航空、國防、電子通訊等一系列國家尖端科技工程在內的眾多領域。SolidWorks可為廣闊的使用者提供各式各樣的設計方案,還可減少設計過程中的錯誤,提高設計產品的質量,節(jié)約設計時間,減少不必要的麻煩。SolidWorks是一款具有眾多插件及強大功能的CAD軟件。其最主要的特征是:易學易用、功能強大和技術創(chuàng)新。首先就易學易用來說:只要掌握了微軟的Windows系統(tǒng)的操作,就能夠運用SolidWorks進行簡單的設計了。SolidWorks軟擁有自己的資源管理器,它是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器,可利于我們更為簡便的管理CAD文件。SolidWorks的易學易用還在于它的設計過程較為簡便,它提供的AutoCAD模擬器,可使AutoCAD用戶保持原有的作圖習慣,簡易地從二維設計轉為三維實體設計。其次再說SolidWorks功能強大這一極其顯著的特點:該軟件獨有的拖拽功能能夠滿足用戶在較短時間內完成大型裝配設計的需求,能在短時間內更多更好更快地將高質量的產品投入運用實踐。SolidWorks的全動感用戶界面,為使用者提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標控制,這樣可以大大地縮短設計步驟和減少多余的對話框,從而使操作界面看上去更加整潔舒適。SolidWorks軟件體系結構中的“配置管理〞,包含了零件設計、裝配設計和工程圖,讓使用者在同一個CAD文
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