1、沈陽建筑大學畢業設計（論文）目 錄緒緒 論論.1第一章第一章 真空設備獲得真空設備獲得.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發展現狀.71.4 真空泵技術進展趨勢.91.5 對真空技術未來發展的期望.12第二章第二章 羅茨真空泵的介紹羅茨真空泵的介紹.132.1 羅茨真空泵的術語和定義.132.2 羅茨真空泵的型式和基本參數.132.3 羅茨真空泵的技術要求.15第三章第三章 ZJ-150 型羅茨真空泵的總體設計型羅茨真空泵的總體設計.173.1 ZJ-150 型羅茨真空泵的總體構成.183.2 電動機的選擇.203.3 總體傳動

2、結構設計.213.4 斜齒圓柱齒輪傳動設計計算.213.4.1 按齒面接觸強度設計.223.4.2 按齒根彎曲強度設計.243.4.3 齒輪幾何尺寸計算.253.5 轉子體設計計算.263.6 軸的結構設計計算.303.6.1 按扭轉強度條件計算.303.6.2 按剛度條件計算.303.6.3 精確校核軸的疲勞強度.313.7 軸承選取設計計算.343.7.1 軸承的設計參數.343.7.2 軸承的當量動載荷計算.34第四章第四章 國產國產 ZJ 型羅茨真空泵的檢修與保養型羅茨真空泵的檢修與保養.36沈陽建筑大學畢業設計（論文）4.1 引言.364.2 羅茨泵的拆卸.374.3 羅茨泵的裝配.

3、394.4 羅茨泵的保養.404.5 羅茨泵防止過載的三種方法.414.6 常見故障及消除方法.42技術經濟分析技術經濟分析.44結結 論論.45參考文獻參考文獻.46謝辭謝辭.47附錄一附錄一附錄二附錄二沈陽建筑大學畢業設計（論文）1緒緒 論論真空泵的分類：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，廣泛應用于電子、冶金、化工、食品、機械、醫藥、航天等部門。按真空泵工作原理，基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、液環真空泵 2、往復真空泵 3、旋片真空泵

4、 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、醫藥、化工的行業的真空蒸發、濃縮、浸漬、干燥的工藝過程中。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、振動小等優點

5、。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、真空冷凍干燥機等。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，塑料工業的真空吸塑成形。印刷行業的紙張輸送、真空夾具、以及真空吸引等。SZ、SK 系列水環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、醫藥、=食品、石沈陽建筑大學畢業設計（論文）2油化工等行業中。ZJ 系列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

6、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。 本人本次畢業設計設計的就是 ZJ 系列的真空泵本次設計的 ZJ-150 型羅茨真空泵是根據我國的實際生產情況以及現有的技術水平，綜合國內外同類產品的優點，本著高效率，低成本的原則，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，還可用與醫藥、食品、電子、化工等工業的蒸餾、蒸發、干燥等生產過程。 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

7、，對于這次設計的不足希望各位老師提出寶貴的意見。在本次設計中得到了陳士忠講師的悉心指導，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！沈陽建筑大學畢業設計（論文）3第一章第一章 真空設備獲得真空設備獲得1.11.1 需要不斷擴大的真空領域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?今后的發展趨勢又將如何?這主要取決于真空應用的領域是否增加，需求是否增長。 在 2030 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，三是降低粒子撞擊表面的次數。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

8、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、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，其他大部分做成固體元件，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良的絕熱材料，且很便宜，那么真空在暖水瓶的生產過程中將會失去作用。從降低表面粒子入射頻率的必要性看，超高真空技術定會得到發展，它可使表面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。另一個應用領域是為了減少化學反應過程和核聚變反應中的不純物，有時

9、也要利用真空。真空室的器壁本身與反應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，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，現正在研究熔爐還原法。在熔爐內還原時，由于耐火材料與鋁的混合，使分離非常困難。如果把熔爐中出現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分離。利用真空可以分離由此形成的鋁鉛混合物。由此可見，新工藝的出現，就會直接影響到真空行業，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，曾一度使真空設備廠產的滑閥泵和羅茨泵供

10、不應求。造成畸形發展。但這也說明一個問題，即新工藝、新材料等出現，勢必要帶動真空產業等發展。沈陽建筑大學畢業設計（論文）4 在 2l 世紀，表面處理在內的表面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，尤其對表面技術的應用定會有所增長。現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進，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項目的生產過程中去，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

11、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有所增長。由于真空是個很純凈的空間，而電子元件的生產工藝也需要純凈，因此真空是制作電子元件的理想環境。如分子束外延，半導體產品多是在真空狀態中進行的。 搞分子束外延似乎都在以超大規模集成電路為目標。要想達到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，首先是避免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

12、也需要給裝置搞一個清潔的表面，清潔的表面是極其容易受污染對，當必須使表面維持清潔狀態的時候，有一個受到控制的氣體環境往往比處于超高真空狀態更為理想。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則對膜的質量有很大的影響，所以濺射裝置必須給創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，再受控制的環境下維持所需表面，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

13、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得到發展。沈陽建筑大學畢業設計（論文）5 1.21.2 真空技術在能源方面的應用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，有可能達到實用化。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 世紀達到實用化的目標。現在各國都在進行太陽熱利用技術。典型的太陽熱

14、利用技術即對太陽熱發電系統的研究。 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電廠的研究開發列入了國家計劃。這些工廠的容量為 500kW10MW，并已建成應用。 太陽熱發電系統是由聚熱裝置、熱傳輸管、蓄熱裝置、發電機和計量控制裝置所組成。 太陽熱發電的聚熱溫度范圍很寬，約為 150550。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，但多數都采用反射鏡。鏡面材料多使用銀和鋁等。表面鏡由于膜面暴露在大氣之中，受氧化和摩擦

15、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、成本低等特點，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。 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基礎吸收。 在紅外線領域具有高反射率的金屬表面上，涂上一層吸收波長為 13 的半導體膜，就制成了選擇吸收面。用 Si、Cu、PbS、Ge、CuO

16、、Cr2O3等材料作為沈陽建筑大學畢業設計（論文）6半導體膜。這種結構的膜，它可吸收陽光轉變為熱能；對紅外線則呈透明體。由于金屬表面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)利用薄模干涉形成減反射效應。 在基板上制成具有高反射率的金屬膜，在膜上疊加干涉濾光鏡。干涉濾光鏡由電介質膜+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，而紅外線透過干涉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/MOAl2O3MO 基板，及利用光干涉效應的

17、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 ZrCxZr 選擇吸收面)。 (3)利用表面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表面上，垂直入射的太陽光，在溝與棱角的間隙中，經多次反射而被吸收。 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、熱分解、熱膨脹造成的剝離和表面成份變化，紫外線照射引起的化學反應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電，它是通過太陽電池吸收陽光，先變為直流電再轉換為交流電加以利用的。 太陽電池就是將陽光直接轉變為電能的元件。 這種太陽光利用技術，過去僅被用在宇

18、宙衛星、臺燈電源和邊遠地區的通訊電源。現在的價格仍較高(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進，降低太陽能電池的成本，改進制作太陽電池生產的工藝，這種技術是會得到進一步發展的。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。這些裝置的大部分電力，最終將聯接到電力系統上去，同現有發電廠組合運行，向形成綜合電力調配系統方向發展。 非晶硅太陽電池的制造，如輝光放電分解法，反應濺射法，真空蒸發法等，沈陽建筑大學畢業設計

19、（論文）7多采用真空技術。 輝光放電分解法：將被稀釋的氫和氬等加入到硅烷等低壓氣體中引起輝光放電，在等離子區分解硅烷，可使非晶硅堆積在低溫基板上。 另一種是反應濺射法：把結晶硅作為陰極，在 10-310-1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定性。 非晶硅的優點很多，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，它的實現是全世界人們的愿望

20、。目前，世界上最先進的磁場封閉式托卡馬克型核聚變裝置，很多國家都在開發研制。美國正在研制 TFTR 型，歐洲共同體制作 JET 型，俄羅斯研制 T15 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，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。例如歐洲聯合環 JET真空室是一個全焊接的雙層壁結構的環型容器。總容積為 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。

21、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，后者則用于抽排聚變反應廢氣的主泵。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，除了氘氚核反應產物氦灰外，還有大量未能參與核反應的氘和氚。把回收后的氘和氚再注入到大環真空室中，把除氚外的雜質氣體按環保要求排放出去。 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電站，為 2l 世紀的新能源和經濟發展做出應有的貢獻。 等離子體科學技術和真空科學技術將會得到協同發展，并將為探索宇宙結沈陽建筑大學畢業設計（論文）8構和物質起源等重大基礎科學研究中

22、起著重要的作用。1.31.3 真空泵市場各類泵設備發展現狀真空泵市場各類泵設備發展現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基礎產品。真空泵的市場根據用戶的需要而發生動態變化。市場增長的主要驅動力來自于半導體工業的迅速發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

23、化和發展。我國真空泵制造業有著悠久的歷史和雄厚的基礎，國產真空泵已經在各個不同領域得到應用并經過驗證，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在國內外市場仍然有著巨大的發展空間。 1.水環真空泵 雖然水環真空泵屬于粗真空泵，但在我國的石油、化工、電力、輕紡、造紙、醫藥等領域仍然有著很大的市場。在國外，水環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絡，不斷擴大在我國的市場份額。由于水環泵大部分是鑄件，加工要求也不高，屬勞動密集型產品，所以國產水環泵在價格上有競爭優勢，關鍵是要

24、改進設計，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。由于滑閥泵比較耐用、可靠，國內外各種真空爐、鍍膜機以及干燥、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.直聯旋片泵沈陽建筑大學畢業設計（論文）9 隨著真空技術在各個應用領域的不斷擴大，直聯旋片泵的需求量越來越大。由于這種泵數量很多，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廠。國產中小型直聯旋片泵在技術上已經過

25、關，價格又遠比國外的泵便宜，所以國產泵仍然有競爭優勢，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，確保直聯泵在高速、高溫下性能穩定和運行可靠，同時還要進一步提高國產直聯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，其他氣體則由分子泵抽走。這種低溫分子泵在真空鍍膜裝置上應用

26、，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、薄膜產業和科學研究事業迅速發展，分子泵應該是我國真空泵制造業發展的重點。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、化學工業、薄膜產業的迅速發展。在日本，半導體行業已全部用干式真空泵代替油封式機械泵，歐美半導體行業 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

27、真空泵以及渦輪式無油真空泵等。極限壓力從 10Pa10-2Pa，抽速從20m3/h500m3/h。據統計，目前國產干泵的應用還不足 1%，國內半導體工業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干泵，使干泵成為我國真空工業新的經濟增長點。沈陽建筑大學畢業設計（論文）101.41.4 真空泵技術進展趨勢真空泵技術進展趨勢技術發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。真空泵的生產企業必須通過技術創新和產品結構的調整兩個途徑來保住原有市場，進而繼續擴大市場占有率。 提高真空泵的可靠性，降低振動、噪聲

28、，注重真空泵的綜合水平。過去的若干年，生產廠注重真空泵的主要性能指標，比如，極限壓力、抽速等，而忽視真空泵的綜合性能。而現在，產品的可靠性、性能的穩定性以及對環境不 造成污染逐漸成為用戶購買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，還用戶一個清潔環保的工作環境。企業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

29、市場的不銜接，使我們丟掉了許多機會。真空泵的下一步發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，其特性的發揮恰倒好處。 盡快形成分子泵和干泵的規模生產。根據預測，到 2010 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，達到 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 110 左右。 國內目前真空獲得設備仍然以傳統的真空泵為主，主要為旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真 空泵、蒸汽流泵、水

30、環真空泵等，且全部用于傳統產業，我國生產的真空泵用于電子信息產業不足 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中，能夠生產干式真空泵的企業不足 10 家，年產量不足 1000 臺。沒有形沈陽建筑大學畢業設計（論文）11成批量生產。目前國內生產的干泵絕大多數用于實驗室及化學、醫藥等領域，用于半導體行業的很少。 國內飛速發展的電子信息產業沒有有效的刺激國內干式真空泵發展，而卻成為國際上真空工業發達國家的擴張之地。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

31、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發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勢，國外各國的產品經過幾年的較量，已經基本瓜分了國內市場，并且站穩了腳，國內的干式真空泵生產由于失去了市場的激勵，沒有了發展的動力，進步緩慢。 業內專家一致認為干式真空泵是真空獲得設備發展的方向，也是真空獲得手段的“尖端”技術，我國的真空泵產業必須在此領域有所作為，首先進入食品、化工、醫藥等行業。經過這些市場

32、的培育和鍛煉，進而打入半導體行業。才能使整個行業與時俱進的發展。 目前國內分子泵應健全系列并開發多品種，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有成功的經驗。在發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，在此基礎上培育企業的自主知識產權和創新能力。二是不要重復盲目引進，要瞄準國際上當代最新技術，避免引進一代，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。傳統的真空設備我們生產

33、了幾十年，在全國范圍內形 成了產品分布的穩定格局。但是隨 著經濟的高速發展，信息技術、航空航天、納米科學等高科技弓 I 導了當今科學技術發展的潮流。而這些高新技術的發展離不開真空獲得設備這個基礎裝備。目前國內的狀況是真空泵生產企業仍然以生產傳統產品為主在沈陽建筑大學畢業設計（論文）12傳統應用領域占領 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發展嚴重脫節，產品結構不盡合理。多數企業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激烈的今天會越來越小。在今天的國內外市場格局面前

34、，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，始終保持比較合理的產品結構狀態。 盡管 2003 年真空行業取得了令人矚目的成績，但目前的真空泵技術發展狀況卻并不樂觀。全行業要認真分析形勢，總結經驗教訓 ，團結一致，為行業的發展和技術進步開出一條道路，為我國的經濟建設做出 全行業應有的貢獻。1.51.5 對真空技術未來發展的期望對真空技術未來發展的期望對未來真空技術的期望，首先

35、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。空間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境，為人類服務。 鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實現真空裝置鋁合金化，硬度問題利用離子鍍就可以達到實用化。 今后的發展方向，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

36、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。希望能研制出不經烘烤的超高真空裝置或者烘烤 100就可以了。總之要以方便用戶的操作為出發點，得到全世界用戶對歡迎。沈陽建筑大學畢業設計（論文）13 我們希望 21 世紀中真空科學與技術取得更新的成就。真空行業得到更大的發展。第二章第二章 羅茨真空泵的介紹羅茨真空泵的介紹2.12.1 羅茨真空泵的術語和定義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。（2）極限壓力 泵裝有標準實驗罩并按規定條件工作，

37、在不引入氣體正常工作的情況下，趨向穩定的最低壓力，單位為 Pa。（3）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，連續運轉 1h，不Pa3101發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。（4）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0K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max0K性氣體，一般指空氣。2.22.2 羅茨真空泵的型式和基本參數羅茨真空泵的型式和基本參數（1）型號表示方法 沈陽建筑大學畢業設計（論文）14 圖 2-1 型號示意圖 表 2-1 類型 一般型帶溢流閥 氣冷式代號 P Q（2）標

38、記示例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）基本參數 一般型及帶溢流閥型泵的基本參數應符合圖 2-2沈陽建筑大學畢業設計（論文）15圖 2-2 參數表 1氣冷式泵的基本參數符合圖 2-3沈陽建筑大學畢業設計（論文）16 圖 2-3 參數表 22.32.3 羅茨真空泵的技術要求羅茨真空泵的技術要求（1）泵應符合標準要求，并按照經規定程序批準的圖樣及技術文件制造。（2）ZJ（P）型泵必須有前級泵為其預抽真空，

39、它不能單獨使用；ZJQ 型泵可單獨使用，直排大氣。（3）泵配用油封機械真空泵作前級泵時，則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應和含有塵埃的氣體。（4）在帶試驗罩的條件下，ZJ（P）型泵啟動運轉 30min 之后，應達到圖 2-2規定的極限壓力；ZJQ 型泵在啟動和運轉平衡后（一般 3min 到 5min），應達到圖 2-3 規定的極限壓力。（5）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格。（6）ZJ（P）型泵的其他性能應符合圖 2-2 的規定；ZJQ 型泵的其他性能應符合圖 2-3 的規定。沈陽建筑

40、大學畢業設計（論文）17（7）泵工作的環境溫度為。CC405（8）泵應運轉平穩，轉子不得有撞擊聲，不應有雜音。（9）泵的動密封不允許有漏油現象。（10）泵的外表面應油漆光潔，緊固件及其他外露加工表面應做防銹處理。（11）泵應無故障運行時間 2500h。（12）泵出廠必須帶有必要的備件和專用工具。（13）在用戶遵守泵的運輸、保管、安裝、使用維護的條件下，從制造廠發貨日期起一年內，泵因制造質量不良發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。沈陽建筑大學畢業設計（論文）18第三章第三章 ZJ-150ZJ-150 型羅茨真空泵的總體設計型羅茨真空泵的總體設計羅茨真空泵（簡稱羅茨泵）是一種旋

41、轉式變容真空泵。它是由羅茨鼓風機演變而來的。根據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，機械摩擦損失小； （7）結構緊湊，占地面積小，通常選臥

42、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，可將羅茨泵串聯使用。沈陽建筑大學畢業設計（論文）193.1 ZJ-150ZJ-150 型羅茨真空泵的總體構成型羅茨真空泵的總體

43、構成此次設計的 ZJ-150 型羅茨真空泵是參照國內外同類產品，在現有的基礎上，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，再經排氣口排出。由于吸氣后v0空間是全封閉狀態，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，則有一部分氣體返沖到空間 v0中去，使氣體壓強突然增高。當轉子繼續轉動時，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

44、 b），該腔與排氣口相通。由于排氣側壓強較高，引起一部分氣體返沖過來。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。 沈陽建筑大學畢業設計（論文）20 圖 3-1 工作過程 目前國內外的羅茨泵，多數為臥式結構，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其相對同步旋轉的。如圖 3-2 是羅茨

45、真空泵的剖面示意圖。11109876543211213141516 圖 3-2 羅茨泵剖面示意圖 1Y 系列異步電動機 2爪型彈性聯軸器 3支架 4密封壓蓋 5前端板部件 6油杯 7前蓋板部件 8泵體 9轉子部件 10后蓋板部件11軸承壓蓋 12放油塞13出口盲板 14泵底座15擋油盤 16中間法蘭 泵的傳動多為直聯式的，大泵則有皮帶傳動的。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，軸要有足夠的強度沈陽建筑大學畢業設計（論文）21和剛度，軸與轉子要固結牢靠。羅茨泵的密封很關鍵，主動軸外伸部分、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。沈陽建筑大

46、學畢業設計（論文）223.2 電動機的選擇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 15003000r/min，而且不必用油潤滑，可實現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，故可實現良好的動平衡。因此，羅茨泵運轉平穩，轉速高，尺寸小可獲得大的抽速。有關參數：表 3-1 有關數據（1）容積效率：=0.70.9 范圍內選取，取 0.8VVV（2）幾何抽速：按 計算得，1.2thsVthss/sL/（3）轉子相對長度：選擇得，3.0lk（4）型線的質量系數：對于雙葉轉子為 0.6170.50 選擇得，0.5240k（5）轉子頂的圓周速度

47、：決定轉子的離心力大小，也就是決定轉子的強2u2u參量參數值單位功率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沈陽建筑大學畢業設計（論文）23度故取 65m/s（6）轉子的計算半徑 R： 3-1mukksRlth1115. 020 取 R=0.112（7）轉軸的計算頻率 n： 3-212962sRun（8）軸旋轉頻率：選異步電機旋轉頻率166.96sn 故選用 Y132S1-2 Y 型異步電動機3.33.3 總體傳動結構設計總體傳動結構設計（1）總體傳動比 ： 3-3i1290029000wnni（2）傳

48、動裝置的運動和動力參數計算 軸： 3-4kwP0 . 30min/29000rn 3-5mNnPT11.182900100 . 355. 955. 93000 軸： = 3-6齒01PPkw97. 299. 00 . 3 3-7min/29001290001rinn 3-8mNnPT78. 929001097. 255. 955. 93111（3）故定最小軸徑 3-9mmdd384 .30389 . 08 . 00 . 18 . 0電機 所以選取聯軸器軸孔 mmdd381電機mmdd352沈陽建筑大學畢業設計（論文）24 圖 3-3 聯軸器示意圖3.43.4 斜齒圓柱齒輪傳動設計計算斜齒圓柱齒

49、輪傳動設計計算3.4.13.4.1 按齒面接觸強度按齒面接觸強度設計設計（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6621 ZZ（4）選取螺旋角：10（5）按齒面接觸強度設計試選 6 . 1tK（6）選取 466. 2HZ87. 021 所以 3-1074. 121（7）齒輪傳遞的轉矩：9 .171T（8）齒寬系數=1d（9）材料的彈性影響系數218 .189aEMPZ沈陽建筑大學畢業設計（論文）25（10）查得齒輪的接觸疲勞極限aHMP450lim（11）計算應力循環次數： 3-11101110253.

50、 11530082129006060njLnN（12）查得接觸疲勞壽命系數80. 0HNK（13）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數 S=1 3-12aHHNHMPsK2583238 . 0lim（14）計算齒輪分度圓直徑 3-13 mmzzuuTKdHEHadtt036.1632588 .189466. 211187. 01109 .176 . 1212324321（15）計算圓周速度 3-14smdnv/7 .241000602900036.16314. 3100060（16）計算模數 3-15mmzdmnt42. 26611cos036.163cos 3-16mmmhnt

51、445. 542. 225. 225. 2（17）計算縱向重合度 3-17 08. 411tan661318. 0tan318. 0zd（18）計算載荷系數 根據，6 級精度，查得動載系數，smv/8 .1925. 1vK1AK 查得公式為HK 3-1830. 123.521015. 0118. 011. 11015. 018. 011. 1332bdKH 查得28. 1FK沈陽建筑大學畢業設計（論文）26查得1 . 1FaHaKK故載荷系數 3-1976. 130. 125. 11 . 11HHaVAKKKKK（19）按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑 3-202 .1686 . 176

52、. 1036.16333ttKKdd（20）計算模數nm 3-21mmzzdmn49. 211cos2 .168cos3.4.23.4.2 按齒根彎曲強度設計按齒根彎曲強度設計（1）根據縱向重合度查得螺旋角影響系數92. 0Y（2）計算當量齒數 3-22775.6911cos66cos3321zzzvv（3）查取齒形系數和應力校正系數并計算FSaFaYY 24. 2FaY75. 1SaY 3-2301519. 025875. 124. 2FSaFaYY（4）設計計算模數nm 3-24786. 001519. 008. 466111cos92. 0109 .1776. 12cos23224321

53、21FSaFaadnYYzYKTm對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的發面模數大于由齒根彎曲疲勞強度沈陽建筑大學畢業設計（論文）27計算的發面模數所以取已可滿足彎曲強度。需按接觸疲勞強度算得mmmn5 . 2的分度圓直徑來計算應有的齒數。于是由mmd2 .168 3-2504.665 . 211cos2 .168cosnmdz取 Z=663.4.33.4.3 齒輪幾何尺寸計算齒輪幾何尺寸計算 （1）計算中心距 3-26mmmzzan088.168cos25 . 26666cos221 將中心矩圓整為 168mm（2）按圓整后的中心距修正螺旋角 3-27830510168226666arcco

54、s2arccos21 azz因值改變不多，故參數、等不必修正。akHz（3）計算齒輪分度圓直徑 3-28mmmzdn168830510cos5 . 266cos （4）計算齒輪寬度 mmb96.3616822. 0 圓整后取 B=38mm齒輪結構如圖 3-4：沈陽建筑大學畢業設計（論文）28 圖 3-4 齒輪示意圖3.53.5 轉子體設計計算轉子體設計計算（1）確定 R/a 的比值 選取得 R/a=1.488（2）計算節圓半徑 a a=R/1.488=0.084m（3）計算中心距 A A=2a=168mm（4）計算轉子中心到轉子頭中心距離 b 3-29maRaRb070. 022/22（5）轉

55、子頭半徑 r mmbRr4270112（6）轉子腰寬度 c mmRac562沈陽建筑大學畢業設計（論文）29（7）轉子頭的半角 3-30452z（8）轉子腰部型線的繪制 由 3-312coscoscosrbAx 3-322sin2sinsinrbAy 3-330sin)cos(coscossinaba計算所得坐標值： 表 3-2 坐標值x/m y/m x/m y/m 0-0.02960.0000 6-0.04050.0346 1-0.03040.0078 7-0.04250.0374 2-0.03180.0148 8-0.04430.0396 3-0.03380.0212 9-0.04570.

56、0412 4-0.03620.0266 10-0.04700.0426 5-0.03840.0312 11-0.04820.0437（9）轉子的斷面積 A 計算得 A=0.02302m（10）線型的質量系數0k 3-34560. 0120RAk（11）轉子的計算長度pl 3-35mnkRslthp310. 02/02（12）材料的密度 經查表得球墨鑄鐵的密度為33/103 . 7mkg（13）材料的屈服極限T沈陽建筑大學畢業設計（論文）30 由材料表查得MPaT300（14）轉子的體積pV 經測量得30023. 0mVp（15）轉子軸心到半個轉子的質心之間的距離pr mbrp07. 0（16）

57、轉子的角速度 619.9rad/s 3-36n2（17）作用在半轉子上的離心力lF 3-37kNrVFppl3 .735 . 02（18）轉子軸的直徑BD 選得mDB05. 0（19）轉子腰部中心斷面上的拉應力 3-38MpaDClFBpl5 .2222（20）安全系數zn 3-398 . 9Tzn（21）周圍環境溫度0t 選取Ct 200（22）工作狀態對周圍環境軸承蓋的溫升： 選取得 3-40Ctttk600軸承蓋溫度kt（23）軸承蓋材料的線膨脹系數 61012（24）軸承蓋受熱中心距的增加量沈陽建筑大學畢業設計（論文）31 3-41mmtAA115. 0（25）泵殼工作時的溫升和轉子工

58、作時的溫升 Ctk60Ctp 100（26）泵殼與轉子材料的線膨脹系數 61026pkaa（27）轉子腰部受熱伸長量 3-42mmtCaCpp078. 0（28）轉子在工作時受熱的半徑伸長量 3-43mmtRaRpp338. 0（29）泵殼在工作狀態受熱的伸長量 3-44mmtRaRkkkk203. 0（30）工作狀態轉子受熱長度增量 3-45mmtlalpp884. 0（31）工作時泵殼受熱長度增量 3-46mmtlalkkk530. 0（32）在泄漏方向上端面間隙平均長度 mmcrl5 .88（33）排氣溫度 CKTV150423（34）被抽氣體分子量（給定值） ； 29M（35）間隙流導

59、 3-47 smkkaDkkLMTUV/00298. 0224 .363443311223（36）容積利用系數 3-4870. 013VAAVthpTTPPsUv沈陽建筑大學畢業設計（論文）32（37）轉子長度校正 3-49mmllVPVp305（38）轉子大圓直徑的 D 查表容積利用系數 59. 0 取吸氣系數 57. 0H 所以21/取DL24. 1/DL mmDLnSDH3 .24324. 175. 059. 0290014. 31060012/10123737實 3-50取 D=250（39）轉子長度 L mmDL31025024. 124. 13.63.6 軸的結構設計計算軸的結構設

60、計計算3.6.13.6.1 按扭轉強度條件計算按扭轉強度條件計算（1）電機功率 kwP5 . 5（2）軸傳扭矩 3-51mNnPT11.1829005 . 595509550（3）軸的直徑計算 T 3-52mmnPAd5964.1529005 . 51263303.6.23.6.2 按剛度條件計算按剛度條件計算 max沈陽建筑大學畢業設計（論文）33經查表得鑄鐵剪切彈性模量 所以PaG91045 5 . 0 3-53265 . 014. 3104918011.18321803242942GTd所以轉子軸最小直徑取 D=353.6.36.3 精確校核軸的疲勞強度精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險