第一章引言我們參考了的化干泵和的株式真空泵，并結合如今市場的需200L/S設計中對三葉羅茨泵的原理作了簡要概述轉子型線是羅茨泵的本第二章羅茨泵概述、運轉費用低100000m3h以上第三章四級三葉直排大氣式羅茨泵設計3－1泵腔內兩轉子對稱平行放置，朝彼此相反的方向旋轉，由軸端齒輪驅動同步轉動兩轉子之間無接觸轉子與泵腔壁觸轉子與轉子轉子與泵腔間的間隙靠氣體對流來密封。羅茨泵工作時，被抽氣體由進氣口進入轉子與泵體之間，這時一個轉子葉和泵體把氣體與進氣口隔開，被隔開的氣體(如圖所示)在轉子連續不斷地旋轉2V0，V0空間處在封閉狀態，因此沒有壓縮和膨脹。但當轉子的峰部轉到冷卻氣體返流口時，從排氣口排出并經冷卻的氣體就會從返流口處擴散到V0V0另一轉子的兩個葉和泵體之間封閉了V0的氣體；旋轉到和下一轉子又封閉了V0V0部分的氣體還是比排氣口處的壓力低，為了使相連體積內壓力均勻，排氣口處的氣體就會擴散到V0區域，其擴散方向與轉子旋轉方向相反。轉子再轉動時，把V0V0氣體葉開始排出。如此往復從而達到了抽氣的目的。這種工作過程相當于轉子空間由某一最小值增加到某一最大值，然后再由最大值減小到最小值。這就是羅茨泵的容積作用原理。羅茨泵在壓力很低的情況下工作時由于轉子轉速很高(2900r/n)，轉子表面的線速度接近于分子的熱運動速度，這時碰撞到轉子上的氣體分子被轉子攜帶到壓力較高的排氣口，釋放排出。這就是羅茨泵的分子作用原理。圖 三葉羅茨泵抽氣過程示意由泵的工作原理圖可知在每一腔中轉子每旋轉一周向出口側排送6體積的氣體6V0)。從泵的工作原理可以看出，這種泵有冷卻作用、冷凝作用、和羅茨泵的兩個轉子是通過一對高精度齒輪來實現其相對同步運轉的，主動這時從動轉子的扭矩由電機端齒輪直接傳遞，所以主動轉子軸的扭轉變形小，轉子與轉子間的間隙不會因主動轉子軸扭轉變形較大而改變，故間隙在運轉時圖 羅茨泵的傳動形主動軸外伸部分的動密封多采端面摩擦式機械密封和戴加強環的線圈在真空下起弧，電機電源電壓應小于50伏。有的使用電機，無外伸軸本泵是在參考的化干泵和的株式化干泵的基礎上設計的。1(4)、在泵腔那采用統一的機械間隙，部件間不會相互碰撞。多孔清除和熱交換器可調，允許抽取有侵蝕性化學物質和物質的氣34（1）（2）（3）5這種泵在閥被關閉時能正常工作而不會損壞，悶轉性能好；處理質和灰塵能力強，在續氣流情況下，一分鐘可吞噬1/4克的液體；節能運轉，故障率小，費用低，不需額外的停機時間來更換密封油及潤滑液。15第四章泵的總體設計200L/s（5a直排大氣，在泵的排氣口處無需增加防止泵過載的旁通管路和壓差閥。3－1b并用螺栓連接在泵一側的電機架上，整個泵體通過泵底座連接在地基上或泵架上4－112、O34567第五 泵的參數設計計如圖5－1所示,轉子節圓以內的齒谷齒形(如1的內圓弧A1B1C1和轉子2H2D2J2)為內圓弧,該內圓弧的圓心恰好在節圓圓周上,圓弧半徑為r。轉子節圓以外的齒峰型線可分成三段,靠近齒頂部分的型線為外圓弧(如轉子1的齒頂外圓弧H1D1J1和轉子2的齒頂外圓弧A2B2C2)。該外圓弧的圓心也的對稱線同時轉到連心線O1O252的齒內圓弧H2D2J2)與另一轉子的齒頂外圓弧(轉子1的齒頂外圓弧H1D1J1)正好在全長上完全。圖 內外圓弧加擺線型的型在齒頂外圓弧與節圓之間的曲線為擺線(如轉子1的擺線C1H1和 ,2的擺線C2H21上的擺線C1H1就是當兩節圓作純滾動時,轉子2齒谷內圓弧的端點H2相對于轉子1的相對軌跡。設中心距為a,rrrHO2O1O2O1C130HO2F2F2Hrr2rsin151X1Y1r(Xrcos60)2(Yrsin60)2(rr1HDJXr)2Y2r)2111 C1H1是當兩節圓作純滾動時,轉子2齒谷內圓弧的端點H2相對于轉子1的相對軌跡。為了求擺線C1H112度,然后將轉子1、轉子2及機架三者固結,最后將整個機構繞點O1逆時針轉回12O1O26圖 轉子型線方程的計P2H21擺線C1H1上的某點接觸。于是,由圖6可知,點H2在轉子1的坐標系X1Y1上的軌跡,即擺線C1H1的X2rcosrcos(18030)Y2rsinrsin(180上兩式就是以1C1H1C1H10～30°設計中選擇泵的理論抽速(幾何抽速)sth

Ls；電機轉速初選n2900rmin4k00.5；考慮泵的結構、外觀等因素，L2R1~2，選取L2R1.5（R為轉子頂圓半徑。現在，我們直從圖 三葉羅茨泵抽氣過程示意圖中容易得出泵的理論抽速計算 n 60

R3

kL

2R2

0

106(L/20023.141.2R

0.52900

R103.1710設轉子的節圓半徑為rRr103.171068.2438取r70羅茨泵轉子采用的是內外圓弧加擺線型的型線，所以轉子的內、外圓弧半徑rr2rsin15270sin1536.2347取rr Rrrr7036106D2R2106212CAXA求得轉子的端面面積為s16781.427mm2，泵腔的端面面積S35455.623mm2，k35455.62316781.427 1.2，L1

L1:L2:L3:L45:4:3:L2120

L390

L460

2R2

0

2

23.14

15029000.5267

L/有泵的理論抽速公式（5－1）可知，各級泵的長度之比即為各級泵的理sth1:sth2:sth3:sth45:4:3:sth1

L/

sth2

L/sth3

L/

sth4

L/1、1圖 特征間隙1與隙22、2轉子與轉子間的間圖 特征間隙2的取值較大3、3軸活動端（齒輪端）轉子側面與泵壁端蓋間的間圖 特征間隙4、4軸固定端（電機端）與泵體端蓋間的間

432<1。各間隙的取值一般1610416104212 盡量提高泵的抽氣能力，間隙的選擇應盡可能小，所以取11 2210.12 3210.12 40.810.10.8 FL(21)(2R2r)( 1F150103(0.121030.21031(2106.2347140)103(0.20.08)158.7 m234F146.7106m2F134.7106m2F122.7106m234F，氣流流導為U，則116FU116F200F由《真空獲得設備》式(6－10)，羅茨泵有效抽氣量Qeff

pAsthU(

pA)srpApVsr關閉進氣口，使有效抽氣量QeffpVsthUpA sr設泵的零流量壓縮比為k0，0k0

sth srksthUU4

200122.7106 mksth41

U4 U4p4A0p4

101325 P3V，根據等溫變化曲線，可以得出P3VL3P4A0

18723 第三級出口壓力為12482Pa3000PaU3

200 m3ksth313U

所以第三 處的極限壓p3

12482

3177690 第二級的出口壓力為1332Pa1500PaU2

116 m2ksth212U

所以第二 處的極限壓p2

PP

A 第一級出口壓力為77.6Pa1500Pa為U1

116 m1ksth111

184104

所以第一 處的極限壓力，亦即泵的極限壓力P

77.6

{inta=5,b=4,c=3,d=2; intL;int /*第一級泵長度int /*第一級泵長度int /*第一級泵長度int /*第一級泵長度double /*第四級泵返流截面積double /*第三級泵返流截面積double /*第二級泵返流截面積doubleF1=0.00; floatSth=0.00;float /*第四級泵理論抽速/*第三級泵理論抽速/*第二級泵理論抽速/*第一級泵理論抽速/*第四級泵壓縮比/*第三級泵壓縮比/*第二級泵壓縮比/*第一級泵壓縮比/*第四級泵極限壓力/*第三級泵極限壓力/*第二級泵極限壓力/*第一級 極限壓力，即極限真空度/*calculation /*計算第二級泵理論抽速 /*計算第三級泵理論抽速 /*計算第二級泵腔長度 /*計算第三級泵腔長度 /*showalltheresultwith3diagram Sth1=%6.4f Sth2=%6.4f Sth3=%6.4fSth4=%6.4f\n",Sth1,Sth2,Sth3,Sth4); L4=%6d\n",L1,L2,L3,L4); F1=%6.7f F2=%6.7f F3=%6.7fF4=%6.7f\n",F1,F2,F3,F4); U1=%6.4f U2=%6.4f U3=%6.4fU4=%6.4f\n",U1,U2,U3,U4); K1=%6.4f K2=%6.4f K3=%6.4fK4=%6.4f\n",K1,K2,K3,K4); P10=%6.4f P20=%6.4f P30=%6.4fP40=%6.4f\n",P10,P20,P30,P40);}1Ni。SthLs)，Pa)，氣體排氣過程為a-b-c-d-e,該過程為一個壓縮循環a-b-c-d-e-P1A0-PairS率N1。由于縱坐標所對應的壓力為羅茨泵各級和出口的極限壓力，所以該N1S，我們采用分步求法。5－6設等溫曲線e-d、d-c、c-bS1、S2、S3，積分解S1

S

th S2

Sth2Sth2P2A0S S3

Sth3Sth3P3 Sth 設直線段Pair-aS4S4(P4VP4A0)Sth4 設直線段P1A0-e和橫坐標所夾的矩形面積為S5，解S5P1A0Sth15270.6SS1S2S3S4S5 Ni N'1-2-3-4S，解得 S0(P4V1A0)Ni NM失。對于該設計多級羅茨泵M0.8。Ni和M數值代入（3-7）N9kW11.25kW2取齒輪嚙合效率1=0.97（8）滾動軸承效率2=0.99聯軸器效率3則傳動總效率

4

0.97 23P23P

11.25kWY(IP44)Y160L-2P018.5kW，效率為/0.882，經計算可得P

18.50.88216.317kW12.32kW1面硬度250~280HBS，斜齒輪，右旋。從動齒輪材料2選用ZG310-570，正火處162~185HBS，斜齒輪，左旋。主從齒輪傳動比i1。N1N10n1jLhN

4.1761

ZN1ZN21.0（允許一定點蝕。ZX1ZX21.0。SHmin1.0取ZW1.0ZLVR0.92250HBS162HBS，Hlim1690N/mm2，Hlim2440N/Hlim1SH Hlim2

N1Z

X1Z

Z

6901.01.00.92634.8N/4401.01.01.00.92404.8N/H

H

N2X2

H H因 ，計算中取 H H2

9.55106

9.55106

根據泵主、從動轉子的設計，齒輪中心距a140mm

m(0.007~0.02)a(0.007~0.02)140(1.4~取標準模數m213uz2/z1

2acosm(u

2140cos1368.212(11)z2uz1z2z168實際傳動比i

z2

681，傳動比誤差ii理ii理i

修正螺旋角arccosm(z1 13ZHZ可不修正。

dm dm

268 268

圓周速度v608

3.1414060

5－63KA1.08

21.256814.45

齒寬baa0.4140b

K取b

7K1.2KKAKVK計算重合度、

1.01.451.041.21.81aa

14021.02aa

arctgtg

db1d1cosdb2d2cos

arccosarccosda2

arccos131.1arccos131.1

111

(tg

tg

)

(tg

tgt168(tg24.437tg20.54)68(tg24.437 bsin

50sin13.7293.1411重合度系數Z11

Z

barctg(tgcost)arctg(tg13.729cos20.54)2coscost2coscostsin

22cos20.54sinHZH

ZEZZ

2.44189.80.5410.987bd1uu21.659624042bd1uu21.659624042501Hz1z2F F按主動齒輪1材料40Cr鋼，調質處理，動齒輪材料2為ZG310-570，正火處理，得 290N/mm2， F FYN1YN2由于m25mm,取YX1YX2

2.0,SFminFlim1YSTSF

N1YX

29021.01.0414N/FNXFlim2FNXSF

15221.01.0217N/

cos3 cos3

cos3cos3

74.1874.18得YFa1YFa22.31，Ysa1Ysa2因

1.891.0,

1

1113.7290.75cos2Y0.25 b0.25

0.75cos2

2KT1

YY

21.659624042.311.730.891 bd1

Fa1sa1

5014034.71N/mm2

34.712.311.7334.71N/mm2 F F1

FFa15

m/cos2/cos13.729dm dm

268 268

aaaa

14021.02adfa

2(hc

df

2(hc

aa1a 齒寬b2b1

d

)1(140140)140mm12n=2900r/min效率/0.882，齒輪嚙合效率η1=0.97，滾動軸承效率013PP/18.5kW0.8820.9901331n0初估主動軸直徑d/131n0

19.5mm332Mz0T主動軸切變模量G7.741010Nm2，許用扭轉角[]0.25P由 P

Tmax

/ 式 G：切變模IPIP

D

1807.3502

/

G D

35103m

L117.3502

(35103)4

109

/

40103m

L227.3502

(40103)4

109

/

45103m

L337.3502

(45103)4

109

/

50103m

L447.3502

(50103)4

109

/

55103m

L557.3502

(55103)4

109

/

60103m

L667.3502

(60103)4

109

/

55103m

L777.3502

(55103)4

/

50103m

L887.3502

(50103)4

/

45103m

L997.3502

(45103)4

/3齒輪分度圓直徑d1140mm，則對齒輪受力分析得F

262404Nmm1 1

Fttg

891.49FaFttg891.49由MB0RBYL1FtL1L20

FtL1L2 由Y0

RBY

由MB0，得RAZL1FrL2Fa

20

FrL2Fa

2334.0248217.8452由Z0，得RBZRAZFr334.0251.63垂直面彎矩MYBMBYRAYL159.7671642788.16N水平面彎矩MZBMBZRAZL151.6371636967.08N合成彎矩MMM42788.162MM42788.162

56545.48NTT

d891.494520058.53N Mca0.6，則得B 2T 2T2BB56545.482(0.6

57812.07ND

M2

)2T0.620058.5312035.12N 由圖a、g可見，B點彎矩值最大，D、E點軸徑最小，所以該軸的斷面是BD點和EE45B650

mm2，

60

mm2bb3330.1

50mm，3330.1

5%，dD12.6210.05)35mm，k

1.825，

1.625

1.97，

Dd40352.5，r20.06， 1.7435，

TWmaxTWT

20058.532.3

a

2

2.31.152

45鋼機械性能得：

268

mm2，

155

mm211

0.88，

0.81

0.920.92

0.34

0.21SS

K

1.15aa 0.92取S1.5~1.8SS，所以Ⅰ剖面安全Dd50452.5，r20.04，

Ⅶ MBL756545.4870955992.66NⅦL1 L1TⅦT20058.53N

MW

0.1

a

6.14

mm2 mm

0.2

2

1.102

0.55

0.88，

0.810.92，

0.92 K aaS Kaa

SSSS2S 19.362SS1.5~1.81、為保證泵長期運轉，軸承選用角接觸球軸承46110型和深溝球軸承2.軸承計9－5按電機端第一個軸承計算，軸向載荷A＝Fa＝217.8N,A/C0＝0.013,e=0.38,A/R>e當量動載荷P＝fm（XR+YA）fm――力矩載荷系數取fm＝1.5;計算軸承，取溫度系數06fC

0n 300810Y＝282400/300×8＝117所以，足夠1h8mmL63mmb10mm，采用圓頭普通平鍵。軸徑2由式

[ 式 l：鍵的工作長度，lLb6310 []：許用擠壓應力，查得[110N

462.404 358

16.8N/

2[pp第七章羅茨泵冷卻系統的研究(專題部分如轉子與轉子之間轉子和泵體之間的間隙都比較小般在0.1～0.25之圖 羅茨泵冷卻系統示意在轉子將的下腔30冷卻水套內部形成這部分在冷卻水套內基本不循環溫度愈來愈高，氣體溫度20C，出口氣體溫度80C；冷卻水溫度15C，出口溫度55C80C；冷卻水溫度均為15C，出口溫度均為55C。依此我們先簡單的計

s4108.3L/sE4s4Cv108.310358.31(802Q4P4E48946135假設水冷夾層的溫度等于氣 到出口的平均溫度，

20C80C2S2(12160

4

3047W/m24.82102(80冷卻 平均溫度 15C55C 10t62.65102W/mK

35C0.732106m2/Pr ff當tw50Cw406.1106Kg/wr4，4r2704r4可算德

3047225.910362.65102

2(12190l 2

1(2r)07 0.027Re08Pr1/3(f)0 w

Nu 080.027Pr1/3

f)014 w001/ 0雷諾數大于104

Re

dRefd

358300.732106225.9

0.5m/Hv/ s200L/s

E

T20010358.31(8020)2QPE9067249假設水冷夾層的溫度等于氣 到出口的平均溫度， 20C80C S2(1216070)401064.82102

2(1216070)901065.7102m24圖7－2 1

y432

y16

9zx2x112z

yds(

y1120)160y160sin

0S3240140220

160sin

)16018384mm21.8102 S 7.510

2(1216070)1201067.7102m24圖7－3 1

y16152

y3221

7zx2x112z

yds(

y120)160y160sinS22

5140256388mm25.6102 S 13.310

2(124圖7－4 1

y2

y3227

zx2x112z

yds(

y130)160y160sinS121510272012mm27.2102 S 17.910 SS1S2 338W/m243.5102(80冷卻 平均溫度 15C55C 10t62.6