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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題目：LZG-30單頭螺桿型干式真空泵的建模和仿真
系 別 機(jī)電系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2012年12月18日
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1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)綜述
（一）：課題研究的目的和意義
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，真空技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域之中。真空技術(shù)的應(yīng)用，必須以性能優(yōu)良的真空泵為前提。隨著高新技術(shù)尤其是IT行業(yè)的飛速發(fā)展，給真空行業(yè)也拓展了更為寬闊的發(fā)展空間。同時(shí)對(duì)清潔的、環(huán)保的、無(wú)油的真空獲得設(shè)備需求越來(lái)越大，無(wú)油真空泵的市場(chǎng)前景也越來(lái)越好。國(guó)外無(wú)油螺桿泵以被廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)還處于研制階段，因此國(guó)內(nèi)無(wú)油螺桿真空泵具有廣泛的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)。
總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)本課題我們可以對(duì)螺桿型真空泵的設(shè)計(jì)、發(fā)展趨勢(shì)以及各種相關(guān)的基本原則做出更詳細(xì)的分析和判斷。
（二）：課題研究的背景
干式螺桿真空泵是干式泵家族中的一員。所謂干式真空泵，一般認(rèn)為是能在大氣壓到10-2Pa的壓力范圍內(nèi)工作；在泵的抽氣流道中，不能使用任何油類和液體，排氣口與大氣相通，能直接連續(xù)向大氣中排氣的泵，也稱無(wú)油真空泵。干式真空泵在抽氣流道內(nèi)無(wú)任何液態(tài)工作介質(zhì)或密封介質(zhì)，從根本上解決了油封式真空泵引發(fā)的各種問(wèn)題。
螺桿式真空泵特點(diǎn)如下：[2]
可靠性高。螺桿式干式真空泵零件部件少，沒(méi)有易損件，因此他運(yùn)轉(zhuǎn)可靠壽命長(zhǎng)。
操作維護(hù)方便
動(dòng)力平衡性好。螺桿式真空泵沒(méi)有不平衡的慣性力，機(jī)器平穩(wěn)地高速運(yùn)行。
適應(yīng)性強(qiáng)。螺桿式真空泵具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，在寬廣的壓力范圍內(nèi)能保持較高的抽速，排氣量幾乎不受排氣壓力影響。
多項(xiàng)混輸。由于螺桿式真空泵轉(zhuǎn)子齒面留有微小間隙，因而可抽除腐蝕性、有毒、含有粉塵、可凝性蒸汽等多種氣體。
然而我國(guó)一些公司正在使用的螺桿型干式真空泵均是從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格非常昂貴，所以應(yīng)用并不廣泛，造成這一現(xiàn)象的主要原因由于螺桿轉(zhuǎn)子型線比較復(fù)雜，加工難度大，需用特制刀具在專用機(jī)床上進(jìn)行加工，另外，對(duì)螺桿干式真空泵體的加工精度也有較高的要求，而國(guó)內(nèi)的加工水平目前還難以達(dá)到這個(gè)水平。螺桿干式真空泵廣泛應(yīng)用于電子、核能、化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)等領(lǐng)域。在半導(dǎo)體工業(yè)中用于生產(chǎn)芯片、制造液晶顯示器、蝕刻、生產(chǎn)PLASMA的CAD制程。在核工業(yè)中用于反應(yīng)堆及核工業(yè)真空獲得；化工上用于真空蒸餾及溶劑萃取高效回收溶劑，在脂肪酸生產(chǎn)中用來(lái)消除水污染，清除噴射器中的阻塞物；醫(yī)藥工業(yè)中用于回收藥物及其藥物中間體，為人造器官生產(chǎn)提供清潔無(wú)菌條件；食品工業(yè)中用于香料、香精濃縮、食品包裝等。[1]應(yīng)用范圍極為廣泛。且干泵的種類很多，目前已開(kāi)發(fā)出來(lái)的有爪型泵、渦旋泵、往復(fù)活塞泵、螺旋泵等。
（三）：國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
自從第一臺(tái)工業(yè)上可運(yùn)行的干式泵1984年在日本運(yùn)行以來(lái)，許多無(wú)油真空泵如雨后春筍般迅速發(fā)展起來(lái)，其中日本、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)最為先進(jìn)。美國(guó)Varain公司生產(chǎn)的DVP系列產(chǎn)品，其真空度可達(dá)到10-2Pa,這是目前報(bào)道的單級(jí)干式真空泵中真空度最高的產(chǎn)品之一。而德國(guó)Sterling SIHI公司在1997年研制成功的SIHIdry是世界上第一臺(tái)真正意義上的干式真空泵，他能滿足流程工業(yè)中最苛刻的要求，該產(chǎn)品榮獲“1998年年度技術(shù)革新獎(jiǎng)”。以上兩種真空泵均于沿轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度上填充聚四氟乙烯用作密封以保持良好性能，他們同時(shí)也是無(wú)油真空泵的典型產(chǎn)品。[3]
國(guó)外關(guān)于螺桿干式真空泵研究有許多內(nèi)容。英國(guó)Rietschle有限公司根據(jù)螺桿式壓縮機(jī)原理設(shè)計(jì)出了一種雙螺桿式真空泵，采用了許多新技術(shù)，并已形成批量生產(chǎn)，該公司已成為時(shí)間低壓與真空技術(shù)中的領(lǐng)軍人物之一。美國(guó)Tuthill真空設(shè)備有限公司2002年推出一款用于氣體處理的新型Kinney干式螺桿真空泵，該KDPH-120型螺桿式真空泵采用可變嚙合設(shè)計(jì)，比其他類TJ的真空泵耗能減少約30%。普旭是全球最有影響力的真空設(shè)備制造商之一，為客戶提供了數(shù)量眾多真空泵及真空系統(tǒng)。普旭BUSCH的無(wú)油螺桿真空泵系列于2003年通過(guò)了應(yīng)用材料公司美國(guó)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。應(yīng)用材料公司在美國(guó)實(shí)驗(yàn)室將普旭BUSCH的無(wú)油真空泵系列與其設(shè)備安裝在一起進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)一年檢測(cè)，結(jié)果證明普旭真空泵系列與其設(shè)備結(jié)合測(cè)試的效果最好。之后普旭又于2004年推出了表明經(jīng)過(guò)特殊強(qiáng)化的螺桿型真空泵系列，可以抵抗目前已知的絕大多數(shù)活潑氣體的腐蝕。全球領(lǐng)先的真空和尾氣處理技術(shù)的生產(chǎn)廠商Edwards公司發(fā)布一系列在苛刻的化學(xué)、石化和制藥工藝過(guò)程中提供出色真空性能的全新干泵設(shè)備。易于使用的CXS泵采用尖端的錐形螺桿技術(shù)，具有卓越的可靠性，而且安裝簡(jiǎn)單、環(huán)保并提供改進(jìn)的液體和固體處理能力。因此，這些設(shè)備的運(yùn)行成本符合經(jīng)濟(jì)原則，且用戶可以優(yōu)化其真空工藝，并最大限度地降低總體購(gòu)置成本。[4]另外還有其他一些文獻(xiàn)對(duì)螺桿型真空泵的性能方面進(jìn)行了較多的研究。
國(guó)內(nèi)，有關(guān)螺桿型真空泵的研究文獻(xiàn)很少，只有上海博匯真空設(shè)備有限公司的周寶洪研制了一種干式真空泵[5]，并申請(qǐng)了專利，但是并未見(jiàn)有成品報(bào)道。我國(guó)在螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)方面很欠缺，生產(chǎn)泵的自動(dòng)化程度不高，精度也不高，只能依賴進(jìn)口。
2. 本課題研究的主要內(nèi)容和采用的研究方案、研究方法或措施
與螺桿式壓縮機(jī)類似， 如下圖所示：
螺桿式真空泵的工作過(guò)程可分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過(guò)程。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相通的工作循環(huán)，現(xiàn)在以一齒來(lái)說(shuō)明。
吸氣過(guò)程
螺桿真空泵的吸氣過(guò)程。陽(yáng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。下方轉(zhuǎn)子端面是吸氣端面，上為排氣端面。吸氣過(guò)程即將開(kāi)始的轉(zhuǎn)子位置。在這一刻，這一對(duì)轉(zhuǎn)子前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣口連接。隨著轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒的一端逐漸脫離嚙合形成了齒間容積，這個(gè)齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒的齒槽中脫離出來(lái)，齒間容積不斷擴(kuò)大，并與吸氣孔保持連通。吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)，其最顯著的特點(diǎn)是齒間容積達(dá)到最大值。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所研究的齒間容積不會(huì)再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開(kāi)，吸氣過(guò)程結(jié)束。
壓縮過(guò)程
螺桿泵的壓縮過(guò)程。轉(zhuǎn)子于端面是排氣端面。在這里，陽(yáng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。下方端面為吸氣端面，上方為排氣端面。
螺桿泵壓縮過(guò)程即將開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。此時(shí)氣體被轉(zhuǎn)子齒和機(jī)殼包圍在一個(gè)封閉的空間中，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合就要開(kāi)始減小。
隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小。被密封在齒間容積的氣體被占據(jù)體積也隨之減小，導(dǎo)致壓力升高，從而實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮過(guò)程，壓縮過(guò)程可一直持續(xù)到齒間容積即將于排氣孔口連通之前。
排氣過(guò)程
螺桿泵的排氣過(guò)程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開(kāi)始排氣過(guò)程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過(guò)排氣孔口被排出。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，此時(shí)，齒間容積內(nèi)的氣體通過(guò)排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積的體積變?yōu)榱恪?
從上述工作原理可看出，螺桿型干式真空泵是一種工作容積作用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式機(jī)械真空泵。氣體的壓縮依靠容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借助螺桿泵的一對(duì)轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到的。他的工作容積在周期性擴(kuò)大和縮小的同時(shí)，其空間位置也在變更。
兩轉(zhuǎn)子示意圖
3. 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作
1. 確定螺桿轉(zhuǎn)子參數(shù)，計(jì)算極限真空度，設(shè)計(jì)螺桿結(jié)構(gòu)。
2. 擬定真空泵的裝配圖。
3. 根據(jù)上述問(wèn)題提出多種可能的設(shè)計(jì)方案，對(duì)各方案進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選獲得最佳設(shè)計(jì)方案。結(jié)合設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行相關(guān)分析、計(jì)算，包括關(guān)鍵零件或結(jié)構(gòu)的計(jì)算、校核，確定主要零部件的結(jié)構(gòu)；繪制出裝配圖，根據(jù)裝配圖，拆畫主要零件的零件圖。
4. 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
進(jìn)度安排（1）調(diào)研、收集資料并完成開(kāi)題報(bào)告--3周 ；（2）熟悉Pro-e設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具和確定總體設(shè)計(jì)方案--4周；（3）LGZ-30單頭螺桿型干式真空泵及結(jié)構(gòu)方案詳細(xì)設(shè)計(jì)并完善--4周； （4）完成外文翻譯、中期報(bào)告--1周； 5）設(shè)計(jì)計(jì)算并完成零件圖、裝配圖--3周；（6）整理資料、撰寫畢業(yè)論文、準(zhǔn)備答辯--2周。
5．指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6.所在系審查意見(jiàn)
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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[5] 周寶洪，干式螺桿真空泵的螺桿設(shè)計(jì)與計(jì)算，真空，2001年6月第3期
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