罗茨转子双曲线轮廓构造的探索与分析

为挖掘和提升双曲线在罗茨转子方面的应用性能,先后从双曲线转子轮廓、参数化轮廓方程、极限取值、高形提升等四方面内容,展开双曲线在罗茨转子中的应用研究,并与常见渐开线、圆弧转子就动不平衡、轻量化、脉动等性能进行比较分析。结果表明:高形双曲线的转子质心系数为圆弧、渐开线转子的91.7%、93.4%,距轴心更近,利于提高转子泵的动不平衡性能;容积利用系数为圆弧、渐开线转子的105.3%、106.7%,结合更小的内泄漏,利于提高转子泵的轻量化性能;脉动系数为圆弧、渐开线转子的93.4%、94.9%,利于提高转子泵的流体质量;不过,极限形状系数为圆弧、渐开线转子的96.1%、96.9%。得出高形双曲线为一款适宜的非接触转子轮廓。     

泵用新抛物线转子的型线研究与轻量化设计

为降低共轭泄漏和缓解转子的动不平衡,提出一款新的抛物线转子。基于抛物线的成形原理,从几何关系、理论型线、实际型线、取值上限、坐标方程和参数化模型等6个方面展开研究;其次,以节圆半径和形状系数为设计变量,转子副所占方体空间的最小体积为目标函数,构建优化模型和实例分析。结果表明:抛物线转子因更大的综合曲率半径和较小的顶部几何特征,既能降低共轭泄漏,又能缓解转子动不平衡,最大形状系数为2叶的1.4871,3叶的1.3865,4叶的1.3159;非1.3865最大形状系数的1.367最优值,说明转子尺寸须优化。     

泵用新抛物线转子的型线研究与轻量化设计北大核心CSCD

为降低共轭泄漏和缓解转子的动不平衡,提出一款新的抛物线转子。基于抛物线的成形原理,从几何关系、理论型线、实际型线、取值上限、坐标方程和参数化模型等6个方面展开研究;其次,以节圆半径和形状系数为设计变量,转子副所占方体空间的最小体积为目标函数,构建优化模型和实例分析。结果表明:抛物线转子因更大的综合曲率半径和较小的顶部几何特征,既能降低共轭泄漏,又能缓解转子动不平衡,最大形状系数为2叶的1.4871,3叶的1.3865,4叶的1.3159;非1.3865最大形状系数的1.367最优值,说明转子尺寸须优化。     

偏心圆弧罗茨转子型线的研究

罗茨转子作为罗茨真空泵的重要组成部件,对罗茨真空泵性能影响极大。为了解决传统渐开线型转子在渐开线与圆弧连接处存在不光滑连接点,导致泄漏加剧,运行效率下降的问题,文章采用偏心渐开线与齿顶、齿根圆弧平滑相连,提出了一种偏心渐开线型不对称转子。建立了偏心渐开线型不对称转子的几何模型,分析了转子的几何参数对面积利用率等性能的影响。结果表明：随着圆心角增大及节圆半径减小,所提出的偏心渐开线型不对称转子的面积利用率提高;与传统渐开线型转子相比,所提出的偏心渐开线型不对称转子每转排量提升了17.2%,出口流量脉动降低9.8%,出口压力脉动降低7.9%。研究内容对罗茨真空泵的发展具有重要的意义。

     

平-凸罗茨转子的高形化及轻量化研究

为充分利用平凸共轭的轮廓质量和克服低容积利用系数的不足,提高了一种顶直的、高形的平凸工作轮廓。先后从高形构造、顶直工作轮廓、高形避让轮廓、最大形状系数等四方面,逐步展开容积利用系数所涉及公式的推导。结果表明:直谷转子的形状系数为2叶、3叶、4叶的1.293、1.134、1.0761;容积利用系数为0.3748、0.1873、0.0973,仅限于2叶使用。顶直转子的形状系数为1.333、1.310、1.277;容积利用系数为0.4233、0.4013、0.3722,容积利用系数增效为12.94%、114.3%、282.5%。高形转子(τ=2°)的形状系数分别为1.413、1.396、1.370;容积利用系数为0.4865、0.4732、0.4549,容积利用系数再增效14.39%、17.92%、22.22%。高形转子的叶数敏感度低,利于多叶应用以提高脉动质量;高形角对高形系数具有负线形相关;重心明显偏向根部,利于提高转子系统的动不平衡性能。高形圆弧、平-凸共轭轮廓降低了径向和共轭泄漏;转子形状系数采用最大值,提高了容积利用系数,二者共同实现了泵的轻量化。为转子泵的进一步研究提供了基础理论。     

摆线转子径向等缝隙的轮廓构造及其轻量化设计

为实现转子泵轻量化目的,基于全摆线转子的全凸-凹共轭模式,先后从径向等缝隙摆线转子的新轮廓构造,逐步展开其轻量化设计所需要的容积系数、综合曲率半径、内泄漏、容积效率等相关公式的理论推导,最后实例优化与结果分析。结果表明:起始法角显著地正向改变转子无上限值的形状系数,同心半角对转子形状系数、泵容积系数的影响甚微,可取利于改善径向泄漏的相对大值;同心半角、转子形状系数、泵容积系数的相对大值和径向、共轭泄漏的相对小值,导致泵的容积效率更高;全凸凹共轭模式和径向等缝隙轮廓构造,能透过高形状系数和低泄漏,实现泵轻量化目的。为该转子的进一步研究提供理论基础。     

罗茨转子取得最大形状系数的通用判据研究

为研究罗茨泵用转子取得最大形状系数的几何特征,在定义转子主型线段的基础上,采用共轭几何上的欧拉-萨伐里方程法,由谷主型线段的曲率半径为0的极限点,倒推出峰主型线段上共轭的最大形状系数点,据此确定出峰主型线定义中的待定系数,并进而给出转子最大形状系数的计算方法。结果表明,转子取得最大形状系数等价于最大形状系数点、曲率中心、转子中心构成一以曲率中心为直角点的直角三角形的通用判据1,和最大形状系数点处的曲率半径被其瞬心所平分的通用判据2;转子取得最大形状系数与通用判据间互为充分必要条件,且仅能确定出峰主型线定义中的2个待定系数。     

罗茨转子的数字化加工装备及其工艺分析

海24组(海南24和海南24-1)在长期的工作实践中发现,把普通的丝杠经过加工改造成为滚珠似丝杠的同时,加装一些必要的数字电气控制系统,就能够实现普通刨床转变到数控刨床的目的。数控刨床在加工罗茨转子的时候,生成简便并且修改灵活,仅在一台刨床上就可以实现罗茨转子的粗加工和细加工,整个操作设备非常简便实用。     

罗茨转子取得最大形状系数的通用判据研究北大核心CSCD

为研究罗茨泵用转子取得最大形状系数的几何特征,在定义转子主型线段的基础上,采用共轭几何上的欧拉-萨伐里方程法,由谷主型线段的曲率半径为0的极限点,倒推出峰主型线段上共轭的最大形状系数点,据此确定出峰主型线定义中的待定系数,并进而给出转子最大形状系数的计算方法。结果表明,转子取得最大形状系数等价于最大形状系数点、曲率中心、转子中心构成一以曲率中心为直角点的直角三角形的通用判据1,和最大形状系数点处的曲率半径被其瞬心所平分的通用判据2;转子取得最大形状系数与通用判据间互为充分必要条件,且仅能确定出峰主型线定义中的2个待定系数。     

一种腰部为椭圆线的罗茨真空泵转子型线设计与分析

转子作为罗茨泵的关键零部件之一,对产品的整机性能具有重要影响,而转子设计的核心是转子型线的设计。本文以腰部椭圆线为基础开展转子型线设计,转子位于节圆内的型线由椭圆线构成,位于节圆外的型线由椭圆线的共轭曲线组成。设计中首先确定位于腰部的椭圆线及其啮合角,然后应用两个转子间的啮合关系,分析求解型线位于节圆外的共轭曲线,从而获得整个转子型线。最后,设计了抽速为70 L/s的罗茨泵转子,并分析了转子容积利用率与独立可变参数的关系。该型线与顶部为椭圆线的转子型线相比,容积利用率可大于50%,优势明显。     

偏心圆弧罗茨转子型线的研究

罗茨真空泵的转子型线有很多种。本文主要介绍一种国内未见使用的新型转子型线——偏心圆弧转子型线。实际上，偏心圆弧转子型线在国外已有提出，只是由于计算困难等原因，这种型线没有在国内得到应用。本文对该种型线进行了设计研究并予以完善，该型线的众多优点也即显示出来，希望能够供同行参考。     

共轭转子的顶径对泵容积效率最大化的影响分析

为阐述共轭转子的形状尺寸对泵容积效率的影响机理与规律。以最普遍的3叶圆弧转子为例,由“圆柱-平面”等效的缝隙泄漏与当量曲率半径的负相关性,取当量曲率半径为缝隙泄漏的替代研究对象,分析转子尺寸之形状系数、节径对容积利用率、三大内泄漏率的定量、定性影响效果。结果表明:形状系数越大,容积利用率越大,节径的影响可忽略;形状系数越大,共轭泄漏越小,径向泄漏缓慢增加;节径越大,三大内泄漏越小。得出转子的顶径越大,泵的容积效率越高的重要结论,研究内容为最终建立转子泵的内泄漏率或容积效率的计算模型,提供理论依据。     

罗茨泵主要性能指标与转子型线加工误差

介绍了罗茨泵主要性能指标－零流量压缩比和最大允许压差与罗茨泵转子型线加工误差的关系，分析了机械仿形刨削加工中各种主要误差的形成原因和解决方法，提出了建议。     

泵用顶突抛物线转子的高能组合型线构造方法

为兼顾罗茨泵的高容积利用率和高容积效率及动平衡要求, 基于普通抛物线转子型线, 通过由密封用同心顶突圆弧的设计, 大幅提高形状系数和容积利用率;并就顶突抛物线转子的形状系数和容积利用率等, 进行与常见圆弧、渐开线转子的对比实例运算。结果表明:顶突转子的“头轻脚重”截面特征, 迎合了转子系统动平衡要求等;顶突转子的最大形状系数随顶突半角具有明显的线性递减规律, 且对叶数变化的灵敏不高, 3°顶突半角时分别为1.58、1.48、1.41;2叶顶突转子较普通转子在1°~8°顶突半角间的最大形状系数增效为0.6%~8.16%, 最大容积利用率增效2.68%~16.79%;3、4叶顶突转子的最大形状系数、最大容积利用率及容积效率均优于常见的圆弧、渐开线转子;顶突转子增效明显, 且结构简单, 易加工。为罗茨泵其它型线的增效设计, 提供一种创新途径和方法。     

高形转子基于渐开线齿廓的型线构造方法研究

为进一步提升渐开线转子的最大形状系数以实现泵的轻量化和降低径向泄漏。基于渐开线齿廓的构造方法, 提出了具有渐开线齿廓的转子型线。先后构建了高形转子的渐开线型线方程, 给出了其最大形状系数的计算方法, 分析了转子间的型线干涉与改善。结果表明:顶圆弧能有效降低径向泄漏, 提高泵的容积效率;0°~5°齿顶半角下的最大形状系数提升了2叶下的9.3%~4.3%, 3叶下的13%~6.2%, 4叶下的13.9%~5.8%;峰渐开线型线包括过渡用和共轭用两部分, 过渡段与配对转子的型线基点存在干涉;替代的凹圆弧型线段既可避免型线干涉, 也利于缓解转子系统的动不平衡, 且加工简单。     

罗茨泵/风机基于脉动品质的高形轻量化通用方法

为定量分析高形转子在脉动品质和轻量化程度方面的优势。依序推导出包含基础形状系数和高形基础形状系数两变量下的流量脉动系数与单位排量体积的计算公式,并由高形点恰好避让对偶共轭轮廓的几何位置,推导出高形形状系数关于基础形状系数的计算公式,及构建最简洁的轻量化模型。结果表明:基础形状系数、叶顶半角和转子叶数是影响流量品质和轻量化的三大独立参数;高形泵较基础泵均有很大改善等。得出基于脉动品质的高形轻量化可归结为采用最小的许可叶顶半角、最大的许可脉动系数下的单位排量体积最小化的结论。     

转子泵扭叶脉动系数计算的通用拟合方法

为实现扭叶转子泵流量脉动计算方面的高效通用性,基于扭叶转子的高形端面轮廓构造方法和轴向扭叶构造原理,以端面共轭轮廓段的动瞬径长度为变量,建立出一个工作循环中包含积分的扭叶理论流量公式和不含积分的拟合公式,并就圆弧扭叶转子进行实例分析。结果表明扭叶理论流量拟合计算与精确计算的结果完全一致,拟合方法简单方便、精度高;脉动系数与扭叶角具有近似的负线性变化规律,扭叶角越大,流量脉动系数越小,脉动质量越好;3扭叶60°扭叶角为无脉动转子轮廓构造的最佳值,此时的扭叶理论流量等于直叶理论流量的均值。