变螺距螺杆真空泵转子温度场和热变形的有限元分析

以变螺距螺杆真空泵转子为研究对象,建立主动转子的三维有限元分析模型,对转子在热载荷作用下的温度场和热变形进行有限元分析。计算得到每一级的当量温度和对流换热系数,确定变螺距转子热边界条件,对螺杆转子的温度场分布进行模拟分析,得出转子的温度分布规律,并进一步对转子的热变形进行研究。研究结果表明:变螺距转子温度场和热变形分布均匀,最高温度为146.97℃,最低温度为68.30℃,轴向形变量最大值为0.41168 mm,径向形变量最大值为0.17245mm,为变螺距螺杆真空泵的设计提供了理论依据。     

螺杆真空泵转子热形变分析及转子优化

建立180L/s螺杆真空泵转子温度场有限元模型,得到其温度场和热形变分布情况,结合热形变结果推导出泵腔内各点冷配合间隙。利用分析结果对螺杆真空泵转子形状进行优化设计。分析结果显示:180L/s螺杆真空泵两转子之间间隙应大于0.28mm,泵腔和转子之间间隙应大于0.20mm。结合所述分析结果对转子形状进行优化,优化后的转子可以减少原有22%冷配合间隙,一定程度上降低泵工作过程中返流量。     

等螺距螺杆转子车削工艺研究北大核心CSCD

螺杆转子是螺杆真空泵的核心部件。本文提出了一种采用普通数控车床加工等螺距螺杆转子的工艺及间隙设计方法。使用两把普通车刀对螺杆进行加工,根据进给量计算螺杆转子轴截面刀位点坐标值,通过二次车削分别加工螺杆螺旋槽凹、凸两面;采用ANSYS进行螺杆转子热变形有限元分析,得到最大变形量,据此分别进行齿顶圆轴向斜切、凹面切削以满足间隙要求;使用数控车宏程序进行编程,并以刀位点坐标作为变量以简化程序。本研究具有通用性,对不同的转子型线均可使用相同的设计及加工方案。     

等螺距螺杆转子车削工艺研究

螺杆转子是螺杆真空泵的核心部件。本文提出了一种采用普通数控车床加工等螺距螺杆转子的工艺及间隙设计方法。使用两把普通车刀对螺杆进行加工,根据进给量计算螺杆转子轴截面刀位点坐标值,通过二次车削分别加工螺杆螺旋槽凹、凸两面;采用ANSYS进行螺杆转子热变形有限元分析,得到最大变形量,据此分别进行齿顶圆轴向斜切、凹面切削以满足间隙要求;使用数控车宏程序进行编程,并以刀位点坐标作为变量以简化程序。本研究具有通用性,对不同的转子型线均可使用相同的设计及加工方案。     

干式螺杆真空泵转子温度场的有限元分析

利用有限元建立了计算干式螺杆真空泵转子温度场的数值方法，考虑了热传导及转子表面与工作介质的对流换热因素对温度场的影响，采用相似准则方程一迪特斯一玻尔特（Dittus-Boelter）公式计算了对流换热系数。计算结果表明：转子温度场由进气端至排气端近似为线性增长，排气端温度约为120℃。随着转子转速降低，排气端温度迅速降低，当转速在2000r／min以下时，转子由进气端至排气端的温度变化在30℃以下。实验结果验证了上述结论，误差在15％以内。本文的研究工作不仅提供了干式螺杆真空泵转子的温度分布，也为进一步研究转子的热变形，合理确定泵腔内各密封间隙提供了理论与实验依据。     

螺杆真空泵转子-泵腔系统热变形分析

以等螺距螺杆真空泵为研究对象,对工作状态下泵腔内各点间隙变化进行研究。建立了工作状态下主动、从动转子和泵腔温度场有限元模型,通过分析得到转子-泵腔系统的温度场和热变形分布情况,并绘制了工作状态下泵腔内各点间隙变化的曲线图。研究结果表明:转子轴向存在较大温差,泵腔相对于转子温度较低。工作状态下泵腔内各处间隙存在较大差异。进气端间隙较大,各点间隙在0.23~0.3mm之间;排气端间隙较小,各点间隙在0.11至0.15mm之间。     

干式螺杆真空泵内部泄漏过程建模及分析

准确掌握螺杆真空泵内部泄漏规律是设计高性能螺杆转子的基础。本文基于螺杆真空泵内部简化的泄漏通道几何结构与广泛的狭缝通道流动模型调研,对螺杆真空泵内部涉及分子流、粘滞流、过渡流三种流态及泊肃叶流、库爱特流两种流动方式的泄漏过程进行了建模。基于所构建的泄漏模型搭建了螺杆真空泵内部工作过程模拟程序,分析了极限真空下等螺距螺杆转子的内部泄漏过程。分析结果表明,不同间隙与转速下,齿顶泄漏通道内泊肃叶流动始终为影响转子内泄漏的主要因素,转子尖点啮合处泄漏通道内泊肃叶流动为影响转子外泄漏的主要因素,齿顶与齿间接触线处泄漏通道内库爱特流动因素不可忽略。螺杆真空泵内部气体的主要泄漏路径为:排气侧工作腔内气体首先通过齿顶泊肃叶流动内泄漏至吸气侧工作腔,而后通过转子尖点啮合处外泄漏至吸气腔。     

螺杆真空泵返流特性的研究

以单头等螺距内凹转子双螺杆真空泵为研究对象,对螺杆真空泵工作时转子与泵腔、转子与转子之间气体的流动状态进行研究,将周向返流简化为两平面平板之间库埃特流动与泊肃叶流动,径向和齿侧返流简化为薄壁孔流动,建立了螺杆真空泵转子周向、径向和齿侧返流量计算的理论数学模型。计算分析了不同间隙值以及螺杆转子参数对螺杆真空泵返流量的影响,得到螺杆真空泵返流量随着螺杆渐开线基圆半径、大径、小径、和导程变化的规律。研究结果表明:周向间隙的增加使得返流量显著增加;在理论抽速给定的条件下,小径大径比为0.63时,返流量最小。     

双螺杆真空泵工作过程中容积及气体状态变化分析

以常见单头等螺距凹齿双螺杆真空泵的齿间容积变化为基础,对工作过程中气体状态的变化进行了总结,对螺杆真空泵的排气口的设计给出了一种方法。建立了一种基于热力学原理的数学模型,对其中的压缩过程进行了计算,并做了验算。本文可为研究螺杆真空泵转子及排气口的设计提供借鉴,为螺杆真空泵工作过程的热力学计算提供参考。     

螺杆真空泵转子实际型线研究

螺杆转子型线作为螺杆真空泵的关键技术之一,始终是学者们的研究重点。纵观目前国内外型线研究现状,螺杆真空泵型线的理论研究颇多,但关于实际型线方面的研究`尚且不足。本文以实际型线作为研究对象,依据装配间隙、螺杆真空泵理论型线设计、理论型线的修正等因素,提出螺杆真空泵转子实际型线的推导方法,并列举一种螺杆真空泵转子实际型线方程,为单头螺杆真空泵实际型线的设计提供了理论依据。     

双螺杆真空泵新型椭圆弧修正正弦螺旋线螺杆转子设计与模拟北大核心CSCD

螺杆转子的几何性能直接决定双螺杆真空泵的工作性能。针对现有的螺杆转子存在空间接触线长,泄漏三角形面积大的问题,建立正弦螺旋线和椭圆弧及其共轭曲线的啮合模型,设计了一种新型正弦螺旋线-椭圆弧转子,并推导了其型线方程;通过对螺杆转子几何特性的分析和工作过程的数值模拟,比较了传统螺杆转子和新型转子的不同。结果表明:所提出的新型转子接触线长度缩短了2.54%,泄漏三角形面积减小了27.77%,且齿顶泄漏深度明显小于现有转子,具有更好的密封性能,显著提高了双螺杆真空泵的工作性能,对于改善双螺杆真空泵泄漏具有重要的理论意义和实际工程价值。     

螺杆真空泵自平衡螺杆转子优化设计

为了开发能适应恶劣工况、高效节能和安全运行的螺杆真空泵,设计了一种自平衡的内部压缩螺杆转子模型。使用借助Hermite插值理论导出圆柱变螺距螺旋线的参数方程,构建了变螺距设计参数、尾部压缩级数与螺旋角度的变量关系式,建立了自平衡螺杆转子优化设计模型。通过计算,优化转子质量轴向分布,无需在螺杆转子两端和齿顶减重而达到良好的自身动平衡,动平衡试验证明了设计模型的可靠性,为螺杆真空泵的动平衡研究提供了参考依据。     

螺杆真空泵内气体热力过程的解析计算与实验研究

本文提出了一个描述螺杆真空泵内气体级间返流泄漏量沿程分布的简化模型,基于此模型对螺杆真空泵内的气体热力过程进行深度分析,解析计算了抽气过程的吸气、压缩、输运、反冲和排气各阶段气体热力学参数随时间的变化关系。同时,组建了专门的实验测试台,并制作了采用三段式螺杆转子、泵腔侧壁带有5个压力测试孔的专用测试样泵;通过实际测试极限真空状态下的螺杆泵内沿程气体压力,间接验证了返流泄漏模型和热力学计算的正确性。     

三种常见的干式螺杆真空泵螺杆转子型线分析与螺杆加工方法探讨

分析了三种实际应用较为广泛的,分别带有阿基米德线、渐开线、余摆线的螺杆真空泵螺杆转子型线,具体比较了三种型线组成曲线啮合特性和型线的优劣。详细阐述了螺杆的车削加工方法,分别建立了带有刀位点的三种螺杆车削加工模型,并且给出了车削刀具的选取依据。最后,简单地介绍了一种高效的螺杆铣削螺杆加工方法,并提供了一种实用的螺杆加工精度测量方法。     

渐变式螺杆真空泵设计与试验

为了开发高效节能、安全运行的螺杆真空泵,在现有各类内部压缩螺杆真空泵研究的基础之上,提出了一种三段式内部压缩体积渐进式变化的螺杆转子,并使用Hermite插值理论导出了圆柱变螺距螺旋线的参数方程。设计的变螺距螺杆,第一部分是大导程等螺距区域,位于吸气端,其决定了螺杆真空泵的吸气能力;中间是非线性平滑过渡部分,其长度与非线性比率决定了压缩能力;尾部的排气端是小导程等螺距区域,保证了稳定的极限压力。试验证明采用渐变式的螺杆真空泵可以大幅降低驱动功率,工作噪声低,内部工作温度低,运行效果良好。     

单头等螺距梯形齿螺杆转子型线的干涉问题研究

本文针对无油螺杆式真空泵中一种常用的单头等螺距梯形级齿的螺杆转子型线,研究讨论了二转子级齿间的干涉问题。提出了保证二转子不发生干涉的二种解决方案———平移齿面法和内凹齿面法。分别推导得到齿面平移距离和内凹齿面母线方程的计算公式。其中内凹齿面螺杆转子型线在国外多种螺杆式真空泵产品中得到实际应用     

低比功率宽工作能力的螺杆真空泵设计与试验

为开发能高效适应0.1～100kPa宽工作压力范围，且能兼顾预期极限真空工艺工况的螺杆真空泵，设计了分段式渐进变化螺距螺杆。其第一部分导程由小到大变化，位于吸气端，从第二部分开始导程由大到小渐进变化，该构造确保了螺杆良好的动平衡性，可保证齿面结构完整；前两级导程决定了螺杆真空泵的吸气量，相邻导程比率决定了压缩能力；末端导程螺距变化小，螺杆齿宽大，保证了螺杆的加工性能。试验证明采用分段式渐变螺杆转子的螺杆真空泵，在整个工作压力区域都能保持较大的抽速，并且可依据工作预期优化螺距参数，极大降低了设定工作压力区域的比功率，从而提高抽气效率，大幅降低驱动功率，使泵运行效果良好。     

转子系统瞬态热启动过程动力学特性研究

摘 要：某型航空发动机在停车后的冷却过程中,其高压转子会产生较大的热弯曲。当再次启动时,高压转子会产生较大的热振动,进而威胁到发动机的安全运行。采用流-热-固-动力学开放式半耦合系统,对停车后不同时刻的瞬态温度场对某航空发动机高压转子系统的瞬态热启动特性的影响进行了探讨并和试验值进行了比较。结果表明,高压转子的停车时间位于65~90min时,其转子的最大振速超过了最大临界安全振速80mm/s,因此,热启动时应当尽量避开这一时间段,或者在这一时间段冷运转后再启动减小热弯曲对瞬态振动的影响。计算结果为航空发动机高压转子系统的优化设计和热弯曲故障诊断提供了理论依据。     

螺杆真空泵单头变螺距螺杆转子型线的研究

本文介绍了一种用于无油螺杆真空泵的单头变螺距螺杆转子型线，给出了型线方程和抽速计算公式，并说明了参数确定原则。     

双螺杆真空泵变截面锥形螺杆转子的构建与几何性能研究

为提高等截面螺杆转子的内容积比,本文提出了一种新型变截面螺杆转子的构建方法,进而构建了变截面锥形螺杆转子。研究了几何参数对所提出的锥形螺杆转子性能的影响,并与传统的等截面螺杆转子进行对比。结果表明:所提出的变截面锥形螺杆转子具有更大的进气容积和更小的排气容积,提高了内容积比,同时齿厚分布更加合理,实现了气体压力升高方向与齿厚增大方向的一致性。所提出的新型变截面双螺杆真空泵具有极限真空度高、级间密封性能好和抽气速率大等优点。