曲爪型真空泵轉子優(yōu)化型線(xiàn)研究

　　本文介紹了曲爪型真空泵轉子的典型型線(xiàn)以及優(yōu)化型線(xiàn)的構建方法，并由此得到了9 種不同的爪式型線(xiàn)。為了找出9 種型線(xiàn)中的最佳性能曲線(xiàn)，分別對這9 種不同的爪型轉子進(jìn)行工作過(guò)程中流場(chǎng)的數值模擬以及轉子的受力分析。在數值模擬中，爪型轉子工作壓力比隨著(zhù)爪尖半徑的增加而減小。在應力分析中，隨著(zhù)爪尖半徑的增加，轉子所受的最大應力減小，其力學(xué)性能提高。因此，綜合其工作性能和力學(xué)性能考慮，爪式真空泵最好選擇相對爪尖半徑為0.114~0.143 的爪型轉子。

　　爪式真空泵(包括爪式真空泵、爪式壓縮機和爪式膨脹機等)是一種新型的容積式流體增壓輸送機械。它由兩個(gè)特殊的爪型轉子以及機殼、密封裝置等組成。爪式真空泵工作時(shí)，由兩個(gè)轉子進(jìn)行同步異向回轉運動(dòng)而對泵腔進(jìn)行壓縮或者膨脹，從而達到流體增壓輸送目的。

　　爪式真空泵具有無(wú)需潤滑，干式無(wú)油，運轉平穩等特點(diǎn)，用途廣泛，型線(xiàn)的優(yōu)化必然帶來(lái)性能的提高。爪式真空泵已經(jīng)廣泛應用到石油化工行業(yè)、醫藥行業(yè)和半導體行業(yè)中;爪式壓縮機作為低壓壓縮機也可以代替化工廠(chǎng)中的低壓壓縮機。因此，爪式真空泵應用前景具有很大的潛力。

　　查閱國內外文獻發(fā)現。在型線(xiàn)方面，國外學(xué)者通過(guò)研究螺桿型線(xiàn)而引出了爪式轉子型線(xiàn)。國內學(xué)者構建了不同節圓半徑和頂圓半徑的爪式型線(xiàn)，擴充了爪式型線(xiàn)類(lèi)型。同時(shí)，也對爪式真空泵的工作過(guò)程進(jìn)行了細致的研究。在數值模擬方面，已經(jīng)對爪式真空泵的模擬研究有了較為成熟的方法，并成功模擬出爪式真空泵的工作過(guò)程。

　　因此，本文對曲爪型的典型爪式轉子型線(xiàn)以及優(yōu)化的型線(xiàn)進(jìn)行研究。通過(guò)對它們的流場(chǎng)進(jìn)行數值模擬以及對轉子的受力分析，并將9 種型線(xiàn)的數值模擬結果進(jìn)行對比，得出最佳的優(yōu)化型線(xiàn)取值范圍，為其產(chǎn)品設計提供理論依據。

1、曲爪型真空泵轉子型線(xiàn)構建

　　1.1、典型型線(xiàn)構建

　　典型型線(xiàn)構建如圖1 所示，我們可以把它稱(chēng)為典型曲爪型線(xiàn)或者r0 型線(xiàn)。型線(xiàn)構建的過(guò)程如下：首先將圓O1 固定，圓O2 的中心與圓O1距離為L(cháng)，并且記錄圓O2 的a 點(diǎn)的位置。將圓O2 以角速度ω 繞圓O1 順時(shí)針進(jìn)行轉動(dòng)，同時(shí)，圓O2 也以角速度ω 繞自身圓心順時(shí)針轉動(dòng)。a點(diǎn)移動(dòng)的軌跡即為構建爪型轉子最重要的曲線(xiàn)。a 點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線(xiàn)的公式如下所示：

　　通過(guò)曲線(xiàn)繪制工具，可以得到a 點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線(xiàn)。然后將該曲線(xiàn)進(jìn)行一系列的旋轉變換，并用3 個(gè)不同半徑的圓進(jìn)行截取，即可得到典型的爪式轉子型線(xiàn)。此爪式型線(xiàn)的節圓半徑為35 mm，爪頂圓弧半徑為50 mm。如圖2 所示。

圖1 典型型線(xiàn)構建　圖2 典型爪式轉子

圖3 優(yōu)化型線(xiàn)構建　圖4 優(yōu)化爪式轉子

4、結論

　　(1)本文介紹了典型爪式真空泵轉子以及優(yōu)化轉子的構建方法，并且定義了從r0 到r8 的9 種不同爪尖半徑的爪式轉子。

　　(2)從數值模擬結果來(lái)看，爪式真空泵工作時(shí)的壓力比隨著(zhù)爪尖半徑的增大而降低，但是在r0 到r5 之間壓力比衰減比較緩慢。

　　(3)在爪型轉子的受力分析中，可知轉子爪臂的1、2 部位最容易產(chǎn)生彈塑性變形，并且隨著(zhù)爪尖半徑的增加，其所受最大應力越來(lái)越小，抗壓能力越來(lái)越好。在爪尖半徑4 以后，最大應力值衰減緩慢，抗壓能力趨于平穩。

　　(4)通過(guò)以上分析，根據壓力比以及極限載荷選取合適的爪型轉子，爪式真空泵通常取相對爪尖半徑為0.114~0.143 的爪型轉子。