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 - 真空技术网
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
来源:真空技术网（）台州职业技术学院机电工程学院　作者:巫修海
　　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。
　　干式螺杆真空泵属于非接触型，核心元件是一对相互啮合的螺杆转子，泵腔内没有金属与金属间的接触，抽气腔元件无摩擦，结构简单紧凑，易损件少，高，使用寿命长，能耗低，无油污染，使用场地小等优点而广泛使用，而且螺杆真空泵的各级泵之间无内部通道，而是直接将气体从吸气侧推送至排气侧，因此在抽除可凝性气体、带有粉尘及颗粒物的气体时不易堵塞且清洗方便。由于其优越的性能，在欧美和日本已经成为微电子、半导体、制药、精密加工、太阳能光伏、LED 等行业首选真空获得设备，可广泛替代，滑阀式真空泵，，水喷射真空泵，，罗茨水环真空机组等。
　　目前，单头、爪形的螺杆转子型线是国内外厂商最为常用的一种型线，其综合性能优秀，密封性能良好，面积利用系数大，且解决了转子的齿面干涉问题，故为广泛采用，这种螺杆采用基圆半径相等、旋向相反、端面曲线相同的型线。型线的设计中，齿根圆弧与齿顶圆弧过渡一般采用阿基米德线及其共轭曲线、渐开线及其共轭曲线、圆弧及其共轭曲线或摆线及其共轭曲线，不同的过渡形式，真空技术网(/)认为对成对螺杆的间隙设计、螺杆的加工方法选取及与之对应的加工效率各不相同。本文主要分析带有阿基米德曲线、渐开线和摆线过渡线的三种常见的型线啮合特性，并且以其为基础探讨螺杆的加工方法，以便根据不同的型线和加工设备，为选取最合适、高效的螺杆加工方法提供参考。
1、三种常见型线分析
1.1、带有阿基米德端面型线分析
　　目前螺杆真空泵市场上常用的型线是由阿基米德曲线及其包络曲线、大小两段圆弧、外余摆线五段线组成，国外Rietschle、KINNY、TAIKO、VPS等公司采用类似结构的型线。如图1 所示，该端面型线由阿基米德曲线e1a1、其包络线d1e1、小圆弧c1d1 和大圆弧a1b1、外余摆线b1c1 组成，由于阿基米德曲线的啮合特性，阿基米德曲线a2 点的包络点是f 点，无法达到d1 点，大圆弧a1 点的包络点也无法达到d1 点，这个小区域无法完全啮合，需要修齿形，形成三角区域a2d1f，该区域形成气体的滞留区，影响抽气效率。这类型线在一个导程内存在不完全啮合区，形成的螺杆在1 个导程内无法排除介质，文献采用该型线的螺杆至少设计成1.5个以上导程，实际应用中，螺杆一般设计成4.5 个导程，才能达到比较好的抽气性能要求。
图1 带阿基米德曲线的螺杆转子端面型线
　　这种型线设计，在确定了中心距、齿根半径和齿顶半径后，面积利用率不固定，可以根据阿基米德线生成圆半径、初始相角和展开角而变化，具体的变化需要结合加工方式。表1 是螺杆转子端面型线组成曲线及特性。
表1 带阿基米德曲线的螺杆转子端面型线的组成曲线
1.2、带有渐开线端面型线
　　渐开线也是螺杆端面型线常选用的基本型线，渐开线有自共轭的特性，不需推导共轭曲线，渐开线及其共轭曲线用可以一段渐开线表示[5]，是理想的共轭啮合曲线。如图2 所示，但若渐开线与根部圆弧直接相连，会形成一定的泄露区e2d2f，故渐开线和根部圆弧采用摆线e2d2 过渡[6]。德国Busch 公司采用类似的型线。
图2 带有渐开线的螺杆转子端面型线
　　该端面型线有五段曲线，分别由齿顶圆弧a1b1、外余摆线b1c1、齿根圆弧c1d1、过渡摆线d1e1 和渐开线e1a1 组成，螺杆转子端面型线组成曲线及特性如表2 所示。过渡摆线d1e1 的存在，即能保证成对螺杆啮合的密封性，又使得螺杆转子在齿根和齿廓之家形成平滑过渡，构成一个具有共同加工可能性的平滑曲面，可以明显提高加工效率。
　　螺杆转子端面型线是螺杆真空泵的关键技术核心，本文列举了实际使用最广泛的三种端面型线，通过分析端面型线曲线组成，给出了每种型线组成曲线啮合特性，根据啮合特性，指出了螺杆设计过程中的需要注意的实际问题。
　　螺杆车削加工中，需要在带有C 轴功能的车削中心完成，这样才能保证加工精度，螺杆加工关键的是刀位点的计算，本文分别给出了三种螺杆车削加工模型。螺杆铣削加工是另一种高效加工的加工手段，铣削加工方法灵活多样，需要结合型线和加工设备灵活选取。螺杆的加工精度快速检测一直是个难题，本文提出的&光电对刀仪点对点测量方法&可以有效地解决这个难题。
　　当然，型线及成对螺杆的配合间隙如何设计是一体工程，限于篇幅如何合理设计成对螺杆间隙没有涉及，这个问题及具体的加工方法在后续的文章中详细阐述。
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螺杆加工工艺分析与成形刀具设计【毕业论文】.doc62页
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本科毕业论文
螺杆加工工艺分析与成形刀具设计
专业：机械设计制造及其自动化
改革开放以来，伴随着机械制造业的迅速发展，有关螺杆机械设备也迅速发展。1985年后螺杆的生产应用得到了飞速的发展，螺杆也进入了飞速发展的阶段。随着市场的不断壮大，诸如螺杆泵、螺杆压缩机、橡塑挤出机、汽轮机、鼓风机、透平机等高技术、高性能机械装备的需求量越来越大,对其性能的要求也越来越高,它们在军事、石油、机械、航空、能源、化工、塑料等国民经济的多个重要工业领域中具有广泛的应用。
我国现在螺杆生产企业应用 最广泛的螺杆螺旋面加工方法为成形铣削法，虽然其加工效率较高，但由于每一种规格的螺杆加工就需要一组刀具，刀具需求量较大，此外，还要配套相应的刀具刃磨设备，导致企业投入生产成本较大。而且国内螺杆加工企业的加工设备落后，加工工艺落后，无法加工高精度的螺杆。本论文主要对螺杆的加工工艺进行分析；对螺杆螺旋面分析，设计螺杆铣刀。
本论文的主要研究内容包括两个方面：
1、分析螺杆的加工工艺，制定螺杆的工艺卡片。
螺杆铣刀廓形计算与设计。
关键词:螺杆;工艺;铣刀
Since reform and open policy，following the mechanical manufacturing industry rapid development，The related screw rod mechanical device also rapidly develops.After 1985 the screw rod production application obtained the rapid development, the screw rod also entered the rapid development stage.Along with market unceasing strength, such as the screw rod pump, the screw rod compressor, the oak model the extruding machine, the steam turbine, the air blower, the turbine and so on the High-tech, the high performance machinery equip the demand is more and more.More and more i
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