專利名稱：一種直排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子及其型線設(shè)計(jì)的制作方法
一種直排大氣的羅茨千式真空泵轉(zhuǎn)子及其型線設(shè)計(jì)絲領(lǐng)域本發(fā)明涉及羅茨泵設(shè)計(jì),具i^也H^一種直排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子^L其型線設(shè)計(jì)。ic裝翻佳是國(guó)家M戰(zhàn)略的重對(duì)于業(yè)。在IC裝^于業(yè)中，70%的工作需要在 沐吉凈度要求苛刻的真空環(huán)境下進(jìn)行，例如化學(xué)^目K!P、、離B主入、蒸發(fā)、濺射、 夕卜延生長(zhǎng)、刻蝕、封裝、檢測(cè)等。在每一條ic生產(chǎn)線中，都要應(yīng)用大量貌辱與維持清潔真空環(huán)境的干式真空獲得設(shè)備。以一條月產(chǎn)2.5萬(wàn)片8英寸晶圓片的中檔工藝IC 生產(chǎn)線為例，通常需用各種干式真空泵上千臺(tái)，投資占設(shè) 資的20%左右。作為IC 裝備的關(guān)鍵設(shè)備之一，干式真空貌辱設(shè)備由于產(chǎn)業(yè)技術(shù)門檻高，生產(chǎn)與銷售一直被國(guó)外幾家大公司壟斷，如曰本荏原、德國(guó)普發(fā)、英國(guó)愛德華、德國(guó)萊寶、法國(guó)阿爾H^寺等占據(jù)了世界上95。/。以上的巿iM^額，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家?guī)缀鯖](méi)有形成產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。羅茨真空泵由羅茨畫jb^幾演變而來(lái)，包括高真空多級(jí)羅茨泵、中真空羅茨增壓泵和直排大氣的干式羅茨泵，廣i，于化工、造紙、冶金、薄膜制備、食品等行業(yè)，也 是IC裝新業(yè)中常用的一種真空泵。國(guó)內(nèi)羅茨真空泵的研究和制造較早，《Sit合于 IC裝鈿于業(yè)嚴(yán)才錄求的羅茨干泵并不多見，致使該設(shè)絲期^嫌進(jìn)口 。羅茨轉(zhuǎn)子是羅茨真空泵的最關(guān)鍵的核心部件。在用于IC裝翻于業(yè)的干式羅茨泵 中， 一對(duì)羅茨轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)成本占總成本的40%左右。直排大氣羅茨干泵的^^情況如下1854年，美籍以色列人FRANCIS M. ROOTS和PMLANDH ROOTS兩兄弟在旋轉(zhuǎn)直iM^幾的基礎(chǔ)J^E明了羅茨MME (P. H ROOTS. ROTARY BLOWER[P]. US PATENT. No.30157. 1860.9 ; F. M ROOTS. ROTARY PUMP[P]. US PATENT.No.325276.1885.9),并陸續(xù)申請(qǐng)了多項(xiàng)美國(guó)專利，并只頓線進(jìn)行了修改。在隨后的近 150年里，許多學(xué)者禾P^戒師相繼對(duì)羅茨型線進(jìn)行修正和M,以滿足不同場(chǎng)合的需 求。1900年，美國(guó)人RALPH C.ENYART對(duì)羅茨型線作了改進(jìn)，發(fā)明了如圖l所示 的羅茨型傳輸泵。1954年，出現(xiàn)了羅茨真空泵;在羅茨真空泵應(yīng)用20年^， CLAUS WINKELSTRAIER割惠國(guó)人將這種結(jié)構(gòu)用于羅茨真空泵的設(shè)計(jì)上，從而發(fā)明了M 氣冷式結(jié)構(gòu)、可直排大氣的干式羅茨真空泵(CLAUS WINKELSnRATER et al. ROTARY-PISTON MACHINEP]. US PATENT. No.3817667. 1974.6)。德國(guó)學(xué)者J Henning撰文(J Henning5 H lang. Roots pumps for high difference pressures with cooling by gas circulation[J]. Vacuum 1976:26(7):273-276 ; J.Henninfe RLang. WGK—C pumps:GaS"Cooled roots pumpS"Chemical series. Journal of Vacuum Science and Technology[J].1978,VoL15No.2,pp.784.)介紹了這種羅茨干泵的氣冷原理、極卩眼力、 抽氣性能、能影肖ft^加《嫩溫等，指出這種^^用兩根轉(zhuǎn)子軸在齒輪端固定的懸壁 梁式結(jié)構(gòu)，保證齒輪的潤(rùn)滑油不^XI慎空雜，4糊適^^抽除半l^工業(yè)中的含 有大量可凝性氣體和化工廢氣，獲得清潔無(wú)油的真空環(huán)境。法國(guó)學(xué)者L.C.Valdes等 (L.CValdes， Renaud Theis,改al. Calculating transient flows through ducts of nonconstant rectangular shape. Vacuum 1997:48(839-843); L.C.Valdes, Benoit Bai1h(4改al. Accurate prediction of internal leaks in stationary diy roots vacuum pumps. Vacuum 199:52(451459))，推導(dǎo)了通過(guò)非恒定矩形截面下過(guò)渡流的流導(dǎo)計(jì)算，并結(jié)合 Knudsen-Dong法則研究了非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下通過(guò)氣冷式羅茨干泵間隙的靜態(tài)泄漏理論，
并通過(guò)逸t^行了-斷正，但曾指出Knudsen-Dong法則不糊于羅茨干泵的運(yùn)轉(zhuǎn)模 擬。國(guó)內(nèi)對(duì)于直排大氣羅茨真空泵的專門研究則起步較晚。曹羽等(曹羽，羅根松，氣 冷式直排大氣羅茨真空泵及梅且的熱^i^i十算[J].真空3X)2，(2).)進(jìn)行了氣冷式直排 大氣羅茨真空泵射/li且的熱^i十算，指出其具有抽速大、許用壓差高、無(wú)污染、低 功耗等特點(diǎn)。(IM<^。多級(jí)三葉干式羅茨真空^f問(wèn)題的研究岡，沈陽(yáng) 東北大學(xué)碩ii侖文，2004)分析了氣冷式三葉羅茨轉(zhuǎn)子的輛安媒。王日M、張寶夫 等(王B城，俞玲華，張寶夫羅根松.翻于氣冷式直排大氣羅茨泵的一種轉(zhuǎn)子型線[J]. 真空2005，(5))研究了圓弧擺線型寬頭雙葉轉(zhuǎn)子型線的組成。李德才等研究了羅茨感 崩的磁流鵂封技術(shù)。氣冷式羅茨干絲足了IC裝M業(yè)的工銜破高、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪聲低、維護(hù) 簡(jiǎn)單、銜吉無(wú)油等眾多要求，是很有錄前景的一種干式低真空泵。目前，紛P工及 裝配要求精度高、力口:U隹度大、 一次性&A大等制約因素外，設(shè)計(jì)理論亟《銀高，尤 其包括羅,線的改善、力口工成本的斷氐、間隙的確定、泄漏量的計(jì)算、泵內(nèi)的熱力 學(xué)分析等。發(fā)明內(nèi)容為了劃PM技術(shù)中加工必隹度大、 一次性&x大、不能用于IC裝備的不足，本發(fā)明的目的在于銜共一種加工工藝簡(jiǎn)單、成本低，零件糊性強(qiáng)、糊于IC裝備的新型的直排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子及其型線設(shè)計(jì)。為了實(shí)5，目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下直排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子多級(jí)轉(zhuǎn)子組安裝在中心軸上，兩中心軸上的轉(zhuǎn) 子組相互嚙合時(shí)兩轉(zhuǎn)子腰部圓弧嚙合的最小距離5在0. 08rnn ~ 0.14nm之間；其轉(zhuǎn)子
組分為三部分左轉(zhuǎn)f夬、銷軸和右轉(zhuǎn)子塊,左、右轉(zhuǎn)子塊與銷軸之間采用銷孔定位、 螺絲接；所述轉(zhuǎn)^tMl^外輪廓線4^由圓維且成，即由外圓面、兩個(gè)腰部圓面和內(nèi)圓面 組成；所述多級(jí)轉(zhuǎn)^且級(jí)間轉(zhuǎn)子厚度按/M氣口端到出氣口端的方向按比例遞減；兩 轉(zhuǎn)子腰部圓弧嚙合的最小距離為(-^-j.j[(Xj —$十^4)cosf —^+Ch十少2)siny]其中A為兩轉(zhuǎn)子中心距，x,為左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)，X2為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上 的腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)，y,為左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)^:標(biāo)，y,為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的 腰部圓弧的動(dòng)態(tài)I^M示；左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)和左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)f^標(biāo)根據(jù)下式得出其中x。為腰部圓弧的圓心橫坐標(biāo)，ou為腰部圓弧的初始角，cc,為腰部圓弧的 新角，(3。為腰部圓弧的終止角，R,為左轉(zhuǎn)子左部圓弧判圣；對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)^^斜艮據(jù)下式 得出其中A為兩轉(zhuǎn)子中心距，x。為腰部圓弧的圓心橫坐標(biāo)，cu為腰部圓弧的初始角,CC2為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧的1^角，Po為腰部圓弧的終止角。其型線設(shè)計(jì)在四個(gè)象限中為坐標(biāo)軸且坐標(biāo)原點(diǎn)劉稱結(jié)構(gòu)，其中第二象限內(nèi)的轉(zhuǎn) 子型線為轉(zhuǎn)子型線 #輪廓線全部由圓弧組成，具體由左部圓弧和右部圓弧和腰
部圓弧組成，左部圓m^右部圓弧圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，腰部圓弧的圓心為腰部圓弧兩端 點(diǎn)連線的線段的中垂線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)；腰部圓弧與中心軸等直徑。本發(fā)明M如下優(yōu)點(diǎn)1. 本發(fā)明結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，以圓柱面代替了原有轉(zhuǎn)子復(fù)雜的加工面，可大幅度斷fe!j口 工成本。2. 損壞的轉(zhuǎn)^i夬可直接更換，便于維護(hù)。由于本發(fā)明釆用左、右轉(zhuǎn)子塊與銷軸組 裝結(jié)構(gòu)， 一旦有轉(zhuǎn)子外表面發(fā)生雜丈、點(diǎn)蝕、劃傷等局^^壞時(shí)，更換轉(zhuǎn)^"i夬即可重 新細(xì)，斷氐了維護(hù)成本，提高了羅茨泵的1^1*。3. 零件朋性強(qiáng),力口工工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明對(duì)轉(zhuǎn)"^t夬和軸是分別進(jìn)行制造和加工的， 可根據(jù)不同特對(duì)細(xì)不同的材質(zhì)，從而提高了零件的糊性，更有利于批量生產(chǎn)。4. 由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子在腰部采用外圓面，較之于以fi^用內(nèi)圓面的細(xì)腰羅茨 轉(zhuǎn)子，強(qiáng)度明顯增大，結(jié)構(gòu)更耐用。5. 采用本發(fā)明轉(zhuǎn)子的羅茨干泵，可滿足工佾M高、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪聲低、維 護(hù)簡(jiǎn)單、衞吉無(wú)油等需求，4糊糊于ic裝鈿亍業(yè)。附田說(shuō)明圖l為美國(guó)人RALPH C. ENYART發(fā)明的羅茨傳輸^^構(gòu)圖。 圖2為羅茨轉(zhuǎn)M合示意圖(主動(dòng)轉(zhuǎn)子組和從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且)。 圖3為漸開線型羅茨型線的組成圖(從動(dòng)轉(zhuǎn)^i且)。 圖4為圓弧替代羅茨型線的組 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖(左轉(zhuǎn)子為例)。圖5為羅茨轉(zhuǎn)子軸部件的三維t^圖。圖6為兩種羅茨型線的A-c曲線的比較圖。圖7為羅茨轉(zhuǎn)子的間隙分布圖。
圖8a為羅茨轉(zhuǎn)子的毛坯安媒圖。 圖8b為羅茨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子塊連接圖。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 為方{，見，借財(cái)幾^fe說(shuō)明一下漸開線型羅茨型線轉(zhuǎn)子的組成。 漸開生談轉(zhuǎn)刊爻計(jì)常常艦的一種型線，基圓相等、延伸方向相反的一^ti斬開線,是理想的嚙合曲線。一^i斬開線型羅茨轉(zhuǎn)^合的示意圖參見圖2。由于羅茨轉(zhuǎn)子的自對(duì)稱性，只對(duì)其l/4的型線進(jìn)行研究，其他各部分可根據(jù)雄爾 性得出?，F(xiàn)以第二象限內(nèi)的轉(zhuǎn)子型線為例，漸開線羅茨轉(zhuǎn)子的型線構(gòu)成如表l所示。表1漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子的理論型線組成轉(zhuǎn)子主動(dòng)轉(zhuǎn)子組從動(dòng)轉(zhuǎn)雅曲線性質(zhì)曲線嚙合曲A1B1圓弧C2D2圓弧線B1C1漸開線B2C2漸開線C1D1圓弧A2B2圓弧漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子的理論型線可根 合原理和數(shù)學(xué)計(jì)算推導(dǎo)出。如圖3，從動(dòng) 轉(zhuǎn)子組左部下圓弧A2B2和從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且右部上圓弧C2D2的圓心均為轉(zhuǎn)子組中心軸的中 心02，而且互為共軛曲線。從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且左部下圓弧A2B2的半徑Rl (參見圖3)即為 ，直徑d的一半，從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且右部上圓弧C2D2的半徑R3 (參見圖3)為兩轉(zhuǎn)子中 心距A與從動(dòng)轉(zhuǎn)子組左部下圓弧A2B2的半徑R的差值。兩圓弧的半一2大小與張角大 小均影響羅茨真空泵的容積利用系數(shù)以及轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與，內(nèi)壁的密封安tt。漸開線的確定則稍復(fù)雜一些。主動(dòng)轉(zhuǎn)^i且右部漸開線BlCl與從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且左部漸開
線B2C2相互為共軛曲線(參見圖2 )，主要起到在主動(dòng)轉(zhuǎn)ftL右部上圓弧A1B1與主動(dòng) 轉(zhuǎn)子組右部下圓弧C1D1之間，以^/人動(dòng)轉(zhuǎn)fi且左部下圓弧A2B2與從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且左部上 圓弧C2D2之間的連接過(guò)渡作用。通過(guò)調(diào)節(jié)從動(dòng)轉(zhuǎn)fi且左部漸開線B2C2的基圓和趟臺(tái) 角，可以控制轉(zhuǎn)子的形狀，對(duì)于轉(zhuǎn)子的"胖"、"痩"起主要作用，即強(qiáng)烈的影響剎空 的容積利用系數(shù)的大小。根 合原理，兩轉(zhuǎn)子上互相咕合的兩漸開線與節(jié)圓的交點(diǎn) 必定在45°角^線上，如圖2。由于對(duì)稱性，互相嚙合的兩漸開線與節(jié)圓的交點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的漸開纟組力角為^^漸開纟組力角的一半。設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)J^結(jié)論和實(shí)際糊 的漸開纟tt圓半徑，結(jié)合互相嚙合的兩漸開線與節(jié)圓的交點(diǎn)(亦為與從動(dòng)轉(zhuǎn)子組左部 下圓弧A2B2和主動(dòng)轉(zhuǎn)^i且右部下圓弧ClDl的交點(diǎn))確定漸開線的趙臺(tái)角a和終止角 P ,即C2點(diǎn)和B2點(diǎn)的位置，如圖3。從動(dòng)轉(zhuǎn)^i且左部下圓弧A2B2和主動(dòng)轉(zhuǎn)fi且右部 下圓弧C1D1的圓心角亦隨之確定。如圖3所示的實(shí)線為輪廓線，即為其理論型線。漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子的實(shí)際型線可在理論型線的基礎(chǔ)上,各段型線沿法向縮后間隙 的一半即可得到，如圖2所示的虛線輪廓線，即為其實(shí)際型線。這時(shí)，兩轉(zhuǎn)子之間出 現(xiàn)間隙5，逸躉干式真空^t轉(zhuǎn)所必需的間隙。本發(fā)明羅茨轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與型線改進(jìn)對(duì)于羅茨真空泵，兩轉(zhuǎn)子腰部圓弧嚙合的最小距離5通常在0.05mm 0.80mm之 間，對(duì)羅茨轉(zhuǎn)子的加X^裝酉縮度要求很高。尤其別在IC裝鈿亍業(yè)高工悄破、 ^^ 粒情況下，如果羅茨轉(zhuǎn)子的加工精度得不到保證，那么羅茨轉(zhuǎn)子te轉(zhuǎn)時(shí)極 有可能在受熱膨JK發(fā)生^t甚至卡死，輕則轉(zhuǎn)子劃傷、噪音異常，重貝條泵關(guān)機(jī)、 電柳免毀、絲重大生產(chǎn)事故等。采用漸開線羅茨轉(zhuǎn)子的型綴口it為困難，通常的 加工方法是設(shè)計(jì)專用^ 者上加工中心加工，而誠(chéng)費(fèi)大量的工時(shí)，直接增加了轉(zhuǎn) 子的成本。
考慮至U加工的方便，本發(fā)明沐斬開線型轉(zhuǎn)子作了改進(jìn)，用一段圓弧代替漸開線， 由三段圓弧組成羅茨型線轉(zhuǎn)子。在四個(gè)象限中為坐標(biāo)軸且坐標(biāo)原點(diǎn)劉稱結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例以第二象限內(nèi)的左轉(zhuǎn)子型線為例加以說(shuō)明，轉(zhuǎn)子型線整體外輪廓線全部由圓弧組成，具體由左轉(zhuǎn)子左部圓弧A3B3和左轉(zhuǎn)子右部圓弧C3D3和腰部圓弧B3C3組成，左 轉(zhuǎn)子左部圓弧A3B3和左轉(zhuǎn)子右部圓弧C3D3圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)03，腰部圓弧的圓心為腰 部圓弧兩端點(diǎn)連線的線段的中垂線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)(參見圖4的04點(diǎn))；腰部圓弧與 中心軸等直徑。半徑亦可由作圖確定或編程計(jì)算得知。用圓弧替代漸開線后的轉(zhuǎn)子， 如圖4所示，其外輪廓線全部由圓弧組成。在加工設(shè)計(jì)中，腰部圓弧可以設(shè)計(jì)成與中心軸等直徑，這樣， 一轉(zhuǎn)子組可以^H乍 三部分組成左轉(zhuǎn)子塊、銷軸和右轉(zhuǎn)子塊，左、右轉(zhuǎn)f^夫與銷軸之間釆用銷3設(shè)位、 螺^^接的方式，組合而形成轉(zhuǎn)^i且。其三^#構(gòu)蹄卩圖5所示。本實(shí)施例為5組，按/M氣口端到出氣口端的方向，轉(zhuǎn)子厚度按比例遞減。組間遞減比例為12:8:8: 3: 3。下面詳細(xì)說(shuō)明羅茨轉(zhuǎn)子的毛坯與加工工藝根據(jù)圓弧替代漸開線的方案，設(shè)計(jì)出如圖4所示的轉(zhuǎn)子塊，單獨(dú)加工M后與中心軸進(jìn)行組裝構(gòu)成羅茨泵轉(zhuǎn)，且。轉(zhuǎn)^i棚球墨鏃失，力口工毛坯可直接用4lit樹才， 如圖8a所示。力口工時(shí)，可先加11##的夕卜表面及兩個(gè)端面，按轉(zhuǎn)子土A^度切割，然 后加工轉(zhuǎn)力夫的外圓面、內(nèi)圓面，力口工較糊，可在fit車床上加工。亦可加大謝牛直徑，先加工##的兩個(gè)端面，在端面上打好腰部圓弧的中心孔， 車轉(zhuǎn)f"i夬的外圓面、內(nèi)圓面，然后縱向線切割細(xì)同的兩部分，禾調(diào)力P工好的中心孔 完成剩余兩側(cè)面的加工，te按厚度比例切斷成轉(zhuǎn)，夫。然后，將兩塊轉(zhuǎn)子塊和銷軸 通過(guò)銷孑 (在轉(zhuǎn)子塊和軸中央打出銷孔)。如圖8b，為羅茨轉(zhuǎn)子塊連接的部
件圖，為結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚需要，圖中^^A中心軸。采用這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子軸新艮多優(yōu)點(diǎn),一是以圓柱面代替了原有轉(zhuǎn)子復(fù)雜的加工面， 大幅度附氏了加工M; 二是一旦有轉(zhuǎn)子外表面發(fā)生皿、點(diǎn)蝕、劃傷等局^^壞時(shí)，更換轉(zhuǎn)^i夫即可重新使用，閘氐了維護(hù)成本，提高了羅茨泵的1^1*;三是轉(zhuǎn)子塊和軸分別進(jìn)行制造和加工，可根據(jù)不同特魁細(xì)不同的材質(zhì)，而且提高了零件的翻性，更有利于批量生產(chǎn)；四是這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子腰部釆用外圓面，較之于附i^用內(nèi)圓 面的細(xì)腰羅茨轉(zhuǎn)子，強(qiáng)度明Mit大，結(jié)構(gòu)更耐用。 從^P、利用系數(shù)的比較看發(fā)明結(jié)構(gòu)安煤對(duì)于雜結(jié)構(gòu)尺寸相同、轉(zhuǎn)子型線組殿目近的羅茨真空泵，釆用漸開線得到的理 論抽速往往較大，即^K利用系數(shù)較大。下面說(shuō)明用圓弧#1^斬開線)^由速的影響。定X^狀系數(shù)c為，直徑與兩轉(zhuǎn)子中心距的比值，圖6給出漸開線羅茨轉(zhuǎn)子型 線和本發(fā)明圓弧^^型羅茨型線的^H利用系數(shù)A K^狀系數(shù)c變化的A -c曲線。漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子的形狀系數(shù)變化范圍是Kc《L 466，對(duì)應(yīng)的容積利用系數(shù)變化范圍為 0< A《0. 5102;對(duì)應(yīng)的圓弧替代型羅茨轉(zhuǎn)子的形狀系數(shù)c的變化范圍為Kc<l. 466, 對(duì)應(yīng)的^IP、利用系數(shù)變化范圍為0< A《0. 4784。由圖6可以看出，在形狀系數(shù)"1. 318范圍內(nèi)，兩種羅茨轉(zhuǎn)子型線的容積利用系 數(shù)相差無(wú)幾，圓弧替代型羅茨轉(zhuǎn)子的斜只利用系數(shù)還對(duì)尤于漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子；而當(dāng) 形狀系數(shù)c》.318范圍內(nèi)，隨著形狀系數(shù)c的增大，漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子的M^利用 系數(shù)大的優(yōu)勢(shì)tMM明顯。當(dāng)c吐36時(shí)，兩者相差1.67"/。，而當(dāng)形狀系數(shù)c^.40 時(shí)，這種差別擴(kuò)大到4. 52%，當(dāng)形狀系數(shù)c《45時(shí)達(dá)到11. 3%。但同時(shí)需要指出的是， 當(dāng)形狀系數(shù)c增大到一定禾號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子頭部和腰部的圓弧變銜艮窄，不利于轉(zhuǎn)子與泵 腔之間的密封，反而不利于泵的性能的提高。綜合考慮， 一般^^狀系數(shù)c的范圍為1.2《c《1.4,在這個(gè)范圍內(nèi)，兩者的^|只利用系數(shù)相差最大不會(huì)超過(guò)5%。也t^說(shuō),用圓弧替代漸開線，對(duì)雜的^p、利用系數(shù)影響不大。本發(fā)明嚙合間隙的分布由于兩轉(zhuǎn)"^夬的腰部圓5tt為偏。圓弧，彼此嚙合并不遵循嚙合原理，所以必須 考察所述兩腰部圓弧嚙合時(shí)的間隙分布情況。如圖2所示， 一對(duì)羅茨轉(zhuǎn)子按圖示方向^M合轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)主動(dòng)轉(zhuǎn)^ILi噴時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角-Y,則從動(dòng)轉(zhuǎn)子組逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角Y 。如圖4所示，建立以左轉(zhuǎn)子左部圓弧A3B3和左 轉(zhuǎn)子右部圓弧C3D3的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)03, X軸和Y軸為坐標(biāo)軸的平面直角坐標(biāo)系。 因以圓弧代替漸開線，則對(duì)于腰部圓弧B3C3，其圓心04，令其坐標(biāo)方程為其中x。為腰部圓弧的圓心橫坐標(biāo)，oc。為腰部圓弧的初始角，A為腰部圓弧的展 開角，P。為腰部圓弧的終止角，Rl為左轉(zhuǎn)子左部圓弧^H圣。則與腰部圓5財(cái)目嚙合的部分為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧，由坐標(biāo)變^t辱其中A為兩轉(zhuǎn)子中心距，xo為腰部圓弧的圓心橫坐標(biāo)，cc。為腰部圓弧的初始角， ci2為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧的^f角，P。為腰部圓弧的終止角。 則根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，本發(fā)明兩轉(zhuǎn)子腰部圓弧嚙合的最小距離為s j[(《一6+^)co吖一v4+Oi+》'2)siny]2 (、
其中x,為左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)，X2為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧的動(dòng)態(tài) 橫坐標(biāo)，y,為左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)^^標(biāo)，y,為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧的動(dòng)態(tài)縱坐標(biāo)。
式(1)、 (2)、 (3)中，僅有左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的M角Cd和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧的艦角OC2絲知數(shù)，可通過(guò)二維搜索，即可得出間隙的最小值5wn(最小距離5在0.08咖 0.14nm之間波動(dòng))。通過(guò)研麵部圓弧半徑為30、兩轉(zhuǎn)子中心矩A-46、 間隙5H). 11咖時(shí)圓弧#^漸開線型線的羅茨轉(zhuǎn)子,若/仏轉(zhuǎn)子7]1^(立魏轉(zhuǎn)過(guò)0° ~ 90°范圍內(nèi)的間隙分布進(jìn)行計(jì)算，得到如圖7所示的分布曲線。從圖7可以看出，間 隙的分布錄在± 0.025咖以內(nèi)，屬于可以接受的誤差范圍，對(duì)轉(zhuǎn)子的熱力學(xué)性能和 齢泵的抽氣性能的影響不大。
權(quán)利要求
1. 一種直排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子，其特征在于多級(jí)轉(zhuǎn)子組安裝在中心軸上，兩中心軸上的轉(zhuǎn)子組相互嚙合時(shí)兩轉(zhuǎn)子腰部圓弧嚙合的最小距離δ在0.08mm～0.14mm之間；其轉(zhuǎn)子組分為三部分左轉(zhuǎn)子塊、銷軸和右轉(zhuǎn)子塊，左、右轉(zhuǎn)子塊與銷軸之間采用銷孔定位、螺栓連接。
2. 如權(quán)利要求1所M:排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子，^#1正在于所述轉(zhuǎn)子 土^#卜輪廓線全部由圓弧組成，即由外圓面、兩個(gè)腰部圓面和內(nèi)圓面組成。
3. 如權(quán)利要求1所^1排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子，期射正在于所述多級(jí) 轉(zhuǎn)"fi且級(jí)間轉(zhuǎn)子厚度按/A^氣口端到出氣口端的方向按比例遞減。
4. 如權(quán)利要求1所^t排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子，期射正在于兩轉(zhuǎn)子腰 部圓弧嚙合的最小距離(5 )為其中A為兩轉(zhuǎn)子中心距，x'為左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)，X2為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上 的腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)，y,為左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)^:標(biāo)，"為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的 腰部圓弧的動(dòng)態(tài)^:標(biāo)；左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)")和左轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)m^標(biāo)(y,)根據(jù)下 式得出<formula>formula see original document page 2</formula>其中x。為腰部圓弧的圓心橫坐標(biāo)，a。為腰部圓弧的初始角， 為腰部圓弧的 角，P。為腰部圓弧的終止角，R,為左轉(zhuǎn)子左部圓弧半徑；對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)橫坐標(biāo)(x2 )，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子腰部圓弧的動(dòng)態(tài)^^標(biāo)(y2 ) 根據(jù)下式得出其中A為兩轉(zhuǎn)子中心距，x。為腰部圓弧的圓心橫坐標(biāo)，oc。為腰部圓弧的初始角，CX2為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的腰部圓弧的艦角，P。為腰部圓弧的終止角。
5. —種直排大氣的漸開線型羅茨轉(zhuǎn)子的型線設(shè)計(jì)，其糊正在于在四個(gè)象限中 為坐標(biāo)軸且坐標(biāo)原點(diǎn)雄爾結(jié)構(gòu)，其中第二象限內(nèi)的轉(zhuǎn)子型線為轉(zhuǎn)子型線整體外輪廓 線^P由圓那紐成，具體由左部圓弧^部圓弧和腰部圓鄰i且成，左部圓弧和右部圓 弧圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，腰部圓弧的圓心為腰部圓弧兩端點(diǎn)連線的線段的中垂線與坐標(biāo)軸 的交點(diǎn)；腰部圓弧與中心軸等直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及羅茨泵設(shè)計(jì)，具體地說(shuō)是一種直排大氣的羅茨干式真空泵轉(zhuǎn)子及其型線設(shè)計(jì)。為多級(jí)轉(zhuǎn)子組安裝在中心軸上，兩中心軸上的轉(zhuǎn)子組相互嚙合時(shí)兩轉(zhuǎn)子腰部圓弧嚙合的最小距離δ在0.08mm～0.14mm之間；其轉(zhuǎn)子組分為三部分左轉(zhuǎn)子塊、銷軸和右轉(zhuǎn)子塊，左、右轉(zhuǎn)子塊與銷軸之間采用銷孔定位、螺栓連接；所述轉(zhuǎn)子塊整體外輪廓線全部由圓弧組成，即由外圓面、兩個(gè)腰部圓面和內(nèi)圓面組成；所述多級(jí)轉(zhuǎn)子組級(jí)間轉(zhuǎn)子厚度按從進(jìn)氣口端到出氣口端的方向按比例遞減。本發(fā)明具有加工工藝簡(jiǎn)單、成本低，零件通用性強(qiáng)、適用于IC裝備等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F04C18/14GK101210557SQ20061015591
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者坤 劉, 張振厚, 王光玉, 秦柏林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司