多级三轴罗茨干泵设计方法的研究

论文摘要

近年来,受新兴的大半导体行业的大规模发展,干泵迎来了前所未有的发展机遇。干泵应用的领域在不断的扩大,抽气工艺也越来越复杂,要求也越来越高。本文研究的多级三轴罗茨泵即为干泵的一种。这种泵抽速较二轴式罗茨泵有较大的提升,可直排大气。本文介绍了国内外罗茨泵研究的最新进展,对国外新推出的罗茨泵产品进行了总结分析；详细介绍了单级、多级三轴罗茨干泵的抽气原理,推导了其理论抽速计算公式:计算了本论文设计的三轴罗茨干泵达到稳态时各级的压力,所消耗的功率等重要设计参数,并与二轴式罗茨干泵进行了比较；由润滑、密封、传动方式和转动等方面详细介绍了多级三轴罗茨干泵采用的结构,同时分析了三轴罗茨泵的降噪性能。在罗茨泵的设计中,转子型线十分重要。本文介绍了三轴罗茨泵所用四叶转子的型线方程,即四叶圆弧型和渐开线型转子型线方程,比较了两种转子的面积利用系数；同时还与二轴式罗茨泵所用二叶转子进行了比较分析。在罗茨泵转子建模的过程中,由于型线方程较复杂,型线参数计算和绘图较繁琐；而一旦设计修改,建模工作又需从头来做。本文基于SolidWorks进行二次开发,设计人机交流界面,采用参数化设计的方法,快速生成转子。这样做不仅大大节省设计时间,而且设计人员不必对转子型线方程特别熟悉,只需要了解重要设计参数的意义即可。罗茨泵转子体高速旋转,转子间靠间隙密封来进行排气。为了保证本设计中泵的转子体有足够的强度和适宜的间隙值,本文基于ANSYS对稳态下多级三轴与二轴罗茨干泵的转子体进行了结构静力分析与比较,并对三轴罗茨干泵转子的热膨胀和热应力进行了热结构耦合分析,对罗茨泵的设计有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状与发展动态
• 1.3 课题研究的内容及意义
• 第2章 多级三轴罗茨干泵的抽气原理与结构设计
• 2.1 三轴罗茨泵转子的叶数
• 2.2 单级三轴罗茨泵的工作原理
• 2.3 多级三轴罗茨干泵的工作原理
• 2.4 多级三轴罗茨干泵的理论抽速
• 2.5 泵体结构型式、传动方式和转动部分
• 2.6 润滑、冷却、密封和过压保护部分
• 2.7 三轴罗茨泵降噪分析
• 2.7.1 罗茨泵噪声来源
• 2.7.2 三轴罗茨泵降噪分析与比较
• 2.8 本章小结
• 第3章 四叶罗茨转子型线分析
• 3.1 四叶圆弧型罗茨转子
• 3.1.1 叶峰型线
• 3.1.2 叶谷型线
• 3.2 四叶渐开线型罗茨转子
• 3.2.1 渐开线方程及其性质
• 3.2.2 渐开线型罗茨转子
• 3.2.3 四叶渐开线型罗茨转子理论型线方程
• 3.3 实际型线
• 3.4 面积利用系数比较
• 3.4.1 四叶圆弧型和渐开线型转子面积利用系数比较
• 3.4.2 四叶渐开线型和二叶圆弧型转子面积利用系数的比较
• 3.4.3 四叶渐开线型和二叶气冷型转子面积利用系数的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 四叶罗茨转子的参数化建模
• 4.1 二次开发平台和语言的选择
• 4.2 参数化设计基础
• 4.2.1 参数化设计原理
• 4.2.2 SolidWorks二次开发技术基础
• 4.2.3 参数化设计方法的选择
• 4.3 转子参数化设计步骤
• 4.4 参数化设计的具体实现
• 4.5 实例展示
• 4.6 本章小结
• 第5章 多级三轴罗茨干泵的性能参数计算
• 5.1 抽速计算
• 5.2 多级三轴罗茨干泵的极限压力与比较
• 5.2.1 多级三轴罗茨干泵各级压力计算
• 5.2.2 二轴气冷型罗茨干泵各级压力计算
• 5.2.3 二轴圆弧型罗茨干泵各级压力计算
• 5.2.4 三种干泵的各级压力比较
• 5.3 多级三轴罗茨干泵的功率计算与比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 稳态下转子体的有限元分析
• 6.1 有限元分析原理
• 6.2 转子体结构静力分析
• 6.2.1 模型前处理
• 6.2.2 结果分析与讨论
• 6.3 转子体热结构耦合分析
• 6.3.1 模型前处理
• 6.3.2 结果分析与讨论
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢