罗茨真空泵的结构设计【17张cad图纸】【优秀】

罗茨真空泵的结构设计

49页 18000字数 说明书 任务书 开题报告 17张cad图纸【详情如下】

主动轴.dwg

从动轴.dwg

任务书.doc

壳体.dwg

实习报告.doc

密封环衬套.dwg

挡油套.dwg

挡油环.dwg

甩油盘.dwg

盖板.dwg

端盖.dwg

罗茨真空泵的结构设计开题报告.doc

罗茨真空泵的结构设计论文.doc

装配体.dwg

转子.dwg

轴套.dwg

轴承垫圈.dwg

进出气口盖.dwg

齿壳.dwg

齿轮.dwg

齿轮盖板.dwg

摘要

罗茨真空泵近年来在国内外得到较快的发展,在冶炼、石油化工、电工等行业得到广泛应用,主要是用于输送石油及石油产品和工厂输送各种油类和液体。

本文主要设计罗茨真空泵的结构设计,重点研究罗茨真空泵的结构特点,在研读了诸多相关文献资料的基础上,分析罗茨真空泵国内外研究理论和现状,进行了罗茨真空泵的整体方案及设计,对相关技术参数进行了设计,利用solidworks软件设计图纸。

关键词:真空泵,转子,solidworks

目 录

绪 论错误!未定义书签。

第一章 真空设备获得3

1.1 需要不断扩大的真空领域3

1.2 真空技术在能源方面的应用5

1.3 真空泵市场各类泵设备发展现状7

1.4 真空泵技术进展趋势9

1.5 对真空技术未来发展的期望12

第二章 罗茨真空泵的介绍13

2.1罗茨真空泵的术语和定义13

2.2罗茨真空泵的型式和气冷式罗茨真空泵型线分析13

2.3罗茨真空泵的技术要求18

第三章 罗茨真空泵的总体设计19

3.1 罗茨真空泵的总体构成20

3.2 电动机的选择22

3.3 总体传动结构设计23

3.4 斜齿圆柱齿轮传动设计计算24

3.4.1 按齿面接触强度设计24

3.4.2按齿根弯曲强度设计26

3.4.3 齿轮几何尺寸计算26

3.5 渐开线型转子型线的确定27

3.6 轴的结构设计计算34

3.6.1 按扭转强度条件计算34

3.6.2按刚度条件计算34

3.6.3 精确校核轴的疲劳强度35

3.7 轴承选取设计计算38

3.7.1 轴承的设计参数38

3.7.2 轴承的当量动载荷计算38

第四章 罗茨真空泵的三维设计40

4.1 solidworks的简介40

4.2 solidworks的创建和发展41

4.3 solidworks的功能和特征41

4.4 罗茨真空泵零部件三维模型设计42

4.5 罗茨真空泵三维装配图42

结 论43

参考文献44

谢辞45

真空泵利用机械、物理、化学、物理化学等方法对容器进行抽气,以获得和维持真空的装置。真空泵和其他设备(如真空容器、真空阀、真空测量仪表、连接管路等)组成真空系统,广泛应用于电子、冶金、化工、食品、机械、医药、航天等部门。

按真空泵工作原理,基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。气体输送泵包括:1、液环真空泵2、往复真空泵3、旋片真空泵4、定片真空泵5、滑阀真空泵6、余摆线真空泵7、干式真空泵8、罗茨真空泵9、分子真空泵10、牵引真空泵11、复合式真空泵12、水喷射真空泵13、气体喷射泵14、蒸汽喷射泵15、扩散泵等气体捕集泵包括:吸附泵和低温泵等。? ??首先介绍几种常见泵及其特点:

2sk、2sk-p1系列双级水环式真空泵

主要用来抽除空气和其他有一定腐蚀性、不溶于水、允许含有少量固体颗粒的气体。广泛用于食品、纺织、医药、化工的行业的真空蒸发、浓缩、浸渍、干燥的工艺过程中。该泵具有真空度高、结构简单、使用方便、工作可靠、维护方便的特点。

2xz型旋片式真空泵

具有结构紧凑、体积小、重量轻、噪音低、振动小等优点。它适用于作扩散泵的前级泵,而且更适用于精密仪器配套和实验室使用。例如:质谱仪器、冰箱流水线、真空冷冻干燥机等。

xd型旋片式真空泵

可以在任意入口压强下工作,已普遍应用于食品的真空包装,塑料工业的真空吸塑成形。印刷行业的纸张输送、真空夹具、以及真空吸引等。sz、sk系列水环式真空泵主要用于粗真空、抽气量大的工艺过程中。它主要用来抽除空气和其他无无腐蚀、不溶于水、含有少量固体颗粒的气体,以便在密闭容器中形成真空。所吸气体允许混有少量液体。它广泛应用于机械、医药、=食品、石油化工等行业中。

罗茨真空泵是一种旋转式变容真空泵须有前级泵配合方可使用在较宽的压力范围内有较大的抽速对被抽除气体中含有灰尘和水蒸气不敏感广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。

本次设计的罗茨真空泵是根据我国的实际生产情况以及现有的技术水平,综合国内外同类产品的优点,本着高效率,低成本的原则,自行设计的。广泛应用与真空冶金、真空脱气、真空镀膜以及空间模拟、低密度风洞等装置中抽除非腐蚀性气体,还可用与医药、食品、电子、化工等工业的蒸馏、蒸发、干燥等生产过程。

该机器的主要机构为:主轴电动机带动主轴旋转,轴上有一对“8”字型转子在泵壳中作等速反向旋转而产生吸气和排气作用。由于此次设计缺少大量资料给设计制造了巨大困难,对于这次设计的不足希望各位老师提出宝贵的意见。

在本次设计中得到了宋爱平老师的悉心指导,对此表示衷心的感谢!同时也对在设计过程中给与我大力帮助和指导的各位老师一并表示感谢!在21世纪,真空的需求是增长还是减少?今后的发展趋势又将如何?这主要取决于真空应用的领域是否增加,需求是否增长。

? ? 在20~30年前,真空书籍中就指出:真空技术的应用,一是靠压力差,二是通过空间的电子或分子排除干扰,三是降低粒子撞击表面的次数。用于各自的需求不同,所需的真空度当然也就不同了。

所谓排除空间障碍物,即粒子的平均自由程要比装置的特征尺寸长。真空蒸发、电子管和加速器就是利用了真空的这一特点。除大功率的电子管外,其他大部分做成固体元件,这样就不再需要真空了。暖水瓶是真空技术在人们日常生活中的重要应用,如果以后能生产出优良的绝热材料,且很便宜,那么真空在暖水瓶的生产过程中将会失去作用。从降低表面粒子入射频率的必要性看,超高真空技术定会得到发展,它可使表面长时间地维持其清洁。

目前,真空技术的应用的特点是:利用真空环境来研制一些新材料和新工艺。使真空应用领域得到进一步扩大,例如超微粉和纳米颗粒的制作以及固体元件的工艺开发。另一个应用领域是为了减少化学反应过程和核聚变反应中的不纯物,有时也要利用真空。真空室的器壁本身与反应过程有着极其密切地关系。? ? 人们对真空的需求将会扩大。如日本三井物产公司把铅掺入铝中,然后用高温使铝蒸发,利用这种方法炼铝就会扩大对真空泵的需求。

因此,对于真空设备厂来说将会有一个很大的真空泵的销售市场。过去炼铝采用电解法,现正在研究熔炉还原法。在熔炉内还原时,由于耐火材料与铝的混合,使分离非常困难。如果把熔炉中出现的含有铝的不纯物溶解于铅溶液中就可以对含铝的铅和不纯物进行分离。

利用真空可以分离由此形成的铝铅混合物。由此可见,新工艺的出现,就会直接影响到真空行业,对真空的需求也会随之急剧增加。前几年我国真空炼镁工艺的出现,曾一度使真空设备厂产的滑阀泵和罗茨泵供不应求。

造成畸形发展。但这也说明一个问题,即新工艺、新材料等出现,势必要带动真空产业等发展。? ? 在2l世纪,表面处理在内的表面技术成为相当大的一个真空应用领域。因为人们对材料可靠性的要求,尤其对表面技术的应用定会有所增长。现在人们都喜欢用防锈、防氧化的材料。铝合金虽己生产出来了,但就原有工艺稍加改进,就会在性能上大有改观,如用氧化膜将材料与大气隔开,就能满足用户上述的要求。

这种情况,只要提示一下与真空厂家合作就能开拓一个相当可观的市场。又如过去作超纯铝箔的方法很费事,又要把真空设备应用到这个项目的生产过程中去,就一定会产生更好地超纯铝箔来。如果真空厂家能积极地参与到这一应用领域中去,人们对真空的需求自然会大大加强。? ? 今后电子技术领域对真空的需求也会继续有所增长。由于真空是个很纯净的空间,而电子元件的生产工艺也需要纯净,因此真空是制作电子元件的理想环境。

如分子束外延,半导体产品多是在真空状态中进行的。? ? 搞分子束外延似乎都在以超大规模集成电路为目标。要想达到这一目标就要求有非常微细的结构。在这种情况下,最大的障碍就是灰尘。如果一系列的操作都能在真空中进行,从底片进入真空室到最终处理完成也在真空中进行是最理想的。

如何去掉灰尘,首先是避免人与元件的直接接触。但真空设备不一定都是干净的。一般认为放气、排气或者切换开关时就会扬起灰尘,所以还是存在一定的问题。

有时也需要给装置搞一个清洁的表面,清洁的表面是极其容易受污染对,当必须使表面维持清洁状态的时候,有一个受到控制的气体环境往往比处于超高真空状态更为理想。为了充入某种气体以保证清洁度,就要在充分处理本底之后,再充入干净的气体。

例如在溅射成膜时的真空度并不高。然而充入气体之前的本底压力则对膜的质量有很大的影响,所以溅射装置必须给创造一个良好的本底真空度。? ? 有时由于充入其它气体,而使得真空度略有下降,但就在这种真空度稍有改变的情况下,也可以进行同样的操作。

真空技术不仅仅建立狭义上的真空,而且制作高纯气体,再受控制的环境下维持所需表面,这也是真空技术的应用。如果这样考虑,真空技术的应用也就更广泛了。? ? 真空设备似乎可以作为工具使用。人们随着对高级产品的需求,也迫切需要真空技术更加简便,并可应用于高新技术领域。因此,在21世纪真空技术将会继续得到发展。 最近,人们对能源危机的关注已逐渐淡薄,但如何根本问题并没有得到解决。

能源问题是一个长期地、不容乐观地重要问题。从长远的观点看,要研究用新能源代替旧能源。如太阳能利用技术,在不久的将来,有可能达到实用化。日本曾提出到1990年,总能源的需要量的2%将由新能源代替。将核聚变装置列为2l世纪达到实用化的目标。现在各国都在进行太阳热利用技术。典型的太阳热利用技术即对太阳热发电系统的研究。? ? 日本于1981年在香川县建成了第一座1mw的太阳热实验发电厂。

采用塔式聚光和曲面聚光两种方式。这两种方式的额定输出均为1000kw。在美国、法国、俄罗斯、德国、西班牙及意大利等国都将太阳热发电厂的研究开发列入了国家计划。这些工厂的容量为500kw~10mw,并已建成应用。

? ? 太阳热发电系统是由聚热装置、热传输管、蓄热装置、发电机和计量控制装置所组成。? ? 太阳热发电的聚热温度范围很宽,约为150~550℃。要想获得150℃以上的热能,就必须有聚光装置。

聚光的方式有很多种,但多数都采用反射镜。镜面材料多使用银和铝等。表面镜由于膜面暴露在大气之中,受氧化和摩擦等因素的影响,会使反射率较低。黑面镜的缺陷是在于基板和膜面的界面上,发生污染。? ? 近来,由于高分子材料制作的软镜具有重复性好、透过率高、能大量生产、成本低等特点,而倍受重视。? ? 选择吸收面对有效利用太阳能极为重要。在选择吸收面的制作上,采用了真空技术。

高温聚热装置中采用了聚热管。为防止由聚热管造成的对流损失,用透明玻璃管覆盖在聚热管外面,玻璃管内保持真空状态。? ? 下面将按原理把选择吸收面的光吸收选择性,分类说明如下:? ? (1)利用半导体膜的谱带之间的迁移而产生基础吸收。

? ? 在红外线领域具有高反射率的金属表面上,涂上一层吸收波长为1~3μ的半导体膜,就制成了选择吸收面。用si、cu、pbs、ge、cuo、cr2o3等材料作为半导体膜。

这种结构的膜,它可吸收阳光转变为热能;对红外线则呈透明体。由于金属表面的作用使得辐射率变小,可以更有效地利用太阳能。由于si、ge对太阳光的折射率高,涂上sio2等材料的减反射膜,对太阳光的吸收率变好。

? ? (2)利用薄模干涉形成减反射效应。? ? 在基板上制成具有高反射率的金属膜,在膜上叠加干涉滤光镜。干涉滤光镜由电介质膜 半透明金属膜 电介质膜所组成。像这样结构的膜,可见光在电介质膜中被吸收,而红外线透过干涉滤光镜被金属膜面反射而使辐射率变小。

? ? 采用这种方式的选择吸收面的例子如:al2o3/mo/al2o3/mo基板,及利用光干涉效应的单层膜一耐温性极好的金属碳化物,金属氮化物,如zrcx、hfcx等。做成槽型抛物面镜收集器(带有zrcx/zr选择吸收面)。? ? (3)利用表面和膜结构形成的反射特性与波长的相互关系。? ? 在加工成深沟和棱角的表面上,垂直入射的太阳光,在沟与棱角的间隙中,经多次反射而被吸收。

? ? 这种面会因高温加热而引起性能劣化,其原因可能由于蒸发、热分解、热膨胀造成的剥离和表面成份变化,紫外线照射引起的化学反应或机械损伤等因素造成的。? ? 太阳光利用技术,也就是利用太阳光来发电,它是通过太阳电池吸收阳光,先变为直流电再转换为交流电加以利用的。? ? 太阳电池就是将阳光直接转变为电能的元件。? ? 这种太阳光利用技术,过去仅被用在宇宙卫星、台灯电源和边远地区的通讯电源。

现在的价格仍较高(日本资料报道于1984年时其价格为3000日元/瓦),所以应用范围有限。? ? 如能在太阳能电池的主体材料上加以研究和改进,降低太阳能电池的成本,改进制作太阳电池生产的工艺,这种技术是会得到进一步发展的。

如日本曾在对3kw的个人住宅,20kw集体住宅,200kw学校用装置,lookw工厂用装置以及1000kw集中的大容量装置等进行了研究。这些装置的大部分电力,最终将联接到电力系统上去,同现有发电厂组合运行,向形成综合电力调配系统方向发展。

? ? 非晶硅太阳电池的制造,如辉光放电分解法,反应溅射法,真空蒸发法等,多采用真空技术。? ? 辉光放电分解法:将被稀释的氢和氩等加入到硅烷等低压气体中引起辉光放电,在等离子区分解硅烷,可使非晶硅堆积在低温基板上。? ? 另一种是反应溅射法:把结晶硅作为阴极,在10-3~10-1托非活性气体中,加上高压使其放电。

因放电产生正离子轰击阴极,阴极材料就被溅射出来。如果在阴极附近安置一块低温基板,基板上将堆积起非晶硅膜。? ? 太阳电池不仅要求高效、廉价和大面积等特点,而且要求暴露在自然条件下具有良好的稳定性。? ? 非晶硅的优点很多,能在玻璃、不锈钢、塑料等基板上作成大面积廉价的薄膜;比结晶硅光吸收系数大,能带宽度比结晶硅宽。

? ? 核聚变是人类未来的可靠能源,它的实现是全世界人们的愿望。目前,世界上最先进的磁场封闭式托卡马克型核聚变装置,很多国家都在开发研制。

美国正在研制tftr型,欧洲共同体制作jet型,俄罗斯研制t—15型,日本研制jt-60型的托卡马克型核聚变装置。? ? 大型聚变装置的建造和运行,大大推动了高新技术的开发,特别是真空技术、低温技术、磁体技术、大功率脉冲电源技术和射频加热技术以及遥控处理技术等。? ? 核聚变装置的真空室用来长时间包容高温等离子体。例如欧洲联合环jet真空室是一个全焊接的双层壁结构的环型容器。

总容积为200m3,焊缝总长达8000m。这种真空室漏气率很低,在室温和500℃时要满足3000余年渗入真空室l升气体的极微小的漏率。可控聚变装置用的高真空泵采用涡轮分子泵和低温泵,前者用于检漏,后者则用于抽排聚变反应废气的主泵。

工作于4.5k的具有活性炭吸附剂的低温泵,所吸留的废气中,除了氘氚核反应产物氦灰外,还有大量未能参与核反应的氘和氚。把回收后的氘和氚再注入到大环真空室中,把除氚外的杂质气体按环保要求排放出去。

? ? 这种装置的研究,可通过国际合作攻关,人类有望在2l世纪中期建成氘一氚核聚变示范电站,最终目标是提供市场销售用电的核聚变发电站,为2l世纪的新能源和经济发展做出应有的贡献。? ? 等离子体科学技术和真空科学技术将会得到协同发展,并将为探索宇宙结构和物质起源等重大基础科学研究中起着重要的作用。 第二章 罗茨真空泵的介绍

2.1罗茨真空泵的术语和定义

(1)抽气速率

当泵装有标准试验罩并按规定条件工作时,从试验罩流过的气体流量与在试验罩上指定位置测得的平衡压力之比,简称抽速,单位l/s。

(2)极限压力

泵装有标准实验罩并按规定条件工作,在不引入气体正常工作的情况下,趋向稳定的最低压力,单位为pa。

(3)最大允许压差

最大允许压差是指泵入口压力等于或低于时,连续运转1h,不发生故障所允许的出口压力与入口压力差值的最大值,单位为pa。

(4)零流量最大压缩比

零流量压缩比就是关闭进气管路、气体流量为零时,前级真空管路中的压力与入口压力之比,该压缩比的最大值用表示。实验气体为非可凝性气体,一般指空气。

2.2罗茨真空泵的型式和基本参数

(1)普通罗茨真空泵的型式

(2)标记示例

1)名义抽气速率为150l/s的罗茨真空泵,标记为:zj-150:

2)名义抽气速率为300l/s的带溢流阀罗茨真空泵,标记为:zjp-300

3)名义抽气速率为600l/s的气冷式罗茨真空泵,标记为:zjq-600

(3)基本参数

一般型及带溢流阀型泵的基本参数应符合表2-1

表2-1 泵的基本参数 四个月的毕业设计即将结束了,在此过程中得到了宋爱平老师的悉心指导,也得到了各位老师和同学的热心帮助,我在此表示衷心的感谢!我的毕业设计题目是罗茨真空泵结构设计。这次的毕业设计是一次难得的锻炼的机会,它是把书本上的理论知识和实际产品结合起来,积极地带动了我的思维创新意识,是对我大学四年所学知识的一次实际应用。

只有理论与实际相结合才能使知识更加牢靠、更加熟练。这样我们所学的知识才有了用武之地,这对以后的工作会起到相当大的帮助。因此我会非常珍惜这次机会的。

本次设计的罗茨真空泵是充分考虑到我国真空设备的现状和发展需要,并利用国内外的单件产品来设计的。综合国内外同类产品的优点,本着高效率,低成本的原则,自行设计的。广泛应用与真空冶金、真空脱气、真空镀膜以及空间模拟、低密度风洞等装置中抽除非腐蚀性气体,还可用与医药、食品、电子、化工等工业的蒸馏、蒸发、干燥等生产过程。

通过这次设计,使我初步掌握了大型设计的一般步骤、思想,基本上掌握和了解设计思路,而且还学会了利用图书馆和互连网查阅各种资料,在这过程中运用了大学四年中学到的基础理论知识和专业理论知识,使所学的知识得到了融会贯通,使我收益非浅。

由于此次设计的时间有限,所查阅的资料有限,设计中尚有许多细节问题不能做到深入的了解,在设计中存在的诸多问题和错误希望各位老师和同学给予批评改正。我将不胜感谢!