專利名稱：一種單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺桿式無油真空泵與螺桿混輸泵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
無油螺桿真空泵具有抽速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抽氣腔元件無摩擦、壽命長(zhǎng)、能耗低、無油污染等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、醫(yī)藥、食品、化工等工業(yè)領(lǐng)域。螺桿轉(zhuǎn)子是螺桿真空泵中最關(guān)鍵的抽氣部件，直接決定著泵的工作性能和使用壽命，其加工制造成本約占整個(gè)螺桿泵總成本近一半。其中單頭等螺距的螺桿轉(zhuǎn)子，因其內(nèi)部無壓縮的排氣方式，特別適用于在醫(yī)藥、化工等行業(yè)中抽除或輸送易燃、易爆及可凝性氣體，并且具有易于加工制造和裝配等特點(diǎn)，因此在無油螺桿真空泵中得到廣泛應(yīng)用。
盡管單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的型線結(jié)構(gòu)多種多樣，但其共同特征是其端面型線的形心并不處于其回轉(zhuǎn)軸線之上。作為一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部件，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的不平衡慣性力將在運(yùn)動(dòng)副中引起附加的動(dòng)壓力。因此，在螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)、制造過程中，必須認(rèn)真解決其動(dòng)平衡問題。螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)以消除支承動(dòng)反力為目的，其設(shè)計(jì)指標(biāo)是使轉(zhuǎn)子的慣性力和慣性力矩盡可能小。
質(zhì)量去除(或添加)法是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的常用方法，通過在轉(zhuǎn)子體的合適部位去除(或添加)一部分補(bǔ)償質(zhì)量，改變轉(zhuǎn)子體的質(zhì)量分布，從而使轉(zhuǎn)子滿足動(dòng)平衡條件。鑒于無油螺桿真空泵中螺桿轉(zhuǎn)子主要齒形面必須保持其完整性，以便保證抽氣過程中的連續(xù)嚙合與密封，因此通常選擇在螺桿轉(zhuǎn)子的兩側(cè)端面以及齒頂圓外表面作為去除質(zhì)量的位置。
基于質(zhì)量去除法的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是確定去除質(zhì)量體的形狀大小和位置分布。目前廣泛采用的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法，大多是根據(jù)每一種特定螺桿轉(zhuǎn)子的加工實(shí)體或虛擬造型，通過反復(fù)進(jìn)行實(shí)際或虛擬動(dòng)平衡測(cè)試，來決定所應(yīng)該去除質(zhì)量體的大小和位置，即采用試湊法進(jìn)行動(dòng)平衡設(shè)計(jì)。由于轉(zhuǎn)子型線構(gòu)成的不同和結(jié)構(gòu)尺寸的差異，每一種具體的螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)都各不相同，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)工作困難、繁瑣而又耗時(shí)。作為螺桿轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)制造中最關(guān)鍵的技術(shù)訣竅之一，目前尚沒有公開發(fā)表、簡(jiǎn)單易行的專門設(shè)計(jì)方法供機(jī)械設(shè)計(jì)人員直接采用。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提出一種單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法，達(dá)到使動(dòng)平衡設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、高效，便于于機(jī)械設(shè)計(jì)人員操作的目的。
本發(fā)明一種單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法，技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)包括以下步驟
步驟1 對(duì)于任意一種指定結(jié)構(gòu)的單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子，首先在轉(zhuǎn)子端面上以軸心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，計(jì)算出轉(zhuǎn)子端面型線所包圍圖形的截面面積Atl以及該圖形形心的極坐標(biāo)位置Ov θ 0)；
步驟2 確定螺桿去除質(zhì)量參數(shù)，按以下三種不同情況選擇其一進(jìn)行
第一種情況當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)子的總長(zhǎng)度Ltl等于其導(dǎo)程ρ的整數(shù)倍時(shí)，即Ltl = np，其中節(jié)距數(shù)η = 1,2,3...時(shí)，確定轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積Ap A2形心位置坐標(biāo)(r1; θ》、(r2, θ2)和挖空深度Lp L2;
所述轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積ApA2，公式如下
A1=A2
A1Ir1 = A2r2 = nA0r0/(2n-l)
所述形心位置坐標(biāo)(r1; θ J、(r2，θ 2)，公式如下
!T1 = r2
θ j = θ 2 = θ 0
所述挖空深度L1, L2公式如下
L1 = L2 = ρ/2
第二種情況當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)子的總長(zhǎng)度Ltl等于其導(dǎo)程ρ的η. 5倍時(shí)，即Ltl = (2η+1) ρ/2, η = 1,2,3...時(shí)，確定轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積Ap A2,形心位置坐標(biāo)(r1; θ》、(r2, θ2)和挖空深度Lp L2;
所述的轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積Ap A2，公式如下
A1=A2
A1IT1 = A2r2 = A。r。/2
所述的形心位置坐標(biāo)(r1; θ J，(r2, θ 2)，公式如下
!T1 = r2
θ 0 = θ j
θ 2 = θ 0 士 Ji
所述的挖空深度Lp L2,公式如下
L1 = L2 = ρ/2
第三種情況當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)子的總長(zhǎng)度Ltl與其導(dǎo)程ρ的關(guān)系不滿足上述兩種情況的條件時(shí)，則轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積ApA2,形心位置坐標(biāo)(Γι，θ , (r2, θ2)和挖空深度LpL2按下面公式，采用最優(yōu)化方法計(jì)算
min {| mrxo | +1 mrXL | +1 mrY01 +1 mrYL |}
s. t. Xm0A0L0-XmlA1L1-Xm2A2L2 = 0
YmOA0L0-YmlA1Lrym2A2L2 = 0
式中、。=士[sinPo ± 2;rZ0 / 尸)-sin 6>0 ]
xM =⑷ 士 2冗A / P) — sin θλ ]IttL1
、2 =θ2 - sin(込 m^^)]TjtL1ρ
ymo = m^7-[cos(^0 士 2;rZ0 / ρ) - cos θ0 ]IttL0
ymi =士 / p) - cos θλ ](la)(lb)(Ic) (2a) (2b)

權(quán)利要求
1. 一種單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 對(duì)于任意一種指定結(jié)構(gòu)的單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子，首先在轉(zhuǎn)子端面上以軸心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，計(jì)算出轉(zhuǎn)子端面型線所包圍圖形的截面面積Atl以及該圖形形心的極坐標(biāo)位置(rQ，θ 0)；步驟2 確定螺桿轉(zhuǎn)子去除質(zhì)量參數(shù)，按以下三種不同情況選擇其一進(jìn)行 第一種情況當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)子的總長(zhǎng)度Ltl等于其導(dǎo)程ρ的整數(shù)倍時(shí)，即Ltl = Iip,其中節(jié)距數(shù) η= 1,2,3...時(shí)，確定轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積ApA2形心位置坐標(biāo)(r1; θ》、 (r2，θ2)和挖空深度Lp L2;所述轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積~、A2,公式如下 A1 = A2A^1 = A2T2 = nA0r0/(2n-l) 所述形心位置坐標(biāo)(ri; θ》、(r2，θ 2)，公式如下 Γι = r2 θ 1 = θ 2 = θ 0所述挖空深度L1, L2公式如下 L1 = L2 = ρ/2第二種情況當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)子的總長(zhǎng)度Ltl等于其導(dǎo)程ρ的η. 5倍時(shí)，即Ltl = (2η+1)ρ/2, η =1,2,3...時(shí)，確定轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積Ap A2,形心位置坐標(biāo)(Γι，θ》、 (r2，θ2)和挖空深度Lp L2;所述的轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積ApA2，公式如下 A1 = A2A。= A2r2 = A0r0/2所述的形心位置坐標(biāo)(ri; O1), (r2, θ 2)，公式如下: Γι = r2θ0=θ1 θ2= θ。士 JI所述的挖空深度Lp L2,公式如下 L1 = L2 = ρ/2第三種情況當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)子的總長(zhǎng)度Ltl與其導(dǎo)程ρ的關(guān)系不滿足上述兩種情況的條件時(shí)，則轉(zhuǎn)子兩端去除質(zhì)量體空穴的截面面積ApA2,形心位置坐標(biāo)(ri; θ , (r2, θ 2)和挖空深度LpL2按下面公式，采用最優(yōu)化方法計(jì)算 min {I mrxo | +1 mrXL | +1 mrY01 +1 mrYL |} s. t. Xm0A0L0-XmlA1L1-Xm2A2L2 — 0 YmoAoLo-YmiAiLi-Ym2A2L2 = 0式中、o=±i[sin(代 i2^zJ尸(la) xml = ±^[sin⑷ 士 IttIa / ρ) - sin θλ ](lb)
全文摘要
一種單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法，屬于螺桿式無油真空泵與螺桿混輸泵技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于任意一種指定結(jié)構(gòu)的單頭等螺距螺桿轉(zhuǎn)子，首先計(jì)算出轉(zhuǎn)子端面型線所包圍圖形的截面面積A0以及該圖形形心的極坐標(biāo)位置(r0，θ0)；按轉(zhuǎn)子總長(zhǎng)度與其導(dǎo)程關(guān)系的三種不同情況選擇，計(jì)算確定螺桿轉(zhuǎn)子在鑄造毛坯時(shí)預(yù)留去除質(zhì)量體的空穴的參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、高效，便于于機(jī)械設(shè)計(jì)人員操作。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102521423SQ20111030096
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者張世偉, 張志軍, 顧中華 申請(qǐng)人:東北大學(xué)