[發明專利]一種單頭等螺距螺桿轉子的動平衡設計方法

無效

• 申請號: 201110300961.0
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102521423A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張世偉;顧中華;張志軍
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及螺桿式無油真空泵與螺桿混輸泵技術領域，特別涉及一種單頭等螺距螺桿轉子的動平衡設計方法。

背景技術

無油螺桿真空泵具有抽速范圍寬、結構簡單緊湊、抽氣腔元件無摩擦、壽命長、能耗低、無油污染等特點，廣泛應用于半導體、醫藥、食品、化工等工業領域。螺桿轉子是螺桿真空泵中最關鍵的抽氣部件，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螺桿泵總成本近一半。其中單頭等螺距的螺桿轉子，因其內部無壓縮的排氣方式，特別適用于在醫藥、化工等行業中抽除或輸送易燃、易爆及可凝性氣體，并且具有易于加工制造和裝配等特點，因此在無油螺桿真空泵中得到廣泛應用。

盡管單頭等螺距螺桿轉子的型線結構多種多樣，但其共同特征是其端面型線的形心并不處于其回轉軸線之上。作為一個高速旋轉的機械部件，運轉時所產生的不平衡慣性力將在運動副中引起附加的動壓力。因此，在螺桿轉子的設計、制造過程中，必須認真解決其動平衡問題。螺桿轉子的動平衡設計以消除支承動反力為目的，其設計指標是使轉子的慣性力和慣性力矩盡可能小。

質量去除(或添加)法是實現轉子動平衡的常用方法，通過在轉子體的合適部位去除(或添加)一部分補償質量，改變轉子體的質量分布，從而使轉子滿足動平衡條件。鑒于無油螺桿真空泵中螺桿轉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嚙合與密封，因此通常選擇在螺桿轉子的兩側端面以及齒頂圓外表面作為去除質量的位置。

基于質量去除法的轉子動平衡設計的主要任務就是確定去除質量體的形狀大小和位置分布。目前廣泛采用的動平衡設計方法，大多是根據每一種特定螺桿轉子的加工實體或虛擬造型，通過反復進行實際或虛擬動平衡測試，來決定所應該去除質量體的大小和位置，即采用試湊法進行動平衡設計。由于轉子型線構成的不同和結構尺寸的差異，每一種具體的螺桿轉子的動平衡設計都各不相同，因此導致轉子的動平衡設計工作困難、繁瑣而又耗時。作為螺桿轉子設計制造中最關鍵的技術訣竅之一，目前尚沒有公開發表、簡單易行的專門設計方法供機械設計人員直接采用。

發明內容

針對現有方法存在的不足，本發明提出一種單頭等螺距螺桿轉子的動平衡設計方法，達到使動平衡設計簡單、高效，便于于機械設計人員操作的目的。

本發明一種單頭等螺距螺桿轉子的動平衡方法，技術方案的實現包括以下步驟：

步驟1：對于任意一種指定結構的單頭等螺距螺桿轉子，首先在轉子端面上以軸心為原點建立極坐標系，計算出轉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位置(r₀，θ₀)；

步驟2：確定螺桿去除質量參數，按以下三種不同情況選擇其一進行：

第一種情況：當螺桿轉子的總長度L₀等于其導程p的整數倍時，即L₀＝np，其中節距數n＝1，2，3...時，確定轉子兩端去除質量體空穴的截面面積A₁、A₂形心位置坐標(r₁，θ₁)、(r₂，θ₂)和挖空深度L₁、L₂；

所述轉子兩端去除質量體空穴的截面面積A₁、A₂，公式如下：

A₁＝A₂

A₁r₁＝A₂r₂＝nA₀r₀/(2n-1)

所述形心位置坐標(r₁，θ₁)、(r₂，θ₂)，公式如下：

r₁＝r₂

θ₁＝θ₂＝θ₀

所述挖空深度L₁，L₂公式如下：

L₁＝L₂＝p/2