羅茨鼓風(fēng)機標準畫法：一種新羅茨轉(zhuǎn)子型線的構(gòu)成方法

　　羅茨轉(zhuǎn)子是氣體羅茨泵，羅茨鼓風(fēng)機和羅茨流量計等儀器設(shè)備的核心部件，轉(zhuǎn)子型線設(shè)計得合理與否決定了儀器的性能。本文提出了一種新的羅茨型線，完成該型線的數(shù)學(xué)建模，通過C語言編程得到一系列的型線上的嚙合點的坐標，運用Solidworks得到完整的轉(zhuǎn)子型線。本文還對新的羅茨型線進行分析，并與傳統(tǒng)的羅茨型線進行比較，驗證新型羅茨型線的優(yōu)越性。

　　羅茨轉(zhuǎn)子是羅茨真空泵、羅茨鼓風(fēng)機、羅茨壓縮機和羅茨流量計等一系列應(yīng)用羅茨原理工作的設(shè)備的核心部件。1854年，美籍以色列人Roots兩兄弟在旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種新型鼓風(fēng)機，即用兩個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運動來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)風(fēng)機，為了紀念這個發(fā)明，所以將這種類型的風(fēng)機按兩兄弟的名字命名為羅茨風(fēng)機。1868年，德國的錦工(Aerzener) 機械公司在歐洲制造了第一臺羅茨風(fēng)機并于1930年開始制造羅茨式氣量計。1954年，德國的Heraeus發(fā)明了羅茨真空泵。在中國，1957 年錦工鼓風(fēng)機廠首先開始制造羅茨鼓風(fēng)機。

　　羅茨轉(zhuǎn)子橫斷面的外輪廓稱為轉(zhuǎn)子的型線。目前常用的轉(zhuǎn)子型線主要有三類：漸開線型、圓弧型和擺線型。圓弧是在羅茨轉(zhuǎn)子設(shè)計中大量應(yīng)用的曲線元，俄國工程師A. M. 卡茲在著作中多次提到圓弧轉(zhuǎn)子型線。劉坤和巴德純在對圓弧型型線研究時，引入了形狀系數(shù)和峰頂系數(shù)，通過這兩個系數(shù)來體現(xiàn)容積利用率的不同。Chiu-Fan Hsieh對不同峰頂系數(shù)的羅茨進行比較，得出了性能較好的羅茨曲線。真空技術(shù)網(wǎng)(認為漸開線型轉(zhuǎn)子由圓弧和漸開線組成。圓弧型和擺線型由于面積利用系數(shù)低得不到廣泛的應(yīng)用。漸開線由于便于加工且密封性能好而被廣泛采用。

　　除傳統(tǒng)的擺線型轉(zhuǎn)子外，李建磊和葉仲和對內(nèi)外圓弧加擺線型的轉(zhuǎn)子進行研究。劉林林等則在傳統(tǒng)的漸開線基礎(chǔ)上加入擺線對轉(zhuǎn)子的性能進行了改進。劉玉岱提出通過“圓弧一擺線一漸開線”的線型減小轉(zhuǎn)子之間氣體泄露量的方法。

　　本文以基圓半徑為70mm的羅茨轉(zhuǎn)子為例，提出一種新型的羅茨流量計轉(zhuǎn)子型線，并對該型線進行公式推導(dǎo)，將型線方程化，從而可用該方法可得出一系列不同基圓的新型羅茨曲線，并在此基礎(chǔ)上研究了型線的嚙合特性和面積利用率。

　　本文以基圓半徑為70mm 的羅茨型線為例，圓心作為為原點。水平向左為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向。由于型線是上下左右對稱的，可以僅考慮第一象限的情況。新型羅茨轉(zhuǎn)子型線的原理如圖1 所示。對于第一象限的曲線可以把它分為兩部分，以45°角為分界線， 45°以前即AB段是由四段圓弧所組成，45°以后的BC段由漸開線組成，CD為圓弧段。

　　圖1 新型羅茨型線圖

　　在實際設(shè)計中選用轉(zhuǎn)子型線時，還應(yīng)考慮：轉(zhuǎn)子占的體積要小，轉(zhuǎn)子要有良好的幾何對稱性，轉(zhuǎn)子要有足夠的強度且應(yīng)該易加工。通過對羅茨型線的調(diào)研和研究，得到了一個系列的圓與圓的漸開線的組合的羅茨型線的分段公式。編程得到整體型線上的各個點坐標。通過對該組合型線的連續(xù)性及面積利用率進行分析，得到該型線具有良好的連續(xù)光滑性，且面積利用率比傳統(tǒng)的漸開線型轉(zhuǎn)子高。

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