为简单高效推导出泵用罗茨转子的容积利用系数,基于容积利用系数与平均理论流量间的因果关系,巧妙地提出了一种容积利用系数的反求方法;分析了有无余隙的两种轮廓构造对容积利用系数的不同影响。结果表明,由“果”(即平均理论流量)到“因”(即容积利用系数)的反求方法简单高效,结果准确可靠,通用性普适性强;有余隙的轮廓构造利于实现容积利用系数的最大化;共轭轮廓的曲线类型通过控制轮廓系数的上限取值,对形状系数及其容积利用系数的间接影响较大;容积利用系数可简化为形状系数的单变量函数,轮廓系数给定下的共轭轮廓曲线类型对容积利用系数的影响甚微。研究结果为转子泵诸如容积利用系数及轮廓特征的其他计算提供了一种新思路与新方法。

为实现扭叶罗茨泵无脉动无轴向力及其轻量化所期望的更大容积利用率与更小内泄漏目的,提出了内共轭轮廓段采用半叶节圆弧的弦高线和叶顶径向等圆弧间隙结构的高形扭叶构造方法,并基于扭叶容积副与斜齿动力副间的无轴向力耦合关系,给出了二者的无轴向力耦合设计方法和实例分析。结果表明,扭叶转子副端面的平-凸共轭及其顶部等圆弧间隙的轮廓构造能有效抑制共轭泄漏和径向泄漏,实现1.6的更大形状系数和0.58的更大容积利用系数;转子两端面60°的扭叶错角能实现理论的无脉动性能;20°~25°的螺旋角能同时满足扭叶转子与标准斜齿轮等端面节圆半径的同轴要求且方法简单。研究为开发高质量泵提供了一定的理论基础。

为提升罗茨泵的有效容积率,从高产与低漏两个角度,提出椭圆弧基础转子和高形转子的型线构建方法。基于椭圆方程和共轭原理及共轭临界条件,计算出椭圆弧的最佳轴长比和基础转子的最大形状系数;以从转子的顶角点恰好避开主转子的共轭工作段终点,计算出高形转子在给定顶圆角下的最大形状系数;并与特例的圆弧转子作高形方面的成果比较。结果表明,该椭圆弧基础转子和高形转子的型线构建方法在高产和防漏效果两方面都有显著提升,是解决罗茨泵椭圆弧的最佳轴长比和最大形状系数的根本性问题。

介绍了罗茨泵渐开线转子型线设计分析及求解过程。通过渐开线转子型线分析,首先设计转子1/8部分对应的渐开线及销齿圆弧型线,然后根据共轭曲线的特性求解获得已知曲线对应1/8的共轭曲线,并根据对称性获得整个转子渐开线型线。设计发现以共轭曲线求解罗茨泵的型线更为简单、有效和直观。

文章分析了影响提高罗茨真空泵最大允许压差因素 ,提出了解决方法。介绍了带溢流阀罗茨泵的特点和溢流阀压差的试验方法 ,明确提出应对带溢流阀罗茨泵考核溢流阀压差。

为兼顾罗茨泵的高容积利用率、高容积效率、无闭气现象等性能的需要,提出一款具有密封用隆八字顶的渐开线转子型线。基于具有最大形状系数的渐开线转子型线,构建顶同心圆弧、减重八字弧、主渐开线、谷部避让圆弧组成的新型转子型线;给出主渐开线最简单的参数化方程;并就新型转子型线的最大形状系数等进行实例运算和分析。结果表明:2叶、3叶新型转子隆八字半角1°~6°间的最大形状系数分别增效3. 45%~7. 99%、4. 55%~10. 54%,叶数越多和隆半角越小,增效越突出;给出的新型转子形状系数线性拟合方程的误差,2叶的小于0. 02%,3叶的小于0. 4%,精度极高,均可直接采用;八字顶能有效控制径向泄漏,提高容积效率;八字顶和谷避让圆弧结构简单、易加工。研究结果为罗茨泵其他型线的增效设计,提供一种新方法。

为实现泵用圆弧转子的造型参数化与尺寸最优化,由共轭关系构建峰圆弧与谷圆弧两类情况下的全参数型线方程与三维模型。其次,以节圆半径和形状系数为设计变量,圆弧转子副所占方体的空间体积为目标函数,形状系数上限值、中心距取整和宽径比为约束函数,构建优化模型和实例分析。结果表明,峰圆弧与谷圆弧转子的两类型线,经三维模型验证,均能实现零件与装配件的全参数化;容积利用系数的拟合精度高,3阶的多项式拟合足能满足设计要求;实例参数下103mm节圆半径和1.3944形状系数的优化结果,说明转子尺寸存在优选的必要性。为泵用其它型线的转子提供了一种全参数的优化设计方法。

为提高罗茨泵的容积利用率和容积效率,提出一种具有更高形状系数的密封凸顶和偏心圆弧的转子型线。基于普通的圆弧转子型线,通过偏心设计形成偏心圆弧转子型线,实现形状系数和容积利用率的提高;再由密封用凸顶圆弧的设计,进一步大幅提高形状系数和容积利用率;并就这三种圆弧转子的2叶形状系数和容积利用率,进行实例运算。结果表明,偏心转子的形状系数和容积利用率,较普通转子分别增效1.42%和2.24%;2叶凸顶转子凸顶半角1°~8°间的形状系数和容积利用率,较普通转子分别增效1.95%~7.26%和3.58%~11.84%,效果明显;且凸顶结构简单、易加工。为罗茨泵其他型线的增效设计提供了一种创新途径和方法。

为实现渐开线转子的高性能设计,基于4种可能的顶结构,从型线参数化、形状系数上限、容积利用系数、尺寸优化等7个方面,构建转子的高性能型线。然后,以转子轻量化为目标,构建优化模型。最后就闭气现象,给出型线上的创新方法。结果表明,顶宽兼顾了容积利用系数和圆弧密封长度最大化的高性能需求;谷避让圆弧能有效消除闭气现象,降低加工成本;形状系数和容积利用系数与顶半角具有近似的负线形相关等。为其他类型线的顶宽结构,提供一种优化设计与全参数造型的方法。

罗茨真空泵转子是由两个8字型转子组成，同步反向运转而互不干涉。文中通过介绍渐开线定义和性质，归纳出一种转子线形的简明设计方法，工程运用中具有实际意义。