微型化和集成化是當(dāng)前干式真空泵發(fā)展的重要趨勢(shì)，高真空干泵正是具有代表性的一種新型干泵。本文對(duì)高真空干泵的螺旋級(jí)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了研究，對(duì)組成螺旋級(jí)轉(zhuǎn)子的外螺線、內(nèi)螺線、母線的型線方程分別進(jìn)行了方程推導(dǎo)和幾何建模，利用有限元分析的方法，對(duì)轉(zhuǎn)子受熱所產(chǎn)生的溫度場(chǎng)，結(jié)構(gòu)場(chǎng)進(jìn)行了耦合計(jì)算，研究了轉(zhuǎn)子熱變形結(jié)果對(duì)型線設(shè)計(jì)和間隙設(shè)置的影響，得到影響高真空干泵性能的參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)制，為高真空干泵的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。

　　隨著新興工業(yè)的興起和傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)升級(jí)，干式真空泵的應(yīng)用得到了廣泛的拓展。干泵和干泵機(jī)組具有維護(hù)成本低，清潔無(wú)油等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品投入不斷加大。微型化和一體化是干式真空泵發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，高真空干泵的出現(xiàn)，便是這種發(fā)展趨勢(shì)的最典型代表。高真空干泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)以牽引分子泵吸氣原理為主，在牽引分子級(jí)排氣側(cè)串接可直排大氣的旋渦級(jí)轉(zhuǎn)子，其壓縮比最高可達(dá)10⁹，排氣壓力達(dá)到大氣壓力。同時(shí)，為了增大高真空干泵的抽氣量、提升極限真空度，在牽引級(jí)的入口側(cè)串接單螺旋轉(zhuǎn)子，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為可以獲得更好的整機(jī)抽氣性能。

　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)螺旋型線的研究較為廣泛，包括牽引分子泵、螺桿泵、渦輪增壓泵和螺桿式壓縮機(jī)等方面。常見的螺桿旋轉(zhuǎn)子型線包括多個(gè)方面：①牽引分子泵；②干式螺桿真空泵；③螺旋式壓縮機(jī)；④渦輪增壓泵。單螺旋轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，具有較大的抽氣速率，可作為高真空泵干泵的重要組成部分，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為可增加搞真空干泵的抽氣性能。

　　本文對(duì)單螺旋轉(zhuǎn)子的型線和結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開了研究，設(shè)計(jì)了單螺旋轉(zhuǎn)子的空間型線，推導(dǎo)了轉(zhuǎn)子的母線型線方程；同時(shí)，為獲得良好的性能，螺旋轉(zhuǎn)子采用外圓面內(nèi)錐面的組合式結(jié)構(gòu)。依據(jù)上述型線方程，生成了螺旋級(jí)轉(zhuǎn)子的計(jì)算機(jī)三維模型，結(jié)合有限元方法對(duì)螺旋級(jí)轉(zhuǎn)子的熱變形情況進(jìn)行分析，為設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的依據(jù)。

　　1、螺旋轉(zhuǎn)子的型線設(shè)計(jì)

　　高真空干泵螺旋級(jí)轉(zhuǎn)子采用外螺線分布在圓柱面、內(nèi)螺線分布在圓錐面以及采用非線性母線的組合式設(shè)計(jì)方法，以獲取良好的抽氣性能。

　　(1) 外螺線：圓柱螺旋線型線

　　圓柱螺旋線型線是一種常見的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理簡(jiǎn)單的螺旋線型線，其示意圖如圖1(a) 所示。

圖1 外螺線和內(nèi)螺線

　　2、結(jié)論

　　本文基于產(chǎn)量密度模型，對(duì)該模型進(jìn)行了推導(dǎo)和優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種非線性螺旋線母線，其外螺線分布在圓柱面上、內(nèi)螺線分布在圓錐面上，具有大抽速的特點(diǎn)，且沿軸向螺距漸變，利于氣體的輸送，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為適用于高真空干泵螺旋級(jí)。

　　推導(dǎo)了該轉(zhuǎn)子的端面型線方程，完成了三維幾何模型的建立，進(jìn)行了熱—結(jié)構(gòu)耦合分析，通過(guò)計(jì)算結(jié)果得知，其中無(wú)倒角轉(zhuǎn)子的熱變形為0.131 mm，有倒角轉(zhuǎn)子的為0.108 mm，無(wú)倒角轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力為701.34 MPa，有倒角為633.02MPa。倒角分別使熱變形和最大應(yīng)力降低了17.6%和9.74%，有效地減少轉(zhuǎn)子熱變形與應(yīng)力集中。本文提出的螺旋級(jí)轉(zhuǎn)子型線和熱變形計(jì)算方法，為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與間隙設(shè)計(jì)提供了有力參考。