渦旋真空泵是一種無(wú)油容積式機(jī)械干式真空泵，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，真空度高，振動(dòng)噪聲低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但渦旋真空泵也有一些缺點(diǎn)，如抽速較低，初始抽氣時(shí)泵的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，加工制造困難等。本文提出了一種雙面非對(duì)稱渦旋真空泵的設(shè)計(jì)思路，給出了泵主要結(jié)構(gòu)及抽氣性能參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算。此設(shè)計(jì)提高了泵的抽速，解決了泵初始抽氣時(shí)狀態(tài)不穩(wěn)定等問(wèn)題，減小了對(duì)渦旋齒的強(qiáng)度要求，增大了渦旋盤抽氣的有效利用面積。

　　干式真空泵作為核心裝備廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、太陽(yáng)能電池制造、化工、制藥等重要行業(yè)，其研發(fā)和生產(chǎn)越來(lái)越受到重視。渦旋真空泵是干式真空泵的一種，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，真空度高，振動(dòng)噪聲低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用非常廣泛。

　　由于渦旋真空泵是容積式真空泵，吸氣腔與排氣腔不直接相連，壓縮比很大，這樣就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)渦旋真空泵入口壓力為大氣壓時(shí)，那么當(dāng)壓縮腔運(yùn)動(dòng)到與排氣口接通前，壓縮腔內(nèi)的壓力將非常大，這對(duì)渦旋齒的強(qiáng)度要求很高，并產(chǎn)生大量的熱量。由于溫度的升高，轉(zhuǎn)子和泵腔將會(huì)產(chǎn)生一定的熱變形，會(huì)影響間隙通道的尺寸，使泵的抽氣性能降低。由于泵腔內(nèi)壓力的升高會(huì)增大泵的傾覆力矩，使泵的工作很不穩(wěn)定，對(duì)泵的動(dòng)平衡要求非常高。若要解決這個(gè)問(wèn)題可以使泵的吸氣腔與排氣腔相連，即渦旋齒的終止展角與初始展角的差值不大于2P，這樣可以避免泵初始抽氣時(shí)的不穩(wěn)定，減小了對(duì)渦旋齒的強(qiáng)度要求。但是對(duì)單頭渦旋齒結(jié)構(gòu)采取這樣的設(shè)計(jì)會(huì)大大降低抽速效率，因?yàn)槎鄿u旋齒渦旋真空泵可有效提高抽速，所以此設(shè)計(jì)可應(yīng)用在多頭渦旋齒結(jié)構(gòu)中，既增大了抽速也解決了泵初始抽氣時(shí)的不穩(wěn)定問(wèn)題。

　　基于以上考慮，提出了一種雙面非對(duì)稱渦旋盤結(jié)構(gòu)的渦旋泵設(shè)計(jì)方案，動(dòng)渦旋盤一面采用三頭渦旋齒設(shè)計(jì)，終止展角與初始展角的差值為2P，另一面采用單頭渦旋齒設(shè)計(jì)，而且兩面渦旋齒旋向相反，以保證三頭渦旋齒面工作時(shí)，單頭渦旋齒面不工作；單頭渦旋齒面工作時(shí)，三頭渦旋齒面不工作。三頭渦旋齒面可提高抽速，單頭渦旋齒面可增大極限真空度。泵工作時(shí)，當(dāng)入口壓力從大氣壓到臨界轉(zhuǎn)換壓力pB時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，三頭渦旋齒面首先吸氣、壓縮氣體，以增加泵的初抽速；當(dāng)壓力小于pB時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，采用單頭渦旋齒面吸氣、壓縮氣體，以增加泵的壓縮比。

1、泵基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

　　1.1、幾何參數(shù)和嚙合條件

　　通常，渦旋真空泵兩渦旋盤上的渦旋齒為漸開(kāi)線渦旋齒，由幾何參數(shù)基圓半徑Rb和發(fā)生角A就可以唯一確定一個(gè)圓的漸開(kāi)線，但在工程實(shí)際中Rb和A兩個(gè)參數(shù)很難直接測(cè)量，因此引入兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)節(jié)距P和壁厚t，它們的大小完全取決于Rb和A，關(guān)系如下

　　渦旋真空泵在工作中動(dòng)渦旋盤和靜渦旋盤相互錯(cuò)開(kāi)一定的角度和距離，渦旋齒數(shù)為Z的兩多渦旋齒渦旋盤相互錯(cuò)開(kāi)P/Z角，兩渦旋盤之間的距離為偏心距Ror，Ror的表達(dá)式可以由圓的漸開(kāi)線的基本性質(zhì)推導(dǎo)得出，即

　　現(xiàn)對(duì)這個(gè)公式進(jìn)行證明，只用單渦旋齒為例，多渦旋齒的證明基本相同。

圖1 單渦旋齒嚙合

　　如圖1所示，M1與M2是對(duì)稱的兩個(gè)密封點(diǎn)，如果把M1與M2分別看做是靜渦旋外側(cè)壁面上和內(nèi)側(cè)壁面上的點(diǎn)(當(dāng)然也可以看成是動(dòng)渦旋內(nèi)側(cè)壁面和外側(cè)壁面上的點(diǎn))，則此兩點(diǎn)至x軸的距離分別為

　　。注意到渦旋型線基本參數(shù)的定義及圖1的對(duì)稱性，可得

4、設(shè)計(jì)結(jié)論

　　通過(guò)計(jì)算得到了動(dòng)渦旋盤兩面偏心距都為5.053mm；三頭渦旋齒面幾何抽速為9.6L/s時(shí)，其漸開(kāi)線終止展角為10.14；單頭渦旋齒面幾何抽速為4.4L/s時(shí)，其漸開(kāi)線終止展角為31.42；臨界轉(zhuǎn)換壓力pB=47676.87Pa；給出了動(dòng)渦旋盤的質(zhì)心平移和動(dòng)平衡的計(jì)算公式。