濕式直排大氣羅茨泵轉(zhuǎn)子型線快速設(shè)計(論文)

1、目錄中文摘要 .1英文摘要 .21 引言31.1本課題的目的、意義及主要內(nèi)容32 快速設(shè)計52.1 機械產(chǎn)品快速設(shè)計平臺的概念和體系結(jié)構(gòu)52.1.1快速設(shè)計平臺的概念52.1.2 快速設(shè)計平臺的體系結(jié)構(gòu)63 羅茨泵型線設(shè)計73.1羅茨泵真空泵73.2 圓弧漸開線轉(zhuǎn)子型線93.3 轉(zhuǎn)子型線組成、方程及繪制103.4濕式直排大氣羅茨泵參數(shù)分析和選擇133.5 容積利用系數(shù)計算153.5 轉(zhuǎn)子強度校核163.6 動態(tài)演示程序164 轉(zhuǎn)子型線快速設(shè)計系統(tǒng)174.1 編寫主控程序，控制型線設(shè)計的工作流程174.2 AutoCAD菜單欄定制184.3 程序?qū)υ捒蛟O(shè)計184.3.1獲取用戶新設(shè)計數(shù)據(jù)對話框1

2、84.3.2獲取用戶圓整、轉(zhuǎn)子直徑數(shù)據(jù)對話框194.3.3展示所有型線數(shù)據(jù)對話框194.3.4確定方案對話框204.3.5動態(tài)模擬對話框214.3.6非法數(shù)據(jù)處理對話框215 結(jié)論226 謝辭23參考文獻24附錄25濕式直排大氣羅茨泵轉(zhuǎn)子型線快速設(shè)計摘 要：文章首先簡單闡述了快速設(shè)計理論、快速設(shè)計方法、羅茨泵及羅茨泵常見的三種類型轉(zhuǎn)子型線相關(guān)知識，并重點介紹了其中一種型線多圓弧-漸開線型線；然后詳細(xì)介紹運用Auto LISP語言對AutoCAD進行二次開發(fā)，實現(xiàn)菜單的自定義和系統(tǒng)定制，按照羅茨泵型線的傳統(tǒng)設(shè)計過程實現(xiàn)濕式直排大氣羅茨泵轉(zhuǎn)子圓弧-漸開線型線的快速設(shè)計，運用DCL對話框控制語言編制

3、相關(guān)對話框，使程序擁有友好的人機交互界面，并且使用邏輯判斷程序?qū)⑤斎霐?shù)據(jù)限制在合理的范圍內(nèi)，實現(xiàn)智能校核；最后介紹實現(xiàn)模擬所設(shè)計轉(zhuǎn)子的嚙合運動，初步觀察轉(zhuǎn)子嚙合過程中是否存在干涉現(xiàn)象。本設(shè)計對實現(xiàn)縮短羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計、生產(chǎn)周期和提高設(shè)計精度具有一定意義。關(guān)鍵詞：羅茨泵；轉(zhuǎn)子型線；快速設(shè)計；系統(tǒng)定制Abstract: At beginning of this paper rapid design techniques methods and some knowledge about roots pump rotor is been introduced， and then more deta

4、il are discussed about the secondary development on AutoCAD by using Auto LISP language to achieve custom menu, system customization and rapid design of tooth profile of a wet Roots rotor with profile of arc-involute, a friendly mutual interface by using DCL dialog control language, and intelligent

5、checking on input data by using logic and determine program. Finally the present work introduced how to achieve simulating egging movement of the rotor and observing if the interference occurred between the rotors dynamic demonstration. The present work has great significance to achieve rapid design

6、 of roots pump rotors, decrease product design and product cycle. Keywords: roots pump; profile; rapid design; system customization1 引言經(jīng)濟的飛速發(fā)展使產(chǎn)品的供應(yīng)從需求大于供應(yīng)變?yōu)楣?yīng)大于需求，為用戶提供了更多的選擇余地，也使企業(yè)之間的競爭日益激烈。用戶的需求各種各樣的，這就使產(chǎn)品品種急劇增多、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、產(chǎn)品更新越來越快，從而使產(chǎn)品開發(fā)周期、產(chǎn)品的壽命周期日趨縮短1。為了在市場的競爭中占據(jù)有利的位置，這就要求企業(yè)必須大大增強對市場的快速響應(yīng)能力和新產(chǎn)品的

7、開發(fā)能力。為了適應(yīng)這一需求，1992年6月的東京國際會議正式提出了并行工程技術(shù)，隨之在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為以縮短產(chǎn)品設(shè)計周期為目的的快速設(shè)計方法與技術(shù)2。模塊化、系列化設(shè)計技術(shù)與方法作為快速設(shè)計技術(shù)與方法的一個重要組成部分，一提出就受到人們的大力關(guān)注。隨著科技的發(fā)展，模塊化這一設(shè)計思想已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑、家具、電子、船舶等各個領(lǐng)域，如計算機軟件的模塊化設(shè)計及計算機硬件插板等就是這一設(shè)計思想的具體體現(xiàn)3。1.1本課題的目的、意義及主要內(nèi)容此次設(shè)計題目是濕式直排大氣羅茨泵轉(zhuǎn)子型線快速設(shè)計，目的是通過運用Auto LISP語言對AutoCAD進行二次開發(fā)，實現(xiàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的快速設(shè)計，以克服傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子

8、型線設(shè)計效率低下、周期長、設(shè)計手段落后等不足。本設(shè)計的意義是縮短羅茨泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計周期，提高型線設(shè)計精度。本設(shè)計主要內(nèi)容包括：1.定制用戶菜單，實現(xiàn)系統(tǒng)的定制；2.數(shù)據(jù)錄入校核與計算及人機交互界面的設(shè)計；3.實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的智能校核，防止非法數(shù)據(jù)輸入。具體步驟如下：1.利用AutoCAD中自帶的菜單編制功能定制用戶菜單，實現(xiàn)系統(tǒng)定制。通過用戶菜單可以快速地實現(xiàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計，并對設(shè)計結(jié)果進行修改。用戶能在AutoCAD中方便快速地調(diào)用設(shè)計程序，實現(xiàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的快速設(shè)計。2.利用AutoCAD內(nèi)嵌的DCL對話框設(shè)計語言設(shè)計出合理的人機交互界面，使用Auto LISP語言編制程序。同時設(shè)定

9、用戶輸入?yún)?shù)的類別，包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子長度與大徑之比、壓力角、抽速、齒頂圓與節(jié)圓之比等，使用戶按照羅茨泵的實際設(shè)計過程輸入數(shù)據(jù)進行設(shè)計，確保設(shè)計結(jié)果符合實際情況。并對計算結(jié)果進行強度校核，設(shè)計完成后繪出轉(zhuǎn)子型線圖。3. 使用邏輯判斷程序?qū)⑤斎霐?shù)據(jù)限制在合理的范圍內(nèi)，實現(xiàn)智能校核，防止用戶輸入的數(shù)據(jù)超出適用范圍而致使程序出錯，同時在對話框的下方給用戶相應(yīng)提示，使用戶能夠根據(jù)提示對輸入數(shù)據(jù)進行修改。2 快速設(shè)計快速設(shè)計技術(shù)是當(dāng)前市場在對產(chǎn)品瞬變性、多樣化等需求形勢下提出并發(fā)展起來的，產(chǎn)品投放市場時間日益成為決定產(chǎn)品競爭力的重要因素，當(dāng)前國際市場需求快速變化的特點和新世紀(jì)更加個性化的市場趨勢，促進了快速

10、設(shè)計和制造技術(shù)的發(fā)展4。目前，國內(nèi)外針對快速設(shè)計的系列化模塊化技術(shù)、并行設(shè)計技術(shù)、快速原型技術(shù) 5、6、基于模塊模板的廣義模塊化設(shè)計技術(shù)7、知識工程KBE(knowledge based engineering)8與智能設(shè)計9、大規(guī)模定制設(shè)計10和虛擬制造技術(shù)等發(fā)展均較為迅速?？焖僭O(shè)計的實施需要建立適用于企業(yè)產(chǎn)品特點的應(yīng)用軟件。如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是整體式時，很難提取多種產(chǎn)品中的共性因素，新產(chǎn)品設(shè)計是從零開始，這樣，即使采用CAD技術(shù)，其提高的效率也是有限的，只有當(dāng)產(chǎn)品系列的構(gòu)成是建立在以組合模塊為主的基礎(chǔ)上，并建立起模塊圖形數(shù)據(jù)庫時，才可能充分發(fā)揮出CAD的優(yōu)勢，達到提高新產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量 ，縮短研制、

11、設(shè)計周期的目的。模塊概念是在產(chǎn)品生產(chǎn)和設(shè)計中逐步形成的，模塊能夠用來組合成不同的產(chǎn)品，促進設(shè)計二次利用，節(jié)省設(shè)計成本11。因此，建立企業(yè)的模塊化產(chǎn)品系統(tǒng)，是實施快速設(shè)計的基礎(chǔ)。如何將設(shè)計經(jīng)驗、技巧轉(zhuǎn)化為知識并與集成到設(shè)計系統(tǒng)是制造業(yè)研究的重要課題之一。隨著知識工程和專家系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，可將環(huán)境資源、設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計過程的信息用于產(chǎn)品模塊建模。通過使用專家設(shè)計經(jīng)驗、人工智能技術(shù)和模塊化產(chǎn)品設(shè)計過程及環(huán)境的知識，為實現(xiàn)模塊化產(chǎn)品設(shè)計的自動化和生產(chǎn)的自動化提供了有力的支持。使用CAD、CAE、KBE軟件結(jié)合其他軟件可以對各種不同的企業(yè)及工廠建立典型產(chǎn)品的模塊化設(shè)計專家系統(tǒng)(expert system)

12、12，實現(xiàn)更高層次的設(shè)計知識重用，可縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間，促進產(chǎn)品創(chuàng)新。2.1 機械產(chǎn)品快速設(shè)計平臺的概念和體系結(jié)構(gòu)快速設(shè)計是在產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，針對市場和顧客需求，運用面向具體產(chǎn)品專用設(shè)計知識和設(shè)計工具，快速制定可用于制造的方案，快速付諸實施。2.1.1快速設(shè)計平臺的概念快速設(shè)計平臺是指一組軟件接口或設(shè)計工具構(gòu)成的通用結(jié)構(gòu)并用來高效率地開發(fā)和生成一系列的專用設(shè)計系統(tǒng)。設(shè)計平臺的目的是建立適用于企業(yè)各自特點的應(yīng)用軟件，它是以建立企業(yè)的模塊化產(chǎn)品系統(tǒng)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，系統(tǒng)的構(gòu)成是建立在以模塊(通用部件)組合為主的基礎(chǔ)上13，通過提取多種產(chǎn)品的共性因素，建立參數(shù)化模塊圖形庫，應(yīng)用模塊化設(shè)計方法，使設(shè)計

13、過程規(guī)范化和科學(xué)化，提高設(shè)計的快速響應(yīng)速度和自動化程度，以達到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短研制和設(shè)計周期的目的14。快速設(shè)計應(yīng)用平臺是一個支持復(fù)雜信息環(huán)境下工程設(shè)計應(yīng)用集成、應(yīng)用開發(fā)和系統(tǒng)運行的軟件平臺。因此，以平臺為基礎(chǔ)，建立起適用于企業(yè)特點的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，是建立快速設(shè)計系統(tǒng)，加快應(yīng)用軟件開發(fā)速度的有效途徑。2.1.2 快速設(shè)計平臺的體系結(jié)構(gòu)通過以上分析，建立快速設(shè)計平臺的軟件體系結(jié)構(gòu)以產(chǎn)品設(shè)計知識的集成處理和重復(fù)利用為核心，以產(chǎn)品的模塊化為基礎(chǔ)，用于支持特定機械產(chǎn)品快速開發(fā)。它包括以下3個主模塊:設(shè)計知識處理和利用模塊系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮闹R表的模式來管理知識庫和數(shù)據(jù)庫，使設(shè)計人員無須關(guān)心數(shù)據(jù)的存

14、取，系統(tǒng)通過知識獲取界面或應(yīng)用程序接口API將知識和各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)變成系統(tǒng)所規(guī)定的模式，形成統(tǒng)一的變量化集成產(chǎn)品模型 ，存入數(shù)據(jù)庫和知識庫。系統(tǒng)存儲產(chǎn)品模型 ，包含了非幾何和幾何信息，以及描述產(chǎn)品如何設(shè)計、分析和制造的工程準(zhǔn)則15。系統(tǒng)提供框架推理、規(guī)則推理、實例推理和模板推理等各種知識利用方法。過程控制向?qū)K通過提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計過程流程，引導(dǎo)與控制設(shè)計的進行，控制所有的信息流，實現(xiàn)快速設(shè)計流程的管理。它能有效地管理產(chǎn)品的所有過程，包括從概念設(shè)計到產(chǎn)品模型的定型中所有的項目管理和任務(wù)分配等。系統(tǒng)集成總線模塊和開放式API系統(tǒng)靠應(yīng)用程序接口API以及集成總(CORBA/DCOM標(biāo)準(zhǔn)等)16與各種

15、應(yīng)用程序相連接，API的作用是要實現(xiàn)每個應(yīng)用程序跟中心數(shù)據(jù)模型的映射，即應(yīng)用程序通過API跟系統(tǒng)內(nèi)核心產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型進行數(shù)據(jù)交換。應(yīng)用程序包括參數(shù)化幾何建模、產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計、參數(shù)化有限元分析、優(yōu)化設(shè)計及其它各類以構(gòu)件為基礎(chǔ)的專用工具集。通過模塊化產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計實現(xiàn)模塊模板的選擇、實例化以及模塊的組合、基于參數(shù)化有限元分析專用程序庫和基于參數(shù)化模塊庫的模塊拼裝產(chǎn)品分析程序的生成與運行。因此，快速設(shè)計平臺可將設(shè)計活動所需的各種應(yīng)用程序和工具集成起來，形成豐富的設(shè)計功能，在設(shè)計過程中形成和使用統(tǒng)一的產(chǎn)品模型17。3 羅茨泵型線設(shè)計3.1羅茨泵真空泵羅茨真空泵（簡稱羅茨泵）是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡?。它是由羅茨

16、鼓風(fēng)機演變而來的。根據(jù)羅茨真空泵工作范圍的不同，又分為直排大氣的低真空羅茨泵；中真空羅茨泵（又稱機械增壓泵）和高真空多級羅茨泵。羅茨泵(roots-type pump) 是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風(fēng)機相似。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從進氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間v0內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后v0空間是全封閉狀態(tài)，所以，在泵腔內(nèi)氣體沒有壓縮和膨脹。 但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣，v0空間與排氣側(cè)相通時，由于排

17、氣側(cè)氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間v0中去，使氣體壓強突然增高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內(nèi)，有二個“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運動。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運行。如圖3-1為羅茨泵轉(zhuǎn)子由0°轉(zhuǎn)到180°的抽氣過程。在0°位置時（圖中a），下轉(zhuǎn)子從泵入口封入v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)到45°位置時（圖中b），該腔與排氣口相通。由于排氣側(cè)壓強較高，引起一部分氣體返沖過來。當(dāng)轉(zhuǎn)到90°位置時（圖中c），下轉(zhuǎn)子封入的氣體，連同返

18、沖的氣體一起排向泵外。這時，上轉(zhuǎn)子也從泵入口封入v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到135°時（圖中d），上轉(zhuǎn)子封入的氣體與排氣口相通，重復(fù)上述過程。180°（圖e）位置和0°位置是一樣的。轉(zhuǎn)子主軸旋轉(zhuǎn)一周共排出四個v0體積的氣體。羅茨泵的轉(zhuǎn)子有四葉螺旋形的，也有雙葉直齒形的。它橫截面的外輪廓線稱為轉(zhuǎn)子的型線(或齒型)。工作時兩個轉(zhuǎn)子靠傳動比為1的齒輪來帶動，其轉(zhuǎn)子間表面不接觸，但其間隙要保持一定，這樣轉(zhuǎn)子的型線必須做成共軛曲線，即滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒廓曲線，稱為共扼曲線。也就是只要給出一條曲線，就可做出一條與之相應(yīng)的曲線。這樣，轉(zhuǎn)子型線可做出很多對來，均能滿足

19、運動要求。但實際上選用齒型時還要考慮如下幾個條件:應(yīng)滿足泵有最好的工作性能，為增加抽速，容積利用系數(shù)要盡可能大，也就是說轉(zhuǎn)子所占的面積要小。有良好幾何對稱性，保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪音，互換性好。要保證齒型具有足夠的強度。容易制造，易得到較高的精度。圖3.1 羅茨泵運行原理實際上能滿足這些要求的轉(zhuǎn)子齒形常用的有三種:即圓弧線齒形、漸開線齒形和擺線齒形。目前國內(nèi)外的羅茨泵多采用前二種型線，而少用擺線。型線設(shè)計分兩個步驟:1)理論型線設(shè)計，保證兩轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的各個位置上始終相互嚙合。2)實際型線是在理論型線的基礎(chǔ)上作出來的，它保證在運轉(zhuǎn)中兩轉(zhuǎn)子永遠(yuǎn)保持一定的間隙沒有理論型線的設(shè)計，就不會得出正確的齒型，而

20、工程上只有正確的實際型線，才能保證泵的可靠運行。幾種常見的轉(zhuǎn)子型線的特點a 擺線型:這是一種在國外使用比較廣泛的型線，英國的 HOLmes 公司和日本宇野組鐵工所，早期也都用過此型線。但是這種型線的面積利用系數(shù)比較低，因此現(xiàn)在一般已不用這種型線了。b 大圓弧齒頂漸開線型:漸開線型較之?dāng)[線型有了很大的改善。與其他葉型相比，當(dāng)其它參數(shù)相同時，該葉型具有較大的排氣量和較高的容積效率，而且漸開線也易于加工。大圓弧齒頂漸開線型是漸開線型的改進版。它在七十年代末從日本進口的轉(zhuǎn)子實物上陸續(xù)的出現(xiàn)。這種改進了的漸開線型，由于增加了齒頂圓弧與齒根圓弧，嚙合后的密封效果肯定比普通漸開線型(齒頂和齒根均存在空刀槽，

21、嚙合時的密封效果較差)要好得多，故在法國 Hibon 公司新開發(fā)的轉(zhuǎn)子型線中也應(yīng)用了大圓弧齒頂形式。圖3.2 轉(zhuǎn)子型線及參數(shù)c 包絡(luò)線型:包絡(luò)線型包括圓包絡(luò)線型，直線包絡(luò)線型，和偏心圓包絡(luò)線型。圓包絡(luò)線型是利用一轉(zhuǎn)子不動另一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動形成包絡(luò)線的方法繪出型線的。直線包絡(luò)線型比較少見。過去曾用于小型羅茨流量計上，近來為獲得高真空，在小型三級高真空羅茨泵上有新的發(fā)展。這種型線腰部較粗，能保證足夠的強度，但面積利用系數(shù)較低。在七十年代末，經(jīng)過改進，出現(xiàn)了偏心圓包絡(luò)線型，并獲得一定的應(yīng)用。法國Hibon 公司78年來我國北京展銷時曾展出一臺小型的羅茨鼓風(fēng)機，其以偏心圓包絡(luò)型線設(shè)計方法設(shè)計的轉(zhuǎn)子受到關(guān)注，

22、并被引入中國19。當(dāng)具有相同的轉(zhuǎn)子直徑D和轉(zhuǎn)子中心距 A時，偏心圓包絡(luò)線法和圓包絡(luò)線法繪出的型線相比，節(jié)圓外偏心圓比圓弧瘦，節(jié)圓內(nèi)則稍肥。3.2 圓弧漸開線轉(zhuǎn)子型線本次設(shè)計采用大圓弧齒頂漸開線型該葉型具有較大的排氣量和較高的容積效率，而且漸開線也易于加工。大圓弧齒頂漸開線型是漸開線型的改進版。它在七十年代末從日本進口的轉(zhuǎn)子實物上陸續(xù)的出現(xiàn)。這種改進了的漸開線型，由于增加了齒頂圓弧與齒根圓弧，嚙合后的密封效果肯定比普通漸開線型(齒頂和齒根均存在空刀槽，嚙合時的密封效果較差)要好得多20。典型型線如圖3-2所示。下節(jié)將分段分別介紹型線組成及方程。3.3 轉(zhuǎn)子型線組成、方程及繪制由于羅茨泵轉(zhuǎn)子型線具

23、有對稱型，所以我們只需研究轉(zhuǎn)子的四分之一即可。簡化如圖3-3所示，圓弧漸開線轉(zhuǎn)子型線分成5段，分別為A-B段圓弧、B-C段圓弧、C-D-E段漸開線、E-F段圓弧，F(xiàn)-G段圓弧，下面分別介紹：圖3.3 四分之一轉(zhuǎn)子型線A-B段為圓心在轉(zhuǎn)子中心O，半徑為Rm(Dm/2)的圓弧。B-C段為圓心在O1點（在節(jié)圓上），半徑為rn的圓弧。 C-D-E是一段漸開線，其基圓半徑為r，該弧與節(jié)圓交于D點，D點恰在葉型長、短軸的夾角的平分線上，即AOD=DOG=/4。E-F段為圓心在O2(在節(jié)圓上)，半徑為rn的圓弧F-G段為圓心為轉(zhuǎn)子中心O，半徑為R-rn，對圓心張角FOG=/2的圓弧。型線上任何相鄰曲線在鄰接

24、點處，即在B、C、D、E和F點等處都具有公法線或公切線。AOB=/2BOD=DOF=由此觀止，轉(zhuǎn)子型線參數(shù)為多個，但其中只有三個獨立參數(shù)，只要給出三個任意彼此獨立的參數(shù)，其余參數(shù)均可由之求出。有關(guān)型線參數(shù)公式如下：（1）轉(zhuǎn)子長軸Dm與泵中心距A之比Z為（2）（3）（4）（5）（6）一個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周所排除的幾何面積Ak為 （7）泵的容積利用系數(shù)為： （8）轉(zhuǎn)子長度L為（9）式中：S泵的幾何抽速(M3/min) n泵軸轉(zhuǎn)速(rpm) Ak單個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周所排除的幾何面積(mm2)根據(jù)以上方程，可以通過泵的轉(zhuǎn)速S、泵軸轉(zhuǎn)子速度n、Z、Z1的值可以求出所有型線的數(shù)據(jù)8。具體實現(xiàn)程序為函數(shù)solveall,

25、程序的程序框圖如圖3-4所示。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以很容易畫出4段圓弧，所以重點就是漸開線的繪制，本次設(shè)計中采用描點法繪制。已知原點標(biāo)準(zhǔn)漸開線方程：(10)(11)C-D-E漸開線是標(biāo)準(zhǔn)漸開線經(jīng)坐標(biāo)系變換，坐標(biāo)原點從(0,0)平移到p0點，順時針旋轉(zhuǎn)角度，=omegac（附件），經(jīng)坐標(biāo)變換后的方程為：(12)實現(xiàn)漸開線方程程序如下所示：(defun involute(omega / pinx piny num1 num2)(setq num1 (+ (* rb (cos omega) (* rb omega (sin omega)(setq num2 (+ (* rb (sin omega) (-

26、0 (* rb omega (cos omega)(setq pinx (+ (* num1 (cos aeof) (- 0 (* num2 (sin aeof) p0x)(setq piny (+ (* num1 (sin aeof) (* num2 (cos aeof) p0y)(setq pin (list pinx piny)通過對話框獲取用戶自定義的繪圖步長，然后用while循環(huán)，每一繪圖步長為一點用pline命令連接。圖3.4 solveall函數(shù)程序框圖3.4濕式直排大氣羅茨泵參數(shù)分析和選擇多圓弧漸開線轉(zhuǎn)子型線，特點在于轉(zhuǎn)子頭部有一段半徑為Rm的圓弧，它與泵腔等半徑，其密封性能好

27、，這樣可以減少處在粘滯流狀體下的氣體在各間隙中返流，這有別于羅茨增壓真空泵。反映這段圓弧的參數(shù)為角度，角大時即說明轉(zhuǎn)子頭部密封性能好，返流少。由方程(1)、(2)、(6)知道，對一既定的Z，就有一個最大的角max。(13)由方程（8）可看出，當(dāng)Z一定時，容積利用系數(shù)與壓力角有關(guān)，壓力角大，容積利用系數(shù)也增大。由方程（6）可看出，Z一定時，角減小時，角減小，角增大。當(dāng)Z一定時，為了得到較大的容積利用系數(shù)，必增大壓力角。壓力角增大將導(dǎo)致角增大，致使角減小。其臨界值，即當(dāng)=0，就是羅茨增壓真空泵所選的圓弧漸開線型線。圖 3.5=f1(Z,)關(guān)系曲線圖參數(shù)的選擇，有的希望角大（濕式羅茨泵）；有的希望容

28、積利用系數(shù)大（羅茨增壓真空泵）；甚至，直排大氣氣冷羅茨真空泵要求很大角（比如=60o）。前人已經(jīng)計算出不同Z值下關(guān)系及關(guān)系20，根據(jù)一系列表繪出圖3-5，即=f1(Z,)關(guān)系曲線，型線參數(shù)選擇范圍就是兩虛線與橫軸所圍成的曲邊三角形。曲邊三角形右側(cè)虛線即代表=0的情況，也就是羅茨增壓真空泵以往所使用的情況；而左側(cè)虛線是=max時，即剛好不發(fā)生型線干涉的多圓弧漸開線型線情況，也就是濕式羅茨真空泵以及羅茨鼓風(fēng)機所應(yīng)用的極限情況。曲邊三角形頂點為圓弧漸開線轉(zhuǎn)子型線（=0）的壓力角=min的情況。Z=Rm/R值的確定很重要，一個制造廠家在同類產(chǎn)品系列中往往選擇同一個Z值。它的大小也表征轉(zhuǎn)子腰部大小，對于

29、本次設(shè)計的濕式羅茨泵，由于受力較大，軸較粗，要求有一定的轉(zhuǎn)子腰寬，一般多選Z=1.5，故本程序默認(rèn)Z值即是。3.5 容積利用系數(shù)計算容積利用系數(shù)計算公式0=1-SSs（14）式中：S轉(zhuǎn)子斷面面積Ss轉(zhuǎn)子長軸掃過的面積從上面的分析我們已經(jīng)知道轉(zhuǎn)子型線的組成，而且轉(zhuǎn)子斷面是軸對稱圖形，我們只需要求得四分之一的面積就可以求S，我們可以通過積分法把上面所求的所有型線的方程代入，每間隔一個很小弧度做一條射線，求所有小扇形的面積和即可。本設(shè)計采用了另一種方法，AutoCAD系統(tǒng)提供area命令，通過該命令可以求的任意多段線、曲線等的面積，很方便，和Auto LISP函數(shù)(getvar)獲取area命令返回

30、的面積值。具體實現(xiàn)代碼如下所示：(command "area" "o" pt)(setq areas (getvar "area")Ss的計算如圖3-6陰影所示，應(yīng)為一扇形面積加一三角形面積，得Ss計算公式如下：Ss=(-arctan(Rm2-R2)R)×Rm2+R(Rm2-R2)(15)這種方法比起用小扇形求和要簡便很多。這樣我們就可以得到每種方案的容積利用系數(shù)，并且顯示在每個方案的下面供用戶參考，這樣就可以選擇一個容積利用系數(shù)高的方案進行轉(zhuǎn)子加工。圖3.6 Ss面積計算示意圖3.5 轉(zhuǎn)子強度校核對羅茨泵而言，作用在轉(zhuǎn)子上

31、的壓差引起的作用力要比轉(zhuǎn)子的離心作用力要小得多。因而，只需計算轉(zhuǎn)子離心力作用而引起的斷裂強度。FL=0.5VP2rp(16)式中FL半個轉(zhuǎn)子的離心力;Vp轉(zhuǎn)子體積(m3);轉(zhuǎn)子材質(zhì)的密度（kg/m3）；轉(zhuǎn)子角速度=2n（n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)r/s）；rp轉(zhuǎn)子軸心與半個轉(zhuǎn)子的質(zhì)心舉例（m）。轉(zhuǎn)子腰部中心斷面上作用的拉伸應(yīng)力：=FL/2l(C-DB2)(17)式中l(wèi)轉(zhuǎn)子長度（m）；DB轉(zhuǎn)子軸的直徑（m）。安全系數(shù)nz=T/。在每個確認(rèn)加入方案的型線的下部都會顯示該方案的轉(zhuǎn)子校核結(jié)果。3.6 動態(tài)演示程序程序不僅可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子型線的快速設(shè)計生成，利用AutoCAD強大的二次開發(fā)能力還可以實現(xiàn)型線的模擬仿真，

32、實現(xiàn)轉(zhuǎn)子型線的嚙合測試等。程序使用AutoCAD提供的delay命令，通過設(shè)置delay時間實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動快慢。程序具體實現(xiàn)過程：1. 通過動態(tài)模擬控制對話框獲取轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動圈數(shù)。2. 根據(jù)獲取數(shù)據(jù)設(shè)置delay的時間、圖形轉(zhuǎn)動角度、定義一個完整轉(zhuǎn)子為一圖形塊bl1。畫出泵殼體示意圖。3. 用while循環(huán)實現(xiàn)圖形塊的插入（-insert命令實現(xiàn)）并且每循環(huán)一次轉(zhuǎn)子的角度分別增加和減少10o(可以修改)。通過不停的畫圖、刪除實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的動態(tài)轉(zhuǎn)動。4 轉(zhuǎn)子型線快速設(shè)計系統(tǒng)圖4.1型線快速設(shè)計工作流程圖4.1 編寫主控程序，控制型線設(shè)計的工作流程如圖4-1所示，一個完整的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計過程，應(yīng)當(dāng)包括型線選

33、擇、型線計算、數(shù)據(jù)校核等。圖1所示，開發(fā)交互式羅茨泵轉(zhuǎn)子型線系統(tǒng)軟件就是利用交互圖形顯示系統(tǒng)的功能，在屏幕上以人機交互形式進行設(shè)計。該軟件主要包括：人機交互主控程序、圖形對話框程序等模塊18。同時為了節(jié)省測試時間，有必要的動畫模擬程序。4.2 AutoCAD菜單欄定制這里的型線快速設(shè)計系統(tǒng)，是在已有AutoCAD軟件上進行二次開發(fā)的，如圖4-2所示主菜單。因為AutoCAD的菜單由菜單文件定義的，可以修改現(xiàn)有的菜單文件或創(chuàng)建自己的菜單文件。通過編輯菜單文件文本， 定義各菜單項和單擊該菜單項所執(zhí)行的動作，如圖2所示。該動作由AutoLISP語言表達，即采用LISP語言函數(shù)調(diào)用的方式進入下一個程序

34、模塊主控程序第二層。圖4.2 菜單欄4.3 程序?qū)υ捒蛟O(shè)計按照圖4-1所示的工作流程，分別設(shè)計了獲取用戶輸入數(shù)據(jù)對話框、用戶圓整對話框、顯示所有數(shù)據(jù)對話框、確定方案對話框、動態(tài)模擬對話框以及非法數(shù)據(jù)處理對話框等。次層對話框可以通過多種方式實現(xiàn)，例如：AutoCAD圖像控件菜單、DCL對話框控制語言7（此例被采用）、VBA中用戶窗體的編輯等。現(xiàn)按照工作流程順序介紹主要對話框。4.3.1獲取用戶新設(shè)計數(shù)據(jù)對話框?qū)υ捒蛉鐖D3所示，對話框控制由(get)函數(shù)（附件）完成，用戶通過如圖2所示菜單的新轉(zhuǎn)子型線設(shè)計選項調(diào)用(get)函數(shù)，通過該對話框輸入界面獲得應(yīng)輸入的數(shù)據(jù)，包括設(shè)計抽速、設(shè)計轉(zhuǎn)速、長軸中心

35、距比Z、長徑比Z1，在整個輸入過程有(testdata)函數(shù)檢測數(shù)據(jù)的合法性，然后進行一系列的運算處理進入下個程序。圖4.3 參數(shù)輸入對話框4.3.2獲取用戶圓整、轉(zhuǎn)子直徑數(shù)據(jù)對話框從參數(shù)輸入對話框經(jīng)運算處理后，通過(round)函數(shù)進入用戶圓整對話框，對話框如圖4-4所示，上面的運算初步計算節(jié)圓、基圓半徑和腰寬長度供用戶參考，獲取用戶圓整數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)圓整的大小微調(diào)轉(zhuǎn)子的形狀，每個輸入控件也都加入了非法數(shù)據(jù)檢測程序。圖4.4 用戶圓整對話框4.3.3展示所有型線數(shù)據(jù)對話框從以上步驟用戶圓整對話框獲取用戶圓整和轉(zhuǎn)子軸直徑后，進行轉(zhuǎn)子型線所有參數(shù)的運算，并通過(mod)函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)子型線主要參

36、數(shù)對話框，對話框如圖4-5所示，通過按鈕“添加到待選方案”可以直接將目前設(shè)計做為一種方案輸出到圖紙，在型線的下面有Z、Z1、0等相關(guān)值供用戶查看，添加到方案的同時程序會自動記錄當(dāng)前設(shè)計的數(shù)據(jù)保存在已經(jīng)設(shè)計好的數(shù)據(jù)存儲表data里，通過“修改”按鈕可以繼續(xù)通過修改Z,Z1進行方案修改，通過(roud1)函數(shù)到圓整對話框進行再設(shè)計。圖4.5 轉(zhuǎn)子所有參數(shù)顯示對話框4.3.4確定方案對話框當(dāng)通過上面的對話框設(shè)計完成多種方案后，在圖紙上已經(jīng)有n種方案及這些方案的相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)自己的實際選擇需要的方案，通過菜單欄的確認(rèn)方案選項(choose)函數(shù)調(diào)用確定方案對話框，對話框如圖4-6所示，程序會提

37、供已存儲所有設(shè)計方案數(shù)據(jù)列表，通過用戶選擇從data表中獲取所有設(shè)計參數(shù)，并在圖紙上畫出相應(yīng)的型線。圖4.6 確定方案對話框4.3.5動態(tài)模擬對話框圖4.7 動態(tài)模擬對話框當(dāng)用戶完成方案設(shè)計和確定方案后，本程序提供了動態(tài)演示供用戶初步查看轉(zhuǎn)子嚙合情況，通過菜單欄的動態(tài)演示選項(rot)函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)動演示控制對話框，對話框如圖4-7所示，用戶可以選擇動態(tài)演示轉(zhuǎn)動的速度，有快、中、慢三個選項，可以自行定義轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動圈數(shù)，默認(rèn)為5。4.3.6非法數(shù)據(jù)處理對話框在本程序的所有用戶輸入控件都加入的非法數(shù)據(jù)檢測程序(testdata)函數(shù)，檢測程序是根據(jù)獲取用戶輸入字符的ASCII碼的值判斷是否為所需數(shù)據(jù)。主

38、要為數(shù)字“09”和小數(shù)點“.”。如果為非法數(shù)據(jù)(testdata)函數(shù)通過(dataerror)函數(shù)調(diào)用非法數(shù)據(jù)提示對話框，提示對話框如圖4-8所示。 圖4-8 非法數(shù)據(jù)處理對話框5 結(jié)論本次設(shè)計是遵循轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計流程，充分利用計算機輔助設(shè)計功能，從而實現(xiàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子型線快速設(shè)計的目標(biāo)，提高設(shè)計的效率和質(zhì)量，大大減少設(shè)計工作量和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。本次設(shè)計主要完成：1.利用AutoCAD中自帶的菜單編制功能定制用戶菜單，實現(xiàn)系統(tǒng)定制。通過用戶菜單可以快速地實現(xiàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計，并對設(shè)計結(jié)果進行修改。用戶能在AutoCAD中方便快速地調(diào)用設(shè)計程序，實現(xiàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的快速設(shè)計。2.利用Auto

39、CAD內(nèi)嵌的DCL對話框設(shè)計語言設(shè)計出友好的人機交互界面，按照轉(zhuǎn)子型線的實際設(shè)計流程設(shè)計程序的運行流程，確保設(shè)計結(jié)果符合實際情況并且比實際手動設(shè)計更加精準(zhǔn)。3. 利用AutoCAD強大的圖形處理能力和強大的二次開發(fā)擴展能力，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的動態(tài)模擬，使用戶初步觀察轉(zhuǎn)子嚙合情況，縮短設(shè)計、生產(chǎn)周期。本次設(shè)計只是屬于三大類型轉(zhuǎn)子型線的其中一個，通過對AutoCAD進行二次開發(fā)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子型線的快速設(shè)計和動態(tài)演示，并且擁有友好的用戶交互界面。如果將另外兩種轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計程序進行整合，擴大和完善設(shè)計程序數(shù)據(jù)庫，為今后的設(shè)計工作提供更大方便，這對提高設(shè)計效率、降低產(chǎn)品成本、增強企業(yè)市場競爭力具有一定意義。6

40、謝辭在本次設(shè)計即將結(jié)束之際，衷心感謝給予指導(dǎo)的王慶生老師，他是一位非常認(rèn)真負(fù)責(zé)的老師，耐心講解，循循善誘的教導(dǎo)。在設(shè)計期間，他對我傾注了大量心血，所以我才能順利完成此次畢業(yè)設(shè)計。同時，還要感謝合肥工業(yè)大學(xué)的所有領(lǐng)導(dǎo)和老師，尤其是過程裝備教研室的全體老師四年來對我的培養(yǎng)和教育，感謝同學(xué)、家人的支持和幫助。使我給自己的本科學(xué)習(xí)畫上圓滿的句號，我會繼續(xù)努力。最后，再次向給予我?guī)椭念I(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)表示深深地感謝，謝謝你們！ 參考文獻1 孔慶復(fù)編，計算機輔助設(shè)計與制造M，哈爾濱工業(yè)出版社，1999.7.2 孟學(xué)軍，王云渤.框架結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)J計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，1999,(2):154-158

41、.3 李建新,王鵬洋,劉君.Auto CAD中實現(xiàn)尺寸驅(qū)動的參數(shù)化設(shè)計功能的開發(fā)J.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報,2002,18(2):94-97.4 陳永亮;徐燕申;侯亮，等.機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造技術(shù)的研究A. 中國機械工程學(xué)會生產(chǎn)工程分會“面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程”學(xué)術(shù)會議C.廣州: 2001.5 姜慧;徐燕申;謝艷 機械產(chǎn)品模塊化總體規(guī)劃方法的研究J.機械設(shè) 計. 1999,(12):1-3.6 高廣達;徐燕申;林漢元，等.產(chǎn)品模塊化設(shè)計中的模塊選擇算法J.機械設(shè)計，2000,(8):5-7，24.7 徐燕申;侯亮 液壓機廣義模塊化設(shè)計原理及其應(yīng)用J.機械設(shè)計，2001,(7):1-4.8 Peno

42、yer JA; Burnett G; Fawcett DJ Knowledge based product life cycle systems: principles of integration of KBE and C3P J. Computer-Aided Design，2000,(32):311-320.9 周濟;肖人彬;查建中 智能設(shè)計M.北京:高等教育出版社，199810 博編.AutoCAD2002/2000 visual lisp開發(fā)指南M，清華大學(xué)出版社.2001.11 王慶生， 張曄. 基于模板的液壓機身三維快速設(shè)計J. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000，23(S

43、1):765-76812 龔建華,龔建中.CAD在羅茨真空泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計中的應(yīng)用J.真空，1989,(1):37-41.13 Chiu-Fan Hsieh, Yii-Wen Hwang. Tooth profile of a Roots rotor With Variable Trochoid RatioJ.Mathematical and Computer Modelling, 2008,48(2):1933.14 Kun Liu*, Xiao-guang Gu, De-chun Ba* etc.Numerical research on flow characteristics of vo

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45、茨泵轉(zhuǎn)子實際型線公式的推導(dǎo)與計算J.真空,1989,(5):49-54.18 龔建華.一種新的系列化羅茨泵轉(zhuǎn)子型線J.真空與科學(xué)術(shù),1991,11(4):228-232.19 徐文賓,于振華,胡煥林.偏心圓弧羅茨轉(zhuǎn)子型線的研究J.流體機械，2006,34(4): 41-43.20 劉玉岱.濕式羅茨真空泵轉(zhuǎn)子型線研究J.真空，1986,(5):1-9.附錄main.lsp源代碼：;dataerror.dcl(defun dataerror ()(if (> (setq dlg_dataerror (load_dialog "C:Documents and SettingsAdmi

46、nistrator桌面GDdataerror.dcl") 0)(progn (if (new_dialog "dataerror" dlg_dataerror)(progn ;progn;(action_tile "accept" "(accepterroraction)")(start_dialog);end progn(alert "Unable to display dialog box") );endif(unload_dialog dlg_dataerror) );end progn(alert

47、 "Unable to load dialog box");endif);(defun accepterroraction ();(done_dialog 1););考慮小數(shù)點 不考慮小數(shù)點if (or (< d "0") (> d "9")(defun testdata (char / i d)(setq i 1)(while (<= i (strlen char)(setq d (substr char i 1)(if (= d ".")()(if (or (< d "0&qu

48、ot;) (> d "9")(progn(dataerror)(setq i (+ (strlen char) 1);如果出現(xiàn)>1個非法字符只提示一次)(setq i (+ i 1);drive get.dcl(defun get ()(if (> (setq dlg_get (load_dialog "C:Documents and SettingsAdministrator桌面GDget.dcl") 0)(progn (if (new_dialog "get" dlg_get) (progn ;progn2(st

49、art_list "mtlist" )(mapcar 'add_list mlist1)(end_list)(set_tile "boxsth" (rtos s)(set_tile "boxn" (rtos n)(set_tile "boxz" (rtos z)(set_tile "boxz1" (rtos z1)(mode_tile "boxsth" 2)(action_tile "mtlist" "(getaction)")

50、(action_tile "boxsth" "(getaction)")(action_tile "boxn" "(getaction)")(action_tile "boxz" "(getaction)")(action_tile "boxz1" "(getaction)")(action_tile "next1" "(next1action)")(setq flg0 (start_dialog

51、) (alert "Unable to display dialog box") ) ;end if(unload_dialog dlg_get) );end progn1 (alert "Unable to load dialog box") ) (if (= flagnext1 1)(progn(setq flagnext1 0) ;setq flagnext1 0 要放在round 前 后面flagback1同理 否則會出現(xiàn)按back1后 不能結(jié)束任何對話框 對咯 對咯 仔細(xì)想一下程序運行順序(round) )(defun getaction ()

52、(testdata (get_tile "boxsth")(testdata (get_tile "boxn")(testdata (get_tile "boxz")(testdata (get_tile "boxz1")(setq s (atof (get_tile "boxsth")(setq n (atof (get_tile "boxn")(setq z (atof (get_tile "boxz")(setq z1 (atof (get_tile

53、 "boxz1")(setq idmt (get_tile "mtlist")(setq idmt (atoi idmt)(setq rho (nth idmt mlist2)(setq rho (distof rho)(setq sigmat (nth idmt mlist3)(setq sigmat (distof sigmat);get over(defun next1action ();(testdata (get_tile "boxsth")(solveR)(setq rb (* rp (expt (- 1 (expt (-

54、 z 1) 2) (/ 1.0 2) (solveall)(setq h (* (- rp rn) 2)(done_dialog) (setq flagnext1 1) )(defun round () (if (> (setq dlg_round (load_dialog "C:Documents and SettingsAdministrator桌面GDround.dcl") 0)(progn (if (new_dialog "round" dlg_round) (progn ;progn2 (set_tile "textdp&quo

55、t; (rtos (* 2 rp) 2 3)(set_tile "textdb" (rtos (* 2 rb) 2 3)(set_tile "texth" (rtos h 2 2)(mode_tile "boxdp" 2)(action_tile "boxdp" "(roundaction)")(action_tile "boxdb" "(roundaction)")(action_tile "boxds" "(roundac

56、tion)")(action_tile "next2" "(next2action)")(action_tile "accept" "(done_dialog)")(action_tile "back1" "(back1action)")(action_tile "boxsf" "(roundaction)")(start_dialog) ) (alert "Unable to display dialog box") ) (unload_dialog dlg_get) ) (alert "Unable to load dialog box");endif(if (= flagback1 1)(progn(setq flagback1 0)(get)(if (= flagnext2 1)(progn(setq flagnext2 0)(mod)(defun roundaction ()(testdata (get_tile "boxdp")(testdata (get_tile "