膜片型干式真空泵虛擬樣機設計

1、膜片型干式真空泵虛擬樣機設計目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 真空泵的分類11.2 真空泵的選擇31.3 真空泵的發(fā)展趨勢 41.4 選題的背景及意義62 虛擬樣機技術簡介72.1 虛擬樣機技術72.2 虛擬樣機技術的研究范圍82.3 虛擬樣機技術的相關技術83 膜片型干式真空泵的結構和性能分析103.1 真空泵的工作原理103.2 膜片型干式真空泵的特點103.3 膜片型干式真空泵的數據分析103.3.1 壓比與富氧濃度和富氧空氣量的關系103.3.2 供風與富氧空氣的關系114 基于SolidWorks下的真空泵零件設計及建模124.1 SolidWorks軟件

2、簡介124.1.1 SolidWorks的功能與特點124.1.2 SolidWorks的應用124.2 Solidworks 虛擬樣機設計方法134.3 真空泵零件建模144.3.1 內架零件的建模過程144.3.2 其它零件的建模過程325 真空泵的虛擬裝配415.1 真空泵模型的建立415.2真空泵零件裝配的過程416 真空泵的運動仿真526.1 虛擬樣機的運動仿真526.2 真空泵運動仿真52結 論54致 謝55參考文獻56附 錄57 膜片型干式真空泵虛擬樣機設計膜片型干式真空泵設計摘 要干式真空泵是指在抽氣的氣路中沒有使用油、水銀、水蒸氣或其它聚合物等流體為工作介質的真空泵,本次設計

3、的膜片型干式真空泵，它具有無油、排氣清潔、結構緊湊、噪音低、易保養(yǎng)等特點。本文針對膜片型干式真空泵的總體結構進行了基本設計，通過電動機帶動軸作旋轉運動，在軸上通過偏心輪將旋轉運動變?yōu)橹本€運動，使連桿帶動活塞作往復運動，從而完成泵的吸排過程。本次設計利用計算機輔助設計軟件SolidWorks完成膜片式干式真空泵各個零件的三維建模，并在SolidWorks中進行虛擬裝配，最后在SolidWorks對該樣機進行運動仿真。仿真結果表明：該設計方案合理，設計能滿足使用要求。關鍵詞：真空泵；虛擬樣機；仿真DIAPHRAGM TYPE DRY VACUUM PUMP DESIGNABSTRACTDry va

4、cuum pump is a vacuum pump in the gas pumping gas without oil,mercury, water vapor or other polymer fluid as working medium. The design for the diaphragm type dry vacuum pump, it has the characteristics of no oil,exhaust gas cleaning, compact structure, low noise, Yi Baoyang etc. The overall structu

5、re of this paper aims at the diaphragm type dry vacuum pump to the basic design, the rotary motion is driven by electric motor shaft, the shaftof the rotary motion into linear motion through the eccentric wheel, the connecting rod drives the piston to do reciprocating motion, so as to complete the s

6、uction pump. The design of the vacuum pump is use the computer aided design software SolidWorks 3D modeling design of diaphragm type dry vacuum pump parts, and virtual assembly in SolidWorks, finally, simulating the motion of the prototype in SolidWorks. The simulation results show that: thedesign i

7、s reasonable, the design can satisfy the use requirement.KEY WORDS ：Vacuum pump； virtual prototype design ；simulation571 緒論真空泵的定義為：利用機械、物理、化學或物理化學的方法對被抽容器進行抽氣而獲得真空的裝置。真空泵是一個量大面廣的產品，產量很大，產值不高，但它確實是一個直接影響到真空成套設備性能質量的必不可少的基礎產品。真空泵的市場根據用戶的需要而發(fā)生動態(tài)變化。市場增長的主要驅動力來自于半導體工業(yè)的迅速發(fā)展以及干泵和分子泵應用領域的日益擴大。目前，全球真空泵市場的年銷售

8、額約20億美元，年增長率在7%左右。我國生產真空泵的廠家很多，全部真空泵的年銷售額大約在1.5億元左右，僅相當于美國Kinney公司一家真空泵的年銷售額。通過對全球真空泵市場的分析我們可以看出，各類真空泵的市場及應用領域都在不斷變化和發(fā)展。我國真空泵制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的基礎，國產真空泵已經在各個不同領域得到應用并經過驗證，有些泵還出口國外，得到國外用戶的認可并受到好評，應該說我國真空泵制造業(yè)在國內外市場仍然有著巨大的發(fā)展空間1。1.1 真空泵的分類 真空泵種類較多，主要類型有：(1) 水環(huán)真空泵雖然水環(huán)真空泵屬于粗真空泵，但在我國的石油、化工、電力、輕紡、造紙、醫(yī)藥等領域仍然有著很大的

9、市場。在國外，水環(huán)泵的銷售額占全部真空泵市場的14%，僅次于干泵，所以NASH、SEIEMMS和KINNEY等公司都在我國投資建廠或建立銷售網絡，不斷擴大在我國的市場份額。由于水環(huán)泵大部分是鑄件，加工要求也不高，屬勞動密集型產品，所以國產水環(huán)泵在價格上有競爭優(yōu)勢，關鍵是要改進設計，縮小體積，減輕重量，提高效率，降低能耗。(2) 滑閥泵滑閥泵是油封式真空泵的一種。由于滑閥泵比較耐用、可靠，國內外各種真空爐、鍍膜機以及干燥、浸漬等設備都是用滑閥泵作為前級泵，但是滑閥泵鑄件重，加工工作量較大，所以國外各真空泵廠都在中國尋找合作伙伴。為了使國產滑閥泵能夠進入國際市場，必須進一步降低泵的振動噪聲，杜絕噴

10、油和漏油，提高滑閥泵長期運行的可靠性。(3) 直聯(lián)旋片泵隨著真空技術在各個應用領域的不斷擴大，直聯(lián)旋片泵的需求量越來越大2。由于這種泵數量很多，加工裝配工作量很大，價格又很低，所以有的國外真空泵廠商在中國建立專業(yè)廠。國產中小型直聯(lián)旋片泵在技術上已經過關，價格又遠比國外的泵便宜，所以國產泵仍然有競爭優(yōu)勢，關鍵是要解決軸封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能質量問題，確保直聯(lián)泵在高速、高溫下性能穩(wěn)定和運行可靠，同時還要進一步提高國產直聯(lián)旋片泵抽除水蒸氣的能力。(4) 羅茨真空泵從國外羅茨真空泵生產情況來看，國外幾家大公司，如Leybold、Balzers、Alcatell、Edwards和ULVAC，

11、他們各家羅茨泵的銷售額占全球羅茨泵銷售額的比例都沒超過5%，這5家總計才20%，羅茨泵產量不大，但國外羅茨泵的價格遠比國產泵要高得多。目前，國內外幾乎所有大型或小型的高真空和中真空系統(tǒng)，為了縮短抽氣時間、提高生產效率都配有羅茨泵，所以國產羅茨泵一定要在占領國內市場基礎上設法進入國際市場，這樣就必須進一步降低國產羅茨泵的振動噪聲，徹底解決軸封漏油問題，改進泵的外觀質量，提高泵內的光潔度和清潔度。另外，還要考慮到有些國家和地區(qū)的電源頻率為60Hz，更要確保羅茨泵在提高轉速的情況下長期運行的可靠性。目前，國內氣冷式直排大氣羅茨泵進展很快，技術上已經成熟。由于這種泵在排氣口的下面裝有氣體冷卻器，其中一

12、部分被冷卻的氣體通過管道返回泵腔以冷卻轉子，從而使壓縮熱得到平衡，所以這種泵可以直排大氣。為了滿足不同極限真空度的要求，這種泵可以串聯(lián)使用，一般前面加一臺氣冷式直排大氣羅茨泵，所達到的極限真空要比前級泵高一個數量級。這種泵由于在泵腔內沒有工作介質，實際上也是屬于干泵。目前，這種氣冷式直排大氣羅茨泵及機組已經在石油、化工、塑料、農藥、汽輪機轉子動平衡、航空航天空間模擬等裝置上得到了長期運行的考驗，所以應該在國內大力推廣和應用3。(5) 分子泵分子泵在國外半導體領域里的許多工藝場合是用來代替低溫泵，尤其是濺射、刻蝕和LCVD等裝置都采用復合分子泵和牽引泵作為主泵。由于分子泵對水蒸氣的抽速僅為同口徑

13、低溫泵抽速的四分之一，所以分子泵的排氣時間比低溫泵長。為了提高抽速，國外在分子泵的入口側裝一個的低溫冷板，稱之為低溫分子泵，水蒸氣被低溫板捕獲，其他氣體則由分子泵抽走。這種低溫分子泵在真空鍍膜裝置上應用，既提高了生產效率又改善了膜層質量。隨著我國半導體工業(yè)、薄膜產業(yè)和科學研究事業(yè)迅速發(fā)展，分子泵應該是我國真空泵制造業(yè)發(fā)展的重點。首先，分子泵要從小到大建立完整系列，并研究開發(fā)各種復合分子泵、牽引泵和低溫分子泵，以滿足不同場合的需要。(6) 干式機械真空泵國外干式機械真空泵市場的不斷增長，其主要驅動來自于半導體行業(yè)、化學工業(yè)、薄膜產業(yè)的迅速發(fā)展。在日本，半導體行業(yè)已全部用干式真空泵代替油封式機械泵

14、，歐美半導體行業(yè)45%以上用干式真空泵代替了油封式機械泵，大大提高了產品的性能和質量。為了滿足不同應用領域和不同工況的要求，國外有多級羅茨真空泵、多級爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。極限壓力從，抽速從。據統(tǒng)計，目前國產干式真空泵的應用還不足1%，國內半導體工業(yè)用的干式真空泵全部從國外進口，其價格十分昂貴。所以，我國應大力研究開發(fā)干泵，使干式真空泵成為我國真空工業(yè)新的經濟增長點4。1.2 真空泵的選擇 真空泵的作用就是從真空室中抽除氣體分子，降低真空室內的氣體壓力，使之達到要求的真空度。概括地講從大氣到極高真空有一個很大的范圍，至今為止還沒有一種真

15、空系統(tǒng)能覆蓋這個范圍。因此，為達到不同產品的工藝指標、工作效率和設備工作壽命要求、不同的真空區(qū)段需要選擇不同的真空系統(tǒng)配置。為達到最佳配置，選擇真空系統(tǒng)時，應考慮下述各點：(1) 確定工作真空范圍首先必須檢查確定每一種工藝要求的真空度。因為每一種工藝都有其適應的真空度范圍，必須認真研究并確定。(2) 確定極限真空度在確定了工藝要求的真空度的基礎上檢查真空泵系統(tǒng)的極限真空度，因為系統(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的最佳工作真空度。一般來講，系統(tǒng)的極限真空度比系統(tǒng)的工作真空度低20%，比前級泵的極限真空度低50%。(3) 被抽氣體種類與抽氣量檢查確定工藝要求的抽氣種類和抽氣量。因為如果被抽氣體種類與泵內氣

16、體發(fā)生反應，泵系統(tǒng)將被污染。同時必須考慮確定合適的排氣時間與抽氣過程中產生的氣體量。(4) 真空容積檢查確定達到要求的真空度所需要的時間、真空管道的流阻與泄漏。考慮達到要求真空度后在一定工藝要求條件下維持真空需要的抽氣速率5。1.3 真空泵的發(fā)展趨勢 由于真空技術領域的擴展和迅速成長的高新技術，國內真空泵市場對真空泵的技術水平提出了更高的要求。真空泵的生產企業(yè)必須通過技術創(chuàng)新和產品結構的調整兩個途徑來保住原有市場，進而繼續(xù)擴大市場占有率。真空泵的發(fā)展趨勢有：(1) 提高真空泵的可靠性，降低振動、噪聲，注重真空泵的綜合水平過去的若干年，真空泵廠注重真空泵的主要性能指標，比如極限壓力、抽

17、速等，而忽視真空泵的綜合性能。而現(xiàn)在，產品的可靠性、性能的穩(wěn)定性以及對環(huán)境的污染等逐漸成為用戶購買產品時考慮的主要因素。對于旋片泵、羅茨泵、滑閥泵等而言，要將成熟的可靠性設計理念運用到真空泵的設計中，在可靠性設計、可靠性實驗等方面下工夫，以大幅度提高真空泵的可靠性、穩(wěn)定性和壽命，保證真空泵能夠在各種工況下長期可靠的運行，同時通過采用新技術、新材料、新工藝、新結構來降低振動和噪聲，解決泵的噴油、漏油問題，還用戶一個清潔環(huán)保的工作環(huán)境。 (2) 真空泵向個性化、多樣化發(fā)展。企業(yè)面對的永遠是變化的市場，而我們的真空泵產品卻千篇一律的雷同6。產品和市場的不銜接，使我們丟掉了許多機會。真空泵的下一步發(fā)展

18、應該面向個性化和多樣化。所謂個性化和多樣化就是針對不同用戶的不同需求，設計針對某一用戶的特定場合的產品，使產品在這一場合應用，其特性的發(fā)揮恰倒好處。(3) 盡快形成分子泵和干式真空泵的規(guī)模生產根據預測，到2010年我國將成為世界上第二大半導體集成電路市場，總需求量約1000 億塊，達到1000億美元以上的總金額，需要建30多條大生產線才能滿足需求。30條生產線所需干式真空泵大約15000臺，是目前我國真空泵年產量的1/10左右。國內目前真空獲得設備仍然以傳統(tǒng)的真空泵為主，主要為旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真空泵、蒸汽流泵、水環(huán)真空泵等，且全部用于傳統(tǒng)產業(yè)，我國生產的真空泵用于電子信息產業(yè)不足1

19、%，與日本、歐美等國相比差距巨大7。我國干式真空泵的生產處于剛剛起步階段，在全國200多家生產真空泵的企業(yè)中，能夠生產干式真空泵的企業(yè)不足10家，年產量不足1000臺。沒有形成批量生產。目前國內生產的干泵絕大多數用于實驗室及化學、醫(yī)藥等領域，用于半導體行業(yè)的很少。國內飛速發(fā)展的電子信息產業(yè)沒有有效的刺激國內干式真空泵發(fā)展，而卻成為國際上真空工業(yè)發(fā)達國家的擴張之地。目前國內建成的半導體集成電路生產線，幾乎所有的干式真空泵（包括其它真空設備）均為進口，主要來自英國、日本、德國、美國等。國內生產的干式真空泵進入該領域十分艱難，使得干式真空泵這個未來真空獲得設備的主導產品在我國處于十分困難的境地。造成

20、此狀況的主要原因為干式真空泵在我國的起步較晚，剛一起步即面臨國外已經發(fā)展成熟的產品大量進入我國市場，國內產品除了價格低外，在加工制造、技術水平、質量狀況等各方面不含有優(yōu)勢，國外各國的產品經過幾年的較量，已經基本瓜分了國內市場，并且站穩(wěn)了腳，國內的干式真空泵生產由于失去了市場的激勵，沒有了發(fā)展的動力，進步緩慢。業(yè)內專家一致認為干式真空泵是真空獲得設備發(fā)展的方向，也是真空獲得手段的“尖端”技術，我國的真空泵產業(yè)必須在此領域有所作為，首先進入食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。經過這些市場的培育和鍛煉，進而打入半導體行業(yè)。才能使整個行業(yè)與時俱進的發(fā)展。目前國內分子泵應健全系列并開發(fā)多品種，如低溫分子泵、復合分子

21、泵等，逐漸擴展市場。(4) 引進國外先進技術，打造國產自主品牌引進國外先進技術，提升我國產品的科技含量在其他行業(yè)有成功的經驗。在發(fā)展真空獲得設備的高端產品中引進國外技術，并很好的消化吸收，將迅速改變我國產品技術含量低、質量差和技術水平不能滿足市場需求的現(xiàn)狀。但引進國外技術，應特別注意兩點：一是重在消化吸收，在此基礎上培育企業(yè)的自主知識產權和創(chuàng)新能力。二是不要重復盲目引進，要瞄準國際上當代最新技術，避免引進一代，落后一代。引進國外技術不是目的，而是手段，通過引進技術最終打造國產自主品牌！(5) 抓緊產品結構調整，全力開發(fā)適應市場需求的產品傳統(tǒng)的真空設備我們生產了幾十年，在全國范圍內形成了產品分布

22、的穩(wěn)定格局。但是隨著經濟的高速發(fā)展，信息技術、航空航天、納米科學等高科技引導了當今科學技術發(fā)展的潮流。而這些高新技術的發(fā)展離不開真空獲得設備這個基礎裝備。目前國內的狀況是真空泵生產企業(yè)仍然以生產傳統(tǒng)產品為主，在傳統(tǒng)應用領域占領90%以上的市場份額。在高科技領域，國內產品在技術水平和質量上不能滿足要求，90以上市場份額由國外產品占領。國內真空獲得產品與高新技術的發(fā)展嚴重脫節(jié)，產品結構不盡合理。多數企業(yè)只期望已有的老產品，不斷增加產量而逐年增加利潤，這種可能性在市場競爭日益激烈的今天會越來越小。在今天的國內外市場格局面前，盡快調整產品結構，使其適應市場需求才是最明智的選擇。產品結構的調整一是要不斷

23、推出市場需要的對路產品，對真空泵市場來說，就是要加快各種干式泵、分子泵以及其他高端產品的研制生產，盡快形成批量 。二是全行業(yè)要形成高、中、低端產品的合理布局，并隨著市場的變化，不斷調整，始終保持比較合理的產品結構狀態(tài)。盡管真空行業(yè)取得了令人矚目的成績，但目前的真空泵技術發(fā)展狀況卻并不樂觀。全行業(yè)要認真分析形勢，總結經驗教訓，團結一致，為行業(yè)的發(fā)展和技術進步開出一條道路，為我國的經濟建設做出全行業(yè)應有的貢獻8。1.4 選題的背景及意義真空泵廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業(yè)。虛擬樣機技術是先進的設計方法，較物理設計樣機即快捷又節(jié)省費用，具有廣闊的發(fā)展前景。本課題利用計算機輔助設計軟件完成膜

24、片式干式真空泵的三維建模設計，對關鍵零部件進行校核，并在軟件中進行虛擬裝配，最后對該樣機進行運動仿真9。本課題設計中會使用三維軟件 SolidWorks，這會讓我對軟件的應用能力得到很大的提高。本次設計還涉及真空泵的裝配和仿真，這讓我對相關知識有了更深的認識，設計中我會遇到一些困難，通過學習新的知識提高了我的自學能力。因此通過本次畢業(yè)設計，我將進一步鞏固所學的知識以及掌握到新的知識，并且培養(yǎng)了把知識運用到實際生產的能力，這對于我以后的工作有很大的幫助。另外，通過本次畢業(yè)設計，我學會了書寫論文的步驟和方法，提高了我搜索閱讀相關文獻的能力，培養(yǎng)了身為一個設計工作者必須具有的冷靜分析能力和嚴謹工作態(tài)

25、度，這對于我以后的發(fā)展都有著重要意義。2 虛擬樣機技術簡介2.1 虛擬樣機技術機械工程中的虛擬樣機技術又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術, 是國際上 20 世紀 80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程（ CAE ）技術，工程師在計算機上建立樣機模型，對模型進行各種動態(tài)性能分析，然后改進樣機設計方案，用數字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實物樣機試驗。其核心是機械系統(tǒng)運動和動力學仿真技術, 同時還包括三維 CAD 建模技術、有限元分析技術、最優(yōu)化技術等相關技術。機械工程中的虛擬樣機技術又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，運用虛擬樣機技術，可以減少產品開發(fā)費用和成本，明顯提高產品質量，提高產品的系統(tǒng)及性能

26、，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的產品設計產品。因此，該項技術一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家、有關科研機構和大學、公司的極大重視，許多著名制造廠商紛紛將虛擬樣機技術引入各自的產品開發(fā)中，取得了很好的經濟效益。 根據國際權威人士對機械工程領域產品性能試驗和研究開發(fā)手段的統(tǒng)計和預測，傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)實物試驗研究方法，將在很大程度上會被迅速發(fā)展起來的計算機數字化仿真技術取代。 虛擬樣機技術的研究對象是機械系統(tǒng)，在這里機械系統(tǒng)可以視為由多個相互連接、彼此能夠相對運動的構件的組合10。 在機械系統(tǒng)設計中由 3 種主要的分析 （1）機械系統(tǒng)的靜力學分析 （2）機械系統(tǒng)的運動力學分析 （3） 機械系統(tǒng)的動力學分析 

27、0;  虛擬樣機技術的研究范圍主要是機械系統(tǒng)動力學和運動學分析，其核心是利用計算機輔助分析技術進行機械系統(tǒng)的動力學和運動學分析，以確定系統(tǒng)及其構件在任意時刻的位置、速度和加速度，同時通過求解代數方程組確定引起系統(tǒng)及其各構件運動所需的作用力及其反作用力。機械系統(tǒng)的種類繁多，虛擬樣機分析軟件在進行機械系統(tǒng)運動學和動力學分析時，還需要融合其他相關技術。為了能夠充分發(fā)揮不同分析軟件的特長，有事可能希望虛擬樣機軟件可以支持其他機械系統(tǒng)計算機輔助工程（MCAE）軟件，或者反過來，虛擬樣機軟件的輸入數據可以由其他的專用軟件產生。 2.2 虛擬樣機技術的研究范圍虛擬樣機技術的研究對象是機械

28、系統(tǒng)11。機械系統(tǒng)可以看作是多個相互連接、彼此能夠相對運動的構件的組合。虛擬樣機技術的研究范圍主要是: （1）機械系統(tǒng)的靜力學分析, 即在一定條件下, 將機械系統(tǒng)看作是剛性系統(tǒng), 系統(tǒng)中各構件之間沒有相對運動, 此時, 主要分析在各種力的作用下, 各構件的受力和強度問題; （2）機械系統(tǒng)運動學分析, 主要涉及系統(tǒng)及各構件的運動分析, 而與引起的力無關;（3）機械系統(tǒng)的動力學分析, 主要涉及系統(tǒng)在外力作用下, 各構件之間的運動關系, 是運動分析和動力學分析的混合形式。2.3 虛擬樣機技術的相關技術一個優(yōu)秀的虛擬樣機設計系統(tǒng)的主要技術構成見圖2-1。由圖2-1可見, 虛擬樣機技術的相關技術主要包含

29、6 個方面。 圖2-1虛擬樣機及其相關技術 （1）計算機輔助設計(CAD)技術。用于機械系統(tǒng)的幾何建模, 或者展現(xiàn)機械系統(tǒng)的仿真分析結果。 （2）有限元分析(FEA)技術?？梢杂脵C械系統(tǒng)的運動學和動力學的分析結果, 確定進行有限元分析所需要的外力和邊界條件12。或者利用有限元分析對構件應力、應變和強度進行進一步的分析。（3）驅動元件建模技術。虛擬樣機技術還必須提供驅動力元件, 還模擬各種載荷, 比如電動力、風力等; （4）模型反求技術。利用實物進行測量, 然后通過反求工程, 快速建立機械系統(tǒng)模型。（5）控制系統(tǒng)分析技術。虛擬樣機技術還可以運用控制理論,對機械系統(tǒng)進行運動仿真?；蛘?

30、借助于其它控制系統(tǒng)分析軟件, 進行機械和控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真分析。（6）優(yōu)化技術。通過虛擬樣機技術進行機械系統(tǒng)的優(yōu)化設計和分析, 確定最佳設計結構和參數, 使機械系統(tǒng)獲得最佳的綜合性能。3 膜片型干式真空泵的結構和性能分析3.1 真空泵的工作原理空氣經過濾器過濾后，進入膜分離器；電動機帶動曲軸驅動曲柄機構，將旋轉運動變?yōu)橹本€運動，帶動活塞往復運動，造成膜分離器中的膜兩邊產生壓差，使得富氧透過膜滲透過來，再通過單向閥收集起來，而未滲透的氮氣則直接排出。其工作原理，如圖3-1所示。圖3-1膜片型干式真空泵的工作流程圖3.2 膜片型干式真空泵的特點膜片型干式真空泵的流量與活塞的往復次數、活塞行程、活塞

31、每分鐘往復次數有關，當滑塊往復次數一次，泵的流量也一定。提高往復次數可以縮小膜片型干式真空泵的體積，減輕膜片型干式真空泵的重量13。但是它的往復次數并不能無限的提高，當往復次數超過某一范圍后就會使閥球在落到閥座上時產生撞擊，引起振動，閥門磨損很快，使得泵不能正常工作。膜片型干式真空泵具有結構緊湊、性能高、噪音低等特點。3.3 膜片型干式真空泵的數據分析3.3.1 壓比與富氧濃度和富氧空氣量的關系在減壓運行方式下，通過調節(jié)真空泵來改變富氧膜兩側的壓比情況。當壓比增大時，透過氣（富氧空氣）的流量和氧濃度都隨之增大14。為了提高富氧空氣量或濃度，可提高分離膜兩側的壓差，但設備功率要增大，動力消耗量也

32、將隨之增大。如圖3-2所示。圖3-2 壓比與富氧參數的關系 3.3.2 供風與富氧空氣的關系對于減壓運行方式，由于受到真空泵特性的限制，由風機提供的供風壓力或流量的變化對于富氧空氣量的影響不大（在一定的供風量范圍內）。但是對富氧空氣的含氧量還是有影響的。如圖3-3所示。 圖3-3 供風壓力與富氧參數的關系從理論上來說，為了防止富氧分離膜表面的濃度極化，一般要求在供側大量地送入新鮮的空氣。提高供風量雖能獲得氧濃度較高的透過氣，但是勢必造成回收率低，運行動力費用高15。在實際的應用工程中，為了增加氣體的透過量，通常不是采用增加膜兩側的壓差，而是增加膜面積（組件數）和增加膜的選擇透過性。4 基于So

33、lidWorks下的真空泵零件設計及建模4.1 SolidWorks軟件簡介4.1.1 SolidWorks的功能與特點 SolidWorks軟件功能強大，組件繁多。 SolidWorks有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。對于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設計了。SolidWorks獨有的拖拽功能

34、使用戶在比較短的時間內完成大型裝配設計16。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時間內完成更多的工作，能夠更快地將高質量的產品投放市場。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便而方便的軟件之一。在強大的設計功能和易學易用的操作（包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個產品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。 4.1.2 SolidWorks的應用 So

35、lidWorks 主要用于完成零件設計、裝配體設計和自動生成工程圖?；谌S特征元素的建模和面向特征元素的數據修改是通過 SolidWorks 來完成的, 并且二維、三維數據全相關, 修改任何一個零件的二維尺寸, 都會引起其三維零件圖和裝配圖的自動修改, 甚至與其有緊密聯(lián)系的相關零件的尺寸也會變化; 反之修改三維尺寸也會有同樣結果。這樣就可以實現(xiàn)完全的動態(tài)參數化設計17。另外, SolidWorks中有一個特征管理員, 通過它可以隨時隨地修改某一特征元素的幾何尺寸, 而不必考慮各幾何特征的相互關系和先后次序, 極大地方便了設計人員, 提高了設計效率。 SolidWorks 通過 Smartte

36、ap技術來創(chuàng)建和維護建模過程中的數據庫, 并通過 API 接口技術與 FEA 軟件(COSMOS/WORKS )、動態(tài)裝配軟件 (IPA)、高級渲染軟件(PHOTO/WORKS)、運動學分析軟件(COSMOS/MOTION)和數控加工軟件 Camworks 等子系統(tǒng)進行連接。其中 IPA 可以直觀地顯示大型裝配體并對其各個零部件進行操作, 可使設計人員在產品的設計階段真實地看到產品的實際形狀, 并對產品進行交互設計。COSMOS/WORKS 將對設計進行動力學分析和力學校核, 它與 SolidWorks 共享單一的數據庫。當給模型指定一個載荷時, 設計的數據庫即自動更新。PHOTOWORKS

37、能迅速產生高級的渲染效果圖, 包括豐富的材質和紋理。用戶可定義光源、反射度、透明度以及背景景象18。IPA 與 COSMOS/MOTION結合能進行全真的裝配設計, 能實現(xiàn)三維模型的運動分析和產品的功能仿真。4.2 Solidworks 虛擬樣機設計方法根據 SolidWorks提供的功能特點, 可以采取圖4-1 所示的步驟和方法進行虛擬樣機設計和分析。 圖 4-1 基于SolidWorks的虛擬樣機設計方法 上述所有設計環(huán)節(jié)都可以在SolidWorks 軟件界面中完成。另外, 如果需要, 基于 SolidWorks 的虛擬樣機模型還可以和其他控制仿真軟件(如 MATLAB)連接進行機械系統(tǒng)與

38、控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真19。4.3 真空泵零件建模膜片型干式真空泵有兩種系列，分別為DA系列(電動機內置式)和DAL系列(電動機外置式)，本設計選用型號為DAL-12S-02的膜片型干式真空泵，其裝配關系及組成零件如下圖所示。1電機 2軸 3內軸承 4端冒5偏心輪 6外軸承 7連桿 8外殼9內架 10風扇 11連桿后墊片 12連桿底板13左內架后蓋 14右內架后蓋 15后蓋墊片 16后蓋 圖 4-2 DAL-12S-02的膜片型干式真空泵轉配及組成零件 4.3.1 內架零件的建模過程本次設計中，在所有零件中，內架建過程模相對較為復雜，因此按步驟羅列出內架的建模過程，但篇幅有限，對于其中的簡單部分，

39、諸如：一些特征的鏡像，倒角，螺紋裝飾等不在單獨顯示。內架的三維建模過程如下： （1）打開程序。雙擊桌面的 SolidWorks圖標打開界面。 （2）新建零件。在打開的界面中單擊【文件】-【新建】。在彈出的對話框中選擇【零件】，然后單擊【確認】進入作圖界面，如圖4-3所示。圖4-3 零件建立界面（3）創(chuàng)建草圖并拉伸底板。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖1如下。并選擇拉伸凸臺1特征，輸入拉伸尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-4所示。圖4-4 繪制草圖1，拉伸凸臺1界面（4）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀

40、態(tài)，繪制草圖2如下。并選擇拉伸特征2，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-5所示。圖4-5 繪制草圖2，拉伸特征2界面（5）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖3如下。并選擇拉伸切除3，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-6所示。圖4-6 繪制草圖3，拉伸切除3界面（6）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖4如下。并選擇拉伸特征4，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-7所示。圖4-7 繪制草圖4，拉伸切除4界面（7）創(chuàng)建草圖并拉

41、伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖5如下。并選擇切除5，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-8所示。圖4-8 繪制草圖5，拉伸切除5界面（8）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖6如下。并選擇拉伸切除6，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-9所示：圖4-9 繪制草圖6，拉伸切除6界面（9）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖7如下。并選擇拉伸特征7，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-

42、10所示。圖4-10 繪制草圖7，拉伸切除7界面（10）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖8如下。并選擇拉伸特征8，輸入拉伸特征尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-11所示。圖4-11 繪制草圖8，拉伸凸臺8界面（11）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖9如下。并選擇拉伸特征9，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-12所示。圖4-12 繪制草圖9，拉伸切除9界面（12）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草

43、圖10如下。并選擇拉伸切除10，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-13所示。圖4-13 繪制草圖10，拉伸切除10界面（13）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖11如下。并選擇拉伸凸臺11，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-14所示。圖4-14 繪制草圖11，拉伸凸臺11界面（14）鏡像特征。選擇基準面，單擊草鏡像命令，輸入鏡像特征，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-15所示。（注：以后凡對稱相同特征均用此命令，不在贅述。）圖4-15 鏡像特征界面（15）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊

44、草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖12如下。并選擇拉伸凸臺12，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-16所示。圖4-16 繪制草圖12，拉伸切除12界面（16）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖13如下。并選擇拉伸凸臺13，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-17所示。圖4-17 繪制草圖13，拉伸凸臺13界面（17）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖14如下。并選擇拉伸切除14，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)

45、建。如圖4-18所示。圖4-18 繪制草圖14，拉伸凸臺14界面（18）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖15如下。并選擇拉伸特征15，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-19所示。圖4-19 繪制草圖15，拉伸凸臺15界面（19）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖16如下。并選擇拉伸切除16，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-20所示。圖4-20 繪制草圖16，拉伸切除16界面（20）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪

46、制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖17如下。并選擇拉伸切除17，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-21所示。圖4-21 繪制草圖17，拉伸切除17界面（21）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖18如下。并選擇拉伸凸臺18，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-22所示。圖4-22 繪制草圖18，拉伸凸臺18界面（22）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖19如下。并選擇拉伸切除19，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-23所示

47、。圖4-23 繪制草圖19，拉伸凸臺19界面（23）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖20如下。并選擇拉伸切除20，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-24所示。圖4-24 繪制草圖20，拉伸切除20界面（24）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖21如下。并選擇拉伸凸臺21，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-25所示。圖4-25 繪制草圖21，拉伸凸臺21界面（25）創(chuàng)建草圖并拉伸凸臺。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制

48、狀態(tài)，繪制草圖22如下。并選擇拉伸凸臺22，輸入拉伸凸臺尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-26所示。圖4-26 繪制草圖22，拉伸凸臺22界面（26）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖23如下。并選擇拉伸特征23，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-27所示。圖4-27 繪制草圖23，拉伸凸臺23界面（27）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖24如下。并選擇拉伸切除24，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-28所示。圖4-28 繪制草

49、圖24，拉伸切除24界面（28）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖25如下。并選擇拉伸切除25，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-29所示。圖4-29 繪制草圖25，拉伸切除25界面（29）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖26如下。并選擇拉伸切除26，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-30所示。圖4-30 繪制草圖26，拉伸切除26界面（30）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖27如

50、下。并選擇拉伸切除27，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-31所示。圖4-31 繪制草圖27，拉伸切除27界面（31）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖28如下。并選擇拉伸切除28，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-32所示。圖4-32 繪制草圖28，拉伸切除28界面（32）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖29如下。并選擇拉伸切除29，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-33所示。圖4-33 繪制草圖29，拉伸切除29

51、界面（33）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖30如下。并選擇拉伸切除30，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-34所示。圖4-34 繪制草圖30，拉伸切除30界面（34）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖31如下。并選擇拉伸切除31，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-35所示。圖4-35 繪制草圖31，拉伸切除31界面（35）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖32如下。并選擇拉伸切除3

52、2，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-36所示。圖4-36 繪制草圖32，拉伸切除32界面（36）創(chuàng)建草圖并拉伸切除。選擇基準面，單擊草圖工具欄的【草圖繪制】按鈕進入草圖繪制狀態(tài)，繪制草圖33如下。并選擇拉伸切除33，輸入拉伸切除尺寸，然后單擊，即可完成實體的創(chuàng)建。如圖4-37所示。圖4-37 繪制草圖33，拉伸切除33界面 4.3.2 內其它零件的建模過程因為其它零件較為簡單，故本設計只將其建模過程簡單敘述，并建模結果如下：1名稱：軸建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，倒角，鏡像等命令完成建模。如圖4-38所示。圖4-38零件軸界面 2名稱：電機建模：運用

53、 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，陣列等命令完成建模。如圖4-39所示。圖4-39零件電機界面 3名稱：偏心輪建模：運用 SolidWorks，通過拉伸，切空，裝飾螺紋等命令完成建模。如圖4-40所示。圖4-40零件偏心輪界面 4名稱：軸承建模：運用 SolidWorks，通過toolbox數據庫進行選擇。如圖4-41所示。圖4-41零件軸承界面 5名稱：端冒建模：運用 SolidWorks，通過草圖，旋轉，倒角，切除等命令完成建模。如圖4-42所示。圖4-42零件端冒界面 6名稱：連桿建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，鏡像等命令完成建模。如圖4-43所示。圖

54、4-43零件連桿界面 7名稱：外殼建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，倒角，鏡像等命令完成建模。如圖4-44 ，4-45所示。圖4-44零件外殼正面界面圖4-45零件外殼反面界面 8名稱：風扇建模：運用 SolidWorks，通過草圖，旋轉曲面，切除，陣列等命令完成建模。如圖4-46所示。圖4-46零件風扇界面 9名稱：內架后蓋建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，倒角，鏡像，裝飾螺紋等命令完成建模。如圖4-47，4-48所示。圖4-47零件內架后蓋正面界面 圖4-48零件內架后蓋反面界面10名稱：內架后蓋2建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸

55、，切除，倒角，鏡像，裝飾螺紋等命令完成建模。如圖4-49所示。 圖4-49零件內架后蓋2正面界面11名稱：后蓋建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，倒角，鏡像等命令完成建模。如圖4-50所示。 圖4-50零件后蓋界面 12名稱：后蓋墊片建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，鏡像等命令完成建模。如圖4-51所示。 圖4-51零件后蓋墊片界面 13名稱：連桿后蓋建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除，等命令完成建模。如圖4-52所示。 圖4-52零件連桿后蓋界面 14名稱：連桿后墊片建模：運用 SolidWorks，通過草圖，拉伸，切除等命令完成

56、建模。如圖4-53所示。 圖4-53零件連桿后墊片界面 5 真空泵的虛擬裝配5.1 真空泵模型的建立要對機械系統(tǒng)進行仿真, 首先要建立機械系統(tǒng)的裝配模型。 SolidWorks 軟件建立機械三維裝配體模型的方法有 2 種: 一種是先建立零件, 然后使用配合技術對各構成零件進行組裝建立裝配體, 即自底向上的裝配體建模技術; 另一種方法是直接在裝配體模型中根據零件特征和尺寸關聯(lián)建立起各個構成零件, 即自頂向下的建模技術。這里采用前一種方法, 利用 SolidWorks提供的智能配合技術(Smartmate)快速建立系統(tǒng)的裝配體模型。5.2真空泵零件裝配的過程虛擬樣機仿真設之前的步驟即為裝配，裝配的精度與零件的質量、壽命等各部分功能息息相關，在裝配過程中，要嚴首先了解零件之間的相互關系，把合格的零件合理的裝配在一起，最終完成整體