摘要
爪式真空泵是一种容积式流体机械，爪式转子作为爪式真空泵的核心部件决定了爪式真空泵的工作性能。本文针对现有的直线-圆弧型三爪转子的组成曲线复杂、设计约束条件多、设计参数可调节性差的缺点，根据曲线啮合理论推导了偏心渐开线和正弦曲线的共轭啮合方程，提出了2种新型三爪转子：偏心渐开线型三爪转子和正弦线型三爪转子，建立了偏心渐开线型三爪转子和正弦线型三爪转子的型线方程。根据三爪转子各条曲线光滑连接的条件分析了在转子的顶底圆弧半径比一定的情况下直线-圆弧型、偏心渐开线型和正弦线型三爪转子的极限爪顶圆弧角，对比了其工作腔内部的泄漏情况。得到了正弦曲线的包络线的根切判别公式,分析了独立几何设计参数对正弦线型三爪转子的工作性能的影响。研究了三爪真空泵的理论工作过程，提出了快启、高效的排气口开设方法。采用数值模拟研究了正弦线型三爪爪式真空泵的内部流场，分析了吸排气口质量流量变化、压力变化和间隙处的泄漏情况。研究了三爪转子工作过程中的转子力学性能，分析了正弦线型三爪转子三爪转子的应力和变形规律。 研究结果表明所提出的正弦线型三爪转子具有非常显著的优点：有效地简化了三爪转子的组成曲线、提高了转子与泵腔之间的密封性、增大了面积利用率和内容积比；新型排气口能够使得三爪真空泵快速排气，且无余隙容积内气体的二次压缩现象。正弦线型三爪转子的面积利用率、内容积比随顶底圆弧半径比?的增大而增大，随爪顶圆弧角?的增大而减小。三爪真空泵在工作过程中由于间隙泄漏的存在，气体在等容输送的过程中就实现了混合增压，最大泄漏位于两个转子的啮合间隙处。三爪转子工作过程中的受力变形主要受到温度载荷的影响。本文的研究内容对优化三爪转子的型线揭示三爪真空泵的内部流动状况具有非常重要的意义。
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