真空罗茨泵设计说明书.docx

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真空罗茨泵设计说明书

摘要

真空泵，机械，物理，化学，物理和化学方法如萃取容器中，以获得和维持真空设备。

真空泵和其他设备（如真空容器，真空阀，真空计，连接管路等）组成的真空系统，广泛应用于电子，冶金，化工，食品，机械，制药，航空航天等行业。

按泵的工作原理，本质上捕获气体进入气体泵和泵的类型。

泵包括：

液环真空泵，往复式真空泵，旋片式真空泵，真空泵定子，活塞泵，摆线泵，干式真空泵，真空泵，分子泵，牵引泵，复合泵，水喷射泵气体喷射泵，蒸汽喷射泵，扩散泵。

捕获的气体泵，包括：

一个吸附泵和低温泵。

针对设计要求，对罗茨真空泵进行了设计。

主要包括传动系统的设计。

罗茨真空泵工作原理与罗茨鼓风机相似。

由于转子的连续旋转，气体从进气口吸入到转子与壳体之间的空间中，然后通过排气口排出。

因为空间是封闭的抽吸状态下，所以不存在气体在泵室的压缩和膨胀。

然而，当转动时，转子的排气口的上边缘，该空间与排气侧连通，排气侧的气体压力越高，洗涤气体的一部分返回到该空间中，气体的压力急剧增加。

随着转子继续旋转时，气体排出泵。

关键词：

真空镀膜机；真空泵；结构设计

Abstract

Vacuumpumpswithmechanical，physical，chemical，physicalandchemicalmethodssuchascontainerextractioninordertoobtainandmaintainavacuumdevice.Vacuumpumpsandotherequipment（suchasvacuumcontainer，vacuumvalves，vacuumgauges，connectingpipes，etc.）consistingofavacuumsystem，widelyusedinelectronics，metallurgy，chemical，food，machinery，pharmaceuticals，aerospaceandothersectors.Pressthepumpworks，essentiallytrappinggasesintothegaspumpandpumptypes.Pumpinclude:

liquidringvacuumpumps，reciprocatingpumps，rotaryvanevacuumpumps，vacuumpumpstators，pistonpumps，trochoidpump，dryvacuumpumps，vacuumpumps，molecularpumps，tractionpumps，compositepumps，waterjetpumpgasjetpumps，steamjetpumps，diffusionpumps.Trappedgaspumpcomprising:

asorptionpumpandacryopump.

Forthedesignrequirements，theRootsvacuumpumpdesign.Includingthetransmissionsystemdesigns.RootsvacuumpumpworkswiththeRootsblowersimilar.Duetothecontinuousrotationoftherotor，gasisdrawnfromtheintakeportintothespacebetweentherotorandthecasing，andthendischargedthroughtheexhaustport.Becausethespaceisclosedsuctionstate，sothereisnogasinthepumpchambercompressionandexpansion.However，whenthetopedgeoftheexhaustportoftherotorrotated，thespacecommunicateswiththeexhaustside，thehighertheexhaust-sidegaspressure，aportionofthewashedgasbacktothespace，thegaspressureisabruptlyincreased.Astherotorcontinuestorotate，thegasdischargepump.

KeyWords:

VacuumCoatingEquipment;Vacuumpump;Structuredesign

目录

摘要I

AbstractII

目录III

第1章绪论1

1.1真空镀膜机的概述1

1.2真空泵的应用现状及发展趋势3

1.3课题设计内容12

第2章真空泵总体方案设计13

2.1设计真空泵的技术要求13

2.2真空泵总体构成14

2.3真空泵结构概述16

2.4本次设计真空泵结构特点16

2.5真空泵防止过载可采取的措施17

第3章真空泵结构设计与计算18

3.1电机的选择18

3.2总体传动结构设计19

3.3斜齿圆柱齿轮传动设计20

3.4转子体设计计算23

3.5轴的结构设计计算27

3.6轴承选取设计计算31

第4章结论35

参考文献36

致谢38

第1章绪论

1.1真空镀膜机的概述

1.真空镀膜机技术背景

真空镀膜机主要指一类需要在较高真空度下进行的镀膜，具体包括很多种类，包括真空离子蒸发，磁控溅射，MBE分子束外延，PLD激光溅射沉积等很多种。

主要思路是分成蒸发和溅射两种。

图1-1真空镀膜机

真空镀膜是一种很有前途的表面涂层应用技术，它具有一定的一系列其他进程的不可替代的优良特性；影响的现状不涂材料和部件。

涂层的厚度可以控制，通常是几十微米或几百分之；因此，它被广泛应用于电子设备，天文仪器，仪器，仪表等行业。

（1）光学工业应用的光学性能的要求，需要改变透镜表面上的光透射率，反射率。

真空镀膜能实现这一要求。

（2）电子工业中的应用，在电子行业真空镀膜的应用极为广泛，少数载列如下：

透明导电膜：

在玻璃基板，例如聚酯，真空镀上的铟锡氧化物薄膜上，即，可以实现透明导电特性。

可以用来显示电报，摄影平面电极，视图效果的记录材料的各方面。

导电加热膜：

在镀铬或镍合金玻璃灯座真空当地边境，电力，加热功能可以实现对去除水气引起的灯之间的温度差。

（3）机械工业应用，个人使用的真空镀膜反应离子镀，磁控溅射镀膜技术的灯来。

在谈到真空镀膜机械行业更广泛的范围内。

超硬膜：

切削工具如：

钻头，铣刀，滚刀插灯表面，真空镀等超硬涂层氮化钛层，可大大提高使用寿命，效率和精密切削工具。

专题片：

高温真空电镀，耐腐蚀，自润滑功能薄膜技术，表面上的机械部件，可大大提高机械零件的使用寿命和使用功能。

如水轮机的叶片。

（4）塑料工业中的应用，塑料制品真空镀膜，仅近几年发展起来，并快速发展，已成为一个大真空镀膜应用。

塑料真空镀膜，可以是铝，铜等金属，也可以镀氯化钛，氧化钛，光介质。

目前ABS、丙烯树脂、尼龙、PC、聚丙烯等塑料基材均可实现真空镀膜。

（5）其它方面的应用

真空镀膜在农业用的薄膜纸；香烟内包装纸也是真空镀膜的一项应用。

2、真空镀膜的原理

主要是指一种类型的真空涂层在涂层需要产品的真空程度高，该膜被涂物被安装在真空气相沉积装置中，用真空泵，使真空中的涂层的程度，使坩埚中加热高纯铝丝（纯度99.99％），熔点为1200℃〜1400℃的温度下，蒸发的气态铝。

在运动，冷却，还原所形成的铝金属的连续层的光的基底颗粒的铝薄膜表面的气态沉积。

具体包括很多种类，包括真空离子蒸发，磁控溅射，MBE分子束外延，PLD激光沉积等很多种。

主要的想法是要分为两种蒸发和溅射。

需要被涂覆到基片或衬底，所述涂覆材料（金属材料可以是金，银，铜，锌，铬，铝，它是最常用的是铝）是成为一个目标。

同一基板和靶在真空室中。

蒸发通常被加热到离子或原子团的形式在目标表面成分被蒸发，并通过形成一薄膜形成工艺（散布-层状生长-结构式行走风扇-岛结构）定居在衬底表面。

对于溅射涂覆类，可以简单地理解为使用高能量的电子或激光烧蚀靶，并形成自由基或离子成分的表面被溅射并沉积在基底的端表面通过薄膜形成工艺，形成薄膜。

1.2真空泵的应用现状及发展趋势

1.真空泵的分类

真空泵，机械，物理，化学，物理和化学方法如萃取容器中，以获得和维持真空设备。

真空泵和其他设备（如真空容器，真空阀，真空计，连接管路等）组成的真空系统，广泛应用于电子，冶金，化工，食品，机械，制药，航空航天等行业。

按泵的工作原理，本质上捕获气体进入气体泵和泵的类型。

泵包括：

液环真空泵，往复式真空泵，旋片式真空泵，真空泵定子，活塞泵，摆线泵，干式真空泵，真空泵，分子泵，牵引泵，复合泵，水喷射泵气体喷射泵，蒸汽喷射泵，扩散泵。

捕集的气体泵，包括：

一个吸附泵和低温泵。

   首先介绍几种常见泵及其特点：

2SK、2SK-P1系列双级水环式真空泵

主要用于抽吸空气和其它某些腐蚀性，不溶于水，允许含有少量固体颗粒的气体。

广泛用于食品，纺织，医药，化工，真空蒸发，浓缩，浸渍，干燥过程。

该泵具有真空度高，结构简单，使用方便，工作可靠，维修方便。

图1-22SK双级水环式真空泵

2XZ型旋片式真空泵

具有结构紧凑，体积小，重量轻，噪音低，振动小等特点。

它适用于前级泵扩散泵，同时也适用于使用精密仪器和实验室支持。

例如：

质谱仪，冰箱流水线，真空冷冻干燥机。

图1-32XZ旋片式真空泵

XD型旋片式真空泵

可以在任何入口压力操作，已被广泛用于食品包装的真空，真空成型塑料产业。

传送打印纸行业中，真空卡盘，真空抽吸等。

SZ，SK系列水环式真空泵主要用于过程的粗糙真空抽气量。

它主要用于将空气泵和其他非腐蚀性非水不溶性固体含有少量的气体，以形成在密封容器中的真空颗粒。

吸入气体与少量的液体混合。

它被广泛应用于机械，医药，食品，石化等行业。

图1-4XD旋片式真空泵

ZJ系列罗茨真空泵

是回转容积式泵必须有泵适用于具有广泛在一个较大的抽速的压力是利用抽气体含有的灰尘和水蒸气不敏感的前广泛应用于冶金，化工，食品，电子镀膜等行业。

图1-5ZJ罗茨真空泵

2.真空技术在能源方面的应用

最近，人们对能源危机的关注已逐渐淡薄，但如何根本问题并没有得到解决。

能源问题是一个长期地、不容乐观地重要问题。

从长远的观点看，要研究用新能源代替旧能源。

如太阳能利用技术，在不久的将来，有可能达到实用化。

日本曾提出到1990年，总能源的需要量的2％将由新能源代替。

将核聚变装置列为2l世纪达到实用化的目标。

现在各国都在进行太阳热利用技术。

典型的太阳热利用技术即对太阳热发电系统的研究。

  日本于1981年在香川县建成了第一座1MW的太阳热实验发电厂。

采用塔式聚光和曲面聚光两种方式。

这两种方式的额定输出均为1000kW。

在美国、法国、俄罗斯、德国、西班牙及意大利等国都将太阳热发电厂的研究开发列入了国家计划。

这些工厂的容量为500kW～10MW，并已建成应用。

  太阳热发电系统是由聚热装置、热传输管、蓄热装置、发电机和计量控制装置所组成。

  太阳热发电的聚热温度范围很宽，约为150～550℃。

要想获得150℃以上的热能，就必须有聚光装置。

聚光的方式有很多种，但多数都采用反射镜。

镜面材料多使用银和铝等。

表面镜由于膜面暴露在大气之中，受氧化和摩擦等因素的影响，会使反射率较低。

黑面镜的缺陷是在于基板和膜面的界面上，发生污染。

  近来，由于高分子材料制作的软镜具有重复性好、透过率高、能大量生产、成本低等特点，而倍受重视。

  选择吸收面对有效利用太阳能极为重要。

在选择吸收面的制作上，采用了真空技术。

高温聚热装置中采用了聚热管。

为防止由聚热管造成的对流损失，用透明玻璃管覆盖在聚热管外面，玻璃管内保持真空状态。

  这里选择的原则将受光表面被选择性地吸收分类如下：

（1）使用该半导体薄膜带迁移之间产生的吸收。

在具有红外区具有高反射率的金属表面涂覆有所述半导体薄膜1〜3μ的吸收波长，选择是在吸收面。

用Si、Cu、PbS、Ge、CuO、Cr2O3等材料作为半导体膜。

这种结构的膜，它可吸收阳光转变为热能；对红外线则呈透明体。

由于金属表面的作用使得辐射率变小，可以更有效地利用太阳能。

由于Si、Ge对太阳光的折射率高，涂上SiO2等材料的减反射膜，对太阳光的吸收率变好。

（2）利用薄模干涉形成减反射效应。

  在基板上制成具有高反射率的金属膜，在膜上叠加干涉滤光镜。

干涉滤光镜由电介质膜+半透明金属膜+电介质膜所组成。

像这样结构的膜，可见光在电介质膜中被吸收，而红外线透过干涉滤光镜被金属膜面反射而使辐射率变小。

  Al2O3/MO/Al2O3/MO基板使用光学干涉效应，以及单层膜具有优良的金属碳化物，金属氮化物，如ZrCx，HfCx等的耐热性：

使用所选择的这个方法，吸收面的例子。

做成槽型抛物面镜收集器（带有ZrCx／Zr选择吸收面）。

  （3）利用表面和膜结构形成的反射特性与波长的相互关系。

  加工成槽和所述表面的边缘，垂直入射的太阳光，并且凹槽，这是由多重反射所吸收的边缘之间的间隙。

此表面将被加热而引起的性能下降的高温，其原因可能是由于蒸发，热分解，因子剥离和因紫外线照射引起或造成机械损伤的化学反应的热膨胀表面的组成变化。

  太阳光利用技术，也就是利用太阳光来发电，它是通过太阳电池吸收阳光，先变为直流电再转换为交流电加以利用的。

  太阳能电池将太阳光直接转化为电能的组件。

这太阳光利用技术在过去只在宇宙中，灯电源和边远地区的卫星通信电源使用。

现在的价格仍然偏高（在1984年，当它的价格是3,000日元/瓦在日本公布的数据），因此应用范围有限。

如果它们可以被研究和改进的太阳能电池材料在体内，降低太阳能电池的成本，太阳能电池的生产，提高生产过程中，这一技术将得到进一步的发展。

如果日本不得不3KW个人住宅，20KW集体住房，200KW学校与设备，l00Kw工厂配有大容量的设备和装置1000KW浓度进行了研究。

大多数这些装置的功率的最终将被耦合到所述电源系统时，与现有发电厂的组合上运行时，电源以形成全面部署系统的方向。

  非晶硅太阳电池的制造，如辉光放电分解法，反应溅射法，真空蒸发法等，多采用真空技术。

  辉光放电分解法：

将被稀释的氢和氩等加入到硅烷等低压气体中引起辉光放电，在等离子区分解硅烷，可使非晶硅堆积在低温基板上。

  另一种是反应溅射法：

把结晶硅作为阴极，在10-3～10-1托非活性气体中，加上高压使其放电。

因放电产生正离子轰击阴极，阴极材料就被溅射出来。

如果在阴极附近安置一块低温基板，基板上将堆积起非晶硅膜。

  太阳电池不仅要求高效、廉价和大面积等特点，而且要求暴露在自然条件下具有良好的稳定性。

  非晶硅的优点很多，能在玻璃、不锈钢、塑料等基板上作成大面积廉价的薄膜；比结晶硅光吸收系数大，能带宽度比结晶硅宽。

  核聚变是人类未来的可靠能源，它的实现是全世界人们的愿望。

目前，世界上最先进的磁场封闭式托卡马克型核聚变装置，很多国家都在开发研制。

美国正在研制TFTR型，欧洲共同体制作JET型，俄罗斯研制T—15型，日本研制JT-60型的托卡马克型核聚变装置。

 大型聚变装置建设和运行，极大地推动了科技含量高，特别是真空技术，低温技术，磁技术，高功率脉冲电源技术和射频加热技术和远程处理技术的发展。

  核聚变装置的真空室用来长时间包容高温等离子体。

例如欧洲联合环JET真空室是一个全焊接的双层壁结构的环型容器。

总容积为200m3，焊缝总长达8000m。

这种真空室漏气率很低，在室温和500℃时要满足3000余年渗入真空室l升气体的极微小的漏率。

可控聚变装置用的高真空泵采用涡轮分子泵和低温泵，前者用于检漏，后者则用于抽排聚变反应废气的主泵。

在4.5K的低温泵与活性炭吸附剂工作时，吸入气体停留，除了在核反应产物氘-氚氦灰，有很多不参加核反应的氘和氚。

再注入氘和氚的大环化合物的真空室，通过氚的杂质气体等环境的要求外发射的恢复。

研究在此类设备上，通过国际合作研究，人类有望在中期2l世纪建立了一个氚氘聚变示范电站，最终目标是提供电力市场融合电站，新能源和经济发展的2l世纪。

做出应有的贡献。

  等离子体科学技术和真空科学技术将会得到协同发展，并将为探索宇宙结构和物质起源等重大基础科学研究中起着重要的作用。

3.真空泵发展现状

真空泵是一个量大面广的产品，产量大，产值不高，但它确实是真空设备必不可少的基础产品，对性能质量有直接的影响。

根据用户的需求动态真空泵市场的变化。

市场的增长从半导体产业的快速发展和日益增长的干泵和分子泵应用的主要驱动力。

目前，全球泵业市场的年销售额大约$20亿，7％左右的年增长速度。

许多厂家生产的泵，真空泵销售各地约150亿元，仅相当于一个企业，年销售额美国金尼真空泵。

通过全球泵业市场的分析我们可以看出，市场和各类真空泵的应用程序都在不断变化和发展。

我们的泵制造方面有着悠久的历史和坚实的基础，国内真空已经在各个领域的应用，并已经证明，一些水泵远销国内外，授权用户都在国外，并受到好评，应该说真空泵制造业在国内和国外市场还有巨大的发展空间。

1.水环真空泵

   虽然水环泵属于粗真空泵，但在石油领域，化工，电力，轻纺，造纸，医药等国家仍然有相当大的市场。

在国外，销售水环泵占泵的所有市场的14％，仅次于干泵，所以纳什，Siemens和金尼等公司正投资于我们的工厂或建立销售网络，扩大在全国的市场份额。

由于大部分的水环泵铸件，加工要求也不高，是一种劳动密集型产品，所以国产水环泵具有竞争优势在价格方面，关键是要改进设计，缩小体积，重量，提高效率，降低能源消耗。

   2.滑阀泵

旋转活塞泵是一种油密封真空泵。

由于滑阀泵比较耐用，可靠，国内外各种真空炉，镀膜和烘干机等设备浸泡泵，旋转活塞泵，滑阀泵，但重型铸件，机械加工工作量较大之前，所以每个真空海外建厂寻找合作伙伴中国。

为了使国产滑阀泵能够进入国际市场，必须进一步降低泵的振动，燃油喷射和噪声，防止漏油，提高滑阀泵长期运行的可靠性。

    3.直联旋片泵

   随着真空技术继续扩大在各种用于直联旋片泵的应用程序的需求越来越大。

由于泵，加工装配工作量很大这很多很多，价格也很低，所以有的国外厂商在中国建立专业的真空设备厂。

国内中小企业直联旋片泵在技术上已经过关，价格比国外的泵便宜，所以国产泵仍然有竞争优势，关键是要解决问题的密封泄漏和性能品质的材料和旋片真空泵油，以保证直接泵的转速，高温稳定性和可靠的性能，同时也进一步提升水汽除了国内直联旋片泵的能力。

    4.分子泵

    的场合分子泵，低温泵来代替，尤其是溅射，蚀刻，和其它器件外半导体场数LCVD化合物分子泵作为主泵和牵引泵。

作为分子泵水蒸气的抽速仅为四分之一口径相同的低温泵的速度，所以在排气时分子泵长于低温泵。

为了提高泵送速度，泵外来分子的入口侧装在一个低温冷-130℃〜-150℃，称为低分子泵，水蒸汽是由分子泵泵送被困冷板，其它气体。

在真空镀膜设备的应用中，这种小分子泵，既提高了生产效率，提高拍摄质量。

随着中国半导体工业，薄膜产业和科学研究的飞速发展，分子真空泵应该是中国制造业的重点。

首先，分子泵，以创建一个完整的范围从小型到大型，复杂的研究和各种分子泵，牵引和低分子泵泵，以满足不同场合的需要的发展。

    5.干式机械真空泵

    越来越多国外市场干式机械真空泵，它主要来自半导体产业的带动下，化工行业，电影业的快速发展。

在日本，半导体行业已全部被替换成一个机械密封的干式真空泵，欧洲半导体工业超过45％由干式真空泵代替的机械密封，大大提高了产品的性能和质量。

为了满足不同的应用和不同的应用需求，国外多级罗茨真空泵，多级爪式真空泵，螺杆真空泵，涡卷泵，往复式活塞泵和涡轮增压无油真空泵。

从10Pa的极压〜10-2Pa时，从20立方米/h〜500立方米/h的抽速。

据统计，该干的国内应用泵国内半导体产业的不足1％的干泵从国外进口，其价格十分昂贵。

因此，中国应大力研究和开发干泵和干泵成为中国工业真空的一个新的经济增长点。

4.真空泵技术发展趋势

技术的发展是落后于市场需求的驱动力。

由于真空技术和高新技术的快速增长领域的扩大，国内市场对真空泵的技术需要一个更高的水平。

真空泵制造商必须通过技术创新和产品结构调整的两种方式维持现有的市场，然后再继续扩大市场份额。

提高泵的可靠性，降低振动，噪音，专注于真空泵的整体水平。

在过去的几年里，在真空泵的关键性能指标的生产装置，例如，极压，泵送速度等，而忽略了真空泵的整体性能。

而现在，产品的可靠性，性能和造成污染的环境，而不会考虑成为用户购买产品的主要因素稳定。

旋片泵，真空泵，滑阀泵等。

要在设计理念方面久经考验的可靠性应用到泵的设计，在可靠性，可靠性试验，条款的设计工作，以大大提高真空泵的可靠性性，稳定性和寿命，真空泵能够在各种条件，以确保长期可靠运行。

同时通过采用新技术，新材料，新工艺，新结构，以减少振动，噪声和解决注塑，泵的泄漏问题，而且还用户一个干净的，环境友好的工作环境的同时。

企业面对的是不断变化的市场，我们的产品具有相同的泵的单调。

产品和市场不接轨，所以我们失去了很多机会。

下一个步骤应该是真空的个性化和多样化的发展。

所谓的个性化和多样化是不同的针对不同用户需求，设计产品，为用户的具体情况，该产品应用在这个场合，发挥其特性恰到好处。

尽快形成规模生产分子泵和干泵。

据预测，到2010年中国将成为全球第二大半导体集成电路市场，拥有约1000亿总需求，总金额超过$1000亿，需要建立30多个大型生产线以满足需求。

需要干式真空30条生产线泵约15000台，是目前中国每年泵的约1/10输出。

中国目前仍处于传统的真空设备真空泵，主要用于旋片式真空泵，真空泵，罗茨真空泵，蒸汽流量泵，水环真空泵，以及所有的传统产业，在使用的生产真空泵电子信息产业的不足1％，相对于庞大的日本，欧洲等国家相比差距。

生产干式真空泵处于刚刚起步阶段，在全国拥有200多家生产企业在真空中，干式真空泵能够生产小于10的企业，不到1000辆的生产能力。

没有量产。

目前国内生产的干式泵用于实验室化学，医学等领域及的绝大多数，很少被用于在半导体行业。

中国电子信息产业的飞速发展并没有有效地刺激国内干式真空泵的发展，真空已成为工业国家的土地拓展国际市场。

目前，半导体集成电路生产线建成，几乎所有的干式真空泵（包括其他真空器件）都是进口的，主要来自英国，日本，德国和美国。

国内生产的干式真空泵是很难进入该领域，使这一干式真空的泵未来在国内的主导产品真空设备在一个非常困难的局面。

这种情况是由于起步较晚，真空干燥在我国最主要的原因，这只是一个开始面临国外已开发了大量的产品进入中国市场，国内产品除了价格低廉，制造，技术水平，质量状况每侧不包含优势，经过国家外国产品多年的战斗中，已经基本瓜分了国内市场，站稳了脚跟，干式真空国内生产，由于市场激励的损失，有没有发展的动力，进展缓慢。

业内专家一致认为，干式泵真空设备是发展的方向，同时也获得真空的一种手段，“尖端”技术，中国的泵