結合現有特殊爪型轉子型線與單頭螺桿轉子型線特征，提出了一種雙頭對稱爪型等螺距螺桿真空泵轉子型線。通過理論推導得到了該型線完整的端面方程，導出了該型線的面積利用系數和抽速的公式，列出了這種型線的特點。使用Solidworks三維軟件繪制出了這種轉子的三維實體模型，模擬擬合驗證了端面型線的正確性。分析得到螺桿轉子端面型線關于中心對稱且兩轉子完全相同，與特殊爪型轉子型線相比易加工、節省工時，與單頭螺桿轉子相比具有較好的動平衡性，可為國內外從事真空泵設計和研發人員提供參考。

　　干式真空泵屬于容積式泵，其工作循環可分吸氣、壓縮和排氣三個過程。真空泵的核心元件是用作抽氣作用的一對相互嚙合的轉子，而轉子的端面型線設計是關鍵技術，不同的端面型線直接決定了真空泵的極限真空度、抽速、容積效率、振動等參數的技術性能。近年來，已經出現了一種高真空直排大氣干式泵，只需一臺真空泵就可以實現從高真空到大氣的全部抽氣過程，并實現了商業化，已應用于實際生產中。螺桿式真空泵是20 世紀90 年代出現的一種比較理想的干泵，它具有較大的應用前景和發展潛力，在真空泵市場中占有很重要的地位。干式螺桿真空泵利用一對螺桿在泵殼中作同步高速反向旋轉而產生吸氣和排氣原理，其主要優點是結構緊湊、無需潤滑、抽速大、真空度高、極限壓力高等，可適應惡劣工況，具有抽取可凝性、含顆粒物氣體的能力，主要應用于清潔的真空工藝過程，特別適應于電子、化工、醫藥等領域。

　　特殊爪型真空泵的一對轉子的形狀不相同，轉子是雙頭的，如圖1 所示，因此具有較好的動平衡性。但由于轉子型線組成的多樣性，兩個共軛轉子的型線不相同，相比兩個相同共軛轉子的加工工序更加繁瑣。同時，共軛曲線的計算求解較復雜，給設計工作帶來諸多不便，真空技術網(http://smsksx.com/)認為影響了其推廣應用和工作性能的提高。

　　雙頭特殊爪型轉子具有動平衡性能好等獨特優點，已經有了較廣泛的研究與應用。目前，單頭螺桿轉子螺桿真空泵的技術較為成熟，但針對雙頭乃至多頭螺桿轉子真空泵，至今極少見到其理論研究和實際產品的公開報道。因此，結合雙頭爪型轉子和螺桿式轉子的優點，提出了一種雙頭對稱爪型等螺距螺桿轉子型線。通過分析計算，此型線面積利用率、抽速、加工工藝性等得到了提高。

圖1 特殊爪型轉子型線

1、雙頭對稱爪型螺桿轉子型線

　　真空泵轉子的理論型線是一對相互嚙合的型線，為保證螺桿真空泵的氣密性，實際運轉時螺桿轉子之間要有安全間隙且要保持定值。留有間隙的轉子型線為實際型線。兩轉子之間的安全嚙合間隙即實際型線之間應保持定值，而轉子的實際型線是在理論型線的基礎上沿嚙合點法線方向減去間隙值的一半生成的輪廓線。為了保證二轉子不發生干涉，國內的張世偉等學者提出了平移齒面法和內凹齒面法兩種解決方法。為了設計計算方便，文中理論型線與實際型線相同，即間隙為零。文中設計的轉子是雙頭的，端面型線是中心對稱的，而且這種轉子的形狀參數相同，稱之為雙頭對稱爪型螺桿轉子型線。兩個螺桿轉子參數完全相同，僅旋向相反，便于加工制造。

　　1.1、端面型線的組成及嚙合關系

　　轉子端面型線是轉子齒面與轉子軸線垂直面的截交線。若令端面型線繞z 軸勻速轉動，同時又沿著z 軸做勻速移動，這樣端面型線在空間上形成的曲面就是螺桿轉子齒面。圖2 為雙頭對稱螺桿轉子的端面型線輪廓圖，其主要參數有齒頂圓半徑Rt，齒根圓半徑Rr，嚙合圓半徑r，兩轉子中心距a。如圖2 所示，右側轉子端面軸心為原點，水平方向為x 軸，向右為正方向，y 軸垂直于x 軸，方向向上，建立直角坐標系。

圖2 雙頭對稱螺桿轉子型線輪廓

2、雙頭轉子型線特點

　　雙頭對稱爪型等螺距螺桿轉子型線是一種新型型線，具有以下特點:

　　(1) 相嚙合的兩轉子型線參數完全相同，僅旋向相反，且型線為中心對稱圖形，因此可以大大減少許多設計、加工等方面的工作量。

　　(2) 該端面型線由擺線、輪廓線和轉子內外圓等曲線連續而光滑的連接組成，這種型線與其嚙合線不會出現干涉，該型線可以實現完全封，密封線短。這種型線也有泄漏三角形，但級間泄漏較小。

　　(3) 該螺桿轉子是雙頭對稱的，轉子在旋轉時，其上每個微小質點產生的離心慣性力相互抵消，減少了震動和噪聲。因此，其動平衡性能要優于單頭螺桿轉子。

　　(4) 該轉子的齒形結構相對較簡單，除了凹齒面外，其他齒面均為直齒面，便于加工制造。整個轉子齒面較難加工的位置是凹齒面部分，它要求要有較高的形狀精度和位置精度，從而才能保證泵的抽氣性能。

3、三維實體建模

　　螺桿轉子的三維實體較為復雜，為了方便地繪制出實體模型，需要借助螺桿轉子的端面型線方程先在Solidworks 繪圖軟件中畫出螺桿轉子的端面型線。對于型線中的擺線等非常見的曲線，可在Solidworks 中采用樣條曲線的參數曲線功能得到，修剪曲線得到所需要的型線輪廓。將所得型線按照一定的導程旋轉掃描生成三維實體，得到單螺桿和雙螺桿嚙合時的三維模型，可方便地對其性能進行分析研究。生成的單個螺桿轉子三維實體模型如圖4所示。

圖4 螺桿轉子三維模型

　　通過在標準中心距下對其干涉現象進行檢查得出并無干涉，添加運動算列分析螺桿嚙合轉動情況，理論建模條件下發現轉子轉動良好，無干涉和間隙，且運轉較平穩。但還應考慮生產實際中安全運轉時轉子運轉情況，在標準中心距下轉子齒面會發生干涉現象，這種干涉是由裝配誤差造成的。由于這種誤差不可避免，兩轉子間需要留有一定間隙。裝配時間隙是可調的，通過調整間隙，實現轉子運轉不干涉。

4、結論

　　本文分析了特殊爪型型線和螺桿轉子型線的特點，提出了對稱爪型螺桿轉子型線，列出了完整的端面型線方程和相關參數。該型線是10 段曲線構成的中心對稱圖形，兩轉子完全相同僅旋向相反。這種雙頭對稱螺桿轉子相比單頭螺桿轉子具有良好的動平衡性，型線的設計、加工便利性要優于以往爪型型線，加工制造相對容易，比較適合目前我國的制造加工業水平。

　　此型線是一種新型型線，本文只對其端面方程、面積利用系數、抽速等作了介紹。進一步的研究如螺桿轉子涂層防腐蝕技術、工作過程中如何降低轉子工作溫度、增強工作平穩性以減少噪音、如何更好地防止漏氣減小泄露通道面積、加工方法及刀具設計等問題也亟待我們解決，從而全面提高干泵的綜合性能。