新興行業的不斷興起給真空泵帶來了快速發展的機遇，同時也對真空泵的集成化、高效率、節約空間、高技術含量提出了更高的要求。本文提出了一種三軸式的羅茨真空泵，對其抽氣過程進行了介紹，并基于嚙合原理，給出了一種典型的四葉圓弧型轉子的型線方程。通過對抽氣過程的建模分析，在抽氣效率、壓縮比、旋轉應力和熱變形等方面，與常規的雙軸式羅茨真空泵進行了對比。計算和模擬結果表明，在空間尺寸增加不多的情況下，三軸式羅茨真空泵具有接近兩倍的抽速、良好的壓縮比和更好的動平衡特性的特點，具有較好的技術優勢和發展前景。

　　羅茨式真空泵是一種無內壓縮的旋轉變容式真空泵，它是由羅茨鼓風機演變而來的，目前在真空系統中已經得到了廣泛的應用。由于在較寬的壓力范圍內有較大的抽速，且泵腔內無油，至今在半導體、光伏、電子、石油、化工等行業仍在大量的應用中。隨著新興產業的蓬勃發展和傳統行業的產業升級，真空泵的研發需要向高效率、高集成度、空間節約、智能化和高可靠性的方向發展，適應不同工藝的苛刻需求。

　　三軸羅茨真空泵，正是在傳統的雙軸羅茨真空泵基礎上，在主動轉子軸兩側各集成了一套從動轉子，兩側同時進行吸氣或排氣的工作過程。與雙軸羅茨泵相比，具有受力均衡、運轉平穩、抽速大、噪音低、零流量壓縮比高等優點。

　　本文詳細介紹了這種三軸羅茨真空泵的抽氣過程和工作原理，并給出一種典型的四葉圓弧型轉子的型線方程，通過理論推導和有限元分析，對三軸羅茨轉子軸進行了強度分析和變形模擬，并與雙軸羅茨真空泵進行比較。

　　1、三軸羅茨泵的抽氣原理

　　羅茨泵是一種容積式真空泵，三根軸水平平行安裝，轉子與轉子、轉子與泵壁間彼此無接觸，依靠間隙密封。如圖1 所示，中間軸為主動軸，與其相連接的為主動轉子，左右兩邊的軸為從動軸，與其相連接的為從動轉子。主動軸經由軸端的同步齒輪帶動兩側的從動軸，從而帶動主動轉子分別與兩側的從動轉子進行嚙合。以圖1 為例，主動軸順時針旋轉，兩從動軸逆時針旋轉，圖中標出了進氣口與排氣口的位置。

圖1 抽氣式三軸羅茨泵抽氣原理示意圖

　　轉子處于圖1(a) 中所示位置，氣體分別從布置在兩側的進氣口進入，轉子旋轉至圖1(b) 所示位置時，主動轉子與兩從動轉子分別密封裹住一部分氣體。旋轉至圖1(c) 所示位置，兩從動轉子分別帶動密封腔內的氣體旋轉，而主動轉子則與兩從動轉子相嚙合，經過出氣口，排出一部分氣體，另外還殘余一部分氣體。當旋轉至圖1(d) 所示位置時，主動轉子與兩從動轉子相互嚙合，將上一次未排盡的氣體盡數排出，并且再次密封了兩個腔的氣體，準備排出。而且此時兩從動轉子分別密封了兩個腔的氣體，并帶動氣體隨轉子旋轉。當再次旋轉至圖1( a)所示的位置時，兩從動轉子密封的氣體分別與排氣口相通，在轉動嚙合的作用下從而進行排氣。而主動轉子密封的氣體則發生了圖1(c) 中所述的過程。此后轉子旋轉，重復上述過程，主動轉子與兩從動轉子源源不斷地將氣體排出。

　　從分析抽氣原理圖可以看出，各軸受力較均衡，特別是主動軸，幾乎各處受力均是壓力對稱。從基本的變形形式來看，軸的主要變形為扭轉，而彎曲變形則很小。不難想象，該型泵運轉會比較平穩，噪音較低。

　　文獻報道了另外一種串聯抽氣式三軸真空泵的氣道布置形式，通過將同一級內排氣口與吸氣口的連接，延長了抽氣路徑，減少了返流氣體和返流的油蒸汽對真空室的污染，壓縮比提高近一倍。

　　4、結論

　　本文主要介紹了一種三軸式羅茨泵，對其結構、抽氣原理進行了詳細的分析。選用了綜合性能較高的圓弧型型線，設計了四葉轉子，推導了型線的直角坐標方程，給出了其理論抽速計算公式，并與雙軸式羅茨泵比較，抽速增加了將近一倍；同時計算了粘滯流態下的零流量壓縮比，比較發現該型泵零流量壓縮比也要高于雙軸式羅茨泵，這是因為三軸式羅茨泵的抽速較間隙流導C 增加快得多。基于有限元分析軟件，對轉子體進行強度和變形模擬，發現最大變形量和最大應力均在許用范圍之內，符合設計要求；同時三軸式羅茨真空泵在抽速大、受力大、軸截面積小的情況下，較雙軸式變形量小，應力增加也較小，具有明顯的優勢。