羅茨真空泵噪聲機(jī)理探討

　　在簡(jiǎn)要地介紹了羅茨泵工作原理的基礎(chǔ)上, 通過(guò)對(duì)羅茨泵主要零部件的分析, 以及在使用不同軸承時(shí)產(chǎn)生噪聲的原因進(jìn)行了探討。提出降低上述噪聲的相應(yīng)措施。同時(shí)對(duì)羅茨泵機(jī)體發(fā)熱也作了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

　　羅茨真空泵(簡(jiǎn)稱羅茨泵) 是一種無(wú)內(nèi)壓縮的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菔秸婵毡�。其抽氣過(guò)程如圖1 所示, 在泵腔內(nèi)有兩個(gè)形狀對(duì)稱的轉(zhuǎn)子, 轉(zhuǎn)子形狀有兩葉、三葉和四葉的。兩個(gè)轉(zhuǎn)子彼此朝相反方向旋轉(zhuǎn)。由軸端齒輪驅(qū)動(dòng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子彼此無(wú)接觸, 轉(zhuǎn)子與泵腔壁也無(wú)接觸, 其間通常有0.15～ 1.0 mm 的間隙, 泵壁靠間隙來(lái)密封。通常間隙的改變也是導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生的主要原因, 而傳動(dòng)齒輪間的齒隙是齒輪箱發(fā)熱的直接原因。發(fā)熱的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪聲。兩者關(guān)系密不可分。

1、噪聲的成因和降低措施

　　羅茨泵的噪聲, 通常指泵在運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)測(cè)得的噪聲級(jí)。它包括泵本身的噪聲和電機(jī)的噪聲。就發(fā)聲的部位來(lái)分, 泵的噪聲有下列幾個(gè)可能方面。

　�、� 軸承噪聲;

　　② 齒輪噪聲;

　�、� 轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋間隙的改變, 導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋磨擦產(chǎn)生的噪聲以及由此產(chǎn)生氣流的噪聲。分述如下。

PA. 吸入壓力　PB. 出口壓力　V 2. 泵腔容積

圖1　羅茨真空泵原型圖

　　① 軸承及齒輪除本身制造誤差導(dǎo)致產(chǎn)生的噪聲外, 其實(shí)最主要的噪聲是由于泵的定子、側(cè)蓋、軸承座的制造誤差的累積。反映在軸承上是兩端軸承的同軸度變大。如圖2 所示。

　　由于泵體兩端面的平行度誤差, 側(cè)蓋端面與承座內(nèi)孔的垂直度誤差, 軸承座內(nèi)孔與外圓的同軸度誤差, 以及側(cè)蓋與定子定位時(shí)的位置誤差。最終結(jié)果反映在軸承上是前后軸承內(nèi)孔出現(xiàn)誤差累積。即轉(zhuǎn)子軸出現(xiàn)圖3(b)情況: 軸承受力不平衡, 造成轉(zhuǎn)子軸扭曲變形, 轉(zhuǎn)子震動(dòng), 軸承發(fā)熱且出現(xiàn)噪音。雙列軸承出現(xiàn)該現(xiàn)象更為明顯。因?yàn)閱瘟休S承較薄, 在限制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度時(shí)并沒(méi)有雙列軸承強(qiáng)烈。如圖3(c)。

1. 前端蓋　2. 傳動(dòng)齒輪　3. 軸承座　4. 軸承　5. 前側(cè)蓋　6. 泵體　7. 轉(zhuǎn)子　8. 后側(cè)蓋　9. 甩油盤　10. 后端蓋　11. 籠型支架　12. 聯(lián)軸器　13. 電動(dòng)機(jī)

圖2　泵的剖面圖

圖3　泵端面與軸承內(nèi)孔的垂直度誤差

　　我公司曾經(jīng)做過(guò)類似試驗(yàn)。在5 臺(tái)ZJP-1200 羅茨泵剛性支點(diǎn)端上裝上日本產(chǎn)的雙列深溝球軸承,浮動(dòng)支點(diǎn)端裝上進(jìn)口滾子軸承, 噪聲較大, 平均為85.7dB (A) ; 把剛性支點(diǎn)端的雙列深溝球軸承換下, 再裝上德國(guó)產(chǎn)的(價(jià)格比日本產(chǎn)的高1 倍) , 噪聲比日本產(chǎn)的稍大, 平均為86.3dB (A) , 原因是德國(guó)產(chǎn)的軸承精度更高, 對(duì)零部件誤差的累積更明顯。把兩端的軸承卸下, 換上單列深溝球軸承, 震動(dòng)減小,噪聲明顯降低, 平均為82.7dB (A)。然后我們?cè)诹悴考�的制造工藝上進(jìn)行改進(jìn), 選用專用設(shè)備加工主要零件, 對(duì)軸承座進(jìn)行磨削加工, 以減小制造誤差,結(jié)果裝上雙列軸承的羅茨泵噪聲也降低了, 平均為82.3dB (A)。這一結(jié)果充分說(shuō)明了主要零部件的加工精度對(duì)羅茨泵的噪聲級(jí)產(chǎn)生決定性的影響。

　�、� 齒輪產(chǎn)生的噪聲與軸承產(chǎn)生噪聲的原因基本相同。但與齒輪本身的制造精度關(guān)系更大, 由于齒輪的外齒與內(nèi)圓的同軸度存在誤差, 當(dāng)一對(duì)齒輪在相互嚙合時(shí)會(huì)出現(xiàn)一部分齒嚙合較緊, 即相互間的齒隙太小, 而與其相對(duì)的一部分較松。出現(xiàn)該種情況可以把其中一個(gè)齒輪卸下, 把該齒輪沿轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)180 度再裝上, 把齒輪的外齒與內(nèi)圓的同軸度誤差相互抵消, 可以使齒輪相互間的間隙均勻, 即可有效消除齒輪嚙合時(shí)的噪聲。減少齒輪發(fā)熱。但如果是齒輪的齒本身的加工精度達(dá)不到要求, 用這種方法也是解決不了的。只有提高齒輪的本身加工精度, 才是降低羅茨泵噪聲的有效措施。

　�、� 在羅茨泵工作壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量被傳到轉(zhuǎn)子和泵體上。轉(zhuǎn)子很難將熱量傳至泵外, 而泵體的熱量很容易被散失到周圍大氣中。因而轉(zhuǎn)子與泵體間就出現(xiàn)溫差。加劇了轉(zhuǎn)子的熱膨脹。當(dāng)泵負(fù)荷增大時(shí)(即泵的進(jìn)出氣口壓差超過(guò)允許壓差) , 轉(zhuǎn)子膨脹會(huì)消失間隙, 使轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋相互磨擦, 加大熱膨脹, 直至被卡死。

　　若轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不能被卡住, 故在型線設(shè)計(jì)時(shí), 要求轉(zhuǎn)子之間, 轉(zhuǎn)子與泵腔之間, 轉(zhuǎn)子與端蓋之間必須規(guī)定有間隙, 以補(bǔ)償真空泵的制造和裝配的不精確以及受熱引起的變形等, 而且轉(zhuǎn)子形狀對(duì)稱, 動(dòng)平衡性能良好, 能夠有效減小震動(dòng)噪聲及發(fā)熱。

　　規(guī)定了泵的整機(jī)噪聲。電機(jī)噪聲必須低于此聲級(jí), 因?yàn)閮陕曉春芙? 因此要求電機(jī)噪聲低于整機(jī)噪聲3～4dB (A) 是完全必要的。要想達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平, 更需如此。

2、結(jié)束語(yǔ)

　　羅茨泵的噪聲與發(fā)熱關(guān)系密不可分。但都與羅茨泵的主要零部件有關(guān)。選用加工中心及專用設(shè)備加工泵的主要零部件, 可減小其誤差累積, 保證幾何精度, 提高產(chǎn)品的質(zhì)量及互換性。特別是提高齒輪加工精度, 選用進(jìn)口軸承, 能夠有效降低泵的噪聲及發(fā)熱, 使羅茨泵的綜合性能得到提高。