渦輪分子泵葉片的結(jié)構(gòu)設計與分析

　　渦輪分子泵是一種精密高速旋轉(zhuǎn)機械，在設計過程中對主軸、轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵件的設計作科學準確的計算、校核尤為重要。文章闡述了借助PRO/E、PRO/MECHANICA 軟件（試用版）對渦輪分子泵的渦輪葉片進行結(jié)構(gòu)設計、有限元分析（應力分析及位移分析），大大提高了設計的準確率、增強了設計的可靠性及縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。把CAD、CAE 有效地應用于實際的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計中，將會對產(chǎn)品的研發(fā)起很大的作用。

　　渦輪分子泵是一種精密高速旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)，主要用來獲得高真空和超高真空。目前國內(nèi)外飛速發(fā)展的半導體電子產(chǎn)業(yè)、半導體照明產(chǎn)業(yè)、平板顯示產(chǎn)業(yè)、太陽能電池產(chǎn)業(yè)、光學元器件產(chǎn)業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)推動了分子泵的快速發(fā)展；與此同時，介于時代及行業(yè)的迫切要求，在分子泵的設計過程中，一種“短周期性、高可靠性”的設計理念應運而生，然而分子泵的設計本身就是一個相對比較復雜的過程，要實現(xiàn)“短周期性、高可靠性”的設計理念，單憑傳統(tǒng)的設計方法遠遠做不到，必須借助當今的主流CAD、CAE 軟件協(xié)作方可實現(xiàn)。

　　PRO/MECHANICA 是PTC 公司開發(fā)的有限元分析軟件，該軟件與該公司的PRO/E 完全無縫集成，即通過PRO/E 構(gòu)建的3D 幾何模型，可以直接引入PRO/MECHANICA 里做結(jié)構(gòu)或熱力學分析， 而當3D 幾何結(jié)構(gòu)有變更時，PRO/MECHANICA 里所建立的結(jié)構(gòu)或熱力學分析經(jīng)過簡單的“分析更新”即可方便讓分析結(jié)果隨著更新， 完全做到無數(shù)據(jù)損失， 這樣，PRO/MECHANICA 就能讓結(jié)構(gòu)設計師們將精力集中在設計工作上，在設計初期就能因為結(jié)合了分析，實時優(yōu)化結(jié)構(gòu)，而縮短整個設計周期，從而降低設計成本，這也是其他主流CAE 軟件無法比擬的優(yōu)點。

　　文章描述了在渦輪分子泵（以本公司研發(fā)的FF250- 250/1600 型復合分子泵為例）的設計中，以關(guān)重件之一（渦輪轉(zhuǎn)片）為例，巧妙借助PRO/E、PRO/MECHANICA 軟件對其進行3D 結(jié)構(gòu)設計及分析，很大程度上縮短了研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的可靠性，真正實現(xiàn)了“短周期性、高可靠性”的設計理念。

1、葉片的設計及結(jié)構(gòu)分析

1.1、葉片的3D 結(jié)構(gòu)設計

　　在PRO/E 環(huán)境下建立葉片的3D 設計模型，該葉片參數(shù)：葉片厚度7 mm、葉片孔徑74 mm、葉齒頂徑257 mm、葉齒根徑134 mm、葉齒傾角40°、葉齒厚度2.5 mm、齒數(shù)38 齒、凸緣厚度12 mm、凸緣外徑109 mm、連接孔6-Φ8.4 均布，其3D 結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2、結(jié)束語

　　應用無縫集成軟件PRO/E 與PRO/MECHANICA對機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計及有限元分析，會大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，同時，結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的設計提供了強有力的技術(shù)支撐，使產(chǎn)品的設計更可靠，更準確。一般地，將理論分析數(shù)據(jù)（如應力、位移數(shù)據(jù)）乘以一個安全因子S（經(jīng)驗值）即可作為產(chǎn)品實際相應數(shù)據(jù)，S 取1.1~1.2。本文提供的渦輪分子泵葉片的結(jié)構(gòu)設計與分析，就是應用PRO/E 與PRO/MECHANICA 設計的一個成功案例。

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