新型魯氏真空泵轉子齒形之參數化設計及性能評估

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鍾克育(Ke-Yu Jhong) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

新型魯氏真空泵轉子齒形之參數化設計及性能評估
(Parameterization Design and Performance Evaluation of a Novel Rotor Profile for Roots Vacuum Pumps)

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摘要(中)

在魯氏轉子的線形研究中，擺線、漸開線、圓弧線為主要組成魯氏轉子的幾何線形，可應用於魯氏真空泵、魯氏鼓風機、魯氏增壓機等等，本研究應用Mathematica軟體作為數值計算及數學模型建立之工具，開發出新型魯氏轉子，並根據齒輪嚙合原理，設計出能夠完全共軛嚙合，且不會有過切或是帶回量(Carry over)等問題。本研究還提出了另一種新的性能指標作為不同轉子齒形比較之依據，其指標命名為密封性能指標，其中包含了齒間密封係數及齒頂密封係數，比較擺線魯氏轉子(RC齒形)、圓弧─漸開線魯氏轉子(CI齒形)、含變擺比之擺線魯氏轉子(TR齒形)及逆向工程之魯氏轉子(RE齒形)，評估新型魯氏轉子在相同之外徑、中心距、及面積利用係數下，是否能夠擁有較高之密封性能，並透過產學合作將新型魯氏轉子應用於真空泵，試驗其改善後之密封性能是能夠有效的降低壓縮機功耗。

摘要(英)

Thesis Topic: Parametric Design and Performance Evaluation of Tooth Profile of A New Type Roots Vacuum Pump Rotor . In Roots rotors linear studies, cycloids, involutes, and arcs are the main geometric lines that constitute Roots rotors, and are applicable to Roots vacuum pumps, Roots blowers, Roots compressors etc. This study implements the Mathematica software as a tool for numerical calculations and establishing mathematical models to develop a new type of Roots rotor, and according to the gear mesh theory, its design is completely mesh conjugate and does not have problems such as tooth undercutting or carry over. This study also proposes a new type of performance index to serve as a foundation for comparing different rotor tooth profiles, known as the Sealing Performance Index. It is comprised of the sealing factor between tooth, the sealing factor above tooth, comparison of Roots rotor cycloids (RC tooth profile), Roots rotor arc-involute curves (RE tooth profile), as well as Roots rotor cycloids (TR tooth profile) and Roots rotor reversed engineering (RE tooth profile) with variable cycloid ratios. It evaluates the capability of the new type Roots rotor in achieving higher sealing performance under the same pitch diameter, center distance and area factors. Through industry-academic cooperation, the new type Roots rotor is applied in vacuum pumps to test whether its improved sealing performance is capable of effectively reducing compressor power consumptions.

關鍵字(中)

★ 魯氏轉子
★ 變擺比
★ 魯氏真空泵
★ 密封性能

關鍵字(英)

★ Roots Rotor
★ Roots Vacuum Pump
★ Variable Cycloid Ratio
★ Sealing Performance

論文目次

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
謝誌 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
符號對照表 X
第1章緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 論文架構 3
第2章真空泵簡介及密封係數與面積利用係數之計算 4
2-1 魯氏真空泵簡介 4
2-1-1 概述 4
2-1-2 基本結構 4
2-2 齒間密封係數及齒頂密封係數計算 5
2-2-1 密封係數介紹 5
2-2-2 魯氏轉子曲線離散化 7
2-2-3 齒間密封係數計算 11
2-2-4 齒頂密封係數計算 13
2-2-5 三次方雲形線內插補點精度影響齒間及齒頂密封係數之計算 14
2-3 面積利用係數計算式 15
2-4 本章結論 16
第3章擺線與圓弧－漸開線魯氏轉子齒形數學模型之建立與文獻齒形及逆向量測之齒形介紹 17
3-1 擺線魯氏轉子齒形數學模型 17
3-1-1 外擺線數學模型之建立 17
3-1-2 內擺線數學模型之建立 18
3-2 圓弧－漸開線魯氏轉子齒形數學模型之建立 20
3-2-1 A-B段圓弧曲線參數式 21
3-2-2 B-C段漸開線參數式 21
3-2-3 C-D段圓弧曲線(共軛段)參數式 24
3-2-4 求解AB段、BC段及CD段曲線交點上之參數 25
3-3 文獻齒形與逆向工程齒形之介紹 26
3-3-1 TR齒形介紹 26
3-3-2 RE齒形介紹 27
3-4 本章結論 28
第4章新型魯氏轉子齒形數學模型之建立 29
4-1 新型魯氏轉子齒形介紹 29
4-1-1 I-II圓弧曲線 30
4-1-2 II-III變擺線 30
4-1-3 III-IV齒條刀創成齒輪漸開線 32
4-1-4 IV-V變擺線(共軛段) 33
4-1-5 V-VI圓弧曲線(共軛段) 34
4-1-6 求解I-II段、II-III段、III-IV段、IV-V段及V-VI段曲線交點上之參數 34
4-2 CIC齒形設計參數分析 36
4-2-1 CIC齒形設計參數對面積利用係數之影響 36
4-2-2 CIC齒形設計參數對齒間密封係數之影響 38
4-3 本章結論 39
第5章魯氏轉子齒形密封係數比較與CIC齒形及RE齒形之密封性能驗證 40
5-1 魯氏轉子齒形參數代入 40
5-1-1 魯氏轉子齒形參數 41
5-1-2 魯氏轉子齒形線形參數 44
5-1-3 繪製魯氏轉子 44
5-2 CIC齒形與CR齒形、CI齒形、TR齒形及RE齒形之齒間密封係數及齒頂密封係數比較 49
5-2-1 組合A之密封係數比較 49
5-2-2 組合B之密封係數比較 50
5-2-3 組合C之密封係數比較 51
5-2-4 組合D之密封係數比較 52
5-3 CIC齒形與RE齒形之試驗方法及性能比較結果 53
5-4 本章結論 57
第6章結果及未來展望 58
6-1 結論 58
6-2 未來展望 59
參考文獻 60
A. 附錄曲面共軛及座標轉換原理 62
A-1 曲面共軛原理 62
A-2 座標轉換原理 64
B. 附錄產品型錄 68
B-1 PMF100產品型錄 68
B-2 EV-S20產品型錄 69
作者介紹 70

參考文獻

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指導教授

吳育仁(Yu-Ren Wu)

審核日期

2016-7-27

推文