一种新型罗茨转子型线

1.本发明属于干式真空泵领域，具体说是一种新型罗茨转子型线。


背景技术：

2.干式真空泵的主要应用领域包括以刻蚀工艺为代表的半导体工艺，化工行业，低压化学气相沉积中的多晶硅制备工艺，科学实验仪器应用等，其中，半导体应用领域的干式真空泵市场份额占有率高达40％。以干式真空泵应用领域最为广泛的半导体行业为例，其工艺环境包括清洁、中等、恶劣三种情况，包括的工艺类型有load lock、气体输送、计量、pvd制程、pvd预清洁、cvd，pecvd，mocvd等，目前为了满足半导体行业不同工艺环境的要求，一般采用不同转子类型组合及真空干泵复合的形式来解决,但这种形式虽然一定程度上有助于实际工况下的快速排粉，但由于泵腔内的狭小尺寸，仍容易出现转子之间的剐蹭等问题。而目前采用的以共轭曲线为基础的罗茨转子型线，齿顶处仍会出现啮合后出现粉尘堆积引起啮合时的剐蹭。因此，设计一种新型的转子型线以解决应力集中现象，防止因过热或粉尘堆积而产生的剐蹭现象。


技术实现要素：

3.本发明目的是提供一种针对半导体行业中带有粉尘等苛刻工艺的情况，设计一款带有直线修型的新型罗茨转子型线，通过转子啮合旋转，完成泵腔内工作空间容积的变化，从而达到抽气的效果的新型罗茨转子型线；相比于原有的以共轭曲线为基础的罗茨转子型线，本发明中的型线可以有效的减少应力集中现象，防止因过热或粉尘堆积而产生的剐蹭现象，工艺适用性更强。
4.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种新型罗茨转子型线，所述罗茨转子的端面型线包括：首尾连接的n条曲线，其中，n为罗茨转子的叶数；
5.所述端面型线中第一曲线，由齿根圆弧包络线处直线修型ep、齿根圆弧包络线ae、以齿顶圆弧处的直线修型cd截取齿顶圆弧ab得到的曲线bdca、齿根圆弧包络线bg以及齿根圆弧包络线处直线修型gq按逆时针依次连接；
6.以通过罗茨转子的回转中心点o与齿顶圆弧ab圆心的直线为第一型线的对称轴；所述齿根圆弧包络线处直线修型gq与齿根圆弧包络线处直线修型ep相对于对称轴对称；所述齿根圆弧包络线bg与齿根圆弧包络线ae相对于对称轴对称；
7.在齿顶圆弧ab上、由齿顶圆弧处的直线修型cd截取齿顶曲线ab所形成的曲线bdca构成齿顶曲线ab；所述齿顶圆弧处的直线修型cd为由齿顶圆弧ab上点c和点d的连线，且与对称轴垂直；
8.端面型线中第n曲线均由第一曲线阵列n个得到；且第一曲线与n条曲线首尾连接构成罗茨转子的端面型线；
9.对于所述n条曲线的对称轴重合或相交于一点。
10.所述的端面型线均由第一曲线以原点o为回转中心，2π/n为旋转角，依次阵列n个
得到。
11.所述的罗茨转子型线生成的一对啮合转子端面型线完全相同且互相共轭。
12.所述齿顶圆弧ab与生成的一对啮合转子的齿根圆弧包络线a’l’相互啮合，所述齿顶圆弧ab的型线方程为：
13.x＝r*cosγ
14.y＝rb+r*sinγ
15.式中，r为齿顶小圆半径，rb为罗茨转子的回转中心点o到齿顶圆圆心的距离，γ为齿顶小圆上任意一点与齿顶小圆圆心的连线与过齿顶圆圆心且垂直于对称轴的直线之间的夹角。
16.所述齿根圆弧包络线ae及其对称曲线fl与生成的一对啮合转子的齿顶圆弧a’b’相互啮合，其中，曲线fl由曲线ae以回转中心o与中点p连线为对称轴对称得到，其型线方程均为：
17.x＝2a*cosα-rb*cos 2α-r*cosβ
18.y＝2a*sinα-rb*sin 2α+r*sinβ
19.其中，a为啮合后两转子的中心距，α为啮合后两转子中心连线oo1与水平线夹角之间的夹角，β为啮合后两转子中心连线oo1与om之间的夹角；
20.om为o点作o1o2延长线的垂线交o1o2延长线于m点，o2为生成的一对啮合转子齿顶小圆的圆心。
21.所述β与α之间的关系如下：
[0022][0023][0024]
α＝0-π/2*n
[0025]
其中，n为罗茨转子叶数。
[0026]
齿顶圆弧处的直线修型与另一转子齿根圆弧包络线处的直线修型相对应，所述齿顶圆弧处的直线修型cd的型线方程为：
[0027]
y＝a
[0028]
x∈[-b,b]
[0029]
其中，x和y为坐标轴xoy上的点，a和b均为常数；
[0030]
所述坐标轴xoy为：以o点为罗茨转子的回转中心点o，对称轴为y轴，垂直于y轴的直线为x轴，建立坐标轴xoy。
[0031]
两转子运行时存在间隙，转子与泵腔间存在间隙，且所述的罗茨转子型线与生成的另一对罗茨转子型线为共轭曲线；
[0032]
所述齿根圆弧包络线处直线修型ep与齿根圆弧包络线处直线修型pf所形成的一条齿根圆弧包络线处直线修型ef与另一转子齿顶圆弧处的直线修型c’d’共轭，以保证间隙均匀，使罗茨转子具有几何对称性。
[0033]
所述齿根圆弧包络线ae处的直线修型ef与另一转子齿根圆弧包络线a’e’处的直
线修型e’f’相等。
[0034]
所述齿顶小圆半径r与罗茨转子的回转中心点o到齿顶小圆圆心的距离rb的关系如下：
[0035]
r＝r
m-rb[0036][0037]
其中，rm为齿顶圆半径，n为罗茨转子叶数。
[0038]
本发明具有以下有益效果及优点：
[0039]
1.本发明可有效地减少齿顶处的应力集中现象，具有较高的强度；
[0040]
2.本发明也可减小齿顶处因热膨胀而产生的变形问题；同时，防止因粉尘过多而导致的剐蹭现象，降低了粉尘堆积的情况，工艺适用性更强。
附图说明
[0041]
图1为本发明的转子型线示意图；
[0042]
图2为本发明的转子坐标示意图；
[0043]
图3为本发明的不同叶数转子型线示意图；
[0044]
图4为本发明的转子啮合角度关系图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0046]
如图1所示，为本发明的转子型线示意图；本发明中罗茨转子的端面型线包括：首尾连接的n条曲线，其中，n为罗茨转子型线的叶数；
[0047]
所述端面型线中第一曲线，由齿根圆弧包络线处直线修型ep、齿根圆弧包络线ae、以齿顶圆弧处的直线修型cd截取齿顶圆弧ab得到的曲线bdca、齿根圆弧包络线bg以及齿根圆弧包络线处直线修型gq按逆时针依次连接；
[0048]
以通过罗茨转子的回转中心点o与齿顶圆弧ab圆心的直线为第一曲线的对称轴；所述齿根圆弧包络线处直线修型gq与齿根圆弧包络线处直线修型ep相对于对称轴对称；所述齿根圆弧包络线bg与齿根圆弧包络线ae相对于对称轴对称；
[0049]
在齿顶圆弧ab上、由齿顶圆弧处的直线修型cd截取齿顶曲线ab所形成的曲线bdca构成齿顶曲线ab；所述齿顶圆弧处的直线修型cd为由齿顶圆弧ab上点c和点d的连线，且与对称轴垂直；
[0050]
端面型线中第n曲线均由第一曲线阵列n个得到；且第一曲线与n条曲线首尾连接构成罗茨转子的端面型线；对于所述n条曲线的对称轴重合或相交于一点。
[0051]
端面型线均由第一曲线以原点o为回转中心，2π/n为旋转角，依次阵列n个得到。
[0052]
罗茨转子型线生成的一对啮合转子端面型线完全相同且互相共轭。
[0053]
端面型线主要有三种线型，齿顶圆弧ab，齿顶圆弧处的直线修型cd，齿根圆弧ae，齿根圆弧包络线处的直线修型eh，即组成第一曲线；两转子运行时存在较小的间隙，转子与泵腔间也存在很小的间隙，且所述的一对转子型线为共轭曲线，齿顶圆弧处的直线修型与
另一转子齿根圆弧包络线处的直线修型相对应，可保证间隙均匀，运行平稳，具有良好的几何对称性。通过转子啮合旋转，完成泵腔内工作空间容积的变化，从而达到抽气的效果。相比较于现有的罗茨转子中，由于齿顶圆弧的作用，且罗茨转子型线生成的一对啮合转子端面型线完全相同且互相共轭，导致齿顶圆弧处易出现剐蹭，设计符合齿顶圆弧处的直线修型cd的齿顶圆弧ab，即：
[0054]
齿顶圆弧ab与生成的一对啮合转子的齿根圆弧包络线a’l’相互啮合，齿顶圆弧ab的型线方程为：
[0055]
x＝r*cosγ
[0056]
y＝rb+r*sinγ
[0057]
式中，r为齿顶小圆半径，rb为罗茨转子的回转中心点o到齿顶小圆圆心的距离，γ为齿顶小圆上任意一点与齿顶圆圆心的连线与过齿顶圆圆心且垂直于对称轴的直线之间的夹角。
[0058]
如图2或4所示，为本发明的转子坐标示意图以及转子啮合角度关系图，所述齿根圆弧包络线ae及其对称曲线fl与生成的一对啮合转子的齿顶圆弧a’b’相互啮合，其中，曲线fl由曲线ae以回转中心o与中点p连线为对称轴对称得到，其型线方程均为：
[0059]
x＝2a*cosα-rb*cos 2α-r*cosβ
[0060]
y＝2a*sinα-rb*sin 2α+r*sinβ
[0061]
其中，a为啮合后两转子的中心距，α为啮合后两转子中心连线oo1与水平线夹角之间的夹角，β为啮合后两转子中心连线oo1与om之间的夹角；
[0062]
om为o点作o1o2延长线的垂线交o1o2延长线于m点，o2为生成的一对啮合转子齿顶小圆的圆心。
[0063]
所述β与α之间的关系如下：
[0064][0065][0066]
α＝0-π/2*n
[0067]
其中，n为罗茨转子叶数。
[0068]
通过齿顶圆弧处的直线修型cd在罗茨转子齿顶处用直线切出的大平面区域，相比于单纯以齿顶圆弧作为罗茨转子型线，可有效地减少齿顶处的应力集中现象，具有较高的强度；也可减小齿顶处因热膨胀而产生的变形问题；同时，可防止因粉尘过多而导致的剐蹭现象，降低粉尘堆积的几率，有效地排出实际工艺中所产生的易沉积物。
[0069]
齿顶圆弧处的直线修型与另一转子齿根圆弧包络线处的直线修型相对应，所述齿顶圆弧处的直线修型cd的型线方程为：
[0070]
y＝a
[0071]
x∈[-b,b]
[0072]
其中，x和y为坐标轴xoy上的点，a和b均为常数；
[0073]
所述坐标轴xoy为：以o点为罗茨转子的回转中心点o，对称轴为y轴，垂直于y轴的
直线为x轴，建立坐标轴xoy。
[0074]
两转子运行时存在间隙，转子与泵腔间存在间隙，且所述的罗茨转子型线与生成的另一对罗茨转子型线为共轭曲线；
[0075]
所述齿根圆弧包络线处直线修型ep与齿根圆弧包络线处直线修型pf所形成的一条齿根圆弧包络线处直线修型ef与另一转子齿顶圆弧处的直线修型c’d’共轭，以保证间隙均匀，使罗茨转子具有几何对称性。
[0076]
所述齿根圆弧包络线ae处的直线修型ef与另一转子齿根圆弧包络线a’e’处的直线修型e’f’相等。
[0077]
所述齿顶小圆半径r与罗茨转子的回转中心点o到齿顶小圆圆心的距离rb的关系如下：
[0078]
r＝r
m-rb[0079][0080]
其中，rm为齿顶圆半径，n为罗茨转子叶数。
[0081]
实施例：
[0082]
本发明是一种带有直线修型的新型罗茨转子型线，其结构示意图如图1、图2以及图3所示，以二叶罗茨转子型线为例，其转子型线由齿顶圆弧段ab，齿顶圆弧段ab上的直线修型cd，齿根圆弧包络线ae，齿根圆弧包络线处的直线修型ce组成，其余型线均由此四种型线镜像得到。
[0083]
其生成过程如下：
[0084]
作齿顶圆弧ab，型线方程为：
[0085]
x＝r*cosγ
[0086]
y＝rb+r*sinγ
[0087]
式中，r为齿顶小圆半径，rb为原点到齿顶小圆圆心的距离。
[0088]
作齿根圆弧包络线ae，型线方程为：
[0089]
x＝2a*cosα-rb*cos 2α-r*cosβ
[0090]
y＝2a*sinα-rb*sin 2α+r*sinβ
[0091]
式中，a为两转子的中心距，β与α之间的关系如下：
[0092][0093][0094]
α＝0-pi/2*n，n为叶数。
[0095]
齿顶圆弧处的直线修型与另一转子齿根圆弧包络线处的直线修型相对应，所述齿顶圆弧处的直线修型cd方程为：
[0096]
y＝a x∈[-b,b]
[0097]
上述各参数间关系为：
[0098]
r＝r
m-rb[0099][0100]
式中，rm为齿顶圆半径。
[0101]
其余线段均有以x、y轴镜像得到。
[0102]
如图3所示，为本发明的不同叶数转子型线示意图；
[0103]
端面型线由任意首个端面型线以原点o为回转中心，分别以120
°
、90
°
72
°
为旋转角，依次阵列3个、4个、5个得到三叶罗茨转子型线、四叶罗茨转子型线、五叶罗茨转子型线。
[0104]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。