分析了三種實際應(yīng)用較為廣泛的，分別帶有阿基米德線、漸開線、余擺線的螺桿真空泵螺桿轉(zhuǎn)子型線，具體比較了三種型線組成曲線嚙合特性和型線的優(yōu)劣。詳細闡述了螺桿的車削加工方法，分別建立了帶有刀位點的三種螺桿車削加工模型，并且給出了車削刀具的選取依據(jù)。最后，簡單地介紹了一種高效的螺桿銑削螺桿加工方法，并提供了一種實用的螺桿加工精度測量方法。

　　干式螺桿真空泵屬于非接觸型干式泵，核心元件是一對相互嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子，泵腔內(nèi)沒有金屬與金屬間的接觸，抽氣腔元件無摩擦，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易損件少，真空度高，使用壽命長，能耗低，無油污染，使用場地小等優(yōu)點而廣泛使用，而且螺桿真空泵的各級泵之間無內(nèi)部通道，而是直接將氣體從吸氣側(cè)推送至排氣側(cè)，因此在抽除可凝性氣體、帶有粉塵及顆粒物的氣體時不易堵塞且清洗方便。由于其優(yōu)越的性能，在歐美和日本已經(jīng)成為微電子、半導(dǎo)體、制藥、精密加工、太陽能光伏、LED 等行業(yè)首選真空獲得設(shè)備，可廣泛替代旋片式真空泵，滑閥式真空泵，水環(huán)式真空泵，水噴射真空泵，往復(fù)式真空泵，羅茨水環(huán)真空機組等。

　　目前，單頭、爪形的螺桿轉(zhuǎn)子型線是國內(nèi)外廠商最為常用的一種型線，其綜合性能優(yōu)秀，密封性能良好，面積利用系數(shù)大，且解決了轉(zhuǎn)子的齒面干涉問題，故為廣泛采用，這種螺桿采用基圓半徑相等、旋向相反、端面曲線相同的型線。型線的設(shè)計中，齒根圓弧與齒頂圓弧過渡一般采用阿基米德線及其共軛曲線、漸開線及其共軛曲線、圓弧及其共軛曲線或擺線及其共軛曲線，不同的過渡形式，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為對成對螺桿的間隙設(shè)計、螺桿的加工方法選取及與之對應(yīng)的加工效率各不相同。本文主要分析帶有阿基米德曲線、漸開線和擺線過渡線的三種常見的型線嚙合特性，并且以其為基礎(chǔ)探討螺桿的加工方法，以便根據(jù)不同的型線和加工設(shè)備，為選取最合適、高效的螺桿加工方法提供參考。

1、三種常見型線分析

1.1、帶有阿基米德端面型線分析

　　目前螺桿真空泵市場上常用的型線是由阿基米德曲線及其包絡(luò)曲線、大小兩段圓弧、外余擺線五段線組成，國外Rietschle、KINNY、TAIKO、VPS等公司采用類似結(jié)構(gòu)的型線。如圖1 所示，該端面型線由阿基米德曲線e1a1、其包絡(luò)線d1e1、小圓弧c1d1 和大圓弧a1b1、外余擺線b1c1 組成，由于阿基米德曲線的嚙合特性，阿基米德曲線a2 點的包絡(luò)點是f 點，無法達到d1 點，大圓弧a1 點的包絡(luò)點也無法達到d1 點，這個小區(qū)域無法完全嚙合，需要修齒形，形成三角區(qū)域a2d1f，該區(qū)域形成氣體的滯留區(qū)，影響抽氣效率。這類型線在一個導(dǎo)程內(nèi)存在不完全嚙合區(qū)，形成的螺桿在1 個導(dǎo)程內(nèi)無法排除介質(zhì)，文獻采用該型線的螺桿至少設(shè)計成1.5個以上導(dǎo)程，實際應(yīng)用中，螺桿一般設(shè)計成4.5 個導(dǎo)程，才能達到比較好的抽氣性能要求。

圖1 帶阿基米德曲線的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線

　　這種型線設(shè)計，在確定了中心距、齒根半徑和齒頂半徑后，面積利用率不固定，可以根據(jù)阿基米德線生成圓半徑、初始相角和展開角而變化，具體的變化需要結(jié)合加工方式。表1 是螺桿轉(zhuǎn)子端面型線組成曲線及特性。

表1 帶阿基米德曲線的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線的組成曲線

1.2、帶有漸開線端面型線

　　漸開線也是螺桿端面型線常選用的基本型線，漸開線有自共軛的特性，不需推導(dǎo)共軛曲線，漸開線及其共軛曲線用可以一段漸開線表示[5]，是理想的共軛嚙合曲線。如圖2 所示，但若漸開線與根部圓弧直接相連，會形成一定的泄露區(qū)e2d2f，故漸開線和根部圓弧采用擺線e2d2 過渡[6]。德國Busch 公司采用類似的型線。

圖2 帶有漸開線的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線

　　該端面型線有五段曲線，分別由齒頂圓弧a1b1、外余擺線b1c1、齒根圓弧c1d1、過渡擺線d1e1 和漸開線e1a1 組成，螺桿轉(zhuǎn)子端面型線組成曲線及特性如表2 所示。過渡擺線d1e1 的存在，即能保證成對螺桿嚙合的密封性，又使得螺桿轉(zhuǎn)子在齒根和齒廓之家形成平滑過渡，構(gòu)成一個具有共同加工可能性的平滑曲面，可以明顯提高加工效率。

3、結(jié)論

　　螺桿轉(zhuǎn)子端面型線是螺桿真空泵的關(guān)鍵技術(shù)核心，本文列舉了實際使用最廣泛的三種端面型線，通過分析端面型線曲線組成，給出了每種型線組成曲線嚙合特性，根據(jù)嚙合特性，指出了螺桿設(shè)計過程中的需要注意的實際問題。

　　螺桿車削加工中，需要在帶有C 軸功能的車削中心完成，這樣才能保證加工精度，螺桿加工關(guān)鍵的是刀位點的計算，本文分別給出了三種螺桿車削加工模型。螺桿銑削加工是另一種高效加工的加工手段，銑削加工方法靈活多樣，需要結(jié)合型線和加工設(shè)備靈活選取。螺桿的加工精度快速檢測一直是個難題，本文提出的“光電對刀儀點對點測量方法”可以有效地解決這個難題。

　　當然，型線及成對螺桿的配合間隙如何設(shè)計是一體工程，限于篇幅如何合理設(shè)計成對螺桿間隙沒有涉及，這個問題及具體的加工方法在后續(xù)的文章中詳細闡述。