螺杆真空泵中使用的螺杆轉子通常可視為剛性轉子，廣義上的剛性轉子動平衡，包括靜平衡（慣性力為零）和動平衡（慣性力偶為零）兩方面要求，分别是轉子的質心恰好落在轉動軸線上和轉子各部分對于垂直于轉動軸線的任一轉軸的轉動力矩互相抵消。

對于等螺距螺杆轉子，不論轉子采用何種端面型線，當螺杆長度等于節距的整數倍時，都能自動保證質心處于轉動軸線上，從而滿足靜平衡要求；但由于其偏心質量是分布在不同的回轉平面上，所産生的離心慣性力不能完全相互抵消，因而無法保證慣性力偶為零，且轉子越長，慣性力偶的扭矩越大。

而當轉子長度不等于螺旋導程的整數倍時，則轉子的整體質心會偏離軸線，甚至靜平衡的條件也無法滿足了，所以在螺杆轉子的設計、制造過程中，必須進行專門的動平衡設計計算和采取動平衡加工處理。

實際生産中廣泛采用質量補償法來實現轉子的動平衡，即在轉子适當的位置處去除或添加一部分材料，來調節轉子質量的空間分布，從而滿足慣性力和慣性力偶同時為零的條件。根據螺杆真空泵中螺杆轉子制造材料和工藝的不同，去除質量的方法目前有鑄造法和機加法兩種方式。

圖1 等螺距螺杆轉子的二種動平衡質量補償方法

對于轉子毛坯采用鑄造成型的螺杆轉子，可以在鑄造轉子毛坯時直接預留出質量補償孔，即鑄造法。等螺距鑄造轉子的質量補償孔通常開設在轉子兩端的側面，随轉子的螺旋展開方向向内自然延伸，如圖 1（a）所示。确定質量補償孔的形狀、位置和延伸深度等結構參數，就是轉子動平衡設計的主要任務。

本文作者提出過一種适用于等螺距鑄造轉子的動平衡設計理論，對于任意長度的螺杆轉子，都可以通過在轉子兩端側面開設幾何結構完全相同的質量補償孔，來實現轉子的完全動平衡，并給出了質量補償孔的形狀、位置和延伸深度的計算公式，可供相關設計人員參考，避免其盲目試驗摸索。

對于沒有采用鑄造成型工藝的純機械加工轉子，隻能通過在轉子體上直接加工質量補償孔來實現動平衡。受加工方式的限制，等螺距機加轉子的質量補償孔大多設置在轉子的齒頂面上，且盡可能向兩端排布，如圖1（b）所示。

雖然目前公開的轉子動平衡設計理論，尚沒有關于這種質量補償孔的大小、深度和位置的直接計算方法，但利用 PRO/E 等實體造型工具軟件中的分析功能來分析模型的質量屬性，可以直觀地得到模型的質心位置及慣性張量，經動平衡自動搜索優化計算，也可以得到滿足轉子動平衡條件的設計方案。

對于變螺距螺杆轉子，由于排氣端的齒形通常偏于薄小，很難在其内部或外表面上過多去除質量了，所以其動平衡設計習慣于主要在吸氣端去除補償質量。變螺距螺杆轉子的吸氣端不但齒形通常十分厚重，而且二螺杆轉子在與泵吸氣口相對應的區域不需要雙向全封閉齧合，因此可以在此處直接切削偏向吸氣側的齒形面以實現轉子動平衡，僅保留偏向排氣側的齒形面用于引導被吸入氣體。

圖2 一種漸變式變螺距螺杆轉子的動平衡質量補償

圖2是一種漸變式變螺距螺杆轉子的動平衡質量補償體示意圖。理論上，任何種類端面型線的漸變式變螺距螺杆轉子，都能夠同時滿足慣性力和慣性力偶同時為零的動平衡條件；确定去除質量補償體形狀、位置的方法，仍然可以借助 PRO/E 等軟件的質量屬性分析和自動搜索優化功能來完成。

不過通過這種方法實現動平衡的變螺距螺杆轉子，沿軸向質量分布更加不均勻，轉子體内部的應力更大，所以設計時轉子體應具有更好的剛性。

本文作者：張世偉，趙 凡，張 傑，張志軍，韓 進

本文摘自《無油螺杆真空泵螺杆轉子設計理念的回顧與展望》

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