基于Pro/E的罗茨流量计转子的设计和仿真

　　1 罗茨流量计的结构特点及工作原理

　　1.1 罗茨流量计的结构特点

　　罗茨流量计又称为腰轮流量计，由测量本体、传动机构和显示以及远传部分组成。罗茨流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，两转子在转动过程中不直接接触，而是依靠套在壳体外的转子引出轴上的两个啮合齿轮来驱动。罗茨流量计的转子由于靠附加驱动齿轮发生联动，并不直接接触，故能保持流量计的长期稳定性，有效地提高了流量计的工作效率。罗茨流量计的结构主要包括：测量部分和积算部分。这里我们主要设计的是流量计的转子，以及研究流量计转子的装配过程和转子的仿真过程。转子一般由铸铁、铸钢或不锈钢制成，要根据流体腐蚀性及其工作压力、温度选用[1]。

　　1.2 罗茨流量计的工作原理

　　罗茨流量计的工作原理如图 1 所示，利用两个转子把流体连续不断地分割成单个的体积部分，利用驱动齿轮和计数指示机构来计量流体总体积量。

　　流量计的工作过程为：由转子 O2的外侧壁、壳体的内侧壁以及转子两端盖板之间形成一个封闭空间(即计量室)，空间内的流体是由测量元件将连续流体分隔成的单个体积，从流入口流入流体时，上面的转子虽然受到流入流体的压力，但不产生旋转力。而下面的转子受到流入流体的压力后沿箭头方向旋转，由于与两个转子同轴安装的两个齿轮相互啮合，所以两转子各自以 O1和 O2为轴按箭头方向旋转。当旋转变成图 1(b)的状时，两个转子上都产生了沿箭头方向的旋转力，使旋转到图 1(c)的状态。此时与图 1(a)的状态相反，上面的转子产生旋转力使其旋转到图 1(d)状态，继续旋转又变成图 1(a)的状态，从而使转子连续转动。

　　两个转子各旋转一周就完成一个周期，这时便排出 4个计量室的体积量，同时将流体从入口送到流出口。只要知道计量室空间的容积和转子转动的转数，就可得到被计量流体的体积量。这种测量模式主要和被计量流体的体积有关，计量的准确度高，而且准度不受流体流动状态影响，这样就可以大大提高计量效率。

　　2 罗茨流量计转子的设计

　　2.1 转子型线的分析

　　罗茨流量计的转子一般叫做腰轮也称罗茨轮，多数为双叶的。它的横断面的外轮廓线称为转子的型线。工作时，一对转子靠传动比 n=1 的一对齿轮来驱动。两个转子的表面不接触，但它们之间的间隙要保持一定，所以转子的型线要做成共轭曲线。转子的型线多由圆弧和圆弧包络线组成。

　　如图 2 可知，转子头部的圆弧 AC 被分为两段圆弧 AB、BC，这两端圆弧在 B 点圆滑连接，运用行星运动的方法得到其共轭的圆弧包络线 CD、DE，将其在 C 点圆滑连接，就构成了由两端圆弧及其圆弧包络线组成的罗茨转子型线[6]。