технологиями, обеспечив студентам доступ к физическим моделям
разрабатываемых ими в учебном процессе изделий.
Данный подход был опробован в процессе разработки и подготовки
целого ряда новых изделий. В качестве примера в настоящей статье
приведен процесс разработки мембранного микровакуумного насоса
и термовакуумной лабораторной испарительной установки.
Необходимо спроектировать мембранный вакуумный насос, обес-
печивающий следующие параметры: давление всасывания
p
вс
=4
,
5
кПа;
давление нагнетания
p
н
= 103
кПа; быстрота действия
S
= 6
,
67
×
×
10
−
5
м
3
/с; рабочий газ — воздух; температура всасывания
T
= 273
◦
С.
Расчет рабочих процессов и определение основных функциональ-
ных и конструктивных параметров проводятся по известной методи-
ке [5], включая следующие этапы:
— расчет распределения давлений по ступеням;
— определение коэффициента откачки;
— определение основных размеров и параметров ступеней;
— подбор электродвигателя (в нашем случае выбран коллекторный
двигатель постоянного тока QX-RS-755);
— пересчет и проверка параметров с учетом выбранных размеров.
Основным и наиболее сложным в проектировании и производстве
элементом данного типа насоса является эластичная мембрана. Про-
ектирование мембраны начинается с анализа возможного варианта ис-
полнения и выбора типа конструкции, определяющего мертвый объ-
ем полости сжатия, надежность и долговечность насоса в целом. Из-
вестны три основных типа эластичных мембран: плоские (листовые),
литые и комбинированные [6]. В результате проведенного анализа вы-
брана литая мембрана со сферической центральной частью (рис. 2).
Такая геометрия позволит уменьшить мертвый объем, образующийся
из-за сложного движения мембраны.
Для получения минимального мертвого объема также необходимо
знать форму деформированной мембраны в верхней мертвой точке
(ВМТ). Профилирование мембраны проводится с помощью метода
конечных элементов (МКЭ). Поскольку относительные деформации
мембраны невелики, применена модель гиперупругого тела Муни–
Ривлина [7, 8]. Основой этой модели является задание функции плот-
ности энергии деформации:
W
=
A
(
I
1
−
3) +
B
(
I
2
−
3) +
X
1
I
2
3
−
1 +
Y
(
I
3
−
1)
2
+
+
C
(
I
1
−
3) (
I
2
−
3) +
D
(
I
1
−
3)
2
+
E
(
I
2
−
3)
2
+
F
(
I
1
−
3)
3
,
где
I
1
, I
2
, I
3
— инвариантные значения правого тензора деформа-
ции Коши–Грина (в виде коэффициентов основного растяжения);
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 3 7
