螺杆真空干泵凭借其核心转子的结构特性,具有适应复杂工况、可靠性强等工作优势,广泛应用在半导体、集成电路、制药化工装备等行业。现阶段,国内外专家学者针对螺杆泵转子型线和工作过程做了大量研究工作,本课题主要从转子结构参数出发,通过理论计算、数值模拟和实验分析的方法研究转子对螺杆泵抽气性能影响的规律,探究不同类型的转子对泵内气体物性参数的影响,进而评价某种转子的结构特点和性能优势,为转子的设计理论提供参考和支撑,从而促进国内干泵产品的自主化设计。本文从螺杆转子设计原则出发,通过坐标变换及啮合原理对渐开线型转子的端面型线进行推导,得到详细的型线参数方程。利用MATLAB数值仿真分析平台实现转子参数化程序建模,以达到通过改变特征参数即可快速输出不同类型转子型线的目的。并根据实际产品的装配情况,计算了中心距不变的情况下不同内外径比下的转子容积利用系数的差异,同时讨论了渐开线基圆半径对端面型线的性能影响。此外,基于不同的轴面型线,针对等螺距与渐变螺距转子分析了转子级间泄漏通道的组成以及数学表达方法,为接下来级间气体的流动状态提供了计算基础。利用工程流体力学中的基本定律,将螺杆真空泵间隙泄漏简化为环形缝隙流及薄壁小孔模型处理,求得由于螺杆转子转动引起的压力流和剪切流总泄漏量表达式后,基于质量守恒及流量守恒推导出级间的物理参数控制方程,进而求解不同类型转子的级间压力分布及泄漏量大小,以实际产品相关参数为参考,计算并分析了不同间隙、内外径比、导程数量及转子展开方式引起的各级压力和返流量变化,以此来探究螺杆真空泵内气体物理参数的情况。此外,对不同返流方式引起的泄漏量进行讨论,分析在各级间的不同泄漏方式的占比情况。此外,基于Fluent,运用动网格技术进行螺杆泵内部流场的数值模拟,分析了其流场的分布情况,为螺杆泵工作时内部气体状态提供参考。在其他转子结构参数不变的情况下分别对不同间隙、不同导程数及不同展开方式的转子结构内部压力场进行分析。螺杆泵内部压力从进气端到排气端逐渐升高且明显呈梯度分布,级间存在返流现象,在排气侧的高压区该现象更严重;气体流速在泵腔内部分布较均匀,但在进排气口处速度更大并在进气口处速度最大,小间隙处存在气体流速突然增大的现象;内部温度逐级增大,温度最大处发生在排气侧。分析不同间隙下的内部压力情况,间隙的改变大幅度影响了极限压力和级间压力差,随着间隙的变小返流量变小,极限真空度提高并增大了级间的压力差,保证较高的排气压力抑制了排气时欠压缩现象。分析了不同导程数的内部压力情况,随着导程数的增多,级间压力分布更均匀,利于减小极限压力;此外,对比等螺距转子与变螺距转子内部压力场分布,可得等螺距在极限压力上有优势,而变螺距由于内压缩的存在排气更稳定。最后,开展了不同结构的转子对泵抽气性能影响的实验研究工作,设计了等螺距、渐变螺距与三段式螺距的螺杆转子,便于实现性能对比,控制各个转子的几何参数和抽气能力相同,并对其进行静态干涉与动态干涉检查,保证加工制造的可行性。并且依据实际工况施加温度分布和约束条件,对三种结构转子进行热-结构耦合分析,比较三种转子在稳定工作状态时的变形量情况,为三种转子的间隙设计提供参考和支撑。并基于真空干泵抽气理论实验平台,确定螺杆泵测试内容及针对抽气性能和内部温度的测试方法,提出在同一泵腔内实现多种结构转子的性能测量方案,并结合实际泵腔结构调整压力和温度的测试点的位置。围绕抽气压力曲线、功耗压力曲线及级间压力测试情况,分析不同的压缩方式对螺杆泵抽气性能影响。综上所述,本文对螺杆真空干泵不同类型转子的抽气性能进行了相关的理论分析,基于流体力学基本定理完成了级间压力和泄漏量的理论计算,通过Fluent数值模拟实现了对泵腔内部流场分布的分析,并利用干泵抽气理论试验平台,完成了渐变螺距转子螺杆泵的抽气性能实验,本文通过理论计算、数值模拟和实验验证的方式为螺杆真空泵的转子设计开发及内部气体状态研究提供了理论基础。