【正文】 立通過分析易碎材料受集中力進(jìn)行校核。測試的樣本為塊狀氧 化鋁的靜負(fù)荷，其尺寸為 。光學(xué)測量裝置如圖 1 所示，樣本表面的靜載荷是由直徑為 2 毫米鋸齒狀的物體加載的。靜載荷裝置外形詳見圖 b。靜載荷由零開始慢慢的增加作用在滑移托架上，快速錄象的攝象機(jī)可以記錄 u 和的光波條紋的微量變化。圖二是一個(gè)典型的網(wǎng)狀的有限元分析的模型，有 2548和節(jié)點(diǎn)和 1863個(gè)元件組成。用有限元分析建立的網(wǎng)狀模型僅僅反映了樣本的表面的一部分。但數(shù)量并未增多。圖 6（ a）和（ b）中，表示的是處在 牛靜載荷下氧化鋁的表面的變化的等高線，每個(gè)等高線表示的是在 u區(qū)域內(nèi)位移為 化。如圖7 所示，表明的是集中載荷的作用力，集中力 P 作用在一個(gè)圓柱體的坐標(biāo)內(nèi)。對于這個(gè)小單元體的前表面的位移用 7式表示，它的前表面被分成 75100 的細(xì)網(wǎng)狀，在每個(gè)小個(gè)格用 x 和 y 建立笛卡爾坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。圖 9 表明對于聚碳酸酯樣本當(dāng)載荷由 0 牛到 牛的變化時(shí)的光波波紋的變化。最大的位移區(qū)大約是 834106 毫米，這里 有兩條光波波紋來描繪。然而，分析結(jié)論所得的位移小于有限元分析所得的，同樣也小于實(shí)驗(yàn)所得的相應(yīng)的區(qū)域，在圖 8 a 所示的在 u 區(qū)域內(nèi)的位移大約是圖 11 所表示的實(shí)驗(yàn)和有限元分析的 ，如圖 8（ b）所示在 v 區(qū)域內(nèi)的位移大約是如圖 6（ b）所表示的有限元分析和實(shí)驗(yàn)所得的到，在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)位移的不同可能應(yīng)歸于無窮大的物體同有限元模型和實(shí)驗(yàn)的邊界條件的不同，例如，在實(shí)驗(yàn)和有限元建立的模型中，樣本的兩側(cè)是沒有支撐的，在無窮大大的模型中，樣本是由臨近的物體支撐的，可以防止 v 區(qū)域內(nèi)的變形，在分析的結(jié)論的中可以看出較小的位移，另一個(gè)很重要的要素是由于在分析的模型中是集中的載荷作用其中心而不是像有限元和實(shí)驗(yàn)中的是逐漸的增大壓力。陶瓷材料的位移小于聚合體的位移，因?yàn)樘沾刹牧陷^為堅(jiān)硬。對于聚碳酸酯樣本 在實(shí)驗(yàn)中利用光波干涉測量法得出的結(jié)論與有限元分析的結(jié)論一致，對于陶瓷的樣本來說，當(dāng)載荷由 1 牛到 62 牛的過程中變化的時(shí)候光波條紋沒有變化，這是由于陶瓷材料的剛性較好，通過實(shí)驗(yàn)和有限元分析的方法可以發(fā)現(xiàn)有限元建模的分析方法是可以推斷出靜載荷作用在聚碳酸酯和氧化鋁的樣本下。 概要和結(jié)論 通過利用干涉測量 法 和有限元對聚碳酸酯和氧化鋁的樣本處在集中靜載荷狀態(tài)下的分析，并且實(shí)驗(yàn)中二者的邊界條件是相同的，同樣也是利用一個(gè)固定的方案進(jìn)行分析，這些條件下并根據(jù)光波的原理從而得出的結(jié)論。圖 4（ a）和（ b）分別是在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)實(shí)驗(yàn)所得的光波波紋圖，圖 6 a 和（ b）是有限元分析氧化鋁所得的曲線，圖 4 a 和（ b）是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)載荷由 0 牛到62 牛的時(shí)候，在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)的的光波條紋的數(shù)量是一個(gè)恒量，如圖 5 b 所示的有限元分析的在 v 區(qū)域內(nèi)的等高線，處在 牛載荷下的最大位移是 毫米，仍然小于所描繪的 干涉 條紋位移的 417106 毫米，如圖 5 a 所示在 u 區(qū)域內(nèi)的處在 牛載荷下的最大位移是 7106 毫米，同樣也小于干涉條紋的位移的數(shù)值，對在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)的有限元和實(shí)驗(yàn)分析的位移進(jìn)行比較 ，二者吻合。 對聚碳酸酯樣本 v 區(qū)域內(nèi)的實(shí)驗(yàn)和有限元分析得出的位移線進(jìn)行比較，如圖 11（ a）中表示的是網(wǎng)狀物質(zhì)的位移線，圖 11（ b）表示的是有限元分析預(yù)測的的曲線，它是關(guān)于樣本的中心線對稱畫出來的，在最下面 v 區(qū)域內(nèi)的位移為零，最大的位移處在載荷點(diǎn)或者是邊緣的中心處，最大的位移在實(shí) 驗(yàn)中和有限元建摸分析中大約有 5000106 毫米，同樣在實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)論和有限元分析預(yù)測的結(jié)果有一個(gè)很明顯的相似區(qū)域，通過比較說明二者表示的相吻合。當(dāng)干涉圖與滿載荷狀態(tài)下的波紋圖相符 合時(shí)，那條光滑的曲線也是應(yīng)被考慮的，繪圖軟件可以利用運(yùn)算法則畫出不規(guī)則的網(wǎng)狀物位移的變化曲線，這條曲線關(guān)于中心線對稱，如圖 10（ b）表示的是 u 區(qū)域內(nèi)的利用有限元分析預(yù)測的聚碳酸酯在 牛靜載荷條件下的位移曲線，在圖 10（ a）中，樣本的 u 區(qū)域內(nèi)位移曲線關(guān)于中心線對稱，沒有與對稱線重合的。 以有限元分析作指導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)的位移的變化相對照，首先是分析實(shí)驗(yàn)的所記錄的光波波紋的變化，然后將實(shí)驗(yàn)所得的光波波紋圖象與有限元分析的相比，可以發(fā)現(xiàn)，在圖 3 中，在剛開始的時(shí)候在 u 和區(qū)域內(nèi)的光波波紋是存在的。 在圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，用 u, ,w 分別表示在 r, z 軸上的位移。這也就意味著處在 牛的載荷作用下的氧化鋁的變化量特別的小在目前光學(xué)實(shí)驗(yàn)的測試中。在圖 5 中描繪的曲線反映的是在同樣的位移中（ 417106 毫米）一個(gè)干涉條紋級次的劃分情況，同樣反映了在一個(gè)干涉條紋級次的不同光波波紋的樣式。我 們可以發(fā)現(xiàn)最開始的時(shí)候在 u 和區(qū)域內(nèi)都在 0 牛負(fù)荷的條件下。一個(gè)組織結(jié)構(gòu)為三維的立體元件（固體 45）被用來測量樣本和齒狀部分的聯(lián)系。利用幾何的對稱性，來確定樣本的模型。全部的載荷數(shù)值可以有測壓元件很快地讀出來，如圖 d 所示。由于這是一個(gè)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，所以只需要一個(gè)攝象機(jī)就能夠完成拍攝光波條紋的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)的具體細(xì)節(jié)可在 Guo 和 Ramulu（ 1991997）。在磨料水射流的噴嘴處有一個(gè)直徑 毫米的孔和內(nèi)徑為 毫米的硬質(zhì)合金管子。這就足有力的證 明了實(shí)驗(yàn)與有限元分析的可靠性。解決問題的一種方法是利用數(shù)字模擬的分析方法（ Kobayashi,1987） ,這種方法是被用來研究脆性金屬受到磨料水射流穿透作用下的受力狀態(tài)（ Guo,1998）。在數(shù)字化和實(shí)驗(yàn)的技術(shù)相結(jié)合的條件下推定待測的物質(zhì)與磨料水射流鉆孔時(shí)的漿柱之間的聯(lián)系而得出結(jié)論。～ 40176。考慮磨損和防堵塞 ,一般葉片進(jìn)口邊的厚度取稍厚。 葉片數(shù) 固液兩相流泵大都采用較少的葉片以減少磨損，一般 Z 4～ 葉片數(shù)都對泵性能有很大影響，兩者之間有密切聯(lián)系?！?30176。對切削磨損要求材料硬度高，對疲勞磨損則要求材料韌性好，因此理想的耐磨材料應(yīng)該是同時(shí)具有很高的硬度和韌性，但實(shí)際中往往是矛盾的。當(dāng)然，過分加長流道將增加流道的壁面磨擦損失，反而不利于效率 的提高。 分層效應(yīng)與葉片的吸力邊、壓力邊的速度差有關(guān)，即與葉片上的載荷有關(guān)。 1。 在安裝時(shí)應(yīng)注意使填料環(huán)對準(zhǔn)水封孔，以免填料堵死水封孔，使水封失去作用。一般輸送液體的溫度低于 250oC ，壓力小于 10 公斤 /厘米 2 ，最大壓力不超過 18 公斤 /厘米 2，軸或軸套外圓最大線速度不超過 25 米 /秒。在設(shè)計(jì)中，本人采用填料密封，填料密封是一般離心泵的常用的密封機(jī)構(gòu)，一般由填料套，填料環(huán)，填料，填料壓蓋，長扣雙頭螺栓和螺母組成，靠填料和軸（軸套）的外圓表面接觸來實(shí)現(xiàn)密封，軸封的嚴(yán)密性可以用松緊填料壓蓋的方法來調(diào)節(jié)，如果填料壓的太緊，雖然可以減少泄露，但填料與軸套的摩擦損失會(huì)增大，降低 填料和軸套的壽命，嚴(yán)重時(shí)造成發(fā)熱，冒煙，甚至將填料與軸套燒毀；如果將填料壓得太松， 則泄露量增大，甚至能因泄露過多或者大量空氣經(jīng)填料密封進(jìn)入離心泵而使泵無法正常工作。在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生的問題是軸封部件，軸承潤滑部件和冷卻部件，如果對這些部件的選用不當(dāng)，輕者離心泵不能 工作后者使離心泵燒毀，重者引起嚴(yán)重的事故（如易燃、易爆、有毒液體由軸封部件中泄露出，引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故）。因此，不斷的提高離心泵的零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度一直是 泵行業(yè)的一項(xiàng)重要工作，現(xiàn)在，托架、支架填料環(huán)、填料套、軸承架、聯(lián)軸器等零件都有了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和系列標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的不斷提高。對耐腐蝕性泵運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析表明，純屬泵性能方面的問題的僅占總 事故的 % ，其他都屬于材料的選用問題以及主要零部件的選用問題和制造精度問題。 M 580 7200, 所以鍵滿足剪切應(yīng)力的要求。 按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核 軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用的最大的瞬間時(shí)載荷來校核，靜強(qiáng)度校 核時(shí)強(qiáng)度的條件是： Ss 式中 ――危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度安全系數(shù) Ss ――按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)，對于中等塑性材料， Ss ～ ――只考慮彎曲時(shí)的安全系數(shù) ――只考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù) ， 式中 ，――材料的抗彎和抗扭屈服極限，其中 （ ～ M , T ――軸的危險(xiǎn)截面上所承受的最大彎矩和最大扭矩（ N?m） ， S ,故滿足要求。 由于渦室的形狀不規(guī)則，很難的計(jì)算渦室的內(nèi)應(yīng)力，現(xiàn)推薦下列公式： S Scq 式中 S ――渦室壁厚（厘米） [] ――許用應(yīng)力 （ MPa），在上式中，鑄鐵的使用應(yīng)力 100～～++ ++ S Scq 由于考慮渣槳泵的耐磨性，可以將渦室壁厚取為 10mm . 泵軸的校核 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 軸的扭轉(zhuǎn)條件為： []R Mpa 式中 ――扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ Mpa） T ――軸所受的扭矩（ Nm） WT ――軸的抗扭截面系數(shù)（ mm3） N ――軸的轉(zhuǎn)速 （ r/min） P ――軸傳遞的功率（ Kw） d ―― 計(jì)算截面處軸的直徑（ mm） 查 45 號鋼的許用應(yīng)力 []R 30Mpa 則 Mpa 30Mpa,所以泵軸滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的要求。所以，渦室除了應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性以外，為了 保證運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，還必須有足夠的剛度。 葉輪的直徑為 300mm ，考慮到渣漿泵的耐磨性，可取蓋板的厚度為 10mm . 表 4― 1 葉輪蓋板厚度表 葉輪直徑（ mm） 100～～～ +1 +1 所以選葉片的厚度符合強(qiáng)度要求 輪轂強(qiáng) 度的計(jì)算 對于一般離心泵，葉輪和軸是動(dòng)配合，大型鍋爐給水泵和熱油泵等產(chǎn)品，葉輪和軸是靜配合，為了使輪轂和軸的配合不松動(dòng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由離心力產(chǎn)生的變形應(yīng)小于軸和葉輪配合的最小公盈，在葉輪輪轂處有離心力所引起的應(yīng)力變形可近似地按照下面公式計(jì)算： D Dc 式中 E ――彈性模數(shù)（ MPa），對于鑄鐵 E Dc ――葉輪輪轂平均直徑（厘米） ,Dc 6cm D ――由離心力引起的葉輪輪轂直徑的變形（厘米）， D 應(yīng)小于葉輪和軸配合的最小公盈 min ,即 D〈 min D Dc 106 葉輪與軸配合的最小公盈 min ,符合條件。為了提高泵的使用性能和壽命，應(yīng)該盡量使這些尺寸大些，但另一方面，在實(shí)際中，又希望泵的零件盡可能的小，而且成本低，所以在設(shè)計(jì)的過程中， 要滿足這兩方面的矛盾，合理的確定離心泵的零件的尺寸和材料，這樣既滿足要求，又可以合理的使用材料的。 第 4 章 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算 引言 對于離心泵的零件，特別是對過流部件來說，耐汽蝕、沖刷化學(xué)腐蝕和電腐蝕也是十分重要的。 通過分析軸向力產(chǎn)生的原因及理論計(jì)算方法，闡明了要從理論上準(zhǔn)確計(jì)算離心泵的軸向力在目前還是可能的。第二種方法需要一定的附加功率，此附加功率并不隨時(shí)間變化，對輸送含有固體雜質(zhì)的流體的流體來 說，這種方法比第一種方法更為經(jīng)濟(jì)而有效。著兩種方法都會(huì)增加容積損失。所以，最好的辦法是用水力方法來平衡部分或者是全部軸向力。對于懸臂式葉輪，由于吸入壓力與大氣壓力不同而引起軸向力，其方向視具體情況而定，對于立式離心泵，轉(zhuǎn)子的重量也是軸向力的組成部分。同時(shí)，液流對葉輪的前后蓋板以及暴露于液流中的轉(zhuǎn)子其他部分均會(huì)產(chǎn)生力的作用，泵腔中運(yùn)動(dòng)流體對轉(zhuǎn)子壓力分布的積 分結(jié)果表現(xiàn)為對轉(zhuǎn)子的一個(gè)很大的作用力，此力消除了徑向分量，還有軸向分量。 分析泵內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)，應(yīng)在流體力學(xué)一般原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并考慮有關(guān)技術(shù)科學(xué)的部門，如水輪機(jī)、航空、 壓縮機(jī)以及其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)研究成果，葉片泵的理論基礎(chǔ)是直接由流體力學(xué)的基本原理推演出來的規(guī)律。因此，消除徑向力和減輕徑向力對軸的作用的十分必要的。二是由于流道壁面附近的許多固體顆粒的長期反復(fù)沖擊而造成的疲勞損傷。水泵中由于流體的機(jī)械作用而造成的磨損可以分為三類：一是流體中所含固體顆粒的 沖擊造成的摩擦損傷，二是汽蝕損傷，三是損傷和腐蝕共同作用而造成的損傷。為了保證泵的性能，隨著要求輸送濃度的增加，護(hù)套斷面的尺寸應(yīng)加大，以減小護(hù)套的流速和阻力，如果護(hù)套的寬度不變，需要加大徑向尺寸，加大量又所輸送的渣漿性質(zhì)定，渣漿的腐蝕性越強(qiáng)，徑向尺寸越大，反之越小。 圖 2― 2 泵體斷面圖 螺旋形渦室斷面尺寸標(biāo)注法： 圖 2― 3 螺旋形渦室斷面 （ 6）護(hù)套的設(shè)計(jì) 護(hù)套的斷面形狀：由于葉輪出口處較寬、前后蓋板厚度較大，加之有背葉片，也就決定了護(hù)套的進(jìn)口寬度較大。 作擴(kuò)散管部分。 在軸面上依次作出第Ⅶ、Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ斷面，方法同上，在作圖時(shí)應(yīng)使渦室各斷面的徑向高度和修圓的半徑有規(guī)律的變化。 做出軸面圖的寬度，并以此 寬度作梯形，使等腰梯形面積大于 VⅧ斷面面積。 （ 5）螺旋形