泵軸的可靠性設(shè)計(jì)方法的探討(編輯修改稿)
2024-10-07 20:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)工況時(shí)，靜強(qiáng)度無(wú)論用第三或第四強(qiáng)度理論計(jì)算，強(qiáng)度富裕量都很大。但在零流量工況時(shí)，會(huì)因疲勞強(qiáng)度、撓度、及轉(zhuǎn)角達(dá)不到要求而失效。在設(shè)計(jì)工況時(shí)，會(huì)因扭轉(zhuǎn)角滿足不了要求而失效，如圖中虛線所示。 （五） 泵軸失效的因素及危險(xiǎn)斷面 在設(shè)計(jì)工況扭矩作用結(jié)果使扭轉(zhuǎn)角滿足不了要求，扭矩是設(shè)計(jì)工況泵軸失效的主要因 素。在圖 中，促使泵軸 C 點(diǎn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，引起口環(huán)磨損。在零流量工況，徑向力作用結(jié)果使軸的撓度過(guò)大，最大撓度及轉(zhuǎn)角發(fā)生在 C 點(diǎn)，這將引起密封環(huán)磨損加快，所以渦形體內(nèi)產(chǎn)生的徑向力是零流量工況泵軸失效的主要因素。如果泵長(zhǎng)期在零流量工況運(yùn)行，泵軸在圖 B 點(diǎn)處會(huì)引起疲勞破壞。 圖 泵軸示意圖 畢業(yè)論文 6 三、 試驗(yàn)情況 為檢驗(yàn)泵軸持久強(qiáng)度和剛度對(duì)泵運(yùn)行可靠性及效率的 影響，用 100CYZ— 65 泵（強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 ）在零流量和設(shè)計(jì)兩種工況作了試驗(yàn)。 表 100CYZ65泵兩種工況的強(qiáng)度、剛度計(jì)算 計(jì)算項(xiàng)目 用第三強(qiáng)度理論計(jì)算? （ MPa） 用第四強(qiáng)度理論計(jì)算? （ MPa） 扭轉(zhuǎn)角 n? （ rad） 撓度 f （ m） 轉(zhuǎn)角 w? ()? 疲勞強(qiáng)度 安全系數(shù) n?? 設(shè)計(jì)工況，n? 10?? 10?? 零流量工況，0Q? 10?? 10?? （一） 設(shè)計(jì)工況的扭轉(zhuǎn)角及持久強(qiáng)度試驗(yàn) 1. 扭轉(zhuǎn)角試驗(yàn) 泵軸在 C 級(jí)封閉試驗(yàn)臺(tái)上按以下方法進(jìn)行試驗(yàn)。每試驗(yàn) 100h 檢測(cè)一次葉輪與口環(huán)的間隙 ?? ，同時(shí)由控制臺(tái)測(cè)出其效率值 ? ，結(jié)果如圖 中 n? 曲線所示。 圖 扭轉(zhuǎn)角、撓度和轉(zhuǎn)角與口環(huán)磨損關(guān)系 畢業(yè)論文 7 2. 持久強(qiáng)度試驗(yàn) 對(duì)鋼來(lái)說(shuō)，軸經(jīng)受 710 次應(yīng)力循環(huán)后，如尚未斷裂，則可認(rèn)為再增加循環(huán)次數(shù)試件也不會(huì)斷裂。持久強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行了 260h 運(yùn)轉(zhuǎn)，一切正常。 （二） 零流量工況的撓度與轉(zhuǎn)角試驗(yàn) 試驗(yàn)方法與扭轉(zhuǎn)角的試驗(yàn)方法相同，結(jié)果如圖 中 f 、 w? 曲線所示。 （三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，由于扭轉(zhuǎn)角達(dá)不到剛度要求而引起振動(dòng)， 使口環(huán)在整個(gè)圓周上磨損。由撓度和轉(zhuǎn)角引起口環(huán)磨損的主要磨損位置是在與隔舌成 270 處實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析計(jì)算是一致的。 四、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與強(qiáng)度計(jì)算方法 （一） 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 泵的結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證泵流量從零到最大值時(shí)都能可靠地工作。因此，要求泵軸在扭轉(zhuǎn)和徑向力作用下，撓度不應(yīng)超過(guò)密封環(huán)內(nèi)的間隙值；扭轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)角不應(yīng)超過(guò)許用值。也就是說(shuō)，泵軸不僅要有足夠的強(qiáng)度，也要有足夠的剛度。在實(shí)踐中，泵軸滿足靜強(qiáng)度要求時(shí)，不一定能滿足剛度要求；而在滿足剛度要求時(shí)，則一定能滿足靜強(qiáng)度要求。因此，僅以靜強(qiáng)度 為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)是不合理的，必須以剛度條件為設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。 （二） 強(qiáng)度 計(jì)算方法 1. 扭轉(zhuǎn)角 泵軸設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)扭矩作用下的剛度條件確定最小軸徑，計(jì)算公式見(jiàn) （ maxn?— 最大扭轉(zhuǎn)角， maxnM — 最大扭矩）。 由表 知，扭轉(zhuǎn)角與軸功率、軸徑尺寸有關(guān)，圖 給出了相互關(guān)系曲線。當(dāng) d 值取在曲線上方時(shí)，均能滿足扭轉(zhuǎn)角的剛度條件。 畢業(yè)論文 8 表 按剛度條件確定軸徑的計(jì)算公式 扭轉(zhuǎn)角 由 ? ?m a xm a x 180nn pMGJ???? ? ? 得 m a x42m a x32 180nnMd G???? m ax 9549 sn NM n?（ N*m） ? (kW) N— 額定工況軸功率 （ kW） n— 泵軸轉(zhuǎn)速 （ r/min） G— 材料抗剪彈性模量， 取 108 10G?? (Pa) 432p dJ ?? （ 4m ） ??? 精密機(jī)器的軸 ??? =.025~ ??m?
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