五柱塞往復(fù)泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-07-17 03:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，單位cm—焊縫系數(shù)，無(wú)焊接為1；c—考慮鑄造偏心及腐蝕的附加量c=～對(duì)灰鑄鐵，球墨鑄鐵等脆性材料，許用應(yīng)力可按抗拉強(qiáng)度選取,n對(duì)于普通鑄鐵=15MPa=150kgf/cm2，當(dāng)具有平衡工作條件時(shí)=25MPa，對(duì)高強(qiáng)度鑄鐵=2080MPa，對(duì)于球墨鑄鐵=6080MPa，對(duì)于碳素鋼= n為安全系數(shù)一般取23 。上述是只適用于溫度低于350攝氏度400攝氏度，超過該溫度要烤爐持久強(qiáng)度計(jì)算。取用碳素鋼。 為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)一般取23，帶入數(shù)值：D=18mm p=6MPa =1 c=～ mm ，得：=取7mm（材料Q235 其屈服極限=235MPa, n取3。）再根據(jù)強(qiáng)度校核公式，對(duì)于薄壁筒，σ=p[D1+(δc)]/[2(δc) ] kgf/cm^2，σ=400 kgf/cm^2=,式中符號(hào)意義同上。因缸體一般不焊接支管，所以=1.,代入數(shù)據(jù)退算出σ=,所以可以使用碳素鋼作為液壓缸的材料。從往復(fù)泵的性能可知，提高柱塞的往復(fù)次數(shù)，減少了泵的重量和體積。但是，隨著往復(fù)次數(shù)的增加，閥的速度以及閥質(zhì)量所引起的慣性力隨之增加，工作時(shí)容易產(chǎn)生撞擊，使閥的工作表面以及密封圈等在沖擊裁荷下遭受破壞。所以說閥的壽命也是影響提高往復(fù)次數(shù)的一個(gè)主要因素。因此，近年來對(duì)閥的工作理論，閥的結(jié)構(gòu)和閥的破壞機(jī)理等的都做了許多研究。閥通常是由閥座、閥板、彈簧、升程、升程限制器等零件組成。閥是靠作用在閥上、下液體的壓力差開啟，在彈簧壓力和閥盤、彈簧等的重量作用下關(guān)閉，閥主要有兩種型式，即彈簧自重閥和重量閥。閥的作用是輪流把泵的吸入管和排出管及時(shí)與液缸體相連或分隔開來，因此，要求閥的工作性能有：(1)在關(guān)閉時(shí)有較好的密封性。(2)閥的開啟和關(guān)閉及時(shí)，也即閥的動(dòng)作應(yīng)和活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)一致，不然，由于閥開啟關(guān)閉的滯后現(xiàn)象而引起漏損，降低容積效率。 (3)要求閥的工作平穩(wěn)，特別是閥在關(guān)閉時(shí)沒有嚴(yán)重的撞擊現(xiàn)象。(4)流體流經(jīng)閥時(shí)的阻力損失應(yīng)最小。(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，檢修方便。(6)有足夠的強(qiáng)度和剛度。閥的設(shè)計(jì)包括閥的主要性能參數(shù)的確定和零件強(qiáng)度的校核。由于閥的工作過程及其復(fù)雜，一般不能用簡(jiǎn)單的方法來反映其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因而，在實(shí)際研究過程中，把閥的運(yùn)動(dòng)作了簡(jiǎn)化而得到閥的計(jì)算公式。在進(jìn)行閥運(yùn)動(dòng)理論研究時(shí)，假設(shè)：（1)液體是不可壓縮的。（2)泵的零部件不會(huì)產(chǎn)生變形。（3)閥盤是無(wú)質(zhì)量的。（4)在吸入過程中液缸體是充滿的。（5)連桿為無(wú)限長(zhǎng)，故可忽略連桿長(zhǎng)度的影響。閥的工作原理如圖所示圖32閥的工作原理當(dāng)液體從閥座方向流入并且壓力達(dá)到一定程度時(shí)，閥板在液體壓力的作用下打開從而使液體流過，當(dāng)液體反向流過時(shí)，閥板在液體壓力作用下關(guān)閉從而使液體無(wú)法流過。泵閥的已知條件，泵的排壓P2=,缸數(shù)Z=5，活塞直徑D=20mm,活塞行程S=80mm,每分鐘往復(fù)次數(shù)n=200r/min,泵閥形式a=90度接下來液壓往復(fù)泵泵閥設(shè)計(jì)參數(shù)將有表格的形式列出： 表31 液壓往復(fù)泵泵閥設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容參數(shù)選擇及計(jì)算公式結(jié)果泵的排壓P2（kgf/）缸數(shù)Z5活塞直徑D（mm）20活塞行程S（mm）80沒分鐘往復(fù)次數(shù)n（spm）200泵閥形式a(度)90柱塞截面積A（cm^2） A =通過一個(gè)閥的流量 ()閥座孔最大瞬時(shí)流速 (cm/s)=150300150閥座孔直徑（cm）密封接觸面寬度b(cm)閥板厚度（cm）=(1/101/6)最大升程 (cm)=10/n=,，所以 =閥板直徑 (cm)密封面積接觸A（）閥板的重量 (g) (可查得γ=)5閥板的公斤質(zhì)量 (kg)實(shí)驗(yàn)系數(shù)K按阿道夫?qū)嶒?yàn)取允許關(guān)閉速度{ }(cm/s)，約等于24比值，當(dāng)量系數(shù)查圖325（a）， =系數(shù)K3系數(shù)連桿比r/l應(yīng)1/4,此時(shí)有往復(fù)泵設(shè)計(jì)手冊(cè)可得，=系數(shù)K1彈簧初始安裝力F0（g） (已知w=1/min,)系數(shù)彈簧剛度C（g/cm）彈簧最大工作力（g）閥上最大載荷 (g)彈簧中徑Dm(mm)按結(jié)構(gòu)選取彈簧曲度系數(shù)Kn查表32許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力查表35,（65Mn鋼）30鋼絲直徑dh(mm)Dh=(3剪切彈性模量G（kgf/）查表358000彈簧工作圈數(shù)i（圈） 彈簧總?cè)?shù) (圈)19彈簧節(jié)距t(mm)自由高度H（mm）安裝高度H（mm）H =H10F/C密封面比壓校核（kgf/cm^2） ={}=300800通過計(jì)算及校核可以得知，該泵閥符合要求。首先，柱塞應(yīng)具有良好的性能，第一，有足夠的剛度和強(qiáng)度；第二，表面光潔、硬度高，耐磨性好；第三，當(dāng)輸送腐蝕性介質(zhì)時(shí)，柱塞要有良好的耐蝕性。 柱塞分為實(shí)心和空心。直徑小而且重量輕的可以選擇采用實(shí)心；反之采用空心。本試驗(yàn)裝置尺寸較小，所以采用實(shí)心柱塞，便于加工。柱塞材料及技術(shù)要求機(jī)加工要求：(1)柱塞外圓的圓度允差不能低于GB118480所規(guī)定的6級(jí)精度，直線度要求不低于8級(jí)。(2)柱塞外圓表面應(yīng)光潔，不允許有凹痕，斑點(diǎn)，毛刺和劃痕（尤其是軸向劃痕），表面光潔度不低于▽8~▽9。(3)柱塞表面經(jīng)磁粉探傷不得有裂紋。柱塞密封是往復(fù)泵中重要的易損件之一。柱塞密封一般有壓緊式填料密封，自緊式密封和間隙密封等。對(duì)柱塞總的密封設(shè)計(jì)要求是：(1).密封可靠、泄露小，使用壽命長(zhǎng)；(2)摩擦、磨損小，消耗功率少；壓緊式填料密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換方便，成本低廉，適用范圍廣，對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸允許有軸向竄動(dòng)。但是對(duì)軸的磨損大，柱塞和填料之間的磨擦發(fā)熱消耗功率。另外，整個(gè)密封面較長(zhǎng)，摩擦面大，發(fā)熱量大，如散熱不良，則容易加快填料和柱塞之間的磨損，填料的使用壽命短。該處選擇壓緊式填料密封。4傳動(dòng)端主要零，部件的設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)往復(fù)泵傳動(dòng)端主要由機(jī)體，曲軸，連桿，十字頭等主要零部件組成。 機(jī)體是傳動(dòng)端主要部件之一，通常由機(jī)身，軸承蓋等主要零部件組成。主軸承座孔直徑Dz=75mm 往復(fù)泵在非常工作時(shí)，作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力有：作用在活塞（柱塞）上的液體壓力；運(yùn)動(dòng)構(gòu)件（包括活塞，活塞桿，十字頭，曲柄等）的慣性力；運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力；運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重力以及作用在曲軸上的驅(qū)動(dòng)力等；綜合《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》里對(duì)于單聯(lián)桿往復(fù)泵，作用于基礎(chǔ)上的除了本身的重量外還有自幼的往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力（離心力）及反力矩這些都是引起基礎(chǔ)振動(dòng)的原因。為了減小機(jī)組振動(dòng)，可采取如下措施：（1）合理的選擇結(jié)構(gòu)方案（適當(dāng)?shù)男褪?，?lián)數(shù)和曲柄間夾角）使得慣性力和慣性力矩在泵內(nèi)部分或全部平衡；（2）在曲拐上配置平衡重，平衡掉旋轉(zhuǎn)慣性力或部分往復(fù)慣性力；（3）設(shè)計(jì)合理的飛輪，限制曲柄角速度的變化范圍，減小慣性力矩；（4）設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)，限制機(jī)組的固有振動(dòng)頻率，避免共振或共振幅限制在允許范圍內(nèi)。表41曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析表名 稱計(jì)算公式或參數(shù)選擇備注（數(shù)據(jù)）曲柄轉(zhuǎn)角φ度0度，5度，10度…360度曲柄半徑r（m）r=S/r=0．04活塞（柱塞）行程S（m）S=2r每分鐘往復(fù)次數(shù)n（spm）200曲柄角速度w(l/s)活塞（柱塞）直徑D（m）連桿長(zhǎng)l(m)L=連桿長(zhǎng)λλ=r/l連桿長(zhǎng)按要求應(yīng)=活塞（柱塞）重量Gh(kgf)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得4十字頭重量G(kgf)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得10連桿重量Gg由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得30最大活塞力PP= ==曲柄銷直徑D（cm）D=（.2） =，取44主軸頸直徑D1D1==核算軸頸重疊度s/D(1)兩相鄰曲柄銷處（2）主軸頸與曲柄銷處（1）S/D=(Dr)/D(2) S/D=(D+r
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