【導(dǎo)讀】泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案的確定……………………壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理……………利用數(shù)字積分法，根據(jù)蝸殼內(nèi)速度矩守恒，確定出蝸殼八個斷面參數(shù)，并進(jìn)。最后對泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制了裝配圖和部分零件圖，并對軸進(jìn)行了強(qiáng)。鋼鐵、機(jī)械、造紙、建筑以及農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)田水利建設(shè)和石油化學(xué)等工業(yè)部門的迅猛發(fā)展中，對離心泵的需求越來越大。的清水或物理、化學(xué)性質(zhì)類。似于水的其他液體。驗(yàn)算泵的抗汽蝕性能；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，完成3000字專業(yè)文獻(xiàn)英譯漢。與葉輪的水力設(shè)計(jì)有緊密的關(guān)系。介質(zhì)的性質(zhì)：溫度小于80C?得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。對于一定C值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則rNPSH將增大，當(dāng)。該值大于所提供的裝置汽蝕余量aNPSH時，就會發(fā)生汽蝕。aNPSH或幾何安裝高度szH，計(jì)算汽蝕條件下所允許的轉(zhuǎn)速。經(jīng)驗(yàn)算可知，轉(zhuǎn)速1450nr?小于汽蝕允許轉(zhuǎn)速，符合要求。

　　

【正文】 應(yīng) 先確定徑向尺寸。 泵軸的具體型式見 附錄 圖紙 04。 裝配圖輪廓尺寸的初定 裝配圖是先定出輪廓線，葉輪中心線，葉輪流道，壓水室斷面，吸水室斷面，加上泵體壁厚，葉輪蓋板的厚度。 （ 1）確定葉輪蓋板厚度 根據(jù) [9]，由葉輪直徑確定蓋板厚度，如圖表 41所示 。 表 41 蓋板厚度 葉輪直徑（ mm） 100～ 180 181～ 250 251～ 520 520 蓋板厚度（ mm） 4 5 6 7 本設(shè)計(jì)葉輪直徑為 250mm ，因此蓋板厚度取為 5mm 。 （ 2）蝸室壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算 蝸室的幾何形狀復(fù)雜，而且受力后產(chǎn)生的應(yīng)力更加復(fù)雜。由 [10]蝸室壁厚的計(jì)算公式為： ? ??HHQSS cq ?? ??? sscq nnS 式中 ： cqS —— 當(dāng)量厚度； ??? —— 許用應(yīng)力 )/( 2cmkg ； 鑄鐵 ? ? 2/150~100 cmkg?? ； 鑄鋼 ? ? 2/250~200 cmkg?? 。 本設(shè)計(jì)材料采用鑄鐵，有： 32 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1545 0 . 0 0 8 4 1 8 6 7 . 2 1 7 . 0 7186cqS ? ? ? ? ? 0 . 1 1 1 2 01 7 . 0 7 0 . 5 410020S c m? ? ?，取 6S mm? 。 （ 3）吸入室壁厚 一般情況下，吸入室壁厚比蝸室壁厚要略低一些，但本設(shè)計(jì)的吸入室徑向尺寸很大，為了達(dá)到強(qiáng)度 要求，可取吸入室壁厚與壓水室壁厚相等， 即： 6S mm?吸 。 在完成了上述基本設(shè)計(jì)計(jì)算后，把所選擇的零件畫到相應(yīng)位置上，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，以減少制造成本，提高設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性，同時便于制造、組裝。 33 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 強(qiáng)度計(jì)算 在泵的 運(yùn)行過程中 ，離心泵 每個 零件 都 承受各種外力作用， 這些力的作用可能使得 零件產(chǎn)生變形 甚至 破壞。 一般把零件抵抗變形的能力叫剛度，把零件的抗破壞的能力叫強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)離心泵零件的時候，應(yīng) 考慮到 使零件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵的運(yùn)行可靠性和安全性。從這 個角度考慮， 就要把零件 尺寸 做得大些， 用更 好的材料 ，但是從經(jīng)濟(jì) 性 角度考慮， 則應(yīng)該盡力讓 零件小些，材料 的使用 更加經(jīng)濟(jì) 合理 ，以減輕材料重量，降低成本。如何解決這一矛盾，這就要合理確定泵的零件尺寸及材料，既滿足泵零件強(qiáng)度 和 剛度的要求 ，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益， 這就是 強(qiáng)度計(jì)算的目的 。 葉輪、軸套等零件都套在軸上，并同軸一起等速旋轉(zhuǎn)，軸的強(qiáng)度對泵的運(yùn)行可靠性及使用壽命都有影響。所以，對泵軸的強(qiáng)度的校核是十分重要的。 泵軸的強(qiáng)度校核 泵軸的自重和套在軸上的葉輪，軸套等零件的重量，轉(zhuǎn)子的徑向力，葉輪平衡后的剩余不平衡所引起的離心力 都會使泵軸彎曲。因此，泵軸是在彎矩、扭矩和軸向力的聯(lián)合作用下工作的。軸強(qiáng)度的精確計(jì)算就是軸在扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸聯(lián)合作用下的強(qiáng)度計(jì)算。 ： （ 1）徑向力 對于臥式泵轉(zhuǎn)子的重量是徑向力（包括軸的重量和軸上零件的重量）；由于沿葉輪外緣壓力分布不均而產(chǎn)生的作用在葉輪上的徑向力，即附加徑向力；由于葉輪及聯(lián)軸器不可能絕對的靜平衡，殘余不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力。 作用在泵軸上的載荷，除了轉(zhuǎn)子的重量外，其余皆與泵的運(yùn)行工況有關(guān)，通常只計(jì)算設(shè)計(jì)工況時的，此時的附加徑向力為零。 6 2114B i iG d l??? ? 式中 ： id —— 軸各小段的直徑 ()m ； il —— 軸各小段的長度 ()m ； ? — — 泵軸材料的密度，取 10 /kg m? ?? (3 13)Cr ； 34 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 2 2 22 2 2 2 221 10 ( 5 72 4 3 54 8 8 5 6 3 6 1 3 1 8 8 1 ) BGkg?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 葉輪的形狀不規(guī)則，在計(jì)算具體不規(guī)則部分時可以分成若干的小部分，然后采用近似的規(guī)則圖形近似計(jì)算總的質(zhì)量。 a)求葉片質(zhì)量計(jì)算 葉片的質(zhì)量時將葉片簡化為一個厚度均勻的長方體，如圖 51 所示葉片的厚度可按下式估算： 圖 51 葉片簡化圖 葉片的厚度可按下式估算 2 204 . 5 0 . 2 9 8 2 . 4 4 8 ( )6HS K D m mz? ? ? ? ? 式中： K —— 系數(shù)，對于本設(shè)計(jì)取為 ； 2D —— 葉輪的外徑 ()m ； H —— 單級揚(yáng)程 ()m ； 則全部葉片的質(zhì)量為 ： 36 0. 15 0. 01 4 0. 00 27 5 7. 75 10 0. 26 82aF k g? ? ? ? ? ? ? b)計(jì)算前蓋板質(zhì)量 根據(jù)葉輪前蓋板形狀，將其簡化為厚度均勻的圓環(huán)。厚度 5S mm? ，考慮到前蓋板有彎曲，可以適當(dāng)縮小圓環(huán)內(nèi)徑，具體尺寸見圖 52所示。 2 2 30 .1 55 .7 0. 02 4 0 .0 05 7 .8 5 10 2. 88bF k g?? ? ? ? ? ?（ ） 35 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 52 前蓋板圓環(huán) c)計(jì)算后蓋板質(zhì)量 根據(jù)裝配圖相關(guān)尺寸，并將后蓋板簡化為一個圓環(huán)和一個套筒，計(jì)算后蓋板質(zhì)量如下： 2 2 2 2 3( 0 .0 8 2 1 0 .0 2 5 ) 0 .0 0 9 ( 0 .0 6 7 6 0 .0 5 7 6 ) 0 .0 1 7 .7 5 1 0 1 .6 4cF k g????? ? ? ? ? ? ? ? ??? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇凸緣聯(lián)軸器型號為 GYD6(GB584386)重量 ，公稱轉(zhuǎn)矩為 100Nm 。 ? 式中： RF —— 徑向力 ()kg ； H —— 揚(yáng)程 ()m ； 2D —— 葉輪出口直徑 ()m ； 2B —— 葉輪出口寬度（包括兩蓋板厚度） ()m ； ? —— 液體重度 3( / )kgm ,水的重度為 31000 /kg m k —— 徑向力系數(shù)，由下式確定。 徑向力系數(shù)計(jì)算公式如下： ?????? ?? 239。 )( K 式中： Q —— 設(shè)計(jì)流量； 39。Q —— 實(shí)際流量。 經(jīng)計(jì)算 39 .8 1 0 .3 6 2 0 0 .2 9 8 0 .0 4 2 1 0 8 9 0 .4 3RFN? ? ? ? ? ? ? 36 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力 葉輪半徑 106R mm? ，最大半徑上的不平衡重量 gGc 10? 。彈性塊聯(lián)軸器是標(biāo)準(zhǔn)件，可認(rèn)為是靜平衡的。 葉輪不平衡重量所產(chǎn)生的離心力 CF 為： 9 2 9 21 .1 2 9 .8 1 0 1 .1 2 9 .8 1 0 1 0 1 4 5 0 1 5 0 3 4 .6CcF G n R N??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）軸傳遞的扭矩 39。33 3 2 . 39 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 1 2 . 7 6 7 4 . 71450n NM N m N mn? ? ? ? ? ? ? ? 式中： 39。N —— 配套功率； n —— 泵的轉(zhuǎn)速； 39。 9 . 8 4 0 0 2 01 . 2 3 2 . 31 0 0 0 0 . 8 1 3 6 0 0 1 0 0 0QHN K N K k W? ? ??? ? ? ? ??? 式中： K —— 工況變化系數(shù)， ~ ? ，此次設(shè)計(jì)取 ? 。 （ 3）軸向力 1A （向左）的計(jì)算 計(jì)算軸向力時，可按如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行： ? ? ? ?44 222 2 2 20 21 0 02 8 4 2hp h hRR RA H R R R R? ? ??? ???? ? ? ? ????? 其中 2222 2 9 . 8 1 2 22 2 1 82 2 2 2 . 6 1TpT gHH H mu ?? ? ? ? ?? 帶入得： ? ? ? ?? ? ? ?2 4 4 22 2 2 2021 0 02 4 4 22 2 2 228 4 22 3 .1 4 1 0 0 0 1 5 1 .7 9 5 0 1 5 03 .1 4 1 8 9 5 0 1 0 0 0 9 .8 1 9 5 08 4 25 0 0 4 .0 1 1 4 6 8 .2 4 3 5 3 5 .7 6hp h hR R RA H R R R RN? ? ??? ???? ? ? ? ???????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???????? 2A (向右 )的計(jì)算 ? ?210tA Q V N??? 式中：1 204tQVD?? /ms； 37 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 則： 22 224 1 0 0 0 4 0 0 1 7 7 . 0 93 . 1 4 0 . 2 9 8 3 6 0 0AN??? ? ? ? 總的軸向力 12 353 177 .09 335 A A N? ? ? ? ?，方向向左。 2．軸不同斷面上的 扭矩、彎矩、軸向力的計(jì)算 。 圖 53 泵軸的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)，將泵軸簡化為一簡支梁，并考慮其最危險情況，降所有力移至左右兩端。計(jì)算出 ? ， ?? 。作出泵軸不同斷面上的扭矩圖、彎矩圖、剪力圖，如圖 53所示。 3．強(qiáng)度校核 由圖 53 可 看出，最危險斷面是泵軸的 B 斷面，即靠近葉輪的軸承所在斷面。 2( / )wwM N cmZ? ? 式中： w? —— 彎曲應(yīng)力 2( / )N cm ； M —— 所計(jì)算斷面的彎矩 ()Ncm ； 38 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 wZ —— 抗彎截面系數(shù) )( 3cm 。 對于無鍵槽的實(shí)心軸 , wZ 可用下式計(jì)算： )(32 33 cmdZw ?? 式中： d —— 軸的直徑 ()cm 。 即 3 36 2 1 .1 9 5 ( )32wZ cm? ??? 212B A B B A BM qL F L?? 得： 1 4 0 5 2 .2 2BM N cm? 21 4 0 5 2 .2 2 6 6 3 ( / )2 1 .1 9 5w N cm? ?? 2( / )l F N cmA? ? 式中： l? —— 拉應(yīng)力 2( / )N cm ； F —— 所計(jì)算斷面的軸向力 ()N ； A —— 所計(jì)算斷面的面積 )( 2cm 。 2 2 26 2 8 .2 644A d cm??? ? ? ? 21 8 8 .4 6 .6 7 ( / )2 8 .2 6l N cm? ?? 2( / )ttM N cmZ? ? 式中： ? —— 切應(yīng)力 ()Ncm ； tM —— 所計(jì)算斷面的扭矩 ()Ncm ； tZ —— 所計(jì)算斷面的扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù) )( 3cm 。 對于無鍵槽的實(shí)心軸： 33 36 4 2 .3 9 ( )1 6 1 6t dZ cm?? ?? ? ? 25084 2 1 4 .3 ( / )4 2 .3 9 N cm? ?? 39 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 按第四強(qiáng)度理論，折算應(yīng)力為： 2 2 2 2 2( ) 3 ( 6 .6 7 6 6 3 .0 2 ) 3 2 1 4 .2 3 6 4 .1 9 ( / )d w l k g c m? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 軸材料的安全系數(shù) n 為： ? ?nn ds ???? 式中： s? —— 軸材料的屈服極限 )/( 2cmkg ； ??n —— 軸材料的許用安全系數(shù)。 軸材料為 45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 得 : 22129 50 ( / ) , 25 50 ( / )s k g c m k g c m?? ??? 則12950 ??? ??，查得 8?n 。 安全系數(shù) 2950 1 836 9n ? ? ? 則該泵軸滿足強(qiáng)度要求，同時也滿足疲勞強(qiáng)度要求，是安全的。 鍵的強(qiáng)度計(jì)算 在泵中一般采用普通平鍵連接，在軸頸尺寸確定后，如果按照國家標(biāo)準(zhǔn)選擇鍵，則不需要進(jìn)行校核，對于非標(biāo)準(zhǔn)件，必須進(jìn)行校核，為了穩(wěn)妥起見，這里對聯(lián)軸器處的鍵都進(jìn)行校核。 普通平鍵屬于靜連接，主要失效形式有兩種：鍵在所傳遞的扭矩作用下，由于剪應(yīng)力和工作面上的擠壓應(yīng)力的作用，鍵被剪斷或者工作面被壓壞。 聯(lián)軸