【導讀】5離心泵結構設計及部分零件的強度校核....

　　

【正文】 點，就是第二段圓弧的圓心，圓心到Ⅱ點或Ⅲ點的距離就是第二段圓弧半徑。這樣形成的第二段圓弧顯然與第一段圓弧相切于Ⅱ點，且通過Ⅱ，Ⅲ兩個點，符合要求，與求第二段圓弧類似，可以作出五段圓弧。 擴散管的繪制參考文獻 [2]P774 頁有關尺寸標注進行繪制。 5 離心泵結構設計 及部分零件的強度校核 離心泵結構特點 本次設計的 IS125100250 離心泵為一臺單級單吸橫軸離心泵，它的葉輪由葉輪螺母、止動墊圈和平鍵固定在泵軸的左端。泵軸的另一端用以裝聯(lián)軸器，以便實現(xiàn)動力拖動。為防止泵內(nèi)液體沿泵軸穿出泵殼處的間隙泄露，泵在該間隙處皆設有軸封。離心泵采用的是填料式軸封，它由軸套、填料、填料環(huán)和填料壓蓋等組成。泵工作時，泵軸用兩個單列向心球軸承支撐著轉動，從而帶動葉輪在泵體和泵蓋組成的泵腔內(nèi)旋轉。 IS 泵的泵腳與泵體鑄為一體，軸承置于懸臂安裝在泵體上的懸架內(nèi)。因此，整臺泵的重量主 要由泵體承受。 IS型泵的泵殼屬端蓋式泵殼，即它的泵殼由泵體和位于泵體一端的泵蓋組成，且泵體與泵蓋間沿與泵軸心線垂直的剖分面剖分。由于 IS泵的泵蓋位于泵體后端，只要卸開連接泵體和泵蓋的螺栓，葉輪即與泵蓋和懸架部件一起從泵體內(nèi)拆出。再加上泵吸入口和壓出口皆在泵體上，泵又采用了加長聯(lián)軸器與電機直聯(lián)。因此， 29 檢修時不用拆卸吸入管路和壓出管路，也不必移動泵體和電動機，只需拆加長聯(lián)軸器的中間連接件，即可拆出泵轉子部件。 葉輪 葉輪在泵體內(nèi)懸臂安裝在主軸的一端，與軸采用鍵連接方式。 泵體 泵體也稱 泵殼，它是泵的主體，蝸殼就是它的一部分，起到支撐固定的作用，并于安裝軸承的懸架相連接。 泵軸 泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接，將電動機的轉矩傳給葉輪，所以它是傳遞機械能的主要部件。 軸承 軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構件，本次設計采用兩個深溝球軸承，采用油潤滑。加油時應注意，太多油要沿泵軸滲出并且飄濺，太少軸承又要過熱，燒壞造成事故。在泵運行過程中軸承最高溫度在 85176。，一般運行在 65176。左右，如果高了就要查找原因并及時處理。 密封環(huán) 密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間 隙過大，會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低。間隙過小，會造成泵殼摩擦產(chǎn)生損失。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，延長葉輪和泵殼所使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外緣結合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在 左右。 填料函 填料函主要由填料、填料環(huán)、填料壓蓋、水封管等組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流流到外面來，也不讓外面的 30 空氣進入到泵內(nèi)，始終保持泵內(nèi)的真空。當泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管注水到填料環(huán)內(nèi)使填料冷卻，保持泵的正常運行。 部 分零件的強度計算與校核 最小軸徑的計算 在設計泵的結構時，應首先考慮泵軸的結構設計。由于泵軸上所裝的零件不同就決定了泵的不同軸徑系列，同時考慮到泵軸的加工工藝，又需要設計各種退刀槽、倒角、倒圓等，同時，軸的軸向尺寸是由零件裝配尺寸，以及零部件之間所需尺寸所決定的。因此泵的設計只能是先確定軸的徑向尺寸。 葉輪、軸套等都在套在軸上，并同軸一起等速旋轉。軸的強度和剛度，對泵的運行可靠性和使用壽命有很大影響，所以，對泵的強度、剛度的校核是十分重要的。 泵軸是在彎矩和扭矩聯(lián)合作用下工作的，通常以彎矩和扭矩 聯(lián)合作用來校核軸的強度。 最小軸徑一般發(fā)生在聯(lián)軸器或者裝配葉輪處。 ⑴最小軸徑的校核 見前面的計算，我選擇的是通用軸，特選了 40 軸。 由于在最小軸徑處挖鍵槽，將對軸的強度產(chǎn)生影響，需將軸徑適當增大，增大情況可按下列兩種情況進行： ① 100d mm? 時，挖一個鍵槽，軸徑增大 3%；兩個鍵槽，軸徑增大 7%； ② 100d mm? 時，挖一個鍵槽，軸徑增大 5%～ 7%；兩個鍵槽，軸徑增大 10%～15% 根據(jù)以上求的 100d mm mm??，只挖一個鍵槽，所以按照第二種情況將軸增大 5%，則 32 (1 0. 05 ) 33 .6d mm? ? ? ?，而本設計選擇的最小軸徑是 40mm，顯然滿足要求。 鍵的計算及強度校核 ⑴確定鍵長度及截面尺寸 本次設計中用到一個鍵，在軸與葉輪配合處，所采用的鍵為單圓頭普通平鍵，鍵的截面尺寸 bh? 按軸的直徑 d 在標準中選取，鍵長等于或略小于輪轂長。 軸與葉輪配合處，由標準查得鍵的截面尺寸 87? ， 長度取 45mm。 鍵只按照工作面上的擠壓應力進行強度校核計算： 31 32 10 /p T Kl d? ?? l?? 鍵工作長度，單位 mm；圓頭平鍵 l L b??， L指公稱長度， mm； b 為鍵寬； K?? 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， /2Kh? ， h 為鍵高， mm d?? 軸直徑， mm T?? 鍵傳遞扭矩 (Nm? )， max /T P w? ， maxP 為最大輸入功率，單位 w， w為軸的旋轉角速度 (rad/s)， / 30 2900 / 30 ( / )w n rad s?? ? ? ? 鍵工作面上的擠壓應力必須小于 []p? （軸、輪轂中弱者的許用擠壓應力），軸、輪轂中弱者的許用擠壓應力 []pMPa? ，按表 51選取。 表 51 只考慮靜連接 靜載荷 輕微沖擊 沖擊 鋼 120～ 150 100～ 120 60～ 40 鑄鐵 70～ 80 50～ 60 30～ 45 ①軸與葉輪的配合處鍵 8 45C? 1096 79GB ? 的擠壓應力為： 3/245 8 / 241/252 20 0 / 30 3. 532 17 1. 98 10 / (pl L bmmKhmmTNmPa??????????? ? ? ? ?? ? ?? ?? ?? ?? ?? 水泵屬于輕微沖擊，選擇的軸材為鋼，顯然有 []pp??? ，所以選擇的鍵滿足強度要求。 軸向力的計算 泵在運轉中，轉子上作用在軸向力，產(chǎn)生軸向力的原因有很多，主要是液流作用在葉輪上的力不平衡引起的。 葉輪前后蓋板不對稱，前蓋板在吸入眼部分沒有蓋板，另一方面，葉輪前后蓋板像轉盤一樣帶動前后腔內(nèi)液體旋轉，前后蓋板側腔內(nèi)的液體壓力按照拋物線規(guī)律分布，且口環(huán)以上部分呈軸對稱分布，作用在后蓋板上的壓力，除口環(huán)以上部分與前蓋板對稱作用的壓力相抵消外，口環(huán)下部壓力減去吸入壓力所余壓力即為軸向力 A，方向指向葉輪入口。 軸向力可按下式 計算： 32 422220 2002 ( ) ( )8 4 2p R RA H R R N? ? ???? ? ? 0R?? 葉輪進口半徑（ m）； ??? 水的重度（ 3/Nm）； ??? 水的密度（ 3/kgm ） ??? 軸的旋轉角速度（ rad/s） PH?? 水泵勢揚程， 222/ ( 2 )P T TH H gH u?? ， 2u 為葉輪出口處的圓周速度， TH 為理論揚程。 22222/ ( 2 ) / ( 2 )P T TH H gH um??? ? ?? ? ? ?? 333( 2 ) 9 .8 1 1 0 /1 0 0 0 / Nmkg m?? ??? 4 2 222 0 2 002 4 2 2232( 3 ) ( )8 4 22 10 00 30 3. 53 0. 06 25 0. 12 8 0. 06 2564 .9 7 9. 81 10 ( )8 4 257 79 .1pR R RA H RN? ? ?????? ? ?? ? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ? ?? 徑向力的計算 計算公式為： 3229 .8 1 1 0rF K H D B?? 20 .3 6 1r dQK Q?????????????? （其中d 取 0） 2D — 葉輪直徑 2B — 包括蓋板的葉輪出口寬度 對螺旋型壓水室的泵來說，當水泵關死揚程時，即流量 Q=0 時徑向力 F最大。則最大徑向力： 3223 1 10 1 6 80 60 128 10rF K H D BN??? ? ? ? ? ?? 33 軸承壽命的計算 由于水泵轉速較高，且同時受軸向力和徑向力，所以本次設計采用深溝球軸承，它的作用是支持旋轉及承受軸上的 載荷，代號為 6309。該軸承同時承受軸向力和徑向力。 軸承壽命計算： 基本額定壽命：按一組軸承中 10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而 90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉數(shù)（以 106轉為單位）或工作小時數(shù)作為軸承基本額定壽命。 基本額定動載荷：就是使軸承的基本額定壽命恰好為 106轉時，軸承所能承受的載荷值 ,用 C表示 ,單位牛 ,一個型號的軸承有也只有一個基本額定動載荷。 深溝球軸承壽命的計算公式 : 610 ()60 rh nCL nP?? 式中： n— 軸承工作轉速， r/min rC — 軸承基本額定動載荷，查機械手冊， KN? ,基本額定靜載荷0 KN? （ GB/T 2761994） nP — 軸承工作時當量動載荷， N hL — 軸承壽命，小時 ε — 球軸承為 3 深溝球軸承當量動載荷 P的求解過程： ⑴確定軸承承受的徑向載荷 R，軸向載荷 A 圖 51 軸承受力圖 由軸承受力圖有：① 1( 244 .8 176 ) 176FR? ? ? ? ② 2244 .8 176FR? ? ? 已知 ? ，于是得到 1 ? ， 2 ? 。由軸的結構及軸向力的方向可知，全部軸向力全部由靠近葉輪的那一個軸承承擔，即所受的軸向力為 ? ，根據(jù)分析可知，靠近葉輪的那一個軸承受的軸向力和徑 向力都比離葉輪遠的那個軸承大，所以離葉輪較近的那個軸承更容易被破壞，即只需校核離葉輪近的軸承壽命。 ⑵ 計算 1/AR，考查它與 e 的關系， 34 1/ 577 / 224 7A R e? ? ?。查表 51，得出 ? 。 ⑶ 計算 0/ rAC ，由此判定系數(shù) e，用線性插值法求出 Y 值。 0/ 577 / 318 00 817rAC ??，查表 51，在表中介于 ～ 之 間，對應的 e 值為 ～ ， Y值為 ～ 。 ? ? ? ?1 . 4 1 . 2 0 . 2 5 0 0 . 1 8 1 71 . 2 1 . 3 1 40 . 2 5 0 0 . 1 3 0Y ? ? ?? ? ?? 表 51 徑向載荷系數(shù) X和軸向載荷系數(shù) Y 軸承類型 相對軸向載荷 0/ rAC /A R e? /A R e? 判斷系數(shù) e 名稱 代號 X Y X Y 深溝球 軸承 60000 1 0 ⑷ ()npP f XR YA??， pf 為載荷系數(shù)，水泵取 計算得： ? ?() 6 224 14 577 npP f X R Y AN??? ? ? ?? ⑸ 66 31 0 1 0 5 2 8 0 0( ) ( ) 1 2 1 9 . 46 0 6 0 2 9 0 0 8 8 5 2 . 6 7 3 5rh nCL nP ?? ? ??小時 顯然壽命偏短，究其原因 ，是因為當時選擇軸承的時候，過于隨便，應該把外尺寸 D 選的更大一些，選擇 03 尺寸系列可能滿足要求。 填料的計算 填料是以各種纖維、金屬等基礎材料和潤滑劑、粘結劑等輔助材料組合而成。填料應具備以下條件： ⑴有一定的塑性，在壓緊力的作用下產(chǎn)生一定的徑向力并緊密與軸接觸； ⑵有足夠的化學穩(wěn)定性，不污染介質，不被介質泡脹，填料中浸漬劑不被介質溶解，填料本身不腐蝕密封面； ⑶自潤滑性能良好，耐磨、摩擦系數(shù)??； 35 ⑷軸有少量偏心時，填料應有足夠的浮動彈性； ⑸制造簡單、拆裝方便 填料寬度根據(jù)軸徑大小選取，見表 52 表 52 軸徑 d(mm) 小于 20 20～ 35 35～ 50 50～ 75 75～ 110 110～ 150 填料寬度 e(mm) 所設計的軸徑 d=40mm，所以填料寬度 e=。 表 53 介質壓力（ 2/kgcm ） 1 1～ 35 35～ 75 70～ 100 100 填料根數(shù) 3～ 4 4～ 5 5～ 6 6～ 7 8 介質壓力 228 0 9 8 0 0 7 8 4 0 0 0 / 7 8 /P H N m k g c m?? ? ? ? ?，故查表得填料根數(shù)為 6 根。 結論