【正文】 軸承和聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)泵結(jié)構(gòu)以及參考其他類(lèi)型。 切應(yīng)力 鍵的切應(yīng)力產(chǎn)生最大的切應(yīng)力，其值應(yīng)滿(mǎn)足如下公式 1056[5]的要求： ][2 ?? ?? dblMt (815) 式中 ? —— 切應(yīng)力 (Pa)； b—— 鍵的寬度 (m)； ][? —— 材料的許用切應(yīng)力，鍵的材料為 45 號(hào)鋼材，所以取 MPa60][ ?? 。m)； d—— 安裝葉輪處的軸徑 (m)； xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 h—— 鍵的高度 (m)； l—— 鍵的有效長(zhǎng)度， ????? bLl (mm)； ][j? —— 材料的許用擠壓應(yīng)力 (Pa)。 根據(jù)葉輪處直徑選擇鍵為標(biāo)準(zhǔn)圓頭普通平鍵（ A），鍵的寬度 b=，鍵的高度h=，鍵的總長(zhǎng) L=。對(duì)于單機(jī)泵，可近似地認(rèn)為葉輪處得鍵所傳遞的扭矩同聯(lián)軸器處得相同。 ? ? ][ 321 223322 ????????? ? ?? MP aTMW π MPa (812) xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 RA+RB260=0 (811) 對(duì) B 點(diǎn)取矩 ? ? 0 6 ????? AR 解之得 RA=546N RB=286N 4)彎矩圖及扭矩圖 圖 81 彎矩圖及扭矩圖 通過(guò)彎矩圖及扭矩圖可知，最危險(xiǎn)斷面在軸承 A 處。葉輪與軸承 A 的距離為 209mm，軸承之間的距離為 190mm。作用在葉輪上的軸向力 F=。葉輪重量估算為 260N。 軸的強(qiáng)度校核 1）轉(zhuǎn)子的重量 因?yàn)槭桥P式泵，轉(zhuǎn)子的重量是徑向力，而且是固定方向的徑向力。 輪轂熱裝溫度計(jì)算 加熱輪轂，使其內(nèi)控產(chǎn)生的變形（內(nèi)孔增大）應(yīng)為最大過(guò)盈量的 倍，可進(jìn)行裝配，加熱后的溫度稱(chēng)為熱裝溫度，可用式計(jì)算。 esX ?min (87) 因已知要求最小過(guò)盈余量 80min ??Y μ m，即軸基本偏差應(yīng)接近 80μ m。 可取孔的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)為 7 級(jí)，即孔的公差帶為 H7，并可開(kāi)始畫(huà)公差帶圖。 這時(shí)要看孔、軸的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)，如在 7 級(jí)以上，則取孔比軸低一級(jí)，如在 8 級(jí)以下，則可取孔、軸同級(jí)。 1）確定基準(zhǔn)制：按照其不受原材料、標(biāo)準(zhǔn)件和結(jié)構(gòu)的限制，選基孔制。 離心力使輪轂內(nèi)孔直徑的變形量可按式 1046[5] 2 106 ???????? mu DED ? =80μ m (86) 本處的配合是過(guò)盈配合，輪轂與軸的最小過(guò)盈量要大于離心力使輪轂內(nèi)孔產(chǎn)生的變形量。 2u —— 葉輪外徑的圓周速度（ m/s）。 按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)蓋板時(shí)，蓋板直徑 Dx= 處的厚度，首先得計(jì)算出角速度 角速度 ???? nπ? rad/s (82) 蓋板直徑 Dx= 處的厚度，可按 式 1043[5]計(jì)算 4 0 66 00 02 0 04][22 2222222 ??? ???????? ???????????? ?? ee xDDwx ???? mm (83) 式中 x? —— 蓋板直徑 Dx= 處的厚度； 2? —— 葉輪最大直徑處蓋板的厚度，參考其他葉輪尺寸，綜合考慮取 4mm； 葉輪輪轂的強(qiáng)度計(jì)算 葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪的質(zhì)量能夠產(chǎn)生離心力。 [? ]—— 許用應(yīng)力（ Pa）。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但增加了內(nèi)泄露，同 時(shí)也使進(jìn)口水流更加紊亂，降低水泵效率。 本次設(shè)計(jì)的泵是單級(jí)葉輪，所采取的措施是開(kāi)平衡。這一方法包括使葉輪或整個(gè)表面上的壓力對(duì)稱(chēng)分布，或增設(shè)在所有運(yùn)轉(zhuǎn)工況下保證軸向力平衡的系統(tǒng)。 3)總的軸向里 ????? FFF N (74) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，軸 向力指向入口。 軸向力計(jì)算 1) 葉輪前后壓力引起的軸向力 F1 可按式 258[4]估算 ? ? ? ? 22221 ???????????? gk H idDF hj ?π N (72) 式中 D1—— 葉輪進(jìn)口處的直徑 (mm)； dh—— 輪轂直徑 (mm)； H—— 葉輪實(shí)際揚(yáng)程 (mm)； i—— 葉輪級(jí)數(shù) (mm)； k—— 系數(shù)， ns=60~150 時(shí)為 ，當(dāng) ns=150~250 時(shí)為 。 此外對(duì)于入口壓力較高的懸臂式單吸泵，還要考慮作用在軸端上的入口壓力引起的軸向壓力，其方向與 F1 相反。軸向力主要包括兩部分： 1）葉輪前后兩側(cè)因壓力不同，前蓋板側(cè)壓力低，后蓋板側(cè)壓力高，產(chǎn)生了從葉輪后蓋板指向入口處得軸向力 F1。 軸向力及平衡 軸向力的產(chǎn)生 離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)部件受到一個(gè)與軸線平行的軸向力。用導(dǎo)葉雖能平衡徑向力，但泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化了。因此它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大，同時(shí)也隨著揚(yáng)程的增加而增大 [5]。 徑向力的計(jì)算 壓水室是渦室的泵，在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力可按式 91[5]計(jì)算 0 5 8 3322 ????????? bHDKF rr N (71) 式中 rF —— 偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力 (N)； 2B —— 包括前、后蓋板的葉輪出口寬度，取 ?B ＝ ； rK —— 實(shí)驗(yàn)系數(shù)，查取得 ?rK ＝ 。由于沿葉輪的圓周液體流出的多少不一樣，所以作用于葉輪圓周上的液體動(dòng)反力也不一樣，這又引起一個(gè)徑向力。蝸室各斷面就產(chǎn)生一個(gè)徑向力。當(dāng)泵的流量小于最優(yōu)工況流量時(shí)蝸室中的液體流速減慢，而葉輪出口液體的絕對(duì)速度由出口速度三角形可看 出大于最優(yōu)工況時(shí)的絕對(duì)速度，同時(shí)也大于蝸室中的速度，從葉輪中流出的液體不斷撞擊著蝸室中的液體，使蝸室中的液體接受能量，蝸室中的液體壓力便自隔舌開(kāi)始向擴(kuò)散管進(jìn)口不斷增加。結(jié)構(gòu)圖見(jiàn) 61。 錐管吸水室的進(jìn)口直徑 ? ? ? ? ?????? js DD mm (61) 綜合考慮取 Ds=80mm。 按照吸水室的形狀可分為錐管吸水室、環(huán)形吸水室和辦螺旋形吸水室三種。蝸型體平面圖見(jiàn)圖 52。一般 H H H6……H1 的數(shù)值是等差的， h1 不小于 b3／ 2，斷面面積與計(jì)算值不符，則以調(diào)整斷面高度月 H H7… 較為方便。 否則會(huì)增大隔舌與葉輪之間的間隙，影響泵的性能。 繪圖時(shí)要注意下述事項(xiàng)：為便于繪制斷面、比較各斷面的形狀和識(shí)圖方便起見(jiàn)，八個(gè)斷面可繪制在一起；而為了圖面清晰，各個(gè)斷面可只繪出一半。另外，為了減小擴(kuò)散損失，擴(kuò)散角應(yīng)在 ?? 12~8 的范圍內(nèi)。 擴(kuò)散管的進(jìn)口可看做是蝸形體的 Ⅷ 斷面，其出口時(shí)泵的壓出口。 Ⅷ 斷面 面積 由式 545[5]得。 通過(guò) Ⅷ 斷面的流量按式 544[5]計(jì)算。 ?????? gHKv m/s (54) 式中 3v —— 蝸形體各斷面中的平均速度（ m/s）； H—— 泵的揚(yáng)程（ m）； xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 g—— 重力加速度， g=10m/s2； K3—— 速度系數(shù)，由圖 533[5]中查得。 蝸形體各斷面面積的計(jì)算 計(jì)算蝸形體各斷面面積時(shí)，是把蝸形體中的圓周方向平均速度看作常數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的。 0? 值可參考表 54[5]選取。理論上隔舌起點(diǎn)應(yīng)放在 Ⅷ 斷面的基圓上，但是泵的ns 增加后，蝸形體中的速度減慢，蝸形體斷面面積增加，徑向尺寸增加，會(huì)使隔舌變得很薄，或影響蝸形體擴(kuò)散管在此區(qū)域的形狀。3? 可按式 542[5] ?? 221239。 蝸型體的計(jì)算 基圓直徑的確定 基圓直徑 D3 可按式 540[5]計(jì)算 ? ? ? ? 162~~~ 23 ??? DD mm (51) xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 綜合考慮取 1553 ?D mm。因此這種斷面適用于大型的額壓力高一些的泵上，這種情況下，液體出 了葉輪后經(jīng)過(guò)擴(kuò)散導(dǎo)葉再進(jìn)入圓形斷面。 3）圓形斷面：如果葉輪出口后即是圓形斷面，中間沒(méi)有過(guò)渡區(qū)，則由于圓形斷面在葉輪出口處突然擴(kuò)大，這對(duì)泵的水力性能是不利的。它的工藝性最好，且斷面比較容易打磨或加工，用于材料為鑄造收最不易光潔的鋼或不銹鋼而又要求很光潔的蝸形體上是最適宜的。 1）梯形斷面：梯形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力性能好，是蝸形 體斷面中用的最廣的一種。 為達(dá)到上述要求，壓水室在設(shè)計(jì)中要做到： 1）壓水式的水力損失占整個(gè)泵中的損失的很大一部分，為此壓水室中的水力損失應(yīng)盡量小； 2）盡可能使水流量軸對(duì)稱(chēng)，提高泵運(yùn)行的穩(wěn)定性； 3）具有足夠的強(qiáng)度，較好的經(jīng)濟(jì)性及公益性，并考慮到泵布置的要求。 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 42 葉片 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 5 章 壓水室的水力設(shè)計(jì) 壓水室的作用 1）將葉輪中流出的液體收集起來(lái)送往下一級(jí)葉 輪或管路系統(tǒng)； 2）降低液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)中的損失。 10)作半徑 OG，作直線 GH，使 1AOGH ??? ，并與 DE 線交于點(diǎn) H； 11)以 H 為圓心，以 OH 為半徑作圓弧，此圓弧必通過(guò) G 點(diǎn)； 12)以 E 和 H 為圓心，分別以 ?? ?? DHAE 和 為半徑作弧，并適當(dāng)削圓葉片進(jìn)口，即得圓柱形葉片形狀。 4） 作半徑 OC，使 AiAAOC ?? ??? 2 ，并與圓弧 Di 相交與 C； 5） 過(guò) A、 C 點(diǎn)作直線，并于 Di 交于另一點(diǎn) D。見(jiàn)圖 42。出于鑄造要求，有些比轉(zhuǎn)速大于 90 的離心泵，也采用圓柱形葉片。 圓柱形葉片的繪型比較簡(jiǎn)單，制造也很方便，但由于進(jìn)口邊來(lái)流一般不完全是徑向的，特別是對(duì)于前蓋流線，進(jìn)口邊往往處于軸面流拐彎處，葉片的安放角與相對(duì) 水流角會(huì)有較大的差別，造成較大的沖擊損失。見(jiàn)圖 41。 即得出， D2=150mm， 2? = ?27 ， Dj=68mm， dh=45mm， b2=5mm。 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 葉輪出口直徑及葉片出口安放角的精確計(jì)算 離心泵一般是選擇葉片出口角 2? ，精算 D2,先計(jì)算葉輪出口軸面速度。一般 ? 可取 ?? 110~85 ，綜合考慮，葉片包 角 ? 取 ?85 。因此，泵的葉片數(shù) Z 也可以根據(jù)比轉(zhuǎn)速 ns 按照這一關(guān)系確定之，通過(guò)查表 52[5],綜合考慮，Z=8。 葉片數(shù) Z 的選擇與葉片包角 葉輪葉片數(shù)的多少會(huì)影響泵揚(yáng)程的高低。為了得到較高的效率， 2? 一般取?? 30~18 。 表 42 系數(shù) K 與 ns 和材料的關(guān)系 ns 40 60 70 80 90 130 190 280 鑄鐵 鋼 3 6 5 7 6 10 8 最后，綜合考慮取葉片真實(shí)厚度 3mm。 確定葉片厚度 葉 輪工作是，葉片上承受著液體的反作用力和葉片質(zhì)量的離心力受力情況比較復(fù)雜，很難精確計(jì)算，通?？捎萌缦陆?jīng)驗(yàn)公式 1044[5]計(jì)算葉片的厚度。通過(guò)查得，選取 0K =。 確定葉輪進(jìn)口速度 葉輪的進(jìn)口速度安式 512[5]計(jì)算 00 ????? gHKv vm/s (41) 式中 0vK—— 葉輪進(jìn)口速度習(xí)俗，根據(jù)比轉(zhuǎn)速及不同類(lèi)型的泵從圖 53[5]查的； H—— 單級(jí)揚(yáng)程 (m)。 xxxxxx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 泵的結(jié)構(gòu)型式的選擇 此次設(shè)計(jì)的離心泵是懸架式懸臂泵，即一臺(tái)單級(jí)單吸橫軸離心泵，它由泵體、葉輪螺母、密封環(huán)、葉輪、泵蓋、軸套、密封裝置、懸架、泵軸支架組成，其泵腳與泵體鑄成一體，軸承置于懸臂安裝在泵體上的懸架內(nèi)，整臺(tái)泵的質(zhì)量主要由泵體承受。 圖 32 軸的結(jié)構(gòu)圖 輪轂直徑的計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的是單機(jī)泵，單機(jī)泵葉輪處得軸徑 dy 等于聯(lián)軸器內(nèi)的軸徑 dmin。 軸徑與輪轂直徑的初步計(jì)算 軸的最小直徑 dmin= ][ ?nPj?m (313) 軸的材料選用 3Cr13，許用切應(yīng)力 [? ]= 510490? Pa,確定出 泵的最小直徑后，參考類(lèi)似結(jié)構(gòu)泵的泵軸，畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)草圖。 原動(dòng)機(jī)功率根據(jù)計(jì)算功率 Pj 選取。 確定泵的計(jì)算功率 泵的計(jì)算功率按式 42[5]計(jì)算 21 ????? kW (312) 式中 K1—— 水泵揚(yáng)程允差系數(shù)， K1=~。 機(jī)械效率 機(jī)械效率按式 247[4]計(jì)算 671smn??? =671sn?= (37) 離心泵的總效率 6 8 6 3 ????? mvh ????