【正文】 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。 安全系數(shù) 2950 1 836 9n ? ? ? 則該泵軸滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)也滿足疲勞強(qiáng)度要求，是安全的。 對(duì)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)。 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( / )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 。作出泵軸不同斷面上的扭矩圖、彎矩圖、剪力圖，如圖 53所示。 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(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，并考慮其最危險(xiǎn)情況，降所有力移至左右兩端。 （ 3）軸向力 1A （向左）的計(jì)算 計(jì)算軸向力時(shí)，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。N —— 配套功率； n —— 泵的轉(zhuǎn)速； 39。 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。 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? 。 )( K 式中： Q —— 設(shè)計(jì)流量； 39。 ? 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。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。 6 2114B i iG d l??? ? 式中 ： id —— 軸各小段的直徑 ()m ； il —— 軸各小段的長(zhǎng)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(shí)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。 ： （ 1）徑向力 對(duì)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(duì)的靜平衡，殘余不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力。因此，泵軸是在彎矩、扭矩和軸向力的聯(lián)合作用下工作的。所以，對(duì)泵軸的強(qiáng)度的校核是十分重要的。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 。 設(shè)計(jì)離心泵零件的時(shí)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。 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(gè) 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。 （ 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 。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?? 。 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 。 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。同時(shí)軸的軸向尺寸由零件裝配尺寸決定， 因此泵軸的設(shè)計(jì) 應(yīng) 先確定徑向尺寸。臥式機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆裝、檢修，因此采用臥式布置。在確定中間斷面時(shí)，可以把第Ⅷ斷面畫在出口圓內(nèi)，然后作若干條射線，將兩 個(gè)斷面間的射線三等分，光滑連接各分點(diǎn)，即可得到中間斷面的輪廓線。 2)擴(kuò)散管高 L 和擴(kuò)散角 ? 為了減小擴(kuò)散段的水力損失，擴(kuò)散角一般取 8 ~12?? ? ? ，擴(kuò)散管高度 L 可以根據(jù)進(jìn)出口尺寸和擴(kuò)散角決定，本次參照 同型 IS 泵 尺 寸 ， 取 375L mm? 。 擴(kuò)散管在將來自壓水室 的水排 出泵體的同時(shí)，將進(jìn)一步把水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，以減小水流在排除管道中的水力損失。這四 段圓弧應(yīng)滿足如下條件：由于不在同一直線上的三個(gè)點(diǎn)決定一個(gè)圓， 0、Ⅰ、Ⅱ三個(gè)點(diǎn)形成第一段圓弧。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以畫出壓水室軸面投影圖如圖 31 所示 ： 303 6 0 3 6 0 3 2 4 0 0 3 6 4 . 4 4 /3 6 0 3 6 0Q Q m h?? ? ? ?? ? ? ??Ⅷ233 6 4 .4 4 159933 6 0 0 3 3QA m mV? ? ??ⅧⅧ233342b b B ARrB ??? ? ??? 28 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 31 壓水室軸面投影圖 壓水 室 平面圖的繪制 根據(jù)計(jì)算得到的各斷面半徑 ,在平面圖上相應(yīng)的射線上點(diǎn)出 ,然后光滑連接所得的各點(diǎn) ,得到渦室平面螺旋線 .應(yīng)注意各點(diǎn)應(yīng)在圓弧光滑連接 ,即后段圓弧的圓心應(yīng)當(dāng)在前一段圓弧終點(diǎn)延長(zhǎng)線 。 在計(jì)算出各斷面的面積后，應(yīng)根據(jù)選定的斷面形狀推出的斷面面積計(jì)算公式，計(jì)算各斷面距離軸心線的半徑，經(jīng)過計(jì)算各斷面的得： 第Ⅰ斷面 1 mm? ? ；第Ⅱ斷面 2 mm? ? ；第Ⅲ斷面 3 mm? ? ；第Ⅳ斷面 4 mm? ? ；第Ⅴ斷面 5 mm? ? ；第Ⅵ斷面 6 mm? ? ；第Ⅶ斷面 7 mm? ? ；第Ⅷ斷面 8 mm? ? 。 計(jì)算渦形體各斷面面積時(shí)，是把渦形體中的圓周方向平均速度看作常數(shù)來設(shè)計(jì)的，計(jì)算時(shí)應(yīng)先根據(jù) sn 查取一個(gè)系數(shù) 3vk 。 27 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 壓水 室斷面形狀和各斷面面積 為了便于計(jì)算和繪圖，壓水室通常取 8個(gè)彼此成 45? 的斷面，即用 8個(gè)軸面切割壓水 室，設(shè)計(jì)時(shí)先計(jì)算第Ⅷ斷面，其他斷面以第Ⅷ斷面為基 礎(chǔ)進(jìn)行確定。 （ 4）隔舌螺旋角 0? 隔舌安放角是隔舌處內(nèi)壁與圓周方向的夾角，為了符合流動(dòng)規(guī)律減少液流的撞擊，隔舌螺旋角應(yīng)等于葉輪出口稍后的絕對(duì)液體流角 3? 。壓水 室外壁向徑向擴(kuò)展的較大，因而取較大的 0? 角，以使形狀 協(xié)調(diào) 0? 。 參考已有的同型號(hào) IS200150250 高效泵壓水室，取 3 80b mm? 。 3D 應(yīng)稍大于葉輪外徑 2D ，使隔舌和葉輪間有適當(dāng)?shù)拈g隙，該間隙過小，容易因液流阻塞而引起振動(dòng)和操聲，但間隙過大，出增大徑向尺寸外，因間隙處存在桌流動(dòng)環(huán)，消耗一定的能量，間隙越大泵的效率下降越多。 26 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第四：由于壓水室的出口的流動(dòng)方向和渦室半徑垂直，這種結(jié)構(gòu)保證清除流動(dòng)的螺旋分量 uv 。 第二：在設(shè)計(jì)工況下，液體符合自由流動(dòng)，軸對(duì)稱的，從 而保證了葉輪內(nèi)的相對(duì)流動(dòng)的穩(wěn)定性。 所設(shè)計(jì)的螺旋型 壓水室，能滿足壓水室的要求。 螺旋線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)可以為： tan dRRd? ?? tandR dR ??? 設(shè) 3RR? 時(shí)， 0?? ， 3DD? 積分 3 3 0ta nRR dR dR? ????? 33ln ln ta nRR ?? ? ? ? 所以 tan3R Re ???? (? 給定不同的弧度 ) 利用葉輪出口稍后的速度三角形，求得 3tan? ，給定不同的 ? 角，可以求得相應(yīng)的半徑來從而可作出這條對(duì)數(shù)螺旋線來。就作出了符合液體流動(dòng)的壓水室。 壓水室的形狀，應(yīng)當(dāng)按照符合這種規(guī)律來設(shè)計(jì)。 本次 設(shè)計(jì)選擇螺旋型 壓水室。葉片式 壓水室一般可以單獨(dú)制造，并可以進(jìn)行機(jī)械加工，但水力方面不如螺旋型 壓水 室理 25 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 想。 壓水室的種類有三種，相互比較，螺旋型 壓水室有以下 優(yōu)點(diǎn)，壓水室的流動(dòng)比較理想，適應(yīng)性較強(qiáng)，高效率范圍寬。 （ 3）降低液流速度，使速度能轉(zhuǎn)換成壓能。 壓水室的作用及螺旋型壓水室作用的原理 壓水室的作用 （ 1）收集從葉輪流出的液體，并輸送到排除口或下一級(jí)葉輪吸入口。螺旋形壓水室具有適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，高效區(qū)寬的優(yōu)點(diǎn)，其主要不足是過流內(nèi)表面難以機(jī)械加工。此外，由于壓水室是靜止部件，設(shè)計(jì)中也不引入相對(duì)速度的概念。 根據(jù)泵的用途不同，泵的壓水室有不同的結(jié)構(gòu)形式，但它們的基本功能則是相同的：收集從葉輪中的來流，將水流送到泵出口或下一級(jí)葉輪入口；水流在葉輪出口處絕對(duì)速度比較大，在低比轉(zhuǎn)速葉輪中尤其是這樣，水流在壓水室出口的平均速度將顯著下降，這種將水流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果，將使水流在泵