【正文】 其平衡 徑向力的計算壓水室是渦室的泵，在偏離設(shè)計工況時的徑向力可按式91[5]計算N (71)式中 ——偏離設(shè)計工況時的徑向力 (N)； ——包括前、后蓋板的葉輪出口寬度，取 ＝； ——實驗系數(shù)，查取得 ＝。 徑向力的平衡由于徑向力是和葉輪的出口直徑、葉輪的出口寬度成正比。因此它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大，同時也隨著揚程的增加而增大[5]。本次設(shè)計的是單級單吸離心泵，單機蝸殼泵的徑向力平衡，可以采用雙蝸殼或加導葉來實現(xiàn)，在雙蝸殼中，每一蝸室雖然沒有完全消除徑向力，但兩個蝸室相隔對稱布置，作用于葉輪上的徑向力是互相平衡的。用導葉雖能平衡徑向力，但泵的結(jié)構(gòu)復雜化了。通過計算可得，徑向力不是很大，可以不設(shè)置徑向力平衡裝置。 軸向力及平衡 軸向力的產(chǎn)生離心泵運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)動部件受到一個與軸線平行的軸向力。這個力相當大，特別是多級離心泵。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。2）流體流入流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生動反力F2，其方向與F1相反。此外對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。對于立式離心泵，其轉(zhuǎn)子的部分重量也是軸向力[4]。 軸向力計算1) 葉輪前后壓力引起的軸向力F1可按式258[4]估算N (72)式中 D1——葉輪進口處的直徑(mm)； dh——輪轂直徑(mm)； H——葉輪實際揚程(mm)； i——葉輪級數(shù)(mm)； k——系數(shù)，ns=60~，當ns=150~。2）液體作用與葉輪入口的動反力可按式259[4]計算N (73)式中 ——葉輪的質(zhì)量流量(m3/s)； v0——葉輪進口處的速度（m/s）。 3)總的軸向里 N (74)根據(jù)計算結(jié)果可知，軸向力指向入口第八章 軸承、聯(lián)軸器、鍵的選擇 軸承 軸承選擇根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）和滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）兩大類。滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的，具有摩擦（阻力）系數(shù)小，功率消耗小，起動容易（阻力?。┑葍?yōu)點，而且它以標準化，選用、潤滑、維護都很方便。滾動軸承的摩擦系數(shù)比較小，從而使機器能靈活、輕快的旋轉(zhuǎn)，提高工作效率；潤滑油消耗少，若滾動軸承有良好的密封裝置，加一次潤滑油可使用很長時間[7]。本泵葉輪采用平衡孔平衡70%～90%軸向力，剩余軸向力由止推軸承來承擔。選擇深溝球軸承。標記：滾動軸承6207 GB/T 276—1994。 軸承的校核參考文獻[4]，軸承的壽命校核： （8—1）式中：——額定壽命，40000 ；——轉(zhuǎn)速，；——基本額定動載荷，對向心軸承為，查文獻[1]， KN；——當量動載荷,N；——溫度系數(shù)，取1；——壽命系數(shù)，對球軸承取3；——載荷系數(shù)。 N （8—2）式中：——徑向動載荷系數(shù)，； ——徑向載荷，N； ——軸向動載荷系數(shù)，0； ——軸向載荷，N。由式（8—1）： 軸承潤滑潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減少接觸應(yīng)力、吸收振動、防止銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑。選用哪一類潤滑方式，與軸承的速度有關(guān)。一般用滾動軸承dn值來定（d代表軸承內(nèi)徑，mm；n代表軸承套圈的轉(zhuǎn)速，r/s，）表示軸承速度的大小，具體潤滑方式按表8—1選取。表8—1 適用于脂潤滑和油潤滑的dn值界限 軸承類型脂潤滑油潤滑油浴滴油循環(huán)油（噴油）油霧深溝球軸承16254060＞60mmr/min＞60本泵采用油霧潤滑。 軸承密封軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封是在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉(zhuǎn)動軸直接接觸而起密封作用。常用的軟材料有毛氈、橡膠、皮革、軟木等，或者放置減摩性好的硬質(zhì)材料（如加強石墨、青銅、耐磨鑄鐵）與轉(zhuǎn)動軸直接接觸以進行密封。本軸承采用氈圈密封。 鍵的選擇與校核 鍵的選擇鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞扭矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動導向。鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔形連接和切向鍵連接。平鍵連接為最普通的結(jié)構(gòu)形式，鍵的兩側(cè)面是工作面。工作時，靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性較好的等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。這種鍵連接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導向平鍵和滑鍵四種。其中前兩者為靜連接，后兩者為動連接。普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（A型）、平頭（B型）、單圓頭（C型）三種。圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。缺點是鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大[9]。本泵選用圓頭平鍵。鍵的選擇包括類型和尺寸兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬b鍵高表示h）。鍵的長度一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度。一般輪轂的長度可取（～2）d，d為軸的直徑。所選定的鍵長亦符合標準規(guī)定的長度系列。葉輪與軸配合鍵選擇： 圓頭普通平鍵（A型）mm，mm，mm。聯(lián)軸器與軸配合鍵選擇：圓頭普通平鍵（A型）mm，mm，mm。 鍵的強度校核平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，對于采用常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強度條件為： （8—3）式中：——傳遞的轉(zhuǎn)矩,；——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，mm, h為鍵的高度，mm?！I的工作長度，mm，圓頭平鍵，為鍵的公稱長度，mm，——鍵的寬度，mm；——軸的直徑，mm；鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，；鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，具體數(shù)值參考表8—2。表8—2 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力許用應(yīng)力連接工作方式鍵或轂、軸的材料載荷靜載荷輕微沖擊沖擊靜連接鋼120～150100～12060～90鑄鐵70～8050～6030～45葉輪與軸配合鍵校核： 120～150 MPa，（合適）聯(lián)軸器與軸配合鍵校核： 70～80 MPa（合適） 聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器在水泵中，聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸，傳遞扭矩，使它們一起旋轉(zhuǎn)的重要部件，也是水泵運行與檢修中需要經(jīng)常維護檢查、檢修校正的重點部位。聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造和安裝的誤差，兩軸軸線的位置不可能完全重合，同時由于機器在運轉(zhuǎn)過程中，零件的變形、基礎(chǔ)的下沉、旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量不平衡、運轉(zhuǎn)中溫度的變化、軸承的磨損等都會使兩軸線的位置進一步發(fā)生偏斜，造成軸向位移、徑向位移、角位移、以及綜合位移等。如在聯(lián)接兩軸時不能補償這些偏斜，會產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，引起劇烈振動，使軸、軸承、軸上零件的工作情況惡化?；谏鲜銮闆r，聯(lián)軸器的作用除傳遞聯(lián)接兩軸的扭矩外，還有補償兩軸軸線位置的偏斜，吸收振動，緩和沖擊的作用。聯(lián)軸器可分為普通聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器、特殊聯(lián)軸器三類。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護容易，能傳遞較大的力矩，應(yīng)用廣泛。本泵選用凸緣聯(lián)軸器。本設(shè)計選用YL4，YLD4型聯(lián)軸器。標記：從動端：J型軸孔，A型鍵槽，mm，mm。聯(lián)軸器的初步校核：公稱扭矩Tn= 而泵軸的扭矩T= 故合理。 許用轉(zhuǎn)速n=9500r/min泵轉(zhuǎn)速n=2950r/min9500 r/min 故合理。計算轉(zhuǎn)矩已將機器啟動時的慣性力和工作中的過載等因素考慮在內(nèi)。 滿足傳遞轉(zhuǎn)矩所需的螺栓預緊力F： （8—4） 式中： ——聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩； ——聯(lián)軸器的外徑，100 ； ——聯(lián)軸器凸緣接觸處的內(nèi)徑，80； ——螺栓數(shù)量，4； ——摩擦系數(shù)。螺栓連接強度條件： （8—5）式中：——螺栓材料的需用應(yīng)力，查文獻[1]查到取120 ； ——螺栓的螺紋小徑， ， 因為，所以所選聯(lián)軸器合格。第九章 泵軸的校核軸的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計室軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。2）軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度校核，以防止斷裂或塑性變形，而對剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細長軸，還應(yīng)進行剛度計算，以防止工作時產(chǎn)生過大彈性變形。對高速運轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進行振動穩(wěn)定性計算，以防止發(fā)生共振而破壞[9]。工作過程中，離心泵軸受各種外力作用，使軸變形和破壞，而軸靠自身的尺寸和材料性能來抵抗變形和破壞。一般把軸抗變形的能力叫做剛度，把軸抗破壞的能力叫做強度。設(shè)計離心泵軸，具有足夠的強度和剛度，以提高泵運行的可靠性和壽命，這樣就要盡量使軸尺寸做得大些，材料用得好些；另一方面，又希望軸的重量輕、成本低，這些要求是相互矛盾的，在設(shè)計計算時要正確處理這種矛盾，合理地確定離心泵軸尺寸和材料，以便滿足軸的剛度和強度要求，又要物盡其用，合理使用材料。葉輪等零件均是裝在軸上,并同時在泵體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),軸的強度和剛度對泵的壽命和可靠性有很大的影響,所以,對軸的強度和剛度進行校核是十分必要的.。 強度校核軸的自重： (91)式中：v——軸總體積，以軸的平均直徑35mm為軸徑計算的軸的體積，m3；ρ——軸材料的密度，kg/m3。葉輪的自重 ： （9—2）式中：n——葉輪個數(shù)； m——單個葉輪質(zhì)量，估算葉輪質(zhì)量為18kg； 其他零件自重相比軸和葉輪自重可以忽略不計。作軸受力簡圖如圖9—1：圖9—1 軸受力簡圖求支座反力R1 ，R2， （9—3）由式（9—3）得：式中：——徑向力，； （9—4）由式（9—4）得： （9—5）求得得b點,d點彎矩： 作軸的彎矩圖9—2：圖9—2 軸彎矩圖軸扭矩圖9—3