畢業(yè)論文設(shè)計(jì)單級離心泵設(shè)計(jì)

1、西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單級離心泵設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)從離心泵的基本工作原理出發(fā)，進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算?？紤]離心泵基 本工作性能， 流量范圍大， 揚(yáng)程隨流量而變化， 在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程 （單 級揚(yáng)程一般1080m）o本設(shè)計(jì)揚(yáng)程為50111,泵水力方案通過計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)5=67.5）確定采用單級單吸結(jié)構(gòu)；通過泵軸功率的計(jì)算確定選擇三相異步電動(dòng)機(jī)；由設(shè)計(jì)參數(shù) 確定泵的吸入、壓出口直徑；通過葉輪的水力設(shè)計(jì)確定葉輪的結(jié)構(gòu)以及葉輪的繪型； 設(shè)計(jì)離心泵的過流部件，確定吸入室為直錐形吸入室，壓出室為螺旋形壓出室；設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)及進(jìn)行強(qiáng)度校核；確定葉輪，泵體的密封形式及沖洗，潤滑和冷卻方式；通 過查

2、標(biāo)準(zhǔn)確定軸承，鍵以及聯(lián)軸器，保證連接件的標(biāo)準(zhǔn)性。從經(jīng)濟(jì)可靠性出發(fā)，合理 設(shè)計(jì)離心泵部件，選擇標(biāo)準(zhǔn)連接件，保證清水離心泵設(shè)計(jì)的安全性，實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：離心泵工作原理；水力方案設(shè)計(jì)；葉輪和過流部件設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核；密封設(shè) 計(jì)；鍵、軸承的選擇西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）Centrifugal Pump Design ManualAbstract : This design starting fiom the basic workmg pimciple of the centnfiigal pump,conducted a senes of design calculations consi

3、der the basic centiifugal pump performance,flow in a wide range, lift vanes with the flow, the flow can only supply some lift (smgle-stagelift is geneially 1080m).The design head is 50m5the design of the pump hydraulic scheme bycalculating the number of revolutions(n=67.5) to deteimine the single-st

4、age single-suctionstmcture; choice of motoi shaft power calculation; design paiameteis to detennme the pumpsuction outlet diameter; detennme the stmctuie of the mipeller and the impeller of the diawmgof the hydraulic design of the unpeller; flow pails of the design of centnfiigal pump suctionchamber

5、 for straight conical suction chamber, pressed out of the spiral-shaped piessuiechamber; the stmctuie and strength check of the axis design; determine the mipeller centnfiigalpump seal design, pump closed foim and washing、lubncation, cooling method; detemuiied bychecking the standard beanngs, and co

6、uplmg to ensuie that the standard comiection. Departiuefiom the economic viability of the rational design of centnfiigal pump components, select thestandard coimectoi; to ensure the water using a centnfiigal pump design safety, practicality,economy.Keyword: Centrifugal pump workmg principle ; Hydrau

7、lic design; Component designof the impeller and the over cunent; Strength check; Seal design; The choice of keyand beanng西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I目錄1緒論.12電動(dòng)機(jī)的選擇.22.1原動(dòng)機(jī)概述.32.2原動(dòng)機(jī)選擇.32.2.1泵有效功率.32.2.2泵軸功率.32.2.3泵計(jì)算功率.32.3.4選擇電動(dòng)機(jī).43泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確定.53.1設(shè)計(jì)參數(shù).53.2泵進(jìn)出口直徑.53.2.1泵吸入口徑0. 53.2.2泵排出口徑0.

8、 53.3泵轉(zhuǎn)速.53.4泵水力結(jié)構(gòu)及方案.63.5泵的效率.73.5.1泵總效率.73.5.2機(jī)械損失和機(jī)械效率.73.5.3容積損失和容積效率.83.5.4水力損失和水力效率.84離心泵泵軸及葉輪水力設(shè)計(jì)計(jì)算.94.1泵軸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).94.1.1泵軸傳遞扭矩.94.1.2泵軸材料選擇.94.1.3軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).94.2葉輪進(jìn)口直徑Q .1043葉片入口邊直徑.104.4葉片入口處絕對速度q.114.5葉片入口寬度 S.114.6葉片入口處圓周速度1打 .114.7葉片數(shù)Z.114.8葉片入口軸面速度乙.114.9葉片入口安裝角0好.12西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）II4.10葉片厚度.

9、124.11葉片排擠系數(shù)校核.124.12葉片包角卩的確定.134.13葉輪外徑D, .134.14葉片出口安裝角伙y.134.15葉輪出口寬度b?.135葉輪的選擇及繪型.155.1葉輪選擇.155.2平面投影圖畫法.1553軸面投影圖畫法.156離心泵的吸入室及壓出室設(shè)計(jì).186.1吸入室設(shè)計(jì).186.1.1概述.186.1.2直錐形吸入室設(shè)計(jì).186.2螺旋形壓出室.186.2.1基圓 $.186.2.2蝸室入口寬度嘰.196.2.3舌角匕.196.2.4泵舌安裝角&.196.2.5蝸室斷面面積.196.2.6擴(kuò)散管.217軸向力徑向力平衡計(jì)算.227.1軸向力及其平衡.227.

10、1.1軸向力計(jì)算.227.1.2軸向力的平衡.237.2徑向力及其平衡.238軸承、鍵、聯(lián)軸器的選擇.248.1軸承.248.1.1軸承選擇.248.1.2軸承校核.248.1.3軸承潤滑.258.1.4軸承密封.258.2鍵的選擇與校核.258.2.1鍵的選擇.25西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III8.2.2鍵的強(qiáng)度校核.268.3聯(lián)軸器選擇.268.3.1聯(lián)軸器.268.3.2聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核.279泵軸的校核.299.1強(qiáng)度校核.299.2剛度校核.3193臨界轉(zhuǎn)速校核.3110泵體及其部件的密封設(shè)計(jì).3310.1葉輪密封.3310.2泵體密封.3310.3軸封設(shè)計(jì).3310.3.1

11、密封腔處的介質(zhì)壓力p.3410.3.2密封面平均直徑的圓周速度u.3410.3.3密封腔內(nèi)的介質(zhì)溫度t .3410.3.4根據(jù)介質(zhì)特性選型.3410.3.5機(jī)械密封具體結(jié)構(gòu).3410.4機(jī)械密封輔助措施.3510.4.1機(jī)械密封沖洗.3510.4.2機(jī)械密封潤滑.3510.4.3機(jī)械密封冷卻.3511經(jīng)濟(jì)性分析.3312結(jié)論.37參考文獻(xiàn). 38致謝. 39西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11緒論泵是一種將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w能量的機(jī)械。在任何工礦企業(yè)中，用 不到離心泵的部門是沒有的在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，泵是主要的排灌機(jī)械。我國農(nóng)用泵占泵 總量的一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用得最多的

12、設(shè)備。礦井下需要用泵 排水；在選礦、冶煉和軋制過程中，需要用泵來供水等。另外，在國防建設(shè)、船舶制 造、城市的給排水、蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床的潤滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染 料、造紙工業(yè)中輸送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等，都需要大量的泵。泵的設(shè)計(jì)具有不同的方法，其基于流道理論的一元分析常用于離心式機(jī)械，將流 道橫截面上的參數(shù)用其平均值來表示的一種簡化分析方法。確定泵葉輪的線性尺寸可 以釆用不同的方法，一種是利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)直接計(jì)算線性尺寸，另一種利用速度系數(shù)。 利用相似理論推導(dǎo)出葉輪及蝸形壓出室線性尺寸計(jì)算公式，再以當(dāng)代國產(chǎn)泵優(yōu)秀水力 模型為統(tǒng)計(jì)源，用數(shù)值分析的方法將擬合成方程式進(jìn)行計(jì)

13、算，是離心泵水力設(shè)計(jì)行之 有效而簡潔的方法?；诒脙?nèi)液體流動(dòng)的復(fù)雜性，至今還不能用理論計(jì)算的方法準(zhǔn)確地獲得泵的性能 曲線，因此，通過試驗(yàn)手段開展對泵性能的研究，或?qū)河械漠a(chǎn)品確定其實(shí)際的工作 性能就顯得極為重要。根據(jù)試驗(yàn)條件和目的的不同，性能試驗(yàn)可分為試驗(yàn)臺試驗(yàn)和現(xiàn) 場式試驗(yàn)兩種。試驗(yàn)臺試驗(yàn)是指，將泵安裝在制造廠或使用單位的泵性能試驗(yàn)裝置上 而進(jìn)行的試驗(yàn)。其主要目的是：確定泵的工作性能曲線，確定它的工作范圍，可以更 好的向用戶提供經(jīng)濟(jì)、合理地使用和選擇的可靠數(shù)據(jù)；通過實(shí)驗(yàn)得到的性能曲線來校 核設(shè)計(jì)參數(shù)，檢驗(yàn)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)指標(biāo)，以便修改設(shè)計(jì)或改進(jìn)制造質(zhì)量。 現(xiàn)場試驗(yàn)是指，泵安裝到使用

14、單位后，在實(shí)際的使用條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，其主要目的 是為泵的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。例如，通過試驗(yàn)了解整個(gè)泵裝置及管路系 統(tǒng)的實(shí)際性能，據(jù)此來考察其選型是否合理，并以此為依據(jù)，制定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，使 其在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)也能隨之按最經(jīng)濟(jì)合理的方式進(jìn)行。在泵改造前進(jìn)行試驗(yàn)，以便鑒定 改進(jìn)效果。通過試驗(yàn)測得的效率下降和出力變化的情況，來估計(jì)泵在長期運(yùn)行中因汽 化、磨損和內(nèi)部不正常的泄露等因素所造成的內(nèi)部損壞程度，以便及時(shí)檢測并合理確 定檢修期限。泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，介質(zhì)在慣性離心力的作用下 獲得能量以提高壓強(qiáng)。介質(zhì)離開葉輪進(jìn)入泵殼后，因蝸殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而使介質(zhì)減 速，部分動(dòng)

15、能轉(zhuǎn)換成靜壓能。只要葉輪不斷地旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)便連續(xù)地被吸入和排出。從 上述工作原理可知，離心泵工作時(shí)，最怕泵內(nèi)有氣體，因?yàn)闅怏w的密度小，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn) 生的離心力就很小，葉輪內(nèi)不能造成必要的真空度，也就無法將密度較大的液體吸入 泵中，因此在開泵前必須使泵的吸入系統(tǒng)充滿液體，工作中吸入系統(tǒng)也不能漏氣，這 是離心泵正常工作必須具備的條件。液體在離心泵中獲得能量的過程表現(xiàn)為液體在葉 輪作用下流速大小和流動(dòng)方向的變化。離心泵工作時(shí)，液體一方面和葉輪一起旋轉(zhuǎn)作 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)乂從葉輪的流道中向外流動(dòng)，液體在葉輪中所作的是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2本泵的結(jié)構(gòu)釆取后開門的結(jié)構(gòu)形式，即泵體與泵蓋的

16、分界在葉輪的背面，泵體和 泵蓋構(gòu)成泵的工作室；葉輪、軸、和滾動(dòng)軸承等為泵的轉(zhuǎn)子；懸架和軸承部件支撐泵 的轉(zhuǎn)子。為了平衡泵的軸向力，大多數(shù)葉輪前、后均設(shè)有密封環(huán)，并在葉輪后蓋板上 設(shè)有平衡孔。但是有些泵的軸向力不大，葉輪背面不必設(shè)密封環(huán)和平衡孔。設(shè)計(jì)內(nèi)容 分為四部分計(jì)算，即材料選擇、水力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許 范圍內(nèi)，充分考慮到該泵的使用環(huán)境和輸送的介質(zhì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇、過流部 件的水力設(shè)計(jì)、泵零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)等主要環(huán)節(jié)上作出了十分科學(xué)的改進(jìn)。在選材上泵體、 葉輪等零部件選用灰鑄鐵。在軸和軸套采用45號鋼，在結(jié)構(gòu)上將底座加厚加筋，以 增強(qiáng)剛性，采用機(jī)械密封。保證泵在所處的環(huán)

17、境中能正常使用?？傊驹O(shè)計(jì)就是針對泵在化工裝置中的重要性的不斷提高的現(xiàn)狀下，進(jìn)行泵的 改良，對提高泵的使用效率，降低能耗，具有重要的意義。西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4Nc= 1.15 x9.45 = 10.87kvv2.3.4 選擇電動(dòng)機(jī)綜合以上論述計(jì)算，本設(shè)計(jì)選擇異步電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)見表21。表21三相異步電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)型號Y160M1功率15kw防護(hù)等級電壓380v電流功率因數(shù)0.88接法轉(zhuǎn)速2950r/m絕緣等級頻率50Hz重量工作方法西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）53泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)方案確定3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)輸送介質(zhì)：清水；工作溫度：80C；介質(zhì)密度 ：1 OOOkg/m

18、3:體積流量q、,：50m*h；泵揚(yáng)程50m；泵效率“：72%；泵必需汽蝕余量： 3.0nio3.2 泵進(jìn)出口直徑 3.2.1 泵吸入口徑 0泵吸入口徑由合理的進(jìn)口流速確定。泵吸入口的流速一般設(shè)為3m/s左右。從制 造方便考慮，大型泵流速取大些，以減小泵的體積，提高過流能力。而要提高泵的抗 汽蝕性能，應(yīng)減少吸入流速。綜合考慮，取泵吸入口的平均流速vs=3nVsoD = J4x50= 0.076m vs7t V3X3.14（31）式中，Ds-泵吸入口徑mm;u.-泵吸入口流速，uz= 3nVs。按照標(biāo)潅管徑=80mnio 3.2.2 泵排出口徑 0低揚(yáng)程泵，取與吸入口徑相同習(xí)。因11： =67.

19、5,取80nmio3 3 泵轉(zhuǎn)速確定泵轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)考慮下面因素：1泵的轉(zhuǎn)速越高，泵的體積越小，重量越輕，據(jù)此，應(yīng)選擇盡量高的轉(zhuǎn)速；2轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，而比轉(zhuǎn)數(shù)和效率有關(guān)，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)和比轉(zhuǎn)數(shù)結(jié)合起來確 定；3確定轉(zhuǎn)速應(yīng)考慮原動(dòng)機(jī)的種類（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)）和傳動(dòng)裝置（變速傳動(dòng)等）;轉(zhuǎn)速11和汽蝕基本參數(shù)和有確定的關(guān)系，如得不到滿足，將產(chǎn)生汽蝕。提高泵的轉(zhuǎn)速受到汽蝕條件的限制，從汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)公式C =5.62換可知,西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6對于一定的C值，假設(shè)提高轉(zhuǎn)速，則NPSHj增加，當(dāng)該值大于裝置提供的裝 置汽蝕余量時(shí)，泵便發(fā)生汽蝕。采用汽蝕條件確定泵轉(zhuǎn)速的方法，是選擇C值，按給定的裝

20、置的汽蝕余量NPSH.計(jì)算汽蝕條件允許的轉(zhuǎn)速，所采用的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于汽蝕條件允許的轉(zhuǎn)速，即5 62逅設(shè)計(jì)體積流量qv= 50m3/hoc=856.95=860根據(jù)對NPSHr,等參數(shù)的要求以及考慮結(jié)構(gòu)，制造，動(dòng)力等因素確定合適 轉(zhuǎn)速。按汽蝕要求確定比轉(zhuǎn)速時(shí)：A10.75c-Alir5.62亦7式中，C汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，C = 860;Ahr泵必需的汽蝕余量，Alir=3.0nio860 x375=341 p in 503600 3.4 泵水力機(jī)構(gòu)及方案水利管道上的主要用泵從用途上可分為給水泵和主輸泵兩種。主輸泵是各泵站的 輸水用泵。在構(gòu)造上，水利管道所用離心泵一般為單級雙吸，兩級雙吸，多級單吸兒 種。單

21、級泵用作給水泵或串聯(lián)操作的主輸泵。多級泵則用于主輸泵的并聯(lián)操作，根據(jù) 需要的揚(yáng)程選擇多級泵的級數(shù)。因?yàn)橐筝^高的工作效率，主泵的比轉(zhuǎn)數(shù)都比較高， 因而水泵必需的最小汽蝕余量也大，這意味著，主泵的抗汽蝕性能較差，往往需要正 壓進(jìn)泵。離心泵基本工作性能特點(diǎn)兒1轉(zhuǎn)速高，通常為15001/m300（k/m或更高，流量均勻；2流量隨揚(yáng)程而變化，流量范圍大，通常10-350 iii3/li,最大流量可達(dá)10000 m3/li以上；3揚(yáng)程隨流量而變化，在一定流量下只能供給一定揚(yáng)程。單級揚(yáng)程一般10m80nio多級泵揚(yáng)程可達(dá)300m以上，工作壓力一般10 xl05Pa：4功率范圍很大，一般在500kw以內(nèi)，最

22、大可達(dá)lOOOkw以上；5效率較高，一般0.500.90,在額定流量下效率最高，隨著流量變化效率降6單級揚(yáng)程一般為57m,最大可達(dá)8ni以上。(32)n =-5.62xn = 295017 m3415r/nio故所選用原動(dòng)機(jī)合理。西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7比轉(zhuǎn)數(shù)（比速）是影響離心泵葉輪結(jié)構(gòu)和性能的一個(gè)參數(shù)。1在亠=150250的范圍，泵的效率最好，當(dāng)n. 16min考慮鍵削弱作用，聯(lián)軸器軸孔直徑為標(biāo)準(zhǔn)化，d取2411U11O最小軸徑d確定，考慮托架結(jié)構(gòu)，推算安裝滾動(dòng)軸承處軸徑dl, dl比d大一級,并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，本設(shè)計(jì)取351111110安裝葉輪處的軸直徑cb的尺寸希望盡量粗一點(diǎn)，粗

23、剛性好，d2太粗浪費(fèi)材料，同時(shí)軸肩不能高于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，否則影響軸承拆卸和潤滑油的流動(dòng)，本設(shè)計(jì)d?取24nmio葉輪配合的直徑ch，比di小一級，本設(shè)計(jì)ds(42)(43)式中：d軸徑,mm o注=16訕.14x49d16MC處西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10取30nmio輪轂直徑血對泵的吸入性能沒有什么影響，本設(shè)計(jì)中 g 取32mm。4.2 葉輪進(jìn)口直徑 Q葉輪入口速度久：u（）= KoVS式中，一葉輪入口速度，m/s； Ko一一葉輪入口速度系數(shù)；K。=0.026542+0.001247n： 0.00000 In JKo= 0.026542 + 0.001247 x 67.5 - 0.0

24、00001 x 67.52= 0.1062 u0=0.080355x -72x9.81x50 = 3.32in/s對懸臂式離心泵葉輪，入口直徑Q可由流體力學(xué)公式求得：71小2qvr=二Do UQ由（45）式得：D =式中，qvr一理論流量，qvr大于設(shè)計(jì)流量qv,因?yàn)橥ㄟ^葉輪的流量中有一部分經(jīng)密封間隙返回葉輪入口，造成容積損失。q”可由下式計(jì)算：4.3 葉片入口邊直徑 0在葉輪流道入口邊上取圓心，作流道的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓圓心到軸心線距離的兩倍 即為葉片入口邊直徑卩，葉片入口邊直徑0般可按比轉(zhuǎn)速吐確定。兀=40100,則22（般入口邊平行于軸心線；對流量較小的泵，可取Dr。；對流量較大的泵，也可將

25、入口邊伸向吸入口，但是應(yīng)注意鑄造造型的工藝 性）：n;=100-200,則q=（l0.8）Q；比=200300,則=（0.80.6）D；兀=300500,則 =（0.70.5）D；% =500,則q = 0（軸流泵）。(44)(45)(46)(47)式中，v泵容積效率，由文獻(xiàn)8, 8-1可知久=0.815 :Qvr0.82x3600= 0017mI 4x0.017V 3.14x3.32=0.0806 m西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11本設(shè)計(jì)中葉片入口邊直徑0取0.095nio葉片入口處絕對速度 S一般取= uQ或略大于q，對抗汽蝕性能要求較高的泵，可取q= （0 40 83）本設(shè)計(jì)中取q

26、= uQ= 3.32mzs。葉片入口寬度 Sb1=-也q離心泵葉輪入口尺寸D。，$和匕除影響泵的性能和效率外，對泵的抗汽蝕性能影響很大。61_ 3.14x0.085x3.32 _ 嘰。4.6 葉片入口處圓周速度 su.=1603.14x0.085x2950一 “ ,u. =- = 13.123m/s1604.7 葉片數(shù) Z目前尚無準(zhǔn)確的方法確定葉片數(shù)，對n. =60250的泵，一般取6片；對低比轉(zhuǎn) 速的泵可取9片，但應(yīng)注意勿使入口流道堵塞；對高比轉(zhuǎn)速的泵可取4片5片。一 般情況可按下表選取。表4 1葉片數(shù)的選擇比轉(zhuǎn)速 m50 6060 180180350350580葉片數(shù) Z8765本設(shè)計(jì)葉片

27、數(shù)Z取為8。4.8 葉片入口軸面速度仏5 =（1）式中，0葉片入口排擠系數(shù)；設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，先選取排擠系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，待葉片厚度和葉片入口安裝角確定后, 再來校核值。計(jì)算時(shí)，一般取0=0.770.91,低比轉(zhuǎn)速的小泵取大值。本設(shè)計(jì)中，取0.80oulr= 0.80 x 3.32 = 2.656 nYs4 4(48)0.017(49)西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）124.9 葉片入口安裝角葉片入口安裝角就是在葉片入口處，葉片工作面的切線（嚴(yán)格地說，應(yīng)該是在流 面上葉片骨線的切線）與圓周切線間的夾角。假定液體是無旋流入葉輪內(nèi)，則由速度 三角形可知：(411)式中，A液體進(jìn)入葉輪相對速度的液流角。葉輪

28、入口處的葉片安裝角比相對速度液流角增大了的角度， 這個(gè)角度叫做沖角, 以A0表示。葉片入口安裝角0好：Ay = 0】+ M一般沖角取A/? = 313。，葉片入口安裝角0呼=10。40。本設(shè)計(jì)中，取0 = 13。，0】=11.442。0=11.442。十13。=24.442。4.10 葉片厚度較小泵，考慮鑄造工藝性，對鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為3mm4mm；對鑄鋼 葉輪，葉片最小厚度為5mm6mm。大泵應(yīng)適當(dāng)增加葉片厚度，以便使葉片有足夠 的剛度。本設(shè)計(jì)中，葉片厚度S取4mm。4.11 葉片排擠系數(shù)卩校核葉片排擠系數(shù)0是葉片厚度對流道入口過流斷面面積影響的系數(shù)，等于流道入口 考慮葉片厚度的過流面

29、積與不考慮葉片厚度過流面積之比值。(413)式中，t,葉片節(jié)距；Su】葉片在圓周方向上的厚度;空=3.14x0.085 = 0 441Z63= - -=U1sin% 0.41式中，S1一一入口處的葉片實(shí)際厚度（嚴(yán)格說是流面上的厚度）;由式（4一13）,式（4一14）和式（4一15）得：(412)(414)(415)西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(420)13(p、= 0.835 9與假設(shè)值0.80相接近，】校核合適。4.12 葉片包角卩的確定包角卩就是葉片入口邊與圓心的連線和出口邊與圓心連線間的夾角。對比轉(zhuǎn)速ns=60220的泵，一般取0 = 75150,低比轉(zhuǎn)速葉輪取大值，高比轉(zhuǎn)速葉輪 取

30、小值。包角確定后，在繪型時(shí)還有根據(jù)具體情況作適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ诒驹O(shè)計(jì)中，卩取90 o4.13 葉輪外徑 2葉輪外徑2是決定泵性能的最主要水力參數(shù)之一。(417)式中，KH揚(yáng)程系數(shù)，目前從理論上還無法直接推導(dǎo)出計(jì)算公式，在總結(jié)國 內(nèi)目前優(yōu)秀離心泵水力模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值分析方法，擬合 得到揚(yáng)程系數(shù)計(jì)算公式：KH=0.5683971= 0.0007563a： -0.0000003ii/(418)KH= 0.5683971 -0.0007563 x 67.5 - 0.0000003 x 67.52= 0.515984.14 葉片出口安裝角 0約葉片出口安裝角般在16。40。范圍內(nèi)，通常選用20。30。

31、范圍內(nèi)。對高比 轉(zhuǎn)速的泵，0邛可以取得小些，對低比轉(zhuǎn)速的泵，0打可取得大些。葉片出口安裝角 對葉輪流道形狀和泵的效率影響很大。本設(shè)計(jì)中0與取28。4.15 葉輪出口寬度 b,將泵相似理論推出的表達(dá)式L = KL低中的線性尺寸L和系數(shù)忑分別以葉輪 出口寬度b,和流量系數(shù)Kq代替，則出口寬度b,的計(jì)算式為：(419)(416)力Pj b碼西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14式中，Kq一流量系數(shù)，采用統(tǒng)計(jì)分析離心泵水力模型，數(shù)值擬合出計(jì)算公式:/C =0.0259268+0.000132311. +0.0000007n/4*7C =0.0259268+0.0001323x67.5+0.0000007

32、X67.52=0.03805 qb. = 0.03805 = 0.00977 m-V 2950葉輪外徑D,確定后，葉輪出口寬度b是影響泵流量的最主要因素之一習(xí)。J西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）155 葉輪的選擇及繪型5.1 葉輪選擇離心泵內(nèi)廣泛采用圓柱形葉輪（n=90）,其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡便，但效率和性能都比 較差，在大流量、高壓頭、汽蝕性能要求高的情況下必須釆用扭曲葉片的葉輪。本設(shè)計(jì)泵比轉(zhuǎn)速11. =67.5 = 80mm,通常進(jìn)口直徑比出口直徑大7%12%,故取其值為90 mm,在允許的錐度 （約在7 -18 范圍內(nèi)）取8。，確定直錐式吸水室的軸向長度為厶=60nini。6.2 螺旋形壓出室

33、螺旋形壓出室由一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的螺旋形流道和一個(gè)擴(kuò)壓管組成，位于葉輪出 口之后，作用是收集從葉輪中高速流出的液體，使其速度降低，轉(zhuǎn)變速度動(dòng)能為壓能, 并且把液體按一定要求送入下級葉輪進(jìn)口或送入排出管路。螺旋形壓出室主要優(yōu)點(diǎn) 是：結(jié)構(gòu)簡單，制造比較方便，泵性能曲線高效率區(qū)域比較寬廣，車削葉輪后泵效率 變化比較??；缺點(diǎn)是單蝸室泵在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力，此外，蝸室 內(nèi)部表面不易加工。在設(shè)計(jì)螺旋形壓出室時(shí)通常認(rèn)為液體從葉輪中均勻流出，并在蝸 室中作等速運(yùn)動(dòng)習(xí)。6.2.1 基圓 D3螺旋形壓出室螺旋線開始的位置稱為隔舌。隔舌所在直徑0稱為基圓直徑。隔 舌與葉輪外徑之間應(yīng)有一適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙

34、過小，則可能使泵在大流量下壓水室內(nèi)產(chǎn) 生汽蝕，并伴隨著噪音和振動(dòng)，若間隙過大，則由于液體在間隙內(nèi)循環(huán)而損失功率， 使泵的最佳效率下降。D3=(1.031.10) D2(61)基圓大小在上式范圍內(nèi)選擇時(shí)，對泵性能沒有明顯影響。低比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取小的系 數(shù)值，高比轉(zhuǎn)數(shù)泵選取大的系數(shù)值，本設(shè)計(jì)取1.08oD3= 1.08 x 0.2 = 0.216 m入室西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)196.2.2 蝸室入口寬度 b 用葉輪出口寬度 g 加葉輪前后蓋板厚度，再按結(jié)構(gòu)需要加必要的間隙即可。蝸 室入口寬度嘰對泵性能沒有明顯影響，但取得略微寬些可改善葉輪和蝸室的對中性。b3= b2+2S + C(62)式中

35、：S葉輪蓋板厚度，mm：C常數(shù)，一般取C=520。C值的大小與比轉(zhuǎn)速，葉輪大小，液體黏度及是否含有固體顆粒有關(guān)。比轉(zhuǎn)速小, 葉輪小，液體黏度低時(shí)，取小值；否則，取大值。本設(shè)計(jì)取C = 5mm。b3= 10+ 2x4 + 5 = 23/rn?6.2.3 舌角 a、舌角匕是在蝸室第VIII斷面的0點(diǎn)(即蝸室螺旋線的起始點(diǎn))處，螺旋線的切線 與基圓切線間的夾角。為了使液體無沖擊地從葉輪進(jìn)入蝸室，一般 6 等于葉輪出口 絕對速度的液流角冬。6.2.4 泵舌安裝角理論上泵舌應(yīng)該在第VIII斷面的基圓Q上，但這樣做會(huì)使泵舌與葉輪間的間隙過 小，易產(chǎn)生振動(dòng)，并且泵舌也太薄。所以一般都將泵舌沿蝸室螺旋線移動(dòng)8

36、角，此角 即為泵舌安裝角。泵舌安裝角由表61選取。表6-1泵舌安裝角選擇比轉(zhuǎn)速 11.406080130180220280360安裝角1015202530381515選取泵舌安裝角&時(shí)，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)安排的可能性，一般應(yīng)使泵舌A處的圓角半 徑1 = 2imn2.5mm,如果泵比較小，可適當(dāng)加大&角。本設(shè)計(jì)泵舌安裝角15。6.2.5 蝸室斷面面積蝸室斷面面積對泵的性能影響很大，泵比轉(zhuǎn)速越小，影響越大，比轉(zhuǎn)速越大，影 響越小。蝸室斷面面積的大小，由所選取的蝸室流速?zèng)Q定。蝸室中的液流速度可按下式計(jì)算：u5=K5y2(63)式中：q蝸室0點(diǎn)處第VIII斷面液流速度，m/s；K.蝸室中的速

37、度系數(shù)。根據(jù)比轉(zhuǎn)速n= 67.5由文獻(xiàn)5, 8-6選取螺旋形蝸室和導(dǎo)葉中的速度系數(shù)西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）200 =（心-從1 + siny。 式中：Y斷面?zhèn)缺趦A斜角，；-壓水室入口寬度，mm；K? =0.515 ou3= 0.515x72x9.81x50 = 16.130m/s蝸室最大斷面（即第VIII斷面）處的面積Fvm：F50Qv(64)Fm=- -= 0.000861 m216.130 x3600由于液體是從葉輪中均勻流出的，故蝸室各斷面面積也均勻第變化，可按下式計(jì) 算各斷面面積：第一斷面面積：4x0.000861=107;第二斷面面積:n = -F訓(xùn)，89Fn = -x 0.

38、000861=215.26mnr ;8第三斷面面積:Fl- 8 -第四斷面面積：口4.rIV=g VIII第五斷面面積：F5Fr V = - F833性 f FIn=-x0.000861=322.875mnr；,4x0000861=430-5mm2；,Fv = |x0.000861=538.12mnr；-4x0.000861=645-第七斷面面積:7，F(xiàn) vii = -x 0.000861= 753.37mm284=上/31 + SU%(65)90 +乙 “/、B =丄2毎 +4(1 A)cosy360)心R產(chǎn)斗芹碾(66)2B(67)(68)b3西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)21/3-壓水

39、室基圓半徑，nun；西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22i= I ii in iv v vi vn訓(xùn)；-過渡圓弧半徑，mm。本設(shè)計(jì)中，取人=30。第一斷面尺寸：& = 123.87mm ,1 = 0.7411U11；1第二斷面尺寸：R2= 128.44 mm ,r2= 1.3611U11；第三斷面尺寸：/?3=131.33nmi ,13= 2.12 nun；第四斷面尺寸：R4=133.7911U11 ,r4= 2.76nmi；第五斷面尺寸：R. = 136.21nmi ,i5= 3.3511U11；第六斷面尺寸：R6= 138.23 nun ,i6= 3.92 nun；第七斷面尺寸：R

40、r = 140.56 mm,fi7= 4.46 nun；第八斷面尺寸：= 142.54min , io = 4.98 nmio6.2.6 擴(kuò)散管為減少壓力管路中的水力損失， 須進(jìn)一步降低壓水室中的流動(dòng)速度， 這一任務(wù)通 常由在第VIII斷面后設(shè)置的擴(kuò)散管來實(shí)現(xiàn)。液體離開蝸室后進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管中，80%85%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。擴(kuò)散管末端為泵的葉出口，與葉出管路相連接，所 以葉出直徑應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管徑選取，其流速符合經(jīng)濟(jì)流速。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角 一般取8。12。，擴(kuò)散角過大，會(huì)導(dǎo)致邊界層內(nèi)液體脫流，增加水力損失。擴(kuò)散管的 長度與進(jìn)口截面直徑之比不得大于2.53,否則，由于邊界層厚度增加，

41、液流會(huì)脫流, 惡化擴(kuò)散管的工作性能。 本泵擴(kuò)散角選取12。 ， 吐出口直徑為76 mm。7軸向力徑向力平衡計(jì)算7.1 軸向力及其平衡 7.1.1 軸向力計(jì)算離心泵運(yùn)行時(shí)，因葉輪兩側(cè)的壓強(qiáng)不等而產(chǎn)生了一個(gè)方向指向泵吸入口、并與泵 軸平行的作用力，稱為軸向力。這個(gè)力往往可以達(dá)到數(shù)萬牛頓，使整個(gè)轉(zhuǎn)子壓向吸入 口，不僅可能引起動(dòng)靜部件碰撞和磨損，而且還會(huì)增加軸承負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)，對 泵的正常運(yùn)行很不利。圖7-1所示為單級單吸臥式離心泵葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)分布圖5】。西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23F嚴(yán)泌一叮冊一竽（叮一牛（71）.X丿-式中， 一軸向力，N：1,一一葉輪密封環(huán)半徑，m； fw葉輪旋轉(zhuǎn)角速

42、度，iad/so在離心泵中，液體自軸向流入葉輪，而由徑向流出，故液體軸向動(dòng)量變化導(dǎo)致液 體對葉輪產(chǎn)生一個(gè)軸向動(dòng)反力尸“，其方向與尸“方向相反。F” =（72）式中：Qvr流過葉輪的理論體積流量；5葉輪進(jìn)口前的流速。故作用在單級單吸臥室離心泵葉輪上的軸向力的合力為行，F(xiàn)嚴(yán)F匚（7-3）對低比轉(zhuǎn)速的離心泵而言，軸向力尸“其主要作用，故計(jì)算時(shí)往往不計(jì)心的影響。 本設(shè)計(jì)由于比轉(zhuǎn)速小，故不考慮尸“的作用。另外，上述式子的推導(dǎo)中，由于不計(jì)密 封口環(huán)泄露量對軸向力的影響，以及其他未能認(rèn)識的原因，按照計(jì)算公式求得的軸向 力的計(jì)算值往往比實(shí)測值小得多，因此，在具體使用時(shí)計(jì)算公式時(shí)應(yīng)作充分考慮。計(jì) 算得：F“ =

43、 170.05 N7.1.2 軸向力的平衡采用平衡孔平衡軸向力。在葉輪的后蓋板上靠近輪轂的地方開一圈小孔（平衡 孔），以使葉輪背面環(huán)形室保持恒定的低壓，如圖7-2所示。為減少泄露，在葉輪后 蓋板也裝上密封環(huán)，其半徑位置與吸入口的密封環(huán)位置一致。一般平衡孔總面積必須 大于葉輪后蓋板密封環(huán)間隙面積的4倍5倍，但由于葉輪背面環(huán)形室內(nèi)的流體經(jīng)過 平衡孔流進(jìn)葉輪時(shí)，會(huì)破壞葉輪進(jìn)口處液流的吸入狀態(tài)，增大了葉輪中的流動(dòng)損失， 使流動(dòng)效率和抗汽蝕性能降低，因而只在小型泵的采用。這種方法簡單，可靠，但平 衡效果不佳，不能完全平衡軸向力，只能平衡70%90%的軸向力，剩余的軸向力需 由止推軸承來承擔(dān)習(xí)。西安石油人

44、學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖72平衡孔7.2 徑向力及其平衡蝸殼形壓出室泵，其壓出室是按設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)的。因此，當(dāng)泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行 時(shí)，葉輪周圍壓出室中液體的速度和壓強(qiáng)的分布基本上均勻的、軸對稱的，故作用在 葉輪上的徑向力的合力為0。當(dāng)泵在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，由于葉輪周圍壓出室的液 體的速度和壓強(qiáng)分布出現(xiàn)非均勻性，故作用在葉輪上的徑向力的合力不為0,產(chǎn)生一 個(gè)作用在葉輪上的總的徑向力習(xí)。（2 =0.36x 1- HBpg（74）I qs丿式中：B2葉輪出口（包括前后蓋板的寬度），m。蝸殼式泵在頻繁啟動(dòng)或經(jīng)常在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的徑向力，是個(gè)交變應(yīng) 力（載荷），容易軸產(chǎn)生疲勞破環(huán)，這個(gè)交變

45、應(yīng)力也會(huì)使軸產(chǎn)生定向的撓度，共至使 密封環(huán)、級間套和軸套、軸承發(fā)生末損壞。因此，必須釆用徑向力平衡措施，以設(shè)法 消除徑向力。采用雙層壓出室平衡徑向力：單級泵可采用雙層壓出室，即用分隔符將 壓出室分成兩個(gè)對稱的部分，這兩個(gè)部分在其共用的擴(kuò)散管重新匯合，雖然在每個(gè)壓 出室里壓強(qiáng)分布式不均勻的，但由于上下壓出室相互對稱，從而使泵在所有運(yùn)行工況 下產(chǎn)生對稱的徑向力，作用在葉輪上的徑向力相互抵消，達(dá)到平衡。F, = 0.36x（l-0）x50 x0.02x 0.2x1000 x9.8 = 705.6 N西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）258軸承、聯(lián)軸器、鍵的選擇8.1 軸承 8.1.1 軸承選擇根據(jù)軸承

46、中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡稱滑動(dòng)軸承）和滾 動(dòng)摩擦軸承（簡稱滾動(dòng)軸承）兩大類。滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來 支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的，具有摩擦（阻力）系數(shù)小，功率消耗小，起動(dòng)容易（阻力?。┑葍?yōu) 點(diǎn)，而且它以標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤滑、維護(hù)都很方便。滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)比較小，從 而使機(jī)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(dòng)軸承有良好的 密封裝置，加一次潤滑油可使用很長時(shí)間。本泵葉輪釆用平衡孔平衡70%90%軸向力，剩余軸向力由止推軸承來承擔(dān)。 選擇深溝球軸承。標(biāo)記：滾動(dòng)軸承6207 GB/T2761994o8.1.2 軸承的校核參考文

47、獻(xiàn)4,軸承的壽命校核:io6(f,c60I/川式中：Lh額定壽命，40000 /?；n-轉(zhuǎn)速，min；C基本額定動(dòng)載荷，對向心軸承為C，查文獻(xiàn)1, Cr= ?.5.5 KN；P一一當(dāng)量動(dòng)載荷,N；f,一一溫度系數(shù)，取1;-壽命系數(shù)，對球軸承取3；A一一載荷系數(shù)，取1.2。P=XFr+ YFa= 1.0 Fr= 705 N式中：X一一徑向動(dòng)載荷系數(shù)，1.0；Fr一一徑向載荷，N：Y軸向動(dòng)載荷系數(shù)，0；F“軸向載荷，No由式（81）：81.3 軸承潤滑(81)(82)x40000= 16.24 KN60dn = 0.035x2950= 103.25 nuni7min60本泵采用油霧潤滑。8.1.4

48、 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(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒?流失而設(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(dòng)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(qiáng)石墨、青銅、耐磨鑄鐵）與轉(zhuǎn)動(dòng)軸直 接接觸以進(jìn)行密封。本軸承釆用氈圈密封。8.2 鍵的選擇與校核 8.2.1 鍵的選擇鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞扭矩，有的還 能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)導(dǎo)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

49、的兩側(cè)面是工作 面。工作時(shí)，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(diǎn)，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(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中前兩者為 靜連接，后兩者為動(dòng)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銃刀銃出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固 定良好。缺點(diǎn)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 A】。本泵選

50、用圓頭平鍵。鍵的選擇包括類型和尺寸兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要 求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。鍵的主要尺寸 為其截面尺寸（一般以鍵寬bx鍵高表示h）與長度L.鍵的截面尺寸bxh按軸的直徑d西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8.3.1 聯(lián)軸器27由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度乙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厶（1.52） d, d為軸的直徑。所選定的鍵長亦符合標(biāo)準(zhǔn) 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）b = 8mm, h = 7mm, L = 50nmio聯(lián)軸器與軸配合鍵選擇：圓頭普通平鍵（

51、A型）b = 8nun, h = 7mm, L = 32nuno8.2.2 鍵的強(qiáng)度校核平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，對于釆用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為:(83)式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩,N-m；k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，mm,k = O.5h,h為鍵的高度，nun;1鍵的工作長度，mm,圓頭平鍵l = L-b,厶為鍵的公稱長度，mm, b鍵的寬度，mm；d-軸的直徑，mm；耳鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠

52、壓應(yīng)力，ME；p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，ME,具體數(shù)值參考表82。表82鍵連接的許用擠壓應(yīng)力.許用應(yīng)力M內(nèi)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b I鋼12015010012060 90靜連接鑄鐵70 8050 6030 45葉輪與軸配合鍵校核:聯(lián)軸器與軸配合鍵校核:2x10.87 xlO33.5x24x24=10.78MPa 5 bp =120150 MPa,（合適）3.5x42x24=6.16MPacrp = 7080 MPa(合適)2TxlO3西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8.3.1 聯(lián)軸器28聯(lián)軸器選擇西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

53、29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(yùn)行與檢修中需要經(jīng)常維護(hù)檢查、檢修校正的重點(diǎn)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(shí)由于機(jī)器在運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)中溫度的變化、軸承的磨損 等都會(huì)使兩軸線的位置進(jìn)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(shí)不能補(bǔ)償這些偏斜，會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，引起劇烈振 動(dòng)，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(bǔ)償兩軸軸線位置的偏斜，吸收振動(dòng)，緩和沖擊的作

54、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(hù)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(jì)選用YL4, YLD4型聯(lián)軸器。標(biāo)記：從動(dòng)端：J型軸孔，A型鍵槽，d = 24mm,厶=52mm。聯(lián)軸器的初步校核：公稱扭矩Tn=40n.m而泵軸的扭矩T=35.19n.mTn故合理。許用轉(zhuǎn)速n=9500i7mm泵轉(zhuǎn)速n=2950i7min 9500 r/rnrn故合理。8.3.2 聯(lián)軸器的校核計(jì)算轉(zhuǎn)矩7；己將機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的慣性力和工作中的過載等因素考慮在內(nèi)。在4. 1.1中己求出Tc= Me= 35.19 N m滿足傳遞轉(zhuǎn)矩所需的螺栓預(yù)

55、緊力F：F =竺(84)( + D2)/?/_ 4x35.19_一(100 + 80)x4x0.15x107=1303.33 2式中：Tc一一聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；D聯(lián)軸器的外徑，100 mm；D2聯(lián)軸器凸緣接觸處的內(nèi)徑，80m；n一一螺栓數(shù)量，4；JLI摩擦系數(shù)，0.15。螺栓連接強(qiáng)度條件：(T = -4 cr(85)叱式中：0一螺栓材料的需用應(yīng)力，查文獻(xiàn)1查到取120 M匕;西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30譏螺栓的螺紋小徑，10 mm ,西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）312xl303 33y =- ；no因?yàn)閛-H，所以所選聯(lián)軸器合格。21.55 MPa西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3

56、29泵軸的校核軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上 零件的工作可靠性，還會(huì)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(jì)室軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。2）軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù) 情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對軸進(jìn)行強(qiáng)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(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛 度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大彈性變形。對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)

57、行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì) 算，以防止發(fā)生共振而破壞。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(qiáng)度。設(shè)計(jì)離心泵軸，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以提高泵運(yùn)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，乂希望軸的重量輕、成本 低，這些要求是相互矛盾的，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)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(qiáng)度要求，乂要物盡其用，合理使用材料。葉輪等零件均是裝在軸上，并同時(shí)在泵體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，軸的強(qiáng)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(qiáng)度

58、和剛度進(jìn)行校核是十分必要的.。9.1 強(qiáng)度校核軸的自重：叱=1口軸g = vpg（91）式中：v軸總體積，以軸的平均直徑35mm為軸徑計(jì)算的軸的體積，p軸材料的密度，p = 7900kg/m3o= 3.14 x 0.01752x 0.481 x 7900 x 9.8 = 35.80N葉輪的自重：W2= nnig（92）式中：n葉輪個(gè)數(shù)；m單個(gè)葉輪質(zhì)量，估算葉輪質(zhì)量為18kg；= lx 18x9.8 = 176.4N其他零件自重相比軸和葉輪自重可以忽略不計(jì)。作軸受力簡圖如圖9-1：西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33軸扭矩圖9-3Fr+W?1 r/圖91軸受力簡圖求支座反力R1 , R2，工Mg

59、 )=0由式(93)得：/?2xl24 - 36x104 - 344x(/;+176)=0式中：Fr徑向力，F(xiàn)r= 705/V；R2= 2474 N由式(94)得： +、&=oR、=1557 N求得得b點(diǎn),d點(diǎn)彎矩：嘰=162N mMc= 194N -m作軸的彎矩圖9-2：(93)(94)(95)d圖9-2軸彎矩圖35西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34圖4彎扭矩合成圖由圖9一4可見，b面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：Meb= JW +刃=J194,+（0.6x35） = 195N m（96）M“=+aT = Jl 62,+（0.6x35） =163Nm（97）計(jì)算危險(xiǎn)截面處直徑：Me0.1

60、xj考慮到軸上鍵槽對軸的削弱故增大軸徑5%6/b=31.19niiii35 nun= 30.06 nun40 nun豊罟=30.06mm(98)(99)軸強(qiáng)度校核安全。9 2 剛度校核實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明臥式泵的軸的剛度，只需要滿足以下條件即可滿足。本泵是單級懸臂泵只需要滿足下式:嚴(yán).82.2式中：1兩支撐中心的距離，m； t泵軸懸臂部分的長度，m：t 277一=2.191.8-2.21158(910)剛度滿足要求9 3 臨界轉(zhuǎn)速校核當(dāng)軸轉(zhuǎn)速達(dá)到或接近某一定值時(shí)，將會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)使軸，軸承，軸圖93軸扭矩圖軸彎扭矩合成圖，見圖94：竺丄31.19mm0.1x60Me01x01d西安石油人學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35上的零件其至整