泵零件强度设计.doc

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1、第二章泵轴的强度设计1概述1.1泵轴的工作环境泵轴在运行中，除了承受扭矩外，还承受由涡室产生的径向力，由皮带传动所引起的径向力、转子自重及由静不平衡所引起的离心力等，这些力都会使轴产生弯曲:而轴向力会使轴产生拉伸或压缩。在开始设计时，轴的长度和跨度均未定，轴所受的弯矩无法求得;另一方面，对离心泵来说，除了要考虑轴的强度外，还要考虑刚度，即轴的最大挠度不能超过泵内最小密封间隙。因此，在结构设计完成后，尚需对轴进行强度校核和刚度验算。泵轴是传递动力的零件，从轴不被破坏的角度出发，希望轴的尺寸大一些，材料用的好些;另一方面，从降低成本观点出发，希望轴的尺寸小些，用的

2、材质差些。这要求是相互矛盾的，必须根据具体情况，合理选择材料，正确确定尺寸。轴的材料在一般清水泵的情况下使用硬钢或中硬钢。如抽送有腐蚀性和磨损性的液体，因特别易于损伤填料箱部分的轴表面，需要采取保护轴的方法。抽送海水等的泵，在接触液体的轴上用耐蚀性轴套加以保护。在抽送腐蚀性特别强的液体的情况下，轴本身要用耐腐蚀的不锈钢及其他材料制成。如液体中含有固体颗粒并带有磨损性物质，要在填料箱部分的轴表面上罩上轴套。轴套以硬材料为好，根据情况也可在其表面敷以司太立合金(Stellite)和科罗莫尼合金(Colmonoy)等硬质材料。1.2泵轴强度校核的方法校核水泵轴强度的

3、方法有两种:一是试验研究，二是分析计算。由于试验研究需要花费很长时间和高昂费用，同时，试验研究只能在已制成的轴上进行，设计阶段则无法进行。因此，人们很早就致力于用分析计算的方法研究轴的强度。然而，轴强度的计算甚为困难。一方面，轴工作应力的准确计算十分困难:水泵的轴受弯曲、扭转和振动等多种载荷，应力集中相当严重:轴承的不同心度及工作状态下机体的变形、轴颈与轴承之间的间隙和油膜状况均显著影响轴的受力，并涉及到许多互相关联、互相制约的因素。另一方面，轴的强度考核也比较困难，其效果的定量描述难以确定。已有水泵轴的强度计算都归结为疲劳强度计算，其计算步骤分为以下两步:一

4、是应力计算，求出危险断面的应力幅和平均应力:二是在此基础上进行疲劳强度计算。2.泵轴强度校核计算2.1泵轴直径初步计算泵轴的直径应按其承受的外载荷(拉、压、弯、扭)和刚度及临界转速条件确定。因为扭矩是泵轴最主要的载荷，所以在开始设计时，可按扭矩确定泵轴的最小直径(通常是联轴器处的直径)。同时应根据所设计泵的具体情况，考虑影响刚度和临界转速的大概因素，结合设计经验对粗算的直径作适当的修改，并圆整到标准直径。待泵转子设计完成后，再对轴的强度、刚度和临界转速进行详细的校核。计算轴径时所用的计算功率P}较轴功率稍大些，因为轴功率是设计工况下的功率，而泵运行时的最大流量

5、所对应的功率大于轴功率P。计算功率(kW)一般取:=1.2P(2-1)式中----水泵的计算功率(kW).从《机械零件》中可查知，应按下式计算泵轴所传递的扭矩)（N·m）:(2-2)按扭矩初步计算泵轴直径的公式为:(2-3)式中一材料的许用切应力(Pa);d一泵轴的最小直径(m).值的大小，决定轴的粗细。轴细可以节省材料，提高叶轮的水力和抗汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度，提高运行可靠性。确定出泵轴的最小直径后，参考类似结构泵的泵轴，画出轴的结构草图。根据各段的结构和工艺要求，确定装叶轮处的轴径和轮毅直径。叶轮轮轮毂直径必须保证轴孔在开键槽之后有一定的厚度，使轮毂

6、具有足够的强度，通常;。在满足其轮毅结构强度的条件下，尽量减小，则有利于改善流动条件。图2-1泵轴结构图在画泵轴结构草图(图2-1)时应注意以下几点:(1)各段轴径应尽量选用标准直径;(2)轴上螺纹一般采取标准细牙螺纹，其内径应大于螺纹前轴段的直径;(3)轴定位凸肩一般为12mm。2.2计算作用在泵轴上的载荷1.径向力(1)对卧式泵，轴、叶轮和其它装在轴上零件的泵转子重量本文中，近视计算时主要考虑了轴和叶轮的重量，泵其它转子产生的径向力由于较小，一般情况下可以略去不计。(2)作用在叶轮上的径向力水泵在设计流量时，涡室内液体流动速度和液体流出叶轮的速度(方向和大

7、小)认为基本上是一致的。从叶轮流出的液体能平顺地流入涡室，所以在叶轮周围液体的流动速度和压力分布应是均匀的，此时径向力很小。在小于设计流量时，涡室内液体流动速度将会减慢。但是，从叶轮出口速度三角形(图2-2)中可以看出.在小于设计流量时，液体流出叶轮的速度不是减小，反而增加，方向也发生了变化。一方面涡室里流动速度减慢，另一方面叶轮出口处流动速度增加，两方面就发生了矛盾，从叶轮里流出的液体，再不能平顺地与涡室内液体汇合，而是撞击在涡室内的液体上。撞击的结果，使流出叶轮液体的流动速度下降为涡室里的流动速度，同时把部分动能通过撞击传递给涡室内的液体，使涡室里液体压力

8、增高。液体从涡室前端(泵舌)流到涡室后