泵轴的可靠性设计方法的探讨.doc

毕业论文 题目：泵轴的可靠性设计方法的探讨 分 院 机电信息分院 专 业 机电一体化技术 目录 摘要 - 1 - 一、引言 - 2 - 二、 泵轴失效的影响因素 - 3 - （一） 单级离心泵结构特点 - 3 - （二） 作用在泵轴上的载荷 - 3 - （三） 泵轴内的应力 - 4 - （四） 泵轴失效特征 - 5 - （五） 泵轴失效的因素及危险断面 - 5 - 三、 试验情况 - 6 - （一）设计工况的扭转角及持久强度试验 - 7 - （二）零流量工况的挠度与转角试验 - 7 - （三）试验结果 - 7 - 四、 设计准则与强度计算方法 - 7 - （一）设计准则 - 7 - （二）强度计算方法 - 7 - 五、 提高泵轴刚度的措施 - 11 - (一) 改进泵轴的结构形式，减小弯矩数值 - 11 - (二) 缩短跨度或增加支撑 - 11 - (三) 选择合理的截面形状 - 12 - 六、 总结 - 12 - 参考文献： - 13 - 致谢 - 14 -  摘要：泵轴是组成离心泵的重要零件之一，一切作回转运动的零件都要装在轴上才能实现其回转运动，同时实现动力的传递，因此，泵轴工作时会受到重力G、径向力Pt、轴向力A、离心力Pv及扭矩Mn的作用。而且这些力还与转速有关。在这些力的作用下，引起轴的弯曲、扭转和剪切，超过许多应力时，泵轴失效，轻者引起轴上零件磕碰、磨损，重者使零件卡滞，甚至影响泵的正常工作。为此，提出了轴的设计方法：1.在低速时，轴应以扭曲强度作为设计准则；2.在高速时，应以扭矩刚度作为设计准则。并进行了理论计算与试验验证，其结果基本一致。 关键词： 泵轴 可靠性 设计方法 探讨引言 离心泵在现代工业发展中很早就起到了它的作用，现在离心泵应用范围广泛。 其根据主要用途又可划分为多种离心泵，分类方法常见的有以下几种方式主要适用于工农业及城市、排水、消防供水等 离心泵随着转速的提高，工作条件变差，转速越高，工作环境越恶劣。然而高速化又是发展的必然趋势，因为高速化可大大提高运行效率，同时可缩小泵的体积、减轻重量，从而大大提高泵运行的经济性，但对泵的可靠性提出了更高的要求。要求科学合理的设计方法，准确的设计精度，否则会影响到泵使用的可靠性。泵在工作过程中，泵轴受力复杂，过去对泵轴可靠性的计算和试验不多，缺乏成熟的计算方法。此次设计通过试验研究，分析泵轴失效的影响因素，论述了泵轴强度的计算方法，阐明了提高泵轴刚度的措施，进一步完善了可靠性计算的理论。 论文的主要内容： 本文主要介绍泵轴的可靠性设计与试验，在泵轴失效的影响因素中首先讲述了单级离心抽油泵在工作过程中泵轴是如何失效以及失效的原因，接着是对泵轴可靠性试验的具体情况进行描述，其中先对设计工况状态下的扭转角及持久强度的试验，接着是零流量工况的挠度与转角试验，然后对两种状态下试验结果综合分析，对设计准则和强度计算方法进行描述。最后介绍了提高泵轴可靠性的措施。 泵轴失效的影响因素 泵轴失效是由于各种复杂载荷共同作用的结果，而各种载荷的影响程度是不同的。 单级离心泵单级离心泵包括泵体，泵盖，带输出轴的电动机，在泵体内装设的泵轴、轴承座、叶轮、机械密封和机封压盖，其特征在于，它还包括位于电动机输出轴与泵轴之间设置的对夹式联轴器，以及安装在轴承座上的以辅助支承泵轴的导轴承；所述对夹式联轴器分别与电动机输出轴和泵轴刚性连接，在电动机输出轴与泵轴之间留有便于机械密封和机封压盖装拆的空间距离。在维修或更换机械密封时，无须拆卸电动机及泵盖。的作用。这些载荷与转速有关，其中径向力，轴向力和扭矩还与泵运行工况有关。由统计和计算作出了零流量工况和设计工况在不同比转速时，重力、径向力和离心力的关系曲线（见图2.1）。图2.2给出了比转速与扭矩和轴向力的关系曲线（图中所给数据均以80mm口径、用静强度确定的泵轴为例，Q=0为零流量工况，为设计工况）。 图2.1 与 的关系曲线 图2.2 与A和的关系曲线 泵轴内的应力 泵轴内的应力与泵轴受力有关，一般产生在泵轴内的应力有弯曲、扭转和剪切等应力。静强度应力用表示，疲劳强度安全系数用表示，刚度分别用挠度转角和扭转角表示。图2.3给出了比转速与强度和安全系数的关系曲线，图2.4表示与挠度转角和扭转角的关系曲线。 图2.3 与和的关系曲线 图2.4 与 和的关系曲线 泵轴失效特征 由图2.3、图2.4可知，在零流量工况或设计工况时，静强度无论用第三或第四强度理论计算，强度富裕量都很大。但在零流量工况时，会因疲劳强度、挠度、及转角达不到要求而失效。在设计工况时，会因扭转角满足不了要求而失效，如图中虚线所示。 泵轴失效的因素及危险断面 在设计工况扭矩作用结果使扭转