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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
附錄1
外文翻譯：
塑料模具CAD集成技術(shù)
內(nèi)容提要：通過(guò)分析計(jì)算機(jī)輔助注射模設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中共享的技術(shù)和信息，本文揭示了注射模CAD的集成技術(shù)的根本內(nèi)涵，并提出了它的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)。
塑料模具CAD集成技術(shù)
塑料模具的制造, 包括塑料產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析、模具的數(shù)控加工(銑削、電加工、線(xiàn)切割等)、拋光和配試模以及快速成形制造等。各個(gè)環(huán)節(jié)所涉及的CAD單元技術(shù)有:造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(CAD)、產(chǎn)品外形的快速反求(RE)、結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)(CAE)、輔助制造(CAM)、加工過(guò)程虛擬仿真(SIMULATION)、產(chǎn)品及模具的快速成形(RP)、輔助工藝過(guò)程(CAPP)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)(PDM)等。塑料模具CAD集成技術(shù),? 就是把塑料模具制造過(guò)程所涉及的各項(xiàng)單元技術(shù)集成起來(lái), 統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和文件傳輸格式, 實(shí)現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)資源共享, 從而大大縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期, 提高制模質(zhì)量。
塑料產(chǎn)品的CAD設(shè)計(jì)與外形的快速反求
進(jìn)行塑料模具設(shè)計(jì)制造的第一步是塑件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品的三維構(gòu)思用二維平面圖紙表達(dá)出來(lái), 圖紙上標(biāo)明工藝及施工方法,
這種方法決定了所設(shè)計(jì)圖形的簡(jiǎn)單性及不能直接控制制造質(zhì)量?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)者在電腦上直接建立產(chǎn)品的三維模型,
根據(jù)產(chǎn)品三維模型進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì),
再根據(jù)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三維模型進(jìn)行加工編程及編制工藝計(jì)劃。這種方法使產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工編程及工藝設(shè)計(jì)都以3D數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享, 不僅能快速提高設(shè)計(jì)效率, 而且能保證質(zhì)量, 降低成本。
電腦塑件產(chǎn)品模型的來(lái)源有三種: 利用CAD系統(tǒng)軟件進(jìn)行產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)、利用實(shí)物測(cè)量進(jìn)行快速反求建模、利用其它CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)格式文件。針對(duì)這三種產(chǎn)品模型的來(lái)源方式, 目前已研究出各種技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。下面進(jìn)一步分析各種技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)。
利用CAD系統(tǒng)軟件進(jìn)行產(chǎn)品模型設(shè)計(jì),其技術(shù)主要包括二維幾何圖形的繪制、二維參數(shù)化圖形的設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、三維特征造型設(shè)計(jì)、三維參數(shù)化實(shí)體造型設(shè)計(jì)、三維曲面造型設(shè)計(jì)、空間自由造型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的外觀渲染、產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)廣告設(shè)計(jì)等等。這些軟件有許多典型的代表。二維軟件有:? ME10、CADKEY、AUTOCAD、DHCAD、Genis、Sigraph等; 三維軟件有:? UGII、PRO/E、IDEAS、CATIA、EUCLID等; 產(chǎn)品自由造型及廣告設(shè)計(jì)的軟件有:
Alias、CDRS等。二維幾何圖形的繪制是利用平面CAD軟件繪制零件圖形, 即用計(jì)算機(jī)代替手工繪圖; 而二維參數(shù)化, 即計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了圖形的變量設(shè)計(jì), 使修改更加方便; 三維造型設(shè)計(jì)是數(shù)字化的產(chǎn)品的真實(shí)形狀設(shè)計(jì), 它完全表達(dá)了產(chǎn)品, 能夠進(jìn)一步為模具設(shè)計(jì)、分析和加工提供必要的數(shù)學(xué)模型; 空間自由造型設(shè)計(jì)是產(chǎn)品外形的藝術(shù)設(shè)計(jì), 使產(chǎn)品不僅是功能產(chǎn)品, 也是藝術(shù)品;產(chǎn)品的外觀渲染是產(chǎn)品的效果設(shè)計(jì), 使產(chǎn)品更加美觀、顏色更加能迎合人們的各種需求; 產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)廣告設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)果直接制作宣傳廣告,? 進(jìn)行市場(chǎng)推廣。
利用實(shí)物測(cè)量進(jìn)行快速反求建模是目前研究的熱點(diǎn)之一,? 它是產(chǎn)品仿型基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品修改設(shè)計(jì)的重要技術(shù)。其基本原理是通過(guò)三座標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光測(cè)量機(jī)或電子抄數(shù)儀對(duì)實(shí)物進(jìn)行掃描測(cè)量, 把測(cè)量所獲得的數(shù)字化的大量數(shù)據(jù)點(diǎn)送入高級(jí)CAD軟件的反求模塊或?qū)Ｓ玫姆辞筌浖? 反求軟件可直接讀取點(diǎn)數(shù)據(jù)群, 并可對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)群進(jìn)行編輯、過(guò)濾、整理、求精、排序、局部修改與重組, 然后自動(dòng)生成曲面, 最終獲得同實(shí)物精確一致的或經(jīng)改造的電腦塑件產(chǎn)品模型。這一方式可極大提高新產(chǎn)品設(shè)計(jì)速率。目前較成熟的曲面反求建模軟件有: Surfacer,? Cimatronrenge, Strim100等。
利用其它CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)格式文件來(lái)建模, 這一方式較方便。由于市場(chǎng)的全球化和INTERNET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展, 模具企業(yè)的CAD技術(shù)交流和合作有許多通過(guò)CAD文件方式進(jìn)行。由于CAD系統(tǒng)種類(lèi)較多, 因此文件的格式就必須遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),? 如DXF、IGES、STEP、VDA、STL等。通過(guò)讀取標(biāo)準(zhǔn)格式文件來(lái)直接建立或修改后建立產(chǎn)品模型, 既可加快、加深用戶(hù)與模具廠(chǎng)家的交流, 也可縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。
模具的CAD設(shè)計(jì)與分析
模具的CAD設(shè)計(jì)、分析, 包括根據(jù)產(chǎn)品模型進(jìn)行模具分型面的設(shè)計(jì)、確定型腔和型芯、模具結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、塑料充填過(guò)程分析等幾個(gè)方面。利用先進(jìn)的特征造型軟件如PRO/E、UGII等很容易地確定分型面, 生成上下模腔和模芯, 再進(jìn)行流道、澆口以及冷卻水管的布置等。確定了這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以后, 再利用模具分析軟件, 如MOLDFLOW、CFLOW進(jìn)行塑料的成形過(guò)程分析。根據(jù)MOLDFOLW軟件和它的豐富的材料、工藝數(shù)據(jù)庫(kù), 通過(guò)輸入成形工藝參數(shù),???? 可動(dòng)態(tài)仿真分析塑料在注塑模腔內(nèi)的注射過(guò)程流動(dòng)情況(含多澆口注射時(shí)的塑料匯流紋分析)、分析溫度壓力變化情況、分析注塑件殘余應(yīng)力等, 根據(jù)分析情況來(lái)檢查模具結(jié)構(gòu)的合理性、流動(dòng)狀態(tài)的合理性、產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題等。比如是否存在澆注系統(tǒng)不合理, 出現(xiàn)流道和澆口位置尺寸不當(dāng), 無(wú)法平衡充滿(mǎn)型腔; 是否存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理或模具結(jié)構(gòu)不合理, 出現(xiàn)產(chǎn)品充不滿(mǎn)(即短射現(xiàn)象); 是否冷卻不均勻, 影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量; 是否存在注塑工藝不對(duì), 出現(xiàn)產(chǎn)品的翹曲變形等。模具通過(guò)CAD設(shè)計(jì)和分析, 就可以將錯(cuò)誤消除在設(shè)計(jì)階段, 提高一次試模成功率。
在塑料模具設(shè)計(jì)和分析這一階段應(yīng)用了許多新的電腦輔助技術(shù), 如參數(shù)化技術(shù)、特征造型技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。塑料模具中有許多標(biāo)準(zhǔn)件,? 如標(biāo)準(zhǔn)模架、頂出機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都可以采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理的參數(shù)化特征造型設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)或建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù), 這樣既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享, 又可以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)設(shè)計(jì)的隨時(shí)修改, 使模具的設(shè)計(jì)分析快速、準(zhǔn)確、高效。參數(shù)化特征造型不僅可以完整地描述產(chǎn)品的幾何圖形信息, 而且可以獲得產(chǎn)品的精度、材料及裝配等信息, 其所建立的產(chǎn)品模型是一種易于處理、能反映設(shè)計(jì)意圖和加工特征的模型。因此, 參數(shù)化特征造型技術(shù)是模具制造過(guò)程最重要的技術(shù)之一。
模具的CAM技術(shù)的應(yīng)用、加工仿真及制造
模具的計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)技術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)控銑削加工、線(xiàn)切割加工、電火花加工等方面。CAM技術(shù)尤其是在復(fù)雜模具的型腔、型芯及電極的銑削加工中起著更加重要的作用。其主要的技術(shù)特點(diǎn)包括:? (1) 粗、精加工刀具軌跡的優(yōu)化規(guī)劃和NC指令的產(chǎn)生, (2) 刀具種類(lèi)、特性和材料庫(kù)的建立, (3) 切削加工工藝參數(shù)的確定, (4) 普通切削和高速切削加工的特性控制, (5) 過(guò)切檢查與加工表面的精度控制, (6) 加工過(guò)程的電腦實(shí)體仿真切削, (7)電腦控制數(shù)控機(jī)床的DNC技術(shù)及群控技術(shù)的應(yīng)用等等。
在CAM技術(shù)的應(yīng)用中特別需要CAD三維產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。較多的專(zhuān)業(yè)電腦編程軟件如MASTERCAM、UNIMOD、CIMATRON等在多曲面的編程加工時(shí)對(duì)產(chǎn)品的曲面模型有較高的要求,
如相鄰曲面的U、V方向的一致性、曲面與曲面的高精度擬合、曲面斜率連續(xù)變化等。在高級(jí)CAD/CAM一體化系統(tǒng)中(如UGII、PRO/E),
由于利用了參數(shù)化特征造型設(shè)計(jì)和同一數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù), 使得產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、模具的型腔和型芯模型數(shù)據(jù)、刀具軌跡數(shù)據(jù)有著內(nèi)在的聯(lián)系, 產(chǎn)品模型的修改刀具軌跡亦自動(dòng)修改。
模具加工實(shí)體仿真技術(shù)越來(lái)越成熟, 也越來(lái)越受到人們的重視。加工實(shí)體仿真是在電腦上模仿機(jī)床的加工過(guò)程, 能直觀反映加工的結(jié)果, 能直接評(píng)估加工后零件的質(zhì)量, 能檢查出加工的錯(cuò)誤。在檢查加工后零件的質(zhì)量時(shí), 可在電腦上對(duì)加工后的實(shí)體模型進(jìn)行任意的剖切,????? 直接測(cè)量其尺寸和精度。因此, 它能把錯(cuò)誤消除在加工工藝編程設(shè)計(jì)階段, 減少加工后的修補(bǔ)和返工, 大大提高模具的制造效率和質(zhì)量。
塑料產(chǎn)品及其模具的快速成形制造
塑料產(chǎn)品及其模具用電腦CAD技術(shù)設(shè)計(jì)完成后, 可通過(guò)快速成形技術(shù)來(lái)制造。這是一種全新概念的制造技術(shù),
它摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法。其成形原理是將三維CAD實(shí)體模型離散成設(shè)定厚度的一系列片層數(shù)據(jù), 利用激光成形機(jī)或其它成形設(shè)備讀取這些數(shù)據(jù),? 用材料添加法技術(shù), 依次將每層堆積起來(lái)成形。這一技術(shù)稱(chēng)為快速自動(dòng)成形技術(shù)(Rapid Prototype)。它也是CAD集成技術(shù)的重要組成部分。
第一臺(tái)快速成形設(shè)備于1987年在美國(guó)3D公司誕生, 由于其特點(diǎn)是與制造的產(chǎn)品的復(fù)雜程度無(wú)關(guān), 給制造業(yè)帶來(lái)巨大的震動(dòng)。此后十年, 快速成形技術(shù)得到飛速發(fā)展, 設(shè)備的種類(lèi)也層出不窮,? 從材料固化方法可分為激光和非激光燒結(jié)法(SLS)、固體表層造型法(SGC)、層片制造法(LOM)、熔化沉積法(FDM)、選區(qū)粘結(jié)法(DSPC)、激光氣相沉積法(SALD)等。各種方法特點(diǎn)是:? SLA法是最早應(yīng)用的快速成形技術(shù), 初期市場(chǎng)占有較大的分額, 但由于材料范圍窄, 成本較高, 成形件耐熱、耐負(fù)荷和著色能力低, 近年逐漸被其它方法所代替。FDM法由于成形速度快, 成本低, 在塑料產(chǎn)品行業(yè)中得到較好的應(yīng)用, 由于零件的尺寸小, 精度差,也受到一定的限制。LOM法由于采用紙或者是薄片塑料, 成本低, 且激光只照射每一層的輪廓邊緣, 因而成形速度快,?? 但產(chǎn)品表面質(zhì)量差。SLS法是用激光進(jìn)行燒結(jié), 采用的材料較廣, 如塑料、蠟料、陶瓷、金屬等均可成形, 成形件耐熱、耐負(fù)荷和著色能力較強(qiáng), 具有廣泛的應(yīng)用前景。其它方法也在某些特種加工中得到應(yīng)用。
根據(jù)上述成形法特點(diǎn), 快速成形技術(shù)的作用主要在于:制造用于設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的產(chǎn)品模型、制造用于小批量生產(chǎn)的模具和小批量特殊零件的加工?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的產(chǎn)品模型在材質(zhì)方面比傳統(tǒng)加工方法制造的產(chǎn)品模型有所差別, 但在外形及尺寸方面幾乎完全一樣, 而且有一定的機(jī)械強(qiáng)度, 可作功能性試驗(yàn), 同時(shí)經(jīng)過(guò)表面處理, 看起來(lái)與真實(shí)產(chǎn)品一樣, 可作廣告宣傳品?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的模具, 目前主要是軟材料的成形模(蠟?zāi)?、環(huán)氧樹(shù)脂模、硅橡膠模、低熔點(diǎn)合金鑄造模等)和陶瓷或金屬基合成材料硬型腔模。制造硬模時(shí)可用快速成形零件作母模, 先制作環(huán)氧樹(shù)脂?；蚱渌牧系能浤? 在軟模中澆注陶瓷或石膏模, 然后澆鑄鋼成鋼模; 或者在軟模中澆注混合有化學(xué)粘結(jié)劑的鋼粉,????? 進(jìn)行燒結(jié)成鋼模?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的鋼模需進(jìn)一步做拋光等后加工, 制成小批量生產(chǎn)的注塑模。由于模具是用鋼粉澆注或燒結(jié)而成, 材質(zhì)與普通模具鋼有一定的差距, 因此, 壽命較短, 只能做試制產(chǎn)品或小批量生產(chǎn)。另外, 快速成形技術(shù)也可以制作特殊的零件,? 如用冶金粉末法制作金屬電極、精密鑄造法制作銅電極、研模法制作石墨電極等。
快速成形技術(shù)制作模具和產(chǎn)品的成型設(shè)備, 均是讀取CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的STL或CLI等文件格式數(shù)據(jù), 不同的文件格式數(shù)據(jù)對(duì)制作的產(chǎn)品精度有較大的差距, 因此, 研究CAD系統(tǒng)對(duì)快速成形設(shè)備的文件格式輸出有相當(dāng)重要的意義。
模具CAD集成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
綜上所述, 模具CAD集成技術(shù)就是應(yīng)用于模具制造各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息集成的技術(shù)。顯然,信息集成與數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理是關(guān)鍵。產(chǎn)品的信息是貫穿于設(shè)計(jì)、分析、加工、檢測(cè)、裝配等各個(gè)階段,實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息的流暢、解決數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化及數(shù)據(jù)維護(hù)與共享是未來(lái)CAD集成技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。PDM系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題帶來(lái)了曙光。PDM系統(tǒng)的實(shí)施是模具企業(yè)應(yīng)用CAD集成技術(shù)的重要課題。在模具的設(shè)計(jì)制造方面,含有豐富專(zhuān)家知識(shí)的智能化模具CAD/CAM系統(tǒng)的研究、高速切削加工及其編程等是未來(lái)研究發(fā)展的趨勢(shì)。
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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）題目： 螺旋離心泵的設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： 2006183820 姓名： 金鑫 專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 文美純 系主任：
一、主要內(nèi)容及基本要求
1、了解螺旋離心泵的工作原理及主要參數(shù)的計(jì)算；
2、應(yīng)用CAD繪制圖紙，共計(jì)A0圖紙1張、A1圖紙1張、A2圖紙3張；
3、編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，字?jǐn)?shù)達(dá)8000以上，內(nèi)容完整計(jì)算準(zhǔn)確；
4、外文翻譯，原文要求5000字符以上，中文翻譯通順準(zhǔn)確；
二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題
1、螺旋離心泵的工作原理及其設(shè)計(jì)；
2、螺旋葉片的設(shè)計(jì)方法；
3、了解填料密封；
四、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
收集資料整理、策劃設(shè)計(jì)題目
第1-2周
2
確定設(shè)計(jì)方案
第3周
3
參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核
第4-7周
4
CAD畫(huà)圖
第7-11周
5
撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)
第12-13周
6
外文翻譯、全面檢查設(shè)計(jì)內(nèi)容
第14周
7
準(zhǔn)備答辯、答辯
第15周
五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
1 丁成偉. 離心泵與軸流泵. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1981: 143-158
2 A.J.斯捷潘諾夫. 離心泵和軸流泵. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1980: 74-93
3 金樹(shù)德,陳次昌. 現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)方法. 兵器工業(yè)出版社. 1993: 139-148
4 雷宏. 機(jī)械工程基礎(chǔ)(上冊(cè)). 黑龍江人民出版社. 2000: 142-215
5 勞學(xué)蘇,何希杰. 螺旋離心泵的原理與設(shè)計(jì)方法. 水泵技術(shù). 1997: 6-13
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7 朱榮生, 關(guān)醒凡,黃道見(jiàn). 螺旋離心泵主要幾何參數(shù)的確定. 流體機(jī)械. 1996: 24-25
8 田愛(ài)民. 離心式渣漿泵葉輪的磨損規(guī)律研究. 水泵技術(shù). 1997: 7-15
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10 田愛(ài)民, 許洪元, 羅先武. 離心式渣漿泵葉輪的磨損規(guī)律研究. 水泵技術(shù). 1997: 7-15
11 何希杰. 渣漿泵工作原理和設(shè)計(jì)方法. 流體機(jī)械. 1994: 17-22
12 M Stahle, D. Jackson. the Development of a Screw Centrifugal Pump For Handling Delicate Solids. Word Pumps. 1982: 185-192
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目：螺旋離心泵的設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2006183820
姓 名： 金鑫
指導(dǎo)教師： 文美純
完成日期： 2010-6-5
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
螺旋離心泵的設(shè)計(jì)
摘要：此說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)了一臺(tái)用于輸送固液兩相流體的螺旋離心泵。本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)是螺旋離心泵特有的是三維螺旋葉輪的設(shè)計(jì)。因此，葉輪設(shè)計(jì)是以何希杰和勞學(xué)蘇提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負(fù)壓面空間曲線(xiàn)方程為依據(jù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，葉輪葉片型線(xiàn)為對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和工作條件的要求，在設(shè)計(jì)上采用固液兩相流理論對(duì)葉輪、背葉片、壓出室等泵過(guò)流部件進(jìn)行水力設(shè)計(jì)。說(shuō)明書(shū)從螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始，分別進(jìn)行了葉輪的設(shè)計(jì)與繪形、壓水室及吸水室的設(shè)計(jì)、軸向力極其平衡、主要通用零部件的選擇、V型帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)和離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算。
本文為設(shè)計(jì)高效螺旋離心泵提供了一個(gè)重要的參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：固液兩相流 螺旋離心泵 三維螺旋葉輪 空間曲線(xiàn) 對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)
Spiral centrifugal pump design
Abstract ：The article designs a screw centrifugal pump used to transport the mix flows of solid and liquid. The emphases and difficulty of the article is the design of three dimensional screw impeller owned by screw centrifugal pump. So, the design of impeller is designed with the space curve screw equation of impeller vane work surface of screw centrifugal pump and minus pressure surface raised by Xue su LAO and Xi jie HE. I take it as the gist of design. The impeller vane line is logarithm screw curve. Accord to the design parameter and the require of work condition, on the design , we do waterpower design to impeller , back vane, press out house and some flow over parts with the theory of the mix flows of solid and liquid. The article starts with structure design of screw centrifugal pump, and design the calculation and drawing of impeller, pressure out house and off water house, the force of direction of axis and its balance, the choice of the main parts in common use, the transmission design of V strip and intensity calculation of the parts of screw centrifugal pump.
The article provides an important reference for designing the high efficiency screw centrifugal pump
Key words：the mix flows of solid and liquid screw centrifugal pump three dimensional screw impeller the space the curve logarithm screw curve
- II -
目 錄
第一章 緒論 1
1.2螺旋離心泵概述 1
1.2離心泵主要零部件及結(jié)構(gòu)形式 1
第二章總體方案的確定 3
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 3
2.2 方案的確定 3
2.3原動(dòng)機(jī)的選擇 3
2.4水力設(shè)計(jì) 4
第三章 葉輪的設(shè)計(jì) 6
3.1概述 6
3.2葉輪主要參數(shù)的確定 6
3.3背葉片設(shè)計(jì) 14
第四章 壓水室及吸水室的設(shè)計(jì) 15
4.1壓水室的用途及分類(lèi) 15
4.2壓水室的設(shè)計(jì) 15
4.3吸水室的設(shè)計(jì) 16
第五章 軸向力及其平衡 18
5.1產(chǎn)生軸向力的主要原因 18
5.2軸向力計(jì)算 18
5.3軸向力平衡方法 18
第六章 主要通用零部件選擇 20
6.1正確選用通用零部件的重要性 20
6.2軸封結(jié)構(gòu)選擇 20
6.3軸承部件選擇 22
第七章 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算 23
7.1泵體強(qiáng)度計(jì)算 23
7.2泵軸校核 23
7.3軸承校核 25
總結(jié) 27
致 謝 28
參考文獻(xiàn) 29
附錄1：英文技術(shù)資料及翻譯 30
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
學(xué)號(hào)2006183820 姓名 金鑫 專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 螺旋離心泵的設(shè)計(jì)
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。
綜
合
評(píng)
價(jià)
評(píng)閱人：
2010年6月 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1螺旋離心泵概述
泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為抽送液體能量的機(jī)器。一般，原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體做功使其能量增加，從而使要求數(shù)量的液體從吸入口通過(guò)泵的過(guò)流部分，輸送到要求的高度或要求有壓力的地方。
泵是世界上最早發(fā)明的機(jī)器之一?，F(xiàn)今世界上泵產(chǎn)品產(chǎn)量?jī)H次于電機(jī)，所消耗的電量大約為總發(fā)電量的四分之一。泵的種類(lèi)甚多，應(yīng)用極為廣泛。除農(nóng)田灌溉、城市和工業(yè)給排水、熱電廠(chǎng)、石油煉廠(chǎng)、石油礦廠(chǎng)、輸油管線(xiàn)、化工廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)、采礦、造船等部門(mén)外，目前泵在原子能發(fā)電、艦艇的噴水推進(jìn)、火箭的燃料供給等方面亦得到重要應(yīng)用。另外，還可以用泵來(lái)對(duì)固體如煤、魚(yú)等進(jìn)行長(zhǎng)距離水力輸送。泵抽送的介質(zhì)除水外，有油、酸、堿漿料……一直到超低溫的液態(tài)氣體和高溫熔融金屬?？梢哉f(shuō)，凡是要讓液體流動(dòng)的地方，就有泵在工作。泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著十分重要的作用。
根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵輸送固態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，如污水污物、泥漿、紙漿、灰渣礦石、糧食淀粉、甜菜水果、魚(yú)蝦貝殼等不勝枚舉。據(jù)文獻(xiàn)介紹，如今已成功地從5000米深的海底用泵向陸地輸送猛礦石。對(duì)輸送這類(lèi)物質(zhì)的泵，有兩個(gè)主要要求：一是無(wú)堵塞，二是耐磨損。耐磨損主要與材料有關(guān)，無(wú)堵塞主要取決于葉輪的結(jié)構(gòu)形式。目前作為無(wú)堵塞泵葉輪的結(jié)構(gòu)形式有：1.開(kāi)式或半開(kāi)式葉輪；2.旋流式葉輪；3.單（雙）流道式葉輪；4.螺旋離心葉輪。
螺旋離心泵是典型的無(wú)堵塞離心泵。世界上第一臺(tái)螺旋離心泵是用來(lái)輸送魚(yú)類(lèi)，隨后用來(lái)輸送固液兩相流體，可以用來(lái)排雨水和輸送高黏度液體。為防止故態(tài)物質(zhì)堵塞，使之順利的流出，開(kāi)式葉輪中有一片或兩片扭曲的螺旋形葉片，在錐形的輪轂體上由吸入口沿軸延長(zhǎng)，葉片的半徑逐漸增大，形成螺旋形流道。殼體由吸入蓋和渦殼兩部分組成。吸入蓋部分的葉輪，產(chǎn)生螺旋推進(jìn)作用，渦殼部分的葉輪像一般的離心泵產(chǎn)生離心作用，葉片進(jìn)口的銳角部分將雜物導(dǎo)向軸心附近，再利用螺旋作用使之沿軸線(xiàn)推進(jìn)。這種泵是容積泵和離心泵的組合，故稱(chēng)為螺旋離心泵。
1.2離心泵主要零部件及結(jié)構(gòu)形式
離心泵的主要零部件包括：前蓋板、葉輪、主軸、渦室、后蓋板、軸封、軸承體、帶輪和支架。離心泵中還包括像螺母、法蘭盤(pán)、軸承等具有通用標(biāo)準(zhǔn)的零部件。
離心泵的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾個(gè)：
1. 按主軸方向
臥式：主軸水平放置；
立式：主軸垂直放置；
斜式：主軸傾斜放置。
⒉ 按液體流出葉輪的方向
離心式——裝徑流式葉輪；
混流式——裝混流式葉輪；
軸流式——裝軸流式葉輪。
⒊ 按吸入方式
單吸——裝單吸葉輪；
雙吸——裝雙吸葉輪。
⒋ 按級(jí)數(shù)
單級(jí)——裝一個(gè)葉輪；
多級(jí)——同一根軸上裝兩個(gè)或兩個(gè)以上的葉輪。
⒌ 按葉片安裝方法
可調(diào)葉片：葉輪的葉片安放角可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)；
固定葉片：葉輪的葉片安放角度是固定的結(jié)構(gòu)。
⒍ 按殼體剖分方式
分段式：殼體按與主軸垂直的平面剖分；；
節(jié)段式：在分段式多級(jí)泵中，每一級(jí)殼體都是分開(kāi)式的；
中開(kāi)式：殼體在通過(guò)軸心線(xiàn)的平面上分開(kāi)；
水平中開(kāi)式：在中開(kāi)式中，剖分面是水平的；
垂直中開(kāi)式：在中開(kāi)式中，剖分面是垂直的；
斜中開(kāi)式：在中開(kāi)式中，剖分面是傾斜的。
⒎按泵體形式
渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有帶渦室的殼體；
雙渦殼泵：葉輪排出側(cè)具有雙渦室的殼體；
透平泵：帶導(dǎo)葉的離心泵；
筒式泵：內(nèi)殼體外裝有圓筒狀的耐壓殼體；
雙殼泵：指筒式泵之外的雙層殼體泵。
⒏特殊結(jié)構(gòu)泵
潛水電泵：驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)與泵一起放在水中使用的泵；
貫流式泵：泵體內(nèi)裝有電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置；
屏蔽泵：泵與電動(dòng)機(jī)直連（共用一根軸），電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)側(cè)裝有屏蔽套，以防液體進(jìn)入。
自吸式泵：在一般的自吸泵中抽送液體作用的葉輪同時(shí)能起灌水作用，泵啟動(dòng)是無(wú)須灌水。
管道泵：泵作為管路的一部分，無(wú)須特別改變管路即可安裝泵。
無(wú)堵塞泵：抽送液體中所含的固體不能在泵內(nèi)造成堵塞。
第二章 總體方案的確定
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
流量 Q=80m3/h ，揚(yáng)程H=13m ，效率η=65%
轉(zhuǎn)速：1450r/min ， 吸程：7m（水柱）
2.2 方案的確定
設(shè)計(jì)上以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IS泵為基型，此次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上采用單級(jí)單吸懸臂臥式結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)是裝有背葉片的具有特殊的三維螺旋葉片的葉輪，葉片型線(xiàn)為空間對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)，采用液固兩相流理論進(jìn)行水力設(shè)計(jì)。
由于該泵是通過(guò)其特殊的三維螺旋葉片將螺旋的容積推進(jìn)作用和葉片的離心作用有機(jī)的結(jié)合，使介質(zhì)獲得能量。所以它兼有容積泵和葉片泵的特點(diǎn)，是二者相互結(jié)合的產(chǎn)物。較一般的普通雜質(zhì)泵和旋流泵相比，具有以下特點(diǎn)：（1）無(wú)堵塞性能好；（2）無(wú)損性能好；（3）效率高，與其他同類(lèi)雜質(zhì)泵相比效率高5%以上；（4）泵的吸入性能好?？沙樗秃瑲饨橘|(zhì)，含氣量在15%以下時(shí)，泵的性能，震動(dòng)基本不發(fā)生變化。（5）具有優(yōu)良的抗汽蝕性能。其他參數(shù)相同的條件下，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即NPSHr最小。
該螺旋離心泵在結(jié)構(gòu)上主要有三大部分組成，分別為泵頭部分，軸封部分以及傳動(dòng)部分，分別敘述其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
1．泵頭部分
泵頭部分由泵體和泵蓋組成。前，后蓋板的直徑大于葉輪直徑，葉輪可由前或后拆卸，葉輪為螺旋離心葉輪，葉輪的后蓋板帶有背葉片以減少泄露，提高泵的壽命及效率。
2．軸封部分
本次設(shè)計(jì)的軸封采用填料軸封，填料軸封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，但需使用軸封水，還需配備供應(yīng)軸封水的泵。
3．傳動(dòng)部分
傳動(dòng)部分包括托架和軸承組件，軸承根據(jù)傳動(dòng)的功率不同選擇單列向心圓錐滾子軸承，能夠承受泵的最大軸向及徑向載荷，軸承采用干油潤(rùn)滑，軸承體兩端有密封端蓋，并且有兩道密封圈，能有效的防止污物進(jìn)入軸承，保證軸承安全運(yùn)行，具有較高的使用壽命。
2.3原動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)泵實(shí)際工作要求， 該泵與鉆機(jī)配套使用時(shí)，常需要野外作業(yè)，電源使用不方便，故選用柴油機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速選擇，用V型帶傳動(dòng)，因給定泵的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，故傳動(dòng)比i=。
柴油機(jī)功率計(jì)算：
泵輸出功率：
=
=7.5KW
式中：——介質(zhì)密度 kg/m
Q——流量（）
H——揚(yáng)程（m）
泵輸入功率：N=
=
=11.54KW
式中：——泵效率
柴油機(jī)功率：
=
=12.02KW
式中：——V帶傳動(dòng)效率，取=0.96
因此，原動(dòng)機(jī)選擇轉(zhuǎn)速為，功率為12KW的柴油機(jī)。
2.4水力設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)數(shù)：
式中： n——泵軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
Q——流量（）
H——揚(yáng)程（m）
故：
沉降層速度：
=
=2.48（m/s）
入口速度：
=2.83（m/s）
出口速度：
∴滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
泵的進(jìn)口直徑：（標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤(pán)直徑）
泵的出口直徑：（標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤(pán)直徑）
第三章 葉輪的設(shè)計(jì)
3.1 概述
1982年，A．布斯曼較早地在離心泵葉輪上采用對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。1961年，J．郝比奇在“模型挖泥泵特性”一文中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)指出，采用對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)葉形葉輪的泵，其輸送清水和漿體時(shí)的效率均高于漸開(kāi)線(xiàn)等葉形的葉輪。目前渣漿泵葉輪葉片型線(xiàn)設(shè)計(jì)中，比較廣泛地采用對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。本次的葉輪設(shè)計(jì)是以勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負(fù)壓面空間曲線(xiàn)方程為依據(jù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，葉輪葉片型線(xiàn)為對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。
3.2 葉輪主要參數(shù)的確定
圖3-1 葉輪軸面投影圖
1．葉輪最大外徑：
= （m）
式中：
k=10～12.5
故： =
=0.238～0.298（m）
?。? =260mm
2．葉輪出口寬度：
=
=
=80.86（mm）
?。? =80（mm）
3．葉輪出口直徑：
=
其中：
=
=0.836～0.161（m）
取 =100（mm）
（主要考慮效率兼顧泵的抗汽蝕性能）
4．輪轂直徑：
=19.96+0.07×
=19.96+0.07×115.244
=28（mm）
5．葉輪軸向長(zhǎng)度L：
L=
=
=195.66（mm）
圓整后得： L=195（mm）
6．輪緣側(cè)圓弧半徑：
=52.28+0.91
=52.28+0.91×115.244
=157.15
圓整后等：=160（mm）
7．輪轂側(cè)圓弧半徑：
=73.4+1.29
=73.4+1.29115.244
=222.06
圓整后等：=220（mm）
8．輪轂側(cè)圓弧半徑：
=60～90（mm）
取=70（mm）
9．輪緣側(cè)葉片傾角：
=60.51-0.13
=60.51-0.13115.244
=45.528
取=45
10．輪轂側(cè)葉片傾角：
=57.1-0.1
=57.1-0.1115.244
=45.58
取=45
11．葉輪出口傾角：
=7.79
=7.79
=12.95
取=13
12．葉輪出口最小直徑：
=
=260-2
=189.45
取=190（mm）
13．輪緣和輪轂各段軸向長(zhǎng)度：
L=（0.45～0.68）L=（0.45～0.68）=87.75～132.6 （作圖在范圍內(nèi)）
取=140（mm）
L =（0.2～0.4）L=39～78
取L=60（mm）
L=（0.05～0.08）L=9.75～15.6 （作圖在范圍內(nèi)）
14．輪緣側(cè)葉片出口安放角：
=
其中：
其中：
=19.7297
所以：
=11.6
15．輪轂側(cè)葉片出口安放角：
=
其中：
=
=14.42
=0.789
所以：
=14.5
16．葉片進(jìn)口安放角：
17．葉輪出口葉片包角：
=156.95（
=147.67
取 =150
18．輪緣螺線(xiàn)起點(diǎn)處圓弧半徑：
=0.63
=0.63115.244-4.17
=68.43
圓整得： =70（mm）
19．輪轂側(cè)葉片包角：
=821.17-1.42
=821.17-1.42115.244
=657.524
取 =658
20．輪緣側(cè)葉片包角：
=652-1.02
=652-1.02
=534.451
取 =535
21．計(jì)算葉輪曲面螺線(xiàn)
首先計(jì)算葉輪輪緣側(cè)曲面螺線(xiàn)。包括和各曲面上的螺線(xiàn)，其次計(jì)算葉輪出口邊曲面螺線(xiàn)，最后，計(jì)算輪轂側(cè)曲面螺線(xiàn)，包括，和各曲面上的螺線(xiàn)。
（1）曲面螺線(xiàn)方程：
由何希杰所推導(dǎo)的公式：
式中
根據(jù)邊界條件，以空間曲線(xiàn)方程為： r=130[1-0.00163θ]
z=115[1-0.00163θ] θ=
(θ= z=86.34)
(2) 空間曲線(xiàn)螺線(xiàn)方程:
設(shè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的螺線(xiàn)轉(zhuǎn)角分別為和在上取一點(diǎn)p(z,r)轉(zhuǎn)角為,可建立z,r,三者之間的關(guān)系如下:
根據(jù)邊界條件，以空間曲線(xiàn)方程為：
（3）曲面螺線(xiàn)方程：
（4）曲面螺線(xiàn)方程：
（5）曲面螺線(xiàn)方程：
（6）曲面螺線(xiàn)方程：
表3-1 輪緣側(cè)曲面螺線(xiàn)（部分）值
N
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
22.5
45
67.5
90
112.5
135
157.5
180
r
130
125.2
120.5
115.7
110.5
106.6
101.4
96.3
91.3
Z
115
110.7
106.6
102.4
97.8
94.3
89.7
81.5
76.6
N
9
10
11
12
13
14
15
16
17
202.5
225
247.5
270
292.5
315
337.5
360
382.5
r
86.4
81.6
76.9
72.2
67.6
63.1
58.7
54.4
50.4
Z
71.8
66.9
62
57.2
52.3
47.5
42.5
37.7
32.9
N
18
19
20
21
22
23
24
405
427.5
450
472.5
495
517.5
535
r
48.6
47.9
47.2
46.8
46.3
46.1
46
Z
28
23.2
18.3
13.4
8.6
3.7
0
表3-2出口段螺線(xiàn)（部分）值
N
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
0
-22.5
-45
-67.5
-90
-112.5
-135
-150
r
130
127.5
125.1
122.6
120.1
117.6
115.2
113.5
Z
115
126.9
138.9
150.8
162.7
174.6
186.6
194.5
表3-3輪轂側(cè)曲面螺線(xiàn)（部分）值
N
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
-135
-112.5
-90
-67.5
-45
-22.5
0
22.5
45
67.5
r
110.5
103.5
97.9
93.2
88.6
84
79.3
74.7
70
65.5
Z
192.5
188.6
287.1
261.9
236.7
211.6
186.4
161.2
136.1
110
N
4
5
6
7
8
9
10
11
12
90
112.5
135
157.5
180
202.5
225
247.5
270
r
1
56.6
52.2
48
44
40.5
37
33.7
30.5
Z
34.3
130.2
126.1
121.9
111.8
113.6
109.5
105.4
101.2
N
13
14
15
16
17
18
19
20
21
67.6
63.1
58.7
54.4
50.4
405
427.5
450
472.5
r
8.4
26.3
24.3
22.4
21.1
20.3
16.3
14.1
13
Z
97.1
92.9
88.8
84.7
80.5
76.4
72.2
68.1
64
N
22
23
24
495
517.5
520
r
12.5
12.2
12
Z
59.8
55.7
55.2
22．葉片螺線(xiàn)平面圖
根據(jù)上述葉輪葉片曲面螺線(xiàn)計(jì)算結(jié)果，繪制葉片螺線(xiàn)。在圓周上取16個(gè)軸面，每?jī)蓚€(gè)軸面夾角為22.5,當(dāng)Z=0時(shí),空間螺線(xiàn)在平面上投影,如圖所示:
圖3-2 空間螺線(xiàn)在平面上的投影圖
23．葉片厚度計(jì)算
確定葉片厚度時(shí)，應(yīng)注意到鑄造的可能性，對(duì)鑄鐵葉輪，葉片最小厚度為3～4毫米，本次設(shè)計(jì)的葉輪材料選用MT-4，葉片厚度（S）由經(jīng)驗(yàn)公式求出：
式中： K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與材料和比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，查表得K=5
——葉輪外徑
H——揚(yáng)程
Z——葉片數(shù)，Z=1
所以： S=
=5.687（mm）
?。? S=6（mm）
3.3 背葉片的設(shè)計(jì)
背葉片的主要作用是減壓，其減壓程度決定了背葉片的幾何參數(shù)。背葉片對(duì)于一般的泵而言，還有另一個(gè)作用，就是能夠及時(shí)地把固體顆粒甩至渦室內(nèi)，以防止固體顆粒進(jìn)入填料箱，破壞其密封性能。背葉片減壓后剩余的壓頭可由下列經(jīng)驗(yàn)公式求出：
=
式中：——泵腔壓頭（包括灌注壓頭）m，其中灌注壓頭
n——泵的轉(zhuǎn)速 n=1450r/min
——葉輪外徑 cm =27cm
——背葉片外徑 cm ==19cm
——背葉片寬度 取=5mm
t——背葉片與渦室間隙 取t=1mm
——背葉片內(nèi)徑 cm 取 =8cm
故：=（1+0.15）
=9.65（m）
由計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)背葉片減壓后，剩余壓頭為9.65m，如果近似把1bar=10m水柱，則剩余壓頭為0.965bar。
第四章 壓水室及吸水室的設(shè)計(jì)
4.1壓水室的用途及分類(lèi)
壓水室即渦形體，是泵中的一個(gè)非常重要的過(guò)流部件。它主要是把從吸水室和葉輪中流通過(guò)來(lái)的高速流體介質(zhì)，通過(guò)葉輪的離心力作用，送入下級(jí)葉輪進(jìn)口或者送入排出管路，從而把泵軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能。
常用的壓水室結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形壓水室、螺旋形壓水室、以及半螺旋形壓水室。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，螺旋形壓水室比環(huán)形壓水室的效率個(gè)高，所以本次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵采用的是螺旋形壓水室。
4.2壓水室的設(shè)計(jì)
壓水室的設(shè)計(jì)要根據(jù)泵輸送介質(zhì)的特性來(lái)決定。
過(guò)去我國(guó)生產(chǎn)的老型號(hào)離心雜質(zhì)泵幾乎全是環(huán)形壓水室，壓水室各個(gè)斷面的水流速度不同，用環(huán)形壓水室可減輕隔舌的磨損，但沖擊損失較大，這也是雜質(zhì)泵水力效率很低的原因之一。為了增大效率選用螺旋形壓水室，考慮到離心雜質(zhì)泵的特點(diǎn)，為了減少隔舌處的磨損，降低噪音，提高其壽命，渦殼斷面選擇矩形，如圖所示：
圖4-3 泵體斷面圖
螺旋形渦室俗稱(chēng)渦形體，其主要優(yōu)點(diǎn)是制造比較方便，泵性能曲線(xiàn)高效率區(qū)域比較寬廣，車(chē)削葉輪后泵效率變化比較小，缺點(diǎn)是單渦殼泵在非設(shè)計(jì)公況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的徑向力。
在設(shè)計(jì)螺旋形渦室時(shí)，通常認(rèn)為液體從葉輪中均勻流出，并在渦室中作等速運(yùn)動(dòng)，渦室只起收集液體的作用，在擴(kuò)散管中將液體的一部分動(dòng)能變?yōu)閴耗堋?
渦殼主要由兩部分組成。即壓水室和出水管。主要是壓水室的設(shè)計(jì)，壓水室的作用是以最小的水力損失將葉輪流出的高速水流引向吐出口，并且將水流的一部分動(dòng)能變?yōu)閴毫δ堋?
壓水室?guī)缀螀?shù)的確定：
1．基圓直徑：
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取=290mm
2.渦室寬度：
=
=134.57
圓整后得：=135mm
3.隔舌位置角：
=
=15.62-0.12
=15.05
取=15
——從渦室出口中心線(xiàn)起反時(shí)針?lè)较?
4.隔舌位置出間隙：
=（0.234-0.041
=（0.234-0.041
=8.74
取 =9mm
5.渦室內(nèi)輪廓線(xiàn)型線(xiàn)：
采用對(duì)數(shù)螺線(xiàn)：
式中： ——初始動(dòng)徑
θ——?jiǎng)訌浇?
——角系數(shù)
根據(jù)邊界條件求出=202.5 ，=1.9×10 ，根據(jù)公式計(jì)算各個(gè)斷面位置和距中心點(diǎn)的半徑。結(jié)果列于下表：
表4-1 各斷面位置和中心點(diǎn)半徑
斷面
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
0
30
45
90
135
202.5
214.5
220.6
240.3
261.7
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
180
225
270
315
360
285.1
310.5
338.2
368.4
401.3
6.壓水室的壁厚
根據(jù)鑄造要求，強(qiáng)度要求，由經(jīng)驗(yàn)初步選取壁厚為8mm。
4.3 吸水室的設(shè)計(jì)
吸水室是指泵進(jìn)口法蘭到葉輪出口的過(guò)程部分。吸水室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。吸水室的水力損失比壓水室相比小得多，但是吸入室中液流的流動(dòng)狀態(tài)直接影響葉輪中的流動(dòng)狀態(tài)。對(duì)泵的效率有一定的影響，對(duì)泵的汽蝕性能影響也比較大。因此，對(duì)吸水室有如下要求：
1.保證葉輪進(jìn)口有要求的速度場(chǎng)，如：速度分布均勻，大小適當(dāng)，方向符合等。
2.吸水室內(nèi)部分布均勻，方向符合等。
3.吸水室的類(lèi)型主要有：錐形管吸水室、圓環(huán)形吸水室以及半螺旋形吸水室等。
由于本次設(shè)計(jì)的是螺旋離心式水泵，省略設(shè)計(jì)吸水室。
第五章 軸向力及其平衡
水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在其轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)很大的與軸心線(xiàn)重合的力叫做軸向力。
5.1 產(chǎn)生軸向力的主要原因
1.液體流入葉輪吸入口及從葉輪出口流出，其速度大小及方向都不相同，液體動(dòng)量的軸向矢量發(fā)生了變化，因此，由動(dòng)量定理在軸上作用了一個(gè)沖力，這個(gè)作用在葉輪上的力也是軸向力的一部分。
2.水泵葉輪前后蓋板承受液體壓力的面積大小不等，前后泵腔中的液體壓強(qiáng)分布也不相同，因此，作用于葉輪上的壓力在軸向上不能平衡，造成了一個(gè)軸向力，這個(gè)軸向力是軸向力的主要部分。
5.2 軸向力的計(jì)算
螺旋式葉輪可按半開(kāi)式葉輪經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)近似計(jì)算軸向力，公式如下：
式中： ——圓心在葉片入口邊上，并且與葉輪輪廓相切的圓的直徑。 =
k——軸向力系數(shù)，查表得 k=1.63
——圓心處的半徑，=（
——液體重度，=2650kg/
故：
=1143N
5.3 軸向力的平衡方法
1．利用對(duì)稱(chēng)性，平衡軸向力．從分析對(duì)稱(chēng)形狀的雙吸葉輪可知，它相當(dāng)于兩個(gè)單吸葉輪并聯(lián)工作，這種葉輪軸向力是自動(dòng)平衡的．這個(gè)辦法廣泛的應(yīng)用于單吸兩級(jí)懸臂泵，渦殼式多級(jí)泵以及立式多級(jí)泵上．
2．改造葉輪，以減少或平衡軸向力．用改變?nèi)~輪形狀的辦法，降低葉輪背面壓力，達(dá)到平衡或者減少軸向力的目的．
3．采用專(zhuān)門(mén)的平衡裝置，如平衡鼓裝置，平衡盤(pán)裝置．
4．對(duì)于單級(jí)小型軸向吸入泵軸向力不太大，一般采用徑向止推軸承來(lái)平衡軸向力，但有時(shí)考慮受徑向力作用，可采用圓錐滾子軸承來(lái)承擔(dān)．
5．采用平衡孔，使后泵腔的下部與葉輪的吸入口相連，使兩面壓力相同，但不能完全平衡軸向力．這種平衡軸向力的方法存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：（１）泵的泄露量大，因此降低了泵的效率．（２）液體流入葉輪時(shí)的速度不均勻，因而降低了葉輪的水力效率．
綜上所述，該泵的軸向力較大，如果采用均壓孔來(lái)平衡軸向力，不但水力效率降低，又會(huì)因固體顆粒滲入填料箱或串到背葉片內(nèi)，從而加速了葉輪填料及軸的磨損，綜合以上兩種方式，采用單列圓錐滾子軸承平衡軸向力．因?yàn)檫@種軸承可以同時(shí)承受較大的軸向力和徑向力．
第6章 主要通用零部件的選擇
6.1 正確選用主要通用零部件的重要性
現(xiàn)代大部分機(jī)械設(shè)備中有相當(dāng)部分是通用零部件。也就是說(shuō)通用零部件對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械來(lái)說(shuō)，是非常重要的也是必不可少的部分。
通用零部件關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的加工制造效率和經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)楹侠淼耐ㄓ昧悴考倪x擇可以方便產(chǎn)品的組裝和使用后的維修工作。特別是標(biāo)準(zhǔn)化后的零部件對(duì)于主要零件的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件的選購(gòu)以及方便用戶(hù)使用維修方面更是具有非常重要的意義。
6.2 軸封結(jié)構(gòu)的選擇
一．離心泵常用的填料
（１）用石墨或黃油侵透的棉織調(diào)料，用于低壓離心泵輸送常溫清水。
（２）石墨侵透的石棉填料，在中等溫度及壓力下使用。一般輸送液體的溫度低于250℃，壓力小于10kg/cm，最大壓力不小于18kg/cm。最高溫度為400℃。
二．填料密封結(jié)構(gòu)尺寸的確定
在已知軸徑或軸套直徑后，可按水泵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選用填料壓蓋，填料套，填料環(huán)，長(zhǎng)扣螺栓和螺母等。填料可取4～6圈，如果沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填料函的主要結(jié)構(gòu)尺寸可按下列步驟確定。
圖6.1 填料函結(jié)構(gòu)
1．填料寬度Ｓ（ｍｍ）
?。樱剑?.4～1.8）
式中：d——軸或軸套直徑
所以：S=（1.0～1.8）
=7.5～13.5
取 S=9mm
2．填料高度H（mm）
當(dāng)液體壓力P≤10kg/cm時(shí)
H=（5～7）S
=45～63
取H=49mm
3．填料壓蓋高度h（mm）
h=（2～3）S
=18～27
取h=25mm
4．壓入填料函體內(nèi)的填料壓蓋長(zhǎng)度b（mm）
b=（0.5～1）S
=4.5～9
取 b=9mm
5．填料壓蓋螺栓長(zhǎng)度L
應(yīng)保證在填料函體內(nèi)裝滿(mǎn)填料時(shí)不需加蓋就就能擰上螺母。
6．填料壓蓋螺栓直徑
可按下表選?。?
表6.1 螺栓直徑系列
軸或軸套外徑
20～25
30～35
40～75
80～100
螺栓直徑
M6
M8
M10
M12
所以螺栓直徑選取為= M10
7．填料壓蓋厚度a（mm）
a=（0.7～1.0）
=7～10
取 a=7mm
三．填料密封的安裝技術(shù)要求
1．切割填料時(shí)，最好將它繞在與軸外徑相同的圓棒上切割，以保證尺寸準(zhǔn)確和切口平行、整齊、無(wú)松散的石棉線(xiàn)頭，并成30度角。裝填料時(shí)填料接頭必須錯(cuò)開(kāi)，一般交錯(cuò)120度。
2．在安裝時(shí)應(yīng)注意使填料對(duì)準(zhǔn)水封環(huán)，以免填料添死水封環(huán)，使水封失去作用。
3．在液體溫度超過(guò)105℃或吸入壓力大于8kg/cm時(shí)，對(duì)填料函體應(yīng)進(jìn)行冷卻，并采用水冷填料壓蓋。
4．為保證填料函的密封性能，對(duì)填料函應(yīng)進(jìn)行水封，一般用自來(lái)水或從泵吐出口引水即可。
由于此次設(shè)計(jì)的為離心式固液兩相泵，為防止泄露現(xiàn)象出現(xiàn)，軸封水經(jīng)計(jì)算得3bar。
6.3 軸承部件的選擇
軸承是支撐離心泵轉(zhuǎn)子的部件，承受徑向和軸向載荷，在離心泵中應(yīng)用較多的是滾動(dòng)軸承。
滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是：軸承磨損小，軸或轉(zhuǎn)子不會(huì)因軸承磨損而下沉很多。軸承間隙小，能保證軸的對(duì)中性，互換性好，維修方便，磨損系數(shù)小，泵的啟動(dòng)力矩小，軸承的軸向尺寸小，缺點(diǎn)是擔(dān)負(fù)沖擊的能力較差，在高速時(shí)易有噪音，安裝要求準(zhǔn)確，滾珠的工作能力隨滾珠分離圈線(xiàn)速度的增加而減小。
總的來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)缺點(diǎn)，所以，逐漸在各種機(jī)械中廣泛使用。
1．軸承的潤(rùn)滑及結(jié)構(gòu)選擇
由于設(shè)計(jì)選用的軸承必須能夠同時(shí)承受軸向載荷和徑向載荷，故選用向心推力軸承，經(jīng)計(jì)算擬選單列圓錐磙子軸承。
滾動(dòng)軸承能否正常工作，與軸承的潤(rùn)滑情況密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，被輸送介質(zhì)在80℃以下，轉(zhuǎn)速在2900r/min以下的泵，可以采用脂潤(rùn)滑，此次設(shè)計(jì)的離心泵轉(zhuǎn)速為1450r/min，常溫下輸送介質(zhì)，故采用脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂選用鋰基潤(rùn)滑脂SY1412-75的2或3。
2．軸承安裝時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
（1）與內(nèi)圈一起旋轉(zhuǎn)的軸，一般采用過(guò)渡配合，js6，k6。
（2）安裝時(shí)預(yù)熱軸承內(nèi)圈不允許超過(guò)120℃。
（3）裝軸承處的軸面最好淬火處理，以免拆卸時(shí)將軸擦傷。
（4）與外圈配合的軸承體可采用過(guò)渡配合或間隙配合。
第7章 離心泵主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算
離心泵的主要零部件在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算以滿(mǎn)足運(yùn)行和安全要求。在螺旋離心泵中，需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的零部件主要有：泵體，泵軸和軸承。
7.1泵體的強(qiáng)度計(jì)算
渦室是離心泵中較大的零件，并承受高壓液體作用。所以，渦室應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，本次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵的泵體強(qiáng)度計(jì)算是校核渦室的壁厚，計(jì)算公式如下：
式中：S——渦室厚度 cm
——許用應(yīng)力（），鑄鐵100～150，鑄鋼200～250。
——渦室當(dāng)量壁厚，
=
=
=21.57
S=
=0.58cm
所以設(shè)計(jì)時(shí)選用MT-4，壁厚為8cm，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
7.2 泵軸的校核
校核過(guò)程如下：
受力簡(jiǎn)圖如下：
圖7-1 受力簡(jiǎn)圖
已知： ——葉輪自重，經(jīng)估計(jì)=180N
——V帶泵軸的拉力，=1012.2N
T—— 泵軸傳遞的扭矩，T=49.7 N.m
計(jì)算支撐反力：
水平面反力：
垂直面反力：
畫(huà)彎矩圖：
水平面彎矩圖：
圖7-2水平面彎矩圖
垂直面彎矩圖：
圖7-3垂直面彎矩圖
合成彎矩圖：
圖7-4合成彎矩圖
畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖：
T=49700N．mm
轉(zhuǎn)矩圖：
圖7-5轉(zhuǎn)矩圖
許用應(yīng)力：
許用應(yīng)力值：
用插值法由表得
應(yīng)力校正系數(shù)：
畫(huà)當(dāng)量彎矩圖：
當(dāng)量彎矩：
在A點(diǎn)：
=
=95701 N.mm
A點(diǎn)處軸徑:50 mm
軸徑: =25.2≤50 mm
軸鋼度校核:
由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)公式,單級(jí)懸臂泵比t/l≤1.0～1.5就不會(huì)有問(wèn)題. t/l=260/200=1.3≤1.5,故鋼度可滿(mǎn)足要求.
7.3 軸承的校核
查表得30210軸承的主要性能參數(shù)如下：
圖7-6 受力分析圖
壽命計(jì)算：
附加軸向力：
軸承軸向力：
故軸承A被壓緊，
X/Y值：
沖擊載荷系數(shù)：
考慮到輕沖擊，查表得=1.2
當(dāng)量動(dòng)載荷：
軸承壽命：
因，只計(jì)算B軸承壽命：
每天工作360天，每天工作8小時(shí)，則其工作年限為
。
總結(jié)
“螺旋離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”介紹了一種高效、實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。它采用實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行性能指標(biāo)都優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)公式，本次設(shè)計(jì)我采用了勞學(xué)蘇以及何希杰提出的螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負(fù)壓面空間曲線(xiàn)方程為依據(jù)的設(shè)計(jì)方法，葉輪葉片型線(xiàn)為對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。從而為設(shè)計(jì)性能優(yōu)秀的螺旋離心泵提供了保障。此次設(shè)計(jì)的螺旋離心泵具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：（1）無(wú)堵塞性能好；（2）無(wú)損性能好；（3）效率高，與其他同類(lèi)雜質(zhì)泵相比效率高5%以上；（4）泵的吸入性能好?？沙樗秃瑲饨橘|(zhì)，含氣量在15%以下時(shí)，泵的性能，震動(dòng)基本不發(fā)生變化。（5）具有優(yōu)良的抗汽蝕性能。其他參數(shù)相同的條件下，螺旋離心泵的汽蝕性最好，即NPSHr最小。因此，此螺旋離心泵在市場(chǎng)上有廣闊的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)前景。適用于各種行業(yè)。
在本次設(shè)計(jì)中，一方面我自己做了大量的努力；另一方面也得到了各位指導(dǎo)老師的大力幫助，這才使得我的設(shè)計(jì)能夠按時(shí)完成?？梢钥隙ǖ氖?，本次設(shè)計(jì)中由于本人的知識(shí)層次及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，難免會(huì)有一些不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正！
致 謝
將近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就這樣伴隨著我們的大學(xué)畢業(yè)而完成了，在這段值得珍藏的歲月里，我在指導(dǎo)老師文美純老師的帶領(lǐng)下，從開(kāi)始的不知所措，到一步步的進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)：收集資料，查信息，圖紙繪制，直至說(shuō)明書(shū)的完成及后期檢查。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用了以前的知識(shí)，而且也鍛煉了我獨(dú)立動(dòng)手和思考的能力。我們的老師“授我們以漁”，而且在設(shè)計(jì)當(dāng)中教導(dǎo)我們做人如做事一樣，要踏塌實(shí)實(shí)，來(lái)不得馬虎取巧。我會(huì)記住這次設(shè)計(jì)，以后努力的工作，為母校爭(zhēng)光!
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