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XBR125或320型乳化泵的结构设计及曲轴机加工工装设计

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三缸单作用乳化液泵.dwg

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关键词：: xbr125 或者乳化结构设计曲轴加工工装设计

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三缸单作用乳化液泵.dwg

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题目：XBR125/320型乳化泵的结构设计及曲轴机加工工装设计

摘要：在当今的生产技术领域内，广泛应用着乳化液泵，它与乳化液箱组成乳化液泵站，是井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，煤矿井下支护作业“外注式单体液压支柱”及“液压支架”的专用小型推移式注液设备。该泵具有体积小、重量轻、操作简便、移动灵活、工作平稳可靠和高效节能安全的特点，尤其空间狭小的坑道口，掘进头，低煤层等地段，更是一般大型泵站无法替代的产品。此次设计乳化液泵主要是因为它在煤矿工业上有主要的应用。

在此次设计中，首先选用往复泵采用了对比的方法进行总体方案的设计，确定泵的型式，选用曲轴连杆机构为传动方式的结构型式，将曲线运动转变为直线运动。选出电机的型号考虑到给定的设计参数通过计算确定泵的主要结构尺寸及参数。再通过设计计算进行液力端主要部件液缸体的设计及校核，传动端的主要部件减速机构、曲轴、连杆的设计及校核，经过校核计算，最终设计合理。

曲轴机加工工装设计主要围绕曲轴的工艺规程和专用夹具设计进行研究，其内容包括了解曲轴结构，确定曲轴的生产类型及相关的技术要求。在此基础上，选择毛坯，确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量，绘制毛坯图。并在认真详细分析零件图后，进行基准的选择，制定了表面加工方法，划分加工阶段，根据生产类型确定工序的集中和分散，合理地安排工序，编排合适的工艺路线。

关键词：柱塞；往复泵；连杆；曲轴；加工工艺

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章绪论 3

1.1.选题的意义 3

1.2选题的目的 4

第二章总体方案的确定 4

2.1泵型的选择及特点 4

2.1.1机动泵及其共同特点 4

2.1.2直接作用泵及其特点 5

2.1.3手动泵及其共同特点 6

2.1.4柱塞泵及其特点 7

2.1.5 隔膜泵及其特点 7

2.1.6卧式泵及其共同特点 7

2.1.7 立式泵及其共同特点 8

2.2液力端结构型式选择 8

2.3传动端结构型式选择 9

第三章泵的主要结构参数的选择与确定 11

3.1泵的主要尺寸参数的确定 11

3.1.1柱塞直径和行程的确定 11

3.1.2吸入和排出管内径d1d2的选择 11

3.2电动机的选择 11

第四章主要零部件的设计 12

4.1液力端主要零部件的设计 12

4.1.1液缸体壁厚的确定及强度校核 13

4.2传动端主要零部件的设计 14

4.2.1机体的组成及设计 14

4.2.2曲轴设计 20

4.2.3连杆设计 34

4.2.4柱塞及其密封 40

第五章曲轴机加工工装设计 43

5.1曲轴毛坯的选择 44

5.1.1分析曲轴零件图 44

5.1.2曲轴毛坯的选择 44

5.2曲轴加工工艺设计 46

5.2.1工艺基准的选择 46

5.2.2加工阶段的划分 46

5.2.3工序的集中与分散 47

5.2.4工序顺序的安排 47

5.2.5确定工艺路线 47

5.2.6加工余量、工序尺寸和公差的确定 48

5.2.7确定切削用量及时间定额 51

第六章泵使用说明书 52

6.1结构说明 52

6.1.1箱体传动部件 52

6.1.2.泵的液压部分 53

6.1.3泵的维修和保养 53

结论 55

致谢 55

参考文献 56

In today's production technology, widely used emulsion pump, box emulsion and emulsion pumping station are underground comprehensive coal face supporting device of power source, supporting in coal mine operation "outside-pourable monomer hydraulic props" and "support" over special small-injection equipment. The pump has a small size, light weight, easy, moving, flexible, stable and reliable, and efficient energy-saving safety features, particularly cramped tunnel, boring head, low seam such as more general large-sized pumping station cannot replace the product. The design of emulsion pump mainly because it has major applications on the coal industry.

In this design, first using reciprocating pump uses a method of comparison of General design, determine the type of pump, use crank shaft for drive type, a curve motion into linear motion. Elect motor model taking into account the given design parameters determined by calculation of the main structure and parameters. Through the design and calculation of hydraulic end of main components of hydraulic cylinder design and verification, main parts of the transmission end gear, crankshaft, connecting rod design and verification, after calculation, final design.

Crankshaft design focuses on the crankshaft machining tooling process and design of special fixture for research, which includes understanding of structure of the crankshaft and determine the types and technical requirements related to the production of crankshafts. On this basis, select blank, blank tolerances and machining allowances, draw a rough map. And, after carefully analyze part drawings, selection of benchmarks has developed surface processing methods, divide the processing stages, determined according to the type of production process of centralization and decentralization, reasonable arrangements for the process, arranging suitable routes.

Key words: plunger; reciprocating pump connecting rod; crankshafts; processing technology

参考文献：

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[7]代继义，赵玉刚，王占军，蔡天赐.基于SolidWorks与ANSYS的高压乳化液泵曲轴力学特性分析[J].机床与液压.2015,43(7):152-156.

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[13] 濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].9版。北京：高等教育出版社，2013.5.

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内容简介：: 摘要在当今的生产技术领域内，广泛应用着乳化液泵，它与乳化液箱组成乳化液泵站，是井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，煤矿井下支护作业“外注式单体液压支柱”及“液压支架”的专用小型推移式注液设备。该泵具有体积小、重量轻、操作简便、移动灵活、工作平稳可靠和高效节能安全的特点，尤其空间狭小的坑道口，掘进头，低煤层等地段，更是一般大型泵站无法替代的产品。此次设计乳化液泵主要是因为它在煤矿工业上有主要的应用。在此次设计中，首先选用往复泵采用了对比的方法进行总体方案的设计，确定泵的型式，选用曲轴连杆机构为传动方式的结构型式，将曲线运动转变为直线运动。选出电机的型号考虑到给定的设计参数通过计算确定泵的主要结构尺寸及参数。再通过设计计算进行液力端主要部件液缸体的设计及校核，传动端的主要部件减速机构、曲轴、连杆的设计及校核，经过校核计算，最终设计合理。曲轴机加工工装设计主要围绕曲轴的工艺规程和专用夹具设计进行研究，其内容包括了解曲轴结构，确定曲轴的生产类型及相关的技术要求。在此基础上，选择毛坯，确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量，绘制毛坯图。并在认真详细分析零件图后，进行基准的选择，制定了表面加工方法，划分加工阶段，根据生产类型确定工序的集中和分散，合理地安排工序，编排合适的工艺路线。关键词：柱塞；往复泵；连杆；曲轴；加工工艺 AbstractIn todays production technology, widely used emulsion pump, box emulsion and emulsion pumping station are underground comprehensive coal face supporting device of power source, supporting in coal mine operation outside-pourable monomer hydraulic props and support over special small-injection equipment. The pump has a small size, light weight, easy, moving, flexible, stable and reliable, and efficient energy-saving safety features, particularly cramped tunnel, boring head, low seam such as more general large-sized pumping station cannot replace the product. The design of emulsion pump mainly because it has major applications on the coal industry.In this design, first using reciprocating pump uses a method of comparison of General design, determine the type of pump, use crank shaft for drive type, a curve motion into linear motion. Elect motor model taking into account the given design parameters determined by calculation of the main structure and parameters. Through the design and calculation of hydraulic end of main components of hydraulic cylinder design and verification, main parts of the transmission end gear, crankshaft, connecting rod design and verification, after calculation, final design.Crankshaft design focuses on the crankshaft machining tooling process and design of special fixture for research, which includes understanding of structure of the crankshaft and determine the types and technical requirements related to the production of crankshafts. On this basis, select blank, blank tolerances and machining allowances, draw a rough map. And, after carefully analyze part drawings, selection of benchmarks has developed surface processing methods, divide the processing stages, determined according to the type of production process of centralization and decentralization, reasonable arrangements for the process, arranging suitable routes.Key words: plunger; reciprocating pump connecting rod; crankshafts; processing technology56目录摘要Abstract第一章绪论31.1.选题的意义31.2选题的目的4第二章总体方案的确定42.1泵型的选择及特点42.1.1机动泵及其共同特点42.1.2直接作用泵及其特点52.1.3手动泵及其共同特点62.1.4柱塞泵及其特点72.1.5 隔膜泵及其特点72.1.6卧式泵及其共同特点72.1.7 立式泵及其共同特点82.2液力端结构型式选择82.3传动端结构型式选择9第三章泵的主要结构参数的选择与确定113.1泵的主要尺寸参数的确定113.1.1柱塞直径和行程的确定113.1.2吸入和排出管内径d1d2的选择113.2电动机的选择11第四章主要零部件的设计124.1液力端主要零部件的设计124.1.1液缸体壁厚的确定及强度校核134.2传动端主要零部件的设计144.2.1机体的组成及设计144.2.2曲轴设计204.2.3连杆设计344.2.4柱塞及其密封40第五章曲轴机加工工装设计435.1曲轴毛坯的选择445.1.1分析曲轴零件图445.1.2曲轴毛坯的选择445.2曲轴加工工艺设计465.2.1工艺基准的选择465.2.2加工阶段的划分465.2.3工序的集中与分散475.2.4工序顺序的安排475.2.5确定工艺路线475.2.6加工余量、工序尺寸和公差的确定485.2.7确定切削用量及时间定额51第六章泵使用说明书526.1结构说明526.1.1箱体传动部件526.1.2.泵的液压部分536.1.3泵的维修和保养53结论55致谢55参考文献56第一章绪论1.1选题的意义乳化液泵站是综采工作面液压支架和单体液压支柱的动力源，是实现采掘机械化必备的关键设备，其功能是输出具有一定压力的乳化液，供给井下综采工作面的液压支架。乳化液泵站为液压支架提供动力，它的工作状态直接影响煤矿井下综采工作面的生产状况，如果泵站工作性能较差，会直接影响液压支架工作，严重时会造成综采工作面减产甚至停产。随着我国高产高效煤矿井下综采工作面设备自动化水平的不断提高，国外主流的进口乳化液泵站不断进入国内的大中型煤矿，乳化液泵站维修工作量逐渐增加，因此如何更好地保证乳化液泵站的维修质量越来越重要。乳化液泵站分为乳化液泵系统和清水泵系统，其中乳化液泵包括清水泵，乳化液泵是乳化液泵站的核心部分，它是整个泵站的动力单元。乳化液泵是一种常见的柱塞式往复泵用于采煤工作面,为液压支架提供乳化液,工作原理靠曲轴的旋转带动活塞做往复运动,实现吸液和排液。液压支架用于支撑顶板为采煤机采煤时提供一定的空间肪止顶板垮塌,乳化液泵是高产高效综合机械化采煤配套设备中液压支架支护系统的动力源在综采工作面中具有十分重要的地位。乳化液泵作为并下工作的重要设备启的性能好坏直接影响到综采效率的高低。随着煤矿综合机械化采煤技术的不断发展要求乳化液泵的性能不断提高。在这种情况下对乳化液泵的性能进行优化就变得非常重要。煤炭在我国储量丰富,占据能源系统结构和布局中的主体地位。为满足我国经济对煤炭的旺盛需求,同时降低开采成本,迫切需要我国矿并进行高效集约化生产,而提高综采工作面生产能力是实现高效集约化生产的首要条件。20世纪90年代以来,乳化液泵站在煤矿中的应用已经越来越广泛,随着煤矿综合机械化采煤的快速发展,煤矿工作面液压支架的广泛应用浮L化液泵站已经成为煤矿工作面设备的重要组成部分。乳化液泵是综合机械化采煤工作面支护设备的动力源，是采煤工作面的关键设备。随着当前高产高效综采工艺的不断改进，综采工作面的产量达到日产万吨。因此，对采、掘、运、支护及相配套的乳化液泵等设备的工作性能提出了更高的要求。曲轴作为乳化液泵最重要的部件之一，其可靠性直接关系到整机的安全运转与否，由于大爆发液体压力、各种惯性力、附件的不规则阻力矩和外界反作用力，使得轴系在运转时产生剧烈的振动。从而产生弯曲变形和疲劳断裂。尤其是一旦疲劳断裂将会发生严重的恶性事故。因此，必须对乳化液泵的曲轴结构和强度分析清楚，才能设计出更合理的曲轴，性能更好的曲轴。随着乳化液泵向高压大流量、结构紧凑化方向发展，曲轴系统的载荷和工作条件也更加苛刻。从大量使用着的乳化液泵动力端主要零部件的疲劳破坏情况来看，目前曲柄连杆机构存在最多的两种破坏形式有：一种是发生在曲柄主轴颈、连杆轴颈的过渡圆角处的拉伸疲劳断裂；另一种是发生在连杆上的压缩疲劳损坏。另外，在交变载荷作用下，曲轴系统也可能在曲轴转速范围内发生共振，造成附加动应力，导致曲柄出现过早的疲劳损坏。因此，为了提高整机性能和可靠性，并且考虑到工作人员的安全，我们很有必要对曲轴系统进行静动特性分析。从而为曲轴的结构改进及其优化设计提供一定的理论依据。目前，对曲轴系统的设计仍然采用常规的设计方法，即利用经验公式来确定曲轴相关的结构参数，再对曲轴作大量简化后进行静强度分析，最后再通过反复试验调整结构参数，直至满足要求为止。本课题从国家煤矿安全生产“十三五”规划的指导思想出发，依据煤矿企业对高可靠性的高压大流量乳化液泵的迫切市场需求，开展对乳化液泵的结构及其曲轴机加工工装设计的研究，其分析结果对于曲轴的机构改进设计以及研制开发高可靠性的高压大流量泵具有重要的理论意义和工程价值。1.2选题的目的毕业设计是在毕业之前所进行的一次综合设计能力的训练，是最后而又及其重要的一个教学环节。通过毕业设计可以进一步地培养和锻炼我的分析问题能力和解决问题的能力，这对我今后走向工作岗位有很大的帮助。作为一名未来的工程技术人员，应当从现在开始做起，学好知识，并不断的丰富自己的专业知识和实际操作能力。这次设计是一个专题性的设计，涉及内容广泛，不仅要用到我们四年中所学的知识,还要我们自己去寻找查阅资料,学习新的知识。此次设计，通过综合运用四年所学的知识，不仅能巩固所学的知识，而且会扩大个人的知识面,增强自己分析问题与解决问题的能力，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。第二章总体方案的确定2.1泵型的选择及特点根据给定的设计参数和压力高等应用特点，选用的泵型为往复泵，往复泵可以分为机动泵、手动泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵、立式泵、卧式泵、对置式泵、轴向平行式泵等，这些泵之间有着密切联系11。2.1.1机动泵及其共同特点表2-1 常见的几种机动柱塞泵的参数范围11用途（介质）化工用泵（化工介质）液压机（乳化液）泵型卧式三联（缸）单作用柱塞泵卧式三联（缸）单作用柱塞泵（m/h）(10N/m)(spm)(10m)(10m)(m/s)(kw)用独立的旋转原动机（如电动机、柴油机、汽油机等）驱动的泵，称为机动泵。用电动机驱动的泵又叫电动泵。机动泵通常由液力端、传动端、减速机，原动机及其附属设备（润滑、冷却系统等）所组成。机动泵的共同特点：1.瞬时流量脉动而平均流量（泵的流量）只取决于泵的主要结构参数（每分钟往复次数）、 (柱塞的行程)、（柱塞直径）而与泵的排出压力几乎无关，当、为确定值时，泵的流量是基本恒定的。2.泵的排出压力是一个独立参数，不是泵的固有特性，它只取决于排出管路的特性而与泵的结构参数和原动机的功率无关。3.机动泵都需要有一个把原动旋转运动转化为柱塞往复运动或隔膜周期性弹性变形的传动端，故一般讲，结构较复杂，运动零部件数量较多，造价也较昂贵。2.1.2直接作用泵及其特点液力端柱塞与动力端直接连接的泵，通称为直接作用泵。动力端的工作介质可以是蒸汽，压缩气体（通常是空气）或有压液体（一般是油）。其中最常用的是蒸汽，也叫蒸汽直接作用泵。直接作用泵通常由液力端、动力缸，配汽（气或液）机构及其它附属设备所组成。直接作用泵的共同特点：1.瞬时流量脉动较小，平均流量（泵的流量）也只取决于、.但在蒸汽泵中，由于蒸汽源的压力是恒定的，因此当在蒸汽进口截流时，进入汽缸（动力缸）的蒸汽量和蒸汽压力将同时发生变化，相应的柱塞速度和或将发生变化，从而泵的流量就不能恒定；另一方面，如果泵的排出压力增高时，由于汽缸内蒸汽压力不变，所以柱塞速度（或）就会自行降低，泵的流量也随之减小。故蒸汽直接作用不会过载。2.泵的排出压力取决于管路特性，因此，对于直接作用泵来讲，泵的最大排出压力取决于它和动力端工作介质的压差。这样一来，安全阀就可设置工作介质一侧，既可以保护动力源设备又使操作上比较安全。3.直接作用泵无须具备由旋转运动转化为柱塞往复运动的传动端，因此，就泵本身来讲，结构较简单，易损件少，造价也较低廉。但对于需要自备动力源的直接作用泵，泵机组还是较为复杂的。4.直接作用实现流量调节则较为方便，只要改变工作介质的流量就可以达到泵的流量调节的目的。5.直接作用泵，特点是蒸汽直接作用泵，因无产生火花的动力装置，因此适用于要求防火的场合。6.直接作用的型式较少，只有双联（缸）双作用，双联（缸）单作用，单联（缸）双作用或单联（缸）单作用几种有限的型式。由于上述特点，直接作用泵使用范围没有机动泵那样广泛。目前，蒸汽直接作用泵主要用于输送石油及其副产品，如石蜡、沥青等；以气或液体为工作介质的直接作用泵则主要用作产生高压或超高压的增压泵11。2.1.3手动泵及其特点用人力通过杠杆机构驱动柱塞做往复运动的泵，称为手动泵。手动泵的特点：1.泵的流量和均匀度均无定植，它取决于人力在单位时间内的操作次数和操作均匀程度。2.泵的排出压力取决于排出管路特性和排出端压力。泵的额定排出压力则与泵的结构强度，液力端密封质量及人力大小有关。手动泵主要用于缺少动力或无须其他动力的场合。例如：简易水压试验，简易农药喷雾、农村简易深井提水，食品工业提升液状物以及简易消防用泵等。2.1.4柱塞泵及其特点在液力端往复运动副上，运动件上无密封元件的叫柱塞。相应的泵称为柱塞泵.柱塞泵的特点：1.柱塞泵的柱塞形状简单，柱塞直径可制得很小，但不宜过大目前所见到的柱塞直径范围大多在=3 150（10m）,个别的达0.2m。直径过小，会遇到加工工艺上的困难，直径过大，特别是卧式泵，因柱塞自重过大造成对密封的偏磨，影响密封的使用寿命。2.由于结构的原因，柱塞泵大多制成单作用的，几乎不制成双作用泵。3.因柱塞密封（填料箱）在结构上易于变形，在材料选择上也比较灵活，故柱塞泵适用的排出压力范围较广泛，且宜制成高压泵。2.1.5 隔膜泵及其特点泵的液力端借助于隔膜（膜片、波纹管等）来组成工作腔，以隔膜周期弹性变形来代替柱塞的往复运动的泵，称为隔膜泵。隔膜泵的特点：1.在泵的液力端以隔膜的静密封代替了柱塞的动密封，因此可作到输送介质绝对不外漏。因此，隔膜泵适于输送易燃、易爆、剧毒、恶臭以及具有放射性等对人体有害的介质，也用于输送纯度高、价格昂贵的物料。对于强腐蚀、易挥发、易结晶以及磨砺性很强的悬浮液，有时也采用隔膜泵，以改善柱塞密封的工作条件，延长其使用寿命。2.为了保证隔膜的强度和使用寿命，隔膜的弹性变形挠度通常很小，故对隔膜泵来讲，隔膜工作腔的行程容积不可能很大，否则其径向尺寸就会很大。另外，隔膜泵的每分钟的往复次数也较低。3.由于结构上的原因，隔膜泵的余隙容积较大，而且在泵的吸入过程中需要额外克服隔膜变形的阻力，故隔膜泵吸入性能较差，容积效率也较低。4.隔膜泵，特别是液力隔膜泵在结构上要比柱塞泵复杂，使用、维护的技术要求也较高。2.1.6卧式泵及其共同特点液缸或柱塞中心线为水平布置的泵，均称为卧式泵。往复泵多为卧式泵，其共同特点如下：1.便于操作者观察泵的运转情况，拆、装、使用、维修较为方便。2.机组在高度方向尺寸时，不需要很高的厂房；但在长、宽方向尺寸较大时,占地面积则较大。3.因为柱塞做水平往复运动，密封件在工作时须承受柱塞自重，容易产生偏磨，尤其当柱塞较重、悬臂很长时，这种现象更为明显。4.卧式泵的机械惯性力水平分力较大，而泵的基础承受水平分力的能力又较差，故卧式泵对基础的强度和刚度要求较高。2.1.7 立式泵及其共同特点液缸或柱塞中心线是垂直布置的泵，称为立式泵。立式泵的共同特点：1.高度方向尺寸较大，厂房高，但长、宽方向尺寸小，、占地面积少。2.运转时，柱塞密封不承受柱塞自重，不易产生偏磨。3.机械惯性力水平分力小，垂直分力大，而泵基础有较强的承受垂直分力的能力，故对基础要求不高。4.一般讲，立式泵的吸排阀、吸排管布置上较困难，拆装、维护也不太方便，特别是当液力端置于下侧时更明显。但当把液力端置于上侧时，则有所改善。通过对以上几种型式泵的特点的对比，再结合乳化液泵本身的结构特点及其用途，此次设计选用三联单作用机动卧式柱塞泵。2.2液力端结构型式选择在往复泵上把柱塞从滑块处脱开一直到泵的进出口处的部件，称为液力端，液力端是介质过流部分，通常由液缸体，活塞和缸套或柱塞及其密封（填料箱）、吸入阀和排出阀组件、缸盖和阀箱盖以及吸入和排出集合管（或集液器）等所组成，液力端结构型式的选择应与泵型及总体结构型式时，应遵循下述基本原则：1.过流性好，水力阻力损失小，为此，液流通道应力求短而直，尽管避免拐弯和急剧的断面变化。2.液流通道应利于气体排出，不允许有死区，造成气体滞留，通常，吸入阀应置于液缸体下部，排出阀应置于液缸体顶部。3.吸入阀和排出阀应垂直布置，以利于阀板正常启闭和密封，特殊情况下也可以倾斜和水平布置。4.余隙容积应尽可能小，尤其是对高压短行程泵或当泵输送含气量大，易挥发性介质时，更应力求减小余隙容积。5.易损件寿命长，更换方便。6.制造工艺性好，不同的泵有不同的液力端，甚至相同的泵型也有不同的液力端，因此液力端结构型式很难统一划分，按泵的吸入阀、排出阀的布置型式、液流通道特性和结构特性可分为：直通式、直角式、阶梯式。对于卧式三联单作用柱塞泵的液力端选用直通式。2.3传动端结构型式选择往复泵上传递动力的部件叫传动端，对于机动泵，传动端是指从滑块起一直到主轴（曲轴）伸出端（动力输入端）为止的部件，如果是泵内减速的，则传动端包括减速机构，如果是泵外减速的，则传动端不包括减速机构，减速机独立，如果是直联泵则传动端没有减速机构，也无减速机。对直接作用泵，传动端即指动力缸（汽缸、气缸）等部件。机动泵的传动端主要由机体、曲轴连杆、曲柄、滑块及润滑冷却等辅助设备所组成11。传动端结构型式选择也应和泵型及总体结构型式选择同时进行，在选择和设计传动端时应遵循以下基本原则：图2-1 乳化液泵总体结构图1 机体 2 连杆 3 滑块 4 曲轴 5 减速机构 6 缸套组件 7 柱塞 1.传动端所属主要零部件必须满足泵最大柱塞力下是强度和刚度的要求。2.传动端内各运动副，必须是润滑可靠，满足比压和Pv允许值，润滑油温升也限制在设计要求以内，必要时应有冷却设备。 3.在结构和尺寸要求允许的范围内，应力求减小连杆比这样不仅可减小滑块处的比压，而且可减少惯性水头的影响，从而可改善泵阀工作条件和泵的吸入性能。 4.要合理的选择液缸中心线的夹角，曲柄间错角，力求使机械的惯性力和惯性力矩得到平衡，减轻对基础的挠力载荷。5.传动端，尤其是立式泵传动端，应考虑重心的稳定性。传动端顶部应设有运转时排气，停车时封闭的排气装置，底部应设有排放润滑油的油脂。6.拆、装、检修方便，大型泵的传动端还应考虑到传动端各零部件的起吊方式和措施。7.易损件及运动副应工作可靠，寿命长，更换较方便。8.加工、制造工艺性好。第三章泵的主要结构参数的选择与确定3.1泵的主要尺寸参数的确定3.1.1原始数据资料工作介质：乳化液油（含3-5乳油的中性溶液）。往复泵柱塞个数：Z=3个。额定工作压力：P=32MPa 。额定流量：Q=125L/ min。泵主轴的转速：n=547r/min 。柱塞直径：=40mm。柱塞行程：S=66mm 。电机功率（KW）：90。程径比3.1.2吸入和排出管内径的选择这两个值的选取主要取决于吸入、排出管内介质的流速和。、过大；水力阻力损失过大，消耗能量多，泵的吸入性能差，而且容易产生液缸内空化和汽蚀以及泵的过流量现象；、过小，管路和液力端尺寸较大。在往复泵中，通常要限制、值，尤其值限制更重要，一般取值范围是：2ms，2.5 ms为了制造方便常常采用相同的、值，即取，令 ms式中吸入管内径 m；排出管内径 m；泵的流量ms；吸入管内介质的平均流速ms；排出管介质的平均流速ms。3.2电动机的选择图3-1 Y280M4型电动机查表2-2Y系列三相异步电动机的技术数据可知12，选取Y280M4型电动机kW，rmin ，功率因数0.89。第四章主要零部件的设计4.1液力端主要零部件的设计柱塞泵液力端通常由液缸体和缸盖，吸入和排出阀箱、阀盖、缸套柱塞和填料箱以及进出口法兰等。液缸体是柱塞泵中主要承受液压的零件之一，由于它的形状复杂、壁厚不均，内有十字或T型交孔、应力集中大，而且是与输送介质接触，并承受内压交变载荷，因此，它的设计合理性，对其寿命有较大的影响。特别是当输送高温、高压、强腐蚀性介质时，应注意以下几点：1.要选取合适的材料和热处理方式，既要有较高的强度指标和抗腐能力，又要特别注意到材料对应力集中的敏感性。2.在结构设计上要求形状简单，壁厚均匀，内部流道孔相交也应尽可能减少，实践证明；在同等条件下，T型交孔要比十字型交孔的液缸体寿命长一些。3.如果加工工艺允许，在内部流道交孔应予导圆，并对加工表面做强化处理，以减弱应力集中的影响。4.如果在总体和液力端部件设计时就能注意到把液缸体内的高度应力集中部位和高度变载荷区分开来，将会有效地提高液缸的使用寿命。图4-1a直通式布置的液缸体图4-1b 垂直布置的液缸体液缸体的结构型式主要是服从本泵的总体结构型式和液力端结构选型，液缸体的结构特点可按泵的数分为单作用液缸体和双作用液缸体。对于单作用柱塞泵适合于整体式液缸体，此形式的泵的多个工作腔在同一个块体上，这种液缸体钢性好，工作间距小，机加工量少，但工件较大。整体式柱塞泵液缸体除特殊型外，大多是由若干个垂直相交圆柱面流道孔所组成的一个多工作腔体。下图是典型的液缸体剖视图。图（a）是吸入阀和排出阀组直通式布置的液缸体；图(b)是吸入阀和排出阀互相垂直布置的液缸体.4.1.1液缸体壁厚的确定及强度校核1.液缸体壁厚的确定假定液缸体为一外圆半径为，内圆半径为的等厚壁圆筒且壁厚相对轮薄（）时，则可由薄壁筒公式确定壁厚11： 10m （4-1）一般取C=0.30.8(10m)对于球墨铸铁=600800 10N/m式中壁厚，10m；焊接系数，无焊接=1；缸内最大工作压力，10MPa；液缸体内径，10m；考虑铸造偏心及腐蚀所留的裕量。由公式（4-1）m2.强度校核对于薄壁筒11（） 10N/m （4-2）因为液缸体一般不焊接支管，所以=1由公式（4-2）符合要求。图4-2缸套组件4.2传动端主要零部件的设计4.2.1机体的组成及设计机动往复泵传动端主要由机体、曲轴、连杆、滑块等主要零部件所组成。机体是传动端主要零部件之一，通常由机身、机盖、轴承盖等主要零部件所构成。1.机体的主要作用作为传动机构和曲柄连杆机构的支承、定位及运动导向用；承受或传递泵的作用力和力矩；作为液力端的支承作用并用于安装某些辅助设备。泵的机体，按其毛坯的形式可分为铸造机体和焊接机体两种。一般讲，铸造机体具体有较高的刚度和抗震能力，稳定性好，易于获得所需的强度，生产周期短，成本也较低，因而在柱塞泵中广为应用。但铸造机体壁厚较厚，整个机体很笨重，通常只适用于固定基础安装。焊接机体多采用低碳钢组焊而成，重要较轻，便于移动。但此种机体刚性较差，制造周期长，成本高。通常只用于要求往常移动的泵。2.机体的结构设计机体结构设计的一般原则:应有足够的强度和刚度，在此前提下，力求重量轻; 结构上力求简单，外形力求美观。铸造和机加工工艺性能应良好。在结构设计上要有便于制造、加工的基准面，以期能较好的保证各加工表面的几何形状、尺寸精度和形状位置分差。不必要的加工表面应力求减小，简化工表，缩短生产周期，降低成本; 便于曲柄机构和传动机构的拆装，调整和检修，便于机体内部的清洗和润滑油的排放和更新;机体底部应有足够的承重面积，尽可能的降低重心，保证其承载能力和泵运转时的稳定性。3.减速机构的设计由于从电动机轴输出的转速过高，采用泵内减速，即一级齿轮减速。图4-3 减速机构1 传动比的计算查表2-2 Y系列电动机技术数据可知12，选取Y280M4型电动机kW，rmin ，功率因数0.89。式中电动机转数，rmin；电机效率；曲轴的转数，rmin。 2 选定精度等级、材料及齿数此机器为一般工作机器，中等冲击，速度不高，故选用7级精度;选小齿轮材料为40Cr (调质)硬度为HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为HBS;选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取;工作寿命15年（设每年工作300天），两班制。按齿面接触疲劳强度设计【13】（4-3）试选载荷系数计算小齿轮传递的转矩查表10-7选取齿宽系数。由图10-20查得区域系数。由表10-5查得材料的弹性影响系数。计算接触疲劳强度用重合度系数。计算接触疲劳许用应力。由图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为 MPa、 MPa。计算应力循环次数：式中齿轮转速，r/min；齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；齿轮的工作寿命（单位为h）。由图10-23查得接触疲劳寿命系数、。取失效概率为1%、安全系数S=1， MPa MPa取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即。试算小齿轮分度圆直径，代入中极小值调整小齿轮分度圆直径【13】计算圆周速度 m/s计算齿宽mm计算实际载荷系数由表10-2查得使用系数。根据ms，7级精度，由图10-8查得动载荷系数。齿轮的圆周力：查表10-3得齿间载荷分配系数。由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，得齿向载荷分布系数1.434。由此，得到实际载荷系数由式（10-12），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径及相应的齿轮模数按齿根弯曲疲劳强度设计【13】试算模数，即（4-4）试选。由式（10-5）计算弯曲疲劳强度用重合系数。计算。由图10-17查得齿形系数、。由图10-18查得应力修正系数、。由图10-24C查得小齿轮的齿根弯曲疲劳极限 MPa，大齿轮的齿根弯曲疲劳极限 MPa。由图10-22查得弯曲疲劳寿命系数、。取弯曲疲劳系数，由式（10-14）得MPa MPa 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 =0.0174试算模数 (6)调整齿轮模数【13】1)计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度。齿宽b。宽高比b/h。 2）计算实际载荷系数。根据，7级精度，由图10-8查得动载系数。由查表10-3得齿间载荷分配系数。由表10-4用插值法查得，结合查图10-13，得。则载荷系数为 3）由式（10-13），可得按实际载荷系数算得得齿轮模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数和齿数的乘积）有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数3.21mm进行圆整为标准的值mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径算出小齿轮齿数通过圆整后取，则大齿轮齿数，取，与互为质数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算【13】计算分度圆直径mmmm计算中心距mm计算齿轮宽度mm 考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（510）mm，即取mm，而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即mm。主要设计结论齿数、，模数mm，压力角，零变位，中心距mm，齿宽mm，mm。小齿轮选用40Cr（调质），大齿轮选用45钢（调质）。齿轮按7级精度设计。4.2.2曲轴设计曲轴是把原动机的旋转运动转化为柱塞往复运动的重要部件之一。工作时，它为承受周期性的交变载荷，产生交变的扭转应力和弯曲应力。1.曲轴的结构特点和选择对于乳化液泵采用两支承三曲拐曲轴型式，这种型式的曲轴因具支承少，使曲轴和机体的加式量减少，传动端装配也简单。相反的，因曲柄错角为120o的三拐二支承曲轴不能简化成平面曲轴，故受力状况复杂，刚度和强度较差，在同等条件下就显得粗笨。曲轴典型结构及各个部位轴端轴心线与曲轴旋转中心同心的轴向端部叫轴端。曲轴通常有两端，轴的外伸端叫前端。因前端一般均与原动机或机泵外减速机相连接，并作为总扭矩的输入端，故前端也叫输入端。相对的另一端叫后端，也叫尾端。轴颈轴颈包括主轴颈，支承轴颈和曲柄销（连杆轴颈）。主轴颈系指轴端上安装主轴承或曲轴支承中间轴承上的部位。显然支承轴颈须与主轴颈同轴心。曲柄销是指曲轴上与连杆大头连接的部位（也叫连杆轴颈），它与主轴颈不同心。曲拐，曲柄，曲柄半径曲轴上连接主轴和曲柄销或连接两相邻曲柄销的部位叫做曲柄，前者又称为短臂，后者又称为长臂。曲柄与曲柄销的组合体称为曲拐，靠近主轴颈的曲拐较短又叫短拐。连接两曲柄销的拐较长，又叫长拐。由主轴颈中心（亦即旋轴中心）到任意曲柄销中心的距离称为曲柄半径。曲拐布置或曲柄错角选定曲轴的拐数和曲轴柄错角主要取决于泵的型式，联数和作用数的选择。曲柄错角的选择还应考虑有利于减小流量不均匀度，惯性力和惯性力矩的平衡并有利于两主轴颈处挠曲交形相接近，对于三联单作用泵取曲柄错角为120o（各错角均等），而且若以靠近曲轴输入端为第一曲柄，并以它为基准，顺旋转方向计算时，第二曲柄与第一曲柄间的错角取为240o，第三曲柄与第一曲柄的错角则取为120o。这样才有利于主轴颈处的交形（倾角）接近。特别轴前端主轴颈外伸部位有附加力矩时，更是如此。曲轴支承和轴承选择对于二支承三拐曲轴的刚度较差，主轴承处的主轴颈变形倾角较大，故主轴承多采用允许倾角较大的向心球轴承而很少采用滑动轴承。轴颈铸造曲轴则因铸造工艺能够获得较为复杂的形状，故轴颈可采用空心结构。内孔径约为外圆直径的2/51/5，空心结构可以减轻曲轴重量，降低材料应力集中，使应力分布均匀，有利于提高曲轴的疲劳强度（一般空心比实心轴可提高疲劳强度约50%）。曲柄采用椭圆形的曲柄，材料利用最合理，疲劳强度高。但对自由锻造曲轴，曲柄外形需靠模加工成型。过渡圆角泵工作时，轴颈与曲柄连接处最容易形成应力集中，而导致曲轴早期破坏，因此在此处应取圆滑过渡的圆角以提高曲轴的疲劳强度。油孔曲轴轴颈一般采用有压润滑油强迫润滑和冷却，为此曲轴内应有油孔作为润滑油的通道。曲轴主油孔（轴向）直径一般取（0.070.08）（其中为曲柄销直径）。但最小不应小于0.004m。曲柄销上的径向油孔直径比主轴孔直径略小，一般取0.05。其出口与轴颈表面相贯处，应倒圆、抛光，以避免此处应力集中和降低曲轴疲劳强度。倒圆的圆角半径约为油孔直径的一半。轴端轴端常见的形状是：前端多为圆柱体或圆锥体。后端多为圆柱体。圆柱轴端加工方便，但拆装较困难。圆锥轴端便于拆装，但加工较麻烦，锥面锥度一般取1：10也可取1：15或1：20。因前端为总扭矩输入端，故前端多有键槽以备安装键来传递扭矩。轴封轴前端为外伸端，为防止润滑油由外伸处泄漏，在相应的机体处应设轴封，最常用的轴封是橡胶轴封和毛毡轴封。2.曲轴结构设计图4-4 曲轴曲轴销直径确定图4-5 曲柄销直径的尺寸曲拐轴的曲柄销直径D（图4-5）11可按经验公式初步确定 10m （4-5）式中 P最大柱塞力，t；（柱塞力）。对于二支承三拐曲轴系数应取偏大值由公式（4-5）m通过圆整后取m主轴颈m一般曲拐主轴颈变形倾角最大，故考虑到主轴承倾角允许值且应根据主轴承内径进行圆整，此外，当确定主轴颈尺寸时，还应顾及到轴颈重叠度，应尽可能避免等于零或接近于零甚至于小于零的情况（见图4-6）11图4-6 曲拐主轴颈尺寸 3 轴颈长度轴颈长度还应满足曲柄销问题（即液缸中间距）a的要求（4-6）式中曲柄厚度,10m；曲柄两侧台肩厚度, 10m。曲柄厚度m式中曲柄销直径, 10m。曲柄宽度m式中曲柄销直径, 10m。曲柄半径m核算轴颈重叠度相邻两曲柄销处式中曲柄销直径, 10m。主轴颈与曲柄销处连杆大头轴瓦宽度m式中曲柄销直径, 10m。曲柄长度m曲柄厚度长臂 m 取m短臂取m曲柄宽 m式中曲柄销直径, 10m。校核液缸中心距由公式（4-6）m式中曲柄长度,10m；曲柄厚度, 10m；长臂曲柄厚度,10m。3.曲轴受力分析作用在两支点三拐曲轴上的力有：作用在曲柄销中点的集中力切向力和径向力的作用在主轴颈上的支反力；作用在输入端主轴颈上的总扭矩。4.曲轴外力计算图4-7 作用在曲轴销上的外力切向力，径向力，支反力及轴前端载荷均是作用在曲轴上的外力，总的输入扭矩则是作用在曲轴上的外力矩。这些力和力矩都是曲柄转角的函数。对于三联单作用泵在统一瞬间，作用在各曲轴销上的力方向不同，若设第一曲柄转角，则第二曲柄转角为第三转角。当三联泵任一柱塞处于吸程阶段0180时，其活塞力，当任一柱塞处于排程阶段1804.5由计算结果可知，大于许用安全系数，符号条件。4.2.3连杆设计1.连杆结构型式特点连杆是传动端曲柄连杆机构中连接曲轴和滑块的部件，连杆的运动是一平面运动。可以把连杆运动看成是沿液缸中心线移动和绕滑块摆动的两种简单的运动的合成。连杆与曲轴相连的一头称为大头，与滑块相连的一头称为小头。通常连杆由连杆体、连杆盖、大头轴瓦、小头衬套以及连杆螺栓、连杆螺母等所组成。1 大头轴瓦 2 连杆螺母 3 连杆盖 4 连杆螺栓 5 连杆体 6 小头衬套图4-11 连杆结构连杆体杆体截面形状有圆形，工字形，矩形和十字形几种形式。圆形截面杆体最容易机加工，但在获得同样强度和刚度的条件下，其金属利用率低，该型式主要用于低速，大型和小批生产的连杆。工字形截面的杆体和其他形状截面杆体相比较，在同样强度和刚度的条件下具有最小的运动量，但毛坯一般是铸成和模锻成的，该型适合于高速轻型和大批生产的连杆。矩形和十字形截面杆体的材料利用率大体上介于前述两者之间，毛坯一般为铸件，采用也十分广泛，所以通过比较选用工字形截面的杆体。连杆大头因为往复泵多采用曲拐，为了便于拆装和对大头轴瓦间隙进行调整，连杆大头制成剖分式结构，即连杆大头由连杆盖和连杆体所组成并用两只螺栓连结成一体。连杆螺栓承受交变载荷，螺母处应备有防松装置。常用的最佳防松方式：冠形螺母加开口销，也有的在螺母下加止动弹簧垫圈。大多数连杆的剖分式大头均采用连杆螺栓连接，一旦螺栓拉断，可保护杆体不致报废，但也有少数连杆采用螺钉连接，即把螺钉直接旋入杆体大头处的螺孔内，连接连杆盖。这种连接可使杆体不必像螺栓连接那样在杆体大头背部划一平窝，从而减小杆体工作时的应力集中。为了保证连杆盖与杆体的装配位置不变，在两者间设有定位销钉，定位套筒或具有定位凸颈的连杆螺栓。连杆小头连杆小头均制成整体式，小头形状有圆形，偏心圆和球形等不同形式，对于此次设计采用圆形，小头与滑块连接方式为球面整体式连接。2.连杆的结构设计一般设计要求连杆应具有足够的刚度和强度，工作时不致破坏或弯曲变形。大、小头结构合理，适合装配有足够承载能力的轴瓦或轴承。在满足上述条件下，应尽可能选取合理的外形、截面尺寸、减轻重量，即可减少运动质量也有利于加工制造和拆装。连杆定位连杆定位是用来限制连杆在工作时垂直于连杆体中心线方向的窜动的，定位方式可分为大头定位和小头定位两种。大头采用厚壁轴瓦或小头采用球面连接时，适合于大头定位，大头采用薄壁瓦时，因没有翻边，故不适合大头定位，特别是大头为闭式结构，内装滚动轴承时，不便于大头定位，多采用小头定位。这里采用小头定位，用小头定位时，以小头衬套端面作为定位面，通过该端面与小头体两侧配合端面之间的间隙来限制连杆的窜动，间隙取（26）10m。而在大头处则允许较大窜动，间隙（26）10m连杆长L和连杆比选择连杆长是指连杆大头和小头孔的中心距，连杆比是指曲柄半径与连杆长之比曲柄半径即为柱塞行程长度的一半，取则m连杆宽度为了便于加工，通常连杆的大、小头宽度相同，只有当小头宽度受十字头尺寸限制时，才把小头宽度取得略小些。连杆宽度通常按连杆轴瓦宽度，由下列经验公式确定： 10m (4-20)因为采用小头定位，所以为小头衬套宽度，m（见连杆小头衬套）11由公式（4-20）m杆的连接盖结构尺寸确定杆的中间截面尺寸杆的中间截面的当量直径按下列经验公式确定 10m （4-21）式中最大柱塞力，10kg。因为连杆体截面为工字形截面由公式（4-21）m杆体中间截面面积m当杆体截面为工字形时，中截面高度m宽取m连杆截面尺寸的变化（图5-51）11杆体截面尺寸通常是沿杆体中心线成直线变化，由中截面向大头方向逐渐加大、向小头方向逐渐减小且使得杆体两端、处的截面面积平均值等于中截面面积。、分别距小头和大头中心的距离为、其值的选取：当杆体为工字形时，一般杆体宽度不变，高度则变化图4-12 连杆的结构尺寸（4-22）式中、相当于、处的杆体截面高度；、分别为小头和大头内径，m 。连杆大头内径由于曲柄销直径m，轴瓦内径m查表5-2511可知，轴瓦内径m时，轴瓦厚度m所以得知 m连杆小头内径小头衬套一般采用整体式结构，衬套的内径即为十字头销直径m，衬套宽度，厚度由下式确定： mm所以小头的内径 m由公式（4-22） m m 由公式（4-23）mm连杆大头尺寸截面面积为对于单作用泵 =m连杆大头盖截面和大头与杆体连接截面的面积和，通常取相同的值，。如果要分别选 m连杆小头尺寸连杆小头处的截面是连杆的最小截面，其面积可取对于单作用泵 = m当杆体截面为圆形时，取较小值，当杆体截面为工字形时取较大值连杆小头的和截面选取情形和大头相似，一般取3.连杆强度校核最大活塞力是校核连杆小头衬套比压的依据，最大连杆力是校核连杆强度和稳定性的主要依据。最大综合活塞力出现在活塞刚刚开始进入排程的瞬间，构成对连杆的最大压缩力，其值等于最大活塞力，最大往复惯性力及摩擦力之和，最大连杆力则出现在最大值时；但是，当泵的柱塞力很大时，、相对很小而且值一般也很小。故在实际校核连杆强度和稳定性时，常常略去、近似认为连杆小头衬套比压校核小头衬套比压按下式： 10N/m （4-23）式中小头衬头套最大比压，10N/m；最大活塞力，10N，；小头衬套内径，10m, 见连杆小头11；小头衬套宽度，10m, 见连杆小头11；许用比压，对铸造取 10N/m。由公式（4-23）连杆体的强度和稳定性校核杆体最小截面强度校核杆体根部与小头连接的过渡截面（查11见图5-54）为最小截面，此截面可看作承受单纯的拉伸和压缩作用力。最大应力为： 10N/m （4-24）式中最大连杆力，10N，；杆体最小截面面积，10m；杆体材料的许用应力，10N/m，对碳素钢和球墨铸铁可取 10N/m，合金钢可取 10N/m。由公式（4-24） 10N/m取 10N/m 符合要求4.2.4柱塞及其密封1.柱塞柱塞和填料箱组成一对动密封副对柱塞的基本要求：有足够的刚度和强度表面光洁，硬度高，耐磨性好当输送腐蚀性介质时，柱塞有良好的耐腐蚀性柱塞结构形式选择柱塞分为实心柱塞和空心柱塞两种，直径小重量轻的采用实心，直径大及较重者采用空心，对于该泵采用空心柱塞，它可以减轻重量，从而减轻对密封的偏磨（尤其是窝式泵），延长密封的使用寿命。柱塞与滑块的连接柱塞与滑块的连接多采用焊接的形式乳化液泵采用焊接形式：指柱塞和滑块直接焊接在一起的情形螺纹连接结构简单、加工容易，拆装方便柱塞截面压应力校核由于连接的需要，要出现最小截面，最小截面压应力为 10N/m (4-25)式中最大柱塞力，10N；最小截面面积，10m；许用应力； 10m；式中柱塞材料的屈服强度， 10N/m；安全系数，一般取。 10N/m 10N/m查表3-2 10N/m由公式（4-25）符合条件22。柱塞材料及技术要求柱塞用40Cr经高频淬化火的材料。机加工有要求：.柱塞与滑块连接的端面垂直度允差不低于所规定的7级。.柱塞外圆表面应光洁，不允许有凹痕，斑点，毛刺和划痕。.柱塞表面须经磁粉探伤，不得有裂纹。2.柱塞密封柱塞密封是往复泵中重要易损件之一，它直接影响着泵的性质。柱塞密封常用的型式有压紧式填料密封、自封式密封和间隙密封等。本次设计采用自封式密封。对柱塞密封总体设计要求：密封可靠，泄露量小，使用寿命长。摩擦、磨损少，消耗功率少。应适应泵的输送介质和使用条件。自封式密封自封式密封也是接触型密封，其填料箱结构组成也和压紧式填料箱大体相同，但它的密封作用主要是靠输送液体的压力使密封圈唇部张开与柱塞表面和箱体内壁紧密接触而密封，虽然也有相应的填料压盖及压紧填料装置，但是这种压紧不同于压紧式密封，它只起到当密封圈磨损后的一种补偿作用。自封式密封又分为V型、U型、Y型等不同型式，采用V型密封。V型密封填料箱结构形式V型密封由密封圈，顶圈和底圈所组成，最简单的V型密封圈由柱塞导向套，V型密封、填料压盖及其压紧螺母组成，V型圈开口向着液压方向安装。V型密封的设计及特点.V型密封，通常由顶圈（压环），V型圈和底圈（支撑环）所组成。V型圈自由状态的张角多为90，底圈和顶圈角度一般应与V型张角一致，但是为了增大接触面，减少摩擦，有的底圈的张角要大于90，如105，作为标准产品可参照。V型圈大多用合成橡胶或多层涂胶织物压制而成（或称为夹布橡胶制V型圈），夹布及涂胶应根据输送介质和使用条件选择合适的材料。图4-13 最简单的V型密封填料箱织物或夹布可用棉布，尼龙布和石棉布等，它所在V型圈中起补强作用，前两者强度好，耐磨，但不耐高温，通常只有120以下，石棉布强度虽差，但耐高温（可在450以下）. V型密封圈，可以若干个重叠使用，压力越高，圈数越多，圈数越多，摩擦力越大。试验表明，当圈数多于4个时，摩擦力增加明显，一般用3个即可，但往复泵压力是脉动的，故应依压力选择不同圈数。第五章曲轴机加工工装设计曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，电机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。曲轴的结构包括轴颈、曲轴臂、曲轴销、侧盖以及连杆大端轴承。轴颈具有第一油路。曲轴臂连接于轴颈。曲轴销设置于曲轴臂之中，并且抵接于轴颈。曲轴销具有第一机油缓冲室、第二机油缓冲室以及第二油路。第一机油缓冲室系连接于第二机油缓冲室，第二油路连接于第二机油缓冲室。侧盖设置于曲轴臂中，侧盖与曲轴销之间成形有一空间，该空间连接于第一油路与第一机油缓冲室之间。连杆大端轴承设置于曲轴臂之中，曲轴销套设于连杆大端轴承之中，第二油路连接于第二机油缓冲室与连杆大端轴承之间。本实用新型可将机油内微小异物过滤掉，减少了连杆大端轴承遭受微小异物侵入的机会，并避免连杆大端轴承损坏，进而可延长曲轴结构的使用寿命。在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。5.1曲轴毛坯的选择5.1.1分析曲轴零件图1.曲轴使用的性能与工作条件曲轴是将直线运动变成旋转运动，或将旋转运动变成直线运动的零件。它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。曲轴工作时要承受很大的扭应力及大小和方向都在不断变化的弯曲应力的作用，因此曲轴应具有足够的强度和支承刚性。曲轴工作时的旋转速度很高，曲轴的轴颈和连杆轴颈需要足够的耐磨性，且曲轴的质量分布应当平衡，以防因不平衡而产生离心力使曲轴承受附加载荷。多拐曲轴是多个曲柄连杆机构的组合，主轴颈和连杆轴颈不在同一条线，各连杆轴颈间应有一定的角度位置要求，曲轴在各个连杆轴颈处形成了多个开檔，因此曲轴设计时应根据这些特点，正确确定其结构及尺寸、位置、形状精度，满足曲轴使用性能要求。2.曲轴的结构与技术要求曲轴的结构根据上述的使用要求及结构特点，可以看出曲轴是一个形状复杂、结构细长、多曲拐、刚性极差、技术要求高的异形轴类零件。曲轴的主要技术要求为了保证曲轴的正常工作，对曲轴规定了严格的技术要求。其主要技术要求如下：主轴颈和连杆轴颈的尺寸精度通常为IT6IT7，同轴度允许偏差0.015mm，表面粗糙度值为0.20.4um。轴颈长度公差等级IT9IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之内。本次设计圆柱度公差为0.005。位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速轴为0.030.08mm；各连杆轴颈的位置度不大于20。本设计中各连杆轴颈的轴心线应与主轴颈中心线在同一平面内，位置公差为0.2。5.1.2曲轴毛坯的选择1选择毛坯曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求所用材料应有较高的强度、疲劳强度和耐磨性。对于材料的选择有一定的要求：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用35CrMoAl、42Mn2V等材料。该零件材料为QT800-2，考虑该工件形状比较复杂，因此应该选用铸件，以最大限度减少金属切屑量，保证高效率低消耗。2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差由零件图可知，该曲轴为球墨铸铁，牌号为QT800-2，铸造，查机械加工简明手册表1.3-1知，CT9级，MA-G级，采用壳模铸造。又由CT9级，MA-G级和曲轴基本尺寸查机械加工简明手册表2.2-4知其加工余量如下表5-1表5-1曲轴铸件毛坯各段尺寸公差以及加工余量项目曲轴前端主轴颈连杆轴颈全部曲柄法兰端公差等级CT99999加工面尺寸35504584105铸件基本尺寸3.63.63.63.63.6机械加工余量等级GGGGG加工余量2.52.5332.5毛坯基本尺寸492823111.546.55.2曲轴机械加工工艺设计5.2.1工艺基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，再确定粗基准。1.精基准的选择选择精基准时应遵循下列原则：基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则；便于装夹原则。加工齿轮轴，主轴和曲柄侧面时，以侧板右侧面为精基准，符合基准统一原则。加工各轴面均一轴心为精基准。加工右端法兰盘以以经精加工后的轴肩为基准。法兰铣缺口以法兰上对应两孔为精基准，遵循互为基准原则。钻斜油孔以曲柄侧面和轴心夹角为基准、前端铣键槽。钻孔和攻螺纹以已加工曲柄侧面为基准。法兰上钻，扩定位孔，螺栓孔以法兰圆盘中心为基准。2.粗基准的选择选择粗基准时应遵循下列原则：余量均匀原则；保证加工表面位置正确的原则；粗基准只能有效使用一次的原则；粗基准平整光洁定位可靠的原则。该曲轴粗选择左端面和曲柄右侧面为粗基准进行加工。5.2.2加工阶段的划分曲轴为异形轴类零件，且加工精度要求比较高。1.粗加工阶段；钻两端中心孔,为方便后续工作定位安装。将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。铣外形,铣各主轴颈曲柄和连杆轴颈.达到半精加工前要求。2.半精加工阶段：粗磨铣各主轴颈曲柄和连杆轴颈,精铣加工和铣螺纹，钻，扩定位孔，斜油孔，法兰定位孔，安装孔。3.精加工阶段；精磨各主轴颈曲柄和连杆轴颈，镗孔。4.超精加工阶段；抛光加工。5.2.3工序的集中与分散该曲轴的生产类型为大批生产，且工序较多。因此选用工序集中原则安排曲轴的加工工序。采用高效专用设备及工艺装备，以提高生产率，工序装夹的次数少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。5.2.4工序顺序的安排1.机械加工工序的安排遵循“基面先行”原则，先加工精基准-铣曲柄外侧面。遵循“先粗后精”原则，先进行粗加工工序，后安排精加工工序。遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，各段主轴和曲柄断面，直径，后加工次要表面-法兰面等。遵循“先面后孔”原则，先加工各平面，最后进行螺纹孔的加工。2.热处理工序的安排由于毛坯为铸件，壁厚不均匀，在加热冷却及相变过中。会产生效应力和组织应力，应采用回火消除这种应力，毛坯在出厂前已经过相应热处理，在此工艺路线中将省略。在精磨加工前，为提高球墨铸铁的表面机械性能和磨削精度，应安排淬火工艺，本加工采用电热淬火。淬火后，为消除淬火带来的残余应力。应安排回火处理。3.辅助工序的安排校直工序：由于结构复杂，工序较多，为严格控制加工质量，保证直线度精度，减少废品率，应在加工阶段安排多次校直工序，采用液压压床设备。检验工序：同样由于工序较多，结构复杂的原因，为控制废品率，安排多处检验。清洗和去毛刺：为便于后续工序的准确定位，消除切屑对后工序表面质量的影响，在重要加工工序和检验前都应该清洗和去毛刺。综上所述，该换工件工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面加工主要表面半精加工及次要表面加工热处理主要表面精加工，超精加工。5.2.5确定工艺路线曲轴的工艺路线，机床设备及工艺装备见表3-1。表5-2 工序目录表工序号工序名称设备名称001制造毛坯002热处理003批量毛坯检验004粗铣两端面双端面铣床005钻中心孔专用钻中心孔机床006粗车主轴颈、前端轴颈、和油封轴颈数控车床007粗车法兰盘数控车床008粗铣连杆轴颈数控铣床009在油封轴颈上铣右旋回油螺纹数控铣床010铣键槽数控铣床011粗磨主轴颈、前端轴颈和油封轴颈磨床012精铣连杆轴颈数控铣床013钻直油孔、斜油孔立式钻床014清洗并检验015中频淬火及回火016精磨主轴颈、前端轴颈和油封轴颈磨床017钻、铰工艺孔，攻螺纹摇臂钻床018精车法兰盘端面及退刀槽数控车床019磁力探伤及退磁磁力探伤机020轴颈滚压曲轴圆角滚压机021轴颈变形检测022滚压校直曲轴圆角滚压机023轴颈修磨数控曲轴磨床024动平衡试验025抛光所有轴颈026清洗027最终检查028防锈5.2.6 加工余量、工序尺寸和公差的确定工序尺寸及公差的确定有两种情况；一种是工序尺寸及其公差与零件上某设计尺寸或其他工序尺寸相关，需要通过解算尺寸链的方法来确定。另一种是工序尺寸及其公差仅与工序余量有关，如加工过程中不存在基准转换的情况。此时，可按如下方法确定各工序尺寸和公差：1.确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理。2.自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）个工序的基本余量，便可得到各工序的基本工序尺寸。3.除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度。4.按“入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并可作适当调整。加工余量、工序尺寸和公差的计算：由机械设计简明手册得出：曲轴上各圆柱面加工余量，工序尺寸以及公差和粗糙度如表5-3(a)、(b)、(c)。表5-3加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（a）加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Ra()曲轴右端M36螺纹铸件车螺纹粗铣半精铣精车 53.61.00.4CT9IT12IT10IT6 411.0 12.56.3 0.855前油封档铸件半精车磨削研磨 51.00.4CT9IT10IT6601.0 6.30.80.8表5-3加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（b）加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Ra()93后油封档粗铣3.6IT1212.550主轴颈全部主轴颈铸件粗铣半精铣粗磨精磨53.11.10.60.2 CT9IT12 IT10IT7 IT6 551.0 12.56.30.80.8表5-3 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（c）加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Ra()45连杆颈铸件粗铣半精铣粗磨精磨研磨53.21.00.6 0.2 CT9IT12IT10IT7IT6 IT5501.0 12.56.30.40.80.8312孔铰孔钻孔0.4 11.8IT8 IT12121.6 12.515孔铰孔钻孔0.514.8IT8IT12151.612.51M6钻孔 5 IT12 6 12.56斜油孔钻孔6IT12612.55.2.7确定切削用量及时间定额1.铣各轴颈切削用量及时间(1) 工步1粗铣501）选择刀具选择外圆车刀。根据切削用量简明手册表1.1，由于铣床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度为4.5mm。根据切削用量简明手册表1.2，可选择YG6牌号硬质合金。车刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，r=60，r=10，。=6，。=12，s= 10，=0.8mm， =10，=0.4mm。2）选择切削用量确定切削深度p 由于粗加工余量仅为1.6mm，可在一次走刀内切完，故：p=（5048）/2mm=1mm 确定进给量f 根据切削用量简明手册表1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度Ra=12.5m时：f=0.851.00mm/r按数控铣床说明书选择：f=0.36mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命根据切削用量简明手册表1.9，铣刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命T=60min。确定切削速度Vc 切削速度Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。根据切削用量简明手册表1.27 (51)式中：=故由公式(1-1)得：Vc=44m/minn=200r/min按数控铣床说明书，选择n=200r/min，这时Vc=44m/min。最后决定的铣削用量为：p=1.0mm，f=0.36mm/r，n=200r/min，Vc=44m/min。3）计算基本工时：（52）式中L=l+y+，l=12mm，根据切削用量简明手册表1.26，铣削时的入切量及超切量y+=2.1mm，则L=12+2.1mm=14.1mm，故由公式(1-2)得：tm=0.40min其余工序切削用量及基本时间见工序卡片。第六章泵使用说明书乳化液泵与乳化液箱组成乳化液泵站，建立此泵站主要是为了工作需要便于在井下使用。为综合机械采煤液压支架或普采面单体液压支柱和液压放顶支柱提供动力源，也可用于地面及其它液压设备。乳化液泵站由两台泵一台箱组成，一台使用，一台备用，如工作需要，也可两太泵同时使用，在使用过程中，认真进行维护和保养，才能保证泵站的正常运行。乳化液泵为卧式三柱塞往复泵，选用三相交流卧式四级防爆电动机，经一级圆柱直齿轮减速，带动三曲拐曲轴旋转，再经连杆、滑块带动柱塞作往复运动，这样，使工作液体在高压腔中，经吸排液阀吸入和排出，从而使电能转化成液压能，输出高压液体，供支架、单体液压支柱工作。在泵头排液腔的一端装有调整好的高压安全阀，另一端装有先导作用式自动卸载阀。6.1结构说明6.1.1箱体传动部件箱体传动部件是由箱体、一级减速齿轮、曲轴、连杆滑块组件等组成。箱体为整体式结构，分曲轴箱腔和进液腔两部分。在曲轴箱腔三个滑道孔上方设盛油池，以备滑道及连杆小头处的润滑，曲轴箱腔底部没有放油孔。进液腔在箱体的前端，有通液孔与阀组件进液口相连，吸液接头与进液腔相连。曲轴选用优质合金钢制造，三曲拐互成夹角120度，曲拐表面经高频淬火处理，有良好的耐磨性。曲轴两端装有球轴承。连杆用优质碳素钢锻制，大头为剖分式结构，瓦盖用连杆螺栓与连杆体对合联接，小头制成球形，通过球座与球面对开档块与滑块相连接，连杆大头内装有ChSnSb11-6锡基合金标准瓦，该瓦有良好的抗咬性和减磨性，且不需要刮削。滑块与连杆采用球形连接，与柱塞用焊接的方式。齿轮及齿轮轴均采用40Cr材料制成，齿形为直齿，齿面经高频淬火处理。箱体传动部件各运动件采用“飞溅润滑”方式润滑。6.1.2.泵的液压部分泵的液压部分由阀组件、缸套组件、柱塞、自动卸载阀、安全阀和蓄能器等组成。阀组件：阀体用4

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