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G60-1单螺杆泵设计【全套7张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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压出管-A2.dwg

托架-A2.dwg

泵体-A1.dwg

螺杆-A2.dwg

螺杆衬套-A2.dwg

装配图-A0.dwg

输入轴-A2.dwg

图纸-CAXA

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关键词：: g60 螺杆设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

G60-1单螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵。具有效率高、自吸能力强、适用范围广等优点，对各种难以输送的介质都可用本泵来输送。它主要由螺杆、衬套、万向联轴器、传动轴和泵轴等零部件组成，靠螺杆与衬套之间的内啮合相对运动，使啮合密封腔沿轴向运动，从而完成输液过程。

为更好的满足特定工作条件的需要，本论文详细阐述了单螺杆泵的工作原理和结构特点，并在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，在此基础上利用AutoCAD制图软件绘制了G60-1单螺杆泵的装配图和主要零件图。

通过本次设计巩固了大学所学专业知识，掌握了螺杆泵的设计方法并能熟练使用AutoCAD制图软件。

关键词：单螺杆泵; 设计校核; 轴

Abstract

G60-1 single screw pump is a new type of internal meshing rotary positive displacement pumps. With high efficiency, strong self-absorption capacity, a wide range of advantages, difficult to transport a variety of media are available to transport this pump. It mainly consists of screws, bushings, universal coupling, drive shaft and the shaft and other component parts, relying on internal engagement between the screw and the bushing relative motion, so that the axial movement of the engagement in the sealed chamber, thus completing the infusion process .

To better meet the needs of specific working conditions, this paper elaborates single screw pump working principle and structure characteristics, and basic design theory in the traditional system, the use of existing design methods and tools, based on a given flow pressure to design and select the appropriate structural parameters of single screw, single screw to complete structural design calculations, key performance computing and influencing factors, on the basis of the use of AutoCAD drawing software to draw a single screw assembly drawing G60-1 and major parts diagram.

By this time the university is designed to consolidate expertise, master screw design methods and can skillfully use AutoCAD drawing software.

摘要III

AbstractIV

第1章绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.2 国内外研究现况1

1.2.1 国外螺杆泵的研究现状1

1.2.2 国内螺杆泵的研究现状2

1.3 单螺杆泵简介2

第2章单螺杆泵的总体设计4

2.1设计要求4

2.2结构和工作原理分析4

2.2.1 G系列单螺杆泵结构4

2.2.2 工作原理分析5

2.3结构方案设计9

2.4性能参数分析9

第3章螺杆与衬套的设计11

3.1螺杆和衬套结构设计11

3.1.1 螺杆和衬套尺寸的确定11

3.1.2 螺杆和衬套的型线设计13

3.2 螺杆和衬套材料的选用17

3.3 螺杆和衬套的加工制造19

3.3.1 螺杆的加工19

3.3.2橡胶定子的加工19

第4章其他主要零部件的设计与选择21

4.1 电机的选择21

4.2轴的设计21

4.3 轴承的选择与校核23

4.4进出油口尺寸设计24

4.5 油封的选择25

4.5.1密封端面间液体压力分布规律25

4.5.2载荷系数和平衡系数25

总结27

参考文献28

致谢29

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

在我国的国民生产和生活中，泵作为一种输送液体的心脏倍受各行各业所重视。单螺杆泵输送流量、压力稳定，无脉动。单螺杆泵输送变转速即可改变输出流量，可用作计量投加。吸入能力强，工作噪声小，无泄漏，无温升。单螺杆泵输送适应范围广，可输送一切流动介质甚至非流动物料。单螺杆泵能输送高固体含量的介质；流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性；一泵多用可以输送不同粘度的介质；泵的安装位置可以任意倾斜；适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品；体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。正是由于上述特点，使得单螺杆泵应用广泛，领域涉及石油工业、化工及制药、环境工程、矿产工程、食品工业、造纸行业。

在国内，螺杆泵的使用时间短，对其研究起步相对较晚，因此在生产中还有许多管理上和技术上的问题需要解决。随着螺杆泵应用领域的不断拓宽，对螺杆泵技术要求也越来越高，为适应螺杆泵在其应用领域快速发展的要求，有关螺杆泵的研究方向和内容呈现出比较活跃的趋势。

工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，如何提高单螺杆泵易损件的工作寿命，更好的满足需要，是单螺杆泵设计和校核的关键。针对螺杆泵理论和结构上存在的问题，在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，设计出一种较为合理的单螺杆泵，缓减或解决螺杆泵在现场实际使用中所存在的具体问题，提高螺杆泵的寿命和效率，降低成本。

装配图-A0.gif

泵体-A1.gif

螺杆-A2.gif

螺杆衬套-A2.gif

输入轴-A2.gif

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压出管-A2.gif

内容简介：: I 分类号密级宁宁波大红鹰学院毕业设计 (论文 ) G60-1 单螺杆泵设计所在学院专业班级姓名学号指导老师 2015 年 3 月 31 日 nts II 诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文） G60-1 单螺杆泵设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）：年月日 nts III 摘要 G60-1单螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵。具有效率高、自吸能力强、适用范围广等优点，对各种难以输送的介质都可用本泵来输送。它主要由螺杆、衬套、万向联轴器、传动轴和泵轴等零部件组成，靠螺杆与衬套之间的内啮合相对运动，使啮合密封腔沿轴向运动，从而完成输液过程。为更好的满足特定工作条件的需要，本论文详细阐述了单螺杆泵的工作原理和结构特点，并在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，在此基础上利用 AutoCAD 制图软件绘制了 G60-1 单螺杆泵的装配图和主要零件图。通过本次设计巩固了大学所学专业知识，掌握了螺杆泵的设计方法并能熟练使用AutoCAD制图软件。关键词：单螺杆泵 ; 设计校核 ; 轴 nts IV Abstract G60-1 single screw pump is a new type of internal meshing rotary positive displacement pumps. With high efficiency, strong self-absorption capacity, a wide range of advantages, difficult to transport a variety of media are available to transport this pump. It mainly consists of screws, bushings, universal coupling, drive shaft and the shaft and other component parts, relying on internal engagement between the screw and the bushing relative motion, so that the axial movement of the engagement in the sealed chamber, thus completing the infusion process . To better meet the needs of specific working conditions, this paper elaborates single screw pump working principle and structure characteristics, and basic design theory in the traditional system, the use of existing design methods and tools, based on a given flow pressure to design and select the appropriate structural parameters of single screw, single screw to complete structural design calculations, key performance computing and influencing factors, on the basis of the use of AutoCAD drawing software to draw a single screw assembly drawing G60-1 and major parts diagram. By this time the university is designed to consolidate expertise, master screw design methods and can skillfully use AutoCAD drawing software. Keywords: Single screw pump; Design verification; Axis nts V 目录摘要 . III Abstract . IV 第 1 章绪论 . 1 1.1 研究背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现况 . 1 1.2.1 国外螺杆泵的研究现状 . 1 1.2.2 国内螺杆泵的研究现状 . 2 1.3 单螺杆泵简介 . 2 第 2 章单螺杆泵的总体设计 . 4 2.1设计要求 . 4 2.2结构和工作原理分析 . 4 2.2.1 G系列单螺杆泵结构 . 4 2.2.2 工作原理分析 . 5 2.3结构方案设计 . 9 2.4性能参数分析 . 9 第 3 章螺杆与衬套的设计 . 11 3.1螺杆和衬套结构设计 . 11 3.1.1 螺杆和衬套尺寸的确定 . 11 3.1.2 螺杆和衬套的型线设计 . 13 3.2 螺杆和衬套材料的选用 . 17 3.3 螺杆和衬套的加工制造 . 19 3.3.1 螺杆的加工 . 19 3.3.2橡胶定子的加工 . 19 第 4 章其他主要零部件的设计与选择 . 21 4.1 电机的选择 . 21 4.2轴的设计 . 21 4.3 轴承的选择与校核 . 23 nts VI 4.4进出油口尺寸设计 . 24 4.5 油封的选择 . 25 4.5.1密封端面间液体压力分布规律 . 25 4.5.2载荷系数和平衡系数 . 25 总结 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 29 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 1 第 1 章绪论 1.1 研究背景及意义在我国的国民生产和生活中，泵作为一种输送液体的心脏倍受各行各业所重视。单螺杆泵输送流量、压力稳定，无脉动。单螺杆泵输送变转速即可改变输出流量，可用作计量投加。吸入能力强，工作噪声小，无泄漏，无温升。单螺杆泵输送适应范围广，可输送一切流动介质甚至非流动物料。单螺杆泵能输送高固体含量的介质；流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性；一泵多用可以输送不同粘度的介质；泵的安装位置可以任意倾斜；适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品；体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。正是由于上述特点，使得单螺杆泵应用广泛，领域涉及石油工业、化工及制药、环境工程、矿产工程、食品工业、造纸行业。在国内，螺杆泵的使用时间短，对其研究起步相对较晚，因此在生产中还有许多管理上和技术上的问题需要解决。随着螺杆泵应用领域的不断拓宽，对螺杆泵技术要求也越来越高，为适应螺杆泵在其应用领域快速发展的要求，有关螺杆泵的研究方向和内容呈现出比较活跃的趋势。工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，如何提高单螺杆泵易损件的工作寿命，更好的满足需要，是单螺杆泵设计和校核的关键。针对螺杆泵理论和结构上存在的问题，在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，设计出一种较为合理的单螺杆泵，缓减或解决螺杆泵在现场实际使用中所存在的具体问题，提高螺杆泵的寿命和效率，降低成本。 1.2 国内外研究现况 1.2.1 国外螺杆泵的研究现状单螺杆泵是 1932年由法国工程师 Moineau发明，并由德国 PCM泵公司制成产品。加拿大约 40%的重油井使用螺杆泵采油，其中一石油公司采用 PCM/IFP 联合公司生产的 Rodemip地面驱动螺杆泵采油系统，井下部分连续运转了两年，地面部分 5年，投资与维护保养费用均较低。发展大流量和高压力的单螺杆潜油泵是国外螺杆泵的主要发展nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 2 趋势。发展这种产品主要是为了满足一些大流量且含油水混合物的小口径深油井的需要。单螺杆泵广泛应用于各种工业领域已经有约 60年的历史，但欧洲直到 1985年前后才开始利用这种泵进行深井采油。目前，单螺杆泵的最大压力已经达到 200bar，英国AG泵公司和法国 PCM泵公司均生产这种高压单螺杆泵（流量范围 20 500 3m /h，级数1 20级）。由于这种高压单螺杆泵具有结构紧凑、效率高、耐磨性强等优点，因此国外越来越多地使用这种螺杆泵来开采含有大量固体颗粒、高粘度的原油。 1.2.2 国内螺杆泵的研究现状我国螺杆泵的发展起步较晚，原天津市工业泵厂于 20世纪 60年代初期研制成功船用高压小流量三螺杆泵，此后逐步发展成为单、双、三螺杆泵的专业生产厂。 60年代中期，原沈阳水泵厂开始生产双螺杆泵和三螺杆泵， 70年代研制成功五螺杆泵。 1984年 6月，天津工业泵总厂与世界著名的德国阿尔维勒公司签定三螺杆泵制造技术转让合同；1992 年 2 月，与德国鲍曼公司签定合同，引进单、双螺杆泵制造技术。 1989 年，湖北石首水泵厂引进原捷克斯洛伐克西格玛公司单螺杆泵制造技术及空心管压制单螺杆泵转子设备。目前，我国对螺杆泵地面装置进行了改进，使螺杆泵的转速、排量可在一定范围内调整，以适应不同井况的需要。但是时至今日，国内产品基本上局限于小型单螺杆泵，缺乏大型单螺杆泵产品，且在泵的结构和制造技术等方面有待于改进和提高，并普遍存在泵性能和可靠性不高的问题。 1.3 单螺杆泵简介单螺杆泵于 1932年由法国工程师莫诺（ MoiNeau）发明，并由法国 PCM泵业分公司首先生产，故也被称为莫诺泵（ MONO）。莫诺泵还被称为偏心螺杆泵、转子偏心泵、曲杆泵、浓浆泵和蛇泵等，在我国按标准规定以正式定名为单螺杆泵。它既适合输送低粘度如水等介质，还尤其适合输送含有输送含有固体颗粒或短纤维的悬浮液，以及粘度非常高的介质。它广泛地用于石油、化工、建筑、环保、船舶、纺织、冶金、采矿、印刷与造纸业、食品、酿造、医药和日用化工等领域，发展前景远大。目前莫诺泵输送固体颗粒的最大尺寸为不超过转子的偏心距，含量已可达到介质的 60%左右，粉状颗粒可达到 70%和最长纤维长度不超过 0.4倍转子螺距。它成功地输送了其nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 3 他泵难以完成的诸如水泥浆、陶土糊、水煤浆、水泥涂料和膨润土等含固体颗粒比例很高、粘度又大的介质。水煤浆技术作为洁净煤工程和煤浆加工的一种新途径，它的制备和输送越来越受到重视，但是由于水煤浆不仅流动性差，而且成分为 65%的煤粉、 30%为水和 5%为添加剂，煤粉中还含有大量硬颗粒矿物。很多使用场合要求排出压力达1.8-2.4mpa，甚至更高些。尽管由于严重的磨蚀等因素影响到主要零件定子和转子的寿命，通常定子寿命仅 200h，转子也仅 800h 左右，但运行可靠；且我国至今尚无可替代的设备，因此在水煤浆厂和发电厂螺杆泵选型时单螺杆泵仍得到广泛应用。下图是单螺杆泵的机构示意图：图 1-1 单螺杆泵结构示意图 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 4 第 2 章单螺杆泵的总体设计 2.1 设计要求（ 1）主要内容： 1）深入了解 G60-1单螺杆泵的结构； 2）完成 G60-1单螺杆泵的机械系统设计。（ 2）要求：机构设计方案合理、结构紧凑；（ 3）设计参数型号公称压力 Mpa 必需汽蚀余量 (m) 公称流量 mm3/h 允许最高转速 r/min G60-1 0.6 5 22 960 2.2 结构和工作原理分析 2.2.1 G 系列单螺杆泵结构 G系列单螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵。具有效率高、自吸能力强、适用范围广等优点，对各种难以输送的介质都可用本泵来输送。因此单螺杆泵在国外被称为万能泵。它主要由螺杆、衬套、万向联轴器、传动轴和泵轴等零部件组成，靠螺杆与衬套之间的内啮合相对运动，使啮合密封腔沿轴向运动，从而完成输液过程。图 2-1 G系列单螺杆泵结构 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 5 2.2.2 工作原理分析单螺杆泵属于转子式容积泵，它是依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种内啮合的密闭式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其啮合的单头螺旋螺杆（转子）组成。当输入轴通过万向节驱动转子绕定子中心作行星回转时，定子转子副就连续地啮合形成密封腔，这些密封腔容积不变地作匀速轴向运动，把输送介质从吸入端经定子转子副输送至压出端，吸入密闭腔内的介质流过定子而不被搅动和破坏。螺杆具有单头螺纹，其任意截面皆为半径为 R的圆，截面的中心位于螺旋线上且与螺杆的轴心线偏离一个偏心距 e，绕轴旋转且沿轴向移动而形成的衬套内表面具有双螺纹，其任意截面为一长圆，两端是半径为 R（等于螺杆截面半径）的半圆，中间是长为4e的直线段。衬套的任意截面都是相同的长圆，只是彼此互相错开一个角度。螺杆装入衬套后，螺杆表面与衬套内螺纹表面之间形成一个个封闭的腔室，同时任意截面也被分成上下两个月牙形工作室。当螺杆旋转时，靠近吸入室的第一个工作室的容积逐渐增大，形成负压，在压差的作用下液体被吸入工作室。随着螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后，这个工作室封闭，并将液体沿轴向推向压出室。与此同时上下两个工作室交替循环地吸入和排出液体，因此液体被连续不断地从吸入室沿轴向推向压出室。常见单螺杆泵螺杆的形状如图 2-2所示。它的外表面是由半径为 R 的圆，其圆心 O以偏心距 e. 螺距 t绕螺杆中心线 O2做螺旋运动形成的单头外螺纹表面。图 2-2 单螺杆泵螺杆的形状 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 6 图 2-3 衬套的形状衬套内表面是双头内螺纹表面。其横截面呈长圆形 (见图 2-3)，两端为半径也等于 R的半圆，两半圆圆心间的距离为 4e，螺距也为 t，因是双头螺纹，其导程 T=2t.具有如上形状的螺杆与衬套相互啮合的情况，如图 2-4所示。图 2-4-a 、 b给出的是在时刻二者的啮合状况，图 2-4c则为时刻的状况。由图 2-4可见，在一个导程 T内取的 9个与衬套轴线垂直的断面上，皆有螺杆与衬套表面接触的点或线。时刻，在 1断面上，二者沿圆弧线 111 CAB 接触 ;在 2断面上，则仅在2,2 CB 两点接触，若将所有相邻断面的接触点依次连接起来，则得一条闭合的空间啮合曲线 3111 CCAB 8998 BBAC 123 BBB 。此啮合曲线将衬套与螺杆间的空间隔离成 DLA QQ, 和等 DRQ 空腔（ AQ 是螺杆 2,1 AA 9,8 AA 点处衬套壁面之间的闭合空腔 ;若时刻螺杆刚好在 5 断面处紧靠衬套壁面上的 5D 点，则用 DLQ 表示 5 断面左边的螺杆与1D 、 2D 5D 处衬套壁面间的非闭合空腔，用 DRQ 表示 5 断面右边的螺杆与 5D 、6D 9D 处衬套壁面间的非闭合空腔 )。各空腔间互不相通，它们被所述啮合曲线分隔开或封闭起来。 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 7 图 2-4 单螺杆泵工作原理示意图螺杆在衬套中转动，经时刻后，各断面中螺杆与衬套间的相互位置变成图 2-4c所示的状况。由图 2-4 可见，此时在 2 断面中，螺杆已移至该断面 2A 端的极限 AQ 腔的啮合线左端位置，即包围 AQ 腔的啮合线左端位置，已由时刻的 111 CAB 移至时刻的 222 CAB 。若被输送液体从啮合副左端进人衬套，且假设衬套的轴向长度刚好等于导程 T，则经时间后， AQ 腔的轴向长度比时刻的 T减小了 l （ l 为 1， 2断面间的轴向距离）或者说，时刻的 AQ 腔的轴向位置向右移动了 l ，且其右端已与泵的压出室相通。随着时间的增大， AQ 腔向右移动得更多，即衬套内的 AQ 腔容积更小，从而使与之相通的整个压出空间的容积逐渐减小，压力升高，产生了排液作用。在时刻， 1 断面内的螺杆位于紧靠 1A 点的极限位置，形成了 DLD 腔的断面面积最大。此时，位于距此断面一个螺距 t的 5断面上的圆弧线 555 CDB ，既是 DLD 腔的右端密封线，又是 DRQ 腔的左端密封线。经时间间隔后，该密封线己从 5 断面右移，使与泵吸人室相通的 DLD 腔容积增大，腔中压力下降，从而吸人液体。与此同时，与泵压出室相通的 DRQ 腔容积减小，和 AQ 腔一道排液。螺杆连续转动，螺杆与衬套间的啮合密封线就不断生成，且不断由吸人端向压出端nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 8 移动，泵的吸、排液过程就连续不断地进行了。由上述工作过程可知，螺杆与衬套的啮合长度不能小于一个导程。泵扬程越高，导程数目越多，螺杆与衬套的长度也越长。为消除零件加工误差对啮合线密封效果的不良影响，保证螺杆与衬套的啮合线能承受压出室与吸人室之间的压差，单螺杆泵的衬套一般用耐磨橡胶等弹性材料制成，以使螺杆与衬套间的配合有微量过盈。图 2-5 螺杆在衬套中的运动单螺杆泵螺杆在衬套中的运动比较复杂。在泵的任意一个横断面上 (图 2-5)，螺杆绕其轴心线 2O 转动时，其断面圆的中心 1O 必定要在经过衬套断面中心 O 的直线人 AD 上运动。这种运动现象，只能在 1O 绕 2O :转动的同时必须还要有 2O 绕 O 的转动才能产生。因为 O 轴是泵轴轴线通过的固定轴线，则连接泵轴和螺杆的传动轴必定要通过万向联轴器，才能将动力传递给螺杆。由图 2-5可见，当螺杆断面圆之圆心从其极端位置 AO1 向 D方向运动至某一位置 1O时，螺杆轴心线从 AO2 变到 2O 。在这个过程中，始终有 eOOOO AA 2121 ，则衬套中心与螺杆轴心间的连线，必定要从 AOO2 向与螺杆转动角速度。相反的方向，以角速度 w 偏转至 2OO ，即 2O 要偏离 AD直线，围绕 O 点转动。由螺杆与衬套在极端点 A接触时，螺杆断面中心 AO1 点无切向运动线速度 01AC ，即 1 2oAC e w e w （ 2-1）所以有 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 9 2ww （ 2-2）这表明，螺杆轴线绕衬套轴线旋转的角速度 w ，等于螺杆绕自身轴线旋转角速度 w值的一半。 2.3 结构方案设计根据以上分析选定的 G60-1单螺杆泵结构方案简图如下：图 2-6单螺杆泵 1 压出管 2 衬套 3 螺杆 4 万向联轴器 5 吸入管 6 传动轴 7 轴封 8 托架 9 轴承 10 泵轴 2.4 性能参数分析（ 1）流量螺杆泵流量与泵转速、泄流量和介质粘度有关， QQQ T ，式中 TQ 为理论流量，Q 为泄流量 ; TQ n q，式中 n 为转速， q 为流量 /转。压差 P 越大，泄流量 Q 也越大。 Q 与液体的粘度成比例，对于螺杆泵，液体的粘度越大，泵的泄流量 Q 越小。单螺杆泵的流量等于衬套与螺杆横截面积之差 (即泵的过流面积 )与液体的轴向运动速度及泵容积效率的乘积 : vv eDTq 240 式中， vq 为螺杆泵有效体积流量， m3/ h; e 为偏心距， m; D 为螺杆横截面直径，m; T 为导程，为螺距 t 的 2倍， m; n 为泵轴转速， r/ min; v 为泵容积效率。（ 2）压差螺杆泵的工作压力差 p 由排放载荷决定，排放阻力越大，工作压差 p 越大。 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 10 （ 3）扬程螺杆与衬套啮合后，在长度等于导程 T的每一段啮合副上形成的啮合线承受压差，即为单级压力 p或单级扬程 H。常用橡胶衬套泵的 p为 0. 40. 6MPa。潜水式螺杆泵的衬套一般选用天然橡胶 (NR)或丁睛橡胶 (NBR)，选定额定扬程为 H = 50m。单螺杆泵的理论流量一理论扬程 (qvT-HT)曲线是一条直线，流量不随扬程变化而变化，即 qvT为常数。但实际上随着压力的增大，通过螺杆一衬套副的漏损是增大的，所以单螺杆泵的实际流量是随着泵扬程的增大而减小的，其 qv-H 曲线呈与离心泵、旋涡泵等的 qv-H 曲线类似的下降型抛物线 ;其流量一轴功率 (qv-P)曲线呈与离心泵相反，与旋涡泵相同的下降型抛物线，其中 qv=0时达到 Pmax值，故螺杆泵一般要求出口开阀启动。螺杆泵的漏损可看成是与流量反方向的圆环流动，由流体力学伯努力方程和达西公式等，可推出一个导程内总流动损失 )/( gpihf 和 gvhf 2/2 ，其中，为液体的密度，为总阻力系数，为泄漏速度，则可推得泵扬程 2kvH ，其中， k 为综合系数。由此可以推断单螺杆泵满足或近似满足扬程相似定律，比转速这个综合特征系数的概念亦适用于单螺杆泵。（ 4）转速与比转速单螺杆泵的转速选择范围较大，笔者统计到的产品转速范围 n=2003000r/min.离心泵比转速范围 sn 30300;旋涡泵 sn 730;而螺杆泵的比转速下限更小，笔者统计到的单级最小比转速 sn 1.641。一般单螺杆泵比转速范围 sn 1.530. （ 5）轴功率螺杆泵轴功率包括液力功率 thN 和摩擦功率 N，当压力和流量一定时，液力功率是确定的。摩擦功率由运动件的摩擦产生，摩擦功率随工作压力的升高而增加，流体的粘度也增加摩擦功率的消耗。确定了介质粘度、泵的工作压力与流量，就可得出泵所需的轴功率 N。（ 6）泵效率及泵容积效率螺杆泵的效率和泵机械效率、水力效率及容积效率相关，其中与容积效率关系最为密切。 GB9064-88规定 :在额定转速下，规定压力点的体积流量与零压点的体积流量之比为泵容积效率。衬套与螺杆之间的配合间隙又是影响容积效率的最主要因素。 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 11 第 3 章螺杆与衬套的设计螺杆和衬套是螺杆泵的主要工作元件，是影响螺杆泵性能、效率和使用寿命的关键元件，同时也是设计难度最大的元件。主要是根据给定的流量、压力和所输送介质性质(如重度、粘度和温度及气体和固体含量 )参考现有的螺杆泵来计算和选择螺杆和衬套的主要尺寸，如螺杆横断面的直径 d、偏心距 e、螺距 t以及螺杆和衬套的长度 L等。 3.1 螺杆和衬套结构设计 3.1.1 螺杆和衬套尺寸的确定（ 1）单螺杆基本尺寸单螺杆泵的设计是根据给定的流量和压力来计算和选取螺杆与衬套的尺寸。在确定螺杆直径时可以根据泵的流量来确定，即 : vtenQd 480（ 3 1）式中 t一螺杆的辗距， m e一偏心距， m Q一流量， hm/3 一容积效率， %。对于螺杆一衬套副具有过盈时可以取 = 80 一 85%；对于螺杆一衬套副具有间隙时，取 =70% 现有单螺杆泵的 T/ d及 T/e比值 (T为衬套螺距， T=2t; e为偏心距 )一般处于下列范围内 : 35/20 eT (3.1一 2) 5.3/5.1 dT (3.1一 3) 但前苏联 BHTM(全苏水力机械研究院 )认为 5/3 dT 时泵的吸人条件最好。初步设计时，参考已有泵的参数，选取 T/d和 T/e值，然后根据公式 (3- 3)推导出下列公式，从而求出螺杆与衬套的基本参数 (螺杆直径 d，衬套螺距 T，偏心距 e). 螺杆直径 d: nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 12 322 4 0 ( )vTQedT nd (3. 1-1) 式中 d一螺杆直径， m Q一泵流量，时 hm/3 n一泵转速， min/r v 一容积效率， % 衬套螺距 T： 3240 vTTQedTn (3.1-2) 偏心距 e： 322 4 0 ( )vTQdeT ne (3.1-3) 根据已知的 e、 t及 T和给定的泵的压力 P，参考已有相近的泵的参数，确定螺杆和衬套的螺纹扣数 L/t和 L/T，从而确定螺杆和衬套的长度 L。 (2)衬套长度 L 将螺杆与衬套啮合后，在长度等于导程的每一段啮合副上形成的啮合线承受的压差皆视为 ip ( ip 称为单级压力，常用橡胶衬套泵的 ip 为 0.4-0.6MPa)，则全压力为 P 的泵所需的啮合副总长度，即衬套长度的最小值 minL 应为 TppL imin（ 3.1-4）衬套实际长度 L应稍大于 minL 螺杆长度又要大于衬套长度 L。对高压泵，所需衬套的导程总数 i (i 又称为泵的级数 )为 m iniLpi Tp （ 3.1-5）根据 G60-1螺杆泵设计参数要求： nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 13 型号公称压力 Mpa 必需汽蚀余量 (m) 公称流量 mm3/h 允许最高转速 r/min G60-1 0.6 5 22 960 通过公式 3.1-1)、 (3.1-2)、 (3.1-3)，取 v =80%a，取 T/e=20， T/d=5。得出：螺杆直径的 d=47.2，取 d=48mm 衬套螺距 T=239.3，取 T=240 螺杆螺距 t=T/2=120mm 偏心距 e= 5.7mm，取 e=6mm 根据结构设计及参考相近类型泵参数，取衬套长度 L = 240mm ，即螺杆有效长度L=360mm。 3.1.2 螺杆和衬套的型线设计（ 1）螺杆型线螺杆外表面型线 (见图 3-1)是正弦曲线 abcd 绕中心线转动，同时沿中心线移动而形成的 .其任意截面都是半径为 R 的圆，螺杆截面中心线 1O 对中心线 O 有一个偏心距 e。当螺杆转动 360 时，母曲线轴向移动的距离等于螺杆螺距 t。根据图 3-1a， b可求出螺杆表面的参数方程。图 3-1螺杆的型线图 3-2（ a）螺杆横截面图 3-2（ b）螺杆横截面图 3-2（ a）中，螺杆截面中心 q对螺杆轮廓中心的位移量等于 1个偏心距 e.， 1O 所nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 14 形成的轨迹 ( 1O 沿以 2O 为圆心以 e为半径的圆上转动，且沿 Z轴移动 )，在确 y定坐标系中，用下列参数方程表示 : 11 sin eXo 11 cos eyo 11 2 tZo (当 tz 时， 1O .点正好转动 360 ) 1 角变化范围从 0- n ( n为正整数 ). 螺杆型线点 M(x， y)坐标，在定坐标系 yxo2 和动坐标系 111 yox 中，以角和 1 角做为函数构成螺杆表面参数方程如下 : 1112c o sc o ss ins intzeRyRx为求螺杆的轴向截面曲线型线即 abcd 曲线，可用平面 zyo2 将螺杆从中心线截开，即可得出轴截面型线。根据图 3-1(b)中， BOO 12 和 1 角的变化即可算出在 y轴上 A 点的各个值。 111222112222c o ss i nc o s2tzeeReBORBOABAOy 当 1 .转一周 ( 2 )时，螺杆截面中心 1O 也转一周则 z正好为一个螺距，见图 3-3 图 3-3 螺杆轴截面型线（ 2）衬套及其轴向截面型线 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 15 衬套是具有双头内螺旋表面的空心圆柱体，衬套内的螺旋线的节距 T等于螺杆节距的 2倍，即 T = 2t，见图 3-4 图 3-4 衬套衬套横截面是半径为 R 的 2 个半圆形，圆心距为 4e，衬套空心截面面积等于 2 个半圆面积和矩形面积之和： 242 ReRS 衬套横截面周边上的各点描绘成螺旋线，当转动角 2 时则该截面轴向移动 1个节距 T，即： 222TTzT 为便于制造，必须给出衬套轴向截面型线方程。图 3-5 衬套横截面由于衬套是由二段直线和二段半圆组成的双头螺旋面，不可能用单值连续函数表示出来，所以下面将分别叙述之 : 1）图 3-4中衬套工作表面在 KL圆弧段上，向量半径 OA值为 : c o sc o s2 ReCAOCOA 在 CAO1 中，ReR CO s in2s in 1 根据公式 1s inco s 22 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 16 则 222 s in21s in1c os Re 222c o s 1 s i neR 则 22 s i n21c o s2c o sc o s2 ReReReOA 角变化范围是 eRarctg 20 2）在 LM 直线段上sinROA 在直线段上小角变化为 : m a xm i n22/2Ra r c t g a r c t geRO A O L a r c t geO A R 图 3-6 衬套轴截面型线当 2/ 时，则 OA 的大小数值一定以 2/ 对称中心前后重复。下半部圆弧段MD上的 OA各点也一定和上半部半圆弧各点重复，半圆弧上 OA各点构成的曲线和直线段 LM 上 OA 各点构成的曲线连线则成为衬套的轴向截面 (z 轴 )型线 (见图 3-6)。因向量半径 OA和 OA就是转到 Y轴上各点的值，所以 OA和 OA 就是 y坐标上的值。衬套轴向截面方程如下 : 22 s in21c o s2 ReRey 圆弧段从 0 -eRarctg 2nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 17 sinRy直线段从eRarctg 2- eRarctg 2 2Tz取值按上边二段线段相应取 3.2 螺杆和衬套材料的选用单螺杆泵的主要工作部件是螺杆转子和与其相配合的橡胶衬套，部件的材质是根据输送介质的特性确定的。单螺杆泵的转子通常采用炭钢 (镀硬铬 )、渗氮钢、 1Cr18Ni9Ti(镀硬铬 )及钦金属等材料。为了提高螺杆转子的耐磨性，应对螺杆表面进行镀硬铬处理，镀层一般为0.06-0.08mm。衬套的内衬绝大多数采用各种牌号的橡胶制造，特殊情况下也可采用塑料、聚四氟乙烯或金属制造。衬套所用的橡胶牌号应根据输送介质的化学性能、所含杂质的多少及泵的压力和转速等因素进行选择。建筑机械由于介质中含有颗粒和杂质，一般选择弹性大、硬度低的橡胶。定子材料有天然橡胶、丁纳胶、丁晴胶、氯丁胶、丁基胶、三元乙丙胶、氟化胶、聚乙烯、聚酸醋和聚氨醋胶等。衬套为橡胶制品，也是单螺杆泵的一个易损件，它的选择好坏，直接影响衬套的寿命，一般正常情况下衬套的寿命为 3-6个月，如果选用不当，衬套可能从钢管中脱落或橡胶掉块。所以要求我们对橡胶的基本特性及橡胶对各种不同介质的适应性有所了解，根据我们的经验列出表 3-1、表 3-2。表 3-1 橡胶基本特性橡胶特性丁晴橡胶 NBR 氯丁橡胶 CR 氟橡胶 PPM 乙丙橡胶 EPDM 耐最高温度 +120C +110C +200C +150C 耐磨性优很好优很好耐老化性很好很好优优耐臭氧不行优优优耐蒸汽很好不行优优耐燃性很好优优优表 3-2单螺杆泵的衬套常用橡胶橡胶的适应性乙丙橡胶 EPDM 氟橡胶 PPM 氯丁橡胶 CR 丁晴橡胶 NBR 水（污水）很好很好很好很好植物油一般很好一般很好 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 18 矿物油不行很好一般很好氨水一般不行不行很好芳香族溶剂不行很好不行不行浓碱很好不行很好很好浓硝酸不行一般不行不行冰醋酸不行很好不行很好稀硫酸很好很好不行很好浓硫酸一般很好不行不行稀盐酸很好很好很好很好浓盐酸很好很好不行很好热水很好不行不行一般汽油不行很好一般很好甲苯不行很好不行不行二甲苯不行很好不行不行乙醇很好很好很好一般煤油不行很好很好很好柴油不行很好不行很好氯化烃不行一般不行不行含酮类物料很好不行不行不行含醇类物料很好很好很好很好含脂类物料很好不行不行不行含醚类物料很好不行不行不行泥浆很好一般一般很好磷酸很好一般很好一般碳酸钠很好不行很好很好糖醛很好一般一般一般苯 100 不行很好不行不行丙酮很好不行不行不行亚麻子油很好很好很好很好二硫化碳不行很好不行不行泵的过流部件如吸入管、压出管和间隔套等零件的材料一般为铸铁、球墨铸铁或奥氏体不锈钢等材料制造。 nts宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 19 3.3 螺杆和衬套的加工制造 3.3.1 螺杆的加工螺杆泵螺杆的加工可以采用成型车刀、刨刀、盘状刀具 (即成型铣刀 )、滚刀、剃齿刀、旋风切削或者砂轮磨削加工，最经常采用的方法是盘状刀具和磨削加工国内外螺杆泵制造商大部分采用圆盘成型铣刀精加工螺旋型面，对于精度要求高的螺杆，则采用研磨和成型磨削。对于泵套三孔精加工，小直径采用组合拉刀拉削，大直径采用幢削加工。文献 9中介绍了旋风切削与盘状刀具的基本原理及盘状刀具齿廓的计算。螺杆泵螺旋

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