乳化液泵曲轴实施方案及传动装置实施方案

1 55 毕业设计 论文 题目 PRBPRB6 6 125 320 125 320 型乳化液泵地曲轴设计及传动型乳化液泵地曲轴设计及传动 装置地设计装置地设计 毕业设计 论文 要求及原始数据 资料 1 额定工作压力 P 32MPa 2 额定流量 Q 125L min 3 泵主轴地转速 n 611L min 4 柱塞直径 40mm 5 柱塞行程 S 70mm 6 电机功率 KW 90 2 55 毕业设计 论文 主要内容 1 确定乳化泵地结构 2 对乳化泵地整体进行设计 3 零部件设计 4 编写设计说明书 学生应交出地设计文件 论文 一 设备图 1 乳化液泵总装配图 1 张 0A 2 乳化液泵曲轴零件图 1 张 1A 3 传动部件图 1 张 1A 4 传动系统零件图 1 张 1A 二 说明书一份 包括设计内容及两篇外文 中英摘要 不少于 2 万字 3 55 主要参考文献 资料 一 工具书 1 机械设计手册 2 机床设计手册 中国科学出版社 3 往复泵设计 机械工业出版社 1987 二 参考资料 1 型乳化泵工作图纸 2 XRB B 2 型乳化泵使用说明书 2 XRB B 3 煤矿设备管理使用手册 个人收集整理 仅供参考 1 55 目 录 摘 要 3 Abstract 4b5E2R 前 言 5p1Ean 第一章乳化液泵地设乳化液泵地设 计计 6DXDiT 一 概 述 6RTCrp 二 乳化液泵地总体设 计 65PCzV 一 乳化液泵泵型及总体结构形式地选 择 6 个人收集整理 仅供参考 2 55 二 液力端结构形式地选 择 7 三 传动端结构形式地选 择 8 四 型乳化液泵结构参数地选择与确 6 PRB 定 10 五 原动机地选 择 10jLBHr 三 齿轮和齿轮轴地设计及较 核 11xHAQX 一 一级变速地计算及较 核 11 二 齿面接触疲劳强度计 算 11 个人收集整理 仅供参考 3 55 三 轴地结构设 计 16LDAYt 四 连杆尺寸地初步确 定 21Zzz6Z 一 连杆各部分地尺 寸 21dvzfv 二 连杆质量地确 定 22rqyn1 五 曲轴地设计与较 核 23Emxvx 一 曲轴地结构设 计 23SixE2 二 曲轴地受力分析及其校 核 个人收集整理 仅供参考 4 55 27 六 柱塞地选择及计 算 376ewMy 一 柱塞密封材料 尺寸地选 择 37 二 柱塞长度及质量地确 定 38 七 箱体地设计及计 算 38kavU4 第二章传动系统地设传动系统地设 计计 40y6v3A 一 连杆地设 计 40M2ub6 一 连杆地结构设 计 个人收集整理 仅供参考 5 55 400YujC 二 连杆地强度和稳定性校 核 40 二 十字头地设 计 44eUts8 一 十字头地结构设 计 44sQsAE 二 十字头强度校核及比压计 算 46 总总 结结 47GMsIa 参考文参考文 献献 48TIrRG 外文资外文资 个人收集整理 仅供参考 6 55 料料 497EqZc 中文翻中文翻 译译 53lzq7I 致致 谢谢 55zvpge PRB6 125 320 型乳化液泵地曲轴设计 及传动装置地设计 摘 要 本次设计以 PRB6 125 320 型乳化泵地曲轴设计为主 其次是泵传动装置地设 计 在第一章中将先根据给定地已知数据对泵中地一级齿轮减速机构进行设计及 校核 然后将重点放在曲轴地设计及校核上 第二章对泵中传动系统地其它零部 件 连杆 滑块等 进行设计 并对其进行校核计算 NrpoJ 此次设计 通过综合运用四年所学地知识 不仅巩固了所学地知识 而且扩 大了个人地知识面 增强了自己分析问题与解决问题地能力 为今后地学习和工 作打下了坚实地基础 1nowf 关键词 乳化液泵 曲轴 传动装置 校核 零部件 个人收集整理 仅供参考 7 55 Abstract This task is the design of thePRB6 125 320 emulsification pump crank primarily Next is the pump drive installment design First will act according to the known data in the first chapter which will assign to in the pump level gear reduction organization to carry on the design and the examination then with emphasis will place the crank in the design and the examination Second chapter to the pump in the transmission system other spare parts connecting rod slide and so on carries on the design and carries on the examination computation to it fjnFL This designutilizes the knowledge through the synthesis which four years institute studies not only has consolidated the knowledge which studies moreover expanded individual aspect of knowledge strengthened own to analyze the question with to solve the question ability has built the solid foundation for the next study and the work tfnNh 个人收集整理 仅供参考 8 55 Key word Emulsified liquid pump Crank transmission installment Examination HbmVN Spare part PRB6 125 320 型乳化液泵地曲轴设计 及传动装置地设计 前言前言 毕业设计是对学生在毕业之前所进行地一次综合设计能力地训练 是为社会 培养合格地工程技术人员最后而有及其重要地一个教学环节 通过毕业设计可以 进一步地培养和锻炼我们地分析问题能力和解决问题地能力 这对我们今后走向 工作岗位有很大地帮助 V7l4j 我们这次设计是一个专题性地设计 涉及内容广泛 不仅要用到我们四年中 所学地知识 还要我们自己去寻找查阅资料 学习新地知识 这次设计地重点在乳 化液泵零部件地设计和曲轴强度和刚度地校核 我个人地设计首先是乳化液泵地 整体设计 然后是曲轴地设计和校核 接下来是连杆 滑块等地设计和校核 83lcP 这次设计我们进行如下安排 1 1 3 周 查阅相关资料 了解设备地工作机理及加工技术 2 4 6 周 进行有关地毕业实习 搜集相关设计材料 3 7 8 周 分析设备地工作原理 最终确定设计方案 4 9 12 周 设备整体设计 关键部件地设计 个人收集整理 仅供参考 9 55 5 13 14 周 绘制零件图 绘制整机装配图 6 15 16 周 编写说明书并按要求打印 7 17 周 审核 8 18 周 答辩 这次设计任务集中于乳化液泵地总装配图 曲轴地零件图和连杆地零件图 这次设计我们将本着 独立分析 相互探讨 仔细推敲 充分吃透整体设计地 整体过程 在这次设计反映出我们地真实水平 mZkkl 作为一名未来地工程技术人员 应当从现在开始做起 学好知识 并不断地 丰富自己地专业知识和实际操作能力 在指导老师地精心指导下 较为圆满地完 成了这次设计工作 由于学识和经验地不足 其中肯定会出现很多问题 不足之 处恳请各位老师加以批评和指导 AVktR 第一章 乳化液泵地设计 一 概 述 综合工作面乳化液泵站一般配备两台乳化液泵和一个乳化液箱 两台泵可并 联运行 也可一台工作 另一台备用 乳化液泵是往复式柱塞泵 往复式属于容积式泵 亦即它也是借助工作腔里 地容积周期性变化来达到输送液体地目地 原动机地机械能经泵直接转化为输送 液体地压力能 泵地流量只取决于工作腔地容积变化值及其在单位时间内地变化 次数 频率 而 在理论上 与排出压力无关 ORjBn 往复泵是借助于柱塞在液压缸工作腔内地往复运动来使工作腔容积产生周期 性变化地 在结构上 往复泵地工作腔是借助于密封装置于外界隔开 通过泵阀 吸入阀和排出阀 与管路沟通或闭合 2MiJT 往复泵性能和参数及总体结构特点是 瞬时流量是脉动地 平均流量 即泵 地流量 是恒定地 泵地压力取决于管路特性 几乎不受介质地物理性能或化学 性能限制 有良好地自吸性能 gIiSp 二 乳化液泵地总体设计 个人收集整理 仅供参考 10 55 一 乳化液泵泵型及总体结构形式地选择 1 根据设计要求在通常情况下 泵地总体设计应遵循下述基本原则 有足够长地使用寿命 指大修期应长 和足够地运转可靠性 指被 迫停车次数应少 有较高地运转经济性 效率高 消耗少 尽可能采用新结构 新材料 新技术 尽可能提高产品地 三化 系列化 标准化 通用化 程度 制造工艺性能好 使用 维护 维修方便 外形尺寸和重量尽可能小 2 本次设计泵型为属于机动泵 即采用独立地旋转原动机 电动机 6 PRB 驱动地泵 因采用电动机驱动又叫电动泵 电动泵地特点是 瞬时流量脉动而平均流量 泵地流量 Q 只取决于泵地主要结构参数 n 每分钟往复次数 S 柱塞行程 D 柱塞直径 而与泵地排出压力几 乎无关 当 n S D 为定值时 泵地流量是基本恒定地 uEh0U 泵地排出压力 P 是一个独立参数 不是泵地固有特性 它只取决于 2 派出管路地特性而与泵地结构参数和原动机功率无关 IAg9q 机动泵都需要有一个把原旋转运动转化为柱塞往复运动地传动 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 WwghW 实现流量调节时 必须采用相应措施 或改变 n S D 或采用旁路 放空办法来实现 结构变形较容易 3 在液力端往复运动副上 运动件上无密封件地叫柱塞 乳化液泵称为柱塞泵 柱塞泵地柱塞形状简单 且柱塞密封 填料 6 PRB 箱 结构容易变形 因此 柱塞直径可制地很小 但不宜过大 目前柱塞泵直径范围大多在 3 150mm 个别地达 200mm 直径过小会加大加工工艺上地问题 直径过大 因柱塞自重过大 造成密封地偏磨 影响密封地使用寿命 asfps 由于结构上地原因 柱塞泵大多制成单作用泵 几乎不制成双作用 泵 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 故柱塞泵适用地排出压力范围较广泛 且宜制成高压泵 ooeyY 4 乳化液泵柱塞中心线为水平放置地泵 又称卧式泵 6 PRB 卧式泵地共同特点是 个人收集整理 仅供参考 11 55 便于操作者观察泵地运转情况 拆装 使用 维修 机组高度方向尺寸小时 不需要很高地厂房 但长宽方向尺寸较大时 占地面积则较大 因为柱塞做往复运动时 密封件在工作时须受柱塞自重 容易产生 偏磨 尤其当柱塞较重时 悬颈很长时 这种现象将更为严重 BkeGu 5 联数 缸数和作用数 每一根柱塞以及该柱塞连接在一起地连杆等称为组合体 叫一联 一般 将 该泵有几根柱塞就称几联泵 乳化液泵有三根柱塞 因此又可称为 6 PRB 三联泵 PgdO0 只有当 Z 联泵地柱塞间相位差不同各柱塞地直径也不同 并且各联地排 口连接在一起来经同一排出集合管排出时 才可同时称为 Z 联缸 否则只称 Z 联泵 因此乳化液泵又称三缸泵 3cdXw 6 PRB 柱塞每往复运动一次对介质吸入和排出地次数 叫做作用数 由型 6 PRB 乳化液泵柱塞每往复运动依次 介质被吸入 排出各一次 因此又称单作用 泵 h8c52 联数是指相对泵地总体结构形式而言 缸数是指相对液力端排出流量脉 动特性而言 作用数是相对柱塞在每一次往复运动中对介质地作用数而言地 v4bdy 二 液力端结构形式地选择 1 在往复泵上把柱塞从脱开一直到泵地进口 出口法兰处地部件 称为液力 端 液力端是介质过流部分 通常由液缸体 柱塞机器密封 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等组成 J0bm4 2 在选择液力端结构形式时 应遵循下述基本原则 过流性能好 水力损失小 为此液流通道应要求端而直 尽量避免 拐弯和急剧地断面变化 液流通道应该利于气体排出 不允许死区存在 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 XVauA 吸入阀和排出阀一般应垂直布置 以利于阀板正常起动和密封 特 别情况下也可以倾斜或水平布置 余隙容积应尽可能地小 尤其是在对高压短行程泵后当泵输送含气 量大 易发挥介质时 更要求减小余隙容积 bR9C6 易损件 更换方便 制造工艺性好 个人收集整理 仅供参考 12 55 3 为卧式三联单作用泵液力端 6 PRB 由于液力端地每一个缸里吸 排阀中心线均为同一轴线 称为直通 6 PRB 式液力端 这种泵液力端地特点是 过流性能好余隙容积小 结构紧凑 尺寸小 通常是吸入阀安装不方便 直通式液力端按液缸体地结构特点又可分为四通体和三通体两种 乳化液泵采用四通体通式液力端 柱塞可以从液缸前盖处拆装比较方 6 PRB 便 但是在液缸体内部存在十字交孔 两垂直孔相交处应力集中较大 常因 此而导致液缸体疲劳开裂 特别是当输送强腐蚀性介质时 更容易引起开裂 pN9LB 乳化液泵代用下导向锥形四通体式液力端 阀板上装有橡胶或聚酯 6 PRB 密封圈以减轻关闭冲击 导翼采用冲压件以减轻重量 为使阀板关闭时不产生 偏斜 采用偏置流道 阀座采用大直径螺纹压盖压紧 便于拆装 但阀箱体 尺寸更大一些 液缸前段可以伸进较长地螺堵 这样既可增加缸盖刚度 又 可减少缸内地余隙容积 同时螺堵中没有放气螺钉 以放尽该腔空气 DJ8T7 三 传动端结构形式选择 1 往复泵上传递动力地部件叫传动端 对机动泵 传动端是指从十字头起一直到曲轴伸出端为止地部件 如果 是泵内减速地 则传动端包括减速机构 机动泵地传动端主要由机体 曲轴 连杆 曲柄 十字头及润滑 冷却等辅助设备组成 QF81D 2 在选择和设计传动端时 通常应遵循下面地基本原则 传动端所需要地零部件必须满足该泵最大柱塞力下地刚度和强度要 求 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 油温升也应限制在设计要求内 必要时应有冷却措施 4B7a9 在结构和尺寸要求允许地范围内 应力求减少连杆比 R 1 这 样不仅能减少十字头处地比压 而且可减少惯性力地影响 从而可改善泵阀 地工作条件和吸入性能 ix6iF 要合理选择液缸中心线地夹角 曲柄间地错角 力求使机械地惯性 力和惯性力矩得到平衡 减轻对起初地挠度载荷 wt6qb 传动端 尤其是立式泵传动端 因考虑重心地稳定性 拆 装 检修方便 大型泵地传动端还应考虑到传动段地各零部件 地起吊方式和措施 易损件及运动副应工作可靠 寿命长 更换较为方便 加工 制造工艺性好 个人收集整理 仅供参考 13 55 3 乳化液泵采用地是两支点三拐曲柄连杆机构传动端 6 PRB 这种传动端地曲轴为三拐轴且只有两个支承 分别在前后主轴颈上 这 种传动端地特点及机构特点选择注意事项是 Kp5zH 该传动端地曲轴通常为整体铸 锻件 三拐地曲柄间交错为 120 度 惯性力和惯性力矩能得到较好地平衡 曲轴加工量较少 支承少 拐间距 或泵地液缸间距 小 泵地总体结构紧凑 尺寸小 重量轻 Yl4Hd 两支点三拐曲轴受力情况复杂 一般不能简化为简单地平面力系或 简支梁 曲轴在工作时地最大挠度和两主轴颈处偏转角均较大 为此 主轴 承常采用转角较大地调心滚子轴承 为了保证曲轴最大活塞力地要能够满足 并保证主轴承能够正常工作 曲轴必须有足够地强度和刚度 故两支点三拐 曲轴均比较粗大 此外为使前后主轴处偏转角大体相近 除了使曲轴间错角 为 120 度外 还应满足这样地条件 既当第一曲柄转角时 相应地 1 第二 第三曲柄转角应为 尤其是当曲轴前端 23 240 120 动力输入端 有附加载荷时 更应如此 ch4PJ 连杆大头采用剖分式 否则无法装配 为此连杆大头轴承多采用剖分 式薄壁轴瓦 大头与连杆采用连杆螺栓连接 技术要求高 加工量也较大 qd3Yf 由于曲轴为整体铸 锻件 毛坯 再经车削加工面而成 故曲轴半 径不易过大 亦即这种传动端组成地三联泵 柱塞行程不宜过大 E836L XRB B 乳化液泵地传动端机体为整体式 刚性好 在机体上方和前后方 2 各开一个孔供拆 装检修用 四 型乳化液泵结构参数地选择与确定 6 PRB 由于已知主要结构参数 因此可以计算出它地其他参数 主要技术参数如下 额定工作压力 P 32MPa 额定流量 Q 125L min 泵主轴地转速 n 611L min 柱塞直径 40mm 柱塞行程 S 70mm 电机功率 KW 90 由以上已知数可计算出以下参数 泵地理论流量 22 0 40 7 611 3 161 15 min 44 t D SnZ QL 个人收集整理 仅供参考 14 55 容积效率 125 0 78 161 15 v t Q Q 活塞地平均速度 22 611 70 1 42 6060 m ns Vmm s 路径比 70 1 75 40 S D 原动机地选择 1 泵地有效功率 320125 min 65 35 612612 e PQMPaL NKW 由已知泵地 2 原动机功率为 90KW 泵地效率 65 35 0 73 90 e d N N 五 原动机地选择原则 1 原动机必须满足要求地功率 2 选择原动机时应注意转差率 3 因注意原动机地起动力矩和起动电流 4 要注意输送介质和操作环境地易燃 易爆性 5 原动机外形尺寸与原动机搭配合适 机组外形美观 便于安装和检修 因电机功率为 90KW 且本乳化液泵多用于井下 为保安全 故选择 Y180M 4 型防爆电机 转速 1480r min S42eh 三 齿轮和齿轮轴地设计及较核 一 一级变速地计算及校核 齿轮传动地失效形式主要是齿地折断和齿面地损坏 齿面地破坏又分为齿 面地点蚀 胶合 磨损 塑性变形等 由于乳化液泵地齿轮封闭带箱体中 并得到良好地润滑 因此属于封闭传 动 在封闭齿轮传动中 齿轮地失效形式主要是齿面点蚀 齿面胶合 齿轮折 断 齿轮齿面胶合强度地计算是以限定接触处地瞬时温度地温升 保证润滑不 失效为计算准则 目前只在气轮机 船舶等高速 重载传动中试用 尚有待进 一步地验证和完善 故对一般地闭式齿轮传动目前只以保证齿面接触疲劳强度 和齿根弯曲疲劳极限强度为计算准则 为防止过载折断和轮齿塑性变形 还要 进行短期过载地静强度计算 501nN 接触疲劳强度计算应以节点为计算依据 因此节点处地综合曲率半径值 不是最小值 但该处一般只有一对齿啮合 而且在节点方向附近地齿根往往先 个人收集整理 仅供参考 15 55 发生点蚀 jW1vi 齿根弯曲疲劳强度计算是以受拉力为计算依据 因为当齿轮长期工作后 在受拉力和压力将先后产生疲劳裂纹 裂纹发展 速度前者较慢 后者较快 故轮齿疲劳折断通常是从受拉力开始发生 为了对轮齿地弯曲疲劳强度进行理 论分析和计算 必须先确定齿根危险截面地位置 确定齿根危险部分地剖面地 方法有很多 其中以 30 度直线与齿根圆角曲线相切 连接两切点地剖面即为 齿根地危险剖面 xS0DO 下面就是对乳化液泵齿轮进行强度较核 因传动力矩较大 批量较小 故小齿轮用 40Cr 调质处理 硬度 241 286HB 平均取为 260HB 大齿轮用 45 钢 调质处理 硬度 229 286HB 平均 取为 240HB LOZMk 二 齿面接触疲劳强度计算 1 初步计算 转矩 580743N mm 1 T 66 1 1 1 90 9 55 109 55 10 1480 P T N 1 T 齿宽系数 由 机械设计 表 3 6 取 1 2 d d 0 85 d 接触疲劳强度极限 由 机械设计 图 3 16 b 710MPa 1limH 590MPa 2limH 查 机械设计 图 3 18 表 3 4 初选接触强度计算寿命系数 最小安全系数为 N Z sinH S 12 1 0 NN ZZ min1min2 1 1 HH SS 初步计算接触许用应力 H 1H min11 min1 710 1 0 645 1 1 HN H Z MPa S min22 2 min2 590 1 0 536 1 1 HN H H Z MPa S 因电机驱动工作机载荷平稳 查 机械设计 表 3 1 得 个人收集整理 仅供参考 16 55 使用系数 由 机械设计 表 3 1 1 35 A K A K 动载系数 1 15 v K v K 齿向载荷分布系数K 1 1K 齿间载荷分配系数K 1 1K 则 1 1 1 2 1 1 1 11 5972 Av KK K K K 查 机械设计 图 3 11 表 3 2 得 取2 5 18938 HE ZZMPa 0 9Z 传动比 1 2 1480 2 42 611 n i n 初步计算小齿轮直径 d1 取 2 1 3 1 21 98 HE HPd Z Z ZKTi dmm i 1 110dmm 初步计算齿宽 b 11 1 2 100120 d bdmm 2 校核计算 圆周速度v 1 1 100 1480 60 100060 1000 d n v 7 75 vm s 精度等级由 机械设计 表 3 5 选 7 级精度 初选齿数 1 30z 21 2 42 3073ziz 1 1 100 3 33 30 d m z 由 机械设计 表 3 7 取4m 4m 11 100 425Zdm 1 25Z 61 21 2 42 2561ziz 2 Z 个人收集整理 仅供参考 17 55 总工作时间4800th 应力循环次数 8 1 6060 1480 1 48004 26 10Nnat 8 8 1 2 4 26 10 1 76 10 2 42 N N i 接触寿命系数由 机械设计 图 3 18 得 N Z 1 1 N Z 2 1 15 N Z 许用接触应力 H lim11 1 min1 710 1 0 1 1 HN H H S 1 645 5 H MPa lim22 2 min2 590 1 15 1 1 HN H H S 2 616 4 H MPa 验算 1 2 1 21 HEH KTi Z Z Z bdi 2 2 1 5972 5807432 42 1 189 8 2 5 0 9 120 1002 42 611 7 616 4MPaMPa 计算结果表明 接触疲劳强度较为合适 齿轮尺寸无需调整 否则调 整后还应再进行验算 3 确定传动主要尺寸 实际分度圆直径 d 11 4 25100dmzmm 1 100dmm 22 4 61244dmzmm 2 244dmm 基圆直径 个人收集整理 仅供参考 18 55 11cosb dmz 1 94 b dmm 22cosb dd 2 230 b dmm 国家标准中规定分度圆压力角地标准值 0 20 齿顶高 aa hh m 4 a hmm 齿根高 fa hhCm 5 f hmm 正常齿标准 1 0 25 a hC 齿顶圆直径 11 2 aa ddh 1 108 a dmm 22 2 aa ddh 2 252 a dmm 齿跟圆直径 11 2 ff ddh 1 90 f dmm 22 2 ff ddh 2 234 f dmm 中心距a 12 42561 22 m zz a 172amm 齿宽b 1 1 2 100120 d bdmm 1 125bmm 4 齿齿根根弯弯 2 120bmm 曲曲疲疲劳劳强强度度验验算算 齿形系数 由 机械设计 图 3 14 Fa Y 1 2 67 Fa Y 2 2 26 Fa Y 应力修正系数 由 机械设计 图 3 15 Sa Y 1 1 58 Sa Y 2 1 74 Sa Y 弯曲疲劳极限由 机械设计 图 3 17 得 limF lim1 285 F MPa 个人收集整理 仅供参考 19 55 弯曲最 lim1 225 F MPa 小安全系数 由 机械设计 表 3 4 minF S min1min2 1 5 FF SS 应力循环次数 L N 11 60 LVh NNn t 60 1 1480 4800 8 1 4 26 10 L N 8 21 4 26 10 2 42 LL NNi 8 2 1 76 10 L N 弯曲寿命系数 由 机械设计 图 3 19 N Y 12 1 0 NN YY 试验齿轮地应力修正系数 按国家标准取 ST Y2 0 ST Y 许用弯曲应力 F lim11 1 min1 285 1 0 2 0 380 1 5 FNST FP F Y Y MPa S lim22 2 min2 225 1 0 2 0 300 1 5 FNST FP F Y Y MPa S 验算 1 111 1 2 FFaSa KT YY Y bd m 2 1 6 580743 2 67 1 58 0 7 120 100 4 1 114 3 FP MPa 11 22 12 SaFa SaFa FF YY YY 个人收集整理 仅供参考 20 55 2 26 1 74 114 3 2 67 1 58 2 106 5 FP MPa 传动无严重过载 故不作静强度校核 三 轴地结构设计 由于齿轮分度圆直径小于 1 8 倍地轴径时 可将齿轮与轴做成一体 采 用齿轮轴结构 1 选择轴地材料 选择轴材料为 40Cr 经调质处理 其机械性能 查 机械设计 表 6 1 得 抗拉强度 750 b MPa 屈服极限 550 s MPa 弯曲持久极限 1 350MPa 剪切持久极限 1 200MPa 轴地许用弯曲应力 查 机械设计 表 6 4 得 1 75 b MPa 2 初步计算轴径 查 机械设计 表 6 3 C 105 33 min 90 10541 29 1480 P dCmm n 考虑到轴端装联轴器需开键槽 将其轴径增加 4 5 故取轴地直径 45mm 由 机械零件设计手册 表 12 2 取工作情况系数 2 3k 则计算转矩 90 2 3 95502 3 95501336 1480 c P TKTN m n 联轴器地选择 根据和 min d c T 查 机械设计实践 表 16 8 取 HL5 弹性柱销联轴器 50 107 50 107 ZC JB 公称转矩 2000 n TN mm 个人收集整理 仅供参考 21 55 许用转速 3550 minn1336 cn TT 由于选取联轴器地内径为 50 故取最小轴径为 50 轴承地选择 查 机械设计实践 表 14 2 选用深沟球轴承 6012 则 轴承各项系数为 60 95 18 1 1 88 88 1 31 5 sa aasr dmm Dmm Bmm rmm dmm Dmm rmm CKN 键地选择 查 机械设计实践 表 18 1 选用 长 100 普通平键 16 10 要确定轴地结构形状 必须先确定轴上零件地拆装顺序和固定方式 由 于轴为齿轮轴 齿轮地左端 右端有轴肩 轴承 这样齿轮轴地机构就确定 了 轴承对称地安装与齿轮轴地两侧 其轴向用轴肩固定 周向采用过盈配 合和轴承盖固定 由 机械传动设计手册 图 7 1 7 表 7 1 16 得具体尺寸 如图 1 a 所示 ZKZUQ 3 轴地较核 计算齿轮受力 直齿轮螺旋角 0 0 齿轮直径 小轮 1 100dmm 小齿轮受力 转矩 66 90 9 55 109 55 10 1480 P T n 580743TN mm 圆周力 1 22 580743 96 t T F d 11615 t FN 径向力 0 0 tan11615 tan20 coscos0 tn r Fa F 4227 r FN 轴向力 tan11615 tan0 t FFN 0FN 画齿轮轴受力图 见图 1 b 计算支反力 水平面反力 211615 25807 5 HAHBt RRFNN 个人收集整理 仅供参考 22 55 垂直面反力 1 1 2 2 VAr RFlFd l 1 1 2 2 VBr RFlFd l 24227 22113 5 VAVBr RRFNN 水平面受力图 见图 1 c xy 垂直面受力图 见图 1 d xz 画轴弯矩图 水平面弯矩图 见图 1 e 图 xy M 垂直面弯矩图 见图 1 f 图 xz M 合成弯矩图 见图 1 g 合成弯矩 22 xzxy MMM 画轴转矩图 轴受转矩 580743TN mm 转矩图见图 1 h 许用应力 许用应力值由 机械设计 表 6 4 查得 0 140 b MPa 1 80 b MPa 应力校正系数 1 0 80 0 570 6 140 b b 0 6 画当量弯矩图 当量转矩 见图 1 h 0 6 580743MT 348445TN mm 当量弯矩 在小齿轮中间截面处 2 2 634674MMTN mm 校核轴径 齿根圆直径 1 2 fa ddhcm 个人收集整理 仅供参考 23 55 10021 0 254 90 f dmm 轴径 3 3 1 348445 0 10 1 80 b M d 35 290dmmmm 3 3 1 634674 0 10 1 80 b M d 42 9790dmmmm 个人收集整理 仅供参考 24 55 A B Fr Ft FQ T FQFt FHA FHB Fva Fr FVB MH MV 193385 N mm 531386 N mm c d e f b a T Mca 580743 N mm 634674 N mm 348445 N mm g h 图 1 个人收集整理 仅供参考 25 55 四 连杆尺寸地初步确定 一 连杆各部分地尺寸 查 机械设计大典 曲轴轴拐地直径 0 540 72 0 54 0 721 2dPps 2 0 54 0 7232401 2 4 108 2 144 3mm 取 142dmm 查 中国机械设计大典 表 25 4 4 取连杆大头轴瓦外径壁厚 2 150 L Dmm 4 0 T mm 连杆各部分尺寸地确定 查 内燃机设计 表 6 1 如图 2 连杆大头直径 22 150 L DDmm 连杆大头外径 2 0 680 76DD 208Dmm 连杆座螺钉厚度 32 0 450 5HD 3 72Hmm 连杆体螺钉厚度 42 0 350 5HD 4 72Hmm 连杆小头厚度 11 0 951 05Bd 1 80Bmm 连杆大头厚度 22 0 60 7BD 2 86Bmm 连杆小头外径 1 1 21 35Dd 1 108Dmm 连杆小头衬套内径 1 0 35 0 38dD 1 80dmm 查 机械设计大典 取小头衬套外径92 90 Lx dmmbmm 宽度 连杆小头直径 1 Dd 1 92Dmm 连杆两螺栓中心距 2 1 21 3C D 190Cmm 个人收集整理 仅供参考 26 55 连杆座螺钉平均直径 0 120 14 m dD 27 m dmm 连杆体平均直径 0 30 4 m HD 70 m Hmm 连杆体厚度 1 4 1 8 m HB 45Bmm 连杆长度 70 290 0 12 22 0 12 rS lmm 二 连杆质量地确定 由以上尺寸可得 连杆小头体积 2222 11 11 10880 3 143 1480 2222 Dd VB 53 1 3 306 10Vmm 连杆大头体积 2222 2 22 208142 3 143 1486 2222 DD VB 63 2 1 559 10Vmm 螺钉体积 22 3342 27 223 14144 22 m d VHHB 53 3 1 65 10Vmm 连杆体地体积 253 4 702905 12 10 4 m VF lmm 连杆地总体积 63 1234 2 566 10VVVVVmm 连杆材料选用 45 钢 其密度为 3 7 5 g cm 连杆地质量 19mkg 个人收集整理 仅供参考 27 55 图 2 五 曲轴地设计与校核 在往复泵中 曲轴是把原动机地旋转运动转化为柱塞往复运动地重要部件之一 工 作时 它将承受周期性地交变载荷 产生交变地扭转应力和弯曲应力 因此也 是曲轴连杆机构中最重要地受力部件 dGY2m 一 曲轴地结构设计 1 型乳化液泵地曲轴是两支承三曲拐曲轴 6 PRB 因其支承少 使曲轴和机体地加工量减少 传动端装配也简单 相反地 因曲柄错角为 120 度地三拐二支承曲轴不能简化为平面曲轴 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 rCYbS 2 曲轴各部件名称 轴端 轴中心线与曲轴旋转中心同心地轴向端部叫轴端 轴地外伸端叫前端 因前端一般均与原动机或泵外减速机相连 并做为总体扭矩地输入端 故前端 也叫输入端 相对地另一端叫后端 也叫尾端 FyXjo 轴颈 包括主轴轴颈 曲柄颈 主轴颈系指轴端上安装主轴承 滚动 轴承 或曲轴支承在机体主轴承上地部件 曲柄颈是指曲柄上与连杆大头连接 个人收集整理 仅供参考 28 55 地部件 也叫连杆轴颈 他与主轴颈不同心 TuWrU 曲拐 曲柄 曲柄半径 曲轴上连接主轴颈和曲柄颈或两相邻曲柄销地部位 叫曲柄 前者又称为 短颈 后者又称为长颈 曲柄和曲柄颈地组合体称为曲拐 靠近主轴颈地曲拐较 短 又叫短拐 连接两曲柄颈地较长地 叫长拐 由主轴颈中心到任意曲柄颈 中心地距离称为曲柄半径 7qWAq 3 曲拐布置或曲柄错角选定 曲轴地拐数和曲柄错角主要取决于泵地形式 联数和作用数地选择 曲柄 错角选择还应该考虑到有利于流量不均匀 性 度 惯性力和惯性力矩地平衡 并有利于两主轴颈处挠曲变形相接近 因此对于三联单作用泵 不仅取错角为 120 度 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 第二曲柄和第一曲柄间错角取 240 度 第三曲柄与第一曲柄将错角取 120 度 这样才有利于主轴颈处地变形相近 特别是轴前端主轴颈外伸部位有附加 力矩时 更是如此 llVIW 4 曲轴支承和轴承地选择 三拐曲轴大多为两支承地 支承处安装主轴承 二支承三拐曲轴地刚度较 差 主轴承处地主轴颈变形 倾角较大 故主轴承多采用允许倾角较大地调心 滚子轴承 主轴轴承型号 yhUQs 23026 33CA W 5 轴颈 由于制造工艺地原因 短在曲轴地轴颈一般均制成实心圆柱体 乳 6 PRB 化液泵曲轴即采用这种实心圆柱体形式 因此是锻件 MdUZY 6 曲柄 往复泵曲轴常采用地曲柄外形有椭圆形 圆形和矩形三种形式 其中 乳化液泵采用圆形 其特点是 结构简单 有利于曲轴平衡 6 125 320PRB 加工方便 但材料利用率次于椭圆形曲柄 成形方法 一般为锻造成形 也有 用棒料车削而成地 这种曲轴外形适用于小批量生产各种类型泵 特别是多支 承曲轴圆形曲柄可兼作中间支承颈 曲柄设计原则总是尽肯能地将曲柄不 影响 强度地多余金属去掉 以减少曲柄重量 减少旋转惯性质量 09T7t 7 过渡圆角 当泵工作时 轴颈与曲柄颈连接处最容易形成应力集中 而导致曲轴早期 破坏 因此在此处采用圆滑过渡地圆角以提高曲轴地疲劳强度 过渡圆角常见 形式有单圆弧过渡圆角和双圆弧圆角 内凹过渡圆角 e5TfZ 乳化液泵采用最常见地是过渡圆角 我设计采用单圆弧过 6 125 320PRB 渡 这种过渡圆角地特点是 可减少轴颈与曲轴相连处地应力集中 疲劳强度 较高 并便于轴颈和圆角部分地加工 其中 r 0 05 0 1 D 式中 D 为s1Sov 曲柄颈直径 r1 t1 t1 由具体结构决定 但不应小于 2mm 圆角面光洁度 0 8 过渡圆角设计是应注意 GXRw1 个人收集整理 仅供参考 29 55 圆角半径越大 应力集中就越小 曲轴疲劳强度就越高 但轴颈有有效工作 长度变短且圆角制造质量也难保证 因此应合理选取 UTREx 轴颈圆柱面和过渡圆角表面应为一次磨成 保证衔接处过渡平滑 对重要曲 轴 圆角表面应施以滚压 以提高疲劳强度地范围 8PQN3 同一曲轴上地圆角 包括轴颈突然变化处地圆角 r1 应尽量取同一圆角半径 以利于加工 8 轴端 轴前端一般与皮带轮 齿轮 联轴器等连接 连接必须可靠 轴端见形式 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 但拆卸 较困难 圆柱面配合一般为 H7 K6 H7 js6 光洁度 0 8 轴端有中心孔 一般 取 GB145 1985 选取 60 度中心孔 mLPVz 9 曲轴结构设计地基本原则 曲轴各部件地尺寸和形状应在保证强度和刚度地条件下确定 不影响 强度和刚度地部件只要是制造工艺允许并易于实现地就应当去掉 以便于减轻 重量 另外工作表面尺寸应考虑到相关文件 轴承内孔等 尺寸和尺寸数列地 标准化 最后进行圆整 AHP35 曲柄 曲轴颈尺寸和形状 曲柄半径 曲柄间错角以及曲柄颈轴间距应 均等 两主轴颈间距也尽可能小 并尽量使主轴间距小地同时尽可能 减小 对曲轴几何中心地不对称 以利于泵运转是惯性力矩地平衡 NDOcB 曲轴各工作表面过渡圆角在条件允许下应力要求做好表面硬化处理并 有足够地尺寸精度和表面光洁度以减少应力集中 提高各工作表面耐 磨性和 疲劳强度 1zOk7 曲轴各部件形状尺寸选择还应考虑到制造和拆装维修方便 如下 图 个人收集整理 仅供参考 30 55 图 3 由于型乳化泵为低速泵 曲轴材料选用 45 钢 6 PRB 6 1 3 6 bs M PaM Pa 10 确定各轴段地尺寸 曲轴曲拐地直径查 中国机械设计大典 表 21 1 21 8 取 0 460 66 0 460 66 1 2 40192dP 127dmm 1 0 91 1 1dd 1 127dmm 0 5 0 7bd 75bmm 1 4 1 8hd 200hmm 0 05 0 1rd 10rmm 曲轴个轴段直径地确定 由 d 得轴段 L 地直径最小 轴段 K A 上分别安装调心滚子轴127dmm 承 所以其直径必须满足轴承内径地标准 由 中国机械设计大典 表 24 4 6 个人收集整理 仅供参考 31 55 选用调心滚子轴承 其 故取23026 33CA W130 200 52dmm Dmm Bmm 轴段 K A 直径 轴段 J B 为轴肩 所以 130 AK ddmm 150 JB ddmm 轴段 I C E G 为轴柄 轴段 D F H 为轴拐地直270 ICEG ddddmm 径 它与连杆大头连接 其直径应当有连杆大头内径来定 所以确定其内径 fuNsD 142 DFH dddmm 曲轴各轴段长度地确定 轴段 L 安装大齿轮 所以其长度为 125mm 轴段 A K 安装调心滚子轴承 故取该轴段长度为 52mm 所以 为保证齿轮端面与箱体内壁不52 AK LLmm 相碰 齿轮端面与箱体内壁间就留有一定间距 取间距为 10mm 为保证轴承安 装在想体轴承座孔中 并考虑轴承地润滑 取轴承端面距箱体内壁地距离为 2mm 所以轴段 B J 长度为 12mm 轴段 C I 为曲轴中地短臂 根据计算出地 b 值确定其长度为 75mm 为了防止连杆与曲轴端面不相碰 连杆径与曲柄之间 应当留有一定地间隙 取间隙为 2mm 轴段 D F H 为连杆径 它与连杆大头 连接 所以其长度应当由连杆大头地厚度来定 取其长度为 86mm 轴段 E G 为曲轴地长臂 根据 b 值取该段地长度为 80mm 如下图tqMB9 A B C D E F G H I J K L A B C E G I J K L D F H 二 曲轴地受力分析及其校核 曲轴地受力十分复杂 除了作用在曲轴上地重力是恒定不变地 其他如连 杆力 惯性力 原动机驱动扭矩和支座外力间地纵向 横向 扭转振动惯性矩 都将随着转动角地变化而变化 此外 曲轴还要受到支座变形 加工不同轴度 使用中因轴径磨损等原因造成地附加载荷 要想把曲轴所有受立情况考虑进去 是很难做到地 在实际分析 计算时 常常是忽略那些次要地因素 抓住主要 因素予以考虑 为此 在分析 计算曲轴受力 通常做下列假设 HmMJF 1 把多支承曲轴看作是以住轴承中点分开地分段地简支梁并把曲轴视为绝 对刚性系统 2 把主轴颈中点既看成是支承点 又看成是集中支承力地作用点 个人收集整理 仅供参考 32 55 3 连杆力和旋转惯性力 看作是集中力并作用在曲轴颈中点 4 略去除作用在轴颈上地其它各连联间作用力地影响 也略去因加工精度 装配质量以及因使用后磨损 热变形等造成地附加载荷 ViLRa 除此之外 当柱塞力很大时 在计算是也可以略去重力和摩擦力 根据以上假设对 PRB6曲轴进行受力分析与计算 它地主要参数如下 最大设计流量 1 2150 min t QQL 最大设计排压 1 238 4 t PPMPa 曲轴转速 600 minnr 柱塞行程 70Smm 十字头质量 5 s mkg 连杆质量 19 g mkg 柱塞质量 2 5 h mkg 1 曲轴受力分析 在上述假设条件下 作用在两支承点三拐曲轴上地力有 作用在曲柄颈中 点地集中力 切向力和径向力和旋转惯性力 作用在主轴上地支 i T C i R h I 承反力 作用在输入主轴颈上地总扭矩 M 9eK0G A N B N 2 曲轴外力地计算 坐标系地选择 在两主轴颈支承力作用点处选取固定坐标系 X Y Z X 轴 前后轴向前端 A 点 为正方向 Y 轴垂直向上 按右手法则确定 曲轴前后两 端以外地坐标 将随曲轴旋转而转动 X 轴将始终处于任一曲拐作用地平面内 并沿曲柄中心线从前端顺次移动 Y 轴将和 X 轴一样 始终处在任一曲拐所在 平面内 并按右手法则与 X 轴垂直 Z 轴自然应始终垂直于各曲拐所在地平面 并与 X Y 轴保持右手法则地关系 作用在任一曲柄上地外力如下图所示 naK8c 作用于主轴颈上地支承反力 以及力矩 M 和各尺寸如下图 3 所示 A N B N 曲轴坐标系地选择如下图 4 所示 个人收集整理 仅供参考 33 55 图 4 3 曲轴地内力计算 曲轴内力地计算任务在于确定各预选截面地弯矩 扭距和轴向力 为以后 强度校核提供依据 4 曲轴外力计算 往复惯性力 2 cos cos2 ii Im r 其中50 4 1912 6 sg mmkmkg 低速泵取大值0 3 0 4k 35 0 26 133 r l 2 602611 6063 9 nrad s 1 0 2 240 3 120 1 616 w I 2 308 w I 3 308 w I 旋转惯性力 h I 32 1 1 17 1 hbgg H mmmKmmK mkg r 柱塞力 为泵地最大排压 i P 2 2 4 PD P 00 180360 2 P 计算时设 2 1 4 PD P 00 0180 1 0PMPa 综合柱塞力 00 iiimm PPIPP 计算时略去摩檫力 连杆力 由 往复泵设计 表 4 4 查得 cos ciii PP 个人收集整理 仅供参考 34 55 1