离心泵的设计及其密封（机械CAD图纸）

1、题目 离心泵的设计及其密封摘要：在当今社会离心泵的应用是很广泛的,在国民经济的许多部门要用到它。在供应系统中几乎是不可缺少的一种设备。在泵的实际应用中损耗严重，特别是化工用泵在实际应用中损耗，主要是轴封局部，在输送过程中由于密封不当而出现泄漏造成重大损失和事故。轴封有填料密封和机械密封。填料密封使用周期短，损耗高，效率低。本设计使用机械密封。主要以自己设计的离心泵为根底，对泵的密封进行改良，以减少损耗，提高离心泵寿命。本设计其主要工作内容如下，自己设计一台扬程为40m，流量为100m/h的离心泵。电机功率为7.5kw，转速为2900r/min，.在080C工作环境下输送带杂质液体的离心泵的机械

2、密封。关键词： 泵 填料密封 离心泵 机械密封Centrifugal pump design and sealingAbstract: In todays society, the centrifugal pump is applied widely in the national economy, many departments should use it. In the supply system is almost an indispensable equipment. The practical application in pump industry, especially wit

3、h serious loss in actual application of pump shaft seals, mainly is loss in the process of conveying, due to improper seal leakage caused heavy losses and accidents. Shaft seals have packing seal and mechanical seal. Packing seal use short cycle, the loss is high. Efficiency is low. This design USES

4、 mechanical seal. Mainly in their design based on centrifugal pump, and the improved seal pump, in order to reduce loss, improve the centrifugal pump life. This design is the main content of work, design a head for 40 MB, flow 100m/h of centrifugal pump. Electric power is 7.5 kw, speed for 2900r/min

5、, the 0-80 C work environment impurity liquid conveyer belt of centrifugal pump mechanical seal.Keywords: pump packing seal centrifugal pump mechanical seal二 离心泵的工作原理以及方案选择2.1 离心泵的工作原理 离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一

6、个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时候液体的动能与压能均增大。就可以到达效果。离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大局部速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力大气压的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。2.2 密封方案选择离心泵的密封也叫轴封。它是旋转轴和泵体之间的密封。分为机械密封和填料密封。填料密封一

7、般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根。他的优点是结构简单、本钱低、适用范围广。但是在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁，运转不到一个周期，轴套就已磨损成花瓶状，严重时还会出现轴套磨断，并且水封环后面更换不到的盘根均已腐烂，无法起到密封作用。它的主要缺点是1、填料与轴直接接触，且相对转动，造成轴与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。2、为了使填料与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉，填料密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制。3、填料与轴或轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至到达

8、510的惊人比例。也就是说：从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透纤维材料造成泄漏；其二是从填料与填料箱体之间泄漏；其三是从填料与轴外表之间泄漏。机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力或磁力作用下保持贴合并配以辅助密封而到达阻漏的轴封装置。 常用机械密封结构由静止环静环1、旋转环动环2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补归还。相对于填料密封，机械密封的优点是：1密封可靠在长

9、周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100； 2使用寿命长在油、水类介质中一般可达12年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上； 3摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%50%； 4轴或轴套根本上不受摩损；5维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；6抗振性好 对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；7适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。8对现今许多工厂的“零泄漏需要，填料无法到达此要求；根本适应范围广，随意性更大，但对于在工厂，经常更

10、换或维护将对工厂造成很大损失。但是机械密封由于零件相对较多，所以结构较复杂，对制造加工要求高，并且安装与更换比拟麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平。发生偶然性事故时，处理较困难。还有机械密封的一次性投资高，必须考虑本钱问题。综合二种密封方式，考虑本设计中输送的化学液体，并可能带有腐蚀性，一旦泄漏会出重大事故。必须选择密封性能好的方式。故本设计采用机械密封。要求计算出机械密封的各种力和端面比压。三 离心泵的设计3.1 离心泵的根本原理泵是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。泵用来增加液体的位能、压能、动能.原动机通过泵轴带动叶轮旋转,对液体做功,使其能量增加,从而使需要数量的液体,使液体经泵

11、的过流部件输送到要求的高度或要求压力的地方。如下列图1-1所示,是简单的离心泵装置。原动机带动叶轮旋转,将水从A处吸入泵内,排送到B处。泵中起主导作用的是叶轮,叶轮中的叶片强迫液体旋转,液体在离心力作用下向四周甩出。这种情况和转动的雨伞上的水滴向四周甩出去的道理一样。泵内的液体甩出去后,新的液体在大气压力下进入泵内,如此连续不断地从A处向B处供水。泵在开动前,应先灌满水。如不灌满水,叶轮只能带动空气旋转,因空气的单位体积的质量很小,产生的离心力甚小,无力把泵内和排水管路中的空气排出,不能在泵内造成一定的真空,水也就吸不上来。泵的底阀是为灌水用的,泵出口侧的调节阀是用来调节流量的。如图3-1图3

12、-13.2 泵汽蚀余量的计算方法汽蚀余量对于泵的设计、试验和使用都是十分重要的汽蚀根本参数。设计泵时根据对汽蚀性能的要求设计泵,如果用户给定了具体的使用条件,那么设计泵的汽蚀余量必须小于按使用条件确定的装置汽蚀余量。欲提高泵的汽蚀性能,应尽量减小。泵试验时,通过汽蚀试验验证,这是确定唯一可靠的方法。它一方面可以验证泵是否到达设计的值。另一方面,考虑一个平安余量,得到许用汽蚀余量,作为用户确定几何安装高度的依据.可见,正确地理解和确定汽蚀余量是十分重要的。为了深入理解汽蚀的概念,应区分以下几种汽蚀余量：1.装置汽蚀余量又叫有效的汽蚀余量。是由吸入装置提供的,越大泵越不容易发生汽蚀。2.泵汽蚀余量

13、又叫必需的汽蚀余量,是规定泵要到达的汽蚀性能参数, 越小,泵的抗汽蚀性能越好。3.试验汽蚀余量,是汽蚀试验时算出的值, 试验汽蚀余量有任意多个,但对应泵性能下降一定值的试验汽蚀余量只有一个,称为临界汽蚀余量,用表示。4.许用汽蚀余量,这是确定泵使用条件(如安装高度)用的汽蚀余量,它应大于临界汽蚀余量,以保证泵运行时不发生汽蚀,通常取=或=+k, k是平安值。这些汽蚀余量有如下关系:泵汽蚀余量的计算: 式中: 托马汽蚀系数； 泵最高效率点下的泵单级扬程； 最高效率点下的泵汽蚀余量。根据【?现代泵技术手册?关醒凡编著，宇航出版社。】 查图4-7取=0.075所以=0.03540=33.3 泵的根本

14、参数确实定1 确定泵的进口直径泵进口直径也叫泵吸入口径,是指泵吸入法兰处管的内径.吸入口径由合理的进口流速确定。泵的进口流速一般为3m/s左右，从制造经济行考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵体积，提高过流能力。从提高抗汽蚀性能考虑，应取较大的进口直径，以减小流速。常用的泵吸入口径，流量和流速的关系如下图。对抗汽蚀性能要求高的泵，在吸入口径小于250mm时，可取吸入口径流速，在吸入口径大于250mm时，可取。选定吸入流速后，按下式确定,在该设计中，此泵为单吸离心泵。吸入口径mm40506580100150200250单级泵流速m/s1.3751.772.12.763.532.832.652.83

15、流量m3/h6.2512.52550100180300500表3-1注：此表取自【?现代泵技术手册?关醒凡编著，宇航出版社。】取吸入口流速V=3.2m/h，代入公式得：取泵的吸入口径为125mm。2. 确定泵的出口直径 泵出口直径也叫泵排出口径，是指泵排出法兰处管的的内径。对于低扬程泵，排出口径可与吸入口径相同；对于高扬程泵，为减小泵的体积和排出管路直径，可取排出口径小于吸入口径，一般取 式中：R泵的排出口径 R泵的吸入口径根据该泵的特性，由于该泵的流量大，考虑排水管路的经济性取3. 泵转速确实定 确定泵转速应考虑以下因素：(1).泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此应选择尽量高的转速；

16、(2).转速和比转数有关，而比转数和效率有关，所以转速应该和比转数结合起来确定；(3).确定转速应考虑原动机的种类电动机、内燃机、汽轮机等和传动装置皮带传动、齿轮传动、液力偶合器传动等；(4).转速增高，过流部件的磨损加快，机组的振动、噪声变大；(5).提高泵的转速受到汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式 式中： 泵的转速r/min 泵流量m3/s可知：转速和汽蚀根本参数及有确定的关系，如得不到满足，将发生汽蚀。对既定得泵汽蚀比转数值为定值，转速增加，流量增加，那么增加，当该值大于装置汽蚀余量时，泵将发生汽蚀。选 ,.=3，那么 根据汽蚀要求，泵的转速应小于，而实际转速为4. 轴功率和原动机功率确

17、实定泵的轴功率原动机功率式中: 余量系数 查【?现代泵技术手册?关醒凡编著】 表7-10取=1.1(原动机为电动机)传动效率 查【?现代泵技术手册?关醒凡编著】 表7-11取(直联)所以选择7.5Kw的电动机可满足要求,查【?机械零件手册?吴宗泽主编】选择电动机的型号为Y132S2-23.4 压出室和吸入室的设计1. 压出室的水力设计压出室的作用在于：1将叶片中流出的液体收集起来并送往下一级叶轮或管路系统。2.降低液体的流速，实现动能到压能的转化，并可减小液体流往下一级叶轮或管路系统的损失。3.消除液体流出叶轮后的旋转运动，以防止由于这种旋转运动带来的水力损失。本设计采用的压出室是蜗形体，即螺

18、旋形涡室。2. 吸入室的水力设计(1) 吸入室的作用吸入室是指泵的吸入法兰到叶轮入口前泵体的过流局部，吸入室的作用是将吸入管中的液体以最小的损失均匀地引向叶轮。吸入室中的水力损失要比压出室的水力损失小的多，因此，与压出室相比，吸入室的重要性要小的多，尽管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影响着叶轮的效率和泵的汽蚀性能。(2) 吸入室的分类吸入室有以下四类：直锥形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室、单吸泵螺旋形吸入室直锥形吸入室常用于单级悬臂式泵中，它能保证液流逐渐加速而均匀地进入叶轮。环形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口处设有许多导向径，以防止液体在其中打转而产生预旋，常用于杂质泵和多

19、级泵。半螺旋形吸入室主要用于单级泵中和水平式开式泵等,能保证在叶轮进口得到均匀的速度场。本次设计泵采用单吸泵螺旋形吸入室。这种结构的吸入室性能好，结构简单，制造方便，液体在单吸泵螺旋形吸入室内流动速度递增，使液体在叶轮进口能得到均匀的速度，液体在双吸泵螺旋形吸入室水力损失很小，汽蚀性能也比拟好。3.5 轴的设计离心泵轴的设计为空心轴和电机轴用联轴器直接相联。为了保证这根轴符合要求,我们最后按外伸梁方法分析计算。1 扭矩的计算 式中: 扭矩()计算功率 取2 泵轴直径的初步计算式中: 材料的许用切应力() 查【?现代泵技术手册?关醒凡编著】 表7-12取值的大小决定轴的粗细,轴细可以节省材料,提

20、高叶轮水力和汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度,提高运行可靠性.故泵轴的最小轴径取,泵轴的最大尺寸取3 轴的强度计算1叶轮所受径向力的计算()式中: 泵扬程 叶轮外径 包括盖板的叶轮出口宽度() 试验系数 查【?现代泵技术手册?关醒凡编著】 图17-30取那么 2叶轮所受径向不平衡离心力的计算(N)式中: 最大半径处的剩余不平衡质量(g)取叶轮的最大半径() 那么3水平总的受力: 垂直总的受力: 4计算水平面支承反力5计算垂直面支承反力6计算水平面C和D处的弯矩(考虑到C和D处可能是危险截面)7计算垂直面C处和D处的弯矩8计算合成弯矩C点合成弯矩： D点合成弯矩：9计算C和D处当量弯矩查【?机械设计

21、?吴宗泽主编】表2-7 由插入法得 10校核轴的强度根据弯矩大小及轴的直径选定C和D两截面进行强度校核，由【?机械设计?吴宗泽主编】表2-5，当45钢，按表2-7用插值法得C截面当量弯曲应力：因C截面有键槽，考虑对轴强度削弱影响，故d乘以0.95D截面当量弯曲应力：因此：C和D两截面均平安11校核轴径在叶轮中心截面处：在电动机第一轴承处：在电动机中间截面处： 轴的受力分析如下图3-24 轴的强度校核 轴的校核1按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 EQ = EQ =18.6Mpa；查表?机械设计?表1

22、5-1查得=60Mpa;因此，故平安。2精确校核轴的疲劳强度 S=S*S/S S=/K EQ *+*S 截面 抗弯截面系数 W=0.1d=0.1*55 EQ =16637mm 抗扭截面系数 W=0.2 d=0.2*55 EQ =33250 mm 截面的左侧的弯矩M为 M=166758*(71-36)/71=92534N.m 截面上的扭矩T为 T=960000N.m 截面上的弯曲应力 =M/W=92534/16637=5.6Mpa 截面上的扭转切应力 =T/ W=960000/33250=28.2Mpa 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa；截

23、面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表查取，因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;经插值得 ， =1.31轴按磨削加工，得外表质量系数为 =0.92轴未经外表强化处理，即=1，得 K=2.80 K=1.62计算平安系数S值， S=S*S/=9.5S=1.5 故可知其平安。3.6 叶轮结构设计及主要尺寸计算1 结构设计叶轮是离心泵传递能量的主要部件，通过它把电能转换为液体的压力能和动能，因此，要求叶轮具有足够的机械强度和完好的叶片形状，在材料上，除了考虑介质腐蚀，磨损外，由于它是旋转部件，故还应考虑离心力作用下的强度。通常，用于叶轮的材料有铸铁，青铜铸件，不锈钢，

24、铬钢等。当叶轮圆周速度超过30m/s，考虑铸铁强度不能承受这样大的离心力的作用，那么需改用青铜作材料，由于本设计泵属于中小型泵，其圆周速度远小于30m/s，在考虑到材料来源的难易，铸造上的方便与否，同时考虑到泵的效率和抗汽蚀性能的要求，应选灰口铸铁，虽然它的强度不高，但它的生产工艺简单，价格低廉，易于熔化，浇铸性能好，冷凝的收缩性小，而且，其切削性能好，便于加工，减振性好，可以减轻由于水力冲击造成的振动，而HT200又是在灰口铸铁中这些性能更为突出的，所以，本设计中叶轮的材料选用HT200作为原材料，热处理采用退火，许用应力为&25-35MP2 叶轮结构型式确实定本设计选用半闭式叶轮。闭式叶轮

25、由前盖板，后盖板，叶片和轮毂组成，半闭式叶轮多用于杂质泵。叶轮主要尺寸确实定有三种方法：相似换算法、速度系数法、叶轮外径或叶片出口角的理论计算。叶轮采用速度系数法设计，速度系数法是建立在一系列相似泵根底上的设计，利用统计系数计算过流部件的个局部尺寸。图3-33 叶轮轮毂直径的计算叶轮轮毂直径必须保证轴孔在开键槽之后有一定的厚度，使轮毂具有足够的强度，通常，在满足轮毂结构强度的条件下，尽量减小，那么有利于改善流动条件。取轴直径根据叶轮轮毂直径应取1.21.4倍的轴直径，根据设计要求，取叶轮所在的轴的直径为35，所以。取4 叶轮进口直径的计算因为有的叶轮有轮毂穿轴叶轮，有的叶轮没有轮毂悬臂式叶轮，

26、为从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引入叶轮进口当量直径的概念。以为直径的圆面积等于叶轮进口去掉轮毂的有效面积，即。按下式确定 式中：泵流量m3/s对双吸泵取；泵转速系数，根据统计资料选取主要考虑效率 兼顾效率和汽蚀 主要考虑汽蚀 取5 叶轮外径的计算 取6 叶轮出口宽度的计算因为两个叶轮设计在一起，所以叶轮出口宽度7 叶片数的计算和选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数，一方面考虑尽量减小叶片的排挤和外表的摩擦；另一方面又要使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。叶轮叶片数：对于低比转数离心泵叶轮，那么式中： 叶轮进口直径叶片进口直径叶

27、轮外径叶片进口角 取叶片出口角 取低比转数叶轮取大值通常采用叶片数，取该叶轮叶片数为68 精算叶轮外径1.叶片出口排挤系数2.出口轴面速度3.出口圆周速度4.叶轮外径与假定值接近，不再进行计算9 叶轮出口速度1.出口轴面速度由上述计算得 2. 出口圆周速度3. 出口圆周分速度4. 无穷叶片数出口圆周分速度10 叶轮进口速度1.叶轮进口圆周速度进口分点半径为式中: 所分的流道数 从轴线侧算起欲求的流线序号如下图,中间的流线序号为,所分的流道 图3-4那么:2.叶片进口轴面液流过水断面面积3.C流线处叶片进口角(假定)4.校核由轴面投影图假设,与假设相近.11 叶轮强度计算(1 盖板强度计算盖板中

28、的应力主要由离心力造成的，半径越小的地方应力越大，叶轮简图如下： 图3-5叶轮外径：材料密度：叶轮简图： 叶轮出口圆周速度的值按下式计算：式中：出口圆周速度系数 根据比转数查?叶片泵设计手册?图5-3得按等强度设计盖板，盖板任意直径处的厚度按下式计算式中：材料密度 许用应力 对钢，对铸铁材料的屈服强度材料的抗拉强度该盖板符合要求(2) 叶片厚度计算根据叶片工作面和反面的压力差，可近似得出下面计算叶片厚度的公式：式中：泵的扬程叶片数叶轮外径A系数，与比转数和材料有关，查【?现代泵技术手册?关醒凡编著，宇航出版社。】表19-9取A=3.1根据实际情况和铸造工艺要求取为适宜。3) 轮毂强度计算热装叶

29、轮轮毂和轴配合的选择对一般离心泵，叶轮和轴是间隙配合，但锅炉给水水泵等有时采用过盈配合，为了使轮毂和轴的配合不松动，运转时离心力产生的变形应小于轴与轮毂配合的最小公盈。离心力在轮毂中产生的应力亦可用下式计算，即轴与轮毂的配合：孔 轴最大间隙：最小间隙：式中：轮毂平均直径材料的弹性模量轮毂强度计算轮毂中的应力为装配应力有过盈时和停泵后轮毂和轴心温差应力之和温差应力：平安系数：3.7 泵体和键的强度计算1 泵体强度计算(1)壳体壁厚因涡壳几何形状复杂,且受力不均,故难以精确计算,下面可以用来估计壁厚式中: 泵扬程(m)泵流量() 许用应力(Pa) (铸铁)当量壁厚,按下式计算那么(2)强度校核用鲁

30、吉斯方法进行校核,本方法假定最大应力发生在尺寸最大的轴面上,角度为处 图3-6 轴面应力圆周应力径向应力 符合条件轴向变形2 键的强度校核1叶轮与轴相连处的键图3-7叶轮键尺寸：轴径：扭矩：工作面的挤压应力：aa断面的剪切应力：那么该键符合要求。2电动机轴与叶轮轴相连处的键 图3-8键尺寸：轴径：扭矩：工作面的挤压应力：aa断面的剪切应力：那么该键符合要求。四 离心泵的密封设计及其计算4.1 密封的介绍 旋转的泵轴和固定的泵体间的密封简称轴封，我在本设计中用的是机械密封。在次泵的设计中，机械密封的作用主要是防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内。尽管机械密封在离心泵中所占的位置不大，但泵是否

31、能正常运行，却和机械密封密切相关。机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力或磁力作用下保持贴合并配以辅助密封而到达阻漏的轴封装置。 常用机械密封结构由静止环静环1、旋转环动环2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补归还。 机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿

32、环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比拟容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。A通道那么是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密

33、封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围之内。由于是单机单吸离心泵，可采用单端面外装式平衡型密封。根本图4-1如下；1-密封垫 2-静止环 3-旋转环 4-密封圈 5-推环 6-弹簧 7-弹簧座 8-紧定螺钉 图4-1一些根本数据d轴径，mm； D密封环接触端面内径，mm； D密封环接触端面外径，mm； P密封腔介质压力，Mpa； P弹簧比压，Mpa；4.2 端面比压的计算密封环接触端面平均压力p/Mpa P=P=2.8Mpa =0.5p=0.52.8=1.4Mpa2密封环接触端面液膜推开力R/NR=(D-D)PD=69mm D=58mmR=69-58=1535.3N 3 总的弹簧力F

34、/N F=(D-D)P P=0.3Mpa F=69-580.3=329N 4 密封腔内介质作用力F/N F=( D- d) P d=35mm F=(69-35)2=5551.5N 5 动环所受的合力F/N F= F+ F-R =329+5551.5-1535.3=4345.2N 6端面比压p/Mpa =4F/() =P+P(K-) K=0.6 P=0.3+2.8(0.6-0.5)=0.58Mpa7 校核Pv值查?机械设计手册 润滑与密封?表10-3-27可知； PvPv 故符合要求。 结论离心泵的机械密封设计完成了，通过为时两个月的设计，将我四年所学的知识做了一次大的串联，使我逐渐把一些分散的

35、知识点结合成了一个整体。通过毕业设计，使我对离心泵的根本工作原理、设计步骤的关键环节以及机械密封的各种知识等有了一个详细的认识，了解了它的设计过程，学会了查阅相关资料和各种设计手册，翻阅理论课程书。机械设计是需要细心和耐心的一项工作，要求设计人员能够在设计的过程中有条理，一丝不苟，并且要有一定的耐心来培养自己做设计的信心，这样才能有利于设计，切不可在设计过程中有半点的烦躁心理，否那么便会事倍功半。通过这次设计使我明白了我们无论做什么事情都要使自己有浓厚的兴趣，以严谨持之以恒的态度来面对，这样才能把一件事情做好。参考文献1.?机械设计?吴宗泽主编 北京：高等教育出版社，20012.?离心泵与轴流

36、泵?丁成伟著 南宁：机械工业出版社，19853.?现代泵技术手册?关醒凡著 北京：宇航出版社，19954.?机械设计手册?第二卷机械设计手册编委会编著北京：机械工业出版社，2004.85. ?机械设计标准应用手册?第二卷汪凯著 北京：机械工业出版社，1997.8 6. ?中国机械设计大典?(第三卷) 南昌:江西科学技术出版社,2002.17. ?材料力学?宋子康 蔡文安著 北京:同济大学出版社,1993.88. ?机械制图?(第五版) 大连理工大学工程画教研室编 北京:高等教育出版社,2003.89. ?工程流体力学?侯国祥等编 北京:机械工业出版社,2006.710. ?机械设计根底课程设计

37、?陈立德主编 北京：高等教育出版社，2006.7 附录英文翻译鞋楦扫描机的控制系统的开发1 引言在全球制鞋业中，中国制鞋业可谓异军突起。短短的十多年，中国一跃升为全球最大的鞋类生产国和出口国。制鞋业的迅猛开展也带动了鞋楦业，鞋子的样式越来越多，就要求鞋楦也要不断翻新，这促成了鞋楦从耐用品变成易耗品。机械鞋楦机采用的是仿形加工的原理，它实现了鞋楦加工的批量生产，带来了鞋楦业的飞速开展。但是机械鞋楦机也有其不可防止的缺点：首先，从产品角度来讲，它加工出来的鞋楦的鞋帮两侧，总有几道较明显的纵痕，鞋楦很不光滑，这对于要求越来越高的制鞋业来说，是不能满足要求的；其次，机械鞋楦机在实现鞋楦的缩放时，需要工

38、人凭经验手工调整机器，这对工人要求比拟高；再次，也是最重要的，传统的加工方法无法建立工件尺寸的文件，也无法做任何的外形修改。2 数控鞋楦机的数字化逆向工程系统数控鞋楦机可以防止机械鞋楦机的缺点。数控鞋楦机采用数字化的逆向工程系统，数字化的逆向工程系统在对鞋楦模型进行三维扫描后，得到模型的三维数据文件，通过处理数据文件如外表光滑处理，插值处理等，实现对鞋楦模型的缩放，并能改变鞋楦加工外表的螺旋线的螺距，从而改善加工外表的质量。同时，所得数据文件可以存入电脑，需要时可再调出来，同一类型的鞋楦只需扫描一次，管理非常方便。显然，这样的数字化逆向工程系统才是满足现代鞋楦业的开展的。数控鞋楦机的数字逆向工

39、程流程图如图1所示： 图1 数控鞋楦机的数字逆向工程流程图国外的数控鞋楦机到目前为止已经非常完善了，在实际应用中也得到极大肯定。我们国内由于种种原因，起步较晚，所以笔者所在实验室在参考国外机器的前提下，以实际应用作为主要目的，进行数控鞋楦机的研制，为国内在该领域的企业提供一些参考。该数控鞋楦机有两局部组成，一局部是扫描机，它通过扫描得到鞋楦的三维数据，另一局部是刻楦机，它利用扫描得到的三维数据加工出鞋楦。本文主要讨论鞋楦扫描机的控制系统设计，只有扫描得到的数据文件准确，才能保证加工出来的鞋楦的质量，因此鞋楦扫描机是实现鞋楦加工的根底和前提。3 鞋楦扫描机的扫描原理首先，简要介绍一下鞋楦扫描机的

40、扫描原理，如下列图2所示。 图2 鞋楦扫描机的扫描原理图如上图所示，X轴带动鞋楦的自转，Y轴为指向鞋楦中心线，Z轴在鞋楦长度方向移动，即扫描轮移动的方向。鞋楦扫描机采用接触式测量方式，所用测量工具为扫描轮，它安装在Y轴方向，扫描轮靠在鞋楦上，其后面由气泵顶着，扫描轮随着鞋子的运动而前后移动，扫描轮后面的光栅尺采集鞋楦数据。4 鞋楦扫描机的控制系统概述鞋楦扫描机采用PC机作为上位机，利用面向对象的语言VC进行软件设计、开发，通过运动控制卡驱动系统并采集三根轴的数据，得到扫描数据文件，以用于加工。上位机作为扫描机的操作界面，完成数据分析、处理以及对执行机构的控制等任务。运动控制卡作为控制核心，完成

41、发送及接收脉冲。伺服电机接受板卡发送的脉冲，驱动各个轴运动，同时，伺服电机编码器反响给运动控制。整个控制系统简图如下列图3所示。 图3 控制系统总框图下面主要介绍运动控制卡，伺服电机以及光栅尺的选择及控制41 运动控制卡的选择及控制 在扫描系统中，运动控制卡是整个系统的核心，因此选择适宜的运动控制卡是很重要的。 在扫描过程中，运动控制卡需要控制Z轴和X轴的伺服电机，运动控制卡不仅要发送脉冲给电机驱动器，同时接受伺服电机编码器反响的脉冲数。运动控制卡还接受光栅尺反响信号。由于是采集鞋楦三维的数据，采样点越密集，加工出来的产品越光滑。在本系统中，设定鞋楦转一圈需要采样几百个点，因此对运动控制卡的驱

42、动输出脉冲要求比拟高，对编码器输入频率也有一定要求，控制轴数要求三轴。综合考虑各种性能以及经济性等,选择深圳雷赛公司的DMC3000系列运动控制卡。 本系统的运动控制卡是基于PCI总线的高性能运动控制卡，可控制多达四轴步进或伺服电机。此系列具有即插即用、最高4MHz脉冲频率、S曲线减振功能、编码器反响、随时变速等高级功能。 本运动控制卡的每一轴的两个信号输出口PUL和DIR可用来输出脉冲和方向信号，这两个输出口可以由程序设成正脉冲+反脉冲双脉冲模式或脉冲+方向模式单脉冲。本系统采用脉冲+方向形式，并设定脉冲为差分输出方式，在差分输出模式下，每一个信号可以被差分成一对相异的信号。使用差分输出方式

43、可有效的减少传输中的干扰，提高可靠性。X轴和Z轴的伺服电机驱动器接收来自运动控制卡的脉冲和方向信号。 本运动控制卡可同时控制四根轴，每一轴都有三对差分的A相、B相和Z相输入信号，EA和EB信号用来进行位置计算，EZ信号用作原点索引信号。每一轴都有一个原点开关信号，通过机械原点信号输入来查找该轴的原点，可通过软件设定原点开关模式。每一轴都有两个位置限位信号EL+正向限位和EL-反向限位，可通过软件设定限位开关模式。在本系统中，X轴和Z轴的伺服电机编码器反响的脉冲信号都接入运动控制卡。由于每根轴运动初始有个起始位，因此需要用原点信号，软件通过搜索原点信号来确定起始位。X轴为旋转方向，不需要正反限位

44、，只采用一个原点信号。Z轴除了原点信号外，还接入正负两个位置限位信号，两个限位起保护作用。通用数字输入输出口也可用来接一些开关信号。 对于单轴运动，按照运动距离来分,本运动控制卡有定长运行模式和连续运行模式。按照运动速度来分，本运动控制卡有梯形速度运行模式和S曲线运行模式。S曲线运行模式用来让一根轴以S曲线速度运行指定脉冲数，S曲线运行模式可以有效消除并改善加减速时的振动，使运动非常平滑。如下列图4所示: 图4 S曲线速度及加速度 由于S曲线运行模式较于梯形速度运行模式的优点，本系统中均采用S曲线运行模式。在扫描开始前，为了测量鞋楦的底板直长，需要将鞋楦转过一定角度，这时采用定长运行模式。在扫

45、描过程中，Z轴和X轴执行同时但独立的运动，并且是连续运动。同时保证这两根轴以一定的比例速度运动。实际情况证明，本运动控制卡能满足本系统的要求，实现鞋楦数据的三维扫描，从而得到鞋楦三维据文件。42 伺服电机的选择及控制由于本控制系统对实时性要求比拟高，运动控制卡发送脉冲给电机驱动器，要求电机立即发脉冲，不得延迟，不得有误。因此本控制系统不能采用步进电机，而必须采用伺服电机系统。同时伺服电机具有控制精度高，较强的过载能力，速度响应性能好，运行性能可靠等一系列优点。在本系统中，我们选用Panasonic全数字式交流伺服驱动器MSDA0231A1A，配置的伺服电机为MSM022A1。驱动器所带电机的额

46、定输出功率为1.5kw，旋转编码器为增量型2500P/r，输入电源为3相220V，额定速度为2000r/m。 本系统中要求到位比拟准确迅速，由于在鞋楦转一圈即X轴转动一圈需要采样几百个点，因此对伺服系统的响应要求比拟高。同时，伺服电机的参数对扫描质量也有一定影响。在系统采用的控制模式下，将伺服电机的参数调整到比拟好的情况，主要是以下几个参数。1参数NO.10第一位置环增益定义位置控制的响应曲线，增益设定越高，定位时间越快。 2参数NO.11第一速度环增益和参数NO.10一起获得伺服系统的总响应曲线。尽可能设定高增益。 3参数NO.15速度前馈设定位置控制中速度前馈量。在电机恒速运转时，假设将此

47、值设为100，位置偏差几乎为零。此值设定得较高，可在较小的位置偏差获得较快反响，但可能会导致超调。 通过对NO.46，NO.4B参数的设置，可以很方便的与各种频率的指令脉冲相匹配，以到达理想的控制分辨率(角度/脉冲)。二者的值差异过大会造成控制精度下降。所以推荐设置NO.46/NO.4B(即：电子齿轮比)为：1/50电子齿轮比20。43 光栅尺的选择及控制在本控制系统中，光栅尺用于采集Y轴数据，它安装在扫描轮的后面，在扫描过程中，扫描轮不断前后移动，从而带动光栅尺移动，光栅尺采集到的脉冲信号反响到运动控制卡。结合实际应用情况，考虑精度、可靠性、经济性等各种因素，我们选用FAGOR MVX-22

48、5线性光栅尺。它采用的玻璃镀铬刻度栅距为20um，精度为5um，分辨率为1um，其输出信号为差动TTL信号，输出信号周期“T为4um，最大速度为60m/min。由于在本系统中，光栅尺需要不停前后移动，而该光栅尺读数头移动采用滚动轴承，可最小限度减小磨损，大大提高使用寿命，该光栅尺的移动寿命超过9000km。FAGOR反响系统提供的电信号是通过镀刻在直尺上的铬线栅格，通过光电处理转换成电信号。FAGOR反响系统用红外线发光二极管作为光源，这种光源具有平安、可靠和寿命长的特点。为在测量中提供一个绝对参考点，在线性光栅尺临近反响刻线的某些位置提供参考点标记信号。此标记信号是由特定的刻线产生的一个脉冲

49、，当运行通过该点时能确定机床的绝对位置，这主要是为防止数控机床掉电后轴意外移动而产生误差。FAGOR线性光栅尺每隔50mm就有一个参考点标记Io。此标记产生的信号，是和反响信号同步的，目的是为保证可靠的测量重复精度。实际情况证明，FAGOR MVX-225线性光栅尺能够满足本系统的控制要求。5 结束语 如上，运动控制卡，伺服系统和光栅尺构成了鞋楦扫描机的数字控制系统。实际证明，整个控制系统运作非常稳定，将扫描得到的数据文件用于鞋楦刻楦机加工，加工出来的产品很光滑，完全防止了机械鞋楦机的缺点，能够满足市场的需求。参考文献： 1许智钦 孙长库 编著 ?3D逆向工程技术? 中国计量出版社 2深圳雷赛

50、DMC3000控制板硬件手册 3深圳雷赛DMC3000控制板软件手册 4Panasonic交流伺服电机驱动器MINAS A系列使用说明 5FAGOR光栅尺使用说明Last scanner control system development1 Introduction In the global footwear industry, which has been Chinas footwear industry is. A short period of 10 years, China has risen remarkably, to the worlds largest footwear p

51、roducer and exporter. The rapid development of the footwear industry was driven by the shoe last industry, more and more shoe styles, and also requires constant renovation shoe last, which led to the shoe last from durable goods become consumables. Mechanical shoe last copying machine is used for pr

52、ocessing principle, it implements the shoe last of the production process, bringing the shoe last, the rapid development of industry. But mechanical shoe last machine also has its inevitable drawbacks: First, from the product perspective, it processed by the upper sides of the shoe last, the more ob

53、vious Weijidao longitudinal marks, shoe last very smooth, as this request increasing the shoe-making industry, it is unable to meet the requirements of Secondly, mechanical machines in the shoe last of shoe last zoom, manual adjustment of the workforce to use their experience machines, which require

54、 workers relatively high; again, and most important, the traditional processing methods unable to establish workpiece size of the document, they can not do anything to modify the shape. 2 NC-shoe last two figures of reverse engineering system Last CNC machine can be avoided mechanical shoe last mach

55、ine shortcomings. CNC machine using digital shoe last of the reverse engineering system, the digital system in the reverse engineering of the shoe last model 3D scanning, are three-dimensional model of data files, by addressing data file (such as dealing with a smooth surface, interpolation processi

56、ng, etc.) Implementation of the shoe last scalable model, and change the shoe last machined surface of the helix pitch, thereby improving the quality of surface machining. At the same time, the data files can be stored in computer may need to tune out the same type of shoe last only one scan, manage

57、ment is very convenient. Clearly, the number of such reverse engineering system to meet modern shoe last is the development of the industry. NC-figure shoe last reverse engineering flowchart in Figure 1 below: Zoom appearance code revisionLast Model3D ScanningData ProcessingComputer-assisted analysi

58、sConstruction of 3D modelComputer aided manufacturingRapid ToolingLast products Figure 1 NC shoe last for the number of reverse engineering flowchart Last abroad NC machine has been very well so far, in the practical application has been greatly affirmed. Our domestic Due to various reasons, a late

59、start, the author of the reference laboratory in foreign machinery under the premise of the practical application as the main purpose of NC Machine for shoe last for domestic enterprises in the area to provide some reference. Last of the NC machines composed of two parts, part scanner, be it by scan

60、ning the shoe last three-dimensional data, and the other part is carved Last machine, which uses a three-dimensional scan data processing by the shoe last. This paper mainly discusses the shoe last scan machine control system design, only by scanning the data files accurately, to ensure processing b