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摘要
灌用泥漿泵被廣泛的應(yīng)用在水庫(kù)大壩、煤礦巷道、隧道灌漿、高速公路邊坡維護(hù)、建筑地基加固等場(chǎng)合，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，此類(lèi)泥漿泵的需求量也越來(lái)越大。近年來(lái)，灌用泥漿泵的研制和發(fā)展也越來(lái)越快，但其也存在著許多的問(wèn)題：一是此類(lèi)泥漿泵的平均無(wú)故障的工作時(shí)間較短，最多也就幾個(gè)小時(shí)；二是重量和體積普遍較大，野外搬運(yùn)不便；三是更換密封件的時(shí)間較長(zhǎng)。針對(duì)以上問(wèn)題的提出，本次設(shè)計(jì)有了具體的解決措施，解決密封件壽命短的問(wèn)題，關(guān)鍵是選擇合適的密封材料和合理的結(jié)構(gòu)形式；為了使泵的整體重量減輕，就要徹底放棄傳統(tǒng)的減速方式，取而代之的是先進(jìn)的減速方式，本此設(shè)計(jì)選用的是行星減速器大傳動(dòng)比降速，并將行星減速器置于大帶輪中，既能夠達(dá)到降速的目的，又能夠減輕泵的總體重量。
關(guān)鍵字：密封件 行星減速器 壓力 流量 柱塞
Abstract
Fed sludge pump is widely used in the application of dam reservoirs, coal mine, tunnels filled, length of the highway, construction of foundation reinforced, and so on, with the development of the national economy, the demand of such sludge pump is also growing.
In recent years, fed by sludge pump research and development is growing fast, but there are still the existence of many problems : First, the average no-fault sludge pump shorter working hours, up to several hours; Second, the weight and size generally larger field handling inconvenience; Third is the replacement of sealed pieces over a longer period of time. Responding to the above questions, this design has specific solutions to address the short life of the sealed, the key is to choose suitable materials and sealed reasonable structure; In order to make the overall weight pump, we must completely abandon the traditional slowdown, replaced by advanced slowdown, The design chosen is the large transmission planetary reducer than paved, and under great Dailun planetary reducer, both can be achieved faster purposes, and to reduce the overall weight pump.
Key: sealed pieces planetary reducer pressure flow piston
目 錄
摘要 1
Abstract 2
目 錄 3
前 言 5
第一章 泵的總體設(shè)計(jì) 7
第二章 原動(dòng)機(jī)的選擇 9
第三章 吸漿管與排漿管的選擇與直徑計(jì)算 12
第四章 泥漿泵零件選擇及其強(qiáng)度的計(jì)算 13
4.1 機(jī)架 13
4.2 泵體 13
4.3 連桿十字頭連接處銷(xiāo)子強(qiáng)度的計(jì)算 14
4.4 柱塞上螺紋強(qiáng)度計(jì)算 16
4.4.1螺紋的選擇和強(qiáng)度校核 16
4.4.2螺紋連接的防松方式的選擇 17
4.5泵體壁厚強(qiáng)度計(jì)算和選擇 18
4.6 空氣室容積及強(qiáng)度計(jì)算和選擇 18
4.7 減速器的選擇和計(jì)算 20
4.8 V帶傳動(dòng)的計(jì)算 23
4.9 軸的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 26
4.9.1 估算軸徑d 27
4.9.2軸的受力分析 27
4.9.3 驗(yàn)算軸徑 31
4.10軸承選擇 31
4.10.1軸承壽命計(jì)算 32
4.10.2靜載荷計(jì)算 32
4.11 軸上鍵的選擇 33
4.11.1 平鍵的選擇 33
4.11.2 平鍵的強(qiáng)度校核 33
4.11.3 花鍵的選擇 34
4.11.4 花鍵的強(qiáng)度校核 34
4.12活塞密封圈的選擇 34
4.13. 泵的潤(rùn)滑 35
第五章 泵的使用和維護(hù) 36
5.1用途 36
5.2結(jié)構(gòu) 36
5.3安裝 36
5.4 維護(hù)與保養(yǎng) 37
第六章XQB75/3.5型泥漿泵的經(jīng)濟(jì)可行性分析 38
第七章 結(jié) 論 39
參考文獻(xiàn) 40
附錄1 專(zhuān)題 41
附錄二 外文翻譯 49
英文文獻(xiàn) 49
中文翻譯 60
致謝 68
前 言
灌用泥漿泵是一種新型的非標(biāo)準(zhǔn)工程機(jī)械，走向市場(chǎng)至今已有多年的歷史?？墒?，直到今天，仍然沒(méi)有一種較理想的機(jī)型來(lái)滿足用戶的需求。流行在市場(chǎng)上的灌用泥漿泵種類(lèi)很多，但都存在著柱塞的密封件不耐磨的致命缺陷，使用壽命最長(zhǎng)不超過(guò)60小時(shí)。更換密封件需投入大量的人力、財(cái)力，用戶難于承受。其次，泵的結(jié)構(gòu)大多數(shù)復(fù)雜、笨重、體積大；野外露天作業(yè)進(jìn)隧道施工搬運(yùn)困難。為了解決這些問(wèn)題，一種新型的體積輕便、使用壽命長(zhǎng)的灌用泥漿泵的研制和開(kāi)發(fā)就顯的尤為重要。
目前，在世界范圍內(nèi)泥漿泵的技術(shù)發(fā)展，美國(guó)處于領(lǐng)先地位， 其次是俄國(guó)，俄國(guó)近幾年來(lái)對(duì)三缸單作用泵的發(fā)展較快。我國(guó)鉆探用泥漿泵與美國(guó)、俄國(guó)同類(lèi)型泵的先進(jìn)水平對(duì)比，容積效率和質(zhì)量比等方面達(dá)到了先進(jìn)水平，唯有總效率還有差距，也就是說(shuō)機(jī)械效率偏低，美國(guó)和俄國(guó)的泵的機(jī)械效率一般為９０％ 左右，而我國(guó)僅為85％左右。這主要是因?yàn)槲覈?guó)機(jī)械制造精度較差，表面粗糙度值較大，裝配質(zhì)量也較差之故。
因此，為了使我國(guó)鉆探用泥漿泵易損件使用壽命達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，必須在三個(gè)方面下功夫 ：一是要盡快研制和應(yīng)用抗磨損、抗腐蝕、價(jià)格合理的新型合成橡膠；二是要研制有效實(shí)用的泥漿凈化系統(tǒng)，并應(yīng)用到鉆探使用中，使泥漿的含砂量控制在0．5％以下，或者使用無(wú)固相優(yōu)質(zhì)泥漿，三是適當(dāng)降低沖次和加長(zhǎng)沖程，雖然會(huì)帶來(lái)增大泵的體積和加重質(zhì)量以及提高制造成本的問(wèn)題，但其經(jīng)濟(jì)效益的提高還是可取的。
國(guó)外泵業(yè)發(fā)展迅速，高科技的發(fā)展和應(yīng)用起了致關(guān)重要的作用，如CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了泵的設(shè)計(jì)多樣化，生產(chǎn)朝多品種、小批量方向發(fā)展。制造技術(shù)的提高給泵業(yè)的發(fā)展注入了新的力量，由合成纖維、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦壓縮填料和石棉填料相比，在多方面顯出了優(yōu)勢(shì)，顯示了新的生命力。
國(guó)內(nèi)泵業(yè)就近幾年來(lái)發(fā)展很迅速，生產(chǎn)的能力已具有了相當(dāng)大的規(guī)模，在原有的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)研究新產(chǎn)品，引進(jìn)國(guó)外的工藝及技術(shù)。如泵計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)，中國(guó)泵制造業(yè)與相關(guān)行業(yè)信息計(jì)算機(jī)運(yùn)程通訊系統(tǒng)等新技術(shù)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)促進(jìn)了我國(guó)泵業(yè)技術(shù)水平的提高。綜上所述，無(wú)論在國(guó)內(nèi)、國(guó)外，新型輕便的灌用泥漿泵還不是很多，而現(xiàn)在對(duì)此泵的需求量卻在日益增大。
通過(guò)調(diào)研了解到，以往灌用泥漿泵的體積都比較大，整體看起來(lái)比較笨重，結(jié)構(gòu)一般都是三缸單作用，三缸泵流量大，壓力大，比較受歡迎，但目前的三缸泵也存在著由于密封圈壽命太短，軸承蓋容易損壞，勞動(dòng)強(qiáng)度大，適應(yīng)差等缺點(diǎn)。而傳動(dòng)則采用傳統(tǒng)古老的V行夾織物成組橡膠密封圈，難于承受細(xì)碎的砂石和微顆粒水泥漿介質(zhì)，使用壽命最長(zhǎng)不超過(guò)60小時(shí)，就需要經(jīng)常更換密封件。鑒于以上原因，我們決定開(kāi)發(fā)輕便的灌用泥漿泵。其存在主要問(wèn)題是：液力部件耐磨性差，壽命短，可靠性低。為了解決上述問(wèn)題，本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)的灌用泥漿泵的特點(diǎn)：一是采用更好的密封材料，提高密封件的耐磨性和使用壽命；二是采用行星減速器內(nèi)置大皮帶輪內(nèi)的結(jié)構(gòu)，使其體積小，重量輕，便于搬運(yùn)。
經(jīng)過(guò)幾次方案討論決定，輕便灌用泥漿泵應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
1.經(jīng)濟(jì)耐用可靠，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；
2.體積小，重量輕，便于搬運(yùn)；
3.密封件更換時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)；
4.操作簡(jiǎn)單，維修方便；
5.適用于壩基工程，巖基帷幕灌漿等多種場(chǎng)合；
6.動(dòng)力為電機(jī)。
第一章 泵的總體設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)調(diào)研和幾次方案論證，考慮到工作現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，從實(shí)際實(shí)用的角度出發(fā)，確定方案如下：
1. 考慮到多種場(chǎng)合的野外作業(yè)，動(dòng)力可選擇電機(jī)；
2. 考慮到使流量更加平滑穩(wěn)定，增加一個(gè)空氣室；
3. 考慮到密封件容易損壞，需經(jīng)常更換，選擇新型的密封材料聚四氟乙烯，可延長(zhǎng)使用壽命；
4. 考慮到泵體容易損壞，選用高強(qiáng)度材料，提高承載能力；
5. 柱塞選用更好的材料，提高柱塞耐磨性，延長(zhǎng)柱塞使用壽命。
6. 在滿足上述要求的同時(shí)，盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適合于搬運(yùn)。盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化。
工作原理
此泥漿泵是采用單缸雙作用柱塞泵工作。由電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)輸入動(dòng)力，通過(guò)行星減速器減速。經(jīng)偏心輪將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)雙作用柱塞泵作功。柱塞泵的進(jìn)漿室、排漿室各有兩個(gè)鋼球組成的單向控制閥（如下圖所示）。當(dāng)活塞桿向左驅(qū)動(dòng)時(shí)，缸體右腔進(jìn)漿（單向閥F2打開(kāi)，單向閥F4關(guān)閉），缸體左腔排漿（單向閥F3打開(kāi)，單向閥F1關(guān)閉）。當(dāng)活塞桿向右
圖1.1
驅(qū)動(dòng)時(shí)，缸體左腔進(jìn)漿（單向閥F1打開(kāi)，單向閥F3關(guān)閉），缸體右腔排漿（單向閥F4打開(kāi)，單向閥F2關(guān)閉）。（見(jiàn)以上工作原理圖1.1）除此之外,在主通路上安裝空氣力表用來(lái)調(diào)整泵在抽吸過(guò)程中產(chǎn)生的波動(dòng)大小。
第二章 原動(dòng)機(jī)的選擇
泵的原動(dòng)機(jī)類(lèi)型應(yīng)根據(jù)動(dòng)力來(lái)源、工廠或裝置能量平衡、環(huán)境條件、調(diào)節(jié)控制要求以及經(jīng)濟(jì)效益而定。
現(xiàn)今電動(dòng)機(jī)主要有鼠籠式和線繞式兩種，三向交流鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)是石化裝置用泵的主要原動(dòng)機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、價(jià)格較低、體積緊湊、啟動(dòng)及運(yùn)行均較方便可靠的優(yōu)點(diǎn)。但是它不能經(jīng)濟(jì)、方便地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速、運(yùn)行中必須從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功電流而使電網(wǎng)功率因素變低，一般不適于大型泵及調(diào)速泵，而多用于中、小型泵。
相比之下，三相交流繞線型電機(jī)和三相交流同步電機(jī)，則可用于對(duì)啟動(dòng)、調(diào)速、改善電網(wǎng)功率因數(shù)、大功率、高效率、轉(zhuǎn)速恒定等有特殊要求的場(chǎng)合，但用于驅(qū)動(dòng)泵的不多。
直流電機(jī)雖有調(diào)速性好、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，但需直流電源，造價(jià)高，維修較復(fù)雜，一般也不常用于生產(chǎn)裝置中。
當(dāng)需要改變工廠的蒸汽平衡，對(duì)裝置中大型泵或需調(diào)速等特殊要求的泵，可采用氣輪機(jī)作泵的原動(dòng)機(jī)。
隨著石化裝置技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)性的提高，采用反轉(zhuǎn)離心泵或液力透平作為泵的輔助或主要原動(dòng)機(jī)，以回收壓力液流的可用能量；采用調(diào)速或多速電機(jī)，或采用電磁的、液力的、機(jī)械的耦合器以達(dá)到泵調(diào)速的目的等技術(shù)，近年來(lái)已應(yīng)用于石化裝置。
此外，在特定的情況下，也有用蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃汽機(jī)等作為泵的原動(dòng)機(jī)的。
然而，電機(jī)的選擇還要根據(jù)某些參數(shù)才能確定最終的電機(jī)型號(hào)計(jì)算過(guò)程如下：
由已知參數(shù)可知Q=75/min，P=3.5Mpa.
而根據(jù)公式F=AP可得，
F=3.5××3.14×=4846N
其中F——主軸所受的軸向力
A——運(yùn)動(dòng)活塞的截面積
P——作用在軸上的最大壓力
由以上便可得主軸的轉(zhuǎn)矩T：
T=Fr=4846×51×=247.146N.m
根據(jù)公式， P=，可得
P= =443.45/r
其中p——為排量；
M —— 為轉(zhuǎn)矩 ；
P——為最大壓力；
又由Q=，可得軸的轉(zhuǎn)速r=，
r= =170r/min；
其中Q——為流量（L/min）；
P——為排量（/r）；
最終根據(jù)以上所求的參數(shù)，可根據(jù)公式T=9550 求得軸的輸出功率
P= = =4.39Kw；
取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)效率為0.97，帶的傳動(dòng)效率為0.92?？伤愕秒姍C(jī)的輸出功率為P= =5.08Kw。
一般的，Y系列是供一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有效率高、性能好、噪音低、振動(dòng)小、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。而Y系列電動(dòng)機(jī)主要擁有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、啟動(dòng)電流小等優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)以上的敘述和有關(guān)計(jì)算，決定選擇Y132S-4型三向異步電動(dòng)機(jī)，其功率為5.5Kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min，重量為95Kg。即Y132S-4，5.5Kw、1440r/p。
此系列的電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)：
1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、啟動(dòng)電流小，效率較高，損耗少，運(yùn)行可靠，運(yùn)行溫度低；
2 由于其結(jié)構(gòu)型式為封閉式，因此可以在塵土飛揚(yáng)、水土飛濺的環(huán)境中使用，在比較潮濕及有輕微腐蝕性氣體的環(huán)境中也能有較長(zhǎng)的使用壽命。
第三章 吸漿管與排漿管的選擇與直徑計(jì)算
3.1吸漿管直徑計(jì)算
dx=（4Q‘/πvX）1/2=[4×90.90/（3.14×13×60）]1/2=0.180mm
取φ20mm
式中：vX—液流在吸入管中的流速 取vX=1.3 m/S=13 dm/S
Q‘—計(jì)算流量Q‘= Q/ηV=75/0.825=90.90L/min
3.2排漿管直徑計(jì)算
dp=（4Q‘/πvp）1/2=（4×90.90/（3.14×20×60））1/2=0.272mm
取φ30mm
式中：vp—液流在排水管中的流速 取vp=2m/S=20 dm/S
3.3漿管的選擇
根據(jù)工作壓力和按上式求得的管子的內(nèi)徑，選擇膠管的尺寸規(guī)格。對(duì)于頻繁，經(jīng)常扭者要降低40%。膠管在使用及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意下列事項(xiàng)：
（1） 膠管的彎曲半徑不宜過(guò)小，膠管與管接頭的連接處應(yīng)留有一段直的部分，此段長(zhǎng)度不應(yīng)小于關(guān)外半徑的兩倍。
（2） 膠管的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力液后，長(zhǎng)度方向?qū)l(fā)生收縮變形，一般收縮量為管長(zhǎng)的3-4%。因此，膠管安裝時(shí)應(yīng)避免處于拉緊狀態(tài)。
（3） 膠管在安裝時(shí)應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，為了便于安裝，可沿管長(zhǎng)涂以色紋，以便檢查。
（4） 膠管的管接頭軸線，應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)，避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管收扭。
（5） 膠管應(yīng)避免與機(jī)械上尖角部分相接觸和摩擦，以免管子損壞。
第四章 泥漿泵零件選擇及其強(qiáng)度的計(jì)算
泥漿泵零件強(qiáng)度的計(jì)算是按皮帶傳動(dòng)，電機(jī)功率5.5Kw，泵的額定壓力P=3500N/cm2 ，流量，柱塞D=８0mm來(lái)進(jìn)行的。
4.1 機(jī)架
機(jī)架是由8#槽鋼、平墊板、撐管、加固筋等結(jié)構(gòu)件焊接而成。
4.2 泵體
泵體可實(shí)現(xiàn)吸、排水泥漿功能。泵體由主軸、偏心套、連桿、滑套、十子頭、活塞銷(xiāo)等組成。
泵頭由拉桿、柱塞、漿缸、閥座、閥蓋、球閥、進(jìn)漿室、排漿室、進(jìn)漿膠管接頭、空氣室等組成。
行星軸和主軸均安有圓錐滾子軸承，既能承受向心力又能承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向分力，有較高的抗彎強(qiáng)度。柱塞和拉桿都采用兩道C形滑環(huán)組合密封，能承受高壓，高溫度250，低溫-100，耐磨，自潤(rùn)滑，適用于水、水泥漿、砂漿、礦物油、酸、堿等各類(lèi)介質(zhì)。柱塞通過(guò)一套冷卻裝置降低溫升，只需要把膠皮水管一端接近直通管接頭，冷卻水即可進(jìn)入冷卻水管，冷卻拉桿、柱塞。
泵的進(jìn)口為，設(shè)置在進(jìn)漿室的右側(cè)、內(nèi)孔為，有膠管一端接進(jìn)漿膠管接頭，另一端接水泥漿攪拌桶出口。攪拌機(jī)的出漿口必須高于或等于進(jìn)漿膠管接頭孔的高度，使?jié){涂順利的被泵吸入。
泵的出口為，纖維編織兩層高壓膠管制，接排漿室膠管接頭。
4.3 連桿十字頭連接處銷(xiāo)子強(qiáng)度的計(jì)算
銷(xiāo)的類(lèi)型可根據(jù)工作要求選定，用于聯(lián)結(jié)的銷(xiāo)，其直徑可根據(jù)聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按經(jīng)驗(yàn)確定，必要時(shí)再作強(qiáng)度較核。
定位銷(xiāo)通常不受載荷或只受很小的載荷，數(shù)目不能少于兩個(gè)。銷(xiāo)在每一個(gè)被聯(lián)結(jié)的件內(nèi)的長(zhǎng)度約為銷(xiāo)直徑的1-2倍，定位銷(xiāo)的材料通常選35、45鋼，并進(jìn)行硬化處理，根據(jù)工作需要也可以選用30CrMnSiA、1Cr13、2Cr13、H62和1Cr18Ni9Ti等材料；彈性圓柱銷(xiāo)多采用65Mn，其槽口位置不應(yīng)裝在銷(xiāo)子受壓的一面，要在裝配圖上表示出槽口的方向。
設(shè)計(jì)安全銷(xiāo)時(shí)，應(yīng)考慮銷(xiāo)剪斷后要不易飛出和要易于更換。安全銷(xiāo)的材料可選用35、45、50鋼或T8A、T10A等，熱處理后硬度為30-36HRC；銷(xiāo)套材料可選用45鋼、35SiMn、40Cr等，熱處理后的硬度為40-50HRC。安全銷(xiāo)的直徑應(yīng)按銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度τb進(jìn)行計(jì)算，一般可取τb =（0.6-0.7）σb。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇45鋼d=16mm的圓柱銷(xiāo)。
材料：45號(hào)鋼
機(jī)械性能：
σs=36000N/cm2
σb=61000N/ cm2
[σ]= σs/1.5=24000N/ cm2
（1） 外加負(fù)荷P=πD2P/4=Π×5.52200/4=4749.25N
（2） 各支點(diǎn)反力FA，F(xiàn)B
∑Z=0
FA+ FB= P=4749.25N
∑MA=0
18 P－36 FB=0
解得：
FB=2374.625N
FA =2374.625N
（3） 各支點(diǎn)彎矩如圖4.1
MA=MB=0
MC=18FA=4274.3N.cm
(4)按彎曲強(qiáng)度計(jì)算
從圖4.1的彎矩圖可知危險(xiǎn)短面為C處截面，截面C處的抗彎摸量W
W=0.1d3=0.1×1.63=0.41 cm 3
截面C處的彎曲應(yīng)力σW
σW=MC/W=4274.3/0.41=10425 N/ cm2
安全系數(shù)n
n=[σ]/ σW=24000/10425=2.3 安全
圖4.1 彎矩圖
（5）按剪切強(qiáng)度計(jì)算
由于此銷(xiāo)為雙剪切
故剪力Q=P/2=2374.625N
剪應(yīng)力τ= Q/F=2374.625X4/1.62π=1182 N/ cm2
安全系數(shù)n=[τ]/ τ=8150/1182=6.9 安全
式中：[τ]—許用剪應(yīng)力[τ]=8150 N/ cm2
（6）按擠壓強(qiáng)度計(jì)算
擠壓應(yīng)力σJYP/FJY=4749.25/1.6X2.4=1237 N/ cm2
安全系數(shù)n= [σJY] /σJY=5100/1237=4.12 安全
式中：[σJY]—擠壓剪應(yīng)力[σJY]=5100 N/ cm2
綜上所敘連桿小頭銷(xiāo)子直徑為16mm滿足強(qiáng)度要求。
4.4 柱塞上螺紋強(qiáng)度計(jì)算
4.4.1螺紋的選擇和強(qiáng)度校核
螺紋強(qiáng)度校核是假定螺紋只沿螺紋中徑傳力，而不受徑向力的影響。而且只有半數(shù)螺紋參加工作，螺紋工作圈數(shù)之間載荷均勻分配，內(nèi)螺紋之間沒(méi)有間隙。此外，本柱塞螺紋是當(dāng)作松聯(lián)接，及受剪切載荷作用的聯(lián)接來(lái)計(jì)算的。
圖4.2 螺紋計(jì)算簡(jiǎn)圖
材料：45號(hào)鋼
機(jī)械性能：
σs=36000 N/ cm2
σb=61000 N/ cm2
[σ]= σs /1.5=24000 N/ cm2
計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4.2
主要尺寸
公稱尺寸 d =2 cm
內(nèi)徑 d1= 1.7835 cm
螺 距s=0.2
工作高度h=0.10825
螺紋梯形寬度b=2htg300 =0.15
旋上差寬l=2.2 cm
旋入等容Z =2.2/0.2=11
（1）按彎曲強(qiáng)度計(jì)算
彎曲應(yīng)力：
σ=2M/2W=2X257/11X0.021=2225 N/ cm2
式中：M—彎矩
M=h P /2=0.10825×4749.25/2=257 N. cm
W—一圈的抗彎摸量
W=πd1b2/6=π1.7835× 0.152/6=0.021 cm3
安全系數(shù)n= [σ] /σ=24000/2225=10.7
（2）按剪切強(qiáng)度計(jì)算
剪切應(yīng)力：
τ=2Q/（ZFτ）=2×4749.25/（11×0.84）=1028N/cm2
式中：Fτ—一圈的剪切面積
Fτ=πd1b=3.14×1.7835×0.15=0.84 cm2
安全系數(shù)n= [τ] /τ=72000/1028=7
式中：[τ]—許用剪切應(yīng)力
[τ]= σS/5=36000/5=7200 N/ cm2
（3）按擠壓強(qiáng)度計(jì)算
擠壓應(yīng)力σJY =2Q/（ZFJY）=2×4749.25/（11×0.643）=1343 N/ cm2
式中： FJY—一圈的擠壓面積
FJY=π（d2— d12）/4=π（22— 1.78352）/4=0.634cm2
安全系數(shù)n= [σJY] /σJY=28800/1343=21.45 安全
[σJY]—許用擠壓應(yīng)力
[σJY]= σS/1.25=36000/1.25=28800 N/ cm2
4.4.2螺紋連接的防松方式的選擇
連接螺紋通常均能滿足自鎖條件（φ＜ρ），且擰緊后螺母和螺栓頭部支撐面存在著摩擦力。因此，在靜載荷且工作溫度變化不大時(shí)，可保證連接自鎖而不松退。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷的作用下，或在高溫、溫度變化較大的情況下，仍會(huì)出現(xiàn)聯(lián)結(jié)松動(dòng)甚至松退，使機(jī)器不能正常工作甚至造成嚴(yán)重事故。因此，對(duì)螺紋聯(lián)結(jié)必須采取有效的防松措施，以保證正常的工作。
按防松原理，螺紋聯(lián)結(jié)的防松方法可分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺紋副防松等幾種。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇摩擦防松中的防松螺母來(lái)擰緊防松。此處用GB/T6170-2000六角頭防松螺母瑣定于被聯(lián)結(jié)件上，防松可靠。
4.5泵體壁厚強(qiáng)度計(jì)算和選擇
材料：蠕墨鑄鐵
機(jī)械性能：
σb=330 N/ cm2
σS=230 N/ cm2
許用安全系數(shù)[S]=2—3.5 取[S] =3.5
則[σ]= σ/[S ]=23000/3.5=6571.429 N/ cm2
實(shí)際壁厚δ=8 mm=0.8cm
（1） 按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
δ= r1P/([σ]－0.6p)+C=200×2/(6571.43-0.6×200)+0.8
= 0.662cm<0.8 cm
式中：r1_缸的內(nèi)半徑r1=2 cm
C_考慮腐蝕和鑄造偏心的壁厚附加量C=0.1—0.8 cm
取C=0.4 cm
（2） 按承壓強(qiáng)度計(jì)算
δ=0.5D{[（σ+0.4P）/（σ—1.3P）]1/2—1}+a
δ=0.8×4{[（σ+0.4×200）/（σ—1.32×200）]1/2—1}+0.4
解得σ=1960 N/ cm2
式中：D—泵體最大內(nèi)徑
a— 考慮腐蝕和鑄造偏心的壁厚
附加量 a=0.4 cm
安全系數(shù)n= [σ] /σ=657143/1960=3.35 <[n]=3.5
所以此壁厚安全。
4.6 空氣室容積及強(qiáng)度計(jì)算和選擇
空氣室位于排漿室的始端，當(dāng)排漿量增大時(shí)，空氣室中空氣受到壓縮，而當(dāng)排漿量減少時(shí)，空氣膨脹，由于空氣室中空氣體積的改變，空氣壓力也隨之改變，影響水泥漿自空氣室跑出的快慢，迫使排漿均勻。
（1）空氣室容積計(jì)算
V=1.5πβPαsD2s/(4P0δp)
=（1.5×3.14×0.009×200××3）/（4×10×0.04）
=801.44cm
圖4.3 空氣室
式中:
Pαv —平均壓力 Pαv =200N/ cm2
P0 —空氣室未工作時(shí)的壓力
P0=10N/cm2
S—柱塞行程 S=50mm
β—剩余液量β=0.009
δP —壓力不均勻系數(shù),取δP=0.04
(2)實(shí)際容積VS
VS=πd2L/4+4πr3/3
=π×92×10/4+4×π×4.53/3
=1017.36 cm3＞801.44 cm3
即空氣室的容積合適
(3)強(qiáng)度計(jì)算
材料:蠕墨鑄鐵
實(shí)際厚度:δ=0.8 cm
按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
δ=Pγ/([σ]-0.6P)+C
=200×2/(6571.429-0.6×200)+0.4
=0.43 cm＜0.8 cm
按承壓強(qiáng)度計(jì)算
δ=0.5d（-1）+2
δ=0.5×9（-1）+2
解得δ=1478N/cm2
安全系數(shù) n=[δ]/δ=6571.429/1478=4.446
故取δ=0.8cm是可以的。
4.7 減速器的選擇和計(jì)算
減速器是指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器的種類(lèi)很多，這里近討論由齒輪傳動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)以及由它們組成的減速器。如果按照傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)劃分，這類(lèi)減速器有下述六種：
1．齒輪減速器
主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器。
2．蝸桿減速器
主要有圓柱蝸桿減速器、環(huán)面蝸桿減速器和蝸桿減速器。
3．蝸桿-齒輪減速器及齒輪-蝸桿減速器。
4．行星齒輪減速器
5．?dāng)[線針輪減速器
6．諧波齒輪減速器
其中，各類(lèi)的減速器還有其各自的特點(diǎn)和應(yīng)用，圓柱齒輪減速器的應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度容易保證，齒輪可做成直齒、斜齒或人字齒?？捎糜诘退僦剌d，也可用于高速傳動(dòng)。圓錐-圓柱齒輪減速器可制成直齒、斜齒或曲線齒。適用于輸入軸和輸出軸兩軸線垂直相交的傳動(dòng)中?？蔀樗绞交蛄⑹健Ｆ渲圃彀惭b復(fù)雜，成本高，僅在設(shè)備布置必要時(shí)才采用。蝸桿-齒輪減速器，當(dāng)蝸桿布置在蝸輪的下邊時(shí)，嚙合處的冷卻和潤(rùn)滑較好，蝸桿軸承潤(rùn)滑也方便。但當(dāng)蝸桿圓周速度太大時(shí)，油的攪動(dòng)損失較大，一般用于蝸桿圓周速度大于5m/s。而當(dāng)蝸桿布置在蝸輪的上邊是，裝拆方便，蝸桿的圓周速度允許高一些，但蝸桿軸承潤(rùn)滑不方便，當(dāng)蝸桿放在蝸輪側(cè)面，蝸輪軸應(yīng)是豎直的。漸開(kāi)線行星齒輪減速器，其體積小，重量輕，承載能力大，效率高，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)。與普通圓柱齒輪減速器比較，體積和重量可減少50%左右，效率可提高3%。但其制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。擺線針輪減速器，其傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率較高，單級(jí)傳動(dòng)效率為90%-94%，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。在相同情況下，它的體積和重量約為普通減速器的50%-80%，過(guò)載和耐沖擊能力較強(qiáng)，故障少，壽命長(zhǎng)。但制造工藝復(fù)雜，需用專(zhuān)用機(jī)床加工，宜專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，傳動(dòng)比大，效率單級(jí)為92%-98%，噪聲低，過(guò)載能力強(qiáng)，承載能力高，傳遞功率不受限制，輸出轉(zhuǎn)矩高達(dá)400Kw，不用輸出機(jī)構(gòu)，軸承直徑不受限制。使用壽命長(zhǎng)。零件種類(lèi)少，齒輪精度要求不高，無(wú)特殊材料且不采用特殊加工方法就能制造，造價(jià)低，適應(yīng)性廣，派生系列多。諧波齒輪減速器的傳動(dòng)比大，范圍寬，元件少，體積小，重量輕。在相同情況下，比一般齒輪減速器體積和重量減少20%-25%。雙波傳動(dòng)中在受載時(shí)同時(shí)嚙合齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的20%-40%，承載能力大，傳動(dòng)效率高。但制造的工藝較復(fù)雜。
選擇減速器：考慮到此泥漿泵需經(jīng)常在野外工作，要求利于搬運(yùn)和輸送，因此其體積應(yīng)該盡量輕便，所以選用行星齒輪減速器，因其可用小的體積，就可完成大
的傳動(dòng)比，可將其置于大皮帶輪的內(nèi)部，使整個(gè)泵的結(jié)構(gòu)緊湊，體積輕便。
圖4.4
1. 傳動(dòng)比的分配
因?yàn)殡姍C(jī)軸的轉(zhuǎn)速=1440r/min，柱塞泵往復(fù)次數(shù)為175次/分，即，= . = =12.9729；
=2.16，=6；
1. 按照減速器機(jī)械強(qiáng)度限制的承載能力選定；
==1×5.5×1.4=7.7Kw
其中，——為計(jì)算功率（Kw）；
——為使用系數(shù)，考慮使用工況的影響，選取1；
——為安全系數(shù)，選取1.4；
當(dāng)i=4.5，n=1440r/min，根據(jù)參考文獻(xiàn)16查表3-4知NAD200，
=111.11Kw>7.7Kw。
2. 由于環(huán)境溫度的影響，應(yīng)驗(yàn)算熱平衡時(shí)臨界功率>,按已知條件查表2-8、表2-9、表3-17、得=1，=1，因?yàn)?5.5/111.11=4.9%，用插值法得=1
=5.5×1×1×1=5.5Kw
通過(guò)查表3-15得=21Kw>5.5Kw.
工作狀態(tài)的熱功率小于減速器熱平衡功率，因此無(wú)需增加冷卻措施。
3. 行星減速器各齒輪參數(shù)
行星減速器選用型雙聯(lián)機(jī)構(gòu)，行星輪n=3，i=6；
1）中心輪參數(shù)
=30； ；；；
旋向向左。
2） 行星輪參數(shù)
=30；；旋向向左；
；
3）行星輪參數(shù)
=18； = =0.8；；
旋向右旋。
4.8 V帶傳動(dòng)的計(jì)算
帶傳動(dòng)是由固聯(lián)于主動(dòng)軸上的帶輪、固聯(lián)于從動(dòng)軸上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶組成的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動(dòng)從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳動(dòng)一定動(dòng)力。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)，所以此次設(shè)計(jì)中選用了帶傳動(dòng)。
在帶傳動(dòng)中，常用的有平帶傳動(dòng)，V帶傳動(dòng)，多楔帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等。在一般機(jī)械中，應(yīng)用最廣的是帶傳動(dòng)。V帶傳動(dòng)較其它帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力。這是V帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)。因此，我選用了V帶傳動(dòng)。
(1)計(jì)算功率
Pi=N=1.1×5.5=6.05kw
式中: Kg=工作情況系數(shù) Kg=1.1
(2)膠帶型號(hào)的選擇
根據(jù) Pi=6.05kw及n1=1440r/min
由參考文獻(xiàn)[1]圖8-8選定B型膠帶
(3) 傳動(dòng)比為i=2.16 ；
(4)小帶輪直徑D1的確定
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]圖8-8選 =123mm
(5)大帶輪直徑D2的計(jì)算
=i（1-）=2.16100（1-0.01）=265.74mm
其中，——小帶輪直徑（mm）；
i ——傳動(dòng)比；
——彈性滑動(dòng)率；
由表8-9可查得，大帶輪直徑為266mm。
(6)帶速V
V=πn/(60×1000)=3.14×100×1440/（60×1000）=7.536m/s
速度在5～25 m/s的范圍內(nèi)，合適
(7) 初定軸間距a0
0.7(+)≤a0≤2(+)
0.7(123+266)≤a0≤2(123+266)
282.3≤a0≤778
取a0=560mm
(8)初算膠帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度L0
L0=2 a0+π(+)/2+(-)2/4a0
=2×300+π(266+123)/2+(266-123)2/(4×560)
=600+610.73+9.12
=1219.85mm
選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Li=1250mm
〈查參考文獻(xiàn)[1]表8-2〉
(9) 實(shí)際中心距a
a=a0+(Lp-L0)/2=300+(1250-1219.85)/2
=398mm
(10)小帶輪包角α1
α1=－60×（-）/a
=－60×(266-123)/398
=> 合適
(11)單根膠帶傳遞的功率N0
根據(jù)：n1=1440r/min =100mm
查得 P0=1.32kw〈查參考文獻(xiàn)[1]表8-5a 〉
(12)單根膠帶傳遞功率的增量△P0
根據(jù) i=n1/n2=960/255=3.76 n1=960r/min
查得△P0=0.15 kw〈查參考文獻(xiàn)[1]表8-5b〉
(13)膠帶根數(shù)
Z=
==2.96
取Z=3
式中Kα －包角系數(shù)Kα =0.91KL〈查參考文獻(xiàn)[1]表8-8〉
KL －長(zhǎng)度系數(shù)KL =0.91 〈查參考文獻(xiàn)[1]表8-8〉
(14)單根膠帶的預(yù)緊力F0
F0=500（）+m
=500（）+0.1×
=146.05N
式中：q－皮帶每米長(zhǎng)的重量
q=0.1kg/m〈查參考文獻(xiàn)[1]表8-4〉
(15)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
1.小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸確定
由所選電機(jī)的類(lèi)型，Y132S-4型三向異步電動(dòng)機(jī)。起軸伸直徑d=38mm，長(zhǎng)度L=88mm，故小帶輪軸孔的直徑應(yīng)取=38mm，轂長(zhǎng)應(yīng)小于88mm。
由表14-18查得，小帶輪應(yīng)為實(shí)心軸。輪槽尺寸及輪寬應(yīng)按表14-16計(jì)算，可得=11mm，=3mm，=11mm，e=15mm，=10mm，=6mm。
=80mm。取。
2.大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸確定
根據(jù)小帶輪尺寸的選定，以及以上關(guān)于帶輪傳動(dòng)的計(jì)算和減速器的結(jié)構(gòu)尺寸，可得，=14mm，=3mm，=15mm，e=19mm，=12mm，=7.5mm。
=120mm。取
4.9 軸的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
材料：40Cr
機(jī)械性能：調(diào)質(zhì)后
σb=7500N/cm2 σs=5200 N/ cm2
E=210 E= 37000N/ cm2
4.9.1 估算軸徑d
d≥A（P/W）1/3 =5×10-3（5.5×103/255）1/3=0.0453m
式中:A－與材料有關(guān)的系數(shù)
A =5×10-3
考慮開(kāi)鍵槽應(yīng)增大10～15%，然后將軸徑圓整，取軸徑d=48cm
4.9.2軸的受力分析
(1) 由于皮帶傳動(dòng)產(chǎn)生的作用力Q
Q=1781.8N
Qx=Qcosθ=1781.8cos19.5○=1679.6N
Qy=Qsinθ=1781.8sin19.5○=594.8N
(2) 由于缸內(nèi)壓力對(duì)軸的作用
假設(shè)條件:
(a) 只計(jì)算缸內(nèi)的作用力,其它構(gòu)件的慣性力忽略不計(jì),因軸的轉(zhuǎn)速較低..
圖4.5 軸受力圖
(b) 由于法向力所引起的產(chǎn)生應(yīng)力,切向力所引起的切向應(yīng)力及起扭轉(zhuǎn)
產(chǎn)生的切應(yīng)力是同時(shí)存在.
(c) 偏心裝置上產(chǎn)生的力如圖4.5所示
(d) 切向力T:
T=Psin(α+β)/cosβ
法向力Z:
Z=Pcos(α+β)/cosβ
式中：
α－偏心角度
β－連桿的偏角
由于缸內(nèi)壓力所引起的連桿偏心機(jī)構(gòu)的力是變化的，通過(guò)對(duì)泵軸的受力分析，可知當(dāng)αE=360○時(shí)ZE=Zmax，TZ=0，缸正處于排液狀態(tài)，軸受力最?lèi)毫?，其?
L/sin60○=γ/sinβ
即sinβ=γsin60○/L=25/（190×2）=0.11395
β=6.54○ βF=βD=β
高壓缸:ZE=π×5.52×200/4=4749.25N
TE=0
ZD=πD2P cos(αD+βD)/（4 cosβD）=2827.25N
TD=πD2P sin (αD+βD)/（4cosβD）=3851.6N
低壓缸:ZF=πD2P cos (αF +βF)/（4cosβF）=141.36N
TF=πD2P sin (αF +βF)/（4cosβF）=192.58N
將以上各力分別向水平及垂直面上投影,見(jiàn)圖4.6a
XD= ZD cos30○－TD cos60○=522.7N
YD= ZD sin30○－TD sin60○=4748.2N
XE= 0
YE= 4749.25N
XF = Z F cos 30○－TF cos 60○=235N
YF = ZF SIN30○+ TF SIN 60○=237N
由于TD ,TF而產(chǎn)生的扭矩
MND=TDγ=3851.6×25×10-3=96.29N·m
MNF=TFγ=192.58×25×10-3=4.8N·m
軸所傳遞的扭矩
M=N/W=30×4×103/(3.14×255)=149.79 N·m
(3)各支點(diǎn)反力
X平面見(jiàn)圖5.7a
∑MA=0
QX×74+XD×152.5+XF×245.4－XB×305=0N
XB=(1709×74+522.7×152.5+26.1×245.5)/305=697N
∑X=0
XA= XB+ QX－XD－XF=697+1709－522.7－261=1857.2N
Y平面見(jiàn)圖5.7a
∑MA=0
QY×74+YE×59.5+YD×152.5－YF×245.5－YB×305 =0N
YB=(589×74+4749.25×59.5+4748.2×152.5－237×245.5)/305=3253N
∑Y=0
YA=YE+YD－QY－Y
=4749.25+4748.2－589－237－3253=5417.4N
圖4.6a水平面彎矩
圖4.6b垂直面彎矩
圖4.6c合成彎矩
(4)彎矩
水平面見(jiàn)圖4.6a
MXA =－QX×74×10-3=－1707×74×10-3=126.4 N·m
MXE=(－QX×135.5－XA)=(－1709×319.5+1857.2×545)×10-3=117.6N·m
MXF=(－QX×319.5+ XA×245.5+ XD×93)×10-3
=(－1709×319.5+1857.2×245.5+522.7×93)×10-3=41.4 N·m
MXD=(－QX×226.5+XA×125.3)×10-3
=(－1709×226.5+ 1857.2×125.3)×10-3=104.2 N·m
MXC=0 MXB=0 垂直面見(jiàn)圖4.6b
MYA=－QY×74×10-3=－589×74×10-3=－43.6 N·m
MYE=(－QY×133.5－YA ×59.5)×10-3=(－589×133.5－5419×59.5) ×10-3=－401 N·m
MYD=(－YB×152.5－YF×93)×10-3=(－3253×152.5×237 ×93)×10-3=－518.1 N·m
MYF=－YB×59.5×10-3=－3253×59.5×10-3
=－193.6 N·m
MYB =0 MYC=0
合成彎矩見(jiàn)圖4.6c
MA =( MXA2+ MYA2)1/2=( 126.42+ 43.62)1/2=133.7N·m
ME =( MXE2+ MYE2)1/2=(117.62+ 4012)1/2=417.9N·m
MD =( MXD2+ MYD2)1/2=(104.22+ 518.12)1/2=528.5N·m
MF =( MXF2+ MYF2)1/2=(41.42+ 193.62)1/2=197.9N·m
最大彎矩
MMAX = MD =528.5N·m
最大扭矩
MnMAX = MND + MNF =96.29+4.8=101.09N·m
4.9.3 驗(yàn)算軸徑
由資料查得 40Cr d≤100mm時(shí)
σb=7500N/cm2 σs=5200N/cm2
σ-1=37000N/cm2 H=241～286
D截面 K=1.71 kτ=1.465
K=1.95 kτ=1.795
應(yīng)用過(guò)盈配合公式
d≥
Mwa= MD =528.5 N×M=52850 N·cm
Mna= MNMAX /2=101.09/2=50.545 N·m =5054.5 N·cm
==0.69%
取[S]=1.8
[σ-1]=σ-1/[S]=37000/1.8=20550 N/ cm2
d≥=44.69
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