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溫州大學甌江學院
WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE
本科畢業(yè)設計
文獻綜述
題 目
機器人筑砌磚墻專用泥漿泵設計
專 業(yè)
機械工程及其自動化
班 級
學生姓名
學 號
指導教師
職 稱
溫州大學甌江學院教務部制
一．前言
本課題涉及的泥漿泵，是指在筑砌磚墻過程中向墻磚上輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵是筑砌磚墻設備的重要組成部分。
在常用的正循環(huán)筑砌磚墻中﹐它是將地表沖洗介質──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下，經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端，以達到冷卻鉆頭、將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。
常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的，由動力機帶動泵的曲軸回轉，曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下，實現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。
泥漿泵是在筑砌磚墻過程中，向鉆孔輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵是筑砌磚墻機械設備的重要組成部分。它的主要作用是在鉆進過程中將泥漿隨鉆頭鉆進注入，起著冷卻鉆頭，清洗鉆具、固著井壁、驅動鉆進，并將打鉆后巖屑帶回地面的作用。在常用的正循環(huán)筑砌磚墻中﹐泥漿泵是將地表沖洗介質─清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端﹐以達到冷卻鉆頭﹑將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的﹐由動力機帶動泵的曲軸回轉﹐曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。
二．泥漿泵概述
泥漿泵是在筑砌磚墻過程中，將泥漿加壓后攜帶出井底的巖屑和供給井底動力鉆具的動力，向井底輸送和循環(huán)筑砌磚墻液的往復泵。泥漿泵的主要作用是利用筑砌磚墻沖洗液（統(tǒng)稱泥漿）使井筒內外的循環(huán)，沖洗井底，冷卻鉆頭，并把巖屑攜帶到地面。在采用水力鉆具（如渦輪鉆具或螺桿鉆具）時，利用沖洗液傳遞能量，推動水力鉆具旋轉。采用噴射式鉆頭，由鉆頭水眼噴射出高速沖洗液，有利于破碎巖層，提高筑砌磚墻速度。為了實現(xiàn)高壓噴射筑砌磚墻，對筑砌磚墻泥漿泵提出了更高的要求，使用好、保養(yǎng)好泥漿泵的各部分，延長各個易損件的工作壽命，保證泥漿泵優(yōu)良的技術狀況，也是很重要的。由于石油礦場上使用往復泵的條件十分惡劣，提高其易損件（泵閥，活塞和缸套）的工作壽命，成為泥漿泵設計、制造和使用中迫切需要解決的問題。近幾年，為了加快筑砌磚墻速度，降低筑砌磚墻成本，延長鉆頭使用壽命，國內外在泥漿泵的理論和試驗研究、設計制造和選擇使用等方面做了許多工作，對筑砌磚墻泵進行了多次改型換代，各種新型筑砌磚墻泵也不斷研制成功。但其基本結構均未擺脫曲柄連桿機構的傳統(tǒng)方式，在結構上沒有根本變化，因而現(xiàn)有的筑砌磚墻泥漿泵不能完全滿足筑砌磚墻作業(yè)的需要，因而必須尋求具有更好工作性能和合理結構的筑砌磚墻泵以滿足石油勘探開發(fā)使用的要求。
隨著改革開放的深入及中國加入世貿(mào)組織，我國石油筑砌磚墻隊伍“充分利用國內外兩種資源、兩個市場”，實施走出去的戰(zhàn)略，進入國際筑砌磚墻市場，為了滿足參與國際市場的需要，中石油、中石化都在不斷加大筑砌磚墻設備的投入，同時加快老筑砌磚墻機的更新改造和新型輕便筑砌磚墻機研制步伐，隨著國際市場對筑砌磚墻泵的需求增大，使得筑砌磚墻泵的供求矛盾更加突出，各類型筑砌磚墻泵的缺口每年達200臺左右。
現(xiàn)如今國內外筑砌磚墻泥漿泵主要存在5方面的問題，即，筑砌磚墻泵質量大，制約鉆機的移運性，難以適應現(xiàn)代輕便鉆機的要求；沖程短，沖次高，筑砌磚墻泵在不合適的沖次范圍內工作，致使液力端壽命短；泵壓偏低，不能完全滿足現(xiàn)代筑砌磚墻工藝的需要；結構不合理，部分強度冗余，部分剛度不足，可靠性低，難以滿足筑砌磚墻機高可靠性要求；缸套壽命短，難以滿足鉆機高效率要求。因此，合理降低泵的沖次，適當增加泵的沖程長度，既滿足筑砌磚墻過程中的排量要求，又能確保泵的自吸性能，充分發(fā)揮了泵的功效，成為今后筑砌磚墻泵的設計方向。
三．泥漿泵的國內外概況及發(fā)展趨勢
我國的泥漿泵是從 1960 年代開始，由引進美國技術發(fā)展起來的。當前，我國生產(chǎn)石油筑砌磚墻泵的單位主要有寶雞石油機械有限公司、蘭州蘭石國民油井石油工程公司等單位，其生產(chǎn)的系列三缸泵己經(jīng)能基本滿足我國大部分油田筑砌磚墻的需要，并有部分出口。寶雞石油機械有限公司已有 40 多年設計和制造泥漿泵的歷史，生產(chǎn)的 F-500、F-800、F-1000 泵達到了美國 LTV 公司的技術要求，其特點為:無退刀槽人字齒輪傳動；合金鋼曲軸；可更換的十字頭導板；機架采用鋼板焊接件；中間拉桿盤根采用雙層密封結構，動力端采用強制潤滑和飛濺潤滑相結合的潤滑方式。F 系列三缸泵具有沖程長、沖次低的優(yōu)點。為了滿足油田高泵壓和大排量筑砌磚墻工藝的要求，寶雞石油機械有限公司還自行設計和制造了 F-1300、F-1600、F-1600HL、F-2200 和 F-22OOHL大功率高壓泥漿泵。蘭州蘭石國民油井石油工程公司是中美合資經(jīng)營企業(yè)，生產(chǎn)的泥漿泵主要有 P 系列、F 系列和 3NB 系列。其中的 3NB 系列泥漿泵具有以下特點: 動力端殼體為鋼板焊接結構，焊后消除內應力；動力端傳動齒輪為漸開線齒形；曲軸為空心的整體鑄件；動力端潤滑為飛濺潤滑；液力端吸入、排出法蘭符合 ANSI 和 API 規(guī)范；活塞桿與介桿間采用卡箍連接；閥腔孔的底部帶有臺階，防止閥座下沉；活塞和缸套由一個獨立的噴淋泵裝置冷卻和潤滑。該公司生產(chǎn)的 3NB 系列三缸泵符合 API 規(guī)范，功率從5OOHP 到 1600HP，廣泛用于各大油田。
目前，世界各國都在大量研究和使用三缸單作用泥漿泵，并且都是朝著大功率、長沖程、大缸徑、高泵壓的技術方向發(fā)展。國外對筑砌磚墻泵的研究早、技術精、產(chǎn)品系列齊全，尤其以美國的技術最為先進，俄羅斯和羅馬尼亞次之。
隨著筑砌磚墻技術的發(fā)展,特別是高壓噴射筑砌磚墻、近平衡筑砌磚墻、叢式定向井、水平井等新工藝、新技術的不斷進步,對筑砌磚墻泥漿泵的工作性能要求越來越高。目前，筑砌磚墻泵正朝著大功率、大排量和高壓力的方向發(fā)展。
四．參考文獻
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溫 州 大 學 甌 江 學 院 WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE 本科畢業(yè)設計 題 目 機器人筑砌磚墻專用泥漿泵設計 專 業(yè) 機械工程及其自 動化 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 職 稱 溫州大學甌江學院教務部制 摘 要 液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動力裝置，越來越受到人們的關注，因為它的性能 的好壞直接影響整個液壓系統(tǒng)的工作可靠性。被廣泛應用于冶金、礦山、鍛壓、 注塑、船舶、重型等機械設備中。但在實際生產(chǎn)中還不能解決很好地流量脈動、 剛性和柔性沖擊等問題。平衡式徑向柱塞泵的設計可以很好地解決流量脈動、 剛性和柔性沖擊等問題。通過設計使此泵在結構功能上能夠適應現(xiàn)代化生產(chǎn)高 要求的專用泥漿泵。 泥漿泵（Mud Pump）也是一種寬泛的泵的一個通俗概念，不同的地域，習慣， 最終涉及的泵型不會一樣，本詞條所闡述的泥漿泵是多數(shù)意義上的的一種泵型。 事實上，污水泵，渣漿泵等一些非清水泵和泥漿泵在叫法上也有通用的時候。 本設計是根據(jù)給定設計參數(shù)完成專用泥漿泵泵結構設計，主要包括帶輪、泵 的結構設計。確定出幾何參數(shù)，繪制并檢查投影圖，采對泵進行結構設計，繪 制了裝配圖和部分零件圖，并對軸進行了強度校核計算。 關鍵詞：泥漿泵，專用泥漿泵，結構設計 Abstract The hydraulic pump as the power device of hydraulic system, more and more attention, because of its working reliability will directly influence the performance of the whole hydraulic system. Widely used in metallurgy, mining, forging, injection molding, shipbuilding, heavy machinery and other equipment. But in actual production is not properly resolve the flow pulsation, rigid and flexible impact problems. Better solve the problem of flow pulsation, rigid and flexible impact design balanced radial piston pump can. Through the design of the pump 2X-70 rotary vane vacuum pump can meet the high requirements of the modernized industry structure function. Vacuum pump with mechanical, physical, chemical, physical and chemical method for pumping the container, in order to obtain and maintain a vacuum device. Vacuum pumps and other equipment (such as a vacuum container, vacuum valve, vacuum measuring instruments, the connection pipelines) consists of vacuum system, widely used in electronics, metallurgy, chemical industry, food, machinery, pharmaceuticals, aerospace and other departments. The design is based on the rotary vane vacuum pump structure design to complete a given design parameters, including the structure design of belt wheel, pump. To determine the geometric parameters, and check the projection mapping, mining design the structure of the pump, drawing the assembly drawing and parts drawing, and for the strength calculation. Keywords: pump, design, structure IV 目 錄 摘 要 ...................................................................II ABSTRACT ................................................................III 緒 論 ....................................................................1 1.1 泥漿泵簡介 ...........................................................1 1.2 工作原理 .............................................................1 1.3 泥漿泵的性能 .........................................................2 1.4 泥漿泵的分類 .........................................................2 第 2 章 結構與工作原理 .....................................................3 2.1 結構 ................................................................3 2.2 工作原理 ............................................................3 第 3 章 泥漿泵總體設計 .....................................................5 3.1 設計參數(shù) ............................................................5 3.2 電動機的選擇 ........................................................5 3.3 總體傳動結構設計 ....................................................6 第 4 章 泥漿泵主要零部件的設計 ............................................7 4.1 帶傳動設計 ..........................................................7 4.2 選擇帶型 .............................................................8 4.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 .........................................8 4.4 確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角 .............................9 4.5 確定帶的根數(shù) Z ......................................................10 4.6 確定帶輪的結構和尺寸 ................................................10 4.7 帶輪結構設計 ........................................................11 4.8 確定帶的張緊裝置 ....................................................13 4.9 計算壓軸力 ..........................................................13 4.10 軸的結構設計計算 ...................................................21 4.10.1 按扭轉強度條件計算 ............................................24 4.10.2 按剛度條件計算 .................................................25 4.10.3 精確校核軸的疲勞強度 ..........................................25 4.11 軸承選取設計計算 ..................................................28 4.11.1 軸承的設計參數(shù) ................................................28 4.11.2 軸承的當量動載荷計算 ..........................................28 4.12 鍵的選擇、鍵的校核 .................................................29 第 5 章 典型零件（帶輪）加工工藝設計 .....................................31 5.1 零件的分析 .........................................................31 5.1.1 零件的作用 .....................................................31 5.1.2 零件的工藝分析 .................................................31 5.2 工藝規(guī)程的設計 .....................................................32 5.2.1 基準的選擇 .....................................................32 V 5.2.2 制定工藝路線 ....................................................32 5.2.3 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ..........................32 5.3 確定切削用量及基本工時 .............................................32 第 6 章 泥漿泵的保養(yǎng)與維護 ................................................40 6.1 泥漿泵的保養(yǎng) .......................................................40 6.2 泥漿泵防止過載的方法 ...............................................41 6.3 常見故障及消除方法 .................................................42 總 結 ....................................................................44 參考文獻 .................................................................45 謝 辭 ....................................................................46 1 緒 論 1.1 泥漿泵簡介 泥漿泵，是指在鉆探過程中向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿 泵是鉆探設備的重要組成部分。 在常用的正循環(huán)鉆探中﹐它是將地表沖洗介質──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液 在一定的壓力下，經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端，以達 到冷卻鉆頭、將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。 常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的，由動力機帶動泵的曲軸回轉，曲軸通 過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用 下，實現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。 1.2 工作原理 泥漿泵是在鉆探過程中，向鉆孔輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵 是鉆探機械設備的重要組成部分。它的主要作用是在鉆進過程中將泥漿隨鉆頭 鉆進注入井下，起著冷卻鉆頭，清洗鉆具、固著井壁、驅動鉆進，并將打鉆后 巖屑帶回地面的作用。在常用的正循環(huán)鉆探中﹐泥漿泵是將地表沖洗介質─清水﹑ 泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下﹐經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送 鉆頭的底端﹐以達到冷卻鉆頭﹑將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。常用 的泥漿泵是活塞式或柱塞式的﹐由動力機帶動泵的曲軸回轉﹐曲軸通過十字頭再帶 動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實現(xiàn)壓送與 循環(huán)沖洗液的目的。 2 1.3 泥漿泵的性能 泥漿泵性能的兩個主要參數(shù)為排量和壓力。排量以每分鐘排出若干升計算﹐ 它與鉆孔直徑及所要求的沖洗液自孔底上返速度有關﹐即孔徑越大﹐所需排量越大。 要求沖洗液的上返速度能夠把鉆頭切削下來的巖屑﹑巖粉及時沖離孔底﹐并可靠地 攜帶到地表。地質巖心鉆探時﹐一般上返速度在 0.4～1 米/分左右。泵的壓力大 小取決于鉆孔的深淺﹐沖洗液所經(jīng)過的通道的阻力以及所輸送沖洗液的性質等。 鉆孔越深﹐ 管路阻力越大﹐ 需要的壓力越高。隨著鉆孔直徑﹑深度的變化﹐要求泵的 排量也能隨時加以調節(jié)。在泵的機構中設有變速箱或以液壓馬達調節(jié)其速度﹐以 達到改變排量的目的。為了準確掌握泵的壓力和排量的變化﹐泥漿泵上要安裝流 量計和壓力表﹐ 隨時使鉆探人員了解泵的運轉情況﹐同時通過壓力變化判別孔內狀 況是否正常以預防發(fā)生孔內事故。 1.4 泥漿泵的分類 泥漿泵分單作用及雙作用兩種型式﹐單作用式泥漿泵在活塞往復運動的一個 循環(huán)中僅完成一次吸排水動作。而雙作用式泥漿泵每往復一次完成兩次吸排水 動作。若按泥漿泵的缸數(shù)分類﹐有單缸﹑雙缸及三缸 3 種型式。 污水泥漿泵 是單級單吸立式離心泵,主要部件有蝸殼、葉輪、泵座、泵殼、支撐筒、電機座、 電動機等組成。蝸殼、泵座、電機座、葉輪螺母是生鐵鑄造、耐腐蝕性較好,加 工工藝方便。葉輪為三片單園弦彎葉,選用半封閉葉輪,并采用可鍛鑄鐵、所以強 度高,耐腐蝕;加工方便,通過性好,效率高。為了減輕重量和減少車削量、泵軸是 優(yōu)質碳素鋼冷拉園鋼制造。泥漿泵座中裝有四只骨架油封和軸套,防止軸磨損,延 長軸的使用壽命。本泥漿泵可垂直或傾斜使用,占地面積小,蝸殼需埋在工作介質 中工作,容易啟動,不需引水,旋轉方向應從電機尾部看是順時針方向工作?？倷C 長度備有各種規(guī)格,以便使用單位根據(jù)用途因地制宜地選用。 3 第 2 章 結構與工作原理 2.1 結構 泥漿泵由動力段和液力端兩大部分組成。動力端的功能，是將動力機的回 轉運動轉變?yōu)榛钊?或柱塞)的直線往復運動。它包括傳動離合裝置、變速減速 裝置和曲柄連桿。它們的相互位置與安排決定著泵的總體結構型式，決定著泵 的驅動方案及結構方案的選擇。動力端的主要零部件包括皮帶輪，離合器曲軸 箱體及其中的傳動軸，齒輪副，曲軸，連桿及十字頭滑塊。液力端油泵頭體、 缸套、活塞、活塞桿吸入閥和排出閥等組成，它的作用是通過活塞在缸套中作 往復運動形成液缸容腔變化，完成能量轉化，實現(xiàn)吸入和排出液體。 此泵曲軸箱由兩極齒輪變速機構和曲柄連桿機構組成。曲軸箱的輸入軸和 輸出軸通過牙鉗聯(lián)軸器對接傳動。當曲軸箱的輸入軸上的雙聯(lián)變速齒輪分別和 曲軸上的對應齒輪相嚙合，曲軸可得到快慢兩級轉速。加上變速箱的四級變速。 曲軸上總共可獲得 8 級轉速，實現(xiàn) 8 級變速。液力端屬于直通式結構，便于制 造，裝配精度高。 2.2 工作原理 對單作用泵來說其工作原理可簡化下圖說明： 圖 2-1 為單缸單作用泵工作原理示意圖。它由濾水器 l、吸入閥 2、泵缸 3(即工作腔室) 、活塞 4、活塞桿 5、十字頭 6、連桿 7、曲柄軸 8、曲柄銷 9、 排出閥 10、排出管道 11 等主要零部件組成。 圖 2-1 工作原理示意圖 1．濾水器 2.吸入閥 3. 泵缸 4.活塞 5.活塞桿 6 .十字頭 7. 連桿 8. 曲柄軸 9. 曲柄 10.排出閥 11.排出管道 通常以十字頭為分界線，靠近泵缸一端稱為泵的液力端，靠近動力輸入一 端稱為泵的動力端。 動力機通過皮帶、皮帶輪、齒輪等傳動件帶動主軸旋輪，曲柄軸 8 以角速 4 度 。隨主軸一起轉動，同時曲柄軸一端相連的連桿 7 隨著曲柄軸的轉動帶動? 連桿另—端的十字頭 6 作往復運動，十字頭通過與它相連的活塞桿 5 帶動活塞 4 作往復運動，從而實現(xiàn)容腔 3 的容積有規(guī)律地變化。 當活塞由泵缸的左端位置(左死點)向右方移動時，活塞左端泵缸容積不斷變 化。由于泵缸是密閉容腔，不與外界大氣相通，所以左邊缸室內壓力降低，形 成負壓（低于大氣壓力)，吸水池中的液體在液面大氣壓力的作用下，擠開吸入 閥進入泵缸，擠開吸入閥進入泵缸，直到活塞移至最右邊位置(右死點)為止。 這一工作過程稱為泵的吸入過程．當活塞到達右死點后(即曲柄轉過 rad)工作? 液停止吸入，吸入閥在自重和彈簧力作用下被關閉，活塞向左方(向液力端)移 動，這時液力端一邊泵缸的容積縮小工作液受擠壓，缸內壓力逐漸加大，擠開 排出閥，液體排出，進入排出管道，這—過程稱為泵的排出過程?；钊谝淮?往復過程中，此單作用泵吸入和排出液體一次，活塞不斷循環(huán)往復運動使液以 體不斷吸入和排出。由泥漿泵的工作過程可以得出:泥漿泵是一個往復泵，它之 所以能夠實現(xiàn)吸、排液體，是由于活塞在泵頭體內作往復運動.使泵頭體工作腔 的容積發(fā)生周期性變化，從而使吸入管產(chǎn)生真空，使排出管壓力升高。由于泥 漿泵是借助于工作腔容積變化進行吸、排液體的，所以泥漿泵也是一種容積式 泵。 泥漿泵屬于往復泵，往復泵的突出優(yōu)點是:高泵壓，泵壓不隨流量(排量)變 化，泵的效率高、并且不隨流量變化，能輸送高粘度、高含砂量及含磨礪性固 體顆粒的液體.同其它類型泵相比，往復泵的缺點是:流量比較小，瞬時流量和 泵壓是脈動的，泵的體積大，易損件較多，維修工作量大。 盡管往復泵有上述不足，但是，這并不意味著往復泵有全部被其它類型泵 所取代的趨勢。今后往復泵發(fā)展的趨勢是:充分發(fā)揮往復泵配套性強，適應介質 廣泛的優(yōu)勢，充分發(fā)揮往復泵在流量較小而排出壓力很高時整機效率高及運轉 性能好的優(yōu)勢，充分發(fā)揮往復泵的流量與排出壓力無關的優(yōu)勢.當然，要使往復 泵不斷發(fā)展，不僅要充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，而且還要不斷地克服它的缺點。 5 第 3 章 泥漿泵總體設計 3.1 設計參數(shù) 技術指標： 輸送泥漿能力：2.0-4.0 m3/h 輸送泥漿額定壓力：2.0 MPa 泥漿最高壓力：2.5 MPa 柱塞直徑：ф140 mm 柱塞調定行程：250 mm 泥漿吸入高度：4 m 傳動形式：液壓 冷卻水(20℃) 耗量：20 L/min 電機功率：5.5 kW 外形尺寸：1760×1242×1985 (mm) (長× 寬×高) 設備總重：922 kg 用途：輸漿 泥漿工作壓力范圍：0.5～2.0 Mpa 壽命：連續(xù)運轉 500 小時性能不變。 3.2 電動機的選擇 泵的潤滑部位僅限于軸承和齒輪，以及動密封處。泥漿泵沒有往復運動不 見，故可實現(xiàn)良好的動平衡。因此，泥漿泵運轉平穩(wěn)，轉速高，尺寸小可獲得 大的抽速。 故選用 Y132M-4 型異步電動機 根據(jù) Y 系列三相異步電動機的技術數(shù)據(jù),Y 系列三相異步電動機為一般用途 全封閉自扇冷式籠型異步電動機，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動機內 部的特點，B 級絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+40℃，相對濕度不超過 95%，海拔 高度不超過 1000m，額定電壓 380V，頻率 50Hz。適用于無特殊要求的機械上， 如機床，泵，風機，攪拌機，運輸機，農(nóng)業(yè)機械等。 根據(jù)以上計算，為滿足轉速和功率要求，選擇 Y 系列三相異步電動機型號 為：Y100L2-4, 其技術參數(shù)見下表 3-1. 6 表 3-1 Y132M-4 型電動機技術數(shù)據(jù) 電動機型 號 額定功率 /KW 滿載轉速/rmp 額定轉矩/N.m 最大轉矩/N.m Y132M-4 5.5 1440 2.2 2.2 1. 傳動比的分配 因為電機軸的轉速 =1440r/min，假設本課題需要的柱塞泵往復次數(shù)為 120 次/分，n電 即 ， = . = =12；120/minr?總 i帶 減 速 器 n電柱 =2， =6；i帶 行 3.3 總體傳動結構設計 電動機功率 P=5.5kW,轉速 n1=1440r/min,大帶輪輸出轉速 n2=720r/min （1）總體傳動比 ： 3-3i01427wn? （2）傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 Ⅰ軸： 3-405.Pk014/minnr 3-5 3005.9. 6.5TN???? Ⅱ軸： = 3-61??.9.4kw 3-70472/minnri? 3-8 3115.109.572.PTN??? （3）故定最小軸徑 3-9????mdd 38~4.09.~80.~80???電 機 所以選取聯(lián)軸器軸孔 1電 機 d52? 7 圖 3-3 聯(lián)軸器示意圖 第 4 章 泥漿泵主要零部件的設計 4.1 帶傳動設計 輸出功率 P=5.5kW,轉速 n1=1440r/min,n2=720r/min 計算設計功率 Pd edAdPK? 表 4 工作情況系數(shù) AK 原動機 ⅰ類 ⅱ類 一天工作時間/h 工作機 10? 10~16 16?0?10~16 16? 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機；離心式水泵； 通風機和鼓風機（ ） ；離心式壓縮機；7.5kW? 輕型運輸機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷 變動小 帶式運輸機（運送砂石、 谷物） ，通風機 （ ） ；發(fā)電機；旋.k? 轉式水泵；金屬切削機床； 剪床；壓力機；印刷機； 振動篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 8 載荷 變動較 大 螺旋式運輸機；斗式上料 機；往復式水泵和壓縮機； 鍛錘；磨粉機；鋸木機和 木工機械；紡織機械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷 變動很 大 破碎機（旋轉式、顎式等） ； 球磨機；棒磨機；起重機； 挖掘機；橡膠輥壓機 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時） ，查《機械設計》P 296表 4， 取 KA＝1.1。即 1.56.05kWdAedPK??? 4.2 選擇帶型 普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動的設計功率 Pd 和小帶輪的轉速 n1 按《機械設計》 P297 圖 13－11 選取。 根據(jù)算出的 Pd＝6.05kW 及小帶輪轉速 n1＝1440r/min ，查圖得： dd=80～100 可知應選取 A 型 V 帶。 4.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 初步選擇 dd1=140mm> ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得） 表 3 V 帶帶輪最小基準直徑 mind 槽型 Y Z A B C D Emind 20 50 75 125 200 355 500 9 21 240=140=8m7ddi??所 以 由《機械設計》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準直徑” ，得 =280mm2d ① 誤差驗算傳動比： （ 為彈性滑動2180=.48()4(12%)di?????誤 ? 率） 誤差 符合要求12.08%5i?????誤 ＜ ② 帶速 141v=9./606dnms? 滿足 5m/s
1.3 3、有關系數(shù)和接觸疲勞極限 （1）使用系數(shù) AK 查《參考文獻二》表 6—7 選取 =1AK （2）動載荷系數(shù) V 查《參考文獻二》圖 6—6 可得 =1.02V （3）齒向載荷分布系數(shù) HK? 對于接觸情況良好的齒輪副可取 =1H? （4）齒間載荷分配系數(shù) 、HaF 由《參考文獻二》表 6—9 查得 = =1.1 = =1.21HaKF2HaKF （5）行星輪間載荷分配不均勻系數(shù) p 由《參考文獻二》式 7—13 得 =1+0.5（ -1）H'Hp 由《參考文獻二》圖 7—19 得 =1.5 'pK 20 所以 =1+0.5（ -1）=1+0.5×（1.5-1）=1.251HpK'Hp 仿上 =1.752 （6）節(jié)點區(qū)域系數(shù) HZ 由《參考文獻二》圖 6—9 查得 =2.06HZ （7）彈性系數(shù) E 由《參考文獻二》表 6—10 查得 =1.605E （8）重合度系數(shù) Z? 由《參考文獻二》圖 6—10 查得 =0.82Z? （9）螺旋角系數(shù) ? = =1Zcos （10）試驗齒的接觸疲勞極限 limH? 由《參考文獻二》圖 6—11～圖 6—15 查得 =520MpalimH? （11）最小安全系數(shù) 、limHSliF 由《參考文獻二》表 6-11 可得 =1.5、 =2limHSlimHF （12）接觸強度計算的壽命系數(shù) NTZ 由《參考文獻二》圖 6—11 查得 =1.38 （13）潤滑油膜影響系數(shù) 、 、LVR 由《參考文獻二》圖 6—17、圖 6—18、圖 6—19 查得 =0.9、 =0.952、 =0.82LZVRZ （14）齒面工作硬化系數(shù) w 由《參考文獻二》圖 6—20 查得 =1.2wZ （15）接觸強度計算的尺寸系數(shù) x 由《參考文獻二》圖 6—21 查得 =1x 21 所以 = =2.06×1.605×0.82×1×0H?1//EtZFdbu???? =2.95 32.65. = =2.95× =3.51H?012AVHaPK?1.02.15? = =2.95× =4.322 7 = *Hp?limli/HS =520/1.3NTLVRwxZ ×1.38×0.9×0.95×0.82 ×1.2×1=464.4 所以 齒面接觸校核合格H??p 4.10 軸的結構設計計算 軸的強度計算 （1）軸的受力分析 由軸的初步結構圖可知軸為一簡支梁結構，轉矩，其受力分析圖如下 （2）由前面計算知 ， ， ，mNT??39.1 mNT??67.12 mNT??06.823''36591??? ，dFt 12748.031?dFt 5206.2901323?Nntr 8659costan/a''?????? 22 NFntr 207136591costan/a''3 ???????tat274''1t a50''3? （3）求支座反力 鉛直面支座反力： 31???rBVAFF0865.423rr 解聯(lián)立方程得： , NAV92. NFBV08.173? 水平面支座反力： 031???BHttAHFF865.4231ttB 解聯(lián)立方程得： , NAH59.?NFBH41.5?? （4）計算彎矩和扭矩 鉛直面彎矩： ，mFMAVCV??36105. mMBVD?830 水平面彎矩： ，mNFMAHC??4765. mNFMBHD??19804 23 總彎矩： mNMC ????36407361022D1598 扭矩： mNT??17602 · 24 當量彎矩： 單向旋轉，轉矩為脈動循環(huán)，取 6.0??mNT????106276.0???TMcec?472D?2 （5）分別校核 C 點和 D 點截面??mMdbcec 36.2751.041.033?????bDe...331? 因為實際軸徑遠大于計算軸徑，且兩軸承跨度也不大，所以剛度也足夠。 4.10.1 按扭轉強度條件計算 （1）電機功率 kwP5.? （2）軸傳扭矩 3-515.9036.2140TNmn??? （3）軸的直徑計算 ???? 3-523305.12640PdAmn?? 25 4.10.2 按剛度條件計算 ????max 經(jīng)查表得鑄鐵剪切彈性模量 所以PG91045??5.? 3-53265.014.3828324294 ??????Td 所以轉子軸最小直徑取 D=35 4.10.3 精確校核軸的疲勞強度 （1）判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度影響來看。截面Ⅱ處的過盈配合引起的應力集 中最嚴重；從受載的情況來看，截面Ⅲ和Ⅳ之間上的應力大，但應力集中不打， 而且這里軸的直徑最大，所以不用校核，因而該軸只需校核截面Ⅱ左右兩側即 可。 軸的結構與裝配如下圖： （2）截面Ⅱ的左側 抗彎截面系數(shù) 3-543336401.0. mdW??? 抗扭截面系數(shù) 3-5533328.2.T 彎矩 M 及彎曲應力為 3-56mN????1795.67098 3-57PaWb024? 扭矩 T 及扭轉切應力為 N??182 3-58MPaT41.0?? 26 軸的材料為 45，正火處理。查得 ， ，MPaB70??Pa2301???MPa187??? 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) 和 ，因 ，??031.652?dr ，經(jīng)查得 ， 可得軸的材料的敏系數(shù)為08.1657?dD2??a31.? ，2?q5.? 過盈配合處的 值，由表查出取 3.16??k 3-5953.216.80????k 軸按磨削加工，表面質量系數(shù)為 92.0???? 故綜合系數(shù)為 3-605.3192.06.31??????????kK 3-616..5.??? 所以軸在截面Ⅱ左側的安全系數(shù)為 3-6204.18.89.32501 ???????maKS??? 3-635.7.6.11?a?? 3-64.801.4.8222???????Sc 5.1?ca 所以截面Ⅱ左側強度足夠 （2）截面Ⅱ右側 抗彎截面系數(shù) 3-543331250.01. mdW??? 27 抗扭截面系數(shù) 3-55333250.02. mdWT??? 截面Ⅱ右側的彎矩為 3-56NM?179.8679 截面Ⅱ右側的扭矩 mNT??12 截面上的彎曲應力 3-57MPaWb83.15079?? 截面上的扭轉切應力 3-65pTb72.? 故有效應力集中系數(shù)為 3-66????82.182.011?????????aqk 3-67635??? 軸表面未經(jīng)表面強化處理，即 ，得綜合系數(shù)值為q? 3-688.219.067.821??????????kK 3-696...??? 計算安全系數(shù)為 3-7079.160.86.4231 ???????maKS??? 3-718.24.57.1?a?? 3-721.08.29.612???????Sc 5.1?ca 28 故該截面右側的強度也足夠。 4.11 軸承選取設計計算 4.11.1 軸承的設計參數(shù) 軸承類型 深溝球軸承 軸承型號 6310 軸承內徑 d=50 (mm) 軸承外徑 D=110 (mm) B(T)=27 基本額定動載荷 C=47500 (N) 基本額定靜載荷 Co=35600 (N) 極限轉速(油) 7500 (r/min) 4.11.2 軸承的當量動載荷計算 軸承類型：深溝球軸承 （1）計算徑向載荷和軸向載荷 3-73kwP5.?140/minnrd50? 3-74.90182TNm?? 3-75dFt .72582 3-76ntr 54.689.034cosa???? 3-77NFta .18.72? 徑向載荷 Fr = 268.54(N) 軸向載荷 Fa = 140.55(N) 額定靜載荷 Co =35600(N) 徑向載荷系數(shù) X = 0.4 （2）計算當量動載荷 3-78039.356.140?CFA 29 3-79523.04.681?rAF 3-80??NYXfPArd? 3-81NnLfCht 51381029640213636' ???? 所以 故符合要求?' （3）壽命校核 額定動載荷 C = 47500(N) 當量動載荷 P = 402(N) 軸承轉速 n = 2900(r/min) 工作溫度 T =20(℃) （溫度系數(shù) ft = 1） 要求壽命 Lh' = 4500(h) 計算壽命 Lh = =16122(h) 3-82 ???????PCfnt60 所以 軸承壽命合格'hL? 4.12 鍵的選擇、鍵的校核 查《機械設計手冊》表 6-1 選擇軸 上的鍵，根據(jù)軸的直徑 ，? 30~2?d 鍵的尺寸選擇 ，鍵的長度 L 取 22。主軸處鍵的選擇同上，78?取鍵 高鍵 寬 hb 鍵的尺寸為 ，鍵的長度 L 取 100。162取鍵 高鍵 寬 7