乳化液泵的曲軸設計及傳動裝置的設計

畢業(yè)設計（論文）題目：PRB6-125/320型乳化液泵的曲軸設計及傳動裝置的設計畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：1.額定工作壓力：P=32MPa2.額定流量：Q=125L/min3.泵主軸的轉速：n=611L/min4.柱塞直徑：Ф=40mm5.柱塞行程：S=70mm6.電機功率：(KW)90畢業(yè)設計（論文）主要內容：1.確定乳化泵的結構；2.對乳化泵的整體進行設計；3.零部件設計；4.編寫設計說明書。學生應交出的設計文件（論文）：一，設備圖乳化液泵總裝配圖1張（0A）乳化液泵曲軸零件圖1張（1A）傳動部件圖1張（1A）傳動系統(tǒng)零件圖1張（1A）二，說明書一份（包括設計內容及兩篇外文、中英摘要）——（不少于2萬字）主要參考文獻（資料）：工具書《機械設計手冊》《機床設計手冊》中國科學出版社《往復泵設計》機械工業(yè)出版社1987參考資料型乳化泵工作圖紙型乳化泵使用說明書《煤礦設備管理使用手冊》目錄摘要·······························································3Abstract·····························································4前言·······························································5乳化液泵的設計··············································6一、概述···························································6二、乳化液泵的總體設計·············································6（一）乳化液泵泵型及總體結構形式的選擇························6（二）液力端結構形式的選擇····································7（三）傳動端結構形式的選擇····································8（四）型乳化液泵結構參數(shù)的選擇與確定····················10（五）原動機的選擇···········································10三、齒輪和齒輪軸的設計及較核·····································11（一）一級變速的計算及較核···································11（二）齒面接觸疲勞強度計算···································11（三）軸的結構設計···········································16四、連桿尺寸的初步確定············································21（一）連桿各部分的尺寸············································21（二）連桿質量的確定··············································22五、曲軸的設計與較核·············································23（一）曲軸的結構設計·········································23（二）曲軸的受力分析及其校核·································27六、柱塞的選擇及計算··············································37（一）柱塞密封材料、尺寸的選擇·······························37（二）柱塞長度及質量的確定···································38七、箱體的設計及計算·············································38傳動系統(tǒng)的設計·············································40連桿的設計················································40（一）連桿的結構設計·········································40（二）連桿的強度和穩(wěn)定性校核·································40十字頭的設計··············································44（一）十字頭的結構設計·······································44（二）十字頭強度校核及比壓計算·······························46總結······························································47參考文獻····························································48外文資料····························································49中文翻譯····························································53致謝······························································55PRB6-125/320型乳化液泵的曲軸設計及傳動裝置的設計摘要本次設計以PRB6-125/320型乳化泵的曲軸設計為主,其次是泵傳動裝置的設計。在第一章中將先根據(jù)給定的已知數(shù)據(jù)對泵中的一級齒輪減速機構進行設計及校核,然后將重點放在曲軸的設計及校核上；第二章對泵中傳動系統(tǒng)的其它零部件(連桿、滑塊等)進行設計,并對其進行校核計算。此次設計，通過綜合運用四年所學的知識，不僅鞏固了所學的知識，而且擴大了個人的知識面,增強了自己分析問題與解決問題的能力，為今后的學習和工作打下了堅實的基礎。關鍵詞：乳化液泵；曲軸；傳動裝置；校核；零部件AbstractThistaskisthedesignofthePRB6-125/320emulsificationpumpcrankprimarily.Nextisthepumpdriveinstallmentdesign.Firstwillactaccordingtotheknowndatainthefirstchapterwhichwillassigntointhepumplevelgearreductionorganizationtocarryonthedesignandtheexamination,thenwithemphasiswillplacethecrankinthedesignandtheexamination;Secondchaptertothepumpinthetransmissionsystemotherspareparts(connectingrod,slideandsoon)carriesonthedesign,andcarriesontheexaminationcomputationtoit.Thisdesignutilizestheknowledgethroughthesynthesiswhichfouryearsinstitutestudies,notonlyhasconsolidatedtheknowledgewhichstudies,moreoverexpandedindividualaspectofknowledge,strengthenedowntoanalyzethequestionwithtosolvethequestionability,hasbuiltthesolidfoundationforthenextstudyandthework.Keyword:Emulsifiedliquidpump;Crank;transmissioninstallment;Examination;SparepartPRB6-125/320型乳化液泵的曲軸設計及傳動裝置的設計前言畢業(yè)設計是對學生在畢業(yè)之前所進行的一次綜合設計能力的訓練，是為社會培養(yǎng)合格的工程技術人員最后而有及其重要的一個教學環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計可以進一步的培養(yǎng)和鍛煉我們的分析問題能力和解決問題的能力，這對我們今后走向工作崗位有很大的幫助。我們這次設計是一個專題性的設計，涉及內容廣泛，不僅要用到我們四年中所學的知識,還要我們自己去尋找查閱資料,學習新的知識。這次設計的重點在乳化液泵零部件的設計和曲軸強度和剛度的校核。我個人的設計首先是乳化液泵的整體設計,然后是曲軸的設計和校核,接下來是連桿、滑塊等的設計和校核。這次設計我們進行如下安排：（1）.1——3周查閱相關資料,了解設備的工作機理及加工技術。（2）.4——6周進行有關的畢業(yè)實習,搜集相關設計材料。（3）.7——8周分析設備的工作原理,最終確定設計方案。（4）.9——12周設備整體設計,關鍵部件的設計。（5）.13——14周繪制零件圖,繪制整機裝配圖。（6）.15——16周編寫說明書并按要求打印。（7）.17周審核（8）.18周答辯這次設計任務集中于乳化液泵的總裝配圖、曲軸的零件圖和連桿的零件圖。這次設計我們將本著：獨立分析、相互探討、仔細推敲，充分吃透整體設計的整體過程，在這次設計反映出我們的真實水平。作為一名未來的工程技術人員，應當從現(xiàn)在開始做起，學好知識，并不斷的豐富自己的專業(yè)知識和實際操作能力。在指導老師的精心指導下，較為圓滿的完成了這次設計工作，由于學識和經(jīng)驗的不足，其中肯定會出現(xiàn)很多問題，不足之處懇請各位老師加以批評和指導。第一章乳化液泵的設計一概述綜合工作面乳化液泵站一般配備兩臺乳化液泵和一個乳化液箱。兩臺泵可并聯(lián)運行，也可一臺工作，另一臺備用。乳化液泵是往復式柱塞泵。往復式屬于容積式泵，亦即它也是借助工作腔里的容積周期性變化來達到輸送液體的目的；原動機的機械能經(jīng)泵直接轉化為輸送液體的壓力能，泵的流量只取決于工作腔的容積變化值及其在單位時間內的變化次數(shù)（頻率），而（在理論上）與排出壓力無關。往復泵是借助于柱塞在液壓缸工作腔內的往復運動來使工作腔容積產(chǎn)生周期性變化的；在結構上，往復泵的工作腔是借助于密封裝置于外界隔開，通過泵閥（吸入閥和排出閥）與管路溝通或閉合。往復泵性能和參數(shù)及總體結構特點是：瞬時流量是脈動的，平均流量（即泵的流量）是恒定的；泵的壓力取決于管路特性，幾乎不受介質的物理性能或化學性能限制；有良好的自吸性能。二乳化液泵的總體設計（一）．乳化液泵泵型及總體結構形式的選擇1、根據(jù)設計要求在通常情況下，泵的總體設計應遵循下述基本原則：①.有足夠長的使用壽命（指大修期應長）和足夠的運轉可靠性（指被迫停車次數(shù)應少）；②.有較高的運轉經(jīng)濟性（效率高，消耗少）；③.盡可能采用新結構，新材料，新技術；④.盡可能提高產(chǎn)品的“三化”（系列化、標準化、通用化）程度；⑤.制造工藝性能好；⑥使用、維護、維修方便；⑦.外形尺寸和重量盡可能小。2、本次設計泵型為屬于機動泵，即采用獨立的旋轉原動機（電動機）驅動的泵。因采用電動機驅動又叫電動泵。電動泵的特點是：①.瞬時流量脈動而平均流量（泵的流量）Q只取決于泵的主要結構參數(shù)n（每分鐘往復次數(shù)）、S（柱塞行程）、D（柱塞直徑）而與泵的排出壓力幾乎無關，當n、S、D為定值時，泵的流量是基本恒定的；②.泵的排出壓力P是一個獨立參數(shù)，不是泵的固有特性，它只取決于派出管路的特性而與泵的結構參數(shù)和原動機功率無關；③.機動泵都需要有一個把原旋轉運動轉化為柱塞往復運動的傳動端，故一般講，結構較復雜，運動零部件數(shù)量較多，造價也較昂貴；④.實現(xiàn)流量調節(jié)時，必須采用相應措施，或改變n、S、D或采用旁路放空辦法來實現(xiàn)；⑤.結構變形較容易。3.在液力端往復運動副上，運動件上無密封件的叫柱塞。乳化液泵稱為柱塞泵。柱塞泵的柱塞形狀簡單，且柱塞密封（填料箱）結構容易變形，因此：①.柱塞直徑可制的很小，但不宜過大。目前柱塞泵直徑范圍大多在3~150mm，個別的達200mm。直徑過小會加大加工工藝上的問題；直徑過大，因柱塞自重過大，造成密封的偏磨。影響密封的使用壽命。②.由于結構上的原因，柱塞泵大多制成單作用泵，幾乎不制成雙作用泵。③.因柱塞密封（填料箱）在結構上易于變形，在材料選擇上也比較靈活。故柱塞泵適用的排出壓力范圍較廣泛。且宜制成高壓泵。4.乳化液泵柱塞中心線為水平放置的泵，又稱臥式泵。臥式泵的共同特點是：①便于操作者觀察泵的運轉情況，拆裝，使用，維修；②機組高度方向尺寸小時，不需要很高的廠房，但長寬方向尺寸較大時，占地面積則較大；③.因為柱塞做往復運動時，密封件在工作時須受柱塞自重，容易產(chǎn)生偏磨，尤其當柱塞較重時，懸頸很長時，這種現(xiàn)象將更為嚴重。5.聯(lián)數(shù)，缸數(shù)和作用數(shù)每一根柱塞以及該柱塞連接在一起的連桿等稱為組合體，叫一聯(lián)。一般將，該泵有幾根柱塞就稱幾聯(lián)泵。乳化液泵有三根柱塞；因此又可稱為三聯(lián)泵。只有當Z聯(lián)泵的柱塞間相位差不同各柱塞的直徑也不同，并且各聯(lián)的排口連接在一起來經(jīng)同一排出集合管排出時，才可同時稱為Z聯(lián)缸，否則只稱Z聯(lián)泵。因此乳化液泵又稱三缸泵。柱塞每往復運動一次對介質吸入和排出的次數(shù)，叫做作用數(shù)。由型乳化液泵柱塞每往復運動依次，介質被吸入，排出各一次，因此又稱單作用泵。聯(lián)數(shù)是指相對泵的總體結構形式而言，缸數(shù)是指相對液力端排出流量脈動特性而言，作用數(shù)是相對柱塞在每一次往復運動中對介質的作用數(shù)而言的。（二）．液力端結構形式的選擇1.在往復泵上把柱塞從脫開一直到泵的進口，出口法蘭處的部件，稱為液力端。液力端是介質過流部分，通常由液缸體，柱塞機器密封，吸入閥和排出閥組件，缸蓋和閥箱蓋以及吸入和排出集合管等組成。2.在選擇液力端結構形式時，應遵循下述基本原則：①.過流性能好，水力損失小，為此液流通道應要求端而直，盡量避免拐彎和急劇的斷面變化；②.液流通道應該利于氣體排出，不允許死區(qū)存在，造成氣體滯留。通常，吸入閥應置于液缸體下部，排出閥應置于液缸體頂部；③.吸入閥和排出閥一般應垂直布置，以利于閥板正常起動和密封，特別情況下也可以傾斜或水平布置；④.余隙容積應盡可能的小，尤其是在對高壓短行程泵后當泵輸送含氣量大，易發(fā)揮介質時，更要求減小余隙容積；⑤.易損件，更換方便；⑥.制造工藝性好。3.為臥式三聯(lián)單作用泵液力端由于液力端的每一個缸里吸，排閥中心線均為同一軸線。稱為直通式液力端。這種泵液力端的特點是：過流性能好余隙容積小，結構緊湊，尺寸小。通常是吸入閥安裝不方便。直通式液力端按液缸體的結構特點又可分為四通體和三通體兩種。乳化液泵采用四通體通式液力端，柱塞可以從液缸前蓋處拆裝比較方便。但是在液缸體內部存在十字交孔，兩垂直孔相交處應力集中較大，常因此而導致液缸體疲勞開裂，特別是當輸送強腐蝕性介質時，更容易引起開裂。乳化液泵代用下導向錐形四通體式液力端。閥板上裝有橡膠或聚酯密封圈以減輕關閉沖擊。導翼采用沖壓件以減輕重量。為使閥板關閉時不產(chǎn)生偏斜，采用偏置流道。閥座采用大直徑螺紋壓蓋壓緊，便于拆裝，但閥箱體尺寸更大一些。液缸前段可以伸進較長的螺堵，這樣既可增加缸蓋剛度，又可減少缸內的余隙容積。同時螺堵中沒有放氣螺釘，以放盡該腔空氣。（三）傳動端結構形式選擇1.往復泵上傳遞動力的部件叫傳動端。對機動泵，傳動端是指從十字頭起一直到曲軸伸出端為止的部件。如果是泵內減速的，則傳動端包括減速機構。機動泵的傳動端主要由機體，曲軸，連桿，曲柄，十字頭及潤滑，冷卻等輔助設備組成。2.在選擇和設計傳動端時，通常應遵循下面的基本原則：①.傳動端所需要的零部件必須滿足該泵最大柱塞力下的剛度和強度要求。②.傳動端內各運動副，必須是潤滑可靠，滿足比壓和PV允許值，潤滑油溫升也應限制在設計要求內，必要時應有冷卻措施。③.在結構和尺寸要求允許的范圍內，應力求減少連桿比λ（R/1），這樣不僅能減少十字頭處的比壓，而且可減少慣性力的影響。從而可改善泵閥的工作條件和吸入性能。④.要合理選擇液缸中心線的夾角，曲柄間的錯角，力求使機械的慣性力和慣性力矩得到平衡，減輕對起初的撓度載荷。⑤.傳動端，尤其是立式泵傳動端，因考慮重心的穩(wěn)定性。⑥.拆，裝，檢修方便，大型泵的傳動端還應考慮到傳動段的各零部件的起吊方式和措施。⑦.易損件及運動副應工作可靠，壽命長，更換較為方便。⑧.加工，制造工藝性好。3.乳化液泵采用的是兩支點三拐曲柄連桿機構傳動端。這種傳動端的曲軸為三拐軸且只有兩個支承，分別在前后主軸頸上。這種傳動端的特點及機構特點選擇注意事項是：①.該傳動端的曲軸通常為整體鑄，鍛件，三拐的曲柄間交錯為120度慣性力和慣性力矩能得到較好的平衡，曲軸加工量較少，支承少，拐間距（或泵的液缸間距）小，泵的總體結構緊湊，尺寸小，重量輕。②.兩支點三拐曲軸受力情況復雜，一般不能簡化為簡單的平面力系或簡支梁。曲軸在工作時的最大撓度和兩主軸頸處偏轉角均較大。為此，主軸承常采用轉角較大的調心滾子軸承。為了保證曲軸最大活塞力的要能夠滿足，并保證主軸承能夠正常工作，曲軸必須有足夠的強度和剛度。故兩支點三拐曲軸均比較粗大。此外為使前后主軸處偏轉角大體相近，除了使曲軸間錯角為120度外，還應滿足這樣的條件，既當?shù)谝磺D角時，相應的第二，第三曲柄轉角應為，尤其是當曲軸前端（動力輸入端）有附加載荷時，更應如此。③.連桿大頭采用剖分式，否則無法裝配。為此連桿大頭軸承多采用剖分式薄壁軸瓦，大頭與連桿采用連桿螺栓連接，技術要求高，加工量也較大。④.由于曲軸為整體鑄，鍛件（毛坯）再經(jīng)車削加工面而成，故曲軸半徑不易過大，亦即這種傳動端組成的三聯(lián)泵，柱塞行程不宜過大。XRBB乳化液泵的傳動端機體為整體式，剛性好，在機體上方和前后方各開一個孔供拆，裝檢修用。（四）型乳化液泵結構參數(shù)的選擇與確定由于已知主要結構參數(shù)，因此可以計算出它的其他參數(shù)。主要技術參數(shù)如下：額定工作壓力：P=32MPa額定流量：Q=125L/min泵主軸的轉速：n=611L/min柱塞直徑：Ф=40mm柱塞行程：S=70mm電機功率：(KW)90由以上已知數(shù)可計算出以下參數(shù)：泵的理論流量：容積效率：活塞的平均速度：路徑比：原動機的選擇：1.泵的有效功率由已知泵的泵的效率：（五）.原動機的選擇原則：1.原動機必須滿足要求的功率；2.選擇原動機時應注意轉差率；3.因注意原動機的起動力矩和起動電流；4.要注意輸送介質和操作環(huán)境的易燃，易爆性；5.原動機外形尺寸與原動機搭配合適，機組外形美觀，便于安裝和檢修。因電機功率為90KW，且本乳化液泵多用于井下，為保安全，故選擇Y180M-4型防爆電機,轉速1480r/min。三齒輪和齒輪軸的設計及較核（一）.一級變速的計算及校核齒輪傳動的失效形式主要是齒的折斷和齒面的損壞。齒面的破壞又分為齒面的點蝕，膠合，磨損，塑性變形等。由于乳化液泵的齒輪封閉帶箱體中，并得到良好的潤滑，因此屬于封閉傳動。在封閉齒輪傳動中，齒輪的失效形式主要是齒面點蝕，齒面膠合，齒輪折斷。齒輪齒面膠合強度的計算是以限定接觸處的瞬時溫度的溫升，保證潤滑不失效為計算準則，目前只在氣輪機，船舶等高速，重載傳動中試用，尚有待進一步的驗證和完善。故對一般的閉式齒輪傳動目前只以保證齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞極限強度為計算準則。為防止過載折斷和輪齒塑性變形，還要進行短期過載的靜強度計算。接觸疲勞強度計算應以節(jié)點為計算依據(jù)，因此節(jié)點處的綜合曲率半徑值不是最小值，但該處一般只有一對齒嚙合，而且在節(jié)點方向附近的齒根往往先發(fā)生點蝕。齒根彎曲疲勞強度計算是以受拉力為計算依據(jù)，因為當齒輪長期工作后，在受拉力和壓力將先后產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋發(fā)展、速度前者較慢，后者較快，故輪齒疲勞折斷通常是從受拉力開始發(fā)生。為了對輪齒的彎曲疲勞強度進行理論分析和計算，必須先確定齒根危險截面的位置。確定齒根危險部分的剖面的方法有很多，其中以30度直線與齒根圓角曲線相切，連接兩切點的剖面即為齒根的危險剖面。下面就是對乳化液泵齒輪進行強度較核。因傳動力矩較大，批量較小，故小齒輪用40Cr，調質處理，硬度241--286HB，平均取為260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度229--286HB，平均取為240HB。（二）.齒面接觸疲勞強度計算轉矩齒寬系數(shù)由《機械設計》表3-6取=1.2接觸疲勞強度極限由《機械設計》圖3-16(b)=710MPa=590MPa查《機械設計》圖3-18，表3-4初選接觸強度計算壽命系數(shù)，最小安全系數(shù)為，初步計算接觸許用應力[]=因電機驅動工作機載荷平穩(wěn)，查《機械設計》表3-1得齒向載荷分布系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)則查《機械設計》圖3-11，表3-2得，取傳動比初步計算小齒輪直徑d取初步計算齒寬b圓周速度精度等級由《機械設計》表3-5選7級精度初選齒數(shù)由《機械設計》表3-7，取=61總工作時間應力循環(huán)次數(shù)接觸壽命系數(shù)由《機械設計》圖3-18得，許用接觸應力驗算計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調整，否則調整后還應再進行驗算。3.確定傳動主要尺寸實際分度圓直徑d基圓直徑（國家標準中規(guī)定分度圓壓力角的標準值）齒頂高齒根高（正常齒標準）齒頂圓直徑齒跟圓直徑中心距齒寬4.齒根彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù)由《機械設計》圖3-14應力修正系數(shù)由《機械設計》圖3-15彎曲疲勞極限由《機械設計》圖3-17得彎曲最小安全系數(shù)由《機械設計》表3-4應力循環(huán)次數(shù)彎曲壽命系數(shù)由《機械設計》圖3-19試驗齒輪的應力修正系數(shù)，按國家標準取許用彎曲應力驗算傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核。（三）.軸的結構設計由于齒輪分度圓直徑小于1.8倍的軸徑時，可將齒輪與軸做成一體，采用齒輪軸結構。選擇軸材料為40Cr，經(jīng)調質處理，其機械性能查《機械設計》表6-1得抗拉強度屈服極限彎曲持久極限剪切持久極限軸的許用彎曲應力查《機械設計》表6-4得查《機械設計》表6-3C=105考慮到軸端裝聯(lián)軸器需開鍵槽，將其軸徑增加4%--5%，故取軸的直徑45mm.由《機械零件設計手冊》表12-2，取工作情況系數(shù)則計算轉矩聯(lián)軸器的選擇：根據(jù)和查《機械設計實踐》表16-8取HL5彈性柱銷聯(lián)軸器公稱轉矩2000；許用轉速3550；由于選取聯(lián)軸器的內徑為50，故取最小軸徑為50。軸承的選擇：查《機械設計實踐》表14-2選用深溝球軸承6012則軸承各項系數(shù)為鍵的選擇：查《機械設計實踐》表18-1選用，長100普通平鍵。要確定軸的結構形狀，必須先確定軸上零件的拆裝順序和固定方式。由于軸為齒輪軸，齒輪的左端，右端有軸肩，軸承。這樣齒輪軸的機構就確定了。軸承對稱地安裝與齒輪軸的兩側，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合和軸承蓋固定。由《機械傳動設計手冊》圖7-1-7，表7-1-16得具體尺寸如圖1.a所示。3.軸的較核計算齒輪受力直齒輪螺旋角齒輪直徑小輪小齒輪受力轉矩圓周力徑向力軸向力畫齒輪軸受力圖計算支反力水平面反力垂直面反力水平面受力圖垂直面受力圖畫軸彎矩圖水平面彎矩圖見圖1.e圖垂直面彎矩圖見圖1.f圖合成彎矩圖見圖1.g合成彎矩畫軸轉矩圖軸受轉矩轉矩圖見圖1.h許用應力許用應力值由《機械設計》表6-4，查得應力校正系數(shù)畫當量彎矩圖當量轉矩見圖1.h當量彎矩在小齒輪中間截面處校核軸徑齒根圓直徑軸徑圖1四連桿尺寸的初步確定（一）連桿各部分的尺寸：查《機械設計大典》曲軸軸拐的直徑=取查《中國機械設計大典》表25.4-4，取連桿大頭軸瓦外徑壁厚連桿各部分尺寸的確定，查《內燃機設計》表6-1，如圖2；連桿大頭直徑連桿大頭外徑連桿座螺釘厚度連桿體螺釘厚度連桿小頭厚度連桿大頭厚度連桿小頭外徑連桿小頭襯套內徑查《機械設計大典》取小頭襯套外徑連桿小頭直徑連桿兩螺栓中心距連桿座螺釘平均直徑連桿體平均直徑連桿體厚度連桿長度（二）連桿質量的確定：由以上尺寸可得，連桿小頭體積連桿大頭體積螺釘體積連桿體的體積連桿的總體積連桿材料選用45鋼，其密度為連桿的質量圖2五曲軸的設計與校核在往復泵中，曲軸是把原動機的旋轉運動轉化為柱塞往復運動的重要部件之一。工作時，它將承受周期性的交變載荷，產(chǎn)生交變的扭轉應力和彎曲應力，因此也是曲軸連桿機構中最重要的受力部件。（一）.曲軸的結構設計1.型乳化液泵的曲軸是兩支承三曲拐曲軸。因其支承少，使曲軸和機體的加工量減少，傳動端裝配也簡單；相反地，因曲柄錯角為120度的三拐二支承曲軸不能簡化為平面曲軸，故受力狀況復雜，剛度和強度較差，在同等條件下就顯得粗笨。①.軸端軸中心線與曲軸旋轉中心同心的軸向端部叫軸端。軸的外伸端叫前端。因前端一般均與原動機或泵外減速機相連，并做為總體扭矩的輸入端，故前端也叫輸入端。相對的另一端叫后端，也叫尾端。②.軸頸包括主軸軸頸，曲柄頸。主軸頸系指軸端上安裝主軸承（滾動軸承）或曲軸支承在機體主軸承上的部件。曲柄頸是指曲柄上與連桿大頭連接的部件（也叫連桿軸頸），他與主軸頸不同心。③.曲拐，曲柄，曲柄半徑曲軸上連接主軸頸和曲柄頸或兩相鄰曲柄銷的部位，叫曲柄。前者又稱為短頸，后者又稱為長頸。曲柄和曲柄頸的組合體稱為曲拐?？拷鬏S頸的曲拐較短，又叫短拐；連接兩曲柄頸的較長的，叫長拐。由主軸頸中心到任意曲柄頸中心的距離稱為曲柄半徑。3.曲拐布置或曲柄錯角選定曲軸的拐數(shù)和曲柄錯角主要取決于泵的形式，聯(lián)數(shù)和作用數(shù)的選擇。曲柄錯角選擇還應該考慮到有利于流量不均勻（性）度，慣性力和慣性力矩的平衡并有利于兩主軸頸處撓曲變形相接近。因此對于三聯(lián)單作用泵，不僅取錯角為120度，而且若以靠近曲軸輸入端為第一曲柄，并以它為基準順旋轉方向計算時，第二曲柄和第一曲柄間錯角取240度，第三曲柄與第一曲柄將錯角取120度。這樣才有利于主軸頸處的變形相近，特別是軸前端主軸頸外伸部位有附加力矩時，更是如此。三拐曲軸大多為兩支承的，支承處安裝主軸承。二支承三拐曲軸的剛度較差，主軸承處的主軸頸變形，傾角較大，故主軸承多采用允許傾角較大的調心滾子軸承。主軸軸承型號。由于制造工藝的原因，短在曲軸的軸頸一般均制成實心圓柱體。乳化液泵曲軸即采用這種實心圓柱體形式，因此是鍛件。往復泵曲軸常采用的曲柄外形有橢圓形，圓形和矩形三種形式。其中乳化液泵采用圓形，其特點是：結構簡單，有利于曲軸平衡；加工方便；但材料利用率次于橢圓形曲柄。成形方法：一般為鍛造成形，也有用棒料車削而成的。這種曲軸外形適用于小批量生產(chǎn)各種類型泵，特別是多支承曲軸圓形曲柄可兼作中間支承頸。曲柄設計原則總是盡肯能的將曲柄不影響強度的多余金屬去掉，以減少曲柄重量，減少旋轉慣性質量。當泵工作時，軸頸與曲柄頸連接處最容易形成應力集中，而導致曲軸早期破壞，因此在此處采用圓滑過渡的圓角以提高曲軸的疲勞強度。過渡圓角常見形式有單圓弧過渡圓角和雙圓弧圓角、內凹過渡圓角。乳化液泵采用最常見的是過渡圓角，我設計采用單圓弧過渡。這種過渡圓角的特點是：可減少軸頸與曲軸相連處的應力集中，疲勞強度較高，并便于軸頸和圓角部分的加工。其中r=(0.05-0.1)D式中D為曲柄頸直徑。r1≥t1,t1由具體結構決定，但不應小于2mm。圓角面光潔度0.8。過渡圓角設計是應注意：①圓角半徑越大，應力集中就越小，曲軸疲勞強度就越高；但軸頸有有效工作長度變短且圓角制造質量也難保證，因此應合理選取。②軸頸圓柱面和過渡圓角表面應為一次磨成，保證銜接處過渡平滑。對重要曲軸、圓角表面應施以滾壓，以提高疲勞強度的范圍。③同一曲軸上的圓角，包括軸頸突然變化處的圓角r1應盡量取同一圓角半徑，以利于加工。軸前端一般與皮帶輪、齒輪、聯(lián)軸器等連接，連接必須可靠。軸端見形式是：前端多為圓柱體或圓錐體，后端多為圓柱體。圓柱軸端加工方便，但拆卸較困難。圓柱面配合一般為H7/K6、H7/js6，光潔度0.8。軸端有中心孔，一般取GB145-1985選取60度中心孔。①曲軸各部件的尺寸和形狀應在保證強度和剛度的條件下確定，不影響強度和剛度的部件只要是制造工藝允許并易于實現(xiàn)的就應當去掉，以便于減輕重量。另外工作表面尺寸應考慮到相關文件（軸承內孔等）尺寸和尺寸數(shù)列的標準化，最后進行圓整；②曲柄、曲軸頸尺寸和形狀、曲柄半徑、曲柄間錯角以及曲柄頸軸間距應均等，兩主軸頸間距也盡可能小，并盡量使主軸間距小的同時盡可能（減?。ηS幾何中心的不對稱，以利于泵運轉是慣性力矩的平衡。③曲軸各工作表面過渡圓角在條件允許下應力要求做好表面硬化處理并有足夠的尺寸精度和表面光潔度以減少應力集中，提高各工作表面耐磨性和疲勞強度。④曲軸各部件形狀尺寸選擇還應考慮到制造和拆裝維修方便。如下圖。圖3由于型乳化泵為低速泵，曲軸材料選用45鋼;?、偾S個軸段直徑的確定由d得軸段L的直徑最小調心滾子軸承，其，故取軸段K、A直徑，軸段J、B為軸肩，所以，軸段I、C、E、G為軸柄，軸段D、F、H為軸拐的直徑，它與連桿大頭連接，其直徑應當有連桿大頭內徑來定，所以確定其內徑。②曲軸各軸段長度的確定軸段L安裝大齒輪，所以其長度為125mm,軸段A、K安裝調心滾子軸承，故取該軸段長度為52mm，所以；為保證齒輪端面與箱體內壁不相碰，齒輪端面與箱體內壁間就留有一定間距，取間距為10mm，為保證軸承安裝在想體軸承座孔中，并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內壁的距離為2mm，所以軸段B、J長度為12mm；軸段C、I為曲軸中的短臂，根據(jù)計算出的b值確定其長度為75mm；為了防止連桿與曲軸端面不相碰，連桿徑與曲柄之間應當留有一定的間隙，取間隙為2mm；軸段D、F、H為連桿徑，它與連桿大頭連接，所以其長度應當由連桿大頭的厚度來定，取其長度為86mm；軸段E、G為曲軸的長臂，根據(jù)b值取該段的長度為80mm.如下圖（二）.曲軸的受力分析及其校核曲軸的受力十分復雜。除了作用在曲軸上的重力是恒定不變的，其他如連桿力、慣性力、原動機驅動扭矩和支座外力間的縱向、橫向、扭轉振動慣性矩都將隨著轉動角的變化而變化。此外，曲軸還要受到支座變形、加工不同軸度、使用中因軸徑磨損等原因造成的附加載荷。要想把曲軸所有受立情況考慮進去，是很難做到的。在實際分析、計算時，常常是忽略那些次要的因素，抓住主要因素予以考慮。為此，在分析、計算曲軸受力，通常做下列假設：1.把多支承曲軸看作是以住軸承中點分開的分段的簡支梁并把曲軸視為絕對剛性系統(tǒng)；2.把主軸頸中點既看成是支承點，又看成是集中支承力的作用點；3.連桿力和旋轉慣性力，看作是集中力并作用在曲軸頸中點；4.略去除作用在軸頸上的其它各連聯(lián)間作用力的影響，也略去因加工精度，裝配質量以及因使用后磨損、熱變形等造成的附加載荷。除此之外，當柱塞力很大時，在計算是也可以略去重力和摩擦力。根據(jù)以上假設對PRB6曲軸進行受力分析與計算，它的主要參數(shù)如下：最大設計流量：最大設計排壓：曲軸轉速：柱塞行程：十字頭質量：連桿質量：柱塞質量：在上述假設條件下，作用在兩支承點三拐曲軸上的力有：作用在曲柄頸中點的集中力——（切向力和徑向力和旋轉慣性力）；作用在主軸上的支承反力、；作用在輸入主軸頸上的總扭矩M。坐標系的選擇：在兩主軸頸支承力作用點處選取固定坐標系X-Y-Z；X軸前后軸向前端（A點）為正方向。Y軸垂直向上，按右手法則確定Ⅰ曲軸前后兩端以外的坐標，將隨曲軸旋轉而轉動，X軸將始終處于任一曲拐作用的平面內，并沿曲柄中心線從前端順次移動，Y軸將和X軸一樣，始終處在任一曲拐所在平面內，并按右手法則與X軸垂直，Z軸自然應始終垂直于各曲拐所在的平面并與X、Y軸保持右手法則的關系。作用在任一曲柄上的外力如下圖所示：作用于主軸頸上的支承反力、以及力矩M和各尺寸如下圖3所示曲軸坐標系的選擇如下圖4所示圖43.曲軸的內力計算曲軸內力的計算任務在于確定各預選截面的彎矩、扭距和軸向力，為以后強度校核提供依據(jù)。4.曲軸外力計算往復慣性力其中低速泵取大值旋轉慣性力柱塞力（，為泵的最大排壓）（，計算時設）綜合柱塞力連桿力由《往復泵設計》表4-4查得徑向力由表4-6查得切向力由表4-5查得輸入扭矩在坐標z向的投影在坐標y向的投影軸前端C點處的載荷（由傳動方式造成的附加載荷）軸前端A點的支反力軸尾端B點的支反力支反力在垂直于曲柄中線方向的投影支反力在平行于曲柄中線方向的投影在垂直于曲柄中線方向的投影在平行于曲軸中線方向的投影在垂直于曲柄中線方向的投影在垂直于曲拐中線方向的投影在平行于曲柄中線方向的投影在平行于曲拐中線方向的投影在垂直于Ⅰ，Ⅱ曲柄銷中線連線方向的投影在垂直于Ⅰ，Ⅱ曲柄銷中線連線方向的投影由以上公式計算數(shù)據(jù)列入下表得2268-1134-113424432443244300-11342268-1163226837005323747110-851047110015995-20542-63294426832575-4817-6329-106881701620953-14625481735929-4074525802-3061815995-13478-2516-2054247901575244268-26305-1796332575-20458-1211600-376894079-322821759-2355-176321759-2355-2355由于曲軸是承受交變載荷，其破壞形式多半是由疲勞引起的，因此，在通常的情況下，應按疲勞強度校核。為了簡化計算過程，往往把曲軸所受載荷看成是內應力幅等于最大內應力的對稱循環(huán)載荷，略去應力集中和尺寸系數(shù)對計算結果的影響而代之以選用較大的安全系數(shù)，這樣一來，就可使復雜的疲勞強度校核具有靜強度校核的簡單形式，即用靜強度校核代替疲勞強度校核；由于曲軸上各軸頸與曲柄相接的過度圓角處存在著高度的應力集中，也是曲軸最容易產(chǎn)生疲勞破壞的地方，因此，在類似于這些地方，有是就必須采用包括考慮應力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)在內的疲勞強度校核了。①.靜強度校核靜強度校核的一般式為兩支點三拐曲軸軸頸上各截面應力計算有如下特點：沒有軸向()繞z軸和繞y軸的抗彎斷面模數(shù)相等且與繞x軸的抗扭斷面模數(shù)存在這樣的關系：上式中因此靜強度校核一般式寫為式中——分別是校核截面繞y軸繞z軸的彎矩和繞x軸的扭矩；——分別是校核截面繞z軸的抗彎斷面模數(shù)和繞x軸的抗扭斷面模數(shù)。==——曲軸材料的對稱彎曲疲勞強度，當曲軸材料為45號鋼時，；由以上數(shù)據(jù)計算得。②.疲勞強度校核對于曲軸上必須考慮應力集中的截面，應校核疲勞強度。對于9點截面，內力大，也有過渡圓角，下面對9點截面計算疲勞強度校核。疲勞強度校核的一般式為：校核截面在曲軸旋轉一周的過程中繞z軸的最大彎矩、最小彎矩和繞x軸的最大扭矩和最小扭矩：對于截面9對應的相位是對應相位是由《往復泵設計》表5-13得則則對應的相位是對應的相位是則=則由以上計算得由表5-14得45號鋼由《往復泵設計》圖5-41得由圖5-40得由《往復泵設計》表5-12得45號鋼由以上計算數(shù)據(jù)得取把得截面9的疲勞強度符合要求，此處的截面應力最大，因此其他截面與此相似，符合要求。六柱塞的選擇及計算（一）柱塞密封材料、尺寸的選擇由《中國機械設計大典》表26.1-1和表26.4-1選取軟填料密封中的積層填料密封，其特點是石棉或帆布涂橡膠后疊合或卷饒加熱加壓成型，其密封性能好，主要用作往復泵和閥桿的密封，也可用于水壓機的柱塞桿密封。由《中國機械設計大典》表26.4-4。泵類產(chǎn)品選用封液式密封箱。已知柱塞直徑，由《中國機械設計大典》表26.4-5可得填料截面寬度因為往復柱塞的壓力＞10MPa，所以填料圈數(shù)或更多選選用有封液環(huán)的填料箱，填料箱深度：填料壓蓋法蘭厚度：壓蓋螺栓載荷：（石棉類填