發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系水泵設(shè)計(jì)

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1、 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系水泵設(shè)計(jì)摘要隨著各式各樣的汽車類層出不窮，什么輕快敏捷的轎車，環(huán)城的公交車以及載貨跑長(zhǎng)途的重型卡車等等。所有的車都有一個(gè)相同的特點(diǎn)，都必須有一個(gè)完整的冷卻系統(tǒng)，一般采用的方法都是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵進(jìn)行水循環(huán)進(jìn)行冷卻，我們主要應(yīng)用離心泵，離心泵主要有流量，揚(yáng)程，轉(zhuǎn)速，比轉(zhuǎn)數(shù)等基本參數(shù)。水泵的設(shè)計(jì)包括對(duì)其總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，葉輪的設(shè)計(jì)，渦室的設(shè)計(jì)，進(jìn)出口管的設(shè)計(jì)及其他零件的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用三維建模軟件UG，對(duì)冷卻水泵的各個(gè)零部件進(jìn)行建模，并完成最后的裝配設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞冷卻系統(tǒng)，離心泵，設(shè)計(jì)，UGEngine cooling pump designAbstract：With the end

2、less variety of car classes, what light and agile car, around the city by bus and heavy-duty trucks, and so laden long distances. All cars have the same characteristics.They must have a complete cooling system. Our general approach is driven by the engine cooling water pump for water circulation. Ou

3、r main application centrifugal pumps, centrifugal pumps are flow, head rise, speed, and other basic parameters than the number of revolutions. Pump design includes its overall structural design, design of the impeller, the design of the vortex chamber, the design of inlet and outlet tubes and other

4、parts of the design. Through this design, so I have a comprehensive understanding of the structure and working principle of centrifugal pumps as well as the emergence and operation of the process of using some of the problems that may arise.Key words:Cars，Cooling system，Centrifugal pumps，Design，UG -

5、 II -目 錄目 錄I1.緒論11.1泵的概述11.1.1水泵的作用11.1.2水泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理11.2離心泵的基本理論知識(shí)21.2.1離心泵的主要零件21.2.2離心泵的結(jié)構(gòu)形式41.2.3離心泵的主要性能參數(shù)61.2.4離心泵的汽蝕問(wèn)題82.冷卻水泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)112.1計(jì)算參數(shù)及要求和結(jié)構(gòu)形式的確定112.2泵軸及其支承的設(shè)計(jì)計(jì)算122.2.1泵軸設(shè)計(jì)計(jì)算122.2.2軸承的選擇143.冷卻水泵水力設(shè)計(jì)計(jì)算163.1基本參數(shù)163.2葉輪參數(shù)計(jì)算163.3渦室參數(shù)計(jì)算203.4進(jìn)出水管參數(shù)計(jì)算224.冷卻水泵主要通用零部件的選擇244.1正確選用離心泵主要通用零部件的重要性2

6、44.2軸封的選擇244.2.1機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn)254.2.2作用在密封面上的力254.2.3密封面間的液膜264.2.4機(jī)械密封的安裝264.2.5機(jī)械密封的冷卻和沖洗274.2.6機(jī)械密封的材料選擇275.冷卻水泵的三維建模295.1冷卻水泵各零件的建模295.1.1葉輪的三維建模295.1.2渦室的三維建模325.1.3泵軸的三維建模385.2冷卻水泵的裝配416.結(jié)論43致謝44參考文獻(xiàn)451.緒論1.1泵的概述1.1.1水泵的作用隨著各式各樣的汽車類層出不窮，什么輕快敏捷的轎車，環(huán)城的公交車以及載貨跑長(zhǎng)途的重型卡車等等。所有的車都有一個(gè)相同的特點(diǎn)，都必須有一個(gè)完整的冷卻系統(tǒng)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)

7、機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提供功率的同時(shí)，一定產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，使機(jī)體降溫，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)就會(huì)影響機(jī)器的性能，必須將溫度降下來(lái)，一般采用的方法都是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵進(jìn)行水循環(huán)進(jìn)行冷卻。那么水泵的功用就是對(duì)冷卻液加壓，保證其在冷卻循環(huán)中循環(huán)流動(dòng)。1.1.2水泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用離心式水泵如下圖1.1。其基本結(jié)構(gòu)由水泵冷卻殼體，水泵軸及軸承，水泵葉輪和水封裝置等零件構(gòu)成。圖1.1 冷卻水泵的示圖發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)水泵軸傳動(dòng)，水泵軸帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，水泵中的冷卻液被葉輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下被甩向水泵殼體邊緣，同時(shí)產(chǎn)生一定的壓力，然后從出水管流出，在葉輪的中心處由于冷卻液被甩出而壓力下降，散熱

8、器中的冷卻液在水泵進(jìn)口與葉輪中心的壓差作用下經(jīng)水管流入葉輪，實(shí)現(xiàn)冷卻液的往復(fù)循環(huán)。支撐水泵軸的軸承用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，因此要防止冷卻液泄露到潤(rùn)滑脂造成潤(rùn)滑脂乳化，同時(shí)還要防止冷卻液的泄露，密封圈與軸通過(guò)過(guò)盈配合裝在葉輪與軸承之間，使密封座緊緊的靠在水泵的殼體上達(dá)到密封冷卻的目的。水泵殼體上還有泄水孔，位于水封之前，一旦有冷卻液漏過(guò)水封，可從泄水孔泄出，以防止冷卻液進(jìn)入軸承破壞軸承潤(rùn)滑，如果發(fā)動(dòng)機(jī)停止后仍有冷卻液漏出，則表明水封已經(jīng)損壞。水泵的驅(qū)動(dòng)一般由曲軸通過(guò)V帶驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)帶環(huán)繞在曲軸帶輪和水泵帶輪之間，曲軸一轉(zhuǎn)水泵也就跟著轉(zhuǎn)。葉輪由鑄鐵或塑料制造，葉輪上通常有68個(gè)徑向直葉片或后彎葉片。水泵殼體由

9、鑄鐵或鑄鋁制成，進(jìn)、出水管與水泵殼體鑄成一體。因?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)上的水泵是采用離心式的，所以設(shè)計(jì)時(shí)完全可以按照離心泵的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)。1.2離心泵的基本理論知識(shí)離心泵依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)液體的作用把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給液體。由于離心泵的作用液體從葉輪進(jìn)口流向出口的過(guò)程中，其速度和壓力都能增加，被葉輪排出的液體經(jīng)過(guò)壓出室，大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這是葉輪進(jìn)口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）作用下，被壓入葉輪的進(jìn)口，于是旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷的吸入和排出液體。流量在520000m/h，揚(yáng)程在82800m的范圍內(nèi)，使用離心泵是比較合適的。因?yàn)樵诖诵阅?/p>

10、范圍內(nèi)，離心泵具有轉(zhuǎn)速高，體積小，重量輕，效率高，流量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能平穩(wěn)，容易操作和維修等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐表明，離心泵的產(chǎn)值是泵類產(chǎn)品中最高的。離心泵有其長(zhǎng)處，但也有其不足之處。離心水泵的實(shí)際使用效率低，還有實(shí)際使用時(shí)流量隨壓力而變，對(duì)轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)格，單級(jí)揚(yáng)程較低，啟動(dòng)前泵內(nèi)要灌滿液體，而且液體黏度對(duì)泵性能也有很大影響，只能用于精度近似于水的液體，對(duì)于某一定流量的離心泵，有一個(gè)相應(yīng)的黏度極限，如果液體超過(guò)了這個(gè)黏度極限，泵的效率會(huì)迅速降低，甚至無(wú)法工作。1.2.1離心泵的主要零件離心泵結(jié)構(gòu)形式雖然很多，但是由于作用原理相同，所以零部件的形狀是相似的，其主要部件有以下幾種：（1）葉輪葉輪是將

11、來(lái)自原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體的零件，液體流經(jīng)葉輪后能量增加，葉輪一般由前蓋板，后蓋板葉片和輪轂組成，這種葉輪叫閉式葉輪；如果葉輪沒(méi)有前蓋板就叫半開(kāi)式葉輪，如圖1.2（a)閉式葉輪 （b)半開(kāi)式葉輪圖1.2 葉輪（2）吸入室吸入室的作用是使液體以最小的損失均勻地進(jìn)入葉輪。吸入室主要有三種結(jié)構(gòu)形式：錐形管吸入室，環(huán)形吸入室和半螺旋形吸入室。（3）壓出室壓出室的作用是以最小的損失，將從葉輪中流過(guò)的液體收集起，均勻地引至泵的吐出口或次級(jí)葉輪，在這個(gè)過(guò)程中，還將液體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成為壓力能。壓出室主要有以下幾種類型：螺旋形渦室，環(huán)形壓出室，徑向?qū)~、流道式導(dǎo)葉和扭曲葉片式導(dǎo)葉等。離心泵的葉輪，吸入室，壓

12、出室以及泵的吐出和吸入稱為泵的過(guò)流部件，過(guò)流部件形狀和材質(zhì)的好壞是影響泵的性能，效率和壽命的主要因素之一。（4）密封環(huán)由于葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)將能量傳遞給液體，所以在離心泵中形成了高壓區(qū)和低壓區(qū)，為了減少高壓區(qū)液體向低壓區(qū)流動(dòng)，在泵體和葉輪上分別安裝了兩個(gè)密封環(huán)，裝在泵體上的叫泵體密封環(huán)，裝在葉輪上的叫葉輪密封環(huán)，常用密封環(huán)如圖1.3（a）普通圓柱形 （b）迷宮型 （c）鋸齒形圖1.3 密封環(huán)的形式（5）軸封機(jī)構(gòu)在泵軸伸出泵體外，旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體之間有軸封機(jī)構(gòu)。離心泵的軸封機(jī)構(gòu)由兩個(gè)作用：減少有壓力的液體流出泵體外和防止空氣進(jìn)入泵體內(nèi)。離心泵中常用的軸封機(jī)構(gòu)有四種結(jié)構(gòu)形式：有骨架的橡膠密封，填料密

13、封，機(jī)械密封和浮動(dòng)環(huán)密封等。（6）軸向力平衡機(jī)構(gòu)泵在運(yùn)行中由于作用在轉(zhuǎn)子上的力不對(duì)稱就產(chǎn)生了軸向力，單級(jí)泵主要采用平衡孔或者平衡管來(lái)平衡軸向力；多級(jí)泵一般用平衡鼓或平衡盤(pán)平衡軸向力。(7)皮帶輪皮帶輪在水泵中是一個(gè)很重要的零部件，它主要的作用是帶動(dòng)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，使水泵正常的工作。在這次的設(shè)計(jì)中，我使用的是梯形皮帶帶動(dòng)方式，梯形橫截面鑲嵌在V型皮帶輪中，隨著皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，V型皮帶會(huì)被卡在皮帶輪中，從而通過(guò)強(qiáng)大的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力，這樣設(shè)計(jì)的好處是運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)沒(méi)有噪音，而且便于更換。(8)中心軸中心軸與皮帶輪的帶動(dòng)方式我采用的是銷子，固定方式則是螺母固定，這樣的帶動(dòng)以及固定方式減少了對(duì)皮帶輪的加工，切削，有

14、力的保證了皮帶輪堅(jiān)固性，也加強(qiáng)了皮帶輪的安裝穩(wěn)定性，使水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定以及可靠。離心泵除了以上幾種主要零部件以外，還有泵軸，軸承體，托架，支架，聯(lián)軸器等主要零部件。1.2.2離心泵的結(jié)構(gòu)形式離心泵的結(jié)構(gòu)形式基本上可以按軸的位置分為臥式和立式兩大類，再根據(jù)壓出室形式，吸入方式和葉輪級(jí)數(shù)又分為：泵的結(jié)構(gòu)形式很多，現(xiàn)將上表中最常遇到的幾種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)述如下：(1)單吸單級(jí)泵單吸單級(jí)泵的用途很廣泛，在工農(nóng)業(yè)各個(gè)部門(mén)均有采用，一般流量在5.5300m/h，揚(yáng)程在81500m范圍內(nèi)都用這種泵。泵軸的一端在托架內(nèi)用軸承支承，另一端懸出稱為懸臂泵。軸承可以用機(jī)油潤(rùn)滑，也可以用黃油潤(rùn)滑，油封機(jī)構(gòu)可以采用機(jī)械密封

15、，也可以采用填料密封和浮動(dòng)環(huán)密封，對(duì)于較小的泵還可以采用有骨架的橡膠密封，在葉輪上一般均有平衡孔平衡軸向力，這種泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，零部件少，易于加工，產(chǎn)量也比較大。（2）雙吸單級(jí)泵雙吸單級(jí)泵在工業(yè)和農(nóng)業(yè)各部門(mén)使用也比較廣泛，產(chǎn)量也比較大。雙吸單級(jí)泵實(shí)際上等于將兩個(gè)相同的葉輪背靠背裝在一根軸上，并聯(lián)的工作，所以這種泵不但流量大，而且能自動(dòng)平衡軸向力。雙吸單級(jí)泵一般采用半螺旋形吸水室，泵體水平中開(kāi)，大泵一般采用滑動(dòng)軸承，小泵采用滾動(dòng)軸承。軸承裝在泵的兩側(cè)，工作可靠，維修方便打開(kāi)泵蓋后即可將整個(gè)轉(zhuǎn)子取出，我國(guó)的雙吸單級(jí)泵一般流量在12020000m/h，揚(yáng)程在10110m范圍內(nèi)。（3）渦殼式多級(jí)

16、泵采用螺旋形壓出室的泵俗稱渦殼泵。把幾個(gè)渦殼泵裝在一根軸上，串聯(lián)地工作，就叫渦殼式多級(jí)泵，這種泵一般采用半螺旋形吸入室，每個(gè)葉輪均有相應(yīng)的螺旋形壓出室，泵體水平中開(kāi)，吸入口和吐出口都鑄在泵體上，檢修是非常方便，不用拆卸吸入和吐出管路，只要把上泵體取下，即可取去整個(gè)轉(zhuǎn)子，將備用轉(zhuǎn)子放入即可工作。另一方面，由于葉輪對(duì)稱布置，自動(dòng)平衡軸向力，所以一般渦殼式多級(jí)泵不需要平衡機(jī)構(gòu)。缺點(diǎn)是：渦殼式多級(jí)泵較同性能的分段式多級(jí)泵體積大，鑄造和加工的技術(shù)要求也比較高。這種泵主要用于流量較大揚(yáng)程較高的城市給水，礦山排水和輸油管線等，其性能范圍一般流量為4501500m/h，揚(yáng)程為100150m。吐出壓力高的渦殼式

17、多級(jí)泵，壓力可達(dá)18MPa左右。1.2.3離心泵的主要性能參數(shù)（1）流量流量又叫做排量，揚(yáng)水量，是泵在單位時(shí)間內(nèi)排出液體的數(shù)量，有體積單位和重量單位兩種表示法。體積流量用Q表示，單位為m/s、m/h和L/s等；重量流量用G表示，單位為t/h、kg/s等；重量流量G和體積流量Q的關(guān)系為：G=Q式中：液體重度（kg/m）（2）揚(yáng)程單位重量液體通過(guò)泵后所獲得的能量俗稱揚(yáng)程，又叫總揚(yáng)程或全揚(yáng)程，用H表示，其單位為米液柱（m），簡(jiǎn)稱米對(duì)于高壓泵，有時(shí)也近似地用泵的出口和入口的壓力差（p-p）表示揚(yáng)程的大小，此時(shí)揚(yáng)程的表達(dá)式為：H=式中p泵的出口壓力（kg/cm） p泵的入口壓力（kg/cm）（3）轉(zhuǎn)速離

18、心泵的轉(zhuǎn)速離心泵的轉(zhuǎn)速是指泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，用n表示，單位為r/min。功率泵的功率可分為有效功率和軸功率，有效功率系指泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流體所做的功，也就是泵傳遞給流體的功率，用符號(hào)P表示，單位為kW。式中:為流體的密度kg/m;g為重力加速度m/s;Q為流量L/min;H為揚(yáng)程m。軸功率系指原動(dòng)機(jī)傳遞給泵軸的功率，用符號(hào)P表示，單位為kw。該軸功率可通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。也可以在已知泵的總效率的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算:式中:為泵的總效率。 由于在泵的內(nèi)部存在各種損失，因而軸功率不可能完全傳給流體，所以有效功率始終小于軸功率，即PP。 （4）比轉(zhuǎn)數(shù)在離心泵的水力設(shè)計(jì)中，常常是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)Q、H、n來(lái)選

19、擇模型泵，兩臺(tái)相似的泵，將在相似的工況下的性能參數(shù)代入公式：計(jì)算出來(lái)的數(shù)值是相同的。通常把這個(gè)數(shù)值稱為離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示：n=n有這樣的性質(zhì)，對(duì)于一系列幾何相似的泵，在相似的工況下n值都相等。所以，就可以用最佳工況的n值作為這一系列幾何相似泵的特征數(shù)或判別數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)的概念最初在水輪機(jī)中應(yīng)用，為了使離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)與水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)一致，經(jīng)過(guò)單位換算后，得：顯然，=3.65 n，和n在本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，只是在數(shù)值上相差3.65倍而已。離心泵上習(xí)慣用表示比轉(zhuǎn)數(shù)。1.2.4離心泵的汽蝕問(wèn)題（1）離心泵中汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生過(guò)程如果泵在運(yùn)行中產(chǎn)生了噪音和震動(dòng)，并伴隨有流量、揚(yáng)程和效率的降低，有時(shí)甚至不能工作

20、，當(dāng)檢修這臺(tái)泵時(shí)，常?？梢园l(fā)現(xiàn)在葉片入口邊靠近前蓋板處和葉片入口邊附近有麻點(diǎn)或蜂窩狀破壞。嚴(yán)重到整個(gè)葉片和前、后蓋板都有這種情況，甚至葉片和蓋板被穿透，這就是由于汽蝕所引起的破壞。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中，有很多泵都是由于汽蝕所損壞的。汽蝕又稱為空蝕，它是在一定條件下由于液體和氣體的相互作用引起的。泵通過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)液體作功，是液體能量（包括動(dòng)能和壓能）增加，在相互作用過(guò)程中，液體的速度和壓力是變化的。通常，離心泵葉輪入口處是壓力最小的地方，如果這個(gè)地方液體的壓力等于或低于在該溫度下液體的汽化壓力P，就會(huì)有蒸汽及溶解在液體的氣體從液體中大量溢出，形成許多蒸汽與氣體混合的小泡。這些小泡隨液體流道高壓區(qū)時(shí)，由

21、于氣泡內(nèi)是汽化壓力，而氣泡周圍壓力大于汽化壓力，產(chǎn)生了壓差，在這個(gè)壓差的作用下，氣泡受壓破裂而重新凝結(jié)，在凝結(jié)過(guò)程中，液體質(zhì)點(diǎn)從四周向氣泡中心加速運(yùn)動(dòng)，在凝結(jié)的一段時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，產(chǎn)生很大的局部壓力。這些氣泡如果在金屬表面附近破裂而凝結(jié)，則體質(zhì)點(diǎn)就會(huì)像無(wú)數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)打擊在金屬表面上。壓力很大，頻率很高的連續(xù)打擊下，金屬表面逐漸因疲勞而破壞，通常把這種破壞稱為剝蝕。在所產(chǎn)生的氣泡中還雜有一些活潑氣體（如氧等），借助氣泡凝結(jié)時(shí)所放出來(lái)的熱量，対金屬起化學(xué)腐蝕作用?；瘜W(xué)腐蝕與機(jī)械剝蝕的共同作用，就更加快了金屬損壞速度，這種現(xiàn)象較汽蝕破壞現(xiàn)象。離心泵在嚴(yán)重汽蝕狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生汽蝕部位很快就

22、會(huì)被破壞成蜂窩狀或海綿狀。離心泵開(kāi)始發(fā)生汽蝕時(shí)，汽蝕區(qū)域較小，對(duì)泵正常工作沒(méi)有明顯的影響，在泵性能曲線上也沒(méi)有明顯反映。但當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時(shí)，氣泡大量產(chǎn)生，影響液體的正常流動(dòng)，甚至造成液流間斷，發(fā)生震動(dòng)和噪音，同時(shí)泵的流量、揚(yáng)程和效率明顯下降，在泵性能曲線上也有明顯表現(xiàn)。汽蝕不但使泵的性能下降，產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，而且使泵的壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)使泵無(wú)法工作，所以，研究汽蝕過(guò)程的客觀規(guī)律，提高離心泵抗汽蝕性能，以及研究抗汽蝕破壞的材料，是離心泵技術(shù)發(fā)展的重要研究項(xiàng)目之一。吸上真空度對(duì)一般中小型臥式離心泵來(lái)說(shuō)泵軸心線距頁(yè)面的垂直高度叫幾何吸上高度，或稱幾何安裝高度，以H表示。泵的幾何吸上高度不可能無(wú)限

23、地提高，從離心泵的工作原理可知，泵能把低處液體吸到高處，是因?yàn)橐后w在葉輪離心力的作用下被甩出葉輪，而在葉輪吸入處造成真空度，貯水池中的液體，在液面壓力作用下經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)。因此，泵的吸上高度與泵吸入口處真空度、液面壓力、吸入管路的速度、阻力及被抽液體的重度有關(guān)。（2）汽蝕余量泵的允許吸上真空度是隨泵使用地點(diǎn)的大氣壓，吸入管路中的阻力和流速，以及所抽送液體的性質(zhì)和溫度的不同而變化的。所以使用時(shí)不太方便，需引進(jìn)一個(gè)表示泵汽蝕性能的參數(shù)，這就是汽蝕余量。汽蝕余量分為裝置汽蝕余量或稱為必須的汽蝕余量和泵的汽蝕余量或稱為有效的汽蝕余量。裝置汽蝕余量的意義表示：泵吸入口處單位重量的液體所具有的超過(guò)汽化

24、壓力的富余能量。而這富裕能量包括壓力能和動(dòng)能，由于動(dòng)能較小，所以主要是壓力能。裝置汽蝕余量單位以米液柱高度表示。裝置汽蝕余量越大，這樣使泵不容易產(chǎn)生汽化，水泵不會(huì)發(fā)生汽蝕。裝置汽蝕余量并不能表示泵的汽蝕性能的好壞。因?yàn)檠b置汽蝕余量?jī)H指液體從吸水池吸入口處所具有的超過(guò)汽化壓力的能量，而泵吸入口處的液體壓力并不是泵內(nèi)液體壓力的最低處。因?yàn)橐后w自泵的吸入口流到葉輪的過(guò)程中還有能量損失，壓力還要降低。因而要表示泵的性能需要的是泵的汽蝕余量。（3）汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)在設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，除了考慮水泵的參數(shù)（揚(yáng)程、流量、功率、效率、轉(zhuǎn)速）以外，還要有一個(gè)能表示水泵汽蝕性能，而又與泵的設(shè)計(jì)參數(shù)有聯(lián)系的綜合性參數(shù)，作為比較

25、泵汽蝕性能和選擇模型泵的依據(jù)。最小汽蝕余量的大小與泵入口幾何形狀及液體流動(dòng)情況密切相關(guān)。利用水力學(xué)中相似原理，引出一個(gè)新的參數(shù)c來(lái)表示離心泵的最小汽蝕余量與泵設(shè)計(jì)參數(shù)間的關(guān)系：式中n水泵的轉(zhuǎn)速；Q離心泵流量，對(duì)雙吸式水泵應(yīng)以Q/2代入；泵的最小汽蝕余量。（4）提高離心泵抗汽蝕性能的措施I改進(jìn)葉輪入口的幾何形狀A(yù). 采用雙吸葉輪B. 采用較低的葉輪入口速度C. 增大葉片入口邊寬度D. 適當(dāng)選擇葉片數(shù)和沖角II采用抗汽蝕材料一般來(lái)說(shuō)，零件表面越光，材料強(qiáng)度和韌性越高，硬度和化學(xué)穩(wěn)定性越高，則材料抗汽蝕性能也越好。III采用誘導(dǎo)輪提高泵的抗汽蝕性能在離心泵葉輪前加誘導(dǎo)輪能提高泵的汽蝕性能，而且效果很

26、明顯。誘導(dǎo)輪是螺旋型的螺旋外徑的螺旋角較小，內(nèi)徑處的螺旋角較大，以保證螺旋的導(dǎo)程相等。2.冷卻水泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1計(jì)算參數(shù)及要求和結(jié)構(gòu)形式的確定我選擇長(zhǎng)城汽車的GW4G15型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵作為模型設(shè)計(jì)計(jì)算。（1）發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)缸徑D：75mm行程S：84mm排量V：1.497L最大功率N/n：78kw/6000 r/min最大扭矩M/n：138Nm/4200 r/min（2）水套散熱量U對(duì)于高速、四沖程、中小缸徑、非增壓、自然吸氣式汽油機(jī)，?。?0.27，=0.28kg/(kwh)，N=78kw，=43000kJ/kg。由于該機(jī)帶有機(jī)油散熱器，散熱量需增加5%，故：= （3）冷卻液需要量Q

27、及設(shè)計(jì)流量Q該發(fā)動(dòng)機(jī)以清水作冷卻液（酌加防銹劑，冬季添加酒精），故：c4.19kJ/(kgC)，。此外，為保持發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，減小機(jī)件熱負(fù)荷，延長(zhǎng)機(jī)件壽命，?。?5.5，則=14.4（m/h）（4）水泵揚(yáng)程H本機(jī)缸數(shù)多，流道狹長(zhǎng)緊湊，而設(shè)計(jì)流量較大，為避免汽蝕，取H=10m。（5）水泵轉(zhuǎn)速n根據(jù)風(fēng)扇設(shè)計(jì)需要，并經(jīng)適當(dāng)協(xié)調(diào)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)（曲軸相應(yīng)轉(zhuǎn)速為6000 r/min）的水泵轉(zhuǎn)速確定為3000 r/min。（6）比轉(zhuǎn)數(shù)n2.2泵軸及其支承的設(shè)計(jì)計(jì)算離心泵軸選用45Mn2號(hào)鋼。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)45Mn2號(hào)鋼材料許用應(yīng)力。 2.2.1泵軸設(shè)計(jì)計(jì)算按照要求，我們?nèi)“l(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率N為78kw，水泵

28、轉(zhuǎn)速為3000r/min，水泵軸帶風(fēng)扇，泵軸支承跨局?jǐn)M定為38mm,帶輪中心離臨近支承的中心矩?cái)M定為16mm泵軸材料選用40Cr。（1）泵軸強(qiáng)度計(jì)算I確定水泵消耗功率P因泵軸一端帶有風(fēng)扇，取標(biāo)定功率Ne的7%為水泵消耗功率。P=7%Ne=5.46kW （2.1）II估算泵軸最小直徑d （2.2）III按軸線載荷分布和支承情況計(jì)算泵軸主要截面直徑按膠帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算得知:膠帶對(duì)泵軸的初拉作用力為160N，工作時(shí)作用在泵軸上的膠帶張力F為630N。A泵軸扭矩MB泵軸彎矩MC求合成彎矩D計(jì)算主要截面的軸徑(現(xiàn)僅計(jì)算支承部位截面直徑d)。 （2.3）根據(jù)加工、安裝，軸承承受能力等相關(guān)因素，將計(jì)算值逐段圓

29、整至標(biāo)準(zhǔn)直徑。本例各截面直徑為:兩軸承支承部位20mm，水封過(guò)渡部位17rnrn，葉輪安裝部位15mm。其中靠近帶輪的支承部位為危險(xiǎn)截面，需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。（2）泵軸強(qiáng)度的校核計(jì)算I泵軸受彎時(shí)的安全系數(shù)A應(yīng)力副式中，W為抗彎截面系數(shù)，W=0.1d，見(jiàn)冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.13。查取相關(guān)系數(shù)B彎曲安全系數(shù)II泵軸受扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù)A應(yīng)力副式中W為抗扭截面系數(shù)，見(jiàn)冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.13查取相關(guān)系數(shù)B扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)III計(jì)算彎扭合成安全系數(shù) （2.4）IV計(jì)算疲勞極限許用安全系數(shù)查冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.3得： 則：V校核結(jié)果泵軸支承處的軸徑選取20rnrn，可以滿足工作要求。2.2.2軸承的選擇（

30、1）軸承類型的選擇軸承類型選擇得是否恰當(dāng)，直接影響到軸承的壽命。軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。類型選擇時(shí)，一般情況下可作如下考慮。當(dāng)軸承承受純徑向載荷時(shí)，則選用向心軸承。高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，對(duì)于同規(guī)格、同精度等級(jí)的軸承，宜選擇球軸承。冷卻水泵軸承的載荷以徑向?yàn)橹?，軸向載荷并不大。如此，選擇向心球軸承或向心推力球軸承組合使用，是較為恰當(dāng)?shù)男问?。本次設(shè)計(jì)擬選擇向心球軸承。（2）軸承規(guī)格的選擇I當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷計(jì)算式中：為徑向載荷，為軸向載荷，X為徑向載荷系數(shù)，Y為軸向載荷系數(shù)，見(jiàn)冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.17II額定動(dòng)負(fù)荷計(jì)算 （2.5）式中：為速度系數(shù)，見(jiàn)冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.14

31、；為負(fù)荷系數(shù)，=1.01.2,無(wú)沖擊時(shí)取下限；為為壽命系數(shù)，見(jiàn)冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.16；為溫度系數(shù)，見(jiàn)冷卻水泵實(shí)用技術(shù)表6.15根據(jù)條件查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇型號(hào)為6204的深溝球軸承。III驗(yàn)算工作壽命L （2.6）式中：n為軸承轉(zhuǎn)速；C為額定動(dòng)負(fù)荷；為壽命指數(shù)，球軸承=3.0，滾子軸承=3.33所選用軸承負(fù)荷要求。（3）滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承是否能正常工作與軸承潤(rùn)滑情況密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，被輸送液體的溫度在80以下，轉(zhuǎn)速在2950r/min以下的小型泵，可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。如果轉(zhuǎn)速較高，功率較大或被愉送液休的溫度超過(guò)80時(shí)，一般均用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。本次設(shè)計(jì)采用深溝球軸承，深溝球軸承可以平衡一

32、部分軸向力，在轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)可用來(lái)承受純軸向載荷，來(lái)提高軸承壽命。（4）滾動(dòng)軸承安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題I因?yàn)闈L動(dòng)體不經(jīng)過(guò)內(nèi)圈直接與軸相連，所以裝軸承處的軸的表面質(zhì)量一定要好，而且滾動(dòng)體直接與軸進(jìn)行摩擦，軸表面一定要進(jìn)行淬火處理以提高耐磨性。II與外圈配合的軸承采用過(guò)盈配合。III軸承的壽命在很大程度上取決于潤(rùn)滑油的質(zhì)量和安全油的位置。油位太高會(huì)引起軸承發(fā)熱，一般油室的油面不高于最下部的滾珠中心附近。3.冷卻水泵水力設(shè)計(jì)計(jì)算3.1基本參數(shù)流量Q為，揚(yáng)程H為10m，轉(zhuǎn)速n為3000（r/min），比轉(zhuǎn)數(shù)n為3.2葉輪參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖3.1圖3.1 葉輪簡(jiǎn)圖（1）軸孔直徑d按內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵水封系列，軸孔直

33、徑應(yīng)按下列尺寸選取：0.012，0.015，0.017，0.020，0.025m參考同類型冷卻水泵的實(shí)際數(shù)據(jù)選取d=0.020m。（2）輪轂直徑d（3）進(jìn)水環(huán)面當(dāng)量直徑D，取K=5.5式中：K=4.25.5，上限屬汽蝕要求高的，下限屬運(yùn)行參數(shù)要求高的。此處，應(yīng)特別注意的是:普通離心泵的K值是在常溫清水的條件下取得的，故冷卻水泵K宜稍大。（4）進(jìn)口直徑 （3.1）（5）葉片進(jìn)口邊直徑D若使葉輪進(jìn)口邊稍作延伸，將有利于葉片負(fù)荷的減軒，使汽蝕性能改善。（6）軸向進(jìn)水速度此時(shí)液體由泵殼吸入眼處沿軸向流往葉輪進(jìn)口，但尚未觸及葉片。在設(shè)計(jì)工況、一下，此處無(wú)回流，故可不計(jì)進(jìn)口容積效率;輪毅是否計(jì)及，則視具體

34、結(jié)構(gòu)而定。 （3.2）過(guò)低，將使進(jìn)口直徑過(guò)大，葉片能量交換部位相對(duì)減少，且使葉片進(jìn)口邊處回流增加，容積效率降低，流量、揚(yáng)程均難提高; 過(guò)高，則不利于汽蝕。=1.22.5m/s上限屬汽蝕要求及工作水溫較低的大泵。（7）徑向進(jìn)水速度此時(shí)液體由軸向轉(zhuǎn)至徑向，并處于剛觸及葉片入口邊的瞬間。括號(hào)內(nèi)上限屬小泵。如需改善汽蝕性能，可使適當(dāng)減小。對(duì)于大泵,由于其較大，為改善汽蝕，可取較小的/值。對(duì)常溫清水下工作的普通離心泵以較好;對(duì)高溫下工作的冷卻水泵，為改善汽蝕，應(yīng)使所以?。?=0.85=1.179m/s（8）進(jìn)口安裝角的選取，應(yīng)以保證葉片進(jìn)門(mén)過(guò)流斷面足夠?qū)挄碁樵瓌t，故小泵可適當(dāng)大一些。如上述數(shù)值仍不能保證

35、過(guò)流斷面的寬暢，可加大至=6070過(guò)大的將使葉片能量交換部位相對(duì)減少，揚(yáng)程不易提高。本次設(shè)計(jì)選取=70（9）葉片進(jìn)口高度bm （3.3）式中：為進(jìn)口容積效率。對(duì)于閉式葉輪：0.8；半開(kāi)式葉輪：0.7（10）葉片數(shù)ZZ=48,上限屬大泵，一般Z=6本次設(shè)計(jì)計(jì)算Z取6。（11）葉片厚度S對(duì)鑄造葉片：S=0.0030.005m，上限屬大泵。本次設(shè)計(jì)計(jì)算取S=0.003m（12）進(jìn)口排擠系數(shù) （3.4）（13）進(jìn)口軸面速度（14）進(jìn)口絕對(duì)速度進(jìn)口無(wú)預(yù)旋，如圖3.2，圖3.2 進(jìn)口角度示意圖（15）進(jìn)口圓周速度 （3.5）（16）進(jìn)口安裝角校核1液流角2沖角內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵因受種種限制，要求尺寸要小，并且

36、泵軸通常貫穿葉輪進(jìn)口，因此葉片進(jìn)口處通道很窄，所以取較大的角可能使葉片處較通暢，有利于提高流量，并改善抗汽蝕性能。內(nèi)燃機(jī)常有3%5%的超速運(yùn)轉(zhuǎn)工況，故亦應(yīng)較大。（17）出口圓周速度 （3.6）式中：揚(yáng)程系數(shù)：=0.280.45，小型高速泵取下限。本次設(shè)計(jì)取=0.345內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵多屬小泵。實(shí)驗(yàn)表明，其水力效率及容積效率均差，揚(yáng)程系數(shù)僅為0.280.45。（18）葉輪外徑 （3.7）（19）出口軸面速度式中：揚(yáng)程系數(shù)較小時(shí)括號(hào)內(nèi)數(shù)值到上限。（20）出口安裝角對(duì)于揚(yáng)程系數(shù)取上限者，應(yīng)增大至本次設(shè)計(jì)?。?1）葉片包角增大，降低葉片負(fù)荷，有利于能量交換，故盡可能取得大些，但冷卻水泵，及較大，較小，過(guò)

37、大時(shí)，液流方向變化急劇，影響性能計(jì)算時(shí)可作初步選擇，繪型時(shí)最后確定。（22）葉片出口高度 （3.8）式中：出口容積效率0.93.3渦室參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖3.3圖3.3 渦室簡(jiǎn)圖（1）渦室基圓直徑式中：括號(hào)內(nèi)數(shù)值上限屬大泵。（2）隔舌安放角上限屬高比轉(zhuǎn)數(shù)泵，作圖時(shí)可按實(shí)際需要修正。本次設(shè)計(jì)?。?）隔舌寬度角上限屬小泵（保證一定的隔舌寬度）。本次設(shè)計(jì)?。?）隔舌直徑（5）渦室寬度取葉輪蓋板厚度，葉輪蓋板側(cè)隙C=0.004m（6）渦室中的流速大泵取上限，為使結(jié)構(gòu)緊湊，可使取得較大些，本次設(shè)計(jì)取。（7）渦室第斷面面積根據(jù)泵的特點(diǎn)，我是選用矩形截面，則各斷面的面積分別為：而：相應(yīng)的：3.4進(jìn)出水管參數(shù)計(jì)

38、算（1）水泵進(jìn)水口水速如結(jié)構(gòu)布置允許，使則液流在入口前處于加速狀態(tài)，易于得到較均勻的速度場(chǎng)，對(duì)改善汽蝕性能有利。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前使用的水泵偏高是不合理的。本次設(shè)計(jì)選取=3m/s（2）進(jìn)水口直徑 （3.10）（3）水泵出水口水速本次設(shè)計(jì)取=3m/s（4）水泵出水管直徑 (3.11)4.冷卻水泵主要通用零部件的選擇4.1正確選用離心泵主要通用零部件的重要性正確地設(shè)計(jì)過(guò)流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽一命的重要條件。但是，如果離心泵其他零件不能正常工作，就是過(guò)流部件設(shè)計(jì)得再好，材料選用得再好，也不能保證泵的性能和壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，離心泵在運(yùn)行中所產(chǎn)生的問(wèn)題大部分是材料選用問(wèn)題、主要零部件的選擇問(wèn)題和制造

39、精度問(wèn)題。對(duì)耐腐蝕泵運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析表明，純屬泵性能方面的問(wèn)題僅占總事故的10.6%，其他都屬于材料選用問(wèn)題、主要零部件的選用問(wèn)題和制造精度問(wèn)題。由此可見(jiàn)，正確地選用離心泵主要零部件是保證泵正常運(yùn)行的重要條件。對(duì)離心泵來(lái)說(shuō)，過(guò)流部件占的數(shù)量畢竟還是比較少的，而其他零件的數(shù)量還是比較多的。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，泵的品種越來(lái)越多，如果不努力提高離心泵零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度，就會(huì)使零部件種類越來(lái)越多，批量相對(duì)地越來(lái)越小，這就造成了生產(chǎn)管理上的混亂，限制了勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，而且給使用和維護(hù)也帶來(lái)很大的困難。因此，不斷提高離心泵零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度一直是水泵行業(yè)的一項(xiàng)重要工作?，F(xiàn)在，托架、懸

40、架、支架、填料環(huán)、填料壓蓋、填料套、軸承架、聯(lián)軸器、密封環(huán)、葉輪螺母等零件均已有了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或系列標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，通用化程度不斷提高。在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問(wèn)題的是軸封部分，軸承潤(rùn)滑部件和冷卻部件，如果對(duì)這些部件選用不當(dāng)，輕者冷卻泵不能工作或冷卻泵燒毀，重者能引起嚴(yán)重的人身設(shè)備事故，另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，高溫，高壓，高速泵所占比重逐年增大，經(jīng)驗(yàn)表明，泵的溫度越高，壓力越高，軸封，潤(rùn)滑和冷卻問(wèn)題也越顯得重要，因此，本章著重介紹軸封部件，軸承潤(rùn)滑部件的選用，在選用時(shí)，應(yīng)盡可能按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選用通用標(biāo)準(zhǔn)件。4.2軸封的選擇旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體間的密封簡(jiǎn)稱軸封。軸封的作

41、用主要是防止高壓液休從泵中漏出和防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。盡管軸封在離心泵中所占的位置并不大，但泵是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)卻和軸封密切有關(guān)。如果軸封選用不當(dāng)，不但在運(yùn)轉(zhuǎn)中需要經(jīng)常維修，漏損很多被輸送的液體，而且可能由于泄漏出的易姍、易爆和有毒液體引起火災(zāi)、爆炸和中毒事故，后果不堪設(shè)想。因此，必須合理選用軸封結(jié)構(gòu)才能保證離心泵安全運(yùn)行。離心泵中常用的軸封結(jié)構(gòu)有:有骨架的橡膠密封，填料密封，機(jī)械密封和浮動(dòng)環(huán)密封。機(jī)械密封的組成機(jī)械密封又稱端面密封，主要零部件由下列三部分組成：（1）主要密封原件：由動(dòng)環(huán)(旋轉(zhuǎn)環(huán))、靜環(huán)(固定環(huán))組成。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)一般均用不同材料制成，一個(gè)硬度較低(一般用石墨或石墨加其他充填劑)，一個(gè)硬

42、度較高(可以用鋼、鋼堆焊硬質(zhì)合金、陶瓷等)。但也可根據(jù)具體情況將兩個(gè)環(huán)用同一材料制成(如碳化鎢對(duì)碳化鎢)。（2）輔助密封原件:由動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈和其他適當(dāng)?shù)膲|片組成。根據(jù)不同的要求，輔助密封原件常采用O形環(huán)、V形環(huán)、楔形環(huán)或其他形狀的密封環(huán)。輔助密封原件除了應(yīng)具有密封能力外，還應(yīng)有一定的彈性，以便能吸收對(duì)密封面有不良影響的振動(dòng)，輔助密封原件常用橡膠或塑料等材料制成。（3）壓緊原件和其他輔助原件:如彈簧、推環(huán)、傳動(dòng)座、防轉(zhuǎn)銷等，以及為保證動(dòng)環(huán)和靜環(huán)工作所必須的其他零件，都屬這一類原件。4.2.1機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn)是：與填料密封相比，機(jī)械密封的密封性能好，壽命長(zhǎng)，泄漏少，消耗功率

43、少，在運(yùn)轉(zhuǎn)中可以達(dá)到幾乎不漏的程度，所以廣泛應(yīng)用于輸送高溫、高壓和強(qiáng)腐蝕性液體的離心泵。機(jī)械密封的缺點(diǎn)是:制造復(fù)雜，價(jià)格較貴，損壞時(shí)不易更換(因?yàn)橐鹣卤玫牟糠至慵?，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)和其他輔助密封原件的材料不好選擇。此外，安裝精度對(duì)機(jī)械密封工作情況有很大影響，安裝得不好則增大泄漏量和降低壽命。盡管有這些缺點(diǎn)，但機(jī)械密封的應(yīng)用范圍還是日益擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)形式和材料組合不斷增加。可輸送各種液體，如;清水、海水，油類、酸、堿、鹽溶液及其他有機(jī)溶液。要求液體不含懸浮顆粒。如液體含有懸浮順粒，可選用雙端面機(jī)械密封。4.2.2作用在密封面上的力機(jī)械密封是藉助于動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的密切配合而進(jìn)行密封的。動(dòng)壞是可沿軸向移動(dòng)的，

44、工作時(shí)，動(dòng)環(huán)受液體壓力和彈簧壓力的作用，緊壓在靜環(huán)上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)密封面上單位面積上的作用力叫密封面比壓如不考慮密封面間的液膜壓力和密封環(huán)摩擦力，則可以用下式表示：式中：密封面單位面積上的彈簧壓力； 密封面單位面積上的液體壓力。在機(jī)械密封中，一般彈簧壓力較液體壓力要小的多，所以可以將彈簧壓力忽略不計(jì)。由于所密封的是同一直徑的軸，所以相等。即： 密封是平衡的。4.2.3密封面間的液膜機(jī)械密封工作時(shí)，在動(dòng)環(huán)與靜環(huán)間有一層液膜，液膜必須保持一定厚度，才能使機(jī)械密封摩擦和散熱清況良好。液膜太厚，泄漏量增大；液膜太薄，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)間可能有干摩擦，能導(dǎo)致機(jī)械密封燒毀。在其他參數(shù)不變的情況下，密封面比

45、壓增大，則液膜厚度迅速下降。密封面圓周速度增加時(shí)，液膜厚度迅速提高，但是當(dāng)密封面比壓和圓周速度同時(shí)提高時(shí)，液膜厚度增長(zhǎng)速度仍顯著下降。4.2.4機(jī)械密封的安裝通常泵用機(jī)械密封安裝方法中，動(dòng)環(huán)裝在泵體內(nèi)，彈簧在液體中轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)環(huán)和彈簧裝在泵體的外側(cè)。機(jī)械密封的泵，其軸向串動(dòng)不允許超過(guò)0.5mm。如有軸套時(shí)，不允許軸套有軸向移動(dòng)。安裝機(jī)械密封的軸或軸套的徑向跳動(dòng)允許如下表（41）所示，安裝機(jī)械密封的軸或軸套要求光潔度為1.6，裝配后的端面跳動(dòng)允許差為0.06mm表4.1 裝配機(jī)械密封的軸或軸套的徑向跳動(dòng)允差軸或軸套直徑16283060658085100徑向跳動(dòng)允許差0.060.080.100.124

46、.2.5機(jī)械密封的冷卻和沖洗由于機(jī)械密封工作條件復(fù)雜，工作時(shí)，在動(dòng)環(huán)和靜環(huán)密封面不斷產(chǎn)生摩擦熱，致使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)間的液膜汽化，某些零件老化、發(fā)焦、變形，這些都影響使用壽命。因此，在選擇密封機(jī)構(gòu)時(shí)，還必須注意選擇合理的冷卻和沖洗方式，以帶走摩擦熱并防止機(jī)械密封中雜物積聚。離心泵用機(jī)械密封時(shí)，可以用泵所輸送的液體來(lái)進(jìn)行冷卻和沖洗，也可用外來(lái)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，用所輸送的液體進(jìn)行冷卻和沖洗時(shí)，必須加過(guò)濾器，防止雜物進(jìn)入機(jī)械密封。通常采用一種簡(jiǎn)單的冷卻方式，由泵入口端引入輸送液體，直接沖洗密封面，隨后流入屏腔內(nèi)，在密封腔內(nèi)液體不斷流動(dòng)，帶走由于密封摩擦產(chǎn)生的熱量。4.2.6機(jī)械密封的材料選擇材料的選擇是

47、保證機(jī)械密封安全不漏、長(zhǎng)期運(yùn)行的關(guān)鍵要素之一，特別是動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的材料選用更為重要,現(xiàn)將常用的材料選用如列表4.2：表4.2 機(jī)械密封的常用材料密封元件材料密封工作條件備注動(dòng)環(huán)靜環(huán)密封環(huán)彈簧輸送液體液體壓力P（Kg/cm）液體溫度t()軸轉(zhuǎn)速n（r/min）3Cr13或1Cr13堆焊耐磨1碳石墨浸漬巴氏合金氯丁橡膠65Mn機(jī)油等腐蝕性液體08080300084008030003Cr13或1Cr13堆焊耐磨1碳石墨浸漬巴氏合金丁晴橡膠4Cr13清水，機(jī)油，汽油等無(wú)腐蝕性液體08080300084008030003Cr13或1Cr13堆焊耐磨1碳石墨浸漬巴氏合金丁晴橡膠4Cr13液態(tài)烴或其他有毒，有

48、懸浮物的無(wú)腐蝕性液體080803000密封液體應(yīng)選用對(duì)輸送液體無(wú)影響的潤(rùn)滑性好汽化溫度高的液體08010030008400803000840010030003Cr13碳石墨浸漬樹(shù)脂聚四氟乙烯4Cr13高溫機(jī)油，柴油，蠟油等物腐蝕性液體080400300084004003000Cr18Ni12Mo2Ti堆焊鈷鉻鎢型碳石墨浸漬樹(shù)脂聚四氟乙烯1Cr18Ni9Ti醋酸等有腐蝕性液體0808030000801503000840080300084001503000Cr18Ni12Mo2Ti堆焊鈷鉻鎢型碳石墨浸漬樹(shù)脂聚四氟乙烯1Cr18Ni9Ti醋酸或其他有害，有懸浮物的腐蝕性液體080803000密封液體

49、應(yīng)選用對(duì)輸送液體無(wú)影響的潤(rùn)滑性好，汽化溫度高的液體08015030008400803000840015030005.冷卻水泵的三維建模5.1冷卻水泵各零件的建模本次設(shè)計(jì)，我運(yùn)用UG這個(gè)三維軟件對(duì)冷卻水泵進(jìn)行建模，主要的建模零件有：葉輪，渦室，泵軸等部件。5.1.1葉輪的三維建模（1） 運(yùn)用拉伸與鉆孔命令拉伸出葉輪底座，如圖5.1圖 5.1 拉伸底座（2） 以葉輪為基準(zhǔn)新建草圖，運(yùn)用草圖工具繪制出葉輪外形曲線并約束，如圖5.2圖 5.2 葉輪草圖（3） 以葉輪兩直線邊線為基準(zhǔn)做兩基準(zhǔn)面，并在基準(zhǔn)面內(nèi)分別做兩條直線分別為葉輪的兩端高度，如圖5.3圖 5.3 葉輪高度（4） 以上部畫(huà)好的兩直線作基準(zhǔn)

50、做一個(gè)基準(zhǔn)面，并在該基準(zhǔn)面上連接葉輪兩端高度直線端點(diǎn)，如圖5.4圖 5.4 葉輪高度線連接（5） 以葉輪外形曲線草圖為截面，運(yùn)用拉伸命令拉伸至選定項(xiàng)，選定項(xiàng)為上部做好的邊界直線，做出葉片外形，如圖5.5圖5.5 拉伸葉片外形（6） 以拉伸好的葉片外形為基準(zhǔn)，運(yùn)用陣列特征命令完成葉片數(shù)量的陣列，如圖5.6圖5.6 陣列葉片（7） 通過(guò)布爾運(yùn)算對(duì)以上建模求和，并對(duì)軸頸部位倒腳，如圖5.7圖 5.7 軸頸倒角（8） 以XOZ面為基準(zhǔn)新建草圖，做出鍵槽草圖并約束如圖5.8圖 5.8 鍵槽草圖（9） 以鍵槽草圖為截面，運(yùn)用拉伸命令拉伸出軸頸內(nèi)部鍵槽，如圖5.9圖 5.9 拉伸鍵槽（10） 隱藏草圖及基準(zhǔn)

51、面，完成葉輪建模，如圖5.10圖5.10 葉輪5.1.2渦室的三維建模（1） 以XOY面為基準(zhǔn)新建草圖，做出渦室外形草圖如圖5.11圖 5.11 渦室截面草圖（2） 以渦室外形草圖為截面，運(yùn)用拉伸命令拉伸草圖，如圖5.12圖5.12 拉伸渦室截面（3） 對(duì)建立的渦室外型各邊進(jìn)行倒腳，如圖5.13圖 5.13 渦室倒角（4） 以YOZ為基準(zhǔn)新建草圖，做出泵體外形草圖并約束，如圖5.14圖 5.14 泵體草圖（5） 以進(jìn)水管外形草圖為截面，運(yùn)用回轉(zhuǎn)命令做出泵體外形，如圖5.15圖 5.15 回轉(zhuǎn)泵體（6） 以出水口截面為基準(zhǔn)做基準(zhǔn)面并在其上做出出水管口徑草圖并約束，如圖5.16圖 5.16 出水口

52、草圖（7） 以出水管口徑草圖為基準(zhǔn)，運(yùn)用通過(guò)曲線組命令做出出水管連接管部位，如圖5.17圖5.17 連接出水管（8） 以（6）中建立的基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)做出與其正交的的基準(zhǔn)面，并在其上新建草圖，做出出水管口徑草圖，如圖5.18圖 5.18 出水管口草圖（9） 以出水管口徑草圖為截面，運(yùn)用回轉(zhuǎn)命令做出出水管口，如圖5.19圖 5.19 出水管口（10） 運(yùn)用布爾運(yùn)算對(duì)各部位求和，并以出水管連接部分端面為截面抽殼，造型渦室，如圖5.20圖 5.2 渦室抽殼（11） 以渦室造型另一端面為基準(zhǔn)新建草圖，做出渦室與進(jìn)水管連接處草圖，如圖5.21圖 5.21 進(jìn)水管連接處草圖（12） 以圖5.21草圖為截面，運(yùn)

53、用拉伸命令拉伸出渦室內(nèi)部，如圖5.22圖 5.22 拉伸渦室內(nèi)部（13） 以渦室內(nèi)部端面為基準(zhǔn)運(yùn)用孔命令連通渦室內(nèi)部與泵體內(nèi)，如圖5.23圖 5.23 渦室內(nèi)部建模（14） 在XOY面上新建草圖，做出渦室連接泵蓋端面草圖并約束，如圖5.24圖 5.24 泵蓋草圖（15） 以渦室連接泵蓋端面草圖為截面拉伸出渦室端面，如圖5.25圖 5.25 拉伸渦室端面（16） 拉伸（11）中草圖5.21做出渦室外形，如圖5.26圖 5.26 拉伸渦室（17） 以泵體一外邊線為基準(zhǔn)線做基準(zhǔn)面，并在該面上新建草圖，做出泄水孔草圖，如圖5.27圖 5.27 泄水孔草圖（18） 拉伸泄水孔草圖，做出泄水孔，如圖5.2

54、8圖 5.28 泄水孔建模（19） 完成渦室的建模如，圖5.29圖5.29 渦室5.1.3泵軸的三維建模（1） 以XOY面為基準(zhǔn)新建草圖，做出泵軸外形草圖，如圖5.30圖 5.30 泵軸草圖（2） 以泵軸外形草圖為截面，運(yùn)用回轉(zhuǎn)命令做出泵軸主體，如圖5.31圖 5.31 回轉(zhuǎn)泵軸主題（3） 對(duì)泵軸端部倒斜腳，對(duì)泵軸軸肩進(jìn)行倒圓角，如圖5.32圖 5.32 泵軸倒角（4） 以泵軸第一階邊界為基準(zhǔn)建立基準(zhǔn)平面，并在其上做出鍵槽草圖，如圖5.33圖 5.33 鍵槽草圖（5） 以鍵槽草圖為截面，運(yùn)用拉伸命令，做出鍵槽，如圖5.34圖 5.34 拉伸鍵槽草圖（6） 以泵軸第三階邊線為基準(zhǔn)做基準(zhǔn)平面，同上

55、步做出鍵槽，如圖5.35圖 5.35 拉伸鍵槽（7）以泵軸第四階圓周面為基準(zhǔn)做螺紋，圖5.36圖 5.36 制做螺紋（8）完成泵軸三維建模，如圖5.37圖5.37 泵軸 冷卻水泵，其他零件三維建模都比較簡(jiǎn)單，這里就不一一舉例了，還有幾個(gè)零件在UG重用庫(kù)中可以直接引用，零件的三維建模為冷卻水泵的裝配提供了基礎(chǔ)，該環(huán)節(jié)非常重要。5.2冷卻水泵的裝配裝配冷卻水泵運(yùn)用UG的裝配模塊，將先前做好的零件建模通過(guò)各種約束，裝配起來(lái)，完成冷卻水泵的裝配。（1） 定位渦室位置在坐標(biāo)原點(diǎn)（2） 通過(guò)對(duì)齊和接觸約束來(lái)約束泵軸與渦室（3） 通過(guò)接觸約束來(lái)約束泵軸和軸承（4） 通過(guò)接觸約束來(lái)約束軸承和套管，如圖5.38

56、圖 5.38約束軸承（5） 通過(guò)接觸和對(duì)齊約束來(lái)約束套管和泵軸（6） 通過(guò)接觸來(lái)約束水封和套管，如圖5.39圖 5.39 約束水封和套管（7） 通過(guò)接觸約束來(lái)約束劍和泵軸（8） 通過(guò)接觸約束來(lái)約束葉輪和鍵（9） 通過(guò)接觸約束來(lái)約束葉輪和泵軸，如圖5.40圖 5.40 約束泵軸（10） 通過(guò)接觸和距離約束來(lái)約束墊圈和軸端螺母，如圖5.41圖 5.41 約束螺母（11）通過(guò)接觸約束來(lái)約束泵蓋與渦室，完成冷卻水泵的裝配，如圖5.42圖5.42 冷卻水泵裝配圖6.結(jié)論（1）因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的冷卻水泵的一個(gè)最大的特點(diǎn)就是所有的零件間都是過(guò)盈配合，所以，該產(chǎn)品為一次性使用的產(chǎn)品，一但水泵中有一個(gè)零件失效了，整

57、個(gè)水泵都得換，因?yàn)檫^(guò)盈配合的兩個(gè)零件拆下，一個(gè)必定會(huì)損壞另外一個(gè)零件，所以零件的制造材料一定要選好，這在很大程度上提高了產(chǎn)品的使用壽命，具有較高的性價(jià)比，（2）本產(chǎn)品用于汽車上，屬于安全系數(shù)要求很高的區(qū)域，因而要求泵工作平穩(wěn)、安全、可靠。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)上的冷卻泵具有反映快，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，而且出于安方面的考慮，對(duì)于該泵中的滾動(dòng)軸承要求也較高。I首先，在裝配前要徹底清洗軸承架，清除鐵屑等雜物，確保軸承的清潔。II裝配的軸承的間隙必須控制好，如果溫度升高，可以適當(dāng)加大間隙。III工作運(yùn)行過(guò)程中要保證軸承的良好潤(rùn)滑，以免出現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我全面了解了離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理以及運(yùn)行使用過(guò)程中出現(xiàn)

58、和可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題，基本達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的目的。致謝這幾年的讀書(shū)生活在真?zhèn)€季節(jié)即將結(jié)束，回首過(guò)去感慨良多，長(zhǎng)關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越，我將面對(duì)有一次征程的開(kāi)始。至此論文結(jié)束之際，我在此向在畢業(yè)設(shè)計(jì)上給我巨大幫助的老師表示誠(chéng)摯的謝意，和在學(xué)習(xí)上給我無(wú)私指導(dǎo)教研室各位老師表示真誠(chéng)的感謝。老師們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，知識(shí)淵博在設(shè)計(jì)選題，研究和撰寫(xiě)的工作工程中不倦的指導(dǎo)我，給予我極大的關(guān)懷和幫助，是我少走彎路取得了進(jìn)步。王旭飛老師博學(xué)多識(shí)，平易近人，在畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫(xiě)遇到不解或者思路不清時(shí)給予我很多建議，讓我思路清晰，同時(shí)對(duì)于我提出的諸多問(wèn)題都耐心給予解答，使我獲益匪淺，并掌握了基本的研究方法，在此表示我最崇高的

59、敬意和衷心的感謝！ 感謝所有幫助我，關(guān)心我的同學(xué)和朋友們，他們對(duì)我的鞭策，鼓勵(lì)和理解是我克服困難，不斷進(jìn)取的動(dòng)力，謝謝你們！參考文獻(xiàn)1沈陽(yáng)水泵研究所，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所.葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1983.2吉田 隆等.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的附屬裝置M.高觀.北京：人民交通出版社， 1981.3周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.4關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)M.北京：宇航出版社，1998；5翁祖亮.冷卻水泵實(shí)用技術(shù)M.上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.6袁壽其.低比速離心泵理論與設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.7吳宗澤，羅國(guó)圣.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：高等教育出版社，2010.8KSB公司.離心泵技術(shù)詞典M.王同舜，秦鳳文，史站錄，梁和憲.北京：中國(guó)石油出版社，1985.9趙嘯冰，許洪元，王曉東等.水力機(jī)械蝸殼的研究進(jìn)展J.農(nóng)業(yè)機(jī)