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外文資料
The crank processes specification and development direction
The crank processes specification
The crank specification is very high, its machine-finishing technological process different and the crank complex degree has the very big difference along with the production guiding principle, but includes following several main stages generally: Localization datum processing; Thick, lathe finishing and rough grinding each host neck and other outer annuluses; Che Lianjing; Drills the oil hole; Correct grinding each host neck and other outer annuluses; Correct grinding Lian Jing; Big, capitellum and key slot processing; Journal surface treatment; Transient equilibrium; Super finishing various journals.
May see, the main neck or Lian Jing the turning working procedure all separates with the grinding working procedure, is often middle arrangement some different machined surfaces or the heterogeneity working procedure. After the rough machining can have the distortion, therefore the normal force reduces gradually; Because simultaneously thick, the precision work working procedure carries on separately before, the latter working procedure has the possibility to eliminate the working procedure error, finally obtains the very high precision and the very low roughness. Thick, the precision work separates, and arranges the alignment working procedure behind the cutting force big working procedure, guarantees the processing precision.
In order to reduce the distortion which the cutting force causes, guaranteed when precision work precision request, correct grinding various journals, uses the single grinding wheel in turn grinding generally.
The journal processing requests high, the main neck and the neck uses continually processes many times.
Crank machining development direction
Along with our country numerical control engine bed unceasing increase, the crank rough machining will be widespread uses in the numerical control lathe, the numerical control the milling machine, the numerical control vehicle broaching machine and so on the advanced equipment to the main journal, the connecting rod journal carries on the numerical control turning, in the milling, the vehicle - broaching processing, by will effectively reduce the amount of deformity which the crank will process. The crank precision work will be widespread uses the CNC control the crankshaft grinding to carry on the correct grinding processing to its journal, this kind of grinder will provide grinding wheel automatic function requests and so on transient equilibrium installment, center rest automatic tracking unit, automatic survey, self-compensating system, grinding wheel automatic conditioning, permanent link speed, will guarantee the grinding quality the stability.
In order to satisfy the processing request which the crank enhances day by day, set the very high request to the crankshaft grinding. The modern crankshaft grinding except must have the very high static state, the dynamic rigidity and outside the very high processing precision, but also requests to have the very high grinding efficiency and more flexibilities. In recent years, requested the crankshaft grinding to have the stable processing precision, for this, had stipulated to the crankshaft grinding process capability coefficient Cp≥1.67, this meant requested the crankshaft grinding the actual processing common difference to have the common difference which assigned compared to the crank small one half. Along with the modern actuation and the control technology, the survey control, CBN (cubic boron nitride) the grinding wheel and the advanced engine bed part application, for the crankshaft grinding high accuracy, the highly effective abrasive machining has created the condition. One kind calls it the connecting rod neck follow-up grinding craft. Has manifested these new technical synthesis application concrete achievement. This kind of follow-up grinding craft may obviously enhance the crank connecting rod neck the grinding efficiency, the processing precision and the processing flexibility. When carries on the follow-up grinding to the connecting rod neck, the crank take the main journal as the spool thread carries on revolving, and clamps the grinding all connecting rod neck in an attire. In the grinding process, the wheelhead realization reciprocation swing feed, tracks the biased rotation connecting rod neck to carry on the abrasive machining. Must realize the follow-up grinding, X axis besides must have the high dynamic performance, but also must have the enough tracking accuracy, guarantees the shape common difference which the connecting rod neck requests. The CBN grinding wheel application realizes the connecting rod neck follow-up grinding important condition. Because the CBN grinding wheel resistance to wear is high, in the grinding process medium plain emery wheel diameter is nearly invariable, a conditioning may the grinding 600~800 cranks. The CBN grinding wheel also may use the very high grinding speed, may use generally on the crankshaft grinding reaches as high as the 120~140m/s grinding speed, the grinding efficiency is very high.
Connecting rod processing and trend of development
Connecting rod processing method
The connecting rod decomposes (also called connecting rod breaks) the technical principle uses the material break theory, first artificial has the whole forging connecting rod semi finished materials big end of hole the fissure, forms the initial break source, then expands with the specific method control fissure, achieved the connecting rod The decomposition processing process enable the decomposition the connecting rod cap, the pole adjoining plane to have the complete meshing jig-saw patterned structure, guaranteed the adjoining plane precise docking, tallies, does not need to carry on the adjoining plane again the processing, simultaneously simplified the connecting rod bolt hole structural design and the whole processing craft, has the processing working procedure few, the economical precision work equipment, the nodal wood energy conservation, the product quality high, the production cost low status merit. Main body and the connecting rod cap separate goal.
Trend of development
At present, the drop for and the die casting connecting rod host, the important status, are facing the powder to forge the steel connecting rod and a powder agglutination steel connecting rod forming craft challenge. Speaking of the domestic present situation, although the powder metallurgy forging industry had certain development, but must provide the mass and the high grade powder metallurgy forging is not mature. Moreover involves the equipment to renew, aspect expense questions and so on technical change, in next one, in long time, domestically produced connecting rod production also by drop forging craft primarily.
The connecting rod is one of internal combustion engine main spare parts, its reducing socket two sizes and the shape position errors have many requests, for example: Diameter, roundness, cylindricity, center distance, parallelism, hole and end surface verticality and so on. How does these erroneous project produce the scene in the workshop to examine, always is in the internal combustion engine profession a quite difficult question.
In the connecting rod production, domestic mainly has following several examination method at present: With the spindle survey, namely puts on the spindle in connecting rod two, with the aid of in V shape block, plate, dial guage survey. Because the spindle needs to load and unload, therefore between the hole axis has the gap, the measuring accuracy is very low.
中文翻譯
曲軸加工的技術(shù)要求及發(fā)展方向
曲軸加工的技術(shù)要求
曲軸的技術(shù)要求是很高的，其機(jī)械加工工藝過程隨生產(chǎn)綱領(lǐng)的不同和曲軸的復(fù)雜程度而有很大的區(qū)別，但一般均包括以下幾個(gè)主要階段：定位基準(zhǔn)的加工；粗、精車和粗磨各主頸及其它外圓；車連頸；鉆油孔；精磨各主頸及其他外圓；精磨連頸；大、小頭及鍵槽加工；軸頸表面處理；動(dòng)平衡；超精加工各軸頸。
可以看出，主頸或連頸的車削工序都與磨削工序分開，往往中間安排一些不同的加工面或不同性質(zhì)的工序。粗加工后會(huì)發(fā)生變形，因此常把粗、精加工分開，并在切削力較大的工序后面安排校直工序，以保證加工精度。
為了減小切削力所引起的變形，保證精加工的精度要求，精磨各軸頸時(shí)，一般采用單砂輪依次磨削。
軸頸的加工要求高，主頸和連頸采用多次加工，使加工余量越來越小，切削力逐漸降低；同時(shí)由于粗、精加工工序分開進(jìn)行，后工序就有可能消除前工序的誤差，最終獲得很高的精度和很低的粗糙度。
曲軸機(jī)加工發(fā)展方向
隨著我國數(shù)控機(jī)床的不斷增加，曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車?yán)驳认冗M(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車-拉削加工，以有效減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對(duì)其軸頸進(jìn)行精磨加工，此種磨床將配備砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡裝置、中心架自動(dòng)跟蹤裝置、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)補(bǔ)償裝置、砂輪自動(dòng)修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。
為滿足曲軸日益提高的加工要求，對(duì)曲軸磨床提出了很高的要求?，F(xiàn)代曲軸磨床除了要有很高的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度和很高的加工精度外，還要求有很高的磨削效率和更多的柔性。近年來，更要求曲軸磨床具有穩(wěn)定的加工精度，為此，對(duì)曲軸磨床的工序能力系數(shù)規(guī)定了Cp≥1.67，這意味著要求曲軸磨床的實(shí)際加工公差要比曲軸給定的公差小一半。隨著現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)、測(cè)量控制、CBN（立方氮化硼）砂輪和先進(jìn)的機(jī)床部件的應(yīng)用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng)造了條件。一種稱之為連桿頸隨動(dòng)磨削的工藝。正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應(yīng)用的具體成果。這種隨動(dòng)磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對(duì)連桿頸進(jìn)行隨動(dòng)磨削時(shí)，曲軸以主軸頸為軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)進(jìn)給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。要實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)磨削，X軸除了必須具有高的動(dòng)態(tài)性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。CBN砂輪的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)連桿頸隨動(dòng)磨削的重要條件。由于CBN砂輪耐磨性高，在磨削過程中砂輪的直徑幾乎是不變的，一次修整可磨削600～800條曲軸。CBN砂輪還可以采用很高的磨削速度，在曲軸磨床上一般可采用高達(dá)120～140m/s的磨削速度，磨削效率很高。
連桿的加工方法和發(fā)展
連桿的加工方法
連桿裂解（也稱連桿脹斷）技術(shù)的原理就是利用材料斷裂理論，首先將整體鍛造的連桿毛坯大頭孔人為產(chǎn)生裂痕，形成初始斷裂源，然后用特定方法控制裂痕擴(kuò)展，達(dá)到連桿本體與連桿蓋分離的目的。裂解加工過程使裂解的連桿蓋、桿接合面具有完全嚙合的犬牙交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，以保證接合面精確相接、吻合，無需再進(jìn)行接合面的加工，同時(shí)簡(jiǎn)化了連桿螺栓孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體加工工藝，具有加工工序少、節(jié)省精加工設(shè)備、節(jié)材節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)展趨勢(shì)
目前,模鍛和模鑄連桿的主、重要地位,正面臨著粉末鑄造鋼連桿和粉末一次燒結(jié)鋼連桿成型工藝的挑戰(zhàn)。就國內(nèi)現(xiàn)狀而言,粉末冶金鍛造工業(yè)雖然有了一定的發(fā)展,但要提供大批量和高質(zhì)量的粉末冶金鍛件還不成熟。而且涉及設(shè)備更新、技術(shù)改進(jìn)等方面費(fèi)用問題,在今后一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),國產(chǎn)連桿生產(chǎn)還將一模鍛工藝為主。
連桿是往復(fù)泵的主要零部件之一,他的大小頭二孔的尺寸和形位誤差有多項(xiàng)要求,例如:直徑、圓度、柱度、心距、行度、與端面的垂直度等。這些誤差項(xiàng)目在車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)如何檢測(cè),一直是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)中一個(gè)比較困難的問題。
在連桿的生產(chǎn)中，目前國內(nèi)主要有以下幾種檢測(cè)方法：用心軸測(cè)量，即在連桿二孔中穿上心軸，借助與V形塊、平板、百分表測(cè)量。因?yàn)樾妮S需要裝卸，所以孔軸之間有間隙，測(cè)量精度很低。
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
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專業(yè)
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學(xué)號(hào)
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指導(dǎo)教師
所屬系（部）
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二〇xx年五月
成 績(jī) 評(píng) 定
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)
答辯組評(píng)定成績(jī)
綜合成績(jī)
注：評(píng)定成績(jī)?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為30%，答辯組為70%。
專業(yè)答辯組組長(zhǎng)： ?。ê灻?
200 年 月 日
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)XBR-125/32型乳化泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和曲軸的機(jī)加工工裝設(shè)計(jì)。在當(dāng)今的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，廣泛應(yīng)用著乳化液泵。該泵具有體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、移動(dòng)靈活、工作平穩(wěn)可靠和高效節(jié)能安全的特點(diǎn)，尤其空間狹小的坑道口，掘進(jìn)頭，低煤層等地段，更是一般大型泵站無法替代的產(chǎn)品。此次設(shè)計(jì)乳化液泵主要是因?yàn)樗诿旱V工業(yè)上有主要的應(yīng)用。
在此次設(shè)計(jì)中，先根據(jù)給定的已知數(shù)據(jù)對(duì)泵的傳動(dòng)端一級(jí)齒輪、曲軸、連桿、十字頭等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算；再對(duì)泵的液力端柱塞、泵閥、吸排液管等進(jìn)行設(shè)計(jì)；最后對(duì)曲軸加工工藝進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：傳動(dòng)端、液力端、曲軸加工工藝分析
Abstract
This is the design of structure design and the XBR-125/32 type emulsion pump crankshaft machining. In today's production technology, widely used for emulsion pump. The pump has the advantages of small volume, light weight, simple operation, mobile and flexible, stable and reliable work and high efficiency and safety, especially the narrow space of the mouth, head, low coal seam area, is unable to replace the general large pumping station products. The design of emulsion pump is mainly because it is mainly used in coal mine industry.
In this design, according to the known data given to drive the pump is a gear, crankshaft, connecting rod, crosshead and design, and carries on the checking calculation; then the hydraulic end of the pump plunger, valve, suction design drainage tube; at the end of the crankshaft machining process analysis.
Keywords: driving end、the fluid end、the analysis of crankshaft processing technology
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1. 緒論 1
1.1 選題的意義 1
1.2 乳化液泵的工作原理 1
1.3 乳化液泵的用途 3
1.4 設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)研究的內(nèi)容及方法 3
2. 乳化液泵的設(shè)計(jì) 5
2.1 乳化液泵總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5
2.1.1 乳化液泵泵型及總體結(jié)構(gòu)形式的選擇 5
2.1.2 液力端結(jié)構(gòu)型式選擇 6
2.1.3 傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)型式選擇 8
2.1.4 XBR型乳化液泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定 9
2.1.5 原動(dòng)機(jī)的選擇 10
2.2 齒輪和齒輪軸的設(shè)計(jì)及較核 10
2.2.1 一級(jí)齒輪的計(jì)算及校核 10
2.2.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 11
2.2.3 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
2.3 曲軸的設(shè)計(jì)與校核 20
2.3.1 曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
2.3.2 曲軸的受力分析及其校核 23
2.4 連桿的設(shè)計(jì) 34
2.4.1 連桿結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn) 35
2.4.2 連桿尺寸的初步確定 36
2.4.3 連桿質(zhì)量的確定： 38
2.4.4 連桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核 39
2.5 十字頭的設(shè)計(jì) 42
2.5.1 十字頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 42
2.5.2 十字頭強(qiáng)度校核及比壓計(jì)算 44
2.6 柱塞的選擇及計(jì)算 45
2.6.1 柱塞 45
2.6.2 柱塞密封材料、尺寸的選擇 46
2.6.3 柱塞長(zhǎng)度及質(zhì)量的確定 47
2.7 泵閥的設(shè)計(jì) 47
2.8 吸、排液管孔直徑計(jì)算 49
3. 曲軸加工工藝分析 50
3.1 曲軸零件圖的結(jié)構(gòu)分析 50
3.1.1 零件的結(jié)構(gòu)分析 50
3.1.2 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 50
3.1.3 零件毛坯的選擇 51
3.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定 51
3.2.1 曲軸的機(jī)械加工工藝分析 51
3.2.2 機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定 52
3.2.3 曲軸主要加工工序分析 52
3.2.4 曲軸機(jī)械加工工藝過程 54
總 結(jié) 58
參考文獻(xiàn) 59
外文資料 60
中文翻譯 63
致 謝 65
1. 緒論
1.1 選題的意義
乳化液泵作為一種通用機(jī)械，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。它是井下綜合采煤工作面支護(hù)設(shè)備的動(dòng)力源泉，其工作狀態(tài)好壞與安全生產(chǎn)密切相關(guān)，要實(shí)現(xiàn)煤礦井下安全作業(yè)，提高采煤工作效率，防止出現(xiàn)重大設(shè)備安全事故，保障乳化液泵井下安全運(yùn)行是十分必要的一個(gè)環(huán)節(jié)。乳化液泵是煤礦井下支護(hù)作業(yè)和安全生產(chǎn)的重要裝備與工具，其傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單可靠，量大面廣，具有高效低耗、安全可靠、移動(dòng)靈活輕便、操作簡(jiǎn)單，無污染的特點(diǎn)，深受廣大煤礦工作者的歡迎 。這些產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白，擁有多項(xiàng)國家專利，其核心技術(shù)上具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，處國內(nèi)領(lǐng)先水平。乳化液泵在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)的需求量特別大。
1.2 乳化液泵的工作原理
乳化液泵一般都采用往復(fù)式柱塞泵，它是通過工作容積的變化而實(shí)現(xiàn)吸液和排液的，是一種容積式液壓泵。
往復(fù)式單柱塞泵的工作原理圖如圖1.1所示。
圖1.1 往復(fù)式單柱塞泵的工作原理圖
1、 曲軸 2、連桿 3、滑塊 4、柱塞
5、排液閥 6吸液閥 7、泵缸 8、滑槽
當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸1沿圖中箭頭所指的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸就帶動(dòng)連桿2運(yùn)動(dòng)，連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，連接在連桿右端的滑塊3沿滑槽8作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)液閥6、排液閥5和柱塞4都具有良好的密封性能。當(dāng)柱塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞右側(cè)缸體7中密封的工作容積增大，形成負(fù)壓，這時(shí)乳化液箱內(nèi)的乳化液在大氣壓力的作用下，頂開進(jìn)液閥6進(jìn)入缸體7中，并把柱塞讓出的空間充滿，這個(gè)過程叫吸液，當(dāng)曲軸與連桿的鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)過曲軸的水平線后，曲軸又通過連桿、滑塊推動(dòng)柱塞向右運(yùn)動(dòng)，柱塞向右擠壓進(jìn)入缸體中的液體，使進(jìn)液閥關(guān)閉，當(dāng)缸體內(nèi)的液體壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液體頂開排液5，從排液口進(jìn)入向工作面供液的主液管，這個(gè)過程叫排液。曲軸每旋轉(zhuǎn)一周，柱塞就往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一個(gè)吸液、排液工作循環(huán)。曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。柱塞就連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，吸、排液過程就不斷地交替出現(xiàn)。由此可知，單柱塞泵在吸液時(shí)不排液，在圖中以A點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)，曲軸與連桿的鉸接點(diǎn)逆時(shí)針從A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)180度吸液；從B點(diǎn)再逆時(shí)針轉(zhuǎn)回到A點(diǎn)，又旋轉(zhuǎn)180度排液。曲軸轉(zhuǎn)角在270度時(shí)泵的排量最大。所以柱塞泵是很不均勻的，它排出的液體在排液管中是一種周期間斷性的脈沖壓力液體。
為了克服單柱塞泵脈沖壓力給液壓管路、液動(dòng)裝置和控制元件帶來的有害作用，一般將乳化液泵造成三柱塞式的，曲軸的三個(gè)曲拐隔120度，曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，保持始終有吸液和排液的柱塞，從而減輕了乳化液泵排液壓力的脈動(dòng)。
三柱塞泵在傳動(dòng)軸是一個(gè)三曲拐軸，并相互錯(cuò)開120度，工作原理如圖1－4所示。當(dāng)曲軸回轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)柱塞將交替吸液和排液。當(dāng)柱塞1吸液時(shí)，柱塞2排液。在每一個(gè)瞬時(shí)內(nèi)，至少有一個(gè)柱塞，最多有兩個(gè)柱塞在排液，同時(shí)有兩個(gè)或一個(gè)柱塞吸液。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸有停地轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞泵也就源源不斷地將油液壓入排液管。
2
3
3
2
1
1
吸
排
吸
吸
排
圖1.2 臥式三柱塞工作原理圖
即使這樣，三柱塞泵的排量仍是不均勻的，但比單柱塞泵卻好得多，基本可以滿足生產(chǎn)技術(shù)上的需求。
目前，向工作面液壓支架提供壓力液的泵大多采用臥式三柱塞乳化液泵，有的采用五柱塞乳化液泵。
1.3 乳化液泵的用途
乳化液泵站是井下綜合采煤工作面支護(hù)設(shè)備的動(dòng)力源泉，煤礦井下支護(hù)作業(yè)“ 外注式單體液壓支柱”及“液壓支架”的專用小型推移式注液設(shè)備，也是支護(hù)作業(yè)更換維修的不可缺少的工具。 乳化液泵具有體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、移動(dòng)靈活、工作平穩(wěn)可靠和高效、節(jié)能、安全的特點(diǎn)，尤其是在空間狹小的坑道口、掘進(jìn)頭、低煤層和回采面等地段，更是一般大型注液泵站無法替代的產(chǎn)品，深受廣大煤礦工作者的歡迎。乳化液泵是要實(shí)現(xiàn)煤礦井下安全運(yùn)行的十分必要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于乳化液泵具有流量均勻、壓力穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、強(qiáng)度高、脈沖小、油溫低、噪聲小、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)， 所以還廣泛適用于管道清洗、工件清洗、玻璃清洗、工程掘進(jìn)等。
1.4 設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)研究的內(nèi)容及方法
乳化液泵在許多行業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用，通過對(duì)流體力學(xué)、液壓傳動(dòng)、機(jī)械制圖和流體機(jī)械等的學(xué)習(xí)對(duì)設(shè)計(jì)有了一定的理論基礎(chǔ)，并對(duì)泵的一些零部件及工作原理的認(rèn)識(shí)使我對(duì)乳化液泵的設(shè)計(jì)有了基本的思路，利用理論課學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行理論分析熱力學(xué)分析和對(duì)比計(jì)算，再通過查閱資料與分析計(jì)算相結(jié)合進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算校核進(jìn)行及時(shí)的修改和設(shè)計(jì)修訂，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并能很直觀的反映出乳化液泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在很多生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，廣泛使用著以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)方式的柱塞泵。此種傳動(dòng)方式，簡(jiǎn)單可靠，量大面廣。從小型的實(shí)驗(yàn)室計(jì)量泵到超過1 MW的大功率石油鉆井泵，以及油田注水、壓裂、固井、輸油、輸液等工況往復(fù)泵，幾乎均被此種傳動(dòng)方式所覆蓋，可謂獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷、經(jīng)久不衰，。應(yīng)該肯定，以往對(duì)傳統(tǒng)往復(fù)泵的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)完整，揭示其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與動(dòng)力特性，對(duì)發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。但與任何其它事物的發(fā)展過程一樣，恰恰在對(duì)傳統(tǒng)往復(fù)泵工作機(jī)理研究逐步深入并取得積極成果的同時(shí)，也開始認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)所決定的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力特性局限了其自身的應(yīng)用范疇及發(fā)展。
通過以上分析可以領(lǐng)悟出一個(gè)道理，即在曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的往復(fù)泵中，其所以要發(fā)展三缸泵、四缸泵、五缸泵、六缸泵甚至七缸泵等多缸泵，從動(dòng)力學(xué)特性的本質(zhì)上來判斷，都僅僅是為了盡可能減少疊加加速度，以減小液流慣性損失，以及減小疊加排量波動(dòng)度，以改善吸入性能和排液工藝質(zhì)量，即采用增加結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的手段來改善曲柄連桿傳動(dòng)方式的動(dòng)力特性與運(yùn)動(dòng)特性，這在機(jī)械設(shè)計(jì)中是常見的事情，但其所付出的代價(jià)是巨大的。
在傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的往復(fù)泵發(fā)展過程中，排量、壓力的波動(dòng)以及吸入系統(tǒng)慣性損失對(duì)自吸性能的嚴(yán)重影響，始終制約著泵速的提高。雖然排出預(yù)壓空氣包、吸入緩沖器及吸入灌注泵的配套使用能在一定程度上緩解這些矛盾，但不是從根本上解決問題，所以，20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的“適當(dāng)增長(zhǎng)沖程長(zhǎng)度、合理降低額定泵速、發(fā)展中速往復(fù)泵”的技術(shù)路線。這種對(duì)策的實(shí)質(zhì)，實(shí)際上就是對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)往復(fù)泵適用范圍的標(biāo)定，也就是說，在綜合考慮運(yùn)行工況、使用條件、制造水平、基礎(chǔ)工業(yè)水準(zhǔn)的條件下，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)泵只適應(yīng)在中速或較低的泵速下才能確保其運(yùn)動(dòng)的可靠性。如果提高泵速，則必須附加排出端減振裝置和吸入端灌注設(shè)備。在這種情況下，由于提高泵速所導(dǎo)致的減小往復(fù)泵體積及質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，將被附屬設(shè)備復(fù)雜程度的提高、質(zhì)量的增加以及維修成本的增加抵銷得一干二凈。也就是說，企圖在單純的參數(shù)設(shè)計(jì)上提高泵速、縮短沖程來減小往復(fù)泵的體積與質(zhì)量，主觀愿望在情理之中，客觀效果在意料之外，因而限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。
但任何事物的發(fā)展都存在矛盾，并且任何新生事物也只能在一定的領(lǐng)域內(nèi)具有適應(yīng)性，歸納起來，有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)作為引玉之磚：
(1)傳統(tǒng)的往復(fù)泵，仍將繼續(xù)在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮巨大作用，一般地說，在中速和較低的泵速下，可靠性程度較高，“適當(dāng)增長(zhǎng)沖程長(zhǎng)度、合理降低泵速”的技術(shù)路線仍是切合實(shí)際和具有現(xiàn)實(shí)意義的。
(2)恒排量往復(fù)泵，以發(fā)展三缸單作用型式為宜，如果盲目增加缸數(shù)，其效果將與發(fā)展恒排量泵的宗旨背道而馳，如果毫無顧忌地提高泵速，也將引起單缸內(nèi)的汽化并使工況惡化，因此，凸輪傳動(dòng)的恒排量往復(fù)泵的參數(shù)設(shè)計(jì)，似宜為“適當(dāng)縮短沖程長(zhǎng)度、合理提高額定泵速”。
(3)恒排量往復(fù)泵對(duì)油田注水泵、增壓注水泵、注聚合物泵特別適應(yīng)，具有現(xiàn)實(shí)的技術(shù)開發(fā)價(jià)值，并將對(duì)驅(qū)油泵(特別是稠油泵)等有特殊工藝要求的泵的發(fā)展起促進(jìn)作用。
(4)傳統(tǒng)往復(fù)泵與恒排量往復(fù)泵，在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史階段內(nèi)必將長(zhǎng)期共存，并按技術(shù)特征、工況條件、工藝要求、經(jīng)濟(jì)效益來劃分其各自占領(lǐng)的領(lǐng)域、各揚(yáng)其長(zhǎng)、各得其所、互相補(bǔ)充、共同發(fā)展。
2. 乳化液泵的設(shè)計(jì)
2.1 乳化液泵總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1.1 乳化液泵泵型及總體結(jié)構(gòu)形式的選擇
2.1.1.1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求在通常情況下，泵的總體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下述基本原則：
①有足夠長(zhǎng)的使用壽命（指大修期應(yīng)長(zhǎng)）和足夠的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性（指被迫停車次數(shù)應(yīng)少）；
②有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性（效率高，消耗少）；
③盡可能采用新結(jié)構(gòu)，新材料，新技術(shù)；
④盡可能提高產(chǎn)品的“三化”（系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化）程度；
⑤制造工藝性能好；
⑥使用、維護(hù)、維修方便；
⑦外形尺寸和重量盡可能小。
2.1.1.2 本次設(shè)計(jì)泵型為XBR采用獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)的泵。
因采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又叫電動(dòng)泵。電動(dòng)泵的特點(diǎn)是：
①瞬時(shí)流量脈動(dòng)而平均流量（泵的流量）Q只取決于泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)n（每分鐘往復(fù)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(guān)，當(dāng)n、S、D為定值時(shí)，泵的流量是基本恒定的；
②泵的排出壓力P2是一個(gè)獨(dú)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(jié)構(gòu)參數(shù)和原動(dòng)機(jī)功率無關(guān)；
③機(jī)動(dòng)泵都需要有一個(gè)把原旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)故一般講，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)零部件數(shù)量較多，造價(jià)也較昂貴；
④實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)時(shí)，必須采用相應(yīng)措施，或改變n、S、D 或采用旁路放空辦法來實(shí)現(xiàn)；
⑤結(jié)構(gòu)變形較容易。
2.1.1.3 在液力端往復(fù)運(yùn)動(dòng)副上，運(yùn)動(dòng)件上無密封件的叫柱塞。
XBR乳化液泵稱為柱塞泵。柱塞泵的柱塞形狀簡(jiǎn)單，且柱塞密封（填料箱）結(jié)構(gòu)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(gè)別的達(dá)200mm。直徑過小會(huì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。
2.1.1.4 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(diǎn)是：
①便于操作者觀察泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，拆裝，使用，維修；
②機(jī)組高度方向尺寸小時(shí)，不需要很高的廠房，但長(zhǎng)寬方向尺寸較大時(shí)，占地面積則較大；
③因?yàn)橹鐾鶑?fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，密封件在工作時(shí)須受柱塞自重，容易產(chǎn)生偏磨，尤其當(dāng)柱塞較重時(shí)，懸頸很長(zhǎng)時(shí)，這種現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。
2.1.1.5 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。XBR乳化液泵有三根柱塞；因此又可稱為三聯(lián)泵。
只有當(dāng)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(shí)，才可同時(shí)稱為Z聯(lián)缸，否則只稱Z聯(lián)泵。因此XBR乳化液泵又稱三缸泵。
柱塞每往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次對(duì)介質(zhì)吸入和排出的次數(shù)，叫做作用數(shù)。由XBR型乳化液泵柱塞每往復(fù)運(yùn)動(dòng)依次，介質(zhì)被吸入，排出各一次，因此又稱單作用泵。
聯(lián)數(shù)是指相對(duì)泵的總體結(jié)構(gòu)形式而言，缸數(shù)是指相對(duì)液力端排出流量脈動(dòng)特性而言，作用數(shù)是相對(duì)柱塞在每一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)中對(duì)介質(zhì)的作用數(shù)而言的。
2.1.2 液力端結(jié)構(gòu)型式選擇
在往復(fù)泵上把柱塞從滑塊處脫開一直到泵的進(jìn)出口處的部件，稱為液力端，液力端是介質(zhì)過流部分，通常由液缸體，活塞和缸套或柱塞及其密封（填料箱）、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（或集液器）等所組成，液力端結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)與泵型及總體結(jié)構(gòu)型式時(shí)，應(yīng)遵循下述基本原則：
⑴.過流性好，水力阻力損失小，為此，液流通道應(yīng)力求短而直，盡管避免拐彎和急劇的斷面變化。
⑵.液流通道應(yīng)利于氣體排出，不允許有死區(qū)，造成氣體滯留，通常，吸入閥應(yīng)置于液缸體下部，排出閥應(yīng)置于液缸體頂部。
⑶.吸入閥和排出閥應(yīng)垂直布置，以利于閥板正常啟閉和密封，特殊情況下也可以傾斜和水平布置。
⑷.余隙容積應(yīng)盡可能小，尤其是對(duì)高壓短行程泵或當(dāng)泵輸送含氣量大，易揮發(fā)性介質(zhì)時(shí)，更應(yīng)力求減小余隙容積。
⑸.易損件壽命長(zhǎng)，更換方便。
⑹.制造工藝性好
按臥式三缸單作用柱塞泵的吸入閥、排出閥的布置型式，液流通道特性和結(jié)構(gòu)特征可分為：直通式、直角式、階梯式等不同型式，見圖2.1。
當(dāng)液力端的每一個(gè)缸里的吸、排閥中心軸線均為同一軸線時(shí)，稱為直通式液力端，見圖2.1a；當(dāng)吸、排閥軸線互相垂直時(shí)，稱為直角式液力端，見圖2.1b；若吸、排閥軸線互相平行但不是同一軸線時(shí)，稱為階梯式液力端，見圖2.1c。
a
b
c
2.1 臥式三聯(lián)單作用柱塞泵液力端分類示意圖
直通式液力端特點(diǎn)是：過流性能好，余隙容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小。但通常是吸入閥拆裝不方便。
直角式液力端特點(diǎn)是：吸排閥可分別拆裝和更換，所以，使用和維護(hù)較方便；余隙容在直通式、直角式和階梯式三種液力端中是最小的，有利于提高泵的容積效率；結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，柱塞可從吸入閥處拆、裝；因?yàn)楸仨氂幸粋€(gè)閥處于水平布置，閥板運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向必須好，否則會(huì)使閥板運(yùn)動(dòng)受阻或關(guān)閉不良。
階梯式液力端特點(diǎn)是：吸排閥可單獨(dú)拆、裝和更換，不必拆開管路，因此，當(dāng)要求經(jīng)常而迅速更換泵閥時(shí)，多采用階梯式液力端。但這種液力端余隙容積較大，排出壓力高或介質(zhì)含氣量多時(shí)，容積效率較低。
比較上述特點(diǎn)，采用直通式液力端。
2.1.3 傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)型式選擇
2.1.3.1 往復(fù)泵上傳遞動(dòng)力的部件叫傳動(dòng)端
對(duì)機(jī)動(dòng)泵，傳動(dòng)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(nèi)減速的，則傳動(dòng)端包括減速機(jī)構(gòu)。機(jī)動(dòng)泵的傳動(dòng)端主要由機(jī)體，曲軸，連桿，曲柄，十字頭及潤滑，冷卻等輔助設(shè)備組成。
2.1.3.2 在選擇和設(shè)計(jì)傳動(dòng)端時(shí)，通常應(yīng)遵循下面的基本原則：
⑴.傳動(dòng)端所屬主要零部件必須滿足泵最大柱塞力下是強(qiáng)度和剛度的要求。
⑵.傳動(dòng)端內(nèi)各運(yùn)動(dòng)副，必須是潤滑可靠，滿足比壓和Pv允許值，潤滑油溫升也限制在設(shè)計(jì)要求以內(nèi)，必要時(shí)應(yīng)有冷卻設(shè)備。
⑶.在結(jié)構(gòu)和尺寸要求允許的范圍內(nèi)，應(yīng)力求減小連桿比λ（R/1）這樣不僅可減小滑塊處的比壓，而且可減少慣性水頭的影響，從而可改善泵閥工作條件和泵的吸入性能。
⑷.要合理的選擇液缸中心線的夾角，曲柄間錯(cuò)角，力求使機(jī)械的慣性力和慣性力矩得到平衡，減輕對(duì)基礎(chǔ)的撓力載荷。
⑸.傳動(dòng)端，尤其是立式泵傳動(dòng)端，應(yīng)考慮重心的穩(wěn)定性。傳動(dòng)端頂部應(yīng)設(shè)有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)排氣，停車時(shí)封閉的排氣裝置，底部應(yīng)設(shè)有排放潤滑油的油脂。
⑹.拆、裝、檢修方便，大型泵的傳動(dòng)端還應(yīng)考慮到傳動(dòng)端各零部件的起吊方式和措施。
⑺.易損件及運(yùn)動(dòng)副應(yīng)工作可靠，壽命長(zhǎng)，更換較方便。
⑻.加工、制造工藝性好。
2.1.3.3 XBR乳化液泵采用的是兩支點(diǎn)三拐曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)端。
這種傳動(dòng)端的曲軸為三拐軸且只有兩個(gè)支承，分別在前后主軸頸上。這種傳動(dòng)端的特點(diǎn)及機(jī)構(gòu)特點(diǎn)選擇注意事項(xiàng)是：
①該傳動(dòng)端的曲軸通常為整體鑄，鍛件，三拐的曲柄間交錯(cuò)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(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕。
②兩支點(diǎn)三拐曲軸受力情況復(fù)雜，一般不能簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的平面力系或簡(jiǎn)支梁。曲軸在工作時(shí)的最大撓度和兩主軸頸處偏轉(zhuǎn)角均較大。為此，主軸承常采用轉(zhuǎn)角較大的調(diào)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(qiáng)度和剛度。故兩支點(diǎn)三拐曲軸均比較粗大。此外為使前后主軸處偏轉(zhuǎn)角大體相近，除了使曲軸間錯(cuò)角為120度外，還應(yīng)滿足這樣的條件，既當(dāng)?shù)谝磺D(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的第二，第三曲柄轉(zhuǎn)角應(yīng)為尤其是當(dāng)曲軸前端（動(dòng)力輸入端）有附加載荷時(shí)，更應(yīng)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(shù)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(dòng)端組成的三聯(lián)泵，柱塞行程不宜過大。
XBR乳化液泵的傳動(dòng)端機(jī)體為整體式，剛性好，在機(jī)體上方和前后方各開一個(gè)孔供拆，裝檢修用。
2.1.4 XBR型乳化液泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定
已知主要技術(shù)參數(shù)如下：
額定工作壓力： P=320MPa
額定流量： Q=125L/min
泵主軸的轉(zhuǎn)速： n=547L/min
柱塞直徑： D=40mm
柱塞行程： S=66mm
電機(jī)功率： P=90KW
由以上已知數(shù)可計(jì)算出以下參數(shù)：
泵的理論流量：
（2.1）
式中 ：
D──柱塞直徑，m；
S──柱塞行程，m；
n──主軸轉(zhuǎn)速，r/min；
Z──泵的聯(lián)數(shù)（柱塞數(shù)）；
容積效率：
柱塞的平均速度：
路徑比：
2.1.5 原動(dòng)機(jī)的選擇
原動(dòng)機(jī)的選擇原則
1 原動(dòng)機(jī)必須滿足要求的功率；
2 選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意轉(zhuǎn)差率；
3 因注意原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩和起動(dòng)電流；
4 要注意輸送介質(zhì)和操作環(huán)境的易燃，易爆性；
5 原動(dòng)機(jī)外形尺寸與原動(dòng)機(jī)搭配合適，機(jī)組外形美觀，便于安裝和檢修。
泵的有效功率：
由已知泵的原動(dòng)機(jī)功率為90KW得
泵的效率：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表21—1
因電機(jī)功率為90KW，且本乳化液泵多用于井下，為保安全，故選擇Y280M-4
型電機(jī)轉(zhuǎn)速1480r/min。
2.2 齒輪和齒輪軸的設(shè)計(jì)及較核
2.2.1 一級(jí)齒輪的計(jì)算及校核
由于從電動(dòng)機(jī)軸輸出的轉(zhuǎn)速過高，采用泵內(nèi)減速，即一級(jí)齒輪減速。
齒輪傳動(dòng)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(diǎn)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(dòng)。在封閉齒輪傳動(dòng)中，齒輪的失效形式主要是齒面點(diǎn)蝕，齒面膠合，齒輪折斷。齒輪齒面膠合強(qiáng)度的計(jì)算是以限定接觸處的瞬時(shí)溫度的溫升，保證潤滑不失效為計(jì)算準(zhǔn)則，目前只在氣輪機(jī)，船舶等高速，重載傳動(dòng)中試用，尚有待進(jìn)一步的驗(yàn)證和完善。故對(duì)一般的閉式齒輪傳動(dòng)目前只以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞極限強(qiáng)度為計(jì)算準(zhǔn)則。為防止過載折斷和輪齒塑性變形，還要進(jìn)行短期過載的靜強(qiáng)度計(jì)算。
接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算依據(jù)因此節(jié)點(diǎn)處的綜合曲率半徑值不是最小值，但該處一般只有一對(duì)齒嚙合，而且在節(jié)點(diǎn)方向附近的齒根往往先發(fā)生點(diǎn)蝕。
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算是以受拉力為計(jì)算依據(jù)，因?yàn)楫?dāng)齒輪長(zhǎng)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(duì)輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行理論分析和計(jì)算，必須先確定齒根危險(xiǎn)截面的位置。確定齒根危險(xiǎn)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(diǎn)的剖面即為齒根的危險(xiǎn)剖面。
下面就是對(duì)乳化液泵齒輪進(jìn)行強(qiáng)度較核。
因傳動(dòng)力矩較大，批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241～286HB，平均取為260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229～286HB，平均取為240HB。
2.2.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
2.2.2.1 初步計(jì)算
轉(zhuǎn)矩T1
齒寬系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.12取
接觸疲勞強(qiáng)度極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.18(C)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.19，表9.13
初選接觸強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù)，最小安全系數(shù)為
，
初步計(jì)算接觸許用應(yīng)力
因電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)載荷平穩(wěn)，
使用系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.7
動(dòng)載系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.10
齒向載荷分布系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.9
齒間載荷分配系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.10
則
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.17，表9.11得
, , 取
傳動(dòng)比：
初步計(jì)算小齒輪直徑
（2.2）
取
初步計(jì)算齒寬b
2.2.2.2 校核計(jì)算
圓周速度 v
精度等級(jí)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.8 選7級(jí)精度
初選齒數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.1，取 m=4 則
總工作時(shí)間
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) :
接觸壽命系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.19得
,
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算
（2.3）
計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整，否則調(diào)整后還應(yīng)再進(jìn)行驗(yàn)算。
2.2.2.3 確定傳動(dòng)主要尺寸
實(shí)際分度圓直徑d
基圓直徑db
（國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定分度圓壓力角的標(biāo)準(zhǔn)值）
齒頂高
齒根高
（正常齒標(biāo)準(zhǔn)）
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
中心距
齒寬b 取b1=100,b2=80mm
2.2.2.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.21
應(yīng)力修正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.22
彎曲疲勞極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.23(c)得
彎曲最小安全系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.13
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9.14
彎曲壽命系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.24
試驗(yàn)齒輪的尺寸系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9.25
許用彎曲應(yīng)力
驗(yàn)算
傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核
2.2.3 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于齒輪分度圓直徑小于1.8倍的軸徑時(shí)，可將齒輪與軸做成一體，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。
2.2.3.1 選擇軸的材料
選擇軸材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.1得
抗拉強(qiáng)度
屈服極限
彎曲疲勞極限
扭轉(zhuǎn)疲勞極限
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.3
軸的許用彎曲應(yīng)力
2.2.3.2 初步計(jì)算軸的最小軸徑
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.2 C=105
考慮到軸端裝聯(lián)軸器需開鍵槽，將其軸徑增加5%，變?yōu)?3.35mm查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，故取標(biāo)準(zhǔn)直徑45mm由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-5，取工作情況系數(shù)
則計(jì)算轉(zhuǎn)矩
聯(lián)軸器的選擇 ：根據(jù)和
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表20-5取HL5彈性柱銷聯(lián)軸器
公稱轉(zhuǎn)矩2000
許用轉(zhuǎn)速3550n/min；
由于選取聯(lián)軸器的內(nèi)徑為50，故取最小軸徑為50。
軸承的選擇：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表18-1
選用深溝球軸承 6214 則軸承各項(xiàng)系數(shù)為
鍵的選擇：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-1
選用，長(zhǎng)100普通平鍵。
要確定軸的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)就確定了。軸承對(duì)稱地安裝與齒輪軸的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，軸向采用過盈配合和軸承蓋固定。由《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖7-1-7，表7-1-16得具體尺寸如圖2.2a所示。
2.2.3.3 軸的較核
(1)計(jì)算齒輪受力
直齒輪螺旋角
齒輪直徑 小輪
小齒輪受力
轉(zhuǎn)矩
圓周力
徑向力
軸向力
畫齒輪軸受力圖 見圖2.2b
(2)計(jì)算支反力
水平面反力
垂直面反力
水平面XY 受力圖 見圖2.1.c
垂直面XZ 受力圖 見圖2.1.d
(3)畫軸彎矩圖
水平面彎矩
見圖2.2e
垂直面彎矩圖
見圖2.2f
合成彎矩
(4)畫軸轉(zhuǎn)矩圖
軸受轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)矩圖 見圖2.2g
（5）許用應(yīng)力
許用應(yīng)力值由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.3，查得
應(yīng)力校正系數(shù)
(6)畫當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 見圖2.2h
當(dāng)量彎矩 在小齒輪中間截面處
(7)校核軸徑
齒根圓直徑
軸徑
圖2.2
2.3 曲軸的設(shè)計(jì)與校核
在往復(fù)泵中，曲軸是把原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的重要部件之一。工作時(shí)，它將承受周期性的交變載荷，產(chǎn)生交變的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，因此也是曲軸連桿機(jī)構(gòu)中最重要的受力部件。
2.3.1 曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1) XRB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(jī)體的加工量減少，傳動(dòng)端裝配也簡(jiǎn)單；相反地，因曲柄錯(cuò)角為120度的三拐二支承曲軸不能簡(jiǎn)化為平面曲軸，故受力狀況復(fù)雜，剛度和強(qiáng)度較差，在同等條件下就顯得粗笨。
2) 曲軸各部件名稱
①.軸端 軸中心線與曲軸旋轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)或泵外減速機(jī)相連，并做為總體扭矩的輸入端，故前端也叫輸入端。相對(duì)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(dòng)軸承）或曲軸支承在機(jī)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(zhǎng)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(zhǎng)的，叫長(zhǎng)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(cuò)角選定
曲軸的拐數(shù)和曲柄錯(cuò)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(cuò)角選擇還應(yīng)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(duì)于三聯(lián)單作用泵，不僅取錯(cuò)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(zhǔn)順旋轉(zhuǎn)方向計(jì)算時(shí)，第二曲柄和第一曲柄間錯(cuò)角取240度，第三曲柄與第一曲柄將錯(cuò)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(shí)，更是如此。
4) 曲軸支承和軸承的選擇
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，故主軸承多采用角接觸球軸承。主軸軸承型號(hào)7326AC。
5) 軸頸
由于制造工藝的原因，短在曲軸的軸頸一般均制成實(shí)心圓柱體。XRB乳化液泵曲軸即采用這種實(shí)心圓柱體形式，因此是鍛件。
6) 曲柄
采用橢圓形的曲柄，材料利用最合理，疲勞強(qiáng)度高。但對(duì)自由鍛造曲軸，曲柄外形需靠模加工成型。
7) 過渡圓角
泵工作時(shí)，軸頸與曲柄連接處最容易形成應(yīng)力集中，而導(dǎo)致曲軸早期破壞，因此在此處應(yīng)取圓滑過渡的圓角以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。
8) 軸端
軸端常見的形狀是：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， 但拆裝較困難。圓錐軸端便于拆裝，但加工較麻煩，錐面錐度一般取1：10也可取1：15或1：20。因前端為總扭矩輸入端，故前端多有鍵槽以備安裝鍵來傳遞扭矩。
9) 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
① 曲軸各部件的尺寸和形狀應(yīng)在保證強(qiáng)度和剛度的條件下確定，不影響強(qiáng)度和剛度的部件只要是制造工藝允許并易于實(shí)現(xiàn)的就應(yīng)當(dāng)去掉，以便于減輕重量。另外工作表面尺寸應(yīng)考慮到相關(guān)文件（軸承內(nèi)孔等）尺寸和尺寸數(shù)列的標(biāo)準(zhǔn)化，最后進(jìn)行圓整；
②曲柄、曲軸頸尺寸和形狀、曲柄半徑、曲柄間錯(cuò)角以及曲柄頸軸間距應(yīng)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(shí)盡可能（減?。?duì)曲軸幾何中心的不對(duì)稱，以利于泵運(yùn)轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)力集中，提高各工作表面耐 磨性和疲勞強(qiáng)度。
④曲軸各部件形狀尺寸選擇還應(yīng)考慮到制造和拆裝維修方便。
曲軸材料選用45鋼
確定各軸段的尺寸
曲軸曲拐的直徑
查《中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典》 表21.1-21.8 取d=110mm
主軸頸
連桿軸瓦大頭寬度
曲柄寬度
①曲軸各軸段直徑的確定；
由d得軸段L的直徑最小d=110mm，軸段K、A上分別安裝角接觸球軸承，所以其直徑必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，由《中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典》表24.4.6選用7326AC角接觸球軸承，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(yīng)當(dāng)由連桿大頭內(nèi)徑來定，所以確定其內(nèi)徑。
②曲軸各軸段長(zhǎng)度的確定
軸段L安裝大齒輪，所以其長(zhǎng)度為125mm,軸段A、K安裝角接觸球軸承，故取該軸段長(zhǎng)度為52mm，所以；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間就留有一定間距，取間距為10mm，為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中，并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為2mm，所以軸段B、J長(zhǎng)度為12mm；軸段C、I為曲軸中的短臂，根據(jù)計(jì)算出的b值確定其長(zhǎng)度為75mm；為了防止連桿與曲軸端面相碰，連桿徑與曲柄之間應(yīng)當(dāng)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(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)由連桿大頭的厚度來定，取其長(zhǎng)度為86mm；軸段E、G為曲軸的長(zhǎng)臂，根據(jù)b值取該段的長(zhǎng)度為80mm. 如下圖
圖 2.3
2.3.2 曲軸的受力分析及其校核
曲軸的受力十分復(fù)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩和支座外力間的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)慣性矩都將隨著轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)去，是很難做到的。在實(shí)際分析、計(jì)算時(shí)，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(jì)算曲軸受力，通常做下列假設(shè)：
①.把多支承曲軸看作是以住軸承中點(diǎn)分開的分段的簡(jiǎn)支梁并把曲軸視為絕對(duì)剛性系統(tǒng)；
②.把主軸頸中點(diǎn)既看成是支承點(diǎn)，又看成是集中支承力的作用點(diǎn)；
③.連桿力和旋轉(zhuǎn)慣性力，看作是集中力并作用在曲軸頸中點(diǎn)；
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(zhì)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(dāng)柱塞力很大時(shí)，在計(jì)算是也可以略去重力和摩擦力。
根據(jù)以上假設(shè)對(duì)PRB6曲軸進(jìn)行受力分析與計(jì)算，它的主要參數(shù)如下：
最大設(shè)計(jì)流量：
最大設(shè)計(jì)排壓：
曲軸轉(zhuǎn)速：
柱塞行程： S=66mm
十字頭質(zhì)量：
連桿質(zhì)量：
柱塞質(zhì)量：
2.3.2.1 曲軸受力分析
在上述假設(shè)條件下，作用在兩支承點(diǎn)三拐曲軸上的力有：作用在曲柄頸中點(diǎn)的集中力——（切向力和徑向力和旋轉(zhuǎn)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。
2.3.2.2 曲軸外力的計(jì)算
坐標(biāo)系的選擇：在兩主軸頸支承力作用點(diǎn)處選取固定坐標(biāo)系X-Y-Z；X軸前后軸向前端（A點(diǎn)）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(biāo)，將隨曲軸旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸將始終處于任一曲拐作用的平面內(nèi)，并沿曲柄中心線從前端順次移動(dòng)，Y軸將和X軸一樣，始終處在任一曲拐所在平面內(nèi)，并按右手法則與X軸垂直，Z軸自然應(yīng)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(guān)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2.4所示
圖 2.4
曲軸坐標(biāo)系的選擇如下圖2.5所示
圖 2.5
⑴ .往復(fù)慣性力
式中 ──每聯(lián)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量，10Ns∕m；
──曲柄半徑 m；
──曲柄角速度rad∕s；
──曲柄半徑與連桿長(zhǎng)之比；
──曲柄轉(zhuǎn)角 rad；
其中 低速泵取大值
（2）.旋轉(zhuǎn)慣性力
（2.4）
式中 ──不平衡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，10Ns∕m；
──曲柄半徑，m；
──曲柄角速度rad/s
式中 ──轉(zhuǎn)化到曲柄銷中心的曲拐不平衡質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際情況，??；
──連桿質(zhì)量， 取；
──轉(zhuǎn)化成往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的系數(shù)，一般為K=0.3～0.4.對(duì)高速泵取小值對(duì)低速或中速泵取大值。
由式（2.4）可見
(3)柱塞力 （，為泵的最大排壓） （2.5）
（，計(jì)算時(shí)設(shè)）
活塞受拉為正
(4)綜合柱塞力
（2.6）
式中 ──活塞力，
──往復(fù)慣性力，
──摩擦力，
一般情況下因與柱塞力比較，摩擦力很小可以略去。
由式（2.6）得
(5) 連桿力
（2.7）
由《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》表4-4查得
表2-1
由式（2.7）得
(6).徑向力
（2.8）
由《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》表4-6查得
表2-2
由式（2.8）得
(7).切向力
（2.9）
由《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》表4-5查得
表2-3
由式（2.9）得
(8).輸入扭矩
在坐標(biāo)z向的投影
在坐標(biāo)y向的投影
（9）軸前端C點(diǎn)處的載荷（由傳動(dòng)方式造成的附加載荷）
軸前端A點(diǎn)的支反力
軸尾端B點(diǎn)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(jì)算數(shù)據(jù)列入下表得
表2-4
1608
-804
-804
2215
2215
2215
-48230.4
-48230.4
0
-46622.4
-49034.4
-804
-46622.4
50326.8
-825
-44407.4
36545.9
1652.1
0
336798.8
-603.4
0
13249
-1129
-44407.4
-50140.7
-1348.6
0
0
-58812
6400
-37084
5719
表2-4續(xù)
6400
47731
-54131
-5719
-29255
34974
-58812
34948
23863
37084
-23495
-13589
0
0
38457
-1732
22203,7
-304
22203.7
-1349
2.3.2.3 曲軸的校核
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(yīng)按疲勞強(qiáng)度校核。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程，往往把曲軸所受載荷看成是內(nèi)應(yīng)力幅等于最大內(nèi)應(yīng)力的對(duì)稱循環(huán)載荷，略去應(yīng)力集中和尺寸系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)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(fù)雜的疲勞強(qiáng)度校核具有靜強(qiáng)度校核的簡(jiǎn)單形式，即用靜強(qiáng)度校核代替疲勞強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)在內(nèi)的疲勞強(qiáng)度校核了。
①.靜強(qiáng)度校核
靜強(qiáng)度校核的一般式為
（2.10）
式中 ──曲軸材料的對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度，10N/m。當(dāng)曲軸材料為40或45號(hào)鋼時(shí),10N/m；
──危險(xiǎn)截面上危險(xiǎn)點(diǎn)的正應(yīng)力,N/m；
──危險(xiǎn)截面上危險(xiǎn)點(diǎn)的切應(yīng)力,N/m；
──計(jì)算的安全系數(shù)；
──許用安全系數(shù)，通常取=4.0～6.5。
兩支點(diǎn)三拐曲軸軸頸上各截面應(yīng)力計(jì)算有如下特點(diǎn)：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(guān)系：上式中因此靜強(qiáng)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(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度，當(dāng)曲軸材料為45號(hào)鋼時(shí)，；