畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-350ZQB-160潛水泵的設(shè)計(jì)

ZQB-160潛水泵設(shè)計(jì)說明書學(xué)院名稱：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：年月目錄TOC\o"1-1"\h\z\u第一章內(nèi)容摘要 3第二章概述 42.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 42.2結(jié)構(gòu)要求 42.3設(shè)計(jì)思路 42.4設(shè)計(jì)意義 5第三章設(shè)計(jì)方案及原理說明 6第四章水力設(shè)計(jì) 74.1幾何參數(shù)的選擇 74.2設(shè)計(jì)葉輪 104.3導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20第五章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 275.1軸流泵的進(jìn)水流道 275.2泵軸的計(jì)算設(shè)計(jì) 285.3軸承端蓋的設(shè)計(jì) 295.4公差與配合的選擇 305.5標(biāo)準(zhǔn)鍵件的選擇 325.6電動(dòng)機(jī)的選取 335.7密封的選取 33第六章重要部件的強(qiáng)度校核 34小結(jié) 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41第一章內(nèi)容摘要摘要作為傳統(tǒng)的水泵-電機(jī)組的更新?lián)Q代產(chǎn)品，ZQB型潛水泵的機(jī)泵一體可以在水中長期運(yùn)行。因?yàn)楸脻撊胨羞\(yùn)行，極大地簡化了泵站的建筑結(jié)構(gòu)和土工工程，安裝面積得到了減少，工程總價(jià)的30/40%得到了減少。更得益于水泵和電機(jī)一體，現(xiàn)場的軸對(duì)中心的裝配工序被省略了，安裝方便、快速。噪聲低、泵站內(nèi)溫度不高，工作條件得到改善，也可按目標(biāo)建成全地下泵站，維持地面的環(huán)境地貌。可解決在水位漲落大的沿江，湖泊地區(qū)建泵站的電機(jī)防洪問題。ZQB型潛水軸流泵具有低揚(yáng)程、大流量的特點(diǎn)。可用于農(nóng)田排灌、工礦船塢、城市建設(shè)、電站給排水等方面的需求。通過前期調(diào)研了解其生產(chǎn)現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)流程，參照關(guān)醒凡老師的《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》，順利地完成了350ZQB-160潛水泵的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)綜合考察并鍛煉了機(jī)械制圖、葉片泵設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝等方面的專業(yè)能力。AbstractZQBseriesimmersiblepumpisaupdatedproductofthetraditionalpump-motorgroup,theproductcangointothewaterforthelongtime.Becausethepumprunsintothewater,itgreatlysimplifiesthepumpingstation,andreducestheinstallationarea,whichcansave30%/40%ofthetotalprojectprice.Asaresultofthecombinationofthepumpandmotor,thereisnoneedtocarryontheaxialtothecenterassemblyprocessinthescene.thereisnohightemperatureinthepumpstation,whichimprovestheworkingcondition.Italsocanbetheundergroundpumpingstationinordertomaintaintheenvironmentallandscape.Throughinvestigatingthecurrentproductionandthedesignprocessofthispumpandreferringtoknowledgeinthepumpmanualbook,aZQBseriespumpwassuccessfullydesigned.Thisseniordesignprovidesachanceoftestingandimprovetheprofessionalabilitiesofmechanicalgraphics,pumpdesignandmachiningartsandcrafts.第二章概述2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容流量；揚(yáng)程；轉(zhuǎn)速；比轉(zhuǎn)速；輸送介質(zhì)：水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體，其最高被輸送液體溫度為40℃。2.2結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需簡單、可靠、先進(jìn)，能滿足實(shí)際需求并符合實(shí)際加工與裝配要求；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不局限于參考圖，須有亮點(diǎn)與創(chuàng)新。2.3設(shè)計(jì)思路調(diào)研工作：盡管ZQB型潛水軸流泵已經(jīng)在企業(yè)中生產(chǎn)了很長的一段時(shí)間，擁有著非常成熟的技術(shù)，但對(duì)于我們這些沒有實(shí)際設(shè)計(jì)與加工經(jīng)驗(yàn)的在校學(xué)生而言，調(diào)研工作還是非常重要的。通過調(diào)研工作，我們了解了近年來國內(nèi)外潛水軸流泵的發(fā)展歷程以及最新的研究進(jìn)展，明確了潛水軸流泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與設(shè)計(jì)的相關(guān)原理。并且，通過實(shí)際調(diào)研，我們對(duì)潛水軸流泵有了更為直觀的認(rèn)識(shí)；通過結(jié)合文獻(xiàn)中提出的軸流泵設(shè)計(jì)方法，結(jié)合企業(yè)中潛水軸流泵設(shè)計(jì)生產(chǎn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，才得以讓本次設(shè)計(jì)更加貼合生產(chǎn)實(shí)際，也使我們設(shè)計(jì)出來的泵能夠真正地滿足實(shí)際的生產(chǎn)要求與使用需求。水力設(shè)計(jì)：根據(jù)關(guān)醒凡老師所著的《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》里面所闡述的葉輪、導(dǎo)葉等的水力設(shè)計(jì)方法，并對(duì)照相關(guān)的書籍論文中的潛水軸流泵設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合公司中優(yōu)秀的水力設(shè)計(jì)模型及前期調(diào)研得出的結(jié)果，對(duì)葉輪、導(dǎo)葉等進(jìn)行水力設(shè)計(jì)，最后繪制葉輪的木模圖及導(dǎo)葉的水力圖。畫總裝圖：參考公司提供的ZQB型泵結(jié)構(gòu)樣圖，結(jié)合自己的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)要求畫出總裝圖。選擇鍵、法蘭、聯(lián)軸器、軸承、電機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)間并對(duì)軸、鍵、葉輪、導(dǎo)葉、泵體聯(lián)接螺栓等進(jìn)行強(qiáng)度校核，并計(jì)算軸承的使用壽命。畫零件圖：裝配圖的總體結(jié)構(gòu)確定之后，通過圓整各個(gè)零件的尺寸，并根據(jù)水力設(shè)計(jì)結(jié)果，畫出葉輪、導(dǎo)葉、軸、軸承座及軸承壓蓋等主要零件圖，零件設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮材料的工藝性及強(qiáng)度要求。整理水力設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核說明書，做到每一個(gè)計(jì)算公式、每一個(gè)數(shù)據(jù)都有據(jù)可依。2.4設(shè)計(jì)意義熟悉潛水軸流泵的設(shè)計(jì)流程，深入理解一些參數(shù)的具體實(shí)際意義，明白對(duì)于潛水軸流泵而言，應(yīng)當(dāng)采取什么樣的原則選取其值大小，理解葉輪進(jìn)口直徑、葉輪外徑、出口安放角、葉片數(shù)等參數(shù)對(duì)潛水軸流泵的運(yùn)行能力以及效率等性能的影響。鍛煉了自己進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，對(duì)某一課題的研究狀況進(jìn)行綜述的能力；通過經(jīng)常翻閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，熟悉了泵用材料的標(biāo)準(zhǔn)，多種軸承，鍵的標(biāo)準(zhǔn)以及越程槽、退刀槽等工藝結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，增加了自己工藝方面的知識(shí)；通過繪制水力圖、裝配圖及零件圖，極大地鍛煉了自己計(jì)算機(jī)繪圖的能力以及office軟件的應(yīng)用能力，自己的繪圖速度得到了較大的提高，并同時(shí)掌握了較多的繪圖技巧。在本次設(shè)計(jì)中，從前期的開題報(bào)告開始直到最終的整理圖紙、撰寫說明書及準(zhǔn)備答辯材料，完成了對(duì)某一課題進(jìn)行科學(xué)研究的整個(gè)過程。在這個(gè)過程中不僅提高了自己各方面的能力，同時(shí)也磨練了自己的意志，為自己將來在研究生生活中的科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第三章設(shè)計(jì)方案及原理說明本次潛水軸流泵的基本設(shè)計(jì)原理是參考了關(guān)醒凡教授的《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》（北京：中國宇航出版社，2011版）中軸流泵的設(shè)計(jì)原理。事先查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)資料并結(jié)合在企業(yè)實(shí)習(xí)中所接觸到的生產(chǎn)實(shí)際，采用流線法設(shè)計(jì)葉輪，并選用了XX大學(xué)所研究的791翼型進(jìn)行加厚，最后畫出葉輪和導(dǎo)葉的木模圖。進(jìn)水喇叭、導(dǎo)葉體等采用常用機(jī)械材料（灰鑄鐵）。考慮制造工藝，葉輪等零件過渡部位均采用圓角過渡，在葉輪進(jìn)口處應(yīng)當(dāng)進(jìn)行車刀校正。考慮到動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)的影響，葉輪的厚度應(yīng)適當(dāng)留有余量。本設(shè)計(jì)中，葉輪、導(dǎo)葉體均采用砂型鑄造，進(jìn)水喇叭與導(dǎo)葉體分開進(jìn)行鑄造。在進(jìn)行一些零件設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮零件加工工藝的要求，如：上、下軸承座需要設(shè)計(jì)一定的拔模斜度以便進(jìn)行實(shí)際的鑄造；螺栓等連接部位需要考慮接觸面沉頭或者凸臺(tái)；對(duì)于較長的軸段，應(yīng)做成階梯軸等等。在對(duì)鍵、軸等進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)力求計(jì)算精確，安排合理的安全系數(shù)來保證不浪費(fèi)材料。設(shè)計(jì)軸時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證每個(gè)軸端之差不要過大（保證在5mm左右）。校核軸的強(qiáng)度時(shí)，需要畫出整段軸的軸力圖、扭矩圖，并選擇危險(xiǎn)斷面進(jìn)行校核。其余校核時(shí)，應(yīng)充分考慮企業(yè)中實(shí)際的加工精度及生產(chǎn)要求，不可一味地追求書中標(biāo)準(zhǔn)。在本次設(shè)計(jì)中，機(jī)械密封采用簡化畫法。裝配圖中應(yīng)明確表明一些主要接觸面的配合公差及泵的主要總體尺寸，應(yīng)在明細(xì)表中盡量標(biāo)明各個(gè)主要零件的名稱。第四章水力設(shè)計(jì)4.1幾何參數(shù)的選擇葉輪直徑依據(jù)相似原理，則有，式中，帶下標(biāo)M的為模型泵，不帶下標(biāo)的為實(shí)型泵。根據(jù)上式則有通常，，，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)中，，可以得到經(jīng)過圓整，葉輪直徑D為350mm。輪轂比輪轂是用來固定葉片的，在結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度上應(yīng)滿足安裝葉片和調(diào)節(jié)葉片的需要。再從水力性能的角度來看，輪轂比的減小，有助于減少水力摩擦損失，過流面積的增大，可以改善抗氣蝕性能。但是如果輪轂比大幅度減小，葉片的扭曲會(huì)增大，當(dāng)設(shè)計(jì)工況偏離時(shí)，泵的效率會(huì)下降，會(huì)使高效范圍變窄。參考圖1XX大學(xué)系列模型采用的輪轂比統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以確定輪轂比。當(dāng)時(shí)，可以查的輪轂比，故可求得輪轂直徑圓整得，。圖1輪轂比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系葉柵稠密度葉柵稠密度作為軸流泵葉輪的一個(gè)關(guān)鍵的幾何參數(shù)，它對(duì)泵的效率有直接的影響作用，也對(duì)泵的汽蝕性能起決定性作用。的減小，表示葉輪的葉片總面積得到減小，葉片兩面的壓差得到了增加，還會(huì)使汽蝕性能變差。但從另一個(gè)角度來講，減小摩擦面積，有利于提高效率。由于葉輪內(nèi)的水力損失與成正比，外緣上的大，過流量就大，對(duì)泵的效率有關(guān)鍵作用。除此以外，相對(duì)速度最大的外緣處，也最容易發(fā)生汽蝕。所以，對(duì)于軸流泵而言，重點(diǎn)是確定外緣的。在選擇時(shí)，應(yīng)思考以下三點(diǎn)：結(jié)合能量轉(zhuǎn)換和汽蝕性能來看，無論葉片數(shù)多少與否，葉片應(yīng)當(dāng)具有足夠的長度，以便形成理想的通道，因此的選擇還應(yīng)當(dāng)參考葉片數(shù)的多少。依據(jù)試驗(yàn)研究，推薦以下幾組外緣處的值，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。。適量縮小外緣側(cè)的，提高輪轂側(cè)的，以便使內(nèi)外側(cè)翼型的長度差減小，從而達(dá)到均衡葉片出口揚(yáng)程的目的。由于只有確保葉片進(jìn)口等于定值，才有機(jī)會(huì)消除徑向流動(dòng)，使損失減小，并提高效率。但是，常規(guī)的軸流泵葉片根部都很短，外緣長，相差約1.7倍。一般采用的輪轂翼型葉柵稠密度和輪緣葉柵稠密度的關(guān)系是。這樣，由于葉片根部翼型本來的工作條件就不好，又因?yàn)楹芏蹋瑢?shí)際上無法保證和外緣翼型有相同程度的能量轉(zhuǎn)換，會(huì)造成葉片出口揚(yáng)程不均，從而導(dǎo)致徑向流動(dòng)。于是推薦參考輪轂和輪緣之間各截面的按直線規(guī)律變化，其值為。圖2葉柵稠密度與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系對(duì)葉片進(jìn)口外緣部分進(jìn)行修圓，使得葉片的抗汽蝕性能提高。綜上所述，參考圖2，結(jié)合，可以選取，。葉片數(shù)與翼型厚度（1）葉片數(shù)葉片數(shù)通常按比轉(zhuǎn)速選取，參考圖3中的XX大學(xué)系列模型使用的葉片數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系。圖3葉片數(shù)z與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系故，葉片數(shù)。（2）翼型厚度輪轂處的翼型厚度按強(qiáng)度條件確定。通常按下式粗略估算式中D——葉輪直徑，m；H——泵揚(yáng)程，m。將，代入上式，可得厚度與弦長l有關(guān)，通常輪轂截面的相對(duì)厚度為取輪轂處。輪緣截面的厚度按工藝條件確定，通常輪緣截面的相對(duì)厚度為從輪轂到輪緣，翼型厚度可按線性規(guī)律變化。按照經(jīng)驗(yàn)，取輪緣處。從輪轂到輪緣厚度按線性變化。4.2設(shè)計(jì)葉輪升力法缺陷最早用來設(shè)計(jì)軸流泵葉輪葉片的方法是升力法。在升力法中，會(huì)把軸流式葉輪葉片柵中每一個(gè)翼型都看作是孤立的，并根據(jù)風(fēng)洞中進(jìn)行的單個(gè)翼型的試驗(yàn)結(jié)果來對(duì)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)。但這是一種半經(jīng)驗(yàn)、半理論的設(shè)計(jì)方法，有很多的問題：軸流泵的葉輪葉片是一組葉柵，對(duì)于柵中翼型特性和單獨(dú)機(jī)翼特性的差別，只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改正。單個(gè)機(jī)翼的特征，是在風(fēng)洞試驗(yàn)中測得，空氣流動(dòng)和水流有很大的差別。航空動(dòng)力翼型，進(jìn)口部位圓滑肥厚，但不適宜用于來流方向變化不大的軸流泵葉片。由升力法測得的沖角，輪轂側(cè)很大，但越到輪緣側(cè)越小，葉片的扭曲會(huì)增大，泵的效率會(huì)被影響。綜上所述，升力法不適用于軸流泵葉片的設(shè)計(jì)。流線法設(shè)計(jì)葉片由于自由旋渦理論與強(qiáng)制旋渦理論都有各自的缺點(diǎn)，靠著對(duì)優(yōu)秀模型幾何參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，一種線性修正環(huán)量的分布規(guī)律被提了出來，軸流泵葉片可以用流線法進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算步驟簡述如下：確定好基本參數(shù)Q、H、z、D、n等；分5個(gè)流面，流面間距相等，考慮三維實(shí)體建模的準(zhǔn)確性，輪轂、輪緣作為兩個(gè)流面；根據(jù)上述選好的葉柵稠密度，并計(jì)算各弦長；確定容積效率，各截面的容積效率都選擇同一值，計(jì)算。估算各截面排擠系數(shù)，其中，葉片最大厚度為：輪緣6mm，輪轂14mm，其余截面按線性變化；葉弦角為：輪緣20°，按照線性變化到輪轂40°。按照給定公式與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算各截面、。計(jì)算水力效率：參考圖4，初步確定泵效率。計(jì)算得到的是葉片平均效率，計(jì)算各個(gè)截面時(shí)，需要以中間截面為平均效率，輪轂修正（-0.1%~-0.2%）,輪緣修正（0.1%~0.2%），其間線性變化。圖4計(jì)算，并確定修正系數(shù)（參考圖5），使。圖5按照公式，計(jì)算各截面葉片進(jìn)口液流角，并選擇沖角。沖角的選擇可以按照以下原則：a.改變自由旋渦和強(qiáng)制旋渦設(shè)計(jì)軸流泵葉片的不當(dāng)之處，適當(dāng)減小輪轂側(cè)的葉片角，增加輪緣側(cè)的葉片角。b.輪緣側(cè)的間隙會(huì)造成輪緣側(cè)液流旋轉(zhuǎn)不足，因而增加輪緣側(cè)的葉片角，加以補(bǔ)償。c.沖角選用為0°~3°，從輪轂到輪緣增加，比轉(zhuǎn)速大者取小值。按照計(jì)算各截面出口液流角，認(rèn)為。確定葉片出口角，考慮有限葉片數(shù)等因素影響，的選用范圍為0°~3°。按照公式確定葉弦角，再按照公式計(jì)算型線半徑。計(jì)算數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚航o定初始參數(shù)5273.314501003350項(xiàng)目公式單位edcba截面mm100162.5225287.5350節(jié)距mm104.72170.17235.62301.07366.52稠密度0.840.790.740.690.64弦長mm87.96134.43174.36207.74234.57m/s6.09估算0.860.920.940.960.97m/s7.086.626.486.346.28m/s7.5912.3417.0821.8326.57水力效率0.880.890.900.910.92m/s4.842.962.151.681.38修正0.900.951.001.051.10m/s4.3562.8122.151.7641.51843.0128.2120.7816.1913.30進(jìn)口沖角00.250.50.75143.0128.4621.2816.8414.3065.4534.7923.4617.5314.07出口沖角1111166.4535.7924.4618.5315.0754.7332.1322.8717.6914.69mm21610513142704317455計(jì)算各截面翼型厚度坐標(biāo)按照XX大學(xué)791模型的厚度變化規(guī)律，對(duì)a、b、c、d、e上的翼型進(jìn)行加厚，厚度坐標(biāo)如以下5表所示：翼型791e截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.004.3986.5978.79617.5926.3935.1843.9852.7861.5770.3779.1683.5687.9600.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2001.9582.8353.7677.44110.6312.211412.3610.587.6164.9842.80e截面的翼型厚度坐標(biāo)圖翼型791d截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.006.72210.0813.4426.8940.3353.7767.2280.6694.10107.5121.0127.7134.400.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2003.5524.865.8689.33611.0411.741210.609.0726.5284.2722.40d截面的翼型厚度坐標(biāo)圖翼型791c截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.008.71813.0817.4434.8752.3169.7487.18104.6122.1139.5156.9165.6174.400.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2002.964.054.897.789.29.78108.837.565.443.5620c截面的翼型厚度坐標(biāo)圖翼型791b截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.0010.3915.5820.7741.5562.3283.10103.9124.6145.4166.2187.0197.4207.700.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2002.3683.243.9126.2247.367.82487.0646.0484.3522.8481.60b截面的翼型厚度坐標(biāo)圖翼型791a截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.0011.7317.5923.4646.9170.3793.83117.3140.7164.2187.7211.1222.8234.600.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2001.7762.432.9344.6685.525.86865.2984.5363.2642.1361.20a截面的翼型厚度坐標(biāo)圖繪制翼型5個(gè)截面展開圖根據(jù)計(jì)算得到的各截面翼型安放角作出弦線l，并按照計(jì)算的型線半徑畫出翼型展開圖。并根據(jù)以上五表的加厚數(shù)據(jù)，以型線為工作面向背面加厚。畫好的五個(gè)翼型如下圖：a-a截面翼型展開圖b-b截面翼型展開圖c-c截面翼型展開圖d-d截面翼型展開圖e-e截面翼型展開圖作葉片的平面投影圖、軸面投影圖如圖6，先將輪轂、輪緣和各截面的弧線在平面圖中作出，同時(shí)還要作出間隔角的射線，通常取5°或10°。角間對(duì)應(yīng)的各截面的弧長為，若干條豎線在翼型展開圖中沿豎線兩側(cè)畫出，豎線間距就是弧長L。若干條間距相等的橫線在翼型展開圖中沿水平線上下作出，先假設(shè)間距為。圖6當(dāng)時(shí)，各處的弧長分別為：a-a截面，；b-b截面，；c-c截面，；d-d截面，；e-e截面，。在軸面投影圖的軸心線（豎線）兩側(cè)畫出間距等于的若干條豎線。在各截面翼型展開圖中的進(jìn)、出口端點(diǎn)，按所在的角度，點(diǎn)到平面圖各截面相應(yīng)角度的位置上，各點(diǎn)連線為進(jìn)、出口邊，此線應(yīng)光滑。將翼型展開圖中各翼型進(jìn)、出口端點(diǎn)離水平線（軸面軸心線）的距離，投影到軸面投影圖相應(yīng)的截面上，所得點(diǎn)的連線為進(jìn)、出口邊的軸面投影線，此線應(yīng)光滑。如果軸面投影圖和平面投影圖中的進(jìn)、出口邊不光滑，應(yīng)當(dāng)對(duì)弦長l以及轉(zhuǎn)動(dòng)中心等進(jìn)行調(diào)整。最終作出的軸面、平面投影圖如圖7、8所示。圖7平面投影圖圖8軸面投影圖4.3導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)與計(jì)算選擇導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)參數(shù)1）確定導(dǎo)葉擴(kuò)散角一般導(dǎo)葉擴(kuò)散角為，取。導(dǎo)葉進(jìn)口邊一般和葉片出口邊平行，其間的距離為：即，取。3）一般導(dǎo)葉葉片數(shù)，高比轉(zhuǎn)速取小值，本例中比轉(zhuǎn)速高，故取。導(dǎo)葉體的出口接出水彎管，為使液體在彎管中的損失最小，彎管通常為等斷面，最好是變曲率收縮斷面彎管。出口直徑應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)直徑。故，。5）導(dǎo)葉高度H一般取H=（0.3～0.4）D，即H=105～140mm,取H=140mm。流線法設(shè)計(jì)導(dǎo)葉計(jì)算（1）根據(jù)選擇的結(jié)構(gòu)參數(shù)，繪制導(dǎo)葉軸面圖。（2）分流線。（3）計(jì)算各流面導(dǎo)葉的進(jìn)、出口安放角。1），。2）取。擴(kuò)散角一般，不得超過12°。通常先參考有關(guān)資料選擇l/t,然后校核擴(kuò)散角在合適的范圍內(nèi)即可。導(dǎo)葉的高度和型線半徑導(dǎo)葉高度H型線半徑R計(jì)算數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚航o定初始參數(shù)5273.31450985340項(xiàng)目公式單位abcde截面（進(jìn)口）mm98158.5219279.5340m/s6.33估算0.890.930.950.960.97m/s7.116.816.666.596.53m/s7.4412.0316.6321.2225.81m/s4.943.052.211.731.4255.2165.8771.6475.2977.73沖角0.50.50.50.50.555.7166.3772.1475.7978.23給定909090909072.8678.1981.0782.9084.12H由展開圖測量得mm132134136138140mm138.13136.90137.67139.07140.74mm234.28334.31443.45562.18684.58導(dǎo)葉翼型加厚表選擇某種翼型厚度變化規(guī)律，本例中采用了791翼型厚度變化規(guī)律，以型線為工作面（凹面）向背面加厚，進(jìn)口邊應(yīng)修成流線型，尾部修尖。（1）e截面翼型791e截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.007.0410.5614.0728.1542.2256.3070.3784.4498.52112.6126.7133.7140.700.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2003.5524.865.8689.33611.0411.741210.609.0726.5284.2722.40翼型如圖：（2）d截面翼型791d截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.006.9510.4313.9127.8141.7255.6369.5483.4497.35111.3125.2132.1139.100.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2003.5524.865.8689.33611.0411.741210.609.0726.5284.2722.40翼型如圖：（3）c截面翼型791c截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.006.88410.3313.7727.5341.3055.0768.8482.6096.37110.1123.9130.8137.700.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2003.5524.865.8689.33611.0411.741210.609.0726.5284.2722.40翼型如圖：（4）b截面翼型791b截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.006.8510.2713.6927.3841.0754.7668.4582.1495.83109.5123.2130.1136.900.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2003.5524.865.8689.33611.0411.741210.609.0726.5284.2722.40翼型如圖：（5）a截面翼型791a截面00.050.0750.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.006.90710.3613.8127.6341.4455.2569.0782.8896.69110.5124.3131.2138.100.2960.4050.4890.7780.920.9781.00.8830.7560.5440.3560.2003.5524.865.8689.33611.0411.741210.609.0726.5284.2722.40翼型如圖：導(dǎo)葉葉片繪型（1）按確定的參數(shù)畫出軸面投影圖：圖9導(dǎo)葉軸面投影圖（2）分流面。將進(jìn)、出口邊沿徑向等分，連結(jié)相應(yīng)的等分點(diǎn)，則得圓錐流面。如圖9中的a-a’到e-e’。（3）作垂直軸線的木模截面，如圖9中的1，2，3···10。（4）作平面圖（木模截線），根據(jù)軸面圖流面上各點(diǎn)的半徑和展開圖的型線可以作出平面圖中的木模截線。如圖10。圖10導(dǎo)葉平面圖（5）判定旋轉(zhuǎn)方向。導(dǎo)葉從進(jìn)口看見的是背面（凸面），從出口看見的是工作面（凹面），另外水流從進(jìn)口流向出口，水流的旋轉(zhuǎn)方向和葉片的選擇方向一致。第五章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1軸流泵的進(jìn)水流道進(jìn)水流道的作用泵的進(jìn)水流道是用來將吸水池的水通順地引向泵的進(jìn)口。進(jìn)水流道可以按照進(jìn)水方向進(jìn)行分類，分為單向進(jìn)水流道及雙向進(jìn)水流道；如按照流道的形狀分又有肘型進(jìn)水流道、鐘型進(jìn)水流道、簸箕型進(jìn)水流道等等。進(jìn)水流道要求：較小的液流損失，流體進(jìn)入葉輪速度要分布均勻。喇叭管進(jìn)水流道這是一種結(jié)構(gòu)簡單、具有良好水力性能的進(jìn)水流道。它的上端與葉輪室直接相連，下端與管道相連或浸入水中。流體自其進(jìn)入葉輪后，其速度會(huì)封閉。圖11喇叭管推薦尺寸如下：，為喇叭管出口直徑。故，出于結(jié)構(gòu)考慮，取。喇叭管進(jìn)口直徑，取5.2泵軸的計(jì)算設(shè)計(jì)估算泵的效率（1）估算水力效率水力效率可由經(jīng)驗(yàn)公式算得，即。（2）估算泵的總效率軸流泵的容積效率較高，一般取,取；機(jī)械效率視具體結(jié)構(gòu)型式而定，一般取,取；所以，總效率為，取。軸功率P的計(jì)算，，故。計(jì)算功率的計(jì)算查機(jī)械制造手冊，選用電機(jī)型號(hào)為YQS-250-30，額定功率30kW。扭矩的計(jì)算計(jì)算軸徑d，采用材料為45鋼，，故，，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，確定。5.3軸承端蓋的設(shè)計(jì)軸徑為處的軸段選用的是一對(duì)型號(hào)為7011C的角接觸球軸承。軸承外徑為。圖12軸承端蓋示意圖經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，軸承端蓋圖中各尺寸按照以下各式計(jì)算：因?yàn)檩S承外徑，所以選用螺釘直徑，螺釘數(shù)為4。各部分尺寸，，，，，m由結(jié)構(gòu)確定，，，由密封件尺寸確定。5.4公差與配合的選擇基準(zhǔn)制的選擇在本設(shè)計(jì)例子中，有大量的配合尺寸，因此公差與配合也是本次設(shè)計(jì)中重要的一部分內(nèi)容。先進(jìn)行基準(zhǔn)制的選擇，按照如下原則：在常用尺寸小于500mm范圍內(nèi)時(shí)，基孔制是優(yōu)先選用的。這是出于經(jīng)濟(jì)的考慮。與標(biāo)準(zhǔn)件配合時(shí)，基準(zhǔn)制應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)件而定。如：與軸承相配合的軸應(yīng)按照基孔制，與滾動(dòng)軸承外圈配合的應(yīng)參照基軸制。在同一基本尺寸的各個(gè)部分上安裝不同配合的零件按照基軸制。標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)與公差帶的選擇1、標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)的選擇在滿足使用要求的前提下，盡可能選擇較低的公差等級(jí)，以降低加工成本。選擇的原則參考了《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》。在選擇公差等級(jí)的同時(shí)，還要考慮表面粗糙度的要求。當(dāng)公差等級(jí)高于或等于IT8時(shí)，推薦孔的公差等級(jí)比軸低一級(jí)；對(duì)于公差等級(jí)低于IT8的配合，推薦選用同級(jí)孔、軸配合。公差帶的選擇從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，為了避免刀具、量具的品種、規(guī)格不必要的繁雜，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1801-1999對(duì)公差帶的選擇進(jìn)行了限制。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第818頁。具體的公差配合根據(jù)上述原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)，現(xiàn)將本次設(shè)計(jì)中的配合尺寸公差等列舉如下。滾動(dòng)軸承與孔與軸的配合葉輪與葉輪室的配合進(jìn)水喇叭和導(dǎo)葉體的配合5.5標(biāo)準(zhǔn)件的選擇軸承的選用泵軸的上端采用深溝球軸承（6011），下端出于軸向力的考慮，采用一對(duì)角接觸球軸承(7011C）。軸承選用的標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T276-1994與標(biāo)準(zhǔn)GB/T292-1994。鍵的選擇在軸與其他零件的裝配過程中需要鍵的配合，參考普通平鍵的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1096-2003進(jìn)行選用。確定各法蘭在零件的設(shè)計(jì)過程中就已經(jīng)涉及到了這一步，其中參考了關(guān)醒凡老師的《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》的第26章。墊圈、螺母、螺栓、螺釘?shù)鹊倪x用六角頭螺栓：GB/T5782-2000內(nèi)六角頭圓柱頭螺釘：GB/T70.1-2000雙頭螺柱：GB/T897-1988螺母：GB/T6170-2000標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈：GB/T93-1987。5.6電動(dòng)機(jī)的選取因?yàn)槭菨撍茫姍C(jī)需要安裝在水下，經(jīng)過一系列的考慮選擇，我們選用了型號(hào)為YQS-250-30的潛水電機(jī)。該系列的潛水電機(jī)為充油式密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔充滿油。各止口接合面涂以密封膠密封。軸伸端有橡膠油封等密封裝置。電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子、繞組和軸承均在水中工作。轉(zhuǎn)子繞組及接線采用銀銅焊等先進(jìn)的設(shè)計(jì)和工藝，該電機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，高可靠性，低噪音，小振動(dòng)，可用于驅(qū)動(dòng)磨機(jī)、軋機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、破碎機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械設(shè)備。根據(jù)泵的軸功率為24.25kW，轉(zhuǎn)速為1470r/min,以及立式電機(jī)的要求。我們選擇了YQS-250-30的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的額定功率為30kW，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min。5.7密封的選取由于轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系，軸與軸承之間不可能實(shí)現(xiàn)完全的密封，因此，便需要軸封來防止泵軸與殼體處的泄漏。如果泵內(nèi)壓力大于大氣壓，則需要防止液體向外泄漏，反之，則防止空氣向內(nèi)泄漏。在泵中，我們常用的軸封是填料密封與機(jī)械密封。在本案例中，結(jié)合考慮潛水運(yùn)行的特點(diǎn)和各類密封的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇了機(jī)械密封。原因如下：密封能夠長周期可靠運(yùn)行，密封狀態(tài)穩(wěn)定，泄漏量小。端面磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，使用壽命更長久，降低了維護(hù)的成本。摩擦所耗損的的摩擦功率小。以上幾點(diǎn)完美地符合了本案例水泵的使用要求。第六章重要部件的強(qiáng)度校核在泵的工作過程中，泵的各個(gè)零件都會(huì)因運(yùn)動(dòng)的關(guān)系承受額外的外力，這些外力的作用可能使零件產(chǎn)生變形，乃至使零件發(fā)生破壞。我們在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)零件的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行考慮，確保零件在運(yùn)行的時(shí)候安全可靠。從這個(gè)角度出發(fā)，我們就需要把零件做的大一些，用更好的材料。但是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際、經(jīng)濟(jì)角度來看，我們應(yīng)該盡量減小尺寸，選用的材料也應(yīng)該經(jīng)濟(jì)合理。而在這兩者間進(jìn)行選擇，如何平衡兩者的關(guān)系，則是設(shè)計(jì)人員需要考慮的問題，因此，便有了這一部分的內(nèi)容。1、軸的強(qiáng)度計(jì)算軸上的部件隨著軸一起旋轉(zhuǎn)，軸的強(qiáng)度對(duì)泵的運(yùn)行等都有著巨大的影響，因此，軸的強(qiáng)度校核非常重要。計(jì)算作用在泵軸上載荷對(duì)于本例中的立式軸流泵來說，泵軸上可能的載荷有以下幾種：徑向力在本例中，徑向力主要是由葉輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)動(dòng)部件殘余不平衡質(zhì)量引起的離心力（力的方向是變化的）。其值用下式計(jì)算：（N）式中--最大半徑處的殘余不平衡質(zhì)量，g；--葉輪、聯(lián)軸器等最大半徑，mm。A.葉輪處徑向力：B.轉(zhuǎn)子等其余部分徑向力：所以，總的徑向力：徑向力非常小，可以忽略。軸向力在本例中，軸流泵的軸向力通過一對(duì)反裝的角接觸球軸承來平衡。本例中軸向力的主要組成部分有以下幾個(gè)方面：A.液體作用在軸流葉輪兩邊由于壓差等原因所產(chǎn)生的軸向力；B.液體作用在葉輪部件上的重力；C.轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重力G。--液體作用在軸流葉輪兩邊由于壓差等原因所產(chǎn)生的軸向力式中：R--葉輪半徑（m）--葉輪輪轂半徑（m）。在上式中引入輪轂比。B.--液體的軸向力C.G--轉(zhuǎn)子的重力泵軸的重力：在Autocad中對(duì)軸進(jìn)行1：1三維建模，測得體積即可得到重力。葉輪的重力:。電機(jī)轉(zhuǎn)子等的重力：。總的重力。因此，總的軸向力作出軸的扭矩圖和軸力圖總軸向力徑向力很小，可以忽略軸的扭矩計(jì)算危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力由軸力圖和扭矩圖分析可知，該軸的危險(xiǎn)斷面為A斷面。計(jì)算A斷面的應(yīng)力。拉應(yīng)力A--軸向力（N），F(xiàn)--斷面面積（）。切應(yīng)力--扭矩（N·m），--扭矩?cái)嗝嫦禂?shù)（）。按照第四強(qiáng)度理論，A斷面這算應(yīng)力為查詢相關(guān)資料得，軸所用的材料屈服極限，其許用安全系數(shù)。按屈服極限安全系數(shù)此時(shí)，該軸既滿足了強(qiáng)度要求，又滿足了疲勞強(qiáng)度要求，故可不再進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。軸是安全的。2、鍵的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于鍵來說，經(jīng)常受到擠壓和剪切力的作用，所以對(duì)這兩方面進(jìn)行校核。工作面的擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力為式中--鍵所傳遞的扭矩，N·m；h--鍵高，m；d--軸徑，m；l--鍵長，m；B--鍵寬，m。故，。受到的剪切應(yīng)力綜上，鍵的強(qiáng)度滿足要求。小結(jié)在水力設(shè)計(jì)方面，ZQB型潛水軸流泵的不同于之前做過的普通離心泵，從結(jié)構(gòu)上來講，它與我們較為熟悉的彎管式軸流泵也頗有不同。除了要參考專業(yè)書籍以外，還要綜合考慮其余因素，諸如運(yùn)行環(huán)境，安裝維修等。綜上考慮，本次設(shè)計(jì)不僅需要專業(yè)的軸流泵的專業(yè)知識(shí)，還需要相關(guān)的機(jī)械制造、設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，是一次較為復(fù)雜的過程。在剛接觸到這個(gè)課題的時(shí)候，便對(duì)軸