2GH30-42雙螺桿泵設計【11張CAD圖紙+PDF圖】

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Widely used in metallurgy, mining, forging, injection molding, shipbuilding, heavy machinery and other equipment. But in actual production is not a good solution of flow pulsation, rigid and flexible impact problem. The problemis a good solution to the flow pulsation, the rigid and flexible impactdesign balanced radial piston pump can. Through the design of the pumpto adapt to modern production design the high requirements of 2GH30-42 twin screw pump in the structure function. Screw pump is a positive displacement type rotor pump, which is the volume change by the sealing cavity formed by screw and bushing to the suction and discharge of liquid. According to the number of the screw pump screw is divided into single screw pump, double, three and five screw pump. The characteristics of screw pump is smooth flow, pressure pulsation is small, there is self absorption capacity, low noise, high efficiency, long service life, reliable work; and its outstanding advantageis the transmission medium without forming a vortex, is not sensitive to the medium viscosity, can be used for conveying high viscosity medium.Double screw pump is composed of a driven shaft meshed helical sleeveand the pump body to form a seal chamber suite or lining a volumeconstant, dielectric with rotation of screw shaft are respectively sent tothe middle of a pump body, the two together, finally delivered to the outlet of the pump, so as to achieve the purpose of pump. This design is given according to the design parameters of the completion of 2GH30-42 double screw pump design, mainly includes thestructure design of II gear pump, screw. Parameters are confirmed, and check the projection drawing, adopt the structure design of pump,drawing the assembly drawing and parts diagram, and the axle of thestrength check calculation. Keywords: screw pump, double screw pump design, structure design III 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 第一章 緒 論 .5 1.1 螺桿泵簡介 .5 1.2 課題的研究意義 .5 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 .5 1.4 雙螺桿泵類型 .7 1.5 螺桿泵選用及應用 .8 第 2 章 2GH30-42 雙螺桿泵結構與工作原理 .9 2.1 2GH30-42 雙螺桿泵結構 .9 2.2 螺桿泵工作原理 .10 第 3 章 2GH30-42 雙螺桿泵的總體設計 .11 3.1 設計參數(shù) .11 3.2 電動機的選擇 .11 3.3 螺桿參數(shù)計算 .12 3.4 螺桿泵特性曲線 .13 第 4 章 2GH30-42 雙螺桿泵主要零部件的設計 .17 4.1 同步齒輪傳動設計 .17 4.2 軸的結構設計計算 .21 4.2.1 按扭轉強度條件計算 .24 4.2.2 按剛度條件計算 .24 4.2.3 精確校核軸的疲勞強度 .24 4.3 軸承選取設計計算 .27 4.3.1 軸承的設計參數(shù) .27 4.3.2 軸承的當量動載荷計算 .27 4.4 鍵的選擇、鍵的校核 .29 第 5 章 2GH30-42 雙螺桿泵螺桿泵的保養(yǎng)與維護 .31 5.1 螺桿泵的保養(yǎng) .31 5.2 螺桿泵防止過載的方法 .31 5.3 常見故障及消除方法 .32 總 結 .34 參考文獻 .35 致謝 .36 4 4 第一章 緒 論 1.1 螺桿泵簡介 螺桿泵是一種旋轉泵由泵體和由嚙合空間容積變化形成的螺桿和移動來輸 送液體或增壓器。根據(jù)螺桿泵螺桿數(shù)量分為單螺桿泵，雙螺桿泵和三螺桿泵。 當主動螺桿轉動，驅動螺桿傳動嚙合的螺桿傳動機構一起轉動，吸入室的空間 體積逐漸增大的一端，壓力降低。液體在壓力下進入嚙合空間容積。當體積增 加到最大，形成為一個密封腔，液體在密封腔沿軸向方向連續(xù)，直到放電室端。 然后放螺桿嚙合空間容積腔的一端逐漸縮小，而將液體排出。齒輪泵的原理類 似，只是在結構與螺旋齒輪的更換。和各種螺桿泵應用范圍特性表。螺桿泵的 流量和壓力脈動很小，噪聲低、振動小，具有自吸能力，但螺桿加工比較困難。 單吸雙吸泵有兩種結構，但只有一個單一類型的單螺桿泵。泵必須配備安全閥 （單螺桿泵不必用），由于一些原因，如防止排出管堵塞使泵的出口壓力超過 容許值而損壞泵或原動機。 雙螺桿泵是由驅動軸嚙合的螺旋套與泵體形成一密封室套房或李寧量恒定， 介質與螺旋軸的旋轉分別傳送到泵體中，兩者結合在一起，最后傳遞到泵的出 口，從而達到泵目的。 1.2 課題的研究意義 螺桿泵在中國是一種新產(chǎn)品，尤其是金屬雙螺桿泵井下采油尚屬空白，對 日益深化的獨特特性的理解，螺桿泵發(fā)展機構密切合作，生產(chǎn)廠和部門使用， 不斷開發(fā)新的應用領域，取得了效果好，節(jié)能材料的好處來替代傳統(tǒng)技術的原 貌。此外，螺桿泵具有比較優(yōu)勢，相對于雙螺桿泵單吸雙吸雙螺桿泵的軸向力 平衡本身更螺桿雙吸能產(chǎn)生更多的流量。雙螺桿泵應用在市場雙吸。 螺桿泵作為一種機械采油設備，具有其它液體輸送裝置的優(yōu)越性是不能代 替，兩螺桿泵抽油機的工作原理，它是由兩個螺釘實現(xiàn)油或其它液體物質的旋 轉運動。通過幾年的實踐證明，它投資少，能耗低，適應性強，這些特點逐漸 被用戶接受。雙吸雙螺桿泵螺桿兩個線程在操作可自平衡軸向力有很大的優(yōu)勢 比其他螺桿泵，還與大慶油田開發(fā)的逐步深入，油田開發(fā)難度的增加，起重設 備的重要性也日益突出，雙吸雙螺桿泵在越來越重要的地位在石油生產(chǎn)以其優(yōu) 越的性能。 5 5 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 在中國，螺桿泵的發(fā)展起步較晚，但通過引進國外技術取得了快速發(fā)展。 1993，天津工業(yè)泵 W 介紹， V 系列從德國 bomcmann 公司雙螺桿泵，從阿爾魏 勒公司系列三螺桿泵進口。中國渤海油田采用了 4 套海洋平臺從 IMO 公司雙螺 桿泵。生力油田 1996 公司從德國引進 bomemann mw7.3l（_57 雙螺桿泵，在 東營采油廠 11 臺泵已經(jīng)聚集試驗。原油粘度含 5.54x105m2，卷 82%，在良好 的條件下應用九。經(jīng)過二十年的發(fā)展，自 1984 以來，中國現(xiàn)在有近 30 人的專 業(yè)廠螺桿泵。單，雙，三螺桿泵，五年的總產(chǎn)量約 10000 套，最多三螺桿泵生 產(chǎn)，約占一半，其次是單，雙螺桿泵，五螺桿泵輸出很少。單螺桿泵制造廠近 20 家，主要生產(chǎn)廠家有天津工業(yè)泵廠等。雙螺桿泵的螺桿轉子結構復雜，制造 困難，只有天津工業(yè)泵廠，上海 7ll 研究所，沈陽工業(yè)泵廠，江蘇淮陰通用機械 廠和廣州造船廠機械廠生產(chǎn)的雙螺桿泵。三螺桿泵的泵，泵，除了天沈蘭泵， 南京工業(yè)泵廠，上海液壓機械廠。經(jīng)過兩年的產(chǎn)量少。五螺桿泵生產(chǎn)廠只 有沈泵將生產(chǎn)權天水泵廠。 1984 引進技術 allwciler 公司制造的天津工業(yè)泵廠，英國 Holroyd 公司，一 個 2AC 螺桿銑床及其配套設備，1993 的德國公司 bomcmann 技術的介紹，奧地 利數(shù)控螺旋旋風銑床 linsinger 公司到臺灣，和 2AG- _i，5AC 銑床，每個人， 在 1998 的德國公司 klingelnbcrg hnc35sl 全部數(shù)控高精度螺紋的介紹臺式磨床。 單，雙的年產(chǎn)量，三螺桿泵 6000 臺灣。1989 捷克西格瑪公司技術的單螺桿泵 的轉子裝置管抑制和空心介紹石首水泵廠。 目前，沒有很多的研究在國內(nèi)開展雙螺桿泵。中國石油天然氣集團公司已 列入“石油裝備技術發(fā)展規(guī)劃”的產(chǎn)品，并作為主要項目。1995，大慶油 F 開 生力 bomemann 油田從公司推出的 3 套多相泵，多相泵的目的是為了發(fā)展自己， 以適應海洋和沙漠油田大規(guī)模開發(fā)的需要。西安交通大學，石油大學和大港油 田成機械制造有限公司已經(jīng)進行了一些研究工作。1997，雙螺桿混輸泵項目列 入大港油田集團科研計劃，1999 個列入國家重大技術裝備國產(chǎn)化創(chuàng)新項目。目 前，大港油田中成機械制造有限公司研制的外置軸承式雙吸雙螺桿泵，在大港 油田的應用，取得了良好的效果。同時，服務公司在渤海的石油生產(chǎn)技術中海 石油基地是雙螺桿泵采油的研究，并取得了一定的進展。華南理工大學螺桿機 6 6 械研究院產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是雙螺桿泵的新齒形，齒amp；一個 B 單頭雙螺桿 軸泵已成功通過測試，各項技術指標均達到或超過的水平，該公司與 allwciler 公司。西安交通大學博士曹在混輸泵的理論分析研究。西安交通大學的碩士雙 螺桿泵劉待中的流體流動進行了研究，在螺桿泵的流量計算和實驗天津大學漢 永輝大師進行研究。 現(xiàn)在，美國科爾法泵業(yè)集團是世界上最大的螺桿泵制造商，擁有阿爾魏勒， IMO 等 5 家子公司，是世界知名品牌，銷售和服務網(wǎng)絡遍布全球 80 多個國家。 1.4 雙螺桿泵類型 雙螺桿泵的密封和非密封型兩種類型，根據(jù)介質從一端或兩端從空間，雙 螺桿分為單吸雙吸兩種結構。 雙螺桿泵，螺桿泵外嚙合，它使用相互嚙合，不碰兩螺絲抽液。 雙螺桿泵是一種雙吸雙螺桿泵密封非。端向外延伸，由原動機驅動的主動 螺桿泵。主動和從動螺桿螺紋旋轉方向不同。與螺桿泵緊。該螺桿由同步齒輪 帶動驅動螺桿驅動。 雙螺桿泵作為一種容積式泵，泵的吸入室應嚴格分開的房間。因此，泵體 與螺桿，螺桿與螺桿圓柱面間隙應盡可能小。體，螺桿，螺桿與泵室相互形成 密封腔，密封，否則可能有液體從后面的差距。 雙螺桿泵可分為內(nèi)部和外部軸承兩種形式。軸承在內(nèi)置軸承的結構在材料 從輸送潤滑。雙螺桿泵的外軸承結構，軸承是分開的。由于這種結構的存在和 側隙螺桿泵，它可以輸送非潤滑性介質。此外，調(diào)整同步齒輪使得螺桿不接觸， 同時，其輸出扭矩來驅動螺桿的一半。正如所有螺桿泵，外置軸承的雙螺桿泵 自吸能力，但大部分部件是泵雙吸對稱布置，可消除軸向力，但也有很多煙高。 雙螺桿泵系列產(chǎn)品分為單吸雙螺桿泵和雙吸雙螺桿泵的兩個類別。本系列 產(chǎn)品具有螺旋型線和輔助的特殊結構，廣泛用于石油，化工，冶金，電力，造 船，鋼鐵，醫(yī)藥，食品，建材等行業(yè)的輸送，適用范圍廣，適用于復雜介質條 件，是其他泵無法比擬的。這些特點使該系列泵具有潛在的發(fā)展空間。 泵體不密封雙吸雙螺桿泵有兩個左，螺旋單線程，主動螺桿 2 由發(fā)動機帶 7 7 動旋轉，通過同步齒輪 1 帶動驅動螺桿旋轉 3。兩螺桿和泵體。有一個缺口， 齒輪間隙和軸承來保證。氣隙的大小，取決于如工作壓力的因素，液體的粘度。 因為在相反的旋轉方向兩端螺紋，螺桿的旋轉，由嚙合線形成螺桿泵工作腔。 1.5 螺桿泵選用及應用 一，選擇螺桿泵的轉速 螺旋泵的流量和相對于所述低速泵速線性關系，雖然高速螺桿以增加流量 和揚程，但顯著增加的功率的轉子和定子之間，高速加速磨損，將螺釘過早失 效，并且高速度螺桿轉子長度很短，不易磨損，從而縮短螺桿的使用壽命。 降低速度或無級減速機構由監(jiān)管機構，傳輸速度保持在低于三百更合理的 范圍內(nèi)，用高速泵相比，壽命可以延長幾倍。 兩，螺桿泵的質量 各種螺桿泵，相對而言，設計合理的螺桿泵入口，材質精良，但價格較高， 一些不到位的服務，配件價格高，訂貨周期長，可能影響生產(chǎn)的正常運行。 最一般進口產(chǎn)品的國內(nèi)生產(chǎn)，產(chǎn)品質量參差不齊，有好有壞，在選用國內(nèi) 生產(chǎn)的產(chǎn)品時，在考慮其成本，選用低轉速，長鉛，好的材料的傳輸容量組件， 額定壽命長的產(chǎn)品。 三，以確保碎片不進入泵體 濕污泥中混入的固體碎片將橡膠螺桿泵的定子材料損壞，所以確保雜物不 進入泵的腔體是很重要的，前一磨床的安裝很多污水廠在泵，和一些安裝格柵 裝置或過濾器，阻擋雜物進入泵，網(wǎng)格應及時清理，避免堵塞釣魚。 四，避免切割 螺桿泵決不允許在斷料的情況下操作，一旦發(fā)生，橡膠定子由于干摩擦， 瞬間產(chǎn)生高溫和燃燒，所以，粉碎機完好，格柵暢通是為螺桿泵，正常運行的 必要條件，因此，安裝在泵體端停止給料裝置還有些螺桿泵，切削時，由于螺 桿泵的特點是自吸功能，將產(chǎn)生一個真空室，真空裝置使螺桿泵停止運行。 五，保持恒定的出口壓力 螺桿泵是一種容積式回轉泵，當出口受阻，壓力會逐漸升高，使壓力超過 預定值。在這一點上在電機負荷急劇增加。傳動機械相關零件的負載也會超出 設計值，嚴重時燒壞電機，傳動零件斷裂發(fā)生。為了避免螺桿泵損壞，一般在 8 8 螺桿泵出口安裝回油閥，用以穩(wěn)定出口壓力，保持泵的正常運轉。 第 2 章 2GH30-42 雙螺桿泵結構與工作原理 2.1 2GH30-42 雙螺桿泵結構 該型泵雙吸式結構，螺桿兩端處于同一壓力腔，軸向力可平衡。兩端的軸 承采用外裝式，單用潤滑油（脂）潤滑，所以它不受傳輸介質的影響。雙螺桿 具有一對同步齒輪傳動，螺桿不齒表面之間的接觸，留有微小的間隙，介質中 的雜質和不螺旋齒面磨損產(chǎn)生的直接（除了沖刷）。除了一些小的位移泵（低 于 2W。w4.0 ），一般在泵體內(nèi)部的流動式安全閥，排放壓力超過額定值時， 有一定的保護作用。的進出口方向，泵體有兩種，一是在橫向水平；第二，水 平到垂直向上，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇。 圖 2-1 內(nèi)部結構圖 1 9 9 圖 2-2 內(nèi)部結構圖 2 圖 2-3 三維透視結構圖 2.2 螺桿泵工作原理 1 螺桿泵抽液體旋轉螺釘。中間螺桿為主動螺桿，由原動機帶動旋轉，兩邊的 螺桿為從動螺桿，與螺桿反向旋轉的主動。主動螺桿從動螺桿的螺紋均為雙頭 螺桿。 由于相互嚙合的螺桿，螺桿與管壁緊密李寧，泵的吸入口和出口之間，就會被 分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合，在泵的吸入端不斷形成 密封空間，其中充滿液體的吸入室，與吸入室沿螺桿軸連續(xù)地推移至排出端， 將在液體連續(xù)放電空間封閉，如螺桿旋轉螺母是不斷向前的情況下，這就是螺 桿泵的基本原理。 2 螺桿泵的工作原理是：螺桿泵工作時，液體被吸入后進入泵套管螺紋和封閉 的密封空間，當主動螺桿旋轉，螺桿泵壓力的體積增加，擠出螺桿螺桿泵密封， 10 10 并沿軸向方向移動。隨著螺桿的旋轉，使液流均勻。 螺桿泵特點為：螺桿的損耗，經(jīng)濟性能好。壓力高而均勻，流量均勻，轉速高， 能與原動機直。 螺桿泵可以輸送潤滑油，燃料運輸，運輸各種油和聚合物，用于輸送黏稠液體。 輸送高粘度介質：3 根據(jù)泵的大小不同可以從介質 CPS 粘度運。 含有顆?；蚶w維的介質：顆粒直徑可以為 30mm（不超過轉子偏心距）。纖維 長度可 350mm（相當于 0.4 轉子間距）。其含量一般可達 40%基坑，如果細粉 固體介質，可達 60%或更高含量最高也可以轉移。 第 3 章 2GH30-42 雙螺桿泵的總體設計 3.1 設計參數(shù) 型號 公稱壓力 Mpa 粘度 mm2/s 公稱流量 L/min 轉速 r/min 2GH30-42 1.5 6 3.5 750 3.2 電動機的選擇 螺桿泵腔無摩擦，可沒有干凈的抽油過程中實現(xiàn)。的潤滑泵配件僅限于軸 承和齒輪，和動態(tài)密封。沒有往復運動不見的螺桿泵，可以實現(xiàn)良好的動態(tài)平 衡。因此，螺桿泵運轉平穩(wěn)，轉速高，體積小，以獲得較大的抽速。 數(shù)據(jù)流量 Q = 3.5l/min 壓力 1.5MPa 率設計 從公式表明，PW = PQ60 以上數(shù)據(jù)為方程（流量和壓力轉化為國際單 位）： PW = 0.0875kw 螺桿泵通常選擇四級電機，通過“機械設計課程設計表 9-1 可以選擇 y132s-8 型電機額定功率是 2.2KW，速度： 同步轉速 n =為 750r/min y132s-8 型異步電動機的選擇 根據(jù) Y 系列三相異步電動機技術數(shù)據(jù)，Y 系列三相異步電動機為一般用途 的全封閉自扇冷式鼠籠異步電動機，具有防灰塵，鐵屑或其他雜物侵入性的特 點，在電機，B 級絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過 40，不超過超過 95%的相對濕 度，海拔高度不超過 1000m，額定電壓 380V，頻率 50Hz。適用于無特殊要求 的機械，如機床，水泵，風扇，傳送帶，攪拌機，農(nóng)業(yè)機械等。 11 11 根據(jù)以上計算，為滿足轉速和功率要求，選擇 Y 系列三相異步電動機型號 為：Y132S-8 其技術參數(shù)見下表 4-1. 表 4-1 Y132S-8 型電動機技術數(shù)據(jù) 電動機型 號 額定功率/KW 滿載轉速/rmp 額定轉矩/N.m 最大轉矩/N.m Y132S-8 2.2 710 2.0 2.0 3.3 螺桿參數(shù)計算 螺桿襯套內(nèi)孔的橫截面面積A3 A3=2R-R（2-sin2） 式中R-螺桿的外徑 -兩螺桿相嚙合的區(qū)域的角度 一根螺桿的螺旋橫截面積A1 A1=AQr+AQR 其中: AQr=0.5r AQR=0.5R 有效過流斷面A A=A4-2A1=2R-R（2-sin2）-R（1+r/R） 螺紋深度的選擇 在螺紋頭數(shù)和鉛同一理論，泵的流量幾乎比R / R = 0.4泵50% R / R = 0.7。當R / R接近0.8，深度減小使螺旋流減小的理論，但將導致相對泄漏量增 加，也會使容積效率下降。所以R / R什么比例是最需要仔細考慮的。R / R允 許0rR1的范圍內(nèi)，但根據(jù)經(jīng)驗通常選擇更為合理的范圍是R / R = 0.45 0.7。R / R較小的值是推薦的低壓泵，用于輸送高粘度的介質中；大R / R為 中小型和相對高的泵排出壓力水的粘度值。如果僅從最高的容積效率點，深度 的螺旋更好的R / R = 0.6 0.7。 目前對泵的設計是一個高壓泵選擇的R / R = 0.6 螺旋導軌的選擇 螺旋T Q流和鉛（螺距）的長度呈線性關系，導致更大，每大革命理論流 量。越來越多的鉛也會增加螺旋面量之間的差距，差距和引線之間也存在近似 的線性關系。 工作長度相同導致的密封腔小，數(shù)量大。它是可能的容積效率，在同樣的 情況下，更高的壓力建立，或泄漏是相同的壓力下，體積減小，效率高，但流 量減小理論與鉛越小，反之亦然。 12 12 經(jīng)驗點，匹配的方法獲得螺旋深度不同導致相同的理論流量，得到更高的 容積效率的角度來看，選擇螺紋深度和大領導小組成螺旋方法是更多的收益。 常用的螺旋導程為T/R=0.51.25所以對設計的泵選用 T/R=1 螺桿半徑R和r的計算 對于雙螺桿泵有： Q=2ATn 又 A=2R-R（2-sin2）-R（1+r/R） 其中 cos=r/R=0.6 T=R n=750r/min 把以上都換算成國際單位帶入計算可知： R=53.5mm 由機械手冊附表螺紋直徑可知圓整后的直徑為 R=55mm 由上可以得出： r=0.6R=33mm T=R=55mm 3.4 螺桿泵特性曲線 使用從螺旋泵的特征參數(shù)繪制的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的PCP曲線計算。在實際使用中與 水的特性曲線或理論曲線螺桿所獲得的螺旋泵的特性曲線的比較以及確定螺桿 泵石油生產(chǎn)系統(tǒng)的工作條件。同時，也可根據(jù)石油生產(chǎn)的位置和特性曲線上的 螺旋泵的工作點，以確定的情況下螺釘和油井泵送系統(tǒng)匹配。 螺桿泵特性曲線主要包括：排量特性曲線、負載特性曲線、效率曲線三個 方面。 1.排量特性曲線 螺桿泵的排量特性具有一定的“硬特性” 和“軟特性”。所 謂硬特性就是特征是 在一定范圍內(nèi)的所謂的硬的工作壓力，泵的高效率和泵排量的容積效率保持不 13 13 變。當操作壓力超過定子橡膠“崩潰”的壓力，容積效率下降。當小于 50的體積 效率，以 60，下降顯著更快。隨著 壓力的增加容積 效率降低，軟特征示于圖 3- 2。如圖 3-2 所示。 100 硬特性區(qū) 60 軟 特性 0 區(qū) 0 kpmaxp 圖 3-2 螺桿泵排量特性的硬特性和軟特性 螺桿泵的單級承壓能力 可表示為結構參數(shù)，工作參數(shù)及工況環(huán)境等影ik 響因素的函數(shù)，對模擬試驗 的數(shù)據(jù)進行分析，不同 規(guī) 格的螺桿泵可用以下公式模 擬 （2-15）08.21.5.0iknp 螺桿泵排量特性曲線 可用以下公式模擬V （ ）pk1k （ ） （2-16）ak)(05.Vkp 當 時，可確定 ，即0Vmaxp （2-17）akax015. 式中，Z 為泵的級數(shù)；n 為轉子轉速， r/min； 為介質動力粘度， ； 為定轉smPa 子間初始過盈量，mm；t 為工況溫度， ；k、a為與泵 的結構參數(shù)有關的常數(shù)，取C 14 14 值見表 2-2； 為與定子橡膠物性有關的常數(shù)，對于橡膠其值為 0.05。 表 2-2 k、a、 的取值m 泵型 GLB120 GLB500 GLB800 k 0.13 0.12 0.11 a 2.5 0.4 0.3m 0.8 2.6 4.2 2.負載特性曲線 負載特性表現(xiàn)出螺絲與工作壓力有良好的線性關系。根據(jù)從操作參數(shù)，環(huán)境 條件的影響，以及定子和轉 子，更敏感的運行速度之間的干擾的定子和轉子之間 的摩擦轉矩壓轉子扭矩液體。通過用下面的經(jīng)驗公式負擔模擬轉子扭矩可用分 析實驗數(shù)據(jù) （2-18）Znk10peDT423.06.m3-r 式中， 為轉子負載扭矩， ；r N e為轉子偏心距，mm； D為轉子截面直徑，mm； T為轉子導程，mm； 為工作壓力，MPa；p 為結構參數(shù)，取值見表 4-2。mk 3.效率曲線 螺桿泵的效率曲線定義為有功功率與轉子輸入功率的比值： （2-19）pTeD4Vr 螺釘特性主要應用計算螺桿泵的運行參數(shù)，然后繪制其工作點的性能在一個典 15 15 型的螺桿圖確定螺桿泵特性曲線的點的位置。在一般情況下，整個螺曲線分為 三個大的區(qū)域最佳的工作區(qū)，工作區(qū)和窮人一般工作區(qū)。鄰近泵效率的最高點 （通常取 80的最高效率點）在最佳的工作區(qū)的區(qū)域的中間畫的垂直線，兩條 垂直線，在左側的工作區(qū)是最好的一般的工作區(qū)，右側最佳工作區(qū)是惡劣的工 作區(qū)。在整個生產(chǎn)過程中，螺旋泵的工作點應保持在最佳的工作區(qū)域內(nèi)。典型 性能曲線和分區(qū)螺絲如圖 2-3 所示。 圖 2-3 典型螺桿泵性能曲線 當螺桿泵采油系統(tǒng)的正常工作，光桿軸向力和扭矩在光桿是穩(wěn)定的，流暢的 線條，和在正常條件下和范圍內(nèi)；當出現(xiàn)各種故障條件下，光桿的軸向力與光桿 扭矩對應的曲線會出現(xiàn)不同程度的波動，范圍將不在正常范圍內(nèi)。以上分析可以 有效的螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)的條件類型。根據(jù)長期試驗和現(xiàn)場統(tǒng)計的生產(chǎn)經(jīng)驗，螺 桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)正常工作壓力的設定壓力和最大升值 30%的效率是 65%個壓力點 之間的體積，并推導出正常使用的條件下，光桿桿的軸向力和扭矩范圍之間的分 別，相應的，在桿的軸向力和扭矩拋光，和 f 是相應 的光桿的軸向力和扭矩。根 據(jù)螺桿泵螺桿泵特性曲線的區(qū)間，即分為：正常，桿斷裂， 腫脹，蠟或定子參數(shù)太 16 16 大，第五部分部分參數(shù)。如圖 2-4 所示。 下圖為螺桿泵井的光桿扭矩和軸向力分析： maxP為最大揚程 為容積效率為 65%時的壓力65.0 為最大揚程的 30%時的壓力3 為最大揚程下的扭矩maxM 為泵工作壓力為 時的扭矩65.065.0P 為泵工作壓力為 時的扭矩33 為初始扭矩1 第 4 章 2GH30-42 雙螺桿泵主要零部件的設計 4.1 同步齒輪傳動設計 按設計計算公式 1 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。 1）根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。 2）運輸機為一般機器，速度不高，選用 7級精度 17 17 3）材料選擇 由表(10-1) 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質），硬度 為 280 HBS， 大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質），硬度為 240 HBS，二者硬度差為 40 HBS。 4）初選小齒輪的齒數(shù) ， ，選12Z12=iZ2Z 2 按齒面接觸強度設計 由設計公式 （注:腳標 t 表示試選或試 2131. ()t Ht dKTud 算值,下同.） （1）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) 1.3t 2）計算小齒輪轉矩 554119.09.02.0217PT Nmn 3）由表 10-7 選取齒寬系數(shù) （非對稱布置）1.d 4）由表 10-6 查取材料彈性-影-響-系-數(shù) 1289.EaZMp 5）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度lim160HaMplim250Ha 6）由式 10-13 計算應力循環(huán)次數(shù) 9114(2830).641hNnjl （j 為齒輪轉一圈，同一齒面嚙合次數(shù)； 為工作壽82.6905 hl 命） 7）由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 120.93,.6HNHNK 8）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 S=1，由式 10-12 得 1lim2li58HNaKMpS （2）計算 1）試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 較小值1tdH 由計算式 得，2312. ()tt dKTZud 18 18 mm148.5td 2）計算圓周速度 13.65760tdnmVs 3）計算齒輪 b 148.5.dtm 4)計算齒寬與齒高比 h 模數(shù) 1.2.0154ttz 齒輪高 *().4.78ahcmm 齒高比 8.510674b 5）計算載荷系數(shù) K 根據(jù) ，7 級精度， 由圖 10-8 查得動載系數(shù) 3.9Vs 1.2v 由表 10-2 查得 AK 由表 10-4 用插值法，7 級精度,小齒輪相對軸承為非對稱布置 查得 1.420Hk 由 查圖 10-13 得1.4,.6Hbkh1.34FK 故載荷系數(shù) =1.562AVHKK 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑，由式（10-10a）得 3151.7ttkdm 7）計算模數(shù) 1.52.149dZ 3 按齒根彎曲強度設計 由式（10-5） 132FasdYKTm （1）確定計算參數(shù) 1)圖 10-20C 查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 ，大齒輪彎曲疲150FEaMp 勞 19 19 強度極限為 2380FEaMp 2)由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 120.9,.FNFNK 3)算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) 由公式(10-12)得1.4s139FNaMPS2.2K 4)算載荷系數(shù) =AVFK1.2.34150 5)取齒形系數(shù)，應力校正系數(shù) 由表 10-5 查得 1122.65,.8SFY 6)比較大小齒輪 的大小aS110.32FaSFY22.6FaSF 大齒輪的數(shù)值大 （2）設計計算 3 21.56240.154981.5mm 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計 算的模數(shù)，終合考慮，滿足兩方面，對模數(shù)就近取整，則 m=2 4 幾何尺寸計算 （1）計算中心距 =44mm12Zma (2)分度圓直徑 124dz 齒輪 Z1 Z2 20 20 齒數(shù) 22 22 模數(shù) 2 2 分度圓直徑 44 44 齒頂圓直徑 48 48 齒根圓直徑 39 39 4.2 軸的結構設計計算 軸的強度計算 （1）軸的受力分析 由軸的初步結構圖可知軸為一簡支梁結構，在主動齒輪輸入轉矩，被動齒輪處 輸出轉矩，其受力分析圖如下 （2）由前面計算知 41.20TNm 41.768tFdntr 4836591cos20tan/a1 Ntr 713Ftata2741t 36591n50n3 （3）求支座反力 鉛直面支座反力： 31rBVAFF 21 21 01865.4233rrBVFF 解聯(lián)立方程得： , NAV92. NBV08.173 水平面支座反力： 031BHttAH865.4231ttBFF 解聯(lián)立方程得： , NAH59.NBH41.5 （4）計算彎矩和扭矩 鉛直面彎矩： ，mFMAVCV36105. mFMBVD830 水平面彎矩： ，mNFMAHC4765. mNFMBHD19804 22 22 總彎矩： mNMC 36407361022D1598 扭矩： mNT17602 當量彎矩： 單向旋轉，轉矩為脈動循環(huán)，取 6.0mNT106276.0TMcec472D2 23 23 （5）分別校核 C 點和 D 點截面mMdbcec 36.2751.041.033 bDe.331 因為實際軸徑遠大于計算軸徑，且兩軸承跨度也不大，所以剛度也足夠。 4.2.1 按扭轉強度條件計算 （1）電機功率 2.Pkw （2）軸傳扭矩 4-512.95036.750TNmn （3）軸的直徑計算 4-523302.164075PdAmn 4.2.2 按剛度條件計算 max 經(jīng)查表得鑄鐵剪切彈性模量 所以PG910455. 24 24 4-53265.014.398218032424 GTd 所以轉子軸最小直徑取 D=35 4.2.3 精確校核軸的疲勞強度 （1）判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度影響來看。截面處的過盈配合引起的應力集 中最嚴重；從受載的情況來看，截面和之間上的應力大，但應力集中不打， 而且這里軸的直徑最大，所以不用校核，因而該軸只需校核截面左右兩側即 可。 （2）截面的左側 抗彎截面系數(shù) 4-543336401.0. mdW 抗扭截面系數(shù) 4-5533328.2.T 彎矩 M 及彎曲應力為 4-56mN1795.67098 4-57PaWb024 扭矩 T 及扭轉切應力為 N182 4-58MPaT41.0 軸的材料為 45，正火處理。查得 ， ，aB7231Pa187 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) 和 ，因 ，031.652dr ，經(jīng)查得 ， 可得軸的材料的敏系數(shù)為08.1657dD2a31. 25 25 ，82.0q5. 過盈配合處的 值，由表查出取 3.16k 4-5953.216.80k 軸按磨削加工，表面質量系數(shù)為 92.0 故綜合系數(shù)為 4-605.3192.06.31kK 4-616.5. 所以軸在截面左側的安全系數(shù)為 4-6204.18.89.32501 maKS 4-635.7.6.11a 4-64.801.4.8222Sc 5.1ca 所以截面左側強度足夠 （2）截面右側 抗彎截面系數(shù) 4-543331250.01. mdW 抗扭截面系數(shù) 4-55333.2.T 截面右側的彎矩為 4-56mNM17295.86709 截面右側的扭矩 26 26 mNT182 截面上的彎曲應力 4-57MPaWb83.15079 截面上的扭轉切應力 4-65pTb72. 故有效應力集中系數(shù)為 4-6682.182.011aqk 4-67635 軸表面未經(jīng)表面強化處理，即 ，得綜合系數(shù)值為q 4-688.219.067.821kK 4-696. 計算安全系數(shù)為 4-7079.160.86.4231 maKS 4-718.24.57.1a 4-721.08.29.612Sc 5.1ca 故該截面右側的強度也足夠。 4.3 軸承選取設計計算 4.3.1 軸承的設計參數(shù) 軸承類型 深溝球軸承 軸承型號 6304 27 27 軸承內(nèi)徑 d=20 (mm) 軸承外徑 D=36 (mm) B(T)=8 基本額定動載荷 C=47500 (N) 基本額定靜載荷 Co=35600 (N) 極限轉速(油) 7500 (r/min) 4.3.2 軸承的當量動載荷計算 軸承類型：深溝球軸承 （1）計算徑向載荷和軸向載荷 4-732.Pkw750/minr20d 4-74.918TNmn 4-75dFt 4.50182 4-76ntr 5.2689.37cosa 4-77NFta .14048.2 徑向載荷 Fr = 268.54(N) 軸向載荷 Fa = 140.55(N) 額定靜載荷 Co =35600(N) 徑向載荷系數(shù) X = 0.4 （2）計算當量動載荷 4-78039.356.140CFA 4-792.8rA 4-80NYFXfPArd40 4-81NnLfCht 513810296216363 28 28 所以 故符合要求C （3）壽命校核 額定動載荷 C = 47500(N) 當量動載荷 P = 402(N) 軸承轉速 n = 2900(r/min) 工作溫度 T =20() （溫度系數(shù) ft = 1） 要求壽命 Lh = 4500(h) 計算壽命 Lh = =16122(h) 4-82 PCfnt60 所以 軸承壽命合格hL 4.4 鍵的選擇、鍵的校核 查機械設計手冊表 6-1 選擇軸 上的鍵，根據(jù)軸的直徑 ， 302d 鍵的尺寸選擇 ，鍵的長度 L 取 22。主軸處鍵的選擇同上，78取鍵 高鍵 寬 hb 鍵的尺寸為 ，鍵的長度 L 取 100。162取鍵 高鍵 寬 7.傳動軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同 則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時， 則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？?驗算傳動軸中點處撓度（誤差%3） 。 當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平 均直徑 進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行1d 鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑 或當量直徑 。一1d2d 般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見金屬切削機床設 計表 7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方 向符號，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加。 軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對 齒輪對軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 29 29 NdTF mNnPr 2101260/2 12608/9.35.9/5.966 最大撓度： mEIllF4492222max106.2630815)(34;6.39740614.;4dII MPaEE軸 的 ；材 料 彈 性 模 量 ；式 中 ； 查機械制造裝備設計表 4-12 許用撓度 ； my12.03. 。所 以 合 格,yYB 軸、軸的校核同上。 鍵和軸的材料都是鋼，由機械設計表 6-2 查的許用擠壓應力 ,取其中間值， 。鍵的工作長度MPap120 MPap10 ，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度mbLl 168 。由機械設計式（6-1）可得hk5.37.5. PaakldT pp 103.0216.20 3 式 中 ： ；鍵 機 械 設 計 表，弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應 力鍵 、 軸 、 輪 轂 三 者 中 最；鍵 的 直 徑 ， ；為 鍵 的 寬 度 ，為 鍵 的 公 稱 長 度 ， 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 ， 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉 矩 26, ,5.,;,p MPamd mbmLbll hkkN 可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為： 20319680TGB鍵 30 30 第 5 章 2GH30-42 雙螺桿泵螺桿泵的保養(yǎng)與維護 5.1 螺桿泵的保養(yǎng) 1、每日檢查（巡檢）； 1)油位檢查：檢查油杯、齒輪箱的油位，油位高度以油窗的 3/4 為宜，齒 輪箱和軸承箱的油位過多，使溫度升高，油位過低，造成潤滑不良，有的可能 會發(fā)出噪音。 2)溫度檢查：用測溫儀檢查各部位溫度。 3)電動機負荷檢查：用功率表或電流、電壓表測量電動機負荷。 2、每月檢查：聯(lián)軸器彈性體或三角膠帶的張力。 3、每季檢查：齒輪箱內(nèi)潤滑油是否變質，如果變質則應馬上換油。如果前 級螺桿泵為液環(huán)泵，則改為每日檢查。 4、每半年檢查： 1)前蓋軸承箱內(nèi)潤滑油是否變質，如果油箱內(nèi)的潤滑油已經(jīng)變質，則應馬 上換油。 2)油封是否損壞。 5、每一年檢查： 1)軸承是否磨損。 2)活塞環(huán)及活塞環(huán)襯套是否磨損。 3)齒輪微量程度的磨損對轉子正常工作是否產(chǎn)生影響是否需要調(diào)整。 31 31 5.2 螺桿泵防止過載的方法 (1) 采用機械式自動調(diào)壓旁通閥。 旁通閥安裝在螺桿泵的出口和入口之間的旁通管路上，此閥控制泵出入口 之間的壓差不超過額定值。當壓差達到額定值時，閥門靠壓差作用自動打開， 使螺桿泵出口和入口相通，使出入口之間的壓差迅速降低，這時螺桿泵在幾乎 無壓差的負荷下工作。當壓差低于額定值時，閥自動關閉，氣體通過螺桿泵內(nèi) 由前級泵抽走。帶有旁通溢流閥的螺桿泵可以與前級泵同時啟動，使機組操作 簡單方便。 (2) 采用液力聯(lián)軸器 采用液力聯(lián)軸器也能防止泵的過載現(xiàn)象發(fā)生，使泵可以在高壓差下工作。 液力聯(lián)軸器安裝在泵和電動機之間。在正常工作狀態(tài)下，液力聯(lián)軸器由電動機 端向泵傳遞額定力矩。螺桿泵的最大壓差由液力聯(lián)軸器所傳遞的最大轉矩來決 定，而液力聯(lián)軸器可傳遞的最大轉矩由其中的液體量來調(diào)節(jié)。當泵在高壓差下 工作或與前級泵同時啟動時，在液體聯(lián)軸器內(nèi)部產(chǎn)生了轉速差即滑動，只傳遞 一定的力矩，使泵減速工作。隨著抽氣的進行，氣體負荷減小，螺桿泵逐漸加 速至額定轉速。 (3) 采用真空電氣元件控制泵入口壓力 在螺桿泵的入口管路處安置真空膜盒繼電器或電接點真空壓力表等壓力敏 感元件。真空系統(tǒng)啟動后，當螺桿泵入口處壓力低于給定值 ( 泵允許啟動壓力 ) 時，壓力敏感元件發(fā)出信號，經(jīng)電氣控制系統(tǒng)開啟螺桿泵 ( 如真空系統(tǒng)中裝有 螺桿泵旁通管路，則同時關閉旁通管路閥門 ) 。若泵入口壓力高于規(guī)定值時， 則自動關閉螺桿泵 ( 或同時打開泵旁通管路閥門 ) ，從而保證了螺桿泵的可 靠運轉 5.3 常見故障及消除方法 1、極限壓力達不到： 1)管道系統(tǒng)漏氣，系統(tǒng)檢查即可。 3)前級泵極限壓力下降，修理或更換前級泵。 4)油封磨損，更換油封。 32 32 1)管道通道能力不足，增大管道通道能力。 2)前級泵抽速下降，修理或更換前級泵。 3、電機過載： 1)入口壓力過高，調(diào)整、控制入口壓力。 2)轉子端面與端蓋單面接觸，調(diào)整轉子端面間隙。 3)前級泵返油或水進泵腔，加裝或更換單向閥。 4)采用機械式自動調(diào)壓旁通閥。 5)采用液力聯(lián)軸器。 6)采用真空電氣元件控制泵入口壓力。 4、泵體過熱： 1)選擇的前級泵抽速不夠，造成的壓縮比過大。重新選用前級泵。 2)入口壓力過高，調(diào)整、控制入口壓力。 3)冷卻不足，暢通、加大冷卻水。 4)轉子與泵殼接觸，檢修。 5)齒輪潤滑油過多，調(diào)整油量。 6)齒輪、軸承油封潤滑不足，保證油量適當、潤滑良好。 5、聲音異常： 1)裝配不良，返修。 2)同步齒輪與轉子位置偏移，轉子互相接觸。調(diào)整位置，保證間隙。 3)入口壓力過高，調(diào)整、控制入口壓力。 4)過載或潤滑不良，造成對齒輪的損傷，更換同步齒輪。 5)軸承磨損，更換軸承。 6)齒輪箱油量不夠，按要求加油。 6、軸承、齒輪早期磨損嚴重，主要是潤滑油不足、油太臟或牌號不對。按要求 加油。 正確的使用、維護和保養(yǎng)真空螺桿泵，以及嚴格按照檢修規(guī)程及標準檢修， 對提高設備的運行周期，和延長設備的使用壽命有著重要的作用。 33 33 34 34 總 結 畢業(yè)時間一天天臨近，也接近了尾聲。在我的畢業(yè)設計的不斷努力下終于 完成。在沒有做常想這個畢業(yè)的畢業(yè)設計正是他們多年的經(jīng)驗大概總結了，但 真正發(fā)現(xiàn)當面臨畢業(yè)的他的基本想法是錯誤的。畢業(yè)設計不僅是一個測試知識 的前面，但也是一種提高自己的能力。通過本次畢業(yè)設計使我明白，我太理論 知識，個體對象的臉部感覺很是迷茫。他們必須學會過多會前總覺得什么東西， 任何東西應有盡有，有點不切實際的期望。通過本次畢業(yè)設計，我才明白，學 習是長期積累在今后的工作和生活過程中應不斷學習，努力提高自己的知識和 綜合素質。 總之，學還是不學也覺得比較難，真的一切都是開頭難，我不知道如何下 手。終于完成了一種解脫的感覺。 35 35 參考文獻 1 馮辛安主編.機械制造裝備設計 第 2 版 大連理工大學 北京:機械工業(yè) 出版社, 2007.12 2 黃如林主編.切削加工簡明實用手冊 北京：化學工業(yè)出版社,2004.7 3 吳宗澤主編.機械設計畢業(yè)設計手冊 第三版 清華大學 北京：高等教 育出版社,2006.12 4 濮良貴主編.機械設計 第八版 北京：高等教育出版社,2007.8 5 范思沖主編.畫法幾何及機械制圖 東南大學 北京：機械工業(yè)出版社, 2005.7 6 減速器實用技術手冊編輯委員會編. 減速器實用技術手冊 北京:機 械工業(yè)出版社, 1992 7 戴曙主編. 金屬切削機床 北京:機械工業(yè)出版社, 2005.1 8 機床設計手冊編寫組主編. 機床設計手冊 北京:機械工業(yè)出版社, 1980.8 9劉鴻文主編.材料力學() 第四版 北京：高等教育出版社, 2006.11 10 機械設計手冊編委會主編. 機械設計手冊 11 成大先主編. 機械設計手冊 第四版第二卷 北京：化學工業(yè)出版 社,2003.9 12曹金榜等主編. 機床主軸變速箱設計指導 北京：機械工業(yè)出版社, 1995 13 陳易新編. 金屬切削機床畢業(yè)設計指導書 北京：機械工業(yè)出版社， 1993 36 36 致謝 緊張的畢業(yè)設計就要結束，大學四年的生活也到了尾聲。在老師的指導下， 終于按時完成了畢業(yè)設計的各項內(nèi)容，心情非常的激動，看著自己設計出來的 成果，一種從未有過的成就感，為自己感到驕傲和自豪。 在這漫長的四個月中，有汗水心血，有傷心也有喜悅，在一切茫然中，在 到處查找資料中，不斷地自我充實，自我完善，以便更好的完成畢業(yè)設計，為 四年的大學生活畫上一個圓滿的句號而不懈努力著。 這四個月中，我最要感謝的是我的指導老師。從開始到最后一直不斷的幫 助我，由于對真空方面的知識不熟悉，剛剛接觸設計課題時不知道從哪兒著手， 從哪兒開始，陷入苦惱之中。經(jīng)過老師的悉心指導和講解，并多次去工廠實習 通過實踐觀察讓我理解了螺桿泵的組成，設計要點等許多和設計相關的重要內(nèi) 容。在老師的指導下，我從被動設計的狀態(tài)變化到主動并能單獨完成設計的狀 態(tài)。這對日后參加工作提供了非常大的幫助。在這里說一句：“老師，您辛苦 了！”。