1、- 1 - 泵轴泵轴的的可靠性设计可靠性设计方法的探讨方法的探讨 摘要摘要：泵轴是组成离心泵的重要零件之一， 一切作回转运动的零件都要装在轴上才能实 现其回转运动，同时实现动力的传递，因此，泵轴工作时会受到重力 G、径向力 Pt、 轴向力 A、离心力 Pv 及扭矩 Mn的作用。而且这些力还与转速有关。在这些力的作用 下，引起轴的弯曲、扭转和剪切，超过许多应力时，泵轴失效，轻者引起轴上零件磕碰、 磨损，重者使零件卡滞，甚至影响泵的正常工作。为此，提出了轴的设计方法：1.在低 速时，轴应以扭曲强度作为设计准则；2.在高速时，应以扭矩刚度作为设计准则。并进 行了理论计算与试验验证，其结果基本一致。
2、关键词：关键词： 泵轴 可靠性 设计方法 探讨 - 2 - 一、一、 引言引言 离心泵在现代工业发展中很早就起到了它的作用，现在离心泵应用范围广泛。 其根据主要用途又可划分为多种离心泵，分类方法常见的有以下几种方式： 1.按叶轮吸入方式分：单吸式离心泵 双吸式离心泵。 2.按叶轮数目分：单级离心泵 多级离心泵。 3.按叶轮结构分：敞开式叶轮离心泵 半开式叶轮离心泵 封闭式叶轮离心泵。 4.按工作压力分：低压离心泵 中压离心泵 高压离心泵边 立式离心泵。而单 级离心泵又是其中的较基本的类型。 单级离心泵主要适用于工农业及城市、排水、消防供水等，有高效节能、安 装维修方便、运行平稳等特点。 因此本
3、次设计将主要以单级离心抽油泵为研究对象，对泵轴的可靠性进行设 计与试验。 论文论文的研究意义：的研究意义： 离心泵随着转速的提高，工作条件变差，转速越高，工作环境越恶劣。然而 高速化又是发展的必然趋势，因为高速化可大大提高运行效率，同时可缩小泵的 体积、减轻重量，从而大大提高泵运行的经济性，但对泵的可靠性提出了更高的 要求。要求科学合理的设计方法，准确的设计精度，否则会影响到泵使用的可靠 性。泵在工作过程中，泵轴受力复杂，过去对泵轴可靠性的计算和试验不多，缺 乏成熟的计算方法。此次设计通过试验研究，分析泵轴失效的影响因素，论述了 泵轴强度的计算方法，阐明了提高泵轴刚度的措施，进一步完善了可靠性
4、计算的 理论。 论文的主要内容：论文的主要内容： 本文主要介绍泵轴的可靠性设计与试验，在泵轴失效的影响因素中首先讲述 了单级离心抽油泵在工作过程中泵轴是如何失效以及失效的原因，接着是对泵轴 可靠性试验的具体情况进行描述，其中先对设计工况状态下的扭转角及持久强度 的试验，接着是零流量工况的挠度与转角试验，然后对两种状态下试验结果综合 分析，对设计准则和强度计算方法进行描述。最后介绍了提高泵轴可靠性的措施。 - 3 - 二、二、 泵轴失效的影响因素泵轴失效的影响因素 泵轴失效是由于各种复杂载荷共同作用的结果，而各种载荷的影响程度是不 同的。 （一）（一） 单级离心泵单级离心泵结构特点结构特点 单级
5、离心泵包括泵体，泵盖，带输出轴的电动机，在泵体内装设的泵轴、轴 承座、叶轮、机械密封和机封压盖，其特征在于，它还包括位于电动机输出轴与 泵轴之间设置的对夹式联轴器，以及安装在轴承座上的以辅助支承泵轴的导轴承； 所述对夹式联轴器分别与电动机输出轴和泵轴刚性连接，在电动机输出轴与泵轴 之间留有便于机械密封和机封压盖装拆的空间距离。在维修或更换机械密封时， 无须拆卸电动机及泵盖。 （二）（二） 作用作用在泵轴上的载荷在泵轴上的载荷 泵在工作中，轴受到重力 G、径向力 Pt、轴向力 A、离心力 Pu 及扭矩 n M的 作用。这些载荷与转速有关，其中径向力，轴向力和扭矩还与泵运行工况有关。 由统计和计算
6、作出了零流量工况和设计工况在不同比转速 s n时，重力、径向力和 离心力的关系曲线（见图 2.1） 。图 2.2 给出了比转速 s n 与扭矩和轴向力的关系曲 线（图中所给数据均以 80mm 口径、用静强度确定的泵轴为例，Q=0 为零流量工 况， n Q为设计工况） 。 图 2.1 s n与G u P P 的关系曲线 - 4 - 图 2.2 s n与 A 和 n M的关系曲线 （三）（三） 泵轴内的应力泵轴内的应力 泵轴内的应力与泵轴受力有关，一般产生在泵轴内的应力有弯曲、扭转和剪 切等应力。 静强度应力用表示， 疲劳强度安全系数用n表示， 刚度分别用挠度f 转角w和扭转角n表示。 图2.3给出了比转速与强度和安全系数n的关系曲线， 图 2.4 表示 sn 与挠度f转角w和扭转角n的关系曲线。 MPann s 324;4.1 图 2.3 sn 与和n的关系曲线 - 5 - 图 2.4 s n 与f w 和 n 的关系曲线 （四）（四） 泵轴失效特征泵轴失效特征 由图 2.3、图 2.4 可知，在零
