1、毕业设计（论文）说明书1摘要泵是应用非常广泛的通用机械，可以说是液体流动之处，几乎都有泵在工作。而且，随着科学技术的发展，泵的应用领域正在迅速扩大，根据国家统计，泵的耗电量都约占全国总发电量的1/5,可见泵是当然的耗能大户。因而,提高泵技术水平对节约能耗具有重要意义。 6SHZ60 型水泵是清水泵,在设计问题上,从电机的选择计算、轴的选择计算、叶轮的尺寸以及水泵的外形尺寸的确定,基本上解决了泵的大体结构,在其它部件中,连接法兰、叶轮螺母等都是根据具体位置来计算设计的。传动中的轴、键、泵盖都要经过必需的校核,使它的强度和寿命达到设计要求。关键词:水泵 电机 设计全套图纸，加 153893706毕
2、业设计（论文）说明书2AbstractPump is the most widely used general machinery,it can be said that any liquid flows,almost all of the pumps work,With the development of science and technology, pumping application areas are expanding rapidly,According to national statistics.Pump power consumption accounted for a
3、fifth of the country,we can see that the pump is only natural consumption market.Pump technology will increase the level of energy conservation has a very important significance.6SHZ-60 is a water pump,the design issues,from motor choices,the choices of axis,the size of impeller pumps dimensions ide
4、ntification,Largely determine the general structure pump. In other parts, the connecting flanges, Impeller nuts,etc.Are based on the specific location to calculate design.The drive shaft,bond,Pumps are to be built after the necessary verification,so that their strength and life to the design require
5、ments.Key word:Water pump;Electrical machinery;Design毕业设计（论文）说明书3前言毕业设计是对学生在毕业前所进行的一次综合能力的训练,是为给社会培养出合格的工程技术人员必须走过的重要环节。通过这次的毕业设计可以充分提高我们在以前所学的零散的理论知识的基础上结合起来综合的分析问题、解决问题的能力,这对我们上了岗位有很大的帮助。我们这次的设计任务是 6SHZ60 型的直联式双吸离心泵的基础的设计,是一次专题性的设计,虽然与四年所学知识有一定的偏距,但是为了能把这次的设计搞好,在赵老师的指导下,我们在设计前努力查阅有关资料,做了必要的准备,我们边设
6、计边查阅资料,给设计奠定了一定的基础,这对我们的设计有很大的帮助。这次设计集中于画图和水泵各部件的设计计算,我们先把指导老师所给的资料中的图纸吃透,独立分析问题,相互探讨并且解决问题,充分体现了我们独立解决问题的能力。我们应该从现在做起学好扎实的基础知识,不断丰富自己的专业知识和实际操作能力, 这次设计，赵老师对我们进行了精心的指导，阳泉市水泵厂给了大力的支持并提供了有关资料，在此表示感谢，由于我们能力有限，在设计中难免有错误和不足之处。毕业设计（论文）说明书4在此，请各位老师给于评定并提出建议。第一章 离心泵的工作原理泵是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。泵用来增加液体的位能、压能、动能
7、.原动机通过泵轴带动叶轮旋转,对液体做功,使其能量增加,从而使需要数量的液体,由吸水池经泵的过流部件输送到要求的高度或要求压力的地方。如下图所示,是简单的离心泵装置。原动机带动叶轮旋转,将水从 A 处吸入泵内,排送到 B 处。泵中起主导作用的是叶轮,叶轮中的叶片强迫液体旋转,液体在离心力作用下向四周甩出。这种情况和转动的雨伞上的水滴向四周甩出去的道理一样。泵内的液体甩出去后,新的液体在大气压力下进入泵内,如此连续不断地从A 处向 B 处供水。泵在开动前,应先灌满水。如不灌满水,叶轮只能带动空气旋转,因空气的单位体积的质量很小,产生的离心力甚小,无力把泵内和排水管路中的空气排出,不能在泵内造成一
8、定的真空,水也就吸不上来。泵的底阀是为灌水用的,泵出口侧的调节阀是用来调节流量的。毕业设计（论文）说明书5第二章 水泵的设计一.泵汽蚀余量的计算方法汽蚀余量对于泵的设计、试验和使用都是十分重要的汽蚀基本参数。设计泵时根据对汽蚀性能的要求设计泵,如果用户给定了具体的使用条件,则设计泵的汽蚀余量 必须小于按使用rNPSH条件确定的装置汽蚀余量 。欲提高泵的汽蚀性能 ,应尽量aPS减小 。泵试验时,通过汽蚀试验验证 ,这是确定rNPSHr唯一可靠的方法。它一方面可以验证泵是否达到设计的r值。另一方面,考虑一个安全余量,得到许用汽蚀余量r,作为用户确定几何安装高度的依据.可见,正确地理解和NPSH毕业
9、设计（论文）说明书6确定汽蚀余量是十分重要的。为了深入理解汽蚀的概念,应区分以下几种汽蚀余量：1. 装置汽蚀余量又叫有效的汽蚀余量。是由吸入装置aNPSH提供的, 越大泵越不容易发生汽蚀。aNPSH2. 泵汽蚀余量又叫必需的汽蚀余量,是规定泵要达到r的汽蚀性能参数, 越小,泵的抗汽蚀性能越r好。3. 试验汽蚀余量,是汽蚀试验时算出的值, 试验汽蚀tNPSH余量有任意多个,但对应泵性能下降一定值的试验汽蚀余量只有一个,称为临界汽蚀余量,用 表示。cNPSH4. 许用汽蚀余量,这是确定泵使用条件(如安装高度)NPSH用的汽蚀余量,它应大于临界汽蚀余量,以保证泵运行时不发生汽蚀,通常取 =NPSH或
10、 = +k, k 是安全cPS5.1c值。这些汽蚀余量有如下关系: arc NPSNH泵汽蚀余量的计算:PSrHNr式中: 托马汽蚀系数；泵最高效率点下的泵单级扬程；毕业设计（论文）说明书7最高效率点下的泵汽蚀余量。rNPSH根据【现代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。 】 查图4-7取 =0.035所以 73.2805.Sr二.泵的基本参数的确定 （确定泵的总体结构形式和进出口直径）（一）.确定泵的进口直径泵进口直径也叫泵吸入口径,是指泵吸入法兰处管的内径.吸入口径由合理的进口流速确定。泵的进口流速一般为 3m/s 左右，从制造经济行考虑，大型泵的流速取大些，以减小泵体积，提高过流能力。从提
11、高抗汽蚀性能考虑，应取较大的进口直径，以减小流速。常用的泵吸入口径，流量和流速的关系如图所示。对抗汽蚀性能要求高的泵，在吸入口径小于 250mm 时，可取吸入口径流速 ，在吸入口径大于 250mm 时，可取smVs/8.10。选定吸入流速后，按下式确定 ,在该设计s/2.41 sD中，6SHZ-60 为清水双吸离心泵。 ssVQD4吸入口径（mm）40 50 65 80 100 150 200 250流速（m/s）1.375 1.77 2.1 2.76 3.53 2.83 2.65 2.83单级泵流量（m 3/h） 6.25 12.5 25 50 100 180 300 500注：此表取自【现
12、代泵技术手册关醒凡编著，宇航出版社。】毕业设计（论文）说明书8取吸入口流速 ，代入公式得：smVs/3mQDss 1382.064取泵的吸入口径为 150mm。（二）.确定泵的出口直径泵出口直径也叫泵排出口径，是指泵排出法兰处管的的内径。对于低扬程泵，排出口径可与吸入口径相同；对于高扬程泵，为减小泵的体积和排出管路直径，可取排出口径小于吸入口径，一般取sdD)7.01(式中： 泵的排出口径泵的吸入口径s根据该泵的特性，由于该泵的流量大，考虑排水管路的经济性 mDSd 1057.0. 取 m10（三）.泵转速的确定 确定泵转速应考虑以下因素：1.泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻，据此应选择尽
13、量高的转速；2.转速和比转数有关，而比转数和效率有关，所以转速应该和比转数结合起来确定；3.确定转速应考虑原动机的种类（电动机、内燃机、汽轮机等）和传动装置（皮带传动、齿轮传动、液力偶合器传动等） ；4.转速增高，过流部件的磨损加快，机组的振动、噪声变大；5.提高泵的转速受到汽蚀条件的限制，从汽蚀比转数公式毕业设计（论文）说明书94326.5rNPSHQnC式中： 泵的转速（r/min）泵流量（m 3/s）双吸泵取 2Q可知：转速 和汽蚀基本参数 及 有确定的关系，nrNPSHC如得不到满足，将发生汽蚀。对既定得泵汽蚀比转数 值为定值，转速增加，流量增加，则 增加，当该值大于装置汽蚀余r量 时
14、，泵将发生汽蚀。aNPSH选 , ，150C73.2rSsmQ/045.3则 in/79.6.512.43 rnr 根据汽蚀要求，泵的转速应小于 ，而实际转速为i/3min/290r（四）.估算泵的效率1.水力效率 水力效率 按下式计算hh %86.02362901lg835.01lg0835.1 nQh式中： 泵流量（m 3/s）双吸泵取 Q泵的转速（r/min）2.容积效率 容积效率 可按下式计算vv毕业设计（论文）说明书103268.01svn该容积效率为只考虑叶轮前密封环的泄漏的值,对于有平衡孔、级间泄漏和平衡盘泄漏的情况,容积效率还要相应降低。则 %96.068.0168.01323
15、2 svn3.机械效率 m 87.0167.107. 767 sn泵的总效率 %298mvh泵的理论扬程 Hht 7.06.泵的理论流量 hQVt /5.189.23（五）.轴功率和原动机功率泵的轴功率 KwgHP75.436072.108原动机功率 KwKtg .5.4.式中: 余量系数 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 表 7-10取 =1.1(原动机为电动机)传动效率 查【现代泵技术手册关醒凡编著】 t表 7-11毕业设计（论文）说明书11取 (直联)0.1t所以选择 55Kw 的电动机可满足要求,查【机械零件手册吴宗泽主编】选择电动机的型号为 Y250M-2第三章 水泵轴的设计直联式双吸
16、离心泵 6SHZ-60 是将轴设计为空心轴和电机轴相联,泵无需底座,所以直接用电动机支起泵来工作的,当电机轴和空心轴联成一体时,可看作是刚性连接,这时按一根轴来计算,但在其受力分析时,我们找不到电机的原始材料,为了保证这根轴符合要求,我们最后按外伸梁和悬臂梁两种方法分析计算,只有这样才能保证计算的准确度。一.轴按外伸梁设计1.扭矩的计算 mNnPnMcn 1.29705.12.1950式中: 扭矩( )mN计算功率 取cPc2.12.根据扭矩计算泵轴直径的初步计算 mMdn 076.52.0353 式中: 材料的许用切应力( ) 查【现代泵技术手册Pa关醒凡编著】 表 7-12 取 510值的
17、大小决定轴的粗细,轴细可以节省材料,提高叶轮水力和汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度,提高运行可靠性.故泵轴的最小轴径取 ,泵轴的最大尺寸取md301m903.画出轴的结构草图 如图所示(由已知图纸改进)毕业设计（论文）说明书123027?148801?9?55叶轮的左边用螺母锁紧,右边用轴套定位,轴套内径取 45mm,外径取 60mm,轴经过处圆角统一取 R=2mm(特殊要求除外).4.轴的强度计算（1）叶轮所受径向力的计算( )32108.9BHDKFrN式中: 泵扬程 m78叶轮外径 2 306.2包括盖板的叶轮出口宽度( )B205.2试验系数 查【现代泵技术手册关醒凡rK编著】 图 17-
18、30 取 02.rK则 NBHDFr3218.9N1506.7013（2）叶轮所受径向不平衡离心力的计算(N)RnGRnGccc 29298.108.2毕业设计（论文）说明书13式中: 最大半径处的残余不平衡质量(g)取cGgGc3叶轮的最大半径( ) RmR15则 NnFcc 38.42290398.101098.2 （3）水平总的受力: FcR 18.453垂直总的受力: C.13（4）计算水平面支承反力 NFFQRR 4.635987023.59822331 RQR .101.332 （5）计算垂直面支承反力 NFFRR 4.28359.859831 RR 1.223（6）计算水平面 C
19、 和 D 处的弯矩(考虑到 C 和 D 处可能是危险截面) mNNFMRCH 2.180234.62831 mND 173454635（7）计算垂直面 C 处和 D 处的弯矩 mNNFRCV 2.80234.8231MD 54915毕业设计（论文）说明书14（8）计算合成弯矩C 点合成弯矩： mNMCVH 197522.80.122D 点合成弯矩： mNDVH 8054973222（9）计算 C 和 D 处当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表 2-7 由插入法得3.21b3.10b591b6.01bmNTMC 234206.97222 D 18071.1802222（10）校核轴的强度根据弯矩大
20、小及轴的直径选定 C 和 D 两截面进行强度校核，由【机械设计吴宗泽主编】表 2-5，当 45 钢，按表 2-7 用插值法得MPab640MPab591C 截面当量弯曲应力： bCmNdW133 0.0451.2. （因 C 截面有键槽，考虑对轴强度削弱影响，故 d 乘以 0.95）D 截面当量弯曲应力： bDMPadM133 20451.087. 因此：C 和 D 两截面均安全（11）校核轴径毕业设计（论文）说明书15在叶轮中心截面处： mNMC2341在电动机第一轴承处： mNTM 2637106.22212在电动机中间截面处： 945.237223mMdb 45591.041.033 b
21、627.33122 mdb 58.59.04.0331 轴的截面形状是影响轴刚度的重要因素，当将实心轴改为外径为原直径的 2 倍的空心轴，并使空心轴的质量为原实心轴质量的 2 倍时，轴的强度提高到实心轴强度的 6.5 倍，刚度提高到实心轴刚度的 13 倍，所以该空心轴符合要求。3027?148801?45?590毕业设计（论文）说明书17FR3R1MnFR2FR3R3R1R2FQ轴 受 力 简 图水 平 面 受 力 R1R2垂 直 面 受 力水 平 面 弯 矩 图垂 直 面 弯 矩 图 8002.毕业设计（论文）说明书18二.轴按悬臂梁设计1.扭矩的计算 mNnPnMcn 1.29705.12
22、.1950式中: 扭矩( )mN计算功率 取cPc2.12.根据扭矩计算泵轴直径的初步计算 mMdn 076.52.0353 式中: 材料的许用切应力( ) 查【现代泵技术手册Pa关醒凡编著】 表 7-12 取 510合 成 弯 矩 图转 矩 T图当 量 弯 矩 图19752019752210毕业设计（论文）说明书19值的大小决定轴的粗细,轴细可以节省材料,提高叶轮水力和汽蚀性能;轴粗能增强泵的刚度,提高运行可靠性.故泵轴的最小轴径取 ,泵轴的最大尺寸取md301m903.画出轴的结构草图 如图所示(由已知图纸改进) 3027?148801?9?55叶轮的左边用螺母锁紧,右边用轴套定位,轴套内
23、径取 45mm,外径取 60mm,轴经过处圆角统一取 R=2mm(特殊要求除外).4.轴的强度计算（1）叶轮所受径向力的计算( )32108.9BHDKFrN式中: 泵扬程 m78叶轮外径 2 06.2包括盖板的叶轮出口宽度( )B3205.2试验系数 查【现代泵技术手册关醒凡编rK著】 图 17-30 取 02.rK则 NBHDFr3218.9N1506.7013（2）叶轮所受径向不平衡离心力的计算毕业设计（论文）说明书20(N)RnGRnGFccc 2929108.108.2式中: 最大半径处的残余不平衡质量(g)取Gg3叶轮的最大半径( ) Rm5则 NnFcc 38.421290319
24、8.01098.2 （3）水平总的受力: FcR8.453垂直总的受力: C.3（4）计算水平面支承反力：NFQR 38.97068.19231 计算垂直面支承反力： FR.121（5）计算水平面弯矩：mFMRDH 54.338.9283计算垂直面弯矩：NmNRV 13（6）计算合成弯矩： mDVH 8.769454.3222（7）计算当量弯矩查【机械设计吴宗泽主编】表 2-7 由插入法得3.21b3.10b591b6.0b叶轮中线截面处：毕业设计（论文）说明书21 mNTMC 12602106.2电动机第一轴承处： mND 14826.8.7942222（8）校核轴径叶轮中线截面处： mMd
25、bC458.27591.06.3311 电动机第一轴承处：bD34.3312轴的截面形状是影响轴刚度的重要因素，当将实心轴改为外径为原直径的 2 倍的空心轴，并使空心轴的质量为原实心轴质量的 2 倍时，轴的强度提高到实心轴强度的 6.5 倍，刚度提高到实心轴刚度的 13 倍，所以该空心轴符合要求。毕业设计（论文）说明书22水 平 面 弯 矩 图 543.轴 受 力 简 图水 平 面 受 力垂 直 面 受 力 FR3R3 FR1R1FR3R3 FR1FR1Q3027?148 801?90?45 5毕业设计（论文）说明书23垂 直 面 弯 矩 图合 成 弯 矩 图 543.769821014826
26、1260转 矩 T图当 量 弯 矩 图第四章 叶轮结构设计及主要尺寸计算一结构设计（选料）叶轮是离心泵传递能量的主要部件，通过它把电能转换为液体的压力能和动能，因此，要求叶轮具有足够的机械强度和完好的叶片形状，在材料上，除了考虑介质腐蚀，磨损外，由于它是旋转部件，故还应考虑离心力作用下的强度。通常，用于叶轮的材料有铸铁，青铜铸件，不锈钢，铬钢等。当叶轮圆周速度超过 30m/s，考虑铸铁强度不能承受这样大的离心力的作用，则需改用青铜作材料，由于本设计泵属于中小型泵，其圆周速度远小于 30m/s，在考虑到材料来源的难易，铸造上的方便与否，同时考虑到泵的效率和抗汽蚀性能的要求，故选灰口铸铁，虽然它的
27、强度不高，但它的生产工艺简单，价格低廉，易于熔化，浇铸性能好，冷凝的收缩性小，而且，其切削性能好，毕业设计（论文）说明书24便于加工，减振性好，可以减轻由于水力冲击造成的振动，而HT200 又是在灰口铸铁中这些性能更为突出的，所以，本设计中叶轮的材料选用 HT200 作为原材料，热处理采用退火，许用应力为&25-35MP a二叶轮结构型式的确定本设计选用闭式叶轮。闭式叶轮由前盖板，后盖板，叶片和轮毂组成，闭式叶轮多用于清水泵。叶轮主要尺寸的确定有三种方法：相似换算法、速度系数法、叶轮外径 或叶片出口角 的理论计算。2D2叶轮采用速度系数法设计，速度系数法是建立在一系列相似泵基础上的设计，利用统
28、计系数计算过流部件的个部分尺寸。三叶轮轮毂直径 的计算hd叶轮轮毂直径必须保证轴孔在开键槽之后有一定的厚度，使轮毂具有足够的强度，通常 ，在满足轮毂结构ihd4.12强度的条件下，尽量减小 ，则有利于改善流动条件。d取 Pa510毕业设计（论文）说明书25轴直径 mMdn 6.270.152.0353 根据叶轮轮毂直径应取 1.21.4 倍的轴直径，根据设计要求，取叶轮所在的轴的直径为 45 ，所以 。mdh5.843.取 mdh60四叶轮进口直径 的计算jD因为有的叶轮有轮毂（穿轴叶轮） ，有的叶轮没有轮毂（悬臂式叶轮） ，为从研究问题中排除轮毂的影响，即考虑一般情况，引入叶轮进口当量直径
29、的概念。以 为直径的圆面积等于叶OO轮进口去掉轮毂的有效面积，即 。 按下式422hjdDOD确定3nQKDO2hOjd式中： 泵流量（m 3/s）对双吸泵取 ；Q泵转速（ ）ni/r系数，根据统计资料选取OK主要考虑效率 0.453OK兼顾效率和汽蚀 主要考虑汽蚀 .OmnQKDO 810.293601.43 毕业设计（论文）说明书26mdDhOj 106822取 mj10五叶轮外径的计算 3213212 90606.95.06.935. nQDsm1取 3062六叶轮出口宽度的计算 3653652 2901107.4.107.64. nQbsm.因为两个叶轮设计在一起，所以叶轮出口宽度 m
30、b2七叶片数的计算和选择叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。选择叶片数，一方面考虑尽量减小叶片的排挤和表面的摩擦；另一方面又要使叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用。叶轮叶片数： 2sin131eRZm对于低比转数离心泵叶轮， ，21R12e毕业设计（论文）说明书27则2sin213sin131121 ReRmZi5.6i5.6 12212D260sin70.sin.112 jDK53.式中： 叶轮进口直径j叶片进口直径1D叶轮外径2叶片进口角 取1012叶片出口角 取2 6低比转数叶轮取大值0.71K通常采用叶片数 ，取该叶轮叶片数为 65Z八精算叶轮外径（
31、第一次）1.理论扬程 mHht 7.9086.2.修正系数 93.06215.0123.有限叶片数修正系数根据经验有限叶片数修正系数 ，此处取45.P4.0P毕业设计（论文）说明书284.无穷叶片数理论扬程 mPHtT 6.1304.7.9015.叶片出口排挤系数 96.0sin2306sin222 ctgctgDZ6.出口轴面速度 smbQVVm /31.29.24522 7.出口圆周速度 6.1308.26.231.00222 tgtgHttgUtmms/.388.出口直径 mnD248.096022与假定不符，进行第二次计算，取 D25九精算叶轮外径（第二次）1.叶片出口排挤系数 95.
32、0sin2612536sin1222 ctgctgDZ2.出口轴面速度 smbQVVm /83.296.0.0.422 3.出口圆周速度 6.1308.26.283.00222 tgtgHttgUtmm毕业设计（论文）说明书29sm/8.34.叶轮外径 mnUD256.0296022 与假定值接近，不再进行计算。十叶轮出口速度1.出口轴面速度（由上述计算得）95.02smV/832. 出口圆周速度 smsnDU/26.38/60295.602 3. 出口圆周分速度 ssmgHVtU /./2.38724. 无穷叶片数出口圆周分速度 sstU /45.3/6.10922 十一叶轮进口速度1.叶轮
33、进口圆周速度进口分点半径为 22hji RnR式中: 所分的流道数n从轴线侧算起欲求的流线序号如图所示,中间的流线i序号为 ,所分的流道2i 4n毕业设计（论文）说明书30则: mRRhja 8.453045343 2222 hjb .12222mRRhjc 360435042222 ssnDUaa /9.1/698.6011 bb /5.2/0241.11 smnDUcc /1/693.26012.叶片进口轴面液流过水断面面积 221 03.04.5.bRFaca 186792b 221 43. mcc3.C 流线处叶片进口角(假定 ).01c毕业设计（论文）说明书31smsFQVCmlc
34、/7.36/9.0142.96051 3.71clUtg187c1 348c754.校核 c12111sinccc tgDZ290i75362t894.0由轴面投影图假设 ,与假设 相近.1c901c第五章 压出室和吸入室的水力设计一.压出室的水力设计压出室的作用在于：1 将叶片中流出的液体收集起来并送往下一级叶轮或管路系统。2.降低液体的流速，实现动能到压能的转化，并可减小液体流往下一级叶轮或管路系统的损失。3.消除液体流出叶轮后的旋转运动，以避免由于这种旋转运动带来的水力损失。本设计采用的压出室是蜗形体，即螺旋形涡室。(一) 涡形体的各断面面积涡室断面面积对泵的性能影响很小，对同一叶轮，如果涡室断面面积过小，则流量-杨程曲线变陡，最高效率点向小流量方向移动，效率降低，如果涡室断面过大，则流量-杨程曲线
