CN101463830A - 一种叶轮泵轴联接结构 - Google Patents

Abstract

一种叶轮泵轴联接结构，由叶轮和泵轴构成，叶轮的轴心上设置有锥形轴孔，泵轴的一端设置有轴肩，泵轴的前端套设有一个锥套，锥套上平行于轴向设置有槽，锥套与轴肩之间设置有一个限位套，叶轮套设在锥套上，叶轮通过螺母与泵轴的前端通过螺纹连接，叶轮与螺母之间设置有垫块。在装配过程中，将限位块、开槽的锥套、叶轮、垫块、依次装入轴内，用扭矩扳手扭紧螺母。在旋紧螺母的同时，垫块挤压叶轮，叶轮挤压开槽锥套，由于开槽锥套受到限位套限制，被迫发生弹性变形包紧轴。这样，叶轮、轴、开槽锥套一起运动。本发通过轴端的螺母压紧使开槽锥套弹性变形实现紧固作用，叶轮受力均匀，工作稳定。

Description

一种叶轮泵轴联接结构

技术领域：

本发明涉及机械领域，尤其涉及泵，特别是一种叶轮泵轴联接结构。

背景技术：

现有技术中，水泵的叶轮与泵轴通过键实现连接，键连接方式在实际生产过程中存在许多不足：

表面质量和几何精度控制严格，定心精度高。

受力不均匀，尖角处有应力集中。

孔与轴有间隙时，不能准确定心。

生产成本高，需有专用的机床。

装配过程中，装配效率低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种叶轮泵轴联接结构，所述的这种叶轮泵轴联接结构要解决现有技术中叶轮与泵轴的键连接结构受力不均匀、不能准确定心、生产成本高、装配效率低的技术问题。

本发明的这种叶轮泵轴联接结构由叶轮和泵轴构成，其中，所述的叶轮的轴心上设置有锥形轴孔，所述的泵轴的一端设置有轴肩，泵轴的前端套设有一个锥套，所述的锥套上平行于轴向设置有槽，锥套与所述的轴肩之间设置有一个限位套，叶轮套设在锥套上，叶轮通过螺母与泵轴的前端通过螺纹连接，叶轮与所述的螺母之间设置有垫块。

进一步的，所述的锥套与限位套的长度之和小于叶轮的锥形轴孔的长度。

本发明的工作原理是：在装配过程中，将限位块、开槽的锥套、叶轮、垫块、依次装入轴内，用扭矩扳手扭紧螺母。在旋紧螺母的同时，垫块挤压叶轮，叶轮挤压开槽锥套，由于开槽锥套受到限位套限制，被迫发生弹性变形包紧轴。这样，叶轮、轴、开槽锥套一起运动。在这中间，开槽锥套是一个重要的零件。

本发明与已有技术相对照，其效果是积极和明显的。本发明将锥形轴孔与开槽锥套的配合结构应用于叶轮与轴的联接中，通过轴端的螺母压紧使开槽锥套弹性变形实现紧固作用，叶轮受力均匀，工作稳定。

附图说明：

图1是本发明的叶轮泵轴联接结构的示意图。

图2是本发明的叶轮泵轴联接结构的力学计算图。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的叶轮泵轴联接结构由叶轮1和泵轴2构成，其中，所述的叶轮1的轴心上设置有锥形轴孔，所述的泵轴2的一端设置有轴肩，泵轴的前端套设有一个锥套3，所述的锥套3上平行于轴向设置有槽，锥套3与所述的轴肩之间设置有一个限位套4，叶轮1套设在锥套3上，叶轮1通过螺母5与泵轴2的前端通过螺纹连接，叶轮1与所述的螺母5之间设置有垫块6。

进一步的，所述的锥套3与所述限位套4的长度之和小于所述的叶轮锥形轴孔的长度。

如图2所示，本发明的力学计算如下：

将开槽锥套作为研究对象，由于受力平衡则：

∑x＝0

F1sinθ+F2sin(α+β)-F5＝0  ------------------(1)

∑y＝0

F1cosθ-F2cos(α+β)＝0     -------------------(2)

式中F1--------------轴对开槽锥套的全反力(N)

F2--------------叶轮对开槽锥套的全反力(N)

α--------------叶轮与开槽锥套面的摩擦角(度)

θ--------------轴与开槽锥套面的摩擦角(度)

β--------------开槽锥套的半锥角(度)

F5--------------螺母压开槽锥套的轴向力(N)

由(1)、(2)式得：

F1＝F5/{sinθ+cosθtan(α+β)}

F2＝F5/{sin(α+β)+tanθcos(α+β)}

本实施例中，对现有技术中的IHH200-150-400型号的泵进行改动：

未改动之前，叶轮和轴是键连接，主要尺寸

轴径：D0＝φ60h6

改动之后，轴径：D1＝φ54h6

开槽锥套的锥角β＝7°

叶轮、开槽锥套材制均为HT200，轴为45钢

α＝8.53°θ＝14°

IHH200-150-400型号泵轴功率：69.8KW，效率；78％n＝1450

$\mathrm{mn}=9552\frac{69.8}{1450}=459.82N\·M----------------\left(3\right)$

根据实际情况取Mn＝460N·M

由于开槽锥套角β＝7°小于摩擦角发生现象，因此圆柱形内孔与传动轴之间传递的转矩为开槽锥套的额定承载能力为：

F4＝F1COSθ＝F5COSθ/{sinθ+cosθtan(α+β)}---------(4)

传递的转矩为；

Mn＝F4μ D1/2----------------------(5)

式中

μ--------------轴径与开槽锥套孔之间无滑动的动摩檫因数；

取μ＝0.25

整理式(4)、式(5)得：

$F5=\frac{2\mathrm{Mn}\{\sin \mathrm{\θ}+\cos \mathrm{\θ}\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\}}{\mathrm{\μD}1\cos \mathrm{\θ}}--------------\left(6\right)$

此外，螺母压牢开槽锥套所产生的轴向力，保证了叶轮能够正常运转，所以螺纹直径大小直接影响轴向力大小，螺纹直径的选择可根据下式计算：

螺纹直径设计计算公式：

$D2\≥\sqrt{\frac{1.3\mathrm{Fo}}{\frac{\mathrm{\π}}{4}\mathrm{\σ}}}--------------\left(7\right)$

用应力计算公式：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\mathrm{\σ}}_s}{S_S}-------------\left(8\right)$

总轴向载荷计算公式：F₀＝F_c+F_p      ------------(9)

预紧力计算公式： $F_p={F^l}_p+(1-\mathrm{\λ})F_c-------------\left(10\right)$

残余预紧力计算： ${F^l}_p={\mathrm{KF}}_c-------------\left(11\right)$

式中：F_c------轴向载荷 N；F₀------螺栓所受轴向总载荷N；

------残余预紧力N       D2-------螺纹小径mm；

K-------残余预紧力系数，查表查机械设计手册；λ--------相对刚度可查机械设计手册

σ_s------轴的屈服强度Mpa；由螺纹连接的机械性能等级决定

S_s-------安全系数，可查设计手册

本实施例中，取K＝1.7；λ＝0.25；S_s＝1.5

由于此化工泵轴采用45钢则：

σ_s＝355MPa

轴向力F5＝F_c则

整理式(7)、式(8)(9)(10)(11)

$D2\≥\sqrt{\frac{26.91F5}{\mathrm{\π}355}}-------------\left(12\right)$

整理式(6)、式(12)

D2≥29.45mm

查表可得取D2＝31.5则

公称直径D＝36。

Claims (2)

1.一种叶轮泵轴联接结构，由叶轮和泵轴构成，其特征在于：所述的叶轮的轴心上设置有锥形轴孔，所述的泵轴的一端设置有轴肩，泵轴的前端套设有一个锥套，所述的锥套上平行于轴向设置有槽，锥套与所述的轴肩之间设置有一个限位套，叶轮套设在锥套上，叶轮通过螺母与泵轴的前端通过螺纹连接，叶轮与所述的螺母之间设置有垫块。

2.如权利要求1所述的叶轮泵轴联接结构，其特征在于：所述的锥套与限位套的长度之和小于叶轮的锥形轴孔的长度。

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