離心泵塑料葉輪設(shè)計(jì)基準(zhǔn)探討

黎清探

【摘要】葉輪是體現(xiàn)離心泵水力性能的主要零部件，通過對葉輪的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)分析，從設(shè)計(jì)源頭上提高葉輪的質(zhì)量，從而穩(wěn)定整泵的性能，保證離心泵的使用壽命。特別是一種帶金屬鑲嵌件的塑料葉輪，對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的選取更為重要。

【關(guān)鍵詞】離心泵；塑料葉輪 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 提高質(zhì)量

一、技術(shù)背景

離心泵作為通用機(jī)械設(shè)備，用途十分廣泛，其中家用泳池行業(yè)，離心泵應(yīng)用也十分廣泛，成為泳池過濾循環(huán)的主要配套用泵。葉輪作為離心泵的主要零部件，體現(xiàn)整泵的水力性能，也決定整泵的使用壽命。目前家用泳池過濾循環(huán)配套的離心泵多為塑料泵體，葉輪也多采用工程塑料生產(chǎn)，符合行業(yè)的要求，也降低整泵的成本。而現(xiàn)市面上生產(chǎn)的塑料離心泵為了最大限度節(jié)省成本。特別是葉輪設(shè)計(jì)中基準(zhǔn)的選取，隨意性大，稍有差錯(cuò)將對葉輪的質(zhì)量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致整泵的性能不穩(wěn)定，最終還會影響電泵的使用壽命。

一般葉輪采用塑料材質(zhì)比金屬的成本要低，而塑料葉輪與電泵轉(zhuǎn)軸連接設(shè)計(jì)有螺紋鑲嵌件。塑料件成型本身有很大不穩(wěn)定因素，增加鑲嵌件后質(zhì)量更難保證，如設(shè)計(jì)源頭上不注重細(xì)節(jié)，很容易產(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”，小問題不斷變大，導(dǎo)致葉輪質(zhì)量不合格。

二、內(nèi)容說明

針對以上不足，對葉輪的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)進(jìn)行如下分析：

有學(xué)者曾經(jīng)把旋合的內(nèi)外螺紋做過破壞性試驗(yàn)，得出外螺紋與內(nèi)螺紋旋合長度無論多長，起作用的螺紋牙數(shù)從內(nèi)螺紋端面（螺孔）向里的3-7個(gè)。而每個(gè)完整螺紋相當(dāng)于單個(gè)齒形旋轉(zhuǎn)一周的雙側(cè)螺旋面，當(dāng)螺母在處螺紋上旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)外螺紋牙只有一個(gè)側(cè)面是接觸的，而另一個(gè)側(cè)面是不接觸的。普通標(biāo)準(zhǔn)三角形螺紋的牙型角是60度，可以把一個(gè)完整牙的接觸面（螺旋面）近似看作一個(gè)可軸向浮動(dòng)，錐頂角為120度的小圓錐面，單個(gè)小圓錐面的大端直徑為Φ10，小端直徑為Φ8.36，軸向長度為0.81。我們把7個(gè)這樣的小圓錐疊加在一起近似看作一個(gè)大徑為Φ10，小為為Φ8.36，軸向長度為5.67的一個(gè)短圓錐面，這個(gè)短圓錐面只能限制螺母沿Z、Y方向移動(dòng)的自由度，而不能消除沿X軸方向移動(dòng)的自由度（因螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿不動(dòng)時(shí)，螺紋母可以軸向移動(dòng)），如下圖所示。

葉輪的銅螺母與泵軸外螺紋的配合是間隙配合（按常規(guī)取徑向間隙為0.4mm），如果銅螺母端面與泵軸螺母軸的擋肩面不接觸，銅螺母能繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)過一個(gè)較小的角度，即銅螺母靠螺旋面接觸是限制不了它對Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。所以銅螺母靠螺旋面配合只能限制螺母的兩個(gè)自由度（沿Y軸和Z軸移動(dòng)自由度）。對于只能消除兩個(gè)自由度的基準(zhǔn)面不宜作為時(shí)的主要基準(zhǔn)，只能作為次要定位基準(zhǔn)。

銅螺母端面是一個(gè)圓環(huán)形的平面，由夾具設(shè)計(jì)原理可知，平面可以限制空間物體的三個(gè)自由度，即限制了銅螺母沿X軸方向移動(dòng)自由度，繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。實(shí)際上在葉輪的車加工和裝配時(shí)是以平面作為定們基準(zhǔn)的，金屬螺母的定位端面自然地要成為葉輪設(shè)計(jì)時(shí)的主要定位基準(zhǔn)A，螺母的螺旋面中心線作為次要定位基準(zhǔn)B。這樣就變成了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工定位基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)都是螺母端面和螺紋孔的中心線，達(dá)到三基準(zhǔn)重合。

葉輪金屬鑲嵌件形位要求也十分重要，金屬件定位端面對螺孔中心線垂直度為0.025，安裝時(shí)會引起葉輪進(jìn)水外圓最遠(yuǎn)端（距離為46mm）偏離螺孔中心線值為（46*0.025）/12=0.095mm，則徑向跳動(dòng)值達(dá)0.19mm，不符合離心泵的使用要求，需取公差為0.01，則偏離值為（46*0.01）/12=0.038mm，徑向跳動(dòng)值為0.076mm，可符合使用要求。

三、結(jié)論

根據(jù)以上分析，葉輪金屬件定位端面作為設(shè)計(jì)時(shí)的主要定位基準(zhǔn)A，螺紋是中心線作為第二定位基準(zhǔn)B。配以符合要求的金屬鑲嵌件，生產(chǎn)出的塑料葉輪性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，適合在大批量生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

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