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某型森林消防泵是根據(jù)森林消防泵的使用特點(diǎn)和技術(shù)要求專門設(shè)計(jì)的，它具有質(zhì)量輕、流量適中、揚(yáng)程較高且便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于森林、礦區(qū)、工廠、倉庫等場所。其中，泵軸是該離心泵的核心部件，其對(duì)工作條件要求苛刻，受力情況復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過程中，彎扭合成強(qiáng)度分析計(jì)算、疲勞強(qiáng)度計(jì)算以及各種性能參數(shù)均依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式或繪圖法確定，計(jì)算過程繁瑣且容易出現(xiàn)較大的誤差，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性也得不到保證，如要進(jìn)行針對(duì)泵軸的樣機(jī)試驗(yàn)，更是耗時(shí)耗力且成本昂貴。
本研究通過理論計(jì)算得到泵軸載荷系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合Solidworks2010軟件的分析工具Simulation，采用有限元法對(duì)該泵的泵軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，得到靜力狀態(tài)下泵軸的應(yīng)力分布和變形結(jié)果，大大提高了工作效率，為進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)分析和疲勞分析打下基礎(chǔ)，也為泵軸及泵內(nèi)其他零件的設(shè)計(jì)和校核提供了一種新的思路和方法。
某型森林消防泵的基本設(shè)計(jì)參數(shù)見表，泵在工作過程中受力情況比較復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，將軸分成幾段，每段中的力均用集中載荷表示，具體分析如下。對(duì)于靜力分析，軸上物體的重力大小和方向總是恒定不變的，軸的輸入端受到來自汽油機(jī)輸出軸的扭矩，泵軸上所承受的重力主要來自葉輪的重力。
根據(jù)Solidworks2010所繪制的葉輪三維模型，利用質(zhì)量求解器得到單個(gè)葉輪質(zhì)量約為0.12kg。具有螺旋形壓水室的泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)葉輪上會(huì)產(chǎn)生徑向力，經(jīng)計(jì)算得葉輪徑向力Fr=36.6N。葉輪的離心力是因葉輪的旋轉(zhuǎn)中心與重心不一致而由不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的，由于此種森林消防泵葉輪采取的是圓周分布的圓柱形葉片，其偏心殘留度很小，通過三維軟件繪型后測(cè)算，其重心位置也在旋轉(zhuǎn)中心上，故葉輪離心力可忽略不計(jì)。另外，該泵設(shè)有平衡盤，故其葉輪軸向力在計(jì)算時(shí)也可忽略不計(jì)。由材料的屈服極限=440MPa，安全系數(shù)取14-15倍，經(jīng)計(jì)算得實(shí)際安全系數(shù)n=26.7，故該泵軸的材料滿足強(qiáng)度條件。軸的細(xì)長比：d/l=17/231=0.074，滿足細(xì)長比對(duì)多級(jí)泵d/l=0.035-0.04的要求，所以軸的剛度也滿足要求。
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