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1、 发动机冷却系水泵设计摘要随着各式各样的汽车类层出不穷，什么轻快敏捷的轿车，环城的公交车以及载货跑长途的重型卡车等等。所有的车都有一个相同的特点，都必须有一个完整的冷却系统，一般采用的方法都是通过发动机带动水泵进行水循环进行冷却，我们主要应用离心泵，离心泵主要有流量，扬程，转速，比转数等基本参数。水泵的设计包括对其总体结构的设计，叶轮的设计，涡室的设计，进出口管的设计及其他零件的设计。本次设计运用三维建模软件UG，对冷却水泵的各个零部件进行建模，并完成最后的装配设计。关键词冷却系统，离心泵，设计，UGEngine cooling pump designAbstract：With the end
2、less variety of car classes, what light and agile car, around the city by bus and heavy-duty trucks, and so laden long distances. All cars have the same characteristics.They must have a complete cooling system. Our general approach is driven by the engine cooling water pump for water circulation. Ou
3、r main application centrifugal pumps, centrifugal pumps are flow, head rise, speed, and other basic parameters than the number of revolutions. Pump design includes its overall structural design, design of the impeller, the design of the vortex chamber, the design of inlet and outlet tubes and other
4、parts of the design. Through this design, so I have a comprehensive understanding of the structure and working principle of centrifugal pumps as well as the emergence and operation of the process of using some of the problems that may arise.Key words:Cars，Cooling system，Centrifugal pumps，Design，UG -
5、 II -目 录目 录I1.绪论11.1泵的概述11.1.1水泵的作用11.1.2水泵的基本结构及工作原理11.2离心泵的基本理论知识21.2.1离心泵的主要零件21.2.2离心泵的结构形式41.2.3离心泵的主要性能参数61.2.4离心泵的汽蚀问题82.冷却水泵的总体结构设计112.1计算参数及要求和结构形式的确定112.2泵轴及其支承的设计计算122.2.1泵轴设计计算122.2.2轴承的选择143.冷却水泵水力设计计算163.1基本参数163.2叶轮参数计算163.3涡室参数计算203.4进出水管参数计算224.冷却水泵主要通用零部件的选择244.1正确选用离心泵主要通用零部件的重要性2
6、44.2轴封的选择244.2.1机械密封的优缺点254.2.2作用在密封面上的力254.2.3密封面间的液膜264.2.4机械密封的安装264.2.5机械密封的冷却和冲洗274.2.6机械密封的材料选择275.冷却水泵的三维建模295.1冷却水泵各零件的建模295.1.1叶轮的三维建模295.1.2涡室的三维建模325.1.3泵轴的三维建模385.2冷却水泵的装配416.结论43致谢44参考文献451.绪论1.1泵的概述1.1.1水泵的作用随着各式各样的汽车类层出不穷，什么轻快敏捷的轿车，环城的公交车以及载货跑长途的重型卡车等等。所有的车都有一个相同的特点，都必须有一个完整的冷却系统，因为发动
7、机转动提供功率的同时，一定产生相当大的热量，使机体降温，当温度过高时就会影响机器的性能，必须将温度降下来，一般采用的方法都是通过发动机带动水泵进行水循环进行冷却。那么水泵的功用就是对冷却液加压，保证其在冷却循环中循环流动。1.1.2水泵的基本结构及工作原理汽车发动机广泛采用离心式水泵如下图1.1。其基本结构由水泵冷却壳体，水泵轴及轴承，水泵叶轮和水封装置等零件构成。图1.1 冷却水泵的示图发动机通过皮带轮带动水泵轴传动，水泵轴带动叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出，在叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力下降，散热
8、器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管流入叶轮，实现冷却液的往复循环。支撑水泵轴的轴承用润滑脂润滑，因此要防止冷却液泄露到润滑脂造成润滑脂乳化，同时还要防止冷却液的泄露，密封圈与轴通过过盈配合装在叶轮与轴承之间，使密封座紧紧的靠在水泵的壳体上达到密封冷却的目的。水泵壳体上还有泄水孔，位于水封之前，一旦有冷却液漏过水封，可从泄水孔泄出，以防止冷却液进入轴承破坏轴承润滑，如果发动机停止后仍有冷却液漏出，则表明水封已经损坏。水泵的驱动一般由曲轴通过V带驱动，传动带环绕在曲轴带轮和水泵带轮之间，曲轴一转水泵也就跟着转。叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有68个径向直叶片或后弯叶片。水泵壳体由
9、铸铁或铸铝制成，进、出水管与水泵壳体铸成一体。因为汽车发动机上的水泵是采用离心式的，所以设计时完全可以按照离心泵的设计方法来设计。1.2离心泵的基本理论知识离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度和压力都能增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这是叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）作用下，被压入叶轮的进口，于是旋转着的叶轮就连续不断的吸入和排出液体。流量在520000m/h，扬程在82800m的范围内，使用离心泵是比较合适的。因为在此性能
10、范围内，离心泵具有转速高，体积小，重量轻，效率高，流量大，结构简单，性能平稳，容易操作和维修等优点。国内生产实践表明，离心泵的产值是泵类产品中最高的。离心泵有其长处，但也有其不足之处。离心水泵的实际使用效率低，还有实际使用时流量随压力而变，对转速要求严格，单级扬程较低，启动前泵内要灌满液体，而且液体黏度对泵性能也有很大影响，只能用于精度近似于水的液体，对于某一定流量的离心泵，有一个相应的黏度极限，如果液体超过了这个黏度极限，泵的效率会迅速降低，甚至无法工作。1.2.1离心泵的主要零件离心泵结构形式虽然很多，但是由于作用原理相同，所以零部件的形状是相似的，其主要部件有以下几种：（1）叶轮叶轮是将
11、来自原动机的能量传递给液体的零件，液体流经叶轮后能量增加，叶轮一般由前盖板，后盖板叶片和轮毂组成，这种叶轮叫闭式叶轮；如果叶轮没有前盖板就叫半开式叶轮，如图1.2（a)闭式叶轮 （b)半开式叶轮图1.2 叶轮（2）吸入室吸入室的作用是使液体以最小的损失均匀地进入叶轮。吸入室主要有三种结构形式：锥形管吸入室，环形吸入室和半螺旋形吸入室。（3）压出室压出室的作用是以最小的损失，将从叶轮中流过的液体收集起，均匀地引至泵的吐出口或次级叶轮，在这个过程中，还将液体的一部分动能转变成为压力能。压出室主要有以下几种类型：螺旋形涡室，环形压出室，径向导叶、流道式导叶和扭曲叶片式导叶等。离心泵的叶轮，吸入室，压
12、出室以及泵的吐出和吸入称为泵的过流部件，过流部件形状和材质的好坏是影响泵的性能，效率和寿命的主要因素之一。（4）密封环由于叶轮旋转时将能量传递给液体，所以在离心泵中形成了高压区和低压区，为了减少高压区液体向低压区流动，在泵体和叶轮上分别安装了两个密封环，装在泵体上的叫泵体密封环，装在叶轮上的叫叶轮密封环，常用密封环如图1.3（a）普通圆柱形 （b）迷宫型 （c）锯齿形图1.3 密封环的形式（5）轴封机构在泵轴伸出泵体外，旋转的泵轴和固定的泵体之间有轴封机构。离心泵的轴封机构由两个作用：减少有压力的液体流出泵体外和防止空气进入泵体内。离心泵中常用的轴封机构有四种结构形式：有骨架的橡胶密封，填料密
13、封，机械密封和浮动环密封等。（6）轴向力平衡机构泵在运行中由于作用在转子上的力不对称就产生了轴向力，单级泵主要采用平衡孔或者平衡管来平衡轴向力；多级泵一般用平衡鼓或平衡盘平衡轴向力。(7)皮带轮皮带轮在水泵中是一个很重要的零部件，它主要的作用是带动水泵的运转，使水泵正常的工作。在这次的设计中，我使用的是梯形皮带带动方式，梯形横截面镶嵌在V型皮带轮中，随着皮带轮的转动，V型皮带会被卡在皮带轮中，从而通过强大的摩擦来传递动力，这样设计的好处是运转起来没有噪音，而且便于更换。(8)中心轴中心轴与皮带轮的带动方式我采用的是销子，固定方式则是螺母固定，这样的带动以及固定方式减少了对皮带轮的加工，切削，有
14、力的保证了皮带轮坚固性，也加强了皮带轮的安装稳定性，使水泵的运转更加稳定以及可靠。离心泵除了以上几种主要零部件以外，还有泵轴，轴承体，托架，支架，联轴器等主要零部件。1.2.2离心泵的结构形式离心泵的结构形式基本上可以按轴的位置分为卧式和立式两大类，再根据压出室形式，吸入方式和叶轮级数又分为：泵的结构形式很多，现将上表中最常遇到的几种结构形式简述如下：(1)单吸单级泵单吸单级泵的用途很广泛，在工农业各个部门均有采用，一般流量在5.5300m/h，扬程在81500m范围内都用这种泵。泵轴的一端在托架内用轴承支承，另一端悬出称为悬臂泵。轴承可以用机油润滑，也可以用黄油润滑，油封机构可以采用机械密封
15、，也可以采用填料密封和浮动环密封，对于较小的泵还可以采用有骨架的橡胶密封，在叶轮上一般均有平衡孔平衡轴向力，这种泵结构简单，工作可靠，零部件少，易于加工，产量也比较大。（2）双吸单级泵双吸单级泵在工业和农业各部门使用也比较广泛，产量也比较大。双吸单级泵实际上等于将两个相同的叶轮背靠背装在一根轴上，并联的工作，所以这种泵不但流量大，而且能自动平衡轴向力。双吸单级泵一般采用半螺旋形吸水室，泵体水平中开，大泵一般采用滑动轴承，小泵采用滚动轴承。轴承装在泵的两侧，工作可靠，维修方便打开泵盖后即可将整个转子取出，我国的双吸单级泵一般流量在12020000m/h，扬程在10110m范围内。（3）涡壳式多级泵采用螺旋形压出室的泵俗称涡壳泵。把几个涡壳泵装在一根轴上，串联地工作，就叫涡壳式多级泵，这种泵一般采用半螺旋形吸入室，每个叶轮均有相应的螺旋形压出室，泵体水平中开，吸入口和吐出口都铸在泵体上，检修是非常方便，不用拆卸吸入和吐出管路，只要把上泵体取下，即可取去整个转子，将备用转子放入即可工作。另一
