范文一：机构运动简图的测绘和分析

机构运动简图的测绘和分析

1.掌握根据实际机构或模型的结构测绘平面机构运动简图的基本方法； 2.掌握平面机构自由度的计算及其验证机构具有确定运动的条件； 3.掌握对机构进行分析的方法。 二.设备和工具

1.各种机器实物或机构模型； 2.钢皮尺；

3.自备绘图工具。 三.原理和方法

从运动的观点来看，各种机构都是由构件通过各种运动副的联接所组成，机构运动仅与组成机构的构件数目和构件所组成的运动副的类型、数目、相对位置有关。因此，在测绘机构运动简图时可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简略的符号来代表构件和运动副，并按一定比例表示运动副的相对位置，以此表明实际机构的运动特征。

正确的机构运动简图应该符合下列条件：

（1）机构运动简图上各构件的尺寸、运动副的相对位置及其性质应保持与原机构的特性一致。

（2）机构运动简图应保持与原机构的组成特点及运动特点。 2.测绘方法

（1）分析机构的运动，认清固定件、原动件和从动件。

（2）由原动件出发，按照运动传递的顺序，仔细分析相联接的两构件间的接触方式及相对运动的性质，从而确定构件数目、运动副的类型和数目。

（3）合理选择投影面。一般选择机构多数构件的运动平面作为投影面，如果一个投影面不能将机构的运动情况表达清楚，可另行补充辅助投影面。

（4）适当确定原动件的位置，选定适当的比例，定出各运动副之间的相对位置，并用构件和运动副的符号绘制机构运动简图。

示例：绘制图1所示偏心轮机构运动简图

（2）根据各相互联接的构件间的接触情况可知，全部四个运动副均系低副：构件2相对机架1绕O 点回转，组成一个转动副，其轴心在O 点；构件3相对构件2绕A 点回转，组成第二个转动副，其轴心在A 点；构件4相对构件3绕B 点回转，组成第三个转动副，其轴心在B 点；构件4相对机架1沿C －C 作直线移动，组成一个移动副，其导路方向同C －C 。

（3）该机构为平面机构，选择构件的运动平面为投影面。 （4）适当确定原动件2相对机架1的位置（如图1（a）所示），首先画出偏心轮2与机架1组成的转动副O 以及滑块4与机架1组成移动副的导路C －C ，然后以一定比例画出连杆3与偏心轮2组成的转动副轴心A （A 是偏心轮有几何中心）。线段OA 称为偏心距，即曲柄的长度。再用同一比例画出滑块4与连杆3组成的转动副轴心B ，B 应在C －C 上。线段AB 代表连杆3的长度。最后用构件和运动副的符号相联接，并用数字标注各构件。如图1（b）所示。

（5）计算机构自由度F 。机构自由度计算公式

其中，n －－活动构件数，P L －－低副数目，P H －－高副数目 四.注意事项

1.画机构运动简图，必须按照一定的比例。

2.固定件即机架要画斜线，以便同活动构件相区别。

3.原动件需画上箭头表示运动方向，以便同从动件相区别。 4.机构运动简图上的构件必须用数字表出（包括固定件）。 5.机构运动简图上的运动副必须用英文字母标明。 6.注意正确定出转动副的位置，充分理解下面一句话“回转件的回转中心是它相对回转表面的几何中心”。 五.实验步骤

1.在草稿纸上徒手绘制指定的若干机构的简图（运动副的相对位置只需目测，使图形与实物大致成比例）。其中每位必须画指定的模型。

2.对其中一个机构按一定比例绘制。 3.计算各机构的自由度数，并将结果与实际结构相对照，说明此机构是否具有确定运动。 4.整理、书写实验报告。

机构运动简图测绘实验报告

姓名 学号 成绩 实验日期

自由度计算 运动链能否成为机构

1.掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理。

2.了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法。 3.分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

齿轮范成仪仪器结构如图所示：托盘1绕其固定轴心转动，在托盘的周缘刻有凹槽，凹槽内绕有钢丝。钢丝绕在凹槽内以后，其中心线形成的圆应等于被加工齿轮的分度圆。钢丝两端分别固定在滑架4上。滑架4可在底座2上沿水平方向左右移动。

1托盘 2底座 3齿条刀具 4滑架

范成法是利用一对齿轮互相啮合时共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为齿坯，它们仍保持固定的角速比传动，完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样；同时刀具还沿轮坯的轴向作切削运动，这样所制作的齿轮的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作为刀具齿廓，则其包络线亦为渐开线。由于在实际加工时看不到各个位置形成的包络线的过程，故通过齿轮范成仪来实现轮坯与刀具之间的传动过程，并用笔将加工齿轮工程中，刀具刀刃的各个位置绘制在纸上，这样我们就能清楚地观察到齿轮范成的过程。

在切制标准齿轮时，将刀具中线调节至与被加工齿轮分度圆相切的位置；当切制变位齿轮时，应重新调整刀具中线的位置，使刀具中线与齿轮的分度圆之间的距离为变位量xm 的值（x 变位系数），这样切出的齿轮就是变位齿轮。齿条插刀的参数为：压力角 a ＝20°，模数m ＝20mm 。

1.计算所加工的标准齿轮和变位齿轮的各种参数填入下表。

名称 齿数 最小变位系数 基圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆齿厚

a 通过圆环将圆形图纸压紧在齿轮范成仪的圆盘上，并注意使图纸中心与圆盘中心重合。 b 调整刀具使其中心线与分度圆相切，即此时刀具处在切制标准齿轮的位置上。

c 绘制时，首先将齿条推至左边（或右边）极端位置，用手推动齿条使其移动。每移动一格则用笔沿齿条轮廓在图纸上画下该齿廓在齿坯上的投影线，直到形成2一3 个完整的齿形为止。此过程中要注意轮坯上齿廓的形成过程。

d 观察所得的齿廓是否有根切现象，找出原因，以便进行变位。 3.绘制变位齿轮

按上述位置把齿条刀退后（远离齿轮中心）距离xm，然后按标准齿轮相同方法绘出2～3个齿即可。

1.掌握渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的测量方法。

2.加深巩固齿轮参数之间的相互关系和渐开线性质的知识。

利用游标卡尺测量齿轮的公法线长度W k 及W k+1 ,齿轮的顶圆直径d a ,根圆直径d f ,根据这

些数据并运用一些基本公式去推求齿轮的基本参数(m、z、α、ha 、C)。 1.测量公法线长度W k 及W k+1求出m、α。

如上图所示: 游标卡尺的两个卡脚与渐开线齿廓部分相切,两切点之间的长度即为公法线长度。首先跨过k 个齿测出W k ,然后再跨过k+1个齿测出W k+1,根据渐开线上任意一点的法线必与基圆相切的基本性质可知,公法线长度W k 应等于对应基圆上的弧长ab。显而易见:

分别设上式中的α为20°和15°,求出模数m,由标准模数表确定m 的值及相应的α。也可根据P b 由基节表直接查取m 及α的值。见附表。

为保证卡尺的两个卡脚与齿廓的渐开线部分相切,跨测齿数k 可由下表查取。

2.测量齿根圆直径d f ，齿顶圆直径d a ，求出h a 、c。

如上图所示，测得顶圆直径d a ，根圆直径d f 。若被测齿轮的齿数为偶数时,可直接测得d a 、df 。若被测齿轮的齿数为奇数时,可间接测得d a 、df 。此时, da =D+2H1 df =D+2H2 由根圆公式可知:

判断被测齿轮是正常齿还是短齿,将两组值分别代入根圆公式,最接近实测值的一组即

为所求的h a 、c。

选用奇数齿和偶数齿的齿轮各一个进行测量。确定基本参数:齿数Z、模数m、压力角α、

齿顶高系数h a 、顶隙系数C 。

1.测量前将被测齿轮擦净。数出齿数Z，并确定跨测齿数 k 。

2.测量W k 、Wk+1、da 、df ，(D、H1、H2)。对每个尺寸在不同位置测量三次，读数精确到小数点后两位,取平均值作为测量数据。

3.根据测量数据,求出被测齿轮的基本参数:α、m、ha 、c 4.分析讨论所求结果,整理实验报告。

渐开线齿轮参数测定实验报告

班级学号 实验日期 指导教师

姓 名 同组人 成 绩

(一) 实验数据及计算结果

范文二：机构运动简图的测绘和分析

实验一 机构运动简图的测绘和分析

在设计新的机械或对现有机械进行分析研究时需要画出能表明其组成情况和运动情况的机构简图，而机构各部分的运动情况，是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类别（例如是高副还是低副，是转动副还是移动副等）和机构的运动尺寸(确定各运动相对位置的尺寸) 来决定的。而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及固连方式、运动副的具体结构无关。所以，只要根据机构的运动尺寸，按一定的比例确定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号和简单的线条把机构的运动情况表示出来，这种表示机构运动情况的简单图形，就是所谓的机构运动简图。机构运动简图应与原机械具有完全相同的运动特性，它不仅可以简明的表示出机构运动情况，而且还可以根据该图对机构进行运动及动力分析。有时，如果是为了表明机构的运动情况，而不需要求出其运动参数的数值，也可以不要求严格的按比例来绘制简图，而通常把这样的机构运动简图称为机构的示意图。

1. 学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图;

2. 通过对实际机械或机构模型的直接测绘掌握绘制机构运动简图的方法，分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法；

3. 深对机构组成原理、结构分析的了解。

1. 各类典型机械的实物（牛头刨床、插齿机、缝纫机机头等）； 2. 各类典型机械的模型（内燃机模型、油泵模型等）； 3. 钢板尺，内外卡钳，量角器（根据需要选用）； 4. 三角板，铅笔，橡皮，草稿纸（自备）。

由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代替构件和运动服，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以表示机构的运动特性。表1-1为常用符号示例。

（1）测绘时使被测绘的机械缓慢的运动，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。

（2）据相互连接的两构件的接触情况及相对运动的特点确定各个运动副的种类。

（3）在草稿纸上徒手按规定的符号及机构的连接次序，从原动构件开始，逐步

画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3、……分别标注各构件，用拉丁字母A 、B 、C 、……分别标注各运动副。

（4）仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。

1．对绘制指定的几种机器或机构模型的机构运动简图，其中至少有一种需按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。

2．机构自由度，并将计算结果与实际机构的自由度相对照，观察计算结果与实际是否相符 。

3．述机构进行结构分析（高副低代、分离杆组、确定机构级别等）

1．如果实际机械的某些构件或位置不便测量时，可凭目测，但仍须使简图与实物大致成比例。

2．符号要按规定的标准，图纸要明晰清洁，正确填写实验报告。

3．在现场进行实物测绘时应听从指导老师及有关人员的指挥，不要随意乱动机器，以免发生意外。

1．一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？

2．绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选定？会不会影响简图的正确性？

3．机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？

表1-1 常用运动副的符号

表1-1 常用机构运动简图符号

表1-1 一般构件的表示方法

范文三：机构运动简图的测绘及分析

实验一 机构运动简图的测绘及分析

1. 学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图，了解运动副及构件的实际结构；

2. 分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法；

3. 加深对机构组成原理、机构结构分析的理解。

1. 各类典型机械的实物（如：牛头刨床、缝纫机头、插齿机等）；

2. 钢皮尺、内外卡钳、量角器（根据需要选用）；

3. 三角扳、铅笔、橡皮、草稿纸（自备）。

1. 机构运动简图是表征机器和机构传动原理及运动特征的简单图形，由于机构的运动特性主要与机构的构件数目、构件与构件组成的运动副数目、运动副的类型和同一构件上各运动副的相对位置有关，因此在对机构进行分析时可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，用图1~4所示的符号示例来简略地代表相应的构件和运动副，绘制出能表明机构运动特性的简单图形—机构运动简图。

2. 测绘机构运动简图的方法：

(1)使被测机构缓慢运动，从原动件开始仔细观察机构运动的传递路径，了解其工作原理，从而确定组成机构的构件数目。

(2)根据相联结的两构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各个运动副的类型。

(3)选择最能描述各构件相对运动关系的运动平面作为投影面，让机械停止在便于绘制简图的位置。从原动件开始，用规定的符号及构件的联接次序(一个构件至少与两个构件用运动副联接) 逐步画出机构示意图，然后用数字(1、2、3?) 分别标注各构件，用英文字母A 、B 、C ?分别标注各运动副。

(4)仔细测量机构的运动学尺寸(如构件上两回转副的中心距和移动副导路的位置等), 按适当的比例尺将示意图画成正规的机构运动简图。

长度比例尺 μl =构件实际长度（米） 图中表示该构件的长度(毫米）

式中：n —机构活动构件数

P L —平面低副个数

P H —平面高副个数

F ' —局部自由度个数

1. 先在草稿上徒手绘制机构示意图，标注出必要的运动学尺寸，再按适当 比例画成正规的机构运动简图，如果只要求画机构示意图可不进行测量，这时可凭目测使简图中构件的尺寸与实物大致成比例。

2. 计算机构的自由度，并将计算结果与实际机构对照，观察是否相符，否则应重新绘制机构简图或重新进行计算。

1. 机械运动简图有什么用途？一个正确的“机构运动简图”应能说明那些内容？

2. 绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选定？会不会影响运动简图的正确性？

3. 计算自由度对机构分析和设计有何意义？

4. 零件和构件的区别是什么？

5. 分析机构的级别有何意义？你对机构的组成原理有何认识？

范文四：低温活塞泵的设计

1.1 本课题研究目的、背景和意义

近几年来，国内外泵业已向大型化、高速化、机电仪一体化、高技术、高可靠 性、长寿命和监控自控等方面发展。当前，对泵的可靠性、寿命和监控自控等方面 发展。随着科学技术的发展，泵输送固态物质的应用领域日益扩大，如污水污物、 泥浆纸浆、灰渣、粮食淀粉、甜菜水果、鱼虾贝壳，等等。

目前一些大量技术含量较低的泵在国内市场上竞争激烈，并渐趋饱和，而一些 技术含量较高、特殊用途、特殊材质的各类特种泵发展前景广阔。产品重点发展为 超临界火电机组配套用锅炉给水泵、空冷火力发电机组用泵、核电站用泵，逐步填 补油田、海上采油、炼油和油品、石化等方面的特殊用泵空白。

但是我们与国外的动态差距并没有缩小，形势不容乐观。与西方泵业相比，我国 泵业有两方面的优势。首先，低成本是中国泵业的竞争优势。中国劳动力的工资水 平比西方平均每天少3美元。大多数企业从其他地方的农村招募工人，厂房就是工 人的宿舍，以减少成本。企业租赁厂房或建设厂房的费用也比在西方国家建厂低。 再有，中国建筑、石油、石化、环保市场高速增长和重大调水工程也为中国泵业的 发展提供了重要支撑。可以说，中国持续增长的市场空间是中国泵业保持优势的先 决条件。

1.2 国内外发展概况及发展前景

在国外的半导体、液晶显示及光学薄膜等领域，大多采用低温泵作为主泵。低 温泵工作压力范围宽、抽速大、清洁无油、无运动部件，并能抽除有毒有害气体， 特别对水蒸汽又有很高的抽气能力，对于制备高质量的薄膜非常有利。在美国电子 行业 78%都是使用低温泵，而其中大规模集成电路生产几乎全部使用低温泵，所以 国外生产低温泵厂家很多，并已形成完整系列。目前国外知名低温厂家有合资企业 及国外企业如美国普莱克斯、APCI、英国BOC 等。

据美国《金融时报》报道，97年国际泵业市场总销售额为264亿美元（约2156 人民币），美国、日本、德国居泵业市场领先地位。据统计分析，国际泵业市场产 值年均增长率为7.5%，国外泵类产品的发展日新月异，高新技术和特种泵产品不断

在我国据国家统计局统计，96 年全国乡及乡以上独立核算的泵生产厂共 1459 家，其中国有企业296家。从事低温泵生产的著名合资企业有杭州布朗、大连JCI、 岛津香港公司等，国内大型知名企业如北京天海、上海亚联、四川空分、温州瑞气、 苏州制氧机等。

预计到 2005 年，工业泵工业总产值将达到 150 亿元，可实现销售收入 160 亿 元，是1998年的125%。其中，工业总产值“十五”期间年增长率为5%；2010年， 工业泵行业工业总产值预计达到180亿元， 销售收入达190亿元， 是2000年的150%。 行业经济效益将得到明显的提高。

泵是输送液体或使液体增压的机械，它将原动机的机械能或其它外部能量传送 给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬 乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。

水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例 如埃及的链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世 纪)和水车(公元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆， 可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。

公元前 200 年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的 活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到 迅速发展。

1840年～1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的、蒸汽直接作用的 活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于 水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流 量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量 领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。

回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就 有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到 19 世纪 回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和 密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的 回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其它各类泵所 不及。

利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多·达芬奇所作的草图中。1689 年， 法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。 但更接近于现代离心泵的， 则是 1818 年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸 塞泵。1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵 成为可能。

尽管早在 1754 年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式， 奠定了离心泵设计的理论基础，但直到 19 世纪末，高速电动机的发明使离心泵获 得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德 雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范 围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。

随着离心泵、转子泵等的发展，它们在许多应用领域取代了往复泵。受此影响， 往复泵的技术基础理论和设计、制造技术的研究发展工作长期停滞不前。

但是往复泵所具有的一些性能上的特点和优点是其他类型泵无法比拟的。因而 它的应用也不可被取代。除了上面提到的在泵压变化的条件下可实现排量恒定外， 还有能在严格条件下泵送特种介质（腐蚀性、磨砺性、高粘度、高密度、高温等）， 效率高，排出压力高等特点。这些特点决定了往复泵在下列领域保留它的应用：

(1)在化工厂中用泵传送特种介质；

(2)用于矿业生产中输送煤浆、金属矿浆等，包括远距离输送作业；

(3)用于石油、天然气矿场的钻井、固井、压裂、注水等作业；

(4)石化、药品、食品等生产流程中的配料计量泵；

(5)为水压机等锻压机提供动力的高压液压泵。

泵通常按工作原理分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵，如射流泵、水锤泵、 电磁泵、气体升液泵。泵除了按工作原理分类外，还可按其它方法分类和命名。例 如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途 可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。

容积式泵是依靠工作元件在泵缸内作往复或回转运动，使工作容积交替地 增大和缩小，以实现液体的吸入和排出。工作元件作往复运动的容积式泵称为往复 泵， 作回转运动的称为回转泵。 容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的, 几乎不随压力而改变，总的来说，容积泵的效率高于动力式泵。

动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体,使其动 能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能来实现输送。动力

式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。离心泵是最常见的动力式泵。

动力式泵在一定转速下产生的扬程有一限定值,扬程随流量而改变；工作稳 定，输送连续，流量和压力无脉动；一般无自吸能力，需要将泵先灌满液体或将管 路抽成真空后才能开始工作；适用性能范围广；适宜输送粘度很小的清洁液体，特 殊设计的泵可输送泥浆、污水或水融固体物。动力式泵主要用于给水、排水、灌溉、 流程液体输送、电站蓄能、液压传动和船舶喷射推进等。

其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。 例如射流泵是依靠高速喷 射出的工作流体，将需要输送的流体吸入泵内，并通过两种流体混合进行动量交换 来传递能量；水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量，使其中的一部分 水压升到一定高度；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下，产生流动而实现 输送；气体升液泵通过导管将压缩空气或其它压缩气体送至液体的最底层处，使之 形成较液体轻的气液混合流体，再借助管外液体的压力将混合流体压升上来。

往复泵是一种发展较早的动力之一。它适用于输送流量较小，压力较高的各种 介质，如低粘度、高粘度、腐蚀性、易燃易爆、剧毒等各种液体。特别适合流量小

3 于100m /h，排出压力大于9.81MPa 时，更加显示出它有较高的效率和良好的运行 性能。而且往复泵有良好的自吸能力，即泵在一定的安装高度下，不需要灌泵就可

以在规定时间内启动并达到正常工作状态。还有往复泵的效率较高

因此直到目前为止，仍广泛用于国民经济的各个领域中。通常往复泵的应用范 围如图1.1所示。

往复泵在各种应用场合中，不但所要求的排量、压力、功率和驱动、传动型式 相差甚远，而且为适应各种不同的特种介质和性能要求，泵的液力端结构设计差别 很大。从这个意义上来说，往复泵在今日已不再是一种“通用机械”了。在往复泵 的研究和开发工作中也应充分注意这一特点。

在上世纪后半叶，由于应用往复泵的资源开发、石油化工及其它化工、重型机 器制造、造纸、食品、医药、化学分析等各行业的发展需要，对往复泵的需求日益 增加，往复泵的基础理论研究和新产品开发工作受到了一定程度的重视，对往复泵 提出了更高的要求。

在今后研究工作中应特别注意以下问题：

针对往复泵结构复杂、制造成本高的特点，要努力提高各类往复泵的标准化和 通用化水平。模块化设计是一个方向，即以最少数量的液力端和传动端的模块组合 成适应范围极广的变型产品。还可以用同一尺寸的液力端改变材料后适应不同的介 质和压力，相同的传动端并联成不同缸数的泵等等。

在提高标准化和通用化程度的基础上，普及CAD/CAM技术的应用，加强可靠性 的研究。提高曲轴、缸体、泵壳等复杂形状零部件的设计、工艺水平，提高轴承、 密封件等基础元件的质量，提高装配工艺水平。还应指出，往复泵多用来泵送特种 介质，因此，重视液力端水力过程机制的研究及其零件失效原因的研究，提高零件 的使用寿命，减少停机修理时间，也是进一步发挥往复泵特长的重要课题。

2、低温活塞泵方案比较

本次课题低温活塞泵属于往复泵中的一种。低温活塞泵是种低温液化分离设备 输送高压液体的专用机械，如在空分设备、石油化工、核工业、电讯工程以及深冷 技术研究事业等领域，低温活塞泵都有其不可取代的地位。随着航天事业的发展， 液氢、液氧等推进剂获得进一步的应用。大型运载火箭低温推进剂的加注量和加注 速度往往是很大的，在这种情况下，采用泵加注加压具有明显的优越性。

低温活塞泵按其结构来分又可分为立式和卧式两种。立式活塞泵占地面积小， 但是它所产生的噪音大，运行中对泵的冲击大，故其运动部位磨损比较重。卧式活 塞泵结构紧凑，具有高可靠性，更因其产生的噪音比立式的小，所以本次课题采用 卧式活塞泵。

由于工艺流程设计的不同，所要求配备有相应的液体（液氧、液氮、液氩、液 氢、乙烯、甲烷等）输送泵，用来循环液体或从贮槽中抽送液体。经汽化后在规定 压力下输送给用户或进行充灌钢瓶。在这方面低温活塞泵显示出其特有的优点，它 结构新，体积小，重量轻，压力、流量任意调节，使用寿命长，运转平稳，操作维

护极为方便，在低温工程领域中，被广泛采用。由于应用场合和处理液体介质不同， 要求抽送低温液体活塞泵与之相匹配。在-270 摄氏度恶劣条件下，能经受住长期稳 定正常工作。这是区别于其它常温泵的唯一不同的要求。因而结构设计特异，品种 规格繁多，有单列、双列、多列之分，但它们的零部件为一律式。低温液化气体特 性见表1.1。

表1.1低温液化气体的特性

注：表中列出了水在4°C 时的物质特性常数以供对比

液化气体几乎总是在接近沸点时输送。 因此， 低温活塞泵的操作温度约在-70° C～-269°C之间。然而不仅仅是这样，低的操作温度迫使对泵的结构设计采取一定 特殊措施。这些液化气体的蒸发热也极不一致，同样也得引起注意。

低温活塞泵的主要特点是：

(1)低温活塞泵的主要优点是操作简单，保持长期稳定运转，容易达到最高输 送压力。流量从小到大调节，实用效率高。

(2)低温活塞泵最常用的是作灌冲泵使用，能代替活塞式压缩机，将低温液化 气体从一只贮槽中放出时是无压力或压力很低的，经过活塞泵升高压力，将液态输 送进一只蒸发器，进行汽化并冲灌注钢瓶。这种方法主要用于氧、氮、氩等之类液 化气体。钢瓶的冲灌压力通常在 15MP 左右。使用的低温活塞泵大多利用电控装置 全自动。

(3)如果活塞泵作为工艺流程用泵或配料用泵在调节系统内使用，那么对活塞 泵的要求就特别复杂。泵的流量应当是完全可调式的。根据操作条件要求有手控或 遥控，但多种情况下都是自动调节的。根据压力、温度、流量的要求变化，例如化 工、石油化工设备使用。输送介质乙烯、甲烷之类，也有氧化氮。流量及压力是由 工艺流程确定的，活塞泵大多配套使用，在一定类型的空分装置中，低温活塞泵同 样作为工艺流程用泵，主要输送液氧、液氮、液氩。

(4)低温活塞泵也有用作于管道泵使用，将低温液化气体从一台贮槽中输送到 几公里以外的用户那里去。这种输送介质几乎只有碳氢化合物。在移动式高压制氧 车上同样采用低温活塞泵。

低温液体泵是在极低温下工作，为保证其正常、可靠地运转，在结构设计时必 须考虑以下几方面问题。

(1)结构的均匀性和对称性，可保证低温工作的零部件冷缩均匀性。

(2)泵的进出口管路必须采用金属波纹补偿器，可避免热胀冷缩引起管路拉裂。

(3)常温区和低温区之间联结零件应选择导热率低的材料制造，可减少到热损 失。

(4)为减少液体的汽化损失和缩短启动时间，因此在结构设计上必须尽量减少 低温区工作零部件的热容量。

(5)对于低温工作且有相对运动的零件，当选择材料时必须注意它们之间线膨 胀系数的匹配。尽可能选择线膨胀系数相近或相同的材料。一般来说包络零件的线 膨胀系数需小于或等于被包络零件的线膨胀系数。这样可以防止卡死（咬住）现象。

(6)对于低温工作下的重要零件，特别对那些有相对运动的，而且配合要求很 严的零部件必须在最后精加工之前进行深冷处理。这种处理时的温度一般应等于或 低于零件的工作温度。处理时间一般达4小时左右，一定将零件内部中心区冷透。

第 2章 低温活塞泵的整体设计

本设计采用往复泵，它适用于输送流量小，压力较高的各种介质，并且有较高 的效率、卓越的运行性能和良好的自吸能力。低温活塞泵属于往复泵中的一种，是 种低温液化分离设备输送高压液体的专用机械，如在空分设备、石油化工、核工业、 电讯工程以及深冷技术研究事业等领域，低温活塞泵都有其不可取代的地位。随着 航天事业的发展，液氢、液氧等推进剂获得进一步的应用。大型运载火箭低温推进 剂的加注量和加注速度往往是很大的，在这种情况下，采用泵加注加压具有明显的 优越性。

(1)一方面要求向小流量、微流量和高压、超高压领域发展。另一方面也向高 压大流量、大功率方向发展。

(2)要求往复泵的体积小，重量轻，寿命长，这主要是提高往复泵的转速即解 决提高转速后出现的各种问题。

(3)要求往复泵更好的适应各种介质的性质和状况。

低温活塞泵的总体设计原则是使往复泵应有足够长的使用寿命和运转的可靠 性，具有较高的运转经济性，尽可能地采用新结构，新材料，新技术和新工艺，提 高产品的三化程度且泵的使用维修方便，体积和重量尽可能小。

泵主要结构参数的选择应满足往复泵性能参数的要求，从泵的性能可知，一般 泵的流量与排出压力无关。主要取决于泵的主要结构参数，而泵的排出压力取决于 装置特性和结构强度、液力端的密封质量及电动机的额定功率有关。

低温活塞泵的主要设计参数是泵设计中的主要参考，关系到泵的实际工作质 量，影响泵结构的设计和材料的选择。现分别介绍如下：

液体流动时，单位时间内流过任一过流断面的液体的体积成为流量。若任一过 流断面的面积为A ,平均流速为v ，则有

2、排出压力 （2.1）

活塞泵排出压力是指泵出口处的液体压力，在有些样本和技术文件中规定的排 出压力是指最大的排出压力。 在实际应用中， 必须使排出压力小于额定的排出压力。

活塞泵吸入压力是指泵入口处的液体压力。

活塞泵的结构形式大体上可以分为两种，即卧式泵和立式泵。

工作介质是活塞泵中的活塞等零件工作的工作环境，即其所传输的目标。

排出温度是活塞泵所排出液体的温度，要求低于该物质的沸点。

泵设计参数的具体数据如表2.1。

表2.1 泵的设计参数

Vm 的选择要合适，较大会使摩擦副的磨损加快，引起泄漏加快，流量下降， 使排出压力达不到额定的值，平均速度 Um 的值过大会使吸入管路内的惯性水头增

加，使吸入性能变坏。而 Vm 选得过小会相应的使活塞直径 D 增大，使液力端的径 向尺寸增加，相应零部件尺寸、总体尺寸和重量都要增大。所以活塞平均速度 Vm 的选择对泵的性能有直接的影响。

2、活塞直径D 的计算

z ——液缸数，z =1；

k ——作用数，k =1；

α——流量系数，α=0.90。

ψ在1.0～3.5范围内，尺寸方案合适。

当往复次数增加，活塞的行程容积减小，即可减小活塞的直径 D 或行程 s。减 小活塞直径不仅可使液力端的径向尺寸减小，同时可减小活塞力，也可使传动端的 受力和传动端零部件的尺寸减小。

可见提高往复次数n 对减小泵的总体尺寸和重量都很明显，但提高往复次数受 到许多因素的限制。如：随着往复次数增加，损失增加，同时阀的阻力损失增加， 使泵的吸入性能变坏；往复次数提高后，相应零件的磨损要增加，降低易损件的寿 命。

可见减小行程后可大幅度地减小泵的总长度。

2.3 驱动形式的选择

驱动部分是低温活塞泵系统的重要组成部分，低温活塞泵常用的驱动形式主要 分为机动泵、直动泵、手动泵三种基本类型。

用独立的旋转原动机驱动的泵称为机动泵。机动泵通常由独立旋转的原动机、 减速器、传动端以及其他设备所组成。

(1)顺势流量脉动、平均流量和往复次数、活塞行程和直径有关。理论上和往 复泵的排出压力无关。

(2)往复泵的排出压力与排除管路的阻力损失、排出端压力、液力端的密封质 量有关。而排出压力 p 2 取决于往复泵的结构强度、液力端的密封质量和原动机的额 定功率。

(3)机动泵需要有一个将原动机的旋转运动转换为活塞的往复运动的传动端， 因此结构复杂，价格也较昂贵。

(4)电动往复泵的动力来源较方便，不像直动泵那样需要另外配备锅炉、气源 或液压源。但在流量调节时必须配备变速原动机、变速机构或采用改变活塞行程等 方法来实现，不如直动泵方便。

(5)结构变形容易，可以根据使用情况做成单缸、双缸、多缸、双作用、立式、 卧式等各种型式。

液力端活塞与动力端活塞用同一活塞杆连接，动力端可以用有压蒸汽、空气、 气体或液体直接驱动活塞做往复运动的泵，称为直接作用泵，或简称为直动泵。

直动泵通常由液力端、动力缸、配汽（液）机构和其它辅助设备所组成。不需 要独立的原动机和减速机构，直动泵根据所用动力介质分为蒸汽直动泵、气动直动 泵和液压直动泵等几种。它们共同的特点是：

(1)瞬时流量脉动小平均流量和直动泵的排出压力、往复次数n 、活塞行程s 、活 塞直径D 及活塞杆直径d 有关。在直动泵中，往复次数n 或活塞泵平均速度 u m 一般来 说不是一个恒定的值，特别是对蒸汽、气动直动泵更为明显，当排出压力增加时， 活塞平均速度 u m 或往复次数n 随之降低，平均流量也相应减少。因此，直动泵不易 过载，比较安全。同时当输送介质的粘度变化时，流量也随之变化，粘度增加时，

排出压力增高而流量减小，仍能保持良好的吸入性能。

(2)直动泵往复次数n 或活塞的平均速度 u m 和动力介质的流量大小有关， 即直动 泵的流量取决于动力介质的流量。因此，直动泵实现流量调节容易，只要通过阀门 控制动力介质的流量，就可以调节泵的流量。

(3)直动泵活塞死点换向时惯性力很大，并随往复次数增加而加大。通常直动 泵的往复次数较低，大多在n =10～100 min - 1 之间。

(4)直动泵需要有压动力介质作为动力源，而造成有压动力介质需要专门的设 备，因此，有关的设备较多。而且直动泵的动力介质只能在活塞的排出行程时做功， 在回程时，则不能利用已被压缩的介质做功，能量损失较大，动力介质的压力越高， 损失也越大。

(5)直动泵作为高压、超高压、增压泵时，其超载安全阀可设在低压动力介质 管路系统上，比较安全。同时不会因原动机启动或运转中产生火花而引起燃烧、爆 炸等危险。

用人力操作杠杆机构驱动活塞做往复运动的泵，通称为手动泵。手动泵主要用 在小型水压试验、喷洒农药设备等场合。

本次设计驱动形式选用原动机驱动，原动机选用电动机驱动。机械装置的原动 机应按照其工作环境条件、机器的结构和相关的运动和动力参数要求选择。原动机 的类型主要有内燃机、电动机、气动和液压件等。电动机是一种标准系列产品，它 具有效率高、价格低、选用方便等特点。

2.3.2 驱动电机的选择

电动机有直流电动机和交流电动机两类。常用的交流电动机有三相异步电动机 (或感应电动机)和同步电动机.异步电动机结构简单,维护容易,运行可靠,价格便 宜,具有较好的稳态和动态特性,因此,它是工业中使用最为广泛的一种电动机. 

1、机械传动效率 h m 输入到泵轴上的功率要经过曲柄连杆机构、填料箱等各种 传动机构及摩擦副，要消耗一部分功率。在这里 h m 取0.97。 

本章对低温活塞泵的整体设计作了系统的分析和说明，详细地介绍了驱动形式 的选择并详尽的说明了设计参数及结构参数的选择与计算。

第3章 低温活塞泵的液力端的设计

液力端是直接输送液体，把机械能转换成液体的压力能，是介质的过流部分。 液力端包括液缸体、吸入阀、排出阀、活塞、填料箱及其密封等主要零部件。

3.1 液力端的结构及工作原理

液力端包括液缸体、吸入阀、排出阀、活塞和缸套和填料箱及密封等主要零部 件。往复泵液力端的结构主要取决于液缸数、液缸的位置、作用数及吸入阀、排出 阀的布置型式等。

3.1.1液力端结构的设计原则

(1)过流性好，水利损失少；

(2)过流部分应有利于气体的排出，不允许有气体滞留的死区；

(3)余隙容积尽可能小；

(4)易损件寿命长，拆装方便；

低温活塞泵的结构如图 3.1 所示，采用开路方法：活塞泵中的活塞不再是一个 实心的活塞，而是一个空心的活塞，且液体将从活塞两端同时进入，使活塞成为通 路，也就是开路。把吸入阀置于活塞中，使得结构紧凑，减小了液缸的尺寸和余隙 容积。

边槽充入液缸a 内。在排出行程中，十字头带动中间杆使活塞向左运动，液体被挤 压，液缸 a中的液体压力急剧增加，在这一压力作用下，吸入阀2向右滑动，封住 B 口，而排出阀 1被打开，液缸内液体在压力差作用下被排送到排出管路中去。

3.2.1液力端材料的选取

由于介质物性的决定，要满足低温环境下能长期工作，所有制造零件：泵缸 （套）、活塞（柱塞）、环等材料在低温下不发生脆性变化，仍能满足机械性能。

对绝热低温部件，如泵缸、活塞体、环、活门等，在满足强度前提下，结构设 计一定要轻巧，配合要适宜。低温泵的过流部分与低温流体相接触。当泵低温工作 时，就必然对材料有所要求。一般金属材料在低温下冷脆，故不能选用。碳钢的强

下其强度会增加。能供选用的材料有奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金以及镍合金等。 凡与液氧接触的主要零件材质选定如下：泵壳体、液缸体为铝合金，活塞杆等为奥 氏体不锈钢。目前已开发并成功地使用了较高强度的18/8奥氏体钢，且奥氏体钢在 低温下其基本性能保持不变。

考虑到在液氧低温下材料收缩变形较大，为此上述零件在精加工前均在液氧中 进行冷处理以使尺寸稳定。有配合的部位均要考虑材料冷缩的协调性和低温下工作 时的合理间隙。此外，尽量使零件结构上轴对称。

低温泵与其它普通泵一样，都存在着汽蚀余量和汽蚀问题，但由于受低温结构 材料和输送液体特性等因素的影响，使得低温泵还具有其特殊性。

3.2.2 液缸体材料的选用与尺寸的确定

活塞在工作时，液缸体内承受工作内压力；由于液缸体内相关某些零件以及冲 击载荷的作用，使液缸壁内产生附加应力；活塞泵输送低温液体时，由于液缸壁内 外存有温差，相应产生温差应力；且液缸内流道中存在交叉点，在这些交叉点处存 在局部应力。为保证液缸体能正常安全工作，液缸体材料的选择与壁厚大小的选取 要合适。

液缸体的毛坯采用铸件，其重量轻，材料消耗少，机械加工量少且成本低。铸

件的组织不均匀和残余应力等缺陷应通过热处理或时效处理消除。为提高液缸体的 疲劳强度，要对液缸体进行表面强化或涂保护层措施。

2、 液缸体主要尺寸的确定

由于液缸体结构复杂， 再加上液缸以内液体压力的脉动， 使液缸体的受力复杂， 给设计带来较大的困难。我们把液缸体看成一个压力容器，泵在工作时由于液缸体 内受工作内压力、壁内产生的附加应力、温差应力及应力集中，这就对液缸体的强 度有一定要求。液缸体钢套壁厚为： 

[σ]——液缸体材料的许永应力，泵缸材料铝合金； 

c ——考虑到所输送介质的腐蚀和由于铸造造成的偏心的壁厚附加量，即 腐蚀余量，c 选取3mm ；

得缸套计算壁厚6.4mm ；

密封是低温泵研制的技术关键，它直接影响到泵的可靠性。其型式有填料式、 机械密封和迷宫式等，本低温泵采用的是填料式。

活塞与液缸体内壁组成一对动密封，密封元件组装在活塞上。此次设计选用胀 紧式活塞。胀紧式活塞是靠装配状态活塞环对缸套内壁的弹力实现密封的，磨损后 可自行补偿。这种结构简单，活塞环可更换，应用广泛。活塞杆与中间杆连接处密 封采用软填料密封。

虽然采用多种方法对泵的液力端进行密封，但是仍会产生泄漏。

(1)轴套与轴间的密封；

(2)动环与轴套间的密封；

(3)动、静环间密封；

(4)对静环与静环座间的密封；

(5)密封端盖与泵体间的密封。

2、产生泄漏时，一般为以下泄漏原因

(1)安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。 如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环 摩擦副间存在问题。

(2)试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的 离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排出轴间及端盖密封 失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。

(3)引起摩擦副密封失效的因素主要有：

l）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静 环接触面分离；

2）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；

3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；

4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；

5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；

6）设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在 试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆 装，更换密封。

由上述的原因可见，在出现泄漏时，要对密封进行改进。

低温活塞泵的摩擦显然存在，就是程度不同而已，由于该设备以气体为主，如 果缸套活塞频繁磨损，势必影响设备的主要性能。尤其是高压小流量更难以对付。 因此活塞环（导向环）以及活塞杆的密封应选用耐磨性好、摩擦系数小的聚四氟乙 烯。经多种配方用特定工艺处理研制而成。减小摩擦可采取了以下几种方法：

1、提高液体的过冷度，保证活塞在缸套内作运动时，有充分的液体加以润滑， 以减少缸套与活塞间的磨损。

2、改进密封结构，在缸套活塞磨损到一定程度后，仍能靠一定的密封结构继

续工作一段时间，延长缸套活塞的寿命。

3、改进泵的结构，是缸套活塞工作时，缸套于活塞间产生液垫或气垫，减少 磨损。

低温活塞泵由于工作性质的决定，在运转时其低温部分不允许有润滑油污染。 因为：

(1)多数润滑剂在低温时便应失去其润滑性能。

(2)输送介质不允许污染。

(3)输送液氧为了安全起见，不允许使用润滑剂。

3.3.3气体回收及绝热

众所周知，用泵输送液体，液体的温度随效率降低而升高，在一定情况下有可 能发生两相流，为此在设计上应考虑气体的排放问题。因液化气体很昂贵，活塞泵 工作时的漏损应尽可能小。即使蒸发的液化气体是以气态回收的，但如此冷损依然 很大。本设计回收气体方法如图3.1所示。

图 3.1 回收气体的方法

低温泵输送的介质是低温液化气体，为减少低温介质损耗，泵的质量应尽可能 小而且有适当的保温绝热措施。而且使冷却的量尽可能小些，它俩之间的温差约 300℃左右，应有一定的措施将它传热隔离开来。

泵壳、吸入管道、排出管道等以聚氨酯发泡绝热。

低温活塞泵与周围绝热法 

1、绝热对低温活塞泵是十分必要的，特别对泵进口部分显得尤其重要。但对 不同绝热方法的成本及效果也就不同，见表 3.1。因此不同低温泵就须选择不同的 绝热方法。

对工作温度很低的介质，一般多采用粉末真空后多层绝热。绝热结构必须把传 导热和辐射热减少到最小程度。

表3.1 不同绝热方法比较

把传导热和辐射热减少到最小程度。 

3、对采用气泡材料绝热方法，其绝热效果很大程度上取决于材料本身的导热 度和填装密度与层厚，常见绝热导热材料如表3.2所示。

表3.2 绝热材料导热系数

本章对低温活塞泵液力端的基本结构及工作原理作了系统的分析和说明，详细 地介绍了低温活塞泵液力端的设计。

第 4章 低温活塞泵的传动端设计

低温活塞泵传动端是泵中传递动力的部件，是将电动机的运动转化为活塞的往 复运动的部件。

4.1 传动端的工作原理

传动端其实就是带有减速装置的曲柄连杆机构。如图4.1

曲柄 1 以ω的角速度顺时针旋转时，当从 A 转到 B 连杆 2 带动十字头 3 向右 移动，使活塞5也向右移动，进入吸入行程；当从B 到 A 时，进入排出行程。当曲 柄以角速度ω不停的旋转时，低温活塞泵就不断地吸入和排出液体。

4.2 传动端的结构设计

低温活塞泵的传动端主要包括有曲轴、连杆、十字头、轴承、轴瓦等部件，且 配有皮带减速装置。泵的传动端在选择和设计时，应遵循的原则是： 

1、传动端的零部件必须满足泵的强度和刚度的要求； 

2、传动端内各运动副必须满足比压和pv 值，且润滑可靠； 

3、在结构和尺寸要求的允许范围内，应力求减小径长比λ，以减小十字头出 比压和减小惯性水头的影响，从而改善了泵阀的工作条件和泵的吸入性能；

4、合理选择液缸中心线夹角、曲柄间错角，力求使机组的惯性力和惯性力矩 得到平衡，减轻对基础的挠力载荷；

5、拆装、检修方便； 

6、易损件及运动副应工作可靠、寿命长； 

是转速越高，突变幅度越大，柔性冲击越严重，不宜做高速运动，需要进一步修正 和改进运动规律。

曲轴是往复泵的重要运动件，它将电动机的功率经连杆、十字头传给活塞，推 动活塞作往复运动并做功。曲轴在工作时承受着周期性的交变载荷，是曲柄连杆机 构中最重要的受力零件。

曲轴的形式有：曲拐轴、曲柄轴、偏心轮轴及N 型轴等几种形式。本低温活塞 泵采用的是偏心轮轴，采用这种结构，偏心轮为整体铸或锻件，心轴为简支梁，主 轴承安在心轴两端。当偏心轮直径大于主轴承轴径时，连杆大头可为整体结构，连 杆结构可简化。该传动端可获得较大的曲柄半径。由于支撑在两端，故液缸间距较

4.3.1曲轴主要尺寸的初步确定

4.3.2曲轴强度校核

危险截面的选取：对连杆轴径校核力作用点截面；主轴颈校核主轴颈与连杆轴 径交接截面。

据弯矩、扭矩计算找出各危险截面相应最大弯矩和最大扭矩值，作为强度计算 的依据。

曲轴的载荷分析如图4.3所示，从图中可知C 面是危险截面，需要进行强度校 核。

作用在偏心轮上的支反力：

则危险截面上的计算应力

式中 α——扭转切应力为对称循环变应力，取1；

连杆是曲柄连杆机构中连接轴和十字头的部件。

连杆体截面形状有圆形、工字形、矩形和十字形。本设计选用的是铸成的工字 体形，其运动质量小，即材料消耗最少，应用广泛。连杆大头采用整体式结构，其 强度和刚度较好，工作可靠。

连杆小头亦制成整体式。小头与十字头的连接选用销连接。在连杆大头和小头 上分别设计相应的进油孔，利用甩油器实现飞溅润滑。

连杆体与小头联接的过渡截面为最小截面，该截面可看作承受单纯的拉伸或压 缩作用，其最大应力 s y 1 

s ] ——连杆体材料许用应力,单位：MPa 。 [

4.4.2销连接小头强度校核

危险截面 A?A的强度校核，如图4.4所示。

按两端自由支承在侧壁重心点的梁受均布载荷的弯曲应力和两端固定支承在 侧壁重心点的梁受均布载荷的平均弯曲应力计算，即

危险截面B-B 按弯曲和拉伸联合作用进行强度校核： 

l ——两侧壁重心间距离，l =52mm；

一定的耐磨性，有一定的强度。本次设计采用的材料为优质碳素钢中的45号钢。

近年来发展起来一种新材质即贝氏体球铁。由于这种材质具有较高的耐磨性 能、强韧性能和耐腐蚀性能，因此被广泛用作耐磨材料，尤其在湿磨条件下显示出 比普通耐磨钢和高铬铸铁更大的优越性。铸态贝氏体球铁是通过加入适当的合金元 素，使球铁在凝固后直接形成贝氏体组织。这种工艺的优点是由于取消了淬火热处 理，特别适合于生产形状复杂，不宜热处理的铸件，如泥浆泵壳等。但是由于具体 性能和经济性等方面考虑未被选用。

十字头与连杆小头联接选用销连接，与活塞杆连接通过中间杆连接，且连接方 法选用刚性连接，即圆柱螺纹连接。其优点为结构简单、重量轻，但由于十字头与 活塞杆承受交变载荷，会产生松动，故需要加锁紧螺母以防松。

十字头销是连接十字头与连杆小头的连接件，承受交变载荷。因此要有足够的 强度和刚度。工作表面要有一定的硬度，使其在工作时变形小而耐腐蚀性好。

十字头销强度校核计算简图如下：

强度校核时，把十字头销看作是两端自由支撑在销孔座接触部位中点的简支 梁，在连杆称套长度上作用一均布载荷如图4.5所示。在 A?A截面上有最大弯曲应 力，在B?B截面处产生剪切。

A?A截面处弯曲应力较核：

式中[τ]——许用剪切应力，碳素钢[τ]=50Mpa，τ≤[τ]安全。

电动机与曲轴间用皮带相连，以达到减速的目的。

在带传动中，常用的有平带传动、V 带传动、多楔带传动和同步带传动等，V 带传动应用最广。据槽面摩擦原理，在同样的张紧力下，V 带传动能产生较大的摩 擦力，且V 带传动允许的传动比大，结构紧凑。而且V 带多已标准化并大量生产， 对于维修，更换方便。

带传动的主要失效形式即为打滑和带的疲劳破坏。因此带传动的设计准则应 为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定疲劳强度和寿命。

3、确定V 带的基准长度和传动中心距

计算带所需的基准长度 

本次设计轴承选用的是调心滚子轴承，其能自动调心，且具有较大的径向承载 能力。

本章对低温活塞泵的传动端的基本结构和工作原理作了系统的分析和说明，详 细地介绍了曲轴、连杆、十字头及传动件皮带轮的计算及对一些重要部件进行了强 度校核。

往复泵是一种很古老的发明，它是把自然能转变成有用功的最早发明，而且世 界上泵的产量仅次于电机。随着时代的变迁，泵在一些基础行业仍焕发着魅力，在 一些新的行业中也越来越活跃。这次设计使我对活塞泵有了新的认识。本论文结合 理论与实践，主要完成了以下几方面的工作。

1、对泵的发展过程及低温活塞泵的特点进行了详细地介绍，并对其发展的未 来进行了描述。

2、对低温活塞泵的整体进行了结构设计，选出符合设计要求的主要参数及结 构参数和电动机，为以下具体部件的结构设计做好充分的准备

3、对低温活塞泵的主要部件进行结构上的设计和验算。其中以活塞泵的液力 端和传动端为主。液力端中除了液缸体进行了主要分析和计算，还对液缸体中的密 封、润滑、活塞及杆件的摩擦、气体的回收和绝热等情况进行了深入地探讨，对应 采取的措施也作了一定的介绍。 在活塞泵的传动端中， 对传动系统中的重要部件如： 曲轴、 十字头等除了确定了尺寸还对他们进行了安全校核， 使其具有一定的强度等。 通过本课题的研究发现，为进一步提高低温活塞泵的性能，需要对其完善以下 几种功能：

1、对活塞泵的基本结构的改进，使活塞泵在满足性能的前提下结构趋于简单 化，使泵的总体体积缩小；整机趋于标准化，可便于用户的选用? 

2、应进一步加强研究液力端的密封、气体回收等问题，进一步提高活塞泵的 效率? 

3、传动结构应继续改进，以进一步减小流量的脉动为努力方向。

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[11]蔡春源.机电液设计手册（上、中、下）[M]. 机械工业出版社，1997

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[16]王积功.高压液氧泵的密封[J]. 润滑与密封，-31

[18]杨玉青. 液氧泵的设计[J]. 航天地面设备，-36

四个月的时间很快就过去了，在我的整个毕业设计过程中，导师袁正友给予了 我无私的帮助，提出了很多有宝贵的意见，使我能顺利完成本次设计，在此我向他 表示忠心的感谢。此外，设计能够顺利完成也离不开同学们的帮助，在此对他们表 示深深的谢意。

四年的大学生活马上要结束了，感谢母校对我的培养，感谢四年来老师对我的 孜孜不倦的教诲！

最后，再次感谢袁正友、王巍老师对我毕业设计的倾力指导以及所有帮助过我 的老师和同学。

范文五：机构运动简图的正确绘制方法及错误分析

机构运动简图的正确绘制方法及错误分析 作者：韩芸芳

来源：《现代交际》2012年第12期

[摘要]通过绘制机构运动简图的目的、什么是机构运动简图、绘制机构运动简图的基本方法和检查方法等几方面来论述如何正确绘制机构运动简图，通过几个实例的分析得出各门功课之间都有一定的联系，只要抓住基本概念和基本方法，掌握一定的认识规律，就能化繁为简、化难为易，绘出正确的机构运动简图。

[关键词]机构运动简图 运动副 铰链

[文章编号]（2012）12-0144-01在实际生产中，无论是对现有的机械进行改进还是设计新的机械，都需要运用其机构运动简图来揭示机构的运动规律和特性。上课时，对于摆在学生眼前的实际机械或模型，一部分学生起初都表现得束手无策，不知从哪入手来绘制机构运动简图，有的同学即使画出了机构运动简图也不是完全正确，不是多画了机构的外部形态，就是少画了运动副。总之，画图时出现了很多错误。究其原因，主要在于同学们没有弄清什么是机构运动简图？没有真正掌握机构运动简图的绘制方法。这里，我谈谈绘制机构运动简图的基本方法并举几例进行分析。

为了正确绘制机构运动简图，首先要弄清几个问题。

1.绘制机构运动简图的目的：其目的就是将那些与机构运动无关的外部形态，如构件的截面尺寸、组成构件的零件数目和运动副的具体结构等撇开，而把决定机构运动性质的本质上的东西，如运动副的数目、类型、相对位置及某些尺寸等抽象出来，清晰地表示出机械的组成、机构运动传递关系，以便于对机械进行运动和动力分析。

2.什么是机构运动简图？就是用简单图形把机构的结构状况表示出来。具体地说：就是用线条、方框、圆等表示构件，用简单符号表示运动副的类型，根据运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，按一定比例绘制出的图形。

3.基本方法：采用“顺藤摸瓜法”。先对机构的结构及运动形式进行分析，研究机构是怎样组成的，各个构件又是怎样运动的，既从主动件开始顺次观察各“藤”——构件的运动及其结构和形状，其次确定构件之间的连接方式即各“瓜”——运动副类型和数目。然后选择恰当的投影面，一般选择机构中多数构件的运动平面为投影面，必要时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面，再展开到同一图面上。原动件的位置可以任意选定（避免构件之间互相重叠或交叉，否则会使图形不易辨认），其他构件与其相对位置就自然确定了。使用测量工具测量出机构的基本参数，并采用同一比例尺依构件的联接次序逐步画出机构运动简图。图中由机架开始，沿着主动件依次用数字标注构件，用字母分别标注各运动副，同时用箭头标明主动件的运动方向。

4.检查方法：检查一下是否符合“三个一样”“一个相等”的原则：即“实物中的构件数、运动副类型与数目、运动学尺寸”要与“简图”中的一样，“原动件数”与“自由度数”要相等。下面举两例进行具体分析：

图1为几种铰链四杆机构及其运动简图，图（a ）（b ）（c ）所示机构，其运动简图均相同，都是图（d ）所示的铰链四杆机构，这是为什么呢？

原来，各机构中运动副的形式虽然极不一致，但实质都是铰链，如图（a ）中构件3和构件4的联接；图（b ）中构件1和构件2的联接，表面形式是圆盘上套了一个环，实质还是铰链，不过铰链的半径大一点而已；图（c ）中，构件3和机架4的联接，形式上是滑块沿着滑道的滑动，但是滑块和滑道都呈圆弧状，它们的相对运动不是移动，而是围绕圆弧中心D 点的转动，所以，其实质仍是以D 为中心的铰链。

图2（a ）为油泵机构结构图，图（b ）（c ）（d ）（e ）为该机构运动简图。其中图（e ）是正确的，图（b ）（c ）（d ）均是错误的；图（b ）（c ）错误在于：图中的构件3表面形式是球，但实质是一个摇块；图（d ）错误在于：摇块的中心应与主动件1的中心在一条竖直线上，才与实际工作位置相符。

以上两例包含着唯物辩证法的知识：通过现象看本质，借此对学生进行思想教育，各门功课之间都有一定的联系，一定要学好各门功课，为以后走向工作岗位奠定基础。

总之绘制机构运动简图要抓住基本概念和基本方法，掌握一定的认识规律，才能化难为易，绘出正确的机构运动简图。

[1]栾学钢. 机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2006：

[2]孙恒，陈作模. 机械原理[M].北京：高等教育出版社，1995：