汽车组合式水泵.docx

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汽车组合式水泵

指导教师签名：

年月日

广西工学院继续教育学院

毕业设计任务书

类　别：

专业：

汽车应用与维修

班级：

广西机电技师学院教学站

（教学站）

姓名：

毕业设计题目：

汽车组合式水泵

指导教师姓名：

负责人签字：

年月日

目录

前言……………………………………………………………………………………..1

第一章设计任务……………………………………………………………………2.

第二章水泵的结构与分类…………………………………………….3

第三章水泵的工作原理………………………………………………….4

第四章组合式水泵的设计问题………………………………………………….4

第五章水泵的安装与试验……………………………………………………….11

附件主要设计图......................................................................................................11

致谢…………………………………………………………………………………….12

参考文献……………………………………………………………………………….13

前言

进入21世纪，我国的汽车工业迅速发展，汽车保有量大幅度提高，汽车领域先进技术不断涌现。

汽车的速度也不断提高，随着汽车的速度也不断提高，发动机的冷却系统要求也就越来越高，在发动机的工作系统中，水泵工作效率、可靠性和寿命决定了发动机冷却系统的好坏。

基于以上原则，在坚持在整个设计编写过程中，我们力求体现以下基本原则：

一是以企业需求为依据，科学确定设计出高效率，高质量，低廉的产品。

二是反映汽车专业的技术发展，突出表现该专业领域的新知识、新技术、新工世、新方法，推进了社会走进了便高的层次。

三是对教材体系在学习内容，教学组织，学习评价等方面为学校提供较大的选择空间，以满足各地区不同的教学需要。

培养企业素质的同时，本设计的内容方面，以国家有关的承办人业标准为基本依据，面向社会。

在汽车冷却系统中，为了给冷却液加压，使冷却液能在系统内循环流动，水泵在冷却系统中起到了重要作用。

关于对汽车水泵的研究，对我国的汽车发展业会又着很大的帮助。

所以，我们有必要加深对水泵的认识。

通过汽车工艺学课程设计,使我们学完了全部的基础课、技术基础课以及大部份专业课之后进行。

这是我在进行毕业设计之前所对学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，他在我们几年的学习生活中占有重要地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

第一章设计任务

1、组合式水泵的设计：

2、在汽车冷却系统中，水泵的工作原理与作用。

3、零件的热处理。

一、设计目的：

通过对组合式水泵的设计，巩固和扩大学生在校所学的知识，加深对知识的理解和应用，使所学知识更加系统化、条理化和综合化；通过毕业设计的训练，培养与提高学生分析问题、解决问题的能力和独立工作能力，熟悉和掌握科学的设计方法和正确使用查阅及使用各种工具手册；特别是通过毕业设计，培养学生认真负责、一丝不苟、敢于创新的工作作风能够较好的适应实际生产的工作需要。

二、设计内容：

1、分析零件，画零件图。

2、通过分析比较选择适当的材料与装配关系。

3、作有关装配和调试分析,给出较合理的结构总成。

三、设计要求：

1、设计过程要严肃认真，一丝不苟。

应灵活应用所学的知识来分析和解决在设计中碰到的各种问题，并发挥自己的创造性，在学习和参考他人的经验的基础上，对设计对象加以改造，大胆创新，按时、按质、按量完成各项设计任务。

2、在设计过程中要注意合理选用各种标准件和标准部位，所涉及非标准件应满足工艺性好、拆装、维修操作方便、使用安全可靠的等要求，并尽量减少成本提高效率。

绘图中符合国家标准，各项技术要求、尺寸标注应规范，字体工整、图整洁；设计说明书论述要充分，层次分明、文字整洁、计算步骤正确、数据准确。

3、编写设计说明书要包括以下内容：

封面、任务书、前言、设计内容、参考文献、致谢。

四、设计任务：

1、按绘制组合式水泵设计图。

2、编写组合式水泵设计说明书。

第二章水泵结构与分类

　　水泵的功用：

　发动机通过皮带轮带动水泵轴承及叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水道或水管流出。

叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，水箱中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管被吸入叶轮中，实现冷却液的往复循环。

水泵结构形式：

（1）组成：

水泵由壳体、叶轮、泵盖板、水泵轴、支承轴承、水封等组成。

如图所示。

（2）水泵与风扇同轴，通过三角皮带传动。

（3）泵盖上有出水孔。

泵壳上有进水孔A，用橡胶管与散热器出水管相连。

泵壳上面有旁通孔A，与气缸盖上的出水管相连，当冷却水温度低于349K（76℃）时，部分冷却水由此直接进入水泵。

（4）叶轮工作室的进水室B与进水孔、旁通孔相通；出水室由出水孔与水套相连。

1.机械水泵

。

机械水泵　机械水泵由发动机曲轴通过传动胶带驱动，它的转速和发动机的转速成正比。

机械水泵的工作方式有优点也有缺点。

当发动机在高速大负荷工况下工作时，发动机产生的热量多，水泵的高转速使冷却液的循环流量增大，这样正好能够提高发动机的冷却能力；当发动机在低速大负荷工况下工作时，例如牵引其他车辆或开空调，此时发动机的转速低导致水泵的转速也低，这样就降低了发动机的冷却能力。

2. 电动水泵

电动水泵由发动机控制单元通过电流控制，它不受当时发动机转速的影响，可以根据发动机的实际冷却需要灵活工作。

由于电动水泵消耗的发动机功率非常少，因此采用电动水泵后，发动机的燃油消耗量可以有所降低。

3.离心水泵

。

称“离心泵”,它是一种利用水的离心运动的抽水机械。

由泵壳、叶轮、泵轴、泵架等组成。

起动前应先往泵里灌满水，起动后旋转的叶轮带动泵里的水高速旋转，水作离心运动，向外甩出并被压入出水管。

水被甩出后，叶轮附近的压强减小，在转轴附近就形成一个低压区。

这里的压强比大气压低得多，外面的水就在大气压的作用下，冲开底阀从进水管进入泵内。

冲进来的水在随叶轮高速旋转中又被甩出，并压入出水管。

叶轮在动力机带动下不断高速旋转，水就源源不断地从低处被抽到高处。

第三章水泵的工作原理

当水泵叶轮旋转时，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的边缘，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，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经进水管流入叶轮中心。

叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有6～8个径向直叶片或后弯叶片。

水泵壳体由铸铁或铝铸制，进、出水管与水泵壳体铸成一体。

第四章典型零件的加工工艺分析：

　　1、泵体加工工艺：

　　泵体加工工艺重点是保证装配基准孔面与压水室流道的正确位置。

泵体加工的设备主要为车床、立车、镗床等，其中卧式车床适合小泵体的加工，生产效率虽高，但不便找正加工面与流道的相对位置，常造成装配基准孔与流道中心面不垂直及相对位置不准确。

所以大泵体多在立车和镗床上加工，工件装夹在工作台面上，可用垫铁校正流道位置，压紧方便；并且镗床工作台可旋转，能在一次装夹中加工多个侧面。

如管道离心泵泵体使用镗床的工艺路线为：

（1）、以底脚面垫准找正流道后夹紧，分别车进出口法兰，保证了法兰平行且与流道中心重合；

（2）以进水口法兰立于工作台上找正流道后压紧，车准叶轮装配端各孔面；然后工作台旋转180度后锁紧车好底脚面，保证了装配孔面与流道的位置精度；（3）、按图样完成其它工序。

　　2、叶轮加工工艺：

　　叶轮加工主要集中在车床上完成，常见工艺路线为：

（1）、用四爪夹叶轮外径或后口环，以流道中心或前后盖板流道面作轴向找正基准及叶轮进口直径作径向找正后夹紧，粗车叶轮进口端口环留精车余量1-2mm，及前板面；本工序保证叶轮流道的相对位置；

（2）、三爪夹巳车叶轮口环找正工件后夹紧，将后口环、外径、内孔、后盖板车好，保证了内孔、外径、口环的同心度要求；（3）、用心轴以叶轮内孔定位，精车叶轮前口环，保证前口环与内孔的同心度要求；（4）、三爪夹后口环或外径找正内孔插键槽，保证键槽对称度；（5）、钻叶轮平衡孔，保证大小并均分叶片间距，不损伤叶片；（6）、做平衡试验。

　　3、泵盖（或电机支架）加工工艺（管道泵为例）：

　　泵盖零件结构通常一端止口连接电机，另一端台阶连接泵体。

两端安装配合孔面无法在一次装夹中同时加工完成，如不同心将会出现质量问题。

常见加工工艺为：

（1）用四爪夹住一端（如泵体连接端）找正、把另一端粗精车好；

（2）在车床上安装校准车胎尺寸，将巳车一端（电机安装止口）配合孔装入车胎内找正压紧、粗精车泵体连接端尺寸，这样两端的同心度完全可以保证。

然后用钻模钻好各处螺栓连接孔。

　　4、轴加工工艺：

　　轴类零件加工中细长轴加工较困难，采用合理的加工路线辅以适当的工装（如中心架），可以达到设计要求。

轴加工主要以中心孔作定位基准，两端外圆不能在一次装夹中同时完成，精加工为保证径向跳动要求通常采用两头顶上鸡心夹的装夹方法，高精度的配合面常用磨床完成。

　　艺路线为：

（1）、粗车，分别钻两端中心孔，夹一头顶一头将外圆粗车成、留余量,转入热处理工序（如调质）；

（2）半精车，对热处理后的轴一定要修复中心孔，夹一头顶一头进行半精车，留精车余量0.5-1mm,并完成轴上的螺纹、退刀槽等加工，注意车退刀槽切忌尖角造成应力集中，影响轴的强度;（3）、精加工，对于要求不高的零件采用两头顶上鸡心夹，将配合部位外圆精车成；若配合面要求精度高、批量生产的轴，留磨加工余量0.3-0.6mm;（4）、铣键槽，注意保证对称度；（5）、磨外圆，采用两头顶上鸡心夹将配合面磨成。

第五章齿轮式机油泵的设计问题

由于时间的紧迫,本设计也请教广西工学院的各位教授及老师,在各位教受及老师的指导下对水泵的主要件泵轮、轴进行了主要的计算、比较和选取,在选材和各方面的参数进行了讨论,对配合件的间隙进行了说明。

一、泵轮的计算与设计

：

1、泵轮的材料分析与比较

……

2、泵轮试验与效果讨论

……

二、轴的计算:

按第三强度计算

  式中：

α--将扭矩折合为当量弯矩的折合系数。

         a.在弯矩作用下，轴产生的弯曲应力属于对称循环应力。

           b.在扭矩作用下，轴产生的扭剪应理论上为静应力 α=0.3。

          考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循应力 α=0.59。

          对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力α=1。

1、确定危险断面，进行校核：

                   [σ]=＞σca

 式中：

--轴的抗弯剖面模数 

                           对于实心轴     =0.1d3

 σ]--轴的许用应力：

            设计公式 

  计算结果讨论:

    a.对于影响轴的强度的许多重要因素,如应力集中.尺寸因素,通过降低许用应力考虑.。

      b.根据Mca图和轴的结构确定危险剖面,找出其直径。

         利用上式可计算出危险剖面的直径dca.比较该危险剖面的dca和d。

      如果dca＞d时，说明结构图中，轴的直径不能满足强度要求，应重新修改。

    如果dca＜d时，说明结构图中，轴的直径能满足强度要求。

既使相差比较大一般也不做修改。

因为影响轴的结构的因素很多。

   一般减速器的轴设计到此为止。

对于重要的轴还应按疲劳强度校核轴的强度。

2、计算轴的安全系数：

     式中:

S--设计安全系数，材料均匀、载荷计算精确取小值。

           Sσ--轴上只承受法向应力时的安全系数。

           Sτ--轴上只承受剪切应力时的安全系数.。

      假如不能满足上述条件时可采取如下措施。

    a.从结构设计上降低应力集中。

     b.采用表面强化措施。

     c.采用高强度材料或加大刨面尺寸。

   d.改善动力传递路线.。

3、按静强度条件校核：

目的在于校核轴对塑性变形的抵抗能力。

     对于那些瞬时过载很大或应力循环的不对曾称性较为严重的轴是很必要的.因为轴上的尖峰载荷作用时间短，不足以引起疲劳破坏但能产生塑性变形。

4、选材的计算：

根据设计要求所设计的d=18轴上的转距为：

T=9550

=9550

96N/m

齿轮上的圆周力:

F=

=

=10667N

齿轮上径向力:

F2=Ftan200=10667

3882N

把轴分成三点:

A,B,C

在作垂直面内的弯矩A点的反作用力:

A=C=

=

=5334N

B点处垂直平面的弯矩:

B=A

=5534

=48000N

圆轴扭转的强度为:

=

=82

由于所选的材料是低碳合金钢,经过计算以符合要求.

三、轴的刚度校核：

　　轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。

若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。

例如：

安装齿轮的轴，若弯曲刚度不足而导致挠度过大时，将影响齿轮的正确啮合，使齿轮沿齿宽和齿高方向接触不良，造成载荷在齿面上严重分布不均。

又如采用滑动轴承的轴，若挠度过大而导致轴颈偏斜过大时，将使轴颈和滑动轴承发生边沿接触，造成不均匀磨损和过度发热。

因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。

轴的弯曲刚度以挠度或偏转角来度量；扭转刚度以扭转角来度量。

轴的刚度校核计算通常是计算出轴在受载时的变形量，并控制其不大于允许值。

（一）、轴的材料分析：

轴的结构设计：

轴的结构决定于轴的功能特性、轴上零件布置和固定方式、采用轴承类型及尺寸、轴的制造和装配工艺及安装等条件。

轴的结构应尽量减少应力集中、受力合理，有良好的工艺性，且轴上零件应定位可靠，装拆方便，所以选阶梯轴比较合适。

（二）、轴材料选择：

轴的材料应满足强度、刚度要求，对应力集中敏感性较低，并具有较高的耐磨、耐腐蚀性能。

轴的常用材料有碳素钢、合金钢等。

一般产品零件中常用中碳钢制造，此类钢通过调质或正火等处理，材料性能可以得到改善，零件具有较高的强度和耐磨性，如45优质碳素钢，因其对应力集中敏感性较低、机加工性好、价廉、市场供应充足而得到最广泛地运用。

对于高速、重载、重要的轴，或受力大而要求尺寸小，质量轻、耐磨性高的轴及处于高、低温或腐蚀环境下工作的轴，多采用合金钢制造。

合金钢具有良好的热处理和更高的力学性能，但对应力集中敏感。

在一般工作温度下，碳钢和合金钢的弹性模量十分接近，热处理对它的影响很小。

选用合金钢只能提高轴的强度和耐磨性，而刚度变化很小。

1、低碳合金钢是工业上广泛应用的金属材料，主要由铁和碳两种元素组成，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素组成的刚，统称铁碳合金刚。

不同成分的铁碳合金在不同温度下具有不同的组织，因而表现出不同的性能。

低碳合金钢的热处理方法：

在加热过程中，刚的组织完全转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体转变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低刚的硬度，细化晶粒和充分消除内应力的目的。

低碳合金钢回火的主要目的是：

1）降低脆性、消除或减少内应力，钢件淬火存在很大内应力和脆性，若不及时回火，往往会使钢件发生变形甚至开裂。

2）获得的工件所需要的力学性能，钢件经淬火后硬度高而脆性大，通过回火可提高刚的韧性和塑性，调整强度，减小脆性。

3）稳定组织和尺寸，回火可使钢的组织稳定，保证工件在使用过程中尺寸稳定。

2、碳素结构钢,这类钢通常不经过热处理而直接使用,因此只考虑其力学性能和有害杂质含量。

碳素结构钢一般属于低碳钢，有良好的可塑性和可焊性，并具有一定的强度，通常用于管材、板材等形成用于桥梁、建筑工程构件及一般机械零件，如果把它用于轴这方面是不可取的。

3、铸钢，这类钢属于中、低碳钢即亚共析钢，适用于制作形状复杂的钢件。

经过一系列的处理可以用于轴方面的使用，但是成本太高，难以适用。

经综合分析，转子式机油泵的轴选用低碳合金钢，其综合经济性好。

壳体的材料分析：

齿轮式机油泵的壳体技术参数要求不是很高,所选的材料抵抗机油的压力以足够。

而铸铁具有良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性、减振性、且价格低廉。

因此，铸铁广泛应用汽车制造业。

虽然铸铁的刚度、塑性比刚性差，但仍然是工业生产中最主要的金属材料，特别是经过球化和孕育处理后，铸铁的力学性能已不亚于结构钢。

第五章、水泵的安装与试验

1.

2.

3.

附件主要设计图

1、总装配图

2、零件图泵盖

3、零件图泵轮

4、零件图轴

5、零件图轴套

6、零件图滚针

致谢

在本设计的过程中,得到了广西工学院的各位教授及老师大力支持的协助,提供了不少宝贵经验和资料,在此表示感谢。

由于我们经验不足，水平有限，定会存在不少缺点和错误，希望方大读者批评指正。

在毕业设计的实践中,学到很多有用的知识也积累了不少宝贵经验，个人分析问题，解决问题的能力得到了提高。

但是由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处。

恳请各位老师给予指导。

为了能够让把齿轮式机油泵设的更好,以及能让你们收到一种意想不到的效果,如对本产品不满意或有什么意见,请致信到本设计者这里,谢谢合作。

参考文献

1、上海工业大学，南京理工大学主编，机床夹具设计。

2、东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大。

学编，机床夹具手册。

3、机械工程手册，电机工程手册。

4、哈尔滨工业大学李益明主编，机械制造工艺设计简明手册。

5、刘仲国，现代机油泵的检测与诊断。

6、黄文伟，汽车维修。

北京：

电子工业大学。

7、张国，汽车类专业教学计划。

8、李明，汽车修理与检测教学大纲。