离心泵塑料叶轮设计基准探讨

黎清探

【摘要】叶轮是体现离心泵水力性能的主要零部件，通过对叶轮的设计基准分析，从设计源头上提高叶轮的质量，从而稳定整泵的性能，保证离心泵的使用寿命。特别是一种带金属镶嵌件的塑料叶轮，对设计基准的选取更为重要。

【关键词】离心泵；塑料叶轮 设计基准 提高质量

一、技术背景

离心泵作为通用机械设备，用途十分广泛，其中家用泳池行业，离心泵应用也十分广泛，成为泳池过滤循环的主要配套用泵。叶轮作为离心泵的主要零部件，体现整泵的水力性能，也决定整泵的使用寿命。目前家用泳池过滤循环配套的离心泵多为塑料泵体，叶轮也多采用工程塑料生产，符合行业的要求，也降低整泵的成本。而现市面上生产的塑料离心泵为了最大限度节省成本。特别是叶轮设计中基准的选取，随意性大，稍有差错将对叶轮的质量产生影响，导致整泵的性能不稳定，最终还会影响电泵的使用寿命。

一般叶轮采用塑料材质比金属的成本要低，而塑料叶轮与电泵转轴连接设计有螺纹镶嵌件。塑料件成型本身有很大不稳定因素，增加镶嵌件后质量更难保证，如设计源头上不注重细节，很容易产生“蝴蝶效应”，小问题不断变大，导致叶轮质量不合格。

二、内容说明

针对以上不足，对叶轮的设计基准进行如下分析：

有学者曾经把旋合的内外螺纹做过破坏性试验，得出外螺纹与内螺纹旋合长度无论多长，起作用的螺纹牙数从内螺纹端面（螺孔）向里的3-7个。而每个完整螺纹相当于单个齿形旋转一周的双侧螺旋面，当螺母在处螺纹上旋转时，内外螺纹牙只有一个侧面是接触的，而另一个侧面是不接触的。普通标准三角形螺纹的牙型角是60度，可以把一个完整牙的接触面（螺旋面）近似看作一个可轴向浮动，锥顶角为120度的小圆锥面，单个小圆锥面的大端直径为Φ10，小端直径为Φ8.36，轴向长度为0.81。我们把7个这样的小圆锥叠加在一起近似看作一个大径为Φ10，小为为Φ8.36，轴向长度为5.67的一个短圆锥面，这个短圆锥面只能限制螺母沿Z、Y方向移动的自由度，而不能消除沿X轴方向移动的自由度（因螺母转动，螺杆不动时，螺纹母可以轴向移动），如下图所示。

叶轮的铜螺母与泵轴外螺纹的配合是间隙配合（按常规取径向间隙为0.4mm），如果銅螺母端面与泵轴螺母轴的挡肩面不接触，铜螺母能绕Y轴和Z轴转动过一个较小的角度，即铜螺母靠螺旋面接触是限制不了它对Y轴和Z轴转动的趋势。所以铜螺母靠螺旋面配合只能限制螺母的两个自由度（沿Y轴和Z轴移动自由度）。对于只能消除两个自由度的基准面不宜作为时的主要基准，只能作为次要定位基准。

铜螺母端面是一个圆环形的平面，由夹具设计原理可知，平面可以限制空间物体的三个自由度，即限制了铜螺母沿X轴方向移动自由度，绕Y轴和Z轴转动的自由度。实际上在叶轮的车加工和装配时是以平面作为定们基准的，金属螺母的定位端面自然地要成为叶轮设计时的主要定位基准A，螺母的螺旋面中心线作为次要定位基准B。这样就变成了设计基准、加工定位基准与装配基准都是螺母端面和螺纹孔的中心线，达到三基准重合。

叶轮金属镶嵌件形位要求也十分重要，金属件定位端面对螺孔中心线垂直度为0.025，安装时会引起叶轮进水外圆最远端（距离为46mm）偏离螺孔中心线值为（46*0.025）/12=0.095mm，则径向跳动值达0.19mm，不符合离心泵的使用要求，需取公差为0.01，则偏离值为（46*0.01）/12=0.038mm，径向跳动值为0.076mm，可符合使用要求。

三、结论

根据以上分析，叶轮金属件定位端面作为设计时的主要定位基准A，螺纹是中心线作为第二定位基准B。配以符合要求的金属镶嵌件，生产出的塑料叶轮性能稳定，质量可靠，适合在大批量生产中推广应用。

参考文献：

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