離心泵塑料葉輪設計基準探討

黎清探

【摘要】葉輪是體現離心泵水力性能的主要零部件，通過對葉輪的設計基準分析，從設計源頭上提高葉輪的質量，從而穩定整泵的性能，保證離心泵的使用壽命。特別是一種帶金屬鑲嵌件的塑料葉輪，對設計基準的選取更為重要。

【關鍵詞】離心泵；塑料葉輪 設計基準 提高質量

一、技術背景

離心泵作為通用機械設備，用途十分廣泛，其中家用泳池行業，離心泵應用也十分廣泛，成為泳池過濾循環的主要配套用泵。葉輪作為離心泵的主要零部件，體現整泵的水力性能，也決定整泵的使用壽命。目前家用泳池過濾循環配套的離心泵多為塑料泵體，葉輪也多采用工程塑料生產，符合行業的要求，也降低整泵的成本。而現市面上生產的塑料離心泵為了最大限度節省成本。特別是葉輪設計中基準的選取，隨意性大，稍有差錯將對葉輪的質量產生影響，導致整泵的性能不穩定，最終還會影響電泵的使用壽命。

一般葉輪采用塑料材質比金屬的成本要低，而塑料葉輪與電泵轉軸連接設計有螺紋鑲嵌件。塑料件成型本身有很大不穩定因素，增加鑲嵌件后質量更難保證，如設計源頭上不注重細節，很容易產生“蝴蝶效應”，小問題不斷變大，導致葉輪質量不合格。

二、內容說明

針對以上不足，對葉輪的設計基準進行如下分析：

有學者曾經把旋合的內外螺紋做過破壞性試驗，得出外螺紋與內螺紋旋合長度無論多長，起作用的螺紋牙數從內螺紋端面（螺孔）向里的3-7個。而每個完整螺紋相當于單個齒形旋轉一周的雙側螺旋面，當螺母在處螺紋上旋轉時，內外螺紋牙只有一個側面是接觸的，而另一個側面是不接觸的。普通標準三角形螺紋的牙型角是60度，可以把一個完整牙的接觸面（螺旋面）近似看作一個可軸向浮動，錐頂角為120度的小圓錐面，單個小圓錐面的大端直徑為Φ10，小端直徑為Φ8.36，軸向長度為0.81。我們把7個這樣的小圓錐疊加在一起近似看作一個大徑為Φ10，小為為Φ8.36，軸向長度為5.67的一個短圓錐面，這個短圓錐面只能限制螺母沿Z、Y方向移動的自由度，而不能消除沿X軸方向移動的自由度（因螺母轉動，螺桿不動時，螺紋母可以軸向移動），如下圖所示。

葉輪的銅螺母與泵軸外螺紋的配合是間隙配合（按常規取徑向間隙為0.4mm），如果銅螺母端面與泵軸螺母軸的擋肩面不接觸，銅螺母能繞Y軸和Z軸轉動過一個較小的角度，即銅螺母靠螺旋面接觸是限制不了它對Y軸和Z軸轉動的趨勢。所以銅螺母靠螺旋面配合只能限制螺母的兩個自由度（沿Y軸和Z軸移動自由度）。對于只能消除兩個自由度的基準面不宜作為時的主要基準，只能作為次要定位基準。

銅螺母端面是一個圓環形的平面，由夾具設計原理可知，平面可以限制空間物體的三個自由度，即限制了銅螺母沿X軸方向移動自由度，繞Y軸和Z軸轉動的自由度。實際上在葉輪的車加工和裝配時是以平面作為定們基準的，金屬螺母的定位端面自然地要成為葉輪設計時的主要定位基準A，螺母的螺旋面中心線作為次要定位基準B。這樣就變成了設計基準、加工定位基準與裝配基準都是螺母端面和螺紋孔的中心線，達到三基準重合。

葉輪金屬鑲嵌件形位要求也十分重要，金屬件定位端面對螺孔中心線垂直度為0.025，安裝時會引起葉輪進水外圓最遠端（距離為46mm）偏離螺孔中心線值為（46*0.025）/12=0.095mm，則徑向跳動值達0.19mm，不符合離心泵的使用要求，需取公差為0.01，則偏離值為（46*0.01）/12=0.038mm，徑向跳動值為0.076mm，可符合使用要求。

三、結論

根據以上分析，葉輪金屬件定位端面作為設計時的主要定位基準A，螺紋是中心線作為第二定位基準B。配以符合要求的金屬鑲嵌件，生產出的塑料葉輪性能穩定，質量可靠，適合在大批量生產中推廣應用。

參考文獻：

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