剖分式機械密封裝置結構設計摘要:隨著我國經濟社會的的進步和發展,工業機械的市場需求也在逐日的上漲。而剖分式機械旋轉密封的裝置它這個剖分式旋轉機械密封裝置的作用就是對于整個工業機械的安裝和運轉非常重要并且是不可缺少的重要零部件。這種剖分式的機械旋轉密封在繼承了傳統的旋轉機械密封的基礎上在結構和工藝上有了一些的改進,使其在外觀上具有了一種功耗小,泄漏率低的質地,密封性可靠,使用壽命長,提高了它進行安裝和拆卸的工作效率等諸多優點。利用這次研究機會使我充分的了解到機械密封的具體原理，尤其是剖分式機械密封是如何實現密封作用的，同時基于上述理論進行了實驗裝置的設計，通過這個裝置實現了對機械密封性能的測試，包括各種工作條件下的參數測試。最后通過實驗結果顯示：本文所設計的這套裝置，測量精度更高、運行更穩、定位精度更為準確。關鍵詞：機械密封；剖分式；性能參數測量裝置；高工況。StructuraldesignofsplitmechanicalsealdeviceAbstract:Mechanicalsealdeviceisanindispensablepartofrotarydevice,anditsnormaloperationisveryimportantfortheoperationofthewholemachine.Splitmechanicalsealinthetraditionalmechanicalsealstructurehassomeimprovements,itaddedinthesealingringsplitsurface,makeitintheinstallationanddisassemblyismoresimpleandfast,longerservicelife,improvetheefficiencyofindustrialproduction.Splittheprojectresearchmechanicalsealdevicestructuredesign,combiningthetheoryoffluidmechanics,sealingprincipleandmechanicaldesignmethod,throughtheunderstandingoftheworkingprincipleofthemechanicalsealsplit,designasetofcanachievehighsplitundertheconditionofgasmeasurementexperimentdeviceofmechanicalsealperformanceparameters,comparingthetraditionaltestequipment,hasagoodlocalizationaccuracy,precisionandmovementstability,throughthisdeviceundertheworkingconditionofachievinghighsplitthegasfilmthicknessofthemechanicalseal,openingforce,themeasurementofparameterssuchasleakageKeywords:Mechanicalseal，split，Performanceparametermeasuringdevice，Workingconditionofhigh。目錄1緒論 61.1課題的研究背景及意義 61.2國內外剖分式機械密封實驗裝置的研究現狀 71.2.1國內外發展歷程 71.2.2國內外發展趨勢 92機械密封的介紹 112.1機械密封的結構組成、工作原理以及優缺點 112.2剖分式機械密封的特點及分類 122.3機械密封的應用實例 133剖分式機械密封測試裝置的結構設計 153.1整體結構設計 153.2密封腔設計 153.3機架的結構設計 163.4剖分式機械密封的設計 163.4.1整體結構設計 163.4.2動環與動環座的結構設計 173.4.3靜環的結構設計 183.4.4輔助件的結構設計 194各零件的功能及設計 214.1電機的介紹及選用 214.2聯軸器的介紹與選用 224.3測量裝置的介紹與選用 224.3.1氣膜厚度的測量 224.3.2密封端面開啟力的測量 234.3.3泄漏量的測量 245各零部件的設計及校核 265.1軸的設計及校核 265.2螺栓的選用與校核 285.2.1與機架連接的螺栓組設計與校核 285.2.2密封端蓋的螺栓設計與校核 305.3鍵的選用與校核 31結論 33

1緒論1.1課題的背景及研究意義剖分式的機械密封相對于整體式的機械密封來說具有國際上不可比擬的技術優勢,有效地徹底解決了某些機械密封件不易安裝和拆卸的困難。其實際應用的前景廣闊,是未來剖分式機械密封相關技術發展的重要技術趨勢之一。對于剖分式機械密封的相關技術研究,國外已初步取得一定的成果,并在國內有所推廣應用。由于國內技術研究起步較晚,對于剖分式機械密封的相關技術研究各有特色,理論基礎研究也已初步取得一定的成果,但實際應用基礎研究在技術上略有一些滯后,實際的應用只在機械密封工作頻繁和參數較低的機械密封場合。同時國外研究工作人員還進一步提出對機械密封端面和分型面連接在受熱和受壓條件下的變形與緊密性控制的規律及分型面連接的緊密性問題進行了研究對于一段時期剖分式機械密封的相關技術發展和應用具有重要的意義,并進一步指出了今后一段的時期對剖分式的機械密封型面連接的變形和緊密性問題進行了研究對于剖分式機械密封的相關技術發展和應用具有重要的意義,并進一步指出剖分式的機械密封在以后的工業運用中會越開越廣泛。由于目前機械軸承密封技術已具有明顯的技術先進性,逐漸唄廣泛運用于石油冷凍化工設備和柴油內燃機以及離心泵的各種關鍵結構中。但一直到19世紀中期,伴隨著我國石油化工行業的進一步發展和新金屬材料石墨,陶瓷,硬質合金等的大量出現們使得機械加工制造技術對密封件表面質量控制的要求大大提高,提高了其使用的可靠性和使用壽命。雖然傳統的機械組合密封在19世紀初就已經開始出現,但是無論是實現了飛躍性的進步和發展,還是在最近60年的一段時間內,機械組合密封的不同類型結構、品種、規格的密封發展得異常迅速,很快地在我國通用機械工業生產中已經得到了廣泛的研究和應用。目前機械組合密封之所以能在我國得到快速的發展主要原因是由于工業技術發展的速度和對生產過程的巨大需求。二戰后隨著核工業和航天工業的發展,在結構上已經出現了許許多多的新型機械組合密封設備和技術,例如上游流體靜壓組合密封、流體動壓組合密封和多級靜壓密封,還有下游螺旋-浮動環機械組合密封、中間螺旋和浮動環機械組合密封、浮環-機械組合密封、熱流體動力楔機械組合密封和上游流體泵送機械組合密封等等。近些年來各個工業領域都得到了快速的發展，在此背景下設備的安全性逐漸成為工業領域需要面對的一個挑戰，由于是一些高危化工廠，出現了設備的滲漏，那么后果會非常嚴重，因此密封技術開始發展起來，尤其是了"零泄漏"的機械組合密封技術。我國的石油機械和密封件的工業化生產技術起步較晚,20世紀60年代沈陽水泵廠和天津機械密封件廠已經開始了生產石油和水泵用的機械密封件。在20世紀70年代我國才陸續由教育部開始制定和組織頒布了機械和密封產品的行業標準,1993年我國由教育部頒布了第一部真正成為國際意義上的石油和機械密封國標,即"gb/t1分類方法",現行的石油和機械密封行業標準一共有6部,為其機械和密封產品的行業標準化和發展進步提供了堅實的依據和有效的保證。隨著近年來我國石油和機械密封制造業的快速發展,尤其特別是近年來國內引進了大量先進的成套石油化工制造工藝和裝備,為其機械和密封備品備件的實現了國產化提供了堅實的保證。同時國內也相繼引進了一些國外的先進石油化工制造設備和技術,并相繼與國外合資建立了國內外多家石油和機械密封備品制造的研究和生產基地。1.2國內外剖分式機械密封實驗裝置的研究現狀1.2.1國內外發展歷程在1885年的時候，英國的學者首次研究出了機械軸承的密封，可是在當時那個年代，工業技術不是很先進，所研究出來的機械密封技術還存在著很多的不足，后來直到1990年的時候，機械軸承的密封才算是正式應用。到了1991年，NagaiYataro[1]研究出了首個配置了剖分機構的機械密封，也是從這個時候開始工業領域才開始關注機械密封技術。到了1994年，radosaf[2]和他的團隊研究出了一種全新的機械塑料密封，屬于半自動剖面拆分式的。到了2003年，德國的研究人員Burgmann[4]研究出了一種可以在工業領域中進行使用的機械密封裝置，后來這個裝置在紙漿制造、水處理以及發電等領域進行了使用，對促進工業發展起到了一定的作用。到了2007年，giard[5]和他的團隊研究出了一種"分體式機械復合密封裝置"。也是在這一年，boyson研究出了一種離心流體復合密封裝置，并將這個裝置在剖分式復合密封技術中進行了應用。目前的問題在于指出要真正使得傳統的剖分式密封技術能被廣泛的使用,需要尋找更大的復合密封壓力和適用范圍。但是想要使得密封壓力得到提升，那么一定要提高相對的應力，這不但會可能造成密封材料或者是密封組件出現一定的變形，同時也可能使得剖分式密封環瓣產生相對運動,需要對所使用的密封材料和組件進行非線性的變形和相對應力的計算。由于技術落后，再加上資金有限，相比于國外等發達國家而言，我國研究機械密封技術的時間有些晚，可是發展速度卻一直非常快。在2003年的時候，合肥通用機械研究所[6]模仿一個德國的企業，進行了機械密封裝置的制造。到了2009年孫見君[7]對機械密封技術的發展歷程進行了詳細的研究分析，得出這樣的結論：之所以機械密封技術一直沒有得到廣泛的運用，主要的原因就是目前還沒有專業的測試裝置。到了2009年，王洪群[8]在對眾多密封產品進行研究的時候發展很多產品都具有一些缺陷，然后通過市場具體情況的調查研究以及理論分析，給出了相應的解決方案。到了2010年，陳碧鳳[9]基于有限元法對剖分式機械密封結構進行了模型的構建，并通過理論分析對這種密封結構的可行性以及合理性進行證明。1.2.2國內外發展趨勢近些年來國內機械密封工業正在以非常快的速度發展，在此背景下機械密封產品也在發生很大的改變。隨著工業流程的復雜化，對機械密封液提出了更高的要求，尤其是一些高壓高溫的工業領域，常規的機械密封已經無法滿足。在這里我們以傳統的石油化工行業進行舉例，目前隨著石化行業的發展，所對應的高壓機泵密封技術也在改變，未來的發展方向是高速化、大型化以及機電一體化，密封產品要朝著系列化、成套化、通用一體化、標準化、壽命長、多品種、可靠性高以及性能廣的方向發展。對于機泵行業而言，密封的主要發展方向就是高度專業化以及大型化密封技術，尤其能夠適用于具有高溫、高壓、低溫、高速透平以及超真空這些特點的高速透平泵,低溫泵和耐腐蝕介質泵的機械密封技術會受到市場的歡迎。另外，冶金、電力還有化工行業所運用的設備逐漸實現智能化、大型化、環保化以及高度自動化，因此也提出了越來越高的機械密封要求。其中比如風力發電設備,壓力一般要求是能夠很好地承受27~28mpa,耐熱溫度一般要求能夠達到600℃,這都意味著需要機械密封等設備和產品能夠很好地耐高溫高壓。對于一些傳統的機械密封產業而言，在拆卸的時候都非常的不方面，但是剖分式機械密封恰好解決了這個問題，因此能夠看得出來相比于整體式機械密封而言，剖分式機械密封才是未來的發展方向。可是就當前的形勢而言，機械密封技術的理論基礎不是很充足，同時相關技術也不是特別先進，剖分式機械密封的發展和應用也受到了很大的制約。國內外對剖分式的機械密封均已經做了一定程度的指導和研究,但是我們需要更好的掌握其機械密封的理論與其應用的技術、提高對剖分式密封端面和分型面密封受熱和受壓后密封變形規律的理解和認識,保證其密封結構設計與其運行的安全可靠性、解決了剖分式的機械密封在較高的工作溫度參數下密封工作的穩定性等技術難題還有很長的研究路程還需要繼續走。隨著工業領域的發展，目前工業領域針對于機械密封產品的要求主要有如下幾個：安全性以及密封性：隨著工藝壓力的不斷提升，機械密封要能夠達到介質的微泄漏，或者是完全無泄漏，這樣才能夠確保生產安全，同時保證環保達標。可靠性：機械密封產品要能夠具有更高的穩定性、使用年限以及抗干擾能力。經濟性：機械密封產品的成本不能太高，同時在使用過程中不會產生太多的費用，具有較高的性價比。適用性:產品能夠很好地滿足工業機械水泵具體的設計工藝制造條件技術要求和現場應用所能夠為客戶提供的各種實際性能和條件。想要實現機械密封產品的快速發展，那么不論是技術的創新，還是理論的深入研究都是非常必要的基礎，因此研究人員要對材料進行創新，對理論進行創新，對工藝進行創新，這樣才能夠推動機械密封產品的發展。關于機械密封的發展方向大致包括以下幾種：機械密封理論、技術和產品不斷創新；密封技術由經驗性設計向理論性專家系統設計轉變；不斷的拓寬機械密封技術的使用范圍；對密封系統的應用、開發以及維護進行重視；對安全要求以及環保要求進行重視；不斷的提高機械密封的可靠性；開發出適應性強的個性化實用密封產品和密封系統；重視技術培訓和技術咨詢。

2機械密封的介紹2.1機械密封的結構組成、工作原理以及優缺點一般也會將機械密封叫做端面密封，對于機械密封的結構而言，其和轉軸的端面之間的角度是90°。通過腔內介質所形成的壓力以及補償結構所形成的彈力，再借助一些輔助件的共同作用，和另外一個端面始終確保實現相對滑動。目前機械密封產品有很多種類型，同時不同類型的產品所對應的結構也千差萬別，可是在整體上基本都是通過4個部分所構成的：首先就是通過機械傳動環個靜環連接所構成的機械密封端面；其次是補償傳動以及傳動緩沖裝置；然后是起到輔助作用的密封圈；最后是實現動能控制以及傳遞作用的機構。機械密封的動環在工作時,由于兩個密封彈性流體的軸向壓力和密封彈性元件的彈力等相互作用引起的軸向摩擦力使動環和密封靜環互相緊密貼合并相對運動,由于兩個密封彈性流體端面的軸向壓力緊密配合,使得密封端面之間的有壓介質交界(也就是密封流體的交界面)之間形成一微小的間隙,當兩個有壓的介質通過此一微小間隙時,形成極薄的液膜,產生極大的阻力,阻止有壓介質的泄漏,同時液膜又可以使得密封端面得以潤滑,獲得長期機械密封的效果。對于石油化工領域，對于密封的要求非常高，相比于常規的密封技術而言，機械密封主要的優勢如下所示：（1）機械密封使用壽命長。目前國內機械密封的實際使用壽命平均下來都能夠達到一年左右。而國外密封技術由于相對來說更為先進，因此壽命也更長一些，能夠達到3年到5年這個區間；（2）齒輪密封傳動性能好。正常機械密封工作使用的這種機械密封方式可以有效保證密封達到非常少的機械氣體量和泄漏作用量,這也是機械氣動密封與其它的機械密封工作方式使用相比的最大一個主要優點;（3）功率損耗小。相比于常規密封技術而言，機械密封具有更小的功率損耗；（4）在運動的過程中無需進行調整。對于機械密封而言，其在使用的過程當中摩擦副在受到密封介質以及彈簧的共同作用形成一個自動補償，因此無需調整；（5）具有更好的穩定性。在機械密封結構當中，設置了緩沖補償機構，通過這個補償機構能夠使得振動頻率降低，從而使得穩定性提高。（6）具有更為廣泛的應用范圍。對于機械密封技術而言，其能夠在高溫、低溫以及高壓等惡劣條件下使用。機械密封也有一些缺點：具有較為負載的結構，因此針對于加工過程以及設計過程會提出較高的要求；（2）相比于常規的密封裝置，機械密封在安裝以及維護的過程中需要專業人員來進行操作；（3）機械密封在出現故障的時候，整個維護過程相對來說比較麻煩；（4）機械密封具有高昂的價格。2.2剖分式機械密封的特點及分類剖分式填料機械密封的整體結構和其工作的原理與市場上傳統的整環式填料機械密封相似,唯一不同的地方就是它在每個密封環上額外增加了一個剖分面。這種機械密封不僅在外觀上具有傳統整環式填料機械密封的美觀和拆裝便捷性,還同時具有整環式填料機械密封的摩擦功耗小、自動補償機械磨損量等諸多優點。與傳統整環式的機械密封相比,剖分式的機械密封大大避免了因機械裝拆不便所產生而帶來的巨額拆裝附加的維修費用和較大的停產損失;與整環式填料機械密封系統相比,剖分式的機械密封在外觀上具有較長的機械運行使用壽命(一般為整環式填料機械密封的4倍),工作的過程中結構無需進行任何調整,也所以不會嚴重地劃傷機械主軸或者損壞軸套,大大縮短了安裝和維修的時間;因為它的摩擦功率小,降低了機械能耗,從而大大提高了機械運行的效率;運行中填料泄漏少,減少了對環境污染和對環境廢棄物處理的費用。但是剖分面的產生和存在大大打破了其結構的平衡和連續性,增加了填料泄漏通道的來源和途徑,加劇了機械密封理論的研究及其應用技術開發的難度和復雜性,進而嚴重制約了傳統剖分式的機械密封應用技術的進步和發展。剖分式用于機械元件密封的密閉裝置一般大致可以劃分為半自動剖面部分式和完全自動剖面部分式兩種而非機械式的密封裝置類型。半導體剖面部分式的密封機械部件密封一般來說是部分的動靜配合件被系統自動分割為兩個或者多個環瓣,其余的機械部件仍然被自動分割而成為一個或者整環;完全自動密封半導體剖面部分式的密封機械部件密封一般來說是一種指半剖分式的由機械部件密封的所有動靜配合件和零件全部配合組成的通常是兩瓣或者多瓣,包括所有動靜配合環、動環座、靜環座、殼體、彈性件和輔助件等。剖分式機械密封按照每個密封環密封端面的大小可以劃分為哈夫式、組合式和多體式,常見的機械密封形式一般是哈夫式,也可以簡稱為剖分體式,即一個整環被均等地剖分成兩段,兩半環弧段剖分斜切面對接形成整環;組合式的密封環一般是沿著整個密封環周向的某一個角度,斜切成兩半環的弧段,兩半環弧段斜切面緊靠對接形成整環;多體式的密封環由多個密封弓形段和多個密封段緊靠對接構成,相互間彼此緊靠對接形成完整的環形。圖2.1剖分式機械密封的分類2.3機械密封的應用實例目前在大多數工業領域當中，機械密封技術還有實現廣泛運用，可是在一些特殊的場合，只有使用機械密封才能夠起到密封作用，比如對于核電站而言，其中的循環水泵就需要使用無軸封泵，從而提高安全性。在很多機器當中，所使用的密封裝置體積較小，僅僅為基礎零件，可是通過機械密封的使用能夠有效的確保機器的安全運行。對于很多機械設備而言，如果在使用的過程中機械密封出現了失效，那么就可能造成設備無法運行，嚴重的話可能會造成事故出現。目前在工業設備的維護工作當中，機械密封的維護工作是其中一項重要的工作，這主要是因為機械密封在使用的過程中很容易出現故障。對于機械密封產品而言，目前在這些領域中得到了應用：化工、石化、造紙、石油、家電、汽車、船舶、原子能工業、冶金、航空航天、礦業開采、醫藥、軍工、食品加工以及電力等。

3剖分式機械密封測試裝置的結構設計3.1整體結構設計對于剖分式機械密封實驗裝置而言，主要的構成有：聯軸器、試驗臺機架、密封腔以及電主軸。其結構如下：圖3.1剖分式實驗裝置的裝配圖在上面這張裝配圖當中，1所表示的是試驗臺機架，2所表示的是電機，3所表示的是聯軸器，4所表示的是密封腔，5所表示的主軸。對于上面這個裝置而言，其主要的功能就是針對剖分式機械密封處于各種工作狀態下所對應的性能參數進行分析，同時其實現的原理就是利用所配置的各種傳感器來針對機械密封所對應工作狀態具有的各項參數進行測試分析。能夠看得出來，在測試的過程中，需要能夠確保機械密封是處于不同工作狀態下的，為了能夠實現這個目的，在裝置內部進行了電機的配置，從而進行動力的提供，又進行了聯軸器的配置，從而進行動能的傳遞，并且還進行了機架的配置，確保裝置能夠實現平穩運行，這樣整個實驗系統就完成了。3.2密封腔設計對于剖分式機械密封實驗裝置而言，其密封腔所起到的核心作用就是針對氣體進行密封。在本文的設計中，設計對象是軸承的高壓腔體，對于這個高壓腔體而言，其基本的功能就是進行強壓力利用氣道提供給氣浮軸承處，這樣就能夠讓它實現正常的運轉。在下面這張圖中就給出了高壓腔體的示意圖：圖3.2密封腔的結構圖3.3機架的結構設計對于機架而言，其主要的作用就是針對裝置內其他零件進行支撐，確保其他零件正常運轉。在設計機架的時候，需要遵循一個重要的原則，那就是要保證機構自身所具有的剛度、接頭處所具有的剛度以及局部剛度，除此之外還需要對結構工藝以及安裝方式進行一定的考慮。在實際使用的過程中，電主軸的運轉速度是非常快的，因此就會必然產生一些振動，因此在設計的過程中，選擇合理的機架材料，確保振動可以被吸收。基于上述這些考慮，在本文的設計中所選擇的是鑄鐵，這是因為鑄鐵能夠對振動進行一個高效率的吸收。3.4剖分式機械密封的設計3.4.1整體結構設計下面開始設計剖分式密封裝置，在本文的設計中，所設計的是一種半剖分的形式動環座，在結構上是通過2個環瓣所構成的，對于靜環以及動環而言，屬于完整的一個環，在下面這張圖中給出了示意圖，從左到右分別是動環、動環座以及靜環。(a)(b)(c)圖3.3機械密封部件對于動環座而言，其利用o型圈固定在主軸上面，同時利用一種類似于卡扣的形式和動環確保處于相對靜止的關系，這樣在主軸進行轉動的時候，就會將動環帶動一起進行運動，然后動環座就會將動環帶動起來一起運動，這樣動環利用較高速度的轉動和處于靜止狀態的靜環構成厚度一定的氣膜從而實現一種密封效果，在下面這張圖中給出了整體結構示意圖：圖3.4剖分式機械密封的整體結構在上面的設計內容中并不包括輔助件以及推環機構這些部件，加上這些部件之后就形成了如下圖所示的整體結構示意圖：圖3.5包含輔助件的整體結構3.4.2動環與動環座的結構設計根據查閱的資料，在本文中設計了一種動環和動環座的連接結構，如下圖所示，在這個結構里面，在彈簧壓緊的時候，那么動環座就能夠將一個徑向補償提供給動環。112圖3.6動環與動環座的結構簡圖圖4.2所示，1所表示的是動環座，2所表示的是動環。對于動環座而言，其利用“O”’型圈固定在主軸上面，利用一種類似于卡扣的形式固定在動環上面，在主軸進行轉動的時候，那么動環座就會隨之轉動起來，這樣就能夠將動環帶動起來，一起進行轉動。3.4.3靜環的結構設計靜環是剖分式機械密封必不可少缺的零件之一，它的主要功能是與動環相對轉動進而產生壓力差形成氣膜，達到密封的效果。本實驗裝置參考前人設計資料，設計出下圖所示靜環。圖3.7靜環結構圖該靜環通過彈簧夾與剖分式機械密封的外殼相連接，外殼在端蓋與動環座輔助件中間，端蓋壓在動環座輔助件的支撐下壓緊外殼使外殼固定，進而使靜環達到固定的效果，其結構如下：圖3.8靜環與外殼連接結構圖3.4.4輔助件的結構設計顧名思義，輔助件的作用就是輔助作用，它在機械密封的地位雖不如動靜環，甚至一些簡單的機械密封沒有輔助件的用武之地，但是這并不妨礙人們對輔助件的研究。輔助件有很多種種類，常見的有彈簧、O型圈等，本設計的實驗裝置就有應用彈簧和O型圈。彈簧是彈性機構中的核心部件，它們為動環提供了徑向補償，使動環與靜環保持穩定狀態，這對氣膜的產生、對密封起著關鍵性的作用。本實驗裝置的輔助件的結構圖如下：圖3.9輔助件位置分布圖

4各零件的功能4.1電機的介紹及選用對于電機驅動而言，也被稱之為三相異步電動機，所謂的異步電動機所指的就是所有可以完成電能和其他機械能之間相互轉換的電動設備。對于三相異步電動機而言，是基于感應定律理論以及量子理論電磁場理論所發展出現的產物，這種電動機具有較高的效率，同時價格又不是很高，并且三相異步電動機的種類很多，能夠應用在很多領域當中。目前主流的發動機主要有四種，分別是dc同步電動機、三相異步電動機、控制同步電動機以及同步電動機。通常情況下在對電動機進行選擇的時候，所遵循的原則為：先對電動機的型號進行選擇，然后再對電動機的功率進行選擇。在本文的設計當中，對于實驗裝置而言，其所對應的轉速大小在這個范圍內，能夠看得出來具有較大的調速范圍，對于常規的調速電機而言，基本無法完成這個范圍內的調速，所以在本文的設計中所選擇使用的是YVP系列變頻調速電動機。然后下一步需要做的就是保守估測負載轉矩大小，在估測之后本文設計選擇使用的是IMB34H80-112永磁同步電機，其參數為。圖4.1IMB34H80-112永磁同步電機4.2聯軸器的介紹與選用聯軸器是一種常用的傳動部件。它通常用于連接軸與軸目前科學界廣泛地認為使用于它來控制連接方向軸和傳動軸，所能夠起到的主要作用就是軸和軸之間的連接，有一定元件補償驅動能力的聯軸元件被統稱為軸向撓性聯軸元件補償聯軸器,無一定元件補償驅動能力的元件稱為軸向剛性聯軸元件補償聯軸器。其中的無撓性機械元件比如聯軸器又大致可以細分為兩種不同的類型，一種是彈性元件的，另外一種是沒有彈性元件的。在本文的設計中，在進行了全方位的考慮之后，使用的是有彈性元件的撓性聯軸器，在對各種型號進行分析之后，確定選擇的是LX星形彈性聯軸器。圖4.3LX星形彈性聯軸器4.3測量裝置的介紹與選用下面開始通過實驗裝置測試剖分式機械密封：4.3.1氣膜厚度的測量這里所使用的機械密封屬于是一種非接觸式的，對于裝置而言，在處于正常運轉狀態下的時候，靜環和動環兩者間會存在著一個穩定氣膜，這個氣膜處在2~5μm之間，通過該氣膜能夠將靜環和動環隔離開來，同時還能夠使得摩擦阻力減少。測量這個氣模的厚度就是測量位移量大小。目前有很多種傳感器能夠針對位移進行測量，可是對于本文的實驗裝置而言，其氣膜所對應的厚度大小是處在1~5μm這個范圍內，所對應的測量精度大小是QUOTE0.1μm，很少有能夠滿足這個精度標準的傳感器。在經過細致的選擇之后，本文選擇使用的是型號為ST-2-03的電渦流傳感器，這個傳感器所對應的精度大小是QUOTE0.1μm，同時量程大小是1mm，完全能夠滿足本文的測量要求。在靜環和動環之前的氣模非常的小。對于所使用的電渦流傳感器而言，其探頭在靜環面上進行安裝，然后通過所謂的電渦流效應針對靜環和動環之間所具有的相對位置進行測量。圖4.4電渦流傳感器圖4.5探頭4.3.2密封端面開啟力的測量由于干氣密封的靜環一般是非平衡型,靜環所承承的受力為密封彈簧的彈力、密封氣體的壓力、氣膜的閉合壓力,其中,彈簧的閉合彈力與正好使密封膜和氣體的閉合壓力相互作用的方向相同,稱之為干氣密封彈簧端面閉合的壓力,它可以使密封膜與動環、靜環緊貼在一起,而密封氣膜的閉合壓力正好與密封膜的閉合力相互作用的方向正好相反,稱之為干氣密封彈簧端面氣膜所開啟的壓力。對于這個傳感器而言，其所開啟的壓力通常情況下能通過大部分壓力傳感器來進行測量，目前有多種壓力傳感器，同時所對應的工作原理也都不一樣，所以要選擇合適的壓力傳感器。對于本文的這個裝置而言，選擇通過型號為hy2005的壓力變動器來測量壓力，這種壓力傳感器屬于是一種壓阻式傳感器，所對應的量程大小是，其中最高能夠達到100mpa，可以允許的測量溫度范圍處在這個范圍內，因此能夠看得出來這個壓力傳感器能夠滿足本文要求。測量方法：將壓力傳感器安裝到前壓蓋上，端面壓力通過引壓管連接到壓力變送器的入口上，就可以測出密封端面開啟力。圖4.6HY2005壓力變送器4.3.3泄漏量的測量剖分式機械部件密封的特點剖分式表面變形使得機械部件泄漏的通道非連續性變多,結構非連續性變形加劇了機械密封環的應力分布不均進而可能引發更大的非連續性變形,導致的泄漏比同工況下的各種傳統剖分式機械部件和密封多。這些機械部件和密封的泄漏將可能會對其構成健康、安全和對環境等諸多方面的威脅和隱患,因此正確掌握和了解泄漏的動態以及采取措施有效消除這些泄漏問題成為了剖分式機械部件和密封相關技術課題研究的重點和關鍵。盡管目前傳統的橫向剖面拆分式環形整環大型機械元件密封的總體溢油率及其泄漏由端而單位泄漏溢油率和縱向剖面拆分式大面積式整環機械泄漏的單位溢油排泄率兩個主要部分共同組成,但其泄漏總體的單位泄油泄漏率仍然還需要準確可靠地通過企業采用與目前市場上使用傳統的剖分整環式大型機械元件密封相同的總體溢油率及其泄漏率和測量方法等來進行準確測量。在本文的設計中，為了能夠有效的確保實驗裝置精度足夠高，應測量密封腔所對應的氣體泄漏量大小，在本文的設計只選擇通過氣體測量儀對這些泄漏量進行測量。通過相關資料的查閱能夠知道，本文所使用的這個裝置所選擇使用的軸徑大小沒有超過80毫米，因此對于這個裝置而言，其所對應的泄漏量大小也不會超過8mL/h。測量方法是將氣體測量儀安裝到排氣孔中，通過對比進氣孔進入氣體的量和排氣孔收集氣體的量，這樣就能夠將泄漏量大小測量出來。

5各零部件的設計及各零件的選用校核5.1軸的設計及校核下面開始確定剖分式機械密封實驗裝置的一些參數規格：對于該裝置而言，其主軸所對應的直徑大小是50毫米，通過這個數據就能夠對徑向氣浮軸承所對應的軸徑大小進行確定，確定為50毫米。在下面這張圖中給出了軸的結構示意圖：圖5.1軸的結構示意圖1.通過扭轉強度條件來進行計算：可以通過下面的式子計算出軸所對應的扭轉強度條件是：QUOTE(1-1)在上面的式子里：QUOTE所表示的是扭轉切應力大小，這里單位使用的是Map;QUOTE所表示的是軸所受的扭矩大小，這里單位使用的是QUOTE;QUOTE所表示的是軸所對應的抗扭截面系數大小，這里單位使用的是QUOTE;n所表示的是軸的轉速大小，這里單位使用的是QUOTE;p所表示的是軸傳遞的功率大小，這里單位使用的是Kw;d所表示的是計算截面處軸的直徑大小，這里單位使用的是mm;[QUOTE]所表示的是許用扭轉切應力大小，這里單位使用的是Mpa.可以通過下面的式子計算出軸的直徑大小QUOTE(1-2)在上面的式子里，QUOTE,通過資料的查閱得知，，然后把QUOTE帶到上面的式子里面就能夠得出：QUOTE(1-3)由于d=50mm，因此這個數值是能夠滿足設計要求的。2.按彎扭合成強度條件計算1）對于所使用的電機而言，其所對應的轉速大小是，所對應的功率大小是，那么可以通過下面的式子計算出扭矩大小是：對于這個系統而言，所進行的是試驗測試，因此并沒有對外部的載荷進行承受，僅僅對自身所形成的載荷進行了承受，因此對于這個軸而言，其能夠進行簡化，可以簡化成下面這張圖所示的簡支架：圖5.2軸的受力示意圖2.在本文的設計中，選擇通過UG/NX工程軟件利用模型的建立來分析軸，在完成分析之后，就得出了每一個部分所承受到的質量分布去圖。材質：45剛圖5.3軸承受的質量分布示意圖QUOTE(1-4)QUOTE(1-5)圖5.4軸的彎矩示意圖圖5.5軸的轉矩圖3.根據彎扭合成應力來針對這個軸所對應的強度進行校驗QUOTE(1-6)對于這個軸而言，其所使用的制造材料屬于45鋼，通過資料的查閱得出QUOTE,所以QUOTE，能夠看得出來是安全的。5.2螺栓的選用與校核5.2.1與機架連接的螺栓組設計與校核1.在這類螺栓數目Z=4，同時這些螺栓是呈現一種對稱方式布置的。在下面這張圖中給出了具體的布置情況：圖5.6螺栓的布置示意圖2.螺栓受力分析對于電機而言，當其處于滿載運轉的狀態時，螺栓所受到的傾力矩大小是2.38QUOTE，在本文的設計中初步選擇的是8.8級的M20螺栓，同時所對應的加載預緊力大小是。通過的作用，對于下面這兩個螺栓而言，會受到一定的減載作用，對于上面這兩個螺栓而言，會受到一定的加載作用，所以能夠看得出來，對于上面的那兩個螺栓而言，受到了最大的作用力。QUOTE(1-7)故上面的螺栓所受的軸向工作載荷為QUOTE(1-8)3.螺栓許用引力校核所選擇的材料是Q235,同時所對應的性能等級是8.8級，通過資料的查閱得出這個材料所對應的屈服極限大小是QUOTE,又通過資料的查閱得出QUOTE，所以QUOTEQUOTE(1-9)故合適4.校核螺栓組連接接合面的工作能力1）抗彎載面系數W為QUOTE(1-10)在F2作用下接合面的擠壓應力QUOTE為QUOTE(1-12)在傾覆力矩M作用下接合面的QUOTE為QUOTE(1-13)2)對于連接在接合面下端上所對應的擠壓應力而言，其值不能比許用值大，這樣能夠避免接合面被壓碎。QUOTE(1-14)故不會壓碎。3）以防止上端接合面發生間隙，則QUOTEQUOTE(1-15)故不會產生間隙。5.2.2密封端蓋的螺栓設計與校核1.受軸向載荷的螺栓組連接如圖所示：圖5.7螺栓分布圖2.對于缸體以及缸蓋而言，都是鋼制QUOTE通過資料的查閱得出QUOTE