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往复式隔膜泵广泛应用于输送高温、高磨蚀性固液两相介质的化工、建材、煤炭和电力等行业。十字头是往复式隔膜泵中把曲轴的回转运动转化为活塞往复运动的重要部件,十字头滑履与滑道的磨损会导致十字头轴线与活塞轴线不对中,使得活塞皮碗和密封磨损加快,易引起串料、漏油,影响隔膜泵正常工作,所以要求设计时保证滑履滑道摩擦副比压小于许用值,以避免摩擦副出现干摩擦状况。
隔膜泵设计中,滑履滑道摩擦副的设计准则是设计比压要小于许用值,以前滑履材料选择巴氏合金,滑道采用球墨铸铁,为了降低成本,某厂采用铝青铜滑履,但是国内缺少铝青铜和球墨铸铁这对摩擦副的许用比压资料,当前设计是类比文献给出的巴氏合金对铸铁的许用值,设计较保守,导致十字头结构偏大。另外,滑履滑道摩擦副接触比压不是均匀分布的,十字头销在十字头中的位置变化会对滑履滑道的最大接触比压值产生影响,存在着某个位置能使最大接触比压值最小。因此,有必要对滑履与滑道的接触比压进行进一步分析。
本文建立了往复式隔膜泵动力端曲柄滑块机构的虚拟样机,对其进行运仿真分析,由分析结果确定了有限元分析的载荷及比压试验中销试件的回转速度;对十字头进行有限元分析,得到履滑道摩擦副的最大比压值,通过比较最大比压与平均比压,得到用于由极限比压确定许用比压的安全系数;并通过有限元优化得到使得滑履与滑道之间最大接触比压最小时的十字头销的位置;最后,通过MMW-1万能摩擦磨损试验机测量得到铝青铜和球墨铸铁摩擦副的极限比压,进而确定其许用比压。