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1、洒水喷头DN20设计计算书、设计参数：动作温度：651-741工作压力： 1.2Mpa 工作介质：水 名称规格：直立式水喷淋头 DN20、喷头总体受力情况：111图一喷头试压受力示意图图二喷头喷洒受力示意图1. 由图一所示，在试验和工作中其主要的受力元件是喷头体(拉 力)玻璃球和螺钉(压力)；2. 由图二所示，喷头在喷洒工作时溅水盘受到水压的冲击f (冲击 压力)。在设计使用过程中，只要对以上主要受力元件进行强度设计、校核即可 以满足要求。在对喷头体进行受力分析可知二侧支臂上的载荷 P 分别来自装配玻璃球的预紧力Q和P,并P=Q +P/2,螺钉的载荷P为预紧力Q和P,并Pl PyPP=Q +P
2、,螺钉装配规定的预紧力距为T=0.35 (Nm)。喷头体在正常工作中， yP入水口受到的水压为1.2 (Mpa)要远小于在强压试验中受到水压4.8 (Mpa), 因此在强压试验中满足强度要求则在工作中一定满足,所以取强压试验为强 度校合条件。三、材料选取：根据喷头设计压力选择 H59 作为螺钉和喷头体的制作材料,查机械设计手 册第一版上册P592表2-103得H59强度极限=60 (MPa)；溅水盘零件材料选 取H62。此材料有较好的强度和塑性，能良好地承受冷压、热压加工。查机械设计手册第一版上册P592表2-103得H62屈服极限6 =26 (MPa)。强度极限6s=40( MPa)b四、喷
3、头体设计计算：由物理学帕斯卡定律P = F/S式中：P为压强,PaS受力面积，F为垂直作用在S上的合力,N 在强压试验时P = 4.8MpaS 为直接与工作介质水接触并在 XY 面上大的投影面积即为喷头的出水口面 积，由设计图知出水口 R=6.25(mm)由圆面积公式S=n R2式中：R为圆半径，ms为圆面积，m代入 R=6.25 mm得 S=1.2268X 10-4()已知 P=4.8 (MPa)代入 P=F/SF=PS=4.8X106X1.2268X10-4=588.9(N)式中：T拧紧力矩，NmQ 预紧力， NPd公称直径，m代入 T=0.2QdP查机械设计手册 2-7公式： T=0.2
4、QdP已知 T =0.35(Nm)d=0.005(m)max0.35Q=T/0.2d=350 (N)即 P=F+Q=588.9+350/2=469.5( N)P由喷头零件图可知支臂上截面积最小处就是危险截面所在处，其形状为一个底为 5mm高为4 mm的等腰三角形。P 0.2 0.0056 =P/F式中：P为纵向力,Nf为横截面面积,m6 为计算应力 ,MPa查机械设计手册P113表1-64公式：作用在喷头单侧支臂上的力P为水压作用力F/2和预紧力Q的合力。P把 P=469.5 (N)F=4X5X0.5=1X10-5 (m)代入6 =P/F得6 =469.5/1X10-5=46.9(MPa)查机
5、械设计P7式1-96 6 = 6式中：caLim已知： 6 =6 =57.8(MPa)ca代入6 6 = 6caLim6 =46.9 (MPa)6 =60 ca所以喷头体满足设计强度要求。6 表示计算应力,MPaca6 口m极限应力，MPa6 许用安全应力6=6 =60( MPa)Lim bMPa)五、螺钉螺纹设计计算：螺钉在试压和正常工作中受到自身预紧力 Q 和工作载荷 F 二个作用力。预 紧力距使螺钉不但受压应力的作用还受螺纹副之1间的摩擦力矩查T产生的扭转 1应力的作用。查机械设计手册表 1-64公式：6 =P/F 式中：P为纵向力,NF为横截面面积,6 为压应力 ,MPaP 为预紧力
6、Q 与水作用力的合力 P=350+588.9=938.9(N) PF=n d2d为螺栓危险截面直径,md通常为螺纹的小径d =4.459代入得F=6.243X 10-5 (mJ 116 二P/F=938.9/6.24X 10-5=15. 1 (MPa)机械设计得t =0.56式中：6 为预紧力产生的受压应力,MPaT Q Q6 二P15.1 (MPa)代入T =0.56QT =0.5X15.1=7.5 (MPa)由于H59是脆性材料查机械设计表1-2得第一强度理论公式6 =6 /2 + (6/2) +t 2式中：6 计算应力caca6 压应力T 扭转应力6 =15.1 (MPa) T =7.5
7、 (MPa) 代入6 =6 /2+ (6 /2) +t 26=15.1/2+ (15.1/2) + 7.52 =18.1 (MPa)ca查机械设计式 1-96 6 = 6 式中：caLimca6表示计算应力,MPaca已知 6=18.1(MPa)ca代入6 w6 = 6caLim6 =13.49 (MPa)6 =60ca6 口m极限应力Pa6 许用安全应力6=6 =60 ( MPa)Lim bMPa)所以螺钉满足设计使用强度要求六、溅水盘设计计算：由溅水盘设计图可以知道其形状可以近似等效成一个直径屮37.5 mm有缺口 的圆。每个齿的受力情况相同，只要校合一个齿的强度即可。如果其中任何一个 强
8、度满足则溅水盘整体强度满足。查机械设计手册 P113 表 1-64公式：6 =M /W式中M 弯距,Nm3 X3W 截面X-X轴的抗弯截面系数x6受拉边最大拉应力,MPa查机械设计手册P107表1-63公式：W=ab2/6 式中a为截面宽,mmxb为截面长,mm a=1.5(m)b=1(m)代入 W=ab2/6xW=1.5X1/6=0.25(m 3)xM =Fl式中F为作用力,N3L为力矩长,mF=qs式中S为均布载荷作用面积即溅水盘一个齿的面积,mq为均布载荷,N/m?S= (1.5+1 )X4/2=5X10-6 (mJq 为 正常工作水压 q=1.2X106(N/m已知 L=6 (mm)F
9、=1.2X106X5X10-6=6(N)代入 M=FlM =Fl=4X10-3X6=0.024(Nm)w6 =0.024/0.25X 10-6=0.1 (MPa) 查机械设计P7式1-9W=0.25(m 3)x代入6 =M/Wwx6 6 = 6/ScaLim式中：6ca6LimS6S6 已知616 /6SB6 =0.1 (MPa)w6 = 26/1.5=17.3 (MPa)t 所以溅水盘的强度符合设计使用要求=36( MPa)b=26/40=0.65表示计算应力, MPa抗拉应力, MPa 许用安全系数由6 /6 值查表Sb 屈服极限 6 强度极限 b 许用安全应力6 = 6/SLim6=6 =26( MPa)=6 =0.1(MPa)ca tLim b根据机械设计P8表1-3 S取1.5由以上计算可以得出喷头力学性能满足设计使用要求。参考文献1 机械设计孙志礼等主编东北大学出版社2000年9月第一版2 机械设计手册化学工业出版社1987年12月北京第一版上册3 GB5135135.1-2003 自动灭火系统第一部分：洒水喷头
直立式洒水喷头设计计算书
