油井鉆井甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
油井鉆井甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),油井,鉆井,甩干機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題 目
油井鉆井甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
題 目
油田鉆井用甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
題目來(lái)源
工程實(shí)踐
學(xué)生姓名
王嘉宇
學(xué) 號(hào)
0802140124
專業(yè)班級(jí)
14級(jí)機(jī)械1班
指導(dǎo)教師
劉凌
職 稱
副教授
教 研 室
機(jī)械
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)與要求
任務(wù)：
本設(shè)計(jì)以油田甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)為主要突破口，為目前市場(chǎng)生產(chǎn)油田甩干設(shè)備機(jī)提供可靠保證。
設(shè)計(jì)一油田用甩干機(jī)，該機(jī)用于油田鉆井時(shí)鉆井液的液固相分離，以利環(huán)保，節(jié)省費(fèi)料運(yùn)輸成本，甩干機(jī)錐籃錐度15度，大端直徑1000mm，長(zhǎng)606mm，錐筒錐度15度，大端直徑922mm，長(zhǎng)504.5mm，進(jìn)料口直徑208mm，進(jìn)料量34 t/h。
錐筒轉(zhuǎn)速870 rpm,錐籃錐筒轉(zhuǎn)速差15 rpm左右。錐籃、錐筒及輸入軸采用帶擺線針輪的雙自由度輪系機(jī)構(gòu)。
電機(jī)采用Y225M-4，功率45kw，滿載轉(zhuǎn)速1840rpm。要求有潤(rùn)滑系統(tǒng)。
要求：設(shè)計(jì)合理，分析嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)算準(zhǔn)確；圖紙完備，整潔，正確；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)調(diào)理清楚，能夠上網(wǎng)檢索，查閱文獻(xiàn)，了解相關(guān)領(lǐng)域的前沿狀況；能夠使用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。
工作量：1）開(kāi)題報(bào)告一份；2）閱讀至少15篇相關(guān)文獻(xiàn)資料，3篇外文資料；3）翻譯英文資料2000字以上；4）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8000字以上；5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總繪圖量不少于折合成圖幅為A1號(hào)的圖紙1.5張；6）完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，使其原理上滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)程
起止時(shí)間
工作內(nèi)容
第1~2周
2017.12.01~2017.12.29
第3~5周
2018.01.03~2018.01.22
第5~7周
2018.1.23~2018.4.15
第8~9周
2018.4.16~2018.4.30
第10~11周
2018.5.1~2018.5.13
第12周
2018.5.14~2018.5.25
查（借）閱資料，學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)理論和知識(shí)，選擇合理的方案并撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
清主軸設(shè)計(jì)完畢
搭建仿真圖
撰寫(xiě)畢業(yè)論文。
論文定稿
整理資料準(zhǔn)備答辯。
指導(dǎo)教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長(zhǎng)（簽字）
學(xué)生（簽字） 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）起止時(shí)間：2018年12月27日至2018年5月25 日
注：本表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，于每學(xué)年第1學(xué)期18周，經(jīng)畢業(yè)論文工作組審批，隨畢業(yè)論文裝訂由學(xué)院存檔。
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告
論文（設(shè)計(jì)）題目
油田鉆井用甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
王嘉宇
學(xué)號(hào)
0802140124
指導(dǎo)教師
劉凌
1、 研究目的及意義
甩干機(jī)和其他分離機(jī)械相比，不僅能得到含濕度低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，并具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)遙控。操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。甩干機(jī)結(jié)構(gòu)、品種及應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實(shí)踐是個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。目前在理論研究方面所獲得的知識(shí)，主要還是用來(lái)說(shuō)明試驗(yàn)的結(jié)果，而在預(yù)測(cè)機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，往往仍要憑借經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)。
甩干機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮 、分離 、澄清、凈化及固體顆粒分級(jí)等工藝過(guò)程，它是隨著各工業(yè)部門(mén)的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來(lái)的。 我國(guó)真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)螺旋甩干機(jī)是1954年制造的，由于它獨(dú)具連續(xù)操作、處理量大、單位產(chǎn)量耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到了迅速發(fā)展，在四十多年的發(fā)展中，結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)變化很大，分離質(zhì)量、生產(chǎn)能力不斷提高，應(yīng)用范圍更加廣泛，在甩干機(jī)領(lǐng)域中一直占有重要地位。在各種國(guó)際展覽會(huì)上，各種各樣的螺旋甩干機(jī)，是所展出的甩干機(jī)中最吸引人的機(jī)型，具有良好的發(fā)展前景。我國(guó)從七十年代末開(kāi)始引進(jìn)螺旋甩干機(jī)，對(duì)國(guó)外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的臥螺甩干機(jī)進(jìn)行了仿制。甩干機(jī)是原化工部“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，1989年南京綠洲機(jī)器廠仿制了ALFANx42o型大錐角((20)甩干機(jī)(即L201)，用于玉米蛋白的分離，并于1992年制成樣機(jī);此后，重慶江北機(jī)械廠、解放軍第4819廠和金華鐵路機(jī)械廠等研制開(kāi)發(fā)了一系列的螺旋卸料沉降甩干機(jī)，并成功地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。但是就整體水平而言，我國(guó)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的。隨著現(xiàn)代工業(yè)文明的發(fā)展和人類對(duì)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重視，分離效果好，振動(dòng)小、噪聲低成為甩干機(jī)能否被市場(chǎng)接受的重要條件。這就需要甩干機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。通常，動(dòng)態(tài)特性包括臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)和穩(wěn)定性等內(nèi)容。甩干機(jī)的參數(shù)選擇及優(yōu)化是提高甩干機(jī)動(dòng)態(tài)特性的首要環(huán)節(jié)。
二、研究?jī)?nèi)容
結(jié)合本專業(yè)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)課程，理解油井鉆井用甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本原理。參與計(jì)算設(shè)計(jì)油井鉆井用甩干機(jī)基本結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)鼓、螺旋、機(jī)件密封）和靜子（機(jī)座）詳細(xì)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)在力學(xué)計(jì)算中對(duì)離心機(jī)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行有限元分析。運(yùn)用所學(xué)機(jī)械制圖知識(shí)、計(jì)算機(jī)繪圖知識(shí)，畫(huà)出主要管路圖、主要非標(biāo)準(zhǔn)件圖、一級(jí)和二級(jí)部件裝備圖。要求詳細(xì)給出甩干機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并給出一個(gè)與研究課題相關(guān)的英文翻譯文獻(xiàn)，最終達(dá)到對(duì)油井鉆井用甩干機(jī)更深層次的理性認(rèn)識(shí)。
三、研究方案以及步驟
經(jīng)分析、考量，該設(shè)計(jì)劃分為以下階段：
第一階段：1）查閱相關(guān)資料，整理出所需的信息。
2）明確設(shè)計(jì)要求，借鑒其他文章研究思路。
3）學(xué)習(xí)相關(guān)軟件及算法
第二階段： 1）整理分析方案，進(jìn)行演算操作。
2）初步確定方案，并對(duì)其可行性、操作性能進(jìn)行分析并改進(jìn)。
3）對(duì)改進(jìn)后的計(jì)算方法演算，確定最終分析方案。
4）繪制一份完整的仿真圖。
第三階段： 測(cè)試并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行改進(jìn)并反思總結(jié)。
四、研究方法及技術(shù)途徑
1.本設(shè)計(jì)以油田甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)為主要突破口，為目前市場(chǎng)生產(chǎn)油田甩干設(shè)備機(jī)提供可靠保證。設(shè)計(jì)一油田用甩干機(jī)，該機(jī)用于油田鉆井時(shí)鉆井液的液固相分離，以利環(huán)保，節(jié)省費(fèi)料運(yùn)輸成本。
2.技術(shù)途徑
1）自學(xué)相關(guān)軟件和算法；
2）查閱相關(guān)甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)；
3）老師的專業(yè)指導(dǎo)。
3．確定主要參數(shù)
1）甩干機(jī)錐籃錐度15度，大端直徑1000mm，長(zhǎng)606mm，錐筒錐度15度，大端直徑922mm，長(zhǎng)504.5mm，進(jìn)料口直徑208mm，進(jìn)料量34 t/h。
2）錐筒轉(zhuǎn)速870 rpm,錐籃錐筒轉(zhuǎn)速差15 rpm左右。錐籃、錐筒及輸入軸采用帶擺線針輪的雙自由度輪系機(jī)構(gòu)。
3）電機(jī)采用Y225M-4，功率45kw，滿載轉(zhuǎn)速1840rpm。要求有潤(rùn)滑系統(tǒng)。
5、 實(shí)施計(jì)劃
第一周：接受任務(wù)調(diào)查研究、熟悉課題、收集資料
第二、三周：編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，規(guī)劃設(shè)計(jì)流程
第四到八周：對(duì)各部件、零件設(shè)計(jì)
第八到十周：總體設(shè)計(jì)，反復(fù)論證
第十到十一周：編寫(xiě)畢業(yè)論文
第十二周：修改整理、復(fù)查材料
第十二周以后：畢業(yè)答辯
六、工作量的估計(jì)
1）開(kāi)題報(bào)告一份；2）閱讀至少15篇相關(guān)文獻(xiàn)資料，3篇外文資料；3）翻譯英文資料2000字以上；4）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8000字以上；5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總繪圖量不少于折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙1.5張；6）完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，使其原理上滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)及建議（從選題、理論與實(shí)證準(zhǔn)備、研究（設(shè)計(jì)）方法、工作安排等方面給出評(píng)價(jià)，并提出指導(dǎo)意見(jiàn)）：
論文選題符合工程實(shí)際，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，研究方法和技術(shù)路徑正確，工作飽滿，且工作安排合理，思路較為清晰，同意開(kāi)題！
同意開(kāi)題！
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
畢業(yè)論文工作組意見(jiàn)及建議
準(zhǔn)予開(kāi)題
畢業(yè)論文工作組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日
注：1.此表由學(xué)生填寫(xiě)后，交指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)，經(jīng)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作組審批后，才能開(kāi)題。
2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。
油井鉆井用甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要：本設(shè)計(jì)以油田甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)為主要突破口，為目前市場(chǎng)生產(chǎn)油田甩干設(shè)備機(jī)提供可靠保證。研究工作的主要對(duì)象是甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合本專業(yè)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)課程，理解油井鉆井用甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本原理。參與計(jì)算設(shè)計(jì)油井鉆井用甩干機(jī)基本結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)，確定使用鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)結(jié)合的分級(jí)傳動(dòng)。
本論文采用所學(xué)知識(shí)在力學(xué)計(jì)算中對(duì)甩干機(jī)機(jī)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行分析。通過(guò)自身所學(xué)的機(jī)械制圖、軟件操作方面的技巧，畫(huà)出了所需設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的零件和裝配圖的三維圖形。最終成功設(shè)計(jì)出了油井鉆井用甩干機(jī)的傳動(dòng)部分的所有構(gòu)件并裝配成功，而且得出了所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在力學(xué)方面的各項(xiàng)性能和強(qiáng)度、剛度方面都符合此次設(shè)計(jì)要求的重要結(jié)論。
關(guān)鍵詞：甩干機(jī)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；分級(jí)傳動(dòng)
IX
Structure Design of Dryer for Oil Well Drilling
Abstract: This design takes the structure of oil field dryers as the main breakthrough, and provides a reliable guarantee for the production of oil-field spinning equipment in the market. The main object of the research work is the structural design of the dryer, combined with professional courses such as mechanical design, mechanical drawing and mechanical manufacturing technology, to understand the structure and basic principles of the oil-well drilling dryer. Participate in the calculation and design of the basic structure of the dryer for drilling oil wells, focusing on the detailed design of the transmission mechanism, and determining the use of a graded transmission combining chain drive and gear transmission.
In this paper, the strength and stiffness of the dryer are analyzed in the mechanical calculation using the learned knowledge. Through the learned mechanical drawing knowledge and computer drawing knowledge, the main structural drawings, main non-standard parts drawings, and first- and second-level parts equipment drawings are drawn. Finally, successfully designed all the components of the transmission part of the oil-well drilling dryer and successfully assembled it, and it was concluded that the designed transmission mechanism is in line with the design requirements in terms of mechanical properties, strength and stiffness. in conclusion.
Key?words: Drying machine，Transmission mechanism，Grading drive
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目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 甩干機(jī)簡(jiǎn)介 1
1.2 國(guó)外甩干機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 國(guó)內(nèi)甩干機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.4 研究甩干機(jī)的目的及意義 2
第2章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路 3
2.2 軟件介紹 4
2.3 電機(jī)選擇 4
2.4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6
2.4.1 軸的分類 6
2.1.2 軸的材料選擇 6
2.4.3 軸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 8
2.4.4 軸的強(qiáng)度校核 8
2.4.5 軸的剛度校核 11
2.5 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
2.5.1 鏈輪設(shè)計(jì) 12
2.5.2 鏈條設(shè)計(jì) 14
2.5.3 鏈傳動(dòng)強(qiáng)度校核 16
2.6 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
2.6.1 齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 16
2.6.2 齒輪的強(qiáng)度校核 18
2.7 其它零件設(shè)計(jì) 18
第3章 甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
3.1工作原理 21
3.1.1 一般甩干機(jī)工作原理 21
3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作原理 21
3.2 甩干機(jī)結(jié)構(gòu)組成 23
3.3 甩干機(jī)總圖設(shè)計(jì) 24
第4章 運(yùn)動(dòng)仿真 25
4.1 零件的裝配 25
4.2 運(yùn)動(dòng)仿真 26
第5章 設(shè)計(jì)總結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 29
致謝 31
附錄A 外文文獻(xiàn)及翻譯 33
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1 甩干機(jī)簡(jiǎn)介
甩干機(jī)也稱為沉降過(guò)濾離心機(jī)，甩干機(jī)在性質(zhì)上屬于連續(xù)篩網(wǎng)式離心機(jī)，用途方面主要是是固液分離?？梢詮你@屑中回收液相鉆井液，通過(guò)給鉆屑施加很高的離心加速力，提高從鉆屑中分離液體的效果。還可以通過(guò)篩網(wǎng)回收加重泥漿，避免因?yàn)檎駝?dòng)篩故障、鉆機(jī)移動(dòng)或篩網(wǎng)阻塞而損失加重泥漿。它可以幫助滿足必須遵守的某些鉆屑含液量排放要求，并且可以節(jié)省鉆井液的消費(fèi)成本。
甩干機(jī)在功用上屬于后處理范圍的器械，首要用在物料的水分脫離和固液分離等工藝規(guī)程，近幾年來(lái)，各工業(yè)部門(mén)發(fā)展迅速，甩干機(jī)行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展。甩干機(jī)和其他分離機(jī)械相比，優(yōu)點(diǎn)良多：
1）能得到含濕度低的固相和高純度的液相；
2）可以節(jié)省勞動(dòng)力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件；
3）可以進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)遙控；
4）操作安全可靠，且占地面積小。
我國(guó)甩干機(jī)行業(yè)在設(shè)計(jì)及使用等各方面的發(fā)展?fàn)顩r都是穩(wěn)步上升，可是理論研究過(guò)于落后，目前在理論方面的研究現(xiàn)狀和成果，只能用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)果，不能應(yīng)用與實(shí)踐。在設(shè)計(jì)和計(jì)算的方面上，多數(shù)還是憑借經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)。
1.2 國(guó)外甩干機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外甩干機(jī)的發(fā)展起步較早，技術(shù)更為成熟，國(guó)外各大油田都有相關(guān)甩干機(jī)的工作案例，甩干機(jī)在石油無(wú)害化處理及回收利用的過(guò)程中起到了重要的作用。甩干機(jī)在石油鉆采的使用過(guò)程中明顯的節(jié)約了成本并且提高了經(jīng)濟(jì)效益，減輕了對(duì)環(huán)境造成的污染。美國(guó)的ELGIN、Baker Hughes和MI-SWACO等公司是行內(nèi)生產(chǎn)甩干機(jī)的領(lǐng)先制造商。傳統(tǒng)的流線型振動(dòng)篩處理后的鉆屑含液量平均在15％~20％之間，而經(jīng)甩干機(jī)處理后的鉆屑含液量低于4％，如果管理得當(dāng)，某些情況下可降至1％，從而在降低環(huán)境污染方面優(yōu)勢(shì)極為明顯。但是，國(guó)內(nèi)對(duì)于鉆井甩干機(jī)的研究起步較晚，發(fā)展還不成熟，這就使得國(guó)內(nèi)開(kāi)展相關(guān)方面的研究工作較為迫切。
1.3 國(guó)內(nèi)甩干機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
相對(duì)來(lái)說(shuō)，由于起步晚，國(guó)內(nèi)對(duì)于鉆肩甩干機(jī)方面的應(yīng)用還不太成熟。中國(guó)從七十年代底引進(jìn)了甩干機(jī), 為國(guó)外著名公司生產(chǎn)各種規(guī)格的臥螺甩干機(jī)進(jìn)行仿制。甩干機(jī)是原化工部 "75" 科技項(xiàng)目, 1989 南京綠洲機(jī)械廠仿制的 alfanx42o-type 大錐角甩干機(jī) （L201）, 用于分離玉米蛋白, 并于1992年研制出來(lái);此后, 重慶江北機(jī)械廠、中國(guó)人民解放軍4819廠和金華鐵路機(jī)械廠先后研制出一系列螺旋卸料甩干機(jī), 并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中[1]。為了滿足日益提高的環(huán)保要求，近兩年來(lái)甩干機(jī)的發(fā)展迅速，除海上鉆井平臺(tái)之外，已在一些油田投入使用，可是從整體的發(fā)展水平來(lái)說(shuō)，我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還是有一定的距離，并且相關(guān)機(jī)構(gòu)參考國(guó)外甩干機(jī)的發(fā)展情況，進(jìn)行了大量的研究工作，申請(qǐng)各種相關(guān)專利二十多項(xiàng)，取得了一定的成就，在國(guó)內(nèi)的主要廠家有陜西科訊、河北冠能、東方先科等，經(jīng)其處理后鉆井鉆屑含液量基本可降至5％以下，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]。但是甩干機(jī)的使用壽命較短、維護(hù)不易、篩網(wǎng)易堵塞、關(guān)鍵件易磨損等突出問(wèn)題還需再進(jìn)一步研究。
1.4 研究甩干機(jī)的目的及意義
在二十一世紀(jì)，現(xiàn)代工業(yè)文明迅速發(fā)展和，人類對(duì)環(huán)境的惡化問(wèn)題也越來(lái)越重視。甩干機(jī)行業(yè)迎來(lái)了挑戰(zhàn)，甩干機(jī)這類器械上市必須具備一定的條件：分離效果好、振動(dòng)小且噪聲要低。這就需要甩干機(jī)在轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性方面必須具有出色的表現(xiàn)。甩干機(jī)的參數(shù)選擇及優(yōu)化是提高甩干機(jī)動(dòng)態(tài)特性的首要環(huán)節(jié)。
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第2章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
第2章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路
在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是主要部分，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把動(dòng)力從機(jī)器的一部分傳遞到另一部分，使機(jī)器或機(jī)器部件運(yùn)動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)的構(gòu)件或機(jī)構(gòu)稱為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[4]。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能為：
1）改變動(dòng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足工作機(jī)的要求；
2）將其本身的運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)需要的狀態(tài)，比如說(shuō)，把正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為直線王府的狀態(tài)；
3）把構(gòu)件本身的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到其它多個(gè)構(gòu)件中，也可以將其它多個(gè)構(gòu)件的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到一個(gè)構(gòu)件上；
4）在某些方面上，機(jī)械結(jié)構(gòu)的操控難度、人生安全與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。
本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)跟據(jù)總體機(jī)型的大小、需要、及工作方式選取了由電機(jī)帶動(dòng)的齒輪傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)相結(jié)合的二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，選取齒輪機(jī)構(gòu)的原因有：
1）傳遞運(yùn)動(dòng)可靠，瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定；
2） 適用的載荷和速度范圍大；
3）使用效率高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，外尺寸?。?
4）可傳遞空間任意配置的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)。
選取鏈機(jī)構(gòu)的原因有：
1）與帶傳動(dòng)相比平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)功率大，輪廓尺寸??；
2）與齒輪傳動(dòng)相比，傳動(dòng)中心距大；
3）能在低速重在、高溫環(huán)境惡略條件下工作；
4）效率高，最大可達(dá)0.99。
而此次采用齒輪機(jī)構(gòu)與鏈輪機(jī)構(gòu)組成二級(jí)傳動(dòng)，有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
1）1級(jí)傳動(dòng)中只有兩根軸，且1級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩根軸轉(zhuǎn)向相反，2級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于有三根軸所以同向；
2）如果兩軸之間的傳動(dòng)比沒(méi)有發(fā)生改變，2級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)里面零件的尺寸要比1級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)里面零件的尺寸小，意味著二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的體積與重量比一級(jí)傳動(dòng)低，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更為輕便，也易于節(jié)約成本；
3）與1級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，解決了齒輪機(jī)構(gòu)的兩根傳動(dòng)軸之間距離過(guò)大導(dǎo)致齒輪尺寸過(guò)大的問(wèn)題。
第2章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
而此結(jié)構(gòu)也存在其缺陷，主要為以下兩點(diǎn)：
1）由于2級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件較多,故傳動(dòng)效率低于1級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；
2）因此結(jié)構(gòu)中含鏈傳動(dòng)，所以不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比。
2.2 軟件介紹
本次設(shè)計(jì)中繪圖部分采用了SolidWorks軟件，SolidWorks的主要作用在于機(jī)械設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以進(jìn)行電氣和電子設(shè)計(jì)，還有CAM自動(dòng)編程等。
SolidWorks軟件具有許多非常強(qiáng)大的功能，例如零件圖制作、裝配圖制作、運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)制作、運(yùn)動(dòng)仿真模擬、有限元分析、二維圖轉(zhuǎn)換等，且使用及其簡(jiǎn)單及方便，只要具備一定的專業(yè)知識(shí)（例如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、CAD/CAM等大學(xué)教材）和設(shè)計(jì)的理念，便可自己進(jìn)行繪圖設(shè)計(jì)，此軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，深受廣大學(xué)生及設(shè)計(jì)師喜愛(ài)。
2.3 電機(jī)選擇
我們?cè)谌粘Ｉ詈凸I(yè)需要經(jīng)常會(huì)使用到電機(jī)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩則是它的主要功能，在很多家用電器和許多的機(jī)械設(shè)備中作為動(dòng)力源。
在本次設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)將按照國(guó)家工業(yè)級(jí)甩干機(jī)（及脫水機(jī)）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)需求為：
1）生產(chǎn)能力：滿足1000-1500公斤/小時(shí)
2）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速要求為：1450轉(zhuǎn)/小時(shí)
3）功率：需大于7.5KW
4）電機(jī)級(jí)數(shù)：要求為四級(jí)（極數(shù)在一定程度上可以理解為電機(jī)轉(zhuǎn)速的分級(jí)，二極電機(jī)的轉(zhuǎn)速為三千轉(zhuǎn)/每分鐘，四極電機(jī)為一千五百轉(zhuǎn)/每分鐘，六極電機(jī)為一千轉(zhuǎn)/每分鐘 ，八極電機(jī)為七百五十轉(zhuǎn)/每分鐘。）
注釋：
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以按級(jí)數(shù)來(lái)劃分，異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)在數(shù)量上等于定子的磁場(chǎng)磁極的個(gè)數(shù)。如果定子的繞組有不同的裝配效果，級(jí)數(shù)就會(huì)發(fā)生改變。通常來(lái)說(shuō)電機(jī)的級(jí)數(shù)選擇和所需要的轉(zhuǎn)速有關(guān)，電機(jī)的極數(shù)是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的直觀表示，即：
第2章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
電機(jī)的轉(zhuǎn)速=60×電動(dòng)機(jī)頻率電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)
根據(jù)國(guó)家工業(yè)級(jí)甩干機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需求，選取的電機(jī)類型為異步電機(jī)。選擇異步電動(dòng)機(jī)的理由如下：
1）它轉(zhuǎn)子的繞組不需要連接設(shè)備以供電，它的定子的電流是由其它部位提供；
2）與其他電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，各種方面都較為方便，運(yùn)行流暢，而且具有體積小，質(zhì)量小的優(yōu)勢(shì)，使其制作消費(fèi)材料及花費(fèi)較小。一般較其它電機(jī)節(jié)省花費(fèi)35％左右；
3）異步電動(dòng)機(jī)有各種系列的版本，基本上可以適用于各種條件上的需要。
4）異步電動(dòng)機(jī)在負(fù)重條件下也能保持速度均勻，此條特性使其能適用于大部分場(chǎng)合。
異步電動(dòng)機(jī)也具有它的缺陷：它的調(diào)速性能尤其不好，在時(shí)刻需要調(diào)節(jié)速度以適應(yīng)工作條件時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)顯得格格不入。還有，異步電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)有可能破壞整體結(jié)構(gòu)的傳遞功率效率。所以在某些方面來(lái)說(shuō)異步電動(dòng)機(jī)不如同步電動(dòng)機(jī)有優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)其它因素，最終確定電機(jī)型號(hào)為Y225M-4。
Y——產(chǎn)品類型代號(hào)，表示異步電動(dòng)機(jī)。
225——電機(jī)中心高，表示軸心到地面的距離為225毫米。
M——電機(jī)機(jī)座長(zhǎng)度，表示為中機(jī)座。
4——電機(jī)級(jí)數(shù)，表示4級(jí)電機(jī)。
Y225M-4電動(dòng)機(jī)在性能上屬于異步電動(dòng)機(jī)的范疇，此電動(dòng)機(jī)是21世紀(jì)以來(lái)電機(jī)行業(yè)的最新產(chǎn)品，結(jié)合了許多先進(jìn)技術(shù)。Y225M-4具備以下優(yōu)點(diǎn)：
1）Y225M-4的效率非常高，它的效率損耗比其它的電機(jī)要低0.487%，比國(guó)外的高水平電機(jī)也不遑多讓。使用此款電動(dòng)機(jī)的話，在節(jié)省資源的方面十分有優(yōu)勢(shì)。
2）Y225M-4的起動(dòng)方面也十分具有優(yōu)勢(shì)。它的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在一定的數(shù)值之上，這是其它電機(jī)所沒(méi)有的性能。因此，它的起動(dòng)性能超過(guò)了大部分同類，而且負(fù)重啟動(dòng)沒(méi)有影響。
3）Y225M-4運(yùn)動(dòng)時(shí)的噪聲較低且?guī)缀鯖](méi)有震動(dòng)。它裝配了特定的軸承，使其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的聲音大幅度降低，在振動(dòng)方面也比其它類型的電機(jī)更為優(yōu)秀。
4）Y225M-4的防護(hù)性能較好。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合國(guó)際上的要求，有效防止雜物進(jìn)入，徹底杜絕了雜物對(duì)電機(jī)的損壞。
5）Y225M-4 工作時(shí)幾乎沒(méi)有錯(cuò)誤并且它的使用壽命很長(zhǎng)。它的繞組使用的材料為絕緣材料。在高度浮動(dòng)在千米上下并且溫度不超過(guò)四十度的情況下，它的溫升裕度非常大的。電動(dòng)機(jī)的使用壽命很大程度上取決去此條特性，此條特性還可以是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)定。
6）Y225M-4的外形也是極其美觀的。它具有其它電動(dòng)機(jī)所沒(méi)有的新型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，差距明顯，鶴立雞群。
如表2-1為Y225M-4及其它電動(dòng)機(jī)的參數(shù)
表2-1 Y225M-4其它電動(dòng)機(jī)參數(shù)
型號(hào)type
額定功率roted power KW
轉(zhuǎn)速 rotating
電流 current A
Y180L-4
22
1470
42.5
Y200L-4
30
1470
56.8
Y225S-4
39
1480
70.4
Y225M-4
45
1480
84.2
2.4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
2.4.1 軸的分類
我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的軸可以根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)形狀來(lái)分為曲軸和直軸這兩大類。
直軸又可分為：
轉(zhuǎn)軸：結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的軸，是使用最多的軸之一，比如各種齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的軸；
心軸：只受到彎矩而不受轉(zhuǎn)矩，如鐵路車(chē)輛的軸為轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸，有自行車(chē)的前軸為不轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸。
傳動(dòng)軸：只受到轉(zhuǎn)矩而不受到彎矩或者彎矩非常小，如汽車(chē)的傳動(dòng)軸。
軸的工作能力一般來(lái)說(shuō)取決于軸的強(qiáng)度和剛度及穩(wěn)定性。
2.1.2 軸的材料選擇
一般來(lái)說(shuō)軸的材料會(huì)選擇45鋼、50Mn等，這兩種材料都是極為優(yōu)質(zhì)的材料。 45鋼具有很強(qiáng)的塑性，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度，熱處理方式為正火。在一般軸、鍵、銷等設(shè)計(jì)中選用率很高。50Mn的各項(xiàng)性能都顯得很優(yōu)秀。熱處理方式為正火、淬火。用于耐磨要求高、負(fù)荷大的零件。如齒輪、齒輪軸等。40Cr材料性能優(yōu)異但是它的成本較高，一般用在對(duì)材料性能需求較高的零件。對(duì)材料性能需求不太高的零件，一般會(huì)選擇Q235等材料。還有一種是合金鋼，它的性能很好，可惜成本頗高，只有在對(duì)軸的選擇有很高要求的時(shí)候使用。例如采用滑動(dòng)軸承的高速軸，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；如果需要耐熱材料的軸來(lái)抵抗高溫，40CrNi、38CrMoAlA等合金結(jié)構(gòu)鋼制造的軸可滿足需要。若軸的設(shè)計(jì)尺寸較大、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，經(jīng)常選擇鑄鋼或球墨鑄鐵制作的軸。例如使用球墨鑄鐵或鑄鋼制造的軸，不僅僅價(jià)格不高，而且力學(xué)性能良好，有效防止應(yīng)力集中造成的零件失效。一般來(lái)說(shuō)軸都會(huì)經(jīng)歷回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以軸受到的應(yīng)力多數(shù)是對(duì)稱的。軸的失效形式主要有：應(yīng)力過(guò)大引起的過(guò)載使其失效、運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的疲勞失效等。若是軸上要裝配零件，例如軸承、齒輪等，則應(yīng)將軸設(shè)計(jì)成階梯狀，以適合裝配。
綜合考慮各種材料及其性能進(jìn)行比較，最終決定選擇45鋼。
下表2-2為軸的常用材料及其主要力學(xué)性能。
表2-2 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能
材料牌號(hào)
熱處理
毛柸直徑（mm）
硬度（HBS）
抗拉強(qiáng)度極限σb
屈服強(qiáng)度極限σs
彎曲疲勞極限σ-1
剪切疲勞極限T-1
許用彎曲應(yīng)力σ-1
備注
Q235A
熱軋或鍛后空冷
≥100~250
375~390
215
170
105
40
用于不重要或者受載負(fù)荷
45
調(diào)質(zhì)
≤200
217~255
640
355
275
155
60
應(yīng)用最廣泛
40Cr
調(diào)質(zhì)
>100~300
241~286
735
685
540
490
355
355
200
185
70
用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要軸
40CrNi
調(diào)質(zhì)
>100~300
270~300
240~270
900
785
735
570
430
370
260
210
75
用于很重要的軸
38SiMnMo
調(diào)質(zhì)
>100~300
229~286
217~269
735
685
590
540
365
345
210
195
70
用于重要的軸，性能近于40CrNi
2.4.3 軸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是按照功能需求確定軸的外形與結(jié)構(gòu)的各個(gè)尺寸，這個(gè)步驟在軸的設(shè)計(jì)過(guò)程中占了很大比重。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素是軸上需要裝配的零件的類型、位置、固定方式及它的尺寸，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對(duì)軸的變形等因素有關(guān)[5]。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該按照零件的具體要求提出方案，切忌無(wú)方案時(shí)直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。
以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：
1）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量的節(jié)省使用材料，盡量要設(shè)計(jì)強(qiáng)度匹配的外形尺寸或者是符合強(qiáng)度要求的截面尺寸；
2）階梯軸的設(shè)計(jì)必須符合軸上零件定位需求和調(diào)整需求；
3）軸上需要采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；
4）設(shè)計(jì)的軸必須便于加工制造和保證精度。
2.4.4 軸的強(qiáng)度校核
設(shè)計(jì)之后需要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，計(jì)算時(shí)需要依照軸所受應(yīng)力的方向及大小使用特定的計(jì)算方式，而且需要根據(jù)材料確定其許用應(yīng)力。?分三種情況：
1）對(duì)于傳動(dòng)軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；
2）對(duì)于心軸應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；
3）對(duì)于轉(zhuǎn)軸應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算。
本次采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用分級(jí)傳動(dòng)，機(jī)構(gòu)中含有三根軸，下面將分別進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。
電機(jī)軸：
首先從連接電機(jī)的軸開(kāi)始計(jì)算，此軸在功能上屬于傳動(dòng)軸，對(duì)只受到轉(zhuǎn)矩而不受到彎矩或者彎矩非常小，計(jì)算方式是按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的條件計(jì)算。假如其承受彎扭復(fù)合作用的力，也可使用這種計(jì)算方式進(jìn)行大致的計(jì)算。
實(shí)心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
τT=TWT≈9550000Pn0.2d3≤[τT]
其中：
τT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa；
T——軸所受到的扭矩，單位N·mm；
WT ——軸的抗扭截面系數(shù)，單位mm3；
n——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min；
P——軸傳遞的功率，單位kW；
d——計(jì)算截面處軸的直徑，單位mm；
[τT] ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa。
由上式可得軸的直徑：
d≥39550000P0.2[τT]n=395500000.2[τT]3Pn=A3Pn
其中：
A=395500000.2[τT]
計(jì)算后得：d≥21.70mm
電機(jī)軸d1=25.40mm符合需求。
圖2-1 電機(jī)軸
大鏈輪軸：
大鏈輪軸上裝配有鏈輪及齒輪，既受彎矩又受扭矩，屬于轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算。
計(jì)算公式為：
Mca=M2+αT2
其中：
α——扭矩應(yīng)力特性系數(shù)（當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取值為0.3; 為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，取值為0.6; 為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)，取值為1.0）。
經(jīng)過(guò)前面計(jì)算得出軸的計(jì)算彎矩Mca后，需要對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核的計(jì)算，應(yīng)該按照第三強(qiáng)度理論計(jì)算彎曲應(yīng)力。
計(jì)算公式為：
σca=McaW=M2+αT2W≤σ-1MPa
其中：
W——軸的抗彎截面系數(shù)；
σ-1——軸的許用彎曲應(yīng)力。
計(jì)算后得大鏈輪軸d2=38.10mm符合需求。
圖2-2 大鏈輪軸
齒輪軸：
齒輪軸上裝配有齒輪，結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到彎矩和轉(zhuǎn)矩作用，在性質(zhì)方面規(guī)劃為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的計(jì)算方式是按照彎扭合成的強(qiáng)度條件計(jì)算。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)將齒輪與大鏈輪分度圓尺寸差距極小，所以將齒輪軸設(shè)計(jì)尺寸與大鏈輪軸設(shè)計(jì)尺寸相同，下面進(jìn)行校核。
計(jì)算公式與校核大鏈輪軸強(qiáng)度的計(jì)算公式相同，首先按照彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算；然后在指定的截面處再作強(qiáng)度校核計(jì)算；最后在第三強(qiáng)度理論的條件下計(jì)算軸的彎曲應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果得齒輪軸d3=38.10mm符合需求。
圖2-3 齒輪軸
2.4.5 軸的剛度校核
為了檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否能應(yīng)用到實(shí)際工作，還需要進(jìn)行剛度方面的校核。剛度是指校核材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力（抵抗彈性變形），在機(jī)械結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位剛度顯得尤為重要[6]。
計(jì)算公式為：
φ=5.73×104T GI p≤φ
其中：
Φ——軸變形的每米上的扭轉(zhuǎn)角的量；
T——軸受到的扭矩，單位N·mm；
G——截切彈性模量，單位Mpa；
Ip——軸的截面上的極慣性矩，單位mm4。
查詢45鋼材料的特性可得，式中的G=8.1X104Mpa。
設(shè)計(jì)軸為圓軸時(shí)，軸的截面上的極慣性矩的計(jì)算公式為：
Ip=πd432
計(jì)算得，電機(jī)軸的Φ值約為0.22，
大鏈輪軸的Φ值約為0.83，
電機(jī)的Φ值約為0.75。
φ的取值可以是φ=0.5~1°/m，如果精度方面要求不是特別高的情況下，φ可以大于1°/m，剛度符合需求。
2.5 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.5.1 鏈輪設(shè)計(jì)
鏈傳動(dòng)是通過(guò)鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式[9]。鏈傳動(dòng)在設(shè)計(jì)時(shí)要符合以下的幾點(diǎn)要求：
鏈輪的齒數(shù)：鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是否穩(wěn)定取與小鏈輪的齒數(shù)有關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)小鏈輪齒數(shù)不能太少，一般來(lái)說(shuō)可以按照運(yùn)行中的速度選取Z1，確定傳動(dòng)比即可得出大鏈輪的齒數(shù)Z2。計(jì)算公式為：
Z2=iZ1
在設(shè)計(jì)中Z2最好不大于120,超過(guò)過(guò)多則容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)中鏈條的節(jié)數(shù)選取為偶數(shù)，鏈輪齒數(shù)最好選取奇數(shù)，這樣設(shè)計(jì)會(huì)使裝配結(jié)構(gòu)合理，不用使用過(guò)渡鏈節(jié)來(lái)完善機(jī)構(gòu)。
鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比: 在傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)中，一般選擇數(shù)值為i=2~3.5。如果傳動(dòng)比過(guò)大，會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞加劇，還會(huì)使整個(gè)機(jī)構(gòu)的機(jī)型尺寸過(guò)大。
鏈傳動(dòng)還具有多邊形效應(yīng)，多邊形效應(yīng)是機(jī)械用語(yǔ)，指鏈條剛進(jìn)入主動(dòng)鏈輪時(shí)，鏈輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，水平方向鏈速就從小到大，再?gòu)拇蟮叫∽兓淮?，同時(shí)伴隨著鏈條豎直方向上下運(yùn)動(dòng)一次。鏈條忽上忽下顫抖且由于接觸部分是多邊形的部分，由于多邊形的存在而引起的鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性，這種現(xiàn)象稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)[10]。
減小多邊形效應(yīng)的方法是：增加小鏈輪的齒數(shù)Z，減小輪齒的節(jié)距P，降低齒輪速度v[10]。
綜合上述基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)參數(shù)為：小鏈輪齒數(shù)12，齒頂圓半徑徑57mm，大鏈輪齒數(shù)24，齒頂圓半徑徑114mm，傳動(dòng)比為2。
如下圖2-4、2-5為小鏈輪和大鏈輪三維視圖。
圖2-4 小鏈輪三維視圖
圖2-5 大鏈輪三維視圖
2.5.2 鏈條設(shè)計(jì)
如圖2-6所示，為鏈條的組成結(jié)構(gòu)，主要是由內(nèi)鏈節(jié)、外鏈節(jié)和其它零件組成。
圖2-6 滾子鏈結(jié)構(gòu)
由此進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖2-7、2-8為內(nèi)鏈節(jié)及外鏈節(jié)。
圖2-7 內(nèi)鏈節(jié)三維視圖
圖2-8 外鏈節(jié)三維視圖
2.5.3 鏈傳動(dòng)強(qiáng)度校核
對(duì)于鏈傳動(dòng)，必須注意其鏈條過(guò)載拉斷的失效形式，需對(duì)靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，通常是校核鏈條的靜強(qiáng)度安全系數(shù)S，計(jì)算公式為：
S=FQKAF≤4~8
其中：
FQ——極限拉伸載荷；
KA——安全系數(shù)。
經(jīng)計(jì)算，S值為5.71，符合需求。
2.6 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.6.1 齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)
在選用齒輪時(shí)，需要考慮很多基本參數(shù)，通過(guò)齒輪自身的參數(shù)及傳動(dòng)要求的傳動(dòng)比來(lái)選擇合適的傳動(dòng)用齒輪組。
本次設(shè)計(jì)齒輪組壓力角取國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值20度，根據(jù)實(shí)際需求取模數(shù)為3，小齒輪齒數(shù)Z1為51，大齒輪齒數(shù)Z2為60，傳動(dòng)比i為1.18。
計(jì)算大小齒輪幾何參數(shù)：
d1=mZ1=153mm
d2=mZ2=180mm
da1=mZ1+2ha*=3×53=159mm
da2=mZ2+2ha*=3×62=186mm
df1=mZ1-2ha*-2c*=3×48.5=145.5mm
df2=mZ2-2ha*-2c*=3×57.5=172.5mm
a=mZ1+Z22=3×1112=166.5mm
如圖2-9、2-10為小齒輪和大齒輪的三維視圖。
圖2-9 小齒輪三維視圖
圖2-10 大齒輪三維視圖
2.6.2 齒輪的強(qiáng)度校核
本次設(shè)計(jì)的齒輪機(jī)構(gòu)為開(kāi)式傳動(dòng)，它的破壞形式為細(xì)小顆粒引起的摩擦導(dǎo)致的零件損壞。這種情況下，一般來(lái)說(shuō)只能以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的條件來(lái)校核，增大齒輪的模數(shù)可以增加它的齒厚，使它有較長(zhǎng)的使用壽命，以此來(lái)考慮磨損的影響。
計(jì)算公式為：
σF=2KT1bd1YFaYSaYε=2KT1bm2z1YFaYSaYε≤σF
其中：
K——載荷系數(shù)；
YFa——齒形系數(shù)；
YSa——應(yīng)力修正系數(shù)；
Yε——重合度系數(shù)。
σF可通過(guò)查機(jī)械手冊(cè)所得，查得σF為195MPa，經(jīng)計(jì)算符合需求。
2.7 其它零件設(shè)計(jì)
此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)也含有其它類型零件，如軸承座，螺栓、平鍵等零件，以下不一一贅述，下圖為三維視圖。
圖2-11 螺栓三維視圖
圖2-12 電機(jī)軸軸承座
圖2-13齒輪軸軸承座
第3章 甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第3章 甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1工作原理
3.1.1 一般甩干機(jī)工作原理
甩干機(jī)一般是利用物料中具有密度不相同、重量不同而且互不相溶的液體和固體，使液體和固體在重力不同或者離心力不同的情況下進(jìn)行分離，達(dá)到它收集或清理的目的。這種技術(shù)分兩方面，分別是重力作用下的分離和在離心力作用下的分離。
重力分離:?鉆井液在沉淀池內(nèi)，密度重的固體顆粒在重力的作用下逐漸緩慢地下沉，密度輕的液體向上浮，最終上層液體會(huì)變得清澈[3]?？墒侵亓Ψ蛛x進(jìn)行的時(shí)間很長(zhǎng)，而且使用重力分離的器械較為龐大，很不方便。最重要的是重力分離只能于特殊條件下使用。
離心分離：在離心機(jī)的上方輸入物料，物料從進(jìn)料口進(jìn)去進(jìn)料通道然后落在推進(jìn)器的蓋板上，又在推進(jìn)器的作用下到達(dá)離心機(jī)入口，在離心機(jī)的作用下進(jìn)行離心分離，并被甩到過(guò)濾網(wǎng)的表層。在物料和過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行接觸后，固液分離當(dāng)即開(kāi)始，錐濾網(wǎng)上的流速是通過(guò)推進(jìn)器和篩網(wǎng)之間的速度差以及刮板裝置來(lái)控制的，同時(shí)攪拌或翻轉(zhuǎn)固體，以便進(jìn)一步幫助分離[3]。固體落在在錐濾網(wǎng)的底部并被收集，在重力的作用下落在箱體底部的雜質(zhì)收集裝置。然后，固體可以通過(guò)在機(jī)器下面的卸料裝置來(lái)收集。液體則會(huì)穿過(guò)錐濾網(wǎng)然后聚集到液體收集管道并被收集，從而達(dá)到固體和液體分離的目的。
3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作原理
在圖3-2中，電機(jī)運(yùn)動(dòng)后，電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與電機(jī)同軸的小鏈輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)到大鏈輪上，大鏈輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，與其同軸的齒輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，與齒輪嚙合的另一個(gè)和主軸同軸的齒輪機(jī)構(gòu)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，所以在箱體內(nèi)部的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。石油及其混合物從物料口進(jìn)入箱體之中，在主軸的高速旋轉(zhuǎn)下進(jìn)行離心運(yùn)動(dòng)，固液混合物通過(guò)離心力作用到箱體內(nèi)部的的篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾完畢后，石油通過(guò)特制的過(guò)濾網(wǎng)，而其余雜物未能通過(guò)，將會(huì)落入特定收集器中。此時(shí)，油箱內(nèi)部的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并且?guī)?dòng)齒輪泵開(kāi)始工作，將石油吸入油箱中，完成采集。下圖3-1為甩干機(jī)工作原理流程圖：
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第3章 甩干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-1 甩干機(jī)工作原理流程圖
3.2 甩干機(jī)結(jié)構(gòu)組成
本次油井鉆井甩干機(jī)的結(jié)構(gòu)部分由進(jìn)料裝置機(jī)構(gòu)、分離裝置機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)、油箱裝置機(jī)構(gòu)和機(jī)架機(jī)構(gòu)等組成。
進(jìn)料裝置機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架的機(jī)蓋上，由進(jìn)料口和物料管道組成，物料管道頂部連接物料口，底部通往箱體。主要作用是承接物料，收集后使物料進(jìn)入分離系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，是物料承接與收集的專用裝置。
分離系統(tǒng)機(jī)構(gòu)是由箱體裝置（含有主箱體和錐筒箱體）和外旋裝置（有篩框、篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)鼓、空心軸套、差速器等）組成，物料進(jìn)入后將在此處由主軸作用下進(jìn)行離心運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)是該設(shè)備實(shí)現(xiàn)固體和液體互相分離的核心部件。
傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)是由電機(jī)和一個(gè)分級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（由鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）組成，電機(jī)工作后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)作，經(jīng)過(guò)一系列分級(jí)傳動(dòng)作用到主軸上，主軸則在箱體內(nèi)部旋轉(zhuǎn)形成離心運(yùn)動(dòng)，完成固液相的分離工作。
油箱裝置機(jī)構(gòu)是由電機(jī)、齒輪泵和油箱箱體組成，油箱內(nèi)電機(jī)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪泵工作，將經(jīng)歷離心運(yùn)動(dòng)而甩出的石油吸入油箱中，完成收集。
機(jī)架機(jī)構(gòu)是用來(lái)固定和支撐整個(gè)器械的，使其具有一定的穩(wěn)定性，是由機(jī)蓋、軸承支架和底座支架構(gòu)成。
3.3 甩干機(jī)總圖設(shè)計(jì)
根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)思路進(jìn)行繪圖設(shè)計(jì)，確定機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，確定各部分裝置及機(jī)構(gòu)尺寸，確定主要機(jī)構(gòu)位置并初步審查，最后在Auto CAD軟件中繪制圖紙?？傇O(shè)計(jì)圖在布局上分為主視圖、左視圖、右視圖及俯視圖，具體圖紙如圖所示。
圖3-2 油井鉆井用甩干機(jī)設(shè)計(jì)左視圖
圖3-3 油井鉆井用甩干機(jī)設(shè)計(jì)右視圖
圖3-4 油井鉆井用甩干機(jī)設(shè)計(jì)主視圖
圖3-5 油井鉆井用甩干機(jī)設(shè)計(jì)俯視圖
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第4章 運(yùn)動(dòng)仿真
第4章 運(yùn)動(dòng)仿真
4.1 零件的裝配
在前文中表明，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需要的零件已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，接下來(lái)將其裝配成為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。新建asm文件后，將零件逐個(gè)導(dǎo)入，在浮動(dòng)的狀態(tài)下開(kāi)始進(jìn)行調(diào)整和配合，把所有的零件之間轉(zhuǎn)為機(jī)械配合后，裝配成功。下圖4-1為所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維總圖。
圖4-1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總圖
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第4章 運(yùn)動(dòng)仿真
4.2 運(yùn)動(dòng)仿真
裝配圖完成后，即可制作動(dòng)畫(huà)，觀測(cè)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況。在此機(jī)構(gòu)中，選擇運(yùn)動(dòng)算例后，選擇電機(jī)，將其插入電機(jī)軸上的零件的中心位置，確定后，開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，即可用來(lái)生成演示性的動(dòng)畫(huà)效果，對(duì)此機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)形式會(huì)有一個(gè)直觀的了解。
動(dòng)畫(huà)效果視頻將附于畢業(yè)設(shè)計(jì)附件中。
第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)
第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)
通過(guò)這幾個(gè)月時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師劉凌老師的指導(dǎo)下，我對(duì)這個(gè)題目做了很多的功課。在這一過(guò)程中，我遇到了很多困難，在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己學(xué)會(huì)的東西僅僅是滄海一粟，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅僅要零件書(shū)本上理論性的知識(shí)，還有在實(shí)際運(yùn)用中把這些知識(shí)都融會(huì)貫通，所以說(shuō)，有些事情需要深刻地理解它本身的含義，而且要不斷地認(rèn)識(shí)到自己的錯(cuò)誤所在。所有的問(wèn)題必須要靠自己的能力逐個(gè)解決，而在解決的過(guò)程當(dāng)中你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)識(shí)和實(shí)踐能力都在快速提升。在整個(gè)過(guò)程中慢慢的充實(shí)自己的知識(shí)，最終完成了這次的作業(yè)。我對(duì)最后的結(jié)果比較滿意，每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)我都有鍛煉與提高。這一切是一名大學(xué)生在課本上不可能學(xué)習(xí)到的，是一名大學(xué)生轉(zhuǎn)化成為工程人員的必經(jīng)之路。
幾個(gè)月以來(lái)，為了這個(gè)設(shè)計(jì)竭盡所能，但是我很遺憾的是，在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我的所謂的“設(shè)計(jì)”差強(qiáng)人意，未能如愿達(dá)到理想的設(shè)計(jì)要求。貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí)需求面實(shí)在是太廣泛了，牽涉到我們之前所有所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，什么《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》等等相關(guān)的知識(shí)，還有我們還沒(méi)學(xué)到的知識(shí)。這就為我們的計(jì)算帶來(lái)了很大的困難，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)不如人意，達(dá)不到目標(biāo)，但是我在這次的設(shè)計(jì)中體會(huì)到了很多。我明白了，我的知識(shí)實(shí)在是太少了，只有我掌握好了足夠的知識(shí)，我們才能勝任畢業(yè)以后的公司或企業(yè)對(duì)我們提出的要求。讓我下定了決心，有恒心和有目標(biāo)的向機(jī)械設(shè)計(jì)這一條路走下去。
我在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，走了許多彎路，甚至在設(shè)計(jì)方向上出現(xiàn)了偏差，在劉老師和同學(xué)們的悉心指導(dǎo)與熱心幫助下，我終于解決了主要問(wèn)題。這期間，我也從來(lái)沒(méi)有想過(guò)放棄，憑借著自己不斷的努力與大家手把手的指導(dǎo)我堅(jiān)持到了最后。
這次的課程設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了許多東西，增長(zhǎng)了許多經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)我腳踏實(shí)地的付出與努力了，那么回報(bào)就會(huì)順其自然的來(lái)到我們面前。在遇到挫折時(shí)一定不能輕言放棄，雖然這個(gè)道理大家都明白，但這次我有了更深刻的體會(huì)。低谷是高峰的起點(diǎn)，只要你堅(jiān)持不解的努力，那么成功就在不遠(yuǎn)處向你招手。
第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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參考文獻(xiàn)
致謝
致謝
最后要感謝在整個(gè)論文寫(xiě)作過(guò)程中幫忙過(guò)我的每一位人。首先，也是最主要感謝的是我的指導(dǎo)老師，劉凌老師。在整個(gè)過(guò)程中她給了我很大的幫忙，在論文題目制定時(shí)，她首先肯定了我的題目大方向，但是同時(shí)又幫我具體分析使我最后選取傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)這個(gè)具體目標(biāo)，讓我在寫(xiě)作時(shí)有了具體方向。經(jīng)過(guò)了兩個(gè)多月的努力，我最后完成了論文的寫(xiě)作。從開(kāi)始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從一無(wú)所知，我開(kāi)始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和，查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己十分稚嫩作品一步步完善起來(lái)，每一次改善都將是我學(xué)習(xí)的收獲。
我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處。但是這次做論文的經(jīng)歷使我終身受益。我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的潛力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。期望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于我的指導(dǎo)老師和各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。
附錄A 外文文獻(xiàn)及翻譯
Design and Construction of a Conical Screen Centrifugal Filter for Groundnut Oil Slurry
Abdulkadir Baba HASSAN, Matthew Sunday ABOLARIN,Ikechukwu Celestine UGWUOKE
Department of Mechanical Engineering, Federal University ofTechnology,Minna, NigerState,Nigeria,abdulkadir_hassan2003@yahoo.com,abolarinmatthew@yahoo.com, ugwuokei
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