帶齒輪離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)自動化專業(yè)論文設(shè)計

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1、本科論文 目 錄 摘 要 I Abstract II 引 言 1 1 緒論 3 1.1 研究的目的及意義 3 1.2 離心風(fēng)機的發(fā)展趨勢 4 1.3 離心風(fēng)機的研究內(nèi)容 5 2 離心風(fēng)機的設(shè)計方案 7 2.1 離心風(fēng)機的工作原理 7 2.2離心風(fēng)機的傳動設(shè)計 8 3 離心風(fēng)機的主要技術(shù)參數(shù)確定 11 3.1 電機的選型計算 11 3.2 帶傳動的設(shè)計計算 15 3.3 聯(lián)軸器選型計算 17 3.4 軸承選型計算 19 4 離心風(fēng)機的強度校核 21 4.1 主軸的強度校核 21 4.2 葉輪強度校核 24 5 三維造型和整體裝配 27 5

2、.1 葉輪、外殼三維設(shè)計 27 5.2 軸承座三維設(shè)計 28 5.3 同步帶三維設(shè)計 29 5.4 整體裝配造型 30 結(jié) 論 32 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 35 本科論文 摘 要 隨著社會科技快速的發(fā)展，離心式風(fēng)機作為風(fēng)機的一種在各類生產(chǎn)制造行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，離心風(fēng)機廣泛應(yīng)用于能源、化工、冶煉、造紙以及環(huán)保等重要行業(yè)。 盡管目前離心風(fēng)機發(fā)展已較為完善，但還是存在著一些不足。例如，在噪音減小方面還有待提高；結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠完美；傳動效率較低等。本文主要針對通風(fēng)、除塵等間歇性工作及以上不足作出了如下設(shè)計： (1)在了解其工作原理及結(jié)構(gòu)后，對其進(jìn)行

3、傳動設(shè)計和電機選型設(shè)計，并應(yīng)用Solidworks軟件，對離心風(fēng)機進(jìn)行三維建模設(shè)計，整體裝配，使得設(shè)計的結(jié)構(gòu)合理，從而達(dá)到通風(fēng)、除塵的效果。 (2)考慮到離心風(fēng)機速度不高且伴有沖擊，采用同步帶提高其傳動效率。并對主要傳動進(jìn)行設(shè)計計算，及強度校核。 通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計及合理的計算，查表選取額定功率11kW，主軸轉(zhuǎn)速1460r/min的Y160M-4型號電機，符合應(yīng)用場所的需求。并通過帶傳動的設(shè)計計算，選取XH型號帶，驗證了帶傳動的可靠性。 關(guān)鍵詞：離心式風(fēng)機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；選型設(shè)計；Solidworks；強度校核  Abstract With the rapid de

4、velopment of social science and technology, centrifugal fans as a kind of fan is widely used in various manufacturing industries, centrifugal fans are widely used in energy, chemical, smelting, paper and environmental protection and other important industries. Although the development of centrifuga

5、l fans is now relatively completed, there are still some shortcomings. For example, there is room for improvement in noise reduction, the structure is not perfect, low transmission efficiency, etc. This paper is designed to address intermittent work such as ventilation, dust removal and the above de

6、ficiencies as follows: (1) After understanding its working principle and structure, the transmission design and motor selection design, apply Solidworks software, three-dimensional modeling design of the centrifugal fan, the overall assembly, so that the design structure is reasonable, thus achievi

7、ng the effect of ventilation and dust removal. (2) Taking into account the low speed of the centrifugal wind and the associated shocks, the use of timing belts to improve its transmission efficiency. Design calculations and strength checks are performed on the main drive. Through the above structu

8、ral design and reasonable calculations, the Y160M-4 model motor with rated power of 11kW and spindle speed of 1460r/min was selected to meet the needs of the application site. The reliability of the belt drive was verified by the design calculation of the belt drive and the selection of the XH type

9、belt. Keywords: Centrifugal ventilator; physical design; selection type design; Solidworks; intensity check 引 言 風(fēng)機是一種通用并且有著十分廣泛應(yīng)用的機械。比如通風(fēng)、排塵和冷卻的作用在工廠、礦井、車輛、船舶和建筑物中都得到發(fā)揮；通風(fēng)和引風(fēng)作用在鍋爐和工業(yè)爐窯中也加以展示；烘干和清選的作用對農(nóng)業(yè)谷物更是有著極大的影響；還有就是風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)等。風(fēng)機主要以氣體為介質(zhì)，經(jīng)過多級的機械過程，最終能將機械能傳遞給氣體，原理較為簡單，故風(fēng)機就是一

10、種提升空氣的壓力并抽取吸收或壓送氣體的機械。按照風(fēng)機的出口氣體壓力來分，風(fēng)機包括壓縮機、通風(fēng)機（離心風(fēng)機）、鼓風(fēng)機。按照風(fēng)機的工作原理來分，風(fēng)機有葉輪式和容積式兩種，其中葉輪式風(fēng)機又可以分為離心式、軸流式和混流式[1]。 目前在我們已較成熟的生產(chǎn)制造生活以及科學(xué)研究成果中，離心機械的應(yīng)用可以說是很普遍了，然而離心機械就是通過離心運動產(chǎn)生離心力，使一些粒子做高速旋轉(zhuǎn)，加快分離。生活中我們常見的離心運動也有很多很多，例如電風(fēng)扇扇葉的旋轉(zhuǎn)，洗衣機甩干滾筒的運動等等都屬于離心運動，所以說離心運動是我們生活中不可或缺的。 機械的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的設(shè)計和確定，在機械這個大系統(tǒng)中有著不可或缺的重要作用，或者

11、間接的影響著生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量。然而，離心風(fēng)機作為機械，也是一種應(yīng)用廣泛的機械，無論是從哪個角度看都有著很重要的地位，離心風(fēng)機在各種不同的領(lǐng)域有很大的用途，它可以為不同的空間場景進(jìn)行通風(fēng)排氣保證正常的空氣流通，離心風(fēng)機最基本的參數(shù)就是空氣的流量，在轉(zhuǎn)動過程之中所承受的壓力，還有工作過程中所損耗的效率以及因為摩擦產(chǎn)生的熱量，這些參數(shù)和產(chǎn)品本身的功率和轉(zhuǎn)速有很大的關(guān)系，在選擇離心風(fēng)機的時候，還要考慮環(huán)境因素對風(fēng)機的影響。 雖說目前為止離心風(fēng)機發(fā)展還不夠成熟，但在未來的發(fā)展中還有驚喜、奇跡等待著我們更深層的探索及期待，知識與創(chuàng)新都在激勵著每一位研究學(xué)者進(jìn)步，相信在每一位研究學(xué)者的一步步探索下，都

12、會有新的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論。也許下一步可能會是進(jìn)一步提高通風(fēng)機不同狀況下的效率，氣動、裝置和使用效率等等，以降低電能消耗；也可能是再進(jìn)一步更大幅度上降低離心通風(fēng)機的噪音；或者是在葉輪和機殼的耐磨性上的提高，從而使排煙、排塵通風(fēng)效果更佳；再或者實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)和自動化調(diào)節(jié)等等，都等著我們進(jìn)一步的探索。 1 緒論 1.1 研究的目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計來源工業(yè)應(yīng)用，主要介紹了在民用，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，制造業(yè)，軍事，航空等領(lǐng)域中有著十分廣泛的離心式風(fēng)機。如圖1.1所示。本文中對離心式風(fēng)機設(shè)計改善，主要包括主要傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計、電機選型設(shè)計以及強度校核。其中對主要傳動系統(tǒng)組成部分進(jìn)行了受力分析，對離心式通風(fēng)機進(jìn)行

13、了電機選型，選取了帶齒輪作為主要傳動機構(gòu)，驗證了傳動系統(tǒng)的可靠性。 本次設(shè)計內(nèi)容包括根據(jù)原有的相關(guān)離心式通風(fēng)機的傳動設(shè)計基礎(chǔ)對其傳動部分進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，傳動部分選取軸、帶齒輪進(jìn)行傳動，帶輪是懸臂安裝在軸的一端，軸通過軸承座的支撐，從而連接軸的另一端，而軸的另一端安裝的是葉輪懸臂，電機帶動帶輪從而進(jìn)行風(fēng)機工作。傳統(tǒng)風(fēng)機一般是采用電動機直連的運作，由直連轉(zhuǎn)速固定，其轉(zhuǎn)速就等于電機轉(zhuǎn)速的原因傳動小效率較低且容易發(fā)生損壞。所以選取帶齒輪傳動離心風(fēng)機，這樣轉(zhuǎn)速可調(diào)，想要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，只要選擇主動輪和從動輪的不同傳動比就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，并且電機安裝位置也比較靈活。主要研究的內(nèi)容包括確定主傳動系統(tǒng)的基本參數(shù)

14、，對電機進(jìn)行選型計算，選取新型電機來簡化傳動結(jié)構(gòu)，提高能源利用率；選取帶齒輪傳動，并對其進(jìn)行了設(shè)計計算和強度校核；對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行了設(shè)計和強度校核；對連接電機軸和轉(zhuǎn)軸的聯(lián)軸器進(jìn)行了選取。還要進(jìn)行的有利用三維軟件進(jìn)行離心風(fēng)機的三維建模，對非標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行二維圖紙的繪制，以及整體裝配圖紙的繪制以及設(shè)計說明書的整理。 雖說目前為止離心風(fēng)機發(fā)展還不夠成熟，但未來的發(fā)展還等待著我們更深層的探索及研究，相信在每一位研究學(xué)者的一步步探索下，都會有新的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論。也許下一步的研究方向會發(fā)生改變，可能是研究通風(fēng)機在不同狀況的傳動效率，也可能研究裝置的利用效率，這樣可能會降低電能的消耗，也有可能是對離心通風(fēng)機的整體裝置的

15、改進(jìn)，例如降低通風(fēng)機在工作時候產(chǎn)生的噪音過大的問題；另外就是通風(fēng)機在排煙，排塵的過程中對葉輪和外殼的磨損的問題；或是以后能實現(xiàn)自動化的控制。除此之外還有很多方面等待著我們以后去探索。 圖1.1 離心式通風(fēng)機 1.2 離心風(fēng)機的發(fā)展趨勢 離心風(fēng)機在我國發(fā)展的比較晚，在1950年以前，我國風(fēng)機都是通過國外進(jìn)口的，并沒有自主研發(fā)的產(chǎn)品，對于我們這種工業(yè)大國來說是有很大的弊端的，直接限制了某些領(lǐng)域的發(fā)展，不過從1980年開始，我國的研究人員從國外的技術(shù)之中提取精華，投入到本國的研究中，也就是在這個階段，一些國外生產(chǎn)中的先進(jìn)技術(shù)在我國風(fēng)機制造中得到了吸收，從而形成了一定的生產(chǎn)能力，同時國內(nèi)還形

16、成了比較完備的生產(chǎn)鏈，開始小規(guī)模的投入市場。自從二十一世紀(jì)以來，我國風(fēng)機研發(fā)制造領(lǐng)域開始有質(zhì)的飛躍，各個行業(yè)都能夠見到它的身影，在不同的行業(yè)中，風(fēng)機也擁有不同的用途，例如，在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，紡織業(yè)都有離心風(fēng)機的存在。不僅如此，對于風(fēng)機的研究，還在進(jìn)行。 為了進(jìn)一步提高離心式風(fēng)機發(fā)展，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對其做了大量的研究與實驗。浙江理工大學(xué)劉曉晨等人以機架作為離心式風(fēng)機的主體承載連接部件，通過機架的共振頻率數(shù)據(jù)開展模態(tài)試驗，從而驗證有限元分析結(jié)果的正確性[2]。然而確定這種分析方法可行，是通過比較測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)機架的振動明顯減小。機械研究學(xué)者林圣全等人結(jié)合數(shù)值模擬和實驗測量的方法[3]、利用Cre

17、o三維建模軟件對葉輪進(jìn)行一個細(xì)致的建模, 然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，當(dāng)然劃分時是結(jié)合葉輪的實際結(jié)構(gòu)的, 進(jìn)行仿真分析是在最后階段利用ANSYS軟件進(jìn)行仿真分析的, 并提出了優(yōu)化措施[4]，優(yōu)化后的通風(fēng)機不但很好地克服了傳統(tǒng)離心式通風(fēng)機的缺點, 而且極大地提高了其工作時的穩(wěn)定性和可靠性, 對于離心式通風(fēng)機的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論和技術(shù)支持[5-7]。而在實際中風(fēng)機葉片的優(yōu)化改型及性能改善,除了結(jié)構(gòu)還有就是噪音優(yōu)化，西安交通大學(xué)劉曉良,祁大同等提出尋求蝸殼的最佳寬度是提高離心風(fēng)機的氣動性能并降低風(fēng)機氣動噪聲的方法之一[8]。還應(yīng)用Icem建立了分流葉片與直流葉片進(jìn)行氣動噪聲分析的網(wǎng)絡(luò)模型, 通過對Flu

18、ent中Detached Eddy Simulation與Broadband模塊的仿真, 得到分流葉片與直流葉片之間近場聲源及噪聲水平的差異, 分析分流葉片與直流葉片之間內(nèi)部噪聲產(chǎn)生機理的差異, 達(dá)到控制噪聲的目的[9,10]。還有利用傳聲器、加速度計、微型精密壓力傳感器對離心風(fēng)機噪聲、管道振動及壓力脈動進(jìn)行測量分析[11-13]。有研究表明增加蝸殼寬度，改變傾斜蝸舌角度可對離心風(fēng)機氣動性和降噪效果上有一定影響[14-18]。2011 年 Se-ung Heo 等將葉片的線性后緣改為 S 型后緣，發(fā)現(xiàn) S 型后緣葉片可以有效降低空調(diào)風(fēng)機的噪聲，使噪聲降低接近 2. 2 dB[19]。 通過以

19、上國內(nèi)外研究學(xué)者的結(jié)論發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)的研究學(xué)者，通過多種多樣的實驗分析，例如，有限元分析、ANSYS仿真分析、Icem建立網(wǎng)格模型等，使其在結(jié)構(gòu)和風(fēng)機性能提高等方面研究的較為深入，而國外專家研究學(xué)者則在降低噪音方面研究較多。 1.3 離心風(fēng)機的研究內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計涉及大學(xué)所學(xué)各類知識以及實習(xí)期間在公司學(xué)習(xí)到的知識，如機械制圖、設(shè)計和制造等一系列知識，以及AutoCAD、Solidworks、UG等軟件的操作，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等一系列知識。是綜合性較強的課題，既總結(jié)了畢業(yè)前的專業(yè)知識，又為日后走上相關(guān)工作崗位做好預(yù)備。本次設(shè)計是針對離心風(fēng)機選型計算以及傳動部分，做一個整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)簡

20、圖如圖1.2所示。具體內(nèi)容如下： (1)在了解其工作原理及結(jié)構(gòu)后，對其進(jìn)行傳動設(shè)計和電機選型設(shè)計，并應(yīng)用Solidworks軟件，對離心風(fēng)機進(jìn)行三維建模設(shè)計，整體裝配，使得設(shè)計的結(jié)構(gòu)合理，從而達(dá)到通風(fēng)、除塵的效果。 (2)考慮到離心風(fēng)速度不高且伴有沖擊，采用同步帶提高其傳動效率。并進(jìn)行設(shè)計計算，對主要傳動設(shè)計中涉及的相關(guān)參數(shù)計算，以及對需要強度校核的零件進(jìn)行簡單校核。 圖1.2 傳動簡圖 2 離心風(fēng)機的設(shè)計方案 2.1 離心風(fēng)機的工作原理 本產(chǎn)品的主要由負(fù)責(zé)提供動力的電機，傳遞扭矩和力的軸，同步帶，和負(fù)責(zé)高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇組成，圖2.1所示為離心風(fēng)機的主要結(jié)構(gòu)組成圖，可以看到

21、具體結(jié)構(gòu)的分布，離心風(fēng)機中的轉(zhuǎn)子經(jīng)過高速轉(zhuǎn)動，在大氣壓的作用下，產(chǎn)生了巨大的離心力，使離心風(fēng)機中氣流被壓縮到風(fēng)機中，經(jīng)過風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，交換空間內(nèi)的空氣，通常做用在比較大型并且空氣不流通的地方，例如比較狹窄的井下空間，地下礦洞等沒有空氣交換的地方，還有就是需要時刻保證新鮮空氣的地點。 圖2.1 離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)組成圖 離心風(fēng)機在工作的過程中，由電機提供電源，同步帶開始轉(zhuǎn)動，將動力傳遞給軸，軸通過軸承座的支撐，并且和軸承之間的配合，最終使葉輪開始轉(zhuǎn)動，壓縮空氣，再高速運轉(zhuǎn)的情況下達(dá)到交換的效果。 圖2.2 工作原理圖 2.2離心風(fēng)機的傳動設(shè)計 各類機械中或者說生活中最為常用或常見的傳動

22、裝置就是帶傳動, 這種傳動裝置不僅傳動過程中簡單，并且在一些計算方面，它的易懂程度相比較于其他傳動來說難度系數(shù)是很低的。帶傳動中按著帶的截面形狀分為平帶、V帶、多楔帶、同步帶傳動,然而在這么多種的形狀帶中，不同領(lǐng)域?qū)ζ溥x擇都是不一樣的，但其中應(yīng)用廣泛屬于平帶和V帶傳動。帶傳動裝置屬于撓性傳動裝置, 優(yōu)點很多，例如它的傳動很穩(wěn), 噪聲又很低, 又能緩振和吸力。當(dāng)過載時, 會發(fā)生保護(hù)其他零件受損的打滑現(xiàn)象。然而這種裝置在機械設(shè)計中如此受歡迎，原因也很簡單，它結(jié)構(gòu)簡單, 并且在制造時、在安裝維護(hù)它的都很簡便, 最主要是相比較其他裝置來說它的成本較低。 圖2.3 鏈傳動示意圖 圖2

23、.4 同步帶傳動示意圖 圖2.5 摩擦帶傳動示意圖 比較與摩擦型帶的傳動，帶輪和傳送帶之間的相對滑動在同步帶傳動中是不存在的，因此在傳動比對的嚴(yán)格程度上是得到保證的。并且符合本次設(shè)計的要求，傳動效率高，可以省去在傳動過程之中的損耗。但同步帶傳動更高的要求是在中心距離及其尺寸的穩(wěn)定性中提出。同步帶傳動對中心距和穩(wěn)定性的要求比較嚴(yán)格，因此它所需要考慮的因素也更多，同步帶是由齒形帶和帶輪嚙合進(jìn)行傳動，它結(jié)合了齒輪傳動和鏈傳動的優(yōu)點，所以它不存在普通帶傳動的打滑問題，并且傳動的過程中，嚙合的優(yōu)勢是可以保證比較精準(zhǔn)的傳動，因此傳動具有很具體的傳動比。也可以說，同步帶傳動保證了精確地傳動比。同步帶

24、的材料特殊，用這種材料做出來的帶薄而且輕，因此在較高的速度下使用是沒有太多相對于其他帶型的顧慮。它傳動時的線速度可達(dá)50m/s，因此能符合本次離心風(fēng)機設(shè)計中所需同步帶的線速度。且傳動比可達(dá)10，效率可達(dá)98%。這也可以說是同步帶傳動的一個優(yōu)點。然而同步帶傳動還有很多的優(yōu)點，例如有緩沖、減小振動大小的能力，耐磨程度很好，自帶消音，況且在潤滑方面是不需要油，還有相對重要的是，它的使用壽命比摩擦帶長。主要失效形式有幾種：帶體疲勞斷裂；帶齒剪斷和壓潰；沖擊、過載使帶體斷裂；承載層伸長、節(jié)距增大、爬齒等。而且它對制造和安裝精度要求更高，主要的嚴(yán)格要求是在對中心距上，這也可以說是他的一個缺點。因此，同步帶

25、廣泛應(yīng)用于要求精確傳動比的中、小功率傳動裝置中。對于本畢業(yè)設(shè)計的離心風(fēng)機而言，我選擇同步帶傳動，針對間歇性工作的應(yīng)用環(huán)境，同步帶能夠能夠更好地提高傳動效率。 3 離心風(fēng)機的主要技術(shù)參數(shù)確定 3.1 電機的選型計算 根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計的應(yīng)用的環(huán)境場所需求指定： 風(fēng)機流量Q=10800/3600=3 風(fēng)機全壓 根據(jù)任務(wù)要求采用帶傳動，且為防止除塵離心式通風(fēng)機。以下計算過程公式參考離心通風(fēng)機[20]手冊。 首先確定通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速、葉片出口角與輪徑。根據(jù)環(huán)境要求，設(shè)計中初選取n=950r/min。轉(zhuǎn)速比計算如下： (3-1) 根據(jù)轉(zhuǎn)速比值，由離心通風(fēng)

26、機手冊中圖5-5預(yù)選。故根據(jù)值估算出葉片出口角。 (3-2) 式中：——葉片出口角，； ——壓力系數(shù)。 值與通風(fēng)機的壓力P有關(guān)，為了使通風(fēng)機的壓力滿足設(shè)計要求，確定。 壓力系數(shù)為： (3-3) 圓周速度為： (3-4) (3-5) 取整，確定 (3-6) (3-7) 然后確定葉輪入口參數(shù)。葉輪入口喉部直徑為： (3-8) 由于是徑向自由入口，。 根據(jù)集流器不同類

27、型的特點，本設(shè)計采用錐弧形集流器，葉輪入口截面氣流充滿系數(shù)。從而預(yù)選。大多數(shù)高效率前彎葉片通風(fēng)機的系數(shù)值都較大，選取。 將各值代入下式得： 確定喉部直徑，葉道入口直徑。葉片入口最大和最小直徑。代入數(shù)值： 由如下公式確定葉輪進(jìn)口寬度為： (3-9) 式中：D1——葉道入口直徑，m； ——通風(fēng)機系數(shù)； u0、u1——圓周速度，m/s； v——入口速度，m/s。 選取葉道入口前截面氣流充滿系數(shù)。 將各值代入上式，得： ，確定 葉道入口前速度為： (3-10) 故，確定，確定葉片數(shù)，由下式計

28、算。 (3-11) 式中：Z——葉片數(shù)，片； D——直徑，m； ——葉片出口角，。 代入數(shù)據(jù)葉片數(shù)量得： 取Z=16，確定葉輪出口寬度，由下式計算： (3-12) 式中：——葉片底厚度，m。 選取葉片厚底。 選取葉道出口截面氣流充滿系數(shù)。 預(yù)選，于是代入數(shù)值得： 確定。 驗算葉道的當(dāng)量擴散角： (3-13) 由計算公式得： (3-14) 葉片長度為： (3-15) 將各值代

29、入下式得： 小于5度，符合要求。 最終進(jìn)行效率估算，根據(jù)上面計算可知，計算出的流量值實際上是容積損失與流動損失的總和。 (3-16) 式中：——效率，%； P——功率，kW。 已知，得流動效率 輪盤摩擦損失的功率按下式計算： (3-17) 式中：——摩擦系數(shù)； ——空氣密度，kg/m3。 取，代入得： 內(nèi)部功率代入數(shù)值為： 內(nèi)部機械效率為： (3-18) 通風(fēng)機的內(nèi)部效率為： (3-19) 因，，故通風(fēng)

30、機所需功率為： (3-20) 根據(jù)《機械設(shè)計手冊第五卷》35-15中表35.1-10參考，選取Y160M-4型號電機，額定功率為11，轉(zhuǎn)速為1460。具體參數(shù)如下： 表3.1電機參數(shù)表 電機參數(shù) 數(shù)值 型號 Y160M-4 額定功率 11kW 額定電流 22.6A 功率因數(shù) 0.84 額定轉(zhuǎn)速 1460r/min 效率 88% 電機重量 122kg 3.2 帶傳動的設(shè)計計算 以下設(shè)計計算過程中應(yīng)用的公式均參考《機械設(shè)計》[22]。 (1)設(shè)計功率在同步帶傳動中的確定 (3-2

31、1) 式中：——在和修正系數(shù)(根據(jù)離心機性能和運轉(zhuǎn)時數(shù)查《機械設(shè)計》中表3得)； ——工作機上電動機功率，kW。 (2)帶的型號和節(jié)距的確定 由設(shè)計功率和，由《機械設(shè)計》中圖2-9查得帶的型號為XH型，對應(yīng)節(jié)距。 (3)選擇小帶輪齒數(shù) 由小帶輪轉(zhuǎn)速和型帶，參考《機械設(shè)計》中表2-11得小帶輪最小許用齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)，其中，，取標(biāo)準(zhǔn)帶齒輪數(shù)。 (4)帶輪節(jié)圓直徑的確定 (3-22) (5)同步帶的節(jié)線長度的確定 (3-23) 圖3.1 同步帶簡圖 式中：——帶的節(jié)線長,mm； ——兩輪

32、中心距，mm； ——計算的輔助角，。 (3-24) 代入(3-21)見算出。 根據(jù)參考《機械設(shè)計》表4選擇計算值標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長。 (6)計算同步帶齒數(shù) (3-25) (7)傳動中心距確定 (3-26) 把M代入(3-24)得，與精確計算結(jié)果較為一致。 (8)帶的設(shè)計功率為時帶寬的確定 同步帶基準(zhǔn)額定功率為： (3-27) 式中：——許用工作拉力，查《機械設(shè)計》表1得。 ——單位長度質(zhì)量，查《機械設(shè)計》表1可得。 ——線速度

33、，m/s。 (3-28) 代入上式得 計算小帶輪嚙合齒數(shù)為： (3-29) 確定實際所需帶寬為： (3-30) 式中：——帶所能傳遞功率，； ——嚙合系數(shù)，因故； ——查表1XH型帶。 將式代入故： 根據(jù)《機械設(shè)計》表1取標(biāo)準(zhǔn)寬度。 (9)驗算 (3-31) 結(jié)果表明額定功率最終計算結(jié)果25.2kW大于設(shè)計功率19.8kW，所以帶的傳動能力在本次設(shè)計中是足夠的。故所選參數(shù)合格。 3.3 聯(lián)軸器選型計算 聯(lián)軸器是

34、用于連接不同機構(gòu)中兩軸的零件，顧名思義它的作用除了連接之外，不僅僅是在傳遞運動和動力的過程中零件單純的連接，還使得兩邊機械零件一起轉(zhuǎn)動，達(dá)到不分離的效果。如圖3.2所示。聯(lián)軸器主要有機械式，液力式和電磁式三種。其中得到廣泛應(yīng)用的連軸器也就是是機械式連軸器的居多，然而它在傳遞轉(zhuǎn)矩過程中主要借助于機械構(gòu)件之間多種多樣的相互機械作用力。其他兩種卻不同，液力式主要借助于液力，電磁式是借助于電磁力，所以說不同種類傳遞轉(zhuǎn)矩的方式是不一樣的。 圖3.2 YL1型凸緣聯(lián)軸器 根據(jù)此次畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，為了適當(dāng)減小震動和沖擊，選用凸緣聯(lián)軸器。以下聯(lián)軸器選型計算中應(yīng)用到的公式參考《機械設(shè)計手冊》第三卷。 (

35、1)載荷計算： (3-32) 式中：T——公稱轉(zhuǎn)矩，； P——電動機功率，； n——電動機轉(zhuǎn)速，。 根據(jù)本次設(shè)計中電機選型可知，將數(shù)值代入上式得： 由機械設(shè)計手冊表4-11查得KA=1.3，故由公式計算轉(zhuǎn)矩為： (3-33) (2)型號選擇： 根據(jù)以上計算結(jié)果，從《機械設(shè)計手冊》第三卷中查得GY3凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為112，軸徑為20~24mm，符合本次設(shè)計的應(yīng)用要求，故選用。其基本參數(shù)參考表3.2。 表3.2 GY3型凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù) 公稱扭矩 Tn( N.mm

36、) 許用轉(zhuǎn)速n(r/min) 孔軸直徑d(mm) 軸長度L(mm) Y型/J1型 D (mm) D1 (mm) b1 b S 重量(kg) 112 9500 22 52/38 100 45 46 30 6 2.38 3.4 軸承選型計算 根據(jù)離心風(fēng)機的實際情況和預(yù)計使用情況，查《機械設(shè)計手冊》，選用軸承型號為NU1010的圓柱滾子軸承，這一軸承在一個方向上受少量的軸向數(shù)據(jù)，并且限制位移也是一個方向的，剛性好。 該軸承有關(guān)性能參數(shù)如下：內(nèi)徑，外徑，厚度，額定動載荷，額定靜載荷，脂潤滑極限轉(zhuǎn)速為，油潤滑極限轉(zhuǎn)速為。 (1)計算當(dāng)量動載荷P 軸承

37、所受到的載荷為，作用在軸承上的徑向載荷和軸向載荷分別為、。由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以令,由表3.2查得。因為對支架的作用力由兩個軸承承受，故由下式計算得： (3-34) 式中：P——當(dāng)量動載荷，KN； ——載荷系數(shù)； ——軸承所受總載荷；N。 (2)計算軸承轉(zhuǎn)速 (3-35) 式中：n——軸承轉(zhuǎn)速，r/min； n電——電機轉(zhuǎn)速，r/min; i——帶傳動的傳動比。 (3)計算軸承使用壽命 由《機械設(shè)計手冊》查得滾子軸承壽命指數(shù)，則： (

38、3-36) 由離心風(fēng)機的工況條件，本次設(shè)計的離心式風(fēng)機為間歇性工作機械，每天工作約15小時，一年工作300天，則其使用壽命為：一般離心式風(fēng)機的實際使用壽命為6~8年左右，所以該型號軸承符合實際的強度要求。 表3.2 載荷系數(shù)fd 載荷性質(zhì) fd 舉例 無沖擊或輕微沖擊 1.0~1.2 電動機、汽輪機、通風(fēng)機等 中等沖擊或中等慣性沖擊 1.2~1.8 車輛、動力機械、起重機、造紙機等 強大沖擊 1.8~3.0 破碎機、軋鋼機、鉆探機等 4 離心風(fēng)機的強度校核 4.1 主軸的強度校核 根據(jù)本次設(shè)計通風(fēng)機的軸向尺寸和帶輪的一些基本尺寸以及機

39、械零件相互間的結(jié)構(gòu)要求，確定傳動主軸的基本尺寸如圖4.1所示。 圖4.1 傳動主軸 由《風(fēng)機手冊》[21]中圖5-57得本設(shè)計中離心通風(fēng)機的傳動方式為C式傳動。在工作中運轉(zhuǎn)的傳動主軸，彎矩和轉(zhuǎn)矩在同時承受，所以在本次設(shè)計中傳動主軸承受的最大彎矩和轉(zhuǎn)矩就是我們所要計算出的，最終算出應(yīng)力合成數(shù)值。以下設(shè)計計算中所用公式均參考《風(fēng)機手冊》。 4.1.1 主軸承受的負(fù)荷 如圖4.1所示，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算如下： 由于軸的懸臂端直徑是階梯式的，設(shè)計中為了簡化，看做直徑相等的軸。且對葉輪質(zhì)量進(jìn)行估算：。 帶輪直徑，估算帶輪質(zhì)量。 兩軸承支承間軸的重量為： (4-1) 葉輪端懸臂

40、軸的重量為： 葉輪重量與不平衡力之和由《風(fēng)機手冊》中式得： (4-2) 帶輪重量與帶拉力之和由《風(fēng)機手冊》中式得： (4-3) 帶輪端懸臂軸的重力為： 4.1.2 計算彎矩和扭矩 支撐A的反作用力為： (4-4) 支撐B的反作用力為： (4-5) 截面A上的彎矩為： (4-6) 截面B上的彎矩為： AB段軸的扭矩由《風(fēng)機手冊》式（5-18）得： (4-7) 作圖如下： 彎矩圖 扭矩圖 圖4.2 軸的載荷分析 4.1.3 計算軸的

41、最大應(yīng)力和材料選用 最大彎矩值為 最大彎矩發(fā)生在一截面，因此合成最大的應(yīng)力位置同樣在一截面。其具體數(shù)值由《風(fēng)機手冊》中公式得： (4-8) 式中，由如下公式得： (4-9) W為主軸的抗彎模數(shù)是指在一截面處的，按下式計算： (4-10) 將和W代入，得： 主軸的材料選用根據(jù)計算結(jié)果最終選35號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，屈服點。 且，滿足要求。 4.2 葉輪強度校核 4.2.1 輪盤強度計算 如圖4.3所示為葉輪和軸盤的簡單示意圖。 圖4.3 葉輪和軸盤示意圖

42、 輪盤的直徑，中間孔的直徑。 選取輪盤厚度。 輪盤的最大應(yīng)力按下式計算： (4-11) 葉片引起的附加應(yīng)力為： (4-12) 式中：K——載荷分配系數(shù)； F1，F(xiàn)2——軸向力，徑向力，N。 由下式得： (4-13) 由下式得： (4-14) 式中：Rc——葉輪半徑，mm； Z——葉輪葉片數(shù)量； m——總?cè)~片質(zhì)量，kg； ——角速度，m/s。 單個葉片的質(zhì)量為：

43、 (4-15) 將以上數(shù)值代入(4-14)得： 輪盤的葉片負(fù)荷分配系數(shù)K=1。 故帶入數(shù)值得： (4-16) 輪盤的最大應(yīng)力為： 輪盤的材料為Q235A，其屈服點。 安全系數(shù) ，安全。 4.2.2 輪蓋的強度計算 此計算過程類似與4.2.1中輪盤強度計算，不同的是負(fù)荷分配系數(shù)K=0.5。 (4-17) 輪蓋的最大應(yīng)力為： (4-18) 輪盤的材料為Q235A，其屈服點。 安全系數(shù)為：，安全。 5 三維造型和整體裝配 5.1 葉輪、外殼三維設(shè)計 離心風(fēng)機在工作過程中，葉輪接收到軸傳來的力，

44、在大氣壓的和離心力的作用下對空氣做功，通過高速旋轉(zhuǎn)，推動了介質(zhì)的交換，在離心力的作用下軸向進(jìn)入的風(fēng)通過風(fēng)機葉輪改變?yōu)閺较蛴赏鈿こ隹谒Τ觥Ｍ鈿t可以說是葉輪的載體，整個離心風(fēng)機工作就是通過外殼進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)，經(jīng)過葉輪轉(zhuǎn)動“加工”后，再由出風(fēng)口出去，進(jìn)而達(dá)到通風(fēng)、除塵效果。外殼主要起到控制通風(fēng)機進(jìn)出口流量的作用。本次設(shè)計中葉輪外形如圖5.1，外殼設(shè)計如圖5.2，裝配造型如圖5.3所示。 圖5.1 葉輪三維造型圖 圖5.2 外殼三維造型圖 圖5.3 裝配造型圖 5.2 軸承座三維設(shè)計 本產(chǎn)品是通過軸來連接同步帶和葉輪，在一般情況下需要對軸進(jìn)行保護(hù)，因此選擇了軸承座來固定軸承

45、，軸承座的主要是對軸承起到一個支撐保護(hù)的作用，它可以固定軸承的外圈，使軸承可以轉(zhuǎn)動而且不發(fā)生移動，軸承座有很多種類型在本次設(shè)計中它的另外的一個作用就是將軸與軸承結(jié)合在一起，保護(hù)軸不受外界環(huán)境的侵蝕，軸承座的這種結(jié)構(gòu)也方便了軸承的潤滑，延長了軸承的使用壽命。并且軸承座也是多種多樣的，軸承座外形在本次設(shè)計中如圖5.4和5.5所示。 圖5.4 軸承座三維造型圖 圖5.5 軸承座剖切圖 5.3 同步帶三維設(shè)計 選用同步帶是因為它比較符合設(shè)計的要求，傳動效率高，可以省去在傳動過程之中的損耗。同步帶傳動對中心距和穩(wěn)定性的要求比較嚴(yán)格，因此它所需要考慮的因素也更多，同步帶是由齒形帶和

46、帶輪嚙合進(jìn)行傳動，它結(jié)合了齒輪傳動和鏈傳動的優(yōu)點，所以它不存在普通帶傳動的打滑問題，并且傳動的過程中，嚙合的優(yōu)勢是可以保證比較精準(zhǔn)的傳動，因此傳動具有很具體的傳動比。三維如圖5.6所示。并且同步帶傳動時噪音小，而本次設(shè)計的離心風(fēng)機也在降噪方面有著一定要求，所以選擇有著這種即結(jié)構(gòu)緊湊，又傳動平穩(wěn)，而且不需要潤滑，并且無污染等等優(yōu)點的它來做此次設(shè)計的主要傳動部件。同步帶的三維造型如圖5.7所示。 圖5.6 帶齒輪嚙合圖 圖5.7 同步帶三維造型圖 5.4 整體裝配造型 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中每一個完整的機械都是由多種多樣的，尺寸不一的零件構(gòu)成。然而本次設(shè)計也不例外，除了以上展示的零

47、件外，還有很多，而這些零件就是通過裝配組到一起的，說到整體裝配，它需要每個零件之間達(dá)到精準(zhǔn)配合，想要達(dá)到這種配合，當(dāng)然離不開尺寸的計算，以及對它結(jié)構(gòu)構(gòu)圖的設(shè)計等等。在本次的帶齒輪離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我也是在結(jié)構(gòu)、構(gòu)圖、以及計算上花費了大量的思考，最終終于設(shè)計并裝配出了符合本次設(shè)計的離心風(fēng)機，總體裝配效果圖如圖5.8所示。 圖5.8 離心風(fēng)機整體裝配圖 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計主要對離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單介紹，主要內(nèi)容包括離心風(fēng)機的內(nèi)容簡介和國內(nèi)外發(fā)展趨勢，講述了工作原理以及電機的選型，軸承和聯(lián)軸器的選型等等。也對零件進(jìn)行了分析，并繪制了零件的三維圖和二維圖。經(jīng)過對零件的分析以

48、及整體裝配，計算設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，進(jìn)行主要零件的校核。計算結(jié)果證明符合要求。 主要得出以下結(jié)論成果： (1)在了解其工作原理以及結(jié)構(gòu)的同時對其進(jìn)行電機選型設(shè)計，選擇適用于本文設(shè)計的功率,并設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，利用Solidworks軟件，對離心風(fēng)機三維建模設(shè)計，整體裝配。 (2)考慮到離心風(fēng)速度不高且伴有沖擊，采用同步帶提高其傳動效率。并對主要傳動進(jìn)行設(shè)計計算，及強度校核。 通過以上主要設(shè)計的內(nèi)容及合理的計算，我們選取功率11kW，主軸轉(zhuǎn)速1460r/min的電機，符合應(yīng)用場所的需求，并通過帶傳動的設(shè)計計算，選取XH型同步帶，驗證了帶傳動的可靠性。  參考文獻(xiàn)

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54、013.5 ：143-161  致 謝 時間過的太快了，一晃眼就到了畢業(yè)的時候了，回想起剛進(jìn)入學(xué)校的時候的興奮和激動，一想到即將就要畢業(yè)了，馬上要離開學(xué)校了。與敬愛的老師，親愛的同學(xué)馬上就要分離，心中不由得依依不舍。學(xué)校使我從一個什么事情都不懂的萌新，成長到一個具有專業(yè)知識技術(shù)的大學(xué)生。使我對未來的校外工作充滿憧憬和信心。本次畢業(yè)設(shè)計, 從最初的選題目到現(xiàn)在完成了論文，三維建模，圖紙，實物等一系列材料。我掌握了模具設(shè)計的流程對模具結(jié)構(gòu)有了更深的了解，也能積累了一定的設(shè)計經(jīng)驗。學(xué)會當(dāng)獨自一人面對整體課題時，如何快速準(zhǔn)確的在網(wǎng)上大量瀏覽相關(guān)資料，并且經(jīng)常要跑到圖書館去找相關(guān)的案列

55、和書本，了解風(fēng)機的結(jié)構(gòu)，以及風(fēng)機的工作過程和原理。同樣也對機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計有了更深刻的認(rèn)知，這對今后我在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的工作中起到了重要意義。 在這次的畢業(yè)設(shè)計中,首先非常的感謝我的兩位指導(dǎo)老師，感謝老師疫情期間在忙忙碌碌的工作中抽出時間來對我的論文進(jìn)行指導(dǎo)、審查，在審查過程中老師對我論文中出現(xiàn)的問題給予耐心的指導(dǎo)與建議，使我的畢業(yè)設(shè)計得以順利的進(jìn)展。還要感謝教過我的所有老師們，任課時老師們嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精、認(rèn)真負(fù)責(zé)。而私下里我們是朋友是親人，真的非常感謝大學(xué)四年里遇見的每一位愛崗敬業(yè)的老師們。是您們讓我學(xué)會了專業(yè)這么多的知識，都說知識才是我們進(jìn)步的階梯，所以這使我在今后的工作生活中步步高升。也非常感謝母校對我的悉心栽培，給了我四年充實而又美好的大學(xué)時光，給我創(chuàng)造了一個學(xué)習(xí)的機會，創(chuàng)造了美好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，讓我受益匪淺。