對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)含19張CAD圖

對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)含19張CAD圖,對(duì)于,軸流,通風(fēng)機(jī),設(shè)計(jì),19,cad 摘　要 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的葉輪組成，相當(dāng)于一臺(tái)兩級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)，主要應(yīng)用在礦山、隧道、船舶的換氣通風(fēng)以及冷卻塔、風(fēng)洞上。它主要由集流器、導(dǎo)流罩、葉輪、擴(kuò)散器、機(jī)殼等部分組成。對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)由于本身具有壓力特性陡、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反風(fēng)量可達(dá)正風(fēng)量的50%—70%等主要特點(diǎn)，成為隧道工程、礦井通風(fēng)的理想通風(fēng)設(shè)備，近年來(lái)愈來(lái)愈受到國(guó)內(nèi)外風(fēng)機(jī)企業(yè)的重視。 本文主要介紹FBDCZNo12型軸流風(fēng)機(jī)的工作原理、主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維實(shí)體建模及一些主要零部件的選擇及校核計(jì)算。本文第一章對(duì)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，介紹了軸流通風(fēng)機(jī)的工作原理及國(guó)內(nèi)、國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)；第二章闡述了軸流通風(fēng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；第三章主要介紹軸流通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算；第四章詳細(xì)介紹了運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)軸流通風(fēng)機(jī)的典型零件的三維設(shè)計(jì)建模，裝配和仿真的過(guò)程，運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)軸流通風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的輔設(shè)計(jì)，可以對(duì)系統(tǒng)的整體布局，結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行判斷及評(píng)價(jià)，還可以方便的對(duì)零件尺寸、形狀進(jìn)行修改；第五章對(duì)部分零件進(jìn)行了校核計(jì)算。 關(guān)鍵詞：軸流風(fēng)機(jī)；葉輪；Pro/E；葉片 I Abstract Flow breeze machine is from the opposite direction two rotating impeller component, which is equivalent to a two axial fan, major applications in mines, tunnels, ships ventilation ventilation and cooling towers, on the wind tunnel. It is mainly set by the converter, a dome, impellers, diffusers, chassis and other components. Rotating axial fan since they have characteristics of steep pressure, simple structure, Anti-wind of up to the amount of wind is 50% -70%, and other major features, as tunneling, Mine ventilation ideal ventilation equipment, in recent years have become more and more domestic and foreign enterprises fan attention. This text main introduction the FBDCZNo12 Flow breeze machine equipments of work principle, main zero parts of structure design, the 3D entity set up mold and some main zero partseses of choice and the school calculate calculate. In this text, the first chapter of axial fan for the simple presentation, the axial fan the working principle and domestic, foreign development trends; The second chapter presents the axial fan the overall design and structure design program; Chapter 3 introduces the Axial Fan structural design and related parts design; The fourth chapter details the use of Pro/E software Axial Fan typical components of 3D design modeling, assembly and the process simulation, using Pro/E software axial fan of computer-aided design, , the system can be the overall layout and structure of reasonable judgment and the evaluation and can also facilitate the right parts size, Shape changes; Chapter 5 Including some of the parts of checking calculation. 　　Key words：fans flow; impeller; Pro/E;leaves II 目　錄 第1章　緒論 1 1.1　前言 1 1.2　對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 1 1.3　軸流式通風(fēng)機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、市場(chǎng)需求 2 1.4　本章小結(jié) 3 第2章　軸流式通風(fēng)機(jī)的概述 4 2.1　軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 4 2.2　軸流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案 5 2.3　本章小結(jié) 8 第3章　對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì) 9 3.1　通風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì) 9 3.2　對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)基本理論 10 3.3　機(jī)構(gòu)主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.4　通風(fēng)機(jī)葉輪葉片強(qiáng)度的計(jì)算 15 3.5　本章小結(jié) 18 第4章　軸流通風(fēng)機(jī)的三維實(shí)體設(shè)計(jì) 19 4.1　設(shè)計(jì)流程 19 4.2　Pro/ENGINEER的功能簡(jiǎn)介 20 4.3　零件設(shè)計(jì)建模 20 4.4　零件裝配設(shè)計(jì) 28 4.5　本章小結(jié) 32 第5章　運(yùn)動(dòng)仿真 33 5.1　PRO/E動(dòng)畫設(shè)計(jì)概述 33 5.2　葉輪部分動(dòng)畫仿真 33 5.3　本章小結(jié) 37 第6章　配套零部件的設(shè)計(jì) 38 I 6.1　電機(jī)的選擇 38 6.2　葉輪連接處平鍵的校核 38 6.3　本章小結(jié) 38 結(jié)　論 39 致　謝 40 參考文獻(xiàn) 41 41 第1章 緒論 1.1 前言 軸流式通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用以有很長(zhǎng)時(shí)間，但在早期由于受到工業(yè)水平和技術(shù)手段的限制，其理論和實(shí)驗(yàn)研究都不夠深入。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及科技的飛速進(jìn)步，軸流式通風(fēng)機(jī)也得到了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。特別是在航空航天領(lǐng)域以及煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域。科技的發(fā)展以及生產(chǎn)的需求，就促進(jìn)了軸流式通風(fēng)機(jī)向著更高的水準(zhǔn)發(fā)展。設(shè)計(jì)師對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。 軸流式通風(fēng)機(jī)根據(jù)需要有單級(jí)和多級(jí)兩大類，由于單級(jí)的風(fēng)壓低，多用于低壓、大流量的場(chǎng)合；隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)軸流式通風(fēng)機(jī)已逐漸高壓方向發(fā)展，而多級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)也就隨即而生，具有更高的風(fēng)壓、風(fēng)量、低噪聲和高效率。 礦用通風(fēng)機(jī)是井下采礦掘進(jìn)巷道最重要的設(shè)備之一。我國(guó)科技水平的進(jìn)步、工業(yè)生產(chǎn)需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求以及人民生活的必需，使得煤礦井下作業(yè)逐步走向高產(chǎn)量、高效率、綜合開采等特點(diǎn)，也使得井下巷道距離變長(zhǎng)、斷面加大，用風(fēng)量增多，需要有風(fēng)壓高和風(fēng)力打的通風(fēng)機(jī)來(lái)滿足安全生產(chǎn)、通風(fēng)、節(jié)約能源和改善礦井井下工作條件的要求。開發(fā)新型通風(fēng)機(jī)十分必要。對(duì)旋風(fēng)機(jī)應(yīng)用于礦井、隧道等場(chǎng)合具有目前其它系列風(fēng)機(jī)無(wú)法比擬的，綜上所述，對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)由于本身具有壓力特性陡、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反風(fēng)量可達(dá)正風(fēng)量的70%—90%等主要特點(diǎn)，成為隧道工程、礦井通風(fēng)的理想通風(fēng)設(shè)備。 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的葉輪組成，相當(dāng)于一臺(tái)兩級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)，它主要應(yīng)用在礦山、隧道、船舶的換氣通風(fēng)以及冷卻塔、風(fēng)洞上。對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)比普通軸流風(fēng)機(jī)具有更高的風(fēng)壓、風(fēng)量、低噪聲和高效率。 1.2 對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的葉輪，是兩級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)，主要應(yīng)用在采礦、冷卻塔、工程隧道的換氣通風(fēng)。 相比于普通流風(fēng)機(jī)，對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)擁有更大風(fēng)壓、更大的風(fēng)量、更高效率以及更低的噪音。其具體特點(diǎn)如下： （1） 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)效率比普通通風(fēng)機(jī)要高，不存在靜葉損失，因?yàn)槠錄]有靜葉； （2） 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)具有較大的逆向送風(fēng)量，一般可達(dá)50～70 % ，而普通通風(fēng)機(jī)的逆向送風(fēng)量?jī)H為30%～40%，而反風(fēng)是礦井中出現(xiàn)事故時(shí)必須的； （3） 根據(jù)不同的風(fēng)量、風(fēng)壓要求，對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)可以采用前置葉輪與后置葉輪同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)、前置葉輪停止后置葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)、前置葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)后置葉輪停止三種運(yùn)行方式，大大擴(kuò)寬了使用運(yùn)行范圍； （4） 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的壓力——風(fēng)量特性曲線較陡，在高效區(qū)較小風(fēng)量變化即可得到較大的風(fēng)壓變化，能適應(yīng)礦井主通風(fēng)和局部通風(fēng)的需求； （5） 設(shè)計(jì)對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)時(shí)，第二級(jí)葉片的氣動(dòng)負(fù)荷比第一級(jí)葉片的氣動(dòng)負(fù)荷要小，因此，不易出現(xiàn)失速，并且其小流量區(qū)特性明顯改善； （6） 采用雙電機(jī)雙端驅(qū)動(dòng)的方式，使單部電機(jī)容量大幅降低，這不僅使電控系統(tǒng)的單機(jī)負(fù)荷大幅度下降，也使電控系統(tǒng)技術(shù)等級(jí)要求降低，從而使供電及電控設(shè)備的投資額和操作控制技術(shù)要求大大減低； （7） 由于前置葉輪與后置葉輪的干涉運(yùn)轉(zhuǎn)，其噪音應(yīng)比普通通風(fēng)機(jī)大，但合理的軸向間隙、徑向間隙、前置葉輪與后置葉輪轉(zhuǎn)速的合理匹配，都可以有效地降低噪音，此外還可采用外包復(fù)式消聲器的方法減低噪音； （8） 各段消聲風(fēng)筒由法蘭盤用螺栓連接，采用葉輪與電機(jī)直接連接的方式。該機(jī)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固耐用，使用安全，維修方便。 綜上所述，對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)由于本身具有壓力特性陡、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反風(fēng)量可達(dá)正風(fēng)量的50%—70%等主要特點(diǎn)，成為隧道工程、礦井通風(fēng)的理想通風(fēng)設(shè)備，近年來(lái)愈來(lái)愈受到國(guó)內(nèi)外風(fēng)機(jī)企業(yè)的重視。但是由于兩級(jí)葉輪反向?qū)D(zhuǎn)，相互影響，流動(dòng)比較復(fù)雜，很多與工程實(shí)踐相關(guān)的問(wèn)題大都通過(guò)試驗(yàn)的方式加以解決，還需要深入的研究，工程中對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)可供參考的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也需要完善。 對(duì)旋風(fēng)機(jī)應(yīng)用于礦井、隧道等場(chǎng)合具有目前其它系列風(fēng)機(jī)無(wú)法比擬的，對(duì)其性能的研究工作和工程試驗(yàn)也日趨完善，具用廣闊的發(fā)展前景。 1.3 軸流式通風(fēng)機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、市場(chǎng)需求 從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)、斜流式通風(fēng)機(jī)以及高效子午加速軸流通風(fēng)機(jī)已經(jīng)成為礦用風(fēng)機(jī)的主要發(fā)展方向。自八十年代中期以來(lái)，通風(fēng)機(jī)在高效、節(jié)能的總趨勢(shì)下，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的機(jī)翼形葉片、擴(kuò)散器、整體通流部分優(yōu)化以及軸承密封等當(dāng)代科技的最新成果，采用先進(jìn)的工藝和設(shè)備，提高制造精度，使風(fēng)機(jī)效率不同程度地提高了5%~10%。自1983年起，俄羅斯開始推廣最大功率為110kW的BM型局部通風(fēng)機(jī)；英國(guó)目前生產(chǎn)使用的局部通風(fēng)機(jī)采用軸流式的葉輪，其流道為分叉并且工作氣流與電機(jī)分隔；日本也生產(chǎn)了一種MFA系列通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有無(wú)聲的特點(diǎn)，是采用對(duì)旋式的局部通風(fēng)機(jī)。MFA系列通風(fēng)機(jī)可以產(chǎn)生大雨5KPa的風(fēng)壓，其最大功率可達(dá)到290KW。MFA系列通風(fēng)機(jī)有兩層機(jī)殼，其中特殊的吸音吸材料并且在其他重要震動(dòng)部分也添加該材料，因此噪聲可以降低到80~90dB(A)，可以達(dá)到無(wú)聲效果。德國(guó)生產(chǎn)的VTEX系列軸流式局部通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)采用對(duì)旋式，具有230KW的最大功率，適用于壓力較低的工作環(huán)境。 相對(duì)于世界傳統(tǒng)工業(yè)強(qiáng)國(guó)，我國(guó)的礦井軸流通風(fēng)機(jī)的發(fā)展相對(duì)遲緩。六十年代以前，我國(guó)引進(jìn)國(guó)外的通風(fēng)機(jī)和不完全的設(shè)計(jì)資料制造了國(guó)產(chǎn)JBT和JBT1系列兩種礦用局部通風(fēng)機(jī)，這兩種通風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于我國(guó)礦用領(lǐng)域數(shù)年，因?yàn)槠淠芎拇蟛⑶矣泻艽蟮脑胍舳饾u退出我國(guó)礦用生產(chǎn)的舞臺(tái)。由于我國(guó)部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平有限，新型的局部通風(fēng)機(jī)在我國(guó)不發(fā)達(dá)地區(qū)使用數(shù)量有限，使得目前我國(guó)部分地區(qū)煤礦所使用的局部通風(fēng)機(jī)仍然是JBT(YBT)系列的老產(chǎn)品。目前，我國(guó)自主研發(fā)的新型礦用通風(fēng)機(jī)正積極在向著流量大、風(fēng)壓高、效率高、低（無(wú)）噪聲方向發(fā)展，但以我國(guó)目前的研發(fā)水平，通風(fēng)機(jī)的流量和壓力偏低，噪聲較高，未能達(dá)到日本所生產(chǎn)的MFA系列風(fēng)機(jī)所達(dá)到的低噪水平。因此，有必要研制一種新型的局部風(fēng)機(jī)，用來(lái)提高風(fēng)量和壓力，進(jìn)一步降低噪聲。 目前，通風(fēng)機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展方向均為節(jié)約能源、節(jié)省資源和保護(hù)環(huán)境。即高效化、小型化、模塊化和低噪聲化。我國(guó)正處于高速發(fā)展時(shí)期，各種行業(yè)飛速發(fā)展，能源開采、城市建設(shè)、交通發(fā)展等，成千上萬(wàn)座煤礦都在開采，城市地鐵的大量修建，造船業(yè)的發(fā)展，這里邊通風(fēng)設(shè)施的需求越來(lái)越大，對(duì)設(shè)備的性能要求也越來(lái)越高，綜合每年需求大量的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行更換。市場(chǎng)前景非常可觀。 1.4 本章小結(jié) 本章節(jié)介紹了軸流式通風(fēng)機(jī)的工作原理及其特點(diǎn)，以及軸流式通風(fēng)機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀、未來(lái)發(fā)展前景，通過(guò)本章，可以使讀者在大體上對(duì)流風(fēng)機(jī)有初步的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)具體的分析與各國(guó)通風(fēng)機(jī)的發(fā)展水平，讓讀者對(duì)通風(fēng)機(jī)可觀的前景有了一個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí)。 第2章 軸流式通風(fēng)機(jī)的概述 2.1 軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 按照我國(guó)對(duì)通風(fēng)機(jī)的分類方法，風(fēng)壓在490Pa以下，氣體沿軸向流動(dòng)的通風(fēng)機(jī)稱為軸流式通風(fēng)機(jī)。圖2-1所示為軸流式通風(fēng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)示意圖，氣體由集流器1流入，在葉輪2中獲得能量，再流入導(dǎo)葉3，導(dǎo)葉可將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，然后輸入到管路中。 根據(jù)所需要的壓強(qiáng)，分為單級(jí)和多級(jí)式（圖2-2）。多級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)上還有后級(jí)葉輪和后導(dǎo)葉。葉輪和導(dǎo)葉組成級(jí)。因?yàn)檩S流式通風(fēng)機(jī)的壓強(qiáng)較低，一般都采用單級(jí)，低壓軸流式通風(fēng)機(jī)的壓強(qiáng)在490Pa以下，高壓軸流通風(fēng)機(jī)一般也在4900Pa以下。因此，與離心式通風(fēng)機(jī)相比，軸流式通風(fēng)機(jī)具有低壓、大流量的特點(diǎn)。目前，單級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)的全壓效率可達(dá)90%以上，帶有擴(kuò)散筒的單級(jí)通風(fēng)機(jī)的靜壓效率可達(dá)83%~85%。一般軸流式通風(fēng)機(jī)的壓強(qiáng)系數(shù)較低Ψ<0.6，而流量系數(shù)較高，Φ=0.3~0.6,?單級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速為ns=18~90(100~500)。 但是，近年來(lái)軸流式通風(fēng)機(jī)已逐漸向高壓方向發(fā)展，例如，目前國(guó)際上已制造出的動(dòng)葉可調(diào)軸流式通風(fēng)機(jī)，其全壓高達(dá)14210Pa，許多大型離心式通風(fēng)機(jī)有被軸流式通風(fēng)機(jī)取代的趨勢(shì)。 1-集流器 2-葉輪 3-導(dǎo)葉 4-擴(kuò)散筒 圖2-1 軸流式通風(fēng)機(jī) 1-集流器 2-整流罩 3-葉輪 4-導(dǎo)體 5-后級(jí)葉輪 6-后導(dǎo)葉 7-整流體 8-機(jī)殼 9-擴(kuò)散筒 圖2-2 多級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)剖面圖 2.2 軸流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案 軸流式通風(fēng)機(jī)從產(chǎn)生到現(xiàn)在出現(xiàn)了很多種設(shè)計(jì)方案，有葉輪前設(shè)置前導(dǎo)葉、葉輪后設(shè)置導(dǎo)葉、單獨(dú)葉輪、葉輪前后都設(shè)置導(dǎo)葉等多種方案，每種方案都有其優(yōu)點(diǎn)。 2.2.1 葉輪前設(shè)置前導(dǎo)葉 葉輪前設(shè)置前導(dǎo)葉的級(jí)如圖2-3所示。氣體在前導(dǎo)葉中加速并產(chǎn)生預(yù)旋，在通風(fēng)機(jī)中大部分采用負(fù)預(yù)旋(C1u<0)，而不采用C1u>0。葉輪出口的氣流絕對(duì)速度方向?yàn)檩S向，這種級(jí)的特點(diǎn)是壓強(qiáng)系數(shù)高、反作用度Ω>1，一般Ω=1.25~1.50左右。因?yàn)镃1u<0，>0，所以 （2-1） 圖2-3 葉輪前設(shè)導(dǎo)葉 這種級(jí)的效率η=0.78~0.82。由于流速高、效率較低，故多用于要求風(fēng)機(jī)體積盡可能小的場(chǎng)合。 2.2.2 葉輪后設(shè)置導(dǎo)葉 這種方案在通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。氣體軸向進(jìn)入葉輪，從葉輪流出后，氣流有一定的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)后導(dǎo)葉擴(kuò)壓整流后，氣體軸向流出，如圖2-4所示。所以 （2-2） 該方案的特點(diǎn)：反作用度Ω<1(0.75~0.90)，可以用于壓頭較高的通風(fēng)機(jī)，效率高，η=0.82~0.85(甚至可達(dá)90%)，采用了可調(diào)動(dòng)葉后，擴(kuò)大了單機(jī)使用范圍。 圖2-4 葉輪后設(shè)置導(dǎo)葉 2.2.3 單獨(dú)葉輪 對(duì)于小葉輪轂比或功率不大的通風(fēng)機(jī)，常常采用一個(gè)葉輪而不再設(shè)置導(dǎo)葉。這種方案因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，所以被廣泛采用。其缺點(diǎn)是效率較低，一般η=0.7~0.8。 2.2.4 葉輪前后都設(shè)置導(dǎo)葉 該方案是上述第一、第二兩種方案綜合的結(jié)果，其性能介于兩者之間。其布置是葉輪進(jìn)出氣流的絕對(duì)速度大小相等，而旋轉(zhuǎn)方向相反，所以其反作用度Ω=1。這種級(jí)的效率η=0.8~0.85。此種方案在結(jié)構(gòu)上多了一排，實(shí)際中并不常用，多用于多級(jí)通風(fēng)機(jī)中。 2.2.5 多級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī) 多級(jí)軸流風(fēng)機(jī)為2~4級(jí)，大多數(shù)是2級(jí)。一般是一個(gè)葉輪和一個(gè)導(dǎo)葉組成一個(gè)級(jí)，也可在第一級(jí)前裝置前導(dǎo)葉。在某些建筑通風(fēng)裝置上，為了使風(fēng)壓較高而徑向尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可采用兩個(gè)葉輪中間加一個(gè)導(dǎo)葉的方案，圖2-5所示為三種軸流式通風(fēng)機(jī)性能的對(duì)比。 1-前置導(dǎo)葉 2-后置導(dǎo)葉3-單獨(dú)葉輪級(jí) 圖2-5 三種軸流風(fēng)機(jī)級(jí)性能對(duì)比 在進(jìn)行通風(fēng)機(jī)方案選擇時(shí)，可大致參考風(fēng)機(jī)的壓強(qiáng)系數(shù)ψ或比轉(zhuǎn)速ns進(jìn)行： 當(dāng)ψ<0.3或ns>32.5(180)時(shí)，一般采用單獨(dú)葉輪的級(jí)； 當(dāng)ψ=0.3~0.5或ns=20.8~32.5(115~180)時(shí)，可采用葉輪加后導(dǎo)葉級(jí)； 當(dāng)ψ>0.5或ns=14.5~20.8(80~115)時(shí)，用前導(dǎo)葉加葉輪加后導(dǎo)葉級(jí)； 多級(jí)通風(fēng)機(jī)的級(jí)數(shù)i可參考下式確定： （2-3） 　　式中：ut為葉輪外緣圓周速度，單位m/s。 從以上介紹可以看出，多級(jí)軸流風(fēng)機(jī)比普通軸流風(fēng)機(jī)具有更高的風(fēng)壓、風(fēng)量和效率，風(fēng)機(jī)的壓力——風(fēng)量特性曲線較陡，在高效區(qū)較小風(fēng)量變化即可得到較大的風(fēng)壓變化，能適應(yīng)礦井主通風(fēng)和局部通風(fēng)的需求，因此從滿足礦井安全生產(chǎn)、通風(fēng)需要、節(jié)約能源和改善礦井井下工作條件出發(fā)，開發(fā)新型通風(fēng)機(jī)十分必要，故本設(shè)計(jì)在普通軸流風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行兩級(jí)流風(fēng)機(jī)即對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2.3 本章小結(jié) 本章節(jié)重點(diǎn)介紹軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和幾種設(shè)計(jì)方案，以及本次設(shè)計(jì)的意義，通過(guò)這章可以讓讀者大體上了解到軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、參考參數(shù)、優(yōu)缺特點(diǎn)。闡述了開發(fā)新型通風(fēng)機(jī)的重要性和設(shè)計(jì)方法。使讀者對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)有一個(gè)相對(duì)具體的認(rèn)識(shí)。 第3章 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì) 3.1 通風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì) 軸流式通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)的目的是在滿足設(shè)計(jì)參數(shù)的前提下，根據(jù)獲得高效率或低噪音的原則，計(jì)算出軸流通風(fēng)機(jī)有關(guān)部件在流道中的幾何尺寸，并繪制軸流風(fēng)機(jī)圖樣。 在進(jìn)行軸流通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，已知的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有通風(fēng)機(jī)全壓PtF和流量qv。如果所給的設(shè)計(jì)參數(shù)不是對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)的，應(yīng)將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下設(shè)計(jì)參數(shù)，然后再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 有時(shí)，還可能對(duì)設(shè)計(jì)提出一些其他的附帶要求。例如，對(duì)于通風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)方面的要求，對(duì)于及其尺寸的要求，對(duì)于通風(fēng)機(jī)耐磨、耐蝕、耐高溫及防爆等方面的要求，對(duì)于噪聲方面的要求等等。所有這些，在確定通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方案時(shí)都要加以考慮。 由于其使用條件不同，有時(shí)要求通風(fēng)機(jī)工況能夠調(diào)節(jié)，以滿足通風(fēng)機(jī)工況改變所需要的風(fēng)量。諸如大型電站用軸流送風(fēng)機(jī)、礦山主通風(fēng)機(jī)、地鐵隧道軸流通風(fēng)機(jī)以及紡織空調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)等。 由于通風(fēng)機(jī)使用地點(diǎn)不同，對(duì)通風(fēng)機(jī)型式和尺寸所提出的特殊要求，諸如船用通風(fēng)機(jī)，由于其安裝面積受到限制，通常采用立式的，而不是臥式的。 由于使用用途不同，對(duì)于輸送具有腐蝕性氣體的通風(fēng)機(jī)，需要采用耐腐蝕材料，如玻璃鋼及工程塑料等；對(duì)于輸送易爆炸氣體的通風(fēng)機(jī)，需采用防爆材料，如葉輪采用鑄造鋁合金材料等；對(duì)于輸送含雜質(zhì)和粉塵的混合氣體通風(fēng)機(jī)，除耐磨材料外，在葉片表面，還常常噴涂一些耐磨合金材料，以增強(qiáng)葉輪的耐磨性能；對(duì)于地鐵、高層民用建筑等需要機(jī)械排煙場(chǎng)合所用的消防排煙通風(fēng)機(jī)，還要求通風(fēng)機(jī)能耐高溫運(yùn)行，例如，我國(guó)高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范規(guī)定，消防排煙通風(fēng)機(jī)應(yīng)能滿足當(dāng)輸送280℃的煙氣時(shí)，運(yùn)行時(shí)間不少于30min，這就要求通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮通風(fēng)機(jī)材質(zhì)和電動(dòng)機(jī)的耐高溫要求。 機(jī)械噪聲為重要的噪聲污染源之一，為了保證人民的身體健康、提高工作效率，對(duì)于不同的通風(fēng)機(jī)使用場(chǎng)合，對(duì)于通風(fēng)機(jī)的噪音要求也不同。 在軸流通風(fēng)機(jī)葉片環(huán)的空氣動(dòng)力計(jì)算中，遵循著兩種不同的方法，即等環(huán)量和變環(huán)量方法。等環(huán)量方法適用于壓力較高、輪轂比較大的軸流通風(fēng)機(jī)葉片環(huán)空氣動(dòng)力計(jì)算中，而變環(huán)量方法則適用于壓力較低、輪轂比較小的軸流通風(fēng)機(jī)計(jì)算中。近年來(lái)出現(xiàn)的軸流通風(fēng)機(jī)優(yōu)化氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軸流通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)計(jì)算技術(shù)，可以很好滿足現(xiàn)代軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的高效率、低噪音、良好的空氣動(dòng)力性能和安全可靠性等指標(biāo)要求。 在通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算力后，必須對(duì)葉輪等旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。若強(qiáng)度不夠，應(yīng)當(dāng)更換材料或增加板材厚度，而不應(yīng)隨意更改葉片尺寸，否則將會(huì)改變通風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性能。 目前，軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法主要有兩種，一種是利用孤立翼型進(jìn)行空氣動(dòng)力試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為孤立翼設(shè)計(jì)方法；另一種是利用平面葉柵的理論和葉柵的吹風(fēng)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為葉柵設(shè)計(jì)方法。從空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展歷史來(lái)看，在沒有對(duì)平面直列葉柵進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)及理論研究以前，對(duì)于孤立翼型進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究工作，并得出有關(guān)數(shù)據(jù)，這時(shí)軸流通風(fēng)機(jī)葉片環(huán)的設(shè)計(jì)理論是建立在孤立翼型試驗(yàn)基礎(chǔ)上，這就是孤立翼設(shè)計(jì)方法。隨著空氣動(dòng)力計(jì)算發(fā)展，開始發(fā)現(xiàn)當(dāng)(也有人認(rèn)為)時(shí)，孤立翼設(shè)計(jì)方法在軸流通風(fēng)機(jī)葉片環(huán)的計(jì)算中不能得到預(yù)期的結(jié)果。此后，對(duì)于平面葉柵的試驗(yàn)研究及理論研究工作有了很大發(fā)展，在這基礎(chǔ)上建立了軸流通風(fēng)機(jī)葉片環(huán)葉柵設(shè)計(jì)方法。 3.2 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)基本理論 典型單級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)示意圖如圖3-1。其中包括集流器1、流線罩2、前導(dǎo)流器（P）3、葉輪（R）4及后導(dǎo)流器（S）5。由P+R+S組成的一個(gè)完整的級(jí)。氣流經(jīng)過(guò)級(jí)中的流動(dòng)，在大多數(shù)情況下，可以看成是在圓柱面上的流動(dòng)。 圖3-1 單級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)示意圖 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)是在單級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，由兩個(gè)軸流通風(fēng)機(jī)葉輪串聯(lián)安裝，彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，它不需要導(dǎo)葉，能產(chǎn)生相當(dāng)于二級(jí)風(fēng)機(jī)的壓力，整個(gè)結(jié)構(gòu)十分緊湊。它需要兩個(gè)單獨(dú)的、轉(zhuǎn)向相反的原動(dòng)機(jī)（近來(lái)也使用柴油機(jī)）；或用一個(gè)裝在風(fēng)機(jī)外面的電動(dòng)機(jī)用帶傳動(dòng)；也可以用又裝在輪轂內(nèi)的反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。 對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)系列的工作原理是第一級(jí)葉輪與第二級(jí)葉輪相距很近，分別又容量和型號(hào)相同的隔爆專用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，第一級(jí)葉輪與第二級(jí)葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，兩個(gè)葉輪采用不同的葉片數(shù)，葉片為氣流性能優(yōu)良的機(jī)翼葉型，第一級(jí)葉輪的扭曲角和安裝角均大于第二級(jí)葉輪的扭曲角和安裝角?？諝饬魅胍患?jí)葉片獲得能量后并經(jīng)第二級(jí)葉輪排出，第二級(jí)葉輪兼?zhèn)渲胀ㄝS流風(fēng)機(jī)中靜葉的功能，在獲得整直圓周方向速度分量的同時(shí)，增加氣流的能量，從而達(dá)到普通軸流式風(fēng)機(jī)不能達(dá)到的高效和高風(fēng)壓。 3.3 機(jī)構(gòu)主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3.1 葉輪直徑及葉片數(shù)目的計(jì)算 設(shè)計(jì)要求風(fēng)機(jī)流量為10.5~28.7/s，風(fēng)壓為600~1500Pa，現(xiàn)取流量為28.7/s，風(fēng)壓為1500Pa進(jìn)行計(jì)算，取空氣密度為1.2。計(jì)算主要參考文獻(xiàn)［1］進(jìn)行。 1． 確定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通風(fēng)機(jī)的級(jí)數(shù)、級(jí)型式和葉輪直徑 由于設(shè)計(jì)為主要應(yīng)用在礦山的對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，故級(jí)數(shù)=2 第一級(jí)風(fēng)壓 ===750Pa 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速取980r/min，故風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速 ===202.9 葉輪直徑 D’===1.351m 根據(jù)流風(fēng)機(jī)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，D’圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑D=1200mm 葉輪外緣圓周速度 ===61.5m/s 流量系數(shù) ==0.41 全壓系數(shù) ==0.33 2． 確定輪轂直徑d 由表3-1選取=0.6 此時(shí)輪轂直徑為： d=D=0.6×1.2m=0.72m 表3-1 選擇表 ≤0.2 0.2~0.4 ＞0.4 0.35~0.45 0.5~0.6 0.6~0.7 無(wú)因次軸向速度為： =0.26/()=0.406 得到軸向速度為： ==0.406×61.5=25m/s 驗(yàn)算：為判斷葉輪葉片根部及后導(dǎo)流器葉片根部是否產(chǎn)生氣流分離，需確定 最小允許輪轂比。由參考文獻(xiàn)得到全壓效率為88%，則風(fēng)機(jī)理論全壓系 數(shù)為： =0.375 由于考慮前部分時(shí)，風(fēng)機(jī)可以看作是P+R級(jí)即前導(dǎo)流器加葉輪級(jí)，此 時(shí)的最佳計(jì)算參數(shù)=-0.6~-0.73，取為-0.73，對(duì)于P+R級(jí)函數(shù)為： 葉輪允許的最小輪轂比: ==1/2.96=0.34 由于=0.6＞，故設(shè)計(jì)合理，不會(huì)存在葉片根部產(chǎn)生氣流分離。 3．葉片計(jì)算截面的確定 選用機(jī)翼型葉片 將整個(gè)葉片分為6個(gè)計(jì)算截面，其中相對(duì)平均半徑為： 4． 葉片數(shù)目Z的選擇 由表3-2，=0.6時(shí)，Z=8~16，本設(shè)計(jì)取一級(jí)葉輪葉片數(shù)為15。 表3-2 葉片數(shù)目與輪轂間關(guān)系 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Z 2~6 4~8 6~12 8~16 10~20 3.3.2 集流器與導(dǎo)流罩 1.集流器 有優(yōu)良集流器的通風(fēng)機(jī)要比無(wú)集流器的通風(fēng)機(jī)全壓及效率分別降低10%~20%或10%~15%。集流器和導(dǎo)流罩一起，組成了光滑的漸縮形流道，其作用是使氣體在其中得到加速，以便在損失最小的條件下，在級(jí)的入口前建立起均勻的速度場(chǎng)。 集流器的線形多為圓弧或雙曲線，對(duì)于圓弧集流器，當(dāng)圓弧半徑r與葉輪直徑D之比r/D=0.2時(shí)，其損失系數(shù)已很小，約為0.03；當(dāng)r/D=0.3時(shí)可忽略其損失。故在設(shè)計(jì)中取r/D=0.25~0.3。為了便于集流器的制造，有時(shí)可采用由兩個(gè)或多個(gè)截圓錐所組成的簡(jiǎn)化集流器，試驗(yàn)表明，這種簡(jiǎn)化集流器在損失較小的情況之下，也能得到均勻的速度場(chǎng)，因此為了便于制造，本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)化的集流器。 2.導(dǎo)流罩 有導(dǎo)流罩較之無(wú)導(dǎo)流罩的軸流通風(fēng)機(jī)其流量可增加10%。導(dǎo)流罩通常為半球形或流線形。本設(shè)計(jì)采用流線形導(dǎo)流罩，線形由圖3-2所示流線體最大直徑的前端（其長(zhǎng)度等于0.4l部分）繪制。該流線體的型線坐標(biāo)值列于表3-1。設(shè)計(jì)時(shí)使dmax等于輪轂直徑d。 圖3-2 導(dǎo)流罩表 圖3-3 導(dǎo)流罩型線坐標(biāo) x/l(%) 0 1.25 2.5 5 10 20 30 dx/dmax(%) 0 24.8 34.8 48.4 66.2 86.0 96.8 x/l(%) 40 50 60 70 80 90 100 dx/dmax(%) 100 97.7 90.5 78.2 60.0 34.7 0 3.3.3 擴(kuò)散器 在額定工況下,一級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)動(dòng)壓在全壓中所占的比例σ為0.3~0.5，而離心通風(fēng)機(jī)的σ只有0.05~0.1，可見軸流通風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓相當(dāng)可觀。為了提高軸流通風(fēng)機(jī)的靜壓，必須在其最后一個(gè)葉片環(huán)的出口安置擴(kuò)散器，同時(shí)也提高了通風(fēng)機(jī)的靜壓效率。此外由于通風(fēng)機(jī)排氣噪聲的聲功率與通風(fēng)機(jī)出口排入大氣的速度的8次方成正比，因而在抽出式通風(fēng)機(jī)出口設(shè)置擴(kuò)散器還可以明顯降低排氣噪聲. 擴(kuò)散器的損失可按下式計(jì)算： （3-1） 式中：—擴(kuò)散器的損失系數(shù)； —擴(kuò)散器入口氣流速度，單位m/s。 擴(kuò)散器損失系數(shù)為： （3-2） 式中：—擴(kuò)散器摩擦損失系數(shù)，=0.025~0.03；n=A4/A3—擴(kuò)散器的擴(kuò)散度，它為擴(kuò)散器的出、入口通流面積A4與A3之比； Ki—沖擊完善系數(shù)。 Ki與擴(kuò)散器的等值張開角度φ之間的關(guān)系曲線如圖3-3所示。 圖3-3 Ki與φ間的關(guān)系曲線 由于擴(kuò)散器選擇為漸縮型，等值張開角度φ=10°~20°，常取φ=10°，因此Ki=0.15。擴(kuò)散器小口端直徑≈D+(10~20)=1200+(10~20)mm，取1215mm，故大口端直徑=1390mm。 n=A4/A3===1.31 取0.025，故 擴(kuò)散器的效率為： =% 擴(kuò)散器的長(zhǎng)度可用下式計(jì)算： ==2457mm 式中的D4為擴(kuò)散器出口截面直徑。等值張開角度φ=10°~20°，常取φ=10°，D與的值參看葉輪的計(jì)算。 3.4 通風(fēng)機(jī)葉輪葉片強(qiáng)度的計(jì)算 （3-3） 式中：m—葉片質(zhì)量，單位kg； —葉片中心至葉輪中心之距離，單位m； ω—葉輪角速度，單位S。 圖3-4軸流風(fēng)機(jī)葉片拉伸計(jì)算圖 葉片根部的拉伸應(yīng)力（Pa）為： （3-4） 式中：S—對(duì)于葉片焊接在輪轂上的葉輪，S為焊縫面積；對(duì)于葉片通過(guò)葉柄固定在輪轂上的葉輪，S指葉柄的橫截面積（m） 由以前計(jì)算得到葉輪直徑 D=1.2m，=0.672m，葉片數(shù)Z=15，，功率P=22KW，氣體密度，轉(zhuǎn)速，b=0.61m，h=0.1m，l=0.575m，t=0.2，，葉片根部安裝角，葉片單個(gè)質(zhì)量，則作用在葉片上總的離心力為： =380081N 葉片根部拉伸應(yīng)力 氣流流動(dòng)壓力引起的切向力 =85.99N 氣流流動(dòng)壓力引起的軸向力 荷載力 荷載力引起的彎矩（） 則 在葉片根部的最大彎曲應(yīng)力 式中： 則 葉片根部總的應(yīng)力為 強(qiáng)度驗(yàn)算，總應(yīng)力與強(qiáng)度極限（取屈服極限）的安全系數(shù)n為 因此葉片強(qiáng)度滿足要求。 3.5 本章小結(jié) 本章節(jié)重點(diǎn)介紹軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，其中包括通風(fēng)機(jī)的動(dòng)力設(shè)計(jì)、基本理論、主要零部件數(shù)據(jù)計(jì)算和葉片強(qiáng)度計(jì)算。通過(guò)這章可以讓讀者了解到軸流式通風(fēng)機(jī)的部分零件設(shè)計(jì)方法以及部分零件的校核計(jì)算公式。提供了軸流式通風(fēng)機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。 第4章 軸流通風(fēng)機(jī)的三維實(shí)體設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)流程 對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的三維設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用了Pro/E進(jìn)行三維建模，下面結(jié)合Pro/E來(lái)說(shuō)明此次設(shè)計(jì)的基本思路。在運(yùn)用此設(shè)計(jì)方法對(duì)其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，主要是使用了Pro/E的以下幾個(gè)模塊： （1） 二維總體草圖布局 總體布局模塊主要完成草圖設(shè)計(jì)以及核心設(shè)計(jì)信息的建立，通過(guò)布局草圖實(shí)現(xiàn)從整體到部分和功能設(shè)計(jì)的，它能使用戶地定義一個(gè)裝配體的基本功能要求、基本機(jī)構(gòu)和全局參數(shù)及參數(shù)之間的順序依賴關(guān)系，其零部件可以是一個(gè)概念上的圖形或參數(shù)草圖，然后建立參數(shù)、尺寸之間的關(guān)系和零部件自動(dòng)定位所需的全局基準(zhǔn)。在軸流風(fēng)機(jī)中，集流器、主機(jī)體、擴(kuò)散器、剎車裝置這四個(gè)部分都是緊密地結(jié)合在一起的，雖然各個(gè)裝置所需完成的功能不一樣，但是他們之間是相輔相成的，因此，必須合理的布置這幾個(gè)裝置的位置，使之能夠簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí)，更好的實(shí)現(xiàn)自身的功能。所以，軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)布置相當(dāng)重要，它是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提條件。 （2） 模型設(shè)計(jì) 該模塊可以構(gòu)造各個(gè)零件乃至裝配模型，裝配體可以按不同的詳細(xì)程度來(lái)表示，從而讓設(shè)計(jì)人員對(duì)一些需要再定的零件進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，在這同時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖保持不變。 （3） 關(guān)系模塊 Pro/E中的關(guān)系模塊包含數(shù)學(xué)關(guān)系和程序語(yǔ)法，他的主要作用是將設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化成尺寸符號(hào)、數(shù)值參數(shù)等等，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)更改后，各個(gè)模型還是保持原有的關(guān)系不變。 由于Pro/E具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)和全相關(guān)性等特點(diǎn)，這樣在軸流風(fēng)機(jī)的整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中任何一部分?jǐn)?shù)據(jù)的改動(dòng)，都會(huì)傳送到整個(gè)設(shè)計(jì)中，并能夠自動(dòng)更新所有的文件，這樣就更加方便了設(shè)計(jì)的過(guò)程。 從整個(gè)流程圖中可以看出，在軸流風(fēng)機(jī)的整體三維設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)自己不滿意的地方（各個(gè)零件、結(jié)構(gòu)等）隨時(shí)做出修改，所有修改的參數(shù)可以自動(dòng)的轉(zhuǎn)化到相關(guān)的零部件當(dāng)中去。這樣一來(lái)，對(duì)同一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，不同的設(shè)計(jì)者做出的設(shè)計(jì)就不同，最后再對(duì)所有方案進(jìn)行論證、修改、測(cè)試，所以就真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)。其實(shí)，做三維設(shè)計(jì)的目的和意義就是為了其后續(xù)的工作（分析、處理、模擬仿真等）打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)確定了以后，就可以利用建好的三維實(shí)體模型進(jìn)行模擬裝配、模擬仿真運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而做出干涉情況檢查，最后確定軸流風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境，在不同的環(huán)境條件下，對(duì)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行模擬工作，這樣就便于對(duì)那些需要改進(jìn)的結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行改進(jìn)，從產(chǎn)品本上來(lái)講，就縮短了產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間。 4.2 Pro/ENGINEER的功能簡(jiǎn)介 Pro/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司PTC（Parametric Technology Corporation）開發(fā)的CAD/CAE/CAM軟件。廣泛應(yīng)用于電子、通訊、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、自行車、航天、家電、玩具等各行業(yè)。其主要的功能有： （1） 3D實(shí)體模型 3D實(shí)體模型，可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的質(zhì)量、體積、表面積、重心和慣性具等相關(guān)物理量，能清楚明了產(chǎn)品的真實(shí)性。 （2） 數(shù)據(jù)管理 Pro/E數(shù)據(jù)管理功能可以管理并行工程所需求的并行作業(yè)程序，并通過(guò)全相關(guān)性達(dá)到真正的并行工程的目的。 （3） 基于特征的參數(shù)化造型 所謂的參數(shù)化設(shè)計(jì)就是將零件尺寸的設(shè)計(jì)用參數(shù)來(lái)描述，并在設(shè)計(jì)修改時(shí)通過(guò)修改參數(shù)的數(shù)值來(lái)更改零件的外形。但是Pro/E中所說(shuō)的參數(shù)并不只代表設(shè)計(jì)對(duì)象的外形相關(guān)的尺寸，還具有實(shí)質(zhì)上的物理意義。比如，設(shè)計(jì)者們要做一系列同種類型不同尺寸參數(shù)的齒輪，設(shè)計(jì)者只需要做一個(gè)齒輪，然后把各個(gè)尺寸作參數(shù)化處理，以后的那些齒輪只需要把第一個(gè)齒輪從庫(kù)里面調(diào)出來(lái)，修改其各個(gè)尺寸參數(shù)，就能得到所需要的實(shí)體，這樣就不需要重新設(shè)計(jì)，重新建模，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)者的時(shí)間。這種參數(shù)式設(shè)計(jì)的功能不但改變了設(shè)計(jì)的概念，而且將設(shè)計(jì)的便捷性推進(jìn)了一大步。 （4） 易用性 Pro/E獨(dú)有的自動(dòng)導(dǎo)引菜單為用戶提供使用方便的選項(xiàng)，也可以預(yù)先選定最常用的功能。除此之外，系統(tǒng)還提供了簡(jiǎn)短的功能菜單說(shuō)明，以及完整的在線幫助功能，這些都使得Pro/E具有非常好的易用性。 （5） 全相關(guān)性和單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/E的設(shè)計(jì)理念是三維實(shí)體模型產(chǎn)生二維工程圖，并且自動(dòng)標(biāo)注相關(guān)尺寸，即不論設(shè)計(jì)者在三維或二維環(huán)境下修改任何尺寸，其相關(guān)的二維或者三維實(shí)體模型都會(huì)自動(dòng)的改變。在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中，使用者在任何時(shí)候所作的修改，都會(huì)傳到整個(gè)的設(shè)計(jì)中去，并自動(dòng)更新所有的工程文件。 （6） 硬件獨(dú)立性 Pro/E可以在UNIX和WindowsXP/98/2000/NT等幾乎所有的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，并在每個(gè)系統(tǒng)中都維持相同的界面。用戶可以根據(jù)自己的需求，選購(gòu)硬件和模塊。 4.3 零件設(shè)計(jì)建模 通過(guò)Pro/E的三維實(shí)體建模，特征建模，自由形狀建模等模塊，可對(duì)軸流通風(fēng)機(jī)各零件進(jìn)行幾何模型的建立，以確定各零件的參數(shù)，然后對(duì)其參數(shù)化分析，建立零件參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，以供調(diào)用。本節(jié)主要介紹三維實(shí)體的建模，現(xiàn)選擇一個(gè)典型零件—隔流腔來(lái)做詳細(xì)講解。零件如圖4-1所示。 圖4-1隔流腔 （1）新建部件文件 點(diǎn)擊文件，選擇新建或者點(diǎn)擊圖標(biāo)，出現(xiàn)新建對(duì)話框如圖4-2所示。在【類型】欄中選擇【零件】，在【名稱】文本框內(nèi)輸入geliuqiang0202，再在【子類型】欄中選擇【實(shí)體】，單擊【確定】按鈕。在繪圖區(qū)域出現(xiàn)3個(gè)基準(zhǔn)平面（依次為FRONT、RIGHT、TOP），如圖4-3所示。 圖4-2 新建對(duì)話框 圖4-3 基準(zhǔn)平面 （2）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體 從特征操作按鈕區(qū)中選取【旋轉(zhuǎn)】工具，在單擊信息顯示區(qū)中的【草繪】按鈕，選取FRONT平面作為繪圖平面，接受系統(tǒng)所默認(rèn)的參照基準(zhǔn)和方向，單擊【草繪】按鈕完成繪圖前的設(shè)置。 從特征操作按鈕區(qū)中選取【直線】工具按鈕，繪制隔流腔的截面圖的草圖，如圖4-4所示。 圖4-4 草繪截面 單擊繪圖區(qū)域右邊的快捷圖標(biāo)中的【確定】按鈕以完成隔流腔的截面草圖繪制。然后在信息顯示區(qū)中輸入旋轉(zhuǎn)角度360°，單擊右邊的確定，完成實(shí)體繪制。完成操作后的實(shí)體如圖4-5所示。 圖4-5 隔流腔殼體 （3）創(chuàng)建隔流腔下底面 從特征操作按鈕區(qū)中選取【拉伸】工具，在單擊信息顯示區(qū)中的【草繪】按鈕，選取FRONT平面作為繪圖平面，接受系統(tǒng)所認(rèn)的參照基準(zhǔn)和方向，單擊【草繪】按鈕完成繪圖前的設(shè)置。 從特征操作按鈕區(qū)中選取【直線】工具按鈕，繪制隔流腔的下底面截面圖的草圖，如圖4-6所示。 圖4-6 隔流腔下底面草繪 單擊繪圖區(qū)域右邊的快捷圖標(biāo)中的【確定】按鈕以完成截面草圖繪制。然后在信息顯示區(qū)中輸入距離2000，選擇對(duì)稱拉伸，并選擇去除材料，單擊右邊的確定，完成實(shí)體繪制。完成操作后的實(shí)體如圖4-7所示。 圖4-7 拉伸實(shí)體 （4）創(chuàng)建隔流腔下底面螺栓連接板 選擇掃描（伸出項(xiàng)），彈出如圖4-8所示菜單，選擇上一步拉伸后邊緣為掃描曲線，繪制掃描截面如圖4-9。 圖4-8 掃描菜單 圖4-9 掃描截面 （5）創(chuàng)建連接板上的螺栓孔 從特征操作按鈕區(qū)中選取【拉伸】工具，選擇連接板的上表面為草繪平面，繪制如圖4-10所示草繪。 圖4-10 拉伸螺栓孔 單擊繪圖區(qū)域右邊的快捷圖標(biāo)中的【確定】按鈕以完成截面草圖繪制。然后在信息顯示區(qū)中輸入距離15，選擇對(duì)稱拉伸，并選擇去除材料，單擊右邊的確定，完成實(shí)體繪制。 （6）鏡像實(shí)體 從特征操作按鈕區(qū)中選取【鏡像】工具，選擇Front面為鏡像平面，單擊右邊的確定，完成鏡像，結(jié)果如圖4-11。 圖4-11 鏡像實(shí)體 （7）創(chuàng)建進(jìn)氣風(fēng)道和出氣風(fēng)道 從特征操作按鈕區(qū)中選取【基準(zhǔn)平面】工具，在彈出的對(duì)話框后按住Ctrl鍵選擇TOP面和圓錐外表面，使新建的DTM2面與TOP面成45°角，單擊確定。繼續(xù)選取【基準(zhǔn)平面】工具，然后選擇DTM2面和圓錐外表面，使DTM3面與DTM2面相切。結(jié)果如圖4-12。 圖4-12 DTM2面與DTM3面 從特征操作按鈕區(qū)中選取【拉伸】工具，在單擊信息顯示區(qū)中的【草繪】按鈕，選取DTM3平面作為繪圖平面，接受系統(tǒng)所默認(rèn)的參照基準(zhǔn)和方向，單擊【草繪】按鈕完成繪圖前的設(shè)置。繪制圖4-13所示草繪。 圖4-13 進(jìn)、出氣風(fēng)道草繪截面 單擊繪圖區(qū)域右邊的快捷圖標(biāo)中的【確定】按鈕以完成截面草圖繪制。然后在信息顯示區(qū)中輸入距離15，選擇對(duì)稱拉伸，并選擇去除材料，單擊右邊的確定，完成實(shí)體繪制。結(jié)果如圖4-14。 圖4-14 進(jìn)、出氣風(fēng)道實(shí)體圖 （8）鏡像進(jìn)、出氣風(fēng)道 從特征操作按鈕區(qū)中選取【基準(zhǔn)平面】工具，在彈出的對(duì)話框后按住Ctrl鍵選擇TOP面和圓錐外表面，使新建的DTM4面與TOP面成30°角，單擊確定。從特征操作按鈕區(qū)中選取【鏡像】工具，進(jìn)、出氣風(fēng)道孔為鏡像實(shí)體，選擇DTM4面為鏡像平面，單擊右邊確定，完成鏡像，再選擇FRONT面為鏡像平面，最終結(jié)果如圖4-15。 圖4-15 風(fēng)道最終圖形 （9）創(chuàng)建隔流腔貼板 選取【基準(zhǔn)平面】工具，選擇RIGHT平面為基準(zhǔn)面，創(chuàng)建DTM5面，使其距離RIGHT平面為718mm，從特征操作按鈕區(qū)中選取【拉伸】工具，選擇DTM5面為草繪平面，繪制如圖4-16所示草繪。 圖4-16 草繪貼板 單擊繪圖區(qū)域右邊的快捷圖標(biāo)中的【確定】按鈕以完成截面草圖繪制。然后在信息顯示區(qū)中輸入距離4，單擊右邊的確定，完成實(shí)體繪制。完成操作后隔流腔的實(shí)體如圖4-17所示。 圖4-17 隔流腔實(shí)體圖 4.4 零件裝配設(shè)計(jì) 下面以典型部件如圖4-18所示的擴(kuò)散器為例介紹裝配過(guò)程： 圖 4-18 擴(kuò)散器 （1）新建部件文件點(diǎn)擊文件，選擇新建或者點(diǎn)擊圖標(biāo)，出現(xiàn)新建對(duì)話框如圖4-19所示。在【類型】欄中選擇【組件】，在【名稱】文本框內(nèi)輸入kuosanqi，再在【子類型】欄中選擇【實(shí)體】，單擊【確定】按鈕。 圖4-19 新建對(duì)話框 圖4-20 擴(kuò)散器殼體的裝配 （2）裝入第一個(gè)零件（擴(kuò)散器殼體） 從特征操作按鈕區(qū)中選取【將元件添加到組件】工具，在打開的文件夾找到kuosanqikeiti，在【元件放置】中選擇【缺省】，單擊【確定】按鈕。如圖4-20所示，完成擴(kuò)散器殼體的裝配。 （3）裝入第二個(gè)零件（擴(kuò)散器法蘭1） 從特征操作按鈕區(qū)中選取【將元件添加到組件】工具，在打開的文件夾找到kuosanqifalan1，在【約束類型】中選擇【對(duì)齊】，選擇擴(kuò)散器法蘭1的中心線和擴(kuò)散器錐體的中心線；單擊【添加新約束】按鈕，選擇【匹配】，選擇擴(kuò)散器錐體的中間面和擴(kuò)散器法蘭的中間面，單擊【確定】完成軸承的裝配。如圖4-21所示。 圖4-21 擴(kuò)散器法蘭1的裝配 （4）裝入第三個(gè)零件（擴(kuò)散器法蘭2） 從特征操作按鈕區(qū)中選取【將元件添加到組件】工具，在打開的文件夾找到kuosanqifalan2，在【約束類型】中選擇【對(duì)齊】，選擇擴(kuò)散器法蘭2的端面和擴(kuò)散器法蘭1的端面，【偏移】類型選擇偏移距離3740；單擊【添加新約束】按鈕，選擇【對(duì)齊】，選擇擴(kuò)散器法蘭2的中心軸和擴(kuò)散器法蘭1的中心軸，【偏移】類型選擇【重合】，單擊【確定】完成擴(kuò)散器法蘭2裝配。如圖4-22所示。 圖4-22 擴(kuò)散器法蘭2的裝配 （5）裝入第四個(gè)零件（前底座） 從特征操作按鈕區(qū)中選取【將元件添加到組件】工具，在打開的文件夾找到qiandizuo，在【元件放置】中選擇【對(duì)齊】，選擇前底座的中心線和擴(kuò)散器錐體的中心線；單擊【添加新約束】按鈕，選擇【匹配】，選擇前底座的側(cè)面和擴(kuò)散器法蘭的端面，【偏移】類型選擇【重合】，單擊【確定】完成前底座裝配。同理裝入擴(kuò)散器后底座，結(jié)果如圖4-23所示。 圖4-23 底座的裝配 （6）裝入第五個(gè)零件（擴(kuò)散器支撐） 從特征操作按鈕區(qū)中選取【將元件添加到組件】工具，在打開的文件夾找到kuosanqizhicheng，在【元件放置】中選擇【匹配】，選擇擴(kuò)散器支撐的中面和擴(kuò)散器的中面；單擊【添加新約束】按鈕，選擇【對(duì)齊】，選擇擴(kuò)散器支撐的長(zhǎng)側(cè)面和法蘭的端面，【偏移】類型選擇-190，單擊【添加新約束】按鈕，選擇【曲面上的點(diǎn)】，選擇擴(kuò)散器支撐的頂點(diǎn)和擴(kuò)散器錐體內(nèi)側(cè)面，單擊【確定】完成擴(kuò)散器支撐的裝配。如圖4-24所示。 圖4-24 擴(kuò)散器支撐的裝配 陣列其余的擴(kuò)散器支撐，選擇上一步裝入的支撐，單擊按鈕，陣列類型選擇軸，選擇中心軸，個(gè)數(shù)3，度數(shù)120單擊【確定】完成擴(kuò)散器支撐的陣列。按上述方法裝入另一側(cè)的擴(kuò)散器支撐。 （7）按照以上方法進(jìn)行集流器、主機(jī)體及電機(jī)支座等部分的裝配，最后得到總裝圖，如圖4-25所示。 圖4-25 總裝配圖 4.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了Pro/ENGINEER的主要功能以及圍繞這些功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的一些流程，并且通過(guò)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)部件隔流腔的三維設(shè)計(jì)的介紹，擴(kuò)散器裝配的介紹。可以使讀者對(duì)于Pro/ENGINEER軟件的三維建模、裝配方面有一定的了解。 第5章 運(yùn)動(dòng)仿真 5.1 PRO/E動(dòng)畫設(shè)計(jì)概述 創(chuàng)建動(dòng)畫是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，可用于多種不同的設(shè)計(jì)中。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同，可使用不同的步驟來(lái)創(chuàng)建動(dòng)畫。[6]以下是用來(lái)創(chuàng)建動(dòng)畫的典型步驟： （1） 在PRO/ENGINEER中打開一個(gè)組件，或者在“組件”狀態(tài)，裝配一個(gè)機(jī)構(gòu)組件。裝配組件是定義機(jī)構(gòu)和創(chuàng)建動(dòng)畫的基礎(chǔ)。 （2） 選擇菜單“應(yīng)用程序”－“動(dòng)畫”命令，打開“設(shè)計(jì)動(dòng)畫”界面。 （3） 通過(guò)選擇菜單“動(dòng)畫”－“動(dòng)畫”命令，打開“動(dòng)畫”對(duì)話框，其中有動(dòng)畫的默認(rèn)名稱。使用“重命名”命令，可以給定動(dòng)畫一個(gè)新名稱。 （4） 檢查主體定義。對(duì)于PRO/ENGINEER組件，可能要選取“每個(gè)主體一個(gè)零件”，然后將編輯主體零件放入合適的移動(dòng)組。 （5） 定義創(chuàng)建移動(dòng)的動(dòng)畫元件。創(chuàng)建移動(dòng)的動(dòng)畫元件，關(guān)鍵是創(chuàng)建關(guān)鍵幀序列。要?jiǎng)?chuàng)建關(guān)鍵幀序列，必須拍取組件在特定位置的快照，并使用拖動(dòng)功能將主體移動(dòng)到新位置，再次拍下新位置的快照。 （6） 定義的動(dòng)畫元件必須放置在時(shí)間線上，因?yàn)榘ㄔ跁r(shí)間線上的任何元件將構(gòu)成動(dòng)畫的基礎(chǔ)。可利用時(shí)間線編輯時(shí)間長(zhǎng)度和增量、動(dòng)畫中伺服電動(dòng)機(jī)或關(guān)鍵幀序列的長(zhǎng)度，以及時(shí)間線中所有元件的相對(duì)時(shí)間。 （7） 可選項(xiàng)。如果還未將主體鎖定、事件或連接狀態(tài)包括在時(shí)間線中，就應(yīng)該立即添加它們。 （8） 單擊“動(dòng)畫”－“開始”，開始動(dòng)畫。 （9） 如果要再次查看動(dòng)畫，或改變速度和方向，單擊“動(dòng)畫”－“回放”。如果需要，可檢查干涉和其它結(jié)果。 （10） 根據(jù)模型的視圖方向和放大率沿動(dòng)畫定義視圖。 （11） 沿動(dòng)畫為組件元件指定元件顯示。 （12） 重新運(yùn)行動(dòng)畫并檢查結(jié)果。 （13） 保存動(dòng)畫和結(jié)果。 5.2 葉輪部分動(dòng)畫仿真 使用連接創(chuàng)建葉輪組件機(jī)構(gòu)，其過(guò)程與裝配過(guò)程相似，只是用“元件放置”對(duì)話框中的“連接”而不是“放置”，然后選擇相應(yīng)的連接類型進(jìn)行連接。 選擇菜單“應(yīng)用程序”－“動(dòng)畫”，如圖5-1所示，進(jìn)入動(dòng)畫設(shè)計(jì)的環(huán)境，如圖5-2所示。 圖5-1 創(chuàng)建動(dòng)畫菜單 圖5-2 創(chuàng)建動(dòng)畫界面 創(chuàng)建動(dòng)畫過(guò)程。 （1）單擊動(dòng)畫創(chuàng)建工具欄中的拖動(dòng)按鈕，打開“推動(dòng)對(duì)話框”，如圖5-3所示，這時(shí)可以自由拖動(dòng)葉輪。 圖5-3 “拖動(dòng)“對(duì)話框 （2） 用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)葉輪于不同位置，再由左向右方向拖動(dòng)十次，再由右向左拖動(dòng)十幾次，最后回到原來(lái)的起始點(diǎn)位置點(diǎn)。立刻用相機(jī)鎖定不同位置的狀態(tài)，拍攝相應(yīng)位置的快照?！翱煺铡睂?duì)話框中出現(xiàn)每次拍攝的快照文件snapshot1、snapshot2等，單擊“關(guān)閉”按鈕。 創(chuàng)建關(guān)鍵幀序列： （1）單擊工具欄中的按鈕，打開“創(chuàng)建關(guān)鍵幀序列”對(duì)話框，如圖5-4所示。 圖5-4 “創(chuàng)建關(guān)鍵幀”對(duì)話框 （2）打開“關(guān)鍵幀”下滑面板，如圖5-5所示。配合按鈕，將上一步拍攝的快照文件snapshot1、snapshot2等加載到窗口中去，然后單擊“確定”按鈕。 圖5-5 彈出“創(chuàng)建關(guān)鍵幀序列” （3）單擊動(dòng)畫工具欄中的生成動(dòng)畫按鈕，打開“動(dòng)畫”對(duì)話框，如圖5-6所示。單擊工具欄中的動(dòng)畫回放按鈕，彈出動(dòng)畫播放視頻界面，回放出按設(shè)定要求的動(dòng)畫過(guò)程來(lái)。 圖5-6 播放動(dòng)畫工具面板 5.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了葉輪的運(yùn)動(dòng)仿真。主要介紹了Pro/ENGINEER動(dòng)畫設(shè)計(jì)和葉輪部分動(dòng)畫的仿真?？梢允棺x者對(duì)于Pro/ENGINEER軟件的仿真方面有一定的了解。通過(guò)本章的動(dòng)畫設(shè)計(jì)，可以使讀者更加清晰、直觀的認(rèn)識(shí)到葉輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 第6章 配套零部件的設(shè)計(jì) 6.1 電機(jī)的選擇 電機(jī)可選擇三相交流電機(jī)或直流電機(jī)?？紤]到流風(fēng)機(jī)應(yīng)用在礦山、隧道、船舶的換氣通風(fēng)以及冷卻塔、風(fēng)洞上，且主要用于礦山的防爆，故選用YBF系