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湖 南 科 技 大 學(xué)
開題報告
學(xué) 生 姓 名： 戴宇
學(xué) 院： 機電工程學(xué)院
專業(yè)及班級：機械設(shè)計制造及其自動花專業(yè)
學(xué) 號： 1103010220
指導(dǎo)教師： 賓光復(fù)
2015 年 4 月 12 日
湖南科技大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目
多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計
作者姓名
戴宇
學(xué)號
1103010220
所學(xué)專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
1、 研究的意義，同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題
研究意義
隨著現(xiàn)代化建設(shè)步伐的不斷前進(jìn)，旋轉(zhuǎn)機械也向著越來越大，轉(zhuǎn)速越來越高發(fā)展，這也就對旋轉(zhuǎn)機械的核心部件轉(zhuǎn)子提出了更高的設(shè)計要求。對轉(zhuǎn)子動力學(xué)特征的研究可以 更 好 的 優(yōu) 化設(shè) 計 方 案，提 出 效 率 更 高、更 加 安 全、更 加 節(jié) 能 的 轉(zhuǎn) 子 系 統(tǒng) ，對 于 理 論和實踐都有著很大的意義。
本課題設(shè)計的是多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計，將橢圓結(jié)構(gòu)設(shè)計，瓦塊，軸承座等零部件強度校核的作為主要研究方向，以振動分析為動力學(xué)方面主要手段。通過對轉(zhuǎn)速的控制，模擬出單自由度轉(zhuǎn)子在不同的轉(zhuǎn)速下的各種運動狀態(tài)。系統(tǒng)有機械部分和測控部分組成，機械部分主要完成對轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電機選型；測控部分完成了對電機無級調(diào)速電路設(shè)計和傳感器等軟硬件設(shè)備的選取，最終組成完整的實驗系統(tǒng)。作為大四的學(xué)生，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我們可以達(dá)到以下目的：
1、 鞏固、擴大和深化我們大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識；
2、 培養(yǎng)我們綜合分析、理論聯(lián)系實際的能力；
3、 培養(yǎng)我們調(diào)查研究，正確熟練運用國家標(biāo)準(zhǔn)、手冊、圖冊等資料、工具的能力；
4、 鍛煉自己的設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料繪圖等獨立工作的能力；
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：
旋轉(zhuǎn)機械被廣泛地應(yīng)用于包括燃?xì)廨啓C、航空發(fā)動機、工業(yè)壓縮機及各種電動機等機械裝置中。在 電 力、 航 空、機 械、化 工、紡 織 等 國 民 經(jīng) 濟(jì) 領(lǐng) 域 中 起 著 非 常 重 要 的 作用，而對其動力學(xué)特性的研究也形成了一門專門的學(xué)科—轉(zhuǎn)子動力學(xué)。50年代以來，電 力、航 空、機 械、化 工 工業(yè) 的 迅 猛 發(fā) 展 極 大 地 推 動 了 轉(zhuǎn) 子 動 力 學(xué) 的 研 究 。 發(fā) 電 機 組 的單機容量從幾萬千瓦發(fā)展到了上百萬千瓦，飛機也開始進(jìn)入噴氣發(fā)動機時代。旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子越來越柔、功率越來越大、轉(zhuǎn)速越來越高，甚至達(dá)到了三、四階臨界以上，這為轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究提出了一系列的研究課題，也有力地促進(jìn)了轉(zhuǎn)子動力學(xué)的發(fā)展。我國的轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究開始于上世紀(jì)八十年代，當(dāng)時主要是有針對性的對地面旋轉(zhuǎn)機械的平衡技術(shù)和航空發(fā)動機的機構(gòu)強度問題進(jìn)行了相關(guān)研究。進(jìn)入到九十年代，大量的科學(xué)技術(shù)人員加入到對轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究當(dāng)中，也涌現(xiàn)出一些優(yōu)秀的專著。當(dāng)前我國在轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究上存在的主要問題是重復(fù)研究較多，缺少自主創(chuàng)新能力，并且在某些領(lǐng)域的研究還是處于空白階段。雖然存在一些問題，但是我國在轉(zhuǎn)子動力學(xué)的方面的研究的進(jìn)步是顯著的，對國民經(jīng)濟(jì)的推動作用是很大，相信我國的科學(xué)技術(shù)人員會取得更大的成果。目前我國對轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究的重點是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動、分叉與混沌。尤其是有關(guān)轉(zhuǎn)子碰摩、裂紋和軸承油膜力引起的分叉和混沌的研究是當(dāng)前研究的熱點。在這方面也取得了不少成果，基本摸清了分叉響應(yīng)的特點和進(jìn)入混沌的道路形式。但是我國目前在密封動力學(xué)、航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子動力學(xué)、磁軸承等方面的研究離世界水平還有較大差距，而在全尺寸轉(zhuǎn)子動力學(xué)的實驗研究方面的差距更大。另外研究中存在理論研究的深度不夠、數(shù)值分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型過于簡單等問題[1]。在國外，近年來隨著計算機容量和速度的迅速提高，一些學(xué)者已開始進(jìn)行大型復(fù)雜非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，并開始將分析結(jié)果用于指導(dǎo)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性設(shè)計。總體來看，國內(nèi)外對多自由度、強非線性系統(tǒng)還缺少成熟的理論分析方法。
隨著研究的不斷升入，以理論力學(xué)為基礎(chǔ)的分析方法只能滿足于簡單離散轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，而對于復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對采用傳遞矩陣法和有限元法。由于算法的改進(jìn)和發(fā)展同時伴隨著計算機計算能力的不斷提高，出現(xiàn)了系統(tǒng)的針對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)而建立的分析方法，一些基于有限元的成熟商業(yè)用軟件也涌現(xiàn)出來，例如ANSYS、MATLAB等分析軟件
2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題
研究內(nèi)容：
（1） 通過對多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則了解，并在研究大量國內(nèi)外有關(guān)轉(zhuǎn)子實驗臺的設(shè)計、使用等方面的資料基礎(chǔ)上，確定了多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺增速齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（2） 通過借鑒國內(nèi)外先進(jìn)轉(zhuǎn)子試驗臺參數(shù)，確定多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)，同時對實驗臺傳動系統(tǒng)的主要組成部件如電動機、滾筒、減速器、齒輪進(jìn)行參數(shù)設(shè)計。
(3) 根據(jù)實驗臺的使用環(huán)境及工作要求的需要，完成多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別對實驗臺傳動系統(tǒng)的主要部件如變速系統(tǒng)總成和滾筒軸總成進(jìn)行設(shè)計；對組成實驗臺傳動系統(tǒng)的主要零件如滾筒軸、滾筒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并在SolidWorks中對其進(jìn)行三維建模。
(4) 應(yīng)用有限元軟件建立多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計主要零件軸承，瓦塊，軸承座裝配體的有限元模型，科學(xué)合理的確定它們的約束條件、載荷分布，對滾 筒、滾筒軸和滾筒軸裝配體進(jìn)行了有限元計算分析，從有限元分析結(jié)果中分析滾筒和滾筒軸設(shè)計是否滿足實驗臺的正常工作要求。
關(guān)鍵問題：
卷筒和機架的強度校核，齒輪參數(shù)的計算以及軸與軸承的校核
3、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
研究方法：
1、在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料
2、通過老師的指導(dǎo)
3、通過瀏覽網(wǎng)上相關(guān)資料
4、通過對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析
5、利用計算機Proe和CAD繪制相關(guān)圖
步驟：
1、 設(shè)計出橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計
2、 橢圓軸承瓦塊，軸承座等關(guān)鍵零件強度校核
3、 橢圓軸承動力學(xué)建模與動力學(xué)特性系數(shù)分析
4、 橢圓軸承瓦塊加工工序
4、 擬使用的主要設(shè)計、分析軟件及儀器設(shè)備
本次主要設(shè)計的是多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實驗臺橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要用到的軟件有軸承動力學(xué)專業(yè)分析軟件DyRoBeS-BePerf。由于我們主要是對橢圓結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，然后對其進(jìn)行仿真分析，所以不需要太多的設(shè)備。
6、參考文獻(xiàn)
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