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非圓齒輪與機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化
1997年1月8日研制
摘要：使用金屬成形方法來(lái)加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機(jī)械壓力傳動(dòng)時(shí)，有一種依賴于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動(dòng)作時(shí)間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運(yùn)作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學(xué)研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機(jī)床的使用原型原則，它就是目前運(yùn)動(dòng)學(xué)以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個(gè)例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的非圓齒輪。
關(guān)鍵詞：壓力，齒輪，運(yùn)動(dòng)學(xué)。
1. 簡(jiǎn)介
提高質(zhì)量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)。日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)定位要求技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件都得到滿足。提高質(zhì)量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來(lái)維持和擴(kuò)大的市場(chǎng)地位的關(guān)鍵所在。
所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過(guò)程和處理零件所需的時(shí)間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤(rùn)滑的模具一次成型過(guò)程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)方面，產(chǎn)生了兩個(gè)最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個(gè)方面，我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)形成過(guò)程中考慮到該進(jìn)程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個(gè)優(yōu)先線輔助運(yùn)作所需的時(shí)間短周期的時(shí)間。
2. 壓力機(jī)的要求
一個(gè)生產(chǎn)周期,這相當(dāng)于一個(gè)沖程來(lái)回壓的過(guò)程,大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時(shí)候。為此，壓力泵必須要一個(gè)確定時(shí)間的最小高度。成型周期中桿應(yīng)該有一個(gè)特別速度曲線,它將會(huì)降到最低。這個(gè)轉(zhuǎn)變期之間應(yīng)盡快來(lái)確保短周期時(shí)間。
短周期的要求是事件的原因,以確保通過(guò)高產(chǎn)量低成本的部分?；谶@個(gè)原因，關(guān)于對(duì)大型汽車車身沖壓片機(jī)和自動(dòng)1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設(shè)計(jì)的周期變化導(dǎo)致增加的壓實(shí)機(jī)械應(yīng)變率, 然而，這對(duì)成形過(guò)程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過(guò)程和被它所影響。
在拉深成形過(guò)程中,當(dāng)敲打板塊時(shí)的撞擊速度應(yīng)盡量避免產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。一方面,速度成形時(shí)必須充分潤(rùn)滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應(yīng)的壓力來(lái)增加造成更大的應(yīng)變速率力,這可能導(dǎo)致沖床半徑一側(cè)的一部分過(guò)渡疲勞而導(dǎo)致斷裂。在鍛造時(shí)，停留時(shí)間短的壓力是可取的。隨著停留時(shí)間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結(jié)果是熱磨損。這是提高抵消了由于機(jī)械磨損形成更大的力量，但由于增加的應(yīng)變率是較低的，因?yàn)檩^低的部分冷卻屈服應(yīng)力補(bǔ)償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時(shí)間也是一個(gè)重要的技術(shù)要求的精密鍛造，近凈形部分有一個(gè)光明的未來(lái)。
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過(guò)一個(gè)機(jī)技術(shù),考慮到金屬成形過(guò)程的考察要求等同于減少工作的目標(biāo)成本。以前按設(shè)計(jì)已經(jīng)不能同時(shí)滿足這些技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)的充分程度，或他們是非常昂貴的設(shè)計(jì)和制造，例如鏈接驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)。這就需要尋找對(duì)泵創(chuàng)新設(shè)計(jì)的解決方案，它的設(shè)計(jì)應(yīng)主要標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，以降低成本。
3．非圓齒輪的壓力傳動(dòng)
3.1 原則
使用非圓齒輪傳動(dòng)機(jī)械曲柄壓力機(jī)，它提供了一種新方式的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)需求的壓力桿運(yùn)動(dòng)。一對(duì)非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動(dòng)馬達(dá)，或由飛輪、曲柄和驅(qū)動(dòng)機(jī)制本身。制服驅(qū)動(dòng)器的速度傳送是通過(guò)一對(duì)非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當(dāng)設(shè)計(jì)，從動(dòng)齒輪的非均勻驅(qū)動(dòng)器會(huì)導(dǎo)致泵所需的行程時(shí)間行為。調(diào)查中心的金屬成形和金屬成型機(jī)床(IFUM)漢諾威的大學(xué)已經(jīng)表明,在這個(gè)簡(jiǎn)單的方式所有相關(guān)的壓力桿的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可以達(dá)到各種成形過(guò)程。
此外從運(yùn)動(dòng)學(xué)和縮短生產(chǎn)周期，驅(qū)動(dòng)概念導(dǎo)致新的驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)被以下的良好性能所區(qū)分。因?yàn)樗且粋€(gè)機(jī)械壓力機(jī)，它具有高可靠性、低維護(hù)性和可預(yù)期性。對(duì)連桿壓力機(jī)的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個(gè)基本泵類型可以通過(guò)安裝不同的齒輪而進(jìn)一步改變?cè)O(shè)計(jì)，它根據(jù)客戶的要求而設(shè)計(jì)。不同環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器，軸承的安裝位置不會(huì)隨著單一載荷方向的不同運(yùn)動(dòng)而改變。因此，上述要求的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化是考慮到時(shí)間和成本，它降低了設(shè)計(jì)和沖壓生產(chǎn)成本。
3.2 原型
在金屬成型和金屬成型工具機(jī)（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進(jìn)行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達(dá)到這種目的，先前的背輪背一個(gè)行星齒輪組做取代。這項(xiàng)工作表明了存在的新型傳動(dòng)印刷機(jī)是可能的，在最后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)壓力泵的改造在Fig. 1中進(jìn)行說(shuō)明。
圖表1 壓力機(jī)設(shè)計(jì)是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力。 這一對(duì)非圓齒輪傳動(dòng)比平均為1，每個(gè)齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開(kāi)線輪齒。我假設(shè)了非圓曲線設(shè)計(jì)是以側(cè)面幾何設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。因此，一個(gè)非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來(lái)自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計(jì)算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
壓力機(jī)是為了在單一沖程模式下對(duì)零件進(jìn)行深拉而設(shè)計(jì)的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點(diǎn)中心線到靜點(diǎn)中心線之前的速度。見(jiàn)圖3。這種速度就相當(dāng)于液壓機(jī)工作的速度。這個(gè)速度影響到曲柄機(jī)構(gòu)，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個(gè)曲柄壓力機(jī)具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內(nèi)的機(jī)械改造將導(dǎo)致最后的向上運(yùn)動(dòng)。由于壓力機(jī)是運(yùn)行在單一的操作模式,在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其做相關(guān)的處理沒(méi)有提出特別的要求。
驅(qū)動(dòng)機(jī)制的原型與非圓齒輪有另外一個(gè)有利的影響及其驅(qū)動(dòng)力矩（圖4）。對(duì)于一個(gè)曲柄壓力機(jī)的公稱力通?？梢越档挽o點(diǎn)之前把曲柄軸按正常方式旋轉(zhuǎn)。這對(duì)應(yīng)于公稱力作用下相對(duì)于擊打力的75%。若要達(dá)到1000kN標(biāo)準(zhǔn)力，該驅(qū)動(dòng)器已提供45 kam 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對(duì)非圓齒輪傳動(dòng)增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個(gè)循環(huán)，非均勻的曲柄轉(zhuǎn)矩，將導(dǎo)致一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力在靜點(diǎn)范圍內(nèi)變化。這相當(dāng)于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機(jī)的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關(guān)。這樣可以設(shè)計(jì)一些較弱的機(jī)器零件，而且節(jié)約成本。
4. 進(jìn)一步的設(shè)計(jì)實(shí)例
利用二沖程時(shí)間行為的設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明了以下幾點(diǎn)。假設(shè)一系列的零件時(shí)通過(guò)壓力機(jī)來(lái)加工的。為了達(dá)到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設(shè)成立必須量化。再者，處理零件所需的時(shí)間必須確定，而且必須假設(shè)在處理時(shí)壓力桿的最小高度。由此，我們?cè)O(shè)計(jì)動(dòng)作的順序，我們用數(shù)學(xué)含義來(lái)描述它。在IFUM中，由該研究所開(kāi)發(fā)使用軟件程序。從這個(gè)數(shù)學(xué)描述的沖程運(yùn)動(dòng),我們可以計(jì)算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。
在第一個(gè)例子，在深拉伸沖壓速度應(yīng)該是在靜止點(diǎn)前，金屬板材成形保持在至少超過(guò)100mm，它的速度應(yīng)該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時(shí)間和曲柄壓力機(jī)在25min/n的擊打時(shí)間相同。圖5表明了沖程運(yùn)動(dòng)情況，這是由一對(duì)齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過(guò)他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時(shí)間減少了20％，應(yīng)把桿速度的影響也大大減少。下靜點(diǎn)前110mm，當(dāng)使用曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，沖擊速度為700mm/s，而當(dāng)使用非圓齒輪時(shí)僅僅只有410mm/s。
第二個(gè)例子顯示了驅(qū)動(dòng)裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時(shí)間是相對(duì)于在圖片中說(shuō)明非圓齒輪壓力運(yùn)動(dòng)學(xué)。曲柄壓力機(jī)的周期時(shí)間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標(biāo)準(zhǔn)力是20mn。它的保壓時(shí)間為86ms與50mm的成形部份時(shí)間。非圓齒輪壓力機(jī)描繪的保壓描繪時(shí)間67%減少至28ms。因此，它達(dá)到了和錘子一樣的幅度。通過(guò)增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時(shí)間縮短至46mm。盡管如此,處理時(shí)間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)相同。在這種情況下為了實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng),傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅(qū)動(dòng)裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。
這些例子表明，不同的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)使用非圓齒輪驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。在同一時(shí)間內(nèi)，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)用潛力用實(shí)現(xiàn)理想的運(yùn)動(dòng)學(xué)變得清晰，而且生產(chǎn)周期時(shí)間減少。例如，通過(guò)不同的例子，如果運(yùn)動(dòng)的順序?qū)σ幌盗袎毫C(jī)生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。
5．總結(jié)
高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，這時(shí)所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領(lǐng)域。這種情況導(dǎo)致我們重新考慮壓力傳動(dòng)機(jī)的使用。
對(duì)曲柄與非圓齒輪傳動(dòng)壓力機(jī)的描述，使我們能夠優(yōu)化簡(jiǎn)單的機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)。這意味著周期時(shí)間縮短,以達(dá)到高生產(chǎn)率和運(yùn)動(dòng)學(xué)的成形工藝的要求。這個(gè)設(shè)計(jì)工作需要很低。相對(duì)于多連桿壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)其他運(yùn)動(dòng)學(xué)在其他齒輪軸承位置不改變時(shí)的壓力機(jī)構(gòu)建使用。這使壓力機(jī)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。
6．致謝
作者想表達(dá)他們的謝意，感謝德國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)(VDW),位于德國(guó)法蘭克福，其經(jīng)濟(jì)援助以及一些成員，感謝他們的支持。
7. 參考文獻(xiàn)
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非圓齒輪與機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化
1997年1月8日研制
摘要：使用金屬成形方法來(lái)加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機(jī)械壓力傳動(dòng)時(shí)，有一種依賴于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動(dòng)作時(shí)間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運(yùn)作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學(xué)研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機(jī)床的使用原型原則，它就是目前運(yùn)動(dòng)學(xué)以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個(gè)例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的非圓齒輪。
關(guān)鍵詞：壓力，齒輪，運(yùn)動(dòng)學(xué)。
1. 簡(jiǎn)介
提高質(zhì)量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)。日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)定位要求技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件都得到滿足。提高質(zhì)量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來(lái)維持和擴(kuò)大的市場(chǎng)地位的關(guān)鍵所在。
所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過(guò)程和處理零件所需的時(shí)間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤(rùn)滑的模具一次成型過(guò)程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)方面，產(chǎn)生了兩個(gè)最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個(gè)方面，我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)形成過(guò)程中考慮到該進(jìn)程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個(gè)優(yōu)先線輔助運(yùn)作所需的時(shí)間短周期的時(shí)間。
2. 壓力機(jī)的要求
一個(gè)生產(chǎn)周期,這相當(dāng)于一個(gè)沖程來(lái)回壓的過(guò)程,大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時(shí)候。為此，壓力泵必須要一個(gè)確定時(shí)間的最小高度。成型周期中桿應(yīng)該有一個(gè)特別速度曲線,它將會(huì)降到最低。這個(gè)轉(zhuǎn)變期之間應(yīng)盡快來(lái)確保短周期時(shí)間。
短周期的要求是事件的原因,以確保通過(guò)高產(chǎn)量低成本的部分。基于這個(gè)原因，關(guān)于對(duì)大型汽車車身沖壓片機(jī)和自動(dòng)1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設(shè)計(jì)的周期變化導(dǎo)致增加的壓實(shí)機(jī)械應(yīng)變率, 然而，這對(duì)成形過(guò)程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過(guò)程和被它所影響。
在拉深成形過(guò)程中,當(dāng)敲打板塊時(shí)的撞擊速度應(yīng)盡量避免產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。一方面,速度成形時(shí)必須充分潤(rùn)滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應(yīng)的壓力來(lái)增加造成更大的應(yīng)變速率力,這可能導(dǎo)致沖床半徑一側(cè)的一部分過(guò)渡疲勞而導(dǎo)致斷裂。在鍛造時(shí)，停留時(shí)間短的壓力是可取的。隨著停留時(shí)間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結(jié)果是熱磨損。這是提高抵消了由于機(jī)械磨損形成更大的力量，但由于增加的應(yīng)變率是較低的，因?yàn)檩^低的部分冷卻屈服應(yīng)力補(bǔ)償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時(shí)間也是一個(gè)重要的技術(shù)要求的精密鍛造，近凈形部分有一個(gè)光明的未來(lái)。
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過(guò)一個(gè)機(jī)技術(shù),考慮到金屬成形過(guò)程的考察要求等同于減少工作的目標(biāo)成本。以前按設(shè)計(jì)已經(jīng)不能同時(shí)滿足這些技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)的充分程度，或他們是非常昂貴的設(shè)計(jì)和制造，例如鏈接驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)。這就需要尋找對(duì)泵創(chuàng)新設(shè)計(jì)的解決方案，它的設(shè)計(jì)應(yīng)主要標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，以降低成本。
3．非圓齒輪的壓力傳動(dòng)
3.1 原則
使用非圓齒輪傳動(dòng)機(jī)械曲柄壓力機(jī)，它提供了一種新方式的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)需求的壓力桿運(yùn)動(dòng)。一對(duì)非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動(dòng)馬達(dá)，或由飛輪、曲柄和驅(qū)動(dòng)機(jī)制本身。制服驅(qū)動(dòng)器的速度傳送是通過(guò)一對(duì)非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當(dāng)設(shè)計(jì)，從動(dòng)齒輪的非均勻驅(qū)動(dòng)器會(huì)導(dǎo)致泵所需的行程時(shí)間行為。調(diào)查中心的金屬成形和金屬成型機(jī)床(IFUM)漢諾威的大學(xué)已經(jīng)表明,在這個(gè)簡(jiǎn)單的方式所有相關(guān)的壓力桿的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可以達(dá)到各種成形過(guò)程。
此外從運(yùn)動(dòng)學(xué)和縮短生產(chǎn)周期，驅(qū)動(dòng)概念導(dǎo)致新的驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)被以下的良好性能所區(qū)分。因?yàn)樗且粋€(gè)機(jī)械壓力機(jī)，它具有高可靠性、低維護(hù)性和可預(yù)期性。對(duì)連桿壓力機(jī)的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個(gè)基本泵類型可以通過(guò)安裝不同的齒輪而進(jìn)一步改變?cè)O(shè)計(jì)，它根據(jù)客戶的要求而設(shè)計(jì)。不同環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器，軸承的安裝位置不會(huì)隨著單一載荷方向的不同運(yùn)動(dòng)而改變。因此，上述要求的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化是考慮到時(shí)間和成本，它降低了設(shè)計(jì)和沖壓生產(chǎn)成本。
3.2 原型
在金屬成型和金屬成型工具機(jī)（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進(jìn)行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達(dá)到這種目的，先前的背輪背一個(gè)行星齒輪組做取代。這項(xiàng)工作表明了存在的新型傳動(dòng)印刷機(jī)是可能的，在最后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)壓力泵的改造在Fig. 1中進(jìn)行說(shuō)明。
圖表1 壓力機(jī)設(shè)計(jì)是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力。 這一對(duì)非圓齒輪傳動(dòng)比平均為1，每個(gè)齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開(kāi)線輪齒。我假設(shè)了非圓曲線設(shè)計(jì)是以側(cè)面幾何設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。因此，一個(gè)非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來(lái)自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計(jì)算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
壓力機(jī)是為了在單一沖程模式下對(duì)零件進(jìn)行深拉而設(shè)計(jì)的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點(diǎn)中心線到靜點(diǎn)中心線之前的速度。見(jiàn)圖3。這種速度就相當(dāng)于液壓機(jī)工作的速度。這個(gè)速度影響到曲柄機(jī)構(gòu)，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個(gè)曲柄壓力機(jī)具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內(nèi)的機(jī)械改造將導(dǎo)致最后的向上運(yùn)動(dòng)。由于壓力機(jī)是運(yùn)行在單一的操作模式,在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其做相關(guān)的處理沒(méi)有提出特別的要求。
驅(qū)動(dòng)機(jī)制的原型與非圓齒輪有另外一個(gè)有利的影響及其驅(qū)動(dòng)力矩（圖4）。對(duì)于一個(gè)曲柄壓力機(jī)的公稱力通?？梢越档挽o點(diǎn)之前把曲柄軸按正常方式旋轉(zhuǎn)。這對(duì)應(yīng)于公稱力作用下相對(duì)于擊打力的75%。若要達(dá)到1000kN標(biāo)準(zhǔn)力，該驅(qū)動(dòng)器已提供45 kam 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對(duì)非圓齒輪傳動(dòng)增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個(gè)循環(huán)，非均勻的曲柄轉(zhuǎn)矩，將導(dǎo)致一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力在靜點(diǎn)范圍內(nèi)變化。這相當(dāng)于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機(jī)的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關(guān)。這樣可以設(shè)計(jì)一些較弱的機(jī)器零件，而且節(jié)約成本。
4. 進(jìn)一步的設(shè)計(jì)實(shí)例
利用二沖程時(shí)間行為的設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明了以下幾點(diǎn)。假設(shè)一系列的零件時(shí)通過(guò)壓力機(jī)來(lái)加工的。為了達(dá)到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設(shè)成立必須量化。再者，處理零件所需的時(shí)間必須確定，而且必須假設(shè)在處理時(shí)壓力桿的最小高度。由此，我們?cè)O(shè)計(jì)動(dòng)作的順序，我們用數(shù)學(xué)含義來(lái)描述它。在IFUM中，由該研究所開(kāi)發(fā)使用軟件程序。從這個(gè)數(shù)學(xué)描述的沖程運(yùn)動(dòng),我們可以計(jì)算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。
在第一個(gè)例子，在深拉伸沖壓速度應(yīng)該是在靜止點(diǎn)前，金屬板材成形保持在至少超過(guò)100mm，它的速度應(yīng)該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時(shí)間和曲柄壓力機(jī)在25min/n的擊打時(shí)間相同。圖5表明了沖程運(yùn)動(dòng)情況，這是由一對(duì)齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過(guò)他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時(shí)間減少了20％，應(yīng)把桿速度的影響也大大減少。下靜點(diǎn)前110mm，當(dāng)使用曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，沖擊速度為700mm/s，而當(dāng)使用非圓齒輪時(shí)僅僅只有410mm/s。
第二個(gè)例子顯示了驅(qū)動(dòng)裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時(shí)間是相對(duì)于在圖片中說(shuō)明非圓齒輪壓力運(yùn)動(dòng)學(xué)。曲柄壓力機(jī)的周期時(shí)間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標(biāo)準(zhǔn)力是20mn。它的保壓時(shí)間為86ms與50mm的成形部份時(shí)間。非圓齒輪壓力機(jī)描繪的保壓描繪時(shí)間67%減少至28ms。因此，它達(dá)到了和錘子一樣的幅度。通過(guò)增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時(shí)間縮短至46mm。盡管如此,處理時(shí)間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)相同。在這種情況下為了實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng),傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅(qū)動(dòng)裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。
這些例子表明，不同的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)使用非圓齒輪驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。在同一時(shí)間內(nèi)，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)用潛力用實(shí)現(xiàn)理想的運(yùn)動(dòng)學(xué)變得清晰，而且生產(chǎn)周期時(shí)間減少。例如，通過(guò)不同的例子，如果運(yùn)動(dòng)的順序?qū)σ幌盗袎毫C(jī)生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。
5．總結(jié)
高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，這時(shí)所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領(lǐng)域。這種情況導(dǎo)致我們重新考慮壓力傳動(dòng)機(jī)的使用。
對(duì)曲柄與非圓齒輪傳動(dòng)壓力機(jī)的描述，使我們能夠優(yōu)化簡(jiǎn)單的機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)。這意味著周期時(shí)間縮短,以達(dá)到高生產(chǎn)率和運(yùn)動(dòng)學(xué)的成形工藝的要求。這個(gè)設(shè)計(jì)工作需要很低。相對(duì)于多連桿壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)其他運(yùn)動(dòng)學(xué)在其他齒輪軸承位置不改變時(shí)的壓力機(jī)構(gòu)建使用。這使壓力機(jī)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。
6．致謝
作者想表達(dá)他們的謝意，感謝德國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)(VDW),位于德國(guó)法蘭克福，其經(jīng)濟(jì)援助以及一些成員，感謝他們的支持。
7. 參考文獻(xiàn)
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5
目錄
緒論 2
1. 選題目的 2
2. 國(guó)內(nèi)離心分離研究發(fā)展 2
3. 主要差距 3
4. 國(guó)外離心分離技術(shù)的發(fā)展 3
5. 發(fā)展趨勢(shì) 4
第一章 離心機(jī)的概述 6
1.1 離心機(jī) 6
1.2 離心機(jī)原理 7
1.3 離心機(jī)的分類 7
1.3.1、按分離因素Fr值分 7
1.3.2、按操作方式分 8
1.3.3、按卸渣方式分 8
1.3.4、按工藝用途 9
1.3.5、按安裝的方式分 9
1.3.6、按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與市場(chǎng)使用份額分 9
第二章 蜂蜜離心機(jī)設(shè)計(jì)步驟 10
2.1 主要參數(shù) 10
2.2 蜂蜜離心機(jī)總體方案: 10
2.2.1 設(shè)已知條件 10
2.2.2 確定各軸轉(zhuǎn)速 11
2.2.3 功率計(jì)算 11
2.2.4 計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 11
2.3 輸出部分設(shè)計(jì) 13
第三章 離心機(jī)各部件設(shè)計(jì) 14
3.1 驅(qū)動(dòng)部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì): 14
3.2 機(jī)架部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 14
3.3 軸支撐座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 15
3.4 旋轉(zhuǎn)支架的設(shè)計(jì): 15
3.5 腳座部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 16
3 .6 傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 16
第四章 全文總結(jié) 19
參考文獻(xiàn) 20
致謝 21
緒論
1. 選題目的
養(yǎng)蜂即蜜蜂養(yǎng)殖是人工飼養(yǎng)蜂蜜而取其產(chǎn)品包括蜂蜜、蜂王漿、蜂膠、花粉、蜂蠟等產(chǎn)品的事業(yè)，包括在廣義的畜產(chǎn)內(nèi)，所以廣義地說(shuō)蜜蜂也是家畜。蜂蜜養(yǎng)殖的歷史有數(shù)千年之久，蜂蜜的利用是從漁獵時(shí)代開(kāi)始的。然而蜂蜜是昆蟲蜂蜜從開(kāi)花植物的花中采得的花蜜在蜂巢中釀制的蜜。蜂蜜從植物的花中采取含水量約為80%的花蜜或分泌物，存入自己第二個(gè)胃中，在體內(nèi)轉(zhuǎn)化酶的作用下經(jīng)過(guò)30分鐘的發(fā)酵，回到蜂巢中吐出，蜂巢內(nèi)溫度經(jīng)常保持在35℃左右，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，水份蒸發(fā)，成為水分含量少于20%的蜂蜜，存貯到巢洞中，用蜂蠟密封。這個(gè)時(shí)候人類便撥開(kāi)蜂蠟，收獲蜜蜂的勞動(dòng)果實(shí)蜂蜜，可是怎樣收取小小蜂蜜留下的點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)物呢，人工取用的話，很麻煩，提取的不徹底，而且弄臟手啊，衣服什么的，效率也極低，于是我們便需要發(fā)明一種取蜜機(jī)器——蜂蜜離心機(jī)，這樣可以更有效率的并徹底地將蜂蜜利用離心力甩出來(lái)。
2. 國(guó)內(nèi)離心分離研究發(fā)展
我國(guó)離心機(jī)行業(yè)尚屬正在發(fā)展中，總體水平不高。隨著社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)環(huán)保.能源以及裝備對(duì)品質(zhì)的影響有了新的認(rèn)識(shí)。同時(shí)國(guó)外技術(shù)交流和合作以及成套項(xiàng)目的引進(jìn)、消化與吸收，促進(jìn)了我國(guó)離心分離技術(shù)的迅速發(fā)展。
1）已基本形成了一種科研、設(shè)計(jì)和制造的體。
2）成立了分離領(lǐng)域的學(xué)術(shù)組織。
3）在基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。
4）目前已能生產(chǎn)三足、上懸、活塞、螺旋、離心力卸料、震動(dòng)、進(jìn)動(dòng)卸料、刮刀及虹刮刀、翻袋及旁濾等離心機(jī)；分離機(jī)則有蝶式、室式及管式。上述產(chǎn)品不僅遍及全國(guó)且遠(yuǎn)銷國(guó)外，且技術(shù)特性有所提高。
5）為滿足特殊工藝要求（防污染、密閉、防爆燈），一些新的離心機(jī)亦先后問(wèn)世。內(nèi)旋轉(zhuǎn)子過(guò)濾離心機(jī)的研制，立式密閉螺旋機(jī)及復(fù)試機(jī)等已投產(chǎn)。
6）自控技術(shù)與CAD技術(shù)的應(yīng)用。
7)各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。
8）同國(guó)外著名離心機(jī)廠商的技術(shù)合作。
3. 主要差距
盡管我國(guó)的離心分離設(shè)備有了很大的進(jìn)展，但從整體而言，與世界先進(jìn)國(guó)家相比，差距甚大，主要表現(xiàn)在:
1)規(guī)模、品種少，系列化程度差。特別缺少集幾種結(jié)構(gòu)形式，集幾種推動(dòng)力于一體的復(fù)合式離心機(jī)。
2） 技術(shù)參數(shù)低。國(guó)外離心分離機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)普遍高于我國(guó)，并繼續(xù)向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，以臥螺離心機(jī)為例，最近研制的機(jī)型為國(guó)內(nèi)最大的，其轉(zhuǎn)鼓直徑亦僅720mm，長(zhǎng)徑比最大為L(zhǎng)/d-4，分離因數(shù)亦較低，而國(guó)外轉(zhuǎn)鼓最大直徑已達(dá)2.1m，長(zhǎng)徑比L/d-6，處理能力大雨200m3/h，可用于二相或三相分離，還發(fā)展了雙向擠壓型、沉降、過(guò)濾復(fù)合機(jī)型。目前，較先進(jìn)的機(jī)型都采用計(jì)算機(jī)控制，會(huì)隨著物料特性和參數(shù)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)其相應(yīng)的工況。
3） 產(chǎn)品進(jìn)展緩慢。而國(guó)外，由于采用模塊化的組合結(jié)構(gòu)，特別是采用了大規(guī)模定制設(shè)計(jì)的心手段，故能滿足用戶的個(gè)性化需求，并加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，甚至還儲(chǔ)備所謂“冷凍產(chǎn)品”，以隨時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求
4） 其他方面。在產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、自控技術(shù)、加工工藝、新材料的使用、配套產(chǎn)品的品質(zhì)，以及理論研究等方面，均存在不少的差距。
4. 國(guó)外離心分離技術(shù)的發(fā)展
受新技術(shù)推動(dòng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，國(guó)外離心分離技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1） 加強(qiáng)理論研究，選擇最佳設(shè)計(jì)方案
2） 瑞典Alfa-laval公司，在碟片流道研究中發(fā)現(xiàn)，碟片間隙橫斷面上的速度分布取決于一個(gè)無(wú)量綱數(shù)“λ”，而工業(yè)離心機(jī)的“λ”通常在5~28之間。隨著“λ”值的增加，碟片的轉(zhuǎn)速增加，薄層減少，可提高雷諾數(shù)并緩和渦流。通過(guò)對(duì)碟片間隔件和分布孔的巧妙設(shè)計(jì)，進(jìn)料量可增加20%。此外，還對(duì)相分離技術(shù)進(jìn)行了研究。
近年來(lái)，研究人員為選擇最佳方案，采用流場(chǎng)分離法、有限元模擬法、大梯度密度梯級(jí)法、反模態(tài)分析法等，對(duì)離心機(jī)的工作性能和關(guān)鍵零件進(jìn)行研究，為設(shè)計(jì)優(yōu)良性能的離心機(jī)提供了理論依據(jù)。并對(duì)待內(nèi)洗滌的臥螺離心機(jī)中堰池深度以及臥螺離心機(jī)技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系等進(jìn)行了最佳化研究。
2） 技術(shù)參數(shù)的提高和新機(jī)型的問(wèn)世
為提高產(chǎn)品的純度，及滿足能源和環(huán)保的要求，高參數(shù)已成為國(guó)外的發(fā)展特點(diǎn)。由于生物工程需要分離極細(xì)的顆粒，如細(xì)菌、霉及胰島素等，故最新蝶式機(jī)已可處理0.1um微粒，且分離因數(shù)可達(dá)5000.如德國(guó)Westfalia公司的CSA160機(jī)型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510機(jī)型均屬此例，隨著工藝要求的提高，新機(jī)型不斷問(wèn)世。美國(guó)Dorr-Oliver公司的BH-46型蝶式機(jī)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑已達(dá)1.2m，轉(zhuǎn)鼓重量為4.5t，用2個(gè)功率為220kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大生產(chǎn)能力為450m3/h，當(dāng)量沉降面積已達(dá)250,000m2，為蝶式機(jī)之最。
瑞典Alfa-laval公司用于生物技術(shù)的BTUX510型蝶式機(jī)，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的渦流噴嘴。利用噴嘴進(jìn)料黏度和濃度的關(guān)系，可提供供恒定的固相濃度，與進(jìn)料速度和固體含量的變化無(wú)關(guān)。
而具有1000分離因數(shù)的臥螺離心機(jī)，可從某種長(zhǎng)度上彌補(bǔ)管式分離機(jī)的不足。
BTNX3560-A機(jī)型的特點(diǎn)是先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：主軸承改為彈性安裝，可延長(zhǎng)壽命，降低機(jī)器噪音和震動(dòng)。德國(guó)Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞，尺寸雖小，卻更能有效進(jìn)行固相分離。還有德國(guó)Flottweg公司用于處理難分離物料的雙錐體臥螺離心機(jī)等。
3）新材料的應(yīng)用
為了提高分離機(jī)械的性能、強(qiáng)度、剛度、耐磨性和抗腐蝕性，一些新型材料不斷涌現(xiàn)，如，工程塑料，硬質(zhì)合金以及性能優(yōu)良的耐磨耐蝕不銹鋼材料。
法國(guó)曾研制一種用硬質(zhì)陶瓷制造的轉(zhuǎn)子，英國(guó)也曾研制由合成樹脂構(gòu)成的連續(xù)纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。
但是在蝶式機(jī)中，由于需要高強(qiáng)度和一定的耐腐性能，雙相組織的不銹鋼廣泛采用。最近，俄國(guó)研制成功一種雙相鋼04X25H5M2(即10Cr25Ni5Mo2），有足夠的強(qiáng)度和塑形。德國(guó)的Wischnouskii等研制的分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓新材料，具有強(qiáng)度高、塑形和耐腐蝕性好的特點(diǎn)。為彌補(bǔ)耐蝕和強(qiáng)度之間的矛盾，一些先進(jìn)的制造商普遍采用了轉(zhuǎn)鼓的自強(qiáng)技術(shù)。
5. 發(fā)展趨勢(shì)
1）強(qiáng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化。隨著自動(dòng)控制和傳感技術(shù)的發(fā)展，許多先進(jìn)的自控手段被引入，并對(duì)離心機(jī)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、流量、速度、振幅和噪音等進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)傳感器將收集信息輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，可及時(shí)了解各種參數(shù)的變化以及采取相應(yīng)的措施。由此出現(xiàn)了無(wú)人操作的蝶式分離機(jī)。
2）各種組合機(jī)和專用機(jī)的開(kāi)發(fā)。Alfa-laval公司在蝶式分離機(jī)上組合螺旋輸送器形成復(fù)合蝶式機(jī)；Krauss-Msffei公司的柱錐復(fù)合活塞機(jī)、虹吸刮刀離心機(jī)；Sharpies公司的沉降過(guò)濾復(fù)合螺旋離心機(jī)等。此外為提高離心機(jī)的分離性能和尋找最佳操作工況，Westfalia公司的蝶式分離機(jī)品種之多已是世界之最。設(shè)計(jì)方面的進(jìn)展：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)與模塊化設(shè)計(jì)已普遍使用。目前，全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的愈加激烈，制造業(yè)面臨著提高客戶價(jià)值的巨大挑戰(zhàn)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，“大規(guī)模定制”在制造業(yè)逐步興起。即“以近似于大批量生產(chǎn)的效率生產(chǎn)商品和提供服務(wù)以滿足客戶的個(gè)性化需要”。由于設(shè)計(jì)在產(chǎn)品生命周期中的重要性，面向大規(guī)模定制的設(shè)計(jì)（DFMC)已成為設(shè)計(jì)方面的新動(dòng)向。
第一章 離心機(jī)的概述
1.1 離心機(jī)
離心機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機(jī)械。離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開(kāi)；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(kāi)(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機(jī)甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點(diǎn)，有的沉降離心機(jī)還可對(duì)固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級(jí)。
離心機(jī)大量應(yīng)用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。
中國(guó)古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉(zhuǎn)甩動(dòng)陶罐，產(chǎn)生離心力擠壓出陶罐中蜂蜜，這就是離心分離原理的早期應(yīng)用。
工業(yè)離心機(jī)誕生于歐洲，比如19世紀(jì)中葉，先后出現(xiàn)紡織品脫水用的三足式離心機(jī)，和制糖廠分離結(jié)晶砂糖用的上懸式離心機(jī)。這些最早的離心機(jī)都是間歇操作和人工排渣的。?由于卸渣機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了連續(xù)操作的離心機(jī)，間歇操作離心機(jī)也因?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)控制而得到發(fā)展。?
工業(yè)用離心機(jī)按結(jié)構(gòu)和分離要求，可分為過(guò)濾離心機(jī)、沉降離心機(jī)和分離機(jī)三類。
離心機(jī)有一個(gè)繞本身軸線高速旋轉(zhuǎn)的圓筒，稱為轉(zhuǎn)鼓，通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。懸浮液(或乳濁液)加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動(dòng)與轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。通常，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離效果也越好。??
離心分離機(jī)的作用原理有離心過(guò)濾和離心沉降兩種。離心過(guò)濾是使懸浮液在離心力場(chǎng)下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過(guò)濾介質(zhì)上，使液體通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)成為濾液，而固體顆粒被截留在過(guò)濾介質(zhì)表面，從而實(shí)現(xiàn)液-固分離；離心沉降是利用懸浮液(或乳濁液)密度不同的各組分在離心力場(chǎng)中迅速沉降分層的原理，實(shí)現(xiàn)液-固(或液-液)分離。?
還有一類實(shí)驗(yàn)分析用的分離機(jī)，可進(jìn)行液體澄清和固體顆粒富集，或液-液分離，這類分離機(jī)有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結(jié)構(gòu)型式。?
衡量離心分離機(jī)分離性能的重要指標(biāo)是分離因數(shù)。它表示被分離物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)所受的離心力與其重力的比值，分離因數(shù)越大，通常分離也越迅速，分離效果越好。工業(yè)用離心分離機(jī)的分離因數(shù)一般為100～20000，超速管式分離機(jī)的分離因數(shù)可高達(dá)62000，分析用超速分離機(jī)的分離因數(shù)最高達(dá)610000。決定離心分離機(jī)處理能力的另一因素是轉(zhuǎn)鼓的工作面積，工作面積大處理能力也大。
?選擇離心機(jī)須根據(jù)懸浮液(或乳濁液)中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體(或兩種液體)的密度差、液體粘度、濾渣(或沉渣)的特性，以及分離的要求等進(jìn)行綜合分析，滿足對(duì)濾渣(沉渣)含濕量和濾液(分離液)澄清度的要求，初步選擇采用哪一類離心分離機(jī)。然后按處理量和對(duì)操作的自動(dòng)化要求，確定離心機(jī)的類型和規(guī)格，最后經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。?
?通常，對(duì)于含有粒度大于0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過(guò)濾離心機(jī)；對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機(jī)；對(duì)于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對(duì)液體澄清度要求高時(shí)，應(yīng)選用分離機(jī)。
1.2 離心機(jī)原理
當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動(dòng)時(shí)，由于重力場(chǎng)的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會(huì)上浮。微粒在重力場(chǎng)下移動(dòng)的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān)，并且又與重力場(chǎng)的強(qiáng)度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小的顆粒，直徑為數(shù)微米，就可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過(guò)程。此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時(shí)還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散是無(wú)條件的絕對(duì)的。擴(kuò)散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比，顆粒越小擴(kuò)散越嚴(yán)重。而沉降是相對(duì)的，有條件的，要受到外力才能運(yùn)動(dòng)。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快。對(duì)小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等，它們?cè)谌芤褐谐赡z體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過(guò)程的。因?yàn)轭w粒越小沉降越慢，而擴(kuò)散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。所以需要利用離心機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，才能迫使這些微粒克服擴(kuò)散產(chǎn)生沉降運(yùn)動(dòng)。離心就是利用離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開(kāi)。
1.3 離心機(jī)的分類
1.3.1、按分離因素Fr值分
可將離心機(jī)分為以下幾種型式：
1、常速離心機(jī)
Fr≤3500（一般為600~1200），這種離心機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，直徑較大。
2、高速離心機(jī)
Fr=3500~50000，這種離心機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，一般轉(zhuǎn)鼓直徑較小，而長(zhǎng)度較長(zhǎng)。
3、超高速離心機(jī)
Fr＞50000，由于轉(zhuǎn)速很高（50000r/min以上），所以轉(zhuǎn)鼓做成細(xì)長(zhǎng)管式。分離因素Fr是指物料在離心力場(chǎng)中所受的離心力，與物料在重力場(chǎng)中所受到的重力之比值。
1.3.2、按操作方式分
可將離心機(jī)分為以下型式：
1、間隙式離心機(jī)
其加料、分離、洗滌和卸渣等過(guò)程都是間隙操作，并采用人工、重力或機(jī)械方法卸渣，如三足式和上懸式離心機(jī)。
2、連續(xù)式離心機(jī)
其進(jìn)料、分離、洗滌和卸渣等過(guò)程，有間隙自動(dòng)進(jìn)行和連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行兩種。
1.3.3、按卸渣方式分
可將離心機(jī)分為一下型式：
1、刮刀卸料離心機(jī)
工序間接，操作自動(dòng)。
2、活塞推料離心機(jī)
工序半連續(xù)，操作自動(dòng)。
3、螺旋卸料離心機(jī)
工序連續(xù)，操作自動(dòng)。
4、離心力卸料離心機(jī)
工序連續(xù)，操作自動(dòng)。
5、振動(dòng)卸料離心機(jī)
工序連續(xù)，操作自動(dòng)。
6、顛動(dòng)卸料離心機(jī)
工序連續(xù)，操作自動(dòng)。
1.3.4、按工藝用途
可將離心機(jī)分為：過(guò)濾式離心機(jī)、沉降式離心機(jī)。
1.3.5、按安裝的方式分
還可將離心機(jī)分為立式、臥式、傾斜式、上懸式和三足式等。
1.3.6、按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與市場(chǎng)使用份額分
離心機(jī)可以分為以下四種
1、三足式離心機(jī)
2、臥式螺旋離心機(jī)
3、碟片式分離機(jī)
4、管式分離機(jī)
第二章 蜂蜜離心機(jī)設(shè)計(jì)步驟
2.1主要參數(shù)
試設(shè)計(jì)養(yǎng)蜂農(nóng)民用于從蜂窩中取蜜的離心機(jī)。蜂巢建筑在一個(gè)240mm×420mm×25mm的木質(zhì)的框架上，兩邊都有蜂巢，蜂巢口向外。整個(gè)蜂巢板的厚度為50mm，木質(zhì)邊框的內(nèi)外邊距離差為20mm。取蜜的方法是將蜂巢置于一個(gè)回轉(zhuǎn)框架上，；利用離心力將蜂巢內(nèi)的蜜甩出，然后甩另一邊。一次裝上5快蜂巢板。方式不限。
主要參數(shù)
蜂蜜板240mm×420mm×25mm
蜂巢板的厚度為50mm木質(zhì)邊框的內(nèi)外邊距離差為20mm
2.2 蜂蜜離心機(jī)總體方案:
此方案本著操作方便有效,成本低廉,零部件制作工藝簡(jiǎn)單的原則制定的,其總體由以下幾個(gè)部分組成.
A 動(dòng)力部分:選擇純手動(dòng)方式,由一個(gè)手搖把手人工控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速.
B 傳動(dòng)部分:應(yīng)為要改變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方向,并傳動(dòng)可靠有力,傳動(dòng)比較大 ,故選用常用的直齒錐齒輪傳動(dòng)方式.
C 機(jī)架部分:此部分結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)機(jī)器起著支撐作用,是機(jī)器的整體框架,其中包括了旋轉(zhuǎn)軸的固定,原料定位裝置等等.
D 出料部分:由一個(gè)大容量桶子容納整個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)部分,蜂蜜由離心桶桶底小孔流下,累積于大桶桶底儲(chǔ)存,最后由人工控制水龍頭的開(kāi)關(guān)來(lái)提取蜂蜜.
2.3動(dòng)力部分
2.3.1 設(shè)已知條件
?人工用力為f=60N
?人搖手柄的轉(zhuǎn)速為n1=60r/min 蜂蜜板每塊m=2kg
?傳動(dòng)比為i=2.4
2.3.2 確定各軸轉(zhuǎn)速
a 確定輸入軸計(jì)算轉(zhuǎn)速
由已經(jīng)條件可知輸入軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速就是人工搖動(dòng)手柄的轉(zhuǎn)速，我們?cè)O(shè)人工搖動(dòng)手柄的轉(zhuǎn)速為
n1=60r/min
b 確定輸出軸的轉(zhuǎn)速
輸出軸是經(jīng)過(guò)一對(duì)直齒錐齒輪傳動(dòng)輸出的，且已定轉(zhuǎn)動(dòng)比i=2.4所以得
n2=i×n1=60×2.4=144r/min
2.3.3 功率計(jì)算
手搖柄的輸入功率
p1=FV=F×2×3.14×r/T=60×2×3.14×245/1×1000=92w
輸出功率
P2=p1×η=92×0.96=88w
2.3.4 計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
T1=9550×92/60×1000=14.64（N.m）
T2=9550×88/144×1000=5.8（N.m）
（a）模數(shù)的確定：
其中： μ—傳動(dòng)比； μ=2.4；
Nd—輸入功率； Nd=92W;
Ψm—齒寬系數(shù)；
[σ]—齒輪傳動(dòng)許允應(yīng)力；
nj—齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。
[σ] =KNσlim/S , 取 σlim=600MPa，安全系數(shù)S=1
由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取KN=0.9
[σ]=0.9×600/1=540MPa
帶入數(shù)值求得模數(shù) m1=3
計(jì)算基本設(shè)計(jì)參數(shù)為
d1=mz1=3×60=180mm
d2=mz2=25×3=75mm
μ =Z2/Z1=d2/d1=cotδ1=tanδ2=2.4
R為錐距，算得R=234mm
dm1/d1=dm2/d2=1-0.5b/R =0.83 (dm1 dm2 平均分度圓直徑）
令Ψm=b/R,稱為錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)，通常取Ψm=0.25~0.35，最常用的值為Ψm=1/3
于是
dm1=d1（1-0.5Ψm）=150mm
dm2=d2（1-0.5Ψm）=62.5mm
由圖10-33可找出當(dāng)量直齒圓柱圓錐齒輪的分度圓半徑rv與平均分度圓直徑dm的關(guān)系式為
Rv1=dm1/2cosδ1=97.5mm
Rv2=dm2/2cosδ2=97.5mm
現(xiàn)以mm表示當(dāng)量直齒圓柱齒輪的模數(shù)，亦即錐齒輪平均分度圓上輪齒的模數(shù)（簡(jiǎn)稱平均模數(shù)），則當(dāng)量齒數(shù)zv為
zv1= dv1/mm=z1/cosδ1=78
zv2= dv2/mm=z2/cosδ2=78
當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比
uv=zv2/zv1=u2=5.76
顯然，為使錐齒輪不致發(fā)生根切，應(yīng)使當(dāng)量齒數(shù)不小于直齒圓柱齒輪的根切齒數(shù)。另外，由式（d）極易得出平均模數(shù)mm和大端模數(shù)m的關(guān)系為
mm=m(1-0.5Ψm）
2.3 輸出部分設(shè)計(jì)
離心機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機(jī)械。離心機(jī)主要用于將固體顆粒與液體分開(kāi)；蜂蜜離心機(jī)即利用離心力將蜂蜜與蜜蜂板分離。
離心力場(chǎng)特點(diǎn)及分離因數(shù)
離心力場(chǎng) FC=mω2R=2×5×1442×0.25=51.84KN
重力場(chǎng) G=mg=10×10=100
分離因數(shù) Fr=FC/G=ω2R/g=518.4
第三章 離心機(jī)各部件設(shè)計(jì)
3.1 驅(qū)動(dòng)部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì):
本機(jī)器采用手動(dòng)方式操作,靠人搖動(dòng)啟動(dòng)把手來(lái)使蜂蜜板旋轉(zhuǎn),人可以根據(jù)蜂蜜板上蜂蜜量的多少,粘度的高低,自行調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度(離心力的大小)簡(jiǎn)捷有效,節(jié)能環(huán)保.結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：
圖3-1
3.2機(jī)架部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
A 原料定位裝置：依照課題要求;一次裝5塊蜂巢板，由蜂蜜板尺寸大小240mm×420mm×25mm可設(shè)計(jì)一個(gè)五工位立式旋轉(zhuǎn)盤。蜂蜜板的定位采用類似于雙V型塊加水平面定位方式，五個(gè)T型塊統(tǒng)一均布固定在初級(jí)圓桶圓周上，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中能保持卡緊不動(dòng)，裝料取料采用抽插方式進(jìn)行，最重要的是定位裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，制作周期短。結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖3-2-1
B 主裝配板的設(shè)計(jì):主裝配板為系統(tǒng)多部件裝配的基板,本身強(qiáng)度非常重要,形狀呈現(xiàn)為U狀板 ,支撐板上開(kāi)有十六個(gè)安裝孔.上面主要安裝有輸入軸兩軸承座,輸出軸軸端蓋,和固定本身于儲(chǔ)料桶表面 ,結(jié)構(gòu)如下所示:
圖3-2-2
3.3 軸支撐座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
旋轉(zhuǎn)軸的支撐座選擇固定在一塊大的支撐板上，板上有輸入軸的兩個(gè)軸承座和輸出軸的一端，大的支撐板兩端選擇固定在大的儲(chǔ)存蜂蜜的桶子圓周上，結(jié)構(gòu)如下所示：
圖3-3
3.4旋轉(zhuǎn)支架的設(shè)計(jì):
機(jī)器中間旋轉(zhuǎn)支架采用一個(gè)圓形套筒,圓周上均布五個(gè)小圓柱桿組成,套筒內(nèi)圓開(kāi)有多個(gè)鍵槽,方便與輸出軸連接以傳遞足夠大的扭矩,離心機(jī)旋轉(zhuǎn)無(wú)精度要求,小圓柱桿直接焊接在套筒之上,工藝簡(jiǎn)單.小圓柱桿與原料定位元件連接采用螺母連接,在圓柱桿的另一端開(kāi)一定大小的螺紋孔即可.結(jié)構(gòu)圖如下：
圖3-4
3.5腳座部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
基本原理：三點(diǎn)決定一個(gè)平面，所以在圓周上均布三個(gè)腳支座，腳支座與存儲(chǔ)料桶采用焊接的方式連接，結(jié)實(shí)可靠，三維結(jié)構(gòu)圖如下：
圖3-5
3 .6傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
A 輸入軸設(shè)計(jì)：輸入軸由四段階梯軸組成，靠近把手端部有個(gè)小凸起，以便插入手搖把手里轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器，第一段軸用于軸左端軸承座安裝，軸承的軸向定位左邊靠C 環(huán)扣，C環(huán)扣為標(biāo)準(zhǔn)間,根據(jù)型號(hào)可直接從廠商購(gòu)買到.右邊靠軸階梯定位，第二段軸為輸入軸最大直徑段，作用是給左右兩軸承座里的軸承提供軸向定位。很明顯，第三段軸是輸入軸右端軸承座的安裝段，軸承右端同時(shí)也采用C 環(huán)扣軸向定位，操作簡(jiǎn)單，c 環(huán)扣槽加工方便。第四段軸用于安裝齒輪盤，用于與輸出軸上的齒輪嚙合，傳遞動(dòng)力，齒輪盤的連接采用花鍵連接，連接可靠，傳遞扭矩大，由于齒輪盤帶法蘭盤，可在軸套圓周上開(kāi)四個(gè)小的螺紋孔，安裝徑向定位零件，螺絲頂絲徑向加緊防止齒輪盤軸向竄動(dòng)。注意：在軸上零件安裝的過(guò)程中，先不把軸承座固定到機(jī)架上去，先將其和輸入軸裝配起來(lái)然后一起裝入機(jī)架的支撐塊上去，否則無(wú)法裝配。
圖3-6-1
B 齒輪設(shè)計(jì):齒輪設(shè)計(jì)最基本原則，最小齒數(shù)大于等于17，不然會(huì)出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象。本機(jī)器使用的是與往常減速齒輪不同的增速齒輪，輸入軸上要求齒數(shù)多，輸出軸上齒數(shù)小，有一個(gè)明確的傳動(dòng)比，假設(shè)傳動(dòng)比為2.5，即手轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，蜂蜜板轉(zhuǎn)動(dòng)三圈。
C輸出軸設(shè)計(jì)：與輸出軸相關(guān)聯(lián)的零件有 主支撐板（用于輸出軸定心）及軸端軸向定位板，嚙合齒輪盤（傳遞動(dòng)力），與機(jī)架固連的旋轉(zhuǎn)支架（帶動(dòng)蜂蜜板旋轉(zhuǎn)）,機(jī)器最底下的軸固定板（用于軸向定位）和軸兩端的滾珠軸承(用于徑向定位)。設(shè)計(jì)首先考慮裝配的可行性與方便性，個(gè)零件的定位要求，輸出軸結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成六段階梯軸，從安裝后的位置由上到下分別用于安裝：
a 端部滾動(dòng)軸承：（靠自鎖螺母和周端定位，只定位內(nèi)圈即可，無(wú)軸向負(fù)載）。
b 小齒輪盤：（平鍵徑向定位，考慮到齒輪主要是受徑向負(fù)載，在軸圓周上對(duì)稱開(kāi)四個(gè)鍵槽增強(qiáng)負(fù)載容量，軸向采用C環(huán)扣和軸軸肩定位）。
c 中間旋轉(zhuǎn)支架：與軸的安裝主要靠套筒內(nèi)部開(kāi)鍵槽，同樣道理，應(yīng)在軸圓周上對(duì)稱開(kāi)四個(gè)鍵槽配合使用以帶動(dòng)蜂蜜板負(fù)載，軸向運(yùn)動(dòng)的話一方面由于本身重力因素不會(huì)上下浮動(dòng)，另外為保險(xiǎn)起見(jiàn)可在套筒四周開(kāi)螺紋孔，在螺紋孔里面旋入頂絲，防止套筒軸向移動(dòng)。與套筒相連的小圓柱桿與定位裝置的連接采用自鎖螺母連接，在圓柱桿和蜂蜜板定位板上鉆合適的螺栓孔即可，裝配時(shí)，應(yīng)先將支架裝于輸出軸上然后再用螺栓固定在定位板上。
d 光桿：此軸段僅靠?jī)啥溯S肩對(duì)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)支架其軸向定位作用。
e 底部旋轉(zhuǎn)支架：底部旋轉(zhuǎn)支架與中間旋轉(zhuǎn)支架類似，只是有兩個(gè)方面需要加強(qiáng)：1旋轉(zhuǎn)支架的支架數(shù)量要增加至10條，成倍增加并統(tǒng)一焊接在圓形環(huán)上面用于承受機(jī)器多個(gè)零部件的重量（蜂蜜原料板，定位T型板，初級(jí)圓桶等）2軸向定位需要加強(qiáng)，因?yàn)槠湎露耸侵睆捷^小的軸桿部分，由于重力原因往下掉，為此，特定制一定長(zhǎng)度的村套來(lái)頂住底部旋轉(zhuǎn)支架，村套的另一端靠滾動(dòng)軸承壓住。
f 端部滾動(dòng)軸承：此軸承靠以上所述的村套以及最底下的軸固定板頂住實(shí)現(xiàn)軸向定位。
g儲(chǔ)料部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：在初級(jí)圓桶外面再套裝一層料桶，當(dāng)蜂蜜從原料板上甩出時(shí)，首先毫無(wú)疑問(wèn)的是甩在初圓料筒上，積少成多，由于自身重力原因會(huì)往下，初級(jí)料筒桶底有許多個(gè)小通孔，用于進(jìn)一步刷選蜂蜜（因?yàn)橛锌赡芊欠涿?，蜂巢渣子被甩出），小通孔只允許一定大小的物質(zhì)通過(guò)，當(dāng)然蜂蜜是液體，能很順暢的流入儲(chǔ)料桶里面，儲(chǔ)料桶桶底安裝有便于出料的水龍頭儲(chǔ)料，當(dāng)一次甩料完畢，可打開(kāi)龍頭開(kāi)關(guān)，提取全部蜂蜜。
圖3-6-2
第四章 全文總結(jié)
本設(shè)計(jì)方案中心意思明確,結(jié)構(gòu)切實(shí)有效,且無(wú)大成本零組件,成本意識(shí)非常好,巧妙的應(yīng)用了直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng),和蜂蜜原料板定位機(jī)構(gòu),不過(guò)也還有諸多地方需要改善,
(比如:手動(dòng)驅(qū)動(dòng)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大,卸料龍頭開(kāi)關(guān)應(yīng)放置在儲(chǔ)料桶底部,手搖把手高度是否適宜人機(jī)操作,整個(gè)機(jī)器沒(méi)防塵罩,長(zhǎng)期敞開(kāi)在外容易受污染, 并且嚙合齒輪直接在蜂蜜儲(chǔ)料桶的上方,潤(rùn)滑油,金屬摩擦介質(zhì)容易掉入儲(chǔ)料桶里面,蜂蜜質(zhì)量不能得到有效保證.機(jī)器運(yùn)輸僅靠?jī)?chǔ)料桶上的環(huán)勾會(huì)有困難等等.) 好質(zhì)量的產(chǎn)品是一代又一代人努力的結(jié)晶,相信通過(guò)以后不斷的學(xué)習(xí),能造出更好的機(jī)器.
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致謝
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成過(guò)程中，得到朱中喜老師和同學(xué)的幫助與鼓勵(lì)，使我能夠順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在此對(duì)他們表示衷心的感謝。
首先，我誠(chéng)摯地感謝朱中喜導(dǎo)師。導(dǎo)師學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，平易近人，不辭辛苦的幫助我完成論文設(shè)計(jì)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，老師給予了我許許多多的關(guān)懷與指導(dǎo)。本論文從選題到老師指導(dǎo)我思路，不斷的修改到最后成文，無(wú)不傾注著老師的心血。在此論文完成之際，我再一次向他致以最誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)，我要感謝我們學(xué)院多年來(lái)給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學(xué)到了許多知識(shí)，充實(shí)了自己知識(shí)面，并從他們身上學(xué)到了如何求知治學(xué)、如何為人處事，立足社會(huì)。我也要感謝我的母校，是他提供了良好的學(xué)習(xí)氛圍和優(yōu)質(zhì)生活環(huán)境，讓我的大學(xué)生活豐富多姿，讓我在以后的日子里深深懷念，有著一份感恩的情懷，回報(bào)社會(huì)。非常感謝10級(jí)機(jī)械班的同學(xué)們，我們一起學(xué)習(xí)、一起討論，共同進(jìn)步，平日里大家關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)的討論給了我很多啟發(fā)，我再次深表謝意；最后，向我的親愛(ài)的家人表示深深的謝意，他們給予我的愛(ài)、理解、關(guān)心和支持是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力。
愿所有的老師、同學(xué)們、朋友們事業(yè)有成，幸福美滿！
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