高壓均質(zhì)機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)機(jī)械畢業(yè)論文

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1、 1 引言 1.1 均質(zhì)機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展 均質(zhì)技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用相當(dāng)廣泛的細(xì)化分散技術(shù)，廣泛應(yīng)用于乳品、飲料、食品、化妝品和化工行業(yè)等。所謂均質(zhì)，就是將液態(tài)物料中的固體顆粒打碎，使固體顆粒實(shí)現(xiàn)超細(xì)化，并形成均勻的懸浮乳化液的工藝過(guò)程。多年來(lái)．均質(zhì)技術(shù)一直未有重大的突破，應(yīng)用最多、最廣泛的仍然是高壓均質(zhì)技術(shù)，其原因是高壓均質(zhì)技術(shù)比較成熟．物科經(jīng)均質(zhì)后，平均粒徑一般可以達(dá)到lUm以下，效果較好。均質(zhì)機(jī)的作用主要有：提高產(chǎn)品的均勻度和穩(wěn)定性、增加保質(zhì)期、減少反應(yīng)時(shí)間從而節(jié)省大量催化劑或添加劑、改變產(chǎn)品的稠度改善產(chǎn)品的口味和色澤等等，均質(zhì)機(jī)廣泛應(yīng)用于食品、乳品、飲料、制藥、精細(xì)化工和生物

2、技術(shù)等領(lǐng)域的生產(chǎn)、科研和技術(shù)開(kāi)發(fā)。 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)均質(zhì)業(yè)得到了飛躍發(fā)展，已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。但是我國(guó)研制并生產(chǎn)均質(zhì)機(jī)械比較落后，國(guó)外相比，起步晚、發(fā)展比較慢。至今，許多行業(yè)仍普遍采用傳統(tǒng)的高壓均質(zhì)機(jī)。我國(guó)的均質(zhì)機(jī)研制并生產(chǎn)是從50年代開(kāi)始的，直到80年代才開(kāi)始逐漸的生產(chǎn)均質(zhì)機(jī)，而且大多是傳統(tǒng)的高壓均質(zhì)設(shè)備。水平相對(duì)比較低，無(wú)論是材料選擇，加上精度、使用壽命、規(guī)格品種、應(yīng)用領(lǐng)域及能源消耗，都與國(guó)際先進(jìn)水平有著不小的差距，這顯示我國(guó)均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。 中、高壓均質(zhì)機(jī)，因加工工藝和材料等原因，在我國(guó)一直是空白。隨著奶制品、飲

3、料、化工、制藥等行業(yè)新產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的需要,上?？萍即髮W(xué)七十年代末在國(guó)內(nèi)率先進(jìn)行了高壓均質(zhì)機(jī)的研制工作，八十年代初研制成功。從此，我國(guó)均質(zhì)機(jī)生產(chǎn)逐步步入了快速發(fā)展時(shí)期。國(guó)產(chǎn)低壓、中壓、高壓各種規(guī)格的均質(zhì)機(jī)相繼投放市場(chǎng)，極大地滿(mǎn)足了我國(guó)各行各業(yè)的生產(chǎn)需求。 隨著人們對(duì)均質(zhì)乳化作用的不斷認(rèn)識(shí)和研究，均質(zhì)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，相應(yīng)地出現(xiàn)了多種不形式的均質(zhì)機(jī)，其中典型的有高低壓均質(zhì)機(jī)、離心式均質(zhì)機(jī)、膠體磨、超聲波均質(zhì)機(jī)和剪切式均質(zhì)機(jī)。它們已在食品、制藥、化妝品等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，不同形式均質(zhì)機(jī)的使用范圍有所不同，我們可以根據(jù)物料的濃度、粘度等特性的不同，選擇相應(yīng)的均質(zhì)設(shè)備。離心式均質(zhì)機(jī)、超聲均質(zhì)機(jī)

4、由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、能耗大、維修不方便等缺點(diǎn)，使得它們的應(yīng)用有一定的局限性。近年來(lái)，高壓均質(zhì)機(jī)，以其獨(dú)特的剪切分散機(jī)理和低成本、超細(xì)化、高質(zhì)量、高效率等優(yōu)點(diǎn)在眾多的工業(yè)領(lǐng)域中得到普遍應(yīng)用，并在某些領(lǐng)域逐漸地替代傳統(tǒng)的均質(zhì)機(jī)?；诖耍斜匾獙?duì)均質(zhì)技術(shù)投入更多的研究和探討。 1.2 高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理及課題設(shè)計(jì)要求 1.2.1 高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理 高壓均質(zhì)機(jī)以高壓往復(fù)泵為動(dòng)力傳遞及物料輸送機(jī)構(gòu)，將物料輸送至工作閥（一級(jí)均質(zhì)閥及二級(jí)乳化閥）部分。要處理物料在通過(guò)工作閥的過(guò)程中，在高壓下產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、撞擊和空穴作用，從而使液態(tài)物質(zhì)或以液體為載體的固體顆粒得到超微細(xì)化。如圖1所示。

5、 圖1 高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理 相對(duì)于離心式分散乳化設(shè)備（如膠體磨、高剪切混合乳化機(jī)等），高壓均質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)是： 1) 細(xì)化作用更為強(qiáng)烈。這是因?yàn)楣ぷ鏖y的閥芯和閥座之間在初始位是緊密貼合的， 只是在工作時(shí)被料液強(qiáng)制擠出了一條狹縫；而離心式乳化設(shè)備的轉(zhuǎn)定子之間為滿(mǎn)足高速旋轉(zhuǎn)并且不產(chǎn)生過(guò)多的熱量，必然有較大的間隙（相對(duì)均質(zhì)閥而言）；同時(shí)，由于均質(zhì)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是容積式往復(fù)泵，所以從理論上說(shuō)，均質(zhì)壓力可以無(wú)限地提高，而壓力越高，細(xì)化效果就越好。 2) 均質(zhì)機(jī)的細(xì)化作用主要是利用了物料間的相互作用，所以物料的發(fā)熱量較小，因而能保持物料的性能基本不變。 3) 均質(zhì)機(jī)能定量輸送物料

6、，因?yàn)樗揽客鶑?fù)泵送料。 4) 均質(zhì)機(jī)耗能較大。 5) 均質(zhì)機(jī)的易損使較多，維護(hù)工作量較大，特別在壓力很高的情況下。 6) 均質(zhì)機(jī)不適合于粘度很高的情況。 1.2.2 本課題設(shè)計(jì)要求 本課題要研究或解決的問(wèn)題：在工業(yè)生產(chǎn)中，均質(zhì)機(jī)占有很重要的地位，均質(zhì)技術(shù)與人們生活息息相關(guān)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)小型高壓均質(zhì)機(jī)中的傳動(dòng)部分及輔助部分，進(jìn)行性能計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)要求： 1) 所設(shè)計(jì)的均質(zhì)機(jī)能夠完成對(duì)兩種流體物料的均質(zhì)與乳化。 2) 額定壓力為一級(jí)60Mpa、二級(jí)20Mpa 3) 尺寸規(guī)格為1446×1220×1435mm 4) 額定流量為200

7、0L/h 2 總體方案確定及工作原理 2.1 方案確定 本課題主要設(shè)計(jì)的是小型高壓均質(zhì)機(jī)的傳動(dòng)及輔助部分。高壓均質(zhì)機(jī)的傳動(dòng)及輔助 部分主要包括電動(dòng)機(jī)、皮帶輪傳動(dòng)、減速器、曲軸、連桿及柱塞泵。主要通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)和變速箱將電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成低速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，采用皮帶輪變速。 變速后，使柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度控制在130~170 r／min。這種速度下，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪聲低，柱塞及其密封耐用性好。其中電動(dòng)機(jī)可根據(jù)參數(shù)計(jì)算選擇型號(hào)，皮帶輪及減速器同樣由計(jì)算得出。具體計(jì)算見(jiàn)第三章。工作過(guò)程可參見(jiàn)示意圖2。 4 3

8、2 1 1 泵體 2 柱塞 3 連桿 4 曲軸 圖2 均質(zhì)機(jī)的工作過(guò)程 2.2 工作原理 在圖2 所示中，柱塞的一段伸入到泵體的泵腔內(nèi)．在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下柱塞在泵腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)柱塞向右移動(dòng)時(shí)泵腔內(nèi)形成低壓，排料閥關(guān)閉進(jìn)料閥打開(kāi)，物料被吸入。當(dāng)柱塞向左移動(dòng)時(shí)泵腔內(nèi)形成高壓．進(jìn)料閥關(guān)閉，排料閥打開(kāi)，物料被排出。由于曲軸使連桿相位差為，它們并聯(lián)在一起，使排出的流量基本平衡 柱塞隨曲軸旋轉(zhuǎn)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在主泵體內(nèi)通過(guò)進(jìn)料閥、出料閥以及均質(zhì)閥，完成進(jìn)料一壓縮一泄放一進(jìn)料一壓縮一泄放??周而復(fù)始運(yùn)行

9、。對(duì)于每一個(gè)柱塞泵來(lái)說(shuō)，進(jìn)料和泄放都是間歇的。管道的液流必然是脈沖狀態(tài)，即使是多柱塞合成的液流也成脈動(dòng)狀態(tài)。這個(gè)脈沖(動(dòng))頻率會(huì)引起管道的振動(dòng)．如果柱塞運(yùn)行速度130～170 r／min，柱塞每一個(gè)行程周期僅0.36～0.46 S，進(jìn)出料單向閥開(kāi)啟時(shí)間僅0.18～0.23 S。表明主泵體在短時(shí)間內(nèi)完成進(jìn)料、壓縮和泄放全過(guò)程首先必須具備穩(wěn)定進(jìn)料速度和進(jìn)料壓力。實(shí)踐中，選擇合理均質(zhì)機(jī)的進(jìn)、出料管徑，輸送泵和緩沖管，是十分必要的。 3 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與分析 3.1 均質(zhì)機(jī)的功率和電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1.1 均質(zhì)機(jī)的有效功率

10、 在單位時(shí)間內(nèi)，均質(zhì)機(jī)排除的液體由均質(zhì)機(jī)所獲得的能量成為均質(zhì)機(jī)的有效功率，也就是均質(zhì)機(jī)對(duì)排除的液體所做的有效功。均質(zhì)機(jī)的有效功率可以根據(jù)全壓力和實(shí)際流量進(jìn)行計(jì)算。由于高壓均質(zhì)機(jī)的全壓力和均質(zhì)壓力（即排除壓力）基本接近，所以，一般均依照均質(zhì)壓力和實(shí)際流量按下式計(jì)算： 式中 ——均質(zhì)機(jī)的有效功率，kW； ——均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)壓力，Pa； ——均質(zhì)機(jī)的實(shí)流量，m3/s。 將 =60103 Pa、=2000 L/h 帶入上式中得 =33.33 kW 3.1.2 均質(zhì)機(jī)的輸入功率 均質(zhì)機(jī)的輸入功率也就是均質(zhì)機(jī)(高壓泵）的軸功

11、率是原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)）傳給均質(zhì)機(jī)輸入軸上的功率。當(dāng)均質(zhì)機(jī)與原動(dòng)機(jī)直接連接時(shí)，均質(zhì)機(jī)輸入功率就等于原動(dòng)機(jī)的輸出功率。由于存在機(jī)械摩擦等損失，均質(zhì)機(jī)的輸入功率大于有效功率。輸入功率可按下式計(jì)算： 式中 ——均質(zhì)機(jī)的輸入功率，kW； ——均質(zhì)機(jī)的有效功率，kW； ——均質(zhì)機(jī)的效率。 均質(zhì)機(jī)的效率的計(jì)算方法很難確定，只能用試驗(yàn)方法確定。在進(jìn)行均質(zhì)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，通常要根據(jù)均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)以及加工質(zhì)量等預(yù)先選取，一般=0.80~0.90。流量較大，壓力較低，制造質(zhì)量高，介質(zhì)含氣量較少時(shí)，可選較大值。反之則選較小值。

12、根據(jù)此次課題的要求選=0.85。 計(jì)算的==39.18kW 3.1.3 電動(dòng)機(jī)功率及電動(dòng)機(jī)的選擇 上面所述均質(zhì)機(jī)的效率只包括均質(zhì)機(jī)輸入軸后面機(jī)構(gòu)的機(jī)械損失，并不包括電動(dòng)機(jī)至輸入軸之間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械損失，所以，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算 = 式中 ——電動(dòng)機(jī)功率，kW； ——均質(zhì)機(jī)的有效功率，kW； ——均質(zhì)機(jī)的效率； ——均質(zhì)機(jī)輸入軸前傳動(dòng)裝置效率。 的取值可根據(jù)電動(dòng)機(jī)至均質(zhì)機(jī)輸入軸采用的傳動(dòng)裝置而定。直聯(lián)時(shí)，=1；采用三角帶傳動(dòng)時(shí)，=0.90~0.96；齒輪傳動(dòng)（閉式)時(shí)，=0.95~0.99；蝸輪傳

13、動(dòng)時(shí)（閉式），=0.70~0.94。 式中又稱(chēng)為均質(zhì)的整機(jī)效率。對(duì)均質(zhì)機(jī)整機(jī)效率要求見(jiàn)表1。 表1 均質(zhì)機(jī)整機(jī)效率 均質(zhì)機(jī)壓力（MPa） 20 >20~32 >32~50 整機(jī)效率 0.84 0.83 0.80 計(jì)算 查表機(jī)械傳動(dòng)和摩擦的效率概略值，確定各部分效率為： 聯(lián)軸器效率=0.99，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率（一對(duì)）=0.99，三角帶傳動(dòng)效率=0.96，閉式齒輪傳動(dòng)效率=0.97 =2=0.90 則 ==43.53 kW 考慮到均質(zhì)機(jī)的流量是脈動(dòng)的，載荷也是脈動(dòng)的，其瞬時(shí)功率和平均功率差別較

14、大，而且不同類(lèi)型的均質(zhì)機(jī)，差別程度也不同，特別是單柱塞均質(zhì)機(jī)，差別最大。此外，在柱塞密封處的機(jī)械摩擦損失等也很難精確確定，為使均質(zhì)機(jī)在世紀(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)中不致超載，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)有一定的裕量，這一裕量稱(chēng)為儲(chǔ)備系數(shù),則實(shí)際選擇的電動(dòng)機(jī)功率為 = 式中 ——實(shí)際選擇的電動(dòng)機(jī)功率，kW； ——儲(chǔ)備系數(shù)； ——電動(dòng)機(jī)（計(jì)算）功率，kW。 儲(chǔ)備系數(shù)可按表2選取。 表2 電動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù) 電動(dòng)機(jī)功率（kW） 2 6 10 20 >20 2 1.5 1.25 1.15 1.10 由于=43.53kW，故選取=

15、1.10 則 =1.10×43.53=47.88 kW 因?yàn)檩d荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率略大于即可。查手冊(cè)選用型號(hào)為Y315S-8的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)（見(jiàn)圖3）。參數(shù)見(jiàn)表3。 表3 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 /kW 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 /（r/min） 同步轉(zhuǎn)速750 r/min，8極 Y280S-8 55 740 1.6 2.0 圖3 三相異步電動(dòng)機(jī)Y280S-8 3.2 柱塞泵的工作原理及設(shè)計(jì) 3.2.1 結(jié)構(gòu)原理 往復(fù)式柱塞泵由液力端及傳動(dòng)端兩部分組成。液力端視均質(zhì)聊也的過(guò)流部分，通常由缸體、

16、柱塞及密封件、媳婦和排除閥組成；傳動(dòng)端是傳遞動(dòng)力的部分，主要由機(jī)體、曲軸、連桿、潤(rùn)滑和冷卻等部分組成。 柱塞泵的工作原理是當(dāng)柱塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)（見(jiàn)圖4），缸腔容積擴(kuò)大而腔內(nèi)壓力降低形成低壓，貯槽內(nèi)的液體考?jí)翰疃鴽_開(kāi)吸入閥門(mén)而進(jìn)缸體內(nèi)達(dá)到完成吸入工作過(guò)程。柱塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于缸體容積縮小而壓縮液體，達(dá)到工作壓力沖開(kāi)排除閥完成排液過(guò)程。由于柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。因而柱塞泵的平均流量恒定，而瞬時(shí)流量成脈動(dòng)變化；柱塞泵是容積泵，它的排出壓力僅決定于管路的水力特性，與流量無(wú)關(guān)。在理論上，只要原動(dòng)機(jī)有足夠的功率，泵體強(qiáng)度足夠時(shí)，高壓泵的排出壓力可不受限制。 柱塞 圖4 柱塞

17、泵結(jié)構(gòu)圖 3.2.2 柱塞泵的選取 通常用泵在一轉(zhuǎn)中的流量和平均流量之比表示流量的不均勻程度，稱(chēng)為不均勻度，以m表示。 = 式中 === 3/s 對(duì)單作用泵 == 3 /s 所以 == 對(duì)于雙柱塞泵，柱塞的相位差為時(shí)，它的不均勻度為 == 對(duì)于三柱塞泵，柱塞相位差互成時(shí) === 流量的不均勻度越大，其最大流量與平均流量的差越大，

18、流量就越不均勻，泵的操作也就越不穩(wěn)定。由以上不均勻度的計(jì)算表明，三柱塞泵流量最穩(wěn)定，得到廣泛應(yīng)用。故選用三柱塞往復(fù)泵。圖5為三柱塞往復(fù)泵的示意圖。 圖5中，常見(jiàn)的三柱塞往復(fù)泵的柱塞泵是由3個(gè)工作室、3個(gè)柱塞、3個(gè)單向的進(jìn)料閥和3個(gè)單向的出料閥等組成。3個(gè)工作室互不相連，但進(jìn)料管和排料管相通。在設(shè)計(jì)上曲軸使連桿相位差為120°，它們并聯(lián)在一起，使排出的流量基本平衡。 圖5 三柱塞往復(fù)泵 3.2.3 柱塞的設(shè)計(jì) 柱塞的作用是使吸入過(guò)程中缸體內(nèi)形成低壓，而在排出過(guò)程中形成壓力，將液體壓出。柱塞在工作中不斷地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且要傳遞產(chǎn)生壓力的力，所以柱塞必須具有足夠的剛度、

19、強(qiáng)度，表面必須光潔、硬度高，以保證良好的耐磨性。當(dāng)輸送有腐蝕性的介質(zhì)時(shí)，還必須有良好的耐蝕性。 柱塞有實(shí)心和空心兩種。直徑在125mm以下時(shí)采用實(shí)心，直徑在大于125mm時(shí)，為減輕重量，采用空心。 1) 柱塞與十字頭的連接 柱塞與十字頭連接一般有平面、球面和螺紋等三種連接形式。 一般平面連接是指柱塞一端面與十字頭斷面平面接觸，借助柱塞頸部處的兩個(gè)半圓環(huán)用螺母壓緊。這種連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用于小型柱塞泵，但不能自動(dòng)對(duì)中，若量連接斷面任何一個(gè)與中心線垂直度不能保證，柱塞安裝后就產(chǎn)生偏斜，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)密封產(chǎn)生偏磨，影響密封件壽命。 球面連接是在柱塞和十字頭之間裝有墊塊和球面墊。球面連接可

20、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中，有利于改善密封性能，延長(zhǎng)密封性能，延長(zhǎng)密封使用壽命，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量多，球面加工也困難。 螺紋連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，裝拆方便。一般不能由螺紋辦證對(duì)中性，需要另外的配合圓柱面來(lái)保證對(duì)中，加工時(shí)要保證螺紋和圓柱面的同軸度，且圓柱與十字頭接觸的端面應(yīng)與中心線垂直。 綜上所述，選用螺紋連接。 2) 柱塞直徑行程的初定 按照?qǐng)D6的運(yùn)動(dòng)原理，初定柱塞直徑為40mm,曲柄半徑為50mm,故柱塞行程初定為100mm。所以在設(shè)計(jì)柱塞的長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)大于100mm。圖7為柱塞的示意圖。 柱塞 曲柄 圖6 曲柄連桿示意圖 圖7 柱塞

21、 3) 柱塞穩(wěn)定性校核 校核柱塞穩(wěn)定性時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度取自與十字頭連接的端面至柱塞導(dǎo)向套中點(diǎn)。把柱塞近似看做為等截面細(xì)長(zhǎng)壓桿，根據(jù)材料力學(xué)，壓桿柔度為 = 式中 —— 壓桿長(zhǎng)度系數(shù)，柱塞可取= ； —— 柱塞計(jì)算長(zhǎng)度，cm； —— 截面最小慣性半徑，cm，=； J —— 截面慣性矩，4，對(duì)圓截面：J= 對(duì)圓形截面的柱塞來(lái)說(shuō) = 即 = mm = 1 cm；

22、 = 即 = =12.33 壓桿柔度不同時(shí)，壓桿穩(wěn)定性校核公式見(jiàn)表4 表4 壓桿穩(wěn)定性校核公式 壓桿柔度范圍 校核公式 大柔度桿 >100 中柔度壓桿 40< <100 小柔度桿 <40 = = = 表中符號(hào)意義： —— 安全系數(shù)； —— 最大柱塞力，N； —— 柱塞截面積，cm2 ； —— 柱塞計(jì)算長(zhǎng)度，cm； ——柱塞材料彈性模量，MPa； —— 材料允許抗拉應(yīng)力，MPa； —— 壓桿柔度；

23、 —— 截面慣性矩，cm4； —— 長(zhǎng)度系數(shù)，這里 =； —— 與材料性能有關(guān)的系數(shù)，不同強(qiáng)度的鋼材 值見(jiàn)表5； —— 許用安全系數(shù)，柱塞可取=5~8 。 表5 柔度計(jì)算用系數(shù) 材料 45鋼 5890 38.00 熔鉬鋼 10000 54.00 由于 =12.33 < 40 ，所以該柱塞桿為小柔度壓桿，應(yīng)按照公式= 進(jìn)行穩(wěn)定性校核。 選用材料為 45 鋼，所以通過(guò)查閱手冊(cè)得出 的范圍為：216~238 MPa。 計(jì)算 ： = = cm2 = 12.56 cm

24、2 計(jì)算 ： = = 60 ×N = 75360 N 所以將以上數(shù)據(jù)帶入校核公式得 = ~< =~ 故該柱塞穩(wěn)定。 4) 柱塞最小截面積壓應(yīng)力校核 圖8 柱塞 由于連接的需要，柱塞的界面可能會(huì)不等，柱塞的壓應(yīng)力按最小截面進(jìn)行校核： = 式中 —— 最小截面壓應(yīng)力，MPa； —— 最大柱塞力，N； —— 最小截面積，cm2； —— 許用應(yīng)力，=； —— 安

25、全系數(shù)，一般取 =~。 計(jì)算： = 75360 N 在圖8中得柱塞的最小截面的直徑=35 mm，所以 = = cm2= 9.6 cm2 查閱手冊(cè)得 = ~MPa，取=，所以 ==MPa = MPa 故 === MPa < 所以柱塞的最小截面滿(mǎn)足要求。 5）柱塞密封 柱塞密封式往復(fù)式柱塞泵中重要的易損見(jiàn)之一。柱塞密封的型式有接觸型密封和間隙密封兩種，接觸型密封又可分為壓緊式填料密封和自緊式密封兩類(lèi)。壓緊式填料密封使用的填料通常是用玻璃纖維、石棉纖維、植物纖維或碳素纖維等編制而

26、成，再填充或浸漬不同性質(zhì)的潤(rùn)滑劑后壓制成方形或矩形斷面的帶狀品。由于依靠壓緊力來(lái)防止泄漏，壓緊式填料密封有著較大的磨損和機(jī)械損失，安裝和維護(hù)也很麻煩，目前使用范圍已日趨縮小。自緊式密封有著良好的密封性能，依靠液體的壓力使密封圈唇部張開(kāi)與柱塞表面和泵缸內(nèi)壁緊密交界處面密封，當(dāng)液體壓力升高時(shí)，密封性能自動(dòng)加強(qiáng)，壓力降低時(shí)，密封性能也隨著下降。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)密封性能的特點(diǎn)可以減少摩擦和功率損失，所以在高壓泵的均質(zhì)機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。 自緊式密封又可分為V型、U型和Y型等不同型式。 （1）V型密封的結(jié)構(gòu)形式 V型密封由V型密封圈、頂圈和底圈所組成，在頂圈前有柱塞導(dǎo)向套，在底圈后有壓蓋及其壓

27、緊螺母，V形圈的開(kāi)口向著液壓方向安裝。當(dāng)密封圈較多時(shí)，可在密封圈中加設(shè)液封環(huán)，液封環(huán)可儲(chǔ)存液體，起潤(rùn)滑密封或冷卻作用，又有助于V形圈均勻壓緊。有時(shí)為了防止空氣吸入液缸，也可以布置少量V形圈開(kāi)口背向液壓方向，以起到米鞥空氣的作用。 V形密封的頂圈和頂圈不一定是單獨(dú)的，有時(shí)可把頂圈和導(dǎo)向套制成一體，把底圈和壓蓋也制成一體，這樣可以減少密封填料箱軸向尺寸。液封環(huán)有時(shí)也可以兼起頂、底圈的作用。由于設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的不同，有時(shí)對(duì)密封圈補(bǔ)償壓緊力有困難，可以采用彈簧力自動(dòng)補(bǔ)償，彈簧力的大小則應(yīng)依據(jù)V形圈直徑大小而不同。 V形密封圈大多用合成橡膠或多層涂膠織物（夾布橡膠制V形圈）壓制而成。夾布及橡膠應(yīng)根據(jù)輸送

28、介質(zhì)和使用條件選擇合適的材料。 V形密封圈常把若干個(gè)重疊起來(lái)使用。壓力越高，格式戶(hù)越多，但摩擦力也于是大。當(dāng)個(gè)數(shù)多于4時(shí)，摩擦力增加明顯，一般應(yīng)依照壓力選擇密封圈的個(gè)數(shù)。當(dāng)工作壓力不超過(guò)32MPa時(shí)，一般使用A型V形圈（D<50mm時(shí)）3個(gè)即可。 （2）U型和Y型密封的結(jié)構(gòu)形式 U型和Y型密封在本質(zhì)上沒(méi)有多少區(qū)別。在形狀和性能上也很接近，因此通常可歸并成一類(lèi)，統(tǒng)稱(chēng)U型密封。 U型密封圈的唇部?jī)?nèi)徑比柱塞略小，而外徑比填料箱內(nèi)徑略大，組裝后考唇部接觸形成密封。使用于高、中、低壓條件下的U形密封圈的背部厚度是不同的。在壓力低于30MPa時(shí)，一般只要用一個(gè)U形或Y形密封圈即

29、可，與V形密封相比，U形密封的摩擦力小，密封性能好，裝拆也方便。 用于往復(fù)式柱塞的U形密封。由于壓力脈動(dòng)和柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般需加頂圈（支承環(huán)）來(lái)固定U形圈并使唇部張開(kāi)與柱塞和箱體內(nèi)壁接觸。頂圈壓入唇部的部分沿圓周開(kāi)有若干個(gè)小孔，可使唇部在液壓作用下張開(kāi)均勻。 （3）間隙密封 當(dāng)泵的排出壓力很高，填料或密封圈由于強(qiáng)度和剛度所限制，常采用金屬間隙密封。最簡(jiǎn)單的間隙密封是用柱塞和液缸體經(jīng)精密配合，使間隙在0.003~0.006mm，表面十分光潔，可密封壓力達(dá)100MPa以上。 綜上所述，結(jié)合各種密封型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)及裝配特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用U型密封。裝配型式如圖9所

30、示。 頂圈 密封圈 套筒 導(dǎo)向套 圖9 U型密封裝配示意圖 6) 柱塞導(dǎo)向套 柱塞導(dǎo)向套常常安裝在密封圈頂圈前面或和頂圈制成一體。導(dǎo)向套除了導(dǎo)向外，還可以支撐柱塞重量，減小對(duì)填料、密封圈的側(cè)壓力，以提高密封效果。柱塞和導(dǎo)向套是一對(duì)重要的摩擦副，其配合應(yīng)依材料和輸送介質(zhì)的溫度來(lái)選擇，對(duì)于金屬—金屬來(lái)說(shuō)，一般可選擇或。導(dǎo)向套的長(zhǎng)度一般可取柱塞直徑的0.5~2倍，壓力較高，直徑較大者可取大值，反之取小值。 3.3 曲軸的設(shè)計(jì) 3.3.1 曲軸的運(yùn)動(dòng)分析 采用三柱塞往復(fù)泵進(jìn)行液體的傳送，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中同一時(shí)刻需保證三個(gè)柱塞處于不同的位

31、置，三柱塞運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生總流量2000。由于曲軸連接三個(gè)柱塞，所以曲軸的運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致柱塞運(yùn)動(dòng)的主要因素。曲軸將電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹牡退偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，所以在柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)要保證2000的流量，曲軸的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)是非常重要的一項(xiàng)參數(shù)。根據(jù)總流量的要求，可按下式計(jì)算曲軸的轉(zhuǎn)速： = 式中 —— 曲軸的轉(zhuǎn)速，； —— 柱塞的行程，； —— 柱塞的截面積，； —— 總流量，。 其中 =0.1 m ，= 2000=0.033 = = cm2 = 12.56 cm2 所以得 ==88.46 3.3.2 曲軸的設(shè)計(jì)要求

32、 采用整體鑄造曲軸的加工性能好，金屬切削量少，成本低，鑄造曲軸可以獲得較合理的結(jié)構(gòu)形狀，如橢圓形曲柄臂，桶形空心軸頸和卸載槽等，從而使應(yīng)力分布均勻，對(duì)提高曲軸的疲勞強(qiáng)度有顯著效果。鑄造曲軸的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大。 曲軸的主要設(shè)計(jì)要求： 1）足夠的強(qiáng)度，主要是曲柄部分的彎曲疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度以及功率輸出端的靜強(qiáng)度。要盡量減少應(yīng)力集中并加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)； 2）足夠的剛度，減少曲軸撓曲變形，以保證活塞連桿組和曲軸各軸承可靠工作，同時(shí)提高曲軸的自診振頻率，盡量避免在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)生共振； 3）盡量輕的質(zhì)量，對(duì)于不影響強(qiáng)度和剛度的部位，只要制造工藝允許并易于實(shí)現(xiàn)的，就應(yīng)該去掉，這也是提高曲軸自振頻

33、率的措施； 4）軸頸一軸承副具有足夠的承壓面積和較高的耐磨性。油孔布置合理； 5) 合理的曲柄排列，使其工作時(shí)慣性力和慣性力矩能得到較好的平衡。從而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；轉(zhuǎn)矩均勻，軸系的扭振情況得以改善； 6）合理配置平衡塊，減輕主軸承負(fù)荷和振動(dòng)； 7）曲軸各部位形狀的選擇應(yīng)考慮到制造和裝拆，維修方便，這一點(diǎn)對(duì)大型曲軸尤其重要。 3.3.3 曲軸的組成及設(shè)計(jì) 1）曲軸的組成 曲軸一般由軸端、軸頸和曲柄臂三部分組成，曲軸內(nèi)應(yīng)開(kāi)有油孔，作為潤(rùn)滑油的通道。 （1）曲軸的軸端 軸心線與曲軸旋轉(zhuǎn)中心同心的軸向端部稱(chēng)為軸端。軸端一般作為曲軸的輸入（輸出）端，與帶輪、聯(lián)軸器、飛輪和驅(qū)動(dòng)

34、機(jī)等聯(lián)接。要求聯(lián)接牢固可靠。 （2）曲軸的軸頸 軸頸包括主軸頸、支撐軸頸和連桿軸頸。安裝滑動(dòng)軸承的軸頸要有足夠的承壓面積和較高的耐磨性保證供油和散熱。主軸頸與連桿軸頸重疊部分稱(chēng)為重合度，它對(duì)曲軸強(qiáng)度影響很大。重合度增加，曲軸剛性增加，截面變化緩和，應(yīng)力集中現(xiàn)象改善，應(yīng)盡量避免重合度等于或接近零。 （3）曲柄臂及曲拐 曲軸上連接主軸頸和連桿軸頸或連接相鄰連桿軸頸的部位叫做曲柄臂。曲柄臂與連桿軸頸的組合體稱(chēng)為曲拐。 曲拐的結(jié)構(gòu)對(duì)曲軸的疲勞強(qiáng)度有很大的影響。曲軸中空可減少不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量，去除材質(zhì)差的部分，改善應(yīng)力分布的不均勻性，提高疲勞強(qiáng)度，鍛造曲軸中孔由機(jī)械加工完成，一般為直

35、筒形。鑄造曲軸可制成合理而復(fù)雜的形狀。 曲柄臂的形狀較好的是橢圓和圓形。橢圓材料利用最合理，疲勞強(qiáng)度高。但對(duì)自由鍛造曲軸，曲柄外形需要靠模加工。圓形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于曲軸平衡，加工制造方便。對(duì)于低速和小批量曲軸，曲柄臂在連桿軸頸處兩側(cè)棱角常削去，以減輕重量和回轉(zhuǎn)慣量。同樣原因，在曲柄臂背部做成斜角，過(guò)大的斜角會(huì)影響曲柄強(qiáng)度。 2） 曲軸的設(shè)計(jì) 應(yīng)用轉(zhuǎn)矩法作軸徑的估算，計(jì)算軸徑公式： (1) 式中 —— 軸的直徑 mm； —— 軸所傳遞的功率 KW； —— 軸的轉(zhuǎn)速

36、r/min； —— 計(jì)算常數(shù)，=； —— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，見(jiàn)表5。 表5 軸常用的幾種材料的及值 軸的材料 Q235—A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn、38SiMnMo /MPa 15 ~ 25 20 ~ 35 25 ~ 45 35 ~5 5 149 ~ 126 135 ~ 112 126 ~ 103 112 ~ 97 彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無(wú)軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸，軸只做單向旋轉(zhuǎn)時(shí)取較大值，取較小值；反之，取較小值，取較大值。 選用45號(hào)鋼為軸的材料，該曲軸既受彎矩又受扭矩，所

37、以取較小值，取較大值。即： =30MPa 所以 == 計(jì)算 為軸所傳遞的功率，電動(dòng)機(jī)的功率在經(jīng)過(guò)皮帶輪傳動(dòng)、減速器和聯(lián)軸器傳遞之后會(huì)有損失，故應(yīng)按照下式進(jìn)行計(jì)算 = 式中 —— 電動(dòng)機(jī)的額定功率，KW； ——均質(zhì)機(jī)輸入軸前傳動(dòng)裝置效率。 計(jì)算 查表機(jī)械傳動(dòng)和摩擦的效率概略值，確定各部分效率為： 聯(lián)軸器效率=0.99，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率（一對(duì)）=0.99，三角帶傳動(dòng)效率=0.96，閉式齒輪傳動(dòng)效率=0.97 =2=0.90 所以 = 33.3 KW 將

38、以上數(shù)據(jù)代入公式(1)中得 mm=84.4 mm 所以設(shè)計(jì)曲軸如圖10 圖10 曲軸 3.3.4 提高曲軸疲勞強(qiáng)度的措施 曲軸的橫斷面沿著軸線方向急劇變化，因而應(yīng)力分布極不均勻。應(yīng)力集中較嚴(yán)重、疲勞破壞就很容易在應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生。因而在設(shè)計(jì)制造曲軸時(shí)，必須采用合適的措施。 1）設(shè)計(jì)措施 （1）加大過(guò)渡圓角 （2) 采用空心軸頸 若以提高曲軸彎曲強(qiáng)度為主要目標(biāo)，則采用主軸頸為空心的結(jié)構(gòu)即可。若同時(shí)減輕曲軸的質(zhì)量和減小連桿軸頸的離心力，以降低主軸承載荷，宜采用全空心結(jié)構(gòu)，并將連

39、桿軸頸內(nèi)孔向外側(cè)偏離一段小距離，可取連桿軸頸直徑的。這種偏心可進(jìn)一步減小連桿軸頸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，并使圓角過(guò)渡部位的應(yīng)力分布更加平坦。 （3）加大軸頸重合度 增大軸頸重合度，可顯著提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，曲柄臂越薄越窄時(shí)，效果越明顯。 2）工藝措施 對(duì)于應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位進(jìn)行局部表面強(qiáng)化，可明顯提高曲軸疲勞強(qiáng)度。常用曲軸強(qiáng)化法見(jiàn)表6。 表6 曲軸的常用強(qiáng)化方法 強(qiáng)化方法 圓角滾壓加工 軟氮化處理 圓角中、高頻淬火 強(qiáng)化 機(jī)理 由塑性加工硬化和剩余壓應(yīng)力，降低粗糙度并消除顯微裂紋、針孔等缺陷 使碳、氮原子固溶于鐵而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和產(chǎn)生是剩

40、余壓應(yīng)力 馬氏體轉(zhuǎn)變硬化產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力 特點(diǎn) 1. 冷加工，不需加熱而節(jié)能 2. 處理時(shí)間短 3. 不能提高耐磨性 1. 軸承滑動(dòng)部位也可強(qiáng)化 2. 可提高耐磨性 3. 處理時(shí)間長(zhǎng) 1. 可以局部淬火，軸承滑動(dòng)部位也可強(qiáng)化 2. 效果明顯 提高曲軸疲勞 強(qiáng)度的效果 鋼曲軸20%~70% 珠光體球鐵曲軸50%~70% 碳鋼曲軸60%~80% 低合金金剛曲軸50%~90% 鋼或球鐵曲軸30%~100% 3.3.5 曲軸的受力分析 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在分析、計(jì)算曲軸受力時(shí)通常通常做如下假設(shè)和處理： 1）把多支撐曲軸看做是以主軸承中

41、心分開(kāi)的分段簡(jiǎn)支梁（曲軸受力分析的分段法），并把曲軸是為絕對(duì)剛體。 2）軸頸上所受的里在軸頸的中點(diǎn)處。 3)不考慮回轉(zhuǎn)慣性力。 4)因加工精度，裝配質(zhì)量以及因使用后磨損，熱變形等造成的附加載荷不考慮。 5)軸頸和曲柄取各自的坐標(biāo)系。 6)分段簡(jiǎn)支梁看成有A、B是三個(gè)支撐。計(jì)算支撐反力時(shí)，按兩個(gè)支撐起作用計(jì)算。即認(rèn)為軸前端載荷由軸承A和軸承B支撐。 按上述假設(shè)和處理得到的曲軸的計(jì)簡(jiǎn)圖如圖10所示。圖中、、為作用在連桿軸頸上的切向力；、、為作用在連桿軸頸上的法向力；、、、分別為A、B兩個(gè)主軸承處支反力沿坐標(biāo)方向的分量。按照此計(jì)算簡(jiǎn)圖推得的軸承支撐

42、處的支反力計(jì)算式為: (1) (2) (3) (4) FBy Fr" F't FAy FAz Ft" FBz Fr' Ft Ft Ft Ft 圖10 曲軸的受力分析 3.3.6 曲軸的強(qiáng)度計(jì)算 曲軸多是疲勞破壞，因此應(yīng)在通常易于發(fā)生疲勞裂紋處(如；連桿軸頸的圓角、油孔等）按疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算。但是在低速曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，有時(shí)也采用靜強(qiáng)度校核的飯食，將曲軸所受載荷看作應(yīng)力幅度的呢個(gè)與自大應(yīng)力的對(duì)稱(chēng)循環(huán)載荷，并略去應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)的影響，而代之以較

43、大的安全系數(shù)，使復(fù)雜的疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算具有靜強(qiáng)度校核計(jì)算的簡(jiǎn)單形式。 按靜強(qiáng)度校核主要在軸頸與曲柄臂連接處，軸頸開(kāi)油孔處的截面進(jìn)行。 對(duì)于活塞式壓縮機(jī)和往復(fù)泵曲軸，應(yīng)在下列工況下校核： 1) 輸入轉(zhuǎn)矩為最大時(shí)。 2) 綜合活塞力絕對(duì)值最大時(shí)。 軸頸和曲柄臂各截面的靜強(qiáng)度校核按下式進(jìn)行 (5) 式中 —— 曲軸材料彎曲疲勞極限，MPa； —— 危險(xiǎn)點(diǎn)上的正應(yīng)力，MPa； —— 危險(xiǎn)點(diǎn)上的切應(yīng)力，MPa； —— 許用安全系數(shù)，推薦。 在曲軸材料的組織均勻程度和力學(xué)性能穩(wěn)定性較差，

44、以及軸頸曲柄臂間過(guò)渡圓角較小和被校核截面處的表面粗糙度較大時(shí)，安全系數(shù)應(yīng)取較大值。 被校核截面危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力的計(jì)算，對(duì)軸頸為 對(duì)于曲柄臂，要校核曲柄臂截面短軸端點(diǎn)，按下式計(jì)算： 截面短軸端點(diǎn)應(yīng)力 式中 —— 抗扭截面系數(shù)，； 、—— 抗彎截面系數(shù)，； —— 截面積，； 計(jì)算： 輸入轉(zhuǎn)矩 所以 分解

45、力： 第一個(gè)軸頸在圖示位置只受切向力，所以。 第二個(gè)軸頸在圖示位置既受切向力又受法向力，所以將力分為切向力和法向力。經(jīng)計(jì)算得，。 第三個(gè)軸頸在圖示位置既受切向力又受法向力，所以將力分為切向力和法向 力。經(jīng)計(jì)算得，。 又，，，。 將以上數(shù)據(jù)分別帶入公式（1）、（2）、（3）、（4）中，計(jì)算得 ，，， 計(jì)算危險(xiǎn)截面1 所以 ， 代入公式（6）中得 所以截面符合要求。 截面2、3、4、5和6的校核方法同上，此處計(jì)算過(guò)程略。經(jīng)計(jì)算得這五個(gè)截面均滿(mǎn)

46、足要求。 3.4 減速器的選擇 齒輪減機(jī)器是把機(jī)械傳動(dòng)中的動(dòng)力機(jī)（主動(dòng)機(jī)）與工作機(jī)（從動(dòng)機(jī)）聯(lián)接起來(lái)，通過(guò)不同齒形和齒數(shù)的齒輪以不同級(jí)數(shù)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定傳動(dòng)比減速（或增速）的機(jī)械傳動(dòng)裝置，減速時(shí)稱(chēng)減速器（增速時(shí)稱(chēng)為增速器）。 1) 減速器分類(lèi) 減速機(jī)是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。它的種類(lèi)繁多，型號(hào)各異，不同種類(lèi)有不同的用途。以下是常用的減速機(jī)分類(lèi)：    (1) 擺線針輪減速機(jī)    (5) 三環(huán)減速機(jī)    (2) 硬齒面圓柱齒輪減

47、速器    (6) 起重機(jī)減速機(jī)  (3) 行星齒輪減速機(jī)    (7) 蝸桿減速機(jī) (4) 軟齒面減速機(jī)     (8) 無(wú)級(jí)變速器 減速器的類(lèi)別是根據(jù)所采用的齒輪齒形、齒廓曲線劃分；減速器的品種是根據(jù)使用的需要而設(shè)計(jì)的不同結(jié)構(gòu)的減速器；減速器的型式是在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)齒面硬度、傳動(dòng)級(jí)數(shù)、出軸型式、裝配型式、安裝型式、聯(lián)接型式等因素而設(shè)計(jì)的不同特性的減速器。 2）速器載荷的分類(lèi) 與減速器聯(lián)接的工作機(jī)載荷狀態(tài)比較

48、復(fù)雜，對(duì)減速器的影響很大，是減速器選用及計(jì)算的重要因素，減速器的載荷狀態(tài)即工作機(jī)（從動(dòng)機(jī)）的載荷狀態(tài)，通常分為三類(lèi)：均勻載荷、中等沖擊載荷及強(qiáng)沖擊載荷。 3) 特點(diǎn) 硬齒面圓柱齒輪減速器的齒輪全部采用合金鋼鍛件，齒輪經(jīng)滲碳淬火并磨齒、修緣，精度達(dá)到6級(jí)以上；箱體經(jīng)精密鏜孔，軸承誒加強(qiáng)型，從而使承載能力和壽命大大提高，比較軟齒面減速器承載能力提高24倍以上，價(jià)格增加3倍左右。 選用的減速器應(yīng)該能將電動(dòng)機(jī)傳到皮帶輪的速度減小為曲軸的轉(zhuǎn)速，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為750r/min,而曲軸的轉(zhuǎn)速為88.46r/min,傳動(dòng)比=8.3，故可以選用傳動(dòng)比為5.6的ZDY型單級(jí)圓柱圓柱齒輪減

49、速器。查《機(jī)械設(shè)計(jì)師》手冊(cè)得出當(dāng)傳動(dòng)比=5.6時(shí)，同時(shí)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速750r/min和輸入功率大于55kW的減速器規(guī)格為中心距為160mm。故選取型號(hào)為ZDY160的減速器。 3.5 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器（機(jī)械式聯(lián)軸器的簡(jiǎn)稱(chēng)）是機(jī)械產(chǎn)品的傳動(dòng)裝置中，軸系最常用的連接部件。主要分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器，同時(shí)剛性聯(lián)軸器又分為凸緣聯(lián)軸器、徑向鍵凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器、平行聯(lián)軸器。 剛性聯(lián)軸器是由剛性傳力件組成，連接件之間不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此不具有補(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力，只適宜用于倍聯(lián)接兩軸相對(duì)位移的場(chǎng)合。剛性聯(lián)軸器無(wú)彈性元件，不具備減震和緩沖功能，一般只適宜于載荷

50、平穩(wěn)并無(wú)沖擊振動(dòng)的場(chǎng)合。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及運(yùn)用場(chǎng)合，決定采用剛性聯(lián)軸器，并且為凸緣式聯(lián)軸器。 凸緣聯(lián)軸器是利用螺栓連接兩半聯(lián)軸器的凸緣以實(shí)現(xiàn)兩軸連接的剛性聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、工作可靠，裝拆和維護(hù)簡(jiǎn)便，可傳遞大轉(zhuǎn)矩，需保證兩軸具有較高的對(duì)中精度，一般常用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)軸系。凸緣聯(lián)軸器不具備徑向、軸向、角向的補(bǔ)償性能。使用時(shí)如果不能保證被聯(lián)接兩軸的對(duì)中精度，將會(huì)降低傳動(dòng)精度、效率和聯(lián)軸器的使用壽命，并引起震動(dòng)和噪聲。 將要被聯(lián)軸器連接的兩個(gè)軸徑分別為：90mm、80mm。所以按照大的軸徑選擇聯(lián)軸器的型號(hào)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)師》手冊(cè)選取型號(hào)為YL13的凸緣聯(lián)軸器，

51、性能及尺寸參數(shù)見(jiàn)表7,示意圖見(jiàn)圖11。 表7 YL13型凸緣聯(lián)軸器性能和尺寸 型號(hào) 公稱(chēng)轉(zhuǎn) 矩 Tn /N·m 許 用 轉(zhuǎn) 速 [n] /r·min-1 軸孔 直徑 d (H7） 軸孔長(zhǎng) 度 L D D1 螺 栓 L0 質(zhì) 量 m /kg 轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量 I /kg·m2 數(shù)量 n 直徑 M 鋼 鋼 J型 J型 YL13 2500 4300 90 197 220 185 6 M16 2

52、19 35.58 0.646 圖11 YL13型凸緣聯(lián)軸器 3.6 V帶的設(shè)計(jì) 3.6.1 V帶的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降到曲軸的轉(zhuǎn)速的總傳動(dòng)比為 = 8.3，而減速器的傳動(dòng)比 =5.6，所以V帶的傳動(dòng)比 ==1.5。 1) 確定計(jì)算功率 式中 —— 計(jì)算功率，kW； —— 工作情況系數(shù)； —— 所需傳遞的額定功率，如電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW。 查表8得； 故 2）選V帶的型號(hào) 根據(jù)，查出此坐標(biāo)點(diǎn)位于D區(qū)，所以，選用D型計(jì)算。 表8

53、工作情況系數(shù) 工 作 機(jī) 原 動(dòng) 機(jī) Ⅰ類(lèi) Ⅱ類(lèi) 一天工作時(shí)間（h） 載 荷 變 動(dòng) 小 液體攪拌機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕負(fù)荷輸送機(jī) 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速 （1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑?？紤]結(jié)構(gòu)緊湊，由表查9得，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 （2）驗(yàn)算帶速 因?yàn)?，所以帶速合適。 （3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 查表，圓整為 表9 V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑 型號(hào) Y

54、Z A B C D E 20 50 75 125 200 355 500 4）確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 （1）一般初選帶傳動(dòng)的中心距為 取，滿(mǎn)足 （2）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由表選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 （3）計(jì)算實(shí)際中心距a 考慮到帶輪的制造誤差、帶長(zhǎng)誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的需要，常給出中心距的變動(dòng)范圍 所以中心距的變化范圍為 。 故選取中心距。 5）驗(yàn)算小帶輪的包角 ，合適。 6）計(jì)算V帶的根數(shù)

55、 由和，查表 插值計(jì)算 根據(jù)，和D型帶，查表 插值計(jì)算 插值計(jì)算 查表得 則 所以取4根。 7) 計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值 由表查得，故得單根V帶的初拉力 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 8）計(jì)算作用在軸上的壓力 壓軸力的最小值 3.7 V帶輪的設(shè)計(jì) 3.7.1 V帶輪的設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪轉(zhuǎn)速等已知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)形式，輪槽、輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求。 3.7.2 帶輪的材料

56、 常用的帶輪材料為HT150或HT200。轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時(shí)可以用鑄鋁或塑料。 3.7.3 帶輪的結(jié)構(gòu)形式 V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。 根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同，V帶輪可以分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。 V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為(為安裝帶輪的 軸的直徑，mm）時(shí)，可采用實(shí)心式；當(dāng)時(shí)，采用腹板式；當(dāng)，同時(shí)時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)時(shí)，可采用輪輻式。 按照上述要求，同時(shí)安裝帶輪的軸的直徑均大于，所以大、小帶輪都選用輪輻式。同時(shí)按照手冊(cè)要求，當(dāng)大帶輪的直徑為并且為D型帶時(shí)，該帶輪應(yīng)設(shè)計(jì)為六橢圓

57、輻輪。小帶輪的直徑為，所以設(shè)計(jì)為四橢圓輻輪。由ZDY160型減速器軸伸直徑，長(zhǎng)度。故大帶輪軸孔直徑應(yīng)取，轂長(zhǎng)應(yīng)小于。由Y315S-8電動(dòng)機(jī)可知，其軸伸直徑，長(zhǎng)度。故小帶輪軸孔直徑，轂長(zhǎng)應(yīng)小于。大帶輪示意圖見(jiàn)圖13，小帶輪示意圖見(jiàn)圖14。 圖13 大帶輪 圖14 小帶輪 4 輔助件及其它設(shè)計(jì) 4.1 連桿及其它連接件的設(shè)計(jì) 曲軸通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與柱塞連接在一起，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)柱塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所以連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)非常重要的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)沒(méi)有采用滑塊，而是采用了圓柱銷(xiāo)的連接，將連桿套在圓柱銷(xiāo)上，曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連桿會(huì)在

58、圓柱銷(xiāo)上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。由于柱塞的尺寸有一定要求，所以在設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)不能與之直接相連，可以通過(guò)連接件把二者連在一起。本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)了一個(gè)有內(nèi)螺紋孔的滑塊，同時(shí)將柱塞桿的另一端做成為螺紋，這樣可以把柱塞直接與滑塊連接為一體。再將一個(gè)有螺紋的短桿與滑塊連在一起，將圓柱銷(xiāo)裝進(jìn)一個(gè)中空的滑塊內(nèi)，短桿在與這個(gè)中空的滑塊進(jìn)行過(guò)盈連接，這樣連桿就和柱塞連在了一起，能達(dá)到要求的效果。 為了減輕整體機(jī)構(gòu)的重量，將連桿設(shè)計(jì)為中間空的結(jié)構(gòu)。見(jiàn)連桿的示意圖15。 圖15 連桿 4.2 機(jī)架的設(shè)計(jì) 焊接機(jī)架與鑄造機(jī)架比較，具有強(qiáng)度高，剛度好，重量輕，周期短及施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。焊接機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

59、 1）擺脫鑄件結(jié)構(gòu)的束縛，按焊接工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)焊接機(jī)架。 2）盡量減輕焊縫的載荷。 3）盡量避免焊縫密集，避免焊接應(yīng)力集中。 4) 大型機(jī)架可分段焊接組裝。即分段焊接，焊后分段消除內(nèi)應(yīng)力，分段加工，然后用螺釘連接成整體，這樣還可以減少焊接變形。故選用焊接機(jī)架。 5 鍵與軸承的選擇及校核 5.1 鍵的選擇及校核 根據(jù)工作狀況，使用要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鍵選擇普通平鍵，選擇鍵的尺寸長(zhǎng)度根據(jù)輪轂長(zhǎng)度選定，鍵長(zhǎng)略短于輪轂長(zhǎng)度，并取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度系列。 平鍵的失效形式主要有，鍵、軸、輪轂三者中較弱的工作面被壓潰，鍵的剪斷。因?qū)嶋H中鍵的剪斷極為罕見(jiàn)，對(duì)

60、于平鍵聯(lián)接通常只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度或耐磨性的計(jì)算，所以在重要的場(chǎng)合中才進(jìn)行抗剪強(qiáng)度的校核驗(yàn)算。 假定壓力沿鍵長(zhǎng)和鍵高均勻分布，按平均擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度或耐磨性的條件校核。 T—— 傳遞的轉(zhuǎn)矩，； d—— 軸的直徑，； k—— 鍵與輪轂的接觸高度，； l—— 鍵的接觸長(zhǎng)度，，圓頭平鍵，平頭平鍵,這里L(fēng)為間的公稱(chēng)長(zhǎng)度，；b為鍵的寬度，mm； —— 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力，MPa，見(jiàn)表10； 表10 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力 許用擠壓應(yīng)力、 許用壓力 連接工作方式

61、 鍵或轂、軸的材料 載 荷 性 質(zhì) 靜載荷 輕微沖擊 沖 擊 靜連接 鋼 120~150 100~120 60~90 鍵的材料 因壓潰和磨損為鍵聯(lián)接的主要失效形式，所以鍵的材料要有足夠的硬度。一般采用抗拉強(qiáng)度不低于600MPa的鋼制成。 1）曲軸——鍵的選擇及校核 （1）選擇鍵連接的類(lèi)型和尺寸 選用圓頭普通平鍵（A型）。根據(jù)從手冊(cè)中查得鍵的公稱(chēng)尺寸為：。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)。 （2）校核鍵連接的強(qiáng)度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表10查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的接

62、觸高度。由上述公式可得 可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度不夠?？紤]到相差較大，因此改用雙鍵，相隔布置。雙鍵的工作長(zhǎng)度。由公式可得 （合適） 鍵的標(biāo)記為：鍵。 2）減速器——鍵的選擇及校核 選用圓頭普通平鍵（A型）。根據(jù)與聯(lián)軸器連接的軸伸直徑從手冊(cè)中查得鍵的公稱(chēng)尺寸為：。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)。 鍵的校核方法同上，過(guò)程略。 經(jīng)校核該鍵連接的擠壓強(qiáng)度夠，選用此鍵合適。 3）電動(dòng)機(jī)——鍵的選擇及校核 選用圓頭普通平鍵（A型）。根據(jù)與聯(lián)軸器連接的軸伸直徑從手冊(cè)中查得鍵的公稱(chēng)尺寸為：。由輪轂寬度并參考鍵

63、的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)。 鍵的校核方法同上，過(guò)程略。 經(jīng)校核該鍵連接的擠壓強(qiáng)度夠，選用此鍵合適。 5.2 軸承的選擇及校核 深溝球軸承的性能和特點(diǎn):主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受較小的軸向載荷，其當(dāng)量摩擦系數(shù)最小，在高轉(zhuǎn)速時(shí)，可用來(lái)承受純軸向載荷。 從均質(zhì)機(jī)的工作情況考慮，曲軸讓柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為達(dá)到這個(gè)目的，輸送部分必須對(duì)曲軸施加徑向和軸向力，由前面計(jì)算曲軸時(shí)所計(jì)算的軸向力和徑向力來(lái)看，軸向力不大。由此看來(lái)，深溝球軸承就可滿(mǎn)足工作要求， 曲軸的軸伸直徑，則初步選用6220型深溝球軸承。型號(hào)尺寸及性能見(jiàn)表11。 表11 6220型深溝球軸承 軸承 代號(hào) 基本尺寸

64、/mm 安裝尺寸/mm 基本額定動(dòng)載 荷 基本額定靜載荷 d D B min min max max 6220 100 180 34 2.1 112 168 2.1 122 92.8 軸承徑向載荷,軸向載荷，壽命 Lh'=5000 h 求比值 查表，深溝球軸承的最大值為0.44，故此時(shí) 按照以上數(shù)據(jù)驗(yàn)算如下： 1） 求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的值與值。相對(duì)軸向載荷為；在表介于0.025~0.040之間，對(duì)應(yīng)的值為0.22~0.24，Y值為2.0~1.8。 2） 用

65、線性插值法求值。 故 ， 3） 求當(dāng)量動(dòng)載荷P。 4） 驗(yàn)算6220軸承的壽命，根據(jù)式 即高于預(yù)期計(jì)算壽命。 故選用此軸承符合要求。  結(jié) 論 通過(guò)這一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)有了更好的鞏固，對(duì)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的步驟有了更進(jìn)一步的了解，了解到在工程設(shè)計(jì)中先調(diào)研收集資料，再方案論證比較，然后確定整體方案，繪制機(jī)械裝配圖及零件圖的一般步驟。對(duì)怎樣進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)有了初步意識(shí)。對(duì)各種零件在實(shí)際中的具體應(yīng)

66、用有了進(jìn)一步了解。更深入的了解到機(jī)械在實(shí)際中的應(yīng)用，感受到機(jī)械設(shè)備給生產(chǎn)帶來(lái)的便利，體會(huì)到先進(jìn)機(jī)械設(shè)備在工廠中的具體應(yīng)用，也深刻的體會(huì)到自動(dòng)控制給生產(chǎn)帶來(lái)得諸多方便，相信隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，我們的工廠會(huì)越來(lái)越現(xiàn)代化。在設(shè)計(jì)期間，老師給了我們很大的幫助，謝謝老師對(duì)我們這段時(shí)間的指導(dǎo)。  致 謝 四年的大學(xué)生活即將過(guò)去，在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)中，我們系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了與機(jī)械相關(guān)的基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課，并在金工實(shí)習(xí)和洛陽(yáng)第一拖拉機(jī)廠的實(shí)習(xí)中，掌握了一定的生產(chǎn)實(shí)踐能力，加深對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的理解。而且先后經(jīng)歷了多次的課程設(shè)計(jì)，直到這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，

67、使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化這門(mén)專(zhuān)業(yè)有了深刻的認(rèn)識(shí)，在此借這個(gè)機(jī)會(huì)，向給我們提供這些機(jī)會(huì)的學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和老師表示深深的感謝。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我經(jīng)歷了設(shè)計(jì)----修改---再設(shè)計(jì)的過(guò)程，反復(fù)多次的進(jìn)行。在此期間齊習(xí)娟老師的耐心指導(dǎo)，還有其他老師的熱心講解，開(kāi)闊了我的思路，學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的東西，從而使我對(duì)專(zhuān)業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣。老師及時(shí)幫我解決了設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，并且耐心的指導(dǎo)，使我的設(shè)計(jì)才能得以順利的進(jìn)行。再次要特別感謝齊老師！ 另外，和我一組的同學(xué)也給了我很大的幫助，讓我受益匪淺，不僅解決了問(wèn)題，而且增進(jìn)了友誼，在此對(duì)他們表示感謝！ 最后，在即將離開(kāi)大學(xué)之際，對(duì)在四年學(xué)習(xí)生活中幫助過(guò)我的老師同學(xué)們致以真誠(chéng)的感謝！  參 考 文 獻(xiàn) 1 雒亞洲，魯永強(qiáng)，王文磊. 高壓均質(zhì)機(jī)的原理及應(yīng)用[J]. 中國(guó)乳品工業(yè). 2