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湖 南 科 技 大 學(xué)
開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名： 戴宇
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)及班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)花專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 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(jì)開題報(bào)告
題 目
多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
作者姓名
戴宇
學(xué)號(hào)
1103010220
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
1、 研究的意義，同類研究工作國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問(wèn)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(jī)械也向著越來(lái)越大，轉(zhuǎn)速越來(lái)越高發(fā)展，這也就對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件轉(zhuǎn)子提出了更高的設(shè)計(jì)要求。對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特征的研究可以 更 好 的 優(yōu) 化設(shè) 計(jì) 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(duì) 于 理 論和實(shí)踐都有著很大的意義。
本課題設(shè)計(jì)的是多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將橢圓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，瓦塊，軸承座等零部件強(qiáng)度校核的作為主要研究方向，以振動(dòng)分析為動(dòng)力學(xué)方面主要手段。通過(guò)對(duì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)。系統(tǒng)有機(jī)械部分和測(cè)控部分組成，機(jī)械部分主要完成對(duì)轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電機(jī)選型；測(cè)控部分完成了對(duì)電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速電路設(shè)計(jì)和傳感器等軟硬件設(shè)備的選取，最終組成完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。作為大四的學(xué)生，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們可以達(dá)到以下目的：
1、 鞏固、擴(kuò)大和深化我們大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)；
2、 培養(yǎng)我們綜合分析、理論聯(lián)系實(shí)際的能力；
3、 培養(yǎng)我們調(diào)查研究，正確熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等資料、工具的能力；
4、 鍛煉自己的設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料繪圖等獨(dú)立工作的能力；
國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：
旋轉(zhuǎn)機(jī)械被廣泛地應(yīng)用于包括燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)壓縮機(jī)及各種電動(dòng)機(jī)等機(jī)械裝置中。在 電 力、 航 空、機(jī) 械、化 工、紡 織 等 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 領(lǐng) 域 中 起 著 非 常 重 要 的 作用，而對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的研究也形成了一門專門的學(xué)科—轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)。50年代以來(lái)，電 力、航 空、機(jī) 械、化 工 工業(yè) 的 迅 猛 發(fā) 展 極 大 地 推 動(dòng) 了 轉(zhuǎn) 子 動(dòng) 力 學(xué) 的 研 究 。 發(fā) 電 機(jī) 組 的單機(jī)容量從幾萬(wàn)千瓦發(fā)展到了上百萬(wàn)千瓦，飛機(jī)也開始進(jìn)入噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子越來(lái)越柔、功率越來(lái)越大、轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，甚至達(dá)到了三、四階臨界以上，這為轉(zhuǎn)子動(dòng)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(dòng)力學(xué)的發(fā)展。我國(guó)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究開始于上世紀(jì)八十年代，當(dāng)時(shí)主要是有針對(duì)性的對(duì)地面旋轉(zhuǎn)機(jī)械的平衡技術(shù)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)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(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)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(guó)在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究上存在的主要問(wèn)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(wèn)題，但是我國(guó)在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的方面的研究的進(jìn)步是顯著的，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用是很大，相信我國(guó)的科學(xué)技術(shù)人員會(huì)取得更大的成果。目前我國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)、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(diǎn)。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(diǎn)和進(jìn)入混沌的道路形式。但是我國(guó)目前在密封動(dòng)力學(xué)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)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(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(guò)于簡(jiǎn)單等問(wèn)題[1]。在國(guó)外，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)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(jì)?？傮w來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)多自由度、強(qiáng)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(jiǎn)單離散轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，而對(duì)于復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)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(shí)伴隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高，出現(xiàn)了系統(tǒng)的針對(duì)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(lái)，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(wèn)題
研究?jī)?nèi)容：
（1） 通過(guò)對(duì)多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則了解，并在研究大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)臺(tái)增速齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（2） 通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)，確定多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部件如電動(dòng)機(jī)、滾筒、減速器、齒輪進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。
(3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)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(jì)；對(duì)組成實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)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(jì)，并在SolidWorks中對(duì)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(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)滾 筒、滾筒軸和滾筒軸裝配體進(jìn)行了有限元計(jì)算分析，從有限元分析結(jié)果中分析滾筒和滾筒軸設(shè)計(jì)是否滿足實(shí)驗(yàn)臺(tái)的正常工作要求。
關(guān)鍵問(wèn)題：
卷筒和機(jī)架的強(qiáng)度校核，齒輪參數(shù)的計(jì)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(guò)老師的指導(dǎo)
3、通過(guò)瀏覽網(wǎng)上相關(guān)資料
4、通過(guò)對(duì)相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計(jì)算和分析
5、利用計(jì)算機(jī)Proe和CAD繪制相關(guān)圖
步驟：
1、 設(shè)計(jì)出橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2、 橢圓軸承瓦塊，軸承座等關(guān)鍵零件強(qiáng)度校核
3、 橢圓軸承動(dòng)力學(xué)建模與動(dòng)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(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備
本次主要設(shè)計(jì)的是多功能轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)橢圓軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要用到的軟件有軸承動(dòng)力學(xué)專業(yè)分析軟件DyRoBeS-BePerf。由于我們主要是對(duì)橢圓結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，然后對(duì)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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