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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)。日益增長的市場定位要求技術(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,是一種用來維持和擴(kuò)大的市場地位的關(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，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量兩個(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)沖程來回壓的過程,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)成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。
在拉深成形過程中,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。
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個(gè)機(jī)技術(shù),考慮到金屬成形過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)的公稱力通常可以降低靜點(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)例說明了以下幾點(diǎn)。假設(shè)一系列的零件時(shí)通過壓力機(jī)來加工的。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)含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(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，感謝德國機(jī)床制造商協(xié)會(huì)(VDW),位于德國法蘭克福，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)。日益增長的市場定位要求技術(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,是一種用來維持和擴(kuò)大的市場地位的關(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，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量兩個(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)沖程來回壓的過程,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)成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。
在拉深成形過程中,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。
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個(gè)機(jī)技術(shù),考慮到金屬成形過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)的公稱力通常可以降低靜點(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)例說明了以下幾點(diǎn)。假設(shè)一系列的零件時(shí)通過壓力機(jī)來加工的。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)含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(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，感謝德國機(jī)床制造商協(xié)會(huì)(VDW),位于德國法蘭克福，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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目錄
緒論 2
1. 選題目的 2
2. 國內(nèi)離心分離研究發(fā)展 2
3. 主要差距 3
4. 國外離心分離技術(shù)的發(fā)展 3
5. 發(fā)展趨勢 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、按國家標(biāo)準(zhǔn)與市場使用份額分 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)代開始的。然而蜂蜜是昆蟲蜂蜜從開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。
2. 國內(nèi)離心分離研究發(fā)展
我國離心機(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)品不僅遍及全國且遠(yuǎn)銷國外，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)亦先后問世。內(nèi)旋轉(zhuǎn)子過濾離心機(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）同國外著名離心機(jī)廠商的技術(shù)合作。
3. 主要差距
盡管我國的離心分離設(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。國外離心分離機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)普遍高于我國，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)型為國內(nèi)最大的，其轉(zhuǎn)鼓直徑亦僅720mm，長徑比最大為L/d-4，分離因數(shù)亦較低，而國外轉(zhuǎn)鼓最大直徑已達(dá)2.1m，長徑比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)市場競爭的需求
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，研究人員為選擇最佳方案，采用流場分離法、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)型不斷問世。美國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關(guān)。
而具有1000分離因數(shù)的臥螺離心機(jī)，可從某種長度上彌補(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，可延長壽命，降低機(jī)器噪音和震動(dòng)。德國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。
法國曾研制一種用硬質(zhì)陶瓷制造的轉(zhuǎn)子，英國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，俄國研制成功一種雙相鋼04X25H5M2(即10Cr25Ni5Mo2），有足夠的強(qiáng)度和塑形。德國的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
1）強(qiáng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測和自動(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，并通過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)了無人操作的蝶式分離機(jī)。
2）各種組合機(jī)和專用機(jī)的開發(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，全球市場競爭的愈加激烈，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，“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；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(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濾和離心沉降兩種。離心過濾是使懸浮液在離心力場下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過濾介質(zhì)上，使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液，而固體顆粒被截留在過濾介質(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?？朔U(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。
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，而長度較長。
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)長管式。分離因素Fr是指物料在離心力場中所受的離心力，與物料在重力場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、按國家標(biāo)準(zhǔn)與市場使用份額分
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關(guān)來提取蜂蜜.
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；蜂蜜離心機(jī)即利用離心力將蜂蜜與蜜蜂板分離。
離心力場特點(diǎn)及分離因數(shù)
離心力場 FC=mω2R=2×5×1442×0.25=51.84KN
重力場 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)無精度要求,小圓柱桿直接焊接在套筒之上,工藝簡單.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然后一起裝入機(jī)架的支撐塊上去，否則無法裝配。
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)部開鍵槽，同樣道理，應(yīng)在軸圓周上對(duì)稱開四個(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)起見可在套筒四周開螺紋孔，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：此軸段僅靠兩端軸肩對(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，特定制一定長度的村套來頂住底部旋轉(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)，首先毫無疑問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，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，可打開龍頭開關(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)器沒防塵罩,長期敞開在外容易受污染, 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)輸僅靠儲(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,相信通過以后不斷的學(xué)習(xí),能造出更好的機(jī)器.
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10、宋寶玉主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京.高等教育出版社2009
11、孫啟財(cái)、金鼎五 主編. 離心機(jī)原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算.機(jī)械工業(yè)出版社1987
致謝
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成過程中，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摯的謝意。同時(shí)，我要感謝我們學(xué)院多年來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，向我的親愛的家人表示深深的謝意，他們給予我的愛、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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