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机械毕业设计说明书论文CAD图纸 船用分油机的设计【机械毕业设计说明书论文CAD图纸】.zip

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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat1.txt传动底座.DWG分油机总装图.dwg分油机构固定底座.DWG分离筒装配图.DWG排油装置.DWG涡轮.DWG立轴.DWG端盖.DWG设计说明书.docx连接固定座.DWG摘 要随着世界各国贸易的发展与往来，各国军事能力的发展，现在船舶的数目也越来越多，用船就要有燃油，然而现在的船用燃油和中会含有一些水分和固体颗粒也越来越成为普遍，因此，自动高效的船舶净化装置(分油机)已经是船舶制造业的重点研究。 船用分油机是船舶油类净化，提纯，再生的主要设备1。船用燃油润滑油经过净化处理，将使船舶动力装置经济，可靠的运行。而且分油机不仅应用在船舶上也可以应用在医药，化工方面上，所以，研究分油机也是有重大的意义的。本设计是在分析，查阅国外船用分油机的设计的基础上，分别对Alfa Laval与westfalia的离心分离技术和排渣方案进行了一系列的分析对比，来设计最优的技术方案，选定方案之后来设计油机的总体结构，回转系统，机体分离桶，传动装置等关键机构。并对其进行三维谁急仿真与静力学分析。本次设计的船用分油机，通过离心分离技术（分离桶的高速旋转）将燃油中的水，油，杂质分离（杂质定期排除)，来达到燃油的净化效果的。关键词：分油机；设计；回转系统ABSTRACTWith the development of trade in the world, and the development of military capacity in the world,.Now the number of ships is also more and more, with the ship to have fuel, but now the ship with fuel and will contain some water and solid particles have become increasingly common,Therefore, the automatic and efficient ship cleaning equipment (oil separator) is the key research of shipbuilding industry. Marine oil separator is the main equipment for oil purification, purification and regeneration of the ship. Marine fuel oil after purification treatment, will make the ship power plant economy, reliable operation. But the oil machine is not only used in the ship can also be used in medicine, chemical industry, so the study of machine oil is of great significance.This design is in analysis, access to foreign ship oil machine design based on, respectively of Alfa Laval and Westfalia centrifugal separation technology and slag discharge scheme were a series of analysis and comparison.,to design the optimal technical scheme, the selected scheme to design the overall structure of the oil machine, rotary system, the body separation barrel, transmission and other key institutions. And the three dimensional simulation and static analysis. The design of marine oil separator, centrifugal separation technology (separation of the high speed of the barrel) will be the oil in the water, oil, impurities (impurities regularly excluded), to achieve the effect of fuel purification.Key words：oil purifier; Design;Rotary system目 录摘 要iABSTRACTii第1章绪论11.1 引言11.2 船用分油机的设计背景11.3 船用分油机研究的目的和意义11.4 船用分油机的发展现状和发展趋势11.4.1 国内外船用分油机的发展现状21.4.2 船用分油机的发展趋势21.5 本课题的研究设想31.6 本课题的预期结果4第2章 船用分油机总体方案的设计42.1 引言42.2 几种离心分离技术的特点和性能分析52.3 船用分油机总方案的提出62.4 本章小结6第3章 分离筒的设计63.1 几种排渣方式的特点和性能分析73.2 分离筒排渣方式的提出和确定83.3 分离筒机械结构的设计83.4 本章小结21第4章 传动装置的设计234.1 引言234.2 传动装置的总体设计234.2.1 分析和确定总传动方案234.2.2 电动机的选择244.2.3 确定传动装置总传动比和分配各级传动比274.2.4 传动装置运动和动力参数的计算284.3传动零件的设计294.3.1 蜗轮蜗杆传动的设计304.3.2 水平轴的设计354.3.3 水平轴上对应轴承的(选择与)校核424.3.4 立轴的设计434.3.5 水平轴上对应轴承的(选择与)校核474.3.6 立轴与分离筒连接方式的选定494.4 本章小结53第5章 机体及附属零件的设计545.1 引言545.2 机体和附属零件的设计545.2.1 分离筒高度调节装置的结构设计555.2.2 船用分油机机体的设计555.3 本章小结57第6章 立轴的静力学分析576.1 ANSYS软件简介576.2 轴的静力学分析596.3 本章小结60结论60参考文献61致谢6278摘 要随着世界各国贸易的发展与往来，各国军事能力的发展，现在船舶的数目也越来越多，用船就要有燃油，然而现在的船用燃油和中会含有一些水分和固体颗粒也越来越成为普遍，因此，自动高效的船舶净化装置(分油机)已经是船舶制造业的重点研究。 船用分油机是船舶油类净化，提纯，再生的主要设备1。船用燃油润滑油经过净化处理，将使船舶动力装置经济，可靠的运行。而且分油机不仅应用在船舶上也可以应用在医药，化工方面上，所以，研究分油机也是有重大的意义的。本设计是在分析，查阅国外船用分油机的设计的基础上，分别对Alfa Laval与westfalia的离心分离技术和排渣方案进行了一系列的分析对比，来设计最优的技术方案，选定方案之后来设计油机的总体结构，回转系统，机体分离桶，传动装置等关键机构。并对其进行三维谁急仿真与静力学分析。本次设计的船用分油机，通过离心分离技术（分离桶的高速旋转）将燃油中的水，油，杂质分离（杂质定期排除)，来达到燃油的净化效果的。关键词：分油机；设计；回转系统ABSTRACTWith the development of trade in the world, and the development of military capacity in the world,.Now the number of ships is also more and more, with the ship to have fuel, but now the ship with fuel and will contain some water and solid particles have become increasingly common,Therefore, the automatic and efficient ship cleaning equipment (oil separator) is the key research of shipbuilding industry. Marine oil separator is the main equipment for oil purification, purification and regeneration of the ship. Marine fuel oil after purification treatment, will make the ship power plant economy, reliable operation. But the oil machine is not only used in the ship can also be used in medicine, chemical industry, so the study of machine oil is of great significance.This design is in analysis, access to foreign ship oil machine design based on, respectively of Alfa Laval and Westfalia centrifugal separation technology and slag discharge scheme were a series of analysis and comparison.,to design the optimal technical scheme, the selected scheme to design the overall structure of the oil machine, rotary system, the body separation barrel, transmission and other key institutions. And the three dimensional simulation and static analysis. The design of marine oil separator, centrifugal separation technology (separation of the high speed of the barrel) will be the oil in the water, oil, impurities (impurities regularly excluded), to achieve the effect of fuel purification.Key words：oil purifier; Design;Rotary system1第1章 绪论78目 录摘 要iABSTRACTii第1章绪论11.1 引言11.2 船用分油机的设计背景11.3 船用分油机研究的目的和意义11.4 船用分油机的发展现状和发展趋势11.4.1 国内外船用分油机的发展现状21.4.2 船用分油机的发展趋势21.5 本课题的研究设想31.6 本课题的预期结果4第2章 船用分油机总体方案的设计42.1 引言42.2 几种离心分离技术的特点和性能分析52.3 船用分油机总方案的提出62.4 本章小结6第3章 分离筒的设计63.1 几种排渣方式的特点和性能分析73.2 分离筒排渣方式的提出和确定83.3 分离筒机械结构的设计83.4 本章小结21第4章 传动装置的设计234.1 引言234.2 传动装置的总体设计234.2.1 分析和确定总传动方案234.2.2 电动机的选择244.2.3 确定传动装置总传动比和分配各级传动比274.2.4 传动装置运动和动力参数的计算284.3传动零件的设计294.3.1 蜗轮蜗杆传动的设计304.3.2 水平轴的设计354.3.3 水平轴上对应轴承的(选择与)校核424.3.4 立轴的设计434.3.5 水平轴上对应轴承的(选择与)校核474.3.6 立轴与分离筒连接方式的选定494.4 本章小结53第5章 机体及附属零件的设计545.1 引言545.2 机体和附属零件的设计545.2.1 分离筒高度调节装置的结构设计555.2.2 船用分油机机体的设计555.3 本章小结57第6章 立轴的静力学分析576.1 ANSYS软件简介576.2 轴的静力学分析596.3 本章小结60结论60参考文献61致谢6278 1第1章 绪论1.1 引言1.2 船用分油机的设计背景迄今为止，船用低速大功率柴油机使用燃油有30年的历史。然而由于能源危机，石油价格不断攀升，于是，低，中速的柴油机越来越广泛的使用廉价的重油。当然燃油中会含有水分和杂质，这些一方面来源于油的提炼与运输装卸过程，另一方面重油水分与杂质的比重随粘度的增加而增加。如果重油中含有过多的水和杂质是对船不利的，将使燃烧恶化，喷油器磨损加剧，加速磨损，使效率急速下降。所以对这种油类进行净化处理，既可以让动力装置尽量可靠地运行，还能使机器使用寿命延长，降低船舶的运营成本。用离心机来去除水与杂质已经是一种行之有效的方法了，而且也符合国家可持续发展的战略。1.3 船用分油机研究的目的和意义船用分油机，是船用油的净化，提纯，再生的主要设备。离心分离技术，是世界科学领域的一项重大科研成果，在矿物加工、化工、纺织与燃料、食品、医药、冶金、机械等众多工业部门都得到了广泛的应用2。船用分油机是离心分离技术的一项重要应用成果，其中蕴含着离心分离技术高超的水平，也有着离心分离技术的重要价值意义。离心分离技术的应用如下：生物材料制备离心，工业中常用离心除渣器来净化纸浆浆料，常用离心干燥机，或称离心脱水机，依靠离心力将水分脱去，近年来出现的离心制备薄层色谱法是离心分离法渗透于色谱领域而产生的又一种高效分离法等等。可见离心分离技术在各个领域都有着极其重要的应用，对我们的生活，工作都有着重要的影响。1.4 船用分油机的发展现状和发展趋势1.4.1 国内外船用分油机的发展现状 船用分油机现在的发展已经说是有个一个很好的发展史了，发展到现在其中有Alfa Laval与Westfalia知名品牌做的非常的好，但是两者也是有一定的区别的，通过分析比较这两者的区别，才能更好的设计出分油机也是本课设的关键。下面来比较Alfa Laval与Westfalia的应用区别：1.这两种分油机都是可以应用于船舶工业领域，并且这两者使分离器高速旋转的方法都是通过采用离心式摩擦离合器，马达和皮带传动转鼓的方式来进行的，这样的好处在于不但可以使设备运行平稳，较小的噪音，而且结构更加的紧凑，易于实现结构的模块化，可以在狭小的船舶空间中进行安装。2.但是，Alfa laval的方案设定为密封水和操作水采用两路供水，这样对定时器设定的精准值的要求并不是那么高，而且排渣口封不死的情况不会出现，但通过对Westflia进行特别设计，操作水和密封水采用的是一路供水的方案，这样设计达到了活动部件基本减少，结构进行简化处理的好处，但是这样会对操作水有精准的定值要求，太短和太长的时间的设定计算会使排渣口密封处于失效状态，使结构不稳定3。Alfa Laval全自动排渣分油机 Westfalia全自动兼具部分排渣功能分油机 1.4.2 船用分油机的发展趋势船用分油机现在的发展至以后的发展都应该逐步趋于程序化的发展，而且新的材料与技术在不断的出现不断地发展，这都对分油机的发展有了一个很好的引用与借鉴的地方的，相对于现在的基础上，分油机的发展趋势已经非常的明显了，可以包括下面的几个方面：(1) 大大加强分离桶的分离性能，这样可以提高转速；也可以在在离心分离过程中启用新的推动力，加快推进速度，可以更加快捷的提高运行的效率与速度；(2) 可以通过加大转鼓长度来使分离桶的离心分离沉降的时间大大的延长，可以提高分油机的性能；(3) 大型的分油机越来越使用了，加大分油机的尺寸就主要是是转鼓的直径增大并且使用的双面转鼓可以大大的提高处理能力使我们所处理的单位体积的物料的设备的耗资、能耗和维修费有了大幅度的降低4；(4) 分油机的分离系统应该着重改进排泄残渣机构，这样不仅使操作连续化而且也会使操作效率变高；(5) 分油机应该开设与增加专用的和组合的转鼓离心机,来满足完成不一样的任务分离要求和多重组合的离心的要求；(6) 分油机在学术理论研究的方面，主要通过转鼓内流体流动状况的理论研究和过滤残渣的形成机理，用来研究分离度的最小情况与处理残渣，水的能力的计算研究方法与形状较为复杂的转鼓的应力场的分布情况与强度计算来进行研究；(7) 通过分离离心技术的控制，来确定最佳的控制技术（在分离过程中）；(8) 可以进行高度的仿真技术，来研究分离机的仿真与PLC技术。1.5 本课题的研究设想本次设计进行分油机的设计的开题时老师要求我的设计范围比较宽泛，我在选题之前对这次课题也做了一些相关的研究而且通过后来的查阅的分油机研究设计的一些相关资料，了解到在进行分油机设计特别是在分离筒设计时，需要拟定一些具体化的参数，譬如说被被分离燃油或者润滑油的动力粘度、分离固体颗粒（杂质）的密度及煤油或润滑油的密度等等，所以在本次设计中，我设定标准试验油料重柴油看做为分离提纯对象(其密度=0.87)，并假设被分离油液里面只含有一些固体颗粒，比如说沙子之类(其干密度)，而且我假定的分离效果是：杂质被分离筒所分离需要的最小直径可以达到。关于这次分油机的关键结构的设计，我决定首先将会设计一个较小型的分油机，毕竟现在的分油机在市场上大多数来说是比较小型的一个分油机，此后，我这次设计更加想用一个碟形的分油机，因为根据我之前查阅的一些分油机相关的资料，碟片分油机比较流行而且使用，更为重要的是，比较适合我所设计的转速要求，我最后决定的是要采3 用自动排渣方式，因为这种设计比较方便，简洁。1.6 本课题的预期结果本次对船用分油机关键机构的设计中，需要对各种方案进行优化设计与论证，来选择最佳的方案，并结合选择比较合适的标准件、材料、电机等等，来完成进行对分离筒、特殊零部件和传动机构的详细设计的零件的强度校核，来完成设计船用分油机的整体和关键机构，最后要对船用分油机进行三维建模与分析，而且要对一些零件进行有限元分析计算 第2章 船用分油机总体方案的设计2.1 引言现在离心分离技术就是船用分油机的最关键核心的重要的技术，而且目前，大约有离心沉降、离心过滤、离心分离和超离心技术这四种比较常用的离心分离技术，而且当我们设计分离机时首先进行综合分析特别是要根据被分离液中所含有的杂质类型以及分离的一些要求，用来满足滤液(分离液)澄清度的要求，并对通过采用哪一种特定的离心的分离技术，或者是选定集中离心分离的技术的配合使用来进行初步的选择与采用。最后通过我们所要求的对离心的分离量与对分离技术的操作的自动化要求，用来确定离心式分油机的类型与规格。此外，对于离心分油机的排渣方式的选择也是我们要考虑的重要方面，这是因为船用离心分油机的工作效率取决于我们对排渣方式的主观选择的直接决定。在此之后，我们当然也要考虑到在设计过程中会有的成本问题，特别是我们在暗中的一个必须的不成文的规定，那就是我们所设计的产品必须要尽量的简单，控制我们设计的体积要比较小，而且设计的质量要控制的尽量轻。2.2 几种离心分离技术的特点和性能分析我在第二章的引言中已经说到了现在科学领域中所研发出来的离心分离技术大概有三种，分别有离心过滤、离心沉降、离心分离和超离心技术，下面我来具体的分析和解释一下这三种离心分离技术的各自的作用与特点。1、离心过滤离心过滤是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过程，以离心力为推动力完成过滤作业，兼有离心和过滤的双重作用。 离心过滤一般分为滤饼形成、滤饼的压紧和滤饼压干三个阶段，但是根据物料性质的不同，有时可能只需进行一个或两个阶段。以间歇离心过滤为例，料液首先进入装有过滤介质的转鼓中，然后被加速到转鼓旋转速度，形成附着在鼓壁上的液环。粒子受离心力而沉积，过滤介质阻止粒子的通过，从而形成滤饼。当悬浮液的固体粒子沉积时，滤饼表面生成了澄清液，该澄清液透过滤饼层和过滤介质向外排出。在过滤后期，由于施加在滤饼上的部分载荷的作用，相互接触的固体粒子经接触面传递粒子应力，滤饼开始压缩。2、 离心沉降离心沉降是利用混合油各组分的质量不同，采用离心旋转产生离心力大小的差别，使粕末下沉而液体上升，达到清洁混合油的目的的方法。在离心力作用下使分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程。沉降速度与粒子的密度、颗粒直径以及液体的密度和黏度有关，并随离心力亦即离心加速度的增大而加快。离心加速度值an=2r可随回转角速度和回转半径r的增大而迅速增加。因此，离心沉降操作适用于两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的分离。 离心沉降 3、超离心技术我们根据物质的沉降系数、质量和形状的不同来计算离心分离的就是我们所说的超离心法，这种技术就是要根据应用强大的离心力能力，将混合物中的各组分来分离、浓缩、提纯，这种的方法就是超离心法。超离心技术的工作原理其实就是需要我们在某种介质中，就是使一种球形的粒子从液体的弯月面沉降来到离心管某部(如底部)所花费的时间：(2-2)式中 沉降的时间；悬浮介质的粘度；为粒子的直径；粒子的密度；介质的密度；旋转轴中心到液体弯月面的距离；从旋转轴中心到离心管底部的距离。我们可以从由上式可以知道：当粒子直径和密度不尽相同时，所需要的移动同样距离时间也不尽相同，当然这样即使在同样的沉降时间，其沉降位置也不会相同的。我们可以利用它的功能可以从植物（或动物）的组织匀浆中分离出的细胞器，其主要细胞成分的沉降顺序，当然一般先应该是整细胞和细胞碎片，然后就应该是核、叶绿体、线粒体、溶酶体、微粒体和核蛋白体这些物质的。2.3 船用分油机总方案的提出根据三种离心分离技术他们各自的应用的特点，提出分油机的设计，以标准试验油料的重柴油，并且渗有一些水分和泥沙，当然也设定了分离筒能够分离的残渣的杂质的最小直径可以达到，设定的分离量为，转速为，因此，本次课题设计应该采用最为好用的离心沉降技术，图2.1就是船用分油机的设计方案的结构预想图。图2.1 船用分油机预想图通过查阅资料得知离心型船用分油机可以根据被分离液所含杂质和水分的所占比重差异又可以分为两种形式，为分杂机和分水机。当被分离液中所含的水分比较多的时候，我们一般会采用分水机，用来分离油液中的杂质和水；当被分离的油液中所含有的水分比较少时，我们则会采用分杂质的装置， 分杂质工作原理通过分析两者的优缺点，我们会最终根据分杂机和分水机的特点分析，以及我对于本次课题的理解与本次课题设计的要求，我决定了最终选择将本次课题的设计定就是为分水机。所以离心沉降式碟式分水机就是作为我的本次课题设计的最终的总方案。 第3章 分离筒的设计3.1 几种排渣方式的特点和性能排渣有两种方式，一种是人工排渣，一种是自动排渣，现在随着科学技术的迅速的发展，自动排渣方式取代人工排渣的地方越来越多。自动排渣不仅节省了劳动力，而且也会使分油机的工作效率、使用寿命及其性能得到了大幅度的提高。自动排渣方式按照其工作原理来分，一般会有以下两种方式：(1)直接作用式直接作用式是通过分离筒下部的活塞上腔控制工作用水，而且并利用压力差，而且直接推动活塞上、下来进行移动，这种方法就是通过控制排渣孔的启闭而实现自动的方法就是该活塞周边部分上升或者下降就控制了排渣孔的启闭而实现自动排渣6。目前，我国的国产的DZY-30型分油机就是采用的这种排渣方式。(2)间接泄压作用式这种方法其实就是使下腔工作水液迅速泄压，这就是利用液压系统使活塞(这里与上述不同，活塞实际上就是可以上下移动的分离筒底)来工作的，这样就会产生活塞工作上的上、下腔压力差，这就会用来推动其上、下之间的移动，就会很轻松地实现自动排渣。国产DZY-50型和DBY-30型分油机其实就是采用的这种排渣方式。3.2 分离筒排渣方式的提出和确定通过3.2节中对目前世面上船用分油机所采用的两种排渣方式手工排渣和自动排渣的工作原理的详细介绍，可以基本选定自动排渣为本次课题设计的排渣方式，然后再自动排渣方式中又分为直接作用式和间接泄压作用式，结合本次课题设计的所给条件，最终选择间接泄压作用式排渣方式作为本次课题设计的排渣方式。3.3 分离筒机械结构的设计1-比重环；2-分离筒盖；3-支座；4-颈盖；5-定位块；6-活塞；7-阀门座；8-平衡块；9-弹簧座；10-弹簧；11-螺钉；12-销；13-分离筒本体；14-配水挡圈；15-导水环；16-螺钉；17-销；18-导水套筒；19-滑动圈；20-O型圈；21-密封环；22-主锁环；23-分离盘；24-补偿盘；25-心轴螺帽；26-比重锁环；27-分配器图3.1 分离筒装配图图3.2 分离筒三维图结构图通过借鉴前人设计的经验，以及结合自己在本次课题设计中所选定的一些技术方案，比如离心沉降技术和间接泄压作用式自动排渣方式，最终确定了分离筒的结构方案，如图3.1所示，其三维图如图3.2。接下来将要对分离筒各个组件的具体尺寸进行详细的计算。(1)由文献17，156-157可知：当分油机工作时，会含有一定的水分和少量的杂质的油液会从上部送料口输入，这些会进入分离盘，平且经过盘架的底部，在此之前，当分水装置工作时，分离筒注水以形成水封，当污油进入分离筒后，药将先注入的水封中的水赶出一部分，这样可以达到特定的液力的平衡状态为止。如图3.3示出分水机中油料被分离的情况，当污油进入分离盘之间的时候，水封区就会立即被大颗粒杂质和水滴穿过，这种是会在离心力的作用下完成的，也会有一小部分被离心分离出来的水去带走，当然大部分杂质会被甩向外边缘，本体的熔渣空间会被这些杂质所积聚，随着排渣时就会被排走；一些颗粒较小的杂质和水滴就会流向转轴中心，这就是会被油液所夹带出来的，经过这种与分杂机雷同的工作原理眼上一不断向外流动的分离盘的下表面，也有不断置换水封水，这样就会不断被分离，关键就是当走过分离盘外边缘则转而向上从出水口流出。我认为在此次在分水的过程中，控制油液和水液的界面问题就很显得很重要，当然，如果水封被破坏，从出水口就会跑出油，当然排除的污水中会如果含有大滴的油液，这种现象就即为是跑油现象，所以，我们当然就会认为油液和水液的界面位置就应该控制在合理的范围之内。从3.3的图中我们可以看出，一起在分离筒中作高速旋转的油和水，这样由于他们的比重图3.3 分离过程会有一些不同的，所以说必定会存会在油和水之间的会有一个在一稳定的分界面7。油液会在分离筒空间占据着分界面的内测的空间，水液和杂质就会在其外侧。我们经过运行的实践已经证明了如果用来确定油水的分界线是在分离盘的外侧颈盖出水边缘之间，我们就能够保证最佳的分离效果与分离的量，这样就会非常稳定，而又不至于跑油。我们下面是按照流体静力平衡的原理，知道了在油水分界面上油和水的压力应该保持平衡相等，有如下关系：(3-1)式中 、分别是油和水的比重；出油口直径(即颈盖内径)，一般不会改变的；出水口直径(即重力环内径)，可以按照需要所选择；油水分界面的直径。查询文献16可知：温度升至40时，纯水的密度变化会非常的小，我们可以忽略不计，即=1，但是在温度升至40时，重柴油的密度灰有不小的变化，当然，我们可以按照公式进行计算，即另外，假定取，取25，将、和带入公式，得整理得，=。(2)分离因素由文献17，147-148可知：我们目前所知道的，在沉降时离心机内具有两种类型的阻力，这种是在非连续相同的固体粒子穿过连续相液体的沉降运动的时候所产生的这两种阻力，粘性阻力与沉降速度成正比，这是对于运动速度不高的细小粒子来说的；但是对于运动速度较快的较大的颗粒，当其雷诺数大于某一规定值时，其粘性阻力即可忽略不计，这就是由于同沉降速度的平方成正比的扰动阻力的激增。所以一般来说，在分离体系中占有决定性的地位的就是固液相分离程度总比较高，细小粒子它们的作用。所以我们可认为粘性阻力在沉降离心机内的作用是最为重要的。我们知道，在离心场内，给定粒子上被作用的有效作用力是：(3-2)式中 固体的颗粒的质量；固体的颗粒所占容积液体的质量；旋转角的速度；从离心机转轴到粒子间的距离。如果固体颗粒为球形的，那么该力即为：(3-3)式中 粒子的直径；固体与液体间的密度差。当粒子受力开始运动后，就会受到液体阻力，这种力的作用(在此只考虑粘性阻力)。在滞流的范围(，或者更确切)内，我们可以根据斯托克斯的定律，粘性阻力为：(3-4)式中 液相的粘度；运动粒子穿过液相的速度。当沉降力和阻力相等时，那么粒子运动速度等于常数，就会有如下的关系：(3-5)(3-6)式中即为粒子在穿过液相的沉降速度，这是在离心力场中的。依此类推，当粒子在重力场中沉降时，其沉降速度为：(3-7)我们从式(3-7)可见，粒子在离心里场中的沉降速度随值变化，如悬浮在液体期间的液体层厚度(指某给定粒子当它悬浮在液体期间，所要沉降的最大距离)与分离筒半径相比小很多时，则值得影响是可以忽略的哦，近似为常数的。我们从式(3-6)与式(3-7)的比较中也可看出，离心分离与重力沉降这两者效果的差别在于：(3-8)所以说我们只要加大分离筒的角速度，离心沉降的速度就远比重力沉降的速度来得快，它们的倍数常叫做离心机的分离因数，及离心加速度与重力加速度的比值即为：(3-9)式中 离心机的分离因数，但是对于碟式分离机，其取值范围为；离心机分离筒旋转角的速度，；离心机分离筒旋转的半径，；重力的加速度，。假定，又，所以符合取值范围，所以。(3)当量沉降面积值我们由文献17，148-151可知：假定走过的距离为，沉降时间为就是在某给定粒子在分离筒液相中的数值，则(3-10)式中 液体通过分离筒的流量；分离筒中液体的容积。如果该给定粒子将向分离筒壁沉降，那么就是大于给定粒子的最初位置到分离筒壁的距离的结果，这样也会从液相中分出来。我们设想在理想体系中，直径为的一半粒子能从悬浮液中分离就是当时(为离心机中颗粒沉降距离)，而另一半粒子流出分离筒而不能分离掉，这然而在这个分界点上，我们会得出由式为：(3-11)由此式(3-11)可见，方程式右边第一组因素仅与被处理物料的参数如密度、颗粒直径、和粘度有关；但是另一组因素就会与离心机的参数如容积、转速、半径和沉降距离有一定的关系的。式可改写成：(3-12)式中前一项(重力沉降速度)与被分离物料等参数有关。后一项(3-13)式中 有效的半径；该离心机中的颗粒沉降的距离。显然，后一项值应该只与分离机的结构就是分离机尺寸指标有关系，这种通常被我们称为离心机的当量沉降的面积。如图3.4，对于碟式离心机，我们为粒子在分离筒碟片间的运动情况，就是要通过速度和流通量的关系，并用我们熟悉的微积分的方法，可以求得液体的流通量，然后由式得(3-14)式中 碟片的数目；分离筒的角速度，；碟片最大的半径，；碟片最小的半径，；碟片的倾角(顶角的)，。图3.4 碟片间粒子的运动相关设计过程：因为标准实验油料重柴油的运动粘度，密度，所以动力粘度，又泥沙的密度(这里取)，分离筒能够分离沙粒的最小直径，所以又因为我们已经初步定了分离筒的分离量，所以分离筒的当量沉降面积为：初定，这样就可以带入式，可得(4)分离作业(分离筒是密封状态)由文献17，173-174所知：为了使活塞密封面压紧密封元件而使分离筒密封，就必须要引入活塞下腔的工作水使所产生的离心压力推动活塞上行，这样就可以进行实行分离作业了。图3.5示出了活塞的受力的分析。图3.5 活塞受力分析我们知道活塞密封面承受的压力由下式决定：(3-15)式中 活塞的上腔被分离液对活塞的总压力，；活塞的下腔工作水液对活塞的总压力，；活塞的密封面内半径，；活塞的密封面外半径，。而我们已经知道了物料的离心力为，其中为旋转质量，为角速度，为旋转半径，所以可以用下述的两式求得、；(3-16)(3-17)式中 被分离液内的半径，；被分离液外的半径，；工作水液内的半径，；工作水液外的半径，；被分离液的比重，；工作水液的比重，；旋转角的的速度，；重力的加速度，。当然被分离液对活塞密封面侧压力由下式决定：(3-18)这里我们便可以导出一个表徵活塞密封性能活塞比压系数的参数，这个参数它是活塞密封面所承受的压里与被分离液对活塞密封面的侧压的比值。(3-19)将、代入公式，我们经过整理可以得出(3-20)可知，我们必须要保证的分离筒能密封以正常要分离的作业的必要条件为：结构尺寸、被分离液和工作水比重、分离温度及密封件材质与值得选定也有一定的关系，一般密封比压系数的值推荐为。我们参照(1)中的设计结果，可以得出假定，另外，我们将、带入公式等号右边部分，可得我们可以知道符合密封比压系数的取值范围。(5)排渣作业(分离筒呈开启状态)由文献17，174-176可知：能使活塞下腔工作水迅速泄出，压力降低的，这是因为分离筒底部液压系统的作用，这样的话就是在活塞上腔被分离液的离心压力，来推动下活塞下移，分离筒就会开启，淤渣杂质也就会泄出8。我们工作时作用滑块的上下移动在实现液压控制时，这个操作就是问题的关键，当作用滑块下行，泄水阀打开的时候，活塞下腔工作水就会被泄出、降压就会使活塞随之向下移动，这样就能实现了排渣。我们就会根据上述我们对于力的分析相类得作用滑块的液力分析与计算如下：作用滑块受力分析见图3.6。其上腔工作水对作用滑块的离心总压力由下式决定：(3-21)式中 作用滑块的外半径，；作用滑块泄水孔中心线至回转轴线间的距离，；工作水液的比重，；作用滑块泄水孔的直径，。图3.6 作用滑块受力分析阀通孔面上承受的活塞的下腔的工作水液压力课由下式求的：(3-22)式中 阀孔中心线之转轴中心线的距离，；活塞下腔工作水液内的半径，；阀孔的直径，；阀的个数。当然作用在滑块下部弹的簧安装时的总作用力和工作的总作用力分别是：(3-23)(3-24)式中 弹簧的只数(本课题设计采用6只弹簧)；弹簧的刚度，；弹簧安装时变形量，；弹簧工作时变形量，。作用滑块上密封圈华东摩擦阻力：(3-25)式中 密封圈的直径，；密封圈在工作时压痕的宽度，；密封圈材料的比重，；摩擦的系数(橡胶件时一般取)。如果要保证阀能打开，我们必须的使活塞下腔能泄压，所以必须使，称为泄压系数。这样显然才能泄压。如果要保证阀能全开，我们必须使使活塞下腔迅速充分泄压，所以必须使，则称为全开系数，这样显然才能全开。所以，我要排渣必要条件为：、，当然、值的选择会与结构尺寸、弹簧设计与安装及材料的选用等有一定的关系的，我们一般会将泄压系数值选定为，全开系数值选定为。要求的设计过程为：(a)求图3.7 O型圈装配效果图如图3.7，这附图为O型密封圈装配在作用滑块中的效果图，我们对于所选的为标准的O型圈(直径)，它的面积我们可以看作是由一个尺寸大约为的正方形区域、个尺寸大约为的矩形区域、当然还有个可以近似成半径为的圆的区域组成，所以他们其面积为(3-26)又因为O型密封圈所在的正方形区域的面积为(3-27)联立公式(326)和(327)可得。(b)尺寸的初定假定，则(c)弹簧的选定根据(b)中我们计算出来的、以及，然后又根据公式()可以计算出的取值范围为，查询文献5，475，我初步选定弹簧的规格(，)，并且我们取有效的圈数为9，则我们就会算出以下数据，选定，而且我们初定弹簧安装时的变形量，则，这样的数值也是符合要求的。初定弹簧工作时的变形量，所以，j将其带入公式得，其结果是符合要求的。所以我们选择的弹簧规格是：，。校核过程：a)静强度的验算：我们知道的弹簧指数：曲度系数：由文献15，296可查得最大剪应力：安全系数：我们查阅文献15，298-289我们就这样的可以得出，我们求得，那么所得出的结果是符合要求的。b)疲劳强度的验算最小剪应力：安全系数：因为，所以这是合格的。c)共振性验算弹簧一阶自振频率为：载荷引起的振动频率为：频率比为：所以说我们可以不用考虑到振动影响。d)稳定性的验算高径比：所以说是满足稳定性的要求的。我们在前面的设计计算已经明确了分离筒的所有的关键尺寸，所以说我们可以自由发挥，来确定剩下来的结构设计和尺寸计算，只要这些实在在符合基本设计原则的条件下的。当然我并没有在这里已经详细的叙述了分离筒剩余结构的设计和尺寸的计算过程，因为我会在图纸中相应的画出来了，具体设计结果当然还要参照相关的零件图。3.5 本章小结我在本章的主要内容分为两部分，用分油机分离筒排渣方案的选定作为我的一部分设计的，而且我在这个设计过程中，将目前在市面上已经有的船用分油机的排渣方式（人工排渣和自动排渣）进行了详细的介绍，而且我又介绍了自动排渣，这种又可分为两种形式，他们分别是直接作用式与间接泄压作用式，当然我们也在文中详细的将它们各自的原理和结构进行了叙述，然后我根据本次的课题设计的相关条件，我最终确定了本次课题设计的排渣方案选择了间接泄压作用式自动排渣的方式。分离筒结构的详细设计和尺寸的计算就是作为另外的一部份，当然我在这章中主要就是在几个关键结构上面进行了一定程度上的设计计算，当然我已经说明了我并灭有对剩下的结构进行详细的设计计算，所以说我们还是可以参照我设计的零件图，我最后也在设计之后，对一些相关的零件进行了一些必要的强度校核。73 第4章 传动装置的设计4.1 引言我在这次分油机关键结构的设计中，我主要将船用分油机分成两个部分，一个就是执行装置，另一个就分离筒，我们在第3章中已经讲述过了，现在我们所说的另外一个的部分就是传动装置，当然它的作用就要是给执行装置提供动力和运动形式的一种装置，我们知道的对机械的工作性能、重量、成本及运转费用的影响，就是通过传动装置的性能、质量及设计布局的是否合理来评定的，所以说我觉得我们要有一个合理的传动装置，这个意义也是非常重大的。4.2 传动装置的总体设计4.2.1 分析和确定总传动方案如果我们要满足工作机的性能要求，就必须要有合理的传动方案，当然这些传动方案必须要能够适应工作的条件，而且工作要可靠的运行，当然我们还要对此外的要求应该有传动装置要结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高而且使用维护方便等等。如果我们能够同时满足这些要求也是比较困难的，所以我现在要对这种各种传动方案通过分析与比较，来选择出我本次课设的最好的传动方案，来能够保证重点我此次课题的正常运行。目前我所学过的最常见的传动机构有以下几种10：(1) 开式齿轮传动：这种传动装置的工作环境一般较差，而且润滑条件不好，所以就会使磨损严重、寿命较短，我觉得应布置在低速级，而且这种装置也比较占用空间；(2) 斜齿圆柱齿轮传动：斜齿圆柱齿轮传动的平稳性当然会较直齿轮的传动比较好，这种传动装置要常用在高速级或者要求传动平稳的场合，当然占用的空间也会比较大；(3) 带传动：带传动比较好的一点在于其运动平稳，能吸振缓冲，所以一般要分布在高速级。但是带传动的承载能力比较小，而且传动效率比较低，更为重要的一点是传动相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大；(4) 链传动：因为有多变形效应，所以运动会有不均匀的可能性，而且有冲击性能，当然不适用于高速级，所以这种传动装置应布置应在低速级；(5) 圆锥齿轮传动：这种传动装置的占地空间比较大，而且要想运用必须需要改变轴的布置方向，由于圆柱齿轮(特别是大直径、大模数圆锥齿轮)加工比较困难，所以一般应将其布置于传动的高速级，并限制传动比，用来减小直径和模数；(6) 蜗杆传动：蜗杆传动可以实现较大的传动比，结构紧凑，更为重要的是占地空间比较小，传动平稳，但传动效率低，在中小功率的场合中经常使用。当与齿轮同时使用时，最好布置与传动的高速级，这种装置经常会有利于提高传动效率与延长寿命。本次船用分油机的设计，我已经设定了转速为，根据执行装置设定的与常用的电动机的转速(最大)，我已经非常明确了此传动装置为增速传动的装置，我觉得此次的设计比较关键的是在传动机构中终端连接分离筒的立轴下端，毕竟这样我们还要设计一个分离筒的高度调节机构，所以我觉得要在立轴设计时上下端均要伸出，这样就可以即与其他传动零件的配合部分只能设计在中间部分，当然，我觉得我要使使整个机器的结构和体积尽量小一些，而且毕竟要考虑到总传动比最大也在10左右，所以我讲传动装置的设计应该可以考虑到采用单级的传动，我根据查阅资料和前人的设计的经验，我知道了船用分油机的功率应该比较小，大概在左右，因此我经过各方面的比较与分析，决定将蜗轮蜗杆传动定为本次传动的装置，而且蜗轮主动为主动机构。4.2.2 电动机的选择1、类型和结构的选择到目前为止电动机可分为交流电动机和直流电动机这两种11。他们的电源一般多采用三相交流，所以，现在的电动机均采用三相交流电动机，如果没有特殊要求的话，其中，我觉得三相异步交流电动机的应用最为广泛。但是我这次的课题设计的对象是在海上的，就是船用分油机，其功能就是用来分离船用燃油或者润滑油中的水和固体杂质的净化器的，因为在海上所以会在比较潮湿的工作环境下工作的，当然我们不会排除有水进来的现象的，另外，我觉得对于我的课题我应该决定采用Y系列(IP44)封闭式三相异步电动机。其安安装结构暂定为B35型。2、电动机功率的选择如果我们要选择电动机的容量，那我们就需要根据电动机的运行时的发热的条件来决定电动机的容量的。当然，我们如果要选择长期连续工作、载荷比较稳定的这样运行的机械来说，我觉得如果要想这电动机就能安全工作，那么我们只要选择电动机的额定功率等于或者稍大于所需的电动机工作功率，即，这样就可以正常的工作了12。船用分油机在工作时，其电动机所需的工作功率为(4-1)式中 工作机的有效功率，即工作机的输出功率是由工作机的工作阻力和运动参数确定的，即；从电动机到工作机输送带间的总的工作效率（组成传动装置和工作机的各部分运动副或传动副的效率乘积）。下面的计算过程为：我已查阅大量的资料，工作时消耗的功率往往小于工作机在启动时消耗的功率，因此船用分油机的启动过程中必然会占用到电动机的最大的功率的。又初定采用弹簧匣块式离心离合器就会用来连接电动机的联轴器/离合器，那就且暂定其加速的时间为150(后面会进行说明和论证)。显而易见，近似成的匀加速的过程可以看成就是将工作机启动的过程，则最大功率就可以看成是将加速到正常的转速的参数。鉴于本次课题将分离筒为碟式看成是设计所采用的，而且我前面已经设定容积为，根据资料及前人的设计经验来看，暂且估算分离同的转动惯量为，所以另外，将径向弹簧匣块式离心离合器、深沟球轴承、蜗轮蜗杆传动和角接触球轴承初定为从电动机到工作机之间的传动副或者运动副，假设将其传动的效率依次为、和，查阅文献10，9可知：。参考文献8中查出径向弹簧匣块式离心离合器的计算公式，电动机启，如图4.1离合器近似于匀加速过程，所以(4-2)又，所以图4.1 -t关系所以，取(中间值)。另外，由文献15，32可知：对于蜗轮蜗杆传动(蜗轮主动)，其传动效率的计算公式为13(4-3)式中 蜗轮对应的导程角，；蜗轮对应的螺旋角；当量摩擦角，而；当量摩擦的系数；结合面摩擦的系数；牙侧角，蜗轮的标准牙侧角，即。估算时，选定，所以，另外，暂定蜗轮螺旋角，所以蜗轮的导程角，所以所以3、电动机转速的确定一般有3000，1500，1000和750四种同步转速14，如果是容量相同的三相异步电动机的话，我们知道的如果电动机同步转速越高，磁极对数就会越少，那么外部的尺寸越小，价格越低。另外，因为蜗轮蜗杆传动的传动比的常用取值范围是，所以选择的电动机的转速只能够取750的电动机。下面选的电动机的型号为，主要根据电动机类型、容量和转速，有电动机产品目录或者有关手册来选定的，其主要的性能如下表4.1所示：表4.1电动机性能参数型号额定功率Pe/kW满载时额定转矩T/()质量m/kg转速nd/(r/min)电流A/(380V)效率%功率因数Y160M2-85.572013.3850.742.0125因为所选的电动机的质量过于大，所以只能选择安装形式为(其安装尺寸及外形尺寸参照文献10中电动机相关部分内容)。4.2.3 确定传动装置总传动比和分配各级传动比通过选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速来确定传动装置的总传动比，即或者齿数比为因为单级传动作为本次课题设计的传动方案，即只有蜗轮蜗杆传动，因此总传动比就是蜗轮蜗杆传动的传动比，即4.2.4 传动装置运动和动力参数的计算(1)各轴的转速水平轴：立轴：(2)各轴的输入功率水平轴：立轴：(3)各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩为故：水平轴：立轴：将上面的计算结果汇总到于表4.2，以查备用。表4.2 各轴运动和动力参数汇总表15轴名功率P/kW转矩T/()转速电动机轴4.5259952.8720水平轴3.95552458.7720立轴3.0075544.155004.3 传动零件的设计4.3.1 蜗轮蜗杆传动的设计1、选择蜗杆传动的类型根据的建议，本次的课题设计的蜗杆传动采用渐开线蜗杆()。2、选择材料因为这次设计的蜗杆的转速会很大，所以蜗杆采用15Cr，毕竟也是希望效率能够高一些的，要把耐磨性也设计的更好一些，所以对于蜗杆螺旋齿面的加工要求来说要渗碳战火并磨削，其硬度为。蜗轮的材料要用铸造锡青铜，特别要金属模铸造，一般来说有色金属比较贵重，所以要节约一些，因此仅齿圈要用青铜制造，而轮芯要用灰铸铁制造16。3、按齿面接触疲劳强度进行设计根据机械设计的闭式蜗轮蜗杆传动的设计准则，因为是闭式齿轮，所以要先按齿面疲劳强度进行设计，然后要再校核齿根弯曲疲劳强度17。查询参考文献15，177-184可知：传动中心距(4-4)式中 载荷系数，其中为使用系数，可查阅文献15，180相关内容；为齿向的载荷分布系数，就是当蜗轮蜗杆传动在平稳载荷下工作时，这样载荷分布不均匀现象将由工作表面良好的磨合而就能得到改善，此时可取；当载荷变化较大，或者、振动时，可取；为动载系数，由于蜗轮蜗杆传动一般比较平稳，所以说动载荷要比齿轮传动小得多，故可取定如下：当然我们对于精确制造，且蜗轮圆周速度，取；时，；蜗轮上的转矩，即前面的；材料的弹性影响的系数，单位为，对于青铜或者铸铁蜗轮与钢蜗杆配对时取；蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数，简称接触系数，可查阅文献15，180；蜗轮齿面的许用接触应力，。计算过程：(1)确定作用在蜗轮上的转矩由前文的设计可查得。(2)确定载荷系数因为船用分油机的工作载荷比较稳定，所以要取载荷分布不均匀系数；查阅文献15，180，选取使用系数；当然由于转速较大，故可取动载系数，则(3)确定弹性影响系数因为这次课题选用的是铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆之间的配合，故。(4)确定接触系数先来假设一个蜗杆分度圆直径与传动中心距的比值，即，查阅文献15，180可得。(5)确定许用接触应力因为蜗轮材料为铸锡磷青铜，而且是金属模铸造，那么蜗杆螺旋齿面硬度，可以由文献15，181查得蜗轮的基本许用应力。所以应力循环次数为寿命系数因此(6)计算中心距取中心距，因为，故由文献15，172-173可知：模数，蜗杆分度圆直径。这时，从由文献15，180可查得接触系数，因此以上计算结果可用。4、蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸(1)蜗杆(查阅文献5，1246可知：，)轴向齿距：直径系数：齿顶圆的直径 ：齿根圆的直径 ：分度圆的导程角 ：蜗杆的头数 ：蜗杆的轴向齿厚 ：蜗杆的齿宽：取(2)蜗轮蜗轮齿数，变位系数；验算齿数比，这时齿数比误差为，这是允许的。蜗轮分度圆直径：蜗轮喉圆直径：蜗轮齿根圆直径：蜗轮咽喉圆半径：蜗轮齿根圆弧半径：蜗轮齿顶圆直径：，取蜗轮宽度：，取5、校核齿根弯曲疲劳强度(4-5)式中 载荷系数，其中为使用系数，可查阅文献15，180相关内容；为齿向载荷分布系数，当蜗轮蜗杆传动在平稳载荷下工作时，载荷分布不均匀现象将由工作表面良好的磨合而得到改善，此时可取；当载荷变化较大，或者、振动时，可取；为动载系数，由于蜗轮蜗杆传动一般比较平稳，动载荷要比齿轮传动小得多，故可取定如下：对于精确制造，且蜗轮圆周速度，取；时，；蜗轮上的转矩，即前面的；蜗杆分度圆直径；蜗轮分度圆直径；蜗轮蜗杆的模数；蜗轮齿形系数，可由蜗轮的当量齿数及蜗轮的变位系数可由文献15，183查得；螺旋角影响系数，。蜗轮许用弯曲应力，。，其中为计入齿根应力校正系数后蜗轮的基本许用应力，由文献15，182选取；为寿命系数，其中应力循环次数的计算方法同前面一样。计算过程：当量齿数：根据，由文献15，183查得齿形系数；螺旋角系数：；查文献15，183可得制造的蜗轮的基本许用弯曲应力；又寿命系数：所以蜗轮许用弯曲应力：所以弯曲强度是满足的。6、精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到课题的动力传动为设计的蜗轮蜗杆传动，而且，从圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择的7级精度18，测隙种类为，标准为。另外通过查阅文献5，1281可以得出m，m，m，m，m；通过查阅文献5，1297可以得出：蜗杆喉部的直径公差是：蜗杆基准轴颈的径向跳动公差是：15m蜗杆两定位端面的跳动公差是：15m蜗杆喉部径向的跳动公差是：m蜗杆基准端面的跳动公差是：m蜗轮齿胚外径与轴孔的同心度公差是：m蜗轮喉部的直径公差是：查询文献5蜗轮蜗杆精度部分的详细内容可以知道的；蜗轮蜗杆的表面粗糙度见相关零件图。7、热平衡的计算在特定条件下，为了能够保持正常工作温度所需要的散热面积(单位为)为(4-6)式中 蜗轮传动的功率，单位为；蜗轮蜗杆传动的效率，即；箱体表面的传热系数，可取，当空气流通良 好时，取较大值；内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的箱体表面面积，；油的工作温度，一般限制应该在，最高不应超过；周围空气的温度，常温情况可以取值为。计算过程：取，则8、综合工作图图4.2 蜗轮结构蜗轮蜗杆的综合工作图可以参照相关零件图。其中蜗轮的结构形式如下图4.2，其中，取；，取；，取；，取；，取；，取。4.3.2 水平轴的设计(1)轴的材料这次课题所选的轴的材料选择的为钢调质处理，。(2)初步确定轴端直径轴的最小直径计算公式：(4-7)式中 由许用扭转剪应力确定的系数，见文献15，205相关内容；轴传递的功率，；轴的转速，。计算过程：由文献15，205知：，又，所以最小直径：因为水平轴最小值径处需要设置一个键槽，所以需要将计算值增大到，即通过查阅大量的资料与前人的设计经验的总结，知道为避免机器因启动时负载过大而损坏电动机，因为工作机在启动时一般负载较大，所以为了避免机器因启动时负载过大而将电动机破坏，所以要在初定选择一种摩擦式的联轴器或者离合器为了用来连接电动机输出轴和水平轴的机构设计，最后经过综合的分析，主要选定了径向弹簧匣块式离心离合器，而且也通过资料选定了电动机相关规格参数(额定功率为，转速为，)，来进一步选定离合器的规格和尺寸，取，取(求时，查阅文献8可确定)，取，其结构如图4.3所示。图4.3 径向弹簧匣块式离心离合器根据上面所选择的离合器，查阅资料可以确定了水平轴的最小直径为。(3)轴的结构设计轴的结构设计，其中跟其他零件有相互配合就会有4个轴段，其四段配合分别为下面的几处，即轴端与离合器配合处为第一处配合，其直径为，前面已经计算说明过了；水平轴与标准深沟球轴承6010()相互配合作为第二段的配合处，由机械设计可以得出其直径与轴承内径是一样的，为；水平轴与蜗轮轮芯配合处为第三段的配合处，其轮芯内径为，因此相应的轴段的直径为；水平轴末端与标准深沟球轴承6008()相互配合处为第四段的配合处，其直径与轴承内径相同，为，根据所学过的机械设计内容可以知道：其余轴端的设计可以按照正常的轴的结构设计原则来设计，再次就不必多说介绍了，另外，次根轴的上面应该有两处和键能够相互配合的地方，这两个键的标记分别是和，另外对应的轴端上的键槽尺寸为、和、，此外，这根水平轴有一轴段的设计带有螺纹，查阅文献4，40-44，选择螺纹的尺寸规格为：大径，螺距，中径，小径。水平轴的结构如图4.4所示。图4.4 水平轴(4)键连接的强度校核a)水平轴轴端与离合器配合处的键连接这一处之所以需要进行检核，这主要是因为键的尺寸和轴径均较小而且受载大。键工作面的强度为满足强度要求。b)水平轴中间与蜗轮轮芯配合处的连接键工作面的强度为满足强度要求。(5)计算支承反力、弯矩与扭矩a)计算蜗轮受力蜗轮轴向力:蜗轮圆周力:蜗轮径向力:水平轴的受力图见图4.6(b)。(a)轴结构图；(b)轴受力图；(c)水平面受力图；(d)水平面弯矩；(e)垂直面弯矩；(f)垂直面弯矩图；(g)合成弯矩图；(h)转矩图；(i)当量弯矩图图4.6 水平轴的载荷分析图b)计算支承反力水平面反力:垂直面反力水平面受力图见图4.6；垂直面受力图见图4.6。图4.5 水平轴的载荷分析图(6)画弯矩图水平面弯矩图见图4.6图；垂直面弯矩图见图4.6图；合成弯矩图见图4.6，合成弯矩。(7)画转矩图轴受到转矩转矩图见图。(8)许用应力船用分油机在加速过程中转矩近似不变，所以。(9)画当量弯矩图当量转矩：，见图4.6；当量弯矩在截面处(10)判断危险截面初步分析、两个截面有较大的应力和应力集中，下面以截面为例进行安全系数校核。对称循环疲劳极限 轴的材料选用钢调质，则疲劳极限为脉动循环疲劳极限：等效系数：(11)截面上的应力弯矩(截面)： 弯曲的应力幅：弯曲的平均应力：扭转的切应力：扭转的切应力幅和平均切应力：(12)应力集中系数查询文献15，317-319可得(插入法)，。(13)安全系数弯曲安全系数扭转安全系数复合安全系数根据校核，截面足够安全，同理可证截面也足够安全。4.3.3 水平轴上对应轴承的(选择与)校核根据机械设计水平轴的设计内容可知：两个深沟球轴承分别是与水平轴相配合的两个轴承，其代号分别是6010()和6008()，现在分别要对这两个轴承进行校核。校核过程如下：(以6010为例)查询文献4，1055-1061可得轴承6010的规格参数：，。而前面已求得轴承所受的轴向力，径向力，所以查文献4，1054可得：，所以查文献4，1012-1015可得：，所以根据轴承的静定在和：，所以，取，所以故轴承6010满足要求，同理可证得轴承6008也满足要求。4.3.4 立轴的设计(1)轴的材料根据前面蜗轮蜗杆的设计内容，所选定的蜗杆的材料为，这样也将定为立轴的材料，所以，。(2)初步确定轴端直径轴的最小直径计算公式(4-8)式中 由许用扭转剪应力确定的系数，见文献15，205相关内容；轴传递的功率，；轴的转速，。计算过程：由文献15，205知：，又，所以最小直径将初定为立轴两末端的直径，其中设计成螺纹就是与分离筒配合的那一末端的轴段，这个就是与立轴螺帽相配合的，而立轴的另外一端的最末端那一段我将会预计设计成与推力轴承相配合的一段。(3)轴的结构设计立轴的结构设计，其分离筒相配合的是立轴的中上端，那么中上段的相应的尺寸应该与分离筒配合处的尺寸是一样的，而且设计的立轴中段是与角接触球轴承配合的，所以为这一轴段的直径；与角接触球轴承和推力球轴承配合的是在立轴的下端，这里需要有两处轴段要相配合的，因此和就是其于此相对应的直径相应，当然设计的蜗杆的直径就是固定的。我前面已经说过立轴最上端与立轴螺帽配合轴段就是为螺纹，设定的其规格是：大径，螺距，中径，小径。立轴的结构如图4.6所示。图4.6 立轴三维结构图(4)计算支承反力、弯矩与扭矩a)计算蜗轮受力蜗轮的轴向力：蜗轮的圆周力：蜗轮的径向力：立轴的受力图见图4.7(b)。b)计算支承反力水平面的反力：垂直面的反力：(a)轴结构图；(b)轴受力图；(c水平面受力图；(d)水平面弯矩；(e)垂直面弯矩；(f)垂直面弯矩图；(g)合成弯矩图；(h)转矩图；(i)当量弯矩图图4.7 立轴的载荷分析图水平面受力图见图4.7(c)；垂直面受力图见图4.7(e)。(5)画弯矩图水平面弯矩图见图4.7(d)图；垂直面弯矩图见图4.7(f)图；合成弯矩图见图4.7(g)，合成弯矩。(6)画转矩图轴受到转矩转矩图见图4.7(h)。(7)许用应力在启动过程中分离筒可以近似的称恒转矩运转，所以。(8)画当量弯矩图当量转矩：，见图4.7(h)；当量弯矩在截面处(9)判断危险截面经过初步的分析、两个截面应该有较大的应力和应力集中现象，下面以截面为例进行安全系数校核。对称循环疲劳极限：轴的材料选用调质，则疲劳极限为脉动循环疲劳极限：等效系数：(10)截面上的应力弯矩(截面)：弯曲的应力幅：弯曲的平均应力：扭转的切应力：扭转的切应力幅和平均切应力：(11)应力集中系数因为在此截面处是有轴直径变化的，所以经过机械设计所学到的内容来说设定的渡圆角半径为，由，和，又通过文献15，318-319可以查得=出(插入法)，。(12)安全系数弯曲的安全系数：扭转的安全系数：复合的安全系数：通过校核结果，截面足够安全，同理可证截面也足够安全。4.3.5 水平轴上对应轴承的(选择与)校核根据立轴的设计内容可知：分别与立轴相配合的两个轴承都是角接触球轴承，代号分别为()和()，现在分别对其进行校核。校核过程如下：如图4.8为立轴上两角接触球轴承的安装形式和受力分析图，查询文献4，1096-1100可知轴承的规格参数：，。 而前面已求得轴承所受的轴向力，所以图4.8 轴承安装形式和受力分析查询文献4，1095得：，又轴承和所受的径向力分别为和，所以两个轴承的内部轴向力分别为，；所以因此，轴承是“压紧”的状态，轴承“放松”的状态。所以但是对于轴承：那么，查询文献4，1095，通过常用算法可以得出：，将此值带入到公式中去可以得出：又通过查阅文献4，1012-1015可以得出：，所以开始对轴承的静定载荷进行校核：通过查阅文献4，1017可得：，所以当然轴承需要满足要求，也可以得出得轴承也会满足要求的。4.3.6 立轴与分离筒连接方式的选定将过盈连接选择为分离筒和立轴的连接方式，那么就会采用油压法进行压入（机械压入法）。下面就是计算的过程：一、传递载荷所需的最小过盈量 (1)传递载荷所需要的最小结合压强：(2)直径比包容件：被包容件：(3)传递转矩所需要的最小的直径变化量：a)包容件：查文献4，304-305得：，所以b)被包容件：查文献4，304-305得：，所以(4)传递载荷所需要的最小有效过盈量：(5)考虑压平量的所需要最小过盈量：二、不产生塑形变形所要求的最大的过盈量(6)不产生塑形变形所要求的最大的结合压强a)包容件：查阅文献5，304得：，所以b)被包容件：查阅文献5，304得：，所以被连接件：取和中较大值，则。(7)被连接件不产生塑形变形所要求的传递力(8)不产生塑形变形所要求的最大直径变化量a)包容件：b)被包容件：(9)被连接件不产生塑形变形所要求的最大有效过盈量三、配合的选择(10)实现连接要求的最小和最大过盈量(11)内、外圆锥直径公差和配合的选择结果选取内锥，外锥。(12)用来配合实际最小和最大过盈量的选择的结果通过配合，已经知道上的偏差分别为、，所以因为要考虑到安全系数，所以就会接近于。四、油压装拆的参数(13)轴向位移的极限值(14)实际情况下的最大的结合压强(15)拆装所需要的油压(16)所需要的压入力(17)所需要的压出力 因为求出的为负值，所以我们需要采用一些安全的措施，用来防止弹出。五、校核计算过程(18)实际的最小结合的压强(19)传递所需要的最小载荷计算传递的转矩：取，所以计算传递力：(20)实际拆装时的最大应力a.包容件：，故安全；b.被包容件：，故安全。六、被连接件直径变化量包容件所需要的外径的增大量为：被包容件所需要的内径减小量为：4.4 本章小结传动装置的设计是第四章的主要设计内容，通过几种传动方式的选择，最终还是确定了蜗轮蜗杆这种传动方式的。又通过设对这种传动方式的计算与校核，最终设计了这种传动方式，在设计的过程中，又不断的比较与选择标准间与一些必要的零件，又计算校核了这些零件，又将回转装置设计成了立轴，但是立轴与分离桶之间的连接方式是螺纹连接，连接的方案也是过盈配合，并且也对立轴与水平轴进行了计算与校核，也对其的描述有了一个详细的设计内容，当然我觉得这章对于我的整个设计过程也是十分有重要的意义的，当然也有一些对于设计不太重要的结构与零件，但是也可以参考相关的零件图的内容的。第5章 机体及附属零件的设计5.1 引言我们把前面几章的内容（分离筒，传动装置），这是船用分油机设计的两个脏器，然而这一章的机体及附属零件的设计就是整个船用分油机的皮肤与骨架，当然，这一章的设计也是比较重要的，因为这一章会直接影响分油机的整体能力与分油机的性能影响的，所以这一章的设计也是十分重要的。5.2 机体和附属零件的设计5.2.1 分离筒高度调节装置的结构设计根据船用分油机的结构内容的了解，之所以立轴能够被支撑下来，主要就是通过推力轴承和相关的结果来支撑的，当船舶净化器开始工作的时候，做非常快速运动的高速旋转的分离筒19，其高度的合理性也是对于分离筒工作的重要性有一个直接的影响，也会影响立轴轴承的工作性能的影响，分离筒的旋转的性能的高低也会是由轴承的性能的好坏所影响的而，所以说，对于分离桶的高度的高低的性能，也要仔细的设计与调节的，也就是说要设计一个机构，用来调节分离筒的高度的。1角接触球轴承；2推力球轴承；3弹簧；4调距螺纹杆；5立轴；6机体；7轴承座；8弹簧座；9移动块；图5.1 分离筒高度调节装置结构图分离筒高度调节装置就像如图5.1所画的结构，通过这种调节装置来达到调节分离桶的高度的装置，其调节原理如下：先调节螺纹杆，使其旋转，这样就可以让其向左边移动，这种状况下就可以推动相邻的移动块，这样就可以使其向左移动，又可以推动相邻的弹簧座，将其向上面移动，当然，这样会使弹簧的压缩量增加，等到有一定的弹力之后，就会推动轴承座，使其向上移动，这样也会带动立轴进行向上的移动的动作，当然这样的情况下，分离桶也会向上面移动的，如果通过反向的调节4，分离桶就会向下进行移动，因此，为了使分离筒进行上下的运动，就要是通过调节4来进行的。当然，也会进行4的相关的设计的：选择要确定的4（调距螺纹杆）是梯形的螺纹，其可以设置成单线的螺纹设计，4的中径公差为，根据机械设计手册：将公设置为4的公称直径，将置为螺纹杆的螺距，将中设置为大径，那么中径就是，小径就是，。5.2.2 船用分油机机体的设计因为本次的转动装置选择的是蜗轮蜗杆的传动装置，这是一个空间的传动装置，所以说同一个竖直平面内就不会存在立轴和水平轴同时存在的情况，所以机体的结构设计会占的空间比较大也会比较复杂，设计机体时还要考虑润滑的方式，因为是船用分油机，所以盛油的多少也是要考虑到重要的问题，所以，此次的分油机的机体的装置，设计的结构就是图5.2的结果，。当然分离桶就是机体的中段和上段，这种结构的设计前面也提到了其的结构设计，这种就是相对来说比较简单，可以参照我的相关的零件图纸。(a) (b)图5.2 机体的下段5.3 本章小结分油机的机体与其结构设计也是极为重要的，本章主要讲述的就是其的主要的设计内容和主要的设计的原理，而且也通过相应的建模与查阅资料，给出了主要的设计过程与设计的原理。当然对于机体的下端也进行了一定的设计过程，这种主要就是通过绘图逐步完成的，本章的内容对于对分油机来说也是极其重要的，对于分油机的设计也是有一定的意义的。第6章 立轴的静力学分析第6章 立轴的静力学分析立轴是传动装置的回转件，对于整个分油机的设计有着极其重要的作用，传动装置给立轴施加了一个转矩的作用，这一部分就是蜗杆轴与蜗轮进行齿合的部分，另一个部分就是立轴通过螺纹连接与分离筒相互连接，这一部分对立轴施加了一个重力与扭转力的作用，当然，通过上一章的分析与阐述，我们知道其下一部分要连接一个分离筒的高度调节装置，所以立轴的安全的校核对整个设计过程也是十分重要的。所以这一章主要是对立轴进行ANSYS的静力学的分析，用来保证立轴能够安全有效的工作。6.1 ANSYS软件简介ANSYS软件是融结构、声场分析、流体、磁场、电场于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交