关 键 词：

5张CAD高清图纸及说明书 气体 涡轮流量计 设计 制造 CAD 图纸 说明书

资源描述：

【温馨提示】====【1】设计包含CAD图纸 和 DOC文档，均可以在线预览，所见即所得，，dwg后缀的文件为CAD图，超高清，可编辑，无任何水印，，充值下载得到【资源目录】里展示的所有文件======【2】若题目上备注三维，则表示文件里包含三维源文件，由于三维组成零件数量较多，为保证预览的简洁性，店家将三维文件夹进行了打包。三维预览图，均为店主电脑打开软件进行截图的，保证能够打开，下载后解压即可。======【3】特价促销，，拼团购买，，均有不同程度的打折优惠，，详情可咨询QQ：1304139763 或者 414951605======

内容简介：

目 录1绪 论11.1 引言11.2 涡轮流量计的特点11.3气体涡轮流量计的应用场合31.4 发展前景62涡轮流量计的工作及结构原理72.1 TWLQ型气体涡轮流量计的工作原理72.2气体涡轮流量计的结构原理82.2.1 涡轮流量计的结构原理82.2.2 涡轮流量传感器的结构93气体涡轮流量计叶轮的改进213.1叶轮的叶型对加工的影响213.2叶轮叶型结构参数的确定224 导流器与传感器的改进264.1导流器的改进264.2传感器的改进294.2.1 传感器的分类294.2.2流体密度对传感器的影响305 TWLQ气体涡轮流量计中轴与轴承的改进345.1 涡轮轴的改进345.2 TWLQ气体涡轮流量计中轴承的结构改进356气体涡轮流量计的安装使用和维护386.1流量计的安装386.1.1传感器的安装386.1.2连接管道的安装396.2选用406.2.1传感器的选用406.2.2流量指示积算仪416.3使用注意事项416.4维护和故障处理42结 论44参考文献45附录1：中英文翻译46致 谢65II山东工程学院2007届本科生毕业设计(论文)1绪 论1.1 引言数千年前，人们为适应农业灌溉和水利的需要，就已开始关注着流量测量问题，古埃及出现了堰的雏形，而我国都江堰在那时也已经知道利用宝瓶口岩壁上所刻的“水则”，来观察水位，以进行控制1。到19世纪中叶，从节流式流量计开始，逐渐建立了近代流量计的理论基础。现代各类流量仪表也相继出现，如商用的水表，煤气表和文丘里管差压式流量计等。20世纪20-30年代，又出现了孔板和喷嘴差压式流量计，浮子流量计，融及时流量计以及宗法和稀释法等流量测量方法。20世纪50年代以后，随着电子技术,材料和加工技术的飞跃发展，以流程工业为先导的各工业部门和公用事业大量使用流量仪表，促使各种使用新颖的流量仪表相继问世和发展，如涡轮式，电磁式，超生式和涡街式流量计等。当代应用的流量仪表的主要品种，很多是这一阶段开发的。20世纪70年代后期又出现了科里奥利质量流量计。1.2 涡轮流量计的特点流量计是一种速度式流量仪表。它是以动量守恒原理为基础的，流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量而变化，最后从涡轮的转数求出流量值。在二次仪表进行计数和显示，可反映出瞬时流量和累积流量（或称总量），也可以转换成标准信号进行远传。通常将涡轮流量计的感知流体留宿的涡轮及组合（包括前后导流架，轴承，客体即前置放大器）统称为涡轮流量传感器，而将涡轮转速检出后的信号处理，转换部分称为二次仪表或显示仪表。涡轮流量计之所以能够广泛地应用于石油工业领域。是因为涡轮流量计比其他形式的流量计，如容积式流量计有更突出的优点，如涡轮流量计具有流量范围宽、结构紧凑、简单、使用寿命长等优点，更重要的是，涡轮流量计能够经受严重的脉动而引起的超出流量上限的流量，以及流量计不会因为液体中所夹带的固体物从而导致管路系统的阻塞，一般小颗粒物质经过流量计时也不会引起损坏。但是，容积式流量计就不能容忍液体中夹带固体颗粒，这不仅会使流量计发生故障，更严重的是，一旦流量计卡死不转，将导致液体的阻塞而引起系统过压的现象，因此我们相信，涡轮流量计将会在石油工业领域，以及其他领域得到越来越广泛的应用，到如今占据全球领先位置。我国开展内近代流量测量技术方面的工作比较晚，20世纪60年代才开始有了国产流量计，发展到现在已经形成了一个相当规模从事流量测量技术和仪表研究开发和生产的产业，以逐步跻身世界领先水平。对于气体涡轮流量计的测量精度一般为0.25%R1.5%R,对于液体涡轮流量计，它的测量精度一般为0.25%R0.5%R,高精度型可达到0.15%R,特殊专用型为0.5% R1% R。涡轮流量计的短期冲度型可达0.5%0.2%。由于具有良好的重复性，因此其在贸易结算中被优先选用。 涡轮流量计的输出信号为脉冲频率，因此适用于总量及瞬时流量的计量与控制，且易于远传。信号的抗干扰能力也较强。但是涡轮流量计难以长期保持校准，需要定期校验。流体的密度，黏度等物理性质对仪表特性有较大影响，来流的速度分布和旋转来流对流量计的特性也有较大影响。智能化气体涡轮流量计是集流量,温度,压力检测功能于一体,并能进行温度,压力,压缩因子自动补偿的新一代流量计广泛应用于企业生产和家庭生活中。 最贴近人民生活的家用燃气表和家用水表大多是采用涡轮结构的流量计，涡轮流量计是石油,化工,电力,冶金,工业锅炉等工业,行业的燃气计量和城市天然气,燃气调压站及燃气贸易计量的理想仪表。涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。 气体涡轮流量计的优点2:（1）高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计; （2）重复性好; 1.气体涡轮流量计的应用场合3涡轮流量计在以下一些测量对象上获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.86.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。涡轮流量计是一种速度式仪表，它具有压力损失小，准确度高，起步流量低，抗震与抗脉动流性能好，范围度宽等容易维修的特点。气体涡轮流量计因其结构简单、线性好、精度高等特点而得以广泛应用。实际涡轮流量计在使用过程中受其结构参数及被测流体特性的影响，输入输出关系即特性曲线并非是理想直线，如图1-1所示（横坐标Q是体积流量；纵坐标K是流量系数）。图1-1涡轮流量计的流量特性图小流量区普遍存在着“驼峰”状非线性区，使涡轮流量计在小流量区测量误差较大。研究表明：涡轮流量计特性的影响因素很多，主要有被测流体介质粘性，涡轮流量计结构参数及来流速度分布等。对于来流速度分布的影响，实际应用中可控制流量计在安装管道中的位置（前后保持一定距离的直管道等措施），使来流速度分布相对均匀，因而本文引用理论计算与实际测量结果吻合较好的理论模型着重就流体介质粘性与流量计结构参数的综合影响进行探讨。天津第五机床厂生产的TWLQ型气体涡轮流量计，口径50150mm,始动流量 3.0m/h,流量范围10150m/h,介质温度-30+60，工况压力小于1.6 Mpa ，准确度为1.5级，外形如下图1-2所示。图1-2 天津第五机床厂生产的TWLQ型气体涡轮流量计 无锡求信集团公司生产的LWGQ气体型涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。如下图1-3所示。其广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的一般气体、天然气、煤气等气体计量、控制系统。一体化涡轮流量计结构为防爆设计，可以显示流量总量，瞬时流量和流量满度百分比。电池采用长效锂电池， 单功能积算表电池使用寿命可达5年以上，多功能显示表电池使用寿命也可达到24个月以上。一体化表头可以显示的流量单位众多，有立方米，加仑，升，标准立方米，标准升等，可以设定固定压力、温度参数对气体进行补偿，对压力和温度参数变化不大的场合，可使用该仪表进行固定补偿积算。 图13 无锡求新公司生产的LWGQ气体涡轮传感器浙江苍南仪表有限公司LWQ型气体涡轮流量计其特点及结构参数如下：特点： (1)测量范围宽，下限流速低于0.5m/s，压力损失小，叶轮抗冲击能力强。 (2)具有较高的抗电磁干扰和抗振动能力，采用全密封隔离保护自润滑轴承， 性能可靠工作寿命长。 (3)采用先进的超低功耗单片微机技术，整机功能强，功耗低，性能优越。具有非线性精度补偿功能的智能流量显示器。(4)仪表系数可由按键在线设置，并可显示在LCD屏上，LCD屏直观清晰，可靠性高。 (5)采用EEPROM对累积流量、仪表系数进行掉电保护，保护时间大于10年。 (6)可在被测气体稳定的压力状态下进行压力补偿。各类参数如下：流量计规格，基本参数和性能指标（见表一）准确度：1.0级、1.5级；使用条件：1环境温度-2050;2相对温度：5%95%;3被测介质温度：-2080; 4大气压力：86Kpa106Kpa; 5防爆等级：ibBT4.表-1LWQ-A系列气体涡轮流量传感器LWQ-B系列气体涡轮流量计1.4 发展前景5气体涡轮流量计是一种速度式仪表，它具有精度高，重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压，测量范围宽，体积小，重量轻，压力损失小，流通能力大（同样口径可通过的流量大），维修方便等优点，且可适应高温，高压和低温流体的测量需要，用于封闭管道中测量低粘度气体的体积流量和总量。在城市天然气计量，输配气管网天然气计量，石油、化工、电力工业和民用等锅炉燃气计量，燃气调压站计量中得到了广泛的应用。2涡轮流量计的工作及结构原理2.1 TWLQ型气体涡轮流量计的工作原理3气体涡轮流量计是将涡轮置于被测流体中，当气体进入流量计时，在特殊结构整流器的作用下得到整流并加速，在一定流量范围内涡轮的角速度和流量成正比。利用电磁感应原理感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，该信号经前置放大器放大，整形后将得到实际流量，并显示在LCD屏上；如果同温度压力传感器检测到的信号一起输入智能流量积算仪进行运算处理，将得到标准状况下的流量，并显示于LCD屏上。如下图2-1所示2.2气体涡轮流量计的结构原理叶轮式流量计是一种速度式流量计，主要有涡轮流量计、分流旋翼流量计、水表和叶轮风速计等。涡轮流量计时叶轮式流量计的主要品种，在国际上已有近半个世纪的工业应用历史，我国从60年代开始生产，已形成全系列化仪表。它利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。涡轮流量计有涡轮流量传感器和流量显示仪表组成，可实现瞬时流量和累积流量的计量。传感器输出与流量成正比的脉冲频率信号，该信号通过传输线路远离传送仪表，便于累计和显示。此外传感器输出的脉冲频率信号可以单独与计算机配套使用，有计算机代替流量显示仪表实现密度或温度、压力补偿，显示质量流量或气体体积流量。本类仪表适用于流体总量的测量。如今，涡轮流量计已在石油、化工、科研、国防和计量等各部门中获得广泛应用。2.2.1 涡轮流量计的结构原理4 气体涡轮流量传感器的结构如下图22所示。它主要由仪表壳体1，前后导向架组件2和4，叶轮组件3和信号检测放大器6组成。当被测流体通过涡轮流量传感器时，流体通过导流器冲击涡轮叶片，由于涡轮的叶片与流体流向间有一倾角，流体的冲击力对涡轮产生转动力矩，使涡轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而转动。实践表明，在一定的流量范围内，对于一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与通过涡轮的流量成正比。所以，可以通过测量涡轮的旋转角速度来测量流量。 涡轮的旋转角速度一般都是通过安装在传感器壳体外面的信号检测放大器用磁电感应的原理来测量转换的。当涡轮转动时，涡轮上由YL401制成的螺旋形叶片依次接近和离开处于管壁外的磁电感应线圈，周期性地改变感应线圈磁回路的磁阻，是通过线圈的磁通量发生周期性的变化而产生与流量成正比的脉冲电信号。此脉冲信号经信号检测放大器放大整形后送至显示仪表（或计算机）显示流体流量或总量。在某一流量范围和一定粘度范围内，涡轮流量及输出的信号脉冲频率f与通过涡轮流量计的体积流量成正比。即: (2-1) （2-2a）V= （2-2b）2.2.2 涡轮流量传感器的结构 (1) 涡轮流量传感器的结构组成如前所述，涡轮流量传感器的结构主要由仪表壳体，导流器，叶轮（涡轮），轴承和信号检测放大器等组成。如下图2-2所示：(2) 流量计中各零部件的作用1） 仪表壳体 仪表壳体一般采用不导磁不锈钢或硬质合金制成，对于大口径传感器亦可用碳钢与不锈钢组合的镶嵌结构。壳体是传感器的主体部件，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用，壳体内装有导流器，叶轮，轴，轴承，壳体外壁安装有信号检测放大器。2） 导流器 导流器通常也选用不导磁不锈钢或硬铝材料制作，安装在传感器进出口处，对流体起导向整流以及支撑叶轮的作用，避免流体扰动对叶轮的影响。3） 涡轮 亦称叶轮，一般由高导磁性材料制成（如2Crl3或Cr17Ni2等），是传感器的检测部件。它的作用是把流体动能转换成机械能。叶轮由直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种，亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加有一定数量叶片涡轮旋转的频率。4） 轴与轴承 通常选用不锈钢（如2Cr13，4Cr13，Cr17Ni2或1Cr18Ni9Ti等）或硬质合金制作，他们组成一对运动副，支承和保证叶轮自由旋转。它需有足够的刚度，强度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它决定着传感器的可靠性和使用寿命。传感器失效通常由轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是重要问题。5 ) 信号检测放大器 国内常用信号检测放大器一般采用变磁阻式，它由永久磁钢，导磁棒，线圈等组成。它的作用是把涡轮的机械转动信号转换成电脉冲信号输出。由于永久磁钢对高导磁材料制成的叶片有吸引力而产生磁阻力矩，对于小口径传感器在小流量时，磁阻力矩在诸阻力矩中成为主要项，为此将永久磁钢分为大小两种规格，小口径配小规格以降低磁阻力矩。一般，线圈感应得到的信号较小，许配上千只放大器放大，整形输出幅值较大的电脉冲信号，当线圈输出信号有效值在10mV以上的也可直接配用流量计算机。图2-2 TWLQ系列气体涡轮流量计结构图下图a）采用稳流二极管作负载，采用复合管射极输出形式；图b）采用负反馈电路以提高仪表的稳定性，它们都具有温度稳定性好，放大系数高，负载能力强等特点。a)b)图2-3为常用的两种前置放大器电器原理图3气体涡轮流量计叶轮的改进3.1叶轮的叶型对加工的影响8叶轮由叶片和轮毂组成，叶片由轮毂、前缘与后缘过渡区域组成。下图（3-3a）为叶轮中的叶片，为了减小叶轮在气流装置中因叶轮重量而产生的阻力，叶轮轮毂中间部位分设计为凹形，即符合叶轮的构造又能使叶轮有较高的旋转灵敏度。叶轮是各类流量计的核心部件，被广泛应用于机械工业领域，其加工质量对产品的性能有决定性影响。由于叶轮叶片的形状是由机械中最难加工的复杂曲面所构成的，因此，叶轮的加工长期以来一直是困扰广大科技人员的技术难题，倍受各国工业界的关注。各工业发达国家先后研制出了多种加工方法，如：铸造成型后修光法、石蜡精密铸造法、电火花加工法、三坐标仿形铣削法等。但这些早期的加工方法，不仅加工效率较低，而且精度也难以保证。直到多轴数控加工技术被应用到叶轮的加工中，才得到了跨越性发展。 数控加工叶身型面，在国内来说，这是近几年的事。自八十年代以来，数控技术逐步进入国内机械制造领域，从简易数控机床到多轴联动的数控机床的诞生，丰富了机械零件加工方法的选择范围。但国内数控机床发展的起步阶段，优先对象是通用性较大的各类铣床和车床，国内针对叶片叶身型面加工的数控机床还没有研制，为要高质量、高效率和高柔性的用于叶身型面加工，只得从境外引进少量的四轴联动的加工中心。 对叶轮型面加工提出总的加工方案,如叶片数控技术用于空间曲面的加工，与其它加工方法相比有着极大的优越性，并特别适用于当今世界制造业的发展方向多品种小批量生产。我们在原有的叶轮基础上进行叶轮的设计与更新，数控加工方面均采用了粗加工和精加工，生产实践显示出了众多的优越性，如简化生产准备工作，缩短试制周期，加快品种变换，提高型面加工质量，减少生产面积等。3.2叶轮叶型结构参数的确定9叶轮由支架中轴承支撑，与壳体同轴，其叶片数视口径大小而定。叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质，流量范围，使用要求等设计。叶轮的动态平衡也很重要，直接影响仪表的性能和使用寿命。叶轮结构参数设计包括叶片倾角，叶片的顶端与外壳内壁的间隙，叶片根茎和顶径的流通截面，叶片重叠度p以及叶片数量N等设计。这些参数直接影响流量计的特性，选择的合理就可以提高仪表的测量范围和准确度，并延长使用年限。根据大量实验及理论分析，比较合理的结构参数为：叶片倾角（对气体）,（对液体）叶片重叠度（P表示轴线长度上两相邻叶片相互重叠的程度）。叶片顶隙:当mm时，；当mm时，。叶片数N：可以按照对输出信号的频率要求以及加工制造的可能性来考虑。根据流量计口径大小不同而异，液体小口径（mm）为片。大口径（mm）一般为10片以上，气体小口径（mm）为片。 而对本文研究的侧重点来看是50系列的气体涡轮流量计，选用螺旋形型叶片的叶轮且选用材料为铝合金（YL401）。在第二章中，本文已经涉及到过如何进行叶轮的各方面的参数选择，叶轮按照设计要求为叶片数z =1220，叶片倾角 =3045,重叠度为11.2，叶片与内机壳间隙为0.5mm。为提高流量计的灵敏度，可适当增加叶片数。图3-1 气体涡轮流量计中的叶轮进出口速度三角形图因为在本章中，选择叶轮的结构角为=45，所以在叶轮进出口速度三角形中，由第二章的特性分析就可以得出以下结论：因为=45，1=90-45=45 ，2=90-45=45 ，1=2=90 ,所以Ur1=Ur2.由式（2-12）可得流体推动力：= （3-1）由此可得推动力力矩 （3-2）本文在允许范围内分别选择13、14和20个叶片数的叶轮进行了测量，结果如图3-1 所示。可看到，三条曲线几乎重合。说明在流量允许范围的内，叶轮叶片数的增减对压力损失的影响可以忽略。但采用13 叶片数的叶轮时，测得流量计起始流量为6.5m/h,而采用14个叶片数的叶轮，其起始流量为6.3 m/h,20 叶片数的叶轮，其起始流量为5.5m/h，由此可看出：适当增加叶片数，可以较明显地提高流量计的灵敏度。但是值得注意的是，过大的增加叶片数会使重叠度增大，过大的重叠度将使流量计性能恶化。所以综合考虑流量计的在使用过程中的性能后，选择该系列流量计的叶轮叶片数为N=14。流量（m/h） 图3-2 不同叶片数的压力损失曲线 （a）铝合金叶片 图3-2 气体涡轮流量计中的叶轮图3-2(c) 50系列TWLQ型气体涡轮流量计的叶轮结构而对于该产品来说，因为该系列气体涡轮流量计的通流直径为50mm，属于小管径的气体涡轮流量计，在其原设计当中，叶片数选择是13个叶片，选择的不是很合理，经过多方面的考虑，当选择该系列气体涡轮流量计的结构参数如下时最为合理：叶片数为N=14，这在上面已经论述过，这里不再赘述，选择叶轮倾角=45，是因为在上面第二章流量计的特性分析中关于涡轮进出口速度三角形可以看出，当叶轮倾角选择为45时，当流体离开涡轮叶片时，流体相对速度与圆周运动方向的夹角就等于叶片结构角。流体对于进出口涡轮叶片的相对速度为1 和2，则2与圆周运动方向的夹角2 与叶片结构角之间有以下关系：，。所以流量计的来流速度就等于出口速度即。叶片厚度为1mm.形状如上图3-2(a),(b)所示。叶轮的基本参数： 叶片材料为铝合金，叶片数为14片，叶顶圆直径的为50mm，分度圆上的螺旋升角为2=45o，即叶轮倾角=45，叶片旋向为右旋。从叶片的结构来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁件。由于其为涡轮气体流量计装置的重要部件，工作条件较为恶劣，对零件本身的精度和质量提出的很高的要求。型面的加工质量直接影响其工作性能，从而影响整个机构。4 导流器与传感器的改进4.1导流器的改进流体从机壳进口流入，首先经过整流栅进行稳流，再进入前导流器，前导流器对流体有收敛作用，防止流体发生分离产生大的涡旋运动，前导流叶片对流体起导向作用，避免流体自旋而改变对叶轮叶片的作用角度，保证测量的准确度。流体经过叶轮后将以螺线型方式向前流动，加入带叶片的后导流器对其进行导流，使流体沿管壁直线流动，减少各种阻力引起的能量损失。结构简图如下图4-1（a）所示：流体通过流量计的压力损失与介质的密度、流速等有关，其计算公式为12： (4-1)式中P压力损失， Pa压损系数介质密度，/m流速，m/s由于和为流体流动参数，不能随意增减，因此只能尽量减小压损系数，以达到降低压损的目的。压损系数除了受流体粘性、管径及管长等因素影响外，还与流量计内部各零部件的几何结构有关。图4-1 涡轮流量计的结构示意简图前、后导流器如下图所示:下图4-2（a）、（b）分别为全封闭和半开式两种结构的后导流器示意图。导流叶片数均为8，内导流体几何形状为椭球形。两者不同之处在于全封闭式导流叶片由导流器进口延伸至出口，而半开式的导流叶片则由导流器中间起到出口处。 图4-1（b）前导轮示意图而改进后的后导流器的结构形式是在半开式的导流叶片基础上设计加工了另一种改进的后导流器：把半开式的导流叶片部分缩短一半，同时将叶片数减少为4，在原无叶段增加与有叶段数目相同位置均匀相错的叶片，但不加外筒。目的是尽量在不增加摩擦和阻塞损失情况下，加强对经过叶轮后旋转流体的整直作用。如下图4-2（c）所示。下图4-3为分别采用三种后导流器而其余部件不变条件下流量计的压力损失曲线。由图可知，在流量为0100m/h 范围内，三种结构的压力损失均很小，可以认为压力损失在小流量工况下对几何结构不敏感，即后导流器的几何形状变化还没有对压损产生影响。随着流量的增大，三条曲线明显拉开了距离，其中全封闭式压损增长最快，半开式次之，压损最小的是改进式，在额定最大流量600m/h处，改进式的压损仅为700Pa，约为半开式压损的1/2，为全封闭式压损的1/3。当流量进一步增大，这种差距还将随之增加。由此可见，选择合适的导流器可以大大降低流量计的压力损失。在流量计的工程应用中，有必要对前、后导流器几何参数进行优化，以达到最小压损目的。所以在本设计中，在原有产品的基础之上，将原结构中的后导流器改设计为上图4(c)中改进后的后导流器的结构形式，以有利于50mm口径的TWLQ型气体涡轮流量计更广泛的应用于目前的燃气市场中。 流量m3/h图4-3 后导流器对压力损失影响4.2传感器的改进134.2.1 传感器的分类（1）按传感器结构分类 1）轴向型（普通型） 叶轮轴中心与管道轴线重合，是涡轮传感器的主导产品，有全系列产品（DN10-DN600）。 2）切向型 叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约90度，适用于小口径微流量产品。 3）机械型 叶轮的转动直接或经磁耦合带动机械计数机构，只是积算总量，测量精度比电信号检测的传感器稍低，其传感器与显示装置组成一体式，受到用户欢迎。因为气体的密度远小于液体密度，流体推动力矩小，气体流量传感器与液体流量传感器在结构参数上有显著差别。要加大轮毂半径，缩小流道截面积，使气流流速加大且集中经过叶片边缘。因气流流速很高，要用较小冲角的叶片。一般为降低摩擦阻力矩，采用滚动轴承，并对轴承系统注入润滑剂。它能冲洗掉轴承表面的微粒，延长轴承寿命。多孔状的储油室能在换加润滑剂期间向轴承持续供油。4.2.2流体密度对传感器的影响TWLQ 型气体涡轮流量计属于速度式仪表，密度的变化将使作用于叶轮上的转动力矩也按比例地增减，从而影响显示的体积流量。在测量液体的场合，由于液体的密度变化小，且设计时又力求轴承摩擦力矩甚小，所以密度的影响一般可以忽略。但是在测量本产品市场应用气体的场合，由于气体的密度在常压下为液体密度的千分之一，欲保持气体具有和液体相同的转矩效应，则流速要增大30余倍。同样，叶轮的转速也是必然要激剧增大而直接影响传感器使用寿命。为此，气体用流量传感器的设计必须减小叶片倾角以降低叶轮转速。同时，尽可能减小轴承摩擦力矩。所以对该系列产品来说一般在叶轮设计时就已经考虑这一点，已经在设计时将叶轮的叶片倾角设计为45角，一旦被测流体的温度、压力或密度出现较大幅度变化时，则对传感器的流量系数应与修正。5 TWLQ气体涡轮流量计中轴与轴承的改进轴与轴承 它支撑叶轮旋转，需有足够的刚度、强度和硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。它决定着传感器的可靠性和使用期限4。传感器失效通常是由于轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是很重要的。在第二章特性分析中已经提到过一些有关轴与轴承的知识，它们组成一对运动副，支撑和保证叶轮自由旋转。它需要有足够的刚度，强度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它决定着传感器的可靠性和使用寿命。传感器的失效通常是由轴和轴承引起，因此它的结构与材料的选用以及维护是重要问题。再者，因为流体流通时作用于叶轮上的力使叶轮转动，同时也给叶轮一个轴向力，使轴承的摩擦转矩增大，而且为了使气体涡轮流量计的结构性能更加合理，流量计的机械摩擦阻力越小越好，从而使流量计的始动流量值也越小越好，所以应减少流量计的涡轮与轴承之间的摩擦力。5.1 涡轮轴的改进轴：如下图为气体涡轮流量计中的涡轮轴，直径为4mm, 长度为80mm,在原产品结构设计中，该涡轮轴为一根光轴，光轴因为其形状简单、应力集中少且易加工，所以一般应用于小直径系列流量计中的涡轮轴，又因为该传动轴属于小系列的流量计中的轴，要考虑其在工作过程中的受力情况和综合性能，因为轴的直径将直接影响到叶轮的转动惯量，所以对轴的结构外形在本章中将不作修改，沿用原设计中的结构，为了减小滚动轴承的轴与轴承间的摩擦转矩，与叶轮的重量及轴的直径成正比，因此在机械强度允许的情况下，应尽可能把轴做细，使叶轮的重量减轻。合理选择轴与轴承的材质及两者的配合间隙也是很重要的，只是在涡轮轴的制作过程中，本文将选择一种耐磨性更高的材料来替代原设计中的材料使涡轮轴在工作过程中尽可能的使轴与轴承间的摩擦阻力减小，使50系列的TWLQ气体涡轮流量计更加广泛的应用在目前的城市燃气市场中。查机械设计手册14，原设计中涡轮轴的选材为Q235-A，该材料的基本参数如下：,许用弯曲应力，。 经过比较选取了一种20Cr的材料，该材料的硬度HRC56-62，,，许用弯曲应力，由材料的各方面性能上就可看出重新选取的20Cr涡轮轴材料的各方面的综合性能均高于原设计中采用的材料，所以，本设计在原有结构的基础之上改变轴的材料，使涡轮轴在工作过程中更好的发挥作用。5-1(a)TWLQ型气体涡轮流量计中的涡轮轴 5-1(b)在实际应用中的TWLQ型气体涡轮流量计的轴5.2 TWLQ气体涡轮流量计中轴承的结构改进流量测量仪表种类繁多，测量方法也很多。迄今为止，可供工业用的流量测量仪表种类达60种之多。在如此众多流量测量仪表中，气体涡轮流量计以其高精度、重复性好、抗干扰能力好、测量范围宽、结构紧凑等优点而广泛用于工业生产中。但是由于其主轴承使用滑动轴承或滚动轴承的局限性，使得气体涡轮流量计存在不能长期保持校准特性以及流体物性对流量特性有较大影响等缺陷。我国中科院有一些学者曾尝试将气体轴承应用于流量计中，不过大多是选用可倾瓦动压气体轴承。由于可倾瓦动压气体轴承不但体积大，而且成本极高，很难用于民用工业中，所以仅仅停留在试验阶段。在设计时应考虑轴向推力的平衡，流体作用于叶轮上的力使叶轮转动，同时也给叶轮一个轴向力，使轴承的摩擦转矩增大。为了抵消这一轴向力，在结构上采取各种轴向推力平衡措施。另外，轴承磨损要小；这是提高测量准确度，延长仪表寿命的重要环节。滚动轴承虽然摩擦力矩很小，但对赃污流体及腐蚀性流体的适应性较差，寿命不长。在原设计中，因通过的流体为气体，因此脏污对轴承的影响不大。目前市场仍广泛应用滑动轴承（空心套形轴承）。滚动轴承的轴与轴承间的摩擦转矩与叶轮的重量及轴的直径成正比，因此在机械强度允许的情况下，应尽可能把轴做细，使叶轮的重量减轻。合理选择轴与轴承的材质及两者的配合间隙也是很重要的，目前常采用的材料是耐磨性较好的材料，因此常常在轴表面镀以硬铬并进行精磨。为了彻底解决轴承磨损问题，我国目前生产无轴承的涡轮流量变送器。轴 承 : 气体涡轮流量计主轴承大多采用油润滑的滑动轴承或滚动轴承，存在较大的局限性。涡轮流量计的轴承一般有碳化钨、聚四氟乙烯、碳石墨三类材质。天然气计量仪表轴承应选用碳化钨材料。以上是选型时要考虑的主要方面。由于涡轮流量计类型规格繁多，特别是不同的制造厂产品质量有差别，选型时应尽量搜集制造厂及产品的有关技术标准等资料，进行反复调查比较后再决定取舍。在本文的原产品结构中，查机械设计手册可知15:由以上两个条件可知：轴向来流速度 又根据第二章中的涡轮进出口速度三角形可知：叶轮圆周速度：图5-3 叶轮进出口速度三角形由上图5-3知：角速度 又因为转速 所以作用在叶轮上的力矩为：又根据作用力与反作用力相互作用的原理可知：作用在涡轮轴上的力偶矩就等于作用在叶轮上的力偶矩，所以可以根据这一条件求出作用在涡轮轴上的圆周力，即：根据涡轮与蜗杆受力图可知：轴向力 因为该轴承装在涡轮轴上，所以当叶轮转动带动涡轮轴转动时，涡轮轴给轴承一个轴向力Fa1，同理轴承也给涡轮轴一个轴向力Fa2,该轴向力在数值上等于Fa1 ,即：根据外力偶矩算出的轴向力Fa=6N，由于载荷小而且平稳，且大部分承受径向载荷所以选择深沟球轴承16，根据上面选择的轴承型号GB/T 628/4系列，该轴承的结构为493.5，即轴承内径d=4mm,外径变为D= 9mm,轴承宽度B=3.5mm，额定动载荷Cr=0.55KN,Cor=0.18KN,重量为W=0.0008Kg。其Cr=0.55KN0.238KN，所以重新选择的轴承性能满足使用要求，且在结构上小于原设计中的结构，满足流量计要求结构紧凑，使叶轮转动阻力小的要求，所以在此对原结构中的轴承进行了改进，使该系列气体涡轮流量计的性能在使用过程中得到更好的发挥。 6气体涡轮流量计的安装使用和维护6.1流量计的安装6.1.1传感器的安装17181 传感器一般应该水平安装，流体流向必须和箭头指向一致。并符合说明书的安装环境要求，如下图6-1（a）（b）所示。2 和传感器相连接的前后管道的内径应与传感器口径一致。管道和传感器连接处，不准有凸出物深入管道内，以免改变通道界面和传感器进口流场分布，并要求管道中心和传感器中心一致。传感器上游直管段长度L与管道内径D的比值应满足式（6-1）的要求。 （6-1）式（6-1）中，f是管道内壁摩擦系数，流动处于湍流状态时一般可取0.0175；R是旋涡速度比，取决于传感器上游局部阻流件的类型。K值与上游直管段长度如表6-1所示。表61 漩涡速度比局部阻流件名称R上游直管段长度同心渐缩管0.7515D一个直角弯头120D同平面内两个直角弯头1.2525D空间两个直角弯头240D全开闸阀，截止阀120D半开闸阀，截止阀2.550D若上游局部阻流件状况不明确，一般推荐上游直管长度应不小于20D，下游直管段长度不小于50D。当上游直管段长度不能满足要求时。应在传感器与阻流件之间安装流动调整器。传感器安装在室外时，应有避免阳光直射和防雨林措施。6.1.2连接管道的安装1 在需要运行不能停流的场合，应安装旁路管道和可靠的截止阀，测量时应保证管道无泄漏。在其他场合，一般希望设置旁路管道，既利于启动时起保护作用，又利于不影响流体正常输送情况下的维修。2 传感器前一般应安装过滤器，以消除杂质；在测量单向流的场合，应在传感器的下游处设一单向阀，以防止因流体的放流现象影响传感器特性。凡测量易气化的液体时，应安装消气器，以消除管道内气体。为了防止发生气穴，提高测量精度和使用寿命，传感器进口端压力应高于式（6-2）计算得最低压力p： （6-2）式中p是传感器最大流量时的压力损失；是被测液体最高使用温度时的蒸汽压。3 流量调节阀应置于传感器下游处，以减少来自上游的流场干扰，以利流量的稳定调节。压力表可设置在传感器的进口或出口处，温度计应该设置在传感器的下游5D处。6.2选用6.2.1传感器的选用1 适宜测量的流体 传感器最适用于测量洁净的低粘度单相流体，如水，轻油，石油溶剂，酸，碱，液氧，液氮，液氢及空气，氧气等。若测量高粘度液体，由于粘度对传感器性能的影响，将降低测量精确度。若测量混有固体颗粒的液体，因易损坏轴承，涡轮流量计不适合使用。对测量强腐蚀性的液体，将造成叶轮等主要零部件的选材困难，其耐腐蚀性的液体，将造成叶轮等主要零部件的选材困难，其耐腐蚀性有一定的局限性，要慎重选择。对气体测量是可以的，但因气体密度低，流速高，所以必须对结构参数设计作特殊考虑。一般不能用于气液混相流和蒸汽的测量。2 口径的选用 每种口径的传感器都有一定的流量测量范围度。一般传感器口径的选用是由流量范围来决定的。即使用时的最小流量不得低于该口径允许测量的最小流量，使用时的最大流量不得高于该口径允许测量的最大流量。从测量精确度和使用寿命两方面考虑，一般认为在断续使用的场合，按实际使用时的最大流量的1.3倍选择传感器口径。连续使用的场合，按实际使用时的最大流量的1.4倍选择传感器口径。至于在恶劣工况条件下使用，则使用时的最大流量应该为该口径允许最大流量的40%。如果传感器口径与流程管道通经不一致时，则应以异径接管和等径直管改装管道。一般情况下，传感器流量范围下限附近误差稍大，通常将实际最小流量的0.8倍作为选用传感器流量范围下限值，使保证有一定的余量。6.2.2流量指示积算仪应水平放置或水平安装在仪表屏上，安装高度应以及具有腐蚀性的流体测量以及需要连续使用的场合。1）安装 流量指示积算仪应水平放置或水平安装在仪表屏上，安装高度应以读数和操作方便为准，一般为1.5m左右。2）接线a 流量指示积算仪所用电源为220v，50Hz交流，按接线端子板规定的“相”，“中”，“接地”三接线点与交流电源相连.电源三接线点不得相混使用，其他任何引线不要随便接入。 b 接线端子板上“输入”部分是指流量指示积算仪工作信号输入的诸接线点：“信号”端子介传感器经信号检测放大器放大后的输出；“接地”端子接传感器信号检测放大器公共地线（不接壳）；“E”端子引出提供传感器信号检测放大器工作电源（一般为12V）。 c 010mA直流电流输出部分共四个接点，供引出010mA直流电流信号，可配调节器和记录仪等。根据不同的负载可选择使用， 负载的地线接在“”端子上。d 标准频率（10100kHz）输出部分是指石英晶体振荡器震荡频率经运算后的输出，可作简易信号源使用。6.3使用注意事项1）未安装旁路管道的流量传感器，应先以中等开度开启流量传感器上游阀，然后缓慢开启下游阀，然后缓慢开启下游阀。以较小的流量运行一段时间，然后全开上游阀，再开大下游阀开度，调节到所需的正常流量。2）对于装有旁路管道的流量传感器，先全开旁路管门阀，以中等开度开启流量传感器上游阀，再缓慢开启下游阀，关小旁路阀，全关旁路阀，最后调节下游阀开度到所需的流量。3）对于低温和高温流体，在流通前要排净管道中的水分，同流时先以很小流量运行15min，再逐渐上升至正常流量。停流时也要缓慢进行，使管道温度和环境温度逐渐接近。4）启闭阀门应尽可能平缓，如采用自动控制阀门的启闭，最好采用“两端开启，两端关闭”的方式，以防止流体突然冲击叶轮甚至发生水锤现象损坏叶轮。6.4维护和故障处理(1）维护为保证气体涡轮流量计长期正常工作，必须经常检查传感器，显示仪表以及辅助设备的运行状况，做好维护工作，出现异常时应及时排除。1）定期对传感器进行拆洗，检查和复校；设有润滑油或清洗液，维护叶轮良好运行。如叶轮出现异常声音，应及时卸下检查传感器内部零件。轴承和轴严重磨损时，应进行更换且重新标定。2）检查显示仪表工作状况，评估显示仪表读数，如怀疑有不正常现象应及时检查。3）保持过滤畅通， 过滤器被杂质堵塞，可以从其入口，出口处压力表读数差的增大来判断，并及时清除，否则堵塞严重会降低流量。定期排放消气器中从液体逸出的气体。传感器从管道上拆下暂时不用时，应用轻质油清洗干净并在两端加盖防护，以防锈蚀或杂质进入仪表内。 （2）故障现象，原因及处理方法涡轮流量计常见的故障现象，原因及处理方法见下表6-2所示。表62 故障分析与处理故障现象故障原因处理方法1，通电后无流量时有流量输出信号a.输入屏蔽或输出不良，引入电磁干扰改善屏蔽与接地，排除电磁干扰b.传感器靠近传感源或管道震动远离干扰源安装，采取防震措施c.节制阀关闭不严泄露检修或更换阀2，通电通流后无流量输出信号a.感应线圈断线或焊点脱焊更换感应线圈或重焊b.前置放大电路元件损坏检查并更换元器件c.叶轮被杂物或脏物卡死拆下叶轮进行清洗或更换，更换后须重新标定结 论本文对TWLQ型气体涡轮流量计的工作原理进行了详细的介绍，并着重对口径为50系列的气体涡轮流量计内部结构进行了分析，其中包括了对流量计中涡轮轴，支撑轴承，叶轮，后导流器进行了结构的分析及重新设计。针对原产品在燃气市场中使用时存在的问题，其最大特点在于特性曲线与温度压力有关，气体压力损失在550-1400pa之间不等，不确定度可达1%-2%。针对这些不足之处，本文在产品的工作与结构原理中，通过特性分析了解到引起上述不足的因素，为后文对该产品的结构进行重新设计打下铺垫。其总结如下:1、叶轮的叶形是由机械中最难加工的复杂曲面组成的，要根据流体性质，流量范围，使用要求等设计，选择合适的叶片参数有利于流量计性能的更好发挥。2、在原有的结构基础之上重新选择密度更小的且摩擦系数更小的材料20Cr，使叶轮在转动过程中受的摩擦阻力矩降到最小。本次结构改进后存在的问题：1、改进后TWLQ系列气体涡轮流量计的内部零件，目前只是停留在理论的设计计算阶段，还没有应用到实际的场合中去.2、改进后的产品结构所选用的材料在性能上有很大的提高，但是不太符合经济性要求。3、下一步将通过与五机床技术人员的共同合作，进行该系列流量计内部零件的实际加工并组装成产品，经过反复试验，投入到燃气市场中。 参考文献1蔡武昌 应启嘎 编著 新型流量检测仪表 北京：化学工业出版社 2006年1月2杨根生 林辉喻 编著 流量测量仪表 北京：机械工业出版社 1986年9月 3天津仪表集团有限公司 无锡求信集团有限公司 浙江苍南仪表有限公司等的涡轮流量计使用说明书 4梁国伟 蔡武昌主编 流量测量技术及仪表 北京：机械工业出版社2002年6月5方沂主编 数控机床编程与操作 北京：国防工业出版社 2006年8月附录1：中英文翻译CAD CAM and Applications A Brief History of CAD Before we present the basics of CAD, it is appropriate to give a brief history. CAD is a product of the computer era. It originated from earl, computer graphic systems to the development of interactive computer graphics. Two such systems include the Sage Project at the Massachusetts Institute of Technology(MIT)and Sketchpad. The Sage Project was aimed at developing CRT displays and operating systems. Sketchpad was developed under the Sage Project. A CRT display and light pen input were used to interact with the system. This coincidentally hap note is that an X-Y plotter has the same basic structure as a NC drilling machine except that a pen is substituted for the tool on NC spindle. In the beginning, CAD systems were no more than graphics editor with some built-in design Symbols. The geometry available to the user was limited to lines, circular arcs, and the combination of the two. The development of free-form curves and surfaces, such as Coons patch, Beziers patch. and B-spline, enables a CAD system to be used for sophisticated curves and surface design. Three-dimensional CAD system allow a designer to move into the third Dimension. Because a three-dimensional model contains enough information for NC cutter-pathProgramming, the linkage between CAD and NC can be developed. So called turnkey CAD/CAM systems were developed based on this concept and became popular in the 1970s and 1980s.The 1970s marked the beginning of a new era in CAD-the invention of three-dimensional solid modeling. In the past, three-dimensional, wire-flame models represented an object only by its bounding edges. They are ambiguous in the sense that several interpretations might be possible for a single model. There is also no way to find the volumetric information of a model. Solid models contain complete information; therefore, not only can they be used to produce engineering drawing, but engineering analysis can be performed on the same model as well-Later. many commercial systems and research systems wecessary for solid modeling, many solid modelers now run on PCs, and the platform has become less of an issue. With the standard graphics user interface(GUI),CAD systems can be ported easily from one computer to another, Most major CAD systems are able to run on a variety of platforms. There is little difference between mainframe, workstation, and PC-based CAD systems.The Architecture of CAD A CAD system consists of three major parts: (1)Hardware computer and input/output (I/O) devices. (2)Operating system software. (3)Application software CAD package. Hardware is used to support the software functions. A wide range of hardware is used in CAD systems. The operating system software is the interface between the CAD application software and the hardware. It supervises the operation of the hardware and Provides basic functions such as creating and removing operation tasks, ontrolling the progress of tasks, allocating hardware resources among tasks, and providing access to software resources such as files, editors, compilers, and utility programs. It is important not only for CAD software, but also for non-CAD software. The application software is the heart of a CAD system. It consists of programs that do 2-D and 3-D modeling. Drafting and engineering analysis. The functionality of a CAD system is built into the application software. It is the application software that makes one CAD package different form another. Application software is usually operating-system-dependent. To transport a CAD system running in one operating system to another operating system is not as trivial as recompiling the software. Therefore, attention must be given to the operating system as well.Computer Aided Design Computer aided design gives the designer the ability to experiment with several possible Solutions. Usually some forms of design analysis calculations need to be done and many programs have been written for this task. The computer provides the designer with a powerful tool for analyzing proposed designs and for preparing formal drawings of the final design. Two-dimensional drawing is one area in which computer methods can offer significant, quantifiable cost advantages over traditional paper and pen methods, but a CAD system is not just an electronic drawing board. Computer drawing systems enable designers to produce fast accurate drawings and easily modify them. Draught productivity rises dramatically Two-Dimensional Drawings CAD makes possible multiview 2D drawings, with an endless possibility of views in a range of scales from microns to meters. It gives the mechanical designer the ability to magnify even the smallest of components to ascertain if the assembled components fit properly and even to design programs to identify automatically potential problems in CAD assembly. Parts with different characteristics such as movable or stationary, can be assigned different colors on the display. Parts can be dimensioned with automatic dimensioning changes, allowing for expedient engineering design changes.Three-Dimensional Drawings Designers have even more freedom with the advent of 3D modeling. They can create 3D parts and manipulate them in endless variations to achieve the desired results. Through finite element analysis (FEA),stresses can be applied to a computer model and the results graphically displayed, giving the designer quick feedback on any inherent problems in a design before the creation of a physical prototype. 3D models can be created in wire-flame, in surfaces or in solid form. In wire-frame, lines and arcs form edges that generate the model(Fig,8-la).The result is a 3D form that can be viewed from any location but is still only a skeletal form. Creating a surface stretches a skin over the skeleton(Fig,8-lb).Once this is done, the model can be rendered so that it appears more tangible. Surface models are commonly used in the creation of sheet metal developments that can be unfolded forManufacture. Solid models are the most complex level of modeling and while the programs to create them have been available for some time on large mainframe computers,it is only recently that microcomputers have reached a level of power that allows the running of the sophisticated algorithms needed to create solid models, The computer thinks the solid model is a solid mass so it can be ”drilled,” ”machined,” or ”welded” as if it were an actual physical part. It can be made out of any material and can take on that materials characteristics, thereby allowing calculations of mass to be made.CADs Benefits The benefits of computer use in drafting and design tasks are impressive: increased speed, greater accuracy, reduction of hardcopy storage space as well as better recall, enhanced communication capabilities, improved quality and easier modification. Speed A personal computer used in industry can perform a task at an average rate of 33 million operations per second; newer computers are even faster. This is an important feat when using it to calculate the amount of deflection of a component, when theoretical physical forces are applied to it, through finite element analysis(FEA)or when displaying an entire city plan on a monitor, both of which are time-consuming and calculation-intensive tasks. AutoCAD software can duplicate any geometry as many times as required and can also perform crosshatching and dimensioning automatically and equally as fast. Accuracy Because the computers data is stored in an electronic form, it can be sent to a variety of Locations. The first obvious location is the monitor. The computer can display the data on the screen in different forms such as graphics, easily converting the data into readable drawings. The data can also be sent to a plotter to produce the familiar paper drawing, via a direct link to a computer-aided manufacturing(CAM)machine or via telephone to anywhere around the globe. You no longer have to mail drawings, risking damage and loss; they can now be at their destination instantly via the telecommunications network. Quality The computer always retains the data in the form in which it was first created. It can repeat the same output of data continuously without regard to fatigue. Lines will always be crisp and clear, with uniform line weight, and text will always be legible. The computer doesnt alter its output quality because of a wild weekend or a late night watching the game. Modification The computer data is stored in a format that allows easy modification to any facet of a drawing and gives instant feedback to the user. When something is drawn once, it never has to be drawn again because the object in question can be duplicated, stretched, sized, and changed in many ways without having to be redrawn. Except for the initial cost to purchase a CAD workstation, CADs only disadvantage is a small one because it can be so easily overcome. Because the drawing is stored in an electronic format and not a paper format, it is possible to erase a drawing file easily. Thats why it is essential to train yourself in good CAD practices to avoid an accidental erasure. And-although an ounce of prevention truly is worth a pound of cure, there are even ways of unerasing files that are usually Successful if you follow the correct procedures. So relax ! Computer Aided Manufacturing When a design has frozen, manufacturing can begin. Computers have an important role to play in many aspects of production. Numerically controlled (NC) machine tools need a part program to define the components being made; computer techniques exist to assist, and in some cases virtually automate the generation of part programs. Modem shipbuilding fabricates structures from welded steel plates that are cut from a large steel sheet. Computer-controlled flame cutters are often used for this task and the computer is used to calculate the optimum layout of the components to minimize waste metal. Numerically controlled pipe-bending machines are able to operate directly from part programs generated by pipe-routing software. Printed circuit board assembly can also be improved by computer methods. Quality is maintained by computer-controlled automatic test equipment that diagnoses faults in a particular board and rejects defective boards from the assembly line. Computers are used extensively to plot the artwork used to etch printed circuit boards and also to produce part programs for NC drilling machines. One of the most important manufacturing function is stock and production control. If the original design is done on a computer, obtaining lists of material requirements is straightforward. Standard computer data processing methods are employed to organize the work flow and order components when required.Computer Aided Part ProgrammingPart programming software is used to ease programming for CNC machines when a complex part geometry requires calculation of a large number of tool positions. Part programming software is usually incorporated into a family of CAM (Computer Aided Manufacturing) software. Some CAM software is associated with CAD (Computer Aided Design) software into CAD/CAM stations .Then the CAM software can use the CAD files as a source of data, which speeds up the programming process. Part programming software is user-friendly, meaning the programmer does not have to know the computer programming language or its operating system. It uses screen menus to lead the user through the programming process. Data can be entered via the keyboard, the mouse, or the function Keys. Experienced programmers can use built-in macro capabilities and advanced techniques such as a family of parts to become even more productive.ilt-in software with communications capability.Good part programming software is capable of: (1)Establishing the machining parameters and tooling for a particular machine or job. (2)Defining the geometry and tool path. (3)Code generation-enabling the programmer to define what code is to be generated and how it is output to the machines. (4)Communication enabling the programmer to use standard communications protocols or create his or her own. NC Cutter-Path Verification Before a part is machined, the part program needs to be verified. The purposes of verification areorkpieceA dry cut can detect gross programming mistakes, but not the detailed geometric onesAnother approach is to actually machine a prototypeTypically, a prototype part is machined in wax, machining plastic, wood, foam, or some other soft materialThe actual geometry is then measured and compared with the design specificationBecause material property is critical in determining the cutting condition，this approach can verify only the geometryWhen a part program is generated using a CAD-based system, a graphic output of the cutter path may be produced by the softwareBy visual inspection，cutter-path abnormalities may be detected Figure 9-2 shows such an approach in a commercial CADCAM systemIn an advanced system，a solid model may be used to generate a realistic picture of the workpiece，tool and the finished part Real-time simulation of the cutting process can be displayed on screenHowever, most simulations are purely geometry-based, where the cutting condition is not consideredComputer Aided Process Planning Recent developments in computer-aided process planning have focused on eliminating the process planner from the entire planning functionComputer-aided process planning can reduce some of the decision making required during a planing processIt has the following advantages： (1)It can reduce the skill required of a planner (2)It can reduce process-planning time (3)It can reduce both process-planning and manufacturing costs Procrss planning is the critical bridge between design and manufacturing. Design informantion can be translated into manufacturing language only through process planning.Today,both computer-aided design(CAD)and manufacturing(CAM)have been implemented. Integrating, or bridging, these function requires automated process planning.Group Technology Any new component design needs its own unique identification number, usually the drawing nh drawing number is allocated by a coding system and each digit has meaning. If the code number is known, many of the component features can be deduced without reference to the drawing.Materials Requirement Planning Essentially this is the simple idea of combining the master production schedule with bills of materials to determine exactly the amount of raw materials components, etc., needed. This amount is compared with current stocks and used to calculate orders for new materials. The information is then combined with priority planning to ensure that correct orders go out in the correct sequence. Materials requirement planning(MRP)techniques have been available for some time, but with the advent of computers much more, accurate informationty in stock, unit of measure(feet of tubing, number of screws, etc.)minimum stock level, lead time of purchased or manufactured in-house.Robotics Robots are mechanical arms controlled by computer programs. Changing the program changes the set sequence of movements. The arms are articulated and there are two basic types of joints, revolute and prismatic. Revolute joints involve rotation about an axis and prismatic joints involve a slide of some kind, motion in a straight line (Fig.9-5).Each joint has its own servomotor, velocity and position transducer and is also called a degree of freedom. Different tools or end effectors can be attached to the end of the arm for different applications; for example, mechanical assembly, paint spraying and welding.Computer Integrated Manufacturing TodayS industry compete is in a truly international marketplace. Efficient transportation networks have created a ”world market” in which we participate on a daily basis. For anomers by allowing last-minute engineering-design changes without affecting shipping schedules or altering product quality.Most manufacturing companies look toward CAD,CAM and CIM to provide this flexibility in their manufacturing system. Today, the use of computers in manufacturing is common. Manufacturing system are being designed that not only process parts automatically, but also move the parts form machine to machine and sequence the ordering of operations in the system.Flexible Manufacturing Systems A flexibte manufacturing system, or FMS as they are more commonly known, is a reprogrammable manufacturing system capable of producing a variety of products automatically. Since Henry Ford first introduced and modernized the transfer line, we have been able to perform a variety of manufacturing operations automatically. However, altering these systems to accommodate even minor changes in the product has been quite taxing. Whole machines might have to be introduced to the system while other machined or components are modified or retired to accommodate small changes in a product. In todays competitive marketplace, it is necessary to accommodate customer changes or the customer will find so (1)Job shop type systems were capable of producing a variety of product, but at a high cost. (2)Transfer lines could produce large volumes of a product at a reasonable cost, but were limited to the production of one, two, or very few different parts. The advent of numerical control(NC)and robotics has provided us with reprogramming capabilities at the machine level with minimum setup time. NC machines and robots provide the basic physical building blocks for reprogrammable manufacturing systems. FMS Equipment In order to meet the requirements of the definition of an FMS, the basic processing in the system must be automated. Because automation must be programmable in order to accommodate a variety of product-processing requirements, easily alterable as well as versatile machines must perform the basic processing. For this reason, CNC turning centers(Fig.9-7),CNC machining centers, automated part inspection system, and robotic workstatio more tools(right-hand turning tools, left-hand turning tools, boring bars, drilling, and so on).The automatic tool changer and storage capabilities of NC machines make them natural choices for material-processing equipment. Parts must also be moved between processing stations automatically. Several different types of material-handling systems are employed to move these parts from station to station. The selection of the type of material-handling system is a function of several system featHresThe material-handling system, first, must be able to accommodate the load and bulk of the part and perhaps the part fixture. Large, heavy parts require large. powerful handling sy. A conveyor or automatic guided vehicle (AGV)system can be expanded to include miles of factory floor.计算机辅助设计制造与应用计算机辅助设计的简要历史 在我们讲述C