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防火排烟阀结构设计【三维PROE】【6张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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完成-YC497-防火排烟阀结构设计【三维PROE】
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排烟防火阀三维
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防火排烟阀结构设计

摘要

《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-2005)规定: 一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施。排烟防火阀作为建筑防火、防排烟系统的一个重要组成部分,其质量的好坏关系着人们的生命财产安全。由此,设计一种高质量、高可靠性的排烟防火阀对消防具有重要意义。

本文根据上述要求,根据现有防火排烟阀的特点设计了一种新型防火排烟阀:

首先,拟定了两种防火排烟阀的可行性方案,方案一由三级齿轮传动减速,三个页片之间通过平行四杆机构实现联动,动力由24V直流电机提供;方案二由三级齿轮减速,页片之间通过三个大小相等的齿轮进行联动。方案一比方案二结构更紧凑,生产制造成本更低,方案一作为本设计的原理方案。

其次,对齿轮传动进行了设计计算,齿轮传动设计计算的依据是以齿面接触强度进行设计,按齿根弯曲强度进行校核。

再次,对排烟防火阀的结构进行了设计,并用Pro/E软件进行三维零件建模和虚拟装配。

本次设计的排烟防火阀具有如下特点:结构简单,传动可靠,生产制造成本低,当温度达到280度需要关闭排烟时,他能自动关闭,它由蓄电池提供直流电,在火灾发生时,没有电源的情况下,他也能正常工作,在智能化的今天,其特点在于能实现自动化控制,可通过控制中心给信号来远程控制阀门的关闭和开启。


关键词:排烟防火阀  齿轮传动  平行四杆机构  三维建模

Abstract

"Code for fire protection design of tall buildings" (gb50045-2005): a class of construction and the height of more than 32m second building following corridors and rooms should be set mechanical smoke extraction facilities. Smoke fire damper as building fire prevention, anti smoke exhaust system is an important part, its quality is good or bad relationship with people's life and property safety. Thus, the smoke damper design of a high quality, high reliability has important significance for the fire.

According to the above requirements, according to the characteristics of the existing fire exhaust valve of a new type of fire exhaust valve design:

First of all, draws up the two kinds of feasible scheme of fireproofing and smoke exhaust valve, scheme a three-stage gear drive by deceleration, the three page between the parallel four bar mechanism to realize linkage, the power is provided by a 24V DC motor; scheme by a three-stage gear reducer, gear between the sheets by the size of the three phase of linkage. A more compact structure than scheme two, the manufacturing cost is lower, a scheme as the design of principle scheme.

Secondly, the gear transmission design and calculation, the gear transmission design and calculation basis is to contact strength of tooth surface design, according to the tooth root bending strength check.

Again, the structure of smoke damper is designed, and 3D modeling and virtual assembly with Pro/E software.

The design of the smoke fire damper has the following characteristics: simple structure, reliable transmission, low manufacturing cost, when the temperature reached 280 degrees need to close the exhaust, he can close automatically, it consists of the battery provide DC, at the time of the fire, there is no power. He can also work normally, in the intelligent today, its characteristics is to achieve automatic control, through the control center to signal to the remote control valve opening and closing.


Keywords: gear smoke damper parallel four bar mechanism with three-dimensional modeling


目录

摘要I

AbstractII

目录IV

第一章 绪论1

1.1 课题研究的意义1

1.2 排烟防火技术发展现状1

1.2.1机械防排烟系统现状2

1.2.2 其它防排烟技术现状4

第二章 原理方案拟定5

2.1 排烟防火阀要求5

2.2 拟定方案5

第三章 原动机选择8

3.1 页片上所受的作用力8

3.2 电机选择8

3.2.1 电机选择原则8

3.2.2直流电机选择10

3.3 传动比分配11

第四章 齿轮传动设计13

4.1 第一级齿轮传动设计13

4.2 第二级齿轮传动设计18

4.3 第三级齿轮传动设计24

第五章 结构设计30

5.1 主体机架设计30

5.2 页片设计31

第六章 三维建模34

6.1 Pro/E软件简介34

6.2 零件建模36

6.2.1阀体建模36

6.2.2 页片建模36

6.2.3 齿轮建模37

6.3 虚拟装配39

结论41

参考文献42

致谢43


第一章 绪论

1.1 课题研究的意义

消防是国民经济和社会发展的重要组成部分,是发展社会主义市场经济不可缺少的保障条件。消防设施直接关系人民生命财产的安全和社会的稳定。近年来我国发生的一些重特大火灾,一把火就造成几十人甚至数百人的伤亡,造成百万、上千万甚至几亿元的经济损失,这不仅给许多家庭带来了不幸,而且还使大量的的社会财富化为灰烬。不仅如此,而且事故的善后处理往往也牵扯了政府很多精力,严重影响了经济建设的发展和社会的稳定,有些火灾事故还成为国内为舆论的焦点,造成了不良的社会影响,教训是十分沉重和深刻的。因此做好消防设施、预防和减少火灾事故造成的影响,具有十分重要的意义。

随着人们生活水平的提高, 在现今的建筑内, 各种室内用品及家具利用合成材料的数量和品种越来越多, 不仅热释放速率在随其变化, 其燃烧产生的有害气体也变得更为复杂, 因此, 火灾烟气对人的生命安全威胁是最大的。

火灾烟气的危害性有三个方面: 毒害性、减光性、恐怖性。当烟气温度过高时也会对人的生命造成极大危害, 据研究, 人在70°C 的高温烟气中只有短时的忍耐时间。近二、三十年来, 防排烟问题已成为国际消防界和建筑设计领域重点关注的问题。

《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-2005)的规定:

一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施。

排烟防火阀作为建筑防火、防排烟系统的一个重要组成部分,其质量的好坏直接关系着上述系统设置的成败,关系着建筑防火的安全及人员疏散的安全。无论对于供应厂商、用户,还是消防监督部门,都对其质量的好坏极为关注。由此,

设计一种高质量、高可靠性的排烟防火阀对消防具有重要意义。


内容简介:
哈 尔 滨 理 工 大 学 毕 业 设 计 题 目: 院 、 系: 姓 名: 指导教师: 系 主 任: 年 月 日 nts nts防火排烟阀结构设计 I 防火排烟阀结构设计 摘要 高层民用建筑设计防火规范 (GB50045-2005)规定 : 一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施。 排烟防火阀作为建筑防火、防排烟系统的一个重要组成部分,其质量的好坏 关系着人们的生命财产安全 。由此 ,设计一种高质量、高可靠性的排烟防火阀对消防具有重要意义。 本文根据上述要求,根据现有防火排烟阀的特点设计了一种新型防火排烟阀: 首先,拟定了两种防火排烟阀的可行性方案,方案一由三级齿轮传动减速,三个页片之间通过平行四杆机构实现联动,动力由 24V直流电机提 供;方案二由三级齿轮减速,页片之间通过三个大小相等的齿轮进行联动。 方案一比方案二结构更紧凑,生产制造成本更低,方案一作为本设计的原理方案。 其次,对齿轮传动进行了设计计算,齿轮传动设计计算的依据是以齿面接触强度进行设计,按齿根弯曲强度进行校核。 再次,对排烟防火阀的结构进行了设计,并用 Pro/E软件进行三维零件建模和虚拟装配。 本次设计的排烟防火阀具有如下特点: 结构简单,传动可靠,生产制造成本低,当温度达到 280 度需要关闭排烟时,他能自动关闭,它由蓄电池提供直流电,在火灾发生时,没有电源的情况下,他也能正常 工作, 在智能化的今天,其特点在于能实现自动化控制, 可通过控制中心给信号来远程控制阀门的关闭和开启。 关键词: 排烟防火阀 齿轮传动 平行四杆机构 三维建模 nts防火排烟阀结构设计 II Abstract Code for fire protection design of tall buildings (gb50045-2005): a class of construction and the height of more than 32m second building following corridors and rooms should be set mechanical smoke extraction facilities. Smoke fire damper as building fire prevention, anti smoke exhaust system is an important part, its quality is good or bad relationship with peoples life and property safety. Thus, the smoke damper design of a high quality, high reliability has important significance for the fire. According to the above requirements, according to the characteristics of the existing fire exhaust valve of a new type of fire exhaust valve design: First of all, draws up the two kinds of feasible scheme of fireproofing and smoke exhaust valve, scheme a three-stage gear drive by deceleration, the three page between the parallel four bar mechanism to realize linkage, the power is provided by a 24V DC motor; scheme by a three-stage gear reducer, gear between the sheets by the size of the three phase of linkage. A more compact structure than scheme two, the manufacturing cost is lower, a scheme as the design of principle scheme. Secondly, the gear transmission design and calculation, the gear transmission design and calculation basis is to contact strength of tooth surface design, according to the tooth root bending strength check. Again, the structure of smoke damper is designed, and 3D modeling and virtual assembly with Pro/E software. The design of the smoke fire damper has the following characteristics: simple structure, reliable transmission, low manufacturing cost, when the temperature reached 280 degrees need to close the exhaust, he can close automatically, it consists of the battery provide DC, at the time of the nts防火排烟阀结构设计 III fire, there is no power. He can also work normally, in the intelligent today, its characteristics is to achieve automatic control, through the control center to signal to the remote control valve opening and closing. Keywords: gear smoke damper parallel four bar mechanism with three-dimensional modeling nts防火排烟阀结构设计 IV 目录 摘要 I Abstract II 目录 IV 第一章 绪论 1 1.1 课题研究的意义 1 1.2 排烟防火技术发展现状 1 1.2.1 机械防排烟系统现状 2 1.2.2 其它防排烟技术现状 4 第二章 原理方案拟定 5 2.1 排烟防火阀要求 5 2.2 拟定方案 5 第三章 原动机选择 8 3.1 页片上所受的作用力 8 3.2 电机选择 8 3.2.1 电机选择原则 8 3.2.2 直流电机选择 10 3.3 传动比分配 11 第四章 齿轮传动设计 13 4.1 第一级齿轮传动设计 13 4.2 第二级齿轮传 动设计 18 4.3 第三级齿轮传动设计 24 第五章 结构设计 30 5.1 主体机架设计 30 5.2 页片设计 31 第六章 三维建模 34 6.1 Pro/E软件简介 34 6.2 零件建模 36 6.2.1 阀体建模 36 6.2.2 页片建模 36 6.2.3 齿轮建模 37 6.3 虚拟装配 39 结论 41 参考文献 42 致谢 43 nts防火排烟阀结构设计 1 第一章 绪论 1.1 课题研究的意义 消防是国民经济和社会发展的重要组成部分,是发展社会主义市场经济不可缺少的保障条件。消防设施直接关系人民生命财产的安全和社会的稳定。近年来我国发生的一些重特大火灾,一把火就造成几十人甚至数百人的伤亡,造成百万、上千万甚至几亿元的经济损失,这不仅给许多家庭带来了不幸,而且还使大量的的社会财富化为灰烬。不 仅如此,而且事故的善后处理往往也牵扯了政府很多精力,严重影响了经济建设的发展和社会的稳定,有些火灾事故还成为国内为舆论的焦点,造成了不良的社会影响,教训是十分沉重和深刻的。因此做好消防 设施 、预防和减少火灾事故造成的影响,具有十分重要的意义。 随着人们生活水平的提高 , 在现今的建筑内 , 各种室内用品及家具利用合成材料的数量和品种越来越多 , 不仅热释放速率在随其变化 , 其燃烧产生的有害气体也变得更为复杂 , 因此 , 火灾烟气对人的生命安全威胁是最大的。 火灾烟气的危害性有三个方面 : 毒害性、减光性、恐怖性。当烟气 温度过高时也会对人的生命造成极大危害 , 据研究 , 人在 70 C 的高温烟气中只有短时的忍耐时间。近二、三十年来 , 防排烟问题已成为国际消防界和建筑设计领域重点关注的问题。 高层民用建筑设计防火规范 (GB50045-2005)的规定 : 一类建筑和高度超过 32m 的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施。 排烟防火阀作为建筑防火、防排烟系统的一个重要组成部分,其质量的好坏直接关系着上述系统设置的成败,关系着建筑防火的安全及人员疏散的安全。无论对于供应厂商、用户,还是消防监督部门,都对其质量的好坏极为关注 。由此 , 设计一种高质量、高可靠性的排烟防火阀对消防具有重要意义。 1.2 排烟防火 技术 发展 现状 防排烟工程的目的是要防止火灾产生大量的烟气 , 阻止烟气的迅速蔓延 , nts防火排烟阀结构设计 2 确保人员的安全疏散和改善扑救条件。为达上述目的 , 现代防排烟技术及方法主要有 : 设置机械排烟、送风系统 , 进行机械排烟或正压送风防烟 ; 对建筑进行防烟分隔或建立防烟封闭避难区 ;设计自然通风口 , 利用烟气的热浮力特性采用自然排烟 ; 对建材和家具进行阻燃、消烟处理 ; 利用喷洒化学消烟剂或水雾等进行消除烟气中有毒成份及烟尘粒子 , 提高能见度。 1.2.1 机械防排烟系统现状 机械排烟方法是用风机将起火建筑内的烟气通过排风风机和管道抽送出建筑外 , 以减少或消除建筑内的烟气 , 阻止烟气蔓延。机械正压送风则是对建筑物内的防烟保护区 (封闭空间 ) , 如安全疏散防烟楼梯间、避难间等 , 进行加压送风 , 使保护区的空气压力高于其它区域 (有烟气的区域 ) , 形成一个正压差 , 以此抵御火灾烟气因热浮力特性产生的压力 , 使烟气不能流向保护区。 机械防排烟技术最早起源于 20 世纪 50 年代的英国 , 国际上是从 20 世纪60 年代开始研究 , 70 年代采用 , 80 年代开始广泛 应用 , 80 年代初加拿大国家研究院建造了世界上首座高层建筑火灾试验塔 , 主要进行高层建筑的机械防排烟的研究 , 因而 , 北美成为全世界机械防排烟的研究中心之一。机械防排烟技术非常适用于多层大型建筑 (如购物中心 )、高层建筑、地下建筑、无窗建筑 , 如世界最高建筑马来西亚吉隆坡的双塔采用了机械正压送风和排烟的烟控方式。它可以不受建筑结构形式的限制和环境、气象条件的影响。该系统需要配备与其功能相适应的风口、风阀、送风排烟管道、风机和启闭联动系统等 , 试验研究和实际火灾证明其防排烟效果是非常好的 , 对保证疏散通道安全 , 协助消防队员扑灭火灾起到了非常重要的作用 , 虽然该方法费用较高 , 占用建筑空间较多 , 目前还无其它方法可以完全代替 , 是目前公认的最为安全有效的控烟方法。 现在绝大部分高层建筑、地下商业建筑都采用机械防排烟技术作为主要的消防安全措施。由于中庭式建筑在 20 世纪 80 年代被建筑师们越来越多的采用 , 20 世纪 90 年代中庭及大空间建筑的防排烟问题受到重视 ,在这些建筑中专家们开始倾向采用机械防排烟技术。 从美国暖通工程师协会 (A SHRA E ) 的在研 究 项目 2000年 2001 年计划研究项目看 , 中庭及大 空间建筑的防排烟是其工作的重点。 近年来国际上在机械防排烟技术方面主要的工作有 : (1) 火灾烟气运动规nts防火排烟阀结构设计 3 律及其数学模 块 化研究 , 美国、加拿大、日本、英国、澳大利亚以及北欧等国都在广泛开展火灾烟气运动规律的研究。烟气流动特性和规律是防排烟的理论基础 , 根据流体力学的原理 , 烟气运动的计算机数学模化研究也正在深入 , 以前是以区域和网络模型为主 , 国外已开发出十几个模型或程序 , 如加拿大的 IRC, 日本的 BR I, 并不断改进其程序或更新版本。随着计算机技术的飞速发展 , 今后将更多开发以场模化 , 虚拟现实技术 , 三维动态仿真的模化软件。 (2) 防排烟系统的性能化设计和评估 , 传统的机械防排烟设计方法只是为了满足现有规范的要求 , 各国规范采用技术指标又很不一致 , 实际工程中很难达到某些要求。 目前国外有些国家已开始对防排烟系统按性能化的原理进行设计 , 如考虑安全目标 , 设计火灾场景 , 疏散分析等 , 防排烟的性能化设计研究为性能化规范的研究打好基础。 (3) 防排烟系统技术参数和设备 , 对高层建筑、地下建筑、大空间建筑的防排烟系统技术参数的研究还有许多空白点 , 或现有些参数的试验研究根据不足 , 主要围绕送风压力 , 排烟量 , 风口设置 , 防排烟区域 , 开口与泄漏特征进行研究。防排烟设备主要是研制新型风阀 , 新型管道材料及管道防火保护材料 , 高温风机。 我国的机械防排烟技术研究虽然在 20 世纪 80 年代中期才开始起步 , 但近年来发展很快 , 特别是在“八五”、“九五”期间对高层建筑楼梯间和地下商业街的控烟技术及烟气流动特性进行了大量的研究 , 取得了一些重大成果 , 为有关规范的制修订和工程防排烟设计提供了可靠的技术依据 , 建立了有较高水平的一些大型实验设施 , 如世界上规模最大的高层建筑火灾试验塔 (在四川所 ) , 地下商业街和商场火 灾试验室 (在四川所、天津所 ) , 大空间火灾试验馆 (在中国科技大学 ) 等 ,而且也使我们比较深刻地了解和认识了火灾中烟气的运动特性及其可能产生的危害。我国的火灾烟气运动和防排烟的数学模化还处于起步阶段 , 正在开发少量的高层、地下、大空间建筑的火灾烟气运动数学模化。我国在防排烟技术领域目前存在的主要问题是 : 由于我们的起步较晚 ,“八五”、“九五”期间主要是开展一些工程上急需解决的防排烟设计问题的课题研究 ,缺乏系统全面的研究和基础试验、基础理论研究。而国内外广泛关注的性能化防火规范研究 , 需要大量的基础试验数据和 试验、理论模型作支撑 , 国外发达国家在过去的二十年时间里在这方面曾作了大量nts防火排烟阀结构设计 4 工作 , 我们与之相比还相当薄弱 , 这直接影响到我国的性能化防火规范研究。 1.2.2 其它防排烟技术现状 ( 1) 防烟分隔或建立防烟封闭避难区建立防烟分区是规范最常使用的手段 , 使各种挡烟垂壁相继出现 , 如软质活动挡烟垂壁 , 玻璃挡烟垂壁。但目前建筑空间越来越大 , 防烟分隔或防烟封闭避难区对建筑的限制使建筑设计受到影响 , 有些大空间无法进行分隔 , 如机场候机楼 , 对此国际上提出了 Cab in 设计概念(安全岛 )。 ( 2) 自然通风排烟技术 该技术简便易行且较经济 , 无需较多的维护管理 ,也是目前较广泛采用的控烟技术之一 , 但易受外界环境的影响和建筑本身的限制 , 因而设计要合理 , 外界风压的影响要给予充分的考虑 , 因此国外开发出了能自动开启和能减小外界风力影响的风阀。 ( 3) 建筑材料和家具的阻燃、消烟处理 目前对建筑材料的消烟处理主要是针对塑料材料 , 众所周知由于塑料为有机物 , 并含有各种有机、无机物助剂 , 燃烧时会产生大量的有毒成份 , 如 HCl, HCN 等 , 塑料燃烧产生的烟气 的刺 激性和减光性都非常强 , 目前常用抑烟剂主要有金属氧化物、无机 盐 , 如 Al(OH)3,B2O3。世界上主要工业国家都对消烟机理和新型消烟助剂的研究非常重视。 我国目前已发布建筑材料燃烧或分解烟密度试验方法 GB8627- 88,建筑材料燃烧或热解发烟量的测定方法双室法 GB/T16173- 1996,材料产烟毒性分级 GA 132- 1996,电线电缆燃烧试验方法 - -烟浓度试验方法 GB1765. 1- 1999 等标准 , 这些标准方法与国际标准或美国标准基本等同。这些标准的实施对控制建筑材料的烟气生成量和毒性起到了巨大的推动作用。 (4)化学消烟技术 理 论上火灾烟气中有毒成份为一些酸性物质或可溶于水的物质 , 烟雾的本质是一种气溶胶 , 因此向烟气喷洒能中和酸性物质的化学药剂或水 , 以消除烟气中的大量有毒物质 , 或使气溶胶凝聚消除烟气的减光性。 国内外都已研究出一些消烟剂 , 但受效果、喷洒技术和成本的限制还未能真正进入实用阶段。 nts防火排烟阀结构设计 5 第二章 原理方案拟定 2.1 排烟防火阀要求 安装在有防火要求的排烟系统风管中或排烟用风机的吸入口处,平时常闭,火灾发生时接受控制中心信号,阀门开启排烟,当气流温度达到 280时,阀门自动关闭,达到阻隔烟火作用 ,可联动关闭排烟风机 。 性能要求 1.平时呈常闭状态,火灾时烟感器通过控制中心发来电气信号( DC 24V) ,执行机构通电动作,阀门自动启动,并输出开启电信号。 2.气流温度达到 280阀门关闭 3.控制电源 DC24V,电源 0.3A; 4.阀门动作后直流电机驱动复位。 5.动作信号或复位信号反馈到控制中心及启动连锁设备。 主要技术参数 1.漏风量 : 700m3 m2.h 2.控制电压: DC 24V 3.风道内部风速大于 20m/s。 4.排烟口的风速不大于 10m/s 。 5.排烟口规格 500x500 5.动 作时间: 瞬间( 0.5s) 2.2 拟定方案 方案一: 排烟防火阀 主体包括 电机, 齿轮传动组、主轴组件、主轴定位装置、电磁铁驱动 ,平行四杆机构 等 。 机构复位时,给电机通电,电机通过齿轮组带动主轴顺时针旋转,使阀门复nts防火排烟阀结构设计 6 位到原始状态,当 定位圆销 嵌入 齿轮 的 圆形 缺口中时, 圆销 将摆 动架 卡住,使主轴定位并停止旋转,此时主轴的旋转角度为 90 ,电机自动断电停止。机构动作时,给电磁铁通电、电磁铁芯拉动 定位圆销 ,使 圆销 与 轮盘 脱开,主轴逆时针旋转 90 ,使阀门打开或关闭。 阀门页片由三片页片组成,三片页片之间通过一平行四杆机构实 现联动。 图 2-1 传动原理图 一 方案二: 排烟防火阀主体包括 电机, 齿轮传动组、主轴组件、主轴定位装置、电磁铁驱动等 。 机构复位时,给电机通电,电机通过齿轮组带动主轴顺时针旋转,使阀门 复位到原始状态,当 定位圆销 嵌入 轮盘 的 圆形 缺口中时, 圆销 将摆 动架 卡住,使主轴定位并停止旋转,此时主轴的旋转角度为 90 ,电机自动断电停止。机构动作时,给电磁铁通电、电磁铁芯拉动 定位圆销 ,使 圆销 与 轮盘 脱开,主轴逆时针旋转 90 ,使阀门打开或关闭。 阀门页片之间通过三个同样大小的齿轮进行联动。 nts防火排烟阀结构设计 7 图 2-2 传动原理图 二 综上两种方案:两种方案都能实现阀门的运动功能,相对而言,方案一生产制造更简单方便,结构更紧凑,因此,本设计选用第一种方案。 nts防火排烟阀结构设计 8 第三章 原动机选择 3.1 页片上所受的作用力 由前可知,阀门内外压差为 P=300pa,阀门面积为 20 . 5 0 . 5 0 . 2 5Sm ,则阀门受压力为 : 3 0 0 0 . 2 5 7 5F P S N 所需转矩为: 7 5 0 . 2 5 1 8 . 7 5 .T F l N m 3.2 电机选择 3.2.1 电机选择原则 实现机械能与电能之间的能量转换是电机的基本功能。电动机把绕组端口从电网输入的电能转换成轴上输出的机械能。在进行能量转换的过程中电机内部难免会产生一些损耗,这些损耗将转变成内能散发到电机周围的冷却介质中,同时也使电动机的温度升高。由于这些耗损的存在,使电机的效率总是小于 100%。 电机运行正常时,如果其中某些电气的或机械的输入量发生变化时,电机的运行状态忽然输出也会按照一定的规律随之发生变化。例 如,当交流电动机的频率、电压、磁场或负载等发生变化时,其感应电动势、电流、电磁转矩、功率和转速等也随之发生变化。如果对交流电动机的频率、电压、磁场等进行控制,就可以使该电动机的运行状态和输出量按照控制要求变化。因此,电动机还具有根据输入量的改变而使输出量做出相应的变化功能,对于速度控制和服务控制等自动控制系统,电动机的这种受控功能十分重要。 电动机是生产机械和家用电器的主要动力来源,对用户来说,电动机的选择十分重要。简单来说,电动机的选择不同类型和不同规格的电动机。实际上,要想做到正确、合理的选择电动机并不 是一 件很简单的事情 。电动机的选择要包括电动机类型及其结构类型的选择、电动机额定电压、额定转速和额定功率的选择,以及电动机的性能及其经济性的选择等。电动机的正确、合理选用可以保证具有良好的运行性能以及良好的经济性和可靠性。否则,轻者将造成资源的浪费,重者就可能酿成事故。 1 电 动机选择的方法 nts防火排烟阀结构设计 9 选择电动机时,除了正确的选择功率外,还要根据生产机械的要求及工作环境等,正确的选择电动机的种类、型式、电压和转速。 A 电动机种类的选择: 电动机的种类分为直流和交流电动机两大类。直流电动机又分为他励、并励串励电动机等。交 流电动机又分为笼型、绕线转子异步电动机及同步电动机等。电动机种类的选择主要是从生产机械对调性能的要求来考虑,例如,对于调速范围、调速精度、调速平滑性、低速运转状态等性能来考虑。 凡是不需要调速的拖动系统,总是考虑采用交流拖动,特别是采用笼型异步电动机。长期工作、不需要调速、且容量相当大的生产机械,如空气压缩机、球磨机等,往往采用同步电动机拖动,因为它能改善电网的功率因数。 如果拖动系统的调速范围不广,调速级数少,且不需要在低速下长期工作,可以考虑采用交流绕线转子异步电动机或变级调速电动机。因为目前应用的交流调速范围拖动,大部分由于低速运行时能量损耗大,鼓一般均不宜在低速下长期运行。 对于调速范围宽、调速平滑性要求较高的场合,通常采用支流电动机拖动,或者采用近年来发展起来的交流变频调速电动机拖动。 B 电动机型式的选择: 各种生产机械的工作环境差异很大,电动机与工作机械也有各种不同的连接方式,所以应当根据具体的生产机械类型、工作环境等特点,来确定电动机的结构型式,如直立式、卧式、开启式、封闭式、防滴式、防暴式等各种型式。 C 电动机容量的选择: ( 1)等效电流法 等效电流法的基本的基本思想是用一个不变的电流 Icq来等效实际上变化的负载带暖流,要求在同一个周期内,等效电流 Icq 与实际变化的负载电流所产生的损耗等。假定电动机的铁损耗与绕组电阻不变,损耗只与电流的平方成正比,由此可得等效电流为 Icq = I12t1+I22t2+In 2tn t1+t2+t n 式中, tn 为对应负载电流 In 时的工作时间。求出 Icq 后,则选用电动机的nts防火排烟阀结构设计 10 额定电流 In 应大雨或等于 Icq。采用等效电流法时,必须先求出用电流表示的负载图。 ( 2) 等效转矩法 如果电动机在运行时,其转矩与电流成正比(如他励直流电动机 的励磁保持不变,异步电动机的功率因数和气隙磁通保持不变时),则可以改写成等效转矩公式。 Teq= T12t1+T22t2+Tn 2tn t1+t2+t n 此时,选用电动机的额定转矩 T 应大于或等于 T,当然,这时应先求出用转矩表示的负载。 ( 3)等效功率法 如果电动机运行时,其转速保持不变,则功率与转局成正比,于是由式可得等效功率为 Peq= P12t1+P22t2+Pn 2tn t1+t2+t n 此时,选用电动机的功率 P 大于或等于 P 即可。 必 须注意的是用等效法选择电动机容量时,要根据最大负载来校验电动机的过载能力是否要求,如果过载能力不能满足,应当按过载能力来选择较大容量的电动机。 3.2.2 直流电机选择 ( 1) 电动机类型: 直流伺服 电动机; 电动机功率选择: 工作机所需转速: 由上可以,阀门动作时间是 0.5s转 90度(即 1/4圈)。 1 / 4 6 0 3 0 / m i n0 . 5nr 工作机所需输入功率:WP F v k W; 电机所需功率: 1 8 . 7 5 3 0 0 . 0 69 5 5 0 9 5 5 0d TnP K W ; 341 2 3 0 . 7 9 9w nts防火排烟阀结构设计 11 其中, W 为 页片 工作效率, 0.92 1为 齿轮 轮效率, 0.97 2为轴承效率, 0.99 3联轴器效率, 0.99 所以 0 . 0 6 = 0 . 0 7 5 K W0 . 7 9Wd PP ( 2)电机转速选择 输送机工作转速 3 0 / m inwnr电机转速选: 7 2 0 / m innr ( 3)电机型号确定 所以查表选电机型号为: 50ZYT 电机参数: 额定功率:mp 0.1KW 满载转速:mn 720 /minr 图 3-2 50ZYT直流电机 3.3 传动比分配 ( 1)总传动比和各级传动比分配: 1 2 3720 2430mwni i i in 总其中:1i2i,3i为齿轮级传动比, nts防火排烟阀结构设计 12 取:1 2 34 , 3 , 2i i i ; ( 2)各轴传动装置的运动和动力参数 1) 第一 轴:1 2 3 1 1 0 . 9 9 0 . 9 9 0 . 0 9 8mP P k W ; 1 7 2 0 / m innr; 1110 . 19 5 5 0 9 5 5 0 1 . 3720PT N mn g; 2) 第二 轴:2 1 2 1 0 . 0 9 4P P k W; 2 1 1/ 7 2 0 / 4 1 8 0 / m i nn n i r ; 2229 5 5 0 4 . 9 9PT N mn g; 3) 第三 轴:3 1 2 2 0 . 0 8 9P P k W; 3 6 0 / m innr; 3339 5 5 0 1 4 . 2 4PT N mn g; 3)第四轴:4 1 2 3 0 . 0 8 7P P k W; 4 3 0 / m innr; 4349 5 5 0 2 7 . 7PT N mn g; nts防火排烟阀结构设计 13 第四章 齿轮传动设计 4.1 第一级齿轮传动设计 1) 选精度等级、材料及齿数 1 小齿轮材料: 45 钢调质 HBS1=280 接触疲劳强度极限 6001lim H MPa ( 由 12P207 图 10-21d) 弯曲疲劳强度极限1 500FE Mpa ( 由 12P204 图 10-20c) 大齿轮材料: 45 号钢正火 HBS2=240 接触疲劳强度极 限 5502lim H MPa ( 由 12P206 图 10-21c) 弯曲疲劳强度极限 3802 FE Mpa ( 由 12P204 图 10-20b) 3 精度等级选用 7 级精度 4 初选小齿轮齿数1 21Z 大齿轮齿数 Z2 = Z1 hi= 244=96 取 96 5 初选螺旋角 14t 2) 按齿面接触强度设计 计算公式: 3211 12 HHEdtt ZZuuTKd mm ( 由 12P216 式 10-21) ( 3) 确定公式内的各计算参数数值 初选载荷系数 6.1tK小齿轮传递的转矩1 1300TTN mm 齿宽系数 0.1d( 由 12P201 表 10-7) 材料的弹性影响系数 8.189EZ Mpa1/2 ( 由 12P198 表 10-6) 区域系数 2.42HZ ( 由 12P215 图 10-30) 1 0.77 ,2 0.87 ( 由 12P214 图 10-26) nts防火排烟阀结构设计 14 12 1 . 6 5 应力循环次数 116 0 6 0 7 2 0 1 ( 1 0 . 1 3 0 0 1 5 )hN n j L 71.94 10 7 612 1 . 9 4 1 0 4 . 8 6 1 04hNN i 接触疲劳寿命系数1 0.94HNK 2 0.95HNK ( 由 12P203 图 10-19) 接触疲劳许用应力 取安全系数 1HS .2 1 l i m 11 0 . 9 4 6 0 0 4 7 01 . 2H N HH K M P aS 2 l i m 22 0 . 9 5 5 5 0 4 3 5 . 41 . 2H N HH K M P aS 取 4 3 5 .4H M p a ( 4) 计算 ( 1)试算小齿轮分度圆直径td13 21 )(12HEHdtt ZZTKd 23 2 1 . 6 1 3 0 0 4 1 2 . 4 2 1 8 9 . 8()1 . 0 1 . 6 5 4 4 3 5 . 4 =15.19mm ( 2)计算圆周速度 1 1 5 . 1 9 7 2 0 0 . 5 76 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m/s ( 3)计算齿宽 b 及模数 mnt 1 1 . 0 1 5 . 1 9 1 5 . 1 9dtbd mm 11c o s 1 5 . 1 9 c o s 1 4 0 . 6 124tntdm Z nts防火排烟阀结构设计 15 2 . 2 5 2 . 2 5 0 . 6 1 1 . 3 8nth m m m b/h=10.99 4计算纵向重合度=2.0932 ( 5) 计算载荷系数 HHVAH KKKKK 错误 !未找到引用源。 使用系数 AK 根据电动机驱动得 0.1AK 错误 !未找到引用源。 动载系数VK根据 v=0.57m/s、 7 级精度 VK 1.1 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数HK根据小齿轮相对支承为非对称布置、 7 级精度、d=1.0、 39.8b mm,得 bK ddH 322 1023.0)6.01(18.012.1 =1.41 错误 !未找到引用源。 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数FK根据 b/h=10.99、 42.1HK42.1FK错误 !未找到引用源。 齿向载荷分配系数HK、FK假设 mmNbFKtA /100/ ,根据 7 级精度,软齿面传动,得 1 . 4 0HFKK HHVAH KKKKK =2.72 nts防火排烟阀结构设计 16 ( 6) 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径 1d 3311 / 1 5 . 1 9 2 . 7 2 / 1 . 6 1 8 . 1 3t H td d K K mm ( 7) 计算模数nm211c o s 1 8 . 1 3 c o s 1 4 0 . 7 124ndmz o 三 按齿根弯曲强度设计 3m a x212co s2 FSaFadnYYZYKTm 1 确定计算参数 ( 1)计算载荷系数 K 2 . 7 3A V F FK K K K K ( 2)螺旋角影响系数Y根据纵向重合系数 2.0933 ,得 Y 0.91 ( 3)弯曲疲劳系数 KFN 得 86.01 FNK 2 0.87FNK ( 4)计算弯曲疲劳许用应力 F 取弯曲疲劳安全系数 S=1.2 得 111 3 5 8 . 3 3F N F EF K M P aS 222 2 7 5 . 5F N F EF K M P aS ( 5)计算当量齿数 ZV 11 3324 2 6 . 2 7c o s c o s 1 4V ZZ 取 27 nts防火排烟阀结构设计 17 22 33 96 1 0 5 . 7 9c o s c o s 1 4V ZZ 取 105 ( 6)查取齿型系数 YF 应力校正系数 YS 得 57.21 FaY 16.22 FaY 1 1.59SaY 2 1.82SaY
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