【JD018】风机状态测试系统的总体设计[2A0]【机电一体化毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共41页)
编号：619910
类型：共享资源
大小：964.57KB
格式：ZIP
上传时间：2016-03-07
上传人：棒***
认证信息
个人认证
康**（实名认证）
湖北
IP属地：湖北
50
积分
- 关 键 词：
-
风机
状态
状况
测试
系统
总体
整体
设计
a0
机电
电机
一体化
毕业设计
论文
优秀
优良
通过
答辩
- 资源描述：
-
| 该资料由棒哥毕业设计工作室整理上传，购买之前，请仔细阅读预览，满意后注册帐号，充值下载即可得到源文件。 |
棒哥设计工作室专职于数控编程、夹具设计、模具设计、机械设计、减速器设计、三维造型设计[UG、PROE、SW等]。拥有万份成品毕业设计资料，如若资料库中没有您想要的课题，我们支持量身定做，量身定做，保证通过！咨询QQ：29467473 我们拥有一支经验丰富、技术过硬、具有社会责任感的专业团队，有10余名主要技术主干，30余名兼职技术人员，所有技术人员均从事技术5-10年及以上在职工程师及大学教师，充分保证定做设计质量。 我们永远诚心接待每一位来访的有缘人，同时也欢迎有能力、有技术、有经验、有责任心的数控、机械、模具、机电一体化等方面的人才加入我们的团队，共同组建更专业、更效率、更强大的队伍。 我们始终以诚信经营、优质服务、完美售后的服务宗旨为广大客户提供海量的参考资料，五年来得到了无数客户的肯定。本工作室所有资料，均已通过检查，均根据大纲要求编写的完完整的设计资料，可以放心选购。 |
| 常用文件格式介绍 | 资料中【.doc】格式的文件为WORD文档 资料中【.dwg】格式的文件为AUTO CAD二维图纸文件 资料中【.prt】格式的文件为UG三维图文件 其余文件请看资料上的备注。 |
| 注意事项 | 1.下载成功后，如遇资料文件打不开，请加QQ29467473联系。 2.下载时请不要使用迅雷软件下载，如若电脑已安装，请先卸载后再进行下载。 3.该资料仅供学习参考使用，下载后切勿直接交稿，需将资料按照学校要求进行修改后再交稿。尤其是需要查重的学校，更要进行修改。 4.题目最前面的【XX001】之类的序号并非课题型号，而系本工作室按照资料收集的顺序进行排序所设置的序号，与课题无关。 |
| XXX |
- 内容简介：
-
山东大学本科生毕业设计（论文） 1 第一章 概 述 随着机械技术、微电子技术和信息技术的飞速发展，机械技术、微电子技术和信息技术的相互渗透也越来越快。要实现系统或产品的短、小、轻、薄和智能化，达到节省能源、节省材料、实现多功能、高性能和高可靠性的目的，机械与电子结合就成为了现代科技发展的趋势。对于风机的自动测控系统就是一个机械电子结合的范例。 机简述 风机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械 ,它是用来提高气体压力 ,并输送气体的机械 , 它是一种从动的流体机械。风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速 较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称，通常所说的风机包括通风机，鼓风机，压缩机以及罗茨鼓风机，离心式风机 ,回转式风机 ,水环式风机 ,但是不包括活塞压缩机等容积式鼓风机和压缩机。气体压缩和气体输送机械是把旋转的机械转换为气体压力能和动能，并将气体输送出去的机械。 风机按工 作 压力提高的程度来分 ,可以分为四种： 1） 风扇 (250压比 压缩机的压比又称压缩比，是压缩机出口与进口处气体压力之比。 风机使用面广，种类繁多， 被 广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘 干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。 风机 历史 风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心风机基本相同。 1862 年，英国的圭贝尔发明离心风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳 用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为 40左右，主要用于矿山通山东大学本科生毕业设计（论文） 2 风。 1880 年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心风机，结构已比较完善了。 1892年法国研制成横流风机； 1898 年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心风机，并为各国所广泛采用； 19 世纪，轴流风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但其压力仅为 100 300 帕，效率仅为 15 25，直到二十世纪 40 年代以后才得到较快的发展。 1935 年，德国首先采用轴流等压风机为锅炉通风和引风； 1948 年 ,丹麦制成运行中动叶可调的轴流风机； 旋轴流风机、子午加速轴流风机、斜流风机和横流风机也都获得了发展。 风机分类 铁壳风机（普通风机）、玻璃钢风机、塑料风机、铝风机、不锈钢风机等等 为离心式、轴流式、斜流式（混流式）和横流式等类型。 流式风机、离心式风机和斜流 (混流 )式风机。 以下简称压入式风机 )和隔爆电动机置于流道外或在流道内，隔爆电动机置于防爆密封腔的抽出式局部风机 (以下简称 抽出式风机 )。 级或者多级加压风机。 流风机、混流风机、罗茨风机、屋顶风机、空调风机等。 压风机、高压风机。 由于风机理论至今仍欠完善，所以风机性能参数的获取主要依赖于性能试验。风机性能试验是在风机转速不变的情况下，改变风机的流量，检测风机各性能参数，并绘制性能曲线的过程。目前，风机用户为了提高经济效益，在选择风饥时对它的各项性能指标提出了更为严格的要求如压力，流量，转速，功率 噪声，可靠性等。同时，风机生产厂家为了提高产品的竞争能力，在努力改进气动设计，提高机械加工的同时，也对风机性能试验的研究和开发给予了高度的重视。并且在电气拖动设备的运行过程中 , 经常遇到这样的问题 , 即拖动设备的负荷变化较大 , 而动力源电机的转速却不变 , 也就是说输出功率的变山东大学本科生毕业设计（论文） 3 化不能随负荷的变化而变化。在实际中这种“大马拉小车”的现象较为普遍 , 浪费能源。在许多生产过程中采用变频调速实现电动机的变速运行 , 不仅可以满足生产的需要 , 而且还能降低电能消耗 , 延长设备的使用寿命。鼓风机系统采用变频调 速 , 并应用 者单片机构成风压闭环自动控系统 , 实现了电机负荷的变化变速运行自动调节风量 , 即满足了生产需要 , 又达到了节能降耗的目的。由此可见，风机性能测控系统对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型、特型风机以及单件、小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。虚拟仪器 (术是目前测控领域中最为流行的技术之一，它利用 I 量与调理，利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用显示器丰富的显示功能来多形式地表达和输出检测结果，在此基础上，构成一个 具有完整测试功能的计算机仪器系统，即虚拟仪器。虚拟仪器具有传统仪器的基本功能，同时又能根据用户的要求随时进行定义，实现多种多样的应用需求，具有扩展灵活、界面友好、操作简便、性价比高等特点，目前，虚拟仪器技术在许多领域都得到广泛应用 。 现代科学技术的进步以计算机技术的进步为代表，不断更新的计算机技术从各个层面上影响、引导各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器以不可逆转的力量推动着测控技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据 采集为主的测试系统构造方法的进化，过去独立分散、互不相干的许多领域，在虚拟仪器系统的概念下，正在逐渐靠拢、相互影响，并形成新的技术方法和技术规范。虚拟仪器技术能充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机融为一体，构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用计算机智能资源的全新仪器系统。应用虚拟仪器技术，可以用较少的资金、较少的系统开发和维护费用，用比过去更少的时间开发出功能更强、质量更可靠的产品和系统。所以 ，为提高风机性能试验测试系统的性能，并考虑到风机生产厂家及科研院所的实际需求，本课题采用在现有风机性能试验台的基础上利用计算机技术、电子技术、仪器技术的结合 (即虚拟仪器 )，设计一种具有如下特点的计算机辅助风机性能自动测试与分析系统。 (1)自动采集风机性能试验数据，且各项参数指标达到国家规定标准。 山东大学本科生毕业设计（论文） 4 (2)自动控制风机转速。 (3)自动进行数据处理，且实现数据的存储、打印、查询等功能。 (4)自动绘制风机性能曲线。 (5)系统界面友好，操作方便，便于用户使用。 论文的主要任务是以虚拟仪器为设计目标，选用适合的 测试手段与测试方法，进行风机性能试验台的软硬件设计，实现试验数据自动采集与数据处理并最终生成风机性能曲线。 山东大学本科生毕业设计（论文） 5 第二章 系统总体方案的设计 本文针对中、小型风机性能测试的研究，充分利用原有的风室型出口式风机性能试验装置，融入现代虚拟仪器技术，通过虚拟仪器的 据采集模块，建立了一套基于 系统能自动采集风机的原始参数即动压、静压、转矩、转速、温度，并计算出相应的流量、效率、轴功率，绘制出压力、效率、轴功率 随流量的变化的有因次和无因次曲线，打印输出曲线及数据报表 。 机主要性能参数 风机性能试验是以测试试验数据，绘制风机性能曲线为主，所以正确理解风机主要性能参数和性能曲线尤为重要。风机的主要性能参数有流量、全压、功率、转速及效率。 (l)流量 :单位时间内风机所输送的流体量称为流量。常用体积流量 Q 表示，其单位为“耐 /s”或“ m3/h”。严格地讲，风机的流量，特指风机进口处容积流量。 (2)全压 :单位体积的气体在风机内所获得的能量称为全压或风压，以 P 表示，单位为 (3)轴功率 :原动机传递给风机转轴 上的功率，即为输入功率，又称为轴功率，以 p 表示 单位为 (4)有效功率 :单位时间内通过风机的气体所获得的总能量称为有效功率， 单位为 (5)效率 :风机输入功率不可能全部传给被输送气体，其中必有一部分能量损失，被输送的气体实际所得到的功率比原动机传递至风机轴端的功率要小，他们的比值称为风机的效率，以几表示。风机效率越高，则气体从风机中得到的能量有效部分就越大，经济性就越高。 (6)转速 :风机轴每分钟的转数称为转速，以 n 表示，单位为 r/机的各性能参数一般都不是在试验台上直接测量的，而是通过对 试验数据进行计算而得到。得到风机性能参数后，绘制风机的性能曲线为风机性能试验的最终结果，风机的性能曲线有两种，包括有因次性能曲线和无因次性能曲线。 (7)有因次性能曲线 :将风机在各工况下的性能参数值用曲线连接起来，绘制在直角坐标系中，用以表示风机流量、功率、效率、全压与静压之间的关系曲线。 (8)无因次性能曲线 :为了选择、比较和设计风机，经常采用一系列无因次参数。风机山东大学本科生毕业设计（论文） 6 的无因次性能曲线是去掉各种计量单位的物理性质而表示的风机流量、功率、效率、全压与静压之间的关系曲线。因为这些性能参数去除了计量单位的影响，所以 对每一种型式的风机，仅有一组无因次性能曲线。无因次性能曲线与计量单位、几何尺寸、转速、气体密度等因素无关，所以使用起来十分方便。无因次性能曲线在风机的选型设计计算的应用中尤为广泛。 机性能测试装置 风机性能试验装置分为风室式和风管式两类。风室式试验装置由流量测试管路、风室、辅助通风机、流量调节器和整流器等组成，根据腔室与通风机进口和出口的连接方式不同，分为进气风室和出气风室两种试验装置 ;风管式试验由测试管路、流量调节装置、整流装置及锥形连接管等组成，根据试验管路与通风机进气口和出气 口的连接方式不 同，分为进气、出气、进出气三种试验装置。 (l)进气试验 :这种布置形式只在风机进口装设管道，如图 2示。气体从集流器 ，再流入叶轮 3，在管道进口处装有调节风量用的锥形节流门 4，并在吸风管道中放置测量流量用的毕托管 5和静压测管 6。 (2)排气试验 :这种布置形式只在风机出口设置管道，如图 2示。气体从集流器 1进入叶轮 2，由叶轮流出的气体从排风管道 3流出，用出口锥形二冷流门 4调节流量，并在管道上装设静压测管 5和毕托管 6。 (3)进排气联合试验 :这种布置形式是在风机进出口都装设管道，如图 2示。气体由集流器 1 进入吸风管 2。经叶轮 3 流入排风管道 4，然后排出，在出口装一锥形节流门 5调节风量 ， 并在进出口管道上装设静压测管 6和毕托管 7。 在试验中采用哪一种布置形式，可根据各自的习惯及现场的试验条件来决定。例如送风机是从大气吸入空气，经管道送入炉膛，应采用排气试验装置。引风机是抽出炉膛的烟气使之排入大气，则应采用进排气联合试验装置。因本系统原有试验台为一风管式试验台，所以，本系统采用风管式排气试验装置。 山东大学本科生毕业设计（论文） 7 由风机性能试验方法可以看出，风机性能试验应主要完成试验数据的测量、风机试验台的控制、风机性 能参数的计算和风机性能曲线的绘制四部分内容。所以，如何使这四部分功能自动实现是系统设计的关键。 拟仪器概述 20多年前，美国国家仪器公司 出“软件即是仪器”的虚拟仪器（ 念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。 所谓虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合 为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能山东大学本科生毕业设计（论文） 8 力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以 摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面， 如表 2给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。 表 2虚拟仪器与传统仪器的比较 虚拟仪器 传统仪器 开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展 封闭、仪器间相互配合较差 关键是软件，系统升级方便 关 键是硬件，升级成本高，不方便 价格低廉，仪器间资源可重复利用率高 价格昂贵，仪器间一般无法相互利用 用户可定义仪器功能 只有厂家能定义仪器功能 可以与网络及周边设备方便连接 功能单一，只能连接有限的独立设备 开发与维护费用降至最低 开发与维护费用高 技术更新周期短（ 1 技术更新周期长（ 5 虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势，但它并不否定传统仪器的作用，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。在高速度、高带宽和专业测试领域，独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取 代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。 专家们指出，在这个计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物，因此，在 21 世纪，虚拟仪器将大行其道，日渐受宠，将会引发传统的仪器产业一场新的革命。 于虚拟仪器的测试系统 基于虚拟仪器的诸多特点，并结合国内外应用虚拟仪器开发的测试与分析系统的实例，本课题采用虚拟仪器技术对风机性能 试验中试验数据自动采集、风机工况自动调节、试验数据自动处理等进行研究，研制一套风机性能计算机自动检测与分析系统，以实现试验过程的自动化，解除以往人工试验的繁琐过程，且消除试验过程中测量及计算误差，提高试验结果的可靠性。 山东大学本科生毕业设计（论文） 9 为适合现代测试系统的要求，需进行风机试验台的改造并设计适合的测试手段与测试方法，即进行系统总体方案的设计。由风机性能试验的过程可知其测试系统主要完成以下工作 :风机性能参数的测量 ， 风机运行工况的调节 ， 风机转速的控制 ， 风机性能曲线的绘制 。 主要研究内容有：设计风机整 体机械构架，系统硬件部分是整个测试试验的基础。在系统中，硬件部分主要由风机、风管、电动机、传感器、步进电机、流量调节挡板、变频调速器、计算机、数据采集板等组成。硬件设计主要完成了风机工况的调节、风机转速的调节、风机各试验数据的采集等工作。其中风机工况的调节利用了原有系统，风机转速的调节采用变频器实现。 设计并选择传感器（检测风机基本运行参数），试验数据的检测所采用的测量仪器多为传感器。系统采用的传感器包括压差传感器、压力传感器和扭矩传感器。压差传感器主要用于检测流量，压力传感器主要用于检测静压，扭矩传感器主 要用于检测功率信号。 选用数据采集板卡， 通过数据采集板获取数据在虚拟仪器中又称为 据采集 )式仪器。数据采集板作为仪器系统硬件的主要组成部分，是外界电信号与 不仅具有信号传输的功能，还具有信号转换和译码的功能。 软件控制与处理显示（利用 系统功能：自动采集风机的原始参数即动压、静压、转矩、转速、温度，并计算出相应的流量、效率、轴功率，绘制出压力、效率、轴功率随流量的变化的有因次和无因次曲线，打印输出曲线及数据报表。 系统总体结构如图 2 1） 根据拟定工作环境和工况设计风机整体机械结构； 2） 风机性能测试的方法选择进排气式测试方法； 3） 风机 全压采用电容式压力传感器测量； 4） 风机流量通过法兰式标准板孔压差测量装置采集压差信号，在通过换算得到风机流量； 5） 风机的转矩与转速采用在电机与风机之间安装转速与转矩测量传感器装置； 6） 传感器与计算机之间的通信采用虚拟仪器产品： 拟仪器 7） 风机的转速的调节采用 频器 进行控制进而实现 调速控 制； 8） 信号的处理、分析、显示、控制采用 虚拟仪器软件 山东大学本科生毕业设计（论文） 10 图 2统总体示意图 压传感器 扭矩、转速传感器 大气压力、温度、湿度 变频器 电动机 风机 计算机 压差传感器 山东大学本科生毕业设计（论文） 11 第三章 风机硬件系统的设计 件 结构的设计 具体机械 硬件结构 设计内容： 1、根据功率选择电动机 2、连轴器的选型 3、渐开线鼓风箱的设计计算 4、风机叶片的设计与选型 5、风机进风管的设计计算 6、风机轴承的设计计算及选型 7、风机变频器的选择与设计 8、压力与压差传感器的选型与设计安装位置 9、数据采集板卡的选择 风机机械结构如图 3 3进风调节柄 进风管 压力传感器 风管支座 鼓风室 联轴器 出风口 叶片 后支座 电动机 转速 转矩传感器 山东大学本科生毕业设计（论文） 12 械结构 的设计计算 机主要性能参数的确定 1、 流量 据风机拟定的工作环境选择 s。风速选择为：近风口 v=715m/s，出风口 v=1030m/s。 2、 压力 机全压为 9 3、 工作介质 干燥空气： =kg k) kg k) kg k) K=1=、 转速 初选电机型号为： N=1430r/ 5、 功率 初选电机的功率为 3 风机效率一般为 80%90%。 机工作轮的设计计算与选型 初选叶轮大径 为 设计基准。 叶轮如图 3、 风机叶轮周速： 22 3 0 . 3 2 /60m s 2、 风机全压系数： 3224 9 1 0 8 2 . 4 511 1 . 2 9 3 3 0 . 3 222 山东大学本科生毕业设计（论文） 13 图 33、 风机流量系数： 2 2228 8 . 9 3 4 2 2 . 7 80 . 4 0 5 3 0 . 3 24u 4、 风机的比转数： 33 448 8 . 9 35 . 5 4 5 . 5 4 1 4 3 0 2 2 . 6 849000 5、 风机进口轴向速度： 0 . 2 7 0 . 2 70 8 . 9 2 6 8 . 9 2 6 8 8 . 9 3 2 9 . 9 8 /vv q m s 6、 风机进口当量直径： 8 8 . 9 3 0 . 2 5 16 0 6 0 2 9 . 9 8 3 . 1 4 7、 内孔直径： 1 1 ( 1 ) 0 . 7 0 . 1 1 9 0 . 7 0 . 2 5 1 0 . 1 7 4a h o D m 其中 8。 8、 风机叶轮轮毂外径： 0 1 . 2 1 . 2 0 . 1 7 4 0 . 2 0 9d d m 山东大学本科生毕业设计（论文） 14 9、 风机工作轮进口直径： 2 2 2 20 . 0 0 . 2 5 1 0 . 2 0 9 0 . 3 2 6 d m 10、 风机工作轮密封处外径： 01 . 1 1 . 1 0 . 3 2 6 0 . 3 5 9D D m 11、 风机叶片进口直径： 101 . 0 8 5 1 . 0 8 5 0 . 3 2 6 0 . 3 5 4D D m 12、 风机叶片进口线速度： 11 0 . 3 5 4 1 4 3 0 2 6 . 5 0 /6 0 6 0m s 13、 风机叶轮叶片数： 5321 2 1 21 . 4 4 1 0 0 . 3 8 3 52s i n ( )s i n s i n 8 . 8 92 . 8 1 01 0 1 0 1 0 1 21 / 1 / 1 0 . 3 5 4 / 0 . 4 0 5 D D o 14、风机叶片厚度： 0 . 2 3 4 0 . 2 3 42 / 1 0 0 0 2 8 8 . 9 3 / 1 0 0 0 0 . 0 0 3 根据以上计算可以通过风机设计手册选型为 轮，并且确定为 型轴盘。 机进出气机壳的设计计算与选型 1、 蜗室横截面积当量直径的计算： . 0 . 9 5 360co e N （式 3 4 1 . 4m m25m m 2 0 . 4m m 3 5 . 6m m2、 风机进风管直径： 山东大学本科生毕业设计（论文） 15 375 长度： L=3500 3、 风机近风口的选型： 根据风机设计手册选择 04 1、 风机主轴的设计计算 根据以上已经选择的风机叶轮与轴盘，选择轴的最小直径为 d=32轴的强度计算： （ 1） 叶轮的质量 m m m m m 叶 片叶 轮 前 盘 后 盘 轴 盘 32() 0 . 1 0 41 2 7 . 8 5 1 0 ( 0 . 1 0 . 0 6 4 ) 0 . 0 0 3 2 . 4 122b b Lm z k g 叶 片 叶 片 22 2 0 0 2 0213 2 2( ) ( ) ( )2 2 20 . 4 0 5 0 . 2 6 0 . 2 6 0 . 4 0 5 0 . 2 67 . 8 5 1 0 ( 0 . 1 0 4 0 . 0 6 4 ) ( ) 0 . 0 0 3 ( ) 22 2 42 . 0 3 6D D D D 前 盘(前盘曲面略看作直面计算 ) 222223 2 2 ( ) ( ) 220 . 4 0 5 0 . 1 37 . 8 5 1 0 ( ) ( ) 0 . 0 0 4 5 4 . 0 822 后 盘 叶轮轴盘因为选用的为 4 型轴盘 查风机手册可知： 4m 盘因此可以计算叶轮总质量为： 2 . 4 1 2 . 0 4 4 . 0 8 4 1 2 . 5 3m m m m mk g k g 叶 片叶 轮 前 盘 后 盘 轴 盘 （ 2） 风机叶轮转速 N=1430r/ 3） 风机主轴的最大弯矩以及最大转矩的计算 山东大学本科生毕业设计（论文） 16 主轴的最大弯矩的计算 ，主轴受力如图 3 作用在风机主轴上的主要作用力是叶轮重力与其不平衡力，叶轮经过平衡后，仍有允许的残余不平衡重力。该重力可以造成风机叶轮重心与主轴旋转中心线有一定的偏移距离。此距离一般为： 551 . 0 1 0 1 . 5 1 0 m。为安全起见，计算时取： 0 m ，因此，由于叶轮重心与主轴旋转中心线不一致产生的不平衡力 ： 5 2 21 2 . 0 1 0 2135nF m m 叶 轮 叶 轮（ ） （式 3 图 3叶轮重力与其不平衡力之和： 21 1 12 ( ) 21351430 1 0 ( ) 1 2 5 3 1 3 0 . 9 22135nG m g F g 叶 轮轴端与联轴器重力之和： 23 6 3 3( ) 1 2 . 6 2G G G G G R L m g N 轴 端 联 轴 器 联 轴 器 轴承之间轴的重力： 2 2 34 0 . 0 5 2( ) 0 . 2 7 . 8 5 1 0 1 0 3 3 . 3 2 52G R L g N N 主轴与叶轮连接处轴的重力： 2 2 351 0 . 0 3 2( ) 0 . 1 7 . 8 5 1 0 1 0 6 . 32G R l g N N 山东大学本科生毕业设计（论文） 17 图 3主轴支撑座反力计算： 1 5 1 4 4 3 6 3( ) ( ) ( ) ( )(1 3 0 . 9 2 6 . 3 ) ( 0 . 2 0 . 1 ) 3 3 . 3 2 5 0 . 1 1 2 . 6 2 0 . 10 . 22 1 6 . 1 8 l l G l G G 1 3 4 5 61 3 0 . 9 2 1 2 . 6 2 3 3 . 3 2 5 6 . 3 2 1 6 . 1 8 3 3 G G G G F 主轴弯矩计算： 1 5 1( ) ( 1 3 0 . 9 2 6 . 3 ) 0 . 1 1 3 . 7 2 G l N m N m 3( ) 1 2 . 6 2 0 . 1 1 . 2 6 G l N m N m a x 1 3 . 7 2 N主轴弯矩如图 3风机主轴的转矩计算 39 5 5 1 9 5 5 1 2 0 . 0 41430 m N 风机主轴的复合应力 山东大学本科生毕业设计（论文） 18 风机主轴的材料 选用 45 钢 ， 查得其许用扭转切应力 155 许用弯曲应力 275 主轴扭转切应力为： 133312 0 . 0 4 3 . 0 6 1 5 50 . 2 0 . 2 0 . 0 3 216n n M M P a M P d 主轴的最大弯曲应力为： m a x m a x m a 1 9 2 7 50 . 132M M M M P a M P d 按照第三强度理论计算风机主轴的最大复合应力： 2 2 2 2m a . 1 9 4 3 . 0 67 . 4 2 6 0M P a M P a （ 4） 风机主轴刚度校核计算 风机主轴的弯曲刚度校核计算 图 3主轴的当量直径： 4444 4 4 4 4 441300 426 5 3 5 2 0 0 6 5 3 5 2 0 03 2 4 0 5 2 3 2 4 0 5 2v il k l kd m 山东大学本科生毕业设计（论文） 19 图 3弯曲挠度： 主轴挠度如图 3613m a 3 5 1 0 33 2 1 0 1 0 0 . 0 4 264m 偏转角： 94( 2 ) 2 0 . 0 4 0 . 4 0 . 0 0 0 0 3 3 8 0 1 0 0 . 0 4 232pT l o 风机主轴的扭转刚度的校核计算 45 . 7 3 1 0（式 3 其中： T=m 48 . 1 1 0G M P a 主轴的截面的极惯性矩 4 543 . 0 5 1 032m m 34452 0 . 0 4 1 05 . 7 3 1 0 0 . 0 4 6 / 0 . 5 1 /8 . 1 1 0 3 . 0 5 1 0 5）主轴的临界转速的计算 山东大学本科生毕业设计（论文） 20 2 223434 21520775 5 2 0 7 7 5 5 . 2 1 3 2 8 4 / m i 2 2 01 2 5 . 3 1 0 ( ) ( ) 3 . 2 1 0lm g 1 4 3 0 / m i n 0 . 7 5 9 9 6 3 / m i r n r 所以风机主轴运转安全。 因为在此设 计的风机叶片与叶轮前后盘的连接为焊接，所以叶片的最大弯矩应产生在梁的两端。 叶片受力如图 3 当叶轮以角速度旋转时单个叶片因本身质量产生的离心力 2F b l R C b l R （式 3 其中 =103 kg/ b 为叶片长 =141L 为叶片宽度 =82 为叶片厚度 =3轮中心的距离 =296C= 2 钢的 C= 228 6 . 0 88 6 . 0 8 1 4 3 0 0 . 1 4 1 0 . 0 8 2 0 . 0 0 3 0 . 2 9 6 1 8 0 7 . 2 5F n b l 图 3如图叶片的重心假定在叶片工作面的 1和切向力 叶片在 2的作用下，在相应的方向弯曲。由 叶片的抗弯截面模量大，故可忽略。只计算 叶片弯矩如图 3 1 s i n 1 8 0 7 . 2 5 s i n 4 5 1 2 7 7 . 9 2F F N 山东大学本科生毕业设计（论文） 21 22 31 4 1 3 2 1 1 . 566bW m m 叶片的最大弯矩： 1m a x 1 2 7 7 . 9 2 0 . 0 8 2 8 . 7 31 2 1 2 m g 图 3叶片的最大弯曲应 力： 1m a xm a x 194 5 5 58 . 7 3 4 1 . 3 5 52 1 1 . 5 1 0M P P a M P a M P 钢 的 许 用 弯 曲 应 力 1、轮盘本身的离心切应力 22 11222 2 66 4 7 6 1 0 . 2 1 2 ( ) 0 . 1 36 4 7 6 3 0 . 3 2 1 0 . 2 1 2 ( ) 6 . 0 8 1 00 . 4 0 5 2、叶片离心力在圆盘中心产生的应力 21tt （式 3 山东大学本科生毕业设计（论文） 22 半圆盘重心所在半径 33 33212 2 2 2222 2 4 0 5 1 3 0 9 2 . 73 3 4 0 5 1 3 0m m 半圆盘的离心力 2 3 3 2 3 322 14306 5 4 ( ) 6 5 4 0 . 0 3 ( ) ( 0 . 4 0 5 0 . 1 3 ) 2 8 2 2 . 630 D N 单个叶片的离心力 221 14300 . 2 0 . 0 9 2 7 ( ) 4 1 5 . 330cF m R N 所以 6621 4 1 5 . 3 1 2 16 . 0 8 1 0 3 . 4 2 1 02 8 2 2 . 6 K p a p 后盘共计最大切应力 6m a x 1 2 19 . 5 1 0 tt 1、轴盘材料的选用计算 轴盘最大直径 1 4 3 0 0 . 2 1 4 . 9 7 / 3 0 /6 0 6 0m s m s 所以线速度小于 30的轴盘选择一般灰铸铁 图 32、后盘与轴盘之间的铆钉强度计算（切应力计算） 轴盘上的转矩为： 山东大学本科生毕业设计（论文） 23 9551n PM n （式 3 在铆钉 分布的圆周半径 钉所受的切应力为： （式 3 铆钉初选材料为 224531 2 1 6 1 1 2 1 6 10 . 0 0 8 8 1 4 3 0 0 . 1 6 543 . 0 2 1 0 1 8 0 n a M p a 由于风机的工作环境为载荷较小、冲击较小，因此可以选择刚性土缘联轴器。 风机电机的输出的功率为： 3机输出转矩为： T=m。 1、联轴器的计算转矩 T K T（式 3 工作工况系数 鼓风机工作转矩变化小，即为透平空气压缩机械。并且原动机为电动机，因此可选 1 . 5 2 0 . 0 4 3 0 . 0 6c a T N m N m 2、风机联轴器型号的确定与校核 从 4323查得 刚性凸缘联轴器的许用转矩为 400用最大转速为8000r/合轴径为 32合用。 1、风机主轴轴径为： 32据国家标准轴径在 3038，选择的键的规格为：b*h=10*8,从键的长度系列中选择键的长度为 L=45 2、 键的强度计算 3 3 32 1 0 2 2 0 . 0 4 1 0 2 2 0 . 0 4 1 0 4 . 4 7 5 0 6 00 . 5 ( ) 8 3 5 3 2 p a M p aK l d h L b d 最脆弱的联接端为轴盘（灰铸铁）其许用强度为 5060以键连接部分满足要求。 山东大学本科生毕业设计（论文） 24 动轴承的选型与校核计算 1、滚动轴承的选型 因为风机主轴的轴端为风机叶轮，所以主轴为一悬臂梁径向载荷较大而轴向载荷较小。风机要求的转速不是很高。因为主轴轴端承受悬臂力，所以要求轴承有一定的调节主轴弯曲的能力。 综上，可选择调心辊子轴承，根据轴径可选择 22209轴承。 2、轴承的寿命计算 610 ()60 （式 3 n 为轴承转速 n=1430r/C 为轴承的基本额定动载荷为指数，球轴承为 3，对于磙子轴承为 10/3。 P 为轴承载荷，在这里既为径向载荷，在前面计算的轴的载荷时已经计算过为 风机长期连续工作机械，可选预期寿命为： 4 0 0 0 0 6 0 0 0 0轴承应具有的基本额定动载荷为： 1036660 6 0 1 4 3 0 5 0 0 0 02 1 6 . 1 8 2 6 6 4 . 6 71 0 1 0 N 因此，所选轴承满足要求。 3、轴承的润滑方式的选择 因为 2*1430=45760mm/r 所以选择油脂润滑方式。 速调节装置的设计 体设计 在风机测试过程中，要求风机的转速不变。但是在实际应用当中，风机需要有不同的转速，当然也是为了节能方面的考虑。因此，对风机的交流异步电机的调速就是对风机的调速过程。 随着新型电力电子器件的发展，交流变频调速技术已经崛起，它几乎和计算机控制一样，成为了现代交流传动调速技术领域的主要标志之一。 20世纪 70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流 电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力山东大学本科生毕业设计（论文） 25 拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 变频器调节风机转速原理如图 3 图 3机变频调速控制设计 流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静 关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源 |稳压器，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 变速调速也称为变频调速系统，它主要由变频器和控制器两大部分组成。变频调速的基本原理是根据电动机转速与输入频率成比例的关系，通过改变供给电动机三相电源的频率 值来达到改变电动机转速的目的。 1、变频器 变频器的作用是将所接收的三相电源（如 380V， 50换为频率可调节的三相电源。变频器根据其变频的原理分为直接变频和间接变频。直接变频为交 交变频；间接变频为交 直 交变频。间接变频是指将交流经整流器后变为直流，然后再经逆变器调制为频率可调的交流电。 交 直 交频器由顺变器、中间滤波器和逆变器三部分组成。顺变器就是整流器，它是一个晶闸管感想一桥式电路，其作用为将定压定频的交流电变换为可调直流电，然后作为逆变器的直流供电电源；中间滤波器由电抗器或 电容组成，其作用是对整流后的电压山东大学本科生毕业设计（论文） 26 或电流进行滤波；逆变器也是三相桥式整流电路，但它的作用与顺变器相反，综将直流电变换（调制）为可调频率的交流电，它是变频器的主要部分。 2、控制器 控制器是根据变频调速的不同方式产生相应的控制信号，控制逆变器中各功率开关元件的工作状态，使逆变器输出预定频率和预定电压的交流电源。控制器有二种控制方式：一种是以各种集成电路构成的模拟控制方式；另一种是以单片机、微处理器构成的数字控制方式。市场销售的微电脑变频器，就是使用单片微机或微处理器为控制核心的变频器。 决定功率开关器件（ 如晶闸管）动作顺序和时间分配规律的控制方法称为脉宽调制（ 法。用这种方法通过改变矩形脉冲的宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值；通过改变调制矩形脉冲波形的频率（或周期）可以控制交流基波电压的频率。控制器输出一组等幅而脉冲宽度随时间按正弦规律变化的矩形脉冲，用此脉冲电压去触发逆变器中的功率开关器件，起到了功率放大作用。由于各个矩形脉冲波下的面积接近于正弦波下的面积，因此，逆变器的输出电压就接近于正弦波，这样就能满足变频调速对电压与频率协调控制的要求。 在此选择交流变频器型 号为： 电机为 回路端子接线图、控制回路接线图 如图 3端子说明如 表 3 图 3频器接线说明 山东大学本科生毕业设计（论文） 27 表 3本系统采用的传感器包括压差传感器、压力传感器和扭矩传感器。压差传感器主要用于检测流量，压力传感器主要用于检测静压，扭矩传感器主要用于检测功率信号。 差测量 差压式流量计 (以下简称 流量计 )是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸 来测量流量的仪表。 一次装置 (检测件 )和二次装置 (差压转换和流量显示仪表 )组成。通常以检测件的型式对 类，如孔扳流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号