油水分離機畢業(yè)設計

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1、 題 目： 油水分離機設計 摘 要 油水分離機是一種利用高速旋轉所產生的離心力達到不同物質的分離層的分離機的一種。 離心機已廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、化工、醫(yī)學、紡織、治金、船舶、軍工各個領域。例如：濕法采煤，中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素，三廢治理污泥脫水，各種石油化工產品的制造，各種抗菌素，淀粉及農藥的制造，牛奶，啤酒，植物油等食物品的制造，織品，纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油，燃料油的提純等都采用分離機。離心機已成為國民經濟各個部門廣泛使用的一種通用的機械。 本設計是對油水分離機的

2、部分零件進行了改進。對其控制中的問題也進行了分析。對油水分離機的原理，應用，特點進行了分析。對其齒輪進行了較核。其目的是使油水分離機的壽命延長。對電動機也進行了選用，使其匹配。 關鍵詞：油水分離機；齒輪；設計 Abstract The perquisite splitter is the centrifugal force which one kind of use high speed revolving produces achieves different material the disengaging zone splitter one kind. The centr

3、ifuge has widely used in the industry, the agriculture, the chemical industry, the medicine, the spinning and weaving, governs the gold, the ships, war industry each domain.For example: Aqueous method mining coal, the powdered coal recycling, the petroleum drilling mud recycling, the radioactive ele

4、ment, the three wastes government sludge dewatering, each kind of petroleum chemical industry product manufacture, each kind of antibiotic, the starch and the agricultural chemicals manufacture, the milk, the beer, food goods and so on vegetable oil manufactures, the fabric, the textile fiber dehydr

5、ation and the synthetic fiber manufacture, each kind of lubricating oil, the bunker oil depuration and so on all uses the splitter.The centrifuge has become the national economy each department widespread use one kind of general machinery. This design has made the improvement to the perquisite split

6、ter partial components.Has also carried on the analysis to in its control question.To the perquisite splitter principle, the application, the characteristic has carried on the analysis.Has carried on nuclear to its gear.Its goal is causes the perquisite splitter the life extension.Also carried on to

7、 the electric motor has selected, causes its match. Keywords: Connecting rod; Deformination ; Processing technology ; 目錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒論 2 1.1分離機的發(fā)展概況 2 1.2分離機的應用，特點及分類 2 1.2.1油水分離機的特點及應用 2 1.2.2傳統(tǒng)分離器分類 3 第 2 章 油水分離機組成及工作原理 6 2.1油水分離機的組成 6 2.

8、2油水分離機的工作原理 6 2.2.1分離機的工作原理 6 2.2.2油分計的工作原理 6 2.3油水分離機的主要技術參數(shù) 7 第 3 章 傳動系統(tǒng)設計計算 9 3.1電動機選用 9 3.2齒輪參數(shù)設計 9 3.2.1初選參數(shù) 9 3.2.2按接觸強度設計 10 3.2.3主要尺寸計算 11 3.3大齒輪強度校核 11 3.3.1有關數(shù)據(jù)及系數(shù)確定 12 3.3.2相關系數(shù)值 12 3.4核算齒面接觸疲勞強度 13 3.5立軸齒輪齒面接觸疲勞強度校核 15 3.6校核齒根彎曲強度 16 3.7核算齒根彎曲強度 17 3.8軸疲勞強度校核 19 3.9主軸疲勞

9、強度計算 21 總 結 27 參考文獻 28 致 謝 29 附 錄1 30 附 錄2 38 第 1 章 緒論 1.1分離機的發(fā)展概況 分離機是把混合的物質分離成兩種或兩種以上不同的物質的機器。分離機是一種利用高速旋轉所產生的離心力達到不同物質的分離層的分離機的一種。 自從1836年第一臺工業(yè)用三足式離心機在德國出現(xiàn)，到今已有一百年的歷史了，現(xiàn)已有了很大的發(fā)展，各種類型的離心機繁多，，正在向技術發(fā)展，系列化、自動化方向發(fā)展，結構越來越復雜，專用的分離機也越來越多。 分離機已廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、化工、醫(yī)學、紡織、治金、船舶

10、、軍工各個領域。例如：濕法采煤，中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素，三廢治理污泥脫水，各種石油化工產品的制造，各種抗菌素，淀粉及農藥的制造，牛奶，啤酒，植物油等食物品的制造，織品，纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油，燃料油的提純等都采用分離機。離心機已成為國民經濟各個部門廣泛使用的一種通用的機械。分離器要能保持良好的分離效果，需對其液位和壓力進行控制。傳統(tǒng)分離器液位和壓力的控制采用定壓控制技術。在分離器的變壓力液面控制中，利用浮子液面控制器帶動油和氣調節(jié)閥，使其聯(lián)合動作，控制原油和天然氣的液量，完成對分離器中液位的調節(jié)，而不對分離器的壓力進行控制。變壓力的液面控制方法可以最大程度地

11、減小油氣出口閥的節(jié)流，減小分離器的壓力，提高分離效果。 1.2分離機的應用，特點及分類 油氣分離器和油氣水三相分離器在油田接轉站和聯(lián)合站中有著廣泛的應用。分離器要能保持良好的分離效果，需要對其液位和壓力進行控制。本文從減小工藝流程中的節(jié)流損失、節(jié)能降耗、提高分離效率的角度，分析了傳統(tǒng)分離器液面和壓力的控制工藝，提出了一種簡單可靠、降低能耗的分離器變壓力液面控制方法。 1.2.1油水分離機的特點及應用 油水分離器的原理是采用油水的比重不同，運用過濾、沉淀、浮升等方法匯集一體進行油水分離的。 ①．去除效率高，設備對污水進行強化分離，提高出水水質，真正能達到國家要求的排放標準。

12、②．結構獨特，設計新型，脫離了傳統(tǒng)的結構引進了新的設計思想，體現(xiàn)了在同類產品中的領先地位。 ③結構簡單、可靠，生產成本和使用成本低。在國內本產品的價格也大大低于氣浮等產品的價格,為廣大中小飯店、快餐店連鎖店所接受。 ④占地面積小，施工方便，工程造價低。 ⑤無能耗、無耗材，使用成本非常低，只需對產品按說明作簡單的維護。 ⑥浮油和沉渣相對集中，便于收集和清撈，為今后形成高效率、企業(yè)型、集中化廢物收集創(chuàng)造條件 適用范圍 1. 廚房污水的隔油，出水動植物含量為20至500mg/L； 2.出水中懸浮物（SS）小于1000mg/L； 3.由處理污水量1t/h至50t/h的設備可供選擇；

13、4.可根據(jù)用戶實際情況定做非標產品； 5.多種材質制造； 1.2.2傳統(tǒng)分離器分類 1、油氣兩相分離器 油氣兩相分離器將油氣混合物來液分離成單一相態(tài)的原油和天然氣，壓力由天然氣出口處的壓力控制閥控制，液面由控制器控制的出油閥調節(jié)。 天然氣出口處的壓力控制閥通常是自力式調節(jié)閥或配套壓力變送器、控制器、氣源的氣動薄膜調節(jié)閥等。出油閥通常為配套液位傳感器、控制器、氣源的氣動薄膜調節(jié)閥或浮子液面調節(jié)器操縱的出油調節(jié)閥等。 有的油氣兩相分離器是用氣動薄膜調節(jié)閥控制分離器的壓力，用浮子液面調節(jié)器操縱出油閥控制分離器液面。 2、油氣水三相分離器 油氣

14、水三相分離器在油井產物進行氣液分離的同時，還能將原油中的部分水分離出來。隨著油田的開發(fā)，油井產出液的含水量逐漸增多，三相分離器的應用也逐漸增多。結構不同，三相分離器的控制方法也不同。兩種典型分離器的控制原理如下： (1)油氣水混合物進入分離器后，進口分流器把混合物大致分成汽液兩相，液相進入集液部分。集液部分有足夠的體積使自由水沉降至底部形成水層，其上是原油和含有較小水滴的乳狀油層。原油和乳狀油從擋板上面溢出。擋板下游的油面由液面控制器操縱出油閥控制于恒定的高度。水從擋板上游的出水口排出，油水界面控制器操縱排水閥的開度，使油水界面保持在規(guī)定的高度。分離器的壓力由設在天然氣管線上的閥門控制。

15、 (2)分離器內設有油池和擋水板。原油自擋油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操縱的出油閥控制。水從油池下面流過，經擋水板流入水室，水室的液面由液面控制器操縱的出水閥控制。 1.2.3傳統(tǒng)分離器液位和壓力控制中存在的問題 分離器定壓控制中，天然氣管線上的壓力控制閥對天然氣進行一定程度的節(jié)流，以保證分離器內壓力的穩(wěn)定。氣量減小或者氣出口處壓力降低時，閥門節(jié)流程度增加；反之，閥門節(jié)流程度減小。 分離器液面控制中，油水出口閥門也對液體進行節(jié)流。液量增大時，節(jié)流程度減??；液量小時，節(jié)流程度加強，以使液面保持穩(wěn)定。 為保證液量較大的情況下能夠正常排液，分離器具有較高的壓力

16、。但是在液量減小時，必須通過油水出口閥對液體節(jié)流，使液面不至于降低。因此生產中，分離器一般在較高的壓力下工作，液相閥門處于節(jié)流狀態(tài)。 分離器壓力過高影響分離器的進液，使中轉站或計量站的輸出口以及井口回壓增高，不利于輸油。目前，我國的油井多為機械采油，井口回壓升高，增加了采油的能源消耗。此外，在較高壓力下油中含有的飽和溶解氣，在出油閥節(jié)流后，壓力下降時，從油中分離出來，易使下游流程中的油泵產生氣濁。因此較高的分離器壓力不但影響油氣的分離效率，增加生產能耗，而且影響安全生產。 1.2.4變壓力液面控制 浮子液面控制器帶動兩個調節(jié)閥，一個調節(jié)閥控制天然氣，另一個調節(jié)閥控制原油，實

17、現(xiàn)原油和天然氣出口處閥門的聯(lián)合調節(jié)。當浮子上升時，連桿機構使氣路調節(jié)閥的開口減小，油路調節(jié)閥的開口增大；反之，當浮子下降時，連桿機構將使氣路調節(jié)閥的開口增大，油路調節(jié)閥的開口減小。通過改變調節(jié)閥的開度，改變天然氣和原油的相對流量，對分離器的液面進行控制。這種控制方法不對分離器的壓力進行定值控制，分離器的壓力為天然氣出口處或液體出口處的壓力與天然氣調節(jié)閥或液體調節(jié)閥前后的壓力差之和。當氣量和液量以及分離器下游壓力變化時，分離器的壓力是變化的，所以這種控制方法為變壓控制。 1、變壓力液面控制在油氣兩相分離器中的應用 進出油氣分離器的液量和氣量不變時，液面穩(wěn)定在某一位置上；當進入分離器的

18、液量或氣量發(fā)生變化，而使液面上升時，浮子連桿機構將使天然氣調節(jié)閥的開口關小，原油調節(jié)閥的開口開大，使排氣量減小而排液量增大，直到進出分離器的液量和氣量相等時，液面將重新穩(wěn)定在一個較原來高的位置上；當進入分離器的液量或氣量發(fā)生變化，而使液面下降時，浮子連桿機構將使天然氣調節(jié)閥的開口開大，原油調節(jié)閥的開口關小，使排氣量增大而排液量減小，直到進出分離器的液量和氣量相等時，液面將重新穩(wěn)定在一個較原來低的位置上。這樣隨著進入分離器的液量或氣量發(fā)生變化，浮子連桿機構帶動調節(jié)閥產生相應的動作，從而使液面保持相對穩(wěn)定。 2、變壓力液面控制在油氣水三相分離器中的應用 (1)變壓力液面控制在油氣水三相分離

19、中的應用。原油液面的控制與油氣分離器的液面控制相同，油水界面由油水界面控制器操縱的排水閥控制。 (2)變壓力液面控制在油氣水三相分離器中的應用。油池的液面由其液面控制器操縱的原油調節(jié)閥和天然氣調節(jié)閥控制，水池的液面由其液面控制器操縱的出水調節(jié)閥和天然氣調節(jié)閥控制。 本設計是油水分離機采用離心形式，屬于碟片分離機，碟片分離機是一種轉鼓高速分離機，它是利用轉鼓內的一組錐形碟片高速旋轉產生強大的離心力達到分層。原油中含有油、水、雜物，它們的密度不同，所產生的離心力也不同，從而能達到分層的效果。 油水分離機按照排渣方式：人工排渣，環(huán)閥排渣，噴嘴排渣三種形式。 本設計的油水分離機采用人工排渣方

20、式，是用于消除燃油和潤滑油以及其他礦物油中水分和雜質，減少機械的磨損，提高原油的燃燒率，延長機械使用壽命。 第 2 章 油水分離機組成及工作原理 2.1油水分離機的組成 為滿足MARPOL73/78公約的要求，凡400總噸及以上的任何船舶應裝設有油水分離裝置(油水分離器)，10000總噸及以上的任何船舶還應裝有應裝設經主管機關批準的濾油設備和當排出物的含油量超過15ppm時能發(fā)出報警并自動停止含油混合物排放的裝置。機艙油水分離器主要由濾油設備、油分計（報警器和記錄器組成）和自動停止裝置組成。 2.2油水分離機的工作原理 2.2.1分離機的工作原理 碟式分離機是立式離心機，轉鼓

21、裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機驅動而高速旋轉。轉鼓內有一組互相套疊在一起的碟形零件--碟片。碟片與碟片之間留有很小的間隙。懸浮液(或乳濁液)由位于轉鼓中心的進料管加入轉鼓。當懸浮液(或乳濁液)通過碟片之間的間隙時，固體顆粒(或液滴)在離心機作用下沉降到碟片上形成沉渣(或液層)。沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉鼓內直徑最大的部位，分離后的液體從出液口排出轉鼓。碟片的作用是縮短固體顆粒(或液滴)的沉降距離、擴大轉鼓的沉降面積，轉鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機的生產能力。積聚在轉鼓內的固體在分離機停機后拆開轉鼓由人工清除，或通過排渣機在不停機的情況下從轉鼓中排出。 2.2.2油分計

22、的工作原理 　　油分計的功能是能連續(xù)記錄油水分離器處理水中的油分濃度，并在處理水超過排放標準（>15ppm）時通過自動報警器報警，并將不合標準的處理水通過三通電磁閥的啟閉自動泄放返回艙底。目前船上的油分計有：紅外線、紫外線、激光和超聲波等多種油分計，以YNY-1型油分計為例，其工作原理如圖2-1示。 圖2-1 YNY-1型油分計 工作原理：測量時，靠定時器把運轉周期控制在120秒，120秒時，試液泵及三通電磁閥啟動，通過紅外線分析儀比較標準液與萃取液的油分濃度，并通過放大器放大，通過電訊號控制。如果處理水超過排放標準（>15ppm），報警器報警，并啟動電磁閥，把不符合標準的處理水泄放

23、回艙底。同時記錄器記錄處理水中的油分濃度、日期、時間，并打印在記錄紙上。 2.2.3自動停止裝置工作原理 　　常見的自動停止裝置有兩種，一種是采用氣控或電控三通閥，當排放水樣超過排放標準時，15ppm報警器報警，同時自動打開旁通回流管路，切斷舷外排放管路，將超標污水導回污油水柜；另一種是當排放水樣超過排放標準時，15ppm報警器報警，同時打開旁通回流管路、關閉舷外排放管路的同時停止污水泵。 2.3油水分離機的主要技術參數(shù)： 1、本機采用間歇人工排渣方式，排渣的間隔為1—1.5h. 2、碟片主要尺寸的確定 碟片母線與轉鼓軸線所成的錐角α與懸浮液中固相在碟片表面上的磨擦角有關。 根

24、據(jù)?

25、 第 3 章 傳動系統(tǒng)設計計算 3.1電動機選用 對傳動方案的要求：合理的傳動方案，首先應滿足工作機的功能要求，其次還應滿足工作可靠、傳動效率高、結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、成本低、工藝性好、使用和維護方便等要求 。 原動機是許多機器中運動和任何一個方案，要統(tǒng)籌兼顧，滿足最主要的和最基本的要求。傳動結構設計：動力的來源，其種類很多，有電動機、內燃機、蒸汽機、水輪機、液壓機等。電動機構造簡單、工作可靠、控制簡便、維護容易，一般生產機械上大多數(shù)均采用電動機驅動。本設計也采用電動機作為原動力。我國已制定統(tǒng)一標準的Y系列是一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕

26、性氣體和無特殊要求的機械。所以本設計采用Y系列三相異步電動機。 為了客戶，本油水分離機配有交流電動機和直流電動機：電機規(guī)格如下： 型號 功率（千瓦） 電壓（V） 額定電壓（A） 轉速（r/m） J02-31-4H(T6) 2.2 380 4.92 1435 Z2C-32(T2) 2.2 220 12.5 1500 3.2齒輪參數(shù)設計 因為所設計的齒輪為軟齒面齒輪，故按齒面接觸強度確定齒輪的

27、基本參數(shù)和尺寸。 3.2.1初選參數(shù) 選小齒輪齒數(shù)Z=19 大齒輪齒數(shù)Z=195=95 選螺旋角=10 3.2.2按接觸強度設計 由教材查得：載荷系數(shù)K=1.2 彈性系數(shù)Z=189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)Z= 因為tan=tan/cos=tan20/cos10=0.3696 =20.28 tan=tan=tan10 cos20.28=0.1654 =9.36 所以Z==2.464 Z= =[]1.88-3.2（]cos=[1

28、.88-3.2（]cos10=1.6524 Z==0.7779 螺旋角系數(shù)Z===0.9848 取=1 =45.69mm 3.2.3主要尺寸計算 （1）模數(shù)：m==cos10=2.17 取m=2.25（mm） （2）螺旋角 ①大齒輪螺旋角: =33.5 ②立軸齒輪螺旋角 =56.5 ③大齒輪齒數(shù) =95 ④立軸齒輪齒數(shù) =19 （3）端面模數(shù) = mn/cos=2.25/cos33.5=2.69 = mn/cos=2.25/cos56.5=4.08 （4）分度圓直徑 =mt1 * Z1=2.69 * 9

29、5 = 255.5 =mt2* Z2=4.08 * 19 = 77.5 （5）齒頂圓直徑 = d1 + 2m =255.5 +2 * 2.25 =260 mm = d2 + 2m =77.5 +2 * 2.25 =82 mm （6）中心距 a =(d1 + d2)/2 =(255.5 + 77.5 )/2 =166.5 mm 3.3大齒輪強度校核 根據(jù)齒輪轉動強度設計的原則，閉式轉動齒輪（HB<=350）要求保證齒面接觸疲勞為主，而在實際生產中，分離機主要失效的形式是齒面磨損。所以，只對齒面接觸疲勞強度校核。

30、 3.3.1有關數(shù)據(jù)及系數(shù)確定 1、電動功率P = 2.2 KW 大齒輪額定轉矩T T = 9549*P /n =9549 * 2.2 /1435 = 14.64 N.m 2、分度圓上的圓周力Ft = 2000T/255.5 = 2000x14.64/255.5 =114.60 N 3、分度圓上的計算載荷Ftc Ftc =KA*KV*Kα*K*Ft ----------使用系數(shù) ----------動載系數(shù) -------齒間載荷分配系數(shù) --------齒向載荷分布系數(shù) 3.3.2相關系數(shù)值 （1） ;《機械設計》第六版 P201 表10-2

31、 取 = 1.25 (2) ; 《機械設計》第六版P202 = 1 + {K1/(KA*Ft/b+k2) Z1V =34.8 =0.0087 U =19/95=0.2 V =Л*255.5*1435/60000= 19.19 m/s 得 = 1.35 (3) 查《機械設計手冊》表35.2-30 由*/b =1.25*114.60/20 = 7.16 < 10 得 = 1.1 查《機械設計手冊》表35.2-31 得 = 1 （4）計算載荷 = 1.25x1.35x1.1x1x114.6 =212.73 N （5）材料

32、彈性模數(shù)Z Z = 19 查《機械設計手冊》得 大齒輪 = 11300 = 0.34 立軸齒輪 =20600 =0.3 （6）節(jié)點數(shù)ZH 查《機械設計手冊》得 =2.16 （7）轉動比 u = /=0.2 3.4核算齒面接觸疲勞強度 （1）總工作時間 本機每天8h 工作，每年工作150d ,共運轉10年計算。 =10x150x8 =12000 h （2）總應力循環(huán)次數(shù)N = 60уn1 =60x1435x1x12000 =1.05x10 =/u =5.25x10 （3）接觸強度

33、壽命系數(shù) 查《機械設計手冊》圖35.2-17 大齒輪 ： = 1.05 = 1.05 （4）工作硬化系數(shù) 因為大齒輪和立軸齒軸均為軟齒面 =1 （5）安全系數(shù) 查《機械設計手冊》表35.2-32， 按高可靠度 取 =1.50 ① 接觸疲勞極限應力δHlimb 由《機械設計手冊》查得 δHlimb=17.6 Mpa ② 齒面接觸極限應力δHlim δHlim = δHlimb1xZHxZw =176.4x1.05x1 =185.2 Mpa ③ 安全系數(shù)SH SH = δHlim/Δh1=185.2/330.3=0.

34、56 3.5立軸齒輪齒面接觸疲勞強度校核 1、齒面接觸疲勞極限應力δHlimb2 查《機械設計手冊》得 =650 Mpa 2、 齒面接觸極限應力2 δHlim2 =δHlimb2xZN2xZw =650x1.05x1 =685.2 Mpa 3、 有關系數(shù)的確定 （1）彈性模數(shù)ZE2 ZE2 = 161.2 Mpa (2)節(jié)點系數(shù)ZH2 (3)重合度系數(shù) 前面 =1.22 ， =56.5，查《機械設計手冊》表35.2-15 =0.75 （4）計算接觸應力 =xx2 =463.04 Mpa （5）安全系數(shù) （6）

35、許用安全系數(shù) 查《機械設計手冊》表35.2-32 按較高可靠度取 立軸齒輪齒面接觸疲勞強度能滿足要求。 3.6校核齒根彎曲強度 1、有關系數(shù)的確定 ①齒形系數(shù) 按當量齒數(shù) = 95/(cos33.5)=164 = 19/(cos56.5)=113 查《機械設計》表10-5 = 2.14 = 2.16 ②端面重合度εα 查《機械設計》表10-26 = 0.65 = 0.64 = εα1 +εα2 = 1.29 ③重合度系數(shù)Γε = 0.25 +0.75/εα = 0.83 ④螺旋角系數(shù) = 1 – 33.5/120=0.7

36、5 = 1 -56.5/120 =0.43 (查《機械設計手冊》35.2-19) ⑤彎曲強度壽命系數(shù)Γx 由《機械設計手冊》35.2-28 得 mn =2.25得 ⑥相對應力集中系數(shù) 由表35.2-3 按可高可靠度 ⑦安全系數(shù) 由表35.2－32按較高可靠度 ⑧試驗齒輪彎曲疲勞極限應力 由《機械設計手冊》 大齒輪 由圖35.2－16軸齒輪 ⑨許用彎曲應力 3.7核算齒根彎曲強度 1、齒根彎曲壓力 2、大齒輪軸疲勞強度的精確校核計算 （1）繪制軸的受力荷圖 （2）計算周上的作用力 ①大齒輪軸上的轉矩，由前計算知：

37、 ②圓周力 ③徑向力 ④軸向力 3、 繪制垂直平面的彎矩圖 ①支座反力 ②C截面彎矩 (C)彎矩圖如圖（b）所示 4.繪水平的彎矩圖 ① 支座反力 ②C截面彎矩 （a） 彎矩圖如圖（c）所示 5.繪合成彎矩圖 Mcw(2)= 6.繪扭矩圖： （b） 扭矩圖圖（e）所示 7.繪聯(lián)軸器附加F0的受力圖和彎矩圖 T----軸傳遞的彎矩，N*M D----聯(lián)軸器圓周力作用直徑 D2=112mm C截面彎矩 Mcw(F0)=F0*120=52.25*120=6274.8N*mm 力F0作用的彎矩圖如圖

38、（f）所示 3.8軸疲勞強度校核 較核截面C-C，較核計算按下式進行 式中：-只考慮彎矩作用時的安全系數(shù) -只考慮扭矩作用時的安全系數(shù) {S}-按疲勞強度計算的安全系數(shù) 查《機械設計手冊》表38.3-4 [S]=1.5 以下有關系數(shù)查《機械設計手冊》 證明橫向的疲勞強度足夠 由38.1-1得 由38.3---5得 由38.3-8得 由38.3-11得 由38.3-13得 證明橫軸的疲勞強度足夠。 3.9主軸疲勞強度計算 1、繪制軸的受力載荷圖 2、 求作用于軸上的力 ①軸 設：----電動機額定功率KW

39、 ----大齒輪的軸功率KW -----主軸功率 -----大齒輪軸滾動軸承的效率 -------立軸一對滾動軸承效率 ---------兩齒輪間嚙合效率 查《機械設計手冊》得 已知 kw 則 ②軸的扭矩： 設 NM r/m 立軸的轉矩 NM —— 立軸的轉速 r/m 已知： ＝7250 r/min 依 NM 求圓周力、徑向力、軸向力、不平衡引起的離心力 a) 圓周力 N b）徑向力

40、 N c）軸 N d) 分離體不平衡引起的離心力 因不平衡引起的偏心矩 式中： —— 分離體上不平衡， 單位：克 —— 分離體上不平衡的半徑位置， G —— 分離體總重 kg 按動平衡精度等級國際標準規(guī)定 ， 離心機轉鼓平衡精度等級 G6.3 即 e＝6.3 其中 G = 68 公斤 取 ＝ 29.6/2 毫米 考慮到動平衡惡劣（船用傾斜情況惡劣）情況，實際平衡精度按G16處理 即 e = 16 克 即 在分離體，半徑最大處

41、，殘留7.35克不平衡 由此產量的離心力 N 3、 繪垂直平面的彎轉圓 1）、 圖 (b) 垂直平面的受力由圖得 N 立軸疲勞強度計算 校核截面I-I 和II-II，校核計算按下式： 式中 -----只考慮彎矩作用時的安全系數(shù) -----只考慮扭矩作用時的安全系數(shù) -----許用安全系數(shù) 以下公式及有關系數(shù)均查自《機械設計手冊》 查表38.3-4 =1.8 = = 由38.1-1得 由38.3-5得 由38.3-8得 由38.3-11得 由38.3-13得 安全系數(shù) 由

42、上面計算結果表明： 所以，立軸的疲勞強度足夠。　 總 結 此次設計，使我掌握了機械設計的一般步驟和方法，畢業(yè)設計對我而言，是一個全新的鍛煉和考驗，在設計過程中需要經常查閱國內外各種相關的資料，并要到相關的廠家進行實際的參觀和學習，借鑒前人的設計成果，這些工作使我對機床的發(fā)展，機械設計過程，和整個工作過程都有了進一步的了解和認識，從而在目前設計的基礎上融入了自己的一些思路與想法。通過這次設計加深了我對所學理論知識的理解，結合各類實習靈活運用相關課程的理論知識，達到設計的預期目的，并對我們所學的理論知識進行了一次很好的總結，同時也為我將從事的工作打下了堅實的理論和實踐基礎。 我

43、的畢業(yè)設計是行走式小型液壓起重機的設計，在這近三個月的設計期間，我認真地進行了參觀學習，從傳統(tǒng)的原理入手一步一步由淺入深的對課題理解，并進行分析、設計、計算，最后圓滿完成了整個課題的設計任務。在此期間我不斷的查閱資料，請教老師，詢問同學，對方案進行深入細致的分析，并進行了方案的優(yōu)化選擇，竭盡所思以弄懂每一個結構和安裝的模糊地方。經過計劃，校核和多次的優(yōu)化選擇，最終設計出一部完整的畢業(yè)設計。 由于此次畢業(yè)設計的時間較短，工作量較大以及我自身知識水平和實踐經驗有限，設計中難免存在一些問題，懇請老師批評指正。 參考文獻 ［1］

44、徐灝．機械設計手冊3， 機械工業(yè)出版社, ［2］徐灝．機械設計手冊4 ，機械工業(yè)出版社, ［3］徐灝．機械設計手冊5 ，機械工業(yè)出版社, ［4］機械制圖.大連理工大學工程畫教教研室 高等教育出版社 ［5］畢業(yè)設計指導書.青島海洋出版社 ［6］王棟梁.主機械基礎 ，中國勞動出版社， ［7］黃鶴汀.機械制造技術 ，機械工業(yè)出版社， ［8］盛慧英.染整機械原理，紡織工業(yè)出版社 ［9］王家禾.機械設計基礎實訓教程，上海交通大學出版社， ［10］方承遠.張振國，工廠電氣控制技術 ，機械工業(yè)出版社 ［11］ 王紹俊.機械制造工藝設計手冊. 哈爾濱工業(yè)大學 ［12］劉文劍.曹天

45、河.趙維緩.夾具工程師手冊. 黑龍江科學技術出版社， ［13］ 上海市金屬切削技術協(xié)會.金屬切削手冊. 上?？茖W技術出版社 ［14］ 邱仲潘.計算機英語. 科學出版社 ［15］ 于駿一.典型零件制造工藝.　機械工業(yè)出版社 ［16］ R. C. Arkin. Motor schema-based mobile robot navigation. International Journal of Robotics Research. August 1989, 8(4):92–112, 1989. ［17］ A. Atramentov and S. M. La

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47、 on Entetainment and AI/ALife. 1995. 致 謝 經過兩個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有段老師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在論文寫作過程中，得到了段老師的親切關懷和耐心的指導。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，段老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，段老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷

48、，除了敬佩段老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向段老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 最后我還要感謝機械工程學院和我的母校佳木斯大學四年來對我的栽培。 附錄1 最新機械制造中的人機交互的應用 摘要：為滿足客戶需求，十分必要去繼續(xù)發(fā)展，以先進的控

49、制系統(tǒng)為支持，基于現(xiàn)今在計算機和軟件方面技術的現(xiàn)代機器和生產設備。在雇員有限的操作下，很多制造系統(tǒng)能自動工作。不過，即使在先進的生產系統(tǒng)中，最重要的因素之一仍然是人。通常，總的系統(tǒng)性能取決于人的決定，并且隨著生產系統(tǒng)的復雜和昂貴，人類決定的意義比過去更重大。在這樣的情況下，十分必要通過適當?shù)娜藱C交互，有效地應用本文涉及到人機交互的相應問題，以及對人類活動模型的嘗試性研究。本文還解釋了相互作用媒介，以及提供了該領域里的部分研究結果。目的是對人機交互方面的內容進行分類。 關鍵詞：制造系統(tǒng) 人機交互 人為因素 計算機集成制造 控制系統(tǒng) 1 簡介 通過著重強調人為因素，可以達到競爭

50、和有效地利用，越來越計算機化的機器制造系統(tǒng)。在不遠的將來，為了生產產品，人類與先進的數(shù)字設備之間的適當合作，例如工藝流程與機器的過程監(jiān)控，將會成為生產中的重要部分。在設計控制系統(tǒng)和新機器上，應該考慮人為操作的利與弊。更好的業(yè)務組織應該做到使動力高漲、能力增加、人員穩(wěn)定和人的工作效率提高。 基于軟件工程方面的最新成就，以及新的并且非常規(guī)的硬件系統(tǒng)，還有對人類行為的深入研究，三者相結合的方法，將會大力發(fā)展人機交互技術。這樣一個多學科研究的目的，是想通過適當?shù)娜藱C交互設計，使人會更好地使用人機交互系統(tǒng)。 2 人與軟件系統(tǒng)的交互 生產可認為是分離的生產。由于控制參數(shù)和限制條件的數(shù)目和相互聯(lián)

51、系，意味著分離的生產可看成為一個復雜的系統(tǒng)。此系統(tǒng)的主要特征是[1]： —眾多的組成部分 —組成類型的多樣性 —組成部分的特殊連接 —不穩(wěn)定性的存在 沒有靈活性損失和故障發(fā)生，能實現(xiàn)自動控制功能的生產系統(tǒng)，是不可能存在的這一點，正體現(xiàn)了現(xiàn)代生產系統(tǒng)的重要性、復雜性。以下兩個方面，都需要在信息技術和人為因素之間密切合作。一方面，需要性能高、質量好、系統(tǒng)靈活；另一個方面，需要能解決復雜問題，可基于經驗去學習。為了考慮合作的有效性，人和信息系統(tǒng)的特性也必須考慮在內。 人和信息系統(tǒng)的合作很依賴于人和電腦系統(tǒng)的行為。由于人類具有天生獨特操作能力，那么就確定了他們在生產過程中所扮演的角色。重要

52、的是：基于經驗的自我學習能力、適應新環(huán)境能力、良好的動手操作能力、敏銳的感覺反饋能力（如視力、聽力，等等）、控制動態(tài)形勢能力、預先控制基于反饋的系統(tǒng)性能的能力，以及對未預見到形勢的反應能力，這些能力對于在機器控制和管理方面，都是非常重要的優(yōu)點。 人類欠缺的地方在于：難于或不可能去控制，快速變化的有限信息處理過程。一旦任務變化頻繁，人類將會失去決定性行為，增加錯誤。當工作的目標不明確或者他或她不能作出決定時，人類的工作效率將會降低。 通過適當?shù)臉I(yè)務組織，將會消除那些缺陷或者限制它們對生產過程的影響。一個操作者應該了解工作目標，至少也應該對其工作地點做少許決定。應該為特別的操作者或者眾多操作者

53、設計一款既實用又容易操作，能與軟件系統(tǒng)合作的可視化接口。然而，一些不了解工作場合的特殊性或者人機交互系統(tǒng)細節(jié)的程序員，卻應用計算機去設計可視化接口。 設計軟件系統(tǒng)時，主要側重于信息處理，而不是外觀設計。計算機系統(tǒng)操作者，經常被認為是“擴展的計算機”，他們能計算、分析、合成大量的數(shù)據(jù)，而軟件系統(tǒng)卻不能。 現(xiàn)代計算機信息系統(tǒng)，具有快速處理、高精度運算以及儲存處理大量數(shù)據(jù)能力。信息系統(tǒng)的主要缺陷在于：拘泥于嚴格的算法工作、缺乏創(chuàng)新的反應以及真正的智力工作，那些也被認為是新算法條件下的技能。在人配合的情況下，需要練習人的任務識別以及準確的數(shù)據(jù)輸入。 人—電腦系統(tǒng)合作基于兩個完全不同特點的系統(tǒng)綜合

54、。一方是智慧的人類，他們能憑借直覺能力，解決不同的問題并且從經驗中學習。另一方是信息系統(tǒng)，它們能短時間內處理大量的數(shù)據(jù)，并且能夠做到詳細，而且是瞬時反應。雖然這樣的綜合問題是困難的，但是它卻在適當?shù)挠嬎銠C系統(tǒng)設計情況下提出了補充合作的可能性。表格1顯示了，基于計算機系統(tǒng)結構的人類行為。 3 人機交互 現(xiàn)今，大多數(shù)機器在其生產過程使用中都有特別的控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)能控制機器運行?？刂葡到y(tǒng)大多是基于簡單的可編程控制器的簡易系統(tǒng)，或者基于先進的多層分級控制模型的復雜系統(tǒng)。復雜的系統(tǒng)多用于控制和監(jiān)測先進的機器和工藝流程。然而，所有種類的機器控制系統(tǒng)不得不通過人類操作來監(jiān)控，這個操作員應具有

55、解決復雜問題的能力，例如機器故障或系統(tǒng)癱瘓等情況。 Stahre和交互作用模型的提出者Sheridan正在討論“機器操作員應該與機器或者內外部的系統(tǒng)控制進程進行合作”的問題。 在人類操作和計算機系統(tǒng)與受控機器之間存在著6種交互模塊： 1.操作者通過電腦系統(tǒng)間接地控制過程。 2.操作者間接地接收過程數(shù)據(jù)。 3.操作者向計算機詢求或者接收信息。 4.進程向計算機詢求或者接受信息。 5.操作者直接操作進程。 6.操作者通過自身的感覺觀察過程。 以上1~4的交互模型，通過計算機系統(tǒng)控制，即：系統(tǒng)設計者已經設定好它們。1~4模型會適用于控制系統(tǒng)以及操作者的需求。操作系統(tǒng)最難的事情在于，

56、控制系統(tǒng)中或者機器中的直接操作交互（（5）與（6）之間的交互）。這樣的交互作用通常在機器的錯誤情況下發(fā)生或被處理，那時人的涉入才是必要。 除了控制系統(tǒng)外，人機交互也可以用不同的方式實現(xiàn)。正確設計的機器控制系統(tǒng)，應該不僅在可預測的形勢里考慮到相互作用，也應該能處理無法預言的形勢。例如：在受控機器或者進程中的直接人為干涉。這些在自動機器和監(jiān)控機器進程中尤為重要。 4 人操作模型 生產系統(tǒng)設計者，通常把注意力集中于適當?shù)牟牧虾托畔⒓庸?，但是沒有足夠的關注人類行為對系統(tǒng)性能的影響。由于這樣的情況，系統(tǒng)經常不能配合人的工作。在這個領域里曾經做過一些研究，但大多集中于工效學或者心理學問題。

57、建立一個描述制造系統(tǒng)中人類行為的數(shù)學模型是非常重要的?；谶@樣的一個模型，作為對制造系統(tǒng)或者組成部分設計者的輔助。這類模擬軟件將會有所發(fā)展。不過，找到人類行為模型是比較困難的。人類的行為具有較大的不確定性。因此，描述人類行為的方程式，不能夠精確地表現(xiàn)人類。在本文中，找到了一種這類問題的描述方法。然而，描述的目的是描述人類，而不是建立一個精確的數(shù)學模型，來描述諸多因素中的重要關系。 下面列舉了控制系統(tǒng)中，人的特征因素，應該將這些因素降到最小。 τ：控制延遲—可以描述為，在異常情況出現(xiàn)時，與返回到系統(tǒng)鎖定狀態(tài)之間所需要的時間：τ≥0； t：人反應時間—表現(xiàn)了操作者的行為，可以認為是在異常情況

58、出現(xiàn)下與操作者決定控制方式之間，所需要的時間：t0； η：系統(tǒng)慣性—控制決定和控制實施與通過系統(tǒng)達成適當?shù)臓顟B(tài)之間的時間：η0； ξ：人為決定性正確：ξ0，ξ與決定的正確性同時增加； α：問題困難期：α0，α與解決問題的困難程度同時增加； β：人的疲倦：β0，β與操作者的疲倦程度同時增加； χ：為錯誤決定而擔心：χ0，χ與對錯誤決定的擔心程度同時增加； δ：人的經驗：δ0，δ與操作者的經驗同時增加； ε：人為擴展：ε0，ε與操作者對工作中內容擴展程度同時增加； φ：問題理解：φ0，φ與問題的理解程度同時增加； ν：教育：ν0，ν與教育水平同時增加； κ：控制系統(tǒng)的友好程度：

59、κ0，κ與系統(tǒng)友好程度同時增加； γ：工作條件：γ0，γ與工作條件同時增加； μ：工作動力：μ0，μ與操作者的工作動力同時增加； v：工作負荷：v0，v與手工工作負荷同時增加； θ：典型問題：θ0，θ與問題的典型程度同時增加； ψ：責任：ψ0，ψ與操作者的認真態(tài)度同時增加； λ：公司目標理解：λ0，λ與對公司目標的理解和認同程度同時增加； π：工作環(huán)境；π0，π與工作環(huán)境的質量同時增加； ρ：滿意度：ρ0，ρ與可接受范圍內滿意度同時增加； σ：其它動力因素（例如：就業(yè)機會、培訓等等）：σ0，σ與動力因素同時增加； T:設定或者相似情況下的工作時間； Td:設定天數(shù)內的工作

60、時間； R：工作種類； W：操作者的年齡； O：人的個性； 在確定了最重要的人性特征之后，可以給出描述人類行為因素之間的一般公式： 控制決定延遲： 人類反應時間： 決定質量： 經驗值： 工作概況： 人的疲倦度： 動力值： 以人決定為主導的控制系統(tǒng)的反饋時間： 其中： Ch:以上所描述的人為因素； Cp:非人為因素（例如：控制系統(tǒng)的友好程度、控制系統(tǒng)的反應時間等等）； 提議此模型的目的是指出人類行為的最重要的特征和表達它們之間的關系。下一個研究階段將會做特殊的測試。測試的結果會提供一個更加具體的人類模型，它是通過精心分析特殊因素的重

61、要性而建立起來的模型。制造系統(tǒng)或者它們的部分設計者，以及業(yè)務主管可以使用這個人類行為模型。 5 交互媒介 人機交互或者制造過程中的信息系統(tǒng)，能夠通過不同類型的媒介來實現(xiàn)。通常，交互是在雙向進行：從操作者到機器，或者從機器到操作者。從機器或者系統(tǒng)觀點出發(fā)，人類到機器的交互是輸入，在相反方向的交互就是輸出。 最常用的交互方法是常規(guī)計算機的輸入/輸出裝置。輸入通?；谌松眢w動作的控制。普遍使有的是手指的觸覺控制如手運動。不過，也可能用身體其它部位的運動來監(jiān)控，例如：手、眼、膝等等，對系統(tǒng)的輸入也能基于聲音命令，通常是使用視力作為一種傳輸介質來實現(xiàn)系統(tǒng)的輸出，但是使用聲音系統(tǒng)也很受歡迎。其

62、它媒介，例如力量或者溫度信號和觸覺反饋可在專用機器里應用。 人機交互領域里的研究，主要集中于用最好的信息交流，促進媒介的發(fā)展。通訊媒介是需要不攙雜太多人為因素的信息交流的特殊過程。操作應該集中于解決控制系統(tǒng)里出現(xiàn)的那些問題，而不是與系統(tǒng)交流。 計算機終端是最受歡迎的用于先進的人機交互的輸入/輸出裝置。通常包括：鍵盤、鼠標、跟蹤球或者計算機手寫筆。Agah提出了對于那些設備修改的研究，側重于邊攜式計算機和電話通信支持的輸入裝置的研究，那些方向很有發(fā)展前途。利用空間球和三維控制桿來解決控制和生產機器人的出現(xiàn)，有較大的發(fā)展空間。 控制系統(tǒng)中，最流行的輸出裝置是可視化顯示器，它們可用于數(shù)據(jù)和圖像

63、的傳輸。來自現(xiàn)實與虛擬世界的數(shù)據(jù)和圖象，可以在這些可視化顯示器上顯現(xiàn)出來。現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)和圖象，通常在機器控制系統(tǒng)和監(jiān)測生產管理的屏幕上顯示。研究表明，展示不同數(shù)據(jù)的幾個窗口可能同時在同一屏幕上被打開。但是，應該使數(shù)據(jù)在一種簡單和容易理解的方式下提出。圖像能使數(shù)據(jù)更容易理解，在遠程控制條件下也是可以應用，這對自動生產系統(tǒng)或者分配生產都非常有用。 可視化的數(shù)據(jù)和圖象，形成了各種類型的模擬仿真，這對操作者是非常有用的。那樣就能為建立一個新的正確的生產過程，或為NC和機器人控制程序提供解決方案。為了優(yōu)化整個制造系統(tǒng)的負載和生產進度，經常使用虛擬現(xiàn)實技術。在這個領域內最新的研究，大多集中于為操作控制

64、使用而開發(fā)的虛擬現(xiàn)實三維可視化環(huán)境顯示，還有三維圖像的視頻顯示。 為了是機器和操作者交流，經常使用不同類型的聲音顯示。計算機處理現(xiàn)實或者虛擬的聲音，用來轉化為容易處理的音頻數(shù)據(jù)。 聲音命令系統(tǒng)也能用來支持人機交流。這樣的系統(tǒng)能認識到人講話并且有時能從人的聲音中獲得附加信息。他們跟傳統(tǒng)的計算機通信設備比較，通常由于更快的通訊而被認為會減少運算時間。它們可應用在聲音識別管理系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，但由于商店地板上環(huán)境嘈雜，應用它們可能有些困難。 人機交互的其它交流媒介有：影響力（從操作者到系統(tǒng)的交流）、影響力反饋（從系統(tǒng)到操作員的交流）、觸覺、溫度和溫度反饋。影響力，做為一種應用于機器人控制教

65、學中的交流媒介，似乎只能應用于一些特殊生產中。 6 人機交互的研究現(xiàn)狀 先進人類系統(tǒng)相互作用的應用包括很多方面。本段的目的在于，對那些側重于制造過程中交換問題的研究，給予簡短的回顧。想要了解更多信息的人，請參照Agar的《人與智能系統(tǒng)相互作用研究的復雜分類法》。 大多文章觸及的是解決特殊問題下人類系統(tǒng)的合作問題，然而，也應該去做一些整體性的研究。 Stahre研究了在先進制造過程中的人機交互問題。Udo為了研究人為因素和成功的先進制造系統(tǒng)之間的關系，對美國近100家制造類公司進行數(shù)據(jù)分析。 Johannsen提出了“多用戶協(xié)作管理控制的人機接口設計”，他涉及了知識接口設計的問題

66、。Fuchs研究“與用戶思維模式相匹配的人機接口設計”。Yoshikawa研究方向為：為人機交互系統(tǒng)的設計，發(fā)展一個分析支持系統(tǒng)，它是基于模擬技術和接受來自于人類操作者不同觀點的分析評估。 Trentesaux提出了“分離生產中的人類操作者與分離管理系統(tǒng)反應的綜合問題”，為了支持復雜的制造系統(tǒng)，他提出了一些結合人操作的新的設計方法（全方位考慮、多方面決定支持、預先顯示）。Barthelemy提出“管理領域內的人為因素”，他強調了人為因素在決策支持系統(tǒng)中的作用。 Johnson闡述了人犯錯誤的一般性問題。介于工作錯誤模型和人機交互問題的研究，引發(fā)了描述分析飛行員與飛機之間交互的集成仿真類文章。 Jung提出了基于工效學觀點的人機交互問題。人機接口模塊已經發(fā)展到可視化和可視化測試程序，建立模型的目標是為不同的機器設計者做輔助。 一些文章涉及到規(guī)劃問題，例如最佳的操作分配，像細胞將密集勞動分配到生產細胞。 對先進的生產系統(tǒng)中嵌入智