毕业设计论文刮板输送机用液力耦合器

1、论文题目： 刮板输送机用液力耦合器的 三维建模及其关键部位的工艺设计专 业：机械设计制造及其自动化摘要液力耦合器是刮板输送机动力传动的重要环节，其性能的优劣直接影响刮板输送机的工作效率，影响煤矿生产的经济效益。本文在研究刮板输送机用液力耦合器结构原理的基础上，采用了三维虚拟样机设计技术对液力耦合器进行了三维建模，同时对其关键的部件进行了工艺设计与分析，主要完成的工作如下：1）选择了一款常用的刮板输送机型号，以该型号刮板输送机的工况为例，对液力耦合器进行了结构设计和参数设计，为液力耦合器的三维建模提供了尺寸数据支撑。2）基于SolidWorks 建立了液力耦合器的各类零件库，包括轴类零件、泵轮和

2、涡轮、壳体，等三维零件库。在创立三维零件库的基础上，应用SolidWorks的装配模块，对各个零件进行了装配，形成液力耦合器的三维样机模型。3）选择液力耦合器的关键零件之一:泵轮，对它的工艺进行了分析、确定加工余量、建立毛坯的三维零件图并制作了机械加工过程卡片和工艺卡。关键词：刮板输送机；液力耦合器；SolidWorks；三维建模；泵轮；工艺设计Subject:Scraper conveyor with hydraulic coupling of thethree-dimensional mode and itskey parts of theprocess designAbstractHyd

3、raulic coupler is an important link in the power transmission of scraper conveyor, its performance directly affects the work efficiency of scraper conveyor, the impact of coal mine production and economic benefits. Based on the study of scraper conveyor based on the principle of hydraulic coupler st

4、ructure, the three-dimensional virtual prototyping technology for 3D modeling of hydraulic coupler, and the key components of the design and analysis process, the main work is as follows:1) chose a common type to the type of scraper conveyor, scraper conveyor operating mode as an example, the hydrau

5、lic coupler of the structural design and parameter design, provides dimensional data support for 3D modeling of hydraulic coupler.2) SolidWorks established all sorts of parts library based on hydraulic coupler, including shaft, pump wheel and turbine, shell, 3D parts library. In the foundation of th

6、e creation of 3D parts library, the assembly module of SolidWorks applications, in various parts of the assembly, 3D prototyping model form of hydraulic coupler.3) selection is one of the key parts of hydraulic coupler: pump, analyzes, processes on its determination of machining allowance, a rough 3

7、D part drawings and make the machining process card and process card.Keywords: scraper conveyor; hydraulic coupler; SolidWorks; 3D modeling; the pump wheel; process design目录1 绪论71.1研究的背景及意义71.2、国内外的研究现状81.3、本文主要研究内容101.4、本文章节安排102 液力耦合器的设计122.1液力耦合器的工作原理122.2液力耦合器影响特性的因素132.2.1工作腔形状132.2.2工作叶轮叶片数132

8、.2.3叶片倾斜角度142.2.4叶片结构142.2.5其他影响因素142.3整体结构设计142.3.1液力耦合器的选型152.3.2确定液力耦合器的结构图（如图2-2所示）162.4液力耦合器的参数设计162.4.1刮板输送机的选型162.4.2关键尺寸的设计172.4.3液力耦合器几何参数的设计212.5小结223 液力耦合器的三维建模233.1建立液力耦合器的三维零件库233.1.1建立轴类零件库233.1.2建立泵轮、涡轮零件库243.1.3建立壳体零件库253.1.4建立联轴器零件库263.1.5建立密封件的零件图集263.1.6建立紧固件零件库283.1.7建立安全装置零件库293

9、.2装配及其基准293.2.1定位基准及其选择293.2.2装配303.3干涉检查323.4小结344 泵轮的工艺设计354.1工艺设计的意义354.2定位基准的选择354.2.1粗基准的选择354.2.2精基准的选择354.3工艺路线的拟定354.3.1各表面的加工方法364.3.2机械加工过程的确定374.3.3确定工艺路线384.4加工余量的确定394.4.1确定工序余量394.4.2建立毛坯的三维零件图404.5制作加工过程卡及工艺卡（见附录表）404.6小结405 总结41致谢43参考文献441 绪论1.1研究的背景及意义刮板那输送机采用的液力偶合器结构是通过叶轮中的介质产生的动能的

10、改变来传递动力，由泵轮将电动机的机械能转化为介质的动能，然后涡轮把介质的动能转化为机械能输出，达到动力矩的传递。液力偶合器应用于刮板输送机上的优点：一是隔离震动。偶合器泵轮和涡轮之间是柔性联接，当电动机输出的转矩有周期性波动时，不会通过偶合器传到工作部件，因此，液力偶合器具有良好的隔震作用；二是过载保护。可以阻止负载扭矩突然增加或衰减对电动机的冲击，防止传动件损坏等事故的发生；三是使用寿命周期长。除过轴承无磨损元件，液力偶合器不需要经过长期检修就可以安全运行，因此提高了投资使用的效益。1如今全球煤炭开采的最大特点就是开采集中化。目前，全球矿山的数量在逐渐减少，然而人类的采矿能力却是越来越高。采

11、矿能力的提高所依靠的主要技术之一就是动力传输工程。为了使用大功率的设备，同时对机械元件的保护进行提高，只有使驱动设备“智能化”。刮板输送机在工作时主要有以下特点：启动十分频繁；刮板输送机启动时负载不定；刮板输送机在工作中的负载是在不断地变化，没有规律可言。因此刮板输送机基本都使用限矩型液力偶合器。由于煤矿井下刮板输送机，带式输送机，转载机，破碎机等设备使用的液力偶合器在超载时容易产生温度的升高喷油而导致煤气泄露爆炸。这些事故造成了大量的人力物力的损失，威胁着操作工人的生命，因此国内外学者致力于研究一种以水为传动媒介的机构，以减低事故率，称为水介质液力偶合器。液力偶合器是一种柔性联轴器，也可以称

12、之为液力联轴器，具有柔性传动、减缓冲击、隔离振动等作用，可以延长启动的时间，降低启动的电流，使得动力机轻载状况下启动，解决了大惯量设备负载启动困难的问题，过载时可以保护电动机，节能节电效果显著等优点。近年来，因液力偶合器在工程项目的应用中起到了特别显著的节能的效果，液力耦合器应用的领域越来越广，因此促进了许多新结构、新技术不断的出现。并且液力偶合器是我国八部委联合推广的节能型产品。由于各种原因，当前我国的能源浪费相当严重，凭借消耗大量的能源来换取国家经济的快速发展战略是不可持续的。只有依靠技术的进步，科学有效的节约能源，建设成一个资源节约型社会，这才是唯一正确的选择。液力偶合器适用于各种大功率

13、的高转速的工况，不仅效率很高，而且有较高的经济性和很好的使用可靠性，使它能够在各种机械设备中迅速地代替了机械、电气传动而进入各个行业部门。因液力偶合器的结构很复杂，应用传统二维平面设计容易出现错误，而且存在的设计缺陷也不易被察觉，设计的修改十分繁琐，是一种较落后的设计模式。为了解决这一类问题，减轻设计过程中不能直观的看到设计产品的困惑，本文采用三维设计软件SolidWorks 2013来实现产品的设计，为液力偶合器设计提供技术参考，对液力耦合器进行三维建模。1.2、国内外的研究现状目前，在美国，液力耦合器已经形成传动功率从0.5kw26000kw的系列产品。近年来，又涌现出一批世界著名的液力耦

14、合器生产企业，比如意大利的传斯罗伊公司、德国的佛莱德公司、日本的神钢公司、法国的西姆公司、双盘公司、美国的福克等生产液力耦合器的企业。国际上，英国和德国的液力耦合器生产技术一直走在最前沿。事情都有两面性，液力耦合器也存在一些特点比如其复杂的结构组成、需要高精度的加工方式、技术要求广泛严格、并且加工时难度大，但是它仍可获得巨大的利润，所以西方各大公司竞相研制生产。2目前，德国伏依特公司是全球生产液力元件最多的企业，在产品性能、质量方面都享有盛誉。该公司生产调速型液力耦合器、液力键速器和限矩型液力耦合器、液力耦和器传动装置四大类型产品，其中传动的功率在0.52600kw的范围内，输出的转速能达到1

15、200r/min的最高值。英国液力驱动公司的液力耦合器的生产量仅仅次于伏依特公司，该公司主要生产三大类产品，液力耦合器传动的装置、速型液力耦合器、限矩液力耦合器，传动功率为0.111200kw，最高输出转速达10000r/min。前苏联在液力传动方面有很深的理论研究，与西欧各国实验研究明显不同，前苏联出版社都有较多关于液力耦合器理论方面的书籍和刊物。现代工业机械正向高速、大功率方向发展。目前德国伏依特公司正在研制生产大功率多元调速装置和超大型液力耦合器传动的装置。伴随着计算机技术、流体动力学等的不断发展,对于液力偶合器的研究已经深入到了各个层面,不在局限于液力偶合器本身的结构特点、三维液体流动

16、计算、三维设计的方法等方面,而且涉及到液力偶合器的特性参数的优化。Brermen等研究者基于意大利的FrancoTosi和英国Gears公司一起合作研究的一种可逆型液力偶合器,采用有限元分析法对其进行液力分析。通过分析预测泵轮、涡轮的流体速度以及静压力,并通过这些分析结果得到了液力偶合器的特性,包括传动效率以及泵和涡轮的转矩系数等。同时比较分析实验数据,验证了分析与实验结果的一致性。3Hultenga和Mitra利用叶轮腔体结构的几何修正法来提高液力偶合器的启动能力。应用有限体积法计算液力偶合器在不同工况下的流场,提出了改变偶合器起动特性的方法。4Bai,Fiebig和Mitra等利用有限体积

17、法,采用贴体网格方法,在旋转坐标系下求解NavieStoke方程以及模拟液力偶合器内三维非稳态湍流的流动情况,通过计算分析得到湍流的产生原因以及其对转矩传递的影响。5液力偶合器是我国改革开放之后第一批从国外引进的3000项先进技术之一,一直被国家列为可靠调速的技术推广应用。从1978年引进液力调速技术至今,在风机，水泵的调速能包括化学工业、电力、石油、建材、煤炭、冶金等行业中都发挥了巨大的作用。每年所节约的电能可达几亿度,是国家推广的节能产品,并在各个领域中的应用逐渐扩大，尤其是近几年液力偶合器产量增速比较快,年产量由600台左右增至2700台左右,产品销向全国各地，并小批量出口。由于限矩型的

18、液力耦合器自身特点，使的大型带式输送机实现了多机功率平衡、慢速启动,在煤矿井下运输系统中得到了广泛的应用。6当前,我国的液力偶合器主要应用是在在刮板输送机、带式输送机、起重机、破碎机、水泵、风机、船舶辅机等设备的传动上。7我国对液力偶合器的应用仍然不普遍,因为液力偶合器具有较强的生命力、改善传动的品质和节约能源的优点。国内目前有多家单位从事液力偶合器的理论研究、设计制造等方面的工作。如中国船舶总公司生产面向钢铁厂、船舶动力、热电厂等行业的液力偶合器;北方交通大学开发、研制的液力偶合器，主要用于铁路机车传动；煤炭科学研究总院上海分院是开发、设计、制造液力偶合器产品的主要研究单位。国外先进国家液力

19、偶合器产品系列全,功率范围宽,最大功率可达26000kw。其产品从设计、制造、材料、工艺和性能等方面有很高的技术水平。与国外相比,我国液力偶合器调速节能技术水平还是有很大的差距,主要表现为大功率液力偶合器调速节能的一些关键技术还尚未解决。相比来说，我国在液力偶合器的生产上不仅产品品种较少、制造工艺水平较低、可靠性差、配套件的质量差、应用范围窄,自行开发研制的能力薄弱。目前国内可以生产的液力偶合器产品功率范围为505000kW,即中小功率,仅能满足各领域的中小功率设备的一般配套需要。1.3、本文主要研究内容本文通过刮板输送机使用的液力耦合器在煤矿井下工作中存在的问题，针对这些问题，对液力耦合器进

20、行选型和配套参数的的设计。三维实体建模不仅仅给我们描述了空间实体全部的几何信息，并且定义了所有的点，线，面，体在三维空间中的具体信息和特点；可对实体信息进行全面的描述，能够实现消隐，剖切，对实体着色，外形计算等各种处理和操作。所以将通过SolidWorks对液力耦合器的各个零部件进行三维建模和装配。泵轮在液力耦合器工作中起着至关重要的作用，它的结构决定着液力耦合器的效率，因此本文对泵进行了工艺设计。1.4、本文章节安排第一章 绪论。介绍了国内外液力耦合器的研究现状，提出了研究的目的和意义以及对整个论文章节安排的介绍。第二章 液力耦合器参数设计。本章首先描述了液力耦合器的工作原理以及以及影响其特

21、性的参数。然后对其进行了整体结构设计。最后通过查阅资料，借鉴前人的经验，对液力耦合器的关键尺寸进行了设计计算。第三章 液力耦合器的三维建模 。针对液力耦合器的各个零部件，设计了其创建方法及其装配。本章首先建立了液力耦合器的三维零件库，然后对其装配，最后进行干涉检查并修改。 第四章 对泵轮进行了工艺设计 本章首先说明了确定毛坯的种类和其制造方法。然后介绍了涡轮的工艺分析各表面的加工方法，确定了机械加工过程。接着拟定了涡轮的工艺路线，再确定加工余量以及工序尺寸，最后确定了毛坯的尺寸并完成工艺文件的编制。第五章 总结 对本文做了大概的总结。2 液力耦合器的设计2.1液力耦合器的工作原理液力耦合器是一

22、种应用广的通用元件。它是刮板输送机联接电动机与工作机的必用元件，其作用类似于离心式水泵与水轮机的组合。虽然它是连接在动力机与工作机两轴之间的，但它与联轴器明显不同，它有的过载保护、改善起动性能、无级调速等方面的特性，这是各类联轴器所不具备的。典型液力耦合器是对称布置的泵轮、主轴、涡轮、外壳以及安全保护装置等部件构成的。外壳和泵轮固定链接，其作用是防止工作介质泄漏。输入轴和输出轴分别与动力机与工作机相联接。泵轮与涡轮是均有径向平面直叶片的叶轮，由泵轮和涡轮的叶片构成的球状空腔称为工作腔，使介质在其中循环流动，同时传递动力进行工作。图2-1 液力耦合器原理图液力耦合器(见图2-1) 的泵轮和涡轮组

23、成一个可使介质在其中循环流动的密闭型腔，泵轮与输入轴固定联接,涡轮与输出轴固定联接。动力机带动输入轴及泵轮旋转时，介质由于离心力而向外流动。这种高速运行的介质以一定的角度进入涡轮后推动涡轮旋转，这样就将泵轮所获得的转矩传到输出轴。最后介质由于工作腔形状的约束使其返回泵轮，再次通过泵轮旋转所形成的离心力加速，然后进入涡轮内腔，形成周而复始运行的介质流。液力耦合器传递电动机输出的扭矩的方式是通过介质与泵轮、涡轮的叶片之间的介质相互作用产生介质的动能变化来实现的。它的输出扭矩与输入扭矩和摩擦力矩之差相等。所以，液力耦合器是利用介质的作用将输入轴与输出轴联接起来，并且输入扭矩大于输出扭矩。两轴之间没有

24、进行刚性联接。液力耦合器的特点是：当输入的转速大于输出的转速时，随着负载的增大，两轴间的转速差也随之增大；可以避免振动与冲击对机器的伤害；起动时性能好、并且能够过载保护，工作机超载时停转，输入轴仍然可以继续转动,不会造成损坏；载荷较小的时侯，输出轴的转速增大，直到无限接近输入轴的转速。液力耦合器的传动效率是输出轴的转速乘以输出功率比上输入轴的功率乘以输入转速。通常状况下，液力耦合器要达到正常工作工况时转速比在0.95以上，可获得较高的传动效率。液力耦合器的工作特性是由于工作腔的形状不同而存在差异。如果将液力耦合器的介质抽空，液力耦合器将失去连接支撑，处于脱离空开状态，能用作离合器的用途。2.2

25、液力耦合器影响特性的因素2.2.1工作腔形状液力耦合器工作腔的形状简称腔型。是指由叶片间通道表面所限制的三维空间（不包括辅助腔）。液力耦合器的性能主要是由腔型决定的。2.2.2工作叶轮叶片数理论来说，在叶片无穷薄、无限多的情况下，最能体现液力耦合器传动时的真实情况。但是，实际应用中，叶片的数量过多不仅使叶轮有效容积减小，过流面的面积减小，而且液力损失也会增加，从而使液体循环流量和它所传递的力矩降低。若叶片数量较少时，则液流在出口处的偏离位移会增大，介质循环时能量转换不充分，冲击损失以及容积损失都会增加，传递的力矩下降。叶片数的数目还对过载系数有一定影响，叶片数相对比较多的液力耦合器过载系数也比

26、较低。2.2.3叶片倾斜角度液力耦合器均一般都采用倾斜角为零的径向直叶片。这样的叶片制造起来比较简单，而且可以正反转。改变叶片倾斜角度会使得液力耦合器的特性参数改变，前倾角叶片的泵轮转矩系数较大，后倾角叶片的泵轮转矩系数较低。通常情况下，液力减速器会采用前倾角为45°的叶片，有利于增大制动的力矩。2.2.4叶片结构叶片结构的形式对液力耦合器的特性参数有很大影响：一是为了降低液力扩散时的液力损失，一般使用长短相间的叶片，尽可能的出、进口在工作叶轮使用时的面积相等；二是为了降低液力耦合器的过载系数，涡轮的叶片结构采用大小腔，或者是在泵轮、涡轮内缘倒角；2.2.5其他影响因素工作液的粘度、

27、温度，充液率，阻流板，辅助腔以及辅助腔的容积分配对液力耦合器影响较大。2.3整体结构设计 计算和整体结构设计都是设计工作中的重要的内容，两者同样重要。有必要指出，整体结构设计是不可轻视的，更何况计算也往往要在初步结构设计的基础上，将其抽象为典型的数学模型之后才能进行（以一般的轴为例，只有在先确定轴的支承以及受载的位置和尺寸后才能进行计算）。而现在的实际工作中，很多零件都可以通过个人经验而非计算来确定尺寸。 良好的设计者常需要通过多年的设计实践活动中积累相当多的经验，才能在结构设计方面成为一个熟练者。借鉴别人的设计经验，归纳、分析、总结、掌握设计中的一些规律，这对于提高设计质量的帮助很大。2.3

28、.1液力耦合器的选型目前，我国在刮板输送机上一般使用限矩型液力耦合器，约占全国限矩型液力耦合器总产量的60%。刮板输送机主要应用在矿井下输送煤炭。由于输送料、链条与刮板质量较大，需要较大的动力矩才能启动。矿用液力耦合器必须要有防燃和防爆的功能，因此必须以清水或难燃液为工作介质，以油为工作介质的液力耦合器是不允许下井的。矿用液力耦合器必须适应于井下刮板输送机的重载起动，频繁启动与时常发生超载运行等恶劣的工况。由于当前我国大多数液力耦合器厂家的产品质量满足不了实际煤矿井下作业的需求，因而其使用寿命短，一般只有3-6个月，甚至有的一周左右即报废。有时因液力耦合器出现问题而出现停产状况，经济损失非常严

29、重，究其原因，一是产品质量较低，二是运行时的违规操作时常发生。煤炭行业下井安全许可证明确规定，杜绝使用油介质液力耦合器。并规定了匹配设计要点：一是刮板输送机一般为重载起动，要求限矩型液力耦合器的过载系数大致为2.53.5。二是必须使用难燃属性的介质作为介质的液力耦合器，且易熔塞的易熔温度必须选用115±2。三是下井液力耦合器必须按规定装置易爆塞，壳体爆裂的强度必须高于3.4MPa。我国刮板输送机大多数使用的液力耦合器类型选用限矩型的液力耦合器。参考部分液力耦合器工作腔几何参数及特性选用水介质动压泄液式液力耦合器。2.3.2确定液力耦合器的结构图（如图2-2所示）图2-2 液力耦合器整

30、体结构图1-输入轴，2-密封圈，3-联轴器输入端，4、7-螺钉，5-联轴器输出端，6-辅助腔壳体，8、11-密封垫，9-泵轮，10、12-螺栓、螺母，13-涡轮，14-端盖，15、16-密封挡圈，17-轴承，18-空心轴，19-输出轴，20-安全装置，21-定心螺钉，22-专用螺钉，23-弹性盘2.4液力耦合器的参数设计2.4.1刮板输送机的选型刮板输送机的类型可按功率分为轻型（单电动机的额定功率P=40kw）；中型（90kw>=P>40kw）；重型（P>90kw）。我们选择中型刮板输送机的型号为SGB630/150。查阅相关资料，得到其电动机型号为DSB-75×2

31、。电动机技术参数：DSB-75×2（P=75kw，n=1450rpm）2.4.2关键尺寸的设计1）液力耦合器的选型：普通型液力耦合器由于过载系数大，使其在刮板输送机上无法应用。为了有效的保护电动机及其工作机不过载，要求液力耦合器在任何工况下的力矩均不得大于电动机的最大力矩。因此必须采用一些结构措施去限制低转速比时力矩的快速升高。在实际中通常采用的结构措施为：设置各种辅助腔、多角型腔以及在泵轮涡轮之间设置挡板等。其中应用最多的措施是设置辅助腔，在超载的情况下，减少工作腔中介质的充满度，来限制力矩的升高，此方法在限矩时能量的损失较少。在泵轮和涡轮之间设置挡板时能量的损失会比较大，常作为辅

32、助限矩方式与辅助腔相配合应用。常见的有静压限液式液力耦合器、动压泄液式液力耦合器和复合泄液式液力耦合器三种基本的结构。静压泄液式限矩性能好，但动态过载系数较高，防瞬时过载能力差。复合泄液式虽然可以避免减速器断轴，但其防瞬时过载能力依然很低。动压泄液式起动特性好，防瞬时过载能力强，通过调节过流孔的面积或改变后辅腔的容积可以是过载系数降得很低延时启动加强。与刮板输送机的工况相吻合。由于是在矿下使用，油介质易燃，从而造成事故。所以选用水介质（清水），节能无污染。综上所述，我们选择水介质动压泄液式限矩型液力耦合器这种类型来作为本次设计的主要对象。2）液力耦合器的有效直径D：根据现代机械设计手册

33、3;液力传动设计P266液力耦合器功率谱图可得：D=450mm3）液力耦合器泵轮和涡轮工作腔形状见表4-35液力传动设计·P232：液力耦合器的工作腔形状有标准形、长圆形、圆形、扁圆形、桃形、多角形、静压泄液式、动压泄液式、延充式、斜蛋式、阀控延充式、以及方形。在这里选取动压泄液式的工作腔形状，由于以这种工作腔设计的液力耦合器，其泵轮的转矩系数较低，过载系数较低，特性曲线比较平滑，而且常用于动压泄液式限矩型的液力耦合器。4）叶片数的确定叶片数目过多，则工作腔的有效容积减小，叶片表面与液流摩擦阻力及排挤系数增大，降低传递功率。叶片数目太少又会增大叶片间涡流损失而降低传递功率。表4-40

34、液力传动设计·P237为铸铝泵轮叶片数目的经验公式可确定泵轮的叶片数目： （2-1）为减少液体流动的排挤，可在涡轮出口长短叶片间隔排列。为减少液流脉动而引起的力矩高频波动，通常使涡轮与泵轮的叶片均匀分布，且使数目不相等，即ZT=ZB±(1到3)。实践表明取ZT=ZB±1效果最好。对于泵轮、涡轮叶片数目相等，叶片按分区不均匀布置的方式，因工艺不便极少采用。所以： (2-2)5）叶片厚度的确定叶片厚度与叶轮大小、制造工艺有关。通过液力传动设计·P237可得：当选工艺为铝合金模型铸造时，叶片的厚度可取2.5到3.5之间，所以取 d=3mm6）液力耦合器轮壁的基

35、本厚度与国外相比，国产耦合器轮壁的基本厚度普遍偏大，这与我国铸造和热处理技术落后及设计者思想过于保守有关：根据实践经验:金属型铸件的壁厚可以比砂型铸件更薄，涡轮的叶片相当于筋板，而且结构与受力状况好，所以壁厚最薄，外壳内无筋板，受力条件最差，壁厚应当最厚，泵轮的壁厚处于两者之间。不同的规格、不同的工艺液力耦合器的基本厚度比一样。见表4-45液力传动设计·P240工艺选用金属型铸造，涡轮厚度5mm，泵轮厚度6mm，外壳厚度7mm。7）轴径的设计选材，分析要求（45调制钢，S>=5）按许用应力计算： (2-3)根据轴强度计算公式中的系数表机械设计·P329查的：(45调制

36、钢) (2-4)按许用弯曲应力计算：在液力耦合器的受力分析当中，轴所受的最大弯矩可用扭矩代替。所以： (2-5)通过查表得转轴和心轴的许用弯曲应力 (2-6)因为轴上有一个键槽所以： (2-7)初步取最小轴径：d=45mm安全系数校核计算：判断危险界面:初步分析输入、输出轴的危险截面在台阶处。对称循环疲劳极限：轴材料选用45钢，调制处理。B=650MPa，S=360MPa由表3-2机械设计·P41可求得疲劳极限： (2-8) (2-9)脉动循环疲劳极限： (2-10) (2-11)等效系数： (2-12) (2-13)界面上的应力：弯矩: 弯曲应力幅： 弯曲平均应力： 扭矩： (2-

37、14)扭转切应力： (2-15) (2-16)应力集中系数：当在台阶处会有轴径大小的变化，过渡圆角的半径r为2mm，这就是有效应力的集中系数，由D/d=50/45=1.11，r/d=2/45=0.044，B=650MPa，从表中机械设计·P329查得：k=1.84，k=1.35表面状态系数：根据查机械设计这本书，由附录得（，）尺寸系数： 由表机械设计·P331查得=0.84，r=0.78（按照应力集中处的最小直径40查得）。安全系数：（设寿命系数kN=1，即无限寿命） （2-17）不靠率弯矩，所以符合安全系数与扭转安全系数相等。S=S=7.23 (2-18)根据校核，该截面

38、足够安全。所以确定轴的最小轴径为d=45mm。2.4.3液力耦合器几何参数的设计参数设计是三次设计法里的二次设计,是在整体结构设计之后进行。参数设计的基本思想就是通过选择结构中所有参数的最佳组合，从而减少外部、内部以及产品之间干扰的影响，设计的产品质量特性波动较小，稳定性好。在参数设计阶段，能够让设计更加合理，提高产品质量，并且降低制造成本，几何参数的设计不但可以保证最低的质量等级，而且可以在保证高性价比，降低加工精度的情况下对于液力耦合器的参数设计结果见下一章。2.5小结本章主要介绍了液力耦合器的设计过程，先是描述了液力耦合器的工作原理，然后确定影响液力耦合器特性的因素，包括工作腔形状、工作

39、叶轮叶片数、叶片倾斜角度、叶片结构等都会影响液力耦合器的特性。然后是整体结构的设计有液力耦合器的选型，结构的确定。最后进行液力耦合器的参数设计，包括刮板输送机的选型、关键尺寸的设计、液力耦合器的几何参数设计等。3 液力耦合器的三维建模3.1建立液力耦合器的三维零件库3.1.1建立轴类零件库轴类零件是一种连接件，它的作用是把其他的零件连接安装在一起，使其能平稳运动的零部件。液力耦合器中有三个轴，分别为输入轴（图 3-1）、输出轴（图3-2 ）和空心轴（图3-3）。输入轴连接电机和液力耦合器的联轴器，空心轴与涡轮固定联接，与泵轮和端盖通过轴承连接在一起，并且有着承载泵轮、端盖的作用，输出轴连接减速

40、器和液力耦合器。输出轴与输入轴都有键连接。轴可通过使用特征：旋转 ，建立基准面，切除，插入导向孔操作就可以完成轴类零件的建模。如下为所建立轴的三维零件图 图3-1 输入轴 图3-2 输出轴 图3-3 空心轴3.1.2建立泵轮、涡轮零件库在液力耦合器中的泵轮与涡轮都有不同数量的径向叶片，通常前者多于后者12片。泵轮与端盖壳体是一个整体，通过螺栓将泵轮和右端盖固定联接在一起。泵轮与弹性联轴器以及输入轴连接在一起。涡轮与减速器通过空心轴与减速器的输入轴连接在一起。输入轴与输出轴之间没有刚性连接，但工作腔内通过液动力的作用下，便可以通过能量的传递，从输入轴传递到输出轴，正是由于这种柔性连接使得液力耦合

41、器起到过载保护的作用。电机带动泵轮旋转时，泵轮内的介质在离心力的作用下，将沿着泵轮工作腔的曲面向外流动，最终由于腔型流向涡轮。因为液体具有连续的特性，介质流到涡轮靠近轴线的地方，又回到了泵轮，如此就形成了所谓的循环圆。在SolidWorks对泵轮和涡轮的建模中，可通过旋转，拉伸，拉伸切除，圆周阵列、导向孔等命令完成对其的建模。建模后如图3-4和图3-5图3-4泵轮图3-5 涡轮3.1.3建立壳体零件库在液力耦合器中的壳体模型中有涡轮的外壳和后辅助腔。涡轮的外壳将涡轮包含在内，与泵轮通过螺栓固定在一起，与空心轴通过轴承联接。后辅助室与泵轮固定在一起，其功能是储从工作液并在必要的时候传递到工作腔内

42、。在SolidWorks中可以创建出壳体零件的模型，根据实际情况可以设计出合理的壳体形状。建模后如图3-6和图3-7图3-6 端盖 图3-7 辅助腔壳体3.1.4建立联轴器零件库 为了安装方便，补偿电动机和工作机在安装时轴向位移和角位移，在输入端加了一个带有弹性盘的联轴器。对其零件建模如下： 图3-8 联轴器输入端 图3-9 连轴器输出端图3-10 弹性盘3.1.5建立密封件的零件图集液力耦合器的密封件在液压系统的正常工作中有着很重要的影响与作用，不但能够阻挡尘土杂质侵入到机体内，而且可以防止工作介质的泄露。介质的泄漏分为外泄和内泄。介质的外漏会造成各种浪费以及污染，包括介质、机械和环境等，而

43、且会造成机械故障，损失大量的人力财力。介质内漏会减小液压系统的容积，极大的影响容积效率，无法达到所需要的工作压力，甚至不能进行正常工作。侵入系统中的微小杂质颗粒，会加剧液压元件的磨损，导致更进一步的泄漏。所以，密封件和密封装置是液压设备至关重要的一部分结构。他是否满足工作要求，是否可靠，以及使用寿命的长短都可以用来衡量整个液压系统是否能够满足要求合理工作。正常工作中普遍通过控制密封件与相邻两个偶合表面间的间隙，使其达到需要密封的液体能通过的最小间隙以下，有时会采用过隙密封这种方式。所设计的液力耦合器工作介质是清水，所以为了防止水介质的泄漏使其容积效率降低和水介质长期腐蚀轴承使液力耦合器的寿命降

44、低。所以必须要安装密封件。图3-11是防止水介质与轴承的接触而产生“氢脆效应”由于腔内高温水液汽化产生膨胀压力，有时甚至接近1.4MPa，而通常油封抗压只达0.5MPa，为此，在之前加入挡环以提高抗压能力，并防止油封唇口外翻。图3-12防止后辅腔中介质与轴承的接触，图3-15是防止侧辅腔中介质的泄漏，图3-14和图3-13分别是防止泵轮和端盖以及泵轮和后辅腔壳体之间水介质的泄漏。图3-11 密封挡圈 图3-12 密封环-辅助腔 图3-13 密封圈-端盖 图3-14 密封垫-端盖 图3-15 密封垫辅助腔3.1.6建立紧固件零件库在液力耦合器的设计中，需要用到连接固定机构的零件，简称紧固件。紧固

45、件在生活中更是被广泛的应用，几乎所有行业都离不了。包括机械设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑等，其品种规格多，功能各异，并且是标准件，可以系列化大批量生产。在液力耦合器的联接，也少不了紧固件（螺栓，螺钉等），可以通过零件设计库导出所需的零件。图3-16是螺钉，图3-19是螺栓，图3-18是螺母。图3-16 螺钉 图3-18 螺母图3-17 螺栓3.1.7建立安全装置零件库易熔塞和易爆塞是液力耦合器的安全保护装置。在液力耦合器超载时，电动机照常运转，泵轮与涡轮转差大大增加，效率降低，损失的功率转化为热量，使工作液体升温、升压，超过许用压强和温度时，就会引起耦合器喷液或壳体爆裂的恶劣事故。易爆塞和

46、易熔塞结构基本一样，都类似于螺钉。不同的是易熔塞中心安装易熔合金，而易爆塞中心装的是易爆片。易爆塞和易熔塞在我国已经实现标准化，所以只要选型即可。如图3-19。图3-19 安全装置3.2装配及其基准3.2.1定位基准及其选择要满足装配要求，因此在过程中必须以一些指定的点、线、面作为基准来确定零件或部件在整个结构中的位置，这些作为依据的点、线、面称为定位基准。定位基准的选择原则：装配定位基准尽量与设计基准重合，可以减少基准不重合带来的误差；同一个构件上与其他构件有连接或配合关系的不同零件，尽量采用同一基准，可以保证构件安装时与其他构建的正确连接和配合；应选择精度较高、又不易发生形变的零件表面或棱

47、边作为定位基准，可以避免由于基准面、线的变形造成的定位误差；所选择的定位基准应便于装配中的零件定位与测量。3.2.2装配涡轮与空心轴的配合：涡轮安装在空心轴上，是孔与轴的配合，空心轴与输出轴通过键连接固定，这个主要作用是把工作液作用在涡轮上的动力传递到输出轴上，使其有足够的扭矩。在SolidWorks中，孔与轴采用同心轴配合，孔与孔的约束条件为同心轴，面与面的约束条件为重合。如下图3-20所示：图3-20 涡轮的装配图3-21 联轴器的装配图3-21为液力耦合器前端联轴器和辅助腔壳体的配合，其包括输入轴，弹性盘，联轴器输入端，联轴器输出端以及紧固件M8的螺钉构成。在SolidWorks装配过程

48、中，辅助腔壳体后端与联轴器的输出端重合，孔对齐；连轴器输出端与弹性盘外圆同轴，凸台端面重合；同理配合联轴器的输入端以及输入轴和键的配合。 然后将端盖、密封垫和图3-20配合，并插入轴承，螺钉，密封环连接起来。在通过泵轮的小端面、密封垫与图2-21配合，插入螺钉，密封环连接起来。最后将两装配体通过泵轮大端面，密封垫，以及端盖的大端面通过螺栓螺母固定联接。如图3-22图3-22 装配体截面图3.3干涉检查干涉检查的作用是在装配时检查零部件之间的装配是否合理，即两个零件被查出有干涉，说明装配过程中会出现无法装配的问题，一般在设计完成后会构建零件的装配图，并且做干涉检查，以便实际生产后零件不会出现干涉

49、的情况。在SolidWorks干涉检查，可以检查零件装配之后，相互之间是否存在干涉，即检查零件的尺寸链是否正确。也就是说，这是在检查设计液力耦合器参数设计是否存在错误。如图3-23所示，是第一次对装配体的干涉检查。其存在干涉，通过查看，是螺纹之间的牙形之间有干涉，在查看配合情况，螺纹之间是机械配合中的螺纹连接，重新装配。再次进行干涉检查，如图3-24，装配体中不再有干涉。图3-23 第一次干涉检查图3-24 第二次干涉检查3.4小结本章主要介绍了液力耦合器的三维模型的创建，首先创建液力耦合器每个零件的三维模型包括轴类零件、泵轮、涡轮零件、壳体零件、联轴器零件、密封件零件、紧固件零件以及安全装置

50、零件。然后选择基准进行整体装配，最后对整体结构进行干涉检查。4 泵轮的工艺设计4.1工艺设计的意义工艺设计，首先是从一件彩色产品制版印刷的整体考虑，从最初的草稿到最后满足产品质量的要求及标准，从基本的生产技术条件包括设备及材料到各个工序的加工工艺方法与工艺操作数据质量，制定出全部工艺流程的整体施工工艺方案。这样，就明确了复制的目标、施工措施、工艺方法、操作标准以及全部工艺流程，以求达到最优生产制造过程，减少制造手段，保证最终成品的质量，保证顺利的生产。4.2定位基准的选择4.2.1粗基准的选择最初的工序之中只能选择铸造、锻造等未加工的毛坯表面作为定位基准；若必须首先保证工件上非加工表面与加工表

51、面的位置要求，则应以这个非加工表面作为粗基准；假如一定要保证某一个重要表面有均匀的余量要表面的余量均匀，应选择这个表面为粗基准；选择粗基准时，应考虑能定位的准确性，夹紧的可靠性，以及夹具的结构简单、操作方便；4.2.2精基准的选择满足基准重合的原则；互为基准原则；基准统一原则；自为基准原则；4.3工艺路线的拟定工艺路线的拟定是对工艺规程的总体布局，这其中包括确定个表面的加工方法、加工路线、选择定位的基准、确定加工的工作顺序、划分加工的阶段、决定工序的集中与分散以及热处理、检验及其他辅助工序等。它不但影响加工质量以及效率，而且还影响到工人的劳动强度、车间面积、生产成本等。4.3.1各表面的加工方

52、法在金属切削中，车是最常用的加工方法之一，其适应于外圆，内孔，端面，螺纹以及其他成形回转表面等不同的加工。孔有钻、镗、铰、锪等加工方法。通过孔加工的工具可以用于许多途径，种类多，有偏钻、麻花钻、中心钻、深孔钻、扩孔钻、锪钻、铰刀以及镗刀。铣削可以对许多不同几何形状的表面进行粗加工和半精加工，其加工精度一般为IT9-IT8，表面粗糙度为Ra=6.31.6um。由于铣刀为多齿工具，所以有较高的生产率。表4-1 各表面加工方法加工表面粗糙度要求精度要求加工方法定位基准大端面3.2IT9车小端面外圆加紧轴承安装孔1.6IT7车小端面外圆加紧小端面3.2IT9铣凸台侧面、大端面压紧密封环槽6.3IT9铣

53、凸台侧面、大端面压紧小端面螺孔6.3-钻、攻凸台侧面、大端面压紧大端面孔6.3IT9钻大端面压紧过油孔6.3IT9钻凸台侧面、大端面压紧进油孔6.3-钻、攻大端面和两孔凸台顶面3.2IT9铣大端面和两孔4.3.2机械加工过程的确定装夹定位基准相同的尽量方在同一道工序之中，这样可以保证加工精度及产品的质量。所以加工过程为：表4-2 车大端面、轴承安装孔工步刀具保证尺寸加工余量车大端面左偏刀75粗车轴承安装孔内径单刃镗刀13818半精车轴承安装孔内径单刃镗刀139.60+0.11.6精车轴承安装孔精镗刀14000.010.4表4-3 铣小端面、密封环槽和钻孔、攻丝工步刀具保证尺寸加工余量铣小端面面

54、铣刀-6铣台阶面面铣刀3.21铣底端面面铣刀3.21铣密封环槽5球头铣刀-0.10.1-钻过油孔5麻花钻-小端面钻孔6.8麻花钻-攻丝8丝锥-表4-4 铣凸台顶面、钻孔、攻丝工步刀具保证尺寸加工余量铣凸台顶面面铣刀3.21钻孔6.8麻花钻-攻丝8丝锥-表4-5 大端面钻孔工步刀具保证尺寸加工余量钻孔9麻花钻-4.3.3确定工艺路线表4-6 泵轮机械加工工艺路线工序号工序名称工序内容00备料铸造毛坯10检验检验毛坯是否从在瑕疵20热处理销除应力集中30油漆划线将铸件油漆，并划线40车车大端面及轴承安装孔50铣面、钻孔、攻丝铣小端面，钻孔，攻丝工序号工序名称工序内容70铣面、钻孔、攻丝铣凸台顶面，钻孔，攻丝80清洗，油漆去毛刺，喷漆90检查检验零件是否合格4.4加工余量的确定加工余量是毛坯通过机械加工而达到零件图的设计尺寸时，