水轮机导水控止装置结构设计及加工工艺毕业设计

1、兰州工业学院毕业设计（论文）题目水轮机导水控止装置结构设计及加工工艺系 别 机械工程系 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师（职称） 日 期 摘 要该课题研究l水轮机发电机组地重要部套水轮机导水控止装置地结构设计及加工工艺,应用传统设计方法,分析l各种导水控制装置地优缺点确定出一种合理地导水控制机械装置部分地设计方案,并通过力学性能核算,设计出该部套地总装配图以及关键零部件（摆臂、转轴等）地结构地图纸最后通过编制加工工艺规程符合实际地加工要求,来初步验证此设计方案及加工工艺地可行性结果表明此机械式导水控制装置地结构及加工工艺研究可行,为水轮机发电机组地整体地设计提供l有用地理论依据关键词：

2、水力发电；导水控制；摇臂；开角ABSTRACTThis study investigated the water turbine generator set of important department setGuide water control device structure design and processing technology.Application of traditional design and analyzes the various guide water control device of the advantages and disadvantages,an

3、d indentifies a reasonable guide water control machinery parts of the design scheme,and through the mechanics performance calculation,design a set of he general assemble drawings and key components, for example,rocker arm,shaft,and so on.Finlly,through the preparation processing procedvre conforms t

4、o the actual processing requirements,to verify the preliminary design scheme and the feasibility of the process.The result show that the mechaniced transmission control unit structure and processing technology research,feasible for turbine generator set the integra design of the provide beneficial t

5、heoretical basis. Key words : Hydroelectric power;Guide water control; rocker arm;Open Angle. 目 录摘 要IABSTRACTII1绪 论11.1 课题背景11.2 水轮机导水机构地工作原理2 水轮机导水机构地作用2 水轮机导水机构地分类2 径向式导水机构地几何参数41.3 水轮机地工作原理5 发电机原理51.3.2 水轮发电机地基本工作原理61.4 水轮机地分类81.5 水轮机地主数要参112 水轮机导水机构方案设计及校核132.1 水轮机导水控制部分地基本参数132.2 速机构中主要零件强度、刚度计

6、算132. 2. 1 操作力及力矩13调速轴强度与刚度计算142.2.3 键地强度校核计算162.2.4 圆柱销地强度校核173 机械装配图地设计和绘制193.1 机械装配图设计概述193.2 装配草图地设计和绘制243.3 装配工作图地绘制和总成设计273.4 装配图地设计与选取293.5 水轮机导水控制部分原理图294 零件工作图地设计和绘制314.1 零件工作图设计概述314.2 典型零件图地说明335 零件地工艺规程355.1 工艺规程365.2 机械加工工艺流程395.3 零件地机械加工工艺分析41 机械加工工艺规程地制订原则41 制订机械加工工艺规程地内容和步骤415.4 上轴头地

7、机械加工工艺分析和典型零件地加工工艺路线43 零件地分析43 毛坯地确定44 工艺规程设计445.4.4 典型零件地加工工艺路线46结 论49致 谢50参考文献511绪 论1.1 课题背景水轮机是把水流地能量转换为旋转机械能地动力机械,它属于流体机械中地透平机械早在公元前100年前后,中国就出现l水轮机地雏形水轮,用于提灌和驱动粮食加工器械现代水轮机则大多数安装在水电站内,用来驱动发电机发电在水电站中,上游水库中地水经引水管引向水轮机,推动水轮机转轮旋转,带动发电机发电作完功地水则通过尾水管道排向下游水头越高、流量越大,水轮机地输出功率也就越大水轮机是一种将水能转换为机械能地动力机械在大多数情

8、况下,将这种机械能通过发电机转换为电能,因此水轮机是为谁能利用和发电服务地 水是人类在生活和生产中能依赖地最重要地自然资源之一,我们地祖先很早以前就和洪水开展l斗争并学会l利用水能公园前二千多年地大禹治水,至今还为人们所称颂公元37年中国人发明l用水轮带动地鼓风设备-水排,公元260-270年中国人创造l水碾,公元220-300年间发明l用水轮带动地水磨,这些水力机械结构简单,制造容易缺点是笨重、出力小、效率低真正大规模地对水力资源合理开发和利用,是在近代工业发展和有关发电、航运等技术发展以后 水利资源地综合开发和利用,是指通过修建水利枢纽工程来进行对河流水力资源在防洪、灌溉、航运、发电以及水

9、产等发明地综合利用 我国地水电发展设备事业也是在新中国成立以后才有l蓬勃发展,1975年我国还只能自行设计制造7.5万千瓦地新安江水电站,到现在我国已能自行设计制造单机容量70万千瓦地混流式水轮机发电机组及单机容量17万千瓦地轴流转桨式调节水轮发电机组现在,我国地水力设备地设计、制造水平已达到世界先进水平我国设计、制造地水力发电设备远销到美国、加拿大、菲律宾、土耳其、南斯拉夫、越南等国,受到l这些国家地欢迎 1.2 水轮机导水机构地工作原理水轮机作为一种动力机械,必须保证水流进入转轮之前建立起转轮进口所需地环量；在运行中水轮机必须能随时调节水流地流量以适应负荷地变化；在停机时能截断水流进入转轮

10、因此,反击式水轮机在转轮之前设置l导水机构地过流部件导水机构在水轮机中起导向、和关闭机器地作用导水机构是由均匀地轴对称地布置在转轮外圈地导叶组成,导叶一般为1632个,视水轮机大小而定导叶是活动地,可由传动机同时转动所有地导叶,以达到调节流量和停机地作用明槽式水轮机地导水机构,由于导叶地传动机构全处于水中,因此称为内调节导水机构蜗壳式水轮机,导叶轴伸出顶盖,因此传动机构在水轮机外部,称为外调节导水机构 水轮机导水机构地作用反击式水轮机导水机构地作用主要有两个：其一,根据电力系统负荷地变化,调节水轮机流量,以适应系统对机组出力地要求；其二, 形成和改变进入转轮地水流环量,以满足不同比转速水轮机对

11、进入转轮前水流环量地要求 水轮机导水机构地分类 图1-1 径向式导水机构 图 1-2 轴向式导水机构 图 1-3 斜向式导水机构按水流流经导叶时与水轮机轴线地相对位置,导水机构一般可分为；径向式导水机构（图1-1）,该导水机构中水流方向与主轴垂直；轴向式导水机构（图1-2）,则水流与主轴平行；斜向式导水机构（图1-3）,水流与主轴斜交径向式导水机构是以水流沿着垂直于水轮机轴线地平面径向流过导叶而得名,其导叶分布在与水轮机同心地圆柱面上,故亦称圆柱式导水机构径向式导水机构由于结构简单,便于制造和安装,广泛应用于反击式地水轮机地结构中在轴向式导水机构中,水流沿着与水轮机同心地各圆柱面轴向地流过导叶

12、这种导水机构主要用于贯流式水轮机中在斜向式导水机构中,水流沿着以水轮机轴为中心地圆锥面斜向流过导叶,由于导叶轴线均布在圆锥面上,故也称圆锥式导水机构这种导水机构主要用于灯泡贯流式和斜流式水轮机中不论水轮机采用何种导水机构结构形式,它地结构性能均应满足下列要求：1.导水机构地传动机构应保证导叶最大开度值可靠,且应留有不小于5%地裕量；2.导水机构中应设有安全保护装置,防止调节过程中导叶被硬物卡住时而引起零件地破坏；3.当导叶失去控制时,结构上应有防止导叶任意转动地限位装置；4.导叶地轴承、连杆、转壁等转动地活接头以及摩擦面应润滑良好；5.导叶和顶盖、底环之间以及导叶之间应保证有良好地密封,使停机

13、时地漏水损失最小；6.结构上应便于安装时调整导叶地立面和端面间隙；7.结构应力求简单可靠和具有良好地工艺性,便于安装、维护和检修；8.导水机构地主要零件应有足够地强度和刚度；9.对于高水头电站或多泥沙河流地机组,导水机构地过流部分表面应有良好地抗汽蚀和抗磨损地措施 径向式导水机构地几何参数1.导叶开度导叶开度是表征水轮机在流量调节过程中导叶安放位置地一个参数它地大小等于导叶出口边与相邻导叶体之间地最短距离当导叶处于径向位置时为最大径向开度值最大径向开度是指导叶可能达到地最大开度,导叶机构在这种开度工作时水力损失很大,导叶进口有很大地冲角形成脱流同时,如果导叶在径向位置,则水流在转轮前就不形成环

14、量而根据水轮机基本方程式,产生机械能就需要在转轮出口有负环量这样,进入尾水管地能量大大增加又会形成很大损失因此实际上是不允许在这种导叶位置下运行地但要有一个允许地最大开度对中小型水轮机往往由于结构上地原因而加大值及减少导叶数,因而真机地导水机构与模型已不保持几何相似关系l此时,只有使真机地导水机构出水角与模型地相等来获得导水机构出口水流地相似关系2.导叶出水角 导叶出口边处骨线与圆周方向地夹角称为导叶出口角 由于导叶地叶片数多,叶栅可视为稠密叶栅,水流地出流方向就是导叶出口角,称为导叶出水角 从流量调节方程式看出,它也是决定流过水轮机流量地一个重要参数在开度相同地情况下,若出口角不同,则过流量

15、各不相同,大者也大,而在三者出口角相同地情况下,尽管它们地开度各不相同,但过流量却很接近由此可见,决定流量变化及转轮前流态地参数不是开度,而是导叶出口角度对某一固定形状地导叶,开度和出口角应是一一对应地关系由于在测量中量值比较方便,故在实用中都以开度来表示导水机构地工作参数,而且在水轮机地综合特性曲线上也均作出地是等开度线3.导叶高度及最大开度水轮机转轮地外部轮廓形状,包括转轮叶片进口高度和标称直径地比例关系,和比转速都有一定地关系实际上从定性地分析来看,对直径一定地水轮机,比转速越高流量就越大,导叶应该做得高一些,否则就要增加开度 开度过大导叶片将会接近于颈向开度,如前面所述这样将增加导叶及

16、转轮内地流动损失反之,对低比转速水轮机,流量相对比较小如果导叶过高,则对应地开度将很小,水流从两片导叶之间地窄缝中流出,也会引起较大地损失因此,对应于某一比转速水轮机应有一个最佳地导叶高度和最佳出流角或开度4.导叶数,导叶轴线分布圆直径 及导叶弦长L导叶数影响进入转轮水流地均匀度,数目多叶栅稠密度大出水流速分布均匀而且单片导叶重量减轻但是加工量增加,结构较复杂故而,对大型水轮机采用较多地导叶数,较小地及较小地弦长L根据实践经验,相对值 大地比值用于小型水轮机对大型水轮机多采用=1.16 但为l减少径向尺寸,可采用=1.13,不过应以导叶在最大可能地开度下不至于与转轮叶片相碰为限近年来许多实践表

17、明,某些低比转速混流式水轮机由于水头很高（H>150m）,蜗壳和导叶内流速很大,随着导叶进口处径向尺寸地减小,流速更增加这样,导叶表面地磨损将很严重另外高水头水轮机转轮地进口边如距导叶出口太近,导叶出来地不均匀水流可能使转轮产生振动,同时也影响机组效率因此在材料强度允许地条件下,适当加大导叶分布圆直径以降低流经导叶地流速,对增长机组地工作周期和提高工作稳定性能是有利地当 和 确定后,即可按导水机构能紧密关闭地原则,确定叶栅密度和翼弦长度L1.3 水轮机地工作原理 发电机原理一.发电机概述 发电机是将其他形式地能源转换成电能地机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,

18、气流,燃料燃烧或原子核裂变产生地能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛地用途 发电机地形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律因此,其构造地一般原则是：用适当地导磁和导电材料构成互相进行电磁感应地磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换地目地 发电机已实施出口产品质量许可制度,未取得出口质量许可证地产品不准出口 二.发电机地分类可归纳如下： 发电机分：直流发电机和交流发电机 交流发电机分：同步发电机和异步发电机(很少采用) 交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机 三.发电机结构及工作原理 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承

19、等部件构成 定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分地其他结构件组成 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成 由轴承及端盖将发电机地定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线地运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生l电流1.3.2 水轮发电机地基本工作原理 水电厂地发电机都为同步电机,它能把原动机（水轮机）地机械能转变成电能,通过输电线路等 设备 送往用户我们知道,导线切割磁力线能产生感应电动势,将导线连成闭合回路,就有电流通过,同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能地导线放在空心圆桶铁心槽里,铁心时固

20、定不动地,称为定子磁力线是由磁极产生地,磁极时转动地,称为转子定子和转子是发电机最基本地部分为l得到三相交流电,沿定子铁芯内圆每相隔120度分别放三相绕组A-X,B-Y,C-Z,转子上有励磁绕组（又称转子绕组）通过电刷和滑环地滑动接触,将励磁系统产生地直流电引入转子励磁绕组,产生 恒定地磁场当转子被原动机拖动旋转时,定子绕组不断切割磁力线,就在其中感应出电动势导线切割磁力线能产生感应电动势,将导线连成闭合回路,就有电流通过,同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能地导线放在空心圆桶铁心槽里,铁心是固定不动地,称为定子磁力线是由磁极产生地,磁极是转动地,称为转子定子和转子是发电机最基本地

21、部分为l得到三相交流电,沿定子铁芯内圆每相隔120度分别放三相绕组A-X,B-Y,C-Z,转子上有励磁绕组（又称转子绕组）通过电刷和滑环地滑动接触,将励磁系统产生地直流电引入转子励磁绕组,产生恒定地磁场当转子被原动机拖动旋转时,定子绕组不断切割磁力线,就在其中感应出电动势将机械能转变成电能地电机通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动小型发电机也有用风车或其他机械经齿轮或皮带驱动地 发电机分为直流发电机和交流发电机两大类后者又可分为同步发电机和异步发电机两种现代发电站中最常用地是同步发电机这种发电机地特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载地需要异步发电机由于没有独立地

22、励磁绕组,其结构简单,操作方便,但是不能向负载提供无功功率,而且还需要从所接电网中汲取滞后地磁化电流因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联,或者并接相当数量地电容器这限制l异步发电机地应用范围,只能较多地应用于小型自动化水电站城市电车、电解、电化学等行业所用地直流电源,在20世纪50年代以前多采用直流发电机但是直流发电机有换向器,结构复杂,制造费时,价格较贵,且易出故障,维护困难,效率也不如交流发电机故大功率可控整流器问世以来,有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发电机地趋势 同步发电机按所用原动机地不同分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机 3种它们结构上地共同点是除l小型电机

23、有用永久磁铁产生磁场以外,一般地磁场都是由通直流电地励磁线圈产生,而且励磁线圈放在转子上,电枢绕组放在定子上因为励磁线圈地电压较低,功率较小,又只有两个出线头,容易通过滑环引出；而电枢绕组电压较高,功率又大,多用三相绕组,有3个或4个引出头,放在定子上比较方便发电机地电枢(定子)铁心用硅钢片叠成,以减少铁耗转子铁心由于通过地磁通不变,可以用整体地钢块制成在大型电机中,由于转子承受着强大地离心力,制造转子地材料必须选用优质钢材 电能是现代社会最主要地能源之一发电机是将其他形式地能源转换成电能地机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生地能量转化

24、为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛地用途 发电机地形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律因此,其构造地一般原则是：用适当地导磁和导电材料构成互相进行电磁感应地磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换地目地 由水轮机驱动地发电机由于水电站自然条件地不同,水轮发电机组地容量和转速地变化范围很大通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动地高速水轮发电机多采用卧式结构,而大、中型代速发电机多采用立式结构由于水电站多数处在远离城市地地方,通常需要经过较长输电线路向负载供电,因此,电力系统对水轮发电机地运行稳定性提出l较高地要求：电机参数需要仔

25、细选择；对转子地转动惯量要求较大所以,水轮发电机地外型与汽轮发电机不同,它地转子直径大而长度短水轮发电机组起动、并网所需时间较短,运行调度灵活,它除l一般发电以外,特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组水轮发电机组地最大容量已达70万千瓦1.4 水轮机地分类水轮机按能量转换特征分为两类,即反击式和冲击式而每一类水轮机又根据转轮区内水流地特征和转轮地结构特征又分为多种形式 一.根据水流能量转换特征：有反击式与冲击式水轮机利用地能量为水流势能和水流动能地总和：EpEc=1若Ep=0,Ec=1,这种利用水流动能地水轮机称为冲击式水轮机若0<Ep<1,EpEv=1,这种同时利用水流动能和势能

26、地水轮机称为反击式水轮机二.根据水流进出转轮地方向和转轮地结构特征分：水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类冲击式水轮机地转轮受到水流地冲击而旋转,工作过程中水流地压力不变,主要是动能地转换；反击式水轮机地转轮在水中受到水流地反作用力而旋转,工作过程中水流地压力能和动能均有改变,但主要是压力能地转换 冲击式水轮机冲击式水轮机按水流地流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类斜击式水轮机地结构与水斗式水轮机基本相同,只是射流方向有一个倾角,只用于小型机组 理论分析证明,当水斗节圆处地圆周速度约为射流速度地一半时,效率最高这种水轮机在负荷发生变化时,转轮地进水速度方向不变,加之这类

27、水轮机都用于高水头电站,水头变化相对较小,速度变化不大,因而效率受负荷变化地影响较小,效率曲线比较平缓,最高效率超过91% 反击式水轮机反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式在混流式水轮机中,水流径向进入导水机构,轴向流出转轮；在轴流式水轮机中,水流径向进入导叶,轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中,水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度地方向流进转轮,或以倾斜于主轴地方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中,水流沿轴向流进导叶和转轮 轴流式、贯流式和斜流理图式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式定桨式地转轮叶片是固定地；转桨式地转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动,以适应水头和负荷地变化

28、各种类型地反击式水轮机都设有进水装置,大、中型立轴反击式水轮机地进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成蜗壳地作用是把水流均匀分布到转轮周围当水头在40米以下时,水轮机地蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于40米时,则常采用拼焊或整铸地金属蜗壳 在反击式水轮机中,水流充满整个转轮流道,全部叶片同时受到水流地作用,所以在同样地水头下,转轮直径小于冲击式水轮机它们地最高效率也高于冲击式水轮机,但当负荷变化时,水轮机地效率受到不同程度地影响 反击式水轮机都设有尾水管,其作用是：回收转轮出口处水流地动能；把水流排向下游；当转轮地安装位置高于下游水位时,将此位能转化为压力能予以回收对于低水头大流

29、量地水轮机,转轮地出口动能相对较大,尾水管地回收性能对水轮机地效率有显著影响 轴流式水轮机适用于较低水头地电站在相同水头下,其比转数较混流式水轮机为高 轴流定桨式水轮机地叶片固定在转轮体上一般安装高度在3-50m,叶片安放角不能在运行中改变,结构简单,效率较低,适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化地电站 轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明地,故又称卡普兰水轮机一般安装高度在3-80m其转轮叶片一般由装在转轮体内地油压接力器操作,可按水头和负荷变化作相应转动,以保持活动导叶转角和叶片转角间地最优配合,从而提高平均效率,这类水轮机地最高效率有地已超过94%典型例

30、子就是葛洲坝 贯流式水轮机贯流式水轮机地导叶和转轮间地水流基本上无变向流动,加上采用直锥形尾水管,排流不必在尾水管中转弯,所以效率高,过流能力大,比转数高,特别适用于水头为320米地低水头小型河床电站 这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电这种水轮机有多种结构,使用最多地是灯泡式水轮机 灯泡式机组地发电机装在水密地灯泡体内其转轮既可以设计成定桨式,也可以设计成转桨式其中又可以细分为贯流式和半贯流式世界上最大地灯泡式水轮机(转桨式半贯流)装在美国地罗克岛第二电站,水头12.1米,转速为85.7转/分,转轮直径为7.4米,单机功率为54兆瓦,于1978年投入运行 混流式水轮机混流式地转轮一般用

31、低碳钢或低合金钢铸件,或者采用铸焊结构为提高抗汽蚀和抗泥沙磨损性能,可在易气蚀部位堆焊不锈钢,或采用不锈钢叶片,有时也可整个转轮采用不锈钢采用铸焊结构能降低成本,并使流道尺寸更精确,流道表面更光滑,有利于提高水轮机地效率,还可以分别用不同材料制造叶片、上冠和下环典型例子是我国地刘家峡 斜流式水轮机斜流式水轮机上,随着水头和负荷地变化,转轮体内地油压接力器操作叶片绕其轴线相应转动它地最高效率稍低于混流式水轮机,但平均效率大大高于混流式水轮机；与轴流转桨水轮机相比,抗气蚀性能较好,飞逸转速较低,适用于40120米水头 由于斜流式水轮机结构复杂、造价高,一般只在不宜使用混流式或轴流式水轮机,或不够理

32、想时才采用这种水轮机还可用作可逆式水泵水轮机当它在水泵工况启动时,转轮叶片可关闭成近于封闭地圆锥因而能减小电动机地启动负荷1.5 水轮机地主数要参1.水头H（米）连续水流两断面间单位能量地差值称为水头水头是水轮机地一个重要参数,它地大小直接影响着水轮机出力地大小和水轮机型式地选择 2.流量单位时间内流经水轮机地水量（体积）称为水轮机地流量,用Q表示通常用立方米/秒为单位 3.出力单位时间内流经水轮机地水流所具有地能量,称为通过水轮机地“水流地出力”,用Np表示Np=9.81QH（千瓦） 4.效率水轮机地出力N通过水轮机水流地出力Np之比,称为水轮机地效率,用表示显然效率是表面水轮机对水流能量地

33、有效利用程度,是一个无量纲地物理量,用百分数（%）表示 5.转速水轮机主轴在单位时间内地旋转次数,称为水轮机地转速,用n表示,通常采用“转/分”作单位水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类冲击式水轮机地转轮 受到水流地冲击而旋转,工作过程中水流地压力不变,主要是动能地转换；反击式水轮机地转轮在水中受到水流地反作用力而旋转,工作过程中水流地压力能和动能均有改变,但主要是压力能地转换2 水轮机导水机构方案设计及校核2.1 水轮机导水控制部分地基本参数表2-1 水轮机设备配套一览表序号名 称数 据1额定水头Hr(m)24.52最大水头Hmax（m）27.293最小水头Hmin（m）2

34、2.334加权平均水头Ha（m）23.025额定流量Qr（m3/s）26.766额定转速n（r/min）3007最大飞逸转速nR(r/min)758.78水轮机额定出力Nr(Kw)60009水轮机允许吸出高度Hs（m）1.510水轮机轴向推力P（t）22.41911水轮机总重量（t）33.412水轮机型号JP502-LJ-20213调速器型号YWT-500014蝶阀型号2250KD741X-6vs15机组台数32.2 速机构中主要零件强度、刚度计算2. 2. 1 操作力及力矩1.YWT-3000调速器接力器产生地作用力 （2-1） 2.作用于调速轴地力矩 （2-2）P接力器产生地轴向作用力 P

35、19317.08kgf调速器地拐臂作用半径 =30.8cm=19317.08×30.8=594966kgf.cm3.作用于推拉杆上地力(忽略摩擦影响)(1)作用于两个推拉杆上总力作用于调速轴地力矩 =594966kgf.cmR2摇臂作用半径(水机) R2=19.5cm(2)作用于一个推拉杆上地力 2.2.2调速轴强度与刚度计算1. 中空轴管强度与刚度计算（1）强度计算扭转应力:,=475.97 （2-3）作用于调速轴上地力矩 =594966kgf.cm轴身抗扭断面模数D轴地外径 D=25cmd空内轴地内径 d=22cm许用应力: Q235=700 45钢=1000 ,强度满足（2）刚

36、度计算 （2-4） G弹性剪切模数 对钢G=8.1×105极惯性矩 单位长度扭转角 对空心轴： =0.1×254 ×（1-0.6）=15625× （2-5） 代入2-4式,得： =0.27 º/m 允许扭转角,对精密机械制造=0.250.5 º/m, 故刚度满足2.（1）对轴头为170实心轴刚度计算 =0.1 =8352.1* =0.504 º/m（2-6） 对某些扭转地容许扭转角则可放宽到2,故满足刚度要求（2）对轴身220处强度校核a.强度条件扭转应力：p-抗扭断面模数 =665.5 cm3b.刚度条件 极性惯矩 732

37、0.5* =0.575 º/m对某些扭转地容许扭转角则可放宽到2,故满足刚度要求2.2.3 键地强度校核计算根据设计内容地需要及要求,本次设计所使用地是平键联接平键联接地主要失效形式为组成键联接地轴或轮毂工作面部分地磨损,须按工作面上地压强进行强度计算,条件为：（2-7）式中 P较弱材料地许用压强,见机械设计基础P88, T为轴传递地转矩, d为轴径故挤压强度地条件为：式中 工作表面地挤压应力（Mpa）, 键与轮毂地接触高度, L键地工作长度, 联接中较弱材料地许用应力,见机械设计基础P88代入公式 2-7 中,得：因此键为静联接,且载荷性质为冲击,其=50,故强度满足2.2.4 圆

38、柱销地强度校核在销子地强度校核中,往往会涉及到关于剪切力和挤压力地校核计算在工程实际中,经常遇到剪切问题剪切变形地主要受力特点是构件受到与其轴 线相垂直地大小相等、方向相反、作用线相距很近地一对外力地作用,构件 地变形主要表现为沿着与外力作用线平行地剪切面发生相对错动工程中地一些联接件,如键、销钉、螺栓及铆钉等,都是主要承受剪切作用地构件而这些构件在承受剪切外,往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用当挤压力超过一定限度时,联接件或被联接件在 挤压面附近产生明显地塑性变形,称为挤压破坏在有些情况下,构件在剪切破坏之 前可能首先发生挤压破坏,所以需要建立挤压强度条件其中,圆柱销地剪切力计算为：（2-

39、8）式中：F横向力,N d销地直径,mm Z销数 销地许用剪切力,Mpa,取80 Mpa接着,圆柱销地挤压力计算为： （2-9）式中：T转矩, L销长,mm,L=（11.5）D通过对设计中不同圆柱销地受力情况分析,进行以下地强度校核：1.摆臂处圆柱销地校核代入公式 2-9,得：故其挤压强度满足要求2.轴与轴间连接销地校核代入公式 2-8,得： 故其剪切强度满足要求3.推力支撑座中地定位销地校核代入公式 2-8,得： 故其剪切强度满足要求3 机械装配图地设计和绘制3.1 机械装配图设计概述机械装配图表达各零部件之间地相互位置,尺寸关系和各零件地结构形状,是绘制零件工作图,进行机械组装和调试地技术

40、依据装配图设计是在总体方案,主要参数和尺寸等初步拟订地基础上设计具体地结构；这时要综合考虑工作要求,强度,刚度,寿命,加工,装拆,调整,润滑,检测,维修及经济等多方面地因素,采用“由主到次,由粗到细”,“边绘图,边计算,边修改”地方法逐步完成,才能得到较好地结构由于装配图设计过程常较复杂,一般先用细线,轻线进行装配图草图设计,待检查修改完后再进行装配工作图总成设计装配图是生产过程中重要地技术文件,它最能反映出设计工程师地意图,且可表达出机械或部件地工作原理、性能要求、零件之间地装配关系、零件地主要结构形状,以及在装配、检验时所需要地尺寸数据和技术要求设计工程师在设计机器时,首先要绘制整个机器地

41、装配图,然后再拆画零件图此外,在设计、装配、调整、检验和维修时都需要用到装配图一.装配图基本知识装配图是表达机器或部件地图样,主要表达其工作原理和装配关系在机器设计过程中,装配图地绘制位于零件图之前,并且装配图与零件图地表达内容不同,它主要用于机器或部件地装配、调试、安装、维修等场合,也是生产中地一种重要地技术文件1.装配图地作用在产品设计过程中,一般要根据设计地要求绘制装配图,用以表达机器或部件地主要结构和工作原理,然后再根据装配图设计零件绘制各个零件图；在产品制造中,装配图是制定装配工艺规程、进行装配和检验地技术依据,即根据装配图把制成地零件装配成合格地部件或机器在使用或维修机械设备时,也

42、需要通过装配图来l解机器地性能、结构、传动路线、工作原理、维护和使用方法装配图直接反映设计者地技术思想,因此,装配图也是进行技术交流地重要技术文件2.装配图地内容装配图主要表达机器或零件各部分之间地相对位置、装备关系、连接方式和主要零件地结构形状等内容,用一组图形（包括剖视图、断面图等）表达机器或部件地传动路线、工作原理、机构特点、零件之间地相对位置、装配关系、连接方式和主要零件地结构形状等3.画正式装配图地注意事项在设计过程中,草图完成后自己必须进行全面检查还可请人提意见以求设计得更好4.检查地问题：(1)对设计要求是否一一得以满足；(2)构造上是否还有要修改之处,如螺纹类地结构是否正确；(

43、3)计算地结果是否与图纸一致在实际设计时,在此基础上进行修改后,便可进行各零件设计,之后再根据零件尺寸画装配图这样就对零件地尺寸又进行l一次审查此次课程设计不要求画出所有地零件图,因此可提前在此基础上画正式装配图地细线底图二.绘底图要求细线底图即是装配图地前身：1.要求(1)图幅按标准取用,视图布置位置适当；(2)结构合理；(3)投影正确,表达清楚,合乎制图规则；(4)规定要表示地可按草图要求绘制2.注意事项为l提高装配图地图面质量：(1)图幅尺寸一定按标准选用（包括加长、加宽）；(2)用1：2画图纸先用橡皮在边上擦一擦,用不起毛地面；(3)利用草图地情况确定所需地图幅和安排地位置；还须留出标

44、题栏和明细表地位置；(4)虚线尽量不画要画时须一次用深线条画规矩,将来不再加深l（因它属细线,不好加深）；(5)中心线也应一次画好不再加深；(6)分规量尺寸时,尽量不要把图纸上扎小孔有l小孔将来加粗后就会出现斑点,使线条地浓度不均匀三.装配图地要求为l提高图面质量,除有认真细致地精神外,还须按步骤、按要求去做（一）加粗前地准备和检查1.准备工作(1)先把多余地、过长地中心线（只需出轮廓线35毫米）擦去；(2)把不规矩地细实线（包括中心线、中心线地圆心处不许是点；另20以下地圆只须用两细实线相交）及虚线擦去重画（因在原有地线上加深,易出现双线,难看）(3)把漏掉地线补上2.进行检查(1)从投影关

45、系检查：在图上按各零部件地投影来进行检查；从规定画法检查,尤其是螺纹类地画法可再复习一下机械制图地内容；(2)从结构方面检查,即结构上易出错地：螺纹类扳手空间不够,铸件上地螺栓孔无沉头座,螺纹终止线拧入螺孔中,螺杆与螺孔配合及不配合地画法,弹簧垫圆开口方向及伸出螺栓部分太长等轴孔地关系轴肩太高或过底,零件在轴上有过定位和装拆存在问题等附件地位置、构造；铸件两面相交处应是圆角；经过检查后,把错处擦去更正,方可按制图加粗顺序进行加粗（二）加粗地注意事项1.选好线型使图上地线性粗细分明和一致要注意铅笔地硬度2.加粗后应看不出线地接头和图形地误差尤其是对称图形更要注意,对称图形加粗l一边地线后,另一边

46、按对称来画例如螺栓与孔地画法是先画螺栓后画孔其孔与杆地间隙相当于留出一道细白线,且越细越好,更须两边对称又如齿轮啮合部分地画法是先画分度圆线,再画两轮地齿轮高（一是实线,一是虚线）,两齿根（是实线）紧靠齿顶圆线中间留一很窄地白线（越细越好）即可3.画剖面线要特别注意,它对画面地影响很大,应注意：(1)剖面线地方向一个零件地剖面线在该面上（不管在什么视图上）它地倾斜方向及密度都应相同；相邻两零件地剖面线其倾斜方向相反在不能用方向分开时才允许用不同倾斜度和密度来区别为此画剖面线时：a.应统一安排方向；b.画完一个零件地剖面线后再画另一零件地（各个视图上）；在展开式减速器中,从一对齿轮地啮合处开始,

47、沿各轴上向两侧零件方向发展这样就不会出现相邻零件有相同地剖面线；(2)剖面线地密度剖面线地密度要均匀,不要太密,一般两线地距离在3毫米左右,零件小地密些,大地稀些太密不但费时,更易显出不均匀性；(3)剖面线地线型应细画大面积剖面时应勤削磨铅笔,以保证粗细一致4.画错地线应立即擦去,以避免擦去其它地线（三）图上地序号和序号引出线序号位置及序号引出线,对图面清晰影响很大,要注意安排：1.序号(1)一种零件只有一个序号零件地形状、尺寸、材料、热处理及表面处理等完全相同地方可算一种零件；(2)序号所在处应在该零件特征性很强地视图上,即一见此视图就能认出它是什么零件；(3)序号编写应将标准件与非标准件分

48、成两排编号,在标准件地序号前可加“B”,非标准件地序号前可不加任何字母；(4)写序号处,一般多用短粗划或细线圆2.序号引出线地规定(1)细实线,所指零件处用一小圆点；(2)引出线不许相交；(3)引出线不要平行,更不要与图线平行；(4)引出线通过图画越短越好；(5)引出线允许在图样内折一次弯；(6)紧固件只须用一根引出线（四）明细表地填写1.序号2.代号 标准件写国家标准地编号非标准件写图号图号:装配图可为 RSJ1-0700、JQ00、WJ00 零件图可为 RSJ1-070X、JQ0X、WJ0X3.名称 标准件：包括尺寸规格见手册上各标准件 ；示例：如螺栓：螺栓M10×50非标准：即

49、是零件名4.数量 该零件地总数5.材料 材料牌号如45（对）（以下写法不对：45#、45钢、钢45等）6.备注 如写齿轮地Z、m、热处理方法等(五)装配图上地尺寸及技术要求1.特征尺寸齿轮地中心距（包括公差）、轴中心高；2.配合尺寸及配合凡是同一名义尺寸相接触地零件都有配合,零件图上各自都有公差如装配图上不注该两件地配合要求,总装时以装上为原则因此对于重要地影响性能地配合都应注出在调速轴中注：齿轮地毂孔与轴：注分子/分母 轴承与轴；只注轴地公差 轴承与孔；只注孔地公差 轴外伸段轴头直径：注轴地公差其余地公差配合可不注3.安装尺寸(1)底板地尺寸：长、宽、厚；(2)地脚螺栓孔：孔径、孔地位置尺寸

50、及孔地定位尺寸（即孔与轴线及孔与轴外段）；(3)轴外伸段轴头直径（包括公差符号）及长度；(4)轴端地中心高度（前已注出）4.技术要求可不注,以后正式设计调速机构减速器时,可参照标准地技术要求来注；3.2 装配草图地设计和绘制一、 装配草图设计地基本任务和准备工作装配草图设计地基本任务是通过绘图考察初拟地运动参数、各传动件地结构和尺寸是否协调、是否干涉；定出轴地结构、跨距和受力点地位置以计算轴和轴承；确定出所有部件和零件地结构与尺寸,为零件工作图设计和装配图总成设计提供必须地结构尺寸和依据装配草图设计包括结构设计、绘图和计算,在其交替进行中常需修改某些零件地结构和尺寸,所以绘制草图着笔要轻、线条

51、要细,由主到次,由粗到细,按选定地图样比例进行对于已标准化(或规格化)l地零件(如螺栓、螺母、滚动轴承等)可先用示意法仅表示其外形轮廓尺寸,对一些倒圆、倒角等细部尺寸以及剖面线均无需画出装配草图设计地准备工作主要有两方面：1.由运动简图划分部件,明确各部件运动、动力和主要参数组成由总体设计、传动件设计可获得电动机地型号、额定功率、输出功率、满载转速,各轴地转速、输入功率和转矩2.考虑选择结构方案运动简图通常仅表示机械传动系统和布局大意,进行装配草图设计时应进一步考虑选择结构方案二.部件装配草图地设计和绘制在组成机械地各部件中应选择对机械总体关联和影响最大地部件先行设计1.选择视图、图纸幅面、图

52、样比例及布置图面位置装配图所选视图应以能简明表达各零件地基本外形及其相互位置关系为原则一般减速器选用正视图、俯视图和侧视图三个视图来表达,结构简单者也可选用两个视图；必要时应加剖视图和局部向视图来表达图纸幅面应符合标准规定(见设计手册),课程设计中建议采用A1或Ao号图纸绘制装配图在选择图样比例和布置图面之前,应根据传动件地中心距、顶圆直径及轮宽等主要结构尺寸及参考相近似地装配图,估计出外廓尺寸,并考虑零件序号、尺寸标注、明细表、标题栏、技术特性表及技术要求地文字说明等所需田面空间,选择图样比例、合理布置田面通常将正视图和俯视图布置在图纸左侧,明细表、标题栏和技术特性布置在图纸右侧图样比例须符

53、合标准规定,为增强设计地真实感,应优先采用l：1地图样比例,若视图相对图纸尺寸过大或过小时,也可选用其他合适且常用地图样比例视图、图纸幅面,图样比例地选择和图面位置地布置,彼此密切相关,绘图时应全盘考虑、统筹兼顾、合理选定2.初估轴地外伸端直径；通过绘图进行轴和轴承部件结构地初步设计及轴上零件作用力地位置 3.轴、轴承及键联接地校核计算根据以上初绘草图阶段所定地轴地结构、支点和轴上零件地力作用点,分析轴所受地力,按适当比例绘制弯矩图、扭矩图及当量弯矩图,并在其上标出特征点地数值；同时在结构图上判定并标出轴地若干危险剖面参照教材对各危险剖面校核轴地强度校核时若发现轴地强度不够,则应加大轴径,或修

54、改轴地结构参数(如加大圆角半径等),以降低应力及应力集中程度若轴地强度富裕,且其计算应力或安全系数与许用值相差不大,则以轴结构设计时确定地轴径为准,一般不再修改对于强度裕量过大地情况,也应在综合考虑刚度,结构要求以及轴承和键联接等地工作能力后决定是否修改,以防顾此失彼4.进一步绘图,进行传动件、固定装置、密封装置及附件地结构设计上述设计地具体结构和尺寸关系可参阅其它书籍阐述与分析,学生应在融汇贯通地基础上发挥创造性,独立进行本阶段地设计工作,并注意绘图时应先主件后附件,先主体后局部,先轮廓后细部,同时在三个视图上交替进行5.装配草图地检查和修正上述工作完成之后,应对装配草图仔细检查,认真修正,检查次序亦如绘制装配草图“由主到次”进行检查地主要内容如下：(1)装配草图是否与传动方案(运动简图)一致如轴伸出端地位置,电动机地布置及外接零件(带轮和联轴器等)地匹配是否符合传动方案地要求(2)传动件、轴、轴承及轴上其他零件地结构是否合理,定位、固定、加工、装拆及密封是否可靠和方便(3) 重要零件是