【隧道用離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)13000字（論文）】

隧道用離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪來(lái)提升流體壓力并將流體輸送至外界的設(shè)備，不但應(yīng)用于應(yīng)用于工廠、礦井、冶金、石油等舊經(jīng)濟(jì)工程，而且應(yīng)用于化工、航天、能源等新經(jīng)濟(jì)工程，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中各個(gè)行業(yè)的通用設(shè)備，也不可避免的成為了中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的耗能“大戶”。從能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)來(lái)講，風(fēng)機(jī)將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體的動(dòng)能和壓力能；就效果而言，風(fēng)扇用于氣體輸送和通風(fēng)除塵。因而，合理的選擇通風(fēng)機(jī)，能夠極大地提高通風(fēng)機(jī)的工作效率，減少能源損耗。通風(fēng)機(jī)按不同的方式有著不一的分類(lèi)，常見(jiàn)的分類(lèi)包含離心式、軸流式和混流式，而在除塵和流體輸送的情況下大都使用離心式通風(fēng)機(jī)。離心通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，設(shè)計(jì)較輕松，主要包括流通、傳動(dòng)和支撐三類(lèi)部件。流通部件包括葉輪、集流器、外殼和出風(fēng)口；傳動(dòng)部件含有主軸、軸承和聯(lián)軸器等；支撐部件有軸承座和底軸。其中最為關(guān)鍵的部件是葉輪，它是通風(fēng)機(jī)輸送給流體動(dòng)能，使通風(fēng)機(jī)內(nèi)流體順暢流通且高效作用唯一元件，直接決定著風(fēng)機(jī)的工作能力和性能參數(shù)。因而，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)熟練掌握通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，參考現(xiàn)有的、已應(yīng)用的加工圖紙，結(jié)合工作條件與實(shí)際情況，使通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)更加高效經(jīng)濟(jì)。通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)屬于工程設(shè)計(jì)，內(nèi)容主要包括：氣動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核等。本文簡(jiǎn)單闡述了離心式通風(fēng)機(jī)的主要部件和工作原理、分析了通風(fēng)機(jī)的發(fā)展與前景，介紹了風(fēng)機(jī)的分類(lèi)、特性參數(shù)與特征曲線，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的一些常見(jiàn)問(wèn)題提出了自己的觀點(diǎn)，如：噪音防治、一般故障檢修，最終通過(guò)校核檢驗(yàn)設(shè)計(jì)出高效實(shí)用的離心式通風(fēng)機(jī)。關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；氣動(dòng)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核；工程設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u25566摘要 II64681.緒論 4322582.氣動(dòng)設(shè)計(jì) 944852.1通風(fēng)機(jī)型式選擇及計(jì)算比轉(zhuǎn)速 951702.2葉片出口角β2A以及壓力系數(shù)ψt 933842.3葉輪圓周速度u2的計(jì)算 10135532.4葉輪外徑D2的計(jì)算 109212.5葉輪進(jìn)口直徑D0和葉片出口直徑D1的計(jì)算 1129682.6確定進(jìn)口寬度b1和葉片進(jìn)口角β1A 1118912.7葉片數(shù)目Z的確定 12188442.8確定葉片出口寬度b2并驗(yàn)算擴(kuò)散當(dāng)量角 13203072.9校核全壓 14208542.9.1泄漏量和容積效率 14266042.9.2計(jì)算滑移系數(shù)ε和理論全壓Pth 1425272.9.3驗(yàn)算全壓 16522.10通風(fēng)機(jī)功率 1792372.11繪制葉片的型式 1844842.12通風(fēng)機(jī)葉片相關(guān)尺寸的確定 19135563離心通風(fēng)機(jī)的零部件設(shè)計(jì) 20252433.1蝸殼的設(shè)計(jì)與尺寸計(jì)算 20164273.1.1計(jì)算蝸殼寬度 20103953.1.2蝸殼出口的計(jì)算 2135483.1.3設(shè)計(jì)蝸舌尺寸 21237033.2調(diào)節(jié)門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2298223.3集流器的設(shè)計(jì)與安裝尺寸 23212043.4傳動(dòng)組設(shè)計(jì) 23279053.4.1計(jì)算軸上轉(zhuǎn)矩 23186823.4.2主軸的材料選擇 23230443.4.3初算最小軸徑 2427433.4.4聯(lián)軸器的選擇 2454013.4.5軸承的選擇 2422233.4.6主軸結(jié)構(gòu) 2532045（1）軸段直徑的確定 2523463（2）確定各軸段長(zhǎng)度 25203013.4.7制定零件的裝配方案 27159493.4.8軸上零件的軸向以及周向定位 27281313.5零部件材料的選擇 2766754各零件的質(zhì)量計(jì)算及強(qiáng)度校核 2947634.1各零件的質(zhì)量 2942834.2葉片強(qiáng)度校核 30265624.3計(jì)算輪盤(pán)強(qiáng)度 3269224.3.1等厚圓盤(pán)的強(qiáng)度計(jì)算 32158174.3.2選取輪盤(pán)材料 33119584.4葉輪用鉚釘強(qiáng)度計(jì)算 33255024.5鍵的校核 33133864.6軸的強(qiáng)度校核 3483964.6.1軸的載荷計(jì)算 34311424.6.2計(jì)算軸的彎矩 3597714.6.3計(jì)算軸的轉(zhuǎn)矩 3612324.7穩(wěn)定性校核 37245614.8軸承的校核 3714110參考文獻(xiàn) 411.緒論1.1離心通風(fēng)機(jī)主要部件及工作原理通風(fēng)機(jī)是一種從動(dòng)的流體機(jī)械，主要由原動(dòng)機(jī)給予機(jī)械能，將流體壓力升高并將流體輸送出去。主要部件有：機(jī)殼、葉輪、機(jī)軸、吸氣口、排氣口；軸承、底座等部件。圖1.1離心通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與實(shí)物圖其中，最主要的做功部件是葉輪，它不但決定了通風(fēng)機(jī)的性能的好壞，而且決定了通風(fēng)機(jī)效率的高低。當(dāng)原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的葉輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣也在轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生流通的動(dòng)力，快速排出，從通風(fēng)機(jī)出口進(jìn)入管道系統(tǒng)。此時(shí)，葉輪中的空氣減少，外面的空氣還未補(bǔ)充，葉輪內(nèi)存在壓力差，因而外面的空氣在大氣壓作用下從吸氣口進(jìn)入葉輪。因此，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，空氣在通風(fēng)機(jī)的作用下，在管道中不斷流動(dòng)。葉片的形式有很多，但按照形狀和作用一般可分為：前向式、徑向式和后向式三類(lèi)。三類(lèi)葉片形式特點(diǎn)不一。前向式葉片的形狀（彎曲方向）與氣體自然運(yùn)動(dòng)方向相反，導(dǎo)致工作時(shí)氣體改變方向，造成很大沖擊，耗能多，噪音也大。而后向式與氣體運(yùn)動(dòng)方向一致，所以能量損失較小，效率高。徑向式的特點(diǎn)位于兩者之間。機(jī)殼一般呈螺旋形，它的作用是收集從葉輪中甩出的空氣，并通過(guò)氣流斷面的漸擴(kuò)作用，將空氣的動(dòng)壓力轉(zhuǎn)化為靜壓。離心式通風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓力一般小于1500毫米水柱。低壓風(fēng)機(jī)的壓力一般在100毫米水柱以下，多用于空氣調(diào)節(jié)；中壓風(fēng)機(jī)的壓力一般在300毫米水柱以下，常用于通風(fēng)除塵；高壓風(fēng)機(jī)的壓力在300毫米水柱之上，常用于氣體輸送。離心式風(fēng)機(jī)的工作原理總的來(lái)說(shuō)是將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，用葉輪的高速旋轉(zhuǎn)給氣體加速，然后在蝸殼的作用下減速、改變流向，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜壓能。在單級(jí)離心式風(fēng)機(jī)中，氣體從軸向進(jìn)入葉輪，氣體流經(jīng)葉輪時(shí)改變成徑向，然后進(jìn)入蝸殼。在蝸殼的擴(kuò)散器中，氣體沿該方向被引導(dǎo)，從而導(dǎo)致減速和壓力增加。壓力增高首先在葉輪中發(fā)生，是主要原因，其次在擴(kuò)壓時(shí)發(fā)生，是次要原因。1.2通風(fēng)機(jī)的分類(lèi)中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T2977-92將輸送氣體的機(jī)械按壓力分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。規(guī)定：產(chǎn)生壓力小于或等于15kPa(表壓)的機(jī)器是通風(fēng)機(jī)；產(chǎn)生壓力大于15kPa（表壓）、小于或等于0.2MPa（表壓）的機(jī)械為鼓風(fēng)機(jī)；壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力大于0.2MPa(表壓)。通風(fēng)機(jī)是一種輸送空氣并提供風(fēng)量的從動(dòng)機(jī)。由于生活中通風(fēng)機(jī)的用途繁多，所以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)于用途不同的通風(fēng)機(jī)分類(lèi)也不相同。根據(jù)通風(fēng)機(jī)功能原理，可分為離心式通風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)。離心風(fēng)機(jī)的主要部件是旋轉(zhuǎn)葉輪和蝸殼，葉輪上裝有一定數(shù)量的葉片。氣流由軸向吸入，經(jīng)90°轉(zhuǎn)彎，由于葉片的作用而獲得能量，并由蝸殼出口甩出。離心式通風(fēng)機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)形式有前向式、后向式、徑向式幾種。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片安裝于旋轉(zhuǎn)軸的輪轂上，葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)．將氣流吸人并向前方送出。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片有板型、機(jī)翼型多種，葉片根部到梢常是扭曲的，有些葉片的安裝角是可以調(diào)整的，調(diào)整安裝角度能改變通風(fēng)機(jī)的性能。風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)壓不同適用場(chǎng)合也不同，根據(jù)風(fēng)機(jī)出口的全壓，可將風(fēng)機(jī)分為三類(lèi)：低壓風(fēng)機(jī)、中壓風(fēng)機(jī)和高壓風(fēng)機(jī)（如表1-1）。通風(fēng)工程中大多采用低壓、中低壓風(fēng)機(jī)。表1-1風(fēng)機(jī)按壓力分類(lèi)分類(lèi)低壓風(fēng)機(jī)中壓風(fēng)機(jī)高壓風(fēng)機(jī)全壓≤0.980.98～2.942.94～14.71通風(fēng)機(jī)的用途多種多樣，已遍布各行各業(yè)，按用途可分為：一般用途通風(fēng)機(jī)、排塵通風(fēng)機(jī)、防爆通風(fēng)機(jī)、防腐通風(fēng)機(jī)、消防用排煙通風(fēng)機(jī)、屋頂通風(fēng)機(jī)、高溫通風(fēng)機(jī)、射流通風(fēng)機(jī)和誘導(dǎo)通風(fēng)機(jī)。1.一般用途通風(fēng)機(jī)：該類(lèi)通風(fēng)機(jī)只適宜輸送溫度低于80C，含塵濃度小于150mg/m3的清潔空氣。2.排塵通風(fēng)機(jī)：為防止磨損，葉片一般采用耐磨材料，用于將煙塵氣體排出到濾網(wǎng)內(nèi)。3.防爆通風(fēng)機(jī)：該類(lèi)型通風(fēng)機(jī)選用與砂粒、鐵屑等物料碰撞時(shí)不發(fā)生火花的同料制作。風(fēng)機(jī)配套一般采用隔爆型電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)則應(yīng)根據(jù)電機(jī)所處使用場(chǎng)所、允許的最高表而溫度分組等因素確定。4.防腐通風(fēng)機(jī)：不同材質(zhì)的防腐通風(fēng)機(jī)適合不同介質(zhì)的流體，為了更好的防腐效果，一般需要在與腐蝕性氣體接觸的零部件表面涂一層防腐材料。5.消防用排煙通風(fēng)機(jī)：當(dāng)室內(nèi)起火或產(chǎn)生危害性氣體時(shí)，可及時(shí)將煙氣排出建筑，耐高溫。6.屋頂通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝于建筑物的屋頂上，不占用室內(nèi)空間，一般用于家用，小工廠或商業(yè)壓力較小的系統(tǒng)。7.高溫通風(fēng)機(jī)：氣體溫度在250℃下時(shí)，材料可采用碳素鋼，其物理性能與常溫相同。若溫度在300℃以上時(shí)，則選擇耐熱材料，為防止軸承溫度過(guò)高，還需為軸承添加水冷裝置。8.射流通風(fēng)機(jī)：性能比一般通風(fēng)機(jī)好，在相同工況條件下，風(fēng)量是一般通風(fēng)機(jī)的1.3~1.35倍，風(fēng)壓是一般風(fēng)機(jī)的2倍左右。具有可逆轉(zhuǎn)性，當(dāng)風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，性能只降低0.05左右。一般用于鐵路、公路隧道。9.誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)：誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)由送風(fēng)風(fēng)機(jī)、多臺(tái)誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)組成，是射流誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的組成部分。在工作狀態(tài)下，誘導(dǎo)噴嘴能夠射出高速定向氣流，使周?chē)目諝?，連續(xù)穩(wěn)定得輸送到室內(nèi)要求的區(qū)域或經(jīng)排風(fēng)機(jī)排出室外，形成良好的節(jié)能減排效果。1.3通風(fēng)機(jī)的特性參數(shù)與特征曲線離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)并非單一存在，有著內(nèi)在的函數(shù)關(guān)系，它們主要包括：風(fēng)量、風(fēng)壓、功率、效率和轉(zhuǎn)速。另外，噪聲和振動(dòng)的大小也是通風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。風(fēng)量，又稱(chēng)風(fēng)量或流速，是指單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)排出的空氣量。氣壓是指風(fēng)扇出口氣流的全壓力與入口氣流的全壓力之差。它與風(fēng)機(jī)的葉輪直徑、轉(zhuǎn)速、空氣密度和葉片形式有關(guān)，并與轉(zhuǎn)速的平方成正比，可以通過(guò)適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速來(lái)增加風(fēng)壓。單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能量稱(chēng)為功率。通風(fēng)機(jī)的效率指通風(fēng)機(jī)的有效功率與軸功率之比。風(fēng)量、風(fēng)壓、功率和效率等其中任一參數(shù)改變，其他各量也隨之發(fā)生變化。將它們之間的關(guān)系繪成曲線，稱(chēng)為性能曲線。風(fēng)機(jī)的主要性能曲線有三種，即P-Q全壓曲線、N-Q功率曲線和-Q效率曲線。這三條曲線之間的關(guān)系顯示在同一張圖上，稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的特性曲線。根據(jù)特性曲線，我們可以觀察到通風(fēng)機(jī)最適宜的工況點(diǎn)，且已知Q米3/時(shí)，H毫米水柱，N千瓦，n(%)中的任意值即可求得其它值。圖1.2離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線1.4通風(fēng)機(jī)的常見(jiàn)問(wèn)題和防止措施能夠迅速判斷出風(fēng)機(jī)運(yùn)行中故障的原因并采取有效措施是器械正常運(yùn)行和施工人員安全的保障。風(fēng)機(jī)的問(wèn)題類(lèi)型總結(jié)下來(lái)可分為幾類(lèi)：軸承的不正常振動(dòng)，軸承溫度過(guò)高，缺乏保護(hù)裝置或保護(hù)裝置異常，電源缺相等，另外，噪音產(chǎn)生的污染和傷害也是我們不得不面對(duì)的一大難題。針對(duì)不同的現(xiàn)象需要采用不同的處理辦法。風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng):由于非工作面上積灰不均勻，葉輪的質(zhì)量分布不平衡，一般導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，軸承、葉片損壞，機(jī)殼、風(fēng)道損壞。為了減少風(fēng)扇的振動(dòng)，我們需要定期清理葉片上積聚的灰塵，以重新平衡葉輪。軸承溫度過(guò)高：風(fēng)機(jī)軸承溫度異常升高的原因有:潤(rùn)滑不良、冷卻不夠或軸承異常。離心式風(fēng)機(jī)軸承若是出現(xiàn)疲勞磨損，一般判斷方法有：聽(tīng)軸承聲音和測(cè)量振動(dòng)，若是潤(rùn)滑不良、冷卻不夠可由經(jīng)驗(yàn)豐富的工人直接判斷。保護(hù)裝置異常：軸承溫度過(guò)高也有可能是冷卻裝置功率較小導(dǎo)致風(fēng)量不足。一般可通過(guò)在輪轂側(cè)軸承添加壓縮空氣冷卻裝置來(lái)解決。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，直接開(kāi)啟壓縮空氣冷卻。電源缺相：可直接通過(guò)測(cè)電筆、電壓表或萬(wàn)用表這三種測(cè)量裝置測(cè)得。需要設(shè)置保護(hù)電路并且常備備用電源。噪音防治：通風(fēng)機(jī)的噪聲按照產(chǎn)生原因不同一般可分為三類(lèi)：空氣噪聲，機(jī)械噪聲和電磁噪聲，嚴(yán)重威脅到工作人員與附近居民的身體和心理健康?？赏ㄟ^(guò)以下方法防治：根據(jù)不同情況，選擇合理的風(fēng)機(jī)型式，一般選用低速后彎葉型的離心式風(fēng)機(jī)，并使工作點(diǎn)達(dá)到風(fēng)機(jī)最宜工況點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)行；在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處，應(yīng)避免流體輸送的急轉(zhuǎn)彎，可以采用軟性接頭或用消音材料包裹轉(zhuǎn)彎處；在氣體流動(dòng)過(guò)程中，氣流應(yīng)當(dāng)在管路系統(tǒng)中均勻分布，避免產(chǎn)生渦流，引起噪音。1.6通風(fēng)機(jī)的發(fā)展與前景通風(fēng)機(jī)屬于通用機(jī)械。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)也隨之騰飛，影響著通風(fēng)機(jī)行業(yè)遍布大江南北，深入各行各業(yè)。自中國(guó)加入WTO以來(lái)，中國(guó)的機(jī)械貿(mào)易得到了很好的發(fā)展，引進(jìn)了大量與通風(fēng)機(jī)有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。對(duì)于整個(gè)呼吸機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)遇與困難并存，利益與挑戰(zhàn)同步。我國(guó)市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)放，受到了國(guó)際市場(chǎng)的嚴(yán)重沖擊，影響著一些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，他們面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)。通風(fēng)機(jī)行業(yè)不能故步自封，要看到國(guó)際市場(chǎng)的巨大利潤(rùn)，也要承擔(dān)市場(chǎng)國(guó)際化帶來(lái)的責(zé)任與義務(wù)。每一個(gè)企業(yè)都應(yīng)充分利用好加入世貿(mào)的權(quán)利和優(yōu)惠，發(fā)展國(guó)際經(jīng)濟(jì)，不但要與國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，還要同國(guó)際友商競(jìng)爭(zhēng)，擴(kuò)大出口，利用外資回流，研發(fā)技術(shù)資料，形成經(jīng)濟(jì)與技術(shù)共同進(jìn)步的戰(zhàn)略性策略；同時(shí)考慮到使用通風(fēng)機(jī)帶來(lái)的環(huán)境污染和安全危害，國(guó)家相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格約束，制定完善的法律法規(guī)，做到有法可依，執(zhí)法必嚴(yán)；企業(yè)更要發(fā)展降噪降污技術(shù)，把控好工作效率和減少污染的平衡點(diǎn)，讓用戶更放心，讓工作人員更舒心。2.氣動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)：大氣壓P=101325Pa，溫度T=293K，流量Q=37500m3/h，全壓Ptf=1210Pa，介質(zhì)為空氣。2.1通風(fēng)機(jī)型式選擇及計(jì)算比轉(zhuǎn)速 (2.1)由設(shè)計(jì)參數(shù)得：Ptf=1210Pa<2500Pa，則本次設(shè)計(jì)中可以忽略氣體的可壓縮性影響，采用直接傳動(dòng)。通過(guò)查閱數(shù)據(jù)，初步選取電機(jī)轉(zhuǎn)速為750r/min，計(jì)算出特定轉(zhuǎn)速ns： (2.2)比轉(zhuǎn)速ns=65.37，因?yàn)楸绒D(zhuǎn)速的范圍15<ns<80，所以選用離心式通風(fēng)機(jī)。又因?yàn)閚s介于40～76之間，所以選擇單級(jí)單吸式葉輪。當(dāng)比轉(zhuǎn)速介于20~90之間時(shí)，葉片型式選擇后彎圓弧葉片。2.2葉片出口角β2A以及壓力系數(shù)ψt表2.1葉片類(lèi)型和出口角β2A的范圍葉片型式葉片出口角范圍強(qiáng)后彎葉片20°~30°后彎圓弧葉片30°~60°后彎直葉片40°~60°后彎?rùn)C(jī)翼型葉片40°~60°由于本設(shè)計(jì)中，葉片型式選擇后彎圓弧葉片，根據(jù)表2.1，初步選擇葉片的出口角為：β2A=40°。計(jì)算全壓系數(shù)得： (2.3)2.3葉輪圓周速度u2的計(jì)算(2.4)2.4葉輪外徑D2的計(jì)算(2.5)取D2=1.20m當(dāng)D2=1.20m時(shí)，計(jì)算葉片出口圓周速度u2，得到： (2.6)壓力系數(shù)為： (2.7)根據(jù)表2.2中全壓系數(shù)ψt和葉片出口角β2A的范圍，驗(yàn)算計(jì)算出來(lái)的壓力系數(shù)ψt和選用的葉片出口角β2A是否合適。表2.2全壓系數(shù)ψt和葉片出口角β2A全壓系數(shù)ψt葉片出口角β2A（°）0.6~0.820~300.7~0.940~50（機(jī)翼形）0.8~1.230~601.2~1.4901.6~1.8110~1351.8~2.2135~1502.4~2.8150~175（多翼葉）初選葉片出口角為40°，由上表可知：葉片出口角β2A介于30°~60°之間，則全壓系數(shù)ψt應(yīng)在0.8~1.2之間，而計(jì)算出來(lái)的全壓系數(shù)ψt=0.91，故初選結(jié)果合適。2.5葉輪進(jìn)口直徑D0和葉片出口直徑D1的計(jì)算在設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用D0=D1。流量系數(shù)為： (2.8)則： (2.9)取：D0=0.7mm。葉片最大入口直徑為： (2.10)?。篋1max=720mm。葉片最小入口直徑為： (2.11)?。篋1min=680mm。葉片入口平均直徑為： (2.12)故：D0=D1=700mm。2.6確定進(jìn)口寬度b1和葉片進(jìn)口角β1A計(jì)算系數(shù)的取值和機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。因?yàn)橥L(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中是自由進(jìn)氣，所設(shè)計(jì)的通風(fēng)機(jī)采用弧形前盤(pán)，所以取d=0，μ0—葉輪入口氣流充滿系數(shù)，對(duì)于一般型式的葉輪出口通常該系數(shù)μ0=0.9~0.95，而選用性能比較良好的弧形進(jìn)風(fēng)口時(shí)，可以選μ0=1。葉片入口前氣流充滿系數(shù)依據(jù)不同的前盤(pán)型式選擇不同的系數(shù)，如果選用平前盤(pán)的話，μ1=0.8~0.87；如果選的是錐形前盤(pán)，μ1=0.83~0.91；在選用弧形前盤(pán)的時(shí)候，該系數(shù)的取值可以取μ1=0.92。所以計(jì)算時(shí)取μ1=0.92，μ0=1。(2.13)ξ的平均值為： (2.14)取ξ=0.5，則葉片進(jìn)口寬度b1為： (2.15)取容積系數(shù)ηv=0.98，則進(jìn)入葉道前的子午速度為： (2.16)估算葉片進(jìn)口角： (2.17)取 2.7葉片數(shù)目Z的確定知道葉輪進(jìn)、出口的直徑和葉輪的外徑，并確定葉輪的出口角度，可以得到葉輪葉片的數(shù)量：(2.18)由于本設(shè)計(jì)采用的是一般后彎葉片，推薦葉片數(shù)如下表：表2.3葉片形式與推薦葉片數(shù)葉片形式推薦葉片數(shù)Z強(qiáng)后彎葉片8~10后彎?rùn)C(jī)翼葉片8~12一般后彎葉片12~16徑向出口高壓鼓風(fēng)機(jī)10~20徑向出口工業(yè)廢氣或廢料輸送5~10前彎葉片高壓鼓風(fēng)機(jī)12~16一般前彎葉片16~32強(qiáng)前彎多翼葉輪32~64綜合方便性，經(jīng)濟(jì)性和美觀性各方面要求考慮，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，選取Z=14。2.8確定葉片出口寬度b2并驗(yàn)算擴(kuò)散當(dāng)量角葉片出口寬度計(jì)算： (2.19) 取b2=0.22m。驗(yàn)算擴(kuò)散當(dāng)量角：(2.20)取葉片厚度δ1=δ2=0.005m，當(dāng)葉片無(wú)折邊時(shí)，則Δ=0。那么阻塞系數(shù)τ1、τ2可通過(guò)以下公式計(jì)算： （2.21） （2.22）由下列公式計(jì)算葉片長(zhǎng)度得： （2.23）將計(jì)算所得數(shù)據(jù)l、τ1、τ2代入原公式得： （2.24）那么，(2.25)因此在選取范圍之內(nèi)。2.9校核全壓2.9.1泄漏量和容積效率徑向間隙δr=0.005m，取間隙邊緣收縮系數(shù)α=0.7m。 則：(2.26)考慮到泄露后的理論流量： (2.27)可以得到容積效率： (2.28)2.9.2計(jì)算滑移系數(shù)ε和理論全壓Pth在流體機(jī)械中，我們系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了歐拉方程公式以及推導(dǎo)方法，已知曉在不同葉片數(shù)目下，其理論全壓Pth∞的計(jì)算公式并不相同。當(dāng)葉片數(shù)目為無(wú)限多時(shí)，其計(jì)算公式為： (2.29)其中： (2.30)故葉片無(wú)窮多時(shí)理論全壓：(2.31)滑移系數(shù)ε計(jì)算可得： (2.32)氣流進(jìn)入葉片入口前的子午速度： (2.33)葉道入口后的速度為： （2.34） （2.35）葉道出口前的速度為： （2.36） （2.37）葉道出口后的速度為： （2.38） （2.39） （2.40） （2.41）所以通風(fēng)機(jī)的理論全壓為： 2.9.3驗(yàn)算全壓首先估算通風(fēng)機(jī)的總流動(dòng)損失： （2.42）通過(guò)公式計(jì)算轉(zhuǎn)變過(guò)程中的損失： （2.43）阻力系數(shù)的取值：得： （2.44）通過(guò)公式計(jì)算葉道內(nèi)的流動(dòng)損失： （2.45）阻力系數(shù)的取值：則由式2.35、式2.45得： （2.46）額定工況下，沖擊損失為： =0 （2.47）通過(guò)公式計(jì)算蝸殼內(nèi)的流動(dòng)損失： （2.48）取阻力系數(shù)則由式2.41、式2.48得： （2.49）所以，由以上公式最終確定通風(fēng)機(jī)正常工作下的總流動(dòng)損失為： （2.50）則通風(fēng)機(jī)的實(shí)際全壓為： （2.51）故： （2.52）因?yàn)橛?jì)算結(jié)果為1.36%<5%，故所取數(shù)據(jù)合適。計(jì)算其流動(dòng)效率： （2.53）2.10通風(fēng)機(jī)功率輪阻損失的計(jì)算，取β=0.85（查參考資料知β取值范圍0.81~0.89）： （2.54）計(jì)算內(nèi)部功率得： （2.55）計(jì)算內(nèi)部機(jī)械效率得： （2.56）計(jì)算通風(fēng)機(jī)內(nèi)部效率得： （2.57）計(jì)算軸功率，查取的值為98%，則： （2.58）通過(guò)查《通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與選型》取安全系數(shù)的值為：k=1.15，則通風(fēng)機(jī)的功率可得： （2.59）2.11繪制葉片的型式葉片的寬度是不斷變化的，從葉輪入口到出口，從C1m=14.88m/s變化到C2m=14.38m/s，可以近似看成線性變化，由于C1m≈C1m?，C2m≈C2m?，則可看成從C1m?線性變化到C2m?，所以葉輪寬度b可由下式確定： （2.60）其中，μ=0.92在R1~R2之間等分出來(lái)十份，把計(jì)算結(jié)果列入表2.4：表2.4R與b關(guān)系計(jì)算結(jié)果0.350.3750.40.4250.450.4750.50.5250.550.5750.6Cm?13.8413.85113.86213.87313.88413.89513.90613.91713.92813.93913.950.3800.3540.3320.3120.2950.2790.2650.2520.2400.2300.220通過(guò)表2.4可得下圖：圖2.1葉輪寬度b和葉輪半徑R2.12通風(fēng)機(jī)葉片相關(guān)尺寸的確定計(jì)算圓弧半徑Rk得：計(jì)算中心圓半徑R0得：3離心通風(fēng)機(jī)的零部件設(shè)計(jì)3.1蝸殼的設(shè)計(jì)與尺寸計(jì)算蝸殼的設(shè)計(jì)是離心風(fēng)機(jī)不可缺少的一部分。氣體從葉輪排出后，由蝸殼收集并引導(dǎo)，流向排氣口。在這個(gè)過(guò)程中，流動(dòng)氣體的動(dòng)壓力能的一部分被蝸殼擴(kuò)壓，氣流攜帶的動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為靜壓力能。因此，蝸殼的設(shè)計(jì)應(yīng)保證一定的合理性，既要減少擴(kuò)壓的損失，又要防止產(chǎn)生較大的動(dòng)壓能，使其在運(yùn)行過(guò)程中更加順暢和安全。蝸殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜?？紤]到動(dòng)壓能的相關(guān)要求，選用了弧型蝸殼型線。3.1.1計(jì)算蝸殼寬度蝸殼寬度可由公式計(jì)算選取： (3.1)取B=0.400m為了更方便地繪制蝸殼型線，我們一般用4段弧代替計(jì)算。本次設(shè)計(jì)采用等邊基元法。計(jì)算蝸殼出口截面張開(kāi)度A得： （3.2）所以，基變長(zhǎng)度a為： （3.3）根據(jù)式2.5，我們知道D2=1.20m，所以R2=0.60m。因此，蝸殼型線半徑分別為： （3.4） （3.5） （3.6） （3.7）3.1.2蝸殼出口的計(jì)算 （3.8）選取C=1.500m。為了進(jìn)一步增加靜壓能，蝸殼出口通常都會(huì)設(shè)置擴(kuò)壓器，保證能夠達(dá)到一定程度上合理的出口擴(kuò)壓角度。為了減少擴(kuò)散段的長(zhǎng)度，可適當(dāng)將擴(kuò)壓角度加大。擴(kuò)壓角θ范圍一般選取為：6°~8°，為了設(shè)計(jì)方便，選取中間值θ=7°。圖3.1蝸殼的出口擴(kuò)壓角3.1.3設(shè)計(jì)蝸舌尺寸考慮到氣體的順利流動(dòng)，蝸舌設(shè)計(jì)在蝸殼出口附近，防止氣體在還沒(méi)有出蝸殼時(shí)，就不斷地在蝸殼內(nèi)流動(dòng)循環(huán)。風(fēng)機(jī)在正常工作時(shí)，由于蝸舌附近的流動(dòng)情況較為復(fù)雜，所以它不但會(huì)影響通風(fēng)機(jī)的工作效率，甚至?xí)a(chǎn)生極大噪音，是通風(fēng)機(jī)噪音的主要來(lái)源之一。離心式通風(fēng)機(jī)的蝸舌皆不相同，由形狀和大小來(lái)區(qū)分可將常見(jiàn)的蝸舌分為三種：平舌、淺舌和深舌。淺舌將更多地暴露葉輪，并惡化風(fēng)扇的性能曲線；反之，深舌則會(huì)改善通風(fēng)機(jī)性能曲線；平舌性能在二者之間。但是采用深舌會(huì)使噪聲增大，需要加裝消音器。蝸舌與葉輪外緣的間隙t為： （3.9）取：t=0.090m。蝸舌頂端的圓弧半徑r為： （3.10）?。簉=0.060m。等邊基元法繪制的蝸殼型線見(jiàn)圖3.2。圖3.2等邊基元法繪制蝸殼型線3.2調(diào)節(jié)門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)門(mén)一般是用來(lái)控制通風(fēng)機(jī)內(nèi)部的介質(zhì)流量，軸向安裝在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口前面，通過(guò)外部可調(diào)式搬把調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)門(mén)主要結(jié)構(gòu)是以下幾部分：錐心體、葉片、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)筒、轉(zhuǎn)盤(pán)、滾輪部、搬把。風(fēng)筒整體采用鋼板制成，翻邊后，剛性大大增強(qiáng)；葉片采用整體模壓工藝，使得剛度大幅提高；轉(zhuǎn)盤(pán)采用型材冷彎卷工藝，提高了加工的精度，保證了各葉片在開(kāi)閉過(guò)程中的聯(lián)動(dòng)同步性；錐心體由鑄件精心加工而成。調(diào)節(jié)門(mén)的角度在0°的時(shí)完全打開(kāi)，在90°的時(shí)完全關(guān)閉。離心通風(fēng)機(jī)中一般選用圓形調(diào)節(jié)門(mén)。圓形調(diào)節(jié)門(mén)分為普通型和加強(qiáng)型。普通型調(diào)節(jié)門(mén)適用于一般用途離心通風(fēng)機(jī)；加強(qiáng)型調(diào)節(jié)門(mén)適用于壓力系數(shù)6或是風(fēng)機(jī)全壓較高的離心高壓風(fēng)機(jī)?？烧{(diào)擋板門(mén)采用百葉窗擋板結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗哂凶罴研阅?。調(diào)節(jié)門(mén)的性能調(diào)節(jié)存在一定的關(guān)系，即擋板旋轉(zhuǎn)的角度發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)門(mén)所調(diào)節(jié)的風(fēng)量也隨之發(fā)生變化。根據(jù)設(shè)計(jì)中對(duì)調(diào)節(jié)門(mén)的要求：結(jié)構(gòu)合理安全、控制可靠方便、密封性良好且熱補(bǔ)償性較好。本次設(shè)計(jì)隧道用離心式通風(fēng)機(jī)采用百葉窗擋板式的調(diào)節(jié)門(mén)最為合適。3.3集流器的設(shè)計(jì)與安裝尺寸集流器的安裝位置一般在風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)處，它主要的作用是把進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的流體平緩地引入葉輪，讓氣流均勻充滿葉輪入口截面并在其中得到加速，從而保證通風(fēng)機(jī)在工作有著平等分布的進(jìn)氣速度場(chǎng)。集流器的基本形式多種多樣，一般情況下，隧道用離心式通風(fēng)機(jī)中常用的集流器主要有四種：圓筒形、圓錐形、弧形和錐弧形。四種集流器各有特點(diǎn)，圓筒形集流器將在入口處形成渦流區(qū)，由于直接從大氣中吸入空氣，因此效果較差；圓錐形比圓筒形好點(diǎn)，但長(zhǎng)度太短，效果不佳；弧形比前兩種好些；錐弧形最佳，高效風(fēng)機(jī)大都采用此種。選擇合適的集流器，通風(fēng)機(jī)的效率會(huì)提高10%~15%不等。它的結(jié)構(gòu)形狀以及葉輪入口間隙的大小都是可能影響通風(fēng)機(jī)效率的主要因素。綜合考慮以上各種因素的影響，決定將集流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成錐形。為了使集流器的發(fā)揮空間更大，集流效果更好，擴(kuò)散段的減速型線與葉輪前盤(pán)型線匹配，其間隙設(shè)計(jì)為3mm，將其中間部分的直徑設(shè)計(jì)為440mm。通風(fēng)機(jī)的當(dāng)量收縮角一般范圍在40°~60°之間，則選3.4傳動(dòng)組設(shè)計(jì)由于在使用過(guò)程中，基于現(xiàn)場(chǎng)的各種限制，所以離心式通風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)方式會(huì)根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)的情況有所不同。在當(dāng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速與電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同時(shí)，大型風(fēng)扇通常直接采用聯(lián)軸器進(jìn)行可靠的傳動(dòng)。這一優(yōu)勢(shì)在于，大風(fēng)扇龐大的機(jī)身結(jié)構(gòu)更加緊湊，占地面積也有所減少。而本身比較小的風(fēng)機(jī)，在使用時(shí)由于所需要的功率及風(fēng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)一般都是比較小的，所以可以直接將葉片裝在電動(dòng)機(jī)軸上，同樣的優(yōu)勢(shì)減少占地面積。此外，還要考慮到它的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，根據(jù)用途不同選擇的結(jié)構(gòu)性能也不一樣。本次設(shè)計(jì)選用階梯軸，選擇與之匹配的聯(lián)軸器和軸承，而且使用時(shí)間要足夠長(zhǎng)。選擇本次風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式確定為D式傳動(dòng)。軸功率：Ns=15.78kW電機(jī)功率：P=18.15kW風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：n=750r/min3.4.1計(jì)算軸上轉(zhuǎn)矩 （3.11）3.4.2主軸的材料選擇主軸材料的品質(zhì)決定著它的性能，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們要合理選擇零件制造所需的材料，以使其達(dá)到產(chǎn)品要求。一般情況下，在制造主軸時(shí)將碳鋼作為主要制造材料，由于45號(hào)鋼相比較其它普通鋼材屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，有著其它鋼材無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此選擇它作為主軸材料，通過(guò)機(jī)械手冊(cè)查得機(jī)械性能：σb=600MPa，σs=355MPa。3.4.3初算最小軸徑表3.1常用軸材料的A0值材料Q-235A、20Q275、354540Cr、36SiMn、3Cr13[τT]/MPa15~2520~3525~4535~55A0149~126135~112126~103112~97本設(shè)計(jì)中，主軸的材料我選擇的45號(hào)鋼，它是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，根據(jù)上表3.1，得：A0=126~103，所以d0為： （3.12）當(dāng)軸與輪盤(pán)和聯(lián)軸器連接時(shí)，為了提高其穩(wěn)定狀態(tài)，選擇鍵連接方式。鍵槽需要打開(kāi)，故主軸的軸徑增加7%至39.00~31.88mm；但是由于主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到扭轉(zhuǎn)力，因此它一般當(dāng)作最小直徑dmin。又因?yàn)橥L(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比較高，而風(fēng)機(jī)其傳遞功率較高，因此在選用最小軸徑時(shí)要比d0稍大，故dmin=40mm。3.4.4聯(lián)軸器的選擇由于通風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩變化不大，因此載荷系數(shù)一般取為：KA=1.3，而其轉(zhuǎn)矩可得為： （3.13）按GB/T5843-2003選擇聯(lián)軸器，型號(hào)為：。3.4.5軸承的選擇軸承在離心式的通風(fēng)機(jī)中主要是用來(lái)起到軸承的支撐及穩(wěn)定性和減少軸承磨擦的穩(wěn)定性作用，所以通風(fēng)機(jī)軸承的工作精度、噪音等都直接地關(guān)系到離心式通風(fēng)機(jī)的正常使用及其壽命。它的結(jié)構(gòu)主要有軸承座、油孔、軸套和螺紋孔，在使用過(guò)程中由于環(huán)境等各種因素的影響，所以其失效形式也有區(qū)別。角接觸球軸承的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、噪音低、摩擦力矩小、極限轉(zhuǎn)速高等。因此，在這種設(shè)計(jì)中使用了角接觸球軸承。聯(lián)軸器與軸的連接段的最小直徑為40mm，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T292-2007，選取7210AC的角接觸球軸承，其外形尺寸為：d×D×b=50×90×20。3.4.6主軸結(jié)構(gòu)在軸設(shè)計(jì)過(guò)程中，其具體參數(shù)是由多種因素的共同作用影響的。設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)不但要考慮到它的外部形狀，還要設(shè)計(jì)其具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸。在設(shè)計(jì)時(shí)要把眾多的外界條件考慮到。在設(shè)計(jì)中，主軸參數(shù)是由軸上各零件的類(lèi)別、數(shù)目、體積；載荷分布狀態(tài)；加工工藝水平等眾多因素共同決定的。而且還得在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)使用過(guò)程中的具體情況所設(shè)計(jì)。因此設(shè)計(jì)一定要嚴(yán)格，而且在調(diào)整時(shí)足夠方便，當(dāng)然也要利于工作人員拆裝維修以及清洗。（1）軸段直徑的確定軸段的直徑大小一般直接由軸上的載荷數(shù)值所確定，而軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所承受的扭矩也影響著軸段直徑。為了便于加工，因此在設(shè)計(jì)軸的直徑時(shí)，要最大化的使用常用標(biāo)準(zhǔn)，而且采用標(biāo)準(zhǔn)后，能夠方便工作人員裝配。而軸的最小直徑一般由經(jīng)驗(yàn)所確定。為了方便我在本文中具體介紹各段軸的參數(shù)，我將軸按段分從左到右分別為1~7，如下圖3.3所示。最右端的軸七在裝配時(shí)是與聯(lián)軸器連接的，因?yàn)榍拔脑O(shè)計(jì)中選擇聯(lián)軸器的型號(hào)為：所以將軸七的直徑設(shè)計(jì)為與聯(lián)軸器的內(nèi)直徑大小相同，即d7=40mm。聯(lián)軸器左側(cè)與軸六接觸，因此它的的軸向定位采用軸肩定位，設(shè)計(jì)軸六直徑比軸七的軸徑大5~10mm，即d6=45mm。軸三和軸五的情況大致相同，選用的是相同的軸承，故d3=d5=50mm。軸四的直徑可根據(jù)實(shí)際受力情況、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行選取：d4=55mm。考慮到美觀和加工方便，軸二和軸六的直徑設(shè)計(jì)成大小相同的兩段軸，即d2=d6=45mm。軸一上連接的零件是軸盤(pán)，因此，為了安裝時(shí)相匹配，將軸一直徑設(shè)計(jì)成與軸盤(pán)的連接孔直徑大小相同，即d1=40mm。（2）確定各軸段長(zhǎng)度主軸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意聯(lián)軸器外側(cè)有一個(gè)軸端擋圈，安裝時(shí)盡量避免主軸端面受壓?？紤]到該因素的影響，軸七的長(zhǎng)度應(yīng)在半聯(lián)軸器的孔長(zhǎng)的基礎(chǔ)上減少約2?3mm。由選擇的聯(lián)軸器型號(hào)可得其轂孔長(zhǎng)度為112mm，則軸七的長(zhǎng)度應(yīng)該設(shè)計(jì)為：l7=110mm。軸一的長(zhǎng)度一般設(shè)計(jì)成與軸盤(pán)的孔轂長(zhǎng)度相等，即：l1=60mm。軸三和軸五在裝配時(shí)安裝的是軸承和擋油環(huán)，所以他們的長(zhǎng)度是兩者之和，可通過(guò)計(jì)算得到。給定軸承尺寸，軸承寬度為20mm，擋油環(huán)的厚度為12mm，即l3=l5=20+12=32mm。由于軸承端蓋與軸承外徑相匹配，得軸承端蓋D=90mm=軸承外徑，端蓋螺栓直徑d3=8mm，4個(gè)螺栓。所以：箱體壁厚δ1=8mm，則： （3.14）端蓋寬度B： （3.15）考慮注油，拆裝等操作所需操作空間，半聯(lián)軸器到軸承端蓋外端面留28mm空間，故軸段六的長(zhǎng)： （3.16）軸段l4：綜合考慮實(shí)際工作條件與材料的力學(xué)性能，取l4=400mm。軸段l2：除了安裝軸承端蓋還需和蝸殼保持一定距離，所以： （3.17）3.4.7制定零件的裝配方案在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理確定組裝順序?qū)τ谳S來(lái)說(shuō)是非常重要的。如果裝配不合理的話會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)重的后果，輕則無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重則會(huì)損害整個(gè)機(jī)器從而發(fā)生一些生產(chǎn)事故，甚至威脅到工作人員的人身安全以及造成企業(yè)財(cái)產(chǎn)損失。因此，設(shè)計(jì)人員在工藝設(shè)計(jì)中會(huì)采用不同的設(shè)計(jì)方法，以保證合理的設(shè)計(jì)和裝配。本次裝配方案設(shè)計(jì)如下：安裝軸上零件時(shí)，從內(nèi)側(cè)直徑大的開(kāi)始，依次往外部安裝，并且每一環(huán)的安裝都要做好軸向和周向的定位，保證安裝完成后能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。進(jìn)行拆卸的順序則與安裝正好相反，先拆卸外側(cè)零件，再按安裝順序反序拆卸。通過(guò)計(jì)算確定的主軸結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.3所示。圖3.3軸的結(jié)構(gòu)示意圖3.4.8軸上零件的軸向以及周向定位為了防止滑動(dòng)，主軸上的所有部件都需要軸向和周向定位，需要通過(guò)軸肩、軸端擋圈、軸承端蓋、鍵和各種部件之間的過(guò)盈配合來(lái)完成。軸向定位可以防止軸上零件的軸向滑動(dòng)或空轉(zhuǎn)。通過(guò)軸上零件的軸向和周向定位共同作用，保證了軸和軸上零件都能穩(wěn)定、有效地工作。由前文中軸的設(shè)計(jì)部分可知需要安裝鍵的軸一和軸七都要開(kāi)鍵槽。需要選用兩個(gè)鍵，因?yàn)檩S一和軸七的直徑相等為40mm，并且軸一長(zhǎng)度為60mm，軸七長(zhǎng)度為110mm。則通過(guò)查機(jī)械手冊(cè)GB/T1096-2003確定鍵的尺寸。軸一和軸七上的鍵均選用A型平鍵，兩個(gè)鍵分別表示為：b×h=12×8，l=50mm和b×h=12×8，l=90mm。軸向上的軸承，聯(lián)軸器和輪盤(pán)的定位主要由軸肩來(lái)完成。3.5零部件材料的選擇主軸材料:主軸是風(fēng)扇的主要傳動(dòng)元件，因此要求主軸具有更高的強(qiáng)度。一般材料選用合金鋼或碳鋼，兩者中碳鋼比合金鋼更加經(jīng)濟(jì)，并且碳鋼的力學(xué)性能經(jīng)過(guò)熱處理也能有所增加?？紤]到經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和方便性，主軸材料選用力學(xué)性能及強(qiáng)度均符合要求的45鋼。葉輪和葉片：本設(shè)計(jì)中葉片在工作時(shí)所受的載荷相對(duì)較小，因?yàn)榻橘|(zhì)是空氣。根據(jù)GB/T700-1998，可選擇Q235。前盤(pán)和后盤(pán)（輪盤(pán)）：根據(jù)實(shí)際工作條件與設(shè)計(jì)相關(guān)要求，材料選定為Q345。滑軌、地腳墊板、半聯(lián)軸器以及軸承箱等鑄件：鑄件的選用一般要考慮加工便利性以及經(jīng)濟(jì)性，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)中對(duì)他們的力學(xué)性能要求不是特別高，所以選擇HT150。鉚釘：鉚釘作為連接件在工作時(shí)會(huì)受到剪切力，所以選取有一定強(qiáng)度和韌性的Q235A。軸盤(pán)：通過(guò)計(jì)算，選用HT250。機(jī)殼與側(cè)板：機(jī)殼與側(cè)板都是風(fēng)機(jī)的外部裝置，與外界接觸且承受一定的外部作用，綜合考慮選用Q235A。4各零件的質(zhì)量計(jì)算及強(qiáng)度校核4.1各零件的質(zhì)量圖4.1葉輪結(jié)構(gòu)①.葉輪質(zhì)量： （4.1）②.前盤(pán)質(zhì)量：選取厚度為6mm。計(jì)算前輪盤(pán)的弧長(zhǎng)為： （4.2）前盤(pán)質(zhì)量為： (4.3)③.后盤(pán)質(zhì)量： （4.4）④.軸盤(pán)質(zhì)量：計(jì)算軸盤(pán)的體積： （4.5） （4.6） （4.7）則： （4.8）⑤.則葉片質(zhì)量:根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片參數(shù)，計(jì)算葉片面積： （4.9）則： （4.10）⑥.葉輪質(zhì)量： （4.11）⑦.軸的質(zhì)量： （4.12）⑧.聯(lián)軸器由于是標(biāo)準(zhǔn)件，所以可以直接得到它的質(zhì)量： （4.13）4.2葉片強(qiáng)度校核已知本設(shè)計(jì)選擇的葉片是平板葉片，我們可以將整個(gè)葉片當(dāng)做是承受均布荷載的梁來(lái)計(jì)算葉片的強(qiáng)度。當(dāng)葉輪以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，由單個(gè)葉片產(chǎn)生的離心力F可由下式4.14計(jì)算。 （4.14）其中Rc的取值為： （4.15）計(jì)算葉片寬度： （4.16）總的葉片質(zhì)量已經(jīng)計(jì)算出來(lái)了，設(shè)計(jì)為14片葉片，所以單個(gè)葉片質(zhì)量： （4.17）由第3章可知：l=0.453m；δ=0.005m；ρ=7.85×103kg/m3。ω為葉輪角速度：，1/s。則單個(gè)葉片產(chǎn)生的離心力為： （4.18）單個(gè)葉片離心力在計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)比較麻煩，所以需要對(duì)其進(jìn)行分解，分解后的法向力F1與切向力F2會(huì)在各自的作用方向上表現(xiàn)出彎曲變形，切向力方向由于葉片抗彎截面模量比較大，所以在平時(shí)的設(shè)計(jì)計(jì)算中不予考慮，因此在計(jì)算的過(guò)程中只計(jì)算法向力。所以法向分力F1為： （4.19）按固定梁計(jì)算，則葉片的最大彎矩為： （4.20）最大彎曲應(yīng)力： （4.21）查得Q345的屈服點(diǎn)：σs=345MPa。因?yàn)棣襪ax<σs，故葉片校核成功，強(qiáng)度合格。4.3計(jì)算輪盤(pán)強(qiáng)度4.3.1等厚圓盤(pán)的強(qiáng)度計(jì)算輪盤(pán)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于其強(qiáng)度方面也有著具體的要求，在計(jì)算時(shí)，一般都認(rèn)為輪盤(pán)的厚度均勻，而且其徑向方面的應(yīng)力最高值是小于切向方面的應(yīng)力值，因此我們可以選擇輪盤(pán)受到的切向應(yīng)力的最高值來(lái)進(jìn)行計(jì)算。由于本設(shè)計(jì)中圓盤(pán)材質(zhì)使用鋼材，所以圓盤(pán)在自身離心力下產(chǎn)生的最大切向應(yīng)力： （4.22）輪盤(pán)自身質(zhì)量的離心力Ff為： （4.23）一個(gè)葉片產(chǎn)生的離心力F為： （4.24）葉片隨輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)有個(gè)偏離的趨勢(shì)，受到輪盤(pán)的附加應(yīng)力為： （4.25）即圓盤(pán)所產(chǎn)生最大切向應(yīng)力應(yīng)為兩個(gè)力的合力，求得： （4.26）根據(jù)文獻(xiàn)查得：Q235的屈服點(diǎn)。計(jì)算安全系數(shù)K： （4.27）一般情況下，取K≥2，所以強(qiáng)度校核合格。4.3.2選取輪盤(pán)材料軸盤(pán)最大直徑處的線速度可以用來(lái)選取軸盤(pán)的材料，該線速度為： （4.28）由于un<30m/s，輪盤(pán)材料應(yīng)當(dāng)采用一般灰鑄鐵，如：HT250。4.4葉輪用鉚釘強(qiáng)度計(jì)算軸盤(pán)和后盤(pán)的連接方式多種多樣，為了方便計(jì)算，本設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)的連接方式采用比較簡(jiǎn)單的鉚釘連接。采用Φ10鉚釘，個(gè)數(shù)取為Z=8，直徑取為D=170mm。當(dāng)葉輪以n的轉(zhuǎn)速、N的功率工作時(shí)，其扭矩的計(jì)算公式為： （4.29）鉚釘所承受的最大剪切應(yīng)力為： （4.30）4.5鍵的校核第7段軸直接與聯(lián)軸器相連，用的是過(guò)盈配合方式，這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)更加緊湊，聯(lián)系更密。從上述軸的定位部分來(lái)看，這里用于周向定位的鍵尺寸為：b×h=12×8，l=90mm，鍵的類(lèi)型為A型平鍵。d表示連接處軸的直徑，d=40mm；k表示鍵和聯(lián)軸器的接觸高度，。因此鍵的強(qiáng)度可由下列公式計(jì)算： （4.31）對(duì)于葉輪與輪轂的連接，在第1段軸中連接葉輪的鍵尺寸為：b×h=12×8，l=50mm，根據(jù)手冊(cè)，選用型普通平鍵。d=40mm，。計(jì)算強(qiáng)度： （4.32）表4.1鍵連接的許用擠壓應(yīng)力許用值輪轂材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微沖擊沖擊[σp]/MPa鋼鑄鐵[P]/MPa鋼由表4.1可知，設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。4.6軸的強(qiáng)度校核主軸在工作時(shí)，受到其他運(yùn)動(dòng)部件共同作用的影響，這些力在徑向上和軸向上的合力統(tǒng)稱(chēng)：徑向力和軸向力，同時(shí)也受到扭矩作用，因此主軸處于復(fù)合應(yīng)力下。通過(guò)對(duì)主軸的校核可以檢測(cè)主軸初步設(shè)計(jì)的正確性，如果主軸強(qiáng)度校核不滿足要求，則之前所做的所有設(shè)計(jì)都將毫無(wú)意義。因?yàn)橹挥挟?dāng)強(qiáng)度滿足要求，在一定條件下能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作的，才算是合格的通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)。對(duì)于主軸的檢驗(yàn)過(guò)程，一定要秉持認(rèn)真仔細(xì)的原則，依據(jù)實(shí)際的工作條件找出受到的每一個(gè)力，盡可能使誤差降低，這樣進(jìn)行的校核才算合理。4.6.1軸的載荷計(jì)算在工作過(guò)程中的軸受到葉輪重力和不平衡力