第四节主要零部件设计
传动系统和主要零部件--转子,密炼室设计
A、转子的主要外形尺寸如图所示：
B、转子工作部分设计图的画法
Ⅰ、确定转子回转直径D，并确定转子工作部分的长度L； 绘矩形。 Ⅱ、在矩形上分出 l1 和 l2 ,并将l1和l2分成n0～nn等分；
Ⅲ、计算长棱与断棱螺旋所对应的中心角β1和β2；
I 1 360 o 1= t1
I 2 360 o 2= t2
（2）转子内表面开 螺旋沟槽（GK系 列）； （3）一般强制冷却 式
如图所示为 转子 的强制冷却。
强制循环式
6、转子强度与刚度计算 （1）受力分析 由于转子的受力情况复杂，转子承受的作用力 有扭矩、胶料的作用力、转子和齿轮的自重等，
要做一些简化，对于转子的受力分析，目前也
有不同的看法，有的认为，转子炼胶时在一侧 只受到胶料的均布载荷作用，与开炼机类似只 受中部横压力的作用。
严重裂纹的转子堆焊
轻微裂纹的转子堆焊
3、转子类型与结构
椭圆型 圆筒型 三角型 二棱
按转子端面形状可分为
椭圆型转子按螺旋棱数目不同
三棱
四棱
六棱
二 棱 转 子 图
F
四 棱 转 子 图
三棱同步转子图
四棱转子图
六棱VCMT转子图
4、 转子的结构设计
椭圆形转子工作部分的横截面是椭圆形的。转 子突棱有转子工作部分的两端呈螺旋形向中心 前进，一左旋，一右旋，互不相干；一长一短， 互不相连。转子结构特征的主要特征参数主要 由转子工作部分最大回转直径及长度、突棱的 长度、突棱的螺旋角、突棱顶的宽度等。转子 各部分尺寸是根据转子工作部分回转直径来确 定的。下表是转子各部分主要尺寸关系 ：
I1－短螺旋棱轴向长度 I2－长螺旋棱轴向长度 t1－短螺旋棱的螺距 t2－长螺旋棱的螺距 Ⅳ、将β1和β2分成相应的a0～an n等分；
第四节 零件图上的技术要求
Ø
φ
M
C
φ
φ
3.2
12.5
1.6
0.4
3.2
其余
α
⑤为了简化标注方法，或者标注位置受到限制时，可以标注简化代号，
但必须在标题栏附近说明这些简化代号的意义；
B
其余 25
B
A
B
A
A
B
B
=
=
1.6
0.8 2.5
25
⑥零件上连续表面及重复要素（孔、槽、齿等）的表面和用细实线连
续的同一表面，其表面粗糙度符号、代号只标注一次。
在图形上，有些技术要求可用文字分条注写在标题栏附近的空白处。
一、表面粗糙度
1.表面粗糙度概念
（1）表面粗糙度的意义
表面粗糙度是指加工后零件表面上具有的
较小间距和峰谷所组成的微观不平度。这种不平度，对零件耐磨损、抗疲
劳、抗腐蚀以及零件间的配合性质都有很大的影响。不平程度越大，则零
件表面性能越差；反之，表面性能越高，加工也随之困难。在保证使用要
糙度，Ra的上限值为3.2
用不去除材料方法获得的表面
粗糙度，Ra的上限值为3.2
代
号
Rz3.2
3.2max
Rz3.2max
Ra
3.2
1.6
用去除材料方法获得的表面粗
糙度，Ra的上限值为3.2，Ra的下
限值为1.6
意
Rz3.2max
Rz1.6min
义
用任何方法获得的表面粗糙度，
Rz的上限值为3.2
需
标 用去除材料方法获得的表面粗
孔
φ40f7
φ40H8
K8
h7
Ø40
齿轮箱概述
第一节概述风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。
通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。
根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。
为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。
由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。
对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。
还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。
不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。
在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。
如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。
因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。
第二节设计要求设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。
通常应采用CAD 优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。
汽轮机主要零件结构
三
轴承
轴承是汽轮机的一个重要组成部分。
1. 轴承工作原理 2. 径向支持轴承 3. 推力轴承
5
第二节 汽轮机转动部分结构
汽轮机的转动部分包括动叶栅、叶轮（或转鼓）、主轴 和联轴器以及紧固件等旋转部件。 一 转子 汽轮机的转动部分总称为转子，主要由主轴叶轮（或 轮鼓）动叶及联轴器等组成，它是汽轮机最主要的部件之一， 起着工质能量转换及扭矩传递的任务。
② 单个等截面叶片弯曲振动自振频率
A型振动的自振频率
A型振动的边界条件：叶根固定，即根部的挠度和转角均为零；叶 顶自由，即顶部的弯矩和切力均为零。其数学形式为： （ⅰ）当
Y 0 x =0，
dY 0 dx d 2Y ，M ( x) 0 ，则有： 2 0 dx
；
；
（ⅱ）当 x l
； Q( x ) 0
A0 、 B0 、 A1 型振动；而更高阶次的振动，不容易发生，即使发
生了，振幅也不大，也不危险。
除了产生切向振动之外，叶片组也回产生轴向振动和扭转振动。
16
作业：
1、造成叶片振动的激振力有哪些？各是怎样产生的？
2、叶片的振型有哪些？并画出示意图。
17
四 叶片振动自振频率计算
这里所讲的频率是指叶片不动时的静频率。实际上叶片是随大轴、 叶轮一起旋转的，旋转时要产生离心力，在离心力作用下，叶片的弯曲 刚度增加，故自振频率增高。叶片自振频率可以用实验测得，也可以通 过理论计算求得。 1. 单个等截面叶片弯曲振动自振频率计算
叶轮叶轮是用来装置叶片并传递气流力在叶栅上产生的扭矩动叶片动叶片就是在汽轮机工作过程中随汽轮机转子一起转动的叶片也称工作叶片动叶片安装在叶轮或转鼓上由多个叶片组成动叶栅其作用是将蒸汽的热能转换为动能再将动能转换为汽轮机转子旋转机械能使转子旋转
第五章高压容器设计
周向应力
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
pi po Ri2 Ro2 Ro2 Ri2
1
r
2
径向应力
r
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
pi po Ri2 Ro2 Ro2 Ri2
1
r
2
轴向应力
z
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
（二）单层厚壁圆筒中的温差应力
1.温差应力方程
物理方程：
r
一、高压容器的应用 二、高压容器的结构特点 三、高压容器的材料
Байду номын сангаас
一、高压容器的应用
军事工业：炮筒、核动力装置 化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、 油类加氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存 容器。 电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器 发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力2000MPa
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
厚壁容器承受压力载荷作用时产生的应力 具有如下特点： • 考虑作经向、周向和径向三向应力分析 • 沿壁厚出现应力梯度，薄膜假设不成立 • 不能忽视温差应力
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
d
p1
p2
几何方程
厚壁圆筒的应力与变形分析
r dr
w +dw
一、结构设计及设计选型
四）绕带式
对原材料要求一般 材料利用率 也相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低
一、结构设计及设计选型
（五）设计选型原则
需综合原材料来源，配套的焊条焊丝、制造厂 所具备的设备条件和工夹具条件，以及对特殊 材料焊接能力、热处理要求及工厂装备条件等 等，作充分调查论证后才能做到选型正确，确 有把握。
零件图课件
下图所示的电容器架，即为薄板冲压零件。它是用 冷轧钢板冲压成形的。从俯视图中可以看出底板上有许 多冲孔，并标注了尺寸。作为通孔，在其它视图中就不 需再表示了。从俯视图左端和左视图下端可以清楚地看 到弯折年带有小圆角。
Φ15±0.0055
φ20
3.2 3.2
Φ16+0.012 -0.011
1×45ο
18
A
2
0.8
4
18
B
1.6
1×45ο
Φ13
2
A
1.6
A-A
3.2
12
4
80
B-B
3.2
0.8
B
24
14
技术要求
1、调质处理230~280HB； 2、锐边倒角0.5×45ο
0 5 -0.030
0 5 -0.030
6.3
找出主视图，分析各视图之间的投影关系及所采 用的表达方法。
12 55 75
0.06 B
0.025 A
2-φ24
6.3
A
2-M12×1.56H
φ8 6.3
10
12 2
25
Φ359+00.03
1.6
φ4
80 25 10
A
6-M66H
14 16
A
95 B
6.3
4-φ9 沉孔φ15深7
5
A--A
2-锥销孔φ4
圆筒毕业设计
毕业设计说明书目录绪论 (3)第一章工件分析 (6)第一节工艺分析 (6)1.1.1 工件工艺分析 (6)1.1.2 冲压工艺方案的确定 (6)第二节毛坯的计算 (7)1.2.1 毛坯尺寸的计算 (7)1.2.2 拉深次数的确定 (7)1.2.3 排样的计算 (7)第二章模具有关计算 (9)第一节冲裁力的计算 (9)2.1 冲压力的计算 (9)第二节工作部分尺寸的计算 (11)2.2.1 模具刃口尺寸的计算 (11)2.2.2 拉深圆角半经的计算 (11)第三节模具总体设计 (12)2.3.1 模具类型的选择 (12)2.3.2 定位方式的选择 (12)2.3.3 卸料出件方式 (12)2.3.4 导向方式 (12)第四节主要零部件的设计 (12)2.4.1 凹模周界尺寸的计算 (12)2.4.2 拉深凸模长度计算 (13)2.4.3 凸凹模长度计算 (13)第五节模架及其他零部件选用 (13)2.5.1 模架及其零件选用 (13)2.5.2 标准零件的选用 (14)第三张模具的装配 (16)第一节模具的装配 (16)3.1.1 主要组件的装配 (16)3.1.2 模具的总装配 (16)3.1.3 装配注意事项 (17)3.1.4 模具装配技术要求 (18)第二节模具的调试及工作 (18)3.2.1 模具的调试 (18)3.2.2 模具的工作过程 (19)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)绪论第一章工件分析工件：圆筒工件如图：材料为10号钢，料厚1.0mm ,制件尺寸精度IT14级，形状简单，尺寸叫小，大批量生产，属普通冲压件。
第一节工艺分析1.1.1 工件工艺分析该工件为圆筒件拉深，形状简单，工件的厚度也无严格要求，易于成型。
根据尺寸对应关系，可设计一副模具完成落料、拉深。
1.1.2冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深两道工序。
方案一：先落料，在拉深，采用单工序模具。
方案二：落料、拉深复合模具。
模具设计大纲(机电)
《模具设计》课程教学大纲课程名称：模具设计（Mold Design）课程编号：155507课程性质：选修课学时：总学时36、理论课学时36学分：2考核方式：考试适用对象：机电技术教育前修课程：机械设计基础、材料成形技术基础建议开课学期：5或7一、课程性质、目的与任务：模具设计是机械设计制造及其自动化专业、机电技术教育专业学生选修的专业技术课。
本课程的任务是使学生获得有关冲压工艺、注塑工艺及模具设计所需要的基本理论、基本知识和和应用范围，掌握常用冲压工艺规程、注塑工艺规程和模具设计原则和方法。
二、教学基本要求：本课程重点阐述冲压工艺及模具设计的基本理论；基本冲压工序工艺分析和计算方法，以达到具有制订中等复杂程度冲压工艺规程的能力；掌握典型冲模的结构和零部件设计方法；具备分析和解决工程生产中一般冲压工艺技术问题及相应模具的设计能力；掌握常见的塑料模具的成型工艺方法，能够熟练应用塑料模具的基本设计规律，独立地设计中等复杂程度的塑料模具，合理地选择塑料成型设备，分析和解决生产中成品质量和模具方面的技术问题。
三、课程内容与学时分配：第一章绪论、冲模设计概述（6学时）[教学目标]学生应掌握冷冲压成形的基本概念，模具分类及结构，及常见冲压设备的类型结构，会根据实际选择压力机，冲模设计要点。
[重点难点]冲压设备的合理选择、冲模设计要点。
第一节绪论（1学时）第二节冲压工艺类型及变形特点（2学时）第三节冲模分类及其典型结构（2学时）第四节冲模设计要点（1学时）第二章冲压工艺过程设计（6学时）[教学目标]影响冲裁质量的几个因素，重点掌握冲裁模间隙对模具寿命、冲裁力的影响，如何确定合理的冲裁模间隙，能计算凸、凹工作部分的尺寸；能合理排样提高板料的利用率，并能计算板料的利用率；掌握冲裁模结构设计过程，并能计算冲模的压力中心。
[重点难点]合理确定冲裁模间隙。
第一节毛坯展开与毛坯排样（2学时）第二节冲压工艺方案的设计（2学时）第三节冲压力与压力中心计算（2学时）第三章冲模结构及零部件设计（8学时）[教学目标]掌握冲模结构及零部件设计流程，熟悉冲模总体结构设计，掌握工作件的设计及定位零部件的设计，了解其它元件的设计。
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辊筒轴承
• b）精度高
不产生像滑动轴承那样因受力使受压区轴瓦变形而 影响制品精度的问题，因此，能提高压延制品的精 度和压延制品的最小厚度。
• c）无功损失小、效率高
用滚动摩擦代替滑动摩擦，机器的无功损失小、效 率高。如对直径为φ550mm的辊筒，传动功率可减 少30％。
• d）辊筒轴颈不磨损
由于滚柱轴承的内圈和轴颈是热压配合而固定的， 因而避免了采用滑动轴承时辊筒轴颈和轴瓦的磨损 问题；同时，辊筒轴颈的表面状态对轴承的寿命没 有影响，不需镶配特别的钢套。
性能的关键件。
• a、轴瓦的材料 • 轴瓦的材料通常采用锡青铜：
ZQSn10-1、ZQSn8-12、ZQSn10-10、ZQSn5-25、 ZQSn 7-17等。其中ZQSn10-1和ZQSn8-12应用较广。
• 尤其是ZQSn10-1是一种较好的减摩材料，因为这种
合金里含有Cu3P，所以硬度高、耐磨性强，比较适 用于做辊筒那样的重载轴承。
滑摩擦或半液体润滑摩擦，由于压延机辊筒轴承是 在低速、大负荷、高温条件下工作，尽管多年来曾 力图实现液体润滑状态，但经验证明，这种轴承很 难避免产生大量铜屑，而实际处于边界润滑状态。
• 故压延机的辊筒轴承应以边界润滑状态进行设计计
算比较合理。
辊筒轴承
• 滑动轴承的边界润滑状态设计通常采用限制轴承单
辊筒轴承
• e）寿命长
由于压延机辊筒的速度比较慢，属于低速轴，故采 用滚柱轴承可以有很长的寿命，据资料介绍，辊筒 使用滚柱轴承连续运转十年以上其回转精度不变， 这就大大减轻了轴承维修的工作量。
• f）滚柱轴承承载能力大。 • g) 制造技术和安装技术要求高，产品成本高。
辊筒轴承
• 滚动轴承示意图:
• c、自动调心式移动式轴承体
• 既能通过调距装置相对机架滑
槽移动，又能通过轴线交叉装 置相对机架滑槽的某一方向转
轴承体
动一个角度。四辊压延机的IV
号辊筒三辊压延机的Ⅲ号辊筒
轴承体通常为这种结构形式。
辊筒轴承
• d、轴承体的尺寸 • 轴承体的宽度B。
考虑辊筒从机架滑槽装卸起见，它通常比辊筒直径 大50mm，即B=D+50mm左右(D为辊筒工作部分 外径)。
调心移动式等几种结构。
• a、固定式轴承体 • 固定式轴承体在整机装配调整后轴承位置就固定在
机架窗孔而不再活动。通常用楔块调整定位。S型四 辊压延机的Ⅲ号辊筒和三辊压延机的中辊轴承通常 就是这种结构。
辊筒轴承
• b、移动式轴承体 • 移动式轴承体即在装配后轴承体可以沿着机架滑槽移
动，以实现辊距的调节。四辊压延机的Ⅰ、Ⅱ号辊筒 轴承和三辊压延机的Ⅰ号辊轴承体通常采用这种形式。
滑动轴承作为压延机辊筒轴承使用已有较长的历史 和比较成熟的使用经验。早期的压延机使用较多。
• 优点：滑动轴承结构简单、加工制造容易，制造成
本低。
• 采用滑动轴承也存在着ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ较严重的缺点：
a) 无功损失大，效率低。据估计，压延机驱动功率 约20％左右消耗在滑动轴承的摩擦损失上； b) 精度低，对制品精度影响大； c) 轴瓦的磨损大、寿命低，维修工作量大。
• 轴瓦的长度L通常取1.1～1.2倍轴瓦的内径D’ 。
L
L
D' △ d D d D'
辊筒轴承
• 4）轴承体的结构 • 为了润滑、密封的可靠和加工制造方便，近代压延
机都采用整体式轴承体结构，轴承体的内孔形状由 轴瓦的外形结构而定，而其外形则根据工作性质和 使用要求确定。
• 压延机的辊筒轴承体外形有固定式、移动式和自动
位面积压力p的办法。为了保证不产生过度的磨损， 应限制轴承的单位面积压力，即:
• 式中 Pmax--作用在轴承上最大计算载荷（N）
D’--轴瓦的内径（cm） L---轴瓦的有效工作长度（cm） [p]---许用轴承压力（N／cm2），其值依摩擦副 的材料及其工作条件而定，对压延机辊筒轴承一般 取[p]=500～700（N／cm2）
辊筒轴承
• c） 当辊筒没有拉回装置时，单进油孔就不行，必须
开设两个进油孔。因为当辊筒空运转时，辊筒在自重 作用下位于最低位置，正好把油孔堵死，油无法进去。 所以为同时考虑辊筒空转和负荷运转时的润滑，必须 开设两个进油孔，如图b所示。
辊筒轴承
• c、轴瓦的几何尺寸
• 轴瓦的几何尺寸一般根据辊筒轴颈的几何尺寸确定。 • 轴颈的直径d通常取辊筒直径D的0.65～0.70倍; • 轴瓦的内径D’为轴颈d加2倍的轴承径向间隙Δ；
• 轴承体高度h。
为保证两辊间距为零时，轴承体外壳不相互接触， 故通常取尺寸h=D/2-(5～10)（mm）
• 轴承体的轴向长度L
L为轴瓦接触长度加上两端回油槽宽度。
• e、轴承体材料
通常用铸钢或优质灰铸铁制造。铸后应进行人工时 效处理。
辊筒轴承
2、辊筒轴承的边界润滑设计和轴承间隙的确定
• 1）边界润滑 • 作为滑动轴承，摩擦状态有边界润滑摩擦、液体润
辊筒轴承
• 2） 滚动轴承的优越性
基于上述这些问题，随着机械制造工业的发展，压 延成型机辊筒轴承采用滚动轴承越来越普遍，采用 滚动轴承比滑动轴承的优越性在于：
• （1）体积小(长度小)
采用滚动轴承代替滑动轴承时，由于滚动轴承的宽 度比滑动轴承小，因此在保证相同刚性的前提下， 辊筒工作表面长度可以增加或在保证辊筒具有等同 的工作表面长度而其直径可以相应减小。如辊筒直 径为φ550mm的辊筒，当采用滑动轴承时，辊筒工作 表面长度为1450mm，但改用滚动轴承后，工作表面 长度就可以增加到1800mm。
以确保辊筒轴承寿命长，功率损耗小；
• 2）传热性能好，热膨胀系数小，以确保轴承的散热
和轴承间隙；
• 3）轴颈和轴瓦的间隙选择和油孔开设要合理，确保
轴颈和轴瓦之间具有良好的润滑状态和回转精度。
• 目前用于辊筒的有滑动轴承、滚动轴承。
辊筒轴承
• 3）轴衬（瓦） • 轴瓦直接和轴颈接触并支承轴颈运动，是决定轴承
辊筒轴承
• b、轴承的润滑和冷却 • 辊筒轴承通常采用稀油进行强制循环润滑和冷却。
稀油通过油孔引入后，由油沟进行输送和分配。
• 开设油孔应注意：
a） 油孔一般在不加压区或同时在不加压区和加压区 各设一个；
b） 设置一个油孔时，油孔的位置以设置在轴瓦加压区 中点前方 90º～120º范围内较好，而且油孔应在油沟 （一般为轴向开设）的偏前方（如下图所示）。
辊筒轴承
• 3) 辊筒轴承间隙 • 为使辊筒工作时能理想地转动而不致间隙过大，影
响制品的精度，其轴承间隙值应综合考虑下列几个 因素而确定：
• 辊筒轴颈的热膨胀， • 轴承的热膨胀， • 保证轴承润滑条件的必要间隙， • 轴颈、轴承内孔加工装配综合误差。
辊筒轴承
3、辊筒滚动轴承的应用
• 1） 滑动轴承的优缺点
辊筒轴承
• 2）润滑与冷却 • 无论滑动或滚动轴承，由于采用强制冷却，会造成辊筒
两端温度低于中央部位，这对生产会带来十分不良的影 响，所以轴承的温度必须保证适当的高温。
• 视压延工艺要求不同，一般在60～110℃，并采用温度
自动调节装置来控制。
• 润滑油要采用适应高温度而且不易老化的高级润滑油。
一般当油在100℃时，应有100～150秒的赛式粘度，并 加入一定数量的防锈剂和过酸化抑制剂才能使用。
第四节主要零部件设计
主要零部件设计
4.2 辊 筒 轴 承
• 压延机辊筒承受着强大的工作负荷，这些负荷最终
全部由辊筒两端的轴承来承受。因此，辊筒轴承所 承受的载荷是很大的，一般可达几10t、上100t。再 加上辊筒转速低，而工作温度高，因此，工作条件 十分恶劣。一般说来，辊筒轴承应满足下列要求：
• 1）承载能力要大，轴瓦和轴颈之间摩擦系数要小，