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摘 要
粘度是陶瓷泥漿的重要物理性質(zhì)之一，陶瓷泥漿粘度的測量在工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)學(xué)科研究中具有十分重要的意義。粘度有相對粘度和絕對粘度之分。相對粘度也稱條件粘度，包括恩氏粘度，賽氏粘度和雷氏粘度等。粘度是液體內(nèi)部阻 礙相對流動的一種特性 , 它是液體分子之間、 固體顆粒之間及液體分子與固體顆粒之間產(chǎn)生摩擦的結(jié)果。 不同類型的液體有不同的粘度。影響泥漿粘度的因素很多，如原料的礦物組成，顆粒的形狀及大小，分散狀態(tài)，電解質(zhì)的種類和用量，泥漿的溫度，用水量，泥漿的陳腐攪拌及真空處理等都 影響泥漿的性能，從而影響泥漿的粘度。
粘度測量在食品、石油、化妝品和涂料等各行各業(yè)中起著非常重要的作用。目前在建筑方面也來越受關(guān)注，建筑方面泥漿粘度測量最為重要。所以粘度計的市場也逐年增大，對粘度計的性能、功能和使用體驗也提出了一定的要求。
并且目前正在從更先進(jìn)的技術(shù)方面發(fā)展。即利用超聲波來完成測量。超聲波液體粘度測量與其它測量方法相比 , 以其獨有的連續(xù)測量特點 , 從5 0 年代起 在許多需要粘度控制的生 產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。近些年來,人們又試圖用它來測 量和連續(xù)監(jiān)視石油鉆井泥漿的粘度 , 現(xiàn)場使用后發(fā)現(xiàn),對于石油泥漿 , 超聲粘度計幾乎完全不 能準(zhǔn)確有效地工作。 最新分析研究〔1〕指出, 現(xiàn)有超 聲粘度計都是利用液體對振子的切變阻抗來測量粘度 , 而這種切變聲阻抗方法只 限于純牛頓液體 , 對石油泥漿等非純 牛頓液體不適用。
關(guān)鍵詞：粘度，測量，發(fā)展，影響因素
I
Abstract
Viscosity is one of the important physical properties of ceramic mud, and the measurement of ceramic mud viscosity is very important in industrial production and basic study. Viscosity has a relative viscosity and absolute viscosity.Viscosity has a relative viscosity and absolute viscosity.Relative viscosity is also called conditional viscosity, including the viscosity of the n, the viscosity of the saybolt and the viscosity of the redwood. Viscosity is a feature inside the liquid resistance in relative flow, it is between liquid molecules, solid particles and the friction between solid particles and liquid molecules.Different types of liquids have different viscosity. There are many factors affecting the slurry viscosity, such as the mineral composition of raw material, shape and size of particles, decentralized state, the variety and dosage of electrolyte, the temperature of mud, water, mud stale mixing and vacuum treatment and so on all affect the performance of the slurry, which influence the viscosity of the mud.
Viscosity measurement plays an important role in food, oil, cosmetics and coatings. The more attention is being paid to the construction, the most important is the mud viscosity measurement. Therefore, the market of viscosimeter increases with each other, and the performance, functions, and usage experience of the viscosimeter are also required.
And it's evolving from more advanced technologies. That means using ultrasound to do the measurement. Ultrasonic liquid viscosity compared with other measurement methods, with its unique characteristics of continuous measurement, since 5 s In many of the need of viscosity control is more and more extensive application in the production process. In recent years, people and try to use it to measure and continuous monitoring of oil drilling mud viscosity, found that after field use for oil slurry, ultrasonic viscometer almost nothing can work accurately and effectively. Latest study [1] points out that the existing ultra sound viscometer is using liquid shear impedance to measure the viscosity of vibrator, which cut voice impedance method is only limited to pure Newtonian liquid, for oil slurry, etc. Not pure is not applicable to Newtonian fluid.
Keywords: viscosity, measurement, development, influence factors
III
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目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 測量儀的研究動態(tài) 2
1.2 課題研究框架 3
2 測量儀結(jié)構(gòu)的動力部分選擇和傳動齒輪設(shè)計 4
2.1 傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
2.2 傳動結(jié)構(gòu)的工況分析 5
2.3 傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 6
2.4 傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計校核 17
3 傳動軸部分的設(shè)計 18
3.1 傳動軸的設(shè)計計算 18
3.2 傳動軸的校核計算 26
4 箱體和支架的設(shè)計計算 27
4.1 箱體的設(shè)計計算 27
5 軸承的設(shè)計計算 28
5.1 軸承設(shè)計計算 28
5.2 軸承的校核計算 29
6 結(jié) 論 30
參 考 文 獻(xiàn) 31
附錄1：外文翻譯 34
附錄2：外文原文 42
致 謝 49
1 緒 論
1.1 測量儀的研究動態(tài)
1.1.1 測量儀的研究背景和價值
粘度測量儀已被廣泛使用，而且測量設(shè)備不斷更新，測量原理也不斷改進(jìn)，所以完成本題有較大的實用價值，通過本題目的實踐對于提高學(xué)生的實際工作能力有一定的指導(dǎo)意義，也可以幫助學(xué)生更加了解這個裝置，要求學(xué)生能正確運用所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的聲測能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生具有創(chuàng)新的思維能力。
隨著社會的發(fā)展，不止在泥漿粘度的測量方面，生活中的各個領(lǐng)域也都需要進(jìn)行粘度的測量，因此粘度計得發(fā)展也越來越受到重視，在一些緊急狀況下運用高精度的測量儀器不太現(xiàn)實，所以運用一些簡單的一起進(jìn)行測量的使用越來越頻繁，因此此設(shè)計有一定的應(yīng)用價值。
1.1.2 測量儀產(chǎn)品的形勢概況
但觀近年趨勢，粘度計的發(fā)展領(lǐng)域較為狹小，研究領(lǐng)域僅限于機械工程系、建筑工程系和生物工程系，運用最廣泛的行業(yè)是石油行業(yè)。測量原理也比較單一，例如直管式粘度計，旋轉(zhuǎn)式粘度計等機械式的粘度計。
直管式式粘度計：主要由測 量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)兩部分組成，測量系統(tǒng)由直徑D的直管、兩個壓力變送器、科里 奧利流量計、阻尼器、電磁閥、節(jié)流閥、旁路閥、兩個止回閥、泥漿泵及溢出口等組成，主要完成被測泥漿的實時輸送、流量測量、密度測量、溫度測量、 直管段的壓差測量及管路的定期清洗等，阻尼器用于消除流體流動時的脈動。數(shù)據(jù)采集及處理系 統(tǒng)由單片機數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)字顯示、數(shù)據(jù)輸出端 口、泥漿泵及電磁閥控制信號驅(qū)動電路等組成。此粘度計實現(xiàn)了鉆井液等流體的在線測量，解決了離線 粘度測量實時性差和監(jiān)測控制不及時的缺陷。
旋轉(zhuǎn)式粘度計：運用機械結(jié)構(gòu)使液體混合均勻，然后再測量其運動速度以得到液體的粘度，此測量方法測量結(jié)果較為精準(zhǔn)并且較容易實現(xiàn)。把測得的液體可以稱為牛頓流體（在層流區(qū)內(nèi), 這種液體的粘度是一個不隨速度梯度 變化的常數(shù) , 它的流變曲線是一條通過原點的直線）。牛頓流體的流變方程遵守牛頓定律。因此就得出了測量的原理。
粘度是液體內(nèi)部阻礙相對流動的一種特性,它是液體分子之間、固體顆粒之間及液體分子與固體顆粒之間產(chǎn)生摩擦的結(jié)果。不同類型的液體有不同的粘度。因此可以在液體旋轉(zhuǎn)時測得液體的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)而得出液體的粘度。 ,
- 7 -
對于機械方面的粘度計，旋轉(zhuǎn)式的粘度計最為貼近，所以我在這次的畢業(yè)設(shè)計中選出了旋轉(zhuǎn)式粘度計。
1.1.3 測量儀的發(fā)展趨勢
國外的發(fā)展?fàn)顩r
粘度計的發(fā)展在國外一直處于領(lǐng)先的水平。目前國外對于嵌入式系統(tǒng)的粘度計研究已經(jīng)有了相關(guān)成果，BROOKFIELD公司也推出了一些相關(guān)產(chǎn)品，但是其在觸摸屏上能完成的工作較少，只是復(fù)刻了傳統(tǒng)粘度計的操作方法，并讓操作變得更直觀一些，對于不連接PC時的功能沒有更好的擴(kuò)充。此粘度計具有直觀的彩色觸摸顯示屏操作，隨意的轉(zhuǎn)速控制，自動掃描式測量，無需電腦即可進(jìn)行流變 數(shù)據(jù)分析等優(yōu)點。并且具有良好的可擴(kuò)展性。
國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
粘度計在國內(nèi)發(fā)展較少，就嵌入式系統(tǒng)而言，國內(nèi)的相關(guān)研究更少，主要集中在粘度計功能擴(kuò)展的一些討論。在國內(nèi)對于旋轉(zhuǎn)式測量儀有較多研究，傳統(tǒng)的粘度計有機械指針式和數(shù)字液屏顯示兩種類型，操作多采用按鍵操作，在不同的功能間切換需要重復(fù)按鍵數(shù)次才能完成，并且顯示效果不夠理想，多采用象征字符表示功能，可選擇的電機轉(zhuǎn)速也是有限幾個，測量功能單一，無法實現(xiàn)自動測量，另外測量結(jié)果的展示和保 存的功能也比較不完善，目前其最佳的方案是采用 與計算機相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理和保存。
1.1.4 測量儀的發(fā)展方向
未來粘度計的發(fā)展趨于簡潔化、多元化、自動化的方向發(fā)展。未來的粘度計的使用不僅僅使用在工程系方面。例如自動粘度計，自動粘度計用于對毛細(xì)血管粘度計的自動清洗、烘干，全過程自動控制，具有方便、快速、可靠等特點。用于清洗品氏玻璃毛細(xì)血管粘度計，也用于芬氏，奧氏，改良奧氏及逆流式粘度計的清洗。儀器的設(shè)計制作更加合理、精良，操作更加方便，使用更加安全，具有洗排，沖洗，烘干等多功能。對粘度計內(nèi)各種各種不同粘度的潤滑油，瀝青及含蠟較高的油污均有理想的測量效果。
1.2 課題研究框架
1.2.1 課題目標(biāo)
在一定的誤差范圍內(nèi)能夠?qū)δ酀{做出簡單、有效的測量。
1.2.2 研究構(gòu)想
在任何液體流動的過程中液體分子間都會產(chǎn)生力的作用，所以可以大膽設(shè)想，利用液體流動分子間產(chǎn)生力的作用特點來測量其液體的粘度，根據(jù)相關(guān)資料可以找出液體運動速度、液體粘度和分子間的靜切力之間的關(guān)系，并且利用這一關(guān)系可以大膽設(shè)想。
通過以上的設(shè)計原理可以大概推出設(shè)計的測量原理：當(dāng)被測液體置于兩圓筒的環(huán)形之間，圓筒以恒速旋轉(zhuǎn)時，環(huán)形間隙的液體的粘滯使內(nèi)筒產(chǎn)生扭矩。而扭力彈簧產(chǎn)生一阻止內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的力，這時彈簧會產(chǎn)生一個扭角，可以根據(jù)扭角的大小測出所產(chǎn)生的的阻力進(jìn)而測量出液體的粘度。
1.2.3 課題的設(shè)計方案
⑴設(shè)計方案的選擇
現(xiàn)在的粘度計分為很多種，其測量原理大概分為重力式、直管式、超聲波測量和旋轉(zhuǎn)式
①重力式粘度測量儀
根據(jù)液體在旋轉(zhuǎn)不同的分子質(zhì)量不同沉淀速度的原理來測量的方式進(jìn)行測量，此測量方式較為簡單，但是實現(xiàn)較為復(fù)雜，其測量結(jié)果也不會很理想，誤差較大，所以摒棄此測量方法。
②直管式粘度測量儀
此方案是利用當(dāng)液體通過一條直管時，根據(jù)通過的流量及壓力感受器測量的壓力進(jìn)而獲得液體的粘度。此方案多利用的是物理學(xué)方面的設(shè)計知識，并且實現(xiàn)起來誤差和難度根據(jù)所學(xué)的知識不能確定，所以摒棄此設(shè)計方案。
③超聲波的粘度測量儀
此方案的的設(shè)想是當(dāng)今社會所研究的最超前的方案，其測量原理還在研究過程中，具體最為準(zhǔn)確的測量方法尚未確定，此時選擇此方案極為不妥，所以摒棄此方案的設(shè)計
④旋轉(zhuǎn)式粘度測量儀
此方案是利用液體旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生分子間相互作用力的原理進(jìn)行粘度測量的方法，此方案利用各種機械結(jié)構(gòu)和機械傳動裝置，并且測量部分也是利用測量彈簧來進(jìn)行測量的，選擇此方案能夠利用所學(xué)知識進(jìn)行對測量結(jié)果及難度進(jìn)行估測及測量可行性的估測，既能利用所學(xué)知識來進(jìn)行測量，又能更進(jìn)一步擴(kuò)寬此方面的知識，能夠滿足本次設(shè)計的設(shè)計目的，所以優(yōu)先選測此設(shè)計方案。
⑵設(shè)計手段的設(shè)想
本設(shè)計需運用系統(tǒng)化的研究方案，把整個設(shè)計當(dāng)為一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由若干個設(shè)計要素組成，各個設(shè)計要素間是即是各自獨立又是相互配合的有機體，并且這個有機體
是具有層次感的，每個設(shè)計要素相聯(lián)系融合后，便能有效完成設(shè)計任務(wù)。根據(jù)本課題的實際情況，根據(jù)大學(xué)期間于機械設(shè)計、機械原理等課程中所學(xué)之知識ZNN旋轉(zhuǎn)式粘度測量儀進(jìn)行設(shè)計，采用AutoCAD 2010中文版對測量儀結(jié)構(gòu)裝配圖及其關(guān)鍵零件進(jìn)行繪制。
2 測量儀動力原件選擇和傳動齒輪部分的計算
2.1 電動機的選擇
根據(jù)設(shè)計要求該設(shè)計動力部分選擇如表1-1
類別
說明
動力部分
立式電動機型號90T25HZ，雙速同步50/1500轉(zhuǎn)/分，功率7.5千瓦/15錢千，電源220伏±10%，50赫茲。
表1-1
2.1.1 傳動部分的概述
根據(jù)設(shè)計要求可以初步確定其傳動方式如圖1-1所示
圖
傳動部分的傳動特點概述為：從動力部門使1/2的為，3、4間有彈性滑鍵，滑鍵先在3處使得3經(jīng)傳動比變速為808r/min，獲得齒輪5的轉(zhuǎn)速808r/min，經(jīng)傳動結(jié)構(gòu)使得齒輪6的轉(zhuǎn)速為600r/min
同理1/2輪齒旋轉(zhuǎn)速為1500r/min，滑鍵在輪齒4處使得輪齒4的旋轉(zhuǎn)速為404r/min，得到齒輪5的轉(zhuǎn)速是404r/min，再經(jīng)過傳動使得齒輪6的轉(zhuǎn)速是300r/min。
2.1.2 數(shù)據(jù)處理
從以上傳動機構(gòu)的到的最終轉(zhuǎn)速分別為300r/min/600r/min
η塑=Ф600-Ф300 毫帕秒
η絕 =0.5Ф600毫帕秒
ι0=0.478（2Ф300-Ф600）帕
ι初=0.478Ф300（1）（1分鐘讀數(shù)）帕
ι終=0.478Ф300（10）（10分鐘讀數(shù)）帕
2.2 傳動機構(gòu)的工況分析
2.2.1 傳動機構(gòu)的運動特性
（2-1）
這個式子里，z1為主動的數(shù)、是從齒輪的數(shù)；n1指動齒輪轉(zhuǎn)時的速度、是從輪的速，r/min。
（2-2）
此組的傳動比表示最終轉(zhuǎn)速為Ф600r/min的傳動比的計算
（2-3）
這個式子里，z1為主齒的齒數(shù)、是從齒的齒數(shù)；n1指動齒運轉(zhuǎn)時的速度、是從動齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min。
（2-4）
此組傳動比標(biāo)識最終轉(zhuǎn)速為Ф300r/min的傳動比計算
1) 選定齒類型，精等，料及數(shù)
（1） 選擇材料及熱處理：
小圓齒的質(zhì)料預(yù)選用#鋼，調(diào)質(zhì)度為HBS，大圓齒料選取
#鋼，調(diào)質(zhì)度為HBS
（2） 定齒數(shù)：
小圓柱選，大齒輪選;按照齒輪件的互質(zhì)原則取35
（3） 選7級精度.
2) 按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式（10-9a）進(jìn)行試算即
（2-6）
1) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值：
(1) 試選載荷系數(shù);
(2) 查表得
(3) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩;
(4) 由設(shè)手表選齒系數(shù);
(5) 由設(shè)手表查得料的性響系數(shù)；
(6) 按輪的硬查詢表查得小輪的接勞度極=MPa，大輪的觸疲強極=MPa;
(7) 由機械設(shè)計教材式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
; （2-7）
(8)由圖查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
，;
(9)計算疲勞接觸許用應(yīng)力：
取失效概率為10%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得
取小
; （2-8）
; （2-9）
。
3) 按齒根彎曲強度設(shè)計
由機械設(shè)教材式（10-5）得彎強度的計公式為：
（2-10）
求得當(dāng)量齒數(shù)
;
1) 確定公式的各計算參數(shù)值：
（1） 試取
（2） 求
（3） 求
（4） 查圖10-23c得
（5） 查圖10-22得
（6） 計算其彎曲疲勞許用應(yīng)力得：
取大
（7） 查機械設(shè)計教材圖10-17得
（8） 查機械設(shè)計教材圖10-22得
（9） 計算大小齒輪的并比較大小：
，
取大即
2) 設(shè)計計算：
（2-11）
3) 調(diào)整齒輪模數(shù)
齒寬
齒高
寬高比
計算實際載荷系數(shù)
(1) 查表10-4用插值法得
互質(zhì)=31
4)幾何尺寸計算
(1)計算分度圓直徑：
(2)計算齒輪寬度：
,取，
圓整中心距后強度校核
1) 齒根彎曲疲勞強度校核
（1）得
(2)得
(3) 得
5
，
（圖、均為機械設(shè)計教材中的參考圖）
滿足要求！
第三組齒輪的設(shè)計
（1）選擇材料及熱處理：
小柱齒輪料預(yù)選用#鋼，調(diào)質(zhì)度為HBS，大柱齒輪料采用
45#鋼，調(diào)質(zhì)硬為200HBS
（2）定齒數(shù)：
小圓柱選，大齒輪選
（3）選7級精度.
1） 按接觸齒面強度設(shè)計
由機械設(shè)計教材中設(shè)計計算公式（10-9a）進(jìn)行試算即
（2-12）
1) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值：
(1) 試選載荷系數(shù);
(2) 查表得
(3) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩;
(4) 由機械計教材表1-選取齒系;
(5) 由機械設(shè)計教材表1-6查得料的性響系數(shù)；
(6) 由機械設(shè)計教材圖10-19d按齒的硬查表查得小輪的疲接觸度極=MPa，大齒的接疲勞強限=MPa;
取小
;
;
。
2) 按齒根彎曲強度設(shè)計
由式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為：
（2-13）
當(dāng)量齒數(shù)
;
1) 確定公式的各計算數(shù)值：
（10） 試取
（11） 求
（12） 求
（13） 查機械設(shè)計教材圖10-23c得
（14） 查機械設(shè)計教材圖10-22得
（15） 計算其彎曲疲勞許用應(yīng)力得：
取彎疲安系數(shù)，由機械設(shè)計教材式（1-1）得
取大
（16） 查機械設(shè)計教材圖10-17得
（17） 查機械設(shè)計教材圖10-22得
（18） 計算大小齒輪的并比較大?。?
，
取大即
2) 設(shè)計計算：
4) 調(diào)整齒輪模數(shù)
齒寬
齒高
寬高比
計算實際載荷系數(shù)
(2) 查機械設(shè)計教材表10-4用插值法得
互質(zhì)=23
4)幾何尺寸計算
(1)計算分度圓直徑：
(2)計算齒輪寬度：
,取，
圓整中心距后強度校核
1）齒面疲勞接觸強度校核
(5) 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)；
(6) 由圖10-20d按齒硬表查得小齒輪的接疲勞強限=MPa，大輪的觸疲勞度限=MPa;
(7) 由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
;
(8)由圖10-23查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
，;
(9)計算其疲勞接觸許用應(yīng)力得：
取失效概率為10%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得
取小
;
;
。
2)按齒根彎曲強度設(shè)計
由機械計教材式（10-5）得曲強度的設(shè)公式為：
（2-13）
當(dāng)量齒數(shù)
;
1) 確定公式的各計算數(shù)值：
（19） 試取
（20） 求
（21） 求
（22） 查機械設(shè)計教材圖10-23c得
（23） 查機械設(shè)計教材圖10-22得
（24） 計算其彎曲疲勞許用應(yīng)力得：
取彎疲勞全系數(shù)，由機械設(shè)教材式（10-12）得
取大
（25） 查機械設(shè)計教材圖10-17得
（26） 查機械設(shè)計教材圖10-22得
（27） 計算大小齒輪的并比較大?。?
，
- 22 -
取大即
2) 設(shè)計計算：
5) 調(diào)整齒輪模數(shù)
齒寬
齒高
寬高比
計算實際載荷系數(shù)
(3) 查機械設(shè)計教材表10-4用插值法得
互質(zhì)=17
4)幾何尺寸計算
(1)計算分度圓直徑：
(2)計算齒輪寬度：
,取，
圓整中心距后強度校核
1）齒面接觸疲勞強度校核
2)齒根彎曲疲勞強度校核
（1）得
(2)得
(4) 得
，
（圖10-17/10-18為在機械設(shè)計教材中查的）
滿足要求！
3 傳動軸的設(shè)計計算
3.1、第一根傳動軸的設(shè)計計算
1. 初步確定軸的最小直
先按考文獻(xiàn)[2]式（15-2）最初預(yù)算軸的最小徑。預(yù)選用軸的料為鋼，調(diào)質(zhì)處。按照參考文獻(xiàn)[2]表，取，于是得
（1）軸的最徑是裝配聯(lián)器處軸的徑（圖3-1）。根據(jù)軸承的尺寸得到為使所選的軸與聯(lián)器的徑相順應(yīng)，需時取聯(lián)器型號。
因高速軸最小直徑有槽，因此軸徑增6%，
（2）考慮到軸承的軸向定位故將其傳動軸設(shè)計為階梯軸的結(jié)構(gòu)得到，此段軸起到軸向定位的功能故得到。
（3）根據(jù)輪齒的內(nèi)徑設(shè)計到三第段軸的徑直，根據(jù)齒輪的齒寬得到三第段軸長得度。
（4）根據(jù)齒輪的內(nèi)徑和齒寬得到第四段軸的直徑和長度分別為，。
（5）根據(jù)第五段軸的功能即為齒輪周向定位的作用得到階梯軸第五段的直徑和長度分別為，。
（6）第六段軸是為第七段軸在與電動機部分連接的延伸部分，因其更能可定第六段軸的直徑及長度，。
（7）第七段周是與電動機的連接部分，其部分是與箱體連接的部分，所以與考慮到與箱體部分的連接所以得到其直徑和長度為，。
聯(lián)器的測量距 ，查參文獻(xiàn)[2]表14-1，思量到中等沖擊載荷，故取，則
憑據(jù)計算距，查思考獻(xiàn)[3]標(biāo)-2003，選則HL1型的彈柱銷聯(lián)器，它的公的轉(zhuǎn)距為N.。半聯(lián)器的孔徑，故取，半聯(lián)器漲度L=mm，半聯(lián)器與軸共的轂輪度
2．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）擬定軸上零件的裝配方案，如圖3-1。
圖3-1
齒輪2是套在齒輪1的輪轂上合成雙齒輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，由齒輪1的輪轂和齒寬確定齒輪左側(cè)的長度L=45mm，中間L=10mm做齒輪1的軸向定位作用，軸向定位作用后就是連接電動機帶動主輪旋轉(zhuǎn)的作用，再根據(jù)箱體與傳動軸之間有軸承的連接，根據(jù)鏈接尺寸得出第三段軸的尺寸L=50mm。
3. 第一根傳動軸的校核
圖3-2
首憑據(jù)軸的構(gòu)圖（圖2-4）弄出軸的受力清圖（圖2-5），在決定承軸的定地方時，采用手中查取a值。出于33905型圓柱滾動軸承，由參考文獻(xiàn)[3]P.21-213中查得a=12.50mm。按照軸的測算清圖出軸的灣矩圖和鈕矩圖(圖2-6)。
圖3-3
從軸的構(gòu)造圖及彎距圖和扭距圖中能夠看清面c是軸的風(fēng)險截面?，F(xiàn)將測算出的斷面c處的，得值列于表3-1。
載荷
平面
垂直面
支反力F
N，N
，
彎距M
總彎距
扭距
表3-1
4．按彎扭綜合應(yīng)校對軸的度
在校對時，經(jīng)常只校對軸上受較大彎距和扭距的斷面（即風(fēng)險面c）的剛度，按照思考獻(xiàn)[2]式（16-5）及上表中的數(shù)字，和軸單方向回旋，轉(zhuǎn)變切力為來回循變力，取，軸的計算力
前已預(yù)先用軸的料為鋼，調(diào)質(zhì)處，由思考獻(xiàn)[2]表16-1得。因此，故安全。
3.2、第二根變速傳動軸的設(shè)預(yù)算
1、初步確定軸的最細(xì)徑
先按思考文獻(xiàn)[2]式（16-2）起首預(yù)算軸的最細(xì)徑。預(yù)選定軸的資料為鋼，調(diào)質(zhì)處置。按照參考文[2]表15-3，取，于是得
2、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
第二根軸的由于第二根軸的功用：有一個彈性滑鍵，其作用是改變彈性滑鍵的位置從而控制齒輪3/4的傳動，進(jìn)而控制下一軸的傳動速度，所以第二根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計為一個空心階梯軸，空心階梯軸的空心部分為彈性滑鍵所在的桿提供滑鍵切換連接的空間。所以第二根軸的設(shè)計為：
（1） 第二根軸的最小直徑初步確定為11mm即，此段第一要為直徑為8mm的彈性滑鍵軸提供切換空間，還要設(shè)計為階梯軸的形式為軸上的齒輪進(jìn)行定位。，
（2） 第二段軸功用是軸向定位作用，故，。
（3） 第三段周與齒輪3相連接故根據(jù)齒輪的直徑和齒寬定得其尺寸為，
（4） 第四段周與齒輪4連接故根據(jù)齒輪的尺寸確定軸的直徑和長度為，。
（5） 第五段軸其延伸和定位作用所以，。
（6） 第六段軸與箱體連接，與箱體相連考慮到軸承的連接故定其尺寸為，。
圖3-4
軸的長度只需確定軸上滑鍵的位置和傳動軸的尾端和箱體連接即可，即軸的彈性滑鍵位于傳動軸始端50mm的位置，根據(jù)箱體和齒輪3 4的位置和傳動軸末端和箱體連接得出軸的總長度為120mm。
3、 傳動軸的校核
圖3-5
圖3-6
從軸的構(gòu)造圖及彎圖和扭距圖中能夠得出面B和C是軸的風(fēng)險斷面?，F(xiàn)在得出的斷面B和C處的的值列于下表
載荷
平面H
垂直面V
支反力
N
彎矩M
總彎矩
扭距T
表3-2
4、按彎扭綜合力校核軸的度
在校對時，一般只校對上接受最強彎距和扭距的面（即風(fēng)險面c）的度，按照參思文獻(xiàn)[2]式（16-5）及上表中的數(shù)字，和軸單方向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)扭切力為脈動輪回變力，取，軸的計算力
前已預(yù)選用軸的料是45鋼，調(diào)質(zhì)處，由思考文獻(xiàn)[2]表16-1得。因此，故安全。
3． 第三根傳動的設(shè)計算
1、初步確定軸的最小直徑
先按參文獻(xiàn)[2]式（15-2）初步預(yù)軸的最小直。選取軸的料為鋼，調(diào)質(zhì)處。根據(jù)文獻(xiàn)參考[2]表，取，于是得
2、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
第三根傳動軸的傳動作用：和第二根傳動軸相似，此傳動軸包含一根測量軸，外面的空心軸為測量軸提供測量空間。故此傳動軸的設(shè)計結(jié)構(gòu)為：
（1）先確定測量軸的尺寸，根據(jù)測量彈簧的尺寸定得其直徑d=6mm，根據(jù)測量部分與被測液體的距離定得其長度為170mm.
圖3-7
（2）空心軸的計算設(shè)計
1）第一段為延伸作用得到其尺寸為，，。
2）第二段是軸與齒輪6連接所以得其尺寸為，。
3）后面一段軸為齒輪6作軸向定位故，。
4）最后一段為與箱體連接部分，所以得到其尺寸為，。
3、 傳動軸的校核計算
圖3-8
圖9-9
從軸的結(jié)圖以彎距圖和扭圖中能夠看出面c是軸的危險面?，F(xiàn)在測出的面c處的的值列于下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
N
彎距M
彎距
扭距T
表3-3
4、按彎扭合應(yīng)力校軸的度
在校核時，通常只校軸上接受大彎距和距的截面（即風(fēng)險面c）的強度，按照參文獻(xiàn)[2]式（1-5）及上表的數(shù)據(jù)，以及軸向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)扭切力為脈循環(huán)變力，取，軸的計算力
前已定軸的料為鋼，調(diào)質(zhì)處，由參文獻(xiàn)[2]表1-1得。因此，故安全。
4、箱子體、支架和丈量內(nèi)筒外筒的設(shè)計計算
查表的箱子體的壁厚為10，距離齒輪的距離為30。
支架壁厚為16。
外筒的結(jié)構(gòu)如圖 4-1
圖4-1
內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)示意圖4-2
圖4-2
5、 傳動軸上的軸承選擇
6.1、軸承的種類選擇
1、 根據(jù)承選擇的選擇據(jù)即軸所受載的大小，向和性質(zhì)
（1） 軸承與軸的接觸為先接觸所以選擇滾子軸承
（2） 軸承只受所給予的向載荷，因此選擇圓滾軸承
6.2.軸承的尺寸確定
確定軸承所受的力
（1） 由于軸承只受到徑向力即
（2） 軸承當(dāng)量載荷的計算
按表，，取。
（3）按照表，，Y值是等到軸承型號和基本額定靜載荷確定以后才能得到的值，所以只能取近似中間值。則
（4）基本額定動載荷
（5）根據(jù)機械計手表查的軸承類型擇為軸承
根據(jù)基額定載荷和軸承型號用性插值法求得Y值
（6）驗算軸承的使用壽命
所以低于預(yù)算的計算壽命，因此該軸承的選擇改為或者軸承。
總結(jié)
此次設(shè)計為旋轉(zhuǎn)式泥漿黏度測量儀的外轉(zhuǎn)式，其結(jié)構(gòu)分由恒速機構(gòu)、變速機 構(gòu)、測量部分、支架和箱體部分組成。
恒速機構(gòu)和變速機構(gòu)要由一系列的輪、彈簧、摩擦片、軸等部分組成，恒速機構(gòu)提供的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過一系列的變速將最終轉(zhuǎn)速變?yōu)楹?，再通過文獻(xiàn)中的換算方式最終的泥漿黏度，此外，在此次的設(shè)計中主要運用了軸的設(shè)計計算、齒輪傳動的原理、彈簧的扭力換算等知識通過一系列的知識從側(cè)面測得最終的泥漿黏度。隨著社會科學(xué)的發(fā)展，在此次的設(shè)計中恒速部分也得到了改善。
最后，在此次的設(shè)計中很感謝李吉老師和各位同學(xué)的悉心指導(dǎo)，雖然在此次的設(shè)計中遇到了很多難題，但是通過和老師同學(xué)的交流此次設(shè)計中存在的難題也都一一得到了解決，在此次的設(shè)計中自己的收獲很大，不止是在知識的層面上得到了恨到的提升。自己在團(tuán)隊合作和解決問題方案的交流方面也得到了很大的提升，通過此次的設(shè)計感覺自己在以后的社會這個大舞臺上奠下了很大的基石。
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附錄1 外文翻譯
新粘土泥及其改善效果的隧道
摘要
在通過土壓平衡（EPB）盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過程中，經(jīng)常遇到含有大量砂石的地層。盾構(gòu)室內(nèi)挖土的塑性流動性較差，滲透性較大，導(dǎo)致EPB隧道施工困難。為了確保隧道進(jìn)展順利，必須通過添加改性材料改變其物理機械性能，改善挖掘土，使其具有良好的塑性流動狀態(tài)，低摩擦角和低滲透性。改進(jìn)技術(shù)可以保證開挖面穩(wěn)定，實現(xiàn)盾構(gòu)隧道平衡推進(jìn)，減少機械負(fù)荷和地面沉降，提高開挖速度。在工程實踐中使用的現(xiàn)有泥漿是其組成為膨潤土和水的分散泥漿和水系統(tǒng)。組成和功能都很簡單。現(xiàn)有泥漿存在大量廢泥排放，泥漿指標(biāo)控制困難，泥漿處理面積大，新泥漿材料大量使用和環(huán)境污染等諸多問題。本文開發(fā)了一種環(huán)保型泥土泥漿，進(jìn)行實驗室和現(xiàn)場試驗，以驗證其適應(yīng)性和優(yōu)越性。
1. 介紹
隨著盾構(gòu)施工技術(shù)和土壤改良技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地下施工，特別是在地下水位較差的土壤和復(fù)雜地質(zhì)條件下。目前，在EPB盾構(gòu)施工中存在很多問題，例如在泥土層中，粘性土壤會影響挖掘室土體的流動塑性狀態(tài)和地下水滲透。在砂土層中，盾構(gòu)機的刀頭磨損相當(dāng)嚴(yán)重。在含地下水的礫石層中，對挖掘面施加較大的滲流壓力，挖掘室難以控制土壓力，可能會出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，刀頭也嚴(yán)重磨損。在砂石和卵石層中，砂石顆粒之間的摩擦阻力太大，無法獲得開挖土壤的良好流動性。因此，當(dāng)挖掘室和螺旋輸送機裝滿挖土?xí)r，即使螺旋輸送機不起作用，刀頭的扭矩和盾構(gòu)機的推力也會增加（Yang和Li，2012）。另外，為了使盾構(gòu)隧道成功，必須將改性材料（如泥漿，泡沫和聚合物）注入挖掘面和挖掘室（即使在螺旋輸送機中），以改善開挖土壤狀況，并具有良好的塑性流動，具有低摩擦角和低滲透性，保證挖掘面的穩(wěn)定性，達(dá)到盾構(gòu)隧道平衡進(jìn)步，減少地面沉降，提高開挖速度。目前，土壤改良技術(shù)的研究與應(yīng)用缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如調(diào)節(jié)劑類型的選擇，泥漿組成，測定方法，性能參數(shù)和目標(biāo)的控制，以及注入?yún)?shù)的選擇和控制，幾乎所有這些都是基于工程經(jīng)驗或試錯在建筑領(lǐng)域。通常，使用簡單的坍落度錐體測試來測量糜爛的條件土壤的行為測量砂漿混合器的功率消耗并評估土壤調(diào)節(jié)劑的有效性。應(yīng)用該方法測量不同壓力和葉片速度下土壤混合物的剪切強度，甚至評估用泡沫和聚合物添加劑調(diào)理的土壤的性質(zhì)。
2. 新泥漿的制備及其性能分析
2.1. 制備新的粘土泥
在EPB盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過程中，挖掘室挖掘的土壤應(yīng)具有良好的塑性流動性，確保推力均勻施加在挖掘面上，保持開挖面的穩(wěn)定性。 同時，挖出的土壤可以通過螺旋輸送機順利排出。 在本研究中，沙礫層改良材料為礦泥。 基于鉆井液的知識，結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，結(jié)合評價方法進(jìn)行室內(nèi)實驗，選擇泥漿混合物。 通過對一系列室內(nèi)實驗的分析，泥漿物質(zhì)被測定為水，膨潤土，黃原膠，碳酸鈉和粘土顆粒。
由于盾構(gòu)隧道的特殊性，新粘土泥漿的相關(guān)性能在使用前必須進(jìn)行試驗。 在本研究中，相對密度，粘度（包括沼澤漏斗粘度，表觀粘度，塑性粘度，動態(tài)剪切，凝膠強度，流動性指數(shù)和稠度系數(shù)），常規(guī)靜態(tài)過濾器損耗（API標(biāo)準(zhǔn)， 濾液面積在正常狀態(tài)下的30分鐘內(nèi)為4580mm 2，0.689MPa），并測量新粘土的pH值，以估算其是否符合施工現(xiàn)場的要求。 為了獲得更好的泥漿比例，也進(jìn)行了正交實驗。 應(yīng)注意，原料含量是指材料質(zhì)量和水質(zhì)量的百分比。
2.2. 現(xiàn)有泥漿和新型泥土的性能比較
迄今為止，EPB盾構(gòu)隧道中使用的現(xiàn)有泥漿是含9％膨潤土的純膨潤土，即一噸水為90?120kg膨潤土。值得注意的是，為了便于描述，本研究中開發(fā)的新粘土泥被稱為粘土泥A，而EPB盾構(gòu)隧道中使用的現(xiàn)有泥漿重新開始，因此，泥漿B的稠度高，不容易流動。此外，泥漿B在靜置后難以從試管中流出，并且不利于泥漿泵送系統(tǒng)。泥漿B的表觀粘度為13.5mPa·s，塑性粘度為3mPa·s，沼澤漏斗粘度為40;相比與粘土泥A，泥B具有低粘度。此外，粘土A具有高粘度，因此可以避免泥漿溢出，有利于膜，并保證開挖面的穩(wěn)定性。同時，對于大型礫石層，高粘性粘土泥漿可以防止礫石沉積在開挖室中，有利于開采挖掘土壤。因此，本研究開發(fā)的新型粘土泥A的性能優(yōu)于EPB盾構(gòu)隧道中使用的泥B。
3.1 實驗室設(shè)計用于改進(jìn)新型泥土
?? 為了評估新型粘土泥A的改進(jìn)效果，必須進(jìn)行土壤混合試驗，摩擦系數(shù)試驗，耐粘連試驗和坍落度試驗等相關(guān)實驗，充分分析改良效果。
3.1.1 土壤混合試驗
?? 土壤混合試驗主要模擬了挖掘室中的真實混合過程。 通過該試驗，可以估算出新型泥土的改良效果，并通過混合動力的變化來控制泥土含量。 土壤混合試驗實驗包含混合器和功率計，如圖1所示。
3.1.2。 摩擦系數(shù)試驗
?? 摩擦系數(shù)測試的主要目的是模擬土壤和鋼的摩擦過程，同時螺旋出土裝置獲得阻力系數(shù)。 當(dāng)模擬屏蔽機器再次開始工作時，實現(xiàn)即時粘合力。 通過力的大小，可以確定作用在鋼上的土壤的系數(shù)阻力。 如果力太大，流動性太大，需要更多的動力啟動機器。 測量機如圖4所示。
3.1.4。 坍落度測試
?? 需要坍落度試驗來模擬條件土的流動狀態(tài)。 如果坍落度沒有明顯變化，則不需要進(jìn)行坍落度測試，因為以下測試很容易受到坍落度的影響。 在泥土對土壤有一定的影響之前，不應(yīng)該采取坍落度。 蕭條的要求需要確定一系列的測試。 基于早期實驗，部分處理了坍落度試驗知識，可以方便地對測試時間進(jìn)行控制。 每次需要3-5組測試，并取平均數(shù)據(jù)。 坍落度的實驗裝置是桶中的標(biāo)準(zhǔn)洞穴，如圖5所示。
3.2。新粘土泥的實驗室試驗和分析
??為了評價新型粘土泥漿的改良效果，采用粘土泥A和泥漿B改良圓砂礫土和沙土，比較分析了泥土A的優(yōu)點?；旌显囼灐D。圖6描述了粘土泥A和泥漿B的凈功率的比較曲線。 6，可以看出，添加粘土泥A和泥B后，兩種改良土壤的凈混合力明顯降低;兩種泥漿對攪拌功率的影響大致相同。也可以看出，當(dāng)凈功率達(dá)到零時，挖掘的土壤將處于塑性流動狀態(tài)。粘土泥A的凈功率小于泥漿B，因此降低粘土泥A的混合力的效果優(yōu)于泥漿B.
4. 對泥土泥漿的影響進(jìn)行現(xiàn)場試驗
??4.1. 背景
??為了估計新型泥土對開挖土壤塑性流動性的影響，選擇北京地鐵10號玉泉站與范家村站區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場試驗。
4.1.1. 地質(zhì)條件
通過調(diào)查，在盾構(gòu)隧道區(qū)域，發(fā)現(xiàn)的最大深度為42.7米，其中包含雜填土，沙泥，卵石床和圓形礫石土。主要隧道結(jié)構(gòu)位于卵石床。粒徑通常在2-10厘米，最大尺寸達(dá)15厘米，細(xì)中砂占30％，其中部分地層含有超過20％的浮石，分布非常隨機。的層是沒有水泥的松散結(jié)構(gòu)，并且具有不同粒度的分布。此外，礫石的空隙主要由無水的中粗粗砂填充。
4.1.2. 主機形式的盾牌機
??該區(qū)域盾構(gòu)機的刀頭設(shè)計為六個輪輻，六個面板，刀具包含撕刀，刮刀，碎石刀，復(fù)印刀，周邊保護(hù)刀等。復(fù)印機被液壓推動，刀頭的尺寸為6240mm長，孔徑比為41％。通過刀具的最大顆粒的尺寸可以達(dá)到500mm×300mm。
4.2. 實地測試
??本研究開發(fā)的新型粘土泥A用于田間試驗。根據(jù)現(xiàn)場條件，混合罐的體積為3m 3，充滿水。將約3％的膨潤土和碳酸鈉和中粒狀粘土加入到混合罐中并混合，然后將1％的膨潤土和黃原膠混合并加入到混合槽中，使用2mm的顆粒篩以防止結(jié)塊，如圖1所示。 14.混合均勻（約15分鐘）后，將新的泥土從混合槽轉(zhuǎn)移到體積為50立方米的儲存池中。直到12小時后才能使用泥漿。
4.3. 現(xiàn)場測試結(jié)果分析
??選擇從環(huán)661到環(huán)665（每個環(huán)為1.2m）的區(qū)域中的典型層進(jìn)行現(xiàn)場測試。為了分析比較本研究開發(fā)的粘土泥A的改良效果，現(xiàn)有的泥漿B用于比較目的也改善了655至660號環(huán)。
5. 結(jié)論
??在這項研究中，開發(fā)了一種新型粘土泥漿，并進(jìn)行了大量實驗室試驗和現(xiàn)場試驗，以驗證其性能的提高。本文提出的工作得到了國家自然科學(xué)基金（41202220），高等教育博士點研究基金，中央大學(xué)基礎(chǔ)研究基金和深部地質(zhì)鉆探技術(shù)重點實驗室研究基金的支持國土資源部
附錄2 外文文獻(xiàn)
The new clay mud and its improvement effects of tunnels
a b s t r a c t
During tunneling process by earth pressure balance (EPB) shield, the strata containing large amounts of sand and gravel are often encountered. The excavated soil in the shield chamber has poor plastic flow and larger permeability, so it leads to the difficult construction of the EPB tunnel. In order to ensure tunneling advance successfully, the excavated soil must be improved by adding modified materials to change its physical and mechanical properties, and make it to have a good plastic flow state, low friction angle and low permeability.Soil improvement techniques can guarantee the stability of excavation face, achieve the balance advance of shield tunnel, reduce machinery load and the ground settlement, and improve the excavation speed. The existing mud used in engineering practice is the dispersing mud and water system whose compositions are bentonite and water. Both the composition and function are simple. The existing mud has various problems, such as large amounts of waste mud emission, difficulties in controlling mud indicators, large areas for mud treatment and large uses of new mud materials and environmental pollution. In this paper, a kind of environmentally friendly clay mud was developed, and the laboratory and field tests were conducted to verify its adaptability and superiority.
2. Introduction
With the development of shield construction technology and soil improvement techniques,shield construction technology is widely used in the underground construction, especially in the poor soil an