基于SOLIDWORKS及ADAMS的螺桿壓縮機的設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計+含SW三維3D建模及1張CAD圖紙+帶任務書+59頁加正文1.64萬字】
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3DZPT.STEP
Adams 仿真
MATlAB優(yōu)化
SolidWorks 三維
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小型螺桿壓縮機設計
摘 要
本文闡述了一小型螺桿壓縮機的設計過程。簡述了螺桿壓縮機的基本結構、工作過程、主要特點和分類。分析了型線的設計過程，轉子的幾何特性和熱力性能的計算方法。
本文在分析型線設計過程，幾何特性和熱力性能計算方法的基礎上,選取單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線作為該螺桿壓縮機轉子的型線，運用MATLAB等工具，進行分析計算，得到型線方程和型線草圖，并且完成了幾何性能計算和熱力性能計算。在完成轉子設計的基礎上，進行受力分析，運用各種分析軟件選取軸承等零件。在完成計算工作和零件選取后，應用SolidWorks軟件，建立了螺桿壓縮機各個零件的三維模型，并進行裝配，完成螺桿壓縮機的三維造型。應用Adams軟件，對從SolidWorks中導入的裝配體建立運動仿真，這樣能夠形象直觀的說明問題。
關鍵詞：螺桿壓縮機 ，三維建模，MATLAB，運動仿真
Abstract
This paper described the design process of a small screw compressor, which outlined the basic structure of the screw compressor, the working process, the main characteristics and classification. This paper also analyzed the design process of lines, the geometry features of the rotor and the calculation method of thermodynamic property.
Based on the analysis of the design process of lines, geometric characteristics and calculation methods of thermal performance, this paper selected the unilateral asymmetry cycloid - sales arc tooth profile of the screw compressor rotor type lines for analysis and calculation using MATLAB and other tools. After above steps, the equation-based and sketch-based line are given the calculation of geometry features and thermal performance are also made. On the basis of rotor design, this paper gave stress analysis and selected bearing and other parts using a variety of analysis software to. Afterwards, the paper established three-dimensional models of the various parts of the screw compressor and carried out the assembly to complete the three-dimensional modeling of the screw compressor. With the application of ADAMS, the paper established motion simulation of the assembly imported from SOLIDWORKS, which could explain the issue vividly and intuitively.
Key words: Screw compressor, three-dimensional modeling, MATLAB, motion simulation
目 錄
第一章 緒論--------------------------------------------------------1
1.1基本結構和工作過程-----------------------------------------------1
1.1.1基本結構-----------------------------------------------------1
1.1.2工作過程-----------------------------------------------------1
1.2螺桿壓縮機特點及分類---------------------------------------------2
1.2.1螺桿壓縮機特點-----------------------------------------------2
1.2.2螺桿壓縮機分類-----------------------------------------------2
1.3螺桿壓縮機發(fā)展歷程-----------------------------------------------3
1.4論文主要工作-----------------------------------------------------4
第二章 轉子型線設計------------------------------------5
2.1轉子型線發(fā)展過程-------------------------------------------------5
2.2型線方程和嚙合線方程---------------------------------------------6
2.2.1坐標系建立和坐標變換-----------------------------------------6
2.2.2齒曲線及其共軛曲線-------------------------------------------8
2.2.3共軛曲線和嚙合線方程-----------------------------------------9
2.3單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的設計--------------------------------10
第三章 幾何特性計算--------------------------------------------20
3.1轉子螺旋齒面及其法線方程----------------------------------------20
3.1.1螺旋齒面方程------------------------------------------------20
3.1.2轉子幾何參數(shù)間的基本關系------------------------------------21
3.1.3螺旋齒面的法線----------------------------------------------21
3.2接觸線----------------------------------------------------------23
3.2.1相對運動速度------------------------------------------------23
3.2.2嚙合條件----------------------------------------------------24
3.3齒間面積和面積利用系數(shù)------------------------------------------25
3.3.1齒間面積----------------------------------------------------25
3.3.2面積利用系數(shù)-----------------------------------------------27
3.4齒間容積和內容積比---------------------------------------------27
3.4.1齒間容積---------------------------------------------------27
3.4.2內容積比---------------------------------------------------28
第四章 熱力性能計算--------------------------------------------30
4.1內壓力比和壓力分布圖-------------------------------------------30
4.1.1內壓力比---------------------------------------------------30
4.1.2壓力分布圖-------------------------------------------------31
4.2容積流量及容積效率---------------------------------------------32
4.2.1理論容積流量-----------------------------------------------32
4.2.2容積效率---------------------------------------------------32
4.2.3實際容積流量-----------------------------------------------33
4.3軸功率---------------------------------------------------------33
第五章 轉子受力分析--------------------------------------------35
5.1軸向力---------------------------------------------------------35
5.1.1端面軸向力-------------------------------------------------35
5.1.2氣體軸向力-------------------------------------------------37
5.2軸承支反力-----------------------------------------------------40
第六章 三維造型和選擇軸承-------------------------------------44
6.1三維造型-------------------------------------------------------44
6.1.1轉子造型---------------------------------------------------44
6.1.2機體和端蓋造型---------------------------------------------48
6.2選擇軸承-------------------------------------------------------49
6.2.1選擇圓柱滾子軸承-------------------------------------------49
6.2.2選擇角接觸球軸承-------------------------------------------50
6.3軸承三維造型---------------------------------------------------54
6.4整機裝配-------------------------------------------------------55
第七章 運動仿真----------------------------------------57
7.1 模型導入Adams-------------------------------------------------57
7.2運動仿真-------------------------------------------------------57
結論------------------------------------------------------------------61
致謝------------------------------------------------------------------62
參考文獻-------------------------------------------------------------63
外文翻譯資料 1 機電一體化技術及其應用研究 1 機電一體化技術發(fā)展 機電一體化是機械、微、控制、機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。 字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。 數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。 能化 即要求機電產(chǎn)品有一定的智能 ,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在 控機床上增加人機對話功能，設置智能 I/O 接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。 塊化 由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而 有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。 絡化 由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化 方向發(fā)展。 性化 機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在外文翻譯資料 2 色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。 型化 微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(稱 指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制 電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自 1986 年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針， 1988 年美國加州大學 校研制出第一個微電機以來，國內外在藝、材料以及微觀機理方面取得了很大進展，開發(fā)出各種 件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。 成化 集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程 中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。 源化 是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 色化 技術的發(fā)展給人們的生活 帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。 2 機電一體化技術在鋼鐵中應用 在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)外文翻譯資料 3 據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面： 能化控制技術 (由于鋼鐵具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)等，智能控制技術廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、控制、設備與產(chǎn)品質量 診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼 ——— 連鑄 ——— 軋鋼綜合調度系統(tǒng)、冷連軋等。 布式控制系統(tǒng) (Ｄ 分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實時調度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。Ｄ 有特 點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。Ｄ 監(jiān)視集中控制分散，故障面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。 放式控制系統(tǒng) (開放控制系統(tǒng) (計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家 產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。 算機集成制造系統(tǒng) (鋼鐵企業(yè)的 將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控外文翻譯資料 4 制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應鋼鐵生產(chǎn)的要求。 未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在 20 世紀 80 年代已廣泛實現(xiàn) 。 場總線技術 (Ｆ 現(xiàn)場總線技術 (Ｆ 連接設置在現(xiàn)場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術取代現(xiàn)行的信號傳輸技術 (如 4～ 20 C 直 流傳輸 )就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去 66%或更多的現(xiàn)場信號連接導線?，F(xiàn)場總線的引入導致Ｄ變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化 現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。 流傳動技術 傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力技術和微電子技術的發(fā)展，交流調速技術的發(fā)展非常迅速。由于 交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現(xiàn)，交流調速系統(tǒng)的調速性能已達到和超過直流調速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現(xiàn)可逆平滑調速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。