高壓均質(zhì)機(jī)傳動(dòng)端的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 摘 要 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是高壓均質(zhì)機(jī)動(dòng)力端主要零件。首先，文章介紹了高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理。流體在高壓狀態(tài)下通過細(xì)小縫隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力、撞擊力和空穴力，使流體中的固體顆粒破碎為微小顆粒，高壓均質(zhì)機(jī)就是利用這一原理工作的。接著，文章參考現(xiàn)有的均質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)，確定了均質(zhì)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后，按照高壓往復(fù)泵的設(shè)計(jì)方法對高壓均質(zhì)機(jī)的主要零部件，如傳動(dòng)裝置、曲軸、連桿等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。還有液力端泵閥的設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行了相應(yīng)的強(qiáng)度校核。最后，文章介紹了本次設(shè)計(jì)中還有高壓均質(zhì)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，采用了C語言程序，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的說明。 關(guān)鍵詞：高壓均質(zhì)機(jī) 食品機(jī)械 均質(zhì)閥 目 錄 摘要………………………………………………………………… 1 緒論………………………………………………………………… 4 第一章 均質(zhì)機(jī)及其基本參數(shù)………………………………………… 5 1.1均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)原理…………………………………………… 5 1.2均質(zhì)機(jī)的工作原理…………………………………………… 5 1.3均質(zhì)機(jī)的基本參數(shù)…………………………………………… 6 第二章 總體設(shè)計(jì)…………………………………………………… 9 2.1傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)形式的選擇……………………………………… 9 2.2液力端結(jié)構(gòu)形式的選擇……………………………………… 9 2.3確定泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)……………………………………… 10 2.4原動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………… 12 第三章 動(dòng)力端的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………… 14 3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………… 14 3.2曲軸的設(shè)計(jì)………………………………………………… 15 3.3連桿與其軸瓦………………………………………………… 15 3.4十字頭……………………………………………………… 16 第四章 液力端零部件設(shè)計(jì)…………………………………………… 16 4.1泵閥設(shè)計(jì)……………………………………………………16 第五章 運(yùn)動(dòng)仿真………………………………………………………20 5.1 C語言程序簡介…………………………………………………20 5.2傳動(dòng)端運(yùn)動(dòng)及程序………………………………………………20 設(shè)計(jì)小結(jié)………………………………………………………………32 致謝…………………………………………………………………33 參考資料……………………………………………………………… 34 緒 論 高壓均質(zhì)是一種制備超細(xì)液液乳化物或液固分散物的通用設(shè)備，被廣泛應(yīng)用與各行業(yè)的生產(chǎn)者和科技研領(lǐng)域。例： 一、 食品飲料行業(yè)： 豆奶、花生奶、松子奶等各種植物蛋白飲料。 核桃露、杏仁露、蓮子露、椰子汁等各種懸浮果汁飲料。 酸奶、均質(zhì)奶、純牛奶、甜牛奶、乳酸飲料、冰淇淋、豆奶粉等各種乳品和乳制品。 二、 制藥： 抗生素、各種乳劑、漿液制劑、中藥制劑、花粉破碎及各種營養(yǎng)保健液。 三、 輕工化工行業(yè)： 香精香料、化妝品、乳化硅油、感光劑、增亮劑、高級(jí)涂料、顏料、染料等。 四、 生物工程技術(shù)： 對大腸桿菌、胞進(jìn)行破碎，撮取其有效成分。 隨著人民生活水平的提高，食品工業(yè)必將跟上時(shí)代的步伐，不僅要求食品本身的營養(yǎng)豐富，還對其質(zhì)量、口味、外觀、保存等提出了高標(biāo)準(zhǔn),這樣必然把食品工業(yè)推上一個(gè)新高潮。 食品品種繁多，本設(shè)計(jì)是主要應(yīng)用于乳品工業(yè)中。它是一種特殊的高壓泵，用于噴霧干燥設(shè)備中，可使液體分散成細(xì)微的霧滴，便于干燥成粉狀。通過均質(zhì)的煉乳、冰淇淋、代乳粉，液體中的分散項(xiàng)破裂成細(xì)微狀態(tài)，可減少沉淀，增加粘稠性，口感細(xì)膩，并延長存放時(shí)間。均質(zhì)機(jī)不僅在乳品工業(yè)和冰淇淋生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，而且還適用于醫(yī)藥、化工生產(chǎn)中?？傊?，在我國均質(zhì)機(jī)發(fā)揮出的作用越來越大，因此需要人們對其進(jìn)行深入的研究，以便設(shè)計(jì)生產(chǎn)。 本設(shè)計(jì)參考現(xiàn)有的均質(zhì)機(jī)而設(shè)計(jì)，力求經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)合理,但肯定還有許多的不足之處，希望在老師和同學(xué)的幫助下，得到進(jìn)一步的改進(jìn)。 第1章 均質(zhì)機(jī)及其基本參數(shù) 均質(zhì)機(jī)是一種特殊的高壓泵,利用高壓的作用，使物料中的脂肪球的破裂到直徑小于2m達(dá)99%。均質(zhì)機(jī)由均質(zhì)頭和高壓泵組成,即往復(fù)柱塞泵。它包括液力端和動(dòng)力端。通過均質(zhì)后的牛奶、脂肪球直徑和所占比例均發(fā)生變化，如表1-1： 表1-1脫脂乳與均質(zhì)乳中的脂肪球比較 脂肪球 （） 脫脂乳 （﹪） 均質(zhì)乳（﹪） 一段 二段 0～1 41.8 19.2 89.2 1～2 47.7 66.5 10.3 2～3 9.2 12.6 0.5 3～4 0.9 1.7 0 4～5 0.1 0 0 5～6 0 0 0 1.1均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)原理 1.1.1剪切作用 流體在高速流動(dòng)時(shí)，在均質(zhì)機(jī)頭隙縫處，產(chǎn)生剪切作用而均質(zhì)。脂肪球通過三個(gè)柱塞往復(fù)泵吸入泵體時(shí)，在縫隙處先是被延展，同時(shí)又存在著液流通過均質(zhì)閥時(shí)的渦動(dòng)作用，使延展部分被剪切為更小的脂肪球微粒。又因?yàn)橐毫髦写嬖谥砻婊钚晕镔|(zhì)，它圍繞在更細(xì)小的脂肪球微粒外層形成一種這些微粒不再互相粘合的膜.脂肪滴由此離開，而后面部分的還沒有流進(jìn)縫隙。當(dāng)?shù)竭_(dá)均質(zhì)閥活門縫隙處時(shí)，會(huì)同樣的剪切作用繼續(xù)形成更小的脂肪球微粒。 1.1.2撞擊學(xué)說 三聯(lián)柱塞往復(fù)泵的高壓作用使液體中脂肪球和均質(zhì)閥發(fā)生高速撞擊現(xiàn)象，因而使料液中的脂肪球破裂。 1.1.3空穴學(xué)說 因高壓作用使料液高速流過均質(zhì)閥縫隙處時(shí)，造成相當(dāng)于高頻振動(dòng)的效果，能在瞬間引起空穴現(xiàn)象，使脂肪球碎裂。 在實(shí)際工作中，高壓均質(zhì)機(jī)的原理是以上幾種學(xué)說的綜合。 1.2均質(zhì)機(jī)的工作原理 如圖1-1所示，當(dāng)高壓液體通過閥的閥座和閥桿的狹窄通道時(shí)(可以用調(diào)節(jié)手柄調(diào)節(jié)間隙大小)，使液料速度達(dá)150~300m/s，壓力降低至液料汽化壓力，使之形成氣泡。當(dāng)液料離開閥座門間 的間隙時(shí)，其速度降低，壓力升高，導(dǎo)致氣泡被壓破，產(chǎn)生內(nèi)爆，產(chǎn)生的空穴和高頻振動(dòng)使脂肪球顆粒破碎。此過程中，能量強(qiáng)烈釋放，液料形成湍流，沖擊沖擊流，完成均質(zhì)過程。 圖1-1雙級(jí)均質(zhì)閥工作示意圖 1.3均質(zhì)機(jī)的基本參數(shù) 1.3.1瞬時(shí)流量 理論上，瞬時(shí)流量=工作腔容積變化率 如圖1-2 圖1-2 圖1-3雙缸泵的無因次流量曲線 圖1-4 三缸泵的無因次流量曲線 q = A=Au=Ar(u) (q)= = (u) 其中(q) -無因次瞬時(shí)流量; (u)-無因次瞬時(shí)速度, (u)==-(sin+sin2)。 衡量流量脈動(dòng)性的指標(biāo)為不均勻系數(shù)== 單缸泵：B=3.14 ； 雙缸泵：B/2=1.57 ； 三缸泵：B/3=1.04 ； 四缸泵：B1.1 ； 可以看出,四缸泵的脈動(dòng)性反而比三缸泵有所增加,流量曲線如圖1-3，圖1-4。 1.3.2泵的壓力 均質(zhì)壓力對脂肪球大小的影響如表1-2： 表1-2 壓力（kgf/cm） 脂肪球直徑（） 平均直徑（） 0 1～18 3.71 35 1～14 2.39 70 1～7 1.68 105 1～4 1.40 141 1～3 1.08 176 1～3 0.99 211 0.5～2 0.76 隨著壓力的提高，脂肪球顆粒減少，考慮到制造工藝性、經(jīng)濟(jì)性，壓力不宜太高，所以本機(jī)選180 kg f/cm。 1.3.3均質(zhì)溫度 均質(zhì)與溫度的關(guān)系如表1-3 表1-3 脂肪球直徑（） 20℃ 40℃ 65℃ 0～1 2.3﹪ 1.9﹪ 4.3﹪ 1～2 29.3﹪ 36.7﹪ 74.4﹪ 2～3 23.3﹪ 21.1﹪ 9.0﹪ 3～4 29.8﹪ 25.2﹪ 12.3﹪ 4～5 - 15.2﹪ 0 5～6 15.2﹪ 0 0 表中可以看出，均質(zhì)最佳溫度為65℃。本設(shè)計(jì)要求料液溫度為60~70℃，同時(shí)，可以提高密封圈效率。 1.3.4效率 理論流量與實(shí)際流量之間有一定的流量損失，即容積損失，它包括四部分： 流體的壓縮或膨脹造成的△， 閥在關(guān)閉時(shí)滯后造成的△， 閥關(guān)閉不嚴(yán)造成的泄漏△， 柱塞與密封圈之間的泄漏△， 取=+++ =0.8 第2章 總體設(shè)計(jì) 2.1傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)形式的選擇 傳動(dòng)端為從動(dòng)力輸入端到十字頭為止的部件，包括機(jī)體、曲柄、連桿、曲軸、十字頭及潤滑冷卻等輔助設(shè)備。 2.1.1曲軸 曲軸為整體澆鑄體，材料為QT60-2，本機(jī)采用二支點(diǎn) 三拐式。三個(gè)曲柄相位角相差120º，曲柄與連桿之間軸瓦材料用20%錫鋁合金。 確定曲軸半徑時(shí)考慮到兩個(gè)方面的問題.較小時(shí)，強(qiáng)度、剛度無法滿足,撓度、轉(zhuǎn)角增加；較粗大時(shí)，要考慮加工撓性問題。 曲拐的運(yùn)動(dòng)順序?yàn)橐?、三、二。第一曲拐轉(zhuǎn)角=，第二曲拐轉(zhuǎn)角=+240，第三曲拐=+120。這可以使偏角大致相等，力求使機(jī)械慣性力和慣性力矩得到平衡，減輕對基礎(chǔ)的餓撓性載荷。 2.1.2連桿 連桿大頭采用剖分式，用特制定位螺栓定位，扣緊螺母防松，小頭定位。是澆鑄件，材料為QT60-2。連桿體和大小頭中開油槽，油孔，來潤滑曲柄和十字頭。 根據(jù)總體結(jié)構(gòu)選=r/l=0.0625。 2.1.3軸承 有沖擊載荷，適宜選用滾子軸承。 2.1.4十字頭 整體鑄件，材料ZG35。 2.1.5傳動(dòng)方式選擇 采用一級(jí)帶傳動(dòng)。 2.2液力端結(jié)構(gòu)形式的選擇 液力端是從柱塞一直到泵進(jìn)出口管接頭的部件，是介質(zhì)的過流部分，包括液體缸、柱塞和密封件、吸排液閥組件、缸蓋、閥箱蓋。 在選擇液力端結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)遵循下述基本要求： a 過流性能好，水力阻力損失小，為此，液流通道應(yīng)力求短而直，盡量逃避拐彎和急劇的斷面變化； b 液流通道應(yīng)利于氣體排出，不允許有死區(qū)，造成氣體滯留。通常，吸入閥應(yīng)置于液缸體頂部； c 吸入閥和排出閥一般應(yīng)該垂直布置，以利于閥板正常起閉和密封； d 余隙容積應(yīng)盡可能的小，尤其是對高壓短程泵； e 易損件壽命長，更換方便； f 制造工藝性好。 2.2.1泵體 臥式三聯(lián)單作用泵的泵體為一整體式長方體不銹鋼塊鍛造，材料為1Cr18Ni9Ti,其剛性好，工作腔間距小，機(jī)加工量小，吸排出閥布置為直通式三通體。其優(yōu)點(diǎn)為過流性能好，余隙容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，柱塞雖然不可以從液缸前塞處裝拆，但T型孔加工工藝性好。 2.2.2柱塞 柱塞材料為3Cr13，表面經(jīng)高頻淬火，再精密加工和磨光，具有等硬度和光潔度的表面，有較高的耐磨性和防腐性。因?yàn)橹睆叫?，采用?shí)心結(jié)構(gòu)，加工簡單。為不使柱塞發(fā)熱，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，柱塞上冷卻水不可斷。柱塞與十字頭之間采用平面連接，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，易于裝拆。 2.2.3均質(zhì)閥 均質(zhì)閥借調(diào)整螺旋彈簧對閥心的壓力，得到調(diào)整流體壓力的作用。在雙級(jí)均質(zhì)閥中，第一級(jí)流體壓力為18MPa，主要使脂肪球破碎，第二級(jí)壓力減至2.7MPa,主要使脂肪球均勻分散。 本機(jī)用手動(dòng)輪直接控制壓力，操作方便，體積減小。 均質(zhì)頭制造成兩面均可使用的圓柱形結(jié)構(gòu)，加工方便，使用壽命長。 2.3確定泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 2.3.1活塞平均速度U的選擇 U的大小直接影響泵各運(yùn)動(dòng)副零部件的摩擦和磨損，特別是對柱塞及其密封的影響尤為顯著。U過大則摩擦和磨損嚴(yán)重，會(huì)造成泄漏，流量下降，排出壓力也不能達(dá)到額定值。U過小則液力端徑向尺寸增加，傳動(dòng)端受力也增加從而使泵的總體尺寸和重量增加。一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得到U的定量選取范圍： U= K Nm/s 式中 U—柱塞平均速度，m/s； K—統(tǒng)計(jì)系數(shù)，液壓機(jī)用三聯(lián)或多聯(lián)機(jī)動(dòng)泵一般為0.21~0.70; N—折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率,kw。 N=( p- p) Q / [612Z (k+1)] ≈pQ/ [612Z(k+1)] kw 式中 Q—泵的流量，l/min p—泵的排出壓力，kg f/cm； p—泵的吸入壓力，kg f/cm； 當(dāng)p> p或p為常壓時(shí)，全壓力p– p≈p。 Z—泵的聯(lián)數(shù)（柱塞數(shù)）； K—系數(shù)，K-1= A/A，K=0，對雙作用泵，A/A<1，0<K<1。 本設(shè)計(jì)中，Q=1.5 m /h=25 l/min, p=180 kg f/cm, Z=3, K=0, K=0.45, 則 N=180×25/（612×3）=2.45KW U=0.45×2.45=0.6m/s 2.3.2曲軸轉(zhuǎn)速n和柱塞行程長度S的選擇 已知偏心距30,則行程為30,由U=ns/30得 n=30 U/S=30×0.6/0.03=600rpm 2.3.3柱塞直徑D的確定 D= 式中 Q—泵的流量, m/S; S—柱塞行程長度,m; n —曲軸轉(zhuǎn)速(rpm)或柱塞的每分鐘往復(fù)次數(shù),spm; Z—泵的聯(lián)數(shù)(柱塞數(shù)); K—系數(shù),K=1–A/A 對單作用泵, A/A=1,K=0,對雙作用泵, A/A<1, 0<K<1; —泵的容積效率。 本設(shè)計(jì)中，Q=1.5 m/h=0.000417 m/h, S=30mm=0.03m, n=600rpm, Z=3, K=0, =0.8,則D=0.027m 取柱塞直徑D為30 mm,則行程比=S/D=1,符合其取值范圍。 2.3.4進(jìn)出口的內(nèi)管經(jīng) d= ; d= 式中 d—吸入管內(nèi)經(jīng)，m； d—排出管內(nèi)經(jīng)，m； Q—泵的流量，m/s； v—吸入管內(nèi)介質(zhì)的平均流速，m/s； v—排出管內(nèi)介質(zhì)的平均流速，m/s； 本設(shè)計(jì)中，d==0.016m d==0.015m 考慮到加工工藝性，以及減小總體長度，可將濾網(wǎng)安在吸入管內(nèi)，充分利用吸 入管的空間，可取d=40mm，d=25mm。 2.4原動(dòng)機(jī)的選擇 2.4.1泵的有效功率N和泵的總效率 單位時(shí)間內(nèi)，被泵排出的液體由泵獲得的能量稱為有效功率。 N =p×Q/612kw 式中 p=p– p 泵的全壓力，kg f/cm p—泵的排出壓力，kg f/cm p—泵的吸入壓力，kg f/cm Q—泵的流量 l/min 本設(shè)計(jì)中，p=180kgf/cm Q=25 l/min 則 N =180×25/612=7.35kw 泵的效率是綜合衡量泵的能量損失的指標(biāo)，用下式表示： = N/N 式中 N—泵的有效功率； N—泵的輸入功率。 一般，泵的效率用計(jì)算方法很難確定，只能用實(shí)驗(yàn)方法確定。一般的選取范圍是： 電動(dòng)泵的效率范圍是=0.60~0.90 蒸氣直接作用泵的效率范圍是=0.80~0.95 2.4.2原動(dòng)機(jī)功率 N= N/()kw 式中 —泵的傳動(dòng)裝置效率； —原動(dòng)機(jī)效率。 由于泵的效率包括了泵的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦損失，所以，泵的傳動(dòng)裝置效率只與泵的減速機(jī)構(gòu)的機(jī)械損失有關(guān)。當(dāng)采用皮帶傳動(dòng)時(shí)，=0.92~0.98 三角皮帶傳動(dòng)時(shí)， =0.90~0.94 齒輪傳動(dòng)時(shí)，=0.90~0.94 （閉式）；蝸桿傳動(dòng)時(shí)，=0.70~0.90（閉式）。 本設(shè)計(jì)中，采用三角皮帶傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，故 =0.85 =0.94 則 N=7.35/（0.85×0.94）=9.2kw 考慮到往復(fù)泵的流量是脈動(dòng)的，泵的載荷也是脈動(dòng)的，此外，柱塞泵密封處的機(jī)械摩擦損失等也很嫩精確確定。為了使泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中不致超載，應(yīng)留有一定的余量，稱為儲(chǔ)備系數(shù)K，則實(shí)際原動(dòng)機(jī)功率為： N= KN 本設(shè)計(jì)中查得K=1.15，則 N=1.15×9.2=10.58kw 2.4.3原動(dòng)機(jī)的選擇 原動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)注意兩點(diǎn):1、原動(dòng)機(jī)必須滿足Nd的要求,2、選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意到轉(zhuǎn)差率。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，選擇電動(dòng)機(jī)為Y160M-4型電動(dòng)機(jī)，額定功率11KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速14。 第3章 動(dòng)力端的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用普通V帶傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中，帶輪材料采用灰鑄鐵，查得牌號(hào)為HT15-33 其指標(biāo)如下表3-1： 表3-1 最小抗拉強(qiáng)度/MPa 硬度HBS 175 137～205 145 119～179 130 110～166 120 141～157 3.1.1小帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 由Y160M-4電動(dòng)機(jī)可知，其軸身直徑d=42mm，長度L=110mm。故小帶輪軸孔直徑應(yīng)取d=42mm，轂長應(yīng)小于110 mm。 由表查得，小帶輪實(shí)心輪。結(jié)構(gòu)如圖3-1： 3.1.2大帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 3.1.3 由曲軸尺寸知，孔經(jīng)為65mm，基準(zhǔn)直徑為355 mm，則結(jié)構(gòu)如圖3-2： 3.2曲軸的設(shè)計(jì) 在往復(fù)泵中，曲軸是把原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的重要不見之一。 工作時(shí)，它承受周期性的交變載荷，產(chǎn)生交變的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，因此也是曲軸連桿機(jī)構(gòu)最重要的受力部件。見圖 曲軸的相關(guān)設(shè)計(jì)和校核見“高壓均質(zhì)機(jī)”設(shè)計(jì) 3.3連桿與其軸瓦 連桿是傳動(dòng)端曲柄連桿機(jī)構(gòu)中連接曲柄和十字頭的部件。連桿的運(yùn)動(dòng)是一平面運(yùn)動(dòng)，可以把連桿看成是沿液缸中心線移動(dòng)和繞十字頭銷擺動(dòng)的兩種簡單運(yùn)動(dòng)的合成。 連桿的相關(guān)設(shè)計(jì)見“高壓均質(zhì)機(jī)”設(shè)計(jì)。見圖 3.4十字頭 三聯(lián)但作用泵的最大柱塞力為P=1272KGF，采用整體式十字頭，十字頭材料為ZG35鑄鋼，工作面澆鑄ChSnSB11-6軸承合金，十字銷材料選用20Cr，連接方式為連桿銷連接。 十字頭的相關(guān)設(shè)計(jì)見“高壓均質(zhì)機(jī)”設(shè)計(jì)。 第4章 液力端主要零部件設(shè)計(jì) 4.1 泵閥設(shè)計(jì) 泵閥是往復(fù)泵工作過程的直接組成件，也是往復(fù)泵中最重要的易損件之一。它的設(shè)計(jì)好壞直接影響泵的工作性能和使用壽命。錐形閥的制造較為復(fù)雜，但流道比較平滑，流量系數(shù)大，水力阻力小，過流能力強(qiáng)，密封性能好，不論介質(zhì)粘度較高或粘度較低都比較適宜。而且，因?yàn)殚y板剛度較大，通常多用于高壓和超高壓泵上，在計(jì)量泵自重閥中也有采用。 本設(shè)計(jì)選用下部翼形導(dǎo)向的錐形閥。為減輕閥重，增加流通能力，導(dǎo)翼斷面為半月形凹槽，剛度好。閥和閥座材料為3Cr13不銹鋼。 4.1.1尺寸設(shè)計(jì) 內(nèi)容和項(xiàng)目 參數(shù)選取及計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 名稱 符號(hào) 單位 泵的排出 P2 kg f/cm 常用壓力（表壓） 180 吸入壓力 P1 kg f/cm （表壓） 0 聯(lián)或缸數(shù) Z 3 每缸排出閥或吸入閥數(shù) Z 1 泵理論流量 Qt L/min 25 柱塞直徑 D cm 3 柱塞行程 S cm 3 每分鐘往復(fù)次數(shù) n Spm 600 介質(zhì)重度 g/cm 1 泵閥型式 度 錐形閥 45° 閥板材料重度 g/cm 不銹鋼沖壓件 7.8 柱塞截面積 A cm A= cm 7.065 通過一個(gè)閥的流量 Q Q= 212 閥座孔最大瞬時(shí)流速 V cm/s 一般范圍150～300cm/s 212 閥座孔徑 d cm d=2 2 密封面接觸寬度 b cm b=0.2 0.28 閥板直徑 d cm d=d+2bsin 2.4 閥板厚度 cm =() d=0.2-0.33 0.6 閥板重量 G g G= 21 密封面接觸面積 A cm A=( d+b)b 1.368 閥板的公斤質(zhì)量 mf kg 0.021 試驗(yàn)系數(shù) K /cmgs 1.30 允許關(guān)閉速度 [u] cm/s [u]≤ 12 最大升程 h cm h≈ 0.2 比值 h/ d h/ d=0.1 0.1 當(dāng)量系數(shù) 由d/d=0.1，查得=2.4 2.4 系數(shù) K K= 0.128 系數(shù) K 1.03 系數(shù) K K=0.684Kk() 9.018 彈簧初始安裝力 F g []G 1506 系數(shù) K 60 彈簧剛度 C g/cm C=G 5070 彈簧最大工作力 F g F= F+Ch 2520 閥上最大載荷 F g FF+(1-)G 2538 彈簧中經(jīng) D mm 按結(jié)構(gòu)選取 22 彈簧指數(shù) C 查表 11 彈簧曲度系數(shù) K 查表 1.13 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 [] kg/mm 查表，按65Mn鋼絲取 30 鋼絲直徑 d mm d≥1.6 2 剪切彈性模量 G kg/mm 8000 彈簧工作圈數(shù) I 圈 i= 7.5 彈簧總?cè)?shù) i 圈 i=i+(1.5-2) 9 彈簧節(jié)距 t mm t==4.8 5 自由高度 H mm H=(t-d)i+( i-0.5)d 39 安裝高度 H mm H=H-10 F/C 36 鋼絲展開長 L mm L= i 554.1 4.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1.3泵閥強(qiáng)度校核 A.閥板與閥座密封面比壓校核 略去閥板在關(guān)閉時(shí)的彈簧力F和介質(zhì)中重量（1-）G； 則比壓 p=≤[p] 式中 [p]——材料的允許比壓，kg f/cm； 不銹鋼的[p]=300-800 B.閥板彎曲強(qiáng)度校核 閥板按靜壓作用校核彎曲強(qiáng)度。對于錐形閥可簡化成周邊自由支承的，受均布載荷p的平板，即： [] 式中 ——在閥板中心最大彎曲應(yīng)力，kg f/cm； p——泵的排壓與吸入壓之差，kg f/cm；180 ——閥板材料許用彎曲應(yīng)力，kg f/cm； 不銹鋼 =1000-1200 第5章 運(yùn)動(dòng)仿真 5.1 C語言程序簡介 C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。C語言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)。它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位（bit）一級(jí)的操作。由于C語言實(shí)現(xiàn)了對硬件的編程操作，因此C語言集高級(jí)語言和低級(jí)語言的功能于一體。既可用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，也適合于應(yīng)用軟件的開發(fā)。此外，C語言還具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此廣泛地移植到了各類各型計(jì)算機(jī)上，從而形成了多種版本的C語言。 5.2傳動(dòng)端運(yùn)動(dòng)及程序 #include <math.h> #include <graphics.h> #define PI 3.1415926 int xa=70,ya=270,xb,yb,xc,yc,xd=183,yd=270,xe,ye,xf,yf=75; double lalfa,lalfa1=360.0; double lab=50.5,lbc=108.75,lcd=112.5,lad=112.5,lde=225,lef=315,lb=195; double A,B,C,ac,a3,omiga1=5.236,omiga2,omiga3,omiga4,sc,vc; double alfa1,alfa2,alfa3,alfa4,alfa5; double ab=67.5,bc=145,cd=150,ad=150,de=300,ef=420,b=260; int alfa=0,l=300,m=100,xxc,yxc,xvc,yvc,xac,yac; /***************************************************************************/ void set_angle() {lalfa1-=10; if(lalfa1<0) lalfa1=lalfa1+360; lalfa=PI*lalfa1/180; } void draw_link() {int i; float A,B,C,l; double thita,gama; A=ad-ab*cos(lalfa); B=-ab*sin(lalfa); C=(A*A+B*B+cd*cd-bc*bc)/(2*cd); thita=2*atan((B+sqrt(A*A+B*B-C*C))/(A-C)); if(thita<0) thita+=PI; xb=(int)(lab*cos(lalfa))+xa; yb=ya-(int)(lab*sin(lalfa)); xc=xd+(int)(lcd*cos(thita)); yc=yd-(int)(lcd*sin(thita)); gama=thita-0.5; xe=(int)(lde*cos(gama))+xd; ye=yd-(int)(lde*sin(gama)); l=lde*sin(gama)-lb; xf=(int)(sqrt(lef*lef+l*l))+xe; setbkcolor(BLUE); setcolor(RED); setlinestyle(0,0,3); moveto(xa,ya); lineto(xb,yb); lineto(xc,yc); lineto(xd,yd); lineto(xe,ye); lineto(xf,yf); line(xc,yc,xe,ye); setcolor(15); setlinestyle(0,0,0); circle(xa,ya,5); floodfill(xa,ya,WHITE); circle(xd,yd,5); floodfill(xd,yd,WHITE); circle(xb,yb,3); floodfill(xb,yb,WHITE); circle(xc,yc,3); floodfill(xc,yc,WHITE); circle(xe,ye,3); floodfill(xe,ye,WHITE); moveto(xa,ya); lineto(xa-10,ya+10); lineto(xa+10,ya+10); lineto(xa,ya); line(xa-15,ya+10,xa+15,ya+10); for(i=4;i<=30;i+=4) line(xa-15+i,ya+10,xa-15+i-3,ya+15); moveto(xd,yd); lineto(xd-10,yd+10); lineto(xd+10,yd+10); lineto(xd,yd); line(xd-15,yd+10,xd+15,yd+10); for(i=4;i<=30;i+=4) line(xd-15+i,yd+10,xd-15+i-3,yd+15); bar((xf-10),(yf+6),(xf+10),(yf-6)); line(375,yf+6,640,yf+6); for(i=0;i<260;i+=8) line(380+i,yf+6,380+i-3,yf+11); /*line(0,310,640,310); line(200,0,200,480);*/ } void set_text() {setcolor(YELLOW); settextstyle(4,0,5); /* outtextxy(180,200,"MADE BY SPHINX!");*/ outtextxy(250,250,"2000.5.18"); } links() {int graphdriver=VGA,graphmode=VGAMED; initgraph(&graphdriver,&graphmode," "); do {setactivepage(1); clearviewport(); set_angle(); draw_link(); set_text(); setvisualpage(1); setactivepage(0); clearviewport(); set_angle(); draw_link(); set_text(); setvisualpage(0); }while(!kbhit()); getch(); closegraph(); } /**************************************************************************/ set_c() {A=ad-ab*cos(alfa1); B=-ab*sin(alfa1); C=(A*A+B*B+cd*cd-bc*bc)/(2*cd); alfa3=2*atan((B+sqrt(A*A+B*B-C*C))/(A-C)); if(alfa3<0) alfa3+=PI; alfa2=atan((B+cd*sin(alfa3))/(A+cd*cos(alfa3))); if(alfa2<0) alfa2+=PI; omiga3=omiga1*(ab*sin(alfa1-alfa2))/(bc*sin(alfa3-alfa2)); omiga2=-omiga1*(ab*sin(alfa1-alfa3))/(cd*sin(alfa2-alfa3)); alfa4=alfa3-0.5236; alfa5=asin((b-de*sin(alfa4))/ef)+2*PI; if(alfa5<0) alfa5+=PI; omiga4=-(de*omiga3*cos(alfa4))/(ef*cos(alfa5)); a3=(bc*omiga2*omiga2+ab*omiga1*omiga1*cos(alfa1-alfa2)-cd*omiga3*omiga3*cos(alfa3-alfa2))/(cd*sin(alfa3-alfa2)); xc=(de*cos(alfa4)+ef*cos(alfa5))/2; vc=-((-de*omiga3*sin(alfa4-alfa5))/cos(alfa5))/10; ac=(-(de*(a3*sin(alfa4-alfa5)+omiga3*omiga3*cos(alfa4-alfa5))+ef*omiga4*omiga4)/cos(alfa5))/100; } draw_x() {int i; setcolor(WHITE); line(0,l,640,l); line(m,0,m,480); line(360+m,0,360+m,480); line(m,0,m-8,20); line(m,0,m+8,20); line(640,l,620,l-8); line(640,l,620,l+8); for(i=m;i<=620;i+=30) line(i,l,i,l+6); xxc=(int)(alfa+m); yxc=-(int)(70-xc); /*if(yxc<64) yxc=yxc+64; if(yxc>64) yxc=yxc-64;*/ setcolor(RED); lineto(xxc,yxc); } draw_v() {xvc=(int)(alfa+m); yvc=(int)(l-vc); setcolor(YELLOW); lineto(xvc,yvc); } draw_a() {xac=(int)(alfa+m); yac=(int)(l-ac); setcolor(GREEN); lineto(xac,yac); } chart() {int graphdriver=VGA,graphmode=VGAHI; initgraph(&graphdriver,&graphmode," "); moveto(m,l); setbkcolor(BLACK); do {alfa1=alfa*PI/180; set_c(); draw_x(); alfa=alfa+1; }while(alfa<=540); moveto(m,l); alfa=0; do {alfa1=alfa*PI/180; set_c(); draw_v(); alfa=alfa+1; }while(alfa<=540); moveto(m,l); alfa=0; do {alfa1=alfa*PI/180; set_c(); draw_a(); alfa=alfa+1; }while(alfa<=540); setfillstyle(1,RED); bar(5,450,25,460); settextstyle(0,0,2); setcolor(RED); outtextxy(30,446,"displacement"); setfillstyle(1,YELLOW); bar(240,450,260,460); settextstyle(0,0,2); setcolor(YELLOW); outtextxy(265,446,"velocity"); setfillstyle(1,GREEN); bar(410,450,430,460); settextstyle(0,0,2); setcolor(GREEN); outtextxy(435,446,"acceleration"); setcolor(WHITE); line(m,0,m,480); setlinestyle(3,0,1); line(m,64,m+255,64); line(m,216,m+45,216); line(m,225,m+120,225); settextstyle(0,0,0); outtextxy(m-45,64,"570(x)"); outtextxy(m-45,216,"270(x)"); outtextxy(m-45,225,"856(v)"); outtextxy(m-60,430,"-1545(v)"); /*******drawzb******/ outtextxy(m-6,l+8,"0"); outtextxy(m+24,l+8,"30"); outtextxy(m+54,l+8,"60"); outtextxy(m+84,l+8,"90"); outtextxy(m+114,l+8,"120"); outtextxy(m+144,l+8,"150"); outtextxy(m+174,l+8,"180"); outtextxy(m+204,l+8,"210"); outtextxy(m+234,l+8,"240"); outtextxy(m+264,l+8,"270"); outtextxy(m+294,l+8,"300"); outtextxy(m+324,l+8,"330"); outtextxy(m+354,l+8,"360"); outtextxy(m+384,l+8,"390"); outtextxy(m+414,l+8,"420"); outtextxy(m+444,l+8,"450"); outtextxy(m+474,l+8,"480"); outtextxy(m+504,l+8,"510"); setlinestyle(0,0,0); /*line(355,0,355,480); line(145,0,145,480);*/ getch(); closegraph(); } /***********************************************************************/ double vac,valfa1,valfa2,vomiga1=5.236,vomiga2,vxc,vvc; double vab,vbc,vb; int vjust,valfa=0,vl=300,vm=100,vxxc,vyxc,vxvc,vyvc,vxac,vyac; vset_c() {valfa2=asin((vb-vab*sin(valfa1))/vbc); /* if(alfa2<0) alfa2+=PI;*/ vomiga2=-vomiga1*vab*cos(valfa1)/(vbc*cos(valfa2)); vxc=(vab*cos(valfa1)+vbc*cos(valfa2))/2; vvc=(-vomiga1*vab*sin(valfa2-valfa1)/cos(valfa2))/10; vac=((-vab*vomiga1*vomiga1*cos(valfa1-valfa2)+vbc*vomiga2*vomiga2)/cos(valfa2))/50; } vdraw_x() {int i; setcolor(WHITE); line(0,vl,640,vl); line(vm,0,vm,480); line(360+vm,0,360+vm,480); line(vm,0,vm-8,20); line(vm,0,vm+8,20); line(640,vl,620,vl-8); line(640,vl,620,vl+8); for(i=vm;i<=620;i+=30) line(i,vl,i,vl+6); vxxc=(int)(valfa+vm); if(vjust==1) vyxc=-(int)(vl-vxc); if(vjust==2) vyxc=-(int)(70-vxc); /*if(yxc<64) yxc=yxc+64; if(yxc>64) yxc=yxc-64;*/ setcolor(RED); lineto(vxxc,vyxc); } vdraw_v() {vxvc=(int)(valfa+vm); vyvc=(int)(vl-vvc); setcolor(YELLOW); lineto(vxvc,vyvc); } vdraw_a() {vxac=(int)(valfa+vm); vyac=(int)(vl-vac); setcolor(GREEN); lineto(vxac,vyac); } vchart() {int graphdriver=VGA,graphmode=VGAHI; printf("Please Chose The 1:L1=150,L2=955.5,b=0, omiga1=50r/min\n"); printf(" or 2:L1=101,L2=433,b=260, omigal=50r/min\n"); printf("HaHa,Which one do you chose??? :-)\n"); scanf("%d",&vjust); if(vjust==1) {vab=150;vbc=955.5;vb=0;} if(vjust==2) {vab=101;vbc=433;vb=260;} initgraph(&graphdriver,&graphmode," "); moveto(vm,vl); setbkcolor(BLACK); valfa=0; do {valfa1=valfa*PI/180; vset_c(); vdraw_x(); valfa=valfa+1; }while(valfa<=540); moveto(vm,vl); valfa=0; do {valfa1=valfa*PI/180; vset_c(); vdraw_v(); valfa=valfa+1; }while(valfa<=540); moveto(vm,vl); valfa=0; do {valfa1=valfa*PI/180; vset_c(); vdraw_a(); valfa=valfa+1; }while(valfa<=540); setfillstyle(1,RED); bar(5,450,25,460); settextstyle(0,0,2); setcolor(RED); outtextxy(30,446,"displacement"); setfillstyle(1,YELLOW); bar(240,450,260,460); settextstyle(0,0,2); setcolor(YELLOW); outtextxy(265,446,"velocity"); setfillstyle(1,GREEN); bar(410,450,430,460); settextstyle(0,0,2); setcolor(GREEN); outtextxy(435,446,"acceleration"); setcolor(WHITE); line(vm,0,vm,480); /*setlinestyle(3,0,1); line(m,64,m+255,64); line(m,216,m+45,216); line(m,225,m+120,225);*/ settextstyle(0,0,0); /*outtextxy(m-45,64,"570(x)"); outtextxy(m-45,216,"270(x)"); outtextxy(m-45,225,"856(v)"); outtextxy(m-60,430,"-1545(v)");*/ /*******drawzb******/ outtextxy(vm-6,vl+8,"0"); outtextxy(vm+24,vl+8,"30"); outtextxy(vm+54,vl+8,"60"); outtextxy(vm+84,vl+8,"90"); outtextxy(vm+114,vl+8,"120"); outtextxy(vm+144,vl+8,"150"); outtextxy(vm+174,vl+8,"180"); outtextxy(vm+204,vl+8,"210"); outtextxy(vm+234,vl+8,"240"); outtextxy(vm+264,vl+8,"270"); outtextxy(vm+294,vl+8,"300"); outtextxy(vm+324,vl+8,"330"); outtextxy(vm+354,vl+8,"360"); outtextxy(vm+384,vl+8,"390"); outtextxy(vm+414,vl+8,"420"); outtextxy(vm+444,vl+8,"450"); outtextxy(vm+474,vl+8,"480"); outtextxy(vm+504,vl+8,"510"); setlinestyle(0,0,0); /*line(355,0,355,480); line(145,0,145,480);*/ getch(); closegraph(); } /******************************************************************/ int xx1=100,yy1=150,xx2,yy2,xx3,yy3=150; double _alfa=0,_alfa1; double _ab=50,_bc=320,_b; void _setangle() {_alfa+=10; if(_alfa>360) _alfa=_alfa-360; _alfa1=PI*_alfa/180; } void _drawlink() {double l,i; xx2=(int)(_ab*cos(_alfa1))+xx1; yy2=yy1-(int)(_ab*sin(_alfa1)); l=2*_ab*cos(_alfa1); xx3=(int)((l+sqrt(l*l-4*(_ab*_ab-_bc*_bc)))/2)+xx1; setbkcolor(BLUE); setcolor(RED); setlinestyle(0,0,3); moveto(xx1,yy1); lineto(xx2,yy2); lineto(xx3,yy3); setcolor(15); setlinestyle(0,0,0); lin