畢業(yè)論文《離心、震蕩機三維立體結構設計》

1、南京理工大學畢業(yè)設計說明書（論文）作者：學號：學院係）：機械工程學院專業(yè)：機械工程及自動化題目：離心、震蕩機三維立體結構設計指導者：講師評閱者：畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要通過對離心機和震蕩機功能和結構的分析和研究制定了設備的總體設計方 案。首先確定了用來實現(xiàn)離心功能的機構設計:根據(jù)方案要求選取了合適的電動機 規(guī)格和型號，并且設計了電機到作業(yè)平臺的傳動軸，同時對與傳動軸相關的聯(lián)軸 器、軸承的設計和選擇。確定了震蕩的實現(xiàn)方法。采用了一套垂直擾動機構，設 計了一套壓桿門動復位裝置。設計過程屮對整機的傳動機構實適了參數(shù)計算、驗 算及校核，確保整機機械性能的可靠性，利用pro/e軟件caxa軟件進行

2、結構設計, 以使整個零部件在空間布置更趨合理，整機結構更趨緊湊和人性化。關鍵詞離心震蕩結構設計傳動畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要titlethree-dimensinal structrue design ofcentrifugal/concussion machineabstractthrough the centrifuge and shock machine functions and structure analysis and research of the equipment for overall design scheme. first identified used to r

3、ealize the function of centrifugal mechanism design: according to the requirements of selecting the appropriate solutions， and motor design specifications and typcs of the motor shaft to work platform, and the shaft coupling and related design and seiection of the bearing.determine the realization m

4、ethod of the concussion. using a set of vertical disturbance, a set of automatic reset device lever. the design process of the transmission mechanism implemented parameter calculation, calculation and check and ensure the reliability of the mechanical propertics of the pro/e, using caxa soft ware st

5、ructure desig n soft ware, in order to make the parts in lhe space is decorated more reasonable, the whole structure more tightening bad humanization.keywords centrifugal shock structure design目錄目錄11引言11. 1離心震蕩機簡介11. 2離心機的發(fā)展狀況 12離心震蕩機的技術領域32. 1 離心、震蕩322 離心323震動33離心震蕩機的總體設計53. 1設計方案的確定53.1. 1離心驅動方式的選

6、擇53.1.2聯(lián)軸器的選擇53. 1.3 主軸軸承的選擇63.2傳動方案的確定83.3垂直擾動機構方案的確定 93.4垂直擾動機構復位方案的確定 94主要零部件的設計與計算114. 1傳動設計114. 1. 1電動機的選擇114.1.2傳動軸的設計與校核114. 2 離心特性計算184.3復位彈簧的設計215零部件的三維設計235. 1 機架的設計235.2試管架結構的設計255.3試管套結構的設計255.4彈簧減震片結構設計265.5主軸殼體設計275.6震蕩機構機架設計285.7垂直擾動機構的設計295.8離合器的設計315.9整機的三維設計321引言在現(xiàn)代t業(yè)屮，離心分離技術已經(jīng)越來越重

7、要。這不僅由丁離心機和其他機械相 比，可得到含濕量低的固相和髙純度液相，而且可以減輕勞動強度，改善勞動條件， 并口具有連續(xù)運轉，自動控制，占地面積小等優(yōu)點。震蕩機在這方面更是如此，而且 兩者現(xiàn)結合起來的裝備更是能在化學工業(yè)，醫(yī)療衛(wèi)生，科學研究等諸多方面發(fā)揮巨大 的作用，特別是隨著環(huán)保、能源和生物醫(yī)藥工程的發(fā)展，更促使了我國離心分離技術 的迅速發(fā)展。本說明書通過淺述離心震蕩機再生產(chǎn)和生活屮實際意義。明確了本課題 的研究方法，即通過autocad以及pro/e對離心震蕩機進行科學的三維設計。1. 1離心震蕩機簡介離心分離是通過離心機的高速運轉，使離心加速度超過重力加速度的成千上萬倍 而使沉降速度增

8、加，以加速藥業(yè)屮雜質沉淀并除去的一種方法。其原理是利用混合液 密度差來分離料液，比較適合于分離含難于沉淀過濾的細微?；蛐鯛钗锏膽腋∫骸Ｕ?蕩是通過使試管來回擺動一定角度，從而使不同種類或不同密度的溶液充分混合，來 實現(xiàn)化學反應或調配不同濃度或密度的溶液。原理比較簡單o1. 2離心機的發(fā)展狀況隨著離心機的構造和離心方法的不斷改進，離心機也得到了很好的發(fā)展，構造的 改進提高了轉速，加快了共走時間，提高了t作效率。離心轉子(轉頭)的種類不斷 改進和增加；控制的自動化程度不斷提高；機體外型朝著美觀、實用、小型化的方向 發(fā)展；最大的進步是離心方法的不斷豐富和發(fā)展；使離心機的應用范圍不斷的擴大。雖然離心機

9、在構造和離心上都已經(jīng)比較完善了，但對離心技術的要求，仍然好友 很人的發(fā)展空間。(1) 、可以進一步提高離心機轉速，作為研究人體科學的基本實驗，技術需求有 超高轉速的新型離心機問世，h前我國只生產(chǎn)6萬轉/分以下的離心機，發(fā)達國家的 超高速離心機的轉速最高為120000轉/分。(2) 、是改進速度控制方法，部分廠商已將變頻電機和微型計算機控制引入了離 心機的制造中，使轉速和溫度及正空度的控制達到了人機對話的實射檢測工作狀態(tài)， 并具有超速、過流及超溫報警功能。（3）延長離心機的工作時間，在硬件構造上得到了可靠的保證，由連續(xù)工作兒 分鐘達到了一般工作5小時，最長可達99小時2（4）,轉頭的改進。轉頭改

10、進表現(xiàn)在種類和材質上，曲于種類的不斷增加，使轉 頭的種類達10余種，可分別適合分離、提純、制造和分析等多種場合，材質由高強 鋁合金發(fā)展成鈦合金，玻璃鋼等多種，使其耐用性和壽命大有提高。（5）,是微機的應用。微機技術的應用使離心機的轉速由數(shù)萬提高到數(shù)十萬，且 能保持運轉條件不變；較方便的實現(xiàn)程序控制，即可延時，游客分步操作；可對運行 情況盡心檢測、判斷、儲存、顯示。模擬計算、打卬等多功能的現(xiàn)代化管理，把離心 機性能特點更加完善化2離心震蕩機的技術領域2. 1離心、震蕩采用傳統(tǒng)的電機帶動試管架旋轉從而實現(xiàn)溶液的沉淀，震蕩方式采用在數(shù)值方向 上制作一個擾動機構，來使試管架小角度上下移動，從而實現(xiàn)溶液

11、的混合。2. 2離心離心機是利用離心力，分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機 械。離心機主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或將乳濁液中兩種密度不 同，乂互不相溶的液體分開（例如從牛奶中分離出奶油）；它也可用于排除濕固體中的 液體，例如用洗衣機甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機還可分離不同密度的氣體混 合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心 機還可對固體顆粒按密度或粒度進行分級，2. 3震動震動的實現(xiàn)必須使試管上下有一定角度的震動，這種震動可以由機械方法實現(xiàn)， 也可以有電磁方式實現(xiàn)，用機械方式實現(xiàn)時，由于試管架是水平放置，靜止時并且與 水平方

12、向有一定的角度向下傾斜，所以可以用一個豎直方向放置的打幾塊來敲擊試管 使試管上下擺動，也可以考慮使試管低速旋轉，在試管旋轉的軌跡上做一個斜面，試 管經(jīng)過斜面時會經(jīng)過斜面有一個向上的擺動。用電磁方式實現(xiàn)時，可以考慮在試管轉過的某塊區(qū)域內上下放置兩塊電磁鐵，通 過控制電磁鐵的通短，使試管上下擺動。通過比較，最厲選擇用第一種方式來實現(xiàn)。3離心震蕩機的總體設計3.1設計方案的確定畢業(yè)設計設計任務書給定的設計要求：1）設計對象：離心、震蕩機；2）設計對象的技術要求：功率：120w轉速：0300r/min整機外觀尺寸:500*500*500 （mm）操作對象：普通試管（直徑812mm，長度150mm）3.

13、1. 1離心驅動方式的選擇離心驅動方式可以由以下兒種方式選擇：在離心機的驅動技術上，國內與國外有較大的羞異，同時進口設備又有多達56 種不同的驅動方式。國內離心機驅動方式通常比較單一，采用最多的驅動方式為雙電 機結果，即一臺電機（通常為變頻電機）通過皮帶直接驅動轉鼓產(chǎn)生轉動，另一臺電 機通過減速器（差速器）驅動螺旋。而進口設備中往往可捉供除常用的雙電機系統(tǒng)驅 動方式外，還有多種驅動的選擇。單電機驅動方式：即一臺電機通過主皮帶輪驅動轉鼓，次級皮帶驅動差速器的軸, 從而產(chǎn)生差轉速，調整速查時需要停機進行，屬于簡單驅動方式；或差速器輸入軸固 定，轉鼓由單電機驅動；還有一種單電機驅動方式，如阿法拉伐（

14、alfa laval）公司 與國內少數(shù)廠家采用單電機驅動主轉鼓產(chǎn)生轉動，通過電磁渦流差速器產(chǎn)生差速，這 是一種制動的驅動方式，類似于剎車裝置，產(chǎn)生負差速，優(yōu)點是控制方便、節(jié)約能源, 缺點是推料扭矩小。還有一種常見驅動方式是采用液壓驅動，即轉鼓及螺旋分別由獨立的液壓驅動系 統(tǒng)（或轉鼓由變頻電機直接驅動），具有其他驅動方式所不可比擬的優(yōu)點：更大的驅 動扭矩（通?？蛇_幾千幾萬nm,是普通電機驅動的2、4倍）從結構形式的合理性、制造成本及淸理效果等方而綜合考慮，選擇直流電機驅動 方式3.1.2聯(lián)軸器的選擇常用的精密的聯(lián)軸器有：彈性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器， 剛性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器特點：1

15、彈性聯(lián)軸器(1) 一體成型的金屬彈性體；(2)零凹轉間隙、可同步 運轉；(3)彈性作用補償徑向、角向和軸向偏差；(4)高扭矩剛性和卓越的靈敏度;(5) 順時針和逆時針回轉特性完全相同；(6)免維護、抗油和耐腐蝕性；(7)有鋁 合金和不銹鋼材料供選擇:(8)固定方式主要有頂絲和夾緊兩種。2膜片聯(lián)軸器(1) 高韌性、高轉矩、低慣性；(2)采用環(huán)形或方形彈性不銹鋼片變形；(3)人扭矩承載, 高扭矩剛性和卓越的靈敏性；(4)零凹轉間隙、順時針和逆時針回轉特性相同；(5) 免維護、超強抗油和耐腐蝕性；(6)雙不銹鋼膜片可補償徑向、角向、軸向偏差，單 膜片則不能補償徑向偏差。3、波紋聯(lián)軸器(1)無齒隙、扭

16、向剛性、連接可靠、耐腐 蝕性、耐高溫；(2)免維護、超強抗油，波紋管型結構補償徑向、角向和軸向偏差， 偏差存在的情況下也可保持等速運動；(3)順時針和逆時針冋轉特性完全相同；(4) 波紋管材質有磷青銅和不銹鋼供選擇；(5)可適合于精度和穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)。4、滑塊聯(lián)軸器(1)無齒隙的連接，用于小扭矩的測量傳動結構簡單；(2)使用方便、 容易安裝、節(jié)省時間、尺寸范圍廣、轉動慣量小，便于目測檢查；(3)抗油腐蝕，可 電氣絕緣，可供不同材料的滑塊彈性體選擇；(4)軸套和中間件z間的滑動能容許人 徑向和角向偏差，中間件的特殊凸點設計產(chǎn)生支撐作用，容許較大的角度偏差，不產(chǎn) 生彎曲力矩，軸心負載荷降至最

17、低。6、剛性聯(lián)軸器(1)重量輕，超低慣性和高靈敏 度了 (2)免維護，超強抗油和耐腐蝕性；(3)無法容許偏心，使用時應讓軸盡量外 漏(4)主體材質可選鋁合金或不銹鋼；固定方式有夾緊、頂絲固定。從結構的合理性、制造成木以及效果等方面綜合考慮，選擇第一種彈性聯(lián)軸器。3.1.3主軸軸承的選擇(1) 、深溝球軸承:深溝球軸承結構簡單，使用方便，是生產(chǎn)批量最大，應用 范圍最廣的一類軸承。它主要用一承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷。當軸承 的徑向游隙加大時，具有角接觸軸承的功能，可承受較大的軸向載荷。與尺寸相同 的其他類型軸承比較，此類軸承摩擦因數(shù)小，極限轉速高。在轉速較髙不宜采用推 理球軸承的情況下

18、可用該類軸承承受純軸向載荷。(2) 、調心球軸承：調心球軸承有兩列剛求，內圈有兩條滾道，外圈滾道為內球 面形，具有自動調心的性能。可以自動補償由于軸的饒曲和売體變形產(chǎn)生的同軸度誤 差，適用于支承座孔不能保證嚴格同軸度的部件中。該中軸承主要承受徑向載荷，在 承受徑向載荷的同時，亦可承受少量的軸向載荷，通常不用于承受純軸向載荷，如承 受純軸向載荷，只有一列剛球受力。(3) 、角接觸球軸承：角接觸球軸承極限轉速較高，可以同時承受經(jīng)向載荷和 軸向載荷，也可以承受純軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角 決定，并隨接觸角增 大而增大。單列角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向載荷，在承受經(jīng)向載荷時，冋 引起附加軸

19、向力，必須施向響應的反向載荷，因此，該種軸承一般都成對使用。雙列 角接觸球軸承能承受教大的以經(jīng)向載荷為主的經(jīng)向，軸向雙向聯(lián)合載荷和力炬載荷， 它能限制軸或雙殼雙向軸向位移，接觸角為30度。成對安裝角接觸軸樂能抽手以經(jīng) 向載荷為主的經(jīng)向，軸向聯(lián)合載荷，也可以承受純經(jīng)向載荷，串聯(lián)配置只能承受單一 方向軸向載荷，其它兩種配置則可承受任一方向的軸向載荷。這種類型的軸承一般由 生產(chǎn)廠商選配組合后成對提交用戶，安裝后有預壓過盈，套圈和剛球處于軸向預加載 荷狀態(tài)，因而提高了整組軸承作為單個支承的支承剛度和旋轉精度。(4) 、圓柱滾子軸承圓柱：滾子軸承的滾子通常由一個軸承套圈的兩個擋邊引導, 保持架滾子和引導

20、套圈組成一組合件，可與另一個軸承套圈分離，屬于可分離軸承。 此種軸承安裝，拆卸比較方便，尤其是當要求內.外圈與軸.殼體都是過盈配合時更顯 示優(yōu)點。此類軸承一般只用于承受徑向載荷，只有內外圈均帶描邊的單列軸承可承 受較小的定常軸向載荷或較大的間歇軸向載荷。與外形尺寸相同的深溝球軸承相比， 此種軸承具有較大的徑向載荷能力。但對于此類軸承配合的軸殼體孔等相關零件的 加工要求較高。(5) 、調心滾子軸承：調心滾子軸承句有兩列滾子，主要用于承受徑向載荷，同 時也能承受任一方向的軸向載荷。該種軸承徑向載荷能力高，特別適用于重載或振動 載荷下工作，但不能承受純軸向載荷；調心性能良好，能補償同軸承誤差。(6)

21、 、圓錐滾子軸承：圓錐滾子軸承主要于承受以徑向載荷為主的徑向與軸向聯(lián) 合載荷，而人錐角圓錐滾子軸承可以用于承受以軸向載荷為主的徑，軸向聯(lián)合載荷。 此種軸承為分離型軸承，其內圈(含圓錐滾子和保持架)和外圈可以分別安裝。在安 裝和使用過程中可以調整軸承的經(jīng)向游隙和軸向游隙，也可以預過盈安裝。(7) 、推力球軸承：力球軸承是一種分離型軸承，軸圈'座圈可以和保持架'剛 球的組件分離。軸圈是與軸相配合的套圈，坐圈是與軸承座孔相配合的套圈，和軸z 間有間隙。推力球軸承只能抽手軸向負荷，單向推力球軸承只能承受一個房間的軸向 負荷，雙向推力球軸承可以承受兩個方向的軸向負荷。推力球承受不能限制軸

22、的經(jīng)向為移，極限轉速很低。單向推力球軸承可以限制軸和殼體的一個方向的軸向位移，雙 向軸承可以限制兩個方向的軸向位移。（8）、推力滾了軸承：力調心滾了軸承用于承受軸向載荷為主的軸經(jīng)向聯(lián)合載 荷，但經(jīng)向載荷不得超過軸向載荷的55%。與其它推力滾子軸承相比，此種軸承摩擦 因數(shù)較低，轉速較高，并具有調心能力。（9）、滾針軸承：針軸承裝有細而長的滾子 （滾子氏度為直徑的：t10倍，直徑一般不人于5mm）,因此徑向結構緊湊，其內徑尺 寸和載荷能力與其他類型軸承相同時，外徑最小，特別適用與徑向安裝尺寸受限制的 支承結構。根據(jù)使用場合不同，可選用無內圈的軸承或滾針和保持架組件，此時與軸 承相配的軸頸表面和外殼

23、孔表面直接作為軸承的內.外滾動表面，為保持載荷能力和 運轉性能與有套圈軸承相同，軸或外殼孔滾道表面的硬度.加工精度和表面和表面質 量應與軸承套圈的滾道相仿。此種軸承僅能承受徑向載荷。綜上所述，以及本設計的要求和冃的，選擇圓錐滾子軸承。3.2傳動方案的確定離心部分的傳動方案如下：翳滾子軸一-試管架彈行聯(lián)軸器圖3. 1離心傳動結構示意圖震動部分的傳動方案如下:/電機圖3. 2震蕩傳動結構示意圖3.3垂直擾動機構方案的確定為實現(xiàn)震蕩功能，木設計采用iih柄滑塊機構帶動一個垂直導桿，使垂直導桿實現(xiàn)往復的上下運動。具體的結構圖如下圖3. 3垂直擾動機構設計圖3.4垂直擾動機構復位方案的確定離心、震蕩機在

24、完成震蕩功能后，由于電機的停止位置是不確定的，所以如果垂直擾動機構的垂直導桿停留在下方，此時導桿就會影響試管從試管套中取出或者是插 入，為了解決此問題，就應設計一種機構，其作用是當震蕩完成時，此機構可以使垂 直導桿自動回復到垂直導軌不能干涉到試管的放取的位置。本設計所用的機構設計圖 如下銅套筒圖3. 4垂直導桿復位結構設計圖當垂直導桿停留在不希望停留的位置時，可經(jīng)過彈簧自動復位，但是曲柄搖桿機 構的曲柄軸直接與電機相連，彈簧要想口動復位，需要克服很大的扭矩，所以考慮在 電機軸和曲柄軸z間加裝一離合器，此離合器共有兩種狀態(tài)，即閉合和分開狀態(tài)，當 離合器處在閉合狀態(tài)時，離心震蕩機處在震蕩狀態(tài)，當離

25、合器處在打開狀時，離心震 蕩機處在離心或停機狀態(tài)。4主要零部件的設計與計算4.1傳動設計在上一章屮已經(jīng)討論過傳動方案的設計。本章將傳動部分的設計逐步實施。4. 1. 1電動機的選擇畢業(yè)設計設計任務書中已給定設計要求：1) 設計對象：離心、震蕩機；2) 設計對彖的技術要求：功率：120w轉速：0300r/min整機外觀尺寸：500*500*500 (mm)操作對彖：普通試管(直徑812mm,長度150mm)由此選定電動機型號。此設計對電動機的要求不是太高，功率在中型偏下左右，并且要求能夠無極變速，轉動時要求要轉動平穩(wěn)，載荷平穩(wěn)。查簡明機械設計手冊第640到667頁：cyb系列永磁直流電機75cy

26、b02電動機技術數(shù)據(jù)：得最大輸出功率120w,額定電流0. 09a,電流電阻402歐姆最 大線性工作轉速1000轉/分。4. 1.2傳動軸的設計與校核主耍設計與校核震蕩部分的軸，由于離心部分試管架所連接的軸只受到扭矩的 作用，所以比較容易設計與校核。而震蕩部分的傳動軸由于曲柄連桿機構的存在，所 以即存在扭矩存在彎矩。(1) 擬定軸上零件的裝配方案。擬定軸上的零件的裝配方案，就是預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互 關系，他是軸的結構設計的前提。它決定了軸的基本結構形式。木曲柄軸的基木結構形式如下圖所示。曲柄3圖4.1 111柄軸的基木結構圖（2）各軸段的直徑和長度的確定零件的定位及裝配方案

27、確定好以后，軸的大體形狀已基本確定。各軸段的直徑與 載荷有關。但初定軸徑時，軸所收的具體載荷還不能確定，由于軸所受扭矩通常在軸 的結構設計前已能求的，所以可根據(jù)軸所受扭矩佔算軸所需直徑dinino對于即受彎矩 乂受扭矩的軸，在軸的結構設計完成z前，通常不能確定支反力及彎矩的大小，這時 只能近似的按扭轉強度條件估算最小軸徑dmin,而用降低許用扭轉剪應力丫 的辦法 來補償彎矩對軸的強度的影響"。軸受扭矩時的強度條件為9.55 xlo6-0.2d3mpa(4. 1)式屮：rt軸的扭轉剪切應力，mpa；t軸所受的扭矩，nm叫3 wt軸的抗扭截面模量，mn?,對于實心圓軸，wt=d3/16&

28、#171;0.2d .p軸所傳遞的功率，kw；n軸的轉速，r/min；d軸的截面直徑，mm；rt許用扭轉剪應力，mpa。由上式可推出軸的直徑15x9.55x10vh n(4.2)式屮，a。=#5x9.55x106 /&為與材料和載荷情況有關的系數(shù)，具值可查機械設計手冊：q235-a20:158-135;45 鋼：135-106； 40cr>35simn> 42s訓n、 38simnmo： 106-97； lcrl8ni9ti： 147-124式中 p=120w；轉速 n«200r/mino帶入式4-2中可得du 16應當指出，當軸上開有鍵槽時，應增人軸徑以考慮鍵槽

29、對軸的削弱 的影響，一 般有一個鍵槽時軸徑增大3%,有兩個鍵槽時增大7%,然后 將軸徑元整為標準直 徑。經(jīng)元整后的軸徑為17o即 1 段直徑 1=17, w2二20,中3二23。d標準外形根據(jù)曲柄圓盤的后度為10可得ll=15,參考機械設計手冊p505,表15-25 可得，小徑為20的圓錐滾子軸承的型號為30204,其外形圖及尺寸為:圖4. 2圓錐滾子軸承的外形圖 型號為30204的圓錐滾了軸承的尺寸為：d=20d 二 47215. 25b=14rimin 一 r2min -丄 f3min =4min 1 °c=126z=12° 57 10' a 12安裝尺寸：dj

30、 =27 d2 =26 d3 =41 d4=43 a=2 a9 =3. 5 ra =1由此可以確定l2=20；參考機械設計手冊p581表17-17可得內徑為20的牙陝式離合器的基本參數(shù)。 參考機械設計手冊p181表7-2平鍵和鍵槽的剖面尺寸(gb/t 1095-2033 )、普通平鍵的類型和尺寸(gb/t1096-2003 )可得軸徑d為 17-22mm的鍵和鍵槽的尺寸。鍵的公稱標準尺寸：寬度b=6,高度h=6, c或r=0. 25-0.4,長度l二14-70,此處 選擇鍵長度為10o鍵槽的公稱標準尺寸：軸槽深t二3.5+0.10,轂槽深“二2.8+0.10,半徑 r=0. 16-0. 25

31、o參考機械設計手冊p184表7-4可得導線平鍵的基本尺寸以及其上的螺栓孔的 尺寸。由以上的牙嵌式離合器的長度以及導向鍵槽的基本尺寸可得l4=45o根據(jù)經(jīng)驗可選l3=12o(3) 軸的強度計算作岀曲柄搖桿機構的受力簡圖：圖4. 3曲柄搖桿機構的受力簡圖從圖屮可以看出曲柄軸所收的垂直于其的力r為一變力，并且此力r所產(chǎn)生的彎 矩是一個大小和方向成周期性變化的彎矩，變化特性參數(shù)r=-lo計算扭矩pt=9.55xl06-(4. 3)n式中：p軸所傳遞的功率，kw；n軸的轉速，r/min；計算可得t二48 n m根據(jù)圖4. 3可以看出當曲柄運動到接近接近豎直方向時r最大此時rq/二430n 畫出軸的受力簡

32、圖圖4. 3軸的受力簡圖根據(jù)軸的受力簡圖簡圖可以計算出兩個軸承反力r1和r2r1 二 rx（ll + l2）二258onl2r2= rix。二700nl2作彎矩圖圖4.4彎矩圖作扭矩圖圖4. 5扭矩圖作計算彎矩（當量彎矩）圖圖4. 6計算彎矩圖根據(jù)第三強度理論求出計算彎矩(當屋彎矩)mca,并作m“圖(如上圖)，m(、a計算公式如下:mg = jm2+(qt)2(4.4)式中，。是將扭炬折算為等效彎炬的折算系數(shù)，對于不同變化特性的扭炬，。要 取不同的值，對于對稱變化的扭矩取&二1,;對于脈動循環(huán)變化的扭矩，取僅0.6； 對于不變的扭矩取««0.3o可得mca =7m

33、2+(«t)2 =7m2+(°-3t)2 =34.2n>m校核軸的強度。在同-軸上各截面所受的載荷是不同的，設計計算時應針對某些危險截面(計算 彎矩人而直徑偏小的截面)進行強度計算(4.5)式中：w軸的抗彎截面模量，mm'對于實心圓軸，可有設計公式d>3mca(4.6)軸的抗彎截面模量計算公式可查閱機械設計基礎p456表h-4,危險截面處在l1段，l1段的抗彎模量d3 bt(d-1)2(4.7)w 二32 2d抗扭截面模量wt竺座工(4.8)16 2d可得 w二 682.8 mm3wt=1452.8mm3最后可得£：a =80mpascj二25

34、0mp&,校驗合格。4. 2離心特性計算離心時被離心的物體所受重力場與離心力場。慣性離心力場與重力場比較:®力場：立場強度：g方向：指向地心作用力：fg = mg離心力場：立場強度：u2t lr方向：沿旋轉半徑從中心指向外周2作用力：fc = m出一本設計屮離心部分的設計三維圖如下圖4. 7離心部分三維結構圖圖4. 8離心部分機構簡圖圖中的小方塊代表了試管套和試管的組合體的質心，由于試管的規(guī)格不一，以及 試管所裝的溶液的重量不一，所以此組合體的質心不能確定，但是可以估算此質心的 大體位置，由于試管所裝的溶液的體積最多裝試管體積的三分之一，所以取質心取在2距離試管底的三分之一處

35、，即if三厶總二120mm式中 =180mmor為試管架的半徑，r=60mm設小方塊的質量為ni,試管與試管架主軸的夾角為僅則小方塊所受的離心力耳二m(r + lsina)02小方塊所受重力g=mg所以 tana -_ m(r + lsinq)e2 _(r + lsin <z)692ana石mg整理式(4-11)可得 a =2arctan+ 魏-” r®rco2(4.9)(4. 10)(4. 11)(4. 12)可以看出是與e相關的數(shù)值，的取值范圍是0-5r/scc,可得q的取值范圍大 約為0-85° o由于試管在靜止時會停留在機架外套上邊緣，此時的&可以求出

36、，靜止時的離心結構尺寸圖如下：圖4. 9靜止時離心結構尺寸簡圖69靜止時的 a « arctan 一 « 58°43根據(jù)式4-11可以反推岀的計算公式(4. 13)g tan alsin a代入數(shù)據(jù)可得69 u 0.12rad/scc.由此可以算出離心時電機的轉速大于此轉速時，才不會與機架發(fā)生干涉。4.3復位彈簧的設計(1) 確定彈簧基本參數(shù)彈贊材料截面直徑d=3mm彈簧屮徑d=10mm彈贊有效圈數(shù)n二8壓縮彈簧口曲高度ho =30mm工作壓力估算取f二100n(2) 計算彈簧載荷確定材料查機械零件設計手冊第548頁，表12-3得材料切應力公式:(4. 14)“5

37、 8c ,t = k f = f7i d3兀十式中：f工作載荷(n)；d彈簧屮徑(mm)；d一材料直徑(mm)；k w度系數(shù);竺二+空旦1.144c-4 cc旋繞比;d 3r = f = 1.14x-x 100 = 322.72 mpattct7ix3-查機械零件設計手冊第549頁，表12-5,根據(jù)r = 322.72mpa,選擇65mn作為材料。(3) 完善彈簧參數(shù)查機械零件設計手冊第549頁，表12-4,硅猛鋼切變模量g為78xl03mpao彈簧變形星(最大)：xl00=27-35mm彈簧節(jié)距:間距：f = d +厶+ q =3 + + 0x3 = 6.72nmi n 186 = t d

38、= 6.72 3 = 3.72 mm螺旋角:t6.72a = arctan= arctan7rd7tx3o= 4.08°&取5°材料展開長度:"皿5cos a= x30x8 = 753.6 mm(4. 15)(4. 16)(4. 17)(4. 18)(4. 19)式中：九一最大工作載荷代作用下的彈簧變形量(nim)；易一余隙，一般取0.16/ (mm)；g切變模量(mpa)；一彈贊有效圈數(shù)；f工作載荷(n)；d彈簧中徑(mm)；cl一材料直徑(mm)；5零部件的三維設計5.1機架的設計根據(jù)要求進行機架的設計。底座底座的設計方案如圖5. 1。底座是整個機構的

39、構架，時整個機構的基礎，需要有 足夠的承載面積，同時還要有足夠的強度來承受整個機體的重量。利用pro/e進行三 維造型設計。圖5底座結構設計圖整個底座是用角鋼拼接而成，上面加裝一個平板，就構成了整個機構的承載面, 角鋼架拼接簡單，并且強度高，性能好。（1）電機承載機箱圖5. 2電機承載機箱結構設計圖電機承載機箱箱體仍然用角鋼拼接而成，上部加裝平板，平板中間開孔、開槽與法蘭式電機配合，所有連接處用螺栓連接。5.2試管架結構的設計試管架是連接試管套的機構，其三維造型圖如下:圖5. 3試管架結構設計圖試管架的結構如上圖所示，圓臺上用銃床銃出一個圓柱形突起，上面再銃出8根長方形柱體，何:個柱休上打出一

40、個3mm的銷孔，用來固定試管套。下面的軸與聯(lián)軸器相連。5.3試管套結構的設計試管套是裝試管裝置，出于試管是玻璃制造的，所以不能承受高強度的沖 擊和振動，所以試管套的材質選擇用鋁，并且內層套上一層減震裝置，可以選擇用一 層海綿或者橡膠。試管套的結構如下圖：圖5. 4試筲套結構設計圖試管套端口兩側銃出兩個平面，用來與試管架伸岀的長方體柱體配合，并r這兩 個平面z間的距離應略小于兩個長方形柱體z間的距離，這樣可以使試管套在夾塊中 間口由擺動。兩平面中間的氏方形突起是用來連接減震偏的平臺。5.4彈簧減震片結構設計考慮到垂直擾動機構中的豎直打擊塊在于試管套發(fā)生碰損時，由于試管套的壁厚 比較薄，打擊塊直接

41、碰撞到試管套套后，如果長時間如此的話，可能會使試管套變形，從而使試管的裝夾出現(xiàn)困難。所以一定要設計一個減震裝 置，來保護試管套。減震裝置的結構如下圖:圖5. 5減震裝置構設計圖減震片的平面與試管套的上平面用螺釘相連，當垂直敲擊塊打下來時，由于 減震片存在，打幾塊不會直接敲擊在試管套上，而是敲擊在減震片上，減震片會 產(chǎn)生一定變形量，從而能減輕沖擊變形。5.5主軸殼體設計主軸的外殼體主要是用來固定主軸，以及與主軸所連接的軸承，三維設計圖如下:圖5. 6主軸外殼設計圖由于試管套在開機或停機時與主軸外殼上邊緣產(chǎn)生摩擦，所以把上邊緣倒圓 角，防止試管套被主軸外殼上邊緣劃傷。5.6震蕩機構機架設計震蕩機構

42、機架是用來承載整個震蕩裝置的載體，初步構想此機架放置在電機外殼上，三維設計圖如下:圖5. 7震蕩裝置機架設計圖曲于此機架放置在電機機架上，所以機架的四個支柱在工作時不能被試管打到， 所以要計算試管在離心時所能達到的最人直徑，四個支柱所構成的矩形的對角線不能 小于試管掃過的最大半徑，否則將會出現(xiàn)危險。另一方面，還要保證試管在取放時可以口由的插入或拔出試管套，所以此支架要 給用戶留有足夠大的操作空間，設計時在頂部無支撐區(qū)域留出足夠大的空間以便用戶能夠方便的取岀試管，并且邊緣耍倒圓角，防止手部在作業(yè)時被劃傷。5.7垂直擾動機構的設計本設計采用垂直擾動設計來實現(xiàn)離心震蕩機的震蕩功能，具體的三維設計圖如

43、t：圖5. 8垂立擾動機構設計圖此垂直擾動機構是由電機帶動曲柄滑塊機構運動，從而使垂直導桿上下往復運動，垂直導桿運動到下方時，會與試管套上的緩沖彈簧片發(fā)生碰撞，也就 是圖中最下面的黃色緩沖彈簧片。進而使試管上下擺動。同時出于豎直導桿長時間與 機架上的導軌通道，也就是圖屮機架上突起的圓柱體不斷發(fā)生摩擦，會使導桿的磨損 和當嚴重，所以考慮在通道中增加一個銅制的套筒，也就是下圖中所示的結構：圖5. 9垂玄導桿防磨損銅套設計圖此結構如果磨損過度后，可以更換。5.8離合器的設計本設計中的離合器是震蕩功能中復位功能實現(xiàn)的重要一環(huán)，當離合器打開時電機 軸即與曲柄搖桿機構中曲柄軸斷開，豎直導桿上的彈簧就能自動復位，當離合器處于 閉合狀態(tài)時，電機主軸即與曲柄軸相連，從而就能實現(xiàn)震蕩功能。離合器的三維設計 圖如下：圖5. 10離合器的三維設計圖圖中右邊部分是可移動部分，與其相連的曲柄軸上安裝有導向平鍵，平鍵與軸用 螺釘相連，軸上相對分布兩個滑行平鍵，另外曲柄軸上配合相對分布的圓錐滾了軸承, 軸承外圈與機架相連。左邊部分是不可移動部分，其與軸通過普通平鍵相連。右半邊 離合器可以通過撥叉由手動控制，當其處在右邊時，兩軸即分離，彈簧即可復位；當 被撥于左邊與左半部分聯(lián)軸器相配合時，兩軸即實現(xiàn)相連。5.9整機的三維設計最終的整機pro/e三維立體造型如下圖所示:圖5.