柴油机试验台轴系传动及实验教学设计(附件)【字数：13011】
柴油机具有热效率高，扭矩大，功率适用范围广等特点，它本身是一种结构复杂，零件精密的机械。而柴油机的轴系会通过扭转振动来提供动力性能。但是当扭转振动达到峰值之后，则会产生共振现象，这时，柴油机的轴系就会受到损坏，从而影响到柴油机甚至是柴油机所在机械的性能。所以，设计出一个试验台来对柴油机轴系传动的各项性能进行测试是很有必要的。本文针对以上问题，进行了柴油机轴系传动试验台的设计。在设计过程中，先明确设计方向为柴油机轴系传动方向，然后在此基础上，初定出一个符合要求的方案，并对此方案可能出现的问题展开延伸，从而得到多个方案以供选择。对初步设计出的几种方案进行综合比较，选出其中的最佳方案，并在此基础上进行修改，确保其能够满足柴油机轴系传动的实验教学任务。试验台设计完成后，针对该试验台所涉及到的各个部件进行选型，在此过程中要保证各部件之间联接的紧密性和可靠性，也要使最终的柴油机轴系传动试验台能够符合要求。为了更直观的看到柴油机轴系传动试验台的效果，我选择了Pro/E软件来对该试验台进行三维建模。根据设计完成的柴油机轴系传动试验台，可以进行轴系传动方面的教学实验，比如柴油机轴系转速测量、柴油机轴功率测量等。关键词柴油机试验台；台架设计；轴系传动；实验教学
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2国内外研究现状及存在的问题 3
1.2.1国内外研究情况 3
1.2.2试验台架的研究 3
1.2.3存在的问题 4
1.3 课题研究的目的和意义 5
1.4本论文研究的主要内容 5
第二章 试验台的设计与搭建 7
2.1试验台的设计 7
2.1.1设计的基本原则 7
2.1.2试验台方案设计 8
2.2试验台工作原理与基本功能 8
2.2.1试验台工作原理 8
2.2.2试验台可以实现的功能 8
2.3柴油机试验的标准 8
第三章 试验台设备选型 8
3.1柴油机的选择 8
3.2测功机的选择 8
3.2.1 测功机的原理及结构 8
3.2.2测功机的架设 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 3.3减速器的选择 8
3.3.1 减速器的原理及作用 8
3.3.2型号选择 8
3.3.3减速器的安装方法 8
3.4传动轴组的选择 8
3.5 试验台基座的选择 8
3.6联轴器的选择 8
3.6.1 联轴器简介 8
3.6.2联轴器选择要求 8
3.7 试验台三维建模 8
3.7.1 建模软件的简单介绍 8
3.7.2 建模过程 8
第四章 试验台的相关实验教学 8
4.1轴系转速测量实验 8
4.1.1实验仪器 8
4.1.2实验内容 8
4.2柴油机扭振测量实验 8
4.2.1实验仪器 8
4.2.2实验内容 8
4.3轴系传动及轴功率测量实验 8
4.3.1实验仪器 8
4.3.2实验内容 8
4.4 实验总结 8
结论 8
致 谢 8
参 考 文 献 8
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
从一八七六年，柴油机的出现以来，柴油机就凭借着热效率高、适用范围比较大、相对质量小的特点，在全球的动力机械中有着非常巨大的份额，大规模的应用在民事经济以及军工设备之类的领域当中，特别是在汽车行业以及进出口货轮和油轮等轮船上，把柴油机作为动力已经成为了大家的共识。
柴油机是一种重要的动力机械，广泛应用于工农业生产中。柴油机具有零部件多、运动复杂、工作环境恶劣等特点。因此，柴油机出现故障的概率相对较高。如果柴油机某个部分发生故障，往往会导致停工停产，造成巨大的经济损失，有时甚至造成关键设备损坏，危及人身安全。由柴油机故障引起的大型事故等的频繁发生，促使人们想方设法来提高柴油机的质量，降低柴油机的故障率。虽然，从理论上完善柴油机的设计、从加工工艺上提高零部件的加工质量，进而提高柴油机的整机质量是确保柴油机正常工作的根本方法。但是，仅靠上述措施也很难保证柴油机工作中不出现故障。所以，研究柴油机试验台的方法和技术，并应用于故障诊断中，是一种降低因柴油机故障造成重大损失的有效方法。
随着对柴油机装置动力性、经济性和排放性能的要求的不断提高, 对试验台架的要求也越来越高。试验台架的自动化程度也越来越高, 试验系统也越来越复杂, 所用的测试设备和要完成的试验项目越来越多, 而周期则越来越短。因此, 要求柴油机试验台架具备通用性、灵活性和先进性等特点,柴油机及测试设备能快速拆装和组合。用于研究和开发的试验台架在测试设备安装方面费用要大一些, 而用于耐久性、可靠性试验的台架及产品出厂试验则要求台架简单, 使用寿命长。在测试技术方面前者设计的要点是多参数的测量及数据的通讯, 而后者的重点在于技术参数的监控[1]。由此, 不同用途的试验台架的设计是有差异的。本次课题所设计的柴油机轴系传动试验台架，对于台架在实验室中的摆放位置有比较严格的要求。柴油机试验台架室的尺寸, 一方面根据试验台架室的用途来确定, 另一方面则根据试验台架基础的尺寸(与台架的设计功率有关)和位置来确定。台架基础相对试验人员(观察窗)而言有3种方案, 即横向、纵向和斜向。横向(图11)布置可以获得宽广的视野, 有利于通过观察窗直接观察试验台架及柴油机的运行状态; 但对试验人员的安全性受到影响。纵向(图12)布置尽管在零部件从试验台架上飞出时不会伤及试验人员, 但不利于观察。现代试验台架布局的发展趋势是采用斜向(图13)的形式,这不仅兼顾了上述两种方式的优点, 而且通过相关配件和测试设备的合理布置,台架室的空间利用率也得以提高,这种设计方案还可以缩小实验室面积, 降低建筑成本[2]。至于试验台架的可见度,还可以用监视器来实现观察室监控。试验室的布局同时还应考虑到所有测试仪器设备的放置。试验室吊顶安装一台吊车, 负荷为1t一2t,手动或电动控制。
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图11 台架横向布置
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图12 台架纵向布置
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图13 台架斜向布置
1.2国内外研究现状及存在的问题?
1.2.1国内外研究情况
Sankar首先提出了一种解决方法，这种方法叫做复杂的轴系扭转振动传递矩阵方法。他提出的这种方法里包含了把复杂的轴系拆分成简单的个体，然后再依次对这些个体进行传递矩阵的建立，从而使复杂整体简单化。但是复杂的轴系所需要拆分成简单个体的工作量是十分巨大的，因此这个方法对复杂的轴系来说，依旧比较繁琐。之后Mitchell把Hibner提出来的关于轴横向振动的扭振分析办法加以修改和完善，在此基础上建立了多转子复杂轴系扭振的分析方法。他所完善的这个方法非常简单且有效，很容易就解决了复杂轴系的建模问题以及扭振分析问题[3]。之后，Blanding创作出了一个相关的计算机软件，这种软件将之前Mitchell所提出的解决复杂轴系扭振分析问题的方法具体化并完成了多轴响应。它包含了扭振、纵振以及横振三方面的响应。在以上方法的出现之后，国内外开始了自己的开发软件之路，用以解决船舶轴系的扭振测试问题。其中，国内不少科研机构和高校花费了许多的人力和物力，并开发出不少实用的软件，这些软件很多已经处在工程应用之中了。
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第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2国内外研究现状及存在的问题 3
1.2.1国内外研究情况 3
1.2.2试验台架的研究 3
1.2.3存在的问题 4
1.3 课题研究的目的和意义 5
1.4本论文研究的主要内容 5
第二章 试验台的设计与搭建 7
2.1试验台的设计 7
2.1.1设计的基本原则 7
2.1.2试验台方案设计 8
2.2试验台工作原理与基本功能 8
2.2.1试验台工作原理 8
2.2.2试验台可以实现的功能 8
2.3柴油机试验的标准 8
第三章 试验台设备选型 8
3.1柴油机的选择 8
3.2测功机的选择 8
3.2.1 测功机的原理及结构 8
3.2.2测功机的架设 8
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/> 3.3减速器的选择 8
3.3.1 减速器的原理及作用 8
3.3.2型号选择 8
3.3.3减速器的安装方法 8
3.4传动轴组的选择 8
3.5 试验台基座的选择 8
3.6联轴器的选择 8
3.6.1 联轴器简介 8
3.6.2联轴器选择要求 8
3.7 试验台三维建模 8
3.7.1 建模软件的简单介绍 8
3.7.2 建模过程 8
第四章 试验台的相关实验教学 8
4.1轴系转速测量实验 8
4.1.1实验仪器 8
4.1.2实验内容 8
4.2柴油机扭振测量实验 8
4.2.1实验仪器 8
4.2.2实验内容 8
4.3轴系传动及轴功率测量实验 8
4.3.1实验仪器 8
4.3.2实验内容 8
4.4 实验总结 8
结论 8
致 谢 8
参 考 文 献 8
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
从一八七六年，柴油机的出现以来，柴油机就凭借着热效率高、适用范围比较大、相对质量小的特点，在全球的动力机械中有着非常巨大的份额，大规模的应用在民事经济以及军工设备之类的领域当中，特别是在汽车行业以及进出口货轮和油轮等轮船上，把柴油机作为动力已经成为了大家的共识。
柴油机是一种重要的动力机械，广泛应用于工农业生产中。柴油机具有零部件多、运动复杂、工作环境恶劣等特点。因此，柴油机出现故障的概率相对较高。如果柴油机某个部分发生故障，往往会导致停工停产，造成巨大的经济损失，有时甚至造成关键设备损坏，危及人身安全。由柴油机故障引起的大型事故等的频繁发生，促使人们想方设法来提高柴油机的质量，降低柴油机的故障率。虽然，从理论上完善柴油机的设计、从加工工艺上提高零部件的加工质量，进而提高柴油机的整机质量是确保柴油机正常工作的根本方法。但是，仅靠上述措施也很难保证柴油机工作中不出现故障。所以，研究柴油机试验台的方法和技术，并应用于故障诊断中，是一种降低因柴油机故障造成重大损失的有效方法。
随着对柴油机装置动力性、经济性和排放性能的要求的不断提高, 对试验台架的要求也越来越高。试验台架的自动化程度也越来越高, 试验系统也越来越复杂, 所用的测试设备和要完成的试验项目越来越多, 而周期则越来越短。因此, 要求柴油机试验台架具备通用性、灵活性和先进性等特点,柴油机及测试设备能快速拆装和组合。用于研究和开发的试验台架在测试设备安装方面费用要大一些, 而用于耐久性、可靠性试验的台架及产品出厂试验则要求台架简单, 使用寿命长。在测试技术方面前者设计的要点是多参数的测量及数据的通讯, 而后者的重点在于技术参数的监控[1]。由此, 不同用途的试验台架的设计是有差异的。本次课题所设计的柴油机轴系传动试验台架，对于台架在实验室中的摆放位置有比较严格的要求。柴油机试验台架室的尺寸, 一方面根据试验台架室的用途来确定, 另一方面则根据试验台架基础的尺寸(与台架的设计功率有关)和位置来确定。台架基础相对试验人员(观察窗)而言有3种方案, 即横向、纵向和斜向。横向(图11)布置可以获得宽广的视野, 有利于通过观察窗直接观察试验台架及柴油机的运行状态; 但对试验人员的安全性受到影响。纵向(图12)布置尽管在零部件从试验台架上飞出时不会伤及试验人员, 但不利于观察。现代试验台架布局的发展趋势是采用斜向(图13)的形式,这不仅兼顾了上述两种方式的优点, 而且通过相关配件和测试设备的合理布置,台架室的空间利用率也得以提高,这种设计方案还可以缩小实验室面积, 降低建筑成本[2]。至于试验台架的可见度,还可以用监视器来实现观察室监控。试验室的布局同时还应考虑到所有测试仪器设备的放置。试验室吊顶安装一台吊车, 负荷为1t一2t,手动或电动控制。
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图11 台架横向布置
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图12 台架纵向布置
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图13 台架斜向布置
1.2国内外研究现状及存在的问题?
1.2.1国内外研究情况
Sankar首先提出了一种解决方法，这种方法叫做复杂的轴系扭转振动传递矩阵方法。他提出的这种方法里包含了把复杂的轴系拆分成简单的个体，然后再依次对这些个体进行传递矩阵的建立，从而使复杂整体简单化。但是复杂的轴系所需要拆分成简单个体的工作量是十分巨大的，因此这个方法对复杂的轴系来说，依旧比较繁琐。之后Mitchell把Hibner提出来的关于轴横向振动的扭振分析办法加以修改和完善，在此基础上建立了多转子复杂轴系扭振的分析方法。他所完善的这个方法非常简单且有效，很容易就解决了复杂轴系的建模问题以及扭振分析问题[3]。之后，Blanding创作出了一个相关的计算机软件，这种软件将之前Mitchell所提出的解决复杂轴系扭振分析问题的方法具体化并完成了多轴响应。它包含了扭振、纵振以及横振三方面的响应。在以上方法的出现之后，国内外开始了自己的开发软件之路，用以解决船舶轴系的扭振测试问题。其中，国内不少科研机构和高校花费了许多的人力和物力，并开发出不少实用的软件，这些软件很多已经处在工程应用之中了。
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