油水分离机毕业设计

《油水分离机毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油水分离机毕业设计（46页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、题 目：油水分离机设计摘 要油水分离机是一种利用高速旋转所产生的离心力达到不同物质的分离层的分离机的一种。离心机已广泛用于工业、农业、化工、医学、纺织、治金、船舶、军工各个领域。例如：湿法采煤，中粉煤的回收，石油钻井泥浆的回收，放射性元素，三废治理污泥脱水，各种石油化工产品的制造，各种抗菌素，淀粉及农药的制造，牛奶，啤酒，植物油等食物品的制造，织品，纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都采用分离机。离心机已成为国民经济各个部门广泛使用的一种通用的机械。本设计是对油水分离机的部分零件进行了改进。对其控制中的问题也进行了分析。对油水分离机的原理，应用，特点进行了分析。对其齿轮进行了

2、较核。其目的是使油水分离机的寿命延长。对电动机也进行了选用，使其匹配。关键词：油水分离机；齿轮；设计Abstract The perquisite splitter is the centrifugal force which one kind of use high speed revolving produces achieves different material the disengaging zone splitter one kind. The centrifuge has widely used in the industry, the agriculture, the che

3、mical industry, the medicine, the spinning and weaving, governs the gold, the ships, war industry each domain.For example: Aqueous method mining coal, the powdered coal recycling, the petroleum drilling mud recycling, the radioactive element, the three wastes government sludge dewatering, each kind

4、of petroleum chemical industry product manufacture, each kind of antibiotic, the starch and the agricultural chemicals manufacture, the milk, the beer, food goods and so on vegetable oil manufactures, the fabric, the textile fiber dehydration and the synthetic fiber manufacture, each kind of lubrica

5、ting oil, the bunker oil depuration and so on all uses the splitter.The centrifuge has become the national economy each department widespread use one kind of general machinery. This design has made the improvement to the perquisite splitter partial components.Has also carried on the analysis to in i

6、ts control question.To the perquisite splitter principle, the application, the characteristic has carried on the analysis.Has carried on nuclear to its gear.Its goal is causes the perquisite splitter the life extension.Also carried on to the electric motor has selected, causes its match. Keywords: C

7、onnecting rod; Deformination ; Processing technology ; 目录摘 要IAbstractII第 1 章绪论21.1分离机的发展概况21.2分离机的应用，特点及分类21.2.1油水分离机的特点及应用21.2.2传统分离器分类3第 2 章油水分离机组成及工作原理62.1油水分离机的组成62.2油水分离机的工作原理62.2.1分离机的工作原理62.2.2油分计的工作原理62.3油水分离机的主要技术参数7第 3 章传动系统设计计算93.1电动机选用93.2齿轮参数设计93.2.1初选参数93.2.2按接触强度设计103.2.3主要尺寸计算113.3大齿

8、轮强度校核113.3.1有关数据及系数确定123.3.2相关系数值123.4核算齿面接触疲劳强度133.5立轴齿轮齿面接触疲劳强度校核153.6校核齿根弯曲强度163.7核算齿根弯曲强度173.8轴疲劳强度校核193.9主轴疲劳强度计算21总 结27参考文献28致 谢29附 录130附 录238第 1 章 绪论1.1分离机的发展概况分离机是把混合的物质分离成两种或两种以上不同的物质的机器。分离机是一种利用高速旋转所产生的离心力达到不同物质的分离层的分离机的一种。自从1836年第一台工业用三足式离心机在德国出现，到今已有一百年的历史了，现已有了很大的发展，各种类型的离心机繁多，正在向技术发展，系

9、列化、自动化方向发展，结构越来越复杂，专用的分离机也越来越多。分离机已广泛用于工业、农业、化工、医学、纺织、治金、船舶、军工各个领域。例如：湿法采煤，中粉煤的回收，石油钻井泥浆的回收，放射性元素，三废治理污泥脱水，各种石油化工产品的制造，各种抗菌素，淀粉及农药的制造，牛奶，啤酒，植物油等食物品的制造，织品，纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都采用分离机。离心机已成为国民经济各个部门广泛使用的一种通用的机械。分离器要能保持良好的分离效果，需对其液位和压力进行控制。传统分离器液位和压力的控制采用定压控制技术。在分离器的变压力液面控制中，利用浮子液面控制器带动油和气调节阀，使其联合

10、动作，控制原油和天然气的液量，完成对分离器中液位的调节，而不对分离器的压力进行控制。变压力的液面控制方法可以最大程度地减小油气出口阀的节流，减小分离器的压力，提高分离效果。1.2分离机的应用，特点及分类油气分离器和油气水三相分离器在油田接转站和联合站中有着广泛的应用。分离器要能保持良好的分离效果，需要对其液位和压力进行控制。本文从减小工艺流程中的节流损失、节能降耗、提高分离效率的角度，分析了传统分离器液面和压力的控制工艺，提出了一种简单可靠、降低能耗的分离器变压力液面控制方法。 1.2.1油水分离机的特点及应用油水分离器的原理是采用油水的比重不同，运用过滤、沉淀、浮升等方法汇集一体进行油水分离

11、的。去除效率高，设备对污水进行强化分离，提高出水水质，真正能达到国家要求的排放标准。结构独特，设计新型，脱离了传统的结构引进了新的设计思想，体现了在同类产品中的领先地位。结构简单、可靠，生产成本和使用成本低。在国内本产品的价格也大大低于气浮等产品的价格,为广大中小饭店、快餐店连锁店所接受。占地面积小，施工方便，工程造价低。无能耗、无耗材，使用成本非常低，只需对产品按说明作简单的维护。浮油和沉渣相对集中，便于收集和清捞，为今后形成高效率、企业型、集中化废物收集创造条件适用范围1. 厨房污水的隔油，出水动植物含量为20至500mg/L；2.出水中悬浮物（SS）小于1000mg/L；3.由处理污水量

12、1t/h至50t/h的设备可供选择；4.可根据用户实际情况定做非标产品；5.多种材质制造；1.2.2传统分离器分类 1、油气两相分离器 油气两相分离器将油气混合物来液分离成单一相态的原油和天然气，压力由天然气出口处的压力控制阀控制，液面由控制器控制的出油阀调节。 天然气出口处的压力控制阀通常是自力式调节阀或配套压力变送器、控制器、气源的气动薄膜调节阀等。出油阀通常为配套液位传感器、控制器、气源的气动薄膜调节阀或浮子液面调节器操纵的出油调节阀等。 有的油气两相分离器是用气动薄膜调节阀控制分离器的压力，用浮子液面调节器操纵出油阀控制分离器液面。 2、油气水三相分离器 油气水三相分离器在油井产物进行

13、气液分离的同时，还能将原油中的部分水分离出来。随着油田的开发，油井产出液的含水量逐渐增多，三相分离器的应用也逐渐增多。结构不同，三相分离器的控制方法也不同。两种典型分离器的控制原理如下： (1)油气水混合物进入分离器后，进口分流器把混合物大致分成汽液两相，液相进入集液部分。集液部分有足够的体积使自由水沉降至底部形成水层，其上是原油和含有较小水滴的乳状油层。原油和乳状油从挡板上面溢出。挡板下游的油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的高度。水从挡板上游的出水口排出，油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度。分离器的压力由设在天然气管线上的阀门控制。 (2)分离器内设有油池和挡水板

14、。原油自挡油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操纵的出油阀控制。水从油池下面流过，经挡水板流入水室，水室的液面由液面控制器操纵的出水阀控制。 1.2.3传统分离器液位和压力控制中存在的问题 分离器定压控制中，天然气管线上的压力控制阀对天然气进行一定程度的节流，以保证分离器内压力的稳定。气量减小或者气出口处压力降低时，阀门节流程度增加；反之，阀门节流程度减小。 分离器液面控制中，油水出口阀门也对液体进行节流。液量增大时，节流程度减小；液量小时，节流程度加强，以使液面保持稳定。 为保证液量较大的情况下能够正常排液，分离器具有较高的压力。但是在液量减小时，必须通过油水出口阀对液体节流，使液面不至于

15、降低。因此生产中，分离器一般在较高的压力下工作，液相阀门处于节流状态。 分离器压力过高影响分离器的进液，使中转站或计量站的输出口以及井口回压增高，不利于输油。目前，我国的油井多为机械采油，井口回压升高，增加了采油的能源消耗。此外，在较高压力下油中含有的饱和溶解气，在出油阀节流后，压力下降时，从油中分离出来，易使下游流程中的油泵产生气浊。因此较高的分离器压力不但影响油气的分离效率，增加生产能耗，而且影响安全生产。 1.2.4变压力液面控制 浮子液面控制器带动两个调节阀，一个调节阀控制天然气，另一个调节阀控制原油，实现原油和天然气出口处阀门的联合调节。当浮子上升时，连杆机构使气路调节阀的开口减小，

16、油路调节阀的开口增大；反之，当浮子下降时，连杆机构将使气路调节阀的开口增大，油路调节阀的开口减小。通过改变调节阀的开度，改变天然气和原油的相对流量，对分离器的液面进行控制。这种控制方法不对分离器的压力进行定值控制，分离器的压力为天然气出口处或液体出口处的压力与天然气调节阀或液体调节阀前后的压力差之和。当气量和液量以及分离器下游压力变化时，分离器的压力是变化的，所以这种控制方法为变压控制。 1、变压力液面控制在油气两相分离器中的应用 进出油气分离器的液量和气量不变时，液面稳定在某一位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面上升时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口关小，原油调节阀的开口开

17、大，使排气量减小而排液量增大，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来高的位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面下降时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口开大，原油调节阀的开口关小，使排气量增大而排液量减小，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来低的位置上。这样随着进入分离器的液量或气量发生变化，浮子连杆机构带动调节阀产生相应的动作，从而使液面保持相对稳定。 2、变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用 (1)变压力液面控制在油气水三相分离中的应用。原油液面的控制与油气分离器的液面控制相同，油水界面由油水界面控制器操纵的排水阀控制。 (2)

18、变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用。油池的液面由其液面控制器操纵的原油调节阀和天然气调节阀控制，水池的液面由其液面控制器操纵的出水调节阀和天然气调节阀控制。本设计是油水分离机采用离心形式，属于碟片分离机，碟片分离机是一种转鼓高速分离机，它是利用转鼓内的一组锥形碟片高速旋转产生强大的离心力达到分层。原油中含有油、水、杂物，它们的密度不同，所产生的离心力也不同，从而能达到分层的效果。油水分离机按照排渣方式：人工排渣，环阀排渣，喷嘴排渣三种形式。本设计的油水分离机采用人工排渣方式，是用于消除燃油和润滑油以及其他矿物油中水分和杂质，减少机械的磨损，提高原油的燃烧率，延长机械使用寿命。第 2 章

19、油水分离机组成及工作原理2.1油水分离机的组成为满足MARPOL73/78公约的要求，凡400总吨及以上的任何船舶应装设有油水分离装置(油水分离器)，10000总吨及以上的任何船舶还应装有应装设经主管机关批准的滤油设备和当排出物的含油量超过15ppm时能发出报警并自动停止含油混合物排放的装置。机舱油水分离器主要由滤油设备、油分计（报警器和记录器组成）和自动停止装置组成。2.2油水分离机的工作原理2.2.1分离机的工作原理碟式分离机是立式离心机，转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件-碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。悬浮液(或乳浊液)由位于

20、转鼓中心的进料管加入转鼓。当悬浮液(或乳浊液)通过碟片之间的间隙时，固体颗粒(或液滴)在离心机作用下沉降到碟片上形成沉渣(或液层)。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，分离后的液体从出液口排出转鼓。碟片的作用是缩短固体颗粒(或液滴)的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机的生产能力。积聚在转鼓内的固体在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机在不停机的情况下从转鼓中排出。2.2.2油分计的工作原理油分计的功能是能连续记录油水分离器处理水中的油分浓度，并在处理水超过排放标准（15ppm）时通过自动报警器报警，并将不合标准的处理水通过三通电磁

21、阀的启闭自动泄放返回舱底。目前船上的油分计有：红外线、紫外线、激光和超声波等多种油分计，以YNY-1型油分计为例，其工作原理如图2-1示。图2-1 YNY-1型油分计工作原理：测量时，靠定时器把运转周期控制在120秒，120秒时，试液泵及三通电磁阀启动，通过红外线分析仪比较标准液与萃取液的油分浓度，并通过放大器放大，通过电讯号控制。如果处理水超过排放标准（15ppm），报警器报警，并启动电磁阀，把不符合标准的处理水泄放回舱底。同时记录器记录处理水中的油分浓度、日期、时间，并打印在记录纸上。2.2.3自动停止装置工作原理 常见的自动停止装置有两种，一种是采用气控或电控三通阀，当排放水样超过排放标

22、准时，15ppm报警器报警，同时自动打开旁通回流管路，切断舷外排放管路，将超标污水导回污油水柜；另一种是当排放水样超过排放标准时，15ppm报警器报警，同时打开旁通回流管路、关闭舷外排放管路的同时停止污水泵。2.3油水分离机的主要技术参数：1、本机采用间歇人工排渣方式，排渣的间隔为11.5h.2、碟片主要尺寸的确定碟片母线与转鼓轴线所成的锥角与悬浮液中固相在碟片表面上的磨擦角有关。根据tg（其中为固相与碟片表面间的摩擦系数），在30- 45内。DRY 15C 型取= 40.8，碟片间隙取1 mm,碟片数79片，内径395 mm,中性孔8个。3、碟片间生产能力计算：（1）分离因数的计算：分离因数

23、是被分离的物料在分离力场中所受的离心力和它所受重力的比值。r -转鼓内径g -重力加速度（2）生产能力的计算：Q= Vg其中 Q - - 生产能力 -效率系数 -生产能力指标Vg -沉降系数第 3 章 传动系统设计计算3.1电动机选用对传动方案的要求：合理的传动方案，首先应满足工作机的功能要求，其次还应满足工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求 。原动机是许多机器中运动和任何一个方案，要统筹兼顾，满足最主要的和最基本的要求。传动结构设计：动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、液压机等。电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护

24、容易，一般生产机械上大多数均采用电动机驱动。本设计也采用电动机作为原动力。我国已制定统一标准的Y系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。所以本设计采用Y系列三相异步电动机。为了客户，本油水分离机配有交流电动机和直流电动机：电机规格如下：型号 功率（千瓦） 电压（V） 额定电压（A） 转速（r/m）J02-31-4H(T6) 2.2 380 4.92 1435Z2C-32(T2) 2.2 220 12.5 15003.2齿轮参数设计因为所设计的齿轮为软齿面齿轮，故按齿面接触强度确定齿轮的基本参数和尺寸。3.2.1初选参数选小齿轮齿数

25、Z=19大齿轮齿数Z=195=95选螺旋角=103.2.2按接触强度设计由教材查得：载荷系数K=1.2 弹性系数Z=189.8 节点区域系数Z=因为tan=tan/cos=tan20/cos10=0.3696 =20.28 tan=tan=tan10 cos20.28=0.1654 =9.36所以Z=2.464Z=1.88-3.2（cos=1.88-3.2（cos10=1.6524Z=0.7779螺旋角系数Z=0.9848取=1=45.69mm3.2.3主要尺寸计算（1）模数：m=cos10=2.17 取m=2.25（mm）（2）螺旋角大齿轮螺旋角: =33.5立轴齿轮螺旋角 =56.5大齿轮

26、齿数 =95立轴齿轮齿数 =19（3）端面模数 = mn/cos=2.25/cos33.5=2.69 = mn/cos=2.25/cos56.5=4.08（4）分度圆直径 =mt1 * Z1=2.69 * 95 = 255.5 =mt2* Z2=4.08 * 19 = 77.5（5）齿顶圆直径 = d1 + 2m =255.5 +2 * 2.25 =260 mm = d2 + 2m =77.5 +2 * 2.25 =82 mm（6）中心距 a =(d1 + d2)/2 =(255.5 + 77.5 )/2 =166.5 mm3.3大齿轮强度校核根据齿轮转动强度设计的原则，闭式转动齿轮（HB=3

27、50）要求保证齿面接触疲劳为主，而在实际生产中，分离机主要失效的形式是齿面磨损。所以，只对齿面接触疲劳强度校核。3.3.1有关数据及系数确定1、电动功率P = 2.2 KW大齿轮额定转矩TT = 9549*P /n =9549 * 2.2 /1435 = 14.64 N.m 2、分度圆上的圆周力Ft= 2000T/255.5 = 2000x14.64/255.5 =114.60 N3、分度圆上的计算载荷FtcFtc =KA*KV*K*K*Ft-使用系数-动载系数-齿间载荷分配系数-齿向载荷分布系数3.3.2相关系数值（1） ;机械设计第六版 P201 表10-2 取 = 1.25(2) ; 机

28、械设计第六版P202 = 1 + K1/(KA*Ft/b+k2)Z1V =34.8 =0.0087U =19/95=0.2V =*255.5*1435/60000= 19.19 m/s得 = 1.35(3) 查机械设计手册表35.2-30由*/b =1.25*114.60/20 = 7.16 10得 = 1.1 查机械设计手册表35.2-31 得 = 1（4）计算载荷 = 1.25x1.35x1.1x1x114.6 =212.73 N（5）材料弹性模数ZZ = 19查机械设计手册得大齿轮 = 11300 = 0.34立轴齿轮 =20600 =0.3（6）节点数ZH 查机械设计手册得 =2.16

29、（7）转动比u = /=0.23.4核算齿面接触疲劳强度（1）总工作时间 本机每天8h 工作，每年工作150d ,共运转10年计算。 =10x150x8 =12000 h（2）总应力循环次数N = 60n1 =60x1435x1x12000 =1.05x10 =/u =5.25x10（3）接触强度寿命系数查机械设计手册图35.2-17大齿轮 ： = 1.05 = 1.05（4）工作硬化系数因为大齿轮和立轴齿轴均为软齿面 =1（5）安全系数查机械设计手册表35.2-32， 按高可靠度取 =1.50 接触疲劳极限应力Hlimb由机械设计手册查得Hlimb=17.6 Mpa 齿面接触极限应力Hlim

30、Hlim = Hlimb1xZHxZw =176.4x1.05x1 =185.2 Mpa 安全系数SHSH = Hlim/h1=185.2/330.3=0.563.5立轴齿轮齿面接触疲劳强度校核1、齿面接触疲劳极限应力Hlimb2查机械设计手册得 =650 Mpa2、 齿面接触极限应力2Hlim2 =Hlimb2xZN2xZw =650x1.05x1 =685.2 Mpa3、 有关系数的确定（1）弹性模数ZE2ZE2 = 161.2 Mpa(2)节点系数ZH2(3)重合度系数前面 =1.22 ， =56.5，查机械设计手册表35.2-15 =0.75（4）计算接触应力 =xx2=463.04

31、Mpa（5）安全系数（6）许用安全系数查机械设计手册表35.2-32按较高可靠度取 立轴齿轮齿面接触疲劳强度能满足要求。3.6校核齿根弯曲强度1、有关系数的确定齿形系数按当量齿数 = 95/(cos33.5)=164 = 19/(cos56.5)=113查机械设计表10-5 = 2.14 = 2.16端面重合度查机械设计表10-26 = 0.65= 0.64 = 1 +2 = 1.29重合度系数= 0.25 +0.75/ = 0.83螺旋角系数= 1 33.5/120=0.75= 1 -56.5/120 =0.43 (查机械设计手册35.2-19)弯曲强度寿命系数x由机械设计手册35.2-28

32、 得mn =2.25得相对应力集中系数 由表35.2-3 按可高可靠度 安全系数由表35.232按较高可靠度试验齿轮弯曲疲劳极限应力由机械设计手册大齿轮由图35.216轴齿轮许用弯曲应力3.7核算齿根弯曲强度1、齿根弯曲压力 2、大齿轮轴疲劳强度的精确校核计算（1）绘制轴的受力荷图（2）计算周上的作用力大齿轮轴上的转矩，由前计算知： 圆周力径向力轴向力3、 绘制垂直平面的弯矩图支座反力 C截面弯矩(C)弯矩图如图（b）所示4.绘水平的弯矩图 支座反力C截面弯矩（a） 弯矩图如图（c）所示5.绘合成弯矩图Mcw(2)=6.绘扭矩图：（b） 扭矩图图（e）所示7.绘联轴器附加F0的受力图和弯矩图T

33、-轴传递的弯矩，N*MD-联轴器圆周力作用直径D2=112mmC截面弯矩Mcw(F0)=F0*120=52.25*120=6274.8N*mm力F0作用的弯矩图如图（f）所示3.8轴疲劳强度校核较核截面C-C，较核计算按下式进行式中：-只考虑弯矩作用时的安全系数-只考虑扭矩作用时的安全系数S-按疲劳强度计算的安全系数查机械设计手册表38.3-4S=1.5以下有关系数查机械设计手册证明横向的疲劳强度足够由38.1-1得由38.3-5得由38.3-8得由38.3-11得由38.3-13得证明横轴的疲劳强度足够。3.9主轴疲劳强度计算1、绘制轴的受力载荷图2、 求作用于轴上的力轴设：-电动机额定功率

34、KW-大齿轮的轴功率KW-主轴功率-大齿轮轴滚动轴承的效率 -立轴一对滚动轴承效率-两齿轮间啮合效率查机械设计手册得已知 kw则 轴的扭矩：设 NM r/m 立轴的转矩 NM 立轴的转速 r/m已知： 7250 r/min依 NM 求圆周力、径向力、轴向力、不平衡引起的离心力a) 圆周力 Nb）径向力 Nc）轴 Nd) 分离体不平衡引起的离心力 因不平衡引起的偏心矩 式中： 分离体上不平衡， 单位：克 分离体上不平衡的半径位置， G 分离体总重 kg按动平衡精度等级国际标准规定 ， 离心机转鼓平衡精度等级 G6.3 即 e6.3其中 G = 68 公斤 取 29.6/2 毫米 考虑到动平衡恶劣

35、（船用倾斜情况恶劣）情况，实际平衡精度按G16处理即 e = 16 克即 在分离体，半径最大处，残留7.35克不平衡由此产量的离心力 N3、 绘垂直平面的弯转圆 1）、 图 (b) 垂直平面的受力由图得 N立轴疲劳强度计算校核截面I-I 和II-II，校核计算按下式：式中-只考虑弯矩作用时的安全系数-只考虑扭矩作用时的安全系数-许用安全系数以下公式及有关系数均查自机械设计手册查表38.3-4=1.8=由38.1-1得由38.3-5得由38.3-8得由38.3-11得由38.3-13得安全系数由上面计算结果表明：所以，立轴的疲劳强度足够。总 结 此次设计，使我掌握了机械设计的一般步骤和方法，毕业

36、设计对我而言，是一个全新的锻炼和考验，在设计过程中需要经常查阅国内外各种相关的资料，并要到相关的厂家进行实际的参观和学习，借鉴前人的设计成果，这些工作使我对机床的发展，机械设计过程，和整个工作过程都有了进一步的了解和认识，从而在目前设计的基础上融入了自己的一些思路与想法。通过这次设计加深了我对所学理论知识的理解，结合各类实习灵活运用相关课程的理论知识，达到设计的预期目的，并对我们所学的理论知识进行了一次很好的总结，同时也为我将从事的工作打下了坚实的理论和实践基础。我的毕业设计是行走式小型液压起重机的设计，在这近三个月的设计期间，我认真地进行了参观学习，从传统的原理入手一步一步由浅入深的对课题理

37、解，并进行分析、设计、计算，最后圆满完成了整个课题的设计任务。在此期间我不断的查阅资料，请教老师，询问同学，对方案进行深入细致的分析，并进行了方案的优化选择，竭尽所思以弄懂每一个结构和安装的模糊地方。经过计划，校核和多次的优化选择，最终设计出一部完整的毕业设计。由于此次毕业设计的时间较短，工作量较大以及我自身知识水平和实践经验有限，设计中难免存在一些问题，恳请老师批评指正。 参考文献1徐灏机械设计手册3， 机械工业出版社,2徐灏机械设计手册4 ，机械工业出版社,3徐灏机械设计手册5 ，机械工业出版社,4机械制图.大连理工大学工程画教教研室 高等教育出版社5毕业设计指导书.青岛海洋出版社 6王栋

38、梁.主机械基础 ，中国劳动出版社，7黄鹤汀.机械制造技术 ，机械工业出版社，8盛慧英.染整机械原理，纺织工业出版社9王家禾.机械设计基础实训教程，上海交通大学出版社，10方承远.张振国，工厂电气控制技术 ，机械工业出版社 11 王绍俊.机械制造工艺设计手册. 哈尔滨工业大学12刘文剑.曹天河.赵维缓.夹具工程师手册. 黑龙江科学技术出版社，13 上海市金属切削技术协会.金属切削手册. 上海科学技术出版社14 邱仲潘.计算机英语. 科学出版社15 于骏一.典型零件制造工艺.机械工业出版社16 R. C. Arkin. Motor schema-based mobile robot navigat

39、ion. International Journal of Robotics Research. August 1989, 8(4):92112, 1989. 17 A. Atramentov and S. M. LaValle.Ecient nearest neighbor searching for motion planning. In submitted to 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation.2002.18 H. Kitano, M. Asada, Y. Kuniyoshi, I. Noda,

40、and E.Osawa. Robocup: The robot world cup initiative. In Proceedings of the IJCAI-95 Workshop on Entetainment and AI/ALife. 1995.致 谢经过两个月的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有段老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在论文写作过程中，得到了段老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我

41、。从课题的选择到项目的最终完成，段老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，段老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩段老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向段老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后我还要感谢机械工程学院和我的母校佳木斯大学四年来对我的栽培。附录1最新机械制造中的人

42、机交互的应用摘要：为满足客户需求，十分必要去继续发展，以先进的控制系统为支持，基于现今在计算机和软件方面技术的现代机器和生产设备。在雇员有限的操作下，很多制造系统能自动工作。不过，即使在先进的生产系统中，最重要的因素之一仍然是人。通常，总的系统性能取决于人的决定，并且随着生产系统的复杂和昂贵，人类决定的意义比过去更重大。在这样的情况下，十分必要通过适当的人机交互，有效地应用本文涉及到人机交互的相应问题，以及对人类活动模型的尝试性研究。本文还解释了相互作用媒介，以及提供了该领域里的部分研究结果。目的是对人机交互方面的内容进行分类。关键词：制造系统 人机交互 人为因素 计算机集成制造 控制系统1

43、简介通过着重强调人为因素，可以达到竞争和有效地利用，越来越计算机化的机器制造系统。在不远的将来，为了生产产品，人类与先进的数字设备之间的适当合作，例如工艺流程与机器的过程监控，将会成为生产中的重要部分。在设计控制系统和新机器上，应该考虑人为操作的利与弊。更好的业务组织应该做到使动力高涨、能力增加、人员稳定和人的工作效率提高。基于软件工程方面的最新成就，以及新的并且非常规的硬件系统，还有对人类行为的深入研究，三者相结合的方法，将会大力发展人机交互技术。这样一个多学科研究的目的，是想通过适当的人机交互设计，使人会更好地使用人机交互系统。2 人与软件系统的交互生产可认为是分离的生产。由于控制参数和限

44、制条件的数目和相互联系，意味着分离的生产可看成为一个复杂的系统。此系统的主要特征是1：众多的组成部分组成类型的多样性组成部分的特殊连接不稳定性的存在没有灵活性损失和故障发生，能实现自动控制功能的生产系统，是不可能存在的这一点，正体现了现代生产系统的重要性、复杂性。以下两个方面，都需要在信息技术和人为因素之间密切合作。一方面，需要性能高、质量好、系统灵活；另一个方面，需要能解决复杂问题，可基于经验去学习。为了考虑合作的有效性，人和信息系统的特性也必须考虑在内。人和信息系统的合作很依赖于人和电脑系统的行为。由于人类具有天生独特操作能力，那么就确定了他们在生产过程中所扮演的角色。重要的是：基于经验的

45、自我学习能力、适应新环境能力、良好的动手操作能力、敏锐的感觉反馈能力（如视力、听力，等等）、控制动态形势能力、预先控制基于反馈的系统性能的能力，以及对未预见到形势的反应能力，这些能力对于在机器控制和管理方面，都是非常重要的优点。人类欠缺的地方在于：难于或不可能去控制，快速变化的有限信息处理过程。一旦任务变化频繁，人类将会失去决定性行为，增加错误。当工作的目标不明确或者他或她不能作出决定时，人类的工作效率将会降低。通过适当的业务组织，将会消除那些缺陷或者限制它们对生产过程的影响。一个操作者应该了解工作目标，至少也应该对其工作地点做少许决定。应该为特别的操作者或者众多操作者设计一款既实用又容易操作

46、，能与软件系统合作的可视化接口。然而，一些不了解工作场合的特殊性或者人机交互系统细节的程序员，却应用计算机去设计可视化接口。设计软件系统时，主要侧重于信息处理，而不是外观设计。计算机系统操作者，经常被认为是“扩展的计算机”，他们能计算、分析、合成大量的数据，而软件系统却不能。现代计算机信息系统，具有快速处理、高精度运算以及储存处理大量数据能力。信息系统的主要缺陷在于：拘泥于严格的算法工作、缺乏创新的反应以及真正的智力工作，那些也被认为是新算法条件下的技能。在人配合的情况下，需要练习人的任务识别以及准确的数据输入。人电脑系统合作基于两个完全不同特点的系统综合。一方是智慧的人类，他们能凭借直觉能力

47、，解决不同的问题并且从经验中学习。另一方是信息系统，它们能短时间内处理大量的数据，并且能够做到详细，而且是瞬时反应。虽然这样的综合问题是困难的，但是它却在适当的计算机系统设计情况下提出了补充合作的可能性。表格1显示了，基于计算机系统结构的人类行为。3 人机交互现今，大多数机器在其生产过程使用中都有特别的控制系统，这样的系统能控制机器运行。控制系统大多是基于简单的可编程控制器的简易系统，或者基于先进的多层分级控制模型的复杂系统。复杂的系统多用于控制和监测先进的机器和工艺流程。然而，所有种类的机器控制系统不得不通过人类操作来监控，这个操作员应具有解决复杂问题的能力，例如机器故障或系统瘫痪等情况。S

48、tahre和交互作用模型的提出者Sheridan正在讨论“机器操作员应该与机器或者内外部的系统控制进程进行合作”的问题。在人类操作和计算机系统与受控机器之间存在着6种交互模块：1.操作者通过电脑系统间接地控制过程。2.操作者间接地接收过程数据。3.操作者向计算机询求或者接收信息。4.进程向计算机询求或者接受信息。5.操作者直接操作进程。6.操作者通过自身的感觉观察过程。以上14的交互模型，通过计算机系统控制，即：系统设计者已经设定好它们。14模型会适用于控制系统以及操作者的需求。操作系统最难的事情在于，控制系统中或者机器中的直接操作交互（5）与（6）之间的交互）。这样的交互作用通常在机器的错误

49、情况下发生或被处理，那时人的涉入才是必要。除了控制系统外，人机交互也可以用不同的方式实现。正确设计的机器控制系统，应该不仅在可预测的形势里考虑到相互作用，也应该能处理无法预言的形势。例如：在受控机器或者进程中的直接人为干涉。这些在自动机器和监控机器进程中尤为重要。4 人操作模型生产系统设计者，通常把注意力集中于适当的材料和信息加工，但是没有足够的关注人类行为对系统性能的影响。由于这样的情况，系统经常不能配合人的工作。在这个领域里曾经做过一些研究，但大多集中于工效学或者心理学问题。建立一个描述制造系统中人类行为的数学模型是非常重要的。基于这样的一个模型，作为对制造系统或者组成部分设计者的辅助。这

50、类模拟软件将会有所发展。不过，找到人类行为模型是比较困难的。人类的行为具有较大的不确定性。因此，描述人类行为的方程式，不能够精确地表现人类。在本文中，找到了一种这类问题的描述方法。然而，描述的目的是描述人类，而不是建立一个精确的数学模型，来描述诸多因素中的重要关系。下面列举了控制系统中，人的特征因素，应该将这些因素降到最小。：控制延迟可以描述为，在异常情况出现时，与返回到系统锁定状态之间所需要的时间：0；t：人反应时间表现了操作者的行为，可以认为是在异常情况出现下与操作者决定控制方式之间，所需要的时间：t0；：系统惯性控制决定和控制实施与通过系统达成适当的状态之间的时间：0；：人为决定性正确：

51、0，与决定的正确性同时增加；：问题困难期：0，与解决问题的困难程度同时增加；：人的疲倦：0，与操作者的疲倦程度同时增加；：为错误决定而担心：0，与对错误决定的担心程度同时增加；：人的经验：0，与操作者的经验同时增加；：人为扩展：0，与操作者对工作中内容扩展程度同时增加；：问题理解：0，与问题的理解程度同时增加；：教育：0，与教育水平同时增加；：控制系统的友好程度：0，与系统友好程度同时增加；：工作条件：0，与工作条件同时增加；：工作动力：0，与操作者的工作动力同时增加；v：工作负荷：v0，v与手工工作负荷同时增加；：典型问题：0，与问题的典型程度同时增加；：责任：0，与操作者的认真态度同时增加

52、；：公司目标理解：0，与对公司目标的理解和认同程度同时增加；：工作环境；0，与工作环境的质量同时增加；：满意度：0，与可接受范围内满意度同时增加；：其它动力因素（例如：就业机会、培训等等）：0，与动力因素同时增加；T:设定或者相似情况下的工作时间；Td:设定天数内的工作时间；R：工作种类；W：操作者的年龄；O：人的个性；在确定了最重要的人性特征之后，可以给出描述人类行为因素之间的一般公式：控制决定延迟：人类反应时间：决定质量：经验值：工作概况：人的疲倦度：动力值：以人决定为主导的控制系统的反馈时间：其中：Ch:以上所描述的人为因素；Cp:非人为因素（例如：控制系统的友好程度、控制系统的反应时间

53、等等）；提议此模型的目的是指出人类行为的最重要的特征和表达它们之间的关系。下一个研究阶段将会做特殊的测试。测试的结果会提供一个更加具体的人类模型，它是通过精心分析特殊因素的重要性而建立起来的模型。制造系统或者它们的部分设计者，以及业务主管可以使用这个人类行为模型。5 交互媒介人机交互或者制造过程中的信息系统，能够通过不同类型的媒介来实现。通常，交互是在双向进行：从操作者到机器，或者从机器到操作者。从机器或者系统观点出发，人类到机器的交互是输入，在相反方向的交互就是输出。最常用的交互方法是常规计算机的输入/输出装置。输入通常基于人身体动作的控制。普遍使有的是手指的触觉控制如手运动。不过，也可能用

54、身体其它部位的运动来监控，例如：手、眼、膝等等，对系统的输入也能基于声音命令，通常是使用视力作为一种传输介质来实现系统的输出，但是使用声音系统也很受欢迎。其它媒介，例如力量或者温度信号和触觉反馈可在专用机器里应用。人机交互领域里的研究，主要集中于用最好的信息交流，促进媒介的发展。通讯媒介是需要不搀杂太多人为因素的信息交流的特殊过程。操作应该集中于解决控制系统里出现的那些问题，而不是与系统交流。计算机终端是最受欢迎的用于先进的人机交互的输入/输出装置。通常包括：键盘、鼠标、跟踪球或者计算机手写笔。Agah提出了对于那些设备修改的研究，侧重于边携式计算机和电话通信支持的输入装置的研究，那些方向很有

55、发展前途。利用空间球和三维控制杆来解决控制和生产机器人的出现，有较大的发展空间。控制系统中，最流行的输出装置是可视化显示器，它们可用于数据和图像的传输。来自现实与虚拟世界的数据和图象，可以在这些可视化显示器上显现出来。现实世界的数据和图象，通常在机器控制系统和监测生产管理的屏幕上显示。研究表明，展示不同数据的几个窗口可能同时在同一屏幕上被打开。但是，应该使数据在一种简单和容易理解的方式下提出。图像能使数据更容易理解，在远程控制条件下也是可以应用，这对自动生产系统或者分配生产都非常有用。可视化的数据和图象，形成了各种类型的模拟仿真，这对操作者是非常有用的。那样就能为建立一个新的正确的生产过程，或

56、为NC和机器人控制程序提供解决方案。为了优化整个制造系统的负载和生产进度，经常使用虚拟现实技术。在这个领域内最新的研究，大多集中于为操作控制使用而开发的虚拟现实三维可视化环境显示，还有三维图像的视频显示。为了是机器和操作者交流，经常使用不同类型的声音显示。计算机处理现实或者虚拟的声音，用来转化为容易处理的音频数据。声音命令系统也能用来支持人机交流。这样的系统能认识到人讲话并且有时能从人的声音中获得附加信息。他们跟传统的计算机通信设备比较，通常由于更快的通讯而被认为会减少运算时间。它们可应用在声音识别管理系统和虚拟现实系统中，但由于商店地板上环境嘈杂，应用它们可能有些困难。人机交互的其它交流媒介

57、有：影响力（从操作者到系统的交流）、影响力反馈（从系统到操作员的交流）、触觉、温度和温度反馈。影响力，做为一种应用于机器人控制教学中的交流媒介，似乎只能应用于一些特殊生产中。6 人机交互的研究现状先进人类系统相互作用的应用包括很多方面。本段的目的在于，对那些侧重于制造过程中交换问题的研究，给予简短的回顾。想要了解更多信息的人，请参照Agar的人与智能系统相互作用研究的复杂分类法。大多文章触及的是解决特殊问题下人类系统的合作问题，然而，也应该去做一些整体性的研究。Stahre研究了在先进制造过程中的人机交互问题。Udo为了研究人为因素和成功的先进制造系统之间的关系，对美国近100家制造类公司进行

58、数据分析。Johannsen提出了“多用户协作管理控制的人机接口设计”，他涉及了知识接口设计的问题。Fuchs研究“与用户思维模式相匹配的人机接口设计”。Yoshikawa研究方向为：为人机交互系统的设计，发展一个分析支持系统，它是基于模拟技术和接受来自于人类操作者不同观点的分析评估。Trentesaux提出了“分离生产中的人类操作者与分离管理系统反应的综合问题”，为了支持复杂的制造系统，他提出了一些结合人操作的新的设计方法（全方位考虑、多方面决定支持、预先显示）。Barthelemy提出“管理领域内的人为因素”，他强调了人为因素在决策支持系统中的作用。Johnson阐述了人犯错误的一般性问题。介于工作错误模型和人机交互问题的研究，引发了描述分析飞行员与飞机之间交互的集成仿真类文章。Jung提出了基于工效学观点的人机交互问题。人机接口模块已经发展到可视化和可视化测试程序，建立模型的目标是为不同的机器设计者做辅助。一些文章涉及到规划问题，例如最佳的操作分配，像细胞将密集劳动分配到生产细胞。对先进的生产系统中嵌入智