轴流式主通风机的设计

目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
1 绪论 (1)
1.1 通风机简介 (1)
1.2 CAD设计理论 (3)
1.3 本文研究的容及意义 (3)
1.4 小结 (4)
2 通风机的设计与参数选择 (5)
3 基于UG对通风机主要零部件的参数化设计 (6)
3.1 UG简介 (6)
3.2通风机零部件的参数化设计 (8)
3.3风机的装配 (22)
3.4通风机的防真过程及结果 (34)
4 总结与展望 (39)
5 致 (40)
6 参考文献 (41)
7 附图 (42)
1绪论
1.1 通风机简介
通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的液体机械。

它广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气的推进等。

通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化莫测，即把气体作为不可压缩流体处理。

现在风机行业国外的发展趋势是：( 1 )大型风机容量继续增大。

(2)发展高压小流量压缩机。

(3)高效化。

(4)高速小型化。

(5)低噪声化。

(6)计算机集成制造系统在风机中得以广泛应用。

风机分类可以按气体流动的方向，分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。

风机按用途分为压入式局部风机和隔爆电动机置于流道外或在流道，隔爆电动机置于防爆密封腔的抽出式局部风机。

风机根据气流进入叶轮后的流动方向为：轴流式风机、离心式风机、斜流(混流)式风机。

风机广泛地应用于各个工业部位，一般讲，离心式风机适用于小流量、高压力的场所，而轴流式风机则常用于大流量、低压力的情况。

一、锅炉用风机
锅炉用风机根据锅炉的规格可选用离心式或轴流式。

又按它的作用分为锅炉风机----向锅炉输送空气；锅炉引风机---把锅炉的烟气抽走。

二、通风换气用风机
这类风机一般是供工厂及各种建筑物通风换气及采暖通风用，要求压力不高，但噪声要求要低，可采用离心式或轴流式风机。

三、工业炉(化铁炉、锻工炉、冶金炉等)用风机
此种风机要求压力较高，一般为2940~14700N/m^2,即高压离心风机的围。

因压力高、叶轮圆周速度大，因此设计时叶轮要有足够的强度。

四、矿井通风机
结构简图如下：
1集流器 2一级主体筒 3一级中间筒 4二级中间筒 5二级主体筒 6扩散筒 7过渡接头 8扩散塔
它有两种：一种是主风机(又称风扇),用来向井下输送新鲜空气，其流量较大，采用轴流式较合适，也有离心式的；另一种是局部风机(又称局扇) , 用于矿井工作面的通风，其流量、压力均小，多采用防爆轴流式风机。

轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。

轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。

五、煤粉风机
输送热电站锅炉燃烧系统的煤粉，多采用离心式风机。

煤粉风机根据用途不同可分为两种：一种是储仓式煤粉风机，它是将储仓的煤粉由其侧面吹到炉膛，煤粉不直接通过风机，要求风机的排气压力高；另一种是直吹式煤粉风机，它直接把煤粉送给炉膛。

由于煤粉对叶轮及机壳磨损严重，故应采用耐磨材料。

风机的主要技术参数
（1）流量：风机在单位时间所输送的体积流量或质量流量。

（2）风压：流体在风机所增加的能量，即单位质量流量（单位体积流量）经过风机时所获得的能量增加值。

（3）转速：风机每分钟的转速。

（4）功率或效率：单位时间流体经过风机后所获得的能量（有效功率）与原动机传给风机的功率之比。

未来风机发展将进一步提高风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用叶动可调的轴流风机代替大型离心风机；降低风机噪声；提高排烟，排尘风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节。

1.2 CAD设计理论
CAD(计算机辅助设计，Computer Aided Design)是指指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术档案等设计活动的总称。

CAD系统一般由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。

自60年代中期到70年代中期，针对某个特定问题的CAD系统蓬勃发展，出现了以自动绘图为目的的配套CAD系统，与此同时，为适应设计、加工任务的要求，三维几何处理软件也相继出现，并得到了迅速发展，例如英国的BUILD系统、日本的TIPS-1和GEMAP 系统、美国的CADD系统等相继出现。

目前CAD技术日趋成熟，应用日益广泛，有力的促进了全球高新技术的发展和产品的迅速更新换代。

美国、日本及西欧等工业发达国家的飞机、汽车、机床等设计制造业几乎都应用了CAD技术，CAD在机械制造业中已达到了很高的应用普及率。

CAD技术的发展至今已有40多年的历史。

CAD技术的发展与工业实际应用和需求密切相关，随着实际应用需要，一些计算机应用的新技术和一些新的算法在CAD中不断出现和发展，主要表现在：建模技术的研究和发展；数据管理技术的研究和发展；标准化技术的研究和发展三方面。

1.3 本文研究的容及意义
1.3.1 本文研究的容
本文研究的主要容是在UG软件中对各个零部件进行参数化处理来实现零部件的参数化设计，从而可以方便地进行修改和形成系列产品。

对轴流通风机的零部件进行整体参数化设计并进行装配，生成装配图。

利用UG的三维模型与二维工程图纸相关联的功能，通过三维模型生成二维工程图纸。

这样就将UG软件应用到煤矿风机的设计造型中，实现煤矿风机的参数化设计造型，提高了设计效率，保证了设计准确性，具有一定的前言性。

1.3.2 本文研究的意义
风机产品都是根据用户的不同要求进行设计，以满足不同的工艺流程、介质和操作工况。

由于通风机的应用领域广泛，绘图工作量大，因而传统的设计方法已难以满足市场经济环境。

所以计算机辅助设计技术的优越性，已越来越被人们所认识，它具有计算准确、设计方便、设计效率高等优点。

本文利用计算机辅助软件---UG来对ZTD56no10(2X11-4)型对旋轴流式主通风机的设计与造型，从而可以加快设计、加快制图的速度，减少出现错误的可能，减少资源浪费，缩短产品的生产周期，提高生产效率，提高风机性能。

因而，用计算机辅助软件进行轴流式风机的设计与造型具有现实的必要性及可行性。

1.4 小结
本文根据风机的相关理论和设计参数，确定了ZTD56no10(2X11-4) 型矿用轴流式主通风机的结构参数，并利用UG软件对其主要零部件进行了参数化造型和装配，为后续CAE/CAM打下了基础。

通过该过程，不但熟悉了计算机辅助设计的过程，了解了参数化设计的优势，更重要的是掌握了UG的基本使用方法，为以后的工作和学习打下了坚实的基础。

相信以在遇到类似的工作和参数化设计概念的时候，更能够得心应手。

2ZTD56no10(2X11-4)型通风机的设计与参数选择
由于矿井通风设备能否正常运转，关系着煤矿的安全生产，运转效的高低影响着矿井的电力消耗及生产成本。

因此，在进行矿井通风机选型设计时，在保证通风机运转的可靠性和经济技术合理性的基础上，还应该充分考虑矿井通风的特殊性。

根据这个原则，在矿井通风机选型设计中，应注意以下问题：
(1)保证安全运转
(2)设备性能符合矿井的需要
(3)经济合理
(4)噪声符合规定
ZTD56no10(2X11-4)型通风机设计参数如下：
3 基于UG对通风机主要零部件的参数化设计
3.1 UG简介
3.1.1 UG的功能简介
本篇论文将以UGNX为三维CAD软件应用平台，在UGNX软件环境中利用功能模块和设计理念研究构建产品设计平台的思路和方法，下面对软件功能做简单描述。

UG是Epigraphic Solutions 公司的拳头产品。

它最早应用于美国麦道飞机公司。

是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件，于1991年并入美国通用汽车公司(GM)的全资子公司EDS.90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。

在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，并被大多数CAD/CAM 软件厂商所采用。

该软件以世界一流的集成化设计、工程与制造系统广泛地应用于通用机械、模具、汽车及航空领域。

它由CAD、CAE、仿真、质量保证、软件接口、开发工具、CAM及钣金加工等部分组成。

形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和微机版的较完善的企业维CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。

UG的优势（UG是一个完全的参数化软件，为零部件的系列化建模、装配和分析提供强大的基础支）：
1．可以为机械设计、模具设计以及电器设计单位提供一套完整的设计、分析和制造方案。

2．UG是一个完全的参数化软件，为零部件的系列化建模、装配和分析提供强大的基础支持。

3．UG可以管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据，实现逆向工程（Reverse Design）和并行工程（Concurrent Engineer）等先进设计方法。

4．UG可以完成包括自由曲面在的复杂模型的创建，同时在图形显示方面运用了区域化管理方式，节约系统资源。

5．UG具有强大的装配功能，并在装配块中运用了引用集的设计思想，为节省计算机资源提出了行之有效的解决方案，可以极提高设计效率。

在我们的建模中，我们主要用到了“旋转”、“抽壳”、“拉伸”、“实体特性”、“孔”等造型特征。

在草图绘制中，主要用到了“圆”、“直线”、“圆弧”、“修剪”等命令。

3.1.2 参数化设计特征
参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心技术之一，也是当前CAD 技术的研究热点。

它一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数与设计对象的控制尺寸有明显的对应，由尺寸驱动力修改设计结果。

参数化设计方法是基于特征的实体建模方法，它主要有以下优点：
基于特征：零件模型由具有一定几何形状的特征所组成，通过不同特征在一定位置约束下的不同组合而得到模型。

特征可以是添加材料的(如块、凸台、凸垫),也可发是切除材料的(如孔、槽、修剪)。

全尺寸约束：用尺寸参数来约束特征及其他几何对象的形状，通过尺寸约束来控制和修改几何形状，所有这些尺寸参数都是可调节器的变量参数。

尺寸驱动：当需要个性几何对象的形状时，只要编辑与该形状相关的尺寸参数即可。

这种技术是现代CAD系统的基本功能之一。

全数据相关：模型的形状与其约束几何对象的尺寸完全相关，几何实体之间也是相关的。

几何对象相应的尺寸参数的修改将使同一模型在不同应用模块中的相关尺寸自动更新，不需人工干预。

3.1.3 UG装配模块概述
一、UG装配的概念
装配模块UG/Assembly是UG集成环境中的一个模块，用于实现将零件(或部件)的模型装配成一个最终的产品模型，或者从装配开始产品的设计。

与产品的实际装配过程不同，UG的装配模块是一种虚拟装配。

将一个零件(或部件)模型引入到一个装配模型中时，并不是该零件(或部件)模型的所有数据“复制”或“移动”过来，而只
是建立装配模型与被引用零件(或部件)模型文件之间的引用(或)关系，即有一个指针从装配模型指向被引用的每一个零件(或部件)。

一旦被引用的零件(或部件)模型被修改，其装配模型也会随之更新。

一个装配中可引用一个或多个零件模型文件，也可引用一个或多个子装配模型文件；一个装配模型文件可以作为另一装配模型文件的一个组件。

为描述简单起见，将每个文件所表示的模型都称为“部件”(Part),而不管其是一个零件模型还是一个子装配模型。

在UG中，部件实际上是一个包含有某一模型数据的文件。

二、 UG装配的主要特点
UG装配模块的主要特点可概括如下：
(1)组件几何只是被装配部件引用，而不是直接复制到装配部件中。

这样就避免了组件几何数据的重复，减小了装配模型文件的规模，也为装配模型的修改与自动更新提供了可能。

(2)可以利用“自顶向下”和“自底向上”两种装配建模方法来完成产品的装配建模与部件建模，在装配上下文中可以直接对组件几何进行创建和编辑工作，从而使产品的总体设计与详细设计可同步和穿插进行，部件之间的几何对象可相互参照与引用，提高了设计效率与准确性。

(3)不管如何对装配进行编辑，自始至终保持组件与其装配之间的相关性，装配模型自动更新以反映被引用部件的最新版本，不需设计人员人工干预。

(4)不需对装配所引用模型的几何对象进行编辑，就可以简化装配的图形表示，方便设计出多种方案的装配模型。

(5)通过指定组件之间的约束关系，在装配中可利用配对条件来对各组件进行定位而当组件模型发生改变时，也能保持这种定位关系不变。

，
(6)装配导航器提供了一种对装配结构的图形化显示，以方便对组件进行选择以及大多数装配编辑操作。

三、装配方法简介
在UG中，系统提供了以下几种装配方法：
(1)自顶向下装配它是指在装配中创建与其他部件相关的部件模型，是在装配部件的顶级向下产生子装配和部件的装配方法。

(2) 自底向上装配它是指首先创建部件的几何模型，再组合成子装配，最后生成装配部件。

(3)混合装配它是指将自顶向下装配和自底向上装配结合在一起的装配方法，在实际的设计中，根据需要可以将两种方法同时使用。

3. 2 通风机零部件的参数化设计
3.2.1集流器球壳的参数化设计和造型过程
(1)选择“起始”/“建模”按扭，进入造型功能模块。

(2)单击工具栏中的图标，画一个半径为280mm的球体，如下图：
(3)移动坐标，在（-304，0，0）点创建一个半径为60mm的球体，如下图：
(4)同理，在坐标(304,0,0)，(0，304，0)，(0，-304，0)等点创建一个半径为60mm的球，如下图：
(5)单击工具栏中的图标，先后单击大球和所有的小球，其图如下：
(6)单击工具栏中的图标，把球体修剪成半球体，如下图：
(7)单击工具栏中的图标，对该图形进行抽壳，如下图：
(8)单击工具栏中的图标，对该图形进行倒圆，如下图：
3.2.2喇叭口的参数化设计和造型过程
(1)选择“插入”/“草图”,进入草图模块。

(2)单击工具栏中的图标，分别画出长度为650mm、502.5mm、244mm的三条直线，如下图：
mm的圆弧，如图：
(3) 单击工具栏中的图标，画出544
(4)完成草图，单击工具栏中的图标，对图形进行旋转，参数设置如下：
旋转图如下：
(5)单击工具栏中的图标，进行抽壳，参数如下：
最终造型如下：
3.2.3 集流器法兰1的参数化设计和造型过程
(1) 选择“应用”/“建模”命令，进入造型功能模块。

(2) 选择“插入”/“曲线”/“基本曲线”,进入以下的模块。

(3)分别绘制圆心坐标为(0,0,0)，直径为1400，1300mm的两个圆，如下图：
(4)单击工具栏中的图标，其高度为12mm,如下图：
(5)单击工具栏中的图标，对其进行钻孔，参数如下：
如下图：
(6)单击工具栏中的图标，对孔进行环行阵列，参数如下：
最终造型如下：
3.2.4前主体筒出气筒的参数化设计和造型过程
(1) 选择“起始”/“建模”按扭，进入造型功能模块。

(2)选择工具栏中的图标，在原点和(464,0,0)点分别做三个半径为30mm,24mm,6mm的圆，如下图：
(3)选择工具栏中的图标，作圆的切线，并对圆进行修剪，编辑过程如下图：
结果如下图：
(4)单击工具栏中的图标，对该图形进行拉伸，其高度为286.5mm,最终造型如下图：
3.2.5前主体筒连接板的参数化设计和造型过程
(1) 选择“起始”/“建模”按扭，进入造型功能模块。

(2)选择工具栏中的图标，画一个边长为200mm的正方形和一个半径为44mm的圆，如下图：
(3)单击工具栏中的图标，对正方形和圆进行拉伸，分别拉伸12mm和20mm，如下图：
(4)单击工具栏中的图标，对两图形进行布尔运算，操作如下：
运算后的图形为：
(5)选择工具栏中的图标，对其进行钻孔，其参数如下：
最终造型如下：
3.3 风机的装配
3.3.1 集流器1的装配
(1)选择“文件”/“新建”命令，新建名称为JLQ.prt的部件文档，再选择“起始”/“装配”命令打开装配功能。

(2)首先添加球壳部件，单击“装配”/“组件”中的按钮，添加JLQ1.prt部件，选择默认的引用集、定位方式设置，设置放置基点(0,0,0),单击“确定”按钮。

图如下：
(3)添加法兰部件，单击按钮，通过“选择部件”对话框添加JLQ2.prt部件，在“配对条件”对话框中添加一个约束，单击“应用”按钮，过程如以下对话框：
分别在两个图上选择配对位置,如下图：
最终造型如下图：
3.3.2 集流器2的装配
它主要是由法兰和罩两个部件装配而成的，它的装配过程同上，装配图如下：
3.3.3 叶轮毂紧固套的装配
(1)单击“格式”/“UCS”中的“原点”按钮，把图中的原点移动到如图所示：
(2) 单击“格式”/“UCS”中的“旋转”按钮，把图中的原点旋转到如图所示：
(3) 单击“装配”/“组件”中的按钮，添加jingutao.prt部件，选择默认的引用集、定位方式设置，设置放置基点(0,0,0),单击“确定”按钮。

图如下：
(4)单击“装配”/“组件”中的“重定位组件”按钮，对紧固套进行重定位，先对紧固套进行绕原点原转，如下图
(5)用同样的方法对紧固套进行移动，造型如下：
(6)剩下的紧固套用同样的方法装配，最终造型如下：
3.3.4 紧固套叶片的装配
它的装配过程同紧固套的装配过程一样，装配图如下：
3.3.5 中间筒的装配
主要是移动原点坐标，移动到计算好的点，装配定位的时候主要采取绝对定位，设置放置基点(0,0,0),最终造型如下：
3.3.6 主体筒的装配
它主要是由小法兰、大法兰、外筒、网孔筒、电机出线筒、支撑板、连接板、出气筒、筒、电机连接法兰、基座支撑板1、基座支撑板2、基座支撑板3、吊钩等十四个部件组成，它的装配过程结合了上面两中装配方法，装配图如下：
3.3.7 扩散筒的装配
它主要是由封板1、法兰1、外筒、外筒网孔板、筒网孔板、加强筋1、加强筋2、筒、支撑板1、支撑板2、封板2、法兰2、球壳、吊钩、基座支撑板1、基座支撑板2、基座支撑板3、等十七个部件组成，它的装配过程同主体筒的装配过程一样，装配图如下：
3.3.8 扩散塔的装配
它主要是由法兰1、过渡扩散筒1、过渡扩散筒2、过渡扩散筒3、过渡扩散筒4、法兰2、钢管、基座支撑板1、基座支撑板2、基座支撑板3等十个部件组成，它的装配过程同上，装配图如下：
3.3.9 风机的装配
在前面已创建了风机的6个子系统(主体筒、集流器1、集流器2、中间筒、扩散筒、扩散塔)，其中主体筒有两个（前主体筒和后主体筒），中间筒也有两个，接下来将这8个子系统装配在一起，合成最后的风机装配体。

其装配方法主要有两个组件配对而成，其装配顺序如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)总的装配图如下：
3.4 通风机的仿真过程及结果
(1)整理总装配图，点击“起始”命令中的“运动仿真”，在“运动导航器”中右键单击后新建仿真，此后进入到仿真环境中。

(2)选择连杆并应用。

(3)选择运动副并设置运动驱动“恒定的”方式，输入一个既定的速度，点击应用即可。

(4)点击动画命令并确定，选择循环播放模式，单击播放按钮就可查看运动仿真结果，同时将该文件进行保存。

(5)根据保存的动画文件，使用gif软件抓取GIF动画，以便查看运动仿真。

首先勾选“显示区域”，然后选择区域，点击捕捉按钮开始捕捉，捕捉结束时单击停止按钮即可完成动画捕捉工作，此时单击菜单栏文件，保存动画。

4 总结与展望
总结:
本文根据风机的相关理论和设计参数，确定了ZT52-4-NO10型矿用轴流式主通风机的结构参数，并利用UG软件对其主要零部件进行了参数化造型和装配，为后续CAE/CAM打下了基础。

通过该过程，不但熟悉了计算机辅助设计的过程，了解了参数化设计的优势，更重要的是掌握了UG的基本使用方法，为以后的工作和学习打下了坚实的基础。

相信以在遇到类似的工作和参数化设计概念的时候，更能够得心应手。

风机的主要部件及其零部件的造型和总机的装配就完成了。

在这个过程当中，让我掌握了UG的基本功能使用，我发现在造型的过程中用得最多的就是“拉伸”、“回转”、“实例特征”等命令，用这几个就基本上能够完成风机的造型，比较复杂一点的
会涉及到“抽壳”、“片体加厚”等等。

对于一些形状复杂需要在多个平面作图的部件，还使用了一小部分的约束和更改基准平面来造型。

这对初学UG的我来说做风机参数化设计造型，给我很大的发展空间，这是学习和发挥的好机会，因为这样集中的做一个完整造型图比做一些小零件图更有利于我们理解能力和综合协调能力的发挥，特别是在使用软件上有了一次系统性的学习，让我不但学会这个软件更让我理解了理论与实际的结合，以及怎么把握们们的共性。

这对于我们毕业后学习其他软件和即将面临的工作是很好的锻炼。

展望:
通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节。

基于UG的参数化造型可以从很大程度上实现风机的计算机辅助设计，缩短风机的设计时间，提高设计效率。

并且可以依靠UG的基本性能分析对风机进行性能测试，以及些基本的力学分析等优势。

利用UG软件对其主要零部件进行了参数化造型和装配，为后续CAE/CAM打下了基础，实现参数化设计的概念，也让整个风机行业迎来一个非常广阔的设计和发展空间，相信在计算机辅助设计的设计基础上，风机的国生产和销售市场也大有可观！
5 致
本课题是在指导老师书华老师的关怀和悉心指导下完成的。

从论文的选题、方案的确定到论文撰写的整个过程中，无不浸透着老师的大量心血。

在此过程中，老师尽
管自身有很繁忙的日常工作、事务，仍亲自带领我们展开一系列的工作，在此谨对老师的辛勤指导表示衷心的感。

同时我也要向我的同组成员王丽萍、黄健、郭丁瑞、雪表示感，在设计过程中，他们给了我许多的帮助和建议。

最后对所有评审本论文和参加论文答辩的老师致以诚挚的敬意和衷心的感，他们提出的宝贵意见和建议。