第一章 罗茨鼓风机CAD/CAPP/CAM简介 第1节 罗茨鼓风机设计 1. 罗茨鼓风机的特点： 三叶罗茨鼓风机是一种高效、节能型鼓风机。叶轮型线采用改进后的复合线型，其容积利用系数较高，啮合完美，泄漏少，效率高。此鼓风机体积小，重量轻，流量大，噪声低。 罗茨式鼓风机结构相对比较简单，制造方便，介质不含油。鼓风机的叶轮材料是球墨铸铁或铸铝，外形轮廓在线切割机床加工或专用数控机床精密加工成型。同步齿轮材料用45号钢或特殊铬锰钛合金钢，经渗碳淬火后磨削加工，精度高，常规使用的寿命长。叶轮部件要进行动平衡试验。采用高精度轴承和耐高温的氟橡胶制成的骨架式橡胶油封，传动部件采用封闭式润滑，来保证了产品质量。 材料和加工方式的选择具体还需根据设计的基本要求和生产批量来确定。 2. 罗茨鼓风机的的工作原理： 罗茨式鼓风机的工作原理见图1，靠两转子的相互啮合工作，推移气缸容积内气体，在排气腔内达到升压的目的。同步齿轮带动转子有两种方式(见图2)。a方式，主轴的扭转变形对转子间的间隙影响小，b方式．维修方便。 图1-1 图1-2 转子的断面型线有渐开线型，圆弧型和摆线型等．渐开找型的面积利用系数较高．制造方便，应用较广．转子头数(叶峰或叶谷数)为2或3。两头的转子均为直叶，三头转子有直叶和扭叶两种，增加转子头数或选用扭叶，能改善排气的不均匀性． 3. 罗茨鼓风机的应用领域 罗茨鼓风机产品大范围的应用于石油、化工、冶金、电力、环保、轻工、纺织、无纺布、水泥等行业及污水处理、气力输送、瓦斯脱硫、真空包装、水产养殖等领域。 第2节 CAD/CAPP/CAM技术 1. CAD技术 在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行设计的一切实用技术的总和称为计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）。 计算机辅助设计包括的内容很多，如：概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。在工程设计中，一般来说包括两种内容：带有创造性的设计（方案的构思、工作原理的拟定等）和非创造性的工作，如绘图、设计计算等。创造性的设计需要发挥人的创造性思维能力，创造出以前不存在的设计的具体方案，这项工作一般应由人来完成。非创造性的工作是一些繁琐重复性的计算分析和信息检索，可完全借助计算机来完成。一个好的计算机辅助设计系统既能充分的发挥人的创造性作用，又能充分的利用计算机的高速分析计算能力，即要找到人和计算机的最佳结合点。 计算机辅助设计作为一门学科始于60年代初，一直到70年代，由于受到计算机技术的限制，CAD技术的发展很缓慢，进入80年代以来，计算机技术突飞猛进，特别是微机和工作站的发展和普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图形显示器、绘图仪、激光打印机的问世，极大地推动了CAD技术的发展，CAD技术已进入实用化阶段，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。 早期的CAD技术只能进行一些分析、计算和文件编写工作，后来发展到计算机辅助绘图和设计结果模拟，目前的CAD技术正朝着AI和知识工程方向发展，即所谓的ICAD（Intelligent CAD）。另外，设计和制造一体化技术即CAD/CAM技术和CAD作为一个主要单元技术的CIMS技术都是CAD技术发展的重要方向。 在工业化国家如美国、日本和欧洲，CAD已大范围的应用于设计与制造的所有的领域如飞机、汽车、机械、模具、建筑、集成电路中，基本实现100％的计算机绘图。CAD系统的销售额每年以30～40％的速度递增，各种CAD软件的功能越来越完善，越来越强大。国内于70年代末开始CAD技术的大力推广应用工作，已经取得可喜的成绩，CAD技术在我国的应用方兴未艾。 一般讲，一个CAD/CAM系统基本上只适用于某一类产品的设计和制造，如电子科技类产品CAD/CAM只适用于设计制造印制板或集成电路，而机床的CAD/CAM只适用机床的设计和制造，这两个系统不仅基础和专业软件不一样，而且硬件配置上也有差异。但就系统的逻辑功能和系统结构角度来看还是基本相同的。 不管是用于何种产品设计和制造的CAD/CAM系统，从其逻辑功能角度来看， CAD/CAM系统绝大多数都是由计算机和一些外部设备（计算机和外部设备通常硬件）及相应的软件组成（这中间还包括系统软件、支撑软件及应用软件），如图1所示。但对于一个具体的CAD/CAM系统来讲， 其硬件、软件相互的配置是有必要进行周密考虑的，同时对硬软件的型号、性能以及厂家都有必要进行全方位的考虑。 图1 CADCAM系统的基本结构 CAD/CAM系统的类型可按系统的功能分，也可以按系统中使用的计算机类型分。按系统功能大体上分为：通用CAD/CAM系统和专用CAD/CAM系统。通用的CAD/CAM系统应用限制范围广，其硬件和软件的配置也比较丰富。而专用的CAD/CAM系统是为实现某种专门产品生产的系统，其硬件配置最简单，软件也比较单一。 当前各单位对CAD/CAM系统的要求不完全一样，所需的硬件和软件性能不同，即应用是多层次的。根据计算机的性能和类型，传统的分类是将CAD/CAM系统分为4种类型。随着计算机技术的发展，正在或已经在不断的变化。国内在二维CAD软件方面，有两个发展的方向。一是以AutoCAD为平台开发的二次开发应用软件，另一类是自主平台的CAD软件，即从最低层进行开发，不依赖于国外的平台软件，这类软件主要以学校和研究所方面的产品为主。这两种产品之间的争论由来已久。相互谁也不服谁，实际上这两类软件各有千秋，对于中国CAD技术的普及应用都起到了积极的推动作用。 自主平台软件的开发和销售，对于降低国外产品的价格，起到了决定性作用。在几年前，CAD软件被认为是高不可攀的软件，而到了现在，二维CAD软件的价格已经低到足以让绝大多数企业可承受的地步，在三维CAD软件方面也是如此。国产软件在价格这一块的优势是具有相当竞争力的，况且经过多年来的努力，国产软件在功能和实用性方面也有了巨大的提高，这为自主平台软件在市场上渐成气候奠定了条件。 二次开发CAD软件主要的平台是AutoCAD，目前，国内基于该平台的应用软件数量很多，已经有较多很成熟的应用。这类软件主要的特点是功能丰富（平台软件本身就提供了很多基本的功能），标准化程度高，兼容性好。CAPP计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD)相接，下与计算机辅助制造（CAM）相连，是连接CAD与CAM之间的桥梁CAPP（computer aided process planning,计算机辅助工艺过程设计）的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。 由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只可以通过工艺设计才能生成制造信息，设计只可以通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的主体地位。 一个CAPP系统应具有以下功能：检索标准工艺文件；选择加工方法；安排加工路线；选择机床、刀具、量具、夹具等；选择装夹方式和装夹表面；优化选择切削用量；计算加工时间和加工费用；确定工序尺寸和公差及选择毛坯；绘制工序图及编写工序卡。有的CAPP系统还具有计算刀具轨迹，自动进行NC编程和来加工过程模拟的功能，有些专家认为这些功能属于CAM的范畴。 按其工作原理来分，有7种类型的CAPP系统(在分类方面有多种说法，在后面的章节中我们还会接触到一种分类方式，相互之间并没有矛盾)。 1、检索式CAPP系统 这种CAPP系统常应用于大批大量生产模式，工件的种类很少，零件变化不大且相似程度很高。检索式CAPP系统不需要进行零件的编码，在建立系统时，只需要将各类零件的工艺规程输入计算机。一般情况下，只需要对已建立的工艺规程进行管理即可。如果需要编制新零件的工艺规程，将同类零件的工艺规程调出并进行修改即可。这是最简单的CAPP系统。 2、派生式CAPP系统 这是一种建立在成组技术基础上的CAPP系统。首先对生产对象进行分析，根据成组技术原理（几何形状和工艺上的相似性）将各种零件分类归族，形成零件组；对于每一零件族，选择一个能包含该组中所有零件特征的零件为标准样件，也可以构造一个并不存在但包含该组中所有零件特征的零件为标准样件；对标准样件编制成熟的，经过考验的标准工艺规程；然后将该标准工艺规程存放在数据库中；当要为新零件设计工艺规程时，首先输入该零件的成组技术代码，也可以输入零件信息，由系统自动生成该零件的成组技术代码；更具零件的成组技术代码，系统自动判断零件所属的零件组，并检索出该零件族的标准工艺规程；然后根据零件的结构形状特点和尺寸及公差，利用系统提供的修改编辑功能，对标准工艺规程进行修改编辑，最后得到所需的工艺规程。派生式CAPP系统具有结构简单，系统容易建立，便于维护和使用，系统性能可靠、成熟等优点，所以应用比较广泛。目前大多数实用型CAPP系统都属于这种类型。 3、创成式CAPP系统 与派生式CAPP系统不同，创成式CAPP系统中不存在标准工艺规程，但是有一个收集有大量工艺数据的数据库和一个存贮工艺专家知识的知识库。当输入零件的有关信息后，系统可以模仿工艺专家，应用各种工艺决策规则，在没有人工干预的条件下，从无到有，自动生成该零件的工艺规程。创成式CAPP系统理论目前尚不完善，因此还未出现一个纯粹的创成式CAPP系统。创成式CAPP系统的核心是工艺决策逻辑，这是人工智能、专家系统发挥作用的大好领域。所以，应用专家系统原理的创成式CAPP系统将是今后研究的重点。 4、半创成式CAPP系统 从原理上看，半创成式CAPP系统是派生式和创出式CAPP原理的综合。也就是说，这种系统是在派生式CAPP的基础上，增加若干创成功能而形成的系统。这种系统既有派生式可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点，又有创成式能够存贮、积累、应用工艺专家知识的优点。这种系统非常灵活，便于结合企业的具体情况进行开发，是一种实用性很强，很有发展前途的CAPP模式。 5、广义CAPP系统 又称综合式CAPP系统或多元化CAPP系统，这种系统将传统CAPP系统的概念扩充到生产计划编制，车间调度和生产负荷平衡等领域，它同时还包括多种CAPP模式（检索式、派生式、创成式），根据不同的生产情况，系统可以自动选择适用的模式。 6、CAPP开发平台（见CAPP系统的柔性化） 7、智能CAPP系统 我国对CAPP的研究始于80年代，迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的CAPP系统已有50多个，但被工厂、企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的CAPP系统还不多。 经过多年的应用普及，我国制造业企业在CAD技术的应用方面已经取得了良好的效果，大部分企业甩掉了图板，相当比例的企业应用了三维设计软件。但是，在绝大多数企业中，工艺部门的计算机应用严重滞后于设计部门，许多企业还在使用手工进行设计，还有很多企业使用CAD软件或办公软件来“画”工艺卡片，另外一些企业，虽然通过与高校、科研单位合作，开发了专用的CAPP，或者是创成式的CAPP，但由于各种图形处理、与数据库结合，以及实用性等原因，时至今日，也未能很好应用CAPP，在应用过程中还存在各种各样的问题。总结起来企业的应用可以分为如下几种情况： （1） 部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，CAPP的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧； （2） 部分企业在计算机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在Word、Excel或AutoCAD上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做CAPP，但此类CAPP所生成的工艺规程是以文件的形式存在的，企业无法对工艺数据进行有效的管理和利用。 （3） 部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的CAPP系统，但由于企业对CAPP的认识还存在一些误区，所选系统具有很大的局限性，CAPP的应用还不尽如人意。 图 工艺卡片的填写和生成是CAPP系统必须首要解决的问题，但在计算机集成制造系统中CAPP是连接CAD与CAM之间的桥梁与纽带。集成化的CAPP系统应能直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关的工艺文件，并以工艺设计的结果和零件信息依据，经过适当的后置处理，生成NC程序，从而实现CAD/CAPP/CAM的系统的集成，其核心是数据库 。因此，CAPP系统必需能够生成工艺数据并进行管理而不只是完成工艺卡片的填写。随着CAPP技术的发展，使数控自动编程成为可能。图3所示为自动编程系统的组成。系统从CAD数据库获取零件的几何信息，从CAPP数据库获取零件工艺流程的工艺信息，然后调用NC源程序生成数控源程序，再对源程序进行动态仿真，如果正确无误，则将加工指令送到机床进行加工。;转子头数Z=3; （3）渐开线型转子的面积利用系数： =1- =0.3 （4）长径比l/D增加时，D值减小，经济性好，但轴承间跨距l增加，主轴刚性下降；l/D减少时，主轴刚性增强，但泄漏面积f增大， 下降，D值增大。 L/D=0.81.5,最佳值l/D=，其中A为两转子中心距,D为转子直径， 所以l/D=1.15,推出l=1.15D （5）Vth=0.5m3/min,（理论排气量）转子圆周速度u=1030m/s，为了设计方便取u=10m/s Vth=30ulDCnm3/s 0.5= D=70mm l=1.15D=81mm （8）节圆半径Rt：Rt= （9）节圆啮合角:= （10）基圆半径： （11）型面始点半径： （12）型面顶点半径 （13） 型面终点啮合角 （14） 渐开线） 非工作面的宽度s: （17） 非工作面圆弧半径r: （18） 转子的宽度B： 转子图： 图 图图图 式中 ───转子外径与气缸的间隙 式中 ───两转子间的间隙 、───转子端面与盖板间的间隙 第2节 渐开线圆柱齿轮传动设计CAD 一、功能简介 GearNew V2.00渐开线圆柱齿轮传动设计程序，是用于渐开线外啮合直齿、斜齿及变位圆柱齿轮的几何计算设计、强度校核和资料查询。程序提供全部常用的齿轮参数值，检查项目值和接触强度、弯曲强度校核结果及相关的全部系数值。强度校核强度校核采用了国标GB3480－1983《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》，并作适当的简化，齿轮的精度范围5－9，齿轮模数＞1。 二、程序主要分为齿轮的设计计算和资料查询两部分。齿轮传动设计计算采用了分步进行的设计过程，用户只要按程序提供的步骤执行，就可设计出满足要求的渐开线圆柱齿轮。齿轮传动设计的步骤如下：设计信息 1 设计信息模块主要完成设计者、设计单位、设计日期和设计时间等四个设计信息的输入功能。 2 设计日期和设计时间自动取为该设计数据文件第一次建立时的时间和日期，用户可直接对其内容做修改。 设计步骤二： 设计步骤三： 设计步骤四 设计步骤五： 设计步骤六： 设计步骤七： 设计步骤八： 设计步骤九： 设计步骤十： 渐开线圆柱齿轮传动设计报告 一、设计信息 设计者 Name=习文 设计单位 Comp=江航学院 设计日期 Date=2006-1-8 设计时间 Time=上午 09:30:04 二、设计参数 传递功率 P=0.20000 (kW) 传递转矩 T=1.36414 (N.m) 齿轮1转速 n1=1400 (r/min) 齿轮2转速 n2=1400.00000 (r/min) 传动比 i=1 原动机载荷特性 SF=轻微振动 工作机载荷特性 WF=均匀平稳 预定寿命 H=10000 (小时) 三、布置与结构 结构及形式 ConS=闭式 齿轮1布置形式 ConS1=悬臂布置 齿轮2布置形式 ConS2=悬臂布置 四、材料及热处理 齿面啮合类型 GFace=软齿面 热处理质量级别 Q=ML 齿轮1材料及热处理 Met1=45调质 齿轮1硬度取值范围 HBSP1=217-255 齿轮1硬度 HBS1=236 齿轮1材料类别 Met

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