滚筒式抛丸清理机的设计 (2).doc

目 录1 前言12 总体方案的论证23 传动方案的论证33.1 方案一 齿轮传动33.2 方案二 带传动33.3 方案三 链传动44 选用电动机55 机械传动装置的总体设计与计算76 机械传动件的设计计算96.1 链传动的设计与计算96.1.1 链条的设计与计算96.1.2 主要失效形式106.1.3 滚子链的静强度计算106.2 链轮基本参数和主要尺寸116.3 滚子链传动的故障与维修127 摩擦轮的设计与计算147.1 摩擦轮方案选择147.1.1 方案一 圆柱平摩擦轮传动147.1.2 方案二 圆柱槽摩擦轮传动147.1.3 方案三 端面摩擦轮传动157.2 摩擦轮传动的主要失效形式167.3 摩擦轮的材料167.4 摩擦轮传动的设计和计算168 轴的设计和计算188.1 轴的材料188.2 轴的结构设计189 轴承盖的设计计算2010 轴承的选择和润滑：2110.1 轴承的选择：2110.2 轴承的润滑2111结论23参考文献24致 谢25附 录261 前言本机利用高速回转的叶轮，将弹丸抛向滚筒内不断翻转的铸件或锻件来清除其表面的残余型砂或氧化铁皮。清理均匀，生产率高，适宜于中小型铸锻车间清理15kg以下的小件使用。由于本机带有单独的集尘装置，故安装地点不受车间通风管路的限制，且卫生条件好。本机设有自动停车装置，故操作简便我的课题来源于大丰市丰特铸造机械有限公司。为了清除铸件或锻件表面的残余型砂或氧化铁皮利用高速回转的叶轮将弹丸抛向滚筒内不断翻转的零件，要求达到如下目的：（1）综合运用机械和电器知识；（2）滚筒传动机构的设计；（3）轴的设计与校核；（4）滚筒传动机构所有零件的设计。该系列产品适用于清理各种不怕碰撞、划伤的铸、锻件。是小型铸、锻、热处理车间清理工件表面残砂、氧化皮的理想设备。主要由滚筒、分离器、抛丸器、提升机、减速电机等组成。利用高速旋转的叶轮将弹丸抛向滚筒内部不断翻转的工件，使工件表面的附着物迅速脱落，从而获得一定粗糙度的光洁表面，达到清理的目的。积二十几年经验和结合日本 ikk 技术制造而成的 tochu 牌抛丸机可提供适应各领域用的成套设备，其表面处理技术为中国工业界提供良好的服务。抛丸机的种类很多，有翻滚式、转台式、车式、输送带式及悬挂式等多种类型。2 总体方案的论证滚筒抛丸机的抛丸器为主要实行机构，其性能的好坏直接影响抛丸机的效率，还有传动系统和集尘装置也是抛丸机的主要机构。方案一 抛丸器传动：由电动机经皮带轮传动叶轮主轴使叶轮高速旋转。滚筒传动：由电动机经链轮传动带动托轮，再以摩擦传动滚筒。集尘器选用旋风除尘器。方案二 抛丸器传动：由电动机经齿轮传动叶轮主轴使叶轮高速旋转。滚筒传动：由电动机经由皮带轮传动带动托轮，再以齿轮传动滚筒。集尘器选用电除尘器。方案三 抛丸器传动：由电动机经链轮传动叶轮主轴使叶轮高速旋转。滚筒传动：由电动机经由齿轮传动带动托轮，再以齿轮传动滚筒。集尘器选用旋风除尘器。方案一结构紧凑，布局合理，传动简单，可靠性高，使用寿命可以得到保障，制造成本低，加工简单。方案二、三效率比较低，加工成本高。经过三个方案的比较，选用方案一。图2-1 总装图3 传动方案的论证3.1 方案一 齿轮传动图3-1 齿轮传动齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用于功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；传动效率高，=0.920.98，在常用的机械传动中，齿轮的传动效率较高；工作可靠，使用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。齿轮传动的主要缺点：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本较高，不宜用于较远距离两轴之间的传动。 齿轮传动应满足的基本要求是：瞬时传动比不变，冲击、振动和噪声小，能保证较好的传动平稳性和较高的运动精度；在尺寸小、质量轻的前提下，轮齿的强度高，耐磨性好，承载能力大，能达到预期的工作寿命。 3.2 方案二 带传动图3-2 带传动带传动的主要优点：缓冲和吸振，传动平稳、噪声小；带传动靠摩擦力传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件；适用于两轴中心矩较大的场合；结构简单，制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。带传动的缺点：不能保证准确的传动比；需要较大的张紧力，增大了轴和轴承的受力；整个传动装置的外廓尺寸较大，不够紧凑；带的寿命较短，传动效率较低。 鉴于上述特点，带传动主要适用于：速度较高的场合，多用于原动机输出的第一级传动。中小功率传动，通常不超过50 kw。传动比一般不超过7，最大用到10。传动比不要求十分准确。3.3 方案三 链传动图3-3 链传动链传动具有带传动和啮合传动的一些特点，其优点是：链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；承载能力大；效率高（=0.950.98）。同时；链传动能吸振与缓和冲击，结构简单，加工成本低廉，安装精度要求低，适合较大中心距的传动，并能在温度较高、湿度较大、油污较重等恶劣环境中工作。 链传动的缺点是：高速运转时不够平稳；传动中有冲击和噪声；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中使用；只能用于平行轴间的传动；安装精度和制造费用比带传动高。 链传动的适用场合：广泛应用于中心距较大、多轴、平均传动比要求准确的传动。环境恶劣的开式传动、低速重载传动及润滑良好的高速传动，均可采用链传动。滚子链传递的功率通常在100kw以下，链速在15m/s以下，传动比i=7。目前其最大传递功率可达500kw，最高中心距可达8m。综合分析上述三种方案，从传动效率、传动比范围、传动速度、制造成本和安装精度、传动装置外廓尺寸等方面综合考虑，本设计课题的传动方案采用方案三，即采用链传动。4 选用电动机1电动机的容量（功率）选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或电动机因长期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成浪费。根据设计取 滚筒外壳体积：摩擦圆体积：护板体积：查表得滚筒外壳质量： 摩擦圆质量： 护板质量： 滚筒总质量： 滚筒重力： 抛丸机的最大装载量:工件所受重力： 满载时每个托轮所受切向力： 滚筒线速度： 滚筒所需功率： 查表得： 电动机至滚筒的总效率 电动机所需功率所以选用电动机额定功率由于滚筒转速不高，可选用ytc系列齿轮减速三相异步电动机，根据额定功率选用ytc502型。5 机械传动装置的总体设计与计算1图5-1 机械传动装置电动机选定后，根据电动机的满载转速n m及工作轴的转速n w即可确定传动装置的总传动比。 具体分配传动比时，应注意以下几点：a. 各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，对减速传动尽可能不超过其允许的最大值。b. 应注意使传动级数少传动机构数少传动系统简单，以提高和减少精度的降低。c. 应使各级传动的结构尺寸协调匀称利于安装，绝不能造成互相干涉。d. 应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑。传动装置的计算：a. 电动机转速 滚筒转速 传动装置的总传动比 b. 分配各级传动比因，取则c. 计算传动装置的运动参数和动力参数a）各轴转速轴 轴 b）各轴功率轴 轴 c）各轴转矩轴 轴 将运动和动力参数计算结果整理并列于表5-1表5-1 运动和动力参数表参数轴名轴轴转速4819.2功率1.421.32转矩282.5656.6传动比2.5效率0.936 机械传动件的设计计算26.1 链传动的设计与计算图6-1 链传动6.1.1 链条的设计与计算取小链轮齿数则大链轮齿数，取初定中心距，一般取，取以节距计的初定中心距链条节数 取 （取偶）计算额定功率查表得为工况系数，为齿数系数，为链长系数，为排数系数，根据查得：应选用单排12a型滚子链，p=19.05mm链条长度计算中心距，查表 实际中心距,一般 链条速度 有效圆周力 作用在轴上的力f 6.1.2 主要失效形式 a）链条疲劳破坏 在闭式链传动中：链条零件受循环应力作用，经过一定的循环次数链板发生疲劳断裂，滚子、套筒发生冲击疲劳破裂。在正常润滑情况下疲劳破坏是决定链传动能力的主要因素。b）链条铰链磨损 主要发生在销轴和套筒上。磨损后链条总长伸长，因而链条垂度增大，导致啮合情况恶化。如动载荷增大易发生跳齿传动时振动噪声增大。润滑不良。开式传动多发生磨损失效。c) 胶合 润滑不当或转速过高时销轴和套筒构成的摩擦表面易发生胶合。d）链条过载拉断 常发生于低速重载情况下。6.1.3 滚子链的静强度计算在低速（）重载链传动中，链条的静强度占主要地位。如果仍用额定功率曲线选择计算，结果常不经济，因为额定功率曲线上各点相应的条件性安全系数s为820，远比静强度安全系数大。当进行耐疲劳和耐磨损工作能力计算时，若要求的使命寿命过短，传动功率过大，也需进行行链条的静强度验算。链条静强度计算公式为 （6-1）式中 为静强度安全系数； 为工况系数； 为排数系数； 为有效圆周力；,并查表得，所以为许用安全系数，一般为48；如果按最大尖峰载荷来代替进行计算，则可为36；若速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或作用力的确定比较准确时,可取小值；为单排链极限拉伸载荷。因为此传动速度较低可取最小值，取所以满足要求6.2 链轮基本参数和主要尺寸链轮齿数 配用链条的节距 配用链条的滚子外径 小链轮分度圆直径 小链轮齿顶圆直径 取小链轮齿根圆直径 大链轮分度圆直径 大链轮齿顶圆直径 取大链轮齿根圆直径 链轮齿宽 查表得 , 为链条内节内宽所以 图6-2 齿形6.3 滚子链传动的故障与维修表6-1 滚子链传动的故障与维修故障原因维修措施链板或链轮齿严重侧磨1.各链轮不共面2.链轮端面跳动严重3.链轮支承刚度差4.链条扭曲严重1.提高加工与安装精度2.提高支承件刚度3.更换合格链条链板早期疲劳开裂润滑条件良好的中低速链传动，链板的疲劳是主要矛盾，但若过早失效则有问题：1.链条规格选择不当2.链条品质差3.动力源或负载动载荷大1.重新选用合适规格的链条2.更换只连合格的链条3控制或减弱负载和动力源的冲击振动滚子提前碎裂1.链轮转速较高而链条规格选择不当2.链轮齿沟有杂物或链条磨损严重发生爬齿和滚子被挤顶现象3.链条质量差销轴磨损或销轴与套筒胶合链条铰链元件的磨损是最常见的现象之一。正常磨损是一个缓慢发展的过程。如果发展过快则1.润滑不良2.链条质量差或选用不当1.清除齿沟杂物或换新链条2.清除齿沟杂物或换新链条3.更换质量合格的链条。续表6-1故障原因维修措施外链节外侧擦伤1.链条未张紧，发生跳动，从而与邻近物体碰撞2.链箱变形或内有杂物1.使链条适当张紧2.消除箱体变形、清楚杂物链条跳齿或抖动1.链条磨损伸长，使节距和垂度过大2.冲击或脉动载荷较重3.链轮齿磨损严重1.更换链条或链轮2.适当张紧3.采取措施稳定载荷链轮齿磨损严重1.润滑不良2.链轮材质较差，齿面硬度不足1.改善润滑条件2.提高链轮材质和齿面硬度3.把链轮拆下，翻转180再装上，则可利用齿廓的另一侧而延长使用寿命卡簧、开口销等链条锁止元件松脱1.链条抖动过烈2.有障碍物磕碰3.锁止元件安装不当1.适当张紧或考虑增设导板托板2.消除障碍物3.改善锁止件安装质量振动剧烈、噪声过大1.链轮不共面2.松边垂度不合适3.润滑不良4.链箱或支承松动5.链条或链轮磨损严重1.改善链轮安装质量2.适当张紧3改善润滑条件4.消除链箱或支承松动5.更换链条或链轮6.加装张紧装置或防振导板7 摩擦轮的设计与计算2最简单的摩擦轮传动是由两个直接接触并相互压紧的摩擦轮组成，靠两轮接触面所产生的摩擦力来传递运动和动力。摩擦轮传动结构简单，传动平稳，噪声小，有过载打滑保护作用，可无级调速；但由于在传动中存在弹性滑动与打滑，传动效率低，磨损快，不能保持准确的传动比，同时，作用在轴与轴承上的力较大，只宜于中小功率的传动。7.1 摩擦轮方案选择 7.1.1 方案一 圆柱平摩擦轮传动圆柱平摩擦轮传动的特点与应用：a）结构简单，制造容易b）压紧力大，宜用于小功率传动c）为了减小压紧力，可将轮面之一用非金属材料作覆面d）大功率传动，摩擦轮常采用淬火钢（如gcr15，淬硬至60hrc），并采用自动压紧卸载环e）为降低两轴的平行度要求，可将轮面之一制成鼓形，轴系刚性差时亦应如此f）用于回转简驱动装置、仪表调节装置等图7-1 圆柱平摩擦轮传动7.1.2 方案二 圆柱槽摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动的特点与应用：a）压紧力较圆柱平摩擦轮传动小，当时，约为其30%b）有几何滑动，易发热与磨损，故应限制沟槽高度为 c）加工和安装要求较高d）传动比随载荷和压紧力的变化有少量变动e）用于绞车驱动装置等图7-2 圆柱槽摩擦轮传动7.1.3 方案三 端面摩擦轮传动端面摩擦轮传动的特点与应用：a）结构简单，容易制造；b）压紧力大，有几何滑动，易发热和磨损；c）将小轮制成鼓形，可减少几何滑动，降低安装精度；d）轴向移动小轮，可实现正反向无机变速，但应避免在附近运转；e）要注意大轮的刚度，并控制二轴线的垂直度；f）用于摩擦压力机等。图7-3 端面摩擦轮传动综合以上叙述和此次设计的结构要求，选择第一种方案7.2 摩擦轮传动的主要失效形式摩擦轮传动的主要失效形式：a）疲劳点蚀和表面压溃 多发生在闭式传动中，主要是由于高的接触应力而造成。b）轮面胶合 压紧力大，且转速很高时，摩擦表面时温度升高，导致润滑油膜破裂而造成。c）表面磨损 多发生在开式传动中。7.3 摩擦轮的材料摩擦轮材料应满足弹性模量大、耐磨性好、接触疲劳强度高、价格低且热处理及加工性能好等要求。选用原则：a）要求结构紧凑、传动效率高时采用淬火钢对淬火钢或钢对钢。b）对于尺寸较大、转速较低、且为干摩擦的开式传动，一般选用铸铁对铸铁或铸铁对钢。c）要求传动平稳、不添加润滑剂，噪声小和摩擦系数高的场合，可选用铸铁（或钢）对酚醛层压布材、皮革、橡胶或压制石棉纤维等。根据此装置的结构和设计需要，选用铸铁为材料。7.4 摩擦轮传动的设计和计算传动比 摩擦系数查表取 载荷系数 ，取齿宽系数 取综合弹性模量,为主、从动轮材料的弹性模量查表得所以许用接触应力查表得 取摩擦传动示意图初算中心距 取式中 为摩擦因数，查表取； 为传递功率； 为小摩擦轮转速；摩擦轮宽度 所以每个托轮的宽度 小摩擦轮直径 取 大摩擦轮直径 实际中心距 主动转距 8 轴的设计和计算38.1 轴的材料应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理来选择轴的材料。轴的常用材料是优质碳素钢，如35、45和50，其中以45号钢最为常用。根据本设计的要求，选45号钢作材料8.2 轴的结构设计轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。一般轴的结构设计原则：a）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；b）易于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸、和调整；c）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；d）便于加工制造和保证精度。由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 （8-1）式中 为轴的扭转切应力，单位为; 为轴传递的转矩，单位为; 为轴传递的功率，单位为； 为轴的转速，单位为; 为轴的抗扭截面系数，单位为； 为许用扭转切应力，单位为。由此推得实心圆轴的最小直径(单位为)为 (8-2)式中为计算常数，取决于轴的材料和受载情况查表取 所以 当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱：时，单键槽增大3%，双键槽增大7%；时，单键槽增大5%7%，双键槽增大10%15%。最后应对进行圆整。综合以上取，轴的结构设计如下图：图8-1 主轴 9 轴承盖的设计计算1螺钉联接式轴承盖调整轴承间隙方便，密封性好，应用广泛。轴承外径 根据轴承外径取螺钉直径 螺钉孔直径 取 取 由结构确定， 查表得 , , ,代号入下图所示：图9-1 轴承盖10 轴承的选择和润滑：10.1 轴承的选择：选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素：a.负荷情况 负荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据负荷的大小，方向和性质来选择轴承。a)负荷大小：一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适用于承受较大负荷，球轴承由于是点接触，承载能力小，适用于轻，中等负荷。b)负荷方向：纯径向力作用，宜选用深沟球轴承，圆柱滚子轴承或滚针轴承。纯轴向负荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向负荷和轴向负荷联合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。若径向负荷较大而轴向负荷较小时，也可选用深沟球轴承和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向负荷较大而径向负荷小时，可选用推力角接触轴承，推力圆锥滚子轴承。c)负荷性质：有冲击负荷时，宜选用滚子轴承。b.高速性能 球轴承不滚子轴承有较高的极限转速，故高速时应优先考虑选用球轴承。在相同内径时，外径越小，滚动体越轻小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适合于较高转速下工作。在一定条件下，工作转速较高时宜选用超轻，特轻系列的轴承。c.调心性能 当轴两端轴承孔同心性差或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。d.允许的空间 径向尺寸受限制的机械装置，可选用滚针轴承或特轻，超轻型轴承；轴向尺寸受限制时，宜选用窄或宽系列的轴承。e.安装与拆卸方便 整体式轴承座或频繁装拆时，应优先选用内外圈可分离的轴承。轴承装在长轴上时，为装拆方便可选用带锥孔和紧定套的轴承。根据以上所述及本设计的具体要求，选用调心球轴承。10.2 轴承的润滑轴承润滑主要目的是减少摩擦和磨损，同时起到冷却，吸振，防锈及降噪的作用。常用的润滑剂有润滑油，润滑脂及固体润滑剂(二硫化钼)。选择润滑剂应当考虑工作温度，轴承负荷，转速及其工作环境影响。一般来说，温度高，负荷大，转速低时选用粘度高的润滑剂。润滑油选择：常用的润滑油有-机械油，高速机械油，汽轮机油，压缩机油，变压器油，汽缸油等等。一般而言，轴承转速越高，则选用较低粘度的润滑油。负荷越重，则选用粘度较高的润滑油。润滑方法有：油浴润滑，循环油润滑，喷油润滑及油雾润滑。选择润滑油或脂润滑的一般原则如表10-1：表10-1 选择润滑油或脂润滑的一般原则影响选择的因素用润滑脂用润滑油温度当温度超过120时，要用特殊润滑脂。当温度升高到200-220时，再润滑的时间间隔要缩短油池温度超过90或轴承温度超过200时，可采用特殊的润滑油温度系数400000400000500000载荷低到中等各种载荷直到最大轴承形式不用于不对称的球面滚子推力轴承用于各种轴承壳体设计较简单需要较复杂的密封和供油装置长时间不需维护的地方可用。根据操作条件，特别要考虑工作温度不可以用集中供油选用泵送性能好的润滑脂。不能有效地传热，也不能作为液压介质可用最低转矩损失如填装适当，比采用油的损失还要低为了获得最低功率损失，应采用有清洗泵或油雾装置的循环系统污染条件可用。正确的设计可防止污染物的侵入可用。但要采用有防护、过滤装置的循环系统11结论在本设计中，执行工作的从动件能满足生产工艺提出的运动形式、运动规律、功能范围和运动性能等诸方面的具体要求。结构简单，尺寸大小适度，在整体布置上占有空间小，布局紧凑。制造加工容易，维修拆装方便，工作中稳定可靠，使用安全，具有足够的寿命。滚筒与电动机的运动方式，功率、转矩及其载荷特性能够相互协调，与其他相邻机构的衔接正常，传动运动和力可靠，不会发生运动干涉。本机符合生产的需要，具有较