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机械毕业设计1146内吸式滤尘器设计机械毕业设计1146内吸式滤尘器设计 -- 5 元

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毕业设计说明书题目名称内吸式滤尘器设计院系名称机电学院班级学号学生姓名指导教师目录第一章绪论.....................................................................................................................................11.1纺织滤尘器的现实意义.............................................................................................................11.2纺织滤尘器的的发展和展望................................................................................................31.2.1外吸式和内吸式滤尘设备......................................................................................................31.2.2平板式除尘器...............................................................................................................................41.2.3蜂窝式滤尘器...............................................................................................................................41.2.4鼓式除尘设备...............................................................................................................................51.3内吸式滤尘器简介....................................................................................................................6第二章.内吸式滤尘器整体方案设计....................................................72.1方案设计..................................................................................................................................................72.1.1传动布置方案..................................................................................................................................82.1.2设备的工作条件.............................................................................................................................92.1.3原始数据.............................................................................................................................................92.1.4要求........................................................................................................................................................92.2内吸式滤尘器的结构设计......................................................................................................92.3各参数的选择与计算.................................................................................................................102.3.1内吸式滤尘器各部位转速....................................................................................................112.3.2带轮传动装置设计......................................................................................................................112.3.3齿轮的选择.....................................................................................................................................152.3.4轴的设计......................................................................................................................................152.4丝杠的设计..........................................................................................................................................192.4.1选择丝杠的材料...........................................................................................................................192.4.2螺距和过渡曲线的确定...........................................................................................................192.4.3滑块的设计......................................................................................................................................222.4.4过渡曲线槽宽的修正................................................................................................................242.5圆笼的设计.....................................................................................................................................25第三章减速器和电机....................................................................................................................263.1减速器的选择和特点...............................................................................................................263.2电动机的选择和特点...............................................................................................................26结束语................................................................................................................................................................27参考文献.........................................................................................................................................................28致谢...................................................................................................................................................................291第一章绪论1.1纺织滤尘器的现实意义在过去的半个世纪里,纺织业在中国既是传统产业,也是优势产业。随着中国的经济腾飞,纺织工业在中国经济所占比重越来越少。纺织工业部也被取消了,但纺织工业作为一个大产业在中国的整个经济结构中仍占有重要地位,持续为国民经济作出巨大的贡献。纺织工业对中国的巨大意义从以下几个方面可以看出来第一个就是对国民经济的意义,1999年我国纺织工业出口顺差达320亿美元,占全国外贸顺差的70%。而全国的贸易顺差占GDP的比重是29,纺织的贸易顺差占到全国贸易顺差的百分之60,据了解,从2001年到2008年,全国货物贸易顺差83是纺织创造的。由此可见我国纺织业的巨大经济意义第二个就是民生,据2000年数字统计,我国纺织业产业工人有1300万,占全国产业工人13%,固定资产占全国的11.4%它是一个劳动密集型产业,从棉花,农民种植,一直到我们的服装,家用纺织品和产业用纺织品,这个产业链是非常长的。对有众多人口的中国来说,意义重大。第三就是出口竞争,我国纺织品的竞争力是很强的,从下表1可以看出我国纺织品贸易占世界纺织品贸易的比重。虽然在2008受到金融危机影响,中国纺织品服装的出口曾出现负增长。但自2008年下半年以来,政府有关部门连续4次提高了纺织品服装的出口退税率,从11提高到16。同时随着全球经济复苏,中国纺织品服装出口呈现较快的恢复性增长,2010年17月,我国纺织品出口额达1128.2亿美元,同比增长23.2。说明我国的纺织业是很有竞争力的。2表5全球贸易格局基本情况2001年2005年2007年2008年全球3436481558626121中国535115217121852印度109169195211印尼778397100日本67747679墨西哥101947469巴基斯坦67107112111泰国55687275土耳其106189228230美国175174167169欧盟27国1141.181559.391869.501925.82俄罗斯8.886.527.047.00然而,辉煌的背后也有隐忧,新世纪以来,随着高科技的发展和国际需求环境的改变,我国纺织业存在的问题越来越明显纺织设备落后陈旧,从业人员技术水平不高,缺乏高新技术产品等等。我国政府也很重视这个问题,提出了关于纺织业发展的十二五总体构想。十二五期间,我国纺织业不再将量的增长是为重点。劳动生产率的提高渠道建设,设计体系完整对应品牌建设加大技术纺织品发展力度将是纺织行业的发展思路。高性能、高仿真、功能性新型材料发展及应用回收再利用技术系统集成技术是未来纺织行业发展的方向,以人为本观念发展理念低碳、节能环保的发展模式新型能源产业的发展都将给纺织行业带来新的发展空间。我本次设计的课题是内吸式滤尘器,是纺织滤尘器的一种。它对纺织工业的发展十分重要,因为纺织厂使用机械设备对纺织材料的加工生产过,由于对纺织原料3的开松、除杂、气力输送、分梳、牵伸、加捻、络整、织造的过程中,均会有落棉、杂质、短绒等的产生,这这些杂质需要借助于除尘系统及时分离回收并处理,否则一方面会影响纺织工艺的正常生产,影响产品的质量,增加生产成本另一方面会恶化车间环境,影响职工的身心健康。同时,除尘系统又是耗能大户,于较大的节能挖潜余地。因此,对于除尘系统这一块儿还要好好的研究,多加创新尽量合理确定各车间工艺排风的参数,正确设计除尘系统和选择除尘设备,才能充分发挥出尘设备的效能,及时分离可回用纤维,高效过滤系统中的尘杂,保证车间的正常生产工作,同时降低能耗,实现低碳环保的纺织标准。我对这次设计十分的重视,很希望通过我的努力学习最终不但能完成毕业设计,还能有一些新的想法。做出自己的以一点贡献。1.2纺织滤尘器的的发展和展望20世纪7O年代以前,我国纺织除尘技术相对落后,除尘装置仅有沉降室、大布袋等简单形式,后来出现了尘笼加小布袋的除尘装置,但它们普遍存在设备简陋、性能较差、处理风量少、系统阻力大、能耗高以及效率低等弊端。改革开放以后,我国不断引进、学习、消化和改进国外纺织除尘技术,使我国的纺织除尘技术和产品得到长足的发展。20世纪90年代后逐步走向自主研究、开发创的道路,研制出了适合中国国情、具有中国特色的纺织除尘产品,尤其是二级除尘设备,使我国的纺织除尘技术赶上和达到了国际先进水平⑴。我国纺织二级除尘技术的发展历程大致可以分为三个阶段20世纪80年代,以外吸式和内吸式滤尘为代表20世纪90年代,以平板式和蜂窝式滤尘为代表20世纪90年代末,以鼓式和圆笼滤尘为代表。1.2.1外吸式和内吸式滤尘设备20世纪80年代,我国先后引进了瑞士LUWA公司的转笼滤尘器外吸式和德国LTG公司的圆筒式组合滤尘器内吸式。作为二级除尘设备,它们过滤经一级滤后空气中的微细纤维尘和粉尘,并且配有纤维和粉尘的回收装置。这两4种滤尘器代表了当时世界纺织除尘技术的先进水平,对我国的纺织除尘技术进步起到了一定的推动作用。通过对这项技术的学习、吸收和应用,我国对这两种设备的除尘性能进行了改进,并逐渐国产化,开发了一些类似的产品,例如XLZ复合式滤尘器,立式内吸式圆筒式组合滤尘器等除尘产品。外吸式、内吸式除尘器占用空间大,而单位空问内拥有的过滤面积相对较小,设备的总阻力较大,能耗较高。1.2.2平板式除尘器2O世纪90年代初,我国引进了瑞士LUWA公司的平板式除尘器,它在滤料布置形式和清灰机构方面有所创新,采用竖直的平面滤料组成滤槽,自动清灰的机械吸臂机构,与外吸式、内吸式滤尘器相比具有一定的优越性,提高了空间利用率,提高了滤尘设备的自动化程度。板式除尘器是由一稳压段和多个狭长形的立式槽格组成,槽格两壁布有过滤材料,在稳压段设有在传动机构带动下可作纵向和横向移动的皮带式机械吸臂。它是一狭长形盒,开有吸口的皮带在盒中回转,其宽度略小于槽格,当吸臂依次进入槽格时,两面的皮带正好面对槽格滤料内壁,皮带在回转中由吸口将粘附于滤料内壁上的粉尘吸走。粉尘受阻燃长毛绒滤料的拦截,过滤后的净化气流可直接外排或回用,阻滞于滤料上的粉尘短绒由清吸机构吸走,送集尘器处理,从而使滤尘器的性能保持稳定。我国在消化吸收该项技术的基础上,也开发出了如WFL板式滤尘器等类似的除尘设备。板式除尘器占地面积小,结构紧凑,电器设置简单,维修方便。不易出现故障,一般操作人员均能掌握,不需专门培训,每班只需换一下棉杂桶即可。二级门上有观察窗,维修时可进入走道修理,二级滤料的更换也十分便利。但该设备对机械吸臂的加工精度和安装精度要求高,制造成本高,进人槽格后易卡塞,传动皮带易出现伸长、打滑、变形、漏风现象,从而影响该设备的除尘能力。1.2.3蜂窝式滤尘器蜂窝式滤尘器吸取了德国LTG公司内吸式滤尘器和瑞士LuwA公司板式滤尘器的优点,广泛应用于棉纺织、化纤、苎麻、亚麻以及造纸、烟草等行业的两级滤尘系统中。蜂窝式滤尘器由冷轧钢板制作而成,具有外形美观、器5体积小、过滤面积大、结构紧凑、维护方便、机械吸臂工作可靠等特点。该滤尘器在总体结构上借鉴了LUWA公司板式滤器的结构,但是机械吸臂设计成由回转子吸嘴、传动和汇流箱组成的密封性好、工作可靠、加工精度要求低的新型结构。在过滤形式设计上,其用蜂窝式尘笼代立式槽格机械吸臂置于尘笼之外,含尘空气通过每个小尘笼时粉尘被阻留在滤料内表面。从而使滤后空气得到净化。蜂窝式滤尘器体积仅为LTG公司内吸式滤尘器的一半,在相同体积下,过滤面积和过滤能力比LTG公司产品大1倍,并可在正、负压下运行。蜂窝式除尘器的滤料由多排内吸式小尘笼构成,采用机械吸臂带动一排小吸嘴依次对每排小尘笼进行自动清灰。这种除尘器大大增加了单位空间的滤料布置面积,提高了处理能力,机械吸臂采用先进的程序控制,自动进行横向、纵向以及多吸嘴的回转运动,具有占地少、过滤面积大、过滤效率高、阻力小、自动化程度高、能耗低的优点,其主要技术性能指标均优于内吸式、平板式过滤器。蜂窝式滤尘器的缺点是过滤周期过滤面积清洁一遍所需时间较长,同时由于其传动系统的间歇性和吸臂运动轨迹的复杂化,使得机械结构和控制系统比较复杂,给维修管理工作造成了一定的困难。1.2.4鼓式除尘设备2O世纪90年代后期,我国引进了瑞士LUWA公司的MDV叠鼓式除尘器非机组型的单一规格滤尘器,此种鼓式除尘器规格少,处理风量有限吸尘方式为双吸臂、多吸嘴同时连续吸尘,吸尘能耗较高。为了增大过滤面积、降低吸尘能耗,我国的一些除尘设备生产厂家在滤料布置、设备结构和吸尘机构上不断创新,形成了具有我国特色的鼓式滤尘器,其某些性能指标甚至超过进口设备。鼓式滤尘器成为继蜂窝除尘器后又一代新型纺织除尘产品的代表,它使我国的纺织除尘产品的技术又提高到了一个新的水平。如SZG型鼓式过滤器,它是常熟市鼓风机厂精心研制开发的一种新型高效节能的纺织除尘设备。目前,SZG型鼓式过滤器在纺织除尘领域得到了广泛的应用。但SZG型鼓式过滤器仍然需要完善其性能,降低其能耗,以适合国内外广大纺织生产厂商的要求。61.3内吸式滤尘器简介我要设计的是内吸式滤尘器,就详细说一下内吸式滤尘器的现状和未来发展。20世纪80年代,我国从德国LTG公司引进了圆筒式组合滤尘器内吸式。它是最早的内吸式滤尘器,作为二级除尘设备,它过滤经一级滤后空气中的微细纤维尘和粉尘,并且配有纤维和粉尘的回收装置。它代表了当时滤尘器的世界先进水平。我国展开了积极的学习和研究,相继开发出了很多比较成熟的内吸式滤尘器产品。例如郑州空调环保设备厂生产的ZKT型复合圆笼滤尘器,这套除尘系统是纺织工业部设计院消化吸收西德LTG公司除尘设备的技术而设计的一种除尘系统。采用统。采用连续过滤,连续排尘.两级组合,具有较好的防爆性能和较小的占地面积。投入运行以后,总体除尘效果比较理想。1992年六月27号隶属江阴集团旗下的一个滤尘器厂申请一种内吸式滤尘器专利,名字叫网盘固定式内吸式滤尘器,它包括开有检修门的预分离箱,同预分离箱连接的过滤网架和过滤网,贴近过滤网安装的回转吸嘴,以及传动机构,其特征在于,所述的预分离箱一侧开有圆孔,所述的过滤网由过滤网架支承,密封固定安装在该圆孔上回转吸嘴对着过滤网的一面开有长条吸口,吸嘴的另一侧开有圆孔,吸嘴圆孔同一旋转管连接,一弯头的一端通过一管座同该旋转管活动连接,该弯头的另一端连接吸尘管该传动机构包括一主轴头、一轴承,该吸嘴固定在一吸嘴架上,该吸嘴架可轴向移动地套装于主轴头并由键周向固定,主轴头由轴承支承吸嘴架上装有可调节吸嘴与过滤网之间间距的调节装置。本发明所述的滤尘器结构简单,杜绝漏风,调节方便,便于运输、堆放,检修省工省料,除尘效果好。到了1997年,郑州棉麻工程技术设计研究所研制了MCZ型除尘机组,并进行了在稳定、可靠性试验,经过了三个加工季节的生产运行,证明MCZ型除尘机组是目前我国轧花厂最理想的更新换代产品。MCZF型除尘机组为箱体式,外壳为轻钢结构,由混风箱、预分离器圆盘一级过滤、一级纤维回收系统、二级尘笼过滤包括往复吸嘴、二级集尘系统和主排风风机和传动机构等主要部分组成。工作原理是含纤维性粉尘空气进入一级尘室,一级尘笼滤料阻挡的长纤维被吸嘴送往一级旋风分离器,分离出的长纤维由一级闭风阀卸下来,含细尘的空气返回一级尘室。透过一级尘笼的含尘空气进入二级尘室,二级尘笼滤料阻挡的短纤维及尘杂被吸嘴送往二级旋风分离器,分离出的短纤维及尘杂由二级闭风阀卸下来,含细尘的空气返回二级7尘室。透过二级尘笼的清洁空气由主排风机排出。这种除尘设备优点十分明显①滤尘效果好,除尘效率高,能达到净化要求。②处理风量大,阻力小,节约能耗。⑧可以回收有效纤维,并且进行了能预处理。一级回收的长纤维可作絮棉,二级回收的短纤维可作三道绒。④因本机组采用不锈钢滤料,防火性能好,内部不集尘,防火防爆。⑤占地面积小,不需专门建尘室,结构紧凑。⑥本机组实现机电一体化,有压力监测系统,可随时监测机内运行情况。⑦易操作,好管理,安装维修方便。但该机组一次性投资较多,不过与布袋除尘室相比并不。比较各种除尘设备,还是MCZF除尘机组的综合性能较好,这是一种性能比较优越的除尘设备⑶。我在设计内吸式滤尘器时会中和考虑以上几种除尘机组的优点,努力设计出经济高效的内吸式滤尘器。第二章.内吸式滤尘器整体方案设计2.1方案设计我设计的内吸式滤尘器第二级精过滤机构。总体构想是圆笼不转,吸嘴旋转。也就是一个固定的圆形尘笼内有一个既做圆周运动又做径向往复运动的吸嘴来完成除尘。所以最关键也是最难的问题就是吸嘴运动如何完成。我有两个方案表述如下第一个方案就是如上篇论文里所提出的主轴加一个往复丝杠,主轴和丝杆间有两个齿数相同的齿轮相联系。吸嘴在主轴上跟着主轴做圆周运动,同时跟着丝杠做往复运动。这样就完成了吸嘴的运动。这个方案的完成难度较低,电机不必做正反转,所以电方面的设计很简单。但缺点就是吸嘴在做往复运动时和丝杠间的摩擦会很大。如果吸嘴转速较高时还容易卡死。所以这个方案需要机构间很好的润滑,在尘笼里要做到这一点会比较困难。所以这个方案很好设计完成但后续的维修要求会较高⑵。8第二个方案就是不用往复丝杠,依靠电机的正反转来完成吸嘴的往复运动。这种方案在电控制方面设计会很复杂,让电机正反转很简单,但要确定什么开始反向转就有难度了,而且电机不能说停就停,它有一个惯性,无法瞬间实现反转,所以还要有个提前量。所以这种方案有两个难题一就是用什么信号来触发正反转,是用时间继电器还是用触发开关。二就是提前量的计算,要确定提前多长时间来让它反转吸嘴能刚好运动到头。所以这个方案电方面设计较困难。但整个系统摩擦力较小,效率高。综合以上两种方案,决定用第一种方案,因为二级除尘中的吸嘴的转速较低,用往复丝杠可以满足要求,只要很好的解决润滑问题这个方案就是很理想的,而第二个方案的实现很难,且由于提前量的问题较复杂,所以径向移动的位移不会太精确。因此本次设计用第一种方案。2.1.1传动布置方案内吸式滤尘器主要除去空气中的纤尘和粉尘。除尘空间是一个长3000mm,直径2000mm的圆笼,含尘空气透过围在圆笼内的滤布由内往外吹,灰尘就被留在了滤布的内表面。为了防止火灾,滤料为WS1非织造复合滤料⑷。在工作过程中,圆笼是固定不动的。圆笼中心有一个空心轴,电机通过减速器和带轮的减速,速度由每分钟1390r/min变为4.2r/min,带轮装在主轴上,这样主轴的转速就为4.2r/min。轴上装有有吸嘴架,吸嘴架可以跟着主轴做圆周运动,同时吸嘴架和一个丝杠连接,丝杠装在主轴上,主轴通过传动比11的齿轮使丝杠自转,即丝杠以相同的转速自转和公转。这样吸嘴架就能在实现圆周运动的同时实现轴向移动。圆笼内环境比较复杂,不可能有效的传递电信号,同时,空气中又有很多易燃的粉尘,所以不能设计电机正反转装置。要想实现吸嘴架的自动往复运动,必须使用往复丝杠,往复丝杠是立体凸轮副的一种形式,就是在丝杠上加工两条螺距相同、9旋向相反的螺纹槽,两端用过渡曲线连接。丝杠在旋转过程中,螺旋槽的侧面推动置于螺旋槽内的滑块作轴向往复运动。当丝杠匀速旋转时,滑块除了完成换向动作外还作匀速直线运动。刻下螺距相同但旋向相反的螺纹槽,在螺纹两端的位置用过渡圆弧连接。这样就能实现自动反向,,不需要电机的反转。吸嘴架上有四个吸嘴,每个吸嘴之间的距离是750mm,吸嘴的最大位移为750mm,刚好可以在3000mm的范围内吸尘。传动关系为电动机联轴器减速器小带轮大带轮主轴齿轮丝杠吸嘴2.1.2设备的工作条件载荷平稳,单向运转,每日工作一班,工作五年,允许螺旋运输机主轴转速误差小于5。车间有三相交流电源。2.1.3原始数据1)二级过滤圆笼长度为3000mm,直径2000mm。有效过滤面积为17.0平方米。处理风量40000m3/h.过滤阻力250Pa.2)安装方式水平放置2.1.4要求阅读资料,了解内吸式滤尘器的的机构原理,工作特性和选用的各种配套设施。掌握内吸式滤尘器的各部件的结构,在此基础上设计出满足要求的内吸式滤尘器。2.2内吸式滤尘器的结构设计内吸式滤尘器有很多型号,工作原理各不相同,本次设计的原理是通过电机通过减速器小带轮把动力传到大带轮上,大带轮固定在主轴上,这样就可以带动主轴10转动,主轴通过轴承固定在箱体上,同时主轴上装有齿轮,这个齿轮于另一个齿轮啮合,传动比为11.另一个齿轮固定在丝杠上,丝杠又是固定在主轴上的这样丝杠就能一边和主轴旋转,同时又可以自转。丝杠上丝杠滑块,滑块会在丝杠上来回移动,因为丝杠螺纹为双向螺纹。吸嘴架与丝杠滑块联接在一起这样吸嘴就可以一边旋转,一边左右移动。运动完成,目的达到。2.3各参数的选择与计算内吸式滤尘器的各项参数选择均参照德国LTG公司的内吸式滤尘器,它是由复合式圆笼过滤器(有第一级的圆盘预滤器与第二级的圆筒过滤器二者复合而成)、纤维压紧器、旋风过滤器和主风机四个主要部分组成。目前国内重点消化吸收的是复合式圆通过滤器部分,它的第二季精过滤部分也可单独设置于各类第一集滤尘设备相配套,广泛应用于各类纺织厂清、梳工序的除尘还可单独使用作为各车间空调回风过滤。我要设计的就是复合圆笼过滤器的第二季精过滤部分。为防火,将它的二级滤料改为WS1型非织造布复合滤料。具体参数如下圆筒长度3000mm,直径2000mm。滤料材质WS1型非织造布复合滤料有效过滤面积17.0m2/h.过滤阻力250Pa。处理风量40000m3/h。吸嘴转速4.2r/min。个数4个。吸嘴内径47mm。吸嘴横动速度178.5mm/min。每转一圈横动距离42.5mm。往复一次需要时间8.4min。11排尘管内径118mm。往复丝杠螺距40mm。电动机型号Y80140.55kw减速器型号XW30.551/71主动摩擦轮直径170mm,主轴摩擦轮直径800mm。集尘风机型号C513No.5.2A,吸尘风量500m3/h,风量580m3/h,全压4030Pa,转速2900r/min。配套电机Y100L2型,3kw。装在地面上。2.3.1内吸式滤尘器各部位转速.电机型号为Y8014,功率为0.55kw,转速1390r/min,通过联轴器和减速器联接,传动比为171,所以减速器输出轴转速为19.58r/min,输出轴装小带轮主轴装大带轮,传动比为0.21,所以主轴转速为4.2r/min。刚好符合要求。2.3.2带轮传动装置设计⑸1确定计算功率caP由表教材机械设计87查得工作情况系数AK1.1,故caPAKP1.155.00.605KW2选用V带类型12根据caP,n1由图811选用B型3确定带轮的基准直径dd并验算带速由表86和表88取小袋轮的基准直径1dd为170mm验算带速v按式v10006011ndd验算带的转速v10006058.191700.17m/s带速偏低,能用。大带轮的基准直径选为800mm4确定带轮的基准直径dd和长度Ld根据0.7(d1dd2d)a02(d1dd2d);初定中心距a01000mm由式Ld02a02(d1dd2d)02dda4)dd(21得Ld02252mm由表821选带的基准长度Ld2240mm按式aa0LdLd0/2计算实际中心距aa10006994mm;考虑到带轮的制造误差,带长误差,带的弹性以及因带的松弛而产生的补充紧张的需要,长给中心距变动范围amina0.015Ld960.4mmamaxa0.03Ld1061.2mm中心局变化范围960.41061.2mm5验算小带轮上的包角11311800(d1dd2d)a03.5714400906计算带的根数z计算单根V带的额定功率Pr由d1d170mm和n119.58r/min查表84a类比得单根V带功率就能满足,带数应为偶数,所以选2根。7计算单根V带的初拉力的最小值(F0)min由表83知B型带的单位长度质量q0.18kg/m所以(F0)min50025.2qvzvKpKca1427.28N应使带的初拉力大于(F0)min8计算压轴力pF压轴力的最小值为(pF)min2z(F0)minsin(2)5423.5N9主要设计结果B型窄V带3根,带长2240mm,中心距a994mm,带轮的基准直径d1d170mm,d2d800mm10V带轮的结构设计a带轮材料选用铸铁HT150b小带轮结构尺寸结构形式采用腹板式14初步计算小带轮孔径d3000npA取0A110则d33.4mm由于小带轮装在减速器的输出轴上,则取小带轮的孔径35mm由机械设计中图814v带轮的结构计算得尺寸结果如下db14mmminah4.36mmminfh12mme19minf11.5mm038取f12mmmm15轮缘宽度B(z1)e2f43mm外径adahdd2178.72mmC大带轮的结构尺寸初步计算大带轮的基准孔径d3110nPA初步选择输入轴材料45钢,调质处理取A0110则输入轴端的最小直径mind33.4mm由于主轴是空心轴,则大带轮孔径为149mm由表195查得尺寸如下db14mmminah4.36mmminfh12mme19minf11.5mm038取f12mmmm20轮缘宽度B(z1)e2f81mm15外径adahdd2808.72mm2.3.3齿轮的选择(1)选定齿轮类型材料及齿数根据以上传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动,就是用标准齿轮,由于主轴转速不高,4.2r/min,故选用7级精度(GB1009588),材料选择由于传动比为1且工作转速很低,受力不大,而且要求齿轮分度圆很大,而且是安装在空心轴上,所以此轮要材料用层压木,质轻且强度好。次数为Z1Z286.模数选为4.2几何尺寸分度圆直径d344mm齿顶圆直径da3442x4352mm齿根圆直径df3442.5x4334mm齿宽B80mm2.3.4轴的设计1)主轴的设计选择轴的材料初选取45钢调质,硬度230HBS强度极限b640MPa屈服极限s355MPa弯曲疲劳极限1275MPa剪切疲劳极限1155MPa,对称循环应力时的许用应力16160MPa2初步估算轴的最小直径取0A110,的最小直径mmnpd2.69110311min考虑到轴是空心轴且会受到键的影响。取d150mm,由于轴内有排尘管,直径为118mm,排尘管用的是硬聚氯乙烯,外径为125mm,所以轴内径选为130mm,主轴为壁厚为10mm的空心轴。3轴的结构设计图21主轴结构图输入轴的结构设计如上图所示,该轴的各段直径和长度的确定如下17a轴的各段直径的确定自左向右第一段轴d150mm第二段轴d150mm第三段轴Ⅲd150mm第四段轴dⅣ150mm第五段轴dv149mmb轴的各段长度确定第一段轴L1059mm第二段轴L1780mm第三段轴ⅢL150mm第四段轴LⅣ188.5mm第五段轴LV162mmC轴上零件的周向定位自右向左开始最右端与大带轮的周向定位采用平键联接按d149mm由表1520查得选用普通平键(GB109579),键的截面尺寸bh2820键槽用键槽铣刀加工,长为40mm,同时为了保证V带轮彀与轴有良好的对中性,故选用其配合为H7/g6。为防止大带轮在轴上左右移动,左端由法兰固定,法兰通过紧定螺钉与主轴连接。右端有轴套固定。再往左就是角接触球轴承,轴承型号为GB/T29294,内径为150mm,通过箱体18壁和轴承座加端盖固定在轴上,为保证轴承与轴的周向定位,此处选轴的直径尺寸公差为m6。轴承外圈与轴承座孔配合为基轴制,轴承座孔尺寸公差选为H7。由于圆笼内有含尘空气为防止有灰尘进入轴承内,在面向圆笼一面装挡油环。接下来就到了圆筒内部,从右自左第一个零件就是齿轮,齿轮模数为4,齿数为86,厚度为80,与丝杠上的齿轮啮合,传动比为1。由于齿轮较大,且圆笼内有易燃的纤尘,所以材料不用HT150,要用层压木。另外由于主轴两端安装就绪,那主轴上的齿轮很难安装,以后维修就更为麻烦,为此把主轴齿轮分为两个半圆加工,两边用两个法兰用螺栓把齿轮连接在一起,两个法兰用紧定螺钉与主轴固定。这样就完成了齿轮在主轴上的固定。其中为了保证两个半圆齿轮的院整形,在加工工艺上应注意几个问题(1)在加工齿轮时按圆形齿轮车出毛坯,而这个圆形毛坯应稍为放大,以弥补锯割时锯缝的距离。2把圆形毛坯锯成两个半圆,用两个圆形夹板在两边用螺拴固定成个整体,再修正齿轮毛坯的圆整程度。3在加工齿形时,让两齿的齿根正好在锯缝位置,这样保证了齿形的完好。最后再分割夹板。这样既保证了齿轮的圆整又便于在主轴上直接安装与更换。接下来就是托脚了,托脚一共有两个,用于把丝杠固定在主轴上,托脚底部是内径为150mm,外径为180mm,宽为100mm的空心圆柱体,与主轴用紧定螺钉连接来防止丝杠左右移动。托脚与主轴配合应为间隙配合基轴制。配合公差为F8/h7。然后就是内吸式滤尘器的关键部件吸嘴架,吸嘴架材料用塑料管,我在机械设计手册单行本常用工程材料中寻找,决定用硬聚氯乙烯(QB/T38021999),硬聚氯乙烯材料性能很优越,且质量轻,很适合当排尘风管。吸嘴架与主轴内的套管进行连接,套管材料依然为硬聚氯乙烯。管内径为118mm,外径为125mm。与吸嘴架用异径套连接。异径套上开孔,异径套一端插入套管中,配合应为紧密配合,为防止漏风,在连接出可以用固体胶密封。最后,在最右端装的就是另一个角接触球轴承,安装方式和配合公差和右面相19同。为了防止含尘空气进入,面向圆笼一面装挡油环。2.4丝杠的设计2.4.1选择丝杠的材料再选轴的材料时一般选取45钢调质,硬度230HBS强度极限b640MPa屈服极限s355MPa弯曲疲劳极限1275MPa剪切疲劳极限1155MPa,对称循环应力时的许用应力160MPa。但在选丝杠时由于丝杠一般较细,就需要强度和抗扭性更强的材料,我们选择40CR.2.4.2螺距和过渡曲线的确定吸嘴的往复运动的完成,关键在于丝杠,要想高效的吸尘,吸嘴吸遍圆笼所用时间不能太长,为了吸尘干净,吸嘴运动又不能太快所以决定丝杠的螺距为40mm,丝杠承受力不大,丝杠直径定为40mm。由于圆筒长度为3000mm,吸嘴架上一共有四个吸嘴,没个吸嘴间隔750mm,所以吸嘴在750mm的范围内往复运动,丝杠长度应为750mm,丝杠应为往复丝杠,就是主轴转向不改变,在丝杠两端丝杠滑块会自动往返。下面就对往复丝杠作下简单的介绍。往复丝杠是立体凸轮副的一种形式,其表现是两条螺距相同、旋向相反的螺纹槽,两端用过渡曲线连接。通过丝杠的旋转,使螺旋槽侧面推动置于螺旋槽内的滑块作轴向往复运动。当丝杠匀速旋转时,滑块除了完成换向动作外还作匀速直线运动。显而易见往复丝杠螺纹的设计重点就是两端过渡曲线的设计,要使用什么样的过渡曲线能使滑块能在不受较大冲击就能实现转向,同时曲线又便于加工。也就是如何过渡曲线理论中心线。20传统的方法,就是把过渡曲线的理论中心线设计成一条2倍于丝杠直径的圆弧。如下图22是依照这种理论设计的某种往复丝杠的表面展开图这样在设计上比较简单,螺旋线与过渡曲线连接处B点的B角相等,曲线顺畅过渡。但是.这时两曲线联接点B到过渡曲线端点的距离A尺寸是一个无法精确控制的尺寸,因为A尺寸关系到整条丝杠的摆动幅宽,所以必须使之得到精确控制。同时,简单地用圆弧来作为过渡曲线,其连接点B到螺旋线交叉点E的距离也难以确定。若这一距离太大,会使过渡曲线太短,滑块转向太突然若这一距离太小,滑块通过螺旋线交叉点时的导向性不好。这都会导致滑块的运动受到影响。图22丝杠展开图通过计算我们可以知道,采用圆弧作为过渡曲线,其滑块在Y轴方向的速度和加速度在换向的行程中是不断变化的,且这种变化是不均匀、非线性的,这就会使往复机构在换向过程中产生不稳定和冲击,往复丝杆转速越高,这种不稳定及冲击就越21猛烈,这是我们不希望发生的。所以在往复丝杠转速较高时。这种简单的过度圆弧连接就不是太好了。为了使滑块在高速换向时能够平稳、顺畅,,我们采用一条抛物线来代替圆弧连接作为过渡曲线的理论中心线。下图23是采用抛物线作为过渡曲线的丝杠展开表面及曲线座标模型。图23采用抛物线作为过渡曲线的的丝杠展开表面抛物线的曲线函数形式如下yax2我们仍以Xct化简计算。滑块在Y轴方向的速度为22dy/dx2ac2t滑块在Y轴方向的加速度为d2y/dt22ac2这时滑块的运动速度是均匀线性变化的,而加速度为常量,比较符合我们的设计要求。那么,这条抛物线是如何确定的呢我们知道螺旋线的B角,需要计算出抛物线函数式中的a值还要确定0,O点位置。要求是滑块在进出过渡曲线时要顺畅,就是说其斜角应同螺旋线口角一致。再看图3,要达到这一目的,进出过渡曲线时的导向段S一定要不小于滑块长度K,但又不能太长,因为那样会使过渡曲线变短,滑块换向时会太突然。在螺旋线口角和滑块长度以知的条件下,就可以计算出螺旋线和过渡曲线连接点B、C两点的X坐标值Xb和Xc,而这两点的斜率要与螺旋线的p角相等。又因为连接点处的B角正切值就是函数的一阶导数,根据以上确定条件,列出下列方程组,就可得到函数方程式及图示原点的位置tanβ2aX带入Xb或Xc值及a值求得y,即A尺寸,计算完成后,这条过渡曲线就确定下来了。当然,这样计算确定的原点坐标系中,图示的A值不一定是一个整数,若想A值是整数,可以将前面的计算结果微调一下,用以上两式反向计算,先确定原点到B、c点的距离即A值Y坐标值,再求a值和B、C点的x坐标值,同样能够得到过渡曲线函数。2.4.3滑块的设计在往复丝杠副的运动中,对滑块的要求是强度高、耐磨、平稳、灵活。所以在材质上我们选用l铝青铜,保证了滑块的强度和耐磨性。在外形设计上主要应该注意一是与过渡曲线槽的匹配二是导向性三是与螺纹槽底的接触圆弧。结合图24来说明这三点。滑块工作的时候是在交错的两条螺旋槽中的一条中运动,其端部应设计成锲形,并倒圆角。其有效接触长度K应该是槽宽斜长S的1.5~2倍,这样23滑块导向性较好,运动中不会出现切人另一条螺旋线的现象即跳槽现象对于滑块与丝杠的接触圆弧,从图24中可以清楚地看到,因为螺旋角0的原因,它并不是丝杠的半径圆弧,而是长、短轴为A、B的椭圆弧线的一部分。这在加工上可能会有一定的难度,但对滑块的运行平稳性是有影响的。为什么呢因为半径圆弧是一头一尾两条线接触,而椭圆弧是面接触。当然,为降低加工难度,在这里可以用一条与椭圆弧近似的大圆弧来代替它。图24滑块外形及工作位置图25滑块的运动轨迹242.4.4过渡曲线槽宽的修正滑块要与过渡曲线槽匹配,那对于螺旋槽是否有要求呢图25显示了滑块从进入过渡曲线槽到离开过渡曲线槽这段行程的轨迹。假设滑块从A点进入从C点离开,在这个过程中,滑块的斜率由A点处的一口逐渐过渡到B点时的04,再逐渐过渡到C点时的口。在它的斜率不断变化的同时,其占用的螺旋稽宽度不是在螺旋槽内直线运动时宽度S,而是一条相对于过渡曲线理论中心非对称的曲线槽,通过计算,可以得到这条非对称槽在分度圆各个相位上的宽度。前面我们还提到,滑块的接触长度不能太大,从图5中也能看到,若滑块的接触长度太大,则曲线槽的不对称度就会加大,滑块的自由度也会增
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