机械毕业设计（论文）-抛丸机的设计【全套图纸】

烟台南山学院 - 1 - 抛丸机的设计抛丸机的设计 目录目录 1 1 绪论绪论2 1.1 研究的背景及意义2 1.2 研究的现状2 1.3 本文主要完成的工作3 2 2 设计原始资料、任务与要求设计原始资料、任务与要求5 2.1 原始资料5 2.2 设计任务5 2.3 设计要求5 3 3 转盘多吊钩式抛丸清理机抛丸器的设计转盘多吊钩式抛丸清理机抛丸器的设计5 3.1 引言5 3.2 弹丸的选用5 3.3 抛丸器磨损分析7 3.4 抛丸器的设计计算7 3.5 丸砂循环系统的设计 21 4 4 丸砂分离器的设计丸砂分离器的设计2727 4.1 分离器方案比较27 4.2 帘幕式分离器的设计27 4.3 螺旋滚筒筛的设计计算30 5 5 转盘吊钩系统的设计转盘吊钩系统的设计3737 5.1 预选电动机37 5.2 行星轮系设计37 5.3 抛丸机室体的设计43 6 6 电控系统的设电控系统的设计46 6.1 控制系统的特点及要求46 6.2 电气线路的设计46 6.3 电气元件的选择47 结论结论5252 致致谢53 参考文献参考文献5454 抛丸机设计（韩洋） - 2 - 1 绪绪 论论 1.11.1 项目背景项目背景 随着机械制造业的不断发展，作为获得毛坯、半成品乃至成品的铸造业正在进入快 速发展时期，而铸件表面的快速、高效清理问题已成为困扰一些中小企业特别是小型企 业的问题， 正因如此，许多企业（包括一些科研机构在内） ，都在不断探讨新方法、新 工艺以满足铸造业对铸件表面清理的要求。 东营昌瑞精铸有限公司作为一家以生产中、小型不锈钢铸件为主业的企业，其铸件 类型主要是中小型不锈钢铸件，该厂现在对铸件主要清理的方式是人工清理，这一方面 增加了工人的体力劳动，有损工人身体健康，存在安全隐患；同时还存在着清理效率低 下、成本较高、污染严重的缺陷。本设计就是基于厂家的要求，为实现对铸件的机械化、 自动化清理而设计的。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 1.21.2 研究的现状研究的现状 抛喷丸清理技术的发展历程如同其他行业技术的发展一样，经历了从仿制到自行开 发至快速发展的一个漫长的过程。 早在五十年代末六十年代初，中国铸机包括抛喷丸设备只能生产仿苏产品，如： 3.4m3.4m（Q365 型）台车式抛丸清理机，3.4m3.4m（Q265 型）台车式喷丸清理机， 323 型（QB3210 型）履带式半自动抛丸清理机，334M 型（2511 型）转台式喷丸机等产品。 那时对于抛喷丸清理技术与设备的认知是十分粗浅的、朦胧的，不具备自行开发研制的 能力，主要依赖外来图纸，至多能够进行测绘设计。 进入七十年代，抛喷丸技术领域逐渐形成自行技术开发的能力，如 1964 年青岛铸机 自行开发了中国第一台抛丸清理设备Q3110 滚筒式抛丸清理机，至今仍是许多中小铸 烟台南山学院 - 3 - 造厂采用的主要清理设备的雏形，但其使用领域和范围发生了突破。 八十年代之前，抛喷丸技术多是用于中、小铸锻件清理。八十年代后，随着我国改 革开放和由计划经济向市场经济的转轨，社会（市场）各个行业对抛丸清理工艺应用和 适用清理设备的需求更加广泛与迫切。清理技术日臻成熟，各种形式的抛丸机不断涌现， 应用领域大幅扩展。 现阶段，抛喷丸清理技术主要向着节能、环保、高效、安全、经济的方向发展，相 继出现了形式多样的清理机（如通过式抛丸清理机、转台式清理机、吊钩式清理机、履 带式清理机、滚筒式清理机、链式清理机、喷丸式抛丸清理机等） ，在技术发展趋势上 主要是结合新技术（如先进的虚拟制造技术、机器人技术） 、使用新材料（如使用新材料 解决耐磨问题）并与计算机技术（如软件开发）结合，从而实现抛丸机的智能化、电子 化及红外远距离控制，实现全自动化清理。根据市场调查和从各种媒介得到的信息，可 分析出抛丸技术的发展方向和趋势是： 薄板清理技术与设备主攻防变形课题。解决集装箱行业薄钢板，抛丸变形平 面度在 2mm/m3以内。 移动式清理机主攻弹丸密封与回收课题。解决户外移动抛喷丸设备弹丸循环 问题。 机器人（机械手）操纵清理机主攻机器人（机械手）操纵技术课题。如采用 计算机监控解决发动机缸体、缸盖抛丸清理机效果、效率及抛喷丸机的电气控制水平； 解决机械手的防护等。 爬壁式清理机主攻机器人技术爬壁课题。目前国内有关于爬壁喷丸或喷砂机 器人的研究或报道，负载大多在 50Kg以内，而应进行大负载及爬壁抛丸机器人的研究。 结构形式、新工作机理开发。采用最先进的虚拟现实技术，对抛喷丸技术进行开 发和研究。 本设计是应东营昌瑞精铸有限公司的要求而设计的，同时又考虑到产品的后续发 展，在对现有抛丸机大量调查、研究的基础上，针对现有抛丸机存在的问题作了改进。 本论文的创新点主要有两点： 用行星轮系吊钩代替了原来的盘式吊钩，在抛丸过程中，工件既有自转又有公转， 工件表面得到全方位的处理。 抛丸器采用了“管式、管式曲线叶片” ，提高了抛丸效率，减少了叶片的磨损量， 增长了叶片的使用寿命，降低了抛丸处理的成本。 抛丸机设计（韩洋） - 4 - 1.31.3 本文主要完成的工作本文主要完成的工作 根据厂家对产品性能的要求，本文主要完成的工作是： 抛丸机主要组成部分的设计与计算，即抛丸器、丸砂分离器、工件载运装置、丸砂 循环系统、除尘系统及室体等的设计与计算。其中： 抛丸器设计包括：弹丸选用、抛丸器的磨损、抛丸器的参数确定形式选择与设计计 算、抛投结构形式及传动方式的选择计算、主要传动件的设计及斗式提升机的选择计算。 丸砂分离器设计包括：方案比较与选择、帘幕式分离器的设计计算、螺旋滚筒筛的 设计计算、螺旋给料器的设计。 工件载运装置设计包括：预选电动机、减速器、行星轮系设计、抛丸机室体的设计。 完成电控系统的设计，其主要内容包括： 控制回路（主回路、辅助回路）的设计、电气元件的选择及电气回路图的绘制。 主要图纸： 抛丸机总装图 1 张，斗式提升机图 1 张，分离器装配图 1 张，电气回路图 1 张，部 分零件图。 抛丸机设计（韩洋） - 4 - 2 2 设计原始资料、任务与要求设计原始资料、任务与要求 2.12.1 原始资料原始资料 中小型不锈钢铸件：单件质量2kg，总质量 600kg。 最大生产率按质量计算：3000t/年（或 2880kg/h） 工件最大外型尺寸：。mm10003006 工件概况： 工件较复杂，形状主要为轮壳形，桶型及板型。型砂：粉粒状，粒度为 0-0.5mm，堆 积密度，温度小于 250的中温材料；不锈钢件上带有 30%重量的型砂。 3 5 . 1 m t 清理时间：1030min。 类型：转盘多吊钩式抛丸机。 抛丸机适用范围：不锈钢精密铸件、铝合金压铸件、锌合金压铸件、铜铸件、铸 铁件、摩托车车架及铸钢制品件的表面清理、光饰、强化。 2.22.2 设计任务设计任务 东营昌瑞精铸有限公司是一家以对外供应中、小型铸件为主业的企业，其铸件类型主 要是中小型不锈钢铸件，该厂现在主要清理铸件的方式是人工清理，这一方面增加了工 人的体力劳动，同时还存在着清理效率低下、成本较高的缺陷，本次设计就是基于厂家 的要求，为解决厂家清理铸件表面遇到的困难，而设计研发的一套中、小型的铸件表面 型砂清理设备：抛丸清理机。 2.32.3 总体要求总体要求 实现完全机械化，消除清砂工人的繁重的体力劳动。 能够实现多方位清理，尽量减少清理死角。 改善作业环境，工作场地受污染程度达到国家法定标准。 设备工作可靠，整机造价较低，操作简单，维护简单，具有较高的生产效率和劳 动生产率。 采用先进抛丸清理技术。 3 3 转盘多吊钩式抛丸清理机抛丸器的设计转盘多吊钩式抛丸清理机抛丸器的设计 3.13.1 转盘多吊钩式抛丸机的工作原理与特点转盘多吊钩式抛丸机的工作原理与特点 烟台南山学院 - 5 - 3.1.13.1.1 组成组成 转盘多吊钩式抛丸机的主要由抛丸器、丸砂分离器、工件载运装置、丸砂循环系统、 除尘系统及室体等组成。 区分抛丸设备型式的标志主要是载运工件的装置，不同载运铸件的形式形成了不同 的类型，而抛丸机中抛丸器、丸砂分离器却是抛丸机的核心设计部分。 3.1.23.1.2 转盘多吊钩式抛丸机的清理机理转盘多吊钩式抛丸机的清理机理 将需要抛丸处理的工件直接悬挂在吊钩上，吊钩在牵引机构的带动下自动进入抛丸 室，吊钩进入抛丸室后，抛丸室门将气动关闭，电气联锁，以避免工件在抛丸室内进行 抛丸处理时他人误开抛丸室门。工件在清理室中被吊钩带动，开始公转并同时自转，同 时抛丸器高速抛出的弹丸形成流丸束，均匀地打击在工件表面上，使工件受到充分抛射， 减少抛射死角，从而达到对工件清理、强化的目的。抛出的弹丸及沙粒经过滤器的小孔， 流入提升机内，由提升机提升到分离器中进行分离。粉尘由风机吸送到除尘器中过滤， 清洁空气排入大气中，布袋上的灰尘经机械震打落入除尘器底部的集尘箱中，用户可定 期清理，废砂由废料管流出，用户可回收再利用。丸砂混合物由回用管收回进入室体， 带分离器分离后再回用，干净的弹丸有电磁供丸闸门进入抛丸器抛打工件。 3.1.33.1.3 特点特点 其处理效果好、生产率高、投资较低、污染少、劳动强度低、易实现机械化，用于 大批量生产。但抛射方向不能任意改变，灵活性差；并且设备复杂，易损件多，特别是 叶片等零件磨损快，维修费用高；但是它能使工件表面达到一定的表面质量要求，因此 得到广泛的应用。 3.1.43.1.4 适用范围适用范围 该设备适合用于各行业中的小型铸件，锻件，冲压件，齿轮，弹簧等件的清砂，除 锈，去氧化皮和表面强化，特别是用于怕碰撞的零件的清理以强化；吊钩可设多个，转 盘自转、吊钩公转以使工件各个面均被清理。 3.23.2 弹丸的选用弹丸的选用 表 3.1 铸件喷，抛丸清理弹丸选用表 Table3.1 Selection of foundry and shot blasting bullets 抛丸 丸号丸径（mm ） 用途 抛丸机设计（韩洋） - 6 - 弹丸选 用的合理与否和清理效果有直接关系。一般情况下，弹丸选择的根据是被清理件的材质、 厚度、尺寸大小以及对工件表面的要求等。对于抛丸清理丸径，可按表 3.1 选用。 此外在选用时，还应考虑下列因素： 弹丸的粒度 弹丸的粒度表示弹丸的直径，粒度大直径也大。所使用弹丸直径越 大，对被清理表面的打击力就越大，每个弹丸的清理作用也越强。但工件表面弹痕深， 所形成的工件表面粗糙度大，单位时间内对工件的打击次数也比较少。总的清理效果不 仅要看每次打击力量的大小，而且还要看总的打击次数。理想的弹丸应是大，中，小粒 度弹丸的组合。大粒度的弹丸用来击碎坚硬的皮层，小粒度的弹丸用以清扫工件的表面。 这样，单位重量的弹丸才具有最多的打击次数和最大的打击力量，从而发挥出最大的清 理效果。 弹丸的硬度 弹丸的硬度高，刮削作用强，清理效果好。但硬度过高的弹丸，一 般容易碎裂成小碎块，这将减少弹丸的打击力；另外，由于破碎快，不仅不能充分利用 弹丸反弹后的第二次打击力量，而且还加快清理设备的磨损。弹丸硬度过低，弹丸容易 变形，反弹性能也不好，虽然使用寿命较长，但清理效果不好。 弹丸的材质 弹丸的材质选择要根据弹丸的硬度及本身的使用寿命，该种弹丸对 清理设备零件的磨损速度，清理效率和弹丸的价格等因素进行综合考虑。各种弹丸材质 的使用效果参表 3.2。 表 3.2 各种弹丸材质的使用效果对比表 20，2522.5大型铸钢件表面清理 15，201.52大型铸铁件和 中型铸钢件清理 10，121.01.2中小型铸铁件和小型铸钢件清理 5，80.50.8小铸件表面清理 3，50.30.5有色金属铸件表面清理 丸的材质普通白口铁丸可锻铸铁丸铸钢丸铁丝段 硬度 HRC6068354035453545 抛丸寿命1230603060 烟台南山学院 - 7 - 经过综合比较，我们选用铸钢丸。丸号为 10，15，20 三种，以达到最佳的清理效果 和最合理的经济效率。 3.33.3 抛丸器的磨损分析抛丸器的磨损分析 抛丸器的零件处于强烈的磨料磨损状态，且承受弹丸的反复冲击。影响抛丸器零件 使用寿命的因素有零件的材质，弹丸的材质，抛丸量，丸速和丸径。 零件的材质特别是叶片的材质，不仅要耐磨还要求韧性好。叶片、分丸轮、定向套和护 板多用耐磨性和韧性都好的铬合金铸铁，叶轮多用 40Cr 制造。常用叶片材料有含 表 3.3 弹丸的材质对零件使用寿命的影响 铬 2530的高铬铸铁和碳化钨合金，它们的使用寿命分别是 5001000h 和 1000h 左右。由于我们选用管式叶片，为了提高叶片寿命，我们采用了耐磨性很强的高铝 陶瓷材料。 抛丸器零件的使用寿命与丸速的四次方成反比。除非清理工艺的需要，否则不宜采用过 高的丸速。叶片的使用寿命与丸径的立方成反比。一般丸径选用 0.52mm，过大的丸 径将使叶片断裂机会大为增加。 3.43.4 抛丸器的设计计算抛丸器的设计计算 叶片磨损速度1015111.52 清理效率62.2512 价格1584545 弹丸材质 零件 白口铸铁丸可锻铸铁丸氧化铝丸钢丸 叶片52100220140 定向套63246448184 分丸轮208267564353 叶轮302299482340 抛丸机设计（韩洋） - 8 - 抛丸器的构造（图 3.1）：电动机 通过带轮，由 V 带传动带动抛丸器轴旋 转。抛丸器轴由轴承和轴承座支撑。轴 的一端装有结合盘，而双圆盘则是用螺 栓固定在结合盘上，在结合盘上装有八 个管式叶片，它用圆柱销固定在圆盘上。 轴的顶端还有用螺栓固定着的分丸轮。 这 样，在轴旋转时，分丸轮、圆盘、 叶片便随同轴一起旋转。在下罩壳上固 定着进丸轮和定向套。罩壳内装有耐磨 护板。更换叶片时，可以将带有弧形护板的上 罩壳转开。 图 3.1 抛丸器 这是双圆盘式机械进丸的抛丸器。 3.4.13.4.1 抛丸器的性能参数抛丸器的性能参数 抛丸量、抛丸率和抛丸速度。 抛丸机每分钟抛出弹丸的质量即为抛丸量。 当抛丸器叶轮转速降低时，其抛丸量将变大。当抛丸量不变时，工表面所接受到的 弹丸的数量与工件到抛丸器距离的平方成反比。清理中、小型工件时多采用 100- 400kg/min 抛丸量的抛丸器。 抛丸器抛出的丸速一般在 6080m/s，大型工件和铸件及多砂清理采用较大的丸速， 一般为 7580m/s。 扇形角、轴向扩散角和抛出角。 抛丸器工作时，弹丸沿叶轮旋转平面呈扇形抛出。其角度即为扇形角，扇形角一般 在 55-70 度之间。当定向套窗口因磨损而变大时，扇形角也变大。一般扇形角要比定向 套开口角达 10 度左右。 设计抛丸器主要是选择并确定合理的技术参数，如叶轮直径，转速，叶片宽度以及 电机功率等，以获得清砂工艺所要求的弹丸抛射速度和抛丸量。 3.4.23.4.2 抛丸器主要参数的确定抛丸器主要参数的确定 弹丸抛射速度的选定 弹丸抛射速度不宜过高，否则会加深铸件表面的弹痕，使薄壁铸件变形，降低铸件 烟台南山学院 - 9 - 表面光洁度和尺寸精度；另一方面，由于动能与速度的平方成正比，过高的抛射速度会 大大增加抛丸器的功率消耗。同一功率，若提高抛射速度，则允许的抛丸量便显著降低， 这是因为功率只与抛丸量的一次方成正比的缘故。根据清理工件的特点和要求我们选择 抛丸速度为 76m/s。 抛丸器数量的计算 抛丸器的数量可按下式计算 21 nnN 式中 N-抛丸器的总数量 n1 -室体上抛丸器的排数，当室体长度后，n1就可以确定； n2-每一排上抛丸器的数量。 每一排上抛丸器的数量，可用作图法确定。即根据工件的外形，每个抛丸器的旋向 和最有效的打击角度，按照抛丸器的扇形角 ，抛出角 和丸流对工件的入射角，画出每 个抛丸器的扇形丸流区位置图。 其方法是先根据抛出角画出同心圆 A ，再引两根 A 圆的切线，使其夹角为扇形角。 这两根切线就是此抛丸器扇形抛射区的两根边线。并使相邻的抛丸器扇形区交界处有一 定的重合度，从而定出抛丸器的位置尺寸。另外，上下抛丸器在水平方向应互相错开 250mm 左右的距离，或根据抛丸器的轴向扩散角画出水平方向抛丸流散射范围，以使相 邻抛丸器各自的垂直平面内不互相干扰。 式中 n1=1, n2=2， 则 2 21 nnN 即： 所需抛丸器数量为 2 台。 抛丸器抛丸量的计算 按所需清理铸钢件带砂量计算的总丸量计算，查1公式（21.19） Gw= (3.1) gw CW 式中 Gw按铸件带砂量计算的每小时清理工件的总丸量（kg/h） W按重量计算的最大生产率（kg/h） gw清理每千克型砂所需弹丸量（kg/kg）,型砂溃散性差时，查表 3.4 取 gw=12.5。 C铸件带砂量系数，当铸件带砂量为 30%时，C=0.3. 考虑工件装卸和运输时间的工作时间利用系数。=0.50.85，单件小批量生 产取小值，大批量生产取大值。取=0.75。 则： 抛丸机设计（韩洋） - 10 - Gw =hkg /14400 75. 0 5 . 123 . 02880 型砂溃散性参表 3.4。 表 3.4 型砂溃散性 铸件清砂 工件情况 溃散性好的型砂溃散性差的型砂 gw(kg/kg) gw=7.410 gw =1012.5 每个抛丸器应有的平均抛丸量按资料1公式（21.14）计算 NGG Wa 60/ 式中： 每个抛丸器应有的平均抛丸量（kg/min） a G Gw清理工件的总丸量（kg/h） ，这里 GW=14400kg/h N抛丸器的数量，N=2 则： min/120 260 14400 kgGa 我们暂定义其为机械进丸式抛丸器 Q305-C 型。其抛丸量为 120kg/min，叶轮转速为 2200r/min，叶轮直径为450mm，根据工作要求我们选弹丸初速度 (即)为 76m/s。 0 3.4.33.4.3 丸速和丸径的核算丸速和丸径的核算 丸速的核算 弹丸的末速不应小于 50m/s,否则就不能把工件表面的氧化皮除去。因此要按下面的近 似公式对弹丸的末速进行核算，查1公式（21.115） V=V /e0.1022 (3.2).d s 式中： V弹丸的末速度（m/s）; V 弹丸的初速度（m/s） ； e 自然对数的底，e=2.71828; s-弹丸飞行距离（m） ； d-弹丸直径（mm）; 则由 V =76m/s,e=2.71828,d=1mm(最小直径) 取 s=sm, sm按式查1公式（21.1-17）计算 sm=B/2+b1+ +D/2 （3.3） 烟台南山学院 - 11 - 式中：B=1915mm,b1=200mm, =85mm,D=1015mm 则 sm =1915/2 + 200 + 85 + 1015/2 =1750mm=1.75m 带入时，查1公式（21.1-15） ， V=76/2.718280.10221.75/1 =63.5 m/s 此速度已大于清理所需要的最低丸速 50m/s，因此不需要再进行能有效清理的最小丸 径核算。 抛丸器叶片外圆直径的近似计算 ， 查1公式（21.118） 根据公式： （3.4）nD068 . 0 0 式中：弹丸初速度(m/s)； 0 D抛丸器叶片旋转圆外径（m） ； n抛丸器叶轮的转速（r/min）; 即： mmnD5082200068 . 0 /76068 . 0 / 0 抛丸器功率的近似计算 抛丸器所需电动机功率可按下式进行近似计算，查1公式（21.119） 822 10428 . 4 CDnQN （3.5） 式中 N抛丸器所速电动机功率（kW）; Q抛丸量(kg/min); n 抛丸器叶轮转速(r/min)； D抛丸器叶片旋转圆外径(m)； C修正系数，取为 1.31.4。 取：Q=120kg/min，n=2200r/mi，D=0.508mm，C=1.得 822 1035 . 1 508 . 0 2200120428 . 4 N =8.96 Kw 故选电机型号为 Y160M4,功率为 11kW, 转速为 1460r/min。 整机循环量的计算 整机循环量用以确定丸料循环系统中，每个输送设备的运输量。可按下式计算，查1公 式（21.120） （3.6） i a i iM gnjG 1 06 . 0 式中 GM 整机循环量(t/h); 抛丸机设计（韩洋） - 12 - j清理类型系数，用于清理铁锈或氧化皮时，j=1.1，用于清理带砂铸件时， j=1.35； gi 用于抛丸清理时为第 i 种规格抛丸器的抛丸量（kg/min） ； ni 用于抛丸清理时第 i 种规格抛丸器的数量； a抛丸器的规格数量。 将 a=1, j=1.35, ni=2, gi=120 代入式 3.6 则 GM =0.06 1.35 2 120 =19.44（t/h） 考虑到供料系统的不均匀性，对整机循环量加以修正。查2公式（17.831） 由式： KQQ MP / （3.7） 式中 k供料不均匀系数，取 k=1.21.6; 式中取 k=1.3 则： Qp=19.44/1.3 =14.95 t/h 取 Qp =15t/h 即确定循环系统个运输设备的运输量为 15t/h。 高效抛丸器参数如表 3 .5 所示。 表 3 .5 抛丸器基本参数 抛丸器型号叶轮转速（r/min）电机功率(kW)抛丸量(kg/min ) Q305-C220011120 弹丸抛射速度 （m/s） 径向散射角(度)轴向散射角(度)定向套开口角(度) 76-60-860 3.4.43.4.4 抛投结构形式及传动方式的选择计算抛投结构形式及传动方式的选择计算 叶轮盘形式 现有两种：双圆盘和单圆盘。双圆盘的优点是叶片受力情况较单圆盘好，弹丸轴向 散射较小；其缺点是制造工艺复杂。本设计采用双圆盘，并使叶片伸出圆盘 29mm。在保 证叶片外径 508mm 的条件下，圆盘直径缩小到 450mm.这样的好处是： a)延长圆盘寿命。 实践证明，叶片不伸出的圆盘，其外沿靠叶片处，易受弹丸冲刷， 结果因该处磨损而造成圆盘报废。缩小叶轮盘直径，使叶片稍向外伸出，则可以避免这 种损坏。 烟台南山学院 - 13 - b)减少合金钢（一般采用 40Cr 锻钢）材料的消耗；减轻圆盘重量（约减少 20%）和 缩小回转半径，从而减少了转动惯量，使电动机的启动转矩，起动电流和启动延续时间 都随之减少，有利于延长电机寿命。 叶片的形状结构设计选择 抛丸器的叶片是磨损最快的易损件。叶片需要经常拆换，因此叶片的固定结构将直 接影响抛丸器的使用性能。因此我们采用圆柱销式固定方式，为了增加结构的刚度和抛 丸效果，我们采用了双圆盘式叶轮结构。 抛丸器的叶片，可以分为直线式和曲线式叶片。但这两种叶片磨损快，寿命短。为 了提高叶片的使用寿命，我们设计了一种管式叶片，它使用与清理精密铸件时所采用磨 损性很强的氧化铝弹丸。这种用耐磨性很强的高铝陶瓷材料制造的管式叶片，还可以在 叶片磨损后转一角度继续再使用。它的使用寿命是普通叶片的 10-20 倍，并因管内形成 的高速气流而获得更高的弹丸抛出速度。 鉴于管式叶片的多种优点，我们选择管式叶片。如图 3.2 所示。 图 3.2 直管式叶片 叶片固定方式 叶片是抛丸器最主要的易损件，数量多，装卸频繁。因此在保证固定可靠的条件下， 尽量能使装拆方便，减少维修量。目前对于双圆盘的抛丸器，比较好的叶片固定方式有 弹簧卡固定法（日本新东）和圆柱销固定法（洛阳拖拉机厂） 。我们采用后者，它是一种 比较可靠而又方便的固定方法，制造也简单。安装管式叶片时，先将叶片插入定位环孔 中，再把圆柱定位销有圆盘外侧沿轴向送入销孔，用手锤轻轻敲击销的外端，使销的另 一端穿过叶片背面凸台的空档，直到完全嵌入另一侧圆盘的销孔时为止。 定向环结构 抛丸机设计（韩洋） - 14 - 由于采用了管式叶片，在叶片与叶片间外侧留下了空隙，使弹丸从空隙抛出，这样 既影响了抛丸效果和效率，又加速了管叶片的磨损。为此，我们采用了定向环，同时又 起到为管叶片轴向定位的作用。 分丸轮的结构设计 抛丸器分丸轮的尺寸和形状对抛丸量有直接影响。大口径的分丸轮将具有较大的抛 丸量。分丸轮有三种类型。我们选用圆锥形入口的分丸轮，由于入口处不能形成堵塞入 口的弹丸环，可是抛丸量成倍增加。 （如图 3.3 所示） 研究表明，分丸轮窗口内框限制了弹丸流的通过能力。分丸轮内径是影响抛丸量的 主要因素。因此采取以下措施增加抛丸量： a) 选取较大的分丸轮内经以扩大窗口通过截面。由于内经加大，分丸轮内壁的圆周 速度也相应加大，弹丸随之旋转的离心力也相应增大。据分析，弹丸进入分丸轮内腔并 非直接进入窗口，而是被携带旋转一圈，乃至若干圈后靠离心惯性力进入分丸轮窗口的。 b) 分丸轮叶片截面内侧设计为圆弧形，见零件图，它相当于扩大了分丸轮内侧窗口 面积，并且减少了弹丸进入阻力。 c）分丸轮进丸口设计为圆锥形收口。实验证明，具有圆筒状进丸口的分丸轮，当出 现堵塞时，弹丸被离心惯性力压向轮壁，形成坚固的环形堆积。这个附着在分丸轮进口 内壁上的弹丸环，即使在堵塞消失后也依然存在，阻碍着弹丸顺利地进入分丸轮内腔， 使抛丸量显著下降。而这个弹丸环只有在 停车后，速度降到很低时，才会突然瓦解。 圆锥形进丸口则可以避免这种不利情况。 分丸轮以及其它主要尺寸的确定。 实验证明，分丸轮内径是影响抛丸量大小 的主要因素。但到目前为止，没有较理想 的抛丸量与抛头结构参数的关系式。Q305 抛 图 3.3 分丸轮 丸器（分丸轮内径为 58mm）的实测抛丸量 只有 4070kg/min,为铭牌数据 40kg/min 的 1/31/2. 为此，决定分丸轮内径为 80mm,分丸轮外径为 110mm。其与定向套之间的间隙 及定向套与外叶片内端的间隙，根据经验按大于或等于弹丸直径的二倍来确定，以保证 不挤碎弹丸。因弹丸最大直径为 2mm，则间隙尺寸定为 4mm。 据此并参照有关设计定出： 烟台南山学院 - 15 - 定向套内径=118mm，外径=138mm 管叶片内端直径=146mm， 管叶片内径=56mm， 外径=76mm，叶片长=179.5mm 定向套窗口宽=58mm， 开口角=60 度 分丸轮叶片宽=43mm 窗口开角=25 度 进丸管直径=55mm 分丸轮采用内六角螺栓固定 结合盘与轴的装配采用锥柱配合 罩壳采用旁开式，开启方便省力。 传动方式 目前有电机与抛丸器同轴的直连方式。优点是结构紧凑，传动效率高。但电机的防 震和保护是一个较难解决的问题。本设计仍采用通过 V 带传动的方式。 3.4.5.4.5 带传动的设计计算带传动的设计计算（以下未说明的资料来源均出自资料22 第 17 章） 已知条件：传递功率 P=11Kw; 小带轮转速 n1=2200r/min; 大带轮转速为 n2=1460r/min. 计算过程： 步骤步骤计算项目计算项目计算及参数选择计算及参数选择计算结果计算结果 1确定设计功率 KWKPP Ad 6 . 176 . 111 由表 17-5 查得工作情况系数 KA =1.5 因是增速 传动，需将数字 0.01 加上 KA 中，即 KA =1.5+0.10=1.60 Pd=17.6KW 2选择带型根据 n1=2200r/min 和 Pd=17.6KW。由图 17-1 查 得带的型号为 B 型 选用 B 型 V 带 3计算传动比 507. 11460/2200/ 21 nni i=1.507 4小带轮基准直径参考表 17-11 和表 17-12 取 dd1=140mm dd1=140mm 5大带轮基准直径 dd2)1 ( 12 dd did =208.85mm )01 . 0 1 (140507. 1 弹性滑动率 =0.010.02 有表 17-11 取 dd2 =212mm 6带速 =16.2m/s100060/ 21 ndp 此处取 dp1 = dd2 =16.2m/s 抛丸机设计（韩洋） - 16 - 7初定轴间距据 0.7（dd1 +dd2 ）a02（dd1 +dd2 ） 246.4mma0704mm 取 a0 =500mm 8所需基准长度 0 2 212100 4/)()( 2 2addddaL ddddd =2500+(140+212)+(212-140)2/4500 2 =1555.5mm 由表 17-2 选取基 准长度为 Ld=1600mm 9实际轴间距 =500+(1600-2/ )( 00dd LLaa 1555.5)/2=522.25mm 安装时所需最小轴间距 amin=a-0.015Ld =522.25-0.0151600 =498.25mm 张紧或补偿伸长所需最大轴间距 amax=a+0.03Ld =522.25+0.03*1600 =570.25mm a=522.25mm amin=498.25mm amax=570.25mm 10小带轮包角 =180o-add dd / )( 3 . 57180 121 57.3(212-140)/522.25 =172.1o 1=172.1o 11单根 V 带的基本 额定功率 根据 dd1=140mm 和 n1=2200r/min 由表 17-9d 查得 B 型带 P1=3.58KW P1=3.58KW 12 传动比的额1i 定功率增量 考虑到传动比的影响，额定功率的增量 由表 17-9d 查得 1 P kwP54. 0 1 =0.54kw 1 P 13V 带的根数 ， ld kkppPZ )/( 11 由表 17-6 查得982 . 0 k 由表 17-7 查得 KL =0.93 Z=17.6/(3.58+0.54)0.9820.93 =4.8（根） 取 Z=5 根 14单根 V 带的预紧 力 2 0 /) 1/5 . 2(500 Vvd MzPKF 由表 17-8 查得 m=0.17kg/m F0 =500（2.5/0.982-1）17.6/（516.2） +0.1716.22 =212.6 N F0=212.6 N 15作用在轴上力 )2/sin(2 10 ZFF Fr=2121 N 烟台南山学院 - 17 - =2212.65Sin(172.1o/2) =2121 N 16带轮的结构见图 3.4 3）带轮的结构和尺寸 由 Y160M-4 型电动机可知，其轴伸直径 d=42mm,长度 L=100mm.故大带轮轴孔的直 径应取 do=42mm,毂长应小于 110mm. 由表 1714 查得，大带轮结构为辐板轮。辐板厚度 S=16mm.选用材料为：HT200 轮槽尺寸及轮宽按表 17-13 计算。参考图 17-4 典型结构， 大带轮结构如图 3.4 所示。 3.4.63.4.6 主轴的尺寸计算与结构设计主轴的尺寸计算与结构设计 初步估计轴径 轴所传递的功率为 P=P0=110.96=10.56(KW) (P0为电机功率， 为 V 带传动效率) 轴的材料选用正火处理的 45 号钢，根据以下公式从强 度考虑估算轴径 图 3.4 皮带轮 dA（P/n）1/3=110（10.56/2200）1/3 =18.56mm 从扭转刚度考虑估算轴径 dC(P/n)1/4 =120(10.56/2200)1/4 =31.58mm 取 d=36mm 图 3.5 主轴 轴的结构设计 轴的结构设计要综合考虑到轴的强度、刚度，加工工艺性和轴上零件的安装、固定 和拆卸等各种因素。在确定轴的各段直径和长度的同时，也要确定其他一些零件及箱体 的有关尺寸。根据轴的设计原则并参考相关经验设计，轴的结构设计简图如图 3.5 所示。 轴的强度验算 轴的结构设计完毕，进行强度验算；轴所承受的扭矩为 抛丸机设计（韩洋） - 18 - Tn =9550P/n =955010.56/2200 =45.84N.m 轴受力情况如图 3.6 所示。 图 3.6 主轴力图 V 带张力的合力，叶轮自重F2=1000N，的方向总是指向地NF2121 1 NF1000 2 2 F 心，的方向则随安装位置而定，二者不一定在同一轴向平面内。这里按最不利的情况 1 F 考虑，即按其作用在同一轴向平面内，且方向相同来计算，忽略轴自身重量，则其反力 为 NRA2251136/2051000)136105(2121 NRFFR AB 870225110002121 21 A 点弯矩为 mNM A 7 .222105 . 0 2121 B 点弯矩为 mNMB205205 . 0 1000 由图 3.6 可见，支点 A 处弯矩最大，应校核此处轴径。 3 1 22 1 . 0 ) 2 1 ()( n TkMk d 烟台南山学院 - 19 - = 3 22 7 . 1121 . 0 )4584057 . 1 2 1 ()22270088. 1 ( =33.42mm 实际 A 处直径为 45mm，轴最细处直径为 34mm。故强度足够安全。 刚度验算 轴的当量直径 dv为： =45.6mm i j j j v d I L d 1 4 由公式 ， ； )( 3 2 al IE F y a c IE laF A 6 式中 E=196GPa216GPa 取 E=206GPa I=D4/64=21.14 104mm4。 yc= yc1 +yc2 =-21211052(105+136)/320610321.14104+ -8701362 /16 210103 21.14104 =0.045 yD =yD1 +yD2 =-8702052(205+136)/ 320610321.14104+-21211362 /16206 10321.14104 = - 0.095+(-0.01154)=-0.1065mm， 取模为 0.1065 mm 小于 0.0178mm。 可见：最大挠曲产生在固定带轮的一端。如果取许用挠度410-4L=0.1784mm ，则 刚度足够。 3.4.73.4.7 轴承选择和寿命校核轴承选择和寿命校核 轴承的选择 因轴承只承受径向力，且转速较高，故选用深沟球轴承。参照工作要求，并根据轴 端直径 d=40mm，由轴承产品目录中初步选取深沟球轴承 7000309（GB27689） 基本尺寸：dDB=4510025 双列角接触球轴承 3056309（GB29684） 基本尺寸：dDB=4510039.7 抛丸机设计（韩洋） - 20 - 轴承寿命校核： a) 由于主轴住要承受径向力，和比较小的轴向力。 即 FaFr，所以求比值 Fa/Fr0 根据表 13-5，深沟球轴承的最小 e 值为 0.19，故此时 Fa/Fre. b) 初步计算当量动载荷 P . 根据 18 式（13-8a） （3.8）)( arp FFxfP 按照表 136 fp =1.21.8，取 fp =1.5 按照表 135 ，X=1, Y=0 则 P1=1.5(12251+0)=3376.5N P2=1.5(1870+0)=1305N c) 验算轴承寿命 查表得 7000309 c=40.8K ，N3056309 c=56.8KN 根据 18 式（135） （3.9）)( 60 10 36 p c n Lh 对深沟球轴承 =3（由18表 135 ） =13368 h) 5 .3376 40800 ( 220060 10 36 h L =2108207 h) 870 56800 ( 220060 10 36 h L 故轴承工作寿命足够大。 轴承的润滑：根据工作要求，采用脂润滑。 3.4.83.4.8 键的选择和校核键的选择和校核 .键的选取 根据工作要求，我们选择圆头平键。 根据 d=40mm，d=42mm，从12表 61 中查得 bh=128。取一般连接：轴 N90- 0.043 ; 毂 JS9 L:由毂宽度并参考键的长度系列，取标准长 63mm（小带轮） 。故小0215. 0 带轮键为：1263GB1096-76 大带轮键为：1290GB109676；结合盘键：查键槽结构： 圆锥轴端键长为 70mm。 键的强度校核 轴和轮的材料都为钢，轮毂材料是 HT200。 烟台南山学院 - 21 - 由12表 62 查得许用挤压应力分别为 p =100120MPa,取其平均值p 1 ；p =5060MPa,取其平均值 p 2 =55 MPa； 键的工作长度 l=L- b=63-12=51mm 键与轮毂槽的接触面高k=0.5h=0.58=4mm. 由12式（61）可得： p = =11.24 MPa p 2 p 1 dlk T 10 3 2 40514 84.452 10 3 故键的强度足够。 由于电机轴键的长度大于主轴键的长度，故电机轴键强度亦足够。 3.53.5 丸砂循环系统的设计丸砂循环系统的设计 丸砂循环系统用来把被清理下来的铁锈，氧化皮及粘沙等从室体内送向丸料净化装 置，其主要分为：机械输送设备和风力输送设备。 机械输送设备一般由垂直提升机构和水平输送装置，由于设计中小型设备，故去除 水平输送机构。垂直提升机构主要是斗式提升机。 风力输送设备是利用颗粒在气流的悬浮作用，将丸料送向丸料净化装置。 风力输送设备与机械输送设备相比：其结构简单，加工件少，易于制造，输送过程 中无灰尘飞扬的现象，但整个功率大，占地面积大，噪音大，管道容易破碎，因而适用 于输送量不大的单件小批量生产的条件。反之，是不经济的。 由于斗式提升机已专业化、标准化，设计的主要内容是斗式提升机的合理选择。 3.5.13.5.1 斗式提升机的组成及特点斗式提升机的组成及特点 斗式提升机用于竖直或大倾角线路上输送散状物料，其组成：有料斗、牵引部件、 驱动装置、张紧装置及罩壳五部分。 斗式提升机的突出优点：提升高度确定后输送路线最短，占地少、结构紧凑，有罩壳 封闭，不扬灰尘，有利环保。但是，输送物料品种受限制，对过载敏感，供料不均匀， 使用链条比胶带易磨损。 斗式提升机输送能力一般在 300t/h以下，提升高度在 40 米以下，应用比较广泛。 3.5.23.5.2 斗式提升机型号初步确定斗式提升机型号初步确定 斗式提升机应用最广的有：带式（TD） 、圆环链式（TH） 、板式套筒滚子链式（TB） 三种。 抛丸机设计（韩洋） - 22 - 由设计数据及工作环境恶劣，故采用圆环链式（TH）斗式提升机比较适合设计要求。 3.5.33.5.3 THTH 型斗式提升机装载与卸载的确定型斗式提升机装载与卸载的确定 装载方式为：注入式、挖取式、混合式三种。 卸载方式为：重力式卸载、离心式卸载、混合式卸载。 设计时，由设计数据及1有关资料，装载方式采用挖取式、卸载方式为离心式，料 斗运行速度取v=1.4m/s。 3.5.43.5.4 THTH 型斗式提升机的设计计算型斗式提升机的设计计算 斗式提升机是抛丸机的辅助部分，故仅进行生产率和功率的计算，按要求选择合适的 设备即可。 整机循环量的计算： 确定丸料循环系统中每个输送设备的运送量，查1公式（211-20） （3.10） i a i im gnjG 1 06. 0 式中：整机循环量 m G j 清理类型系数，清理带砂铸件时，j=1.35 抛丸清理时,第 i 个