电弧喷涂用绕丝机工装设计【25张图/25000字】【优秀机械毕业设计论文】
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电弧
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说明书一份,58页,25000字左右.
任务书一份.
图纸共25张:
A0-总装图.dwg
A1-大焊丝盘支架.dwg
A1-减速器.dwg
A2-机架.dwg
A3-架子.dwg
A3-轮芯.dwg
A3-蜗杆.dwg
A3-蜗轮.dwg
A3-蜗轮轴.dwg
A3-箱体.dwg
A4-V带轮1.dwg
A4-V带轮2.dwg
A4-安装板.dwg
A4-挡板.dwg
A4-钢筒.dwg
A4-工作轴.dwg
A4-脚支架.dwg
A4-蜗杆轴承闷盖.dwg
A4-蜗杆轴承透盖.dwg
A4-蜗轮轴.dwg
A4-蜗轮轴承闷盖.dwg
A4-蜗轮轴承透盖.dwg
A4-箱盖.dwg
A4-小焊丝盘支架
A4-支撑架
摘 要
随着热喷涂、电镀等表面改性技术的发展，电弧喷涂表面技术的广泛推广，绕丝机在钢结构电弧喷涂和防腐工程中的应用中不可缺少。
本次绕丝机的设计，其主要目的是提高电弧喷涂的效率，降低成本，减轻劳动强度，从而改善电弧喷涂的经济效益，推进热喷涂技术的更广泛应用。主要依据是电弧喷涂绕丝机的功用，设计要求等。同时对绕丝机的传动装置，工作机构以及机架等部分进行了说明。
本绕丝机具有操作简单，结构紧凑，工作效率高，降低工人的劳动强度等优点。适合于单件、小批量和批量生产，都能获得很好的经济效益，具有良好的发展前景。
关键词：绕丝机；热喷涂；电弧喷涂
Abstract
With the Development of surface modification technology, such as thermal spraying、electroplate， arc spraying surface technology’s widely used. At present, winding machine is indispensable in the application of structural steelwork arc spraying and corrosion engineering.
The main purpose of the design on the winding machine is to improve the efficiency of arc spraying, to low costs, and to reduce the intensity of labor. Thereby to improve arc spraying economic benefits and promote wider application of thermal spray technology. This design is mainly based on the function of arc spraying winding machine and design requirements. Also, it mainly explains the transmission device, operating mechanism and the body of the machine.
The winding machine has the advantage of compact structure, simple operation, low labor intensity and high efficiency and so on. Because of its evident economic benefit, it is suitable for single, small-scale and large manufacture.
Key words: Winding machine; Thermal spraying; Arc spraying
目 录
第一章 绪论 1
1.1 热喷涂概述 1
1.1.1 热喷涂的定义及原理 1
1.1.2 热喷涂的种类和特点 3
1.2 电弧喷涂技术概述 4
1.2.1 电弧喷涂的技术原理及特点 4
1.2.2 电弧喷涂技术的应用 6
1.2.3 电弧喷涂技术的新发展 7
1.3 设计绕丝机的意义和目的 9
第二章 总体设计 11
2.1 绕丝机总体设计及其适用范围 11
2.2 设计方案的确定 11
第三章 传动部分的设计 14
3.1 传动部分总体设计的要求 14
3.2 传动系统的分析和拟定 14
3.3 绕丝机传动系统的确定 15
3.4 电动机的选择 16
3.4.1 电动机类型的选择 16
3.4.2 电动机功率的选择 18
3.4.3 电动机转速的选择 20
3.5 传动装置传动比的拟定及确定 21
3.5.1 总传动比的确定 21
3.5.2 传动装置各级传动比的分配 21
3.6 传动装置的运动与动力参数的计算 22
3.6.1 运动及动力参数的计算方法 22
4.6.2 运动与动力参数的确定 23
3.7 V带传动设计 24
3.7.1 第一级V带传动的设计及校核 24
3.7.2 第二级V带传动的设计及校核 28
3.8 减速器的选择及设计 31
3.8.1 减速器的选择 31
3.8.2 减速器的设计 32
3.8.3 蜗杆、蜗轮的设计及校核 36
3.9 轴的设计及校核 40
3.9.1 轴的初估 40
3.9.2 轴的强度校核 43
3.10 轴承的选择及校核 47
3.10.1 轴承的选择 47
3.10.2 轴承的校核 49
第四章 机架的设计 52
4.1 机架的设计 52
4.2 机架焊接结构的设技 53
4.2.1 焊接结构的设计措施 54
4.2.2 机架采用焊接结构是遇到的问题 54
结论 55
致谢 56
参考文献 57
- 内容简介：
-
西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文） 电弧喷涂用绕丝机工装设计 年 级 :二二级 学 号 :2002 姓 名 :刘朋 专 业 :材料科学与工程 指导老师 :周友龙 二六 年 六 月 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 I 页 院 系 材料科学与工程 专 业 材料加工工程 年 级 材料二二级 姓 名 刘朋 题 目 电弧喷涂用绕丝机工装设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章 ) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章 ) 成 绩 答辩委员会主任 (签章 ) 年 月 日 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 毕业设计（论文）任务书 班 级 2002 级 7 班 学生姓名 刘朋 学 号 20023284 发题日期： 2006 年 3 月 20 日 完成日期： 6 月 15 日 题 目 电 弧 喷 涂 用 绕 丝 机 工 装 设 计 1、本论文的目的、意义 ： 在进行电弧喷涂的表面工程技术操作之前，必须将用作喷涂材料的金属丝绕到规定规格的小焊丝盘上，然后才进行电弧喷涂。若直接 购买小盘喷涂丝，价格很高 ，会增加成本 ；若直接 从大焊丝盘上进行电弧喷涂，则需要增加送丝机构的阻力，影响喷涂过程 ，加大了劳动强度；若采用人工绕丝则会降低 了电弧喷涂的工作效率，提高了成本等。为了解决上述 的问题，设计出电弧 喷涂用的绕丝机，以大概三倍喷涂的速度将焊丝绕到规定的焊丝盘上，从而提高了工作效率，改善了工人的工作强度，降低 热喷涂工程 成本，增加经济效益。 2、学生应完成的任务 : （ 1） 查阅相关资料 （ 2） 大 于 3 张 量的图纸 （ 3） 设计说明书一份 （ 4） 外文文献翻译一份 （ 5） 毕业设计指导 记 要一份 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 3、论文各部分内容及时间分配：（共 14 周） 第一部分 查阅文献及调研 (1 周 ) 第二部分 设计方案制定，并进行相关的计算校核 (2 周 ) 第三部分 绘制设备结构图 (8 周 ) 第四部分 控制部分设计 (2 周 ) 第五部分 论文书写 ( 周 ) 评阅及答辩 (1 周 ) 备 注 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 摘 要 随着热喷涂、电镀等表面改性技术的发展，电弧喷涂表面技术的广泛推广，绕丝机在 钢结构电弧喷涂和防腐工程中的 应用中 不可缺少 。 本次绕丝机的设计，其主要目的是提高电弧喷涂的效率，降低成本，减轻劳动强度，从而改善电弧喷涂的经济效益，推进热喷涂技术的更广泛应用。主要依据 是 电弧喷涂绕丝机的功用，设计要求等。 同时 对绕丝机的传动装置，工作机构以及机架等部分进行了说明。 本绕丝机具有操作简 单，结构紧凑，工作效率高，降低工人的劳动强度等优点。适合于单件、小批量和批量生产，都能获得很好的经济效益，具有良好的发展前景。 关键词：绕丝机 ； 热喷涂 ； 电弧喷涂 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 V 页 of as s At is in of of on is to of to to of to of is on of it of of so of it is 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 目 录 第一章 绪论 . 错误 !未定义书签。 喷涂概述 . 错误 !未定义书签。 喷涂的定义及原理 . 错误 !未定义书签。 喷涂的种类和特点 . 错误 !未定义书签。 弧喷涂技术概述 . 错误 !未定义书签。 弧喷涂的技术原理及特点 . 错误 !未定义书签。 弧喷涂技术的应用 . 错误 !未定义书签。 弧喷涂技术的新发展 . 错误 !未定义书签。 计绕丝机的意义和目的 . 错误 !未定义书签。 第二章 总体设计 . 错误 !未定义书签。 丝机总体设计及其适用范围 . 错误 !未定义书签。 计方案的确定 . 错误 !未定义书签。 第三章 传动部分的设计 . 错误 !未定义书签。 动部分总体设计的要求 . 错误 !未定义书签。 动系统的分析和拟定 . 错误 !未定义书签。 丝机传动系统的确定 . 错误 !未定义书签。 动机的选择 . 错误 !未定义书签。 动机类型的选择 . 错误 !未定义书签。 动机功 率的选择 . 错误 !未定义书签。 动机转速的选择 . 错误 !未定义书签。 动装置传动比的拟定及确定 . 错误 !未定义书签。 传动比的确定 . 错误 !未定义书签。 动装置各级传动比的分配 . 错误 !未定义书签。 动装置的运动与动力参数的计算 . 错误 !未定义书签。 动及动力参数的计算方法 . 错误 !未定义书签。 动与动力参数的确定 . 错误 !未定义书签。 带传动设计 . 错误 !未定义书签。 一级 V 带传动的设计及校核 . 错误 !未定义书签。 二级 V 带传动的设计及校核 . 错误 !未定义书签。 速器的选择及设计 . 错误 !未定义书签。 速器的选择 . 错误 !未定义书签。 速器的设计 . 错误 !未定义书签。 杆、蜗轮的设计及校核 . 错误 !未定义书签。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 的设计及校核 . 错误 !未定义书签。 的初估 . 错误 !未定义书签。 的强度校核 . 错误 !未定义书签。 承的选择及校核 . 错误 !未定义书签。 承的选择 . 错误 !未定义书签。 承的校核 . 错误 !未定义书签。 第四章 机架的设计 . 错误 !未定义书签。 架的设计 . 错误 !未定义书签。 架焊接结构的设 技 . 错误 !未定义书签。 接结构的设计措施 . 错误 !未定义书签。 架采用 焊接结构是遇到的问题 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第页 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 目 录 第一章 绪论 . 1 喷涂概述 . 1 喷涂的定义及原理 . 1 喷涂的种类和特点 . 3 弧喷涂技术概述 . 4 弧喷涂的技术原理及特点 . 4 弧喷涂技术的应用 . 6 弧喷涂技术的新发展 . 7 计绕丝机的意义和目的 . 9 第二章 总体设计 . 11 丝机总体设计及其适用范围 . 11 计方案的确定 . 11 第三章 传动部分的设计 . 13 动部分总体设计的要求 . 13 动系统的分析和拟定 . 13 丝机传动系统的确定 . 14 动机的选择 . 15 动机类型的选择 . 15 动机功率的选择 . 17 动机转速的选择 . 19 动装置传动比的拟定及确定 . 20 传动比的确 定 . 20 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 动装置各级传动比的分配 . 20 动装置的运动与动力参数的计算 . 21 动及动力参数的 计算方法 . 21 动与动力参数的确定 . 22 带传动设计 . 23 一级 . 23 二级 . 27 速器的选择及设计 . 30 速器的选择 . 30 速器的设计 . 31 杆、蜗轮的设计及校核 . 35 的设计及校核 . 39 的初估 . 39 的强度校核 . 42 承的选择及校核 . 46 承的选择 . 46 承的校核 . 48 第四章 机架的设计 . 51 架的设计 . 51 架焊接结构的设计 . 51 接结构的设计措施 . 52 架采用焊接结构是遇到的问题 . 53 结论 . 54 致谢 . 55 参考文献 . 56 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 1 页 第一章 绪论 喷涂概述 喷涂的定义及原理 1. 热喷涂定义 利用各种热源，将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔融或半熔融状态，借助于高速气流的雾化效果使其形成微细熔滴，然后喷射沉积到经过预处理的工件基体表面形成堆积结构涂层的加工方法称为热喷涂技术 1。 2. 热喷涂原理 1) 喷涂涂层形成过程和涂层形成原理 喷涂时 ,首先是喷涂材料被加热达到熔融或半熔融状态；紧接着是熔滴雾化阶段；然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段；最后以一定的动能冲击基体表面，产生强烈碰撞展平 成扁平状涂层并瞬间凝固 (图1再凝固冷却的 扁平状涂层继续受环境和热气流影响 (图1每隔 过已形成的薄片向基体或涂层进行热传导，逐渐形成层状结构的涂层 (图 1 (a) (b) (c) 图 1热喷涂涂层形成过程示意图 2) 涂层结构 喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。颗粒与颗粒直不可避免 存在一部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在 4% 20%之间。涂层中伴有氧化物和夹杂，如图 1用等离子弧等高温热源、超音速喷涂以及低压或保护气氛喷涂，可减少以上缺陷，改善涂层结构和性能。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 2 页 由于涂层层状结构，是一层一层堆积而成，所以涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。涂层经适当处理后，结构会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除涂层中的氧化物夹杂和孔隙，层状结构变为均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。 图 1喷涂层结构示意图 3) 涂层结合机理 涂层的结合包括涂层与 基体表面的结合和涂层内部的结合。涂层与基体表面的结合强度称为结合力；涂层内部的结合强度称为内聚力。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合机理目前尚无定论，通常认为又以下几种方式： a) 机械结合。碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于和凹凸不平的表面互相嵌合，形成机械钉扎而结合。一般来说，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。 b) 冶金 是当涂层和基体表面出现扩散和合金化时的一种结合类型，包括在结合面上生成金属间化合物或固溶体。当喷涂后进行重熔（即喷焊）时，喷焊层与基体的结合主要是冶 金结合。 c) 物理结合。颗粒对基体表面的结合，是范德华力或次价键形成的结合。 4) 涂层残余应力 当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时受到激冷而凝固，从而产生微观收缩应力，涂层的外层受拉应力；基体，有时也包括涂层的内层则产生压应力。涂层中的这种残余应力时由喷涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的，它影响涂层质量，限制涂层的厚度。工艺上要采取措施以消除和减少涂层残余应力 1。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 3 页 喷涂的种类和特点 1. 热喷涂种类 按涂层加热和结合方式，热喷涂有喷涂和盆熔两种。前者是基体不熔化 ，涂层与基体形成机械结合；后者则是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。它们与堆焊的根本区别都在于母材基体不熔化或极少熔化。 热喷涂技术按照加热喷涂材料的热源种类分为：火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子喷涂（超音速喷涂）、爆炸喷涂、激光喷涂和电子束喷涂。而本实验所运用的是高速火焰喷涂和等离子喷涂两种方法 1。 2. 热喷涂特点 1) 适用范围广。涂层材料可以是金属和非金属（如聚乙烯、尼龙等塑料，氧化物、氮化硅、氮化硼等陶瓷）以及复合材料。被喷涂工件也可以是金属和非金属（如木材）。用复合粉末 喷成的复合涂层可以把金属和塑料或陶瓷结合起来，获得良好的综合性能。其他方法难以达到。 2) 工艺灵活。施工对象小到 10到铁塔、桥梁等大型结构。喷涂既可在整体表面上进行，也可以在指定区域内涂敷，既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料，也可在野外现场作业。 3) 喷涂层的厚度可调范围大。涂层厚度可从几十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特细粉末喷涂时，不加研磨即可使用。 4) 工件受热程度可以控制。除喷熔外，热喷涂时一种冷工艺，例如氧离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过 250 ,工件 不会发生畸变，不改变工件的金相组织。 5) 生产率高。大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达 50kg/1。 热喷涂技术也已经应用在新的领域，热喷涂技术与其他学科相互交叉渗透形成了新的表面出理工艺，如热喷涂与处理工艺结合出现了炉内烧结重熔和高频感应重熔渗透工艺；与电镀工艺结合产生了镀涂工艺和涂镀工艺；采用新的能源，出现了激光重熔和电子束重熔等 2。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 4 页 弧喷涂技术概述 弧喷涂的技术原理及特点 1. 电弧喷涂的原理 电弧喷涂的原理如图 1在喷嘴中两条金属丝作为自耗性通电两极，两极间夹角 =30 60，接触后形成电弧将金属丝熔化，由中间管子中吹出的高压气流 (压缩气体 )将熔融状态的金属雾化并喷射到工件表面形成涂层 3。 图 1电弧喷涂 2. 电弧喷涂的特点 电弧喷涂具有以下特点： 1） 涂层与基体结合强度高。电弧喷涂较火焰线材或粉末喷涂粒子飞行速度高（约为 100 180m/s,一般线材火焰喷涂为 80 160m/s），粒子含热量大，因此，当熔融状态下的粒子打到基体表面时，形成局部微冶金结合的可能性要大得多，因此涂层与基体有较 强的结合强度。一般电弧喷涂涂层与基体的结合强度为线材火焰喷涂的 2倍。 2） 喷涂效率高。在 20世纪 70年代初和中期，电弧喷钢生产率可达 2030 /h，喷锌为 45 55 /h，为线材火焰喷涂的 2倍。到了 80年代，电弧喷锌的生产率可到达 140kg/ 3） 设备投资及使用成本低。两种线材喷涂工艺成本比较见表 1国通用电器公司）。美国一家公司使用一台电弧喷涂设备代替以前使用的四台火焰喷涂设备对管子和钢制电线杆喷锌，使生产连续进行。锌丝，生产率可达 。电弧喷涂与线 材火焰喷涂消耗比较见表 2 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 5 页 表 1两种线材喷涂工艺成本比较 喷涂方法 设备成本 操作成本 /（美元 合计 / （美元 设备价格 / 万美元 设备使用价格 /（美元 人工 气体 电 电弧 气 材火焰 2:2气： 7 表 1电弧喷涂与线材火焰喷涂比较 喷涂 方法 设备 台数 电能消耗 /耗量 /（ L 总成本 （比例） 失/% 生产率 /气 2弧 线材火焰 1 4 17 1130 2490 20 4 ） 防腐寿命长，是其它防腐方法无法比拟的，一次防腐，一劳永逸。设备及原材料国产化达 100，工艺简单易行。与热浸锌相比，电弧喷涂灵活方便，一套设备能对不同形状和尺寸零件进行防腐施工，便于流动施工。而热浸锌防腐不同尺寸和形状构件将会受到熔池尺寸的限制，也不便流动施工。 5） 电弧喷涂可根据不同腐蚀环境喷涂相应耐蚀材料涂层，工艺系统具有普遍适用性。热浸锌仅能制备锌涂层，对复杂的腐蚀环境，单一的锌涂层将难以适应，会大大降低涂层耐蚀寿命。而利用电弧喷涂的锌涂层会提高工件的耐腐蚀寿命。 相对于其他涂层技术，电弧喷涂技术具有质量好、工件变形小、生产效率高、能源利用率高、经济效益好、操作简单和易于野外作业等显著优点。表 1 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 6 页 表 1不同防腐涂层的寿命比较 防腐方法 油漆涂装 电镀锌 热浸锌 电弧喷涂 防腐寿命 1 5年 3 8年 10年 30年 弧喷涂技术的应用 电弧喷涂的涂层质量好、致密度高、结合力强、喷涂效率高。可喷涂铝、锌、不锈钢、铜等金属丝材，应用于各种防腐工程和机械维护。电弧喷涂工艺中主要是热喷涂铝或锌涂层，所以电弧喷涂的应用也可以说是热喷涂铝或锌涂层的应用。热喷涂铝或锌涂层是历史最早、技术最为成熟的、应用面也是最广的热喷涂层。金属防护目前主要有 3种方法：第一种是将工件与环境介质隔开，使环境介质无法对工件产生腐蚀作用，例如采用有机涂层，电层，化学镀层，釉瓷，搪瓷层等；第二种是采用电保护，例如阴极保护；第三种是减弱 介质对工件的腐蚀，例如向介质（或反应剂）中加缓蚀剂，在涂料中加缓蚀颜料。而热喷涂铝或锌涂层在一定程度上兼具了上述的三种保护作用 3。 热喷涂铝或锌层在防腐工程中的实例： 水腐蚀，水库）。基本情况：闸门是水库、水电站、水闸、船闸、抽水站等水利工程中的重要构件，长期浸水，启闭时频繁干湿交替，高速水冲击，水线部分受水、气、日光及水生物浸蚀剂泥沙冲磨，因此易腐蚀。刷油漆一般防护期为 3 4年，较好的可达 7 8年，较差的为 1 2年，喷锌或铝寿命可达 20年。 播电视塔 、电站管道等（耐大气腐蚀，电厂、电视台等）。 从我国发电厂运行的可靠分析资料表明，在发电设备事故中，锅炉事故最多，而在锅炉事故中， “四 管 ”爆漏次数最高， “四 管 ”爆漏是锅炉安全运行的最大障碍。每次检修都带来很大经济损失，国外资料表明， “四管 ”造价最贵每平方英尺需 500一台用于纸浆厂的 1200天损失达 20万美元。国内从七十年代中期开始对锅炉 “四 管 ”喷涂保护并取得了良好效果。如 1990年 5月在秦岭电厂喷涂再热管 28根，至今涂层完好运行正常 。 下潮 湿大气防腐，煤矿）。基本情况：平顶山煤矿二矿、十一矿，井下水滴如注，空气中含 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 7 页 体，工字钢制梁及支架每年腐蚀约 1，投产 6年已经严重腐蚀。井筒寿命一般为 10 15年，平顶山 14个矿，每年至少 1、 2个矿的井筒因腐蚀必须更换。井筒是煤矿提升工人、煤及其他物料的关键部位，更换井筒一般要 30天，维修停产损失费达 500万元之巨。全国煤矿系统每年因维修井筒消耗钢材达 产损失达亿元以上。现已采用喷铝防护。 温水气腐蚀，化工厂）。基本情况：甲 醇部分氧化反应器为生产甲醇的重要设备，设备尺寸为 3568 22 ,高 7m，外壳材质相当于 应器中因反应温度高，外加冷却水管，导致外壳严重水腐蚀，几乎需要年年除锈，漆膜多则三个月即全部脱落，某些部分腐蚀速度达 1 /年，壁厚减薄严重。对设备外壳进行喷铝防腐（加封闭）后，获得很好的效果 3。 潢 上也正在推广热喷涂工艺，如愈来愈多的地方采用塑雕进行美化。整体铸一尊铜像要花费很多铜材，如果在水泥、石膏、树脂塑像上喷上一层铜或其它装饰涂层、既经济又美观。近年来大庆、北京、上海、沈阳、江西、四 川、云南等地采用喷涂方法搞了许多大型塑雕、饰物、大型壁画等收到了良好效果 4。 弧喷涂技术的新发展 5 1. 熔滴速度 高速电弧喷涂技术 ( 20世纪 90年代开发出的先进热喷涂技术，因其熔滴飞行速度的大幅度提高 (达到 350m s)和雾化效果的进一步改善，从而制备出与等离子喷涂相近的高结合强度、低孔隙率的高质量涂层，大大拓宽了电弧喷涂的应用领域。电弧喷涂涂层的性能受到多种因素的影响，其所具有的快速凝固组织与雾化过程中熔滴的动力学及热传输有密切关系。对雾化过程的动力学和热传输行为进行分 析，不仅是选择喷涂工艺参数的重要依据，也有助于正确地理解高速电弧喷涂涂层组织的形成与演变机制。但由于试验技术的限制，难以用实测方法获得熔滴温度、冷却速度等热传输参数，通常采用理论模型进行数值模拟计算，而确定雾化气流速度和熔滴速度是进行模拟计算的前提条件。 2. 金属电弧喷涂 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 8 页 金属喷涂是用压缩气体将熔融状态的金属雾化成微粒，喷涂沉积在预先准备的工件表面上，形成一完整的金属覆盖层。一般来说，金属喷涂主要有三方面用途： (1)用于抗腐蚀、抗高温氧化或耐磨损等防护性涂层； (2)用于修复零件尺寸，如由于大范围磨蚀或局部 机械加工错误而造成构件几何尺寸的不足，可通过金属喷涂予以修复； (3)用表面喷涂金属的非金属材料来代替金属制造设备或部件。金属电弧喷涂是利用交流或直流电弧熔化不断进给的金属喷丝，再由压缩空气通过喷嘴使之雾化并喷射到工件表面，该喷涂工艺的主要装置称为金属电弧喷涂枪。 俄罗斯的 究所多年来一直从事金属电弧喷涂的工艺和设备研究工作，目前它在总结、吸收国内外先进经验的基础上研制成功一种高效能的 型电弧喷涂枪。它与同类装置相比较具有以下优点：喷射角减小到 13 ，使喷涂材料利用率提高 25，对于 2 4涂过程中的重量消耗可减少 30 40；直径超过 100内表面的喷涂深度可达 400设备采用可拆卸结构，且零部件的装操作比较简单，因此其维护性良好；通过控制台进行设备操作简易、方便。 金属的电弧喷涂有着十分广泛的用途，如：修复各类活塞式发动机的汽缸套，修复各类轴或轴承零件；铝或锌的电弧喷涂层有良好的耐腐蚀性，可用于各种管道、罐体或扩散装置的内壁防护；铝、铜、青铜、黄铜的喷涂层可用于各种金属或非金属制品的表面防护和装饰。 3. 超音速电弧喷涂 超音速电弧喷涂是最新研制 出的表面防腐耐磨涂层新技术。这种新技术在防腐、修复和机械制造等领域有着广泛的应用。可用于船舶、桥梁、矿井支架和设备、锅炉管道的防腐处理、热轧辊柱塞、造纸、烘缸、模具的修复；机械制造中零件尺寸超差的恢复、零件表面强化、零件特殊的制备以及模具的快速制造；可部分取代电镀工艺。它的应用将会产生很大的经济效益和社会效益。 由解放军第二炮兵工程学院主持研制的超音速电弧喷涂技术已经通过国家级技术鉴定。这项成果的问世，使困扰世界机械制造行业达 40余年的设备表面喷涂难题迎刃而解。长期以来，国内外机械制造业沿用的金属粒 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 9 页 子热喷涂 技术，存在着成本高、喷速慢、效率低、涂层强度差等弊病，严重影响机械设备的质量和寿命。因此，从五十年代起，国内外机械制造方面的专家一直进行着为机械设备“穿一层金属超薄耐磨外衣”的电弧喷涂技术研究，但始终收效甚微。超音速电弧喷涂证明其金属粒子喷速比目前世界最先进的喷涂设备高出两倍以上，电弧稳定性、金属粒子雾化率、涂层孔隙率、耐磨性能、表面硬度等多项指标，均达到国际最高水平。该项技术还成功地在西安昆仑机械厂等企业进行了应用试验，成功地修复了一批磨损严重的进口曲轴和模具。 我国钢铁产量位居世界前列，但由于对钢结构的 防护不当，每年被腐蚀掉的钢铁几乎占总产量的三分之一，造成极大的浪费。传统的钢结构防腐以涂刷油漆为主，不仅防腐效果差，维护成本高，对环境也造成了严重污染。电弧喷涂技术，成为当前解决钢结构件防腐蚀问题最为有效的途径，在实际应用中具有较大的社会效益和经济效益。 计绕丝机的意义和目的 绕丝机是电弧喷涂 工程施工 中重要的部分之一，在绕丝机没有制造出来之前，热喷涂的所用的金属丝是直接放在大焊丝盘上进行电弧喷涂，或者是人工绕丝。这样的情况下，效率低，劳动强度高，提高表面电弧喷涂的成本。在现在的市场经济强烈竞争的情 况之下，为了降低成本，提高工作效率，改善劳动强度，绕丝机在其他技术条件改善的同时也随之产生。绕丝机的出世，可以说对电弧喷涂技术的改进也有了很大帮助，是电弧喷涂在表面工程技术的行业中占据了比较重要的地位。 现在，绕丝机在电弧喷涂工程技术的行业当中不可缺少，表面工程技术在机械行业和桥梁钢结构中应用越来越重要。 在现代工业技术发展的情况，随着 表 面工程技术在诸多行业的广泛应用，绕丝机的作用也越来越明显，提高了电弧喷涂的效率，降低成本，促进了电弧喷涂技术的更好的发展，也推动了表面工程技术的改进。 绕丝机主要用在热喷涂 中的电弧喷涂。除此之外，对本绕丝机加以改进，改变绕丝机传动装置中的传动比，是工作轴的速度满足自动焊接的一 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 10 页 半速度，并将工作轴的安装方向旋转 90 ，使工作轴的轴心线垂直，再加上一些其他的附件，如托盘、固定卡具等，此时，绕丝机可用作焊接回转台。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 11 页 第二章 总体设计 丝机总体设计及其适用范围 热喷涂绕丝机设计的出发点是要满足进行热喷涂之前所必须的前期工作。绕丝机 进行绕丝，把喷涂用的金属丝绕到热喷涂用的小焊丝盘上，这个环节在电弧喷涂的整个流程当中是较为 重要的。 计方案的确定 在对绕丝机的设计时 ，其设计依据是绕丝机在工作时所需要的功率、运行时工作轴的转速以及绕丝速度等有关信息。还要综合考虑其他因素，如传动的效率、工作条件等。 本绕丝机由工作轴、传动装置、电动机、机架、控制装置等部分组成。 工作轴带动小焊丝盘转动进行绕丝工作，从大焊丝盘将焊丝逐步的绕到规定的小焊丝盘上。大焊丝盘设在外置的另一个大焊丝盘支架上，工作轴的转动带动其一起转动。 2 2 1常用传动机构的一般布置原则是 9： 1. 摩擦传动 (例如带传动 )的承载能力一般较低，在传递相同的扭矩时其结构尺寸大于啮合传功，故在多级传动中宜置于高速级 ，又因其工作平稳性好，故置于高速级还能起吸震缓冲作用。 2. 啮合传动中的蜗杆传动多用于大传动比和中小功率场合，其承载能力一般较齿轮传 动低 ，为获得较小的结构尺寸，宜置于高速级。这时，虽然齿面相对滑动速度较高，却有利于建立流体润滑油膜， 能 为提高承载能力和效率带来好处。 3. 考虑到大尺寸、大模数的圆锥齿轮加工比较困难，故在多级传动中宜置于高速级，但这时圆周速度较大，需提高制造精度，导致成本提高。 4. 斜齿传动的工作平稳性优于直齿传动，相对来说应置于高速级。 5. 链传动具有固有的运转不均匀特性，冲击甚大，故 宜置于低速级。 6. 开式齿轮传动的工作环境一般甚差，润滑条件不良，故宜置于低速 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 12 页 级。 7. 改变运动形式的传动和机构 (如螺旋传动、连杆机构、凸轮机构 )，应布置在多级传动中的最后一级。 8. 对于 K H)型和 N(K H V)型内啮合行星传动，因具有承裁能力高而结构尺寸小、效率高而传动比大的特性，故在多级传动中可考虑置于低速级。 9 若机械中有制动装置，则其后不应采用摩擦传动。顺便指出，机械中的制动装置通常置于高速级。 2 2 2传动机构类型选择的一般原则 9： 1. 小功率传动，宜选用结构简单、价 格便宜、标准化程度高的传动机构，以降低制造成本。 2. 大功率传动，应优先选用传动效率高的传动机构，如齿轮传动，以降低能耗。 3. 工作中可能出现过载的工作机，应选用具有过载保护作用的传动机构，如带传动。但在易 爆 、易燃场合，不能选用摩擦传动，以防止静电引起火灾。 4. 载荷变化较大，换向 频繁 的工作机，应选用具有缓冲吸振能力的传动机构，如带传动。 湿、多粉尘、易爆、易燃场合，宜选用链、闭式齿轮或蜗杆传动。 6. 要求两轴保持准确的传动比时，应选用齿轮或蜗杆传动。 此外，设计多级传动时，运动 链越简短越好。运动链越简短，机构和零件的数量就越少，能量消耗也少，制造、装配、使用、维修和保养费用也低并利于提高整机的效率和运转精度。 根据以上设计准则以及设计要求，工作轴由电动机驱动，经过大传动比的蜗杆减速器及两级带轮减速，以获得要求的稳定转速。传动路线基本可以确定为：电动机 第一级带传动 蜗杆减速器 第二级带传动 工作轴。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 13 页 第三章 传动部分的设计 动部分总体设计的要求 考虑是人工操作的因素，预设定：绕丝机进行工作时工作轴的转速大约为 r/ 便于加工制造，重量轻； 低制造成本。 动系统的分析和拟定 一般工作机器都是由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分构成。工作装置必需电动机输入动力才能进行工作，传动装置将原动机的动力转化成为运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的主要的组成部分。现实中，原动机与工作装置直接相联的情况并不多见，通常是在这二者之间设有传动装置，简称传动。传动装置在机器的作用主要是三个方面： 改变速度（可以是减速、增速或者是调速）； 改变运动形式； 在传递运动的同时传递 动力。机器的三个职能部分彼此 协调运行，并准确、安全、可靠地完成整机功能 6。 实践证明，传动装置的重量和成本通常整台机器中占有很大的比重；且机器的工作性能很运转费用在很大程度上也是取决于传动装置的性能、质量以及设计布局是否合理。对于传动装置来说，合理的结构设计及方案拟定基本上决定了一台工作机器的质量和性能。因此，在机械的设计中经济合理的传动方案设定是非常重要的。 在工农业生产、交通运输、国防以及人们的日常生活中应用的提供或转换机械能的机器，也就是我们常说的原动机，通常有电动机、内燃机，汽轮机等。然而在生产和 生活中应用得最为广泛的原动机是电动机。 设计和拟定传送方案是，首先必须考虑能否能够准确、安全可靠地实现工作装置预定的运动，这是最基本的要求。满足一个预定的运动可以有不同的传动方式、不同的机构类型、不同的顺序和布局，以及在保证相同的结果的前提下分配各级传动机构的传动比来设计出多种方案。但是需从 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 14 页 多方面考虑并对各种传动方案分析比较后在诸多的方案中选择最为合理的传动方案。合理的传动方案除了应满足机器预定的功能外，还要求结构简单、尺寸紧凑、制造方便、成本低廉、传动效率高、工作可靠和使用维护方便。 传动系统除了要有合理 的布局和顺序，还可以考虑以下几点： 带传动的承载能力较低，在传递相同的转矩是结构尺寸叫啮合的传动比大；但待传动比较平稳，能够缓冲吸震，应置于传动系统的高速级； 一般滚子链传动运转不均匀，有冲击，不宜置于高速级； 蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布于传动系统的高速级以获得比较小的结构尺寸；同时由于有较高的齿面相对滑动速度，易于形成液体动压润滑油膜，有利于提高承载能力和效率； 制动器一般设在高速轴； 在传动装置的总体设计中，必须注意防止因过载或操作失误而造成机器的损坏和人员工伤等事故，可根据具 体的情况在某个环节加设安全保险装置等等。 因此，此次设计的绕丝机传动装置采用带传动减速和蜗杆减速器减速。因为带传动较链传动平稳，而且减速器与工作装置之间的结构尺寸相对于齿轮传动来说过大，故采用两级带传动和蜗杆减速器系统。 丝机传动系统的确定 此次设计要考虑绕丝机工作时工作轴的转速，其转速相对于电动机的额定转速非常小，因而需要很大的传动比，故选用单级的蜗杆减速器。本减速器采用的是普通圆柱蜗杆传动，它具有以下特点： 传动比大，结构紧凑； 传动平稳，无冲击，噪声小； 可以实现自锁。 传动装置选择方 案如 图 3 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 15 页 图 3绕丝机传动装置示意图 动机的选择 电动机在很多环境下工作，然而电动机的基本使用环境条件是 : 海拔高度不超过 1000m； 运行地点的环境空气温度随季节变化而变化，但不超过 40 ； 运行地点的最低环境温度为 此时电动机已安装就位，处于运行或停机并断能状态 ； 运行地点的最湿月月平均最高相对湿度为 90%，同时该月月平均最低温度不高于 25 ； 运行地点的环境中，不存在腐蚀性化学物质气雾或易爆气体、盐雾、淋水等特殊情形； 正常情况下，电动机安装在刚性安 装面上，且安装区域或辅助外壳对电动机的通风没有严重妨碍。 当电动机运行地点的海拔和环境温度与基本的使用环境条件不符时，首先要修正的是电动机温升限值。因为运行地点的海拔和环境气温对运行中的电动机绕组温度有一定的影响，而且这种影响因电动机的绝缘等级、冷却方式和防护型式的不同而有所差别 8。 动机类型的选择 合理选择电动机的类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能剂降低设备造价都是有很大的意义的。电动机类型的选 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 16 页 择要从负载的要求出发，考虑工作条件、负载性 质、生产工艺以及供电情况等，尽量满足以下几个方面的要求： 1） 机械特性 由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械的机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的启动转矩、最大转矩、牵如转矩等性能均能满足工作机械的要求。 2） 转速 电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械的运行要求。 3） 运行经济性 从降低整个电大及驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机的类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时间数也不高的 机械，电动机效率低些也不会是总能耗产生很大的变化，所以并不注重电动机的效率；但另一类年利用少时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选择效率高的电动机一降低总能耗。 4） 价格低廉 在满足工作机械运行要求的前提下，尽可能选用结构简单、运行可靠造价低廉的电动机。 此次的绕丝机的工作环境是在正常室温下的不连续工作，载荷平稳，双向运转，工作环境中有灰尘，除外没有其他特殊要求。直流电动机的最大的特点是运行转速可以在宽广的范围内任意控制，无级变速，由直流电动机组成的调速系统和交流调速 系统相比，虽然交流调速系统的装置机构较简单，但直流调速系统控制方便，调速性能好。 流电动机采用铁氧体永久磁铁系封闭自冷式。本系列电动机具有体积小、重量轻、力能指标高、噪音低、产品系列化程度高、零部件通用化程度强等待点，被广泛应用于各种机械及自动化控制系统中作执行元件或驱动装置。本系列电动机可配用 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 17 页 现无级调速、张力控制、正反运行等功能；电机可与多种系列减速器相配合，满足用户对转速、转矩、安装工位的不同要求。 其使用条件： 海拔不超过 4000m； 环境温度： +40C； 相对湿度：小于等于 95%（ +25C）； 允许温升：不超过 75K（海拔为 1000。 按工作间条件和要求选用 动机功率的选择 7 电动机的功率的选择是否合理，对电动机的工作和经济性有很大的影响。若功率小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或使电动机的因过载而过早的损坏；电动机的功率过大，则电动机的价格高，能量不能充分利用，其效率和功率因素较低而造成浪费。 此次电动机在常温下工作，载荷很少变化且变化的值不 大，则只需使电动机的负载不超过其额定值即可。选电动机的额定功率 0，即 常按公式（ 3择电动机功率。 电动机的额定功率为： （ 3 电动机所需的输出 功率为： 0 w（ 3中： 工作装置所需的输入功率， ； 有电动机到工作装置的传动装置的总效率。 工作装置所需的功率 常按照下面两个公式计算得出： 1000 （ 3 9550 （ 4中： 工作装置的阻力， N； 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 18 页 工作装置的线速度 ,m/s； w 工作装置的阻力矩， N m； 工作装置的转速， r/ w 工作装置的效率。 有电动机到工作装置的总效率 按式（ 3算： 1 2 3 n L（ 3 式中：1、2、3、n分别为传动装置中每一级传动副（齿轮、蜗杆、带或链传动）、每对轴承或者每一个联轴器的效 率。 计算总效率时应注意的几个问 题 10： 1） 所取传动副效率中是否包括其支承轴承的效率，如已包括，则不再计人该对轴承的效率。轴承效率均指一对轴承而言。 2） 同类型的几对传动副、轴承或联轴器，要分别计入各自的效率。 3） 资料推荐的效率一般有一个范围，可根据传动副、轴承和联轴器等的工作条件、精度等要求选取具体值。例如，工作条件差、精度低、润滑不良的齿轮传动取小值，反之取大值。 4） 蜗杆传动啮合效率与蜗杆参数、材料等因素有关，设计时可先初估蜗杆头数其效率值，待蜗杆传动参数确定后再精确地计算效率，并校核传动功率。 的确定 绕丝机的工作装置为手工操作，设绕丝时的有效拉力大约为 00N，绕丝的线速度大概是 s,工作装置的效率考虑到轴承和焊丝盘在绕丝过程中的情况及手工绕丝的效率取 w = 电动机所需的功率 3算，则 3 0 0 4 . 0 9 4 1 0 1 3 . 6 5 1 01 0 0 0 1 0 0 0 0 . 9 k 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 19 页 式中：00N， 10s。 工作装置的总效率按式（ 3算，即 22b g r 。式中b为g为有自锁性的普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）的效率；r为滚动轴承的效率。由参考文献 9中表 2取： b=g=r= 则 ， 2 2 2 2b g r 0 . 9 6 0 . 4 5 0 . 9 9 5 0 . 4
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