环保打磨机设计

第1章绪论1.1选题背景随着制造业对绿色生产需求的日益增长，传统打磨设备的高能耗、粉尘污染及噪声问题有待解决。本文提出一种环保型打磨机设计方案，旨在通过结构优化与技术创新实现高效、低污染的加工目标。据统计，打磨环节中产生的金属粉尘占工业粉尘排放总量的20%以上，其中PM2.5及重金属颗粒易引发呼吸系统疾病，并造成土壤与水体重金属污染。此外，传统设备依赖高能耗电机，加剧了制造业的能源消耗压力。与此同时，长期暴露于85dB以上噪声环境的工人面临听力损伤、尘肺病等职业健康风险，企业用工成本与社会责任矛盾突出。环保打磨机作为绿色制造的关键装备，需兼具高效除尘、降噪、节能等功能，但其技术研发仍面临多重挑战，现有设备多聚焦单一功能优化，粉尘过滤效率与能耗矛盾突出，复杂工况下设备稳定性不足，智能化与多学科技术融合程度较低。当前，环保打磨机的创新需求迫切。一方面，企业通过采用环保设备可降低排污成本、市场潜力巨大，另一方面，跨学科技术突破（如湿式除尘与变频调速协同、基于物联网的智能监控系统）将为行业提供新的解决方案。然而，针对多目标协同优化设计、全生命周期环境效益评估的系统性研究仍较为匮乏，需通过技术创新填补空白。本研究以环保打磨机为对象，旨在通过结构优化、智能控制与材料创新，解决粉尘噪声能耗协同治理难题，推动制造业绿色升级，同时为行业标准制定与政策落地提供理论支撑，兼具学术价值与实践意义。1.2课题研究目的意义目的：环保打磨机相对传统打磨机有诸多优势，例如效率得到提高，环境得到保护，人员健康安全得到保障，并且具有经济和社会效益，我们需要充分扩大这些优势和减少传统打磨机带来的危害，这就是我们选题的目的。意义：选题的意义方面主要有环境保护意义、社会效益意义、经济效益意义、政策与法规意义、行业示范意义。环境保护意义，传统打磨机在打磨过程中通常会产生大量的粉尘污染物和有害气体，对环境产生危害和污染，环保打磨机通过结构的升级和改进以及引用先进技术，可以有效地减少这些粉尘污染物的排放，因此具有保护环境的意义。社会效益意义，保障工人健康，传统打磨机产生的粉尘和噪声对操作人员的健康构成威胁。环保打磨机通过减少粉尘和噪声，改善工作环境，降低职业病的发生率。提升公众环保意识，环保打磨机的推广和应用有助于提高公众对环保技术的认知，增强社会对环境保护的重视，履行社会责任，企业通过研发和使用环保打磨机，能够更好地履行社会责任，树立良好的社会形象。经济效益意义，降低能源消耗，环保打磨机采用高效电机和智能控制系统，能够显著降低能耗，减少企业的运营成本。提高资源利用率，提升市场竞争力，随着环保法规的日益严格和消费者环保意识的提高，环保打磨机能够帮助企业满足市场需求，增强竞争力。获得政策支持，环保设备通常能够享受政府的政策支持和补贴，降低企业的研发和生产成本。政策与法规意义，符合环保法规环保打磨机的研发和应用有助于企业满足日益严格的环保法规要求，避免因违规而受到处罚。推动绿色制造，环保打磨机的推广符合国家绿色制造和可持续发展的战略方向，有助于推动相关政策的落实。行业示范意义，引领行业趋势，环保打磨机的研发和应用能够为其他行业提供示范，推动更多企业采用环保技术和设备。促进产业链协同发展，环保打磨机的推广需要上下游企业的配合，有助于推动整个产业链向绿色化、智能化方向发展。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状研究现状分为技术发展、政策支持市场应用和存在的问题。技术发展方面有高效除尘、低噪音设计以及节能电机设计。高效除尘技术方面国内研究主要集中在高效除尘系统，以减少粉尘排放。实例：兰州大学团队开发了一种新型除尘系统，显著降低了打磨过程中的粉尘排放，过滤效率达99%以上得到了其他大学的认可和好评；江苏一个环保科技公司发展干式除尘打磨机，采用高效旋风分离+滤桶除尘技术，粉尘收集率高达99%以上，并且噪音低于75dB。低噪音设计方面通过优化结构和使用隔音材料，降低设备运行噪音。实例：某科研机构通过改进打磨机结构和采用隔音材料，将噪音从110分贝降至85分贝以下，符合国家环保标准。节能电机方面采用高效电机和变频技术以减少能耗。实例：某企业研发了变频调速技术，根据材料硬度自动调整打磨机转速，节能效果达30%以上;清华大学和山东某企业研究低噪音磁悬浮打磨头，能耗降低30%，获得2023年国家绿色科技奖。政策支持国家通过颁布环保法规，推动企业采用环保设备，促进社会的经济发展和稳定，带动人民生活水平提高。补贴政策方面政府对环保设备提供补贴，鼓励企业及时更新设备。实例：某研究团队采用可降解材料和环保涂层，减少了打磨机生产和使用过程中的环境污染。市场应用方面，由于近几年国内环保意识的加强和绿色发展的需要，市场需求不断扩大，主要是依靠市场和人民的需求，及时对机器进行技术创新，制造业方面广泛应用于金属加工、木工和汽车制造等行业，建筑业方面用于墙面和地面打磨，减少粉尘污染。实例：东北本钢集团致力于研究铁钢等金属加工打磨工作，不断打开市场，扩大影响力，成为国内著名企业。存在的问题除尘效率方面，国产的打磨机的除尘系统对微小颗粒物过滤除尘的效率低下，难以完全满足环保要求，且可能造成二次污染。噪音控制方面，尽管采用了一些降噪措施如隔音棉，但是在高强度作业中如打磨重金属和大物体时噪音问题依然很突出。能耗问题方面，国内许多设备能耗较高且效率低下，不能够完全使用可回收和新能源材料，高效电机使用率不高。智能化水平方面，相比于国外，智能化技术应用很低，自动化程度低，主要依靠人工操作，需要大幅度进行推广，难以精准控制污染物的排放。数据监控方面，缺乏能够有效实时监控和分析数据的系统，难以实现精准管理。市场推广方面，在中小型企业中普及程度不高，他们主要选择无环保性能的打磨机，市场推广力度不足。政策执行方面，部分环保部门政策执行力度不够，企业更新设备的积极性不高。1.3.2国外研究现状技术发展主要有智能化、新材料和绿色化发展。智能控制方面，国外研究注重智能化，如自动调节和远程监控，提升设备工作效率。实例：某科技公司开发了智能打磨机器人，配备视觉识别和自动路径规划系统，提升了打磨精度和效率；德国FESTOL公司发展模块化环保打磨系统，可搭配真空吸尘或湿式除尘模块，适配不同的工况，粉尘处理达到欧盟ISO8504标准。还有日本安川电机智能打磨机器人，通过视觉系统可以随时调节打磨的压力，可以减少材料浪费20%以上。图1.3.2德国公司环保打磨系统Figure1.3.2Environmentalprotentiongrindingsystsmofgermancompany新材料应用方面使用耐磨、耐腐蚀新材料，可以延长设备寿命。实例：某企业使用和发明一系列设备和材料，提高使用概率和延长寿命。绿色制造方面采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染，促进可持续发展。实例：加拿大OneidaAirSystems研究废尘回收利用，开发粉尘压缩回收系统，将金属和木粉压块，用于3D打印和建材，减少污染进行回收，得到社会的一致好评；美国3M公司发明一款便携式无尘打磨机，内置HEPA过滤器，重量仅1.5kg，适合建筑翻新领域。政策支持方面依靠国家需要发展提出一系列的政策。国外国家具有严格环保标准，欧美国家环保标准严格，推动企业采用环保设备，国际合作方面，多发达国家经常通过国际合作，推动环保技术的全球推广。实例：瑞典Flex+日本Makite合作研究出低噪音电机，Flex提供振动阻尼技术，Makite提供无刷电机优化方案，共同开发噪音低于75dB的打磨机，双方共享专利，产品在欧美日市场有了大力推广；德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer）和美国麻省理工学院(MIT)合作研究智能粉尘检测系统，Fraunhofer提供工业传感技术，MIT开发AI粉尘预测算法，用于实时对除尘进行调节，提高效率，该系统减少20%能源消耗，并获得2022年德国工业4.0创新奖。市场应用方面看市场的需求进行分析设计，也可以依靠国际合作探讨研究方案。工业领域主要广泛应用于航空航天、汽车制造等高精度行业。比如，法国空客MirkaDEROS机器人，对飞机复合材料机翼表面打磨，Mirka机器人打磨系统和中央真空除尘，力控精度在0.1N上下浮动，大大降低人工成本，粉尘排放几乎为零。家庭装修方面，在家庭装修中应用，减少粉尘和噪音污染。实例：日本无印良品MakiteBO5041K，是原木家具手工打磨，需兼顾环保与操作便利灵活性，Makite采用轨道式低噪音抛光机，粉尘直接被收集到集中除尘管道，这样的话，家庭空气质量可以达到高标准，也不会有人吸入灰尘，肺病概率为零，存在的问题，国外的环保打磨机相比于国内效率高，污染少，但同样也存在一系列的问题。技术挑战方面需要提高更高效且节能的打磨机，一些高端机型虽然可以过滤细小颗粒物，但是自身能源消耗过大，导致设备续航能力下降，比如德国一汽车工厂实时监控显示吸尘功率增加了40%，我们是不提倡的，需要进行结构优化设计。高成本方面，由于国外先进技术和新节能材料的发明和推广，导致设备成本提高，高端环保打磨机是普通打磨机的3倍左右，难以在发展中国家推广。并且其维护的成本昂贵，许多企业放弃对环保性能的升级和维护。复杂环境适应性方面，打磨机需要在一些极端天气条件下可以正常使用如高温和低温条件，这就要求我们需要选择高强度的材料，现在在高温条件下使用会减少寿命且效率较低。标准化与兼容性方面，各国的环保标准不一致，影响设备在全球推广。数据安全和操作安全方面，数据安全和隐私保护需要进一步加强，2022年欧洲汽车制造商数据被黑客窃取，设置加密措施进行保护。1.4本文研究内容对环保打磨机进行结构设计，各个部件进行受力分析计算，确认其强度是否符合国家标准，设计尺寸符合要求，在其基础上再次进行分析设计优化，最终达到预期的理念。降低打磨过程中的噪声和振动，在高效打磨的同时完成粉尘的收集和处理工作。1.5本章小结本章主要讲述环保打磨机研究的背景、目的、意义，以及在国内外的发展状况，随着经济的发展，在打磨过程中的环保问题越来越突出，我们就需要设计一款这样的机器来实现高效打磨和环保，国内相比于国外发展较慢，国外则主要注重于智能化和无人操作。

第2章环保打磨机总体设计2.1环保打磨机的基本原理环保打磨机是在传统打磨功能基础上，通过粉尘收集、传动系统和高效打磨节能三大核心系统，实现相对传统打磨机更高效的打磨，其工作原理可分为以下关键环节。粉尘收集系统：主要通过我们风机来吸收粉尘和细小颗粒物，吸附打磨过程中的污染物，经过一系列的过滤工作，排除无污染清洁的空气，减少环境污染。传动系统：是指利用微小电机来带动我们打磨物进行转动，转动不用过快，角磨机对其进行打磨切削工作。高效打磨节能：相比传统打磨机，我们环保打磨机需要高效精准打磨，设置我们打磨物品和打磨头的相对位置来实现精准打磨，选择微小和高效的电机来实现节能的效果。2.2设计目标环保打磨机的主要设计目标包括实现高效、精确的打磨，减少空气中的粉尘和噪声污染传播，采用高效节能电机来降低能源消耗，提高设备使用寿命和稳定性实现可持续发展理念，智能监控维护设备，确保操作人员安全与舒适度。2.3环保打磨机的总体设计随着制造业的快速发展和环保要求的日益严格，传统打磨设备的要消耗高能源和大量的环境污染已经无法满足我们对现代工业生产的需求，在这个基础上我们推出一款环保型的打磨机。环保打磨机作为一种集高效节能加工与环境保护于一体的新型设备，其结构设计需要综合考虑高效性、环保性、社会效益性、操作便利性和人机工程学等多方面因素。本文将从总体结构设计的角度出发，探讨环保打磨机的关键设计要求和技术方案。环保打磨机的总体设计可以分为动力部分、打磨执行部分、环保处理部分、人机交互部分以及外壳部分。动力模块，由微小电机构成，可以由直流电机组成，优点是噪音低，使用的寿命长，精准度高，便于携带，经常由于可以携带的小型打磨机，电机搭配锂电池进行供电。同步交流电机的话，它效率高，转速稳定，适合高精度和大功率需求的场景。根据不同的工作情况来选择不同的电机。动力方面由电机传导滚轮转动，滚轮带动管件转动，可以使我们的管件进行旋转，随后角磨机进行打磨。打磨执行模块，由打磨头组件、砂轮、磨盘等组成，角磨机是利用高速旋转的砂轮对打磨物进行切削除锈磨光等加工，在桌面上可以通过设置导轨和摇杆来控制角磨机的相对位置以便更好地工作，同样我们也需要对管件的相对高度进行分析，使管件能够固定和转动，下图为角磨机实物图。图2.3.1角磨机实物图Figure2.3.1physicalpictureofanglegrinder环保处理模块，由粉尘收集系统和过滤系统构成，通过风机吸附可以收集粉尘进行收集，机身壳体内部可以放置隔音材料来降低噪音传播，电机和机架部分可以加装减振垫来减少振动，设置过滤桶来对风机吸附的气体和微小颗粒进行过滤和排放。粉尘收集系统采用多级过滤系统，保障能够完全处理好，粉尘排放需要满足国家《大气污染物综合排放标准》，排放的粉尘浓度≤10mg/m3，同样整体噪音要≤85dB，废料处理需要采用智能分选装置。人机交互模块，人机交互界面我们可以采用触摸屏操作面板，没有条件可以采用按钮设置，面板实时显示工作参数和环保指标，内部设有故障诊断系统，提供维护建议和报警信息。在打磨开始时，粉尘收集装置和内部冷却系统可以一起启动，打磨结束后，风机系统可以晚一些关闭，这样可以保障残留的粉尘可以收集完成。定时更换磨具以适应和保障精准打磨的完成，设置紧急制动按钮和报警防护装置，制动响应时间小于0.5秒，此外还有散热系统，由温度传感器检测温度进行保护机器，温度超过80oC的话就会发起警报，操作人员就会来保护装置。机架壳体模块，采用高强度钢材或铝合金焊接框架，内部设置加强钢筋或其他高强度材料以提高刚性，同时考虑减振设计降低振动传导，机架和壳体的底部安装可调式减震脚垫，可以通过人员的调节来适应不同地面条件。下图为环保打磨机总体设计思路图。1.管件；2.滚轮；3.角磨机砂轮；4.抽屉；5.风机；6.过滤桶图2.3.2环保打磨机总体设计图Figure2.3.2overalldesigndiagramofenvirommentalprotectiongrindingmechine各个系统模块相辅相成，重要程度不可相比，共同实现我们环保打磨机的高效打磨，降噪减振，收集污染物，保障人员和工作安全，缺一不可。2.4本章小结本章介绍我们设计的原理和目的，分析环保打磨机的总体设计，包括动力、打磨执行、环保处理、人机交互、机架壳体等重要模块组成，共同实现我们高效、环保、安全作业。第3章环保打磨机组件设计3.1机架设计在环保打磨机的设计中，机架作为其核心支撑部件，支撑着整个装置。它直接影响着整个设备的稳定性以及使用寿命，确保在打磨的过程中，能够受到较大的外力自己还可以确保各个部件相对位置保持准确，机架设计需要兼顾其强度、稳定性、环保性和重量。合理的机架设计不仅能提高打磨精度和稳定，还能减少振动和噪声，符合环保要求，优化机架设计还可以使环保打磨机具有简洁、美观的外观，展示环保打磨机设计技术实力和对高质量的追求，符合现代化的理念。本文将从设计目标、要求、材料选择、结构设计和环保优化等方面来探讨环保打磨机机架的设计方案。3.1.1设计目标高稳定性这样可以确保人员在打磨过程中不发生晃动，提高效率和加工精度，因此结构稳固便是很重要的设计目标，机架的放置还需要高度、角度符合我们人体，这样可以提高效率减少劳累辛苦。减震降噪可以减少震动传递，降低噪声污染，以此来保护环境。轻量化与高强度，在保证刚性的前提下，能够可以减轻重量，提高强度，降低能耗。环保与可回收性，我们选择采用可回收材料，减少制造和打磨过程中的环境污染。3.1.2材料选择材料的选择尽量满足强度高、稳定好、减噪好、重量轻、低污染等要求。高强度钢具有良好的刚性和抗疲劳性，可适用于承重支架，铝合金它轻量化且耐腐蚀，适用于非核心承重位置，复合材料可以用于需要减震和降噪的部位。我们可以优先选用可回收材料，如钢材和铝合金，承重的部位采用高强度的钢材，其他部位可以采用铝合金和其他复合材料，我们选择铝合金。3.1.3结构设计整体框架如图所示；采用焊接框架结构，提高抗弯和抗扭强度，增强抗震性以减少振动变形，底座可以加大重量，降低重心，提高稳定性也可以保障人员安全。我们可以设计一款形状类似于课桌桌面的机架，根据我们操作人员的正常身高，我们选择最适配我们的操作高度，我们打磨的管件长度要求在130-450mm，管件公称直径为50-400，且打磨区域长度为50mm，我们桌面的总长度需要完全将管件长度和打磨区域放进去，因此我们左右两侧长度为1200mm、宽度为600mm，整体高度为1560mm。图3.1.1支架结构简图Figure3.1.1simplifieddiagramofthesupportstructure3.1.4环保优化设计在环保优化方面我们在中间一层（桌面）采用由一系列的小孔组成的平面。其大小需要符合我们支架尺寸，其长度为1200mm、宽度为600mm、厚度为6mm，这样的话，我们在打磨的过程中，散落在桌面上比较大的碎屑就会落下来，因此我们还需要设计一个放置这些碎屑的装置，进行收集，我的想法是设计一个抽屉，这样我们可以方便处理这些垃圾。抽屉的长度为1200mm，宽度为120mm。并且我们还可以对抽屉进行标注，方便进行垃圾分类和回收。下图为桌面和抽屉设计图，我们看到桌面上由密密麻麻的小孔组成，是为了将打磨过程中较大的碎屑和垃圾可以落入到我们收集垃圾的抽屉中。图3.1.2桌面板设计图Figure3.1.2desktoppaneldesigndrawing图3.1.3抽屉设计图Figure3.1.3drawingdesigndrawing对桌面板进行强度分析：桌面版的尺寸为1200mm×600mm×6mm载荷均匀分布，压力=0.5MPa铝合金材料泊松比为=0.33,弹性模量E=68.9GPa，弹性模量是指应力除以应变，屈服强度为=170MPa，屈服强度是指材料发生屈服现象时的极限.最大弯曲处：（3.1）:压力a:桌面版的长度t:桌面板的厚度：系数，和桌面的长度和宽度有关，关系如下1.01.21.41.61.82.0≥3.00.290.360.430.470.490.500.50a/b=1200/600=2,我们取0.5，计算得安全校核：安全系数=，带入安全系数=1.7（合格）3.2打磨头位置调整设计打磨头是我们的主要部件，它是我们对管件和其他零件进行打磨的关键，我们需要高效和精准地进行打磨，因此需要设计一种导轨，一种能够使打磨头在桌面上有效移动的导轨，导轨是由金属或其他材料制成，可以承受固定和引导移动的作用，其可以在高负载的情况下进行高精度的直线移动，导轨的设计需要高精度、耐磨性好、操作简单和环保。设计的目的就是能够实现高效率和高精度的移动，材料选择优质合金钢或铝合金，重量轻并且耐腐蚀性强，滑动的表面选用自润滑材料，可以减少油脂使用且环保。结构设计方面我们采用直线导轨和滑块组合的方式，打磨头在滑块上移动，在滑块上设置可以转动的摇杆，我们可以手动或者电动来操作滑块的移动，摇杆贯穿着我们整个装置，在右边是我们的摇杆，它是可以通过手动调节来控制角磨机的精准移动，长度为365mm。在中间可以移动的部位是一个滑板，滑块的材料我们选择和导轨匹配的合金材料，我们打磨头就是放置在上面，通过摇杆的有效的调节，来实现精准打磨，下图为导轨设计示意图。图3.2.1导轨设计图Figure3.2.1guideraildesigndrawing长度为150mm，宽度为100mm。在它的下方是大的平台，我们放置在桌面上，使其靠近我们的打磨物，这样更好地调节，我们需要设计两个这样的导轨以实现可以横向和纵向的移动。润滑方面我们采用合适的润滑剂以减少摩擦和磨损，模块化设计可以便于拆卸和清理，设置过载装置可以进行过载保护。3.3壳体设计打磨机壳体设计是为了保护内部结构，确保打磨过程中的操作安全，并且可以美观我们的视觉。材料选择我们采用钣金材料，它具有重量轻、强度高、成本低、性能好等优点，内部可以放置可降解的隔音材料如隔音棉，减少噪声污染保护环境，设计时还需要主要重量要均匀分布和接地设计，安全得到保障。在打磨过程中温度肯定会过高，我们的壳体设计还需要考虑到散热的部分，我们可以在壳体的后面设置微小散热系统进行散热，避免电机和装置过热。壳体的后板设置百叶窗，百叶窗是窗子的一种样式，叶片较小，可以收拢且美观很适配我们壳体设计，其作用可以将微小颗粒物尘埃通过风机吸入到我们的收集装置，并且也可以进行散热。钣金件的示实物图如下。图3.3.1钣金实物图Figure3.3.1sheetmetalphysicaldrawing在外壳设计中我们需要将整个内部结构全部包装进去，因此我们设计时大小尺寸需要好好地选择，大小要适中，设计示意图如下所示。图3.3.2打磨壳体设计图Figure3.3.2polishingthedesigndrawingoftheshellbody壳体的长度为1200mm，宽度为960mm，这样可以将内部结构装下去，在下面有一层的空隙，是用来放置我们上文提到的抽屉，前方弯曲的部位是为了正好对齐我们的桌面版，倾斜的角度为30度左右便可，桌面板上下落的灰尘和碎屑会通过倾斜的一面落到抽屉里进行收集。在壳体的内部我们放置吸音棉和减震垫以减少噪音和振动，在表面可以喷漆可以防止腐化，以保护壳体。我们壳体设计为打磨过程提供一个稳定的条件，壳体设计不仅影响着内部零件的稳定与协调，而且保障着高效稳定打磨和工作人员的安全。3.4风机设计选用在打磨机打磨过程中，大的颗粒、碎屑、残渣会通过桌面板的小孔落下去，那么比较小的颗粒、碎屑就会弥漫在周边的空气中，我们就需要将这些收集起来并且进行一系列的过滤工作。下图为离心式通风机示意图。图3.4.1离心式通风机模型图Figure3.4.1centrifugalfanmodeldiagram其工作原理是依靠轮子的转动在风机内部形成负压，将气体吸入并排出风机。3.4.1滤芯滤芯的作用是过滤流体中的杂质，分离有害物质，进而保护人员安全和设备。滤芯通过它的多孔结构可以拦截空气中的固体颗粒、污染物质、碎屑灰尘等，下图为滤芯设计图。图3.4.2滤芯设计图Figure3.4.2filterelementdesigndrawing图中大圆的直径为200mm，小圆直径为140mm，中间内部由许多折叠的滤纸组成，作用就是拦截那些污染物。材质主要由不锈钢、铜、活性炭等组成。要进行高效的过滤，我们需要在我们的后板上制作许多的小孔，像桌面板那样，我们风机一开启，那些较小的颗粒就会从我们后板上的百叶窗进入到滤芯进行过滤。在打磨过程中这些颗粒污染物的温度会很高，因此我们的滤芯就需要能够承受高温，我们选取耐高温材料，铁棒滤芯就是很好的对象，具有耐高温，耐腐蚀，强度高，且过滤可以得到保障。3.4.2过滤桶设计在风机的出口处我们需要放置过滤桶来收集放置碎屑和碎小颗粒物，设计的要求便是能够捕获粉尘颗粒，使用的材料选用可回收材料，我们在过滤桶中放置过滤袋进行过滤，桶体材料可以选择铝镁合金，重量轻并且可回收。过滤桶的桶盖直径为410mm，宽度为100mm，桶身的长度为1000mm，内部放置过滤袋和过滤网进行层层过滤，滤桶选择快速拆装结构，这样可以快速进行清理和更换滤材，延长使用寿命，无需任何工具，短时间内便可完成更换。上方右边小孔我们连接风机的出口，其长度为450mm，宽度为90mm。过滤桶的高度是正好和环保打磨机底座齐平的，这样的话就可以放置在地面上，下图为过滤桶设计图。图3.4.3过滤桶设计图Figure3.4.2filterbucketdesigndrawing过滤桶里放入过滤袋或者滤芯，二者是一体的，一个整体，电机启动，风机开始吸附，通过百叶窗进入到打磨机的后壳里面，重量大的也随桌面一起落入到抽屉里，重量小的尘埃和空气中的污染物进入到我们设计的过滤桶里进行过滤，空气从上方进入，从侧下方出去，完成过滤净化的工作。3.4.3风机选用在上文中我们提到了风机的作用，是为了处理打磨过程中较小的碎屑。那么风机主要由机壳、叶轮、机轴、集流器、排气口、联轴器、底座、箱体等组成。其中叶轮作为其核心位置，通过高速旋转对气体做功，将机械能转化为气体动能，机壳是引导气流和收集排出的气体，机轴连接电机和叶轮，传递旋转动力，轴承箱支撑主轴并减少摩擦，排气口位于末端，排出气体，下图为风机示意图。图3.4.4风机示意图Figure3.4.4fanschematicdiagram风机大致形状如图所示，我们选用风机要根据我们打磨量的大小，粉尘的多少等来确定，一般工作单位选择1000-3000m3/h，我们可以取1500m3/h。风机选用的高度为245mm，直径为160mm，排气口我们连接过滤桶，将小颗粒污染物进行过滤和收集。在它的侧面我们连接电机，电机给我们风机提供动力进行运转，那么电机放置的位置就需要一个平台，因此我们在壳体的后面建立一个平台，使它能够承受电机和风机的重量。首先在壳体的后面焊接上一块板子，其长度为380mm，宽度为200mm，随后在电机和风机的下面也装上一块，它的长度为250mm，宽度为200mm，此外我们还需要安装2块三角形的板子，使其正好能够和其他两个相接壤，这样我们的平台就固定好便可以使用。电机计算功率：（3.2）Q:风机总风量P:总风压：选用风机效率，我们取0.6：直连传动，指将两个轴直接连接，实现动力传动，我们取0.9考虑到漏风系数，我们取1.1，总风量为1500×1.1=1650m3/h，总风压由系统，管道压力，以及其他阻力构成，我们取1500Pa，带入数据得安全系数1.21300×1.2=1560W我们取1.5KW，我们电机选择1.5KW便可。3.5其他组件设计根据上面我们分析的组件，我们环保打磨机已经可以大致呈现出来了，当然我们还有一些组件需要设计。3.5.1两侧侧门设计我们在机架设计中，我们仅仅建立了基本的模型，我们还需要在空缺的位置补上我们的设计方案，我们根据机架中侧门位置的大小，设计出大小符合的门作为我们的侧门，设计出来后，我们需要知道打磨中需要放置管件，如果我们将两扇侧门固定住，那么这个管件便很难放到指定位置进行打磨，因此我们就不需要将门固定而是打开，由此我们便想到家里的房门，教室的门就是这样，所以我们便设计类似房门的这种门，在右侧门的右侧和左侧门的左侧我们需要固定住，在它们上下两个位置设置铰链，其分为两段，一段与芯轴相连，一段与门扇相连，铰链的作用就是能够让门自然地旋转开启和关闭的装置，在中间偏外的位置设置门把手进行开和关。维护工作方面我们需要定期在门里倒上润滑剂，以减少摩擦和保护延长使用寿命。我们侧门设计完成后，在我们的下方也需要设计，这个不像那个侧门那样需要打开和关闭，我们仅仅需要和机架的部分固定住便可以，长度为660mm，宽度为520mm，左右两侧一致，就便就是我们支架底座侧门的设计。3.5.2滚轮的固定设计在环保打磨机中滚轮的作用是用来固定住我们需要打磨的管件和使我们管件进行转动以便我们打磨头精准打磨。滚轮设计图如下。图3.5.1滚轮设计图Figure3.5.1rollerdesigndrawing滚轮的材料可以选用耐用材料如金刚石涂层来延长寿命，降低更换的频率，滚轮直径为100mm，厚度为20mm，内部小圆直径为14mm，在桌面板的后面我们放置一根长长的杆子用来连接我们的滚轮，也就是螺杆升降机构，手动调节，成本低，其中需要一段弯曲的部分用来转弯，在滚轮的中间我们是用来连接电机的，利用电机传送电能来使滚轮发生转动，那么电机我们也需要进行固定，固定板长度为160mm，宽度为60mm，在固定板的左侧是电机，右侧是滚轮，我们便可以固定好，滚轮通过旋转可以先一步对管件进行打磨，去除一些不平整的部分，实现管件表面相对光滑，在转动过程中我们可以添加一些润滑剂来提高效率。下图为滚轮固定系列组成示意图。1.杆子2.固定杆子和电机安装板3.电机安装板4.电机5.滚轮图3.5.2滚轮固定设计图Figure3.5.2rollerfixationdesigndrawing从图中我们可以了解到滚轮和电机是通过电机安装板来连接的，电机传导动力使滚轮发生转动，以此来带动管件转动，打磨头进行精准移动打磨。上图标号为2号的固定杆子和电机安装板，它和电机安装板紧密连接，使他们成为一个整体，整个部件主要依靠1号弯曲的杆子来承受重力，需要采用高强度材料，杆子的底座可以进行有效调节来使管件转动。滚轮线速度计算(3.3):滚轮线速度D：滚轮直径，为0.1mN:滚轮转速，滚轮的转速不用过快，我们取5rpm，每分钟转5下，计算得滚轮接触压力与切削力计算(3.4)F：切削力P：接触压力A：接触面积，面积计算如下（3.5）b:滚轮宽度l:接触弧长，计算如下（3.6）Ap:切削深度，我们取0.001m，计算得出滚轮磨损率计算体积磨损公式（3.7）W:磨损体积k:磨损系数，与材料相关，我们取t:时间，我们带入得滚轮功率需求(3.8)P:功率F：切削力：线速度，带入数据得3.6本章小结本章主要讲述环保打磨机的重要组成部分及其作用，各个部分之间的联系，机架设计、打磨头移动设计、壳体设计、风机选择、滚轮设计等，机架作为整个装置的支撑，打磨头作为我们打磨的物件，其精准移动设计需要精准控制，壳体作为我们外壳，将我们装置进行保护工作，风机通过抽吸弥漫在空气中的灰尘来进行过滤收集保护环境，滚轮是来固定我们管件和利益微小电机来带动我们管件进行转动，环保打磨机流程如下，首先将打磨的管件位置固定好开启微小电机，再将角磨机开关开启开始转动，移动导轨的相对位置来实现精准打磨，打磨开始时我们将风机和电机开启，打磨过程中产生的碎屑会通过我们桌面板的小孔流入到抽屉里，弥漫在空气里的微小颗粒和污染物通过风机的抽吸最终通过后板的百叶窗，其中相对较重的颗粒污染物还是进入到抽屉里，空气里较轻的颗粒污染物会进入到过滤桶里进行过滤，从过滤桶的上方进入，侧下方出去，这样就完成了过滤工作。

第4章重要零部件强度分析4.1电机安装板分析电机安装板我们在上文中提到一点，其作用就是支撑电机让电机能够正常运转，那么我们就需要对板进行受力分析和强度校验，其设计图如下。图4.1.1电机安装板设计图Figure4.1.1motormountingplatedesigndrawing我们清楚电机放置的位置就是上方的那个板子，上放长度为250mm，宽度为200mm，厚度为8mm，后面安装板是连接着壳体，它的长度为380mm，宽度为200mm。我们对上面板子进行分析。图4.1电机安装板的有限元分析从上图中我们可以知道在SolidworksSimulation中分析，连结中零部件交互选择接和，夹具固定几何体选择我们的后板，外部载荷选择力，施加向下的力，作用于最上方，力的大小为100N，并且生成网格状，这样我们可以清晰地看到其分布，运算出来便如上图所示。从图中我们分析出最上方右侧中间的那一块部分颜色偏红，那就是可能承受不住那么大的压力，我们需要对那个部分进行加固措施，可以选择不易变形的高强度材料，也可以对上方的安装板进行加厚以便能够承受住。我们计算可以对最上方板进行分析：材料为铝合金，其弹性模量E=70GPa=70000MPa泊松比=0.4屈服强度=300MPa载荷均与分布安全系数取1.5最大扭矩：（4.1）k:弯矩系数，取决于边长比，我们取k=0.05，带入得弯曲应力：（4.2）带入得强度校核：=200MPa（4.3）比较因此板的强度符合要求。4.2打磨头固定板分析我们设计了方便打磨机移动的轨道，在轨道的上方我们需要设计一个物块来固定打磨头，它的上方有两个小孔，是需要螺栓来固定，作用是固定打磨头，我的设计是长方体物块长度为150mm，宽度为50mm，厚度为30mm。我们对它进行有限元分析，材料为铝合金1060合金，泊松比为0.33，屈服强度为28N/mm2，连接方式零部件交互接合，夹具固定选择下面的板面，外部载荷同样选择力，也是向下施加的力，力的大小要根据我们打磨头的重力大小有关，正常情况下力不会太大，我们选择50N，我们同样生成网格状，下图为我们分析图。图4.2固定板有限元分析Figure4.2finiteelementanalysisofthefixedplate从图中我们可以分析出这个固定板可以承受住打磨头的压力，那么如果我们选用重力更大一点的打磨头，我们就需要再次进行有限元分析，然后对我们的装置进行优化设计，向着更完美的方向设计。校验强度，材料为铝合金1060，弹性模量为69000MPa，泊松比我们取0.33，屈服强度为275MPa。根据公式我们取k=0.5,通过比较我们得到是符合安全条件的4.3管件支撑台分析在打磨中我们清楚需要对管件进行固定，我们已经对管件上方滚轮进行了固定措施，还需要对管件下方进行处理，要使管件便于转动进行打磨工作，下图为管件支撑物分析图。图4.3.1管件支撑台设计图Figure4.3.1pipefittings