石林　吳曉燕

【摘 要】本文設(shè)計(jì)了一種基于綠色制造理念，采用潔凈的風(fēng)能作為動(dòng)力源，通過驅(qū)動(dòng)葉輪來帶動(dòng)推料裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)從相互垂直的兩個(gè)方向傳送物料的機(jī)械裝置。使用風(fēng)能可大大降低生產(chǎn)和使用成本，對(duì)綠色環(huán)保和節(jié)能減排有著重要的意義。在該雙向風(fēng)力推料裝置的研發(fā)過程中，設(shè)計(jì)時(shí)采用了二維和三維CAD技術(shù)，有效地縮短了設(shè)計(jì)周期并提高了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力；推料裝置；UG；設(shè)計(jì)

0 引言

伴隨著機(jī)械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，綠色制造作為制造業(yè)中的一種發(fā)展趨勢(shì)，越來越受到人類社會(huì)的關(guān)注和重視。綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢的整個(gè)生命周期，都符合環(huán)境保護(hù)要求。風(fēng)能就是一種低碳環(huán)保的清潔能源。本文設(shè)計(jì)了一種風(fēng)力推料裝置，要求該裝置在使用過程中，通過風(fēng)能驅(qū)動(dòng)葉輪來帶動(dòng)推料裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)從相互垂直的兩個(gè)方向傳送物料。該裝置的研發(fā)過程中采用了二維和三維CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效地縮短了設(shè)計(jì)周期并提高了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

1 主要零部件的設(shè)計(jì)

1.1 葉輪的設(shè)計(jì)

1.1.1 功能分析

葉輪的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為葉輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)后續(xù)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物料的傳送。

1.1.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)流體的流動(dòng)情況，常見的葉輪可分為離心式和軸流式兩種。離心式葉輪結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其制備需使用鑄件再結(jié)合多軸機(jī)床加工，加工時(shí)間又長(zhǎng)，故在設(shè)計(jì)中不采用該種形式的葉輪。軸流式葉輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量較輕的特點(diǎn)，常用于風(fēng)機(jī)、水泵等流體機(jī)械。根據(jù)作用力是相互的的原理，當(dāng)流體的流速達(dá)到臨界值時(shí)，作用在軸流式葉輪上的流體就會(huì)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的目的，因此該設(shè)計(jì)中采用軸流式葉輪，如圖1所示。

1.2 主傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)

1.2.1 功能分析

主動(dòng)軸的功能是把葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩傳遞給齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

1.2.2 設(shè)計(jì)方案

主傳動(dòng)軸軸采用45鋼，其三維實(shí)體造型如圖2所示。主動(dòng)軸通過錐面和葉輪輪轂配合，由軸的軸肩定位，在左端通過鎖緊螺母壓緊，并通過軸肩上的鍵槽傳遞轉(zhuǎn)矩；支承軸頸則是通過軸套和襯套支撐在支架上，并輔以封蓋固定；主動(dòng)軸右端的螺紋通過螺母與支承軸頸的軸肩對(duì)主動(dòng)軸的軸向進(jìn)行定位。

1.3 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.3.1 功能分析

齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把主動(dòng)軸的高速旋轉(zhuǎn)經(jīng)過變速，使后續(xù)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在合理的速度下平穩(wěn)地運(yùn)行。為了增加輸出轉(zhuǎn)矩并考慮到有限的空間，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采取兩個(gè)嚙合的錐齒輪進(jìn)行傳動(dòng)。

1.3.2 設(shè)計(jì)方案

兩個(gè)錐齒輪的齒數(shù)分別為：小錐齒Z1=20，大錐齒Z2=28，其傳動(dòng)比為i=1.4。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維造型及裝配效果如圖3所示。

1.4 搖桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.4.1 功能分析

搖桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是在曲柄的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)兩個(gè)相互垂直的搖桿連接件和導(dǎo)軌同時(shí)在水平方向上做前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將物料從物料倉(cāng)中推出。

1.4.2 設(shè)計(jì)方案

當(dāng)主傳動(dòng)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)曲柄做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過曲柄撥動(dòng)搖桿。搖桿和齒條采用螺釘連接；在兩垂直方向上齒條和直線導(dǎo)軌的導(dǎo)軌塊采用螺釘連接；齒條另一端安裝著伸出長(zhǎng)度可調(diào)的推叉，從料倉(cāng)中推出物料。搖桿機(jī)構(gòu)的三維造型和裝配效果如圖4所示。

1.5 支架的設(shè)計(jì)

1.5.1 功能分析

支架的功能是對(duì)主動(dòng)軸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和搖桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等各個(gè)零部件進(jìn)行支撐。因此，對(duì)支架的設(shè)計(jì)，要求有足夠的剛度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且空間布局要合理。

1.5.2 設(shè)計(jì)方案

葉輪軸要由支架來支撐，所以支架的材料選用硬鋁12，厚度為25mm。中間兩個(gè)階梯孔是為了安裝支撐大錐齒的懸臂梁。為減輕支架的重量，支架設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

1.6 物料平臺(tái)和物料倉(cāng)的設(shè)計(jì)

1.6.1 功能分析

物料平臺(tái)的作用是用于安裝物料倉(cāng)，在裝配時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整物料平臺(tái)的高度，使之與搖桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相匹配。物料倉(cāng)的作用是用于存放物料，鑒于料倉(cāng)的直徑，故物料的直徑不得大于Φ25mm。

1.6.2 設(shè)計(jì)方案

在相互垂直的方向上設(shè)計(jì)有兩個(gè)物料平臺(tái)，它們之間存在一定的高度差，其高度取決于與之相連接的搖桿連接件的高度。每個(gè)物料平臺(tái)上安裝有一個(gè)物料倉(cāng)，物料平臺(tái)和物料倉(cāng)的裝配效果如圖6所示。

2 風(fēng)力推料機(jī)構(gòu)的虛擬裝配

裝配是將產(chǎn)品的各個(gè)部件通過建立約束關(guān)系進(jìn)行組織和定位操作的一個(gè)過程，在UG中可采用自頂向上、自頂向下或者混合裝配的方法進(jìn)行裝配。本設(shè)計(jì)中采用了混合裝配的方法，先將零部件的三維模型進(jìn)行部分裝配，即裝配成小的裝配體，再將小的裝配體通過約束關(guān)系裝配起來，最后組成完整的三維實(shí)體模型。風(fēng)力推料機(jī)構(gòu)最后的總裝效果如圖7所示。

3 結(jié)束語

雙向風(fēng)力推料裝置的設(shè)計(jì)是基于綠色環(huán)保理念，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與綠色制造有機(jī)結(jié)合，使用了先進(jìn)的AutoCAD二維繪圖軟件和UG三維實(shí)體造型技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)效率，節(jié)約了設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的成本，在當(dāng)前的制造業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用空間和市場(chǎng)前景，對(duì)機(jī)械工業(yè)朝著綠色環(huán)保方向發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

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[責(zé)任編輯：許麗]