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鏈?zhǔn)絺鬏敊C傳動裝置的工藝優(yōu)化

2022-11-23 23:36:20丁武陽合肥經(jīng)濟學(xué)院
安徽科技 2022年6期
關(guān)鍵詞:傳動裝置鏈?zhǔn)?/a>碳鋼

文/畢 薇 丁武陽(合肥經(jīng)濟學(xué)院)

隨著社會生產(chǎn)力的進步和機械制造業(yè)的進步,鏈?zhǔn)絺鬏敊C也進入了快速發(fā)展階段,其由于多種類型、高速高效率、大功率大容量以及低能耗低成本等特點,得到廣泛應(yīng)用,尤其在重工業(yè)、智能物流、快遞及礦物運輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用得更多[1]。隨著電子信息技術(shù)和智能化物流的大力發(fā)展,工業(yè)機器人和鏈?zhǔn)捷斔蜋C相結(jié)合,將形成一體化大型人工智能生產(chǎn)鏈。因此,進一步提升生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量,降低制造成本和延長機器使用壽命,從而提高整體工作性能成為鏈?zhǔn)捷斔蜋C優(yōu)化完善的功能要求[1]。

一、鏈?zhǔn)絺鬏敊C概述

鏈?zhǔn)絺鬏敊C主要有四種類型:懸掛鏈?zhǔn)絺鬏敊C、FU 鏈?zhǔn)捷斔蜋C、刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C、鏈?zhǔn)教嵘龣C,都是使用鏈傳動作為傳動裝置。鏈條結(jié)構(gòu)的多變性,材料選用的靈活性,保證了鏈?zhǔn)捷斔蜋C具有傳輸物多樣、復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強、能耗低、工作壽命長等特點。

1.鏈?zhǔn)絺鬏敊C機械結(jié)構(gòu)的分析

鏈?zhǔn)絺鬏敊C一般由原動機、鏈板、傳動裝置、張緊裝置、制動裝置幾個部分組成[2]。其中傳動裝置控制整體輸送的速度、功率及平穩(wěn)性,是鏈?zhǔn)絺鬏敊C運轉(zhuǎn)的核心[3];原動機為鏈?zhǔn)絺鬏敊C提供動力,承載構(gòu)件用來承放物料;制動裝置在突發(fā)事故時可進行緊急制動,確保工作安全;張緊裝置工作過程中將力傳遞給鏈條,為鏈條提供一定的張緊力,使其在傳動中避免出現(xiàn)打滑。

傳動裝置由電動機、減速器、鏈輪等組成[2],是鏈?zhǔn)絺鬏敊C的動力源,可以確保軸與軸間的夾角和距離在經(jīng)常變換的情況下傳遞可靠的動力。

通常情況下,鏈?zhǔn)絺鬏敊C是通過許多鏈輪移動鏈條來完成貨物的運輸。其利用鏈傳動作為傳動裝置的主要構(gòu)件,借鏈條牽引鏈條上的鏈板運輸貨物,再利用聯(lián)軸器傳遞牽引力,從而完成貨物的運輸。其機械結(jié)構(gòu)原理類似于帶式傳輸機,能避免帶傳動中彈性滑動和帶輪打滑,一定程度上可以降低能耗及成本[4]。

2.鏈?zhǔn)絺鬏敊C傳動裝置的主要參數(shù)

鑒于工作場合及性能要求不同,鏈?zhǔn)捷斔蜋C傳動裝置中電動機類型常以三相籠型異步電動機為主,其電壓為380V,Y 型[5]。應(yīng)用最為廣泛的是Y100L-2 三相異步電動機。

機構(gòu)零部件中,構(gòu)件軸可以有效地傳遞運動和動力[1]。鏈?zhǔn)絺鬏敊C的傳動裝置中最為重要的是三根軸(高速軸、中間軸和低速軸)和兩對齒輪(高速級齒輪、低速級齒輪)的精度和配合[2]。一般情況下,高速軸材料選擇40Cr 鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為280 HBS;中間軸和低速軸的材料為45 號碳鋼(調(diào)質(zhì)),硬度是240 HBS[6]。高速級齒輪傳動中,齒輪精度一般為7 級精度[7],小齒輪采用40Cr 鋼(滲碳淬火)、齒數(shù)為26,大齒輪采用45號碳鋼(滲碳淬火)、齒數(shù)為127[1]。低速級齒輪傳動中,齒輪精度為7 級精度[7],小齒輪采用40Cr 鋼(滲碳淬火)、齒數(shù)為25,大齒輪采用45 號碳鋼(滲碳淬火)、齒數(shù)為91[1]。鏈條型號一般根據(jù)實際應(yīng)用場合決定。

聯(lián)軸器用來連接兩軸,機器運轉(zhuǎn)時軸與軸之間相對運動且不可分離[2]。為減小工作過程中產(chǎn)生的震動和沖擊,通常情況下選擇LT6 型彈性套柱銷聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器制造簡單,裝配方便,成本較低。

二、傳動裝置零部件材料優(yōu)化

鏈?zhǔn)絺鬏敊C主要依靠其傳動裝置來控制整體輸送的速度、功率及平穩(wěn)性。傳動裝置由電動機、齒輪減速器、聯(lián)軸器和鏈輪等零部件組成,所以優(yōu)化傳動裝置中主要零部件是優(yōu)化鏈?zhǔn)捷斔蜋C整體性能的重點[3]。

軸類零件可選的加工材料較多,其中在減速結(jié)構(gòu)中,通常選用45 號碳鋼,根據(jù)優(yōu)化設(shè)計數(shù)據(jù),優(yōu)化材料擬定為40Cr 鋼。

為了驗證優(yōu)化材料的可行性,對選用不同金屬材料的軸,利用ANSYS 軟件進行線性靜力分析(靜力分析圖略)。

通過分析ANSYS 的仿真數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)45 號碳鋼的屈服強度比40Cr 鋼更接近屈服極限強度,所以40Cr鋼的綜合性能比45 號碳鋼強,可使軸的使用壽命更長。

在機械加工制造過程中,齒輪類零部件的加工較為復(fù)雜,難度系數(shù)較大,但其可選的加工材料較多,其中應(yīng)用于減速結(jié)構(gòu)中的齒輪材料一般選用灰鑄鐵,根據(jù)優(yōu)化設(shè)計數(shù)據(jù),優(yōu)化材料擬定為45 號碳鋼。

為了驗證優(yōu)化材料的可行性,對選用不同金屬材料的齒輪,利用ANSYS 軟件進行線性靜力分析(靜力分析圖略)。

通過ANSYS 的仿真分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)灰鑄鐵的屈服強度比45 號碳鋼更接近屈服極限強度,所以45 號碳鋼的綜合性能比灰鑄鐵強,可在一定程度上延長齒輪的使用壽命。

三、優(yōu)化的意義

鏈?zhǔn)絺鬏敊C主要依靠其傳動裝置來控制整體輸送的速度、功率及平穩(wěn)性。鏈?zhǔn)絺鬏敊C的傳動裝置主要由電動機、二級減速器、鏈條等組成。因為工作過程中,鏈?zhǔn)絺鬏敊C容易受到震動、沖擊和磨損,針對鏈?zhǔn)絺鬏敊C傳動裝置進行分析研究,在設(shè)計并選定其主要參數(shù)的前提下,對其中的重要零部件進行工藝材料上的優(yōu)化;通過對鏈?zhǔn)絺鬏敊C傳動裝置的減速器中用來傳遞運動和動力的齒輪、軸進行不同材料的ANSYS線性靜力分析仿真,根據(jù)仿真數(shù)據(jù)的對比,驗證優(yōu)化方案。傳動裝置中,齒輪與軸起到重要作用,優(yōu)化齒輪與軸的使用性能,一定程度上可以避免工作過程中出現(xiàn)齒輪失效,降低沖擊的影響,并延長齒輪、軸等零部件的使用壽命,使整個傳動裝置的工作性能提升,進而延長鏈?zhǔn)絺鬏敊C整機的使用壽命并提高其工作的平穩(wěn)性。

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