0404070吳多文鋼絲繩保養(yǎng)系統(tǒng)——清洗設(shè)備設(shè)計(jì)

1、1 前言1.1選題背景及意義1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鋼絲繩保養(yǎng)系統(tǒng)作為野外工程的后勤維護(hù)設(shè)備，特別是電力系統(tǒng)在野外做架空或高壓電路。早期，大多數(shù)采用人工清洗的方法，清洗過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，危險(xiǎn)性強(qiáng)；后來(lái)，人們?yōu)榱丝朔鲜鰡?wèn)題采用機(jī)械涮洗、壓力沖洗、振動(dòng)等代替人工的方法，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行定期的清洗、上油保養(yǎng)工作，保養(yǎng)效率提高，清洗徹底，浸油效果好。目前，國(guó)內(nèi)外做的比較成熟的是超聲波清洗設(shè)備，超聲波的應(yīng)用的原理：超聲波是以每秒4萬(wàn)6千次的振動(dòng)在液體中傳導(dǎo)，由于超聲波是一種壓縮縱波，在推動(dòng)介質(zhì)的使用下會(huì)使液體中壓力變化而產(chǎn)生無(wú)數(shù)微小真空氣泡，造成空穴效應(yīng)，當(dāng)氣泡受壓爆破時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，同時(shí)

2、超聲波還有乳化中和作用能更有效防止被清洗掉的油污重新附在被清洗物體上。超聲波清洗的運(yùn)用極大地提高了工作效率和清洗效果，以往，清洗死角、盲孔和難以觸及的藏污納垢一直使人們備感茫然，超聲波清洗的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用使這一工作變得輕而易舉。相比其它多種的清洗方式，超聲波清洗機(jī)顯示出了巨大的優(yōu)越性。已逐漸用超聲波清洗機(jī)取代了傳統(tǒng)浸洗、刷洗、壓力沖洗、振動(dòng)清洗和蒸氣清洗等工藝方法。超聲波清洗機(jī)的高效率和高清潔度，得益于其聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的穿透性和空化沖擊波，但價(jià)格比較高。1.1.2 選題的目的及意義一些野外工程，例如，電力系統(tǒng)在野外做架空高壓或超高壓電路。由于野外作業(yè)的自然條件較差，因此，所述編織型防卷繞鋼

3、絲繩經(jīng)使用一、二次之后，該編織型防卷繞鋼絲繩上沾滿(mǎn)土、砂和小石子，并且，不可避免地產(chǎn)生銹蝕和斷絲。又因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)此鋼絲繩承受極大負(fù)荷，一旦在工作時(shí)斷裂，將會(huì)造成極嚴(yán)重的后果。例如，鋼絲繩斷裂會(huì)導(dǎo)致重大生產(chǎn)、安全事故，在造成重大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也造成重大人員傷亡；鋼絲繩如擊打在操作工人身上則會(huì)造成傷亡事故。經(jīng)過(guò)清洗保養(yǎng)后，就會(huì)延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，保證鋼絲繩使用安全、可靠。降低勞動(dòng)強(qiáng)度和人力資源消耗。1.2方案設(shè)計(jì)及論證清洗流程：鋼絲繩先經(jīng)過(guò)一分鐘的高溫水浸泡，然后進(jìn)入另外一個(gè)水箱中利用旋轉(zhuǎn)鋼絲繩刷雙向清洗，最后經(jīng)過(guò)振打器，去除多余的水分。實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的基本物理清洗。設(shè)計(jì)參數(shù)：1.浸泡時(shí)間1分鐘；

4、2.鋼絲繩速度15002000米/小時(shí)；3.要求浸泡的同時(shí)采用鋼絲繩刷進(jìn)行鋼絲繩清洗；4.清洗頭可變范圍：直徑15mm90mm。2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定清洗結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。1放線(xiàn)卷 2滑輪 3繞線(xiàn)輪 4保溫蓋 5清洗滾筒 6振打器 7收線(xiàn)卷 8管狀電熱元件 9箱體 10排污口圖2.1 總體方案示意圖2.2設(shè)計(jì)主要內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)要求和流程，得出設(shè)計(jì)內(nèi)容。主要包括：高溫水浸泡、水中鋼絲繩刷清洗和振打去除多余水分。1.高溫水浸泡水池內(nèi)有電阻加熱器；采用溫度傳感器反饋調(diào)節(jié)穩(wěn)定水溫；水池下部采用斜面，利于排污，底部設(shè)置排污口。2.鋼絲繩刷清洗清洗機(jī)構(gòu)采用滾筒清洗，鋼絲繩從

5、滾筒內(nèi)部經(jīng)過(guò)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)清洗；驅(qū)動(dòng)采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)3.振打去除多余水分敲擊法，采用電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體連續(xù)敲打鋼絲繩，通過(guò)振動(dòng)去除鋼絲繩內(nèi)部的泥沙，并去除多余水。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1滑輪3.1.1滑輪的繞線(xiàn)方式為了順利實(shí)現(xiàn)繞進(jìn)和繞出，并滿(mǎn)足鋼絲繩的纏繞圈數(shù)，纏繞方式如下圖3.1所示。 圖 3.1 繞線(xiàn)方式3.1.2滑輪槽已知要求滑輪槽底部最小直徑為600mm。又知道清洗鋼絲繩的直徑最大28mm，連接器的直徑定為90mm。做到滿(mǎn)足強(qiáng)度的同時(shí)，盡量做到使滑輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小。滑輪槽的主要尺寸見(jiàn)圖 3.2。圖 3.2滑輪槽的主要尺寸3.1.3滑輪的安裝尺寸由于滑輪已知浸泡在高溫水中，又

6、盡量減小其質(zhì)量，所以選用聚四氟乙烯工程塑料；它對(duì)任何酸、堿、王水和有機(jī)溶劑都有卓越的耐腐蝕性，并具有耐熱、耐寒的特點(diǎn)，可在-200到250的溫度范圍內(nèi)使用，具有較高機(jī)械強(qiáng)度和高耐磨性1。根據(jù)后面選用的軸承的外徑尺寸和寬度，分別為=120mm, =23。將滑輪的整體尺寸確定為如下圖3.3所示。圖3.3 滑輪的整體尺寸3.1.4滑輪組的整體尺寸（1）由滑輪的寬度，再根據(jù)要求浸泡時(shí)間1分鐘和清洗速度2000m/h。得出鋼絲繩在水中的路程為33.4米。由后面可知兩滑輪的中心距為1736mm。纏繞相對(duì)的兩個(gè)滑輪的路程為：=3.1600 + 21736 = 5356 (mm)所以，得出所需纏繞圈數(shù)：= =

7、6.24 (圈)故每側(cè)需要7個(gè)滑輪。且每個(gè)滑輪間保留5mm的間隙。共占用695mm的箱體內(nèi)壁寬度。3.2浸泡箱體3.2.1箱體的整體結(jié)構(gòu)及尺寸根據(jù)箱體長(zhǎng)度大概為3米。采用保溫措施，箱體為兩層鋼板及其夾在中間的保溫棉組成，參考類(lèi)似設(shè)計(jì)參數(shù)，里外均采用6mm厚的鋼板焊接而成。為方便添加保溫棉，外鋼板做成活動(dòng)設(shè)計(jì)，用螺絲固定，在四周及底部夾層放入80cm保溫棉2。由于長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中材料選不銹鋼。箱體壁結(jié)構(gòu)如下圖3.4所示。圖3.4 箱壁結(jié)構(gòu)箱體的總長(zhǎng)度為3000mm，壁厚和184mm。所以，浸泡箱體內(nèi)部距離為：3000-184=2816（mm）由上面可知，7個(gè)滑輪已占用695mm箱體內(nèi)壁寬度。最外

8、面的滑輪距內(nèi)壁距離為145mm.所以?xún)?nèi)壁寬為：695+1452=985（mm）再加上兩個(gè)箱體壁厚和184mm。故箱體寬度為：985+184=1169（mm）3.2.2箱體的其他附屬件（1）為了更好的引導(dǎo)鋼絲繩及其連接器順利的通過(guò)，在鋼絲繩繞入和繞出的下面對(duì)應(yīng)的箱體壁上焊接上一個(gè)引導(dǎo)輪。引導(dǎo)輪及安裝的示意如圖3.5所示。圖 3.5 引導(dǎo)輪及安裝（2）套在滑輪上的軸安裝在箱體內(nèi)壁上焊接的軸座上。由于滑輪與軸之間有軸承，另外，由于鋼絲繩在滑輪上的運(yùn)動(dòng)是靠后面的收線(xiàn)輪提供的。所以這個(gè)軸不傳遞轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。由此，將此軸設(shè)計(jì)為心軸。兩端設(shè)計(jì)成如下圖 3.6所示的結(jié)構(gòu)。鋼板厚均為10mm。槽深65mm，

9、槽寬55mm，槽長(zhǎng)55mm。 圖3.6 軸座的結(jié)構(gòu)（3）為了方便產(chǎn)生的泥沙等的順利排出，特意將箱體內(nèi)層鋼板底部設(shè)計(jì)成斜面，最低面設(shè)有排污口，并焊接有鋼管，安裝有閥門(mén)進(jìn)行排污。如下圖3.7所示。圖 3.7 排污結(jié)構(gòu)3.3清洗滾筒3.3.1滾筒的基本結(jié)構(gòu)滾筒采用組合式，有幾乎完全相同的二部分殼體組成。其中一部分殼體上安裝2塊鋼絲繩刷板，裝在外殼上圓弧內(nèi)支座上，底部有復(fù)位彈簧；鋼絲刷的可以繞支座轉(zhuǎn)動(dòng)；外殼上有長(zhǎng)條形空隙，以污物的排除和水循環(huán)；鋼絲刷與支座采用螺栓連接。殼體主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.8。圖3.8 清洗滾筒3.3.2滾筒的基本尺寸及選材殼體最大外圓直徑260mm ;筒體外徑200mm;筒體內(nèi)徑18

10、0mm;筒體總長(zhǎng)600mm;筒體與滾筒座接觸部分外圓直徑260mm，寬40mm;兩殼體間的螺栓孔直徑為13.5mm,均勻布置在凸起上；連接部分的板長(zhǎng)30.5mm;一塊殼體內(nèi)壁有安裝鋼絲繩刷板和扭簧的支座，支座的上兩孔的直徑均為10mm;滾筒的一側(cè)端面有安裝鏈輪的鋼板，大徑260mm，小徑180mm，鋼板上均勻布置著6個(gè)連接孔，直徑均為13.5mm；外殼上的長(zhǎng)條狀開(kāi)口圓心角度為30度。由于長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中材料選不銹鋼。3.4清洗滾筒座滾筒座的作用是將清洗滾筒卡在里面、提供支撐和旋轉(zhuǎn)基礎(chǔ)。3.4.1滾筒座的基本結(jié)構(gòu)（1）滾筒座有兩部分組成，下半部分是座底，上半部分是蓋。座底的主要作用是固定在箱體內(nèi)

11、壁上和承載滾筒，上半部分的作用是遮擋泥沙等的進(jìn)入。主要結(jié)構(gòu)有座體、螺紋孔、光桿心軸、滾子、通孔等。結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。圖3.9 滾筒座的結(jié)構(gòu)3.4.2滾筒座的基本尺寸結(jié)合清洗滾筒的尺寸，對(duì)座的尺寸進(jìn)行確定。座底的高度為200mm；配合清洗滾筒的部分為直徑200mm；鋼板厚為10mm；光桿心軸的長(zhǎng)度為100m，大端直徑為40mm，厚度為10mm，桿體直徑為20mm，光桿前段有安裝開(kāi)口銷(xiāo)的孔，直徑為5mm;滾子外徑為60mm，內(nèi)徑為22mm，長(zhǎng)度為56mm；座底有兩個(gè)連接箱底固定用的帶孔的板，板長(zhǎng)40mm，板寬120mm,每塊板上有兩個(gè)用于安裝螺栓的直徑為13.5mm通孔。蓋的結(jié)構(gòu)主要有槽型圓弧鋼

12、板和凸緣組成。槽型圓弧鋼板大徑300mm，小徑200mm,鋼板厚為10mm，鋼板外寬為70mm；凸緣厚15mm,上面用用于安裝直徑12mm螺栓的通孔，直徑為13.5mm。其他尺寸參考圖紙。由于長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中材料選不銹鋼。3.5鋼絲刷板的結(jié)構(gòu)和尺寸鋼絲刷板的主要結(jié)構(gòu)如下圖3.10所示。圖3.10鋼絲刷板由于滾筒內(nèi)鋼絲繩刷清洗鋼絲繩直徑最大為28mm，要實(shí)現(xiàn)連接器的順利通過(guò)，必須在連接器進(jìn)入鋼絲繩刷前附加一個(gè)引導(dǎo)件。原理為引導(dǎo)件和鋼絲繩刷板相連，連接器通過(guò)時(shí)，通過(guò)引導(dǎo)件將鋼絲繩刷板打開(kāi)。在圖的最右端所示的結(jié)構(gòu)是一個(gè)豎直的鋼板、筋和斜鋼板，即起到引導(dǎo)作用。豎直鋼板長(zhǎng)82mm、寬為10mm、高55m

13、m；可以看到底面均布有三個(gè)半圓柱的突起，作用是防止鋼絲刷板上面的鋼絲與鋼絲繩的接觸力太大而影響清洗效果，在地面上油鋼絲繩刷絲。最前端的凸耳結(jié)構(gòu)的作用是將鋼絲刷板連接在滾筒的內(nèi)壁的支座上，結(jié)構(gòu)和部分尺寸如圖3.11所示。厚度為10mm。直徑為11mm的圓孔的作用是將鋼絲刷板與滾筒內(nèi)壁支座通過(guò)細(xì)長(zhǎng)桿穿在一起；直徑為5mm的虛線(xiàn)圓為上圖中的細(xì)桿，用來(lái)掛圓柱扭簧的掛耳，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鋼絲刷板的預(yù)緊力。由于長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中材料選不銹鋼。圖3.11 凸耳3.6振打器的結(jié)構(gòu)和尺寸振打器的工作原理是通過(guò)不間斷的敲打鋼絲繩，通過(guò)慣性使鋼絲繩上面的水去掉。主要結(jié)構(gòu)如圖3.12所示。圖3.12 振打器如結(jié)構(gòu)圖所示，輪

14、的直徑為200mm厚度為40mm；中心有一個(gè)邊長(zhǎng)為35mm方形軸孔，用來(lái)和軸配合；兩個(gè)伸出的細(xì)長(zhǎng)狀為厚度3mm、寬度為30mm的彈性鋼板，最頂點(diǎn)輪中心的距離為225mm，前段做成圓弧，主要作用是振打鋼絲繩，卡在輪槽內(nèi)的部分口字型用來(lái)將鋼板固定，口字型內(nèi)有一個(gè)焊接的圓柱，用來(lái)固定彈性鋼板；外面一邊為圓弧的類(lèi)似長(zhǎng)方形為端面鋼板，厚度為5mm,用來(lái)阻擋彈性鋼板，和輪的鏈接采用直徑為12mm的六角螺栓；焊接圓柱的鋼板厚為5mm。4 傳動(dòng)的選擇與計(jì)算4.1鏈傳動(dòng)的選用及計(jì)算鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。它由鏈條和鏈輪（大鏈輪和小鏈輪）組成。通過(guò)鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。鏈傳動(dòng)在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛

15、。與摩擦型的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，因此能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，又因鏈條不需像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊，同時(shí)，鏈傳動(dòng)能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。4.1.1滾子鏈的設(shè)計(jì)及計(jì)算（1）鏈條的分類(lèi)與選擇：鏈條按用途不同可以分為傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運(yùn)輸和起重機(jī)械中。在一般機(jī)械中，常用的是傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)鏈又可以分為短節(jié)距精密滾子鏈（簡(jiǎn)稱(chēng)滾子鏈）、齒形鏈等類(lèi)型。其中滾子鏈常用于傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，一般傳遞的功率在100kw以下，鏈速不超過(guò)15m/s，推薦使用的最

16、大傳動(dòng)比為8。齒形鏈?zhǔn)褂幂^少。由于其需要傳輸?shù)墓β什淮?，因此采用單排鏈就能滿(mǎn)足工作要求，并且多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，但由于精度的影響，各排鏈承受的載荷不易分布均勻，故排數(shù)不宜過(guò)多，因此選用單排鏈就合理。（2）滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)鏈輪由輪齒、輪緣和輪轂組成。鏈輪設(shè)計(jì)主要是確定其結(jié)構(gòu)和尺寸，選擇材料和熱處理的方法。小直徑的鏈輪可制成整體式。中等尺寸的鏈輪可制成孔板式；大直徑的鏈輪，?？梢詫X圈用螺栓連接或焊接在輪轂上。鏈輪的材料。輪輪齒要有足夠的耐磨性和強(qiáng)度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受的沖擊也較大、轉(zhuǎn)速較高，故小鏈輪應(yīng)用較好的材料，選用普通灰鑄鐵，經(jīng)過(guò)淬火、回火熱處理，硬度為260

17、-280hbs。由于大鏈輪浸在水中，故選用35crmo不銹鋼材料，經(jīng)過(guò)淬火、回火熱處理，硬度可達(dá)40-50hbs。3（3）選擇鏈輪齒數(shù)小鏈輪齒數(shù) 取=19，傳動(dòng)比=4。大鏈輪齒數(shù)=419 = 76（4）確定計(jì)算功率鏈輪傳遞功率為=1.5kw = （4.1）查文獻(xiàn)2表9-6，工況系數(shù)=1.0，查圖9-13 =1.3.所以 =1.311.5= 1.95 (kw)（5）選擇鏈輪型號(hào)和鏈條節(jié)距p由計(jì)算功率pca=1.95kw和鏈輪轉(zhuǎn)速=940r/min，根據(jù)文獻(xiàn)3，查圖9-11得選取08a型，即p=12.7mm。（6）計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距=(30-50)=30p=381 (mm)=50p =6

18、35 (mm)取a0=600mm相應(yīng)的鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù): = + + （4.2） =143.7 取=144節(jié)查文獻(xiàn)2表9-7得中心距計(jì)算系數(shù)=0.245，則最大傳動(dòng)的中心距為： = （4.3） =0.24512.7214476+19=600.5 (mm)（7）鏈條長(zhǎng)度l =14412.7=1828.8 (mm) （4.4） 4.1.2鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）鏈輪齒數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中鏈輪齒數(shù)=19，=76。（2）鏈輪的主要尺寸3用到的數(shù)據(jù)：滾子直徑=7.92 取=7mm。內(nèi)鏈板高度=12.07mm，取=12mm.分度圓直徑 = （4.5） 得 = = 77(mm) = = 307(mm) 齒頂圓直徑 （4.6）

19、（4.7） 得： =81(mm) =86(mm) =313(mm) =316(mm)齒根圓直徑 （4.8） 得： =70(mm) =300(mm)齒高 （4.9） 得： =2.85(mm) =5(mm) =4.5(mm)確定的最大軸凸緣直徑 = cot 1.040.76 （4.10）得： = cot 1.040.76=63(mm) = cot 1.040.76=294(mm)（3）鏈輪的軸向齒廓尺寸用到的數(shù)據(jù)：內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬=7.85(mm), =8（mm）。由于12.7(mm)。 齒寬 =7.5(mm) （4.11）齒側(cè)倒角 公稱(chēng) =0.13=1.65(mm) （4.12） 齒側(cè)半徑 公稱(chēng) =

20、=12.7(mm) （4.13） 4.1.3鏈傳動(dòng)的布置、張緊和防護(hù)（1）鏈傳動(dòng)的布置鏈傳動(dòng)布置時(shí)，鏈輪必須位于鉛垂面內(nèi)，兩鏈輪共面。中心線(xiàn)可以水平，也可以?xún)A斜，但盡量不要處于鉛垂位置。一般邊在上，松邊在下，以免在上的松邊下垂量過(guò)大而阻礙鏈輪的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）鏈輪的張緊鏈傳動(dòng)的張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的松邊垂直度過(guò)大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。當(dāng)中心線(xiàn)與水平線(xiàn)的夾角大于60時(shí)，通常設(shè)有張緊裝置。張緊的方法很多。當(dāng)中心距可調(diào)時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)中心距來(lái)控制張緊程度；當(dāng)中心距不可調(diào)時(shí)，可設(shè)置張緊輪，或在鏈條磨損變長(zhǎng)后從中去掉一至二個(gè)鏈節(jié)以恢復(fù)原來(lái)的張緊程度

21、。張緊輪可以是鏈輪，也可以是滾輪。張緊輪的直徑應(yīng)與小鏈輪的直徑相近。張緊輪有自動(dòng)張緊和定期張緊，前者多用于彈簧、吊重等自動(dòng)張緊裝置，后者可用螺旋、偏心等調(diào)節(jié)裝置，另外還可用壓板和托板張緊。34.2軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算此軸屬于浸泡部分，用于支承滑輪的回轉(zhuǎn)，但軸本身并不轉(zhuǎn)動(dòng)，屬于心軸。由所學(xué)知識(shí)可知：對(duì)于僅僅（主要）承受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算，無(wú)需校核。軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)熱處理，許用彎曲應(yīng)力為60mpa。24.2.1軸的受力分析當(dāng)鋼絲繩被牽引通過(guò)放線(xiàn)滑輪時(shí)，欲保持進(jìn)線(xiàn)側(cè)拉力不變，出線(xiàn)側(cè)牽引力必須有一個(gè)增加值p（見(jiàn)圖 4.1），以克服放線(xiàn)滑輪的阻力；兩側(cè)拉力的比值，就是放線(xiàn)滑車(chē)摩阻系數(shù)

22、。即 （4.14）圖 4.1 滑輪受力圖值的大小，由鋼絲繩進(jìn)出滑輪是的彎曲、拉伸造成能量損失的大小和滑輪軸承的摩擦損失等決定4。根據(jù)滑輪槽底部直徑d查得k=1.03。又有要求第一個(gè)滑輪的進(jìn)線(xiàn)側(cè)的拉力為500n.計(jì)算可得：p 15n。取p=15n。由此可依次遞推出各個(gè)滑輪的受力，且兩力同向。由于滑輪的材料為工程塑料，故本身重力忽略不計(jì)。鋼絲繩首先繞進(jìn)軸-軸上滑輪的受力如表 4.1 所示。 表4.1 軸上各個(gè)滑輪的受力輪的名稱(chēng)進(jìn)線(xiàn)側(cè)拉力(n)出線(xiàn)側(cè)拉力(n)滑輪1500515滑輪2530545滑輪3560575滑輪4590605滑輪5620635滑輪6650665滑輪7680695 另外一根軸軸上

23、各個(gè)滑輪的受力如表 4.2 所示。表4.2 軸上各個(gè)滑輪的受力輪的名稱(chēng)進(jìn)線(xiàn)側(cè)拉力(n)出線(xiàn)側(cè)拉力(n)滑輪1515530滑輪2545560滑輪3575590滑輪4605620滑輪5635650滑輪6665680滑輪7695710 由以上數(shù)據(jù)可以得出軸上的受力較大，所以按軸上的受力進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)。軸上的的載荷及其分布如下圖 4.2 所示。圖中力的大小由表 中數(shù)據(jù)計(jì)算得出， =1045n ，=1105n， =1165n， =1225n，=1285n ，=1345n ，=1405n。力的作用點(diǎn)為滑輪中心面與軸線(xiàn)的交點(diǎn)。圖 4.2 軸上的載荷及其分布4.2.2計(jì)算軸上最大彎矩參考文獻(xiàn)5進(jìn)行計(jì)算。（1）求

24、支座反力fa、fb以a點(diǎn)為原點(diǎn)進(jìn)行平面平行力系受力分析，得 =4119.5n , =4455.5n，（2）根據(jù)載荷分布，計(jì)算各個(gè)受力點(diǎn)的彎矩的大小。利用力學(xué)的基本知識(shí)，計(jì)算得=0.2=823.9 (nm)=0.3f10.1=1131.4 (nm) =0.4f20.1f10.2=1328.3( nm) =0.5f70.3f60.2f30.1=1408.8 (nm) =0.4f70.2f60.1 = 1366.7 (nm) =0.3f70.1=1196.2( nm) =0.2=891.1(nm)由以上計(jì)算得出軸上的最大彎矩約為1408.8 (nm)。4.2.3確定最小軸徑參考文獻(xiàn)5進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)彎

25、曲強(qiáng)度公式： 60mpa。 （4.15） 彎曲應(yīng)力計(jì)算公式： （4.16）實(shí)心圓抗彎截面模量： （4.17）聯(lián)合以上公式可解得： （4.18） =0.06208 (m)=62.8 (mm)取最小軸徑d=65mm。4.2.4軸的結(jié)構(gòu)和尺寸結(jié)合軸上的零部件的布局和軸端的固定，對(duì)軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如下圖4.3 所示。圖 4.3 軸滑輪組的軸向長(zhǎng)度為695mm，與滑輪組相配合的軸徑為65mm；左側(cè)固定依靠軸左側(cè)的軸肩，軸肩寬度為10mm，所在直徑為77mm；右側(cè)固定依靠螺釘鎖緊擋圈，軸肩右側(cè)面距螺釘孔中性線(xiàn)距離為705mm。軸上其余軸徑均為65mm，但在軸端的部分被被銑出兩個(gè)對(duì)稱(chēng)平行的平臺(tái)，兩平臺(tái)的距離

26、為55mm，長(zhǎng)度為55mm。軸總長(zhǎng)為940mm。5 其他零部件的設(shè)計(jì)及選擇5.1鋼絲繩連接器的設(shè)計(jì)由于鋼絲繩長(zhǎng)度一定，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷的清洗，必須實(shí)現(xiàn)兩條鋼絲繩的鏈接。又有清洗鋼絲繩的直徑最大為28mm。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及方便使用，將鋼絲繩連接器設(shè)計(jì)為兩端為圓柱形接頭，兩接頭中間采用鋼絲繩連接，連接鋼絲繩擠壓在接頭里。具體如下圖 5.1 所示。圖5.1 鋼絲繩連接器主要結(jié)構(gòu)和尺寸。圓柱直徑為90mm，長(zhǎng)度為140mm。兩端均有邊長(zhǎng)為10mm的倒角，方便連接器通過(guò)清洗裝備。虛線(xiàn)部分為沉孔，用于安裝沉頭螺栓，下面有公稱(chēng)直徑為24mm的螺栓孔，螺栓的作用是穿過(guò)需要連接鋼絲繩端得的回頭。再向右部分主要用

27、于和連接器鋼絲繩形成一體。5.2振打引導(dǎo)件的設(shè)計(jì)根據(jù)振打的設(shè)計(jì)，只對(duì)鋼絲繩進(jìn)行振打，不對(duì)鋼絲繩連接器進(jìn)行振打。設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易的引導(dǎo)件。如圖 5.2 所示。圖 5.2 振打引導(dǎo)件主要結(jié)構(gòu)如上圖所示，最兩端為帶有五個(gè)直徑為26mm通孔的底部鋼板，厚為10mm，長(zhǎng)為200mm，寬為100mm，圓角半徑20mm，孔中心距長(zhǎng)的為155mm，短的為50mm，孔到邊得距離為25mm。主視圖中的長(zhǎng)斜坡作用是當(dāng)鋼絲繩連接器到來(lái)時(shí)就會(huì)沿著此坡向上運(yùn)動(dòng)，從而避開(kāi)振打器，圓弧槽直徑為90mm，槽深27mm，兩側(cè)留有10mm的邊緣，右側(cè)圓弧大徑360mm，小徑270mm。正常振打的鋼絲繩在底部鋼板向上高度為75mm的圓弧的

28、開(kāi)槽里通過(guò)。振打器安裝在圓弧的豎直中心線(xiàn)上。5.3振打軸的結(jié)構(gòu)和尺寸振打器所在軸上承受彎矩比較小，傳遞功率較小，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在結(jié)合電動(dòng)機(jī)的輸出軸的軸徑為24mm，長(zhǎng)度為50mm。通過(guò)聯(lián)軸器后的軸徑結(jié)合聯(lián)軸器，確定軸徑為24mm，長(zhǎng)度為50mm。之后的軸段需要安裝軸承座，結(jié)合軸承座，確定軸徑為30mm，長(zhǎng)度為90mm。由于軸承座內(nèi)的安裝軸承，軸徑要發(fā)生變化，再結(jié)合軸承座，軸徑變?yōu)?5mm,長(zhǎng)度為100mm。為了軸向固定振打器的，向后設(shè)置了一個(gè)軸肩，直徑定為55mm，長(zhǎng)度為10mm。再向后要安裝振打器，振打器的周向固定采用方軸配合，結(jié)合振打器的尺寸，軸段方軸邊長(zhǎng)35mm，長(zhǎng)度為38mm。振打器另

29、一側(cè)面的軸向固定采用螺釘鎖緊擋圈，并加工有螺紋孔。為了保持軸的對(duì)稱(chēng)性，后面的軸徑為35mm，長(zhǎng)度為112mm。最后安裝軸承座，軸徑為30mm，長(zhǎng)度為44mm。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5.3。圖 5.3 振打軸5.4滾動(dòng)軸承的選擇選擇滾動(dòng)軸承主要依據(jù)幾下幾個(gè)原則（1）軸承載荷軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型的主要依據(jù)。（2）軸承的轉(zhuǎn)速一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類(lèi)型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。（3）軸承的調(diào)心性能當(dāng)軸承的中心線(xiàn)與軸承座中心線(xiàn)補(bǔ)充和而有角度誤差是，或因軸受力而彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)外圈軸線(xiàn)發(fā)生偏斜。這時(shí)，應(yīng)采用具有一定調(diào)心性能的調(diào)心軸承或帶

30、座外球面球軸承。（4）軸承的安裝和拆卸便于拆卸，也是在選擇軸承類(lèi)型時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)因素。在軸承座沒(méi)有刨分面而必須嚴(yán)軸向安裝和拆卸軸承部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離軸承3。使用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)通過(guò)以上原則以及軸的內(nèi)徑，浸泡滑輪組與軸配合處選擇深溝球軸承。軸承型號(hào)為62132rs,個(gè)數(shù)為28個(gè),詳細(xì)信息為：內(nèi)徑65mm，外徑120mm，寬度23mm。振打器所在軸兩端軸承選用深溝球軸承。軸承型號(hào)為6206個(gè)數(shù)為2個(gè)，詳細(xì)信息：內(nèi)徑30mm，外徑62mm，寬度16mm。5.5電動(dòng)機(jī)的選擇本系統(tǒng)中共有三部電機(jī)，兩部電機(jī)安裝在清洗部分，為滾筒提供動(dòng)力；另一部電機(jī)安裝在振打部分，為振打輪的旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。根據(jù)清洗部

31、分轉(zhuǎn)速及水的阻力，再加上各部分傳動(dòng)效率，初步估算該部分的功率為1kw；根據(jù)振打的形式和主要功率損耗，初步估算該部分的功率為0.3kw。5.5.1確定電動(dòng)機(jī)的功率（1）標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量以額定功率表示，所選用電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)不小于所需工作機(jī)要求的功率。工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)功率為 （5.1）式中工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位為kw； 工作機(jī)所需輸入功率，單位為kw； 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率6。所以確定出清洗部分選用電機(jī)的功率為1.5kw,振打部分電動(dòng)機(jī)的功率為0.75kw。5.5.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇按照工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍,可以推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍：各種常用傳動(dòng)

32、機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比查手冊(cè)得：其中鏈傳動(dòng)一般傳遞的功率在100kw以下，鏈速不超過(guò)15m/s，推薦使用的最大傳動(dòng)比為=8。對(duì)于y系列的電動(dòng)機(jī)，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min和1000r/min的電機(jī)，如無(wú)特殊需要，不選低于750r/min的電動(dòng)機(jī)。由于對(duì)電機(jī)而沒(méi)有特別的要求，因此通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表選用同步轉(zhuǎn)速為940r/min、額定功率為1.5kw的型號(hào)為y100l-6的電動(dòng)機(jī)和同步轉(zhuǎn)速為940r/min、額定功率為0.75kw的型號(hào)為y90s-6的電動(dòng)機(jī)。型號(hào)y90s-6,伸出軸直徑為24mm，長(zhǎng)度為50mm。型號(hào)y100l-6，伸出軸直徑為28mm，長(zhǎng)度為60mm。6 5.6加熱元件

33、的選擇加熱時(shí)，水吸熱根據(jù)公式 吸= （5.2）進(jìn)行計(jì)算，加熱管的放熱按公式 放=0.24 （5.3）進(jìn)行計(jì)算，其中為水的比熱，為浸泡中水的質(zhì)量，、，為加熱到一定溫度和未加熱前的溫度，為加熱時(shí)間。利用爐絲本身的電阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)爐絲加熱，從而帶動(dòng)管狀加熱器加熱，達(dá)到設(shè)定油溫的日的。根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)，保證加熱器使用壽命和升溫時(shí)間約兩小時(shí)1。吸= =4.14j/(g)，=90，=20所以吸= 2100010004.1470=5.8108(j)又由加熱時(shí)間為120分鐘，即=7200(s)。所以加熱元件的總功率為總吸/ =80(kw)由工作環(huán)境和生產(chǎn)需要，查文獻(xiàn)7，選用srs1型管狀電熱元件， 用于敞開(kāi)式、封閉

34、式的水槽中和循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)加熱水用。浸泡槽選取srs1-380/7型號(hào)的加熱管每根功率7 kw、電壓380v，共12根，總功率為84kw。同理，清洗箱體內(nèi)選取srs1-380/5型號(hào)的加熱管每根功率5 kw、電壓380v，共12根，總功率為60kw。5.7圓柱扭簧的選擇根據(jù)工作情況，選用n型圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧。最大工作扭矩tmax=11nm，最小工作扭矩tmin=8nm，工作扭轉(zhuǎn)角，載荷循環(huán)次數(shù)為。參考文獻(xiàn)3進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.選擇材料并確定其許用應(yīng)力根據(jù)彈簧的工作情況，屬于類(lèi)彈簧。現(xiàn)選用60si2mn。由表16-2差得b 1000mpa。估取彈簧鋼絲直徑為5mm。2.選擇旋繞比 c并計(jì)算曲度系數(shù)選取c=

35、6，則 = = 1.15 （5.4）3.根據(jù)強(qiáng)度條件試算彈簧鋼絲直徑由式（16-16）得 （5.5） =4.86 (mm)原值d =5mm可用，不需重算。4.計(jì)算彈簧的幾何參數(shù)=65=30(mm) （5.6）=+=30+5=35(mm) （5.7） =-=30-5=25(mm) （5.8） 取間距=05 mm，則 = + = 5 + 0.5 = 5.5 (mm) （5.9） = arctan= arctan = （5.10）5.按剛度條件計(jì)算彈簧的工作圈數(shù)由表16-2知， =200000mpa；=30.68。故式（16-22）得 =22.7（圈） （5.11）取n=23圈。6.計(jì)算彈簧的扭轉(zhuǎn)剛

36、度由式（16-20）得 =49.4（5.12）7.計(jì)算及因?yàn)?= （5.13） 所以 = =-=222.67 - 60 =5.8其他元件的選擇5.8.1滾動(dòng)軸承座的選擇根據(jù)上面軸的尺寸和滾動(dòng)軸承的代號(hào)，查文獻(xiàn)6，可選定滾動(dòng)軸承座的型號(hào)為sn206。5.8.2聯(lián)軸器的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)伸出軸的尺寸，查文獻(xiàn)6，選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，型號(hào)為lt4 聯(lián)軸器。主動(dòng)端：y型軸孔、a型鍵槽、d=24mm、l=52mm；從動(dòng)端：j1型軸孔、a型鍵槽、d=24mm、l=52mm。5.8.3鍵的選擇（1）振打軸上與電動(dòng)機(jī)的連接通過(guò)聯(lián)軸器，它們將的動(dòng)力傳遞需要鍵連接。根據(jù)軸徑24mm，長(zhǎng)度為50mm，查文獻(xiàn)6，選擇鍵寬

37、為8mm、鍵高為7mm的a型平鍵，鍵長(zhǎng)為40mm。（2）清洗用電機(jī)與小鏈輪間的連接的鍵連接，電動(dòng)機(jī)伸出軸的鍵寬為8mm、鍵高為7mm，選擇鍵長(zhǎng)為55mm。5 結(jié) 論本次設(shè)計(jì)所使用的傳動(dòng)系統(tǒng)之一為電動(dòng)機(jī)-鏈傳動(dòng)清洗滾筒，用于清洗。個(gè)人認(rèn)為存在的問(wèn)題如下：（1）鏈傳動(dòng)在這個(gè)地方的應(yīng)用較為勉強(qiáng)，在線(xiàn)速度較高情況下，不能進(jìn)行很好的潤(rùn)滑。對(duì)鏈條和鏈輪的壽命有很大的影響，且在接近沸騰的水中，環(huán)境更是很惡劣。傳動(dòng)的方式有待尋找替換。（2）在這個(gè)傳動(dòng)中沒(méi)有聯(lián)軸器緩沖環(huán)節(jié)，造成沖擊會(huì)比較大，對(duì)動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)會(huì)有不可忽略的影響，包括壽命和傳動(dòng)穩(wěn)定性方面。應(yīng)該將這個(gè)傳動(dòng)鏈進(jìn)行擴(kuò)展和再調(diào)整。本系統(tǒng)中的另外一個(gè)傳動(dòng)鏈，電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器傳動(dòng)軸，用于振打。個(gè)人認(rèn)為存在的問(wèn)題如下：傳動(dòng)鏈比較短，轉(zhuǎn)動(dòng)速度比較高，帶動(dòng)的零部件轉(zhuǎn)速較高，會(huì)造成很大沖擊，容易造成安全隱患。本次設(shè)計(jì)的鋼絲繩保養(yǎng)系統(tǒng)屬于根據(jù)實(shí)際需要去研制和改進(jìn)的一種項(xiàng)目，在實(shí)際的使用中根據(jù)