基于UG的雙向風(fēng)力推料裝置的設(shè)計

石林　吳曉燕

【摘 要】本文設(shè)計了一種基于綠色制造理念，采用潔凈的風(fēng)能作為動力源，通過驅(qū)動葉輪來帶動推料裝置的傳動機構(gòu)和搖桿機構(gòu)，從而實現(xiàn)從相互垂直的兩個方向傳送物料的機械裝置。使用風(fēng)能可大大降低生產(chǎn)和使用成本，對綠色環(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)計時采用了二維和三維CAD技術(shù)，有效地縮短了設(shè)計周期并提高了新產(chǎn)品的設(shè)計效率。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力；推料裝置；UG；設(shè)計

0 引言

伴隨著機械工業(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，越來越受到人類社會的關(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、制造、使用到報廢的整個生命周期，都符合環(huán)境保護要求。風(fēng)能就是一種低碳環(huán)保的清潔能源。本文設(shè)計了一種風(fēng)力推料裝置，要求該裝置在使用過程中，通過風(fēng)能驅(qū)動葉輪來帶動推料裝置的傳動機構(gòu)和搖桿機構(gòu)，從而實現(xiàn)從相互垂直的兩個方向傳送物料。該裝置的研發(fā)過程中采用了二維和三維CAD技術(shù)進行設(shè)計，有效地縮短了設(shè)計周期并提高了新產(chǎn)品的設(shè)計效率。

1 主要零部件的設(shè)計

1.1 葉輪的設(shè)計

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)的機械能，從而驅(qū)動后續(xù)的齒輪傳動機構(gòu)和搖桿機構(gòu)產(chǎn)生運動，進而實現(xiàn)物料的傳送。

1.1.2 設(shè)計方案

根據(jù)流體的流動情況，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)合多軸機床加工，加工時間又長，故在設(shè)計中不采用該種形式的葉輪。軸流式葉輪具有結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕的特點，常用于風(fēng)機、水泵等流體機械。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，作用在軸流式葉輪上的流體就會帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的目的，因此該設(shè)計中采用軸流式葉輪，如圖1所示。

1.2 主傳動軸的設(shè)計

1.2.1 功能分析

主動軸的功能是把葉輪旋轉(zhuǎn)時的動力和轉(zhuǎn)矩傳遞給齒輪傳動機構(gòu)。

1.2.2 設(shè)計方案

主傳動軸軸采用45鋼，其三維實體造型如圖2所示。主動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；主動軸右端的螺紋通過螺母與支承軸頸的軸肩對主動軸的軸向進行定位。

1.3 齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計

1.3.1 功能分析

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

1.3.2 設(shè)計方案

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

1.4 搖桿驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計

1.4.1 功能分析

搖桿驅(qū)動機構(gòu)的功能是在曲柄的驅(qū)動下，帶動兩個相互垂直的搖桿連接件和導(dǎo)軌同時在水平方向上做前后往復(fù)運動，從而將物料從物料倉中推出。

1.4.2 設(shè)計方案

當(dāng)主傳動軸做旋轉(zhuǎn)運動時，齒輪傳動機構(gòu)帶動曲柄做回轉(zhuǎn)運動，通過曲柄撥動搖桿。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度可調(diào)的推叉，從料倉中推出物料。搖桿機構(gòu)的三維造型和裝配效果如圖4所示。

1.5 支架的設(shè)計

1.5.1 功能分析

支架的功能是對主動軸、齒輪傳動機構(gòu)和搖桿驅(qū)動機構(gòu)等各個零部件進行支撐。因此，對支架的設(shè)計，要求有足夠的剛度和較強的穩(wěn)定性，并且空間布局要合理。

1.5.2 設(shè)計方案

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)計為中空結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

1.6 物料平臺和物料倉的設(shè)計

1.6.1 功能分析

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

1.6.2 設(shè)計方案

在相互垂直的方向上設(shè)計有兩個物料平臺，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。每個物料平臺上安裝有一個物料倉，物料平臺和物料倉的裝配效果如圖6所示。

2 風(fēng)力推料機構(gòu)的虛擬裝配

裝配是將產(chǎn)品的各個部件通過建立約束關(guān)系進行組織和定位操作的一個過程，在UG中可采用自頂向上、自頂向下或者混合裝配的方法進行裝配。本設(shè)計中采用了混合裝配的方法，先將零部件的三維模型進行部分裝配，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體模型。風(fēng)力推料機構(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)計是基于綠色環(huán)保理念，將產(chǎn)品設(shè)計與綠色制造有機結(jié)合，使用了先進的AutoCAD二維繪圖軟件和UG三維實體造型技術(shù)進行設(shè)計，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高了設(shè)計效率，節(jié)約了設(shè)計和產(chǎn)品制造的成本，在當(dāng)前的制造業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用空間和市場前景，對機械工業(yè)朝著綠色環(huán)保方向發(fā)展做出了貢獻。

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[責(zé)任編輯：許麗]