風(fēng)能驅(qū)動(dòng)定向輸送裝置的設(shè)計(jì)

田偉華 田軍偉 張松鋒

摘 要：以風(fēng)能驅(qū)動(dòng)定向輸送機(jī)械裝置為研究對(duì)象，介紹了風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的定向輸送裝置的設(shè)計(jì)思路和工作原理，并運(yùn)用了軟件進(jìn)行了造型設(shè)計(jì)與模擬仿真，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了成功試驗(yàn)，通過(guò)分析比較，得出了風(fēng)能驅(qū)動(dòng)定向輸送裝置進(jìn)行物料輸送的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，為在低碳環(huán)保條件下，對(duì)新能源的研究提供了平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：低碳環(huán)保；風(fēng)能驅(qū)動(dòng)；傳動(dòng)軸；豎軸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.002

0 引言

隨著現(xiàn)在社會(huì)的高速發(fā)展和生活水平的提高，環(huán)保、低碳等概念已深入到社會(huì)的每一個(gè)角落，，它可以促進(jìn)城市生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的整合，有利于改善人與自然環(huán)境的關(guān)系。 低碳是提倡借助低能量、低消耗、低開(kāi)支的生活方式，把消耗的能量降到最低，從而減少二氧化碳的排放。環(huán)保就是保護(hù)環(huán)境，協(xié)調(diào)人類(lèi)與環(huán)境的關(guān)系，更好地保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制造了風(fēng)能驅(qū)動(dòng)定向輸送裝置[2-3]，并利用葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物料傳送的機(jī)械裝置，為在低碳環(huán)保條件下，對(duì)新能源的研究提供了平臺(tái)。

1 風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)部分

“風(fēng)能驅(qū)動(dòng)輸送裝置”總裝配圖及效果圖如圖1.1所示。

2 工作原理、性能指標(biāo)及主要用途

2.1 工作原理

葉輪傳動(dòng)→傳動(dòng)軸1→圓錐齒輪→傳動(dòng)軸2→偏心軸套→推頂桿→動(dòng)物料。具體工作原理分析：軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)能推動(dòng)葉輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；葉輪與傳動(dòng)臥軸通過(guò)鍵連接，鍵連接保證了葉輪與傳動(dòng)軸的周向配合，軸向配合是通過(guò)軸端的擋圈實(shí)現(xiàn)；傳動(dòng)臥軸通過(guò)雙軸承完成在箱體的安裝與支撐，另外傳動(dòng)臥軸右端與圓錐齒輪通過(guò)鍵連接裝配；整個(gè)運(yùn)動(dòng)通過(guò)一對(duì)圓錐齒輪改變運(yùn)動(dòng)成正交方向傳遞給立軸；立軸為一豎軸，兩端通過(guò)一對(duì)軸承定位在箱體上面，兩軸承孔應(yīng)該保證同軸度要求；立軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)同等尺寸的偏心輪，偏心輪外面套有圓形軸套，軸套與兩頂桿連接，把立軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為兩頂桿作成90°方向的往復(fù)直線(xiàn)位移運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)輸。

2.2 性能指標(biāo)

（1）葉輪由風(fēng)能驅(qū)動(dòng)，風(fēng)速8-12m/s，葉輪在此驅(qū)動(dòng)下可達(dá)到轉(zhuǎn)速10-15r/s。

（2）物料尺寸Φ25mm×10mm，物料材質(zhì)為塑料；頂桿作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，行程35mm。

（3）葉輪設(shè)計(jì)的尺寸為Φ246mm，厚度為60mm，8個(gè)葉片。

2.3 主要用途

（1）用于研究低碳環(huán)保-風(fēng)能的使用情況；

（2）在不同的風(fēng)速下，研究葉輪的運(yùn)動(dòng)情況；

（3）分析風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)物料輸送的效率和精確情況。

3 主要零件設(shè)計(jì)

3.1 葉輪

葉輪是零件設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的零件之一，關(guān)系著整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能與穩(wěn)定性。圖3.1所示，葉輪設(shè)計(jì)的二維圖。

3.1.1 零件結(jié)構(gòu)分析

文章以葉輪的加工為載體，選擇零件的毛坯尺寸為φ250X70mm，材料為硬鋁合金。

3.1.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析

根據(jù)數(shù)控加工的原理和特點(diǎn)，可以采用下列工件裝夾方法，進(jìn)行零件輪廓的數(shù)控銑削加工。

裝夾方式： 在加工中心工作臺(tái)面，放置三爪卡盤(pán)，以反爪卡緊葉輪底座的工藝臺(tái)階，以葉輪外圓定位；利用壓板、螺栓、墊鐵等工具，壓緊三爪卡盤(pán)。如圖3.2所示，葉輪的毛坯裝夾圖，如圖3.3葉輪的現(xiàn)場(chǎng)加工圖。

3.2 傳動(dòng)軸

傳動(dòng)軸是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中最重要的零部件之一，通過(guò)其上面的錐齒輪傳動(dòng)達(dá)到不同的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的工作，在本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中，共兩個(gè)傳動(dòng)軸，按照傳動(dòng)軸的位置，可以分為臥軸和豎軸[4]， 由于數(shù)控車(chē)床加工精度較高，加工時(shí)都可以采用數(shù)控車(chē)床進(jìn)行加工。

3.2.1 臥軸

臥軸左端與葉輪連接，右端與小錐齒輪連接，由于水平放置，故為臥軸。對(duì)于臥軸而言，它的設(shè)計(jì)具有很高的精度，尤其右端與小錐齒輪通過(guò)平鍵連接，左端與葉輪連接，為方便加工，軸與孔配合，都采用基孔制。

3.2.2 豎軸

傳動(dòng)軸由于立著放置，故稱(chēng)為豎軸，豎軸上端與大錐齒輪平鍵連接，下端與偏心輪連接，對(duì)于豎軸而言，它的設(shè)計(jì)也具有很高的精度，為方便加工，軸與孔配合，都采用基孔制。

4 風(fēng)能機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置試驗(yàn)分析

（1）本文設(shè)計(jì)的葉輪，毛坯加工之前中心點(diǎn)的找正是一個(gè)難點(diǎn)，誤差大，直接影響著葉輪的精度。如圖4.1所示，利用百分表對(duì)葉輪毛坯進(jìn)行找正。

（2）本文采用的葉輪材質(zhì)為硬鋁合金，使用的pro/E軟件[5]進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，mastercam軟件[6-7]自動(dòng)產(chǎn)生程序，其原因有三點(diǎn)：1）硬鋁比較便宜，容易鑄造，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，低碳環(huán)保；2）pro/E軟件三維造型比較方便，容易生成相應(yīng)的實(shí)體；3）mastercam軟件產(chǎn)生程序，過(guò)程比較簡(jiǎn)單，且產(chǎn)生的程序不用過(guò)多的修改。如圖4.1所示，利用pro/E軟件對(duì)葉輪設(shè)計(jì)進(jìn)行三維建模，通過(guò)后置處理，參數(shù)設(shè)置，借助mastercam軟件自動(dòng)生成適合于本數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序，其中程序?qū)氲綌?shù)控銑床進(jìn)行加工。

（3）以前的驅(qū)動(dòng)，輸送裝置很多都是通過(guò)煤、油等能源實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的，但能耗大，污染大，成本高，本文在前人的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置采用的是風(fēng)能，更容易實(shí)現(xiàn)低能環(huán)保。

（4）設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置也存在著一定的缺陷，比如，選材方面，外殼采用的是碳鋼，體積龐大，質(zhì)量重，造成移動(dòng)不方便，耗材量大，給整個(gè)的設(shè)計(jì)增加了成本，另一方面，由于葉輪上葉片有曲面，加工起來(lái)具有一定的難度，葉片的設(shè)計(jì)是否有缺陷直接影響著物料運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定、快慢及效率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的風(fēng)能驅(qū)動(dòng)輸送裝置，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)均勻、穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速物料的運(yùn)輸，高效率、低成本，低碳環(huán)保，為今后改進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置和利用其他能源驅(qū)動(dòng)提供了可借鑒的資料。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：田偉華（1981-），男，河南扶溝人，碩士研究生，講師，主要研究方向：數(shù)控CAD/CAM軟件、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。