《地下注漿工藝中的旋轉(zhuǎn)噴漿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例》4100字

地下注漿工藝中的旋轉(zhuǎn)噴漿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u273791.1固定件 1230161.2刀片環(huán) 25251.3軸系的設(shè)計(jì)以及裝配 342911.4總體設(shè)計(jì) 8這一部分是該畢設(shè)的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。如果說(shuō)之前的龍門架設(shè)計(jì)是為了整個(gè)系統(tǒng)做基礎(chǔ)，那么這個(gè)旋轉(zhuǎn)噴漿機(jī)構(gòu)就是該畢設(shè)的核心項(xiàng)目。在討論該機(jī)構(gòu)的構(gòu)成時(shí)，需要注意該項(xiàng)目需要完成的目標(biāo)。這些目標(biāo)分別是：需要將速凝水泥導(dǎo)入到所需要的位置。這需要的不僅是一個(gè)可靠的水泥泵以泵送水泥，還需要是一根足夠長(zhǎng)、足夠堅(jiān)固的空心鋼管，另外考慮到與水源接觸，長(zhǎng)期暴露在潮濕環(huán)境下，還需要對(duì)作為泵送水泥的鋼管做可能的防銹處理以免出現(xiàn)故障。速凝要求。在這里除了對(duì)水泥自身的要求之外，還需要的是對(duì)已經(jīng)被泵送到指定位置的水泥進(jìn)行快速攪拌以達(dá)到使水泥攤到較薄的狀態(tài)，從而達(dá)到快速凝固的要求。因此在（1）的條件下還需要設(shè)計(jì)一套攪拌裝置以達(dá)到以上目的。傳動(dòng)要求。在（2）中已經(jīng)提出，需要設(shè)計(jì)一套傳動(dòng)裝置以滿足設(shè)計(jì)要求。在定型電動(dòng)機(jī)的同時(shí)，還需要考慮的是傳動(dòng)方式。在考慮到包括經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和可能的失效形式后，需要對(duì)以下的傳動(dòng)方式進(jìn)行討論和選擇：蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)等。通過(guò)以上的要求不難看出，在這里需要設(shè)計(jì)一個(gè)將水泥泵送到指定位置的機(jī)構(gòu)的同時(shí)還要滿足對(duì)水泥進(jìn)行攪拌以快速成型的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。很明顯，在這里直接在作為水泥導(dǎo)管的鋼管上設(shè)計(jì)一套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并不現(xiàn)實(shí)，因此需要在導(dǎo)管上設(shè)計(jì)一套擁有內(nèi)外兩層鋼管的軸系作為傳動(dòng)裝置的核心機(jī)構(gòu)，并且為其做好密封以防止水泥倒灌入軸承和兩鋼管之間以造成卡頓的故障可能性，同時(shí)也要注意該機(jī)構(gòu)的易于維護(hù)性以避免過(guò)于復(fù)雜的維護(hù)造成不必要的麻煩。1.1固定件這一零件是在Z軸上的固定件，在起到需要將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)這一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電機(jī)固定在Z軸上，隨著Z軸進(jìn)行上下移動(dòng)的固定作用的同時(shí)完成部分對(duì)電動(dòng)機(jī)和軸系的保護(hù)作用，該零件使用螺栓固定，同時(shí)使用螺栓固定在其上的電機(jī)和軸系。圖8固定件三維設(shè)計(jì)圖圖9固定件設(shè)計(jì)圖1.2刀片環(huán)在這里設(shè)計(jì)刀片環(huán)的作用是為水泥漿提供一個(gè)攪拌零件，通過(guò)電機(jī)的工作帶動(dòng)軸系的運(yùn)動(dòng)以完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中完成固定的是螺栓，并且在連接處進(jìn)行密封以保證軸系上的軸承和兩鋼管之間的空隙不被水泥倒灌已造成軸系卡死、傳動(dòng)失效甚至損壞電機(jī)的事故。圖10刀片環(huán)三維設(shè)計(jì)圖11刀片環(huán)設(shè)計(jì)1.3軸系的設(shè)計(jì)以及裝配在軸系的設(shè)計(jì)中，需要注意的是，我們不僅僅要考慮到軸系的裝配，還要考慮到電動(dòng)機(jī)以及軸系之間的傳動(dòng)方式，并且要注意的是，在這個(gè)軸系的設(shè)計(jì)中，引入了法蘭連接，而這里引入法蘭連接的目的是在固定保護(hù)管內(nèi)水泥泵送管的同時(shí)，在出現(xiàn)刀片環(huán)的密封失效的情況下對(duì)下半部分的軸系進(jìn)行快速的拆卸以及清理更換，使得該機(jī)構(gòu)在防止保護(hù)管與水泥泵送管出現(xiàn)磕碰減少使用壽命的同時(shí)，使裝置便于維修保養(yǎng)，減少維修工作的繁瑣程度。以下是具體的零件：水泥輸入管。該裝置與漿泵系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)連接彎頭連接以完成對(duì)水泥的泵送。連接彎頭。外置保護(hù)管。管接法蘭（連接法蘭）。密封件。軸承。從動(dòng)輪軸上端。這里的軸上端設(shè)計(jì)目的是在保護(hù)內(nèi)部注入水泥管道的情況下，連接軸承、從動(dòng)鏈輪及整個(gè)軸系，完成攪拌機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。刀片環(huán)。圖12連接彎頭三維設(shè)計(jì)圖圖13連接彎頭設(shè)計(jì)圖圖14軸上端三維設(shè)計(jì)圖圖15軸上端設(shè)計(jì)圖圖16連接法蘭三維設(shè)計(jì)圖圖17連接法蘭設(shè)計(jì)圖圖18軸系裝配三維圖圖19軸系裝配設(shè)計(jì)圖通過(guò)所有軸系零件的設(shè)計(jì)以及組合，在這里完成了對(duì)軸系全部圖紙的設(shè)計(jì)繪圖和三維建模，并在Solidworks中進(jìn)行組合，以達(dá)到設(shè)計(jì)中的保護(hù)水泥泵送管、攪拌水泥和便于進(jìn)行機(jī)構(gòu)維修及維護(hù)的軸系設(shè)計(jì)目標(biāo)。1.4總體設(shè)計(jì)在總體上設(shè)計(jì)時(shí)，需要使用軸承固定軸系的同時(shí)還需要考慮兩個(gè)問(wèn)題：第一個(gè)問(wèn)題是電動(dòng)機(jī)的選型問(wèn)題，第二個(gè)是電動(dòng)機(jī)與軸系的傳動(dòng)方式。對(duì)電機(jī)軸上的負(fù)載力矩的計(jì)算參考龍門架電機(jī)的選型計(jì)算，計(jì)算公式如下：通過(guò)計(jì)算可知，Tm=2.36（Nm）通過(guò)計(jì)算可知，J=0.00001768(kgf.cm.s^2)<0.0000239(kgf.cm.s^2)因此在充分考慮額定功率、力矩以及負(fù)載慣量之后，選用YK-80ST-M02430這一伺服電機(jī)即可完成對(duì)該軸系的具體驅(qū)動(dòng)工作。具體的伺服電機(jī)工作參數(shù)可以參考圖6中的電機(jī)參數(shù)。在電動(dòng)機(jī)與軸系之間的傳動(dòng)方面，有以下的幾種傳動(dòng)方式：蝸桿傳動(dòng)：盡管該傳動(dòng)方式的機(jī)構(gòu)十分緊湊，體積小，重量輕，并且傳動(dòng)過(guò)程中的噪音較小，但是該傳動(dòng)方式的成本過(guò)高，并且容易發(fā)熱，可能導(dǎo)致加快傳動(dòng)失效的進(jìn)度，因此不予選擇。齒輪傳動(dòng)：該傳動(dòng)方式的精度、效率較高，可以用作減速器，且工作效率高，使用壽命較長(zhǎng)，但是在水下注漿工藝的使用環(huán)境中不可避免地出現(xiàn)了較高的成本以及維護(hù)費(fèi)用，還有對(duì)于工作環(huán)境的嚴(yán)苛要求以及對(duì)于振動(dòng)的敏感性也使得該傳動(dòng)方式在該項(xiàng)目的工作中顯得不是那么可靠，在潮濕/粉塵環(huán)境中也有因膠合而導(dǎo)致傳動(dòng)失效的可能，因此該傳動(dòng)方式也不予選擇。皮帶傳動(dòng)：皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，安裝維護(hù)方便。富于彈性，可以緩和沖擊和振動(dòng)，因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作時(shí)噪聲較低。傳動(dòng)外廓尺寸大，緊湊性差。故傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。效率和耐久性低。由于在之前的固定件和軸系的設(shè)計(jì)中已經(jīng)明確了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)不可能有較大的空間，并且由于在進(jìn)行水泥攪拌的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較大的阻力，因此在該工藝的實(shí)際運(yùn)用中會(huì)增大皮帶的磨損以及發(fā)熱問(wèn)題。另外，由于皮帶的壽命較短，而水下注漿是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，因此在使用中會(huì)增加大量的磨損、潤(rùn)滑，因此會(huì)導(dǎo)致增加成本問(wèn)題，由上可知，該傳動(dòng)方式也不可能在考慮范圍之內(nèi)。鏈傳動(dòng)：在鏈傳動(dòng)中，由于鏈條與齒輪進(jìn)行嚙合，因此不會(huì)像皮帶傳動(dòng)一樣，出現(xiàn)彈性滑動(dòng)和可能的打滑現(xiàn)象使得傳動(dòng)失效，并且由于是鏈條為傳動(dòng)媒介，因此鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)效率相當(dāng)?shù)母?，并且在這里是用于在固定件的狹小范圍內(nèi)，而他的傳動(dòng)尺寸小的特點(diǎn)也正好滿足。最重要的是，在水下注漿工藝模型的工作環(huán)境中總是會(huì)有包括潮濕以及揚(yáng)沙的糟糕工作環(huán)境，而在這里的鏈條傳動(dòng)正好對(duì)這類環(huán)境有著極高的適應(yīng)性。在該系統(tǒng)中，傳動(dòng)尺寸由于固定件的限制不可能過(guò)大，并且所需張緊力小，可以保護(hù)軸與鋼管不會(huì)出現(xiàn)過(guò)早的金屬疲勞現(xiàn)象延長(zhǎng)使用壽命，最重要的是能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作，這恰恰滿足了水下注漿工藝需要在礦山以及海洋、河流等地方進(jìn)行工作的要求，因此在這里的傳動(dòng)方式選擇就是鏈傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)計(jì)算：i=Z2(從動(dòng)輪直徑)/Z1(主動(dòng)輪直徑)=1計(jì)算從動(dòng)轉(zhuǎn)速：n2=n1/i=3000r/min傳動(dòng)比=使用扭矩÷9550÷電機(jī)功率×電機(jī)功率輸入轉(zhuǎn)數(shù)÷使用系數(shù)傳動(dòng)比=主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速除以從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的值=它們分度圓直徑比值的倒數(shù)。即：i=n1/n2=D2/D1通過(guò)在完成了的固定件以及軸系在裝配時(shí)還需要裝配軸承進(jìn)行固定，對(duì)于軸承的計(jì)算以及選型的討論，結(jié)果如下：軸承如何正確選擇？在選擇軸承的時(shí)候，要根據(jù)幾個(gè)重要參數(shù)：軸承的負(fù)荷，軸承的轉(zhuǎn)速，調(diào)心的要求，空間的允許，安裝和拆卸軸承，公差等級(jí)，價(jià)格方面等來(lái)進(jìn)行選擇。軸承的精度，噪音等都與機(jī)械的使用和壽命有著直接的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，軸承的選擇需要從以下幾個(gè)方面入手：1、在討論軸承工作條件之后，確認(rèn)軸承的基本類型，游隙以及軸承的公差等級(jí)，這里討論的軸承工作條件包括軸承的種類，軸的轉(zhuǎn)速，軸承的潤(rùn)滑方式，同軸度要求，定位或非定位，軸承的安裝維護(hù)，工作環(huán)境等2、在分析軸承工作環(huán)境和軸承的受力狀況之后，通過(guò)載荷等關(guān)鍵值的計(jì)算確定軸承的選型，或者通過(guò)確認(rèn)軸承型號(hào)的選型并通過(guò)軸承的校核來(lái)對(duì)選擇的軸承是否滿足軸承工作環(huán)境的要求進(jìn)行討論并加以確定。3、通過(guò)驗(yàn)算軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速對(duì)軸承是否適配軸系進(jìn)行驗(yàn)算。圓錐滾子軸承主要承受直徑和軸向的聯(lián)合載荷，以徑向?yàn)橹?。軸承的承重能力要看外圈的滾道角度，越大的角度承重越大。該類軸承屬于分離型軸承，按軸承中滾動(dòng)體的列數(shù)分為圓錐滾子軸承的單、雙、四列。單列錐形滾子軸承在安裝時(shí)需要用戶自行調(diào)節(jié)游隙；雙、四列錐形滾子軸承產(chǎn)品出廠時(shí)已按用戶要求給定游隙，不需用戶自行調(diào)節(jié)。圓錐滾子軸承內(nèi)圈和外圈滾道均為圓錐形，圓錐滾子在兩者之間排列。所有圓錐表面的投射線都聚集在軸承軸心的同一點(diǎn)上。這樣的設(shè)計(jì)使得錐形滾子軸承尤其適用于復(fù)合(徑向和軸向)負(fù)荷的承受。軸承的軸向負(fù)荷能力多由接觸角α值的大小所決定；α角越大，軸荷容量越高。角度大小以計(jì)算系數(shù)E表示；E值越大，接觸角度越大，承受軸向負(fù)荷的軸承的適用性也就越大。允許誤差當(dāng)量動(dòng)載荷P=Fr[KN]當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí)P=0.4Fr+YFa[KN]當(dāng)Fa/Fr＞e時(shí)單列圓錐滾子軸承成對(duì)使用時(shí)(基本外形尺寸可有差異)，必須在計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷時(shí)，將軸向力附加到徑向載荷所致。單列圓錐滾子軸承的附加軸向力S可以近似地按下式計(jì)算：S=FR/2Y輸出軸上軸承型號(hào)取GB╱T299-2008[雙列圓錐滾子軸承352208]輸出軸上軸承型號(hào)取GB╱T299-2008[雙列圓錐滾子軸承352208]圖20部分軸承參數(shù)dDB=408023對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷Pr=XFr+YFa當(dāng)Fa/Fr<1.5tana時(shí)，X=1,Y=0當(dāng)Fa/Fr>1.5tana時(shí)，X=0.4，Y=0.4cosaa是圓錐滾子的壓力角這里需要注意的是在這里加了軸承固定件，以固定軸承和軸系避免打滑。一根軸需要兩個(gè)支點(diǎn)，即支撐承重的兩套滾動(dòng)軸承。而軸承配置恰恰解決了軸承在支點(diǎn)上如何軸向固定軸系，軸承受熱膨脹后如何避免卡死的難題。滾動(dòng)軸承固定方式：1.兩端固定支承(單向固定雙支點(diǎn))。這樣的配置形式就是讓每個(gè)支點(diǎn)在一個(gè)方向上固定軸系。對(duì)于深溝球軸承還應(yīng)留出軸承外圈與軸承蓋之間的軸向間隙c，取c=0.2~0.4mm，以補(bǔ)償受熱伸長(zhǎng)的軸。對(duì)于角接觸軸承來(lái)說(shuō)，熱補(bǔ)償間隙是以軸承內(nèi)部的游隙為保證的。2.一端固定一端游動(dòng)支承(雙向固定單支點(diǎn))。對(duì)于固定支點(diǎn)，深溝球軸承可以在軸向力不大時(shí)使用，它的外圈左右兩側(cè)是固定的。當(dāng)軸向力較小時(shí)，外圈可用彈力檔圈固定。固定支點(diǎn)的內(nèi)圈為了承受向右的軸向力，也必須做軸向固定。對(duì)于游動(dòng)支點(diǎn)常用深溝球軸承，圓柱滾子軸承也可在徑向力較大時(shí)使用。在選用深溝球軸承時(shí)，軸承的外圈與軸承蓋之間留有很大的空隙，這樣可以在熱膨脹的情況下讓軸自由伸長(zhǎng)，但是它的內(nèi)圈需要通過(guò)軸向的固定來(lái)防止軸承松動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，軸承的內(nèi)外圈不應(yīng)有多余或不足的軸向固定現(xiàn)象發(fā)生。1.兩端游移支撐。當(dāng)兩個(gè)支點(diǎn)都設(shè)計(jì)為游動(dòng)支承時(shí)，必須依靠其他措施來(lái)定位軸系