城市生活垃圾處理設(shè)備-分揀機(jī)設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

城市生活垃圾處理設(shè)備-分揀機(jī)設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū),城市生活,垃圾處理,設(shè)備,裝備,分揀,設(shè)計(jì),仿真,cad,圖紙,說(shuō)明書(shū),仿單 分揀機(jī)設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué)生姓名： 學(xué)　 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題 目： 城市生活垃圾處理設(shè)備 ——分揀機(jī)設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 評(píng)閱教師： 年 5月 分揀機(jī)設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì) 摘要:分揀機(jī)是用于生活垃圾處理過(guò)程中的關(guān)于塑料分揀回收的專用設(shè)備，其作用是在垃圾破袋之后將可回收的塑料垃圾分揀出來(lái)，便于資源回收。本設(shè)計(jì)采用滾筒的動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)刀架按照凸輪的輪廓運(yùn)動(dòng).使得塑料垃圾的分揀更有效。這種機(jī)構(gòu)的采用使得維護(hù)更加的方遍。這個(gè)設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)學(xué)生具有工程師的初步基本技能。 關(guān)鍵詞: 分揀機(jī) 凸輪 刀架 The Simulation Design of Sorting Machine ABSTRACT: Sorting machine is a kind of special equipment that used to recovery plastic from the waste of life. and its role in garbage bags after breaking recyclable plastic garbage will be extracted,for recycling. This design used a drum driven power system in accordance with the Turret Cam outline of movement. This made plastic garbage more effectivity. This agencies made maintenance more easy. By the means,students can be cultivated to be a engineer who has basic techniques. Keywords Sorting machine Cam Toolshelf 分揀機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 一、前言 隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)量不斷的增加，城市生活垃圾問(wèn)題已經(jīng)顯得日益突出，垃圾污染已經(jīng)成為困擾城市發(fā)展的嚴(yán)重的社會(huì)性問(wèn)題，因此，垃圾無(wú)害化處理目前越來(lái)越受人關(guān)注，本設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)能夠的目的正是為了無(wú)害化城市生活垃圾，整個(gè)系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成： 1) 破袋系統(tǒng)； 2) 分揀系統(tǒng)； 3) 發(fā)酵系統(tǒng)； 4) 垃圾二次分揀系統(tǒng)； 5) 肥料翻堆系統(tǒng)； 除了以上主要系統(tǒng)組成，還包括垃圾輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等各種輔助系統(tǒng)。 塑料分揀過(guò)程是整個(gè)城市生活垃圾處理系統(tǒng)中關(guān)鍵的一步，此步驟決定了垃圾無(wú)害化處理的效果以及可以獲得的經(jīng)濟(jì)利益，比如塑料分揀的百分比低于70%或者無(wú)法順利分揀軟塑料制品，殘留的塑料制品依然會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而且會(huì)給以下步驟帶來(lái)不小的壓力，降低最后產(chǎn)出肥料的質(zhì)量。 分揀機(jī)的主要作用是：將垃圾袋裝的垃圾經(jīng)過(guò)破袋系統(tǒng)之后，由輸送系統(tǒng)運(yùn)至的城市生活垃圾中的塑料進(jìn)行分揀回收處理（微小的塑料制品不在本設(shè)計(jì)方案功能范圍之內(nèi)，比如：小果凍殼、塑料碎片等等），使城市生活垃圾中不可以自然分解的塑料進(jìn)行回收及再利用。雖然部分商場(chǎng)、超市提供了可降解塑料袋，但是這種塑料袋的降解速度比塑料袋的增加速度比例差距巨大，塑料制品的增加速度比降解速度高的多。 本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)整個(gè)城市生活垃圾處理系統(tǒng)的第二部分：分揀系統(tǒng)。因?yàn)槔写嬖诘乃芰闲螒B(tài)各異，主要有： 1) 人們超市購(gòu)物而得到的中型、小型軟塑料袋； 2) 大型電器設(shè)備外套的大型軟塑料袋； 3) 洗衣粉等商品的外包裝硬質(zhì)塑料袋。 根據(jù)實(shí)習(xí)報(bào)告得出的結(jié)論，第三種情況的硬質(zhì)塑料袋含有量非常低，而且本設(shè)計(jì)方案是初次分揀設(shè)備，垃圾中的含水量非常高，造成對(duì)第三種情況的塑料分揀有一定難度，雖然可以采用增加一個(gè)摩擦輪輔助主分揀系統(tǒng)進(jìn)行處理，但是增加了設(shè)備總體的造價(jià)，而且無(wú)法保證分揀的效果，因此在此分揀設(shè)備中不包括第三種情況，該情況的分揀任務(wù)交由發(fā)酵系統(tǒng)后端的滾筒篩處理，而不必在此工藝過(guò)程上增加設(shè)備成本。所以本次設(shè)計(jì)方案只針對(duì)上述第一、第二種情況的塑料制品進(jìn)行分揀，對(duì)于后端的滾筒篩分揀過(guò)程，由本系統(tǒng)其他設(shè)計(jì)人員完成，本方案中不在贅述 。 二、方案選取 技術(shù)背景：目前公認(rèn)的生活垃圾無(wú)害化處理系統(tǒng)中的塑料分揀設(shè)備主要還是滾筒篩，但是滾筒篩存在很多問(wèn)題與不足，滾筒篩的運(yùn)用范圍有限，在北方城市和內(nèi)陸城市比較有效，但是在沿海城市和南方城市可行性非常低，因?yàn)檠睾３鞘泻湍戏匠鞘锌諝獬睗?，而且降水量高，造成了城市生活垃圾中含水量高，甚至可以達(dá)到100%，在這種情況下，滾筒篩就很難發(fā)揮作用。一些公司根據(jù)此設(shè)備的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，衍生出幾種不同的分揀設(shè)備，通常仍稱為滾筒篩，但功能各有千秋。本設(shè)計(jì)方案結(jié)合幾種前人的常用處理方案和改造方案進(jìn)行對(duì)比，然后提出自己的方案。 本次設(shè)計(jì)提供四種設(shè)計(jì)方案，前兩種方案為傳統(tǒng)處理方案，利用其物理特性；后兩種方案是機(jī)構(gòu)方案。雖然在此會(huì)得出我的設(shè)計(jì)方案選取結(jié)果，但是方案中仍難免有未考慮到的問(wèn)題和未解決的技術(shù)問(wèn)題，但選中的方案基本從理論上解決了主動(dòng)型塑料分揀領(lǐng)域的難題。 1、方案一：風(fēng)力分揀機(jī) 該方案利用垃圾中的各成份的密度的不同，通過(guò)風(fēng)力將密度較輕的塑料分揀出來(lái)。見(jiàn)風(fēng)力分揀機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（圖2-1）。 該設(shè)備工作原理：城市生活垃圾從垃圾入口進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)篩板，此時(shí)由安裝在篩板內(nèi)部的 風(fēng)扇產(chǎn)生一定的風(fēng)力，使得輕質(zhì)量的垃圾被風(fēng)力帶出一定距離，而密度大的垃圾直接經(jīng)過(guò)篩板的最下面的垃圾出口進(jìn)入下一處理工序。 可行性分析：該方案能將較輕的垃圾一次性分揀，但是由于其工作效率和功能受到氣候的制約與影響，因此垃圾的密度會(huì)經(jīng)常發(fā)生巨大的變化。比如：在雨水豐富的地區(qū)，各種垃圾變潮濕而且還和各種其他物體相粘，比如：土。這種密度發(fā)生巨大變化的情況，給該方案設(shè)計(jì)設(shè)定所需要的風(fēng)力參數(shù)帶來(lái)了一定的困難，而且很容易造成設(shè)備失效（本失效的定義是： 得不到想得到的東西），同時(shí)，風(fēng)力帶走了輕密度的物質(zhì)中包括了大量的有機(jī)物，因此給有機(jī)物的利用帶來(lái)了很大的困難。因此，從實(shí)際情況考慮，該方案在某些特殊情況下并不適用。 圖2-1 風(fēng)力分揀機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；投資??；在干燥地區(qū)會(huì)有較大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。 該方案的缺點(diǎn)在于：由于原理簡(jiǎn)單，根據(jù)物理特性分揀，設(shè)備使用局限性非常大，地區(qū)條件要求過(guò)于苛刻；不屬于通用型設(shè)備；很有可能達(dá)不到預(yù)想的處理效果。 2、方案二：水力分揀機(jī) 該方案根據(jù)要分揀的主要物質(zhì)——塑料的密度特性來(lái)工作。在某些小范圍地區(qū)已經(jīng)采用。 可行性分析：該方案運(yùn)用水的浮力進(jìn)行分揀，理論上符合要求，但是主要工作資源是水，分揀效果好的同時(shí)帶來(lái)非常大的水污染隱患，也就是二次污染，水是人類賴以生存的重要條件，考慮到我國(guó)的國(guó)情，我國(guó)并不是水資源豐富的國(guó)家，甚至現(xiàn)在面臨的問(wèn)題是全球淡水資源匱乏，我國(guó)也不例外，而大陸上普遍都是淡水資源，因此處理設(shè)備會(huì)浪費(fèi)和污染大量淡水資源，既非利國(guó)也非利民，浪費(fèi)和污染水資源換來(lái)的塑料制品回收將要付出很大的代價(jià)。由此看來(lái)，此方案不可行，而且已經(jīng)應(yīng)用此方案的單位應(yīng)該終止此處理工藝。 該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；分揀效果非常好。 該方案的缺點(diǎn)在于：造成大量生活污水。 3、方案三：機(jī)構(gòu)分揀——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)分揀機(jī) 該方案通過(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將大量的塑料垃圾從生活垃圾中分揀出來(lái)，同時(shí)又避免了將可以堆肥的有機(jī)物等成分從垃圾中分離。與前兩種方案相比，該方案具有主動(dòng)分揀的特性。其方案示意圖見(jiàn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)分揀機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（圖2-2）。 圖2-2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)分揀機(jī)示意圖 該機(jī)構(gòu)工作原理：隨著曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)搖桿運(yùn)動(dòng)，搖桿的前端將塑料分揀出來(lái)，曲柄帶動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)到一定的位置時(shí)，分揀出的塑料根據(jù)重力自然下落。 可行性分析：該方案相對(duì)于前兩種方案來(lái)說(shuō)，屬于主動(dòng)分揀設(shè)備，具有可取之處，而且不會(huì)造成二次污染現(xiàn)象，但主要問(wèn)題是工作效率不高，而且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的抓取動(dòng)作，再有，曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)參數(shù)要求嚴(yán)格，多桿機(jī)構(gòu)如果出故障，檢修非常麻煩，會(huì)增加不少額外支出。 該機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)二次污染；主動(dòng)分揀。 該機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：工作效率不高；檢修困難；成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高。 4、方案四 機(jī)構(gòu)分揀——凸輪機(jī)構(gòu)分揀機(jī) 該方案具有連續(xù)不斷的從輸送機(jī)構(gòu)上面分揀塑料袋的功能，與前三種方案相比，該方案避免了由于垃圾的成分、密度、質(zhì)量等變化而影響工作和設(shè)備性能，同時(shí)由于是連續(xù)性分揀，因此，效率非常高，而且設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)、維修。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)凸輪機(jī)構(gòu)分揀機(jī)（圖2-3）。 圖2-3 凸輪機(jī)構(gòu)分揀機(jī) 該方案機(jī)構(gòu)的工作原理：未分揀的城市生活垃圾由輸送帶1輸送至滾筒下方，由工作刀具挑針將可分揀回收的塑料挑起，塑料跟隨工作刀具一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)挑起塑料的刀具轉(zhuǎn)到滾筒正上方的時(shí)候，由于刀具自動(dòng)縮進(jìn)滾筒，而被挑起的塑料帶有一定的離心力而落至輸送帶2，輸送帶2與輸送帶1 作相對(duì)反向運(yùn)動(dòng)，隨著滾筒帶動(dòng)4排工作刀具按照凸輪外轂運(yùn)動(dòng)，刀排接觸凸輪的底座用壓簧與滾筒連接，保證刀排與凸輪永久接觸。因此，4排刀具可以相對(duì)滾筒作進(jìn)入——伸出運(yùn)動(dòng)，其中進(jìn)入的過(guò)程可以保證整個(gè)刀排完全縮回至滾筒內(nèi)。 可行性分析：該機(jī)構(gòu)屬于主動(dòng)分揀設(shè)備，由于工作刀具數(shù)目比較多，并且可連續(xù)工作，因此效率高，可產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟(jì)效益。并且設(shè)備的生產(chǎn)加工工藝并不復(fù)雜。 該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；工作效率高；易于檢修和維護(hù)；投資成本低；產(chǎn)出效益高。 該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于：設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜。 綜上所述，分析上述四種方案及其優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到設(shè)備的成本，對(duì)其他資源的利弊，工作效率與工人操作的便捷性，本設(shè)計(jì)采用第四種設(shè)計(jì)方案：凸輪機(jī)構(gòu)分揀機(jī)。 三、分揀機(jī)的工作原理 本設(shè)計(jì)所做的為凸輪機(jī)構(gòu)分揀機(jī)。總體結(jié)構(gòu)如圖分揀機(jī)總裝（圖3-1）。 圖3-1 分揀機(jī) 城市生活垃圾經(jīng)過(guò)破袋之后，依托輸送機(jī)構(gòu)傳送至塑料分揀機(jī)滾筒正下方，由滾筒最下方的刀排從輸送帶的垃圾中劃過(guò)，如果有塑料袋等制品存在，刀排上面的刀具會(huì)將其挑出，并由刀排帶動(dòng)塑料制品到最上方并且依靠離心力把塑料制品丟上另外一條輸送帶。具體的刀具運(yùn)動(dòng)過(guò)程見(jiàn)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡特殊點(diǎn)圖（圖3-2）。 刀具運(yùn)行軌跡特殊點(diǎn)說(shuō)明：B點(diǎn)為刀具伸出最長(zhǎng)特殊點(diǎn)，C點(diǎn)為刀具伸出最長(zhǎng)特殊點(diǎn)，B點(diǎn)至C點(diǎn)區(qū)間，刀具伸長(zhǎng)量保持不變，相對(duì)于滾筒軸心呈等半徑運(yùn)動(dòng)；D點(diǎn)為刀具完全縮進(jìn)滾筒內(nèi)的特殊點(diǎn)，C點(diǎn)至D點(diǎn)區(qū)間，刀具逐漸縮進(jìn)滾筒內(nèi)部，由最大伸長(zhǎng)量轉(zhuǎn)化成最大縮進(jìn)量；A點(diǎn)為刀具完全在滾筒內(nèi)部的特殊點(diǎn)，D點(diǎn)至A點(diǎn)區(qū)間，刀具縮進(jìn)量保持不變；A點(diǎn)至B點(diǎn)區(qū)間，刀具逐漸伸出滾筒至最大伸長(zhǎng)量。 四個(gè)刀排周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)使該設(shè)備達(dá)到連續(xù)工作的目的。刀排刀具在運(yùn)動(dòng)到滾筒頂端完全縮進(jìn)滾筒可以有效的避免被刀具挑起的塑料垃圾跟隨刀具繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，在刀具與滾筒的連接處設(shè)有毛氈，有效的避免了各種垃圾隨刀具進(jìn)入滾筒。同時(shí)刀具采用特殊設(shè)計(jì)方式，刀具前端采用圓頂處理，這樣既可以避免圓柱體刀具挑起塑料效率低，又可以避免尖頂?shù)毒呷菀渍蹟嗉獠康奶攸c(diǎn)。 凸輪是此方案中的重要零部件，因?yàn)橥馆喌耐廨炤喞苯記Q定刀排和刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，此方案中，凸輪被固定安裝在左機(jī)架和右機(jī)架上面。刀具的運(yùn)動(dòng)一方面來(lái)自刀架沿途輪外轂運(yùn)行的軌跡，另一方面刀具沿刀具導(dǎo)向元件往復(fù)運(yùn)動(dòng)。凸輪與刀排的運(yùn)動(dòng)類似于凸輪固定滾子推桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)可以有效的減少凸輪與推桿之間接觸的摩擦損耗。 圖3-2 刀具運(yùn)行軌跡特殊點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 分揀機(jī)由以下幾個(gè)部分組成： 1. 定位凸輪； 2. 工作刀具； 3. 導(dǎo)向桿； 4. 刀架； 5. 回位彈簧； 6. 彈簧定位裝置； 7. 滾筒； 8. 刀具導(dǎo)向元件； 9. 刀具清潔裝置； 10. 左機(jī)架； 11. 右機(jī)架； 12. 動(dòng)力裝置。 本設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)上，盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，便于維修。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)課題屬于創(chuàng)新型設(shè)計(jì)課題，設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)很多的不足和錯(cuò)誤，在以后的實(shí)踐中會(huì)加以改進(jìn)，不斷完善自己。 下面敘述每個(gè)部分的設(shè)計(jì)思路，因每個(gè)裝置都是與系統(tǒng)其他部分相關(guān)聯(lián)，所以關(guān)于設(shè)計(jì)過(guò)程的尺寸參數(shù)并不一定按照先后順序敘述。比如：凸輪設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇、刀具長(zhǎng)度的確定、刀架長(zhǎng)度的確定、滾筒直徑的大小這些所有關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸都不可能在其中一個(gè)步驟確定出，都是兼顧其他相關(guān)零件參數(shù)而得出的合理性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，力求每一節(jié)完成后會(huì)申明每個(gè)零件的關(guān)鍵尺寸的確定方法。 下文中所涉及到的定義與公式，如無(wú)特殊說(shuō)明均指：濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[Z]. 北京：高等教育出版社，2001（第七版） 1、設(shè)計(jì)要求 以原始數(shù)據(jù)作為依據(jù)，要求：日處理垃圾500t，無(wú)加夜班要求。 初始數(shù)據(jù)設(shè)置： 工作時(shí)間t=8（根據(jù)實(shí)際情況工作時(shí)間t≈7）; 垃圾總處理量　a=500t ; 垃圾密度　r=0.5 t/㎡ ; 輸送帶寬度　b=1.2 m ; 輸送帶實(shí)際工作寬度　b實(shí)=1.0m ;（輸送帶的選擇請(qǐng)參考《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》　化學(xué)工業(yè)出版社　1999.1版） 垃圾在輸送帶上的平均厚度　h=0.2 m 則，主輸送帶的帶速： V=a3600×t×l×p×b實(shí)×h 　　　　將上述數(shù)據(jù)代入，得出V=0.2 m/s　； 每小時(shí)垃圾處理量：Mph =500/8=62.5t； 每分鐘垃圾處理量：Mpmin =62.5/60=1.04t ； 每秒鐘垃圾處理量：Mps=1.04×1000/60=17Kg ; 2、凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選材 由于凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。由于凸輪廓線與推桿之間易磨損，所以本方案采用滾子推桿，滾子與凸輪輪廓之間為滾動(dòng)摩擦，磨損較小，故可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力。 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)工作要求選定合適的凸輪機(jī)構(gòu)形式、推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和有關(guān)的基本尺寸，然后根據(jù)選定的推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)出凸輪應(yīng)有的輪廓曲線。 推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇，關(guān)系到凸輪機(jī)構(gòu)的工作質(zhì)量。 本設(shè)計(jì)方案中，機(jī)器的工作過(guò)程對(duì)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有完全確定的要求，因此推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已無(wú)太多選擇余地。 本設(shè)計(jì)方案凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：（參考圖4-1標(biāo)注點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明） A點(diǎn)為推桿由近休止?fàn)顟B(tài)逐漸變化為遠(yuǎn)休止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)推桿行程到達(dá)B點(diǎn)的時(shí)候，恰好是遠(yuǎn)休止?fàn)顟B(tài)，B點(diǎn)到C點(diǎn)的行程，推桿保持遠(yuǎn)休止?fàn)顟B(tài)不變，C點(diǎn)到D點(diǎn)的行程，推桿由遠(yuǎn)休止?fàn)顟B(tài)逐漸變化為近休止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)推桿到達(dá)D點(diǎn)的時(shí)候，推桿恰好處于近休止?fàn)顟B(tài)，D點(diǎn) 圖４-1 凸輪推桿運(yùn)動(dòng)軌跡輔助說(shuō)明 到A點(diǎn)的行程，推桿保持近休止?fàn)顟B(tài)不變。 根據(jù)這種情況，所得的從動(dòng)件推程運(yùn)動(dòng)圖有如下三種方案： 方案一：（見(jiàn)圖4-2） 圖4-2　凸輪推桿行程方案一 　　 這種方案中，從動(dòng)件滾子推桿是以等速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律從A點(diǎn)到B點(diǎn)行程，同樣從C點(diǎn)形成到達(dá)D點(diǎn)行程也是以等速的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)，從曲線中可以很明顯的看出，此方案的運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)較大的沖擊，并且是剛性沖擊，影響系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)避免。 方案二：（見(jiàn)圖4-3） 這種方案中，從動(dòng)件滾子推桿是以等加速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律從A點(diǎn)到B點(diǎn)行程，從C點(diǎn)到D點(diǎn)是以等減速的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)規(guī)律方案相對(duì)方案一有所改進(jìn)，但是還是存在有一定的柔性沖擊。 圖4-3　凸輪推桿行程方案二 方案三：（見(jiàn)圖4-4） 這種方案中，從動(dòng)件滾子推桿是以正弦加速度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從A點(diǎn)到B點(diǎn)行程，同樣C點(diǎn)到D點(diǎn)的行程也符合正弦加速度規(guī)律，該曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律下基本上沒(méi)有剛性沖擊，即使具有柔性沖擊也很小，因此這種方案優(yōu)于前兩種方案，通過(guò)比較，決定采用方案三。 圖4-4　凸輪推桿行程方案三 　　 考慮到設(shè)備檢修與裝卸的方便性，凸輪設(shè)計(jì)成盤(pán)形凸輪，由于本方案中采用凸輪固定的方案，滾子推桿與凸輪的接觸采用彈簧壓緊機(jī)構(gòu)。該彈簧壓緊機(jī)構(gòu)將在后面會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。 凸輪輪廓曲線采用傳統(tǒng)方法——反轉(zhuǎn)法來(lái)繪制，而不采用解析法。由于該凸輪的推桿為滾子推桿，而滾子零件直接取深溝球軸承16001 GB 276-94，外凸凸輪設(shè)計(jì)要求使?jié)L子半徑rr小于理論廓線的最小曲率半徑rmin的值，由于滾子半徑固定，因此設(shè)計(jì)凸輪理論廓線對(duì)于最小曲率半徑多了一個(gè)要求。綜合上述條件繪制凸輪理論輪廓線。 具體繪制方法和步驟如下（參見(jiàn)圖4-5）： 1. 以R=70mm為半徑作凸輪基圓，水平線與基圓交點(diǎn)Ａ便是從動(dòng)件的初始位置。 2. 將位移線的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分別作若干等份。 3. 把基圓分成24等份。在各等份線上截取從動(dòng)件的位移量得到一系列的點(diǎn)，將這些點(diǎn)連成光滑的曲線，所得到的就是所求的凸輪的理論軌跡。 4. 凸輪理論軌跡向內(nèi)偏移一個(gè)滾子推桿上面滾子的半徑，即為凸輪輪廓線的實(shí)際軌跡。 由于凸輪副為高副，且本設(shè)計(jì)方案中，滾子凸輪機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境相對(duì)來(lái)說(shuō)較差，所以凸輪必須具有高硬度、高耐磨性、抗腐蝕等特點(diǎn)。綜合各種條件，選材為高硅鑄鐵。高硅鑄鐵具有很好的耐磨性、耐腐蝕性和高硬度的特點(diǎn)。 圖4-5　凸輪輪廓繪制簡(jiǎn)圖 為了便于凸輪的加工制造，用計(jì)算機(jī)仿真程序?qū)ν馆嗇喞€的各特殊點(diǎn)坐標(biāo)列下表（表4-1），每條線之間的角度為15°,以凸輪基圓的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，A點(diǎn)的方向?yàn)閄軸正方向，D點(diǎn)方向?yàn)閅軸正方向，凸輪輪廓線與這些線條的交點(diǎn)坐標(biāo)用該條交線的名稱表示： 表4-1 凸輪輪廓線關(guān)鍵點(diǎn)(比例:1:10) 交點(diǎn)名稱 X Y A 7.25 0.00 A1 9.86 -2.72 A2 12.01 -6.99 A3 12.01 -11.99 A4 10.13 -17.26 A5 6.22 -22.76 B 0.00 -26.71 B1 -6.90 -25.89 B2 -13.37 -23.31 B3 -19.18 -18.87 B4 -23.20 -13.55 B5 -26.04 -6.97 C -26.57 0.00 C1 -22.90 6.08 C2 -17.45 10.10 C3 -11.99 11.92 C4 -7.08 12.16 C5 -2.55 9.29 D 0.00 7.13 D1 1.75 6.62 D2 3.51 5.99 D3 4.94 4.86 D4 6.01 3.51 D5 6.66 1.79 此凸輪的其他設(shè)計(jì)參數(shù)為： 1. 滾子推桿全近休止?fàn)顟B(tài)區(qū)間凸輪弧線半徑 R=70mm； 2. 滾子推桿全遠(yuǎn)休止?fàn)顟B(tài)區(qū)間凸輪弧線半徑 R=270mm; 3. 凸輪上大通孔直徑 D=70mm； 4. 凸輪上四個(gè)定位孔直徑 d=4mm； 5. 凸輪厚度 h=30mm； 6. 此凸輪未注倒角均為1×45°。 此凸輪零件繪制效果如下圖 （圖4-6）所示： 圖4-6 凸輪 3、主要工作刀具的設(shè)計(jì) 挑針為該設(shè)備的主要工作刀具（下文對(duì)于挑針皆稱呼為刀具）。設(shè)計(jì)的過(guò)程主要考慮工作刀具的作用和受力情況，將刀刃做成圓頂形狀，而非全圓柱或者帶有鋒利的尖端的刀具，這樣做既增強(qiáng)了分揀塑料的效率，又不會(huì)導(dǎo)致刀具碰撞到堅(jiān)硬物體而折斷。（見(jiàn)圖4-7） 圖4-7 工作刀具 刀具總長(zhǎng)度為300mm，其中包括刀具固定在刀架上的螺紋桿長(zhǎng)，尖頂?shù)拈L(zhǎng)度為50mm，配合刀具的總長(zhǎng)度，保證刀具伸出滾筒的長(zhǎng)度可以有效的從城市生活垃圾中分揀出所需要的塑料袋制品，刀桿中間圓柱部分的長(zhǎng)度為220mm，刀具工作主題部分的長(zhǎng)度由凸輪的最遠(yuǎn)休止值與最近休止值之差決定，同時(shí)保證凸輪不能太大，凸輪最遠(yuǎn)休止值的增加導(dǎo)致滾筒的半徑增大，刀具相對(duì)來(lái)說(shuō)就變短，工作刀具就達(dá)不到分揀塑料的目的（由于刀具較短，會(huì)使本來(lái)分揀出的塑料垃圾制品沒(méi)有達(dá)到預(yù)定位置就脫落，機(jī)械設(shè)備功能性總體失效），因此設(shè)計(jì)工作刀具長(zhǎng)度要從凸輪設(shè)計(jì)參數(shù)、滾筒半徑的合理性取值、保證工作刀具的有效最大伸出量三方面綜合考慮預(yù)以確定。本小節(jié)中所提及的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)都是根據(jù)多次反復(fù)試驗(yàn)而得出的結(jié)論，具體試驗(yàn)過(guò)程不在本文中敘述。 工作刀具的設(shè)計(jì)同時(shí)考慮到刀具的受力情況，保證刀具不會(huì)失效，同樣經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)輔助分析（見(jiàn)圖4-8），得出刀具的合理直徑 d=18mm。 圖4-8 計(jì)算機(jī)輔助分析刀具應(yīng)力分布與變形 計(jì)算機(jī)輔助分析采用Solidworks軟件的COSMOSXpress模塊進(jìn)行,初始設(shè)置刀具末端固定約束，由于刀具屬于回轉(zhuǎn)體零件，因此根據(jù)刀具實(shí)際應(yīng)用中受力情況定義單側(cè)受力情況進(jìn)行仿真分析，極限阻力設(shè)置10N。 由于整個(gè)分析過(guò)程中,刀具零件未出現(xiàn)用紅色代表的危險(xiǎn)截面,因此可以保證刀具不會(huì)失效。 工作刀具固定在刀架的一端直徑 D=12mm，長(zhǎng)度為30mm，全螺紋結(jié)構(gòu)。 刀具是工作時(shí)的主要受力件，其硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐腐蝕性能要求比較高，材料和熱處理將直接影響使用壽命。因此，刀具選材主要有兩個(gè)方案： 1. 刀具材料選擇不銹鋼，并將工作表面和刀桿部分進(jìn)行表面高溫淬火62～68HRC。 2. 刀具芯部采用鍍鎳不銹鋼，外表注塑成刀具尺寸輪廓。 4、導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向桿是刀架上面一個(gè)重要的零部件，導(dǎo)向桿的主要作用是引導(dǎo)刀架上面全部工作刀具按照預(yù)定的軌跡在滾筒內(nèi)部進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)。本方案中，導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì)與工作刀具類似，但是不參與工作刀具的工作，僅做導(dǎo)向用途，因此，刀桿的設(shè)計(jì)為圓柱回轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)，而不必進(jìn)行圓頂處理。同時(shí)導(dǎo)向桿還對(duì)回位彈簧起到導(dǎo)向作用。（見(jiàn)圖4-9） 圖4-9 導(dǎo)向桿 導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì)尺寸與工作刀具的設(shè)計(jì)尺寸略有不同，因?yàn)樵趯?dǎo)向桿安裝在刀架上的一段，預(yù)留有5mm回位彈簧的定心槽，因此導(dǎo)向桿的螺紋桿部分比工作刀具要短5mm，而導(dǎo)向桿主體部分比工作刀具長(zhǎng)5mm。具體設(shè)計(jì)參考尺寸為： 1. 導(dǎo)向桿主體部分長(zhǎng)275mm，直徑D=18mm；靠近固定結(jié)構(gòu)的一端為50mm全螺紋設(shè)計(jì)。 2. 導(dǎo)向桿固定刀架端的全螺紋結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)25mm，直徑d=12mm； 3. 導(dǎo)向桿上未注倒角為1×45°。 導(dǎo)向桿零件材料的選擇： 由于導(dǎo)向桿不與刀具參與相同的工作，要求的條件沒(méi)有工作刀具那么苛刻，因此材料的選擇相對(duì)容易，導(dǎo)向桿最主要的工作是導(dǎo)向作用，這與設(shè)備的穩(wěn)定性之間的關(guān)系相當(dāng)重要，因此，這里就要求導(dǎo)向桿具有足夠的硬度、強(qiáng)度、耐磨性。因此導(dǎo)向桿的材料選擇不銹鋼，表面高溫淬火62～68HRC。 5、刀具導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì) 刀具導(dǎo)向元件（見(jiàn)圖4-10）在這個(gè)設(shè)備中起非常重要的作用，主要作用就是保證刀具可以按照正常的設(shè)計(jì)意圖工作，使刀具在滾筒的伸縮運(yùn)動(dòng)中可以時(shí)刻保持工作刀具的軸心與滾筒接觸點(diǎn)的切面相垂直（見(jiàn)圖4-11）。 圖4-10 刀具導(dǎo)向元件 圖4-11 刀具導(dǎo)向元件的作用（導(dǎo)向元件與工作刀具的配合） 其中導(dǎo)向元件在刀架兩端除了要起到和工作刀具同樣的作用之外，還負(fù)責(zé)與回位彈簧壓塊相配合，起到固定彈簧的作用（見(jiàn)圖4-12）。 有關(guān)回位彈簧壓塊的設(shè)計(jì)會(huì)在本小節(jié)中一并闡述。 刀具導(dǎo)向元件的工作環(huán)境非常惡劣，因此對(duì)材料的選擇也相對(duì)比較苛刻，而且為了減輕滾筒整體的質(zhì)量，減少動(dòng)力系統(tǒng)的功率，刀具導(dǎo)向元件的材料采用工程塑料——聚甲醛來(lái)生產(chǎn)，刀具導(dǎo)向元件與滾筒之間的固定方式有兩種方案： 1. 刀具導(dǎo)向元件與滾筒之間依靠平均分布的4個(gè)螺釘固定。 2. 刀具導(dǎo)向元件與滾筒之間的連接方式采用膠粘。 對(duì)比以上兩種方案，由于刀具導(dǎo)向元件與滾筒采用相同的材料制造（滾筒的設(shè)計(jì)在下一節(jié)闡述），而且導(dǎo)向元件與滾筒連接處壁厚比較薄，螺釘在塑料里面的螺紋穩(wěn)定性相對(duì)來(lái)說(shuō)并不穩(wěn)定，因此采用膠粘連接兩種零部件。再由于兩個(gè)相連接的部件采用同種材料制造，膠粘具有更大的優(yōu)勢(shì)。 圖4-12 刀具導(dǎo)向元件的作用（導(dǎo)向元件與回位彈簧壓塊的配合） 刀具導(dǎo)向元件內(nèi)管靠近滾筒表面的一段，設(shè)置一階梯，整個(gè)導(dǎo)管部分類是與階梯孔。設(shè)置此設(shè)計(jì)特點(diǎn)的原因是，便于在刀具導(dǎo)向元件靠近滾筒外部的位置安放毛氈（見(jiàn)圖4-13）。 此設(shè)計(jì)方案由于處理的對(duì)象是城市生活垃圾，條件相對(duì)來(lái)說(shuō)比較差，因此，如何處理保證垃圾不被帶入滾筒內(nèi)部和清潔刀具的作用就成了很關(guān)鍵的問(wèn)題，而毛氈的應(yīng)用解決了這種問(wèn)題。 圖4-13 毛氈 刀具導(dǎo)向元件的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 1. 外緣弧狀厚度5mm，弧線所在圓的圓心與滾筒圓心一致； 2. 頂部投影長(zhǎng)50mm、寬30mm； 3. 內(nèi)孔直徑同工作刀具直徑 d=18mm，外圓直徑D=22mm； 4. 整個(gè)元件高度h=50mm。 毛氈的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 1. 毛氈內(nèi)徑d=18mm； 2. 毛氈外徑D=22mm； 3. 毛氈高h(yuǎn)=10mm。 由于刀具導(dǎo)向元件并不能使回位彈簧準(zhǔn)確定位，因此在回位彈簧和刀具導(dǎo)向元件連接之間設(shè)置回位彈簧壓塊。（見(jiàn)圖4-14）回位彈簧壓塊采用材料為45鋼。 回位彈簧壓塊主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 1. 整體外徑D=30mm，高H=15mm； 2. 與刀具導(dǎo)向元件配合的一端孔徑d=2mm，深度h=5mm； 3. 與彈簧配合的一端孔徑d=24mm，深度 h=5mm； 4. 中間為通孔，直徑 d=18mm。 圖4-14 回位彈簧壓塊 回位彈簧預(yù)緊螺母的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與回位彈簧壓塊基本上相同,不同之處在于內(nèi)部通孔為全螺紋結(jié)構(gòu)。 6、刀架的設(shè)計(jì) 刀架的作用是安裝工作刀具和導(dǎo)向桿的平臺(tái)，同時(shí)刀架還承擔(dān)了與凸輪的滾子推桿機(jī)構(gòu)的滾子相連接的任務(wù)。由于刀架的跨度比較大，因此對(duì)于刀架承載能力和強(qiáng)度設(shè)計(jì)有一定的要求。 刀架頂面上面分布有12個(gè)孔，其中兩端的孔為導(dǎo)向桿安裝孔，中間的10個(gè)均布孔為工作刀具安裝孔?？臻g距為100mm。（見(jiàn)圖4-15） 考慮到刀具工作時(shí)候的阻力方向?yàn)闈L筒的切線方向，并且受力點(diǎn)并不在刀架上，而在導(dǎo)向桿和工作刀具與滾筒（刀具導(dǎo)向元件）的接觸位置，因此刀架上面的力學(xué)分析主要考慮到工作刀具和導(dǎo)向桿所產(chǎn)生的重力。 力學(xué)分析如下： 假設(shè)刀架兩端固定不動(dòng)，模型簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，在刀架頂面每一個(gè)孔周?chē)鶆蚍植加邢蛳碌牧Γň剂Γ?，力學(xué)區(qū)間定位1N～10N，極限均布?jí)毫?0N（刀具由于重力因素對(duì) 圖4-15 刀架 刀架產(chǎn)生的壓力），得出如下結(jié)果（見(jiàn)圖4-16）： 圖4-16 刀架仿真力學(xué)分析及變形 仿真分析結(jié)果說(shuō)明了，在10N的極限均布?jí)毫ψ饔孟拢都懿粫?huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，實(shí)際工作中，由于刀具的材料選擇，并不會(huì)導(dǎo)致刀架受到如此大的壓力，因此可以保證刀架的安全。 刀架兩端特殊結(jié)構(gòu)（圖4-17）便于安裝凸輪的滾子結(jié)構(gòu)，為了設(shè)備應(yīng)用于檢修的方便，本設(shè)計(jì)方案的滾子采用標(biāo)準(zhǔn)件——深溝球軸承16001 GB 276-94（圖4-18），軸承與刀架用一小軸（圖4-19）連接。 圖4-17 刀架兩端特殊結(jié)構(gòu) 圖4-18 深溝球軸承16001 圖4-19 深溝球軸承安裝的小軸 因?yàn)榇诵≥S跨度小，所以此軸的強(qiáng)度不需要校核。該軸的材料為45鋼。 刀架的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 1. 刀架總長(zhǎng)1300mm，安裝刀具位置厚度為30 mm，刀架寬度30 mm； 2. 安裝軸承凸臺(tái)帶孔薄壁厚度為11 mm，預(yù)留軸承位寬8 mm，深度為h=30 mm，薄壁孔直徑d=12 mm，薄壁上倒圓直徑D=30 mm。 3. 刀架上刀具和導(dǎo)向桿安裝孔D=12mm，共12個(gè)孔，孔水平間距l(xiāng)=100mm。 刀架的選材：由于刀架要承載一定的力，而且安裝在滾筒內(nèi)部，因此刀架的材料采用45鋼，45鋼具有優(yōu)越的機(jī)械性能。 本設(shè)計(jì)方案中，刀架兩端安裝有滾子結(jié)構(gòu)，兩端各一個(gè)導(dǎo)向桿，中間10把刀具。部裝效果見(jiàn)圖4-20。本設(shè)計(jì)方案中應(yīng)用了4個(gè)相同的刀架。 圖4-20 刀架部裝圖 7、滾筒的設(shè)計(jì) 滾筒在整個(gè)設(shè)備里面設(shè)計(jì)的復(fù)雜性僅次于凸輪，在設(shè)備工作中起非常重要的作用，它不僅僅約束了刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，而且還是刀具收縮的倉(cāng)庫(kù)，整個(gè)刀架運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)自于滾筒。 由于滾筒本身要求質(zhì)量較小，密度同時(shí)也應(yīng)當(dāng)很小，而且要保證足夠的強(qiáng)度，再綜合其工作環(huán)境較差等因素，滾筒選材為聚四氟乙烯（F-4 塑料王），聚四氟乙烯耐化學(xué)腐蝕為所有塑料中最好的，同時(shí)與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑均不發(fā)生反應(yīng)，摩擦系數(shù)很低，僅為0.04，是極好的自潤(rùn)滑材料，因此也便于分揀的塑料順利的脫離分揀機(jī)。 滾筒的結(jié)構(gòu)比較特殊，其中有兩組類法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，用于滾筒和主軸之間的動(dòng)力傳遞，滾筒表面均布48個(gè)凹孔，分為4排，相鄰2排之間成90度角，用于安裝刀具導(dǎo)向元件。 圖4-21 滾筒框架建模 滾筒零件如圖4-22： 圖4-22 滾筒零件效果圖 滾筒零件主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 1. 滾筒內(nèi)徑 D=760mm； 2. 滾筒筒壁厚 n=20mm； 3. 滾筒內(nèi)部軸孔 d=70mm； 4. 滾筒長(zhǎng)L=1160mm； 5. 滾筒內(nèi)部法蘭肋板厚h=70mm。 8、滾筒內(nèi)部機(jī)構(gòu)部裝 滾筒內(nèi)部機(jī)構(gòu)部裝見(jiàn)圖4-23。 此部裝圖并未裝配彈簧，原因是彈簧只需要計(jì)算出設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，仿真過(guò)程依靠仿真軟件對(duì)產(chǎn)生彈簧力的兩個(gè)面進(jìn)行彈簧力的設(shè)定就可以解決問(wèn)題。 9、回位彈簧的設(shè)計(jì) 回位彈簧使用的是螺旋壓縮彈簧。其設(shè)計(jì)過(guò)程如下（主要參考 機(jī)械設(shè)計(jì) P392-402公式）： 1) 根據(jù)工作條件選擇材料并確定其需用應(yīng)力 因彈簧再一般載荷下工作，可以按第Ⅲ類彈簧來(lái)考慮。現(xiàn)在選用碳素彈簧鋼絲C級(jí)，并根據(jù)D2-D≤3mm，估取彈簧鋼絲直徑為1.00mm。由表16-3暫選sB=1570MPa，則根據(jù)表16-2可知[τ]=0.8×0.5×sB=628MPa。 2) 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑 現(xiàn)選取旋繞比C=6，則由式（16-4）得 K=4C-14C-4+0.615C≈1.25 根據(jù)式（16-10）得 d1≥1.6F2KC[τ]=1.22mm 圖4-23 滾筒內(nèi)部機(jī)構(gòu)部裝（包含凸輪） 改取d=1.02mm，經(jīng)驗(yàn)證上值與原估取值相近，取彈簧標(biāo)準(zhǔn)直徑d=1.02mm。此時(shí)所的尺寸與原始估計(jì)取值的限制條件相符，合適。 3) 根據(jù)剛度條件，計(jì)算彈簧圈數(shù)n 由式（16-9）得彈簧剛度為 kF=F2-F1λ2-λ1=10.8N/mm 由表16-2取G=82000MPa，則彈簧圈數(shù)n為 n=Gd48D3kF=19.85≈20 取n=20圈。 4) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（叢略）。 回位彈簧在安裝的時(shí)候需要加一定預(yù)緊力以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 回位彈簧的零件見(jiàn)圖4-24： 10、機(jī)架設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)方案中機(jī)架分為兩個(gè)部分：左機(jī)架和右機(jī)架。機(jī)架的外形尺寸主要受動(dòng)力設(shè)計(jì)和與其它設(shè)備合理性配合的影響，同時(shí)也要考慮到設(shè)計(jì)方案的美觀及節(jié)省空間和材料的要求。機(jī)架起到支撐整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的作用，但所受之力并不大，所以機(jī)架為100mm厚的低合金結(jié)構(gòu)鋼板焊接結(jié)構(gòu)。每個(gè)機(jī)架用4個(gè)地腳螺栓與地面或者安裝臺(tái)固定。 左機(jī)架、右機(jī)架采用了焊接技術(shù)，因此，在機(jī)架外面設(shè)置肋板對(duì)兩個(gè)機(jī)架進(jìn)行加強(qiáng)。本設(shè)計(jì)方案中肋板的厚度為50mm。 由于左機(jī)架和右機(jī)架采用分體式設(shè)計(jì)，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，左機(jī)架和右機(jī)架采 圖4-24 回位彈簧零件（部分截取圖） 用對(duì)稱設(shè)計(jì)，主輪廓的設(shè)計(jì)尺寸相一致，部分區(qū)域根據(jù)不同的情況進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。 機(jī)架的寬度由凸輪外輪廓線而定，取適當(dāng)?shù)膶挾炔⒈ＷC凸輪可以完全固定在機(jī)架之上，并留有一定的剩余空間。本設(shè)計(jì)方案中，機(jī)架的寬度為600mm。 機(jī)架的高度由滾筒的半徑和常用輸送帶距離地面的高度共同決定，保證機(jī)架高度略大于滾筒半徑、工作刀具伸出最大長(zhǎng)度、輸送帶的工作面距離地面的高度三者之和。本設(shè)計(jì)方案中，機(jī)架的高度為1600mm。 因?yàn)闈L筒需要依靠主軸固定在機(jī)架上，而主軸的設(shè)計(jì)方案采用階梯軸設(shè)計(jì)。因此主軸兩端的的軸承型號(hào)選擇不同，機(jī)架上相應(yīng)的安裝軸承的孔的尺寸也是不同的，同時(shí)也確定了兩端軸承端蓋的尺寸與類型的不同。左機(jī)架、右機(jī)架如圖4-25、圖4-26。 圖4-25 左機(jī)架 圖4-26右機(jī)架 左機(jī)架軸承孔安裝軸承型號(hào)為：16013 GB 276-94，外徑為100mm，內(nèi)徑為65mm，寬度為11mm。 左機(jī)架軸承安裝孔尺寸：安裝軸承位置直徑D=100mm，深度h=30mm；軸孔直徑d=70mm，為通孔。 右機(jī)架軸承孔安裝軸承型號(hào)為：16012 GB 276-94，外徑為95mm，內(nèi)徑為60mm，寬度為11mm。 右機(jī)架軸承安裝孔尺寸：安裝軸承位置直徑D=95mm，深度 h=28mm；軸孔直徑 d=65mm，為通孔。 為保證軸的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，在兩端機(jī)架軸承安裝位置同時(shí)并列安裝兩個(gè)相同型號(hào)的軸承。 軸承型號(hào)的不同導(dǎo)致軸承蓋的尺寸也不同。其中，左軸承蓋采用完全封閉的形式，右軸承蓋中間有為主軸預(yù)留的通孔。 左軸承、右軸承分別見(jiàn)圖4-27、圖4-28。 兩軸承蓋的具體設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)見(jiàn)零件圖。 其中右軸承蓋軸孔內(nèi)圈裝有毛氈。 圖4-27 左軸承端蓋 圖4-28 右軸承端蓋 五、動(dòng)力設(shè)計(jì) 1、 動(dòng)力系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)方案的總體動(dòng)力裝置是由電動(dòng)機(jī)與減速器組成的，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與塑料分揀機(jī)的輸入軸相連，電動(dòng)機(jī)與減速器的均按照標(biāo)準(zhǔn)選用。 2、滾筒的功率 由于減速器輸出軸直接與塑料分揀機(jī)輸入軸用聯(lián)軸器相連,故變速器的輸出功率應(yīng)當(dāng)符合滾筒輸入軸的最大功率要求。下面先求滾筒輸入軸的功率。 根據(jù)工作刀具的設(shè)計(jì)，工作刀具的最大扭矩T=11.2Nm，刀具所受的力與滾筒的圓弧相切，所以滾筒表面所受的徑向力為： fr=T/R=14N 其中R為刀具工作部分的圓弧半徑。 因?yàn)檩S向共有12個(gè)刀位，其中兩個(gè)位不參與刀具工作的導(dǎo)向桿，因此，實(shí)際工作刀具共10把。當(dāng)10把刀具伸出滾筒最大長(zhǎng)度時(shí)，滾筒所受的徑向力最大，所以最大徑向力為： Fr=fr×10=140N； 滾筒的轉(zhuǎn)速N滾筒=19.1 r/min≈20r/min； 所以滾筒所需功率： Pg=FrVr =Fr×N滾筒×3.14×D滾筒 =7080W 滾筒與主軸通過(guò)軸承與動(dòng)力系統(tǒng)相連，因只有徑向力，故選用深溝球軸承，根據(jù)工作環(huán)境，深溝球軸承的傳遞功率取0.97，故輸入軸所需的最大功率為： P=7080 /0.972 =7525W。 3、減速器與電動(dòng)機(jī)的選擇 考慮到設(shè)備工作的時(shí)候會(huì)有輕微沖擊與振動(dòng)等因素，選用ZLY-112-8-Ⅰ型減速器（JB/T 8853-1999），其傳動(dòng)比為8。 因滾筒轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)要求是20r/min，所以輸入轉(zhuǎn)速理論應(yīng)為160r/min（選160r/min的電動(dòng)機(jī)就可以符合要求），可由于因?yàn)檫@是理論設(shè)計(jì)，滾筒轉(zhuǎn)速20r/min只是一個(gè)理論數(shù)值，也許實(shí)踐中應(yīng)用會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際上最后的轉(zhuǎn)速并不合適。故采用無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YCT-200-4B（JB/T 7123-1993），最高轉(zhuǎn)速時(shí)功率為11kW，調(diào)速范圍1250r/min～125r/min?？筛鶕?jù)分揀情況調(diào)速，以獲得更好的分揀效果。 4、滾筒主軸的設(shè)計(jì) 由于工作環(huán)境帶有腐蝕性，且為細(xì)長(zhǎng)軸，故在軸常用的幾種材料中選擇35SiMn，這種材料有比較好的抗腐蝕性。據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) 公式15-2及表15-3得出其扭矩切應(yīng)力及A0值初步計(jì)算軸的大小。 d≥A03P0n 查表得A0=110，根據(jù)滾筒功率部分所求P=7.5kW，轉(zhuǎn)速n=N滾筒=20r/min，所以 d=110×（7.5/20）-3=38.3 取d=40，即細(xì)長(zhǎng)軸中最小部分為40mm。 主軸上零件安裝如圖5-1。根據(jù)階梯直徑的不同，從右至左依次標(biāo)為L(zhǎng)1、L2、L3，軸肩處為L(zhǎng)4，最左面一段為L(zhǎng)5。 圖 5-1 驅(qū)動(dòng)主軸 故軸的最小部分為與電動(dòng)機(jī)半聯(lián)軸器連接的部分。此方案中選用聯(lián)軸器型號(hào)為YLD9凸緣聯(lián)軸器，因此：L1=150mm，d1=40mm； L2部分安裝有一軸套和兩個(gè)軸承，根據(jù)其受力情況選定的軸承為深溝球軸承，軸承內(nèi)徑?jīng)Q定了這段軸的直徑，軸承寬度為11mm，軸套作用是定位軸承內(nèi)圈，軸承外部定位依靠右軸承端蓋，軸套的尺寸應(yīng)滿足大于軸承內(nèi)圈而小于軸承內(nèi)環(huán)直徑的要求。因此：L2=150mm，d2=60mm； L3部分主要安裝滾筒，滾筒與軸之間依靠?jī)蓚€(gè)普通標(biāo)準(zhǔn)平鍵定位，因此：L4=1120mm,d4=70mm； L4軸肩部分主要作用是定位滾筒，L4接觸面為滾筒內(nèi)部類法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)。因此，L4=30mm，d4=100mm； L5部分安裝有一個(gè)軸套和兩個(gè)深溝球軸承，此結(jié)構(gòu)與L2 部分類似，不贅述。因此：L5=250mm，d5=65mm。 零件周向定位為：滾筒與主軸之間依靠?jī)蓚€(gè)普通平鍵定位，由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 查得：平鍵的尺寸參數(shù)為：寬度為16mm，厚度為10mm，長(zhǎng)度為45mm（根據(jù)GB 1096-79），配合精度為H7/g6；半聯(lián)軸器與主軸之間連接依靠一個(gè)普通平鍵，選用平鍵為b×h=16mm×70mm，配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位用過(guò)渡配合來(lái)保證，這里選軸的直徑尺寸公差為m6。 主驅(qū)動(dòng)軸零件如圖5-2。 圖5-2 主驅(qū)動(dòng)軸 六、校核 1、主軸的校核 因?yàn)橹鬏S屬于細(xì)長(zhǎng)軸，在載荷作用下細(xì)長(zhǎng)軸容易發(fā)生扭曲變形，也容易失效，再有這跟軸直接與動(dòng)力系統(tǒng)連接，屬于驅(qū)動(dòng)軸，因此必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 軸的扭曲變形校核計(jì)算： 軸在工作情況下的受力圖和彎矩圖如圖6-1所示。 正常工作時(shí)軸所受到的扭矩 T=9550P/n =9550×10.4×0.9×0.9/60=1418.2N·m (6-6.1.1) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 的表9—1查得45鋼的許用剪切應(yīng)力為: []=30MPa---40MPa 軸正常工作的剪切應(yīng)力 圖6-1 驅(qū)動(dòng)主軸受力和彎矩圖 式中T----正常工作時(shí)軸所受到的扭矩(N·m) d---軸的直徑(m) 聯(lián)軸器的實(shí)際公稱轉(zhuǎn)矩Tca=KA×T (6-6.1.2) =1.5×1575.75=2363.63 N·m 故軸正常工作的剪切應(yīng)力 ,故軸的強(qiáng)度足夠。 每米軸長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角度為: (6-6.1.3) 式中 T---實(shí)際公稱轉(zhuǎn)矩 G---扭轉(zhuǎn)因子. ---轉(zhuǎn)動(dòng)慣量. (6-6.1.4) 故軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度是合適的。 2、鍵的校核 鍵的選擇在動(dòng)力設(shè)計(jì)部分已經(jīng)說(shuō)明，這里不對(duì)每一個(gè)鍵進(jìn)行校核，只對(duì)最有可能失效的動(dòng)力輸入主軸的近電機(jī)處的鍵進(jìn)行校核，其他鍵的校核過(guò)程略。 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布,普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為: (6-6.2.1) 式中 T---鍵傳遞的扭矩(N/m)； t---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度(m)； l---鍵的工作長(zhǎng)度,圓頭平鍵為l=L-b(mm)； d----軸的直徑(mm)； []--軸、鍵、輪轂三者中材料最弱的許用擠壓應(yīng)力，見(jiàn) 機(jī)械設(shè)計(jì) 表6—1(MPa) 故普通平鍵連接的強(qiáng)度為： 　　=2X2363.63X10/(13X110X80)=41.32MPa<[]=600MPa 所以是滿足工作要求的。 3、軸承的選取與校核 因?yàn)閮啥烁饔袃蓚€(gè)型號(hào)相同軸承，受力情況也基本一樣，故只校核其中的一對(duì)軸承。 1.求當(dāng)量動(dòng)載荷P 據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) 公式 13－9， P=fp×Fr (6-6.3.1) Fr的值（最大值）為10把工作刀具全都處于極限位置時(shí)的受到的徑向力之和，fp據(jù)表13-6，據(jù)工作情況，選fp=1.8 故P=Fr＝3496×1.8＝6244N 2. 求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 C＝(P60nL’h/106)1/∑ (6-6.3.2) 軸承壽命要求為8年，據(jù)單班工作的要求L’h＝8×365×8＝23360h 故C=（3496×60×144×23360）1/3 ＝ 106 322N 按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇C=112KN的深溝球軸承，此軸承的基本額定靜載荷 C0＝76.8KN，驗(yàn)算如下： 1）求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的e與Y值，因?yàn)檩S向載荷為0，故e取0，y值為1.46。 2）用線性插值法求Y Y=1.46＋（1.56-1.45）×（1.380－1.044）/（1.380－1.030）＝1.52 3）求當(dāng)量動(dòng)載荷P P=1.8×（0.56×3496＋1.52×0）＝1957 4）驗(yàn)算軸承壽命 (6-6.3.3) ＝106/60×144（112 000/1957）×3＝42352h<23360h。 故軸承是合格的。 結(jié)論 ?近年來(lái)，我國(guó)城市生活垃圾總量發(fā)展很快，但利用率卻很低，北京和上海等大城市僅為1～5%，中小城市也只有5～10%。我國(guó)的城市生活垃圾是摻混在一起而又放錯(cuò)位置的資源。目前，一些大中城市僅采取簡(jiǎn)單填埋的處理方式，不僅浪費(fèi)了資源，而且占用土地、污染水源和環(huán)境、危害人民的身體健康。 為了適應(yīng)城市生活垃圾資源化，開(kāi)發(fā)出一套適合我國(guó)國(guó)情的生活垃圾分揀技術(shù)是很有必要的。本設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)了這套技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備——分揀機(jī)。如果能高效、合理的解決城市生活垃圾處理的問(wèn)題，有利于垃圾資源化的利用，將具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)： [1] 建設(shè)部人事教育司.城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)[J].中國(guó)建筑工業(yè)出版社2001. 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