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】

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】,含CAD圖紙、說(shuō)明書,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,仿單 　　　　　　　　　　　　　第39　頁(yè)　共　40頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 學(xué)生姓名： 學(xué)　 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí)： 2004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： 副教授 評(píng)閱教師： 年 5月  目 錄 1 前言 2 2 方案選取 3 2.1 方案一：風(fēng)力分揀機(jī) 3 2.2 方案二：水力分揀機(jī) 4 2.3 方案三：機(jī)構(gòu)分揀——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)分揀機(jī) 4 2.4 方案四 機(jī)構(gòu)分揀——凸輪機(jī)構(gòu)分揀機(jī) 5 3 分揀機(jī)的工作原理 7 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 4.1 設(shè)計(jì)要求 10 4.2 凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選材 10 4.3 主要工作刀具的設(shè)計(jì) 15 4.4導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì) 17 4.5刀具導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì) 18 4.6刀架的設(shè)計(jì) 21 4.7滾筒的設(shè)計(jì) 24 4.8滾筒內(nèi)部機(jī)構(gòu)部裝 26 4.9 回位彈簧的設(shè)計(jì) 27 4.10 機(jī)架設(shè)計(jì) 28 5 動(dòng)力設(shè)計(jì) 30 5.1動(dòng)力系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 30 5.2 滾筒的功率 30 5.3 減速器與電動(dòng)機(jī)的選擇 31 5.4 滾筒主軸的設(shè)計(jì) 31 6校核 33 6.1主軸的校核 33 6.2 鍵的校核 35 6.3 軸承的選取與校核 35 7 結(jié)論 36 致 謝 37 參 考 文 獻(xiàn) 38 1 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 。 2 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。 2.1 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。 2.2 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。 2.3 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。 2.4 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)。 3 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)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖分揀機(jī)總裝（圖3-1）。 圖3-1 分揀機(jī)總裝圖 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）。 圖3-2 刀具運(yùn)行軌跡特殊點(diǎn) 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。 4 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） 4.1 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 ; 4.2 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 4.3 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。 4.4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。 4.5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。 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)。 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)。 4.6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)孔周圍均勻分布有向下的力（均布力），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?，刀架不?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 4.7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。 4.8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。 圖4-23 滾筒內(nèi)部機(jī)構(gòu)部裝（包含凸輪） 4.9 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 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： 圖4-24 回位彈簧零件（部分截取圖） 4.10 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 5 動(dòng)力設(shè)計(jì) 5.1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。 5.2 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。 5.3 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。可根據(jù)分揀情況調(diào)速，以獲得更好的分揀效果。 5.4 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 6校核 6.1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。 6.2 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。 6.3 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。 7 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。 致 謝 感謝我的指導(dǎo)教師李國(guó)平老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的悉心指導(dǎo)，在我設(shè)計(jì)過(guò)程中給我提出許多方面的寶貴意見(jiàn)，在遇到困難時(shí)給我最熱心的幫助，使我的設(shè)計(jì)水更加符合實(shí)際須求。同時(shí)感謝我們機(jī)械專業(yè)的各位老師，正是因?yàn)樗麄兇髮W(xué)四年來(lái)對(duì)我們無(wú)私的奉獻(xiàn)，才有我今天在此講臺(tái)上做畢業(yè)答辯的機(jī)會(huì)，同時(shí)本設(shè)計(jì)也得到了本專業(yè)很多同學(xué)的熱情幫助。在此，我一并向他們表示由衷的感謝。  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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