熱處理車間裝料機的設計方案分析

崔峰

摘要：目前，在國內許多中、小型工廠的熱處理車間，仍然采用人工搬運物件，這樣工人的勞動強度很大，且生產效率低，常有事故發生。因此，本文分析了這臺能滿足生產活動要求的、小型又價廉的裝料機的設計方案步驟。

關鍵詞：裝料機；傳動系統

目前，國內許多中、小型工廠的熱處理車間，仍然采用人工搬運物件，這樣工人的勞動強度很大，且常有事故發生，因此設計一臺能滿足生產活動要求的、小型又價廉的裝料機，不僅可以降低工人勞動強度，而且可以提高生產效率，降低勞動成本，本文僅對設計過程做一簡單分析。

機器一般由原動機、傳動裝置和工作機構三大部分組成。其中機械傳動系統則是機器的重要組成部分。而能達到預期的運動和傳遞動力則是機械傳動系統的兩個基本任務，也是機械傳動設計時所需解決的兩個主要問題。

設計機械傳動系統時，必須首先確定執行構件的運動形式和參數，再依此選定原動機的類型、運動參數與運動形式，從而才能最終確定機械傳動系統的方案。

原動機選擇的是否合理，將直接影響整個傳動系統的整體性能和其簡繁程度，并對整個傳動系統的組成結構造成直接影響。而原動機的運動形式主要有回轉運動、往復擺動和往復直線運動，其動力來源有電力、液壓及氣動驅動等等。如果選擇電動機、液壓與氣動馬達等原動機時，原動件作的運動為連續回轉運動，液壓馬達與氣動馬達也可作往復擺動；如果采用往復式液壓油缸、往復式氣缸和直線電動機等作為原動機時，原動件僅作直線往復運動。

考慮到熱處理車間的裝料機主要是在室內使用，其動力為三相交流電，另外考慮到價格、結構及其維護等原因，故選用Y系列三相異步電動機。

當確定好原動機與執行構件的各項運動參數后，即可以計算此運動鏈的總傳動比，而總傳動比的確定則是選擇機構、設計傳動系統的必備數據。

因此，對于裝料機，當要求輸出齒輪的轉速nw=57.32r/min，電動機的額定轉速nd=2950r/min時，總傳動比應為：i=2950/57.32=51.47

傳動裝置的類型非常多，而不同類型傳動機構的確定，會決定采用不同形式的傳動系統方案。

傳動類型的選擇應參考如下基本原則：（1）原動機的機械特性必須與執行系統的工作要求和工況相匹配；（2）要求傳遞的功率和運轉的速度是必須考慮的重要因素；（3）簡單的單級傳動裝置作為優先選擇，以提高系統的可靠性；（4）結合環境條件，在確保系統安全可靠的前提下，應選擇傳動效率高、易于結構布置的類型；（5）考慮傳動類型的經濟性。

1傳動類型

按照傳動的方式可將傳動類型分如下四類：

（1）機械傳動的特點是，傳動比準確、穩定、效率高，工作可靠性高、壽命長。但是要求要有較高的制造和安裝精度、成本較高。

（2）電氣傳動的特點是精確度高，重復精度誤差能達到0.01%，同時還可將工作循環中的減速階段釋放的能量轉換為電能再次利用，從而減低了運行成本。并且，電氣傳動還能節約成本，沒有液壓油的成本和引起的麻煩，也不需硬管或軟喉。

（3）液壓傳動的特點是，從結構上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率在四類傳動方式中是最好的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小，重量輕，慣性小，結構緊湊，布局靈活，并且其動作響應性快，能迅速換向和變速，調速范圍寬。但是液壓傳動因有相對運動，表面不可避免的存在泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的，加上油管等彈性變形，液壓傳動不能得到嚴格的傳動比，因而不能用于如加工螺紋齒輪等機床的內聯傳動鏈中。同時，為防止漏油以及為滿足某些性能上的要求，液壓元件制造精度要求高，給使用與維修保養帶來一定困難。

（4）氣壓傳動的特點是僅以空氣為工作介質，工作介質獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，不必設置回收的油箱和管道。由于空氣的粘度很小，其損失也很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。即便外泄漏也不會造成嚴重的環境污染。但是，由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩定性稍差，工作壓力也較低，在高速排氣時還有較大噪聲。

在綜合考慮系統設計的各項技術與經濟指標后，則可以確定適合的傳動類型，而對不同傳動比的分配，則會產生出不同的傳動方案。

2傳動機構的組合形式和布置順序

傳動鏈的布置將直接決定整個機械的工作性能和結構尺寸。在布置各機構在傳動鏈中的順序時，通常應遵循下述原則：（1）有利于提高傳動系統的效率；（2）有利于減少功率損失；（3）有利于機械運轉平穩和減少振動及噪音；（4）有利于傳動系統結構緊湊、尺寸勻稱；（5）有利于加工制造。

此外，傳動裝置的潤滑和使用壽命，裝拆的難易程度、操作者的個人安全以及對產品的污染等因素都應作為考慮因素。

3傳動比的分配

傳動系統的方案設計中，如何合理的將總傳動比分配到各級傳動裝置，將是設計的重點。一般應遵循如下幾點：

（1）每級傳動比的選取都應在傳動機構的合理范圍內；

（2）大傳動比的齒輪傳動鏈，應采用多級齒輪傳動；

（3）為使結構更加緊湊，當中間軸轉速較高而扭矩較小時，可選擇小直徑的軸及軸上零件；

（4）按最小轉動慣量原則設計的分配方案，特別適合傳動平穩、動態性能好而又啟動頻繁的降速齒輪傳動鏈；

（5）如果降速齒輪傳動鏈的重量需要嚴格控制時，可按下述原則分配傳動比：對于小功率裝置，若設各主動小齒輪材料和齒寬均相同，軸與軸承的轉動慣量、效率均不計，則可選各小齒輪的模數、齒數相同，且各級傳動比也相同；對于大功率裝置，為保證總重量最輕，各級傳動比應按“前大后小”逐漸減小的原則選取；

（6）對于以提高傳動精度、減小回程誤差為主的降速齒輪傳動鏈，設計時，從輸入端到輸出端的各級傳動比應按“前大后小”的原則來選取，且最后兩級傳動比應盡可能增大，還應提高齒輪的制造精度，以減小齒輪的固有誤差、安裝誤差與回轉誤差對輸出軸運動精度的影響；

（7）對于負載變化的齒輪傳動裝置，各級傳動比應盡可能采用不可約的分數，以避免同時嚙合；

（8）將周轉輪系和定軸輪系或者其它類型的傳動結合起來使用可以滿足傳動比大的傳動鏈；

（9）在考慮傳動比分配時，還應注意使各傳動件之間、傳動件與機器之間不要干涉、碰撞；

（10）設計減速器時還應考慮到潤滑的問題。

由于考慮問題的出發點不同，會有不同的傳動比分配方案。因此應根據具體要求和條件，綜合運用以上原則進行設計。

4裝料機的運動及動力要求

要在熱處理車間進行原料的傳送，所設計的機構必須要滿足如下三個基本功能。

（1）能夠將旋轉運動變換為線性移動；

（2）能夠將水平軸運動變換為垂直方向的運動；

（3）能夠減小位移量或者速度，總而實現增力的要求。

每一個分功能都可以用不同的機構來實現。如運動形式變換功能、運動軸線變換功能和運動速度縮小功能都可以通過連桿機構、螺旋、斜面機構、凸輪機構、摩擦輪機構、齒輪機構、流體機構等來實現。將它們相互組合，再進行一些完善工作，就可以構成多種可以滿足設計要求的方案。

采用蝸桿傳動、齒輪機構和連桿機構。渦輪渦桿傳動適用于空間垂直而不相交的兩軸間的運動和動力，其優點傳動比大，結構尺寸緊湊。但軸向力大、易發熱、效率低且只能單向傳動。如果蝸輪采用了鑄錫青銅等材料，則可將蝸桿傳動布置在高速級，以利于形成潤滑油膜，從而提高承載能力和傳動效率。這里的齒輪機構必須采用開式傳動（連桿機構要和其聯接），因為開式齒輪傳動的工作環境較差，潤滑條件不理想，磨損較嚴重，因此應布置在低速級。平面六連桿機構布置在傳動系統的最后一級，作為工作機的執行機構，可以大大擴大機構從動件的工作行程；可以取得有利的傳動角，傳力性能好；可以使機構執行件在工作行程中的速度近于等速，避免沖擊載荷的產生。

綜上所述，采用蝸桿傳動、齒輪機構和連桿機構的方案才是優先選用的最佳方案。endprint