钢丝砂带磨除锈机设计【三维SW模型】【含6张CAD图纸、说明书】【GC系列】

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According to the development of the metal products industry and the requirements of the countrys environmental protection，a new type of surface derusting equipment，steel belt rust removing machine，is designed. The design and grinding principle of sand belt derusting machine are introduced. And the selection of the parameters of each device is designed. The design mainly includes the mechanical structure design of steel tube derusting machine，including the overall structure，the feed movement scheme，connecting structure expression；design and calculation of mechanical system based on mechanical principle and mechanical design theory，including the design of the feed system calculation，calculation of belt transmission design；the choice of motor，reducer selection that part of the bearing selection；finally，calculate and check related in the overall program to determine the circumstances.Practice shows that the steel wire belt rust remover has no pollution to the environment when it is produced，and the surface quality of steel wire is good，the speed is stable，and the occupied area of the equipment is small. It reduces the operation cost to a certain extent，and achieves certain economic benefits. Key Words：Steel wire； sand belt derusting machine； surface derusting； abrasive belt grinding目 录摘 要1Abstract2目 录3第1章 绪论51.1 选题的背景、目的和意义51.2 钢丝除锈机的特点61.3 砂带磨削技术的现状及发展趋势61.4 本课题研究的内容7第2章 钢丝砂带除锈机总体方案设计82.1设计原则82.2设计任务及砂带磨削原理82.3砂带除锈机工作原理82.4整体结构分析9第3章 主要部件设计113.1主轴传动装置113.2砂带驱动装置113.3砂带更换与张紧装置123.3砂带支撑与除尘装置14第4章 除锈装置带传动设计154.1带传动简介154.2带传动计算15第5章 主传动轴设计185.1主传动轴的设计计算185.1.1 根据转矩初步估算轴径185.1.2 轴的结构设计185.1.3 轴的受力分析195.2轴承寿命计算19第五章 总结21参考文献22致 谢23 第1章 绪论1.1 选题的背景、目的和意义（1）钢丝除锈机的选题背景：伴随着我国国民经济的不断发展，出现了越来越多应用广泛的钢丝，关系到各行业的各个方面。在平时的生活中，钢丝是一种实心并较长的钢材，重量十分的轻，所以也广泛被用于生产机械零件以及工程结构。按断面形状分类，主要有圆、方、矩、三角、椭圆、扁、梯形、Z字形等；按尺寸分类，有特细8.0毫米；按强度分类，有低强度3135兆帕。（2）钢丝除锈机的研究意义：但是有个极大的问题则是变得生锈的钢丝，会在使用中面临着很多的问题，比方钢丝在安装、焊接，甚至会严重影响到设备的使用工作安全，使得工作效率大大的降低，严重影响产品生产质量，甚至可能带来严重的生产安全隐患，所以对钢丝进行除锈是非常有重要的一道步骤。在钢丝使用之前，钢丝除锈是其中至为重要的一项工序，特别是在钢丝使用之后。这样不仅能够延长钢丝的使用寿命，还能防止各种隐患的发生。“第十二五”期间，中国的金属制品行业的快速增长，从2011的1955万T 3000万T 2015和酸洗污染物在金属制品的生产工艺也增加。虽然金属制品企业采用电解酸（碱）洗，新技术热盐酸洗涤关闭，但仍有酸性污染物，再加上大量的采用盘条表面氧化皮酸洗池广泛的大公司，表面处理和磷化处理，污染物排放不能每年产生的酸洗。从酸洗废液排放更多的水，因此，杭州新光机械科技有限公司（以下简称星科技）2012国外金属制品、高端装备和技术交流，关注国外在酒吧用砂带磨削设备规模的深加工，决定在消化吸收国外设备，从5.5到14毫米的钢丝快速除锈机的研制。根据环境保护部发布的“第十二五”全国环境保护法规和环境经济政策建设计划”的通知精神，立即在企业项目，该课题组的建立、项目负责人的主席，信息设备组，技术组和集团在基于环境保护网带除锈机的研究国外设备淘汰创新，提高金属制品行业清洁生产水平。1.2 钢丝除锈机的特点钢丝除锈机的特点： 在实际生产制造中，频繁的会使用到金属钢丝，然而钢丝生锈却成了无法避免的问题，甚至会影响到设备的工作，影响产品生产质量，甚至带来生产安全隐患。因此对钢丝在使用前除锈是非常重要的。经常见到的钢丝除锈方法以及其特点：（1）摩擦除锈，这也是本设计所使用的方法，操作简便，成本低廉，不过除锈效果因设备不同而差异较大，粉尘和噪音问题突出。（2）喷丸除锈法，其作用是有效的去除金属外层表面的氧化物质，旧漆膜以及锈蚀等其他杂质。（3）化学除锈法，虽然化学清洗能够使表面达到一定的粗糙度和清洁度，可是其对环境污染十分严重，甚至会严重影响工人的身体健康。1.3 砂带磨削技术的现状及发展趋势砂带磨削在国外得到了迅速的发展。自上世纪60年代以来，尤其是产生和发展砂磨技术和静电涂附磨具技术，欧洲，美国和日本已经在砂带制造技术和砂带磨床制造技术的巨大进步。在带的制造技术，具有许多特殊的涂附磨具和涂形式，产生如金刚石、立方氮化硼、高刚宇、陶瓷磨具、磨料、复合包装带磨料和其他类型的皮带已被用于干磨、高速、大切削重型磨削领域的高精密零件的磨削区。在日本，开发了一种以软刚性带为基材的金刚石带，以有效地处理难加工的高硬度材料，如单晶硅。在世界上的沙带的知名品牌有美国3M、诺顿、德国爱马仕、VSM、该，韩国的鹿，日本公牛的头等等。在砂带磨床中，不仅有大面宽超过5m的大型平面磨床，而且还有牙医用的小型修牙机，使砂带磨床的结构和形式多种多样。另外，随着自动化技术的发展，六轴联动数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削FMS和并联机构数控砂带磨床得到了应用。砂带磨削已成为发达国家获得高经济效益的重要手段，砂带磨削能力已占到磨削加工的一半以上。砂带磨削技术是中国在20世纪70年代末开始发展，随着国家的改革开放，砂带磨削技术备受业界关注，研究机构和企业，加大开发和制造技术的皮带和皮带的品种，砂带磨削设备的研究和生产也有了大大的发展。砂带磨削正朝着强劲、高速、高效、高精度的方向发展。从单一磨头磨床结构到大型、组合（头、多功能、多形式开发）。在加工过程中，加工结合特殊处理是砂带磨削的有前途的发展方向，如超声和超声振动砂带磨削形成的组合，通过电解砂带磨削加工组合而成，是一个重要的发展方向，砂带磨削。另一方面，自动化技术在砂带磨削中的应用，尤其是数控砂带磨床和自适应控制技术的应用，大大提高了效率和砂带磨削精度，使砂带磨削已进入等级的精密和超精密加工。砂带本身也在不断的发展和完善。就砂带结构而言，近年来有叠层砂带、锥形砂带、空心球带、多层砂带、高弹性砂带、防偏带、不等厚砂带和颗粒复合砂带。1.4 本课题研究的内容本次设计主要针对钢丝表面除锈机进行设计，从钢丝表面除锈机的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：1.通过网络和图书馆查找各种关于钢丝除锈机的相关资料。对钢丝表面除锈机进行方案的比较和预定。2.分析钢丝表面除锈机的结构与参数。3.确定设计总体方案。4.确定具体设计方案。5.钢丝表面除锈机的图纸的绘制。6.说明书的整理。23第2章 钢丝砂带除锈机总体方案设计2.1设计原则1.满足“三好”：好使用、好维修、好生产。2.采用“四新”：新的结构、新的技术、新的工艺以及新材料。3.遵守“三化”：零件通用化、产品技术系列化、零件国际化。在制定总的原则后，便可以定制并设计总任务书，运用在课上学的知识，根据优异选择方案，用来确保方案设计的成功。在调研的基础上，使用所学的知识，使得所选设计方案进行成功。2.2设计任务及砂带磨削原理设计任务是：设计一种钢丝砂带除锈的专用设备。是由机身、传动机构、工作装置以及机械动力头等其他部分组成的设备。砂带是一种特殊的多刃多刃磨具，它的磨削功能主要是由附着在底座上的磨粒来完成的。砂带磨削的主体由磨料、结合剂和胎体材料组成。在一个灵活的和非常平坦的布或纸上的长径体表面材料建造磨料持平，粘合剂和基材保持灵活性和弹性，其性能是由元素构成的确定，对带不同工作要素的选择，可以满足不同的线材需要磨锈不同的加工条件要求。钢丝绳锈带是使用不同性质的磨料磨具，根据钢锈的要求，在机械装置上采用相应的接触方式，并在一定压力下，高速运转的带和钢丝表面摩擦，在钢丝表面磨损的新技术。砂带磨削钢丝表面时，由于磨料是在单基带上涂敷的，颗粒均匀、叶片高、性能好，且排列一致，几乎所有的磨料都能参与磨削，性能优良，高速移动带随机磨削，砂带磨损均匀。同时，长砂带周边使磨料冷却，而不是烧钢。拉丝前通常采用酸洗工艺，这种过程产生的强酸、强腐蚀性污染物和重金属对环境有害。砂带磨削可为钢丝表面除锈提供一种较好的方法。磨削时对环境无污染，钢丝表面质量好，速度稳定，易于实现高稳定性磨削除锈。2.3砂带除锈机工作原理砂带磨削除锈机是一种特殊的砂带，它是由特殊砂带组成的。与张紧机构的帮助下，驱动轮（主动轮）使得它在高速移动，和张力的作用下，砂带与钢丝表面之间的摩擦会产生摩擦，从而达到打磨除锈。砂带磨削的基本形式有接触轮、支承板和自由接触。钢丝打磨机采用自由接触设计方案，如图2-1所示。其工作原理是：皮带架装有1个垂直板由驱动轮、支撑轮、张紧轮组成的连续磨矿，3轴采用并行结构，圆形带安装在车轮的外表面和张紧机构的张力，从盘丝在柔性带直接接触的中心，没有任何对象的支持，而在一定的钢丝张力和线速度工作绕线盘转动，驱动轮驱动皮带速度旋转运动，钢丝表面磨削力向泡周带锈磨产生的张力。的钢丝除锈机的特点如下：磨削量小，钢丝的表面质量好，与粗糙度均匀。对不同材料、不同直径和钢丝不同腐蚀程度、不同类型、不同尺寸的磨料带可用于工作以保证除锈效果好、表面质量，并创建后续拉拔条件。1-支撑轮 2-主动轮 3-大圆盘4-钢丝 5-张紧轮 6-砂带图2-1 砂带除锈机示意图2.4整体结构分析该装置由主轴传动装置、皮带传动装置、皮带张紧装置、皮带支撑装置和除尘装置组成。该装置的整体结构是行星传动。皮带除锈机的结构如图2-2所示。主轴电机由皮带驱动，带动大圆盘旋转。驱动电机通过皮带1和皮带2两级驱动驱动驱动轮转动。1-驱动电机 2-轴承座 3-皮带1 4-张紧机构5-大圆盘 6-支撑轮 7-张紧轮 8-主动轮 9-皮带210-机架 11-主轴 12-主轴电机 13-皮带3图2-2 砂带除锈机结构示意图第3章 主要部件设计3.1主轴传动装置主轴驱动由主轴电机驱动，通过皮带3驱动大圆盘。主轴电机采用变频调速电机，速度与钢丝绳速度相匹配。由于砂带与钢丝之间的导线接触，如果一组砂带架在钢丝表面的一次磨削过程中，只有磨削和生锈，则主轴电机的转速：式中：n为主轴电机转速，r/min。L为砂带宽度，取250mm。v为钢丝线速度，为02m/s。为皮带3传动比。取钢丝最大线速度v=2m/s，皮带3传动比，则：，考虑到除锈机工作时，并不需要多大的功率，电机只需要带动主动轮旋转即可，故取电机的功率为1KW。3.2砂带驱动装置砂带传动装置由驱动电机、第一皮带传动、两级皮带传动和驱动轮组成。驱动电机通过皮带1和皮带2进行两级加速驱动，带动驱动轮进行旋转运动，带动砂带进行高速旋转运动。使用相同的变速电机驱动电机，以满足不同材料加工的不同要求，除锈线最适合高速磨削，以获得较好的表面质量和锈带；1窄V带，带2圆弧齿同步带效率高、使用寿命长；驱动轮钢轮芯，外包一层柔软的弹性材料如橡胶或塑料，根据需要，选择氟橡胶FPM，中等软硬度设计，适用于精密磨削和普通磨削。主动轮的直径决定皮带的磨削速度。主动轮直径：式中：为主动轮直径，mm。为砂带线速度，m/s。为驱动电机转速，r/min，取。为皮带1和皮带2传动比。取。根据V带和圆弧齿同步带的带速范围，同时考虑到砂带磨削的除锈能力，选择砂带线速度为30m/s，由式(2)可最终确定主动轮直径：，圆整取。而对于支撑轮和张紧轮，在工作中靠砂带摩擦力被动旋转，考虑到结构的稳定性，外径可适当小于主动轮。取支撑轮和张紧轮。3.3砂带更换与张紧装置在砂带磨削过程中，保持合适的张力和稳定的张力，直接影响砂带的除锈能力和钢丝表面质量。当皮带张力过大时，可以提高钢丝的除锈能力，但也会划伤钢丝表面，增加磨料覆盖层的消耗，甚至出现异常断裂，从而降低砂带的使用寿命。当皮带张力超过小时时，皮带的松边将被打折，除锈效果无法实现。研究表明，当磨削深度小于0.3mm，张力可以选择之间的110 210N。当磨削深度大，张力可大可如果砂带连续破获。其砂带张紧机构有多种形式，从简单的机械，重力或弹簧方法对气动和液压张紧装置的宽砂带磨床和沉重的负荷。考虑到其结构特点，该设备采用弹簧张紧和气动更换砂带。张力轮装置如图3-1所示。摆杆、连杆、张紧轮支撑杆通过键与转轴连接，摆杆和连杆的两端分别与气缸和弹簧连接。当气缸伸出，连接杆上下摆动，克服弹簧的工作，张紧轮的权利，也就是磁盘的中心摆动，松开皮带，皮带可以更换；当气缸缩回，弹簧拉杆带动张紧轮偏离摆动方向在盘中央，砂带张紧，如图3-2所示，通过调节螺母调节弹簧张紧装置，改变弹簧的伸长，调整皮带张力的工作。1-进出气口；2-气缸；3-摆杆 4-转轴 5-连杆6-弹簧拉紧装置 7-张紧轮 8-张紧轮支撑杆图3-1 张紧轮装置示意图1-调整螺杆 2-调整螺母 3-弹簧固定架4-弹簧 5-连杆图3-2 弹簧拉紧装置示意图由于砂带长度较长，工作时为防止砂带跑偏，将张紧轮的轮缘设计成中间高两边低的鼓形，外包一层氟橡胶FPM，其结构如图3-3所示。其鼓形外表面凸弧高度值可按下式计算：式中：B为轮宽度，mm。在一定范围内，值越大，砂带对中性越好。图3-3 张紧轮结构示意图 由前面可知，砂带的宽度为250mm，则张紧轮的长度需大于砂带宽度，取B=280mm，。圆整取。3.3砂带支撑与除尘装置砂带支撑装置即支撑轮装置，是砂带磨削的关键部件，工作时在砂带背面，使砂带获得有力的支撑，是砂带能稳定平滑运行的重要保障。支撑轮同样采用钢制轮芯，外包一层氟橡胶FPM。在轮轴两端分别采用轴承支撑，使砂带在工作中稳定可靠。钢丝在磨削除锈中会产生大量的粉尘，除了要做好箱体的密封外，还需在砂磨处装有除尘装置，除尘装置与箱体接口管径的大小视磨削宽度和磨削功率的大小而定。第4章 除锈装置带传动设计4.1带传动简介带传动是利用皮带上的弹性带进行运动或动力传递的机械传动。根据传动原理，摩擦带传动是由皮带与皮带轮摩擦驱动的，在皮带轮上有相互啮合的皮带传动。带传动结构简单，传动平稳，缓冲减震，能在大轴间距和多轴之间传递动力，具有成本低、无润滑、维护方便等特点。在现代机械传动中得到了广泛的应用。摩擦带传动能量过载打滑和行驶噪声低，但传动比不准确（滑动率小于2%）。同步带传动可保证同步传动，但在高速运行时对负载变化和噪声的吸收能力较差。皮带传动是用来传递动力的，有时也用来输送材料和执行零件的全部零件。皮带传动的功率损失是：（1）滑动损失摩擦带传动工作，由于滑轮两侧的张力差和相应的变形差，形成弹性滑动，导致皮带与从动轮之间的速度损失。弹性滑动率通常在1%至2%之间。严重的滑动，特别是超载和打滑，会使皮带的运动不稳定，效率降低，磨损加剧，严重影响皮带的使用寿命。随着弹性模量的降低，松弛和松弛侧张力差的滑动损失增大。（2）内部摩擦损失带折回反复操作，并带上变形会导致带内摩擦引起的功率损失。内摩擦损失随预紧力、皮带厚度和滑轮直径之比的增大而增大。张力减阻的变化，可以减少摩擦损失。（3）皮带和皮带轮工作表面粘着和V进出槽侧摩擦损失。（4）当空气阻力损失高速运行时，风阻力造成的功率损失。损失与速度的平方成正比。因此，高速传动带的设计应尽量减小小面积，尽量采用厚窄带；皮带轮辐条表面应光滑（如椭圆或径向辐条），以减少牵引力。（5）轴承摩擦轴承受拉力的作用，是造成功率损失的重要因素之一。根据上述损失，带传动的效率在80%98%范围内。当传动装置设计时，根据皮带的类型进行选择。4.2带传动计算1确定计算功率 据2表8-7查得工作情况系数=1.1。故有： =2 选择V带带型 据和n有2图8-11选用A带。3 确定带轮的基准直径并验算带速 （1）初选小带轮的基准直径有2表8-6和8-8，取小带轮直径=100mm。 （2）验算带速v，有： v= =5.1 因为5.1在530之间，故带速合适。 （3）计算大带轮基准直径 4 确定V带的中心距a和基准长度 (1)据2式8-20初定中心距=400mm(2)计算带所需的基准长度 由2表8-2选带的基准长度=1250mm（3）计算实际中心距 5 验算小带轮上的包角6 计算带的根数z（1）计算单根V带的额定功率P由和查2表8-4a得 据=960，i=2和A型带，查28-4b得 查2表8-5得，=0.93，于是： =(+) =（1.064+0.17）0.970.93 =1.11KW（2）计算V带根数z z=3.96 故取4根。7 计算单根V带的初拉力最小值（F）由2表8-3得A型带的单位长质量。所以 =500 =133N应使实际拉力F大于（F）8 计算压轴力F压轴力的最小值为： =2sin=241330.99=1053N9 带轮设计 （1）小带轮设计 由电动机可知其轴伸直径为d=18mm，故因小带轮与其装配，故小带轮的轴孔直径=18mm。有4表14-18可知小带轮结构为实心轮。 （2）大带轮设计 大带轮轴孔取30mm，由4表14-18可知其结构为辐板式。第5章 主传动轴设计5.1主传动轴的设计计算5.1.1 根据转矩初步估算轴径查得材料机械性能数据为； 式(5.1) 式(5.2)，选60 式(5.3)外径5.1.2 轴的结构设计图5-1 轴的结构简图如图5-1所示，根据轴的受力作用，选取30211型的圆锥滚子滚动轴承，为了利于对轴承进行装配，选，表5-1轴承代号32912尺寸（）d60D85T17B16C14rsmin1基本额定负荷（KN）最小负荷系数Cr28.8C0r31.5极限转速脂润滑4000油润滑50005.1.3 轴的受力分析轴传递的转矩轴的左边要承受皮带的压力878.3N，右边即将在要承受三爪卡盘的重力作用下，两边的轴承会要承受到在水平方向上的支反力作用下.但是轴的轴向却受到一个值的大小为315N轴向力，以及一个扭矩大小为625N.由于L1段轴受力最大，承受主要扭矩，所以其为危险截面，其他部分受力较小.所以根据弯扭合成应力校核轴的强度：机械设计师轴的计算应力，M轴所受的弯矩，T轴所受扭矩，W轴的抗弯截面系数， 式(5.4) 式(5.5)查得 ，故安全。5.2轴承寿命计算轴上左端轴承受力较大，其受到的轴向力为=315N，经力矩平衡粗略计算其受到的径向力为=533N.依据机械设计使用手册查表6-1-54得：e=0.38，Y=1.6，查表6-1-20，X=0.67，Y=1.6 式(5.6)当量动载荷：载荷平稳，查表6-1-19得=1 式(5.7)基本额定动载荷： 式(5.8)轴承寿命： 式(5.9)使用条件为每天8h工作的机械，但通常不是满负荷使用，如电机，一般齿轮装置、压碎机、起重机和一般机械中轴承使用寿命为1000025000小时。第五章 总结拉丝前除锈质量直接影响拉丝质量和产量。砂带磨削除锈可以代替传统的酸洗除锈工艺，减少对环境的污染。作为一种新的钢丝除锈技术，如果能够进一步提升，这将在转化中发挥重要作用，提升相关企业和生产力的提高。此设备操作简单，可通过更换不同的标准件及安装方式以满足现如今很多工厂各式各样的工作环境。本文对钢丝砂带除锈机的传动部件参数和工作参数进行了合理的计算，结合实际的使用情况，最终选择砂带磨削方式来实现工作要求，可达到合理的除锈效果。在整个论文完成阶段，对砂带除锈系统许多重要的尺寸计算是最主要的研究内容，计算结果直接与系统的稳定性和性能相关。最后，简要说明材料和传动系统的结构尺寸，从而完成钢丝砂带磨削除锈机的设计。由于时间的限制，对整个设计资料的不足，还存在一些问题，尺寸不一定精确。在实际生产使用过程中还需要进行不断的改进才能达到预想的结果，希望各位老师可以批评指出，本人将不胜感激。参考文献1王裕清，韩成石. 液压传动与控制技术. 北京：煤炭工业出版社，1997.2 廖嘉璞，液压传动. 北京:北京航空航天大学出版社，1997.3王秀彦，蔡胜利. 升降式工作台的液压系统设计.液压传动，1999，3.4 魏发孔，水平驱动剪刀撑乐池升降机的动力性能研究.甘肃工业大学学报，1997 .5 管萍，张风池. 基于神经网络控制的交流异步电机定位系统，2001.6 北京机械工业学院学报，2000，15.7 郭华，舞台机械设备控制系统上位机监控软件的实现计算机自动测量与控制，2001，9.8 阳宪惠. 现场总线技术及应用.北京:清华大学出版社，1999.9阎士杰，刘北，孙金根.基于PROFIBUS2DP的变频器控制系统. 基础自动化，1999，6.10 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京:机械工业出版社，2002.11 张燕宾. 变频调速应用实践.北京.机械工业出版社，2002.12 吴军主编，气动工程手册.北京.国防工业出版社，1995.13 樊锦波等，车抗移动式液压举升机的设计计算.机床与液压，2002.14 雷天觉主编，新编液压工程手册.北京.北京理工大学出版社，1998.15 宋学义.袖珍液压.气动手册.北京:机械工业出版社，199516 官忠范主编.液压传动系统(第3版).北京:机械工业出版社，199717 陆元章主编.现代机械设备设计手册(2).北京:机械工业出版社，199618 许福玲，陈尧明主编.液压与气压传动.北京:机械工业出版社，1997致 谢两个多月的设计已经接近尾声，在这过程中，使我真正的知道了学习理论知识和实践行动的必要性。在这期间，我不断去图书馆查找相关文献资料，将自己的课余时间大部分泡在了图书馆，并在这过程中，不断发现问题，找老师帮助找出问题的解决方案，让我充分认识到书本知识与实际工作过程中有很大的差距。本论文很好的将两者完美结合，让我在进入工作岗位之前有了一个很好的训练机会。同时，我也意识到很多事情，不是一个人就能解决的，必须团队合作，互相沟通，才能将设计完成的更加漂亮。通过这次的毕业设计，我在自动控制理论、机械设计等领域，有了进一步的理解。总之，本设计为我们打开设计的实际应用后，对本人以后的工作和生活起到了良好的推动作用。衷心感谢各位老师的精心指导设计过程，特别是X老师，他的谆谆教诲、耐心解释每一个阶段，使得我可以顺利的完成此份设计。