金属颗粒物分道给料装置设计-螺旋形轨道方案【三维proe】【5张CAD图纸及说明书全套】【YC系列】
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南京航空航天大学机电学院毕业设计(论文)申请表题 目金属颗粒物分道给料装置设计子题目申报人叶文华题目来源省科技计划1.内容及要求:废旧有色金属回收利用是节约能源、减少环境污染、实现经济可持续发展的有效手段。在废旧有色金属分选回收之前,需要一套平稳的给料装置。本课题是省科技支撑计划项目“废有色金属复合分选关键技术研发”的一部分,主要目标是设计一个金属颗粒物的给料装置,将需要进行分选处理的废旧有色金属颗粒按照不同尺寸分成4道,平稳地运送到分选识别系统。要求学生具有良好的机械设计知识,熟悉三维CAD软件的使用,并掌握一定电机传动与控制的基础知识,在此基础上完成以下工作:1、分析金属颗粒物的特点与给料要求,了解国内外相关输送装置情况,完成分道给料装置的总体结构设计。2、给料装置的电机传动机构设计。3、给料装置按照物料尺寸分道机构设计。4、给料装置制作与试验平台的搭建。5、翻译2万字符以上的相关英文资料。2.预期完成工作量:论文: 30 页;机械图纸 A0 号 2-3 张;电路图 张;软件: 个模块;软件测试大纲: 页;翻译: 2 万字符;其它: 3主要技术指标:l 把输入直径5mm100mm的金属颗粒物按不同尺寸分成4道进行输出;l 结构方案要合理、体积小、易于制造。系审查意见:负责人签字: 年 月 日金属颗粒物分道给料装置设计摘要废旧有色金属回收利用是节约能源、减少环境污染、实现经济可持续发展的有效手段。在废旧有色金属分选回收之前,需要一套平稳的给料装置。本文针对金属颗粒物的回收设计了一套给料装置,本给料装置能有效将需要进行分选处理的废旧有色金属颗粒按照不同尺寸分成4道,平稳地运送到分选识别系统。本文应用电磁振动作为驱动源驱动物料沿螺旋形轨道运动,在轨道上设有四道“关卡“引导不同大小的颗料进入不同的轨道,同时,可以将误进轨道的颗料过滤出去并重新回到振动盘中国,从而达到对金属颗粒分类的目的。用本文的方法设计的装置结构简单,生产制造方便,使用可靠,成本低。关键词:振动盘,分类装置,废旧金属,轨道AbstractWaste non-ferrous metal recycling is an effective means to save energy and reduce environmental pollution and achieve sustainable economic development. Before the non-ferrous metal scrap recycling, need a stable feeding device. This paper aiming at the recovery of metal particles to design a feeding device, the feeding device can effectively will need to scrap non-ferrous metals processing according to different size particle sorting into 4, smoothly delivered to the sorting and identification system.This paper introduces the application of electromagnetic vibration as the driving source material track along the spiral motion, in orbit with four levels to guide the different size particles into different orbits, at the same time, can be mistaken into orbit particles filtered out and returned to China on the vibration plate, so as to achieve the purpose of classification of metal particles.Structure design of the device using this method is simple, convenient manufacture, reliable use, low cost.Keywords: vibration plate, classification device, metal scrap, rail目 录摘要IAbstractII目 录III一、绪论11.1 课题研究内容及意义11.2 振动盘功能及结构分类11.3 振动盘的特点及国内外研究现状2二、方案拟定4三、振动盘送料原理83.1 工件在轨道上的受力分析83.2 工件在轨道上的运动状态分析9四、设计计算144.1 输送速度的计算144.2 供料率Q的计算144.3料斗设计144.4支承弹簧的设计计算184.3.1 支承弹簧的安装角计算194.5电磁振动给料机的动力学计算204.6 电磁参数计算24五、结构设计285.1壳体机架的设计285.2减震块的设计295.3 弹簧支架的设计30六、Pro/E三维软件建模316.1 Pro/E软件简介316.2 零件建模336.2.1料斗建模336.2.2支架创建356.3 虚拟装配36第五章 结论39参考文献4040一、绪论1.1 课题研究内容及意义我国是有色金属资源短缺的国家,节约和合理使用资源显得特别重要。世界上工业发达国家对再生资源利用相当重视。近10年来世界再生铜产量已占原生铜产量的40%45%,美国约占本国原生铜产量的60%,日本约占45%,德国约占80%。世界再生铝产量也占原生铝产量的30%50%,美国约占本国原生铝的50%,日本约占90%,德国约占45%。世界再生铅产量也占原生铅产量的40%60%,美国约占本国原生铅的75%,日本约占60%,德国约占55%。锌、镍、镁、锡、锑等再生资源也得到不同程度的利用。由上可见,废旧有色金属回收利用是节约能源、减少环境污染、实现经济可持续发展的有效手段。目前我国废旧金属回收技术装备水平不高,废杂金属拆解、拣选、收集等预处理产业属于劳动密集型产业,以手工操作为主,有近百万农民工参与,机械化和自动化程度很低,这也是我国人力资源丰富才能实现的。在废杂金属加工利用方面,除少数企业回收工艺和装备比较先进,有一定的生产规模,环境保护比较好,金属回收率比较高外,绝大多数企业和个体户都是设备简陋,技术落后,烧损大,能耗高,金属回收低,而且多金属品种混杂,质量不稳定,难以生产高质量产品。在废旧有色金属分选回收之前,需要一套平稳的给料装置。本课题是省科技支撑计划项目“废有色金属复合分选关键技术研发”的一部分,主要目标是设计一个金属颗粒物的给料装置,将需要进行分选处理的废旧有色金属颗粒按照不同尺寸分成4道,平稳地运送到分选识别系统。1.2 振动盘功能及结构分类振动盘是一种自动组装机械的辅助设备,是一种能自动定向排序的送料设备.能把各种产品有序排出来,它可以配合自动组装设备一起将产品各个部位组装起来成为完整的一个产品. 其工作目的是通过振动将无序工件自动有序定向排列整齐,准确地输送到下道工序。广泛应用于电池、五金、电子、医药、食品、塑胶插件、喷雾器、连接器等各个行业,是解决工业自动化设备供料的必须设备。振动盘辅助产品:底盘、顶盘、控制器、直线送料器、振动平台料仓、涂层电磁振动上供料器从结构上分:直槽往复式和圆盘扭动式.其中直槽式一般作为不需要定向整理的粉粒状物料的给料器,或用于清洗,筛选,烘干加热,冷却等操作.圆盘式多用于需要定向整理的,有一定形状和尺寸的物料的上供料。振动盘的组成:料斗、底盘、控制器、直线送料器等配套组成. 振动盘的料斗分为筒形料斗、螺旋、线料斗、锥形料斗、等分线料斗等五种; 底盘有正拉底盘、侧拉底盘、压电式底盘、精密底盘四种; 控制器分为普通控制器、调频控制器、分级控制器、带缓启动控制器、数显调频控制器五种.1.3 振动盘的特点及国内外研究现状振动盘是一种应用最为广泛的连续送料装置。由具有螺旋料槽的料盘,支承弹簧,电磁振动器,底座及减振底脚等基本构件组成。当电磁铁线圈中通入交变电流后,料盘被带动,作小振幅高频率的上下往复振动,并通过倾斜安装的支承弹簧同时产生微振幅往返扭振。工件在惯性力、重力和摩擦力的综合作用下,沿料盘内壁的螺旋槽向上移动,并在上移过程中通过定向机构自动定向,然后由料盘上部出口处进入输料槽,送往加工位置。通过改变电磁铁线圈的输入电压,可以调整料盘的振幅,进而调整料斗的送料率。振动盘上料装置的主要优点是:它无需机械传动装置,没有相互摩擦的运动部件,无需润滑,易于维护,故障少,可靠性高;它是靠微小的振动送料,没有强烈搅拌、碰撞等现象,故上料平稳;适用范围很广,一般中小型零件都能适用,特别适用于那些尺寸小、重量轻、强度低的零件自动上料;送料率高,且易于调节;易于标准化、系列化、通用化。其缺点是可能有噪声,但设计正确和调整合适时,可以减小或避免噪声,对大型料斗应以隔音罩进行屏蔽;不宜输送尺寸和重量较大或有油污、水渍的工件。国外的研究现状在工业发达国家或地区,日本、美国最具代表性,尤其是日本,对振动送料装置的理论、设计与计算的研究比较深入与完整,也推出了许多新型与异型机构的振动送料装置。在已报道的装置有三种。日本现已报道的压电振动送料装置的第一种结构,压电片采用双压电晶体片。在压电片上加交流电,双压电晶体片产生周期性的弯曲运动,带动料槽斜向运动,进而实现物料的输送。日本已报道的第二种结构,压电片也采用了双压电晶体片。日本已报道的第三种结构,它不是应用双压电晶体片,而是在一对压电片上所加的交流电相位相反。美国报道的一种压电驱动的螺旋型压电振动盘,在一对压电片上施加相位相反的交流电压,压电晶体产生长度方向的伸缩运动,驱使钢片和弹簧片进行往复弯曲扭振。国外压电振动送料装置上的研究已经取得了长足的进步,它们除了具有上述压电振动送料装置的共同特点外,它们也有其独特之处: (1)压电片应用其长度方向上的伸缩振动模式;(2)采用特殊制造的双压电晶体片,或者在一对压电片上施加相位相反的电压,不但增加了生产成本,而且大大提高对电源的要求; (3)直进式压电振动送料装置都采用振动元件和料槽支撑元件分开的方式,这使振动元件的受力系统简单化; (4)多数需要增加加振体来扩大振动幅度,使装置结构复杂化; (5)直进式第二种结构和螺旋压电振动送料装置虽然料槽(料盘)的支撑元件和振动元件分开,但是振动元件仍然承受料槽(料盘)及物料的重量,使振动元件受力复杂,会影响装置的工作稳定性; (6)直进式第二种结构和螺旋压电振动送料装置的振动元件都采用固定的安装方式,给料槽的运动带来很大约束,而且克服此约束将消耗更多的能量; 国内的研究现状我国对压电振动送料装置的研究整体水平仍然落后于发达国家和地区,成型产品很少,国内厂家的自动化生产线或设备上的压电振动送料装置大部分来自日本、美国等制造业相对发达的国家和地区。国内较为成功的结构形式有超声波粉体输送装置、压电振动盘、浮动式压电振动送料装置及浮动式压电振动螺旋送料装置。二、方案拟定本课题要求是:把输入直径5mm100mm的金属颗粒物按不同尺寸分成4道进行输出。为此,拟定了两种方案:方案一:将5100颗料分为四类:A 直径大于5mm,小于等于25mmB 直径大于25mm,小于等于50mmC 直径大于50mm,小于等于75mmD 直径大于75mm,小于等于100mm颗料放于转动的料筒中,颗料在转动料筒的推力下,各种金属颗料沿螺旋形轨道往上运动,越过顶点然后进入分料轨道。1. 颗料在分料轨道上向前运动时,经过第一道口子,允许直径75mm以下颗料通过,而大于直径75mm颗料则被挡块挡入第一通道,通道中开有直径75mm落料槽,如果万一有小于75mm的颗料进入了该通道,则从该落料槽落出去,并重新放入料筒中,这样 就将D类颗料区分开;2. 通过第一道口子的颗料继续在分料轨道上向前运动时,经过第二道口子时,允许直径直径50mm以下颗料通过,而大于直径50mm颗料则被挡块挡入第二通道,通道中开有直径50mm落料槽,如果万一有小于直径50mm的颗料进入了该通道,则从该落料槽落出去,并重新放入料筒中,这样 就将C类颗料区分开;3. 通过第二道口子的颗料继续在分料轨道上向前运动时,经过第三道口子时,允许直径25mm以下颗料通过,而大于直径25mm颗料则被挡块挡入第三通道,通道中开有25mm落料槽,如果万一有小于直径25mm的颗料进入了该通道,则从该落料槽落出去,并重新放入料筒中,这样 就将B类颗料区分开;4. 所有通过第三道口子的颗粒都是小于直径25mm的,让他们进入第四通道;方案二:将5100颗料分为四类:A 直径大于5mm,小于等于25mmB 直径大于25mm,小于等于50mmC 直径大于50mm,小于等于75mmD 直径大于75mm,小于等于100mm磁振动盘是一种高效的供料装置,它的结构简单,能量消耗小,工作可靠平稳,工件间相互摩擦力小,不易损伤物料,改换品种方便,供料速度容易调节。从结构上分有直槽式和圆盘式两类,从激振方式分电磁激振式、机械激振式和气动激振式。在电子工业中,电磁式圆周振动盘常简称为振动盘。振动盘是借助于电磁力产生微小的振动,依靠惯性力和重力的综合作用驱使件料沿料槽向上向前送进,并在送料过程中自动定向,成单行按规定的方向和位置排列送出,它是一种常用的件料上料机构。颗料放于振动盘中,颗料在振动盘的作用力下,各种金属颗料沿螺旋形轨道往上运动,螺旋形轨道慢慢变宽,分成四道轨道。1. 颗料在向前运动时,经过第四道口子,允许直径25mm以下颗料通过,而直径大于25mm颗料则被挡块挡入下一通道;2. 第三道口子,允许50mm以下颗料通过,而大于50mm颗料则被挡块挡入第二通道口子;通道中开有25mm落料槽,如果万一有小于25mm的颗料进入了该通道,则从该落料槽落入振动盘中3. 第二道口子,允许75mm以下颗料通过,而大于75mm颗料则被挡块挡入第一通道,通道中开有50mm落料槽,如有小于50mm的颗料进入了该通道,则从该落料槽落出去重新进入振动盘;4. 第四通道允许所有大颗料通过,通道中开有75mm落料槽,如果有小于75mm的颗料进入了该通道,则落出去进入振动盘中;三、振动盘送料原理振动盘工作原理主要是由一个振动电磁振动器作动力,振动马达工作时产生定向频率的力.只要把振动盘看成是一种斜面,再对这个斜面进行物理学的受力分析,你就能很容易理解他的工作原理了。为方便分析,以直槽式上供料器为例, 1 料槽 2 工件 3 支承弹簧 4 电磁铁 基座图3-1 振动盘工作原理电磁振动上供料器的工作过程,是由于电磁铁的吸引和支承弹簧的反向复位作用,使料槽产生高速、高频(50100次/秒)、微幅(0.51mm)振动,使工件逐步向高处移动。=0时,料槽在支承弹簧作用下向右上方复位,工件依靠它与轨道的摩擦而随轨道向右上方运动,并逐渐被加速。0时,料槽在电磁铁的吸引下向左下方运动,工件由于受惯性作用而脱离轨道,继续向右上方运动(滑移或跳跃)。下一循环,周而复始工件在轨道上作由低到高的运动。 3.1 工件在轨道上的受力分析工件在轨道上的受力:自重力、轨道反力、摩擦力、惯性力;摩擦力、惯性力与电磁铁的电流有关。(1)=0时,支承弹簧复位,轨道以加速度a1向右上方运动,工件力平衡如图:图3-2 ma1cos+mgsin=F=N (31)ma1sin+mgcos=N(32) (2)0时,电磁铁吸引,轨道以加速度a2向左下方运动,工件受力平衡如图1-42:图3-3 ma2cos-mgsin=F=N(33)ma2sin-mgcos=-N (34)3.2 工件在轨道上的运动状态分析(1)运动分析根据受力分析,工件在轨道上的运动有两种可能性:A、因惯性沿轨道下滑,此时=0,且有ma1cos+mgsinN(35)a1g(sin-cos)/(sin-cos) (36)当轨道向右上方运动的加速度a1满足上式时,工件便会沿轨道下滑。这对振动上供料机构是不希望出现的。B、沿轨道上行,此时根据电磁铁吸合与否可得:=0,a1g(sin-cos)/(sin-cos)(37)0,a2g(sin+cos)/(sin+cos)(38)电磁振动供料器要实现预定的上供料,轨道向右上方运动的加速度a1和向左下方运动的加速度a2必须满足上述工件沿轨道上行时的条件式。工件沿轨道上行时的运动状态随多种条件而变。 (2)运动状态 图3-4 工件在料道上的运动状态 (a)连续跳跃;(b)断续跳跃;(c)连续滑移;(d)断续滑移注:图示为料槽的两极限位置。A、连续跳跃运动过程:=0、弹簧使料斗复位,工件依靠摩擦、空间位置从A点上行到B点;0、电磁铁吸合,由于惯性、工件由B点跳跃起来(腾空时间料斗运行至最下方的时间)=0、工件再落至轨道上时已到达C点后又随轨道上行到D点。如此往复,工件“随轨道上行-跳跃-再随轨道上行”工件跳跃式前进,跳跃间距为AC段。特点:/工件具有大的供料速度,供料率高;/工件运动平稳性差,对定向不利;/适用于形状简单、定向要求不高的件料及供料速度较大的场合。运行条件:电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角较大。但工件腾空时间过大料斗复位时工件再落至轨道过晚A点与C点的间距缩小,甚至落回原处而没有前移。 B、断续跳跃运动过程:=0、弹簧使料斗复位,工件依靠摩擦、空间位置从A点上行到B点;0、电磁铁吸合,由于惯性、工件由B点跳跃起来(腾空时间0、电磁铁吸合,由于惯性、工件沿轨道由B点滑移(滑移时间料斗运行至最下方的时间)=0、工件停下时已滑移至C点后又随轨道上行。如此往复,工件“随轨道上行-滑移-再随轨道上行”工件滑移式前进,滑移间距为AC段。特点:工件具有较大的供料速度和供料率;工件运动平稳,利于定向;适用于形状较规则、有定向要求的件料及供料速度较大的场合。运行条件:电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角均较跳跃时的小。 D、断续滑移运动过程:=0、弹簧使料斗复位,工件依靠摩擦、空间位置从A点上行到B点;0、电磁铁吸合,由于惯性、工件沿轨道由B点滑移(滑移时间料斗运行至最下方的时间)工件很快停在轨道上的B点、并随轨道下行到C点;=0、工件再随轨道从空间位置C点上行。如此往复,工件“随轨道上行-滑移后随轨道下行-再随轨道上行”工件断续滑移式前进,滑移间距为AC段。特点:工件供料速度和供料率较小;工件运动平稳,亦利于定向;适用于有定向要求但供料速度要求不高的场合。运行条件:电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角均小。 综上所述:设计合理、不产生跳跃、平稳滑移、供料较快的方式为连续滑移。 3.3 工件在轨道上滑移和跳跃的条件(1)滑移条件由前分析,工件沿轨道上行滑移的条件a1g(sin-cos)/(sin-cos)a2g(sin+cos)/(sin+cos)如取=2(常为12),=20(常为1525),=0.41,则a10.47ga20.41g所以,只要合理设计,使轨道向左下方运行的加速度a2满足一定条件,便可获得预定的滑移状态。(2)跳跃条件工件在惯性力作用下产生跳跃,脱离轨道,此时受力为ma2sin-mgcos=0所以产生跳跃的条件为a2gcossin同上取=2,=20,=0.41,则有a10.47ga22.92g如将料槽受电磁力作用产生的振动视作简谐振动,其频率为f、振幅为A,则轨道最大加速度amax为amax=2fA所以,当amax=2fA=a2gcossin,工件就会产生跳跃式前进。 由上分析可知,连续跳跃所需加速度a2最大,断续滑移时a2最小。圆筒形料斗与直槽形的工作原理、件料运动状态完全相同,但振动形式有区别:直槽形料斗是往复直线式振动,而圆筒形是往复扭转式振动。电磁振动盘是由一个电磁振动器(电磁吸铁和衔铁的总称)作动力,将电能换为机械振动能,料斗下面有个脉冲电磁铁,可以使料斗垂直方向振动,由于多组(3组及以上)弹簧片的倾斜,使料斗绕其垂直轴做扭摆振动。料斗内零件,由于受到这种振动,而沿螺旋轨道上升,直到送到出料口。在电磁振动器作用下,料斗作扭转式上下振动,使工件沿着螺旋轨道由低到高移动,并自动排列定向,直至上部出料口而进入输料槽,然后由送料机构送至相应工位。 四、设计计算4.1 输送速度的计算振动给料机输送速度与物料的物理性质、料层厚度以及振动频率、振幅、振动方向角有关。当物料颗粒在振动槽中的垂直向上加速度分量达到-g后,以槽体的速度脱离输送槽,在抛掷过程中只受地心引力作用,而且重新与槽体接触时只引起塑性冲击,则输送理论速度可以用下式计算: (m/s) (4-1) =0.08(m/s)式中g 重力加速度(m/)f 振动频率(Hz)n 系数。(上式中n取0.9)4.2 供料率Q的计算振动上料器的供料率取决于供料器的给料速度;给料速度一般用工件在料道上移动的平均速度来估算。料斗结构确定之后,上料器的供料率为:3.84式中输送速度有效率,取0.94.3料斗设计1、料斗的结构设计料斗的结构多样,大多采用圆筒形结构。 图4-1 料斗结构料斗筒体与轨道:一般料斗:筒体与螺旋轨道采用整体结构(车制轨道或整体铸造)。大型料斗:常采用拼焊结构形式。轨道的工作面一般与料斗内壁成直角,有时向上倾斜510。料斗筒体与筒底(料斗底盘)一般分别加工,再用螺钉连接(是由于工艺原因);筒体与筒底的连接须注意同心度和牢靠;筒底上部一般做成锥形(锥角160170)。料斗底盘与衔铁之间应装有隔磁板(铜或铝材),或用隔磁材料做底盘。轨道及其出口:轨道最上部的出料口应以切线方向伸出一段距离。出料口与输料槽的连接方法有对接法和承接法,且出料口(振动)与输料槽(静止)之间应留有间隙(如图)。 图4-2 出料口料斗的零件材料选用:料斗应尽量做得轻巧系统易起振。重量轻、易加工、表面光洁,耐磨损、隔磁,成本低。常用材料有:不锈钢表面光洁、耐磨,但加工困难、成本高、比重大;铝合金质轻、不会磁化,但表面不光;铜合金加工方便、不会磁化,但比重也较大;硬塑料或有机玻璃都较轻、表面光洁,但耐磨性较差。 2、振动盘中工件定向方法电磁振动上供料器中的单件在进入加工工位前,要求沿料道自下而上,并自动排列、定向。自动定向常采用剔除法根据工件形状、重心,在轨道上安置挡块、缺口、斜面、槽子等,以使不符合定向的工件被矫正或剔除,而符合定向的工件顺利通过,从而实现自动排列、定向。3、料斗的尺寸计算1)、料斗的螺旋升角由升程及中径小决定:越小工件平均速度就高但升程减小料道螺旋圈数增加料斗尺寸增大。太大工件上料速度降低,甚至无法向上滑移。根据工件上行滑移的临界条件(a11.5h+=156(mm),满足要求。4) 料斗的高度H (mm)(n-螺旋料道的圈数:1.53.5)考虑到料斗外观匀称,应使 H=(1/41/2)D。 (三)振动升角(工件抛射角)的确定振动升角由主振弹簧的安装角及料道升角确定。的大小直接影响作用在工件上的惯性力,要选择合理;选得太小影响工件移动速度、所需电磁力增加;选得太大工件不易前进或只会上抛。根据受力分析可得: ,钢与铝的摩擦系数为=0.605,钢与铜的摩擦系数为=0.508按钢与铜的摩擦系数为=0.508取,4.4支承弹簧的设计计算支承弹簧的作用:电磁振动供料器的料斗通过其安装在基座上。圆筒形料斗一般采用三根弹簧支承。支承弹簧的截面有矩形和圆形:矩形截面的称为板弹簧宽度和厚度常不一致,其刚度在不同方向上差别较大,故安装要求较高,支座形式如图。圆形截面的称为圆弹簧圆柱弹簧杆加工容易,各向刚度一致,故安装调整方便,支座形式如图。 4.3.1 支承弹簧的安装角计算图4-3 支承弹簧支承弹簧的安装角支承弹簧处于静止时与垂直面的夹角。 图4-4 支承弹簧是保证工件获得抛射角的结构性措施;是影响工件在料道上的运动状态和供料速度的重要几何参数;与和及弹簧固结点有关:图4-5 安装角度1)当弹簧固结点处在料斗中径圆上的A点,即OA=R,则弹簧安装角与直槽形料斗相同,=+;2)对大型料斗(D500mm),为减少基座尺寸,则将固结点设在半径r处,tan=R/rtan(+)=arctanR/rtg(+)R料道中径圆半径 ;r弹簧固结点分布圆半径。在确定料道升角、振动升角及R和r之后,就可确定弹簧的安装角。 4.5电磁振动给料机的动力学计算现拟定电磁振动盘的给料量为2t/h,振动频率=314rad/s,调谐指数z=0.9,其动力参数计算如下:初步分配质量比质量m1为前质量,包括给料槽、给料槽物料的结合质量、联接叉、衔铁、主振弹簧折算质量等几部分。质量m2为后质量,包括振动器壳体、铁芯、线圈和主振弹簧折算质量部分及配重等。由已知质量比可以确定主振弹簧采用板弹簧。 +=700kg 可以计算出=330kg,=370kg,则(2)求质体1和质体2振幅在振动方向上,由于k1k2,所以可忽略k2的影响。将两方程式相加可得: 也就是说,在每个瞬时,质体的惯性力与外阻力之和为零。同时外阻力近似地均布在两个质体上,大小相等方向相反,即: 则可得: 当强迫振动系统满足时,则: 因此,电磁振动给料机具有质量与振幅成反比的特性,即: 式中 、分别为质体1和质体2的振幅。相对振幅A一般由一次谐波激振力幅和二次谐波激振力幅组成。 可得出: (4)计算质量m双质体振动系统振动时,在弹簧上有一点处于景致,这一点称为震动系统的惰性中心,它随两个质量比的不同而处于不同位置。当时,惰性中心在处。当时,惰性中心接近处。如果比值更大,则双质量振动系统变为单质量振动系统。可以简化为单质量的强迫振动系统,其方程为: 可得出式中 m计算质量(kg); c摩擦阻尼力折算系数。(5)主振弹簧刚度k1在不考虑阻尼时,可以认为和均以惰性中心为静止点,以相同频率作相对运动,则振动系统固有频率为: (rad/s) 因此 (其中z取0.9) 角频率(rad/s); z调谐指数;(z取0.9)(6)激振力幅F及力与位移的夹角的计算方程 的特解为: ,z=0.90.95 ,b=0.050.07 得,式中 x相对位移(m); F激振力幅(N); 共振放大系数: 激振力之后位移的相位角; z调谐指数; b衰减系数。激振力为主振弹簧最大变形与弹簧刚度之积: 将式(2.20)代入式(2.16),激振力为: (N) 取b=0.07,则 式中 A相对振幅(m); z调谐指数;(z取0.9 ) b衰减系数;(b取0.07) 主振弹簧刚度(Nm)。 所谓共振放大系数即在激振力F的作用下,主振弹簧的动态变形量与静态变形量之比,即相对振幅与静变形量之比。可以看出,在系统振动状态下,阻尼的变化或调谐指数的变化都将直接影响振幅的稳定性。通常电磁振动机械选择在低临界近共振状态下工作,即=0.90.95,以获得较稳定的振幅和用较小的激振力获得较大的效能。 阻尼系数为参变量,在低临界近共振状态下,由于外部因素,如料槽中物料量增加或料仓压力增大等因素影响,阻尼增大时,其振动振幅将降低。但与此同时,震动系统固有频率也减小,而使调谐指数趋近于1,则振幅趋于增加,达到相互补偿作用。当阻尼减小时,则上述因素将向相反方向变化,同样能保持这种相互补偿关系,从而可使电磁振动给料机稳定运行。当调谐指数接近1时,即电磁振动给料机在接近共振状态下工作,虽然所需激振力较小,但是阻尼的变动对共振放大系数和振幅的影响更加敏感,机器的运行稳定性就差。所以对大型电磁振动给料机一般取z=0.9,小型的取z=0.930.95。4.6 电磁参数计算根据动力学参数所确定的工作频率、相对振幅、激振力幅及力与位移相位差角和环境要求进行电磁参数计算。倾角为时,输送能力为的电磁振动盘,动力学参数:工作频率为,相对振幅,激振力幅,力于位移相位差角,供电电压,。由此可得电磁参数如下:选择可控晶闸管半波整流激磁方式。铁芯形式选择“山”型铁芯,材料选用DW240-95硅钢片。(1) 选定气隙磁密,决定磁极面积根据半波整流激磁方式和硅钢片磁密许用值,对于DW240-95硅钢片一般取气隙基本磁密,所以半波整流磁极面积为: 式中 S 磁极面积(m2);F 激振力(N);K1 磁力线边缘效应系数,K1=1.1; K2 电阻影响系数,K2=0.97;0 真空导磁率,0=410-7H/m;B0 气隙基本磁密,取B0=1.0 T。(2) 决定铁芯磁密并求出电磁线圈匝数由于漏磁通的存在,所以气隙磁密小于铁芯中的磁密。铁芯中磁密与气隙磁密的比值称为漏磁系数。在计算铁芯磁密时,还要考虑硅钢片在加工工艺中涂漆厚度和叠片压紧程度。铁芯磁密为: 式中 铁芯磁密(T); 漏磁系数,当铁芯与衔铁之间气隙时,; 填充系数,; 叠片压紧系数,。线圈匝数为: 式中 综合影响系数,。(3)激磁电流基本电流:电磁振动给料机在交流供电电压下的瞬时值电流。它有三部分组成:直流分量、一次谐波分量、高次谐波分量6。 直流分量: 一次谐波分量: 二次谐波分量: 总电流有效值: (4)电磁线的选择 一般小型振动器的电磁线的电流密度选取j=2A/mm2,并根据环境要求选择电磁线的绝缘强度及层间绝缘材料。本设计取j=2A/mm2,采用“山”形铁芯,则电磁线截面积: 电磁线直径: (5)视在功率: (6)有功功率: (7)功率因数: 五、结构设计5.1壳体机架的设计壳体是各种机械的基本部件,它主要是起支承作用。机械的其他部件一般固定在壳体上,有些部件是在壳体的导轨面上运动。壳体起的基准的作用,以保证各部件间正确的相对位置,并且使整个机器组成一个整体。在其他部件及工件本身的重量和工作过程中的载荷(包括各种冲击力)作用下,壳体要有足够的强度而且变形不超过允许值。此外还应考虑机体的动刚度、阻尼、热变形、尺寸稳定性、疲劳强度等。壳体设计准则底座、机架、箱体、基板等零件都属于壳体机架零件。机架零件可划分为四大类:即机座类、机架类、基板类和箱壳类,对机架零件一般可提出下列要求:(1)工况要求:即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如,保证机架上安装的零部件能顺利运转,机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起,设置执行某一工况所必需的平台;保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。(2)刚度要求:在必须保证特定的外形条件下,对机架的主要要求是刚度。如果基础部件的刚性不足,则在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下,就会产生变形,振动或爬行,而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。例如机床的零部件中,床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度。(3)强度要求:对于一般设备的机架,刚度达到要求,同时也能满足强度的要求(4)稳定性要求:对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题,某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏,设计时必须校核。(5)美观:目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作,还要使外形美观。(6)其它:如散热的要求,防腐蚀及特定环境的要求。在满足机架设计准则的前提下,必须根据机架的不同用途和所处环境,考虑下列各项要求,并有所偏重。(1)机架的重量轻,材料选择合适,成本低。(2)结构合理,便于制造。(3)结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。(4)结构设计合理,工艺性好,还应使机架本身的内应力小,由温度变化引起的变形应力小。(5)抗振性能好。(6)耐腐蚀,使机架结构在服务期限内尽量少修理。(7)有导轨的机架要求机架导轨面受力合理,耐磨性良好。壳体一般是机器中尺寸最大的部件,它往往与机器的整体布局,机器的造型美观,操作方便,加工工艺性等都有很大关系。壳体是个铸件,小型激振器一般采用灰铸铁HT20-40,大型激振器一般采用铸钢ZG45或球墨铸铁QT40-17。以往设计的壳体曾使用过铸铁的材料,但铸铁容易疲劳,寿命很短,所以本次设计选用铸铁材HT200为壳体材料。壳体的尺寸除了应满足结构设计要求外,还必须按配重的要求来确定其重量,需要时外加配重进行调整。图5-1 壳体底座5.2减震块的设计动给料机安装在基础或结构上时,为了使振动惯性力不传递或少传递给基础应当采用弹性支撑隔振方法。本设计采用座式橡胶减振块。 由于粘性阻尼的存在对缓和共振是有效的,而对隔振是不利的。因此,在使用减震块支撑振动机械时,为了防止在启动或停车过程进入共振状态,则需并用阻尼器。小振幅时,使衰减不起作用,而且不干扰隔振。座式减震块由于其结构简,不受环境影响,因而在振动给料机中被广泛使用。图5-2 减震块5.3 弹簧支架的设计弹簧支架一主要为支撑弹簧板,由上面的计算知道,弹簧板的倾角为39.48度,所以弹簧支架倾角为90+39.48=129.48度。图5-3 弹簧板支架六、Pro/E三维软件建模6.1 Pro/E软件简介Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。1)Pro/EngineerPro/Engineer是软件包,并非模块,它是该系统的基本部分,其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型,三维上色,实体或线框造型,完整工程图的产生及不同视图展示(三维造型还可移动,放大或缩小和旋转)。Pro/Engineer是一个功能定义系统,即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现,其中包括:筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽壳(Shells)等,采用这种手段来建立形体,对于工程师来说是更自然,更直观,无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸,不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体,这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系,任何一个参数改变,其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示,还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件,诸如有限元分析及后置处理等,这都是通过标准数据交换格式来实现,用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程,以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力,组装能力(运动分析、人机工程分析)和工程制图能力(不包括ANSI, ISO, DIN或 JIS标准),并且支持符合工业标准的绘图仪(HP,HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下:1特征驱动(例如:凸台、槽、倒角、腔、壳等);2参数化(参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等);3通过零件的特征值之间,载荷/边界条件与特征参数之间(如表面积等)的关系来进行设计。4支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件,交替排列,Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。5贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/ENGINEER的基本功能。2)Pro/E机构运动仿真工程师无需等待物理原型就能测试产品的动力行为。利用 Pro/ENGINEER 机构动力学仿真,您可以虚拟地仿真包含运动元件的系统中的作用力和加速度。而且,您可以综合考虑诸如弹簧、电动机、摩擦力和重力等动力影响,相应地调整产品性能。改善检验和认证过程并最大程度地提高设计信心,而无需承受制造昂贵原型的负担。与设计和分析工具完全集成,从而无需再花费时间、精力和金钱来处理数据转换和关联的错误。利用Pro/E机构仿真有以下优点: 可以创建虚拟样机在桌面计算机中进行测试,从而降低开发成本 模拟赛车悬架所受到的实际作用力。 能够更快速和更早地将变更反映在产品中,并从桌面计算机测试中即时获得结果。 通过缩短开发时间率先向市场推出更优质的产品。 通过对产品寿命进行更准确的估计,从而可降低保修成本。 利用具体的动画式生产指令进行装配,可以避免代价高昂的制造错误。 通过利用从虚拟测试中所节省的时间来评估更多设计构思,从而可开发出更新颖的产品。 在易于学习、直观明了的用户界面中工作。6.2 零件建模6.2.1料斗建模料斗建模,利用 “拉伸”命令创建出曲柄主体,创建圆柱。图6-1 拉伸用螺旋扫描命令创建出料道图6-2 用螺旋扫描同样,采用螺旋扫描,拉伸,旋转等命令创建出其它特征图6-3 料筒6.2.2支架创建利用拉伸命令,打孔命令创建出支架:图6-4 支架6.2.3 托盘创建1)利用“拉伸”、旋转、打孔等命令,创建一个托盘:图6-5 托盘6.3 虚拟装配应用前述建立的各零件的三维图型进行虚拟装配,首先进行子装配,完成子装配工作后,进行总装配。零件装配好了以后,进行装配体的干涉检查,以便确定装配体中各零件之间是否存在实体边界冲突(即干涉)、冲突发生在何处、进而为消除冲突做好准备。一般对零件较多或装配要求较严格的装配体,应该装配好个零件就进行一次装配检查,这样可以及时发现错误,及时修正。1)装配弹簧组件图6-6 弹簧组件2)装配总装件图6-7 总装图第五章 结论废旧有色金属回收利用是节约能源、减少环境污染、实现经济可持续发展的有效手段。在废旧有色金属分选回收之前,需要一套平稳的给料装置。本课题是省科技支撑计划项目“废有色金属复合分选关键技术研发”的一部分,主要目标是设计一个金属颗粒物的给料装置,将需要进行分选处理的废旧有色金属颗粒按照不同尺寸分成4道,平稳地运送到分选识别系统。在本次设计中,通过多方搜集资料,在纷繁复杂的计算中探究,应用机械原理、机械设计和机械制造知识,根据废金属颗料的特点,拟定了金属颗粒物的给料装置的原理方案,采用电磁振动的原理送给料,在送给料的轨道上设计四道“关卡“实现不同规格的颗粒分类。通过这次设计,提高了我分析和解决问题的能力,扩宽和深化了学过的知识,掌握了设计的一般程序规范和方法,培养了我们正确使用机身材料、国家标准、图册等工具书的能力。总的说来,本次设计在严谨、求实中完成,这将对我的一生都有启迪和警示作用。由于本人经验不足,设计中不妥之处在所难免,恳请各位老师和同学提出建议和意见,我会诚恳地接受并在今后的设计中改正。参考文献1濮良贵,纪名刚主编.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.52聂清德.华工设备设计,北京:化学工业出版社,1995-4.130-1523徐濒蔡春源.新编机械设计师手册(下册).北京:机械工业出版社,19954孙桓.机构原理M.北京:人民教育出版社,19825刘鸿文.高等材料力学M.北京:高等教育山版社,1985, 31-766电机工程手册编委会.机械工程手册(第二版):第十卷,自动控制基础理论.北京:机械工业出版社,19977电机工程手册编委会.机械工程手册(第二版):第十四卷,通风机,鼓风机,压缩机.北京:机械工业出版社,19978成大先主编.机械设计手册(第五版)M.北京:化学工业出版社,2008.39 张云华巧克力糖包装机顶糖机构的设计J长江大学学报,2007,4(3):109-11210 杨金花食品包装机中组合机构的优化设计J机械设计与制造,2005,(12):172-17411 黄纯颖机械创新设计M北京:高等教育出版社,200012 陈长军,徐宏伟塑钢型材包装机进给机构的改进J机械工程师,2006,(3):162-16313 JPKerry,MNOGrady,SAHoganPast,current and potential utilisation of active and intelligent packaging systems for meat and muscle-based products:A reviewJMeat Science,2006,74(1):113-13014 Harold AHughesFood Packaging MachineryMHandbook of Farm,Dairy,and Food Machinery,2007:695-718
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