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摘要
隨著勘探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，下一步人們將對(duì)地下石油將大范圍勘探。中國(guó)一直是能源需求大國(guó)，在這個(gè)世紀(jì)，我國(guó)將把發(fā)展勘探技術(shù)作為能源領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。鉆井泥漿系統(tǒng)是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)，需要對(duì)鉆井產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行輸送、分離和固化功能。隨著國(guó)家對(duì)泥漿污染治理的逐步深入，各個(gè)單位都強(qiáng)化了自身的泥漿處理能力，通過(guò)對(duì)泥漿采取特殊的手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿的漿液分離或者渣石的固化處理。
本文以泥漿運(yùn)輸及成型設(shè)備為研究對(duì)象，采用整體框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析現(xiàn)有的泥漿運(yùn)輸及成型裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，利用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，設(shè)計(jì)的東西更符合人們的需求，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)電動(dòng)機(jī)選型、減速比分配、各減速單元進(jìn)行定量設(shè)計(jì)，最后對(duì)上模板進(jìn)行有限元設(shè)計(jì)，為后續(xù)泥漿機(jī)研究提供了切實(shí)的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：泥漿，成型裝置，有限元分析
Abstract
With the further development of exploration technology, the next step will be to explore a wide range of underground oil. China has always been a big energy demand country. In this century, China will take the development of exploration technology as the focus of energy development. Drilling mud system is a complex system, which needs to transport, separate and solidify the mud produced by drilling. With the gradual deepening of the mud pollution control in the country, all units have strengthened their own mud handling capacity. By means of special measures for mud, we can achieve separation of slurry slurry or solidification of slag.
In this paper, slurry transportation and molding equipment as the research object, the overall frame structure, according to the design requirements, analysis of current situation of slurry transportation and forming device of the existing of a whole structural design by mechanical design software, reasonable structural design, design more in line with the needs of people, the need for motor selection, deceleration the quantitative design, the ratio distribution reduction unit in the design process, the finite element design of template, provide reference for the follow-up study of mud machine.
Keywords: Mud, molding device, finite element analysis
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章緒論 - 1 -
1.1 課題背景和意義 - 1 -
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 - 2 -
1.3論文主要研究?jī)?nèi)容 - 3 -
第二章總體機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 6 -
2.1 整體方案確定 - 6 -
2.2 SolidWorks三維軟件簡(jiǎn)介 - 7 -
2.3整體方案確定 - 7 -
2.4機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 - 8 -
2.5傳送裝置設(shè)計(jì)方案 - 9 -
2.6蝸輪蝸桿減速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 10 -
第三章輸送傳動(dòng)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì) - 12 -
3.1減速器現(xiàn)狀簡(jiǎn)介 - 12 -
3.1.1行星減速器 - 12 -
3.1.2擺線針輪減速器 - 12 -
3.1.3蝸輪蝸桿減速器 - 13 -
3.1.4齒輪減速器 - 13 -
3.1.5帶傳動(dòng)減速器 - 13 -
3.2電動(dòng)機(jī)選擇 - 14 -
3.3聯(lián)軸器設(shè)計(jì)計(jì)算 - 14 -
3.4總傳動(dòng)比及其分配 - 15 -
3.5蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 16 -
3.5.1蝸桿功率與材料的選擇 - 16 -
3.5.2主要參數(shù)計(jì)算 - 16 -
3.5.3蝸輪蝸桿強(qiáng)度校核 - 18 -
第四章壓緊油缸安裝板強(qiáng)度校核 - 19 -
4.1安裝板受力模型簡(jiǎn)化 - 19 -
4.2安裝板力學(xué)強(qiáng)度校核 - 21 -
第五章上模板有限元分析 - 23 -
5.1有限元法簡(jiǎn)介 - 23 -
5.1.1有限元法發(fā)展歷史 - 23 -
5.1.2有限元法計(jì)算過(guò)程 - 24 -
5.1.3有限元法的優(yōu)勢(shì)及軟件 - 24 -
5.2建立的有限元模型 - 25 -
5.3受力分析結(jié)果 - 28 -
結(jié)論 - 30 -
III
第一章緒論
1.1 課題背景和意義
鉆探工程是21世紀(jì)的重點(diǎn)工程之一，隨著勘探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)地下石油的儲(chǔ)量進(jìn)一步查明，下一步人們將對(duì)地下石油將大范圍勘探。中國(guó)一直是能源需求大國(guó)，中國(guó)在能源需求方面一直依賴進(jìn)口石油，但由于過(guò)渡依賴進(jìn)口石油，這也對(duì)我國(guó)在能源安全性提出了很大的挑戰(zhàn)。21實(shí)際，我國(guó)致力于發(fā)展高精尖的海上平臺(tái)鉆探設(shè)備和地面鉆探設(shè)備，這些設(shè)備的大力發(fā)展，不僅僅能夠緩解我國(guó)的進(jìn)口能源壓力，而且能夠?yàn)槲覈?guó)在未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的助力。
進(jìn)行巖石等硬的物體進(jìn)行材料的采集，這時(shí)候就需要有一個(gè)強(qiáng)度大的材料進(jìn)行對(duì)巖石的加工粉碎，這些作用就是將整體的石頭進(jìn)行打碎然后進(jìn)行生產(chǎn)加工成泥漿。鉆井過(guò)程產(chǎn)生的大量泥漿和碎石，對(duì)處理要求很高，有一些要求不嚴(yán)的廠家直接將這些碎石排放到施工場(chǎng)地周圍，這些碎石進(jìn)而對(duì)施工場(chǎng)地造成了很大的環(huán)境污染。
鉆井泥漿系統(tǒng)是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)，需要對(duì)鉆井產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行輸送、分離和固化功能。隨著國(guó)家對(duì)泥漿污染治理的逐步深入，各個(gè)單位都強(qiáng)化了自身的泥漿處理能力，通過(guò)對(duì)泥漿采取特殊的手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿的漿液分離或者渣石的固化處理。在鉆井過(guò)程中，渣石比重較大，為了能夠順利將渣石帶出，泥漿液內(nèi)部添加以堿性物質(zhì)為主的懸浮劑，這些懸浮劑如果直接排放到地面上，會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生極大的環(huán)境危害，同時(shí)，鉆井液除了這些有害懸浮劑之外，內(nèi)部還含有污水、污油等物質(zhì)。根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的調(diào)查，對(duì)百余個(gè)礦井廢棄液內(nèi)部物質(zhì)成分進(jìn)行鑒定，可以得出廢棄的礦井泥漿液內(nèi)部主要物質(zhì)為固體顆粒物多、PH值高、顏色渾濁、對(duì)地表植被有腐蝕性等特點(diǎn)。這些泥漿液由于內(nèi)部物質(zhì)對(duì)環(huán)境破壞性較大，如果沒(méi)有采用有效手段地處理及科學(xué)規(guī)劃排放，這些泥漿液不僅僅會(huì)對(duì)地表植被產(chǎn)生危害，隨著日積月累，這些泥漿液進(jìn)入到地下水分布地帶，還會(huì)污染城市的地下水，產(chǎn)生不可限量的危害。
我國(guó)的環(huán)境部門已經(jīng)對(duì)礦井廢棄液的排放和處理進(jìn)行相關(guān)的調(diào)研，環(huán)境督查人員在走訪了各大石油礦井中發(fā)現(xiàn)，大部分泥漿只采用很簡(jiǎn)單的處理措施，主要是泥水過(guò)濾、自然蒸發(fā)等，這些簡(jiǎn)單的處理措施并不能將泥漿液的有害物質(zhì)去除，對(duì)環(huán)境還將造成傷害。目前，中國(guó)還會(huì)處在快速發(fā)展的特殊階段，各個(gè)企業(yè)在大力開發(fā)油氣田工程中投入了大量的人力和財(cái)力，但是各個(gè)企業(yè)對(duì)泥漿治理方面卻十分忽視，由于泥漿治理并不能對(duì)企業(yè)帶來(lái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，而國(guó)內(nèi)也沒(méi)有嚴(yán)格的法規(guī)及政策對(duì)泥漿治理進(jìn)行約束，所以，環(huán)保督查人員的調(diào)查過(guò)程中得出結(jié)論，大部分泥漿只采用很簡(jiǎn)單的處理措施，主要是泥水過(guò)濾、自然蒸發(fā)等，這些簡(jiǎn)單的處理措施并不能將泥漿液的有害物質(zhì)去除，對(duì)環(huán)境還將造成傷害。根據(jù)相關(guān)人員的測(cè)算，每年這些礦井產(chǎn)生的泥漿液的數(shù)量大約在200萬(wàn)立方米，這么大數(shù)量的泥漿液如果沒(méi)有采取有效的處理措施，這將導(dǎo)致極為嚴(yán)重的損害。因此，國(guó)家環(huán)保部門已經(jīng)對(duì)鉆井泥漿液的污染重視，環(huán)保部門已經(jīng)召開了多項(xiàng)專題研討會(huì)，針對(duì)鉆井泥漿液引起的環(huán)境災(zāi)害進(jìn)行討論，參會(huì)的各個(gè)專家分別提出了有效處理手段，但由于鉆井泥漿液的覆蓋范圍交廣，影響的企業(yè)也較廣，雖然現(xiàn)在全社會(huì)對(duì)環(huán)境的重視程度逐步提高，但還沒(méi)有制定強(qiáng)制性的鉆井泥漿液的政策法規(guī)。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
為了可以更好急性技術(shù)的控制和分離好的泥漿和雜志的關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)需要攻克的難點(diǎn)為，這個(gè)技術(shù)可以提高整體的生產(chǎn)能力，得到更加好的泥漿。通過(guò)將泥漿和渣石進(jìn)行分離，能夠?qū)崿F(xiàn)將泥漿液中有害的固體物質(zhì)進(jìn)行分離，并且將泥漿液返回到泥漿系統(tǒng)中，保證泥漿系統(tǒng)的泥漿液循環(huán)，降低了施工成本，保護(hù)了周圍的環(huán)境。
鉆井液分離技術(shù)根據(jù)設(shè)備類型能夠分為洞底分離技術(shù)和洞外分離技術(shù)，洞底分離技術(shù)是指分離裝置布置在鉆頭內(nèi)部，通過(guò)鉆頭和巖石的作用，能夠?qū)⑺槭裙滔囝w粒和液體溶液進(jìn)行分離，固相顆粒通過(guò)鉆桿的中空腔進(jìn)行輸送，液體溶液通過(guò)外圍腔體進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)了固相顆粒和液體溶液分離的功能，同時(shí)，液體溶液不僅僅起到輸送渣石的作用，還能夠潤(rùn)滑鉆頭，極大地改善了鉆頭和巖石作用面的變形機(jī)制，能夠延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命，提高鉆具的使用經(jīng)濟(jì)性。一般來(lái)說(shuō)，這種洞底分離技術(shù)并不能夠有效將漿液和巖石進(jìn)行分離，這種分離技術(shù)一般只能夠分離出顆粒度較大的固相顆粒，一些小的固相顆?；蛘咩@屑還需要通過(guò)洞外分離技術(shù)進(jìn)行分離，所以，現(xiàn)在一般的鉆井設(shè)備都采用洞外分離技術(shù)，但是有一些對(duì)鉆井分離要求較高的超長(zhǎng)距離鉆探設(shè)備還會(huì)采用洞底分離技術(shù)，這是由于這些設(shè)備的鉆頭使用環(huán)境較為嚴(yán)苛，采用這種技術(shù)能夠保證鉆頭在遠(yuǎn)距離鉆探情況下的良好的工作環(huán)境。洞外分離技術(shù)是指將泥漿和渣石都一起輸送到地面之上，通過(guò)在地面上搭建大型的固液分離設(shè)備進(jìn)行分離，然后將漿液重新排放到鉆頭內(nèi)部，而渣石進(jìn)行專用設(shè)備運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域進(jìn)行排放。洞外分離技術(shù)的設(shè)備主要是大型化、集成化的特點(diǎn)，包括了分離機(jī)、干燥機(jī)、離心機(jī)、輸送機(jī)、板框機(jī)等多個(gè)設(shè)備，這些設(shè)備的功能及結(jié)構(gòu)各異，通過(guò)這些設(shè)備的層層分離及輸送，能夠?qū)崿F(xiàn)泥漿液的固液分離。
國(guó)內(nèi)外固控系統(tǒng)發(fā)展的兩種明顯趨勢(shì): 自動(dòng)化的發(fā)展，使得固控在控制方面有了很大的提升，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，它的功能變得豐富，編程更加簡(jiǎn)單快捷，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，圖形化，網(wǎng)絡(luò)化，這些功能都大大的提高了數(shù)控切割機(jī)的使用效率，同時(shí)也可以讓他的使用空間更廣泛。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也有原來(lái)的步進(jìn)式，提高稱為全數(shù)字型的驅(qū)動(dòng)控制。如英國(guó)Thule公司的VSH振動(dòng)篩,我國(guó)的PTZS振動(dòng)篩等。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。鉆井液分離技術(shù)根據(jù)設(shè)備類型能夠分為洞底分離技術(shù)和洞外分離技術(shù)，洞底分離技術(shù)是指分離裝置布置在鉆頭內(nèi)部，通過(guò)鉆頭和巖石的作用，能夠?qū)⑺槭裙滔囝w粒和液體溶液進(jìn)行分離，固相顆粒通過(guò)鉆桿的中空腔進(jìn)行輸送，液體溶液通過(guò)外圍腔體進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)了固相顆粒和液體溶液分離的功能，同時(shí)，液體溶液不僅僅起到輸送渣石的作用。要考慮整體的設(shè)計(jì)平穩(wěn)定能，不會(huì)被不規(guī)則的力手太大的影響。這種工件的加工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿的漿液分離或者渣石的固化處理。在鉆井過(guò)程中，渣石比重較大，為了能夠順利將渣石帶出，泥漿液內(nèi)部添加以堿性物質(zhì)為主的懸浮劑，這些懸浮劑如果直接排放到地面上，會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生極大的環(huán)境危害，同時(shí)，鉆井液除了這些有害懸浮劑之外，內(nèi)部還含有污水、污油等物質(zhì)。
1.3論文主要研究?jī)?nèi)容
中國(guó)一直是能源需求大國(guó)，我國(guó)一直致力于對(duì)海上及陸地能源的開采工作，鉆井過(guò)程產(chǎn)生的大量泥漿和碎石，這些固相顆粒進(jìn)而對(duì)施工場(chǎng)地造成了很大的環(huán)境污染。
鉆井泥漿系統(tǒng)是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)，需要對(duì)鉆井產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行輸送、分離和固化功能。隨著國(guó)家對(duì)泥漿污染治理的逐步深入，各個(gè)單位都強(qiáng)化了自身的泥漿處理能力，通過(guò)對(duì)泥漿采取特殊的手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿的漿液分離或者渣石的固化處理。在鉆井過(guò)程中，渣石比重較大，為了能夠順利將渣石帶出，泥漿液內(nèi)部添加以堿性物質(zhì)為主的懸浮劑，這些懸浮劑如果直接排放到地面上，會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生極大的環(huán)境危害，同時(shí)，鉆井液除了這些有害懸浮劑之外，內(nèi)部還含有污水、污油等物質(zhì)。根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的調(diào)查，對(duì)百余個(gè)礦井廢棄液內(nèi)部物質(zhì)成分進(jìn)行鑒定，可以得出廢棄的礦井泥漿液內(nèi)部主要物質(zhì)為固體顆粒物多、PH值高、顏色渾濁、對(duì)地表植被有腐蝕性等特點(diǎn)。這些泥漿液由于內(nèi)部物質(zhì)對(duì)環(huán)境破壞性較大，如果沒(méi)有采用有效手段地處理及科學(xué)規(guī)劃排放，這些泥漿液不僅僅會(huì)對(duì)地表植被產(chǎn)生危害，隨著日積月累，這些泥漿液進(jìn)入到地下水分布地帶，還會(huì)污染城市的地下水，產(chǎn)生不可限量的危害。
我國(guó)的環(huán)境部門已經(jīng)對(duì)礦井廢棄液的排放和處理進(jìn)行相關(guān)的調(diào)研，環(huán)境督查人員在走訪了各大石油礦井中發(fā)現(xiàn)，大部分泥漿只采用很簡(jiǎn)單的處理措施，主要是泥水過(guò)濾、自然蒸發(fā)等，這些簡(jiǎn)單的處理措施并不能將泥漿液的有害物質(zhì)去除，對(duì)環(huán)境還將造成傷害。目前，中國(guó)還會(huì)處在快速發(fā)展的特殊階段，各個(gè)企業(yè)在大力開發(fā)油氣田工程中投入了大量的人力和財(cái)力，但是各個(gè)企業(yè)對(duì)泥漿治理方面卻十分忽視，由于泥漿治理并不能對(duì)企業(yè)帶來(lái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，而國(guó)內(nèi)也沒(méi)有嚴(yán)格的法規(guī)及政策對(duì)泥漿治理進(jìn)行約束，所以，環(huán)保督查人員的調(diào)查過(guò)程中得出結(jié)論，大部分泥漿只采用很簡(jiǎn)單的處理措施，主要是泥水過(guò)濾、自然蒸發(fā)等，這些簡(jiǎn)單的處理措施并不能將泥漿液的有害物質(zhì)去除，對(duì)環(huán)境還將造成傷害。根據(jù)相關(guān)人員的測(cè)算，每年這些礦井產(chǎn)生的泥漿液的數(shù)量大約在200萬(wàn)立方米，這么大數(shù)量的泥漿液如果沒(méi)有采取有效的處理措施，這將導(dǎo)致極為嚴(yán)重的損害。因此，國(guó)家環(huán)保部門已經(jīng)對(duì)鉆井泥漿液的污染重視，環(huán)保部門已經(jīng)召開了多項(xiàng)專題研討會(huì)，針對(duì)鉆井泥漿液引起的環(huán)境災(zāi)害進(jìn)行討論，參會(huì)的各個(gè)專家分別提出了有效處理手段，但由于鉆井泥漿液的覆蓋范圍交廣，影響的企業(yè)也較廣，雖然現(xiàn)在全社會(huì)對(duì)環(huán)境的重視程度逐步提高，但還沒(méi)有制定強(qiáng)制性的鉆井泥漿液的政策法規(guī)。
論文主要研究?jī)?nèi)容包括：
第一章：論文選題意義、泥漿處理設(shè)備分類和特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀；
第二章：分析現(xiàn)有泥漿處理設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀，采用三維軟件對(duì)泥漿處理設(shè)備進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，包括傳送皮帶及減速機(jī)構(gòu)等；
第三章：對(duì)泥漿設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括電動(dòng)機(jī)選型、減速比分配、減速器選型及設(shè)計(jì)等內(nèi)容；
第四章：基于有限元分析軟件對(duì)泥漿處理機(jī)的上模進(jìn)行設(shè)計(jì)；
第五章：結(jié)論與展望。
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第二章總體機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 整體方案確定
本項(xiàng)目研發(fā)的鉆井液固相顆粒輸送及成型裝置是采用螺旋輸送和傳動(dòng)皮帶輸送相配合的方式，通過(guò)操作人員或者流體輸送管路，于鉆頭是采用高強(qiáng)度材料制成，鉆頭和巖石作用過(guò)程中，可以使得巖石粉碎，巖石粉碎之后產(chǎn)生碎石，在鉆頭內(nèi)部流入泥漿，泥漿能夠帶動(dòng)碎石流出，這就實(shí)現(xiàn)了鉆井過(guò)程中的排渣功能。具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)就是下圖展示的那樣子。操作人員能夠?qū)⑤斔瓦^(guò)來(lái)的渣石溶液和添加劑在料倉(cāng)內(nèi)部進(jìn)行混合，增加溶液的粘附性，同時(shí)，料倉(cāng)底部的開關(guān)通過(guò)控制系統(tǒng)的PLC控制箱進(jìn)行控制，當(dāng)內(nèi)部混合完成后，料倉(cāng)底部開關(guān)打開，混合渣石及其他固相顆粒進(jìn)入到布料機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，布料機(jī)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)電機(jī)控制攪拌系統(tǒng)，通過(guò)油缸的伸縮控制，能夠?qū)⒉剂蠙C(jī)構(gòu)推送到工作臺(tái)位置處，工作臺(tái)上端布置有壓頭，下端布置有供板裝置，供板裝置采用傳送帶輸送方式，將供板輸送到工作臺(tái)的位置。首先，料倉(cāng)內(nèi)部的攪拌裝置啟動(dòng)，漿液全部進(jìn)入到下模的成型模具內(nèi)部，料倉(cāng)退回到原位，之后上模沖壓下模，使得下模的成型模塊完成壓入，之后將上模提起，成型模塊和上模完成分離，傳送裝置將成型模塊輸送離開，完成整體裝置的功能。
圖1 全自動(dòng)切塊成型制磚機(jī)QT6-15結(jié)構(gòu)圖
圖1 全自動(dòng)切塊成型制磚機(jī)QT6-15結(jié)構(gòu)圖
圖2.1 成型裝置的整體結(jié)構(gòu)
2.2 SolidWorks三維軟件簡(jiǎn)介
本項(xiàng)目具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，Solidworks軟件是目前最為流行的機(jī)械工程師建立模型的三維軟件，其以后自身強(qiáng)大的功能及人性化的設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為幫助機(jī)械工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)的最佳工具。SolidWorks公司成立于90年代初期，發(fā)起人是兩個(gè)機(jī)械工程師，他們建立公司的初衷是研發(fā)一款建立實(shí)體模型的單位軟件，幫助機(jī)械工程師解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難題，原始沒(méi)有三維軟件的時(shí)候，機(jī)械工程師進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，都是依靠自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的空間三維想象能力，工作效率低、易出現(xiàn)錯(cuò)誤、入職門檻過(guò)高。當(dāng)這個(gè)軟件研發(fā)出來(lái)后，解決了機(jī)械工程師的難題，正因?yàn)槿绱?，SolidWorks軟件自創(chuàng)辦以來(lái)，得到了迅速發(fā)展，目前已經(jīng)在全球成立了累計(jì)達(dá)到300余家的經(jīng)銷網(wǎng)點(diǎn)，并多次獲得最受機(jī)械工程師最受歡迎軟件稱號(hào)。
2.3整體方案確定
本方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用連續(xù)上料和下料裝置，通過(guò)螺旋輸送機(jī)將需要處理的固相顆粒輸送到成型裝置的分料倉(cāng)內(nèi)。通過(guò)自動(dòng)化的成型裝置，能夠?qū)⒎至蟼}(cāng)內(nèi)部的固相顆粒完成成型，在成型裝置下部布置有輸送帶形式的下料裝置，能夠?qū)⒊尚屯瓿傻墓滔囝w粒成型塊實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸送。上料裝置通過(guò)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行輸送，下料裝置通過(guò)輥輪皮帶完成輸送，實(shí)現(xiàn)整體全自動(dòng)的動(dòng)作，能夠滿足任務(wù)書連續(xù)上料和下料要求。
成型裝置是本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心裝置，包括料倉(cāng)、送料機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)、上模、下模等多個(gè)組件。這些注漿組合在一起，根據(jù)這些組件的結(jié)構(gòu)要求，用三維軟件對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維造型，首先在零件操作中，根據(jù)各零件的實(shí)體尺寸建立零件，世界上面的發(fā)達(dá)國(guó)家在應(yīng)用千斤頂上面可以說(shuō)是有獨(dú)特的技術(shù)，它是20實(shí)際初進(jìn)行發(fā)展成熟起來(lái)的，當(dāng)時(shí)是應(yīng)用在抗腐蝕性能方面需要有很多的技術(shù)，同時(shí)也要根據(jù)實(shí)際的使用情況進(jìn)行實(shí)際的結(jié)構(gòu)更正，為了廣泛的應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中，它的設(shè)計(jì)考慮的更加周全，可以不斷的改進(jìn)，人們的需求也變得依賴，慢慢的就走進(jìn)人們的生活中。
圖2.2整體結(jié)構(gòu)正視圖
圖2.3整體結(jié)構(gòu)后視圖
2.4機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
成型裝置的使用過(guò)程中，會(huì)通過(guò)油缸的作用力，對(duì)固相顆粒產(chǎn)生較大的加壓沖模力和拔模力，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成型裝置的最大壓制力125KN、最大頂出力15KN、活動(dòng)梁行程580mm。機(jī)架的受力情況較為嚴(yán)苛，一般機(jī)架需要能夠保證在壓制力作用下不發(fā)生變形和疲勞損壞，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，壓制力為125KN，壓制力較大，需要采用4立柱形式能夠滿足要求。機(jī)架在設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)架的穩(wěn)定性和強(qiáng)度是直接關(guān)系到泥漿液固相顆粒成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素，由于固相顆粒在沖制過(guò)程中的形狀的尺寸并不均勻，進(jìn)而會(huì)造成產(chǎn)生較不均勻的沖制力，需要采用理論力學(xué)分析方法，對(duì)機(jī)架的受力情況進(jìn)行分析，并保證一定的安全系數(shù)。
現(xiàn)在，固相顆粒沖壓成型的裝置一般分為套筒型和梁柱型兩種結(jié)構(gòu)形式。套筒型由橫梁、滑動(dòng)導(dǎo)柱、滑套等部件組成，在裝配過(guò)程中，拉桿是需要采用專用設(shè)備對(duì)其施加一定的拉應(yīng)力，這樣能夠保證框架受到的應(yīng)力相互抵消，整體受力性能更好，套筒型適用于大型化的成型機(jī)，沖壓力一般大于1000噸。梁柱型是采用動(dòng)梁直接在立柱上面滑動(dòng)，并沒(méi)有導(dǎo)套在立柱上面轉(zhuǎn)接，整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，同時(shí)，安裝工藝更為方面，適用于中小型成型機(jī)的安裝和設(shè)計(jì)。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的壓膜力為125KN，總體的壓力并不大，所以選用梁柱型成型機(jī)，整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，能夠保證項(xiàng)目的高效進(jìn)行。
圖2.4套筒型和梁柱型成型裝置結(jié)構(gòu)圖
2.5傳送裝置設(shè)計(jì)方案
本方案采用帶式輸送結(jié)構(gòu)，由輥軸、軸承、軸承座、軸承端蓋及皮帶組成，輥軸通過(guò)兩側(cè)端軸和蓋板、滾筒焊接制成，焊后對(duì)其進(jìn)行焊后加工，保證兩側(cè)端軸的同軸度。在動(dòng)力的分配上，壓力機(jī)的每次行程都需要進(jìn)行動(dòng)力的分配，以此來(lái)保證每次的工作結(jié)果是一致的，在不同的等級(jí)中，它的行程次數(shù)是不一樣的，在行程的次數(shù)較低的情況下，它的速度比值也就越大，這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)就松散。曲軸是整個(gè)壓力機(jī)的工作部件，它受到整體的工作力，是一個(gè)重要的核心部件，低它的分析計(jì)算是很重要的步驟，這種計(jì)算會(huì)讓設(shè)備的實(shí)際使用更穩(wěn)定。其主要計(jì)算S-曲線的繪制，滑塊速度的計(jì)算，曲軸公稱轉(zhuǎn)角的計(jì)算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強(qiáng)度的計(jì)算。
螺旋軸軸頸的計(jì)算：螺旋軸徑與物料的輸送速度有關(guān)，在對(duì)軸徑進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)該考慮到螺旋葉片所受的載荷大小，根據(jù)螺旋葉片的升角來(lái)確定軸徑的大小，在對(duì)其進(jìn)行整體的計(jì)算式一定要減小誤差，以免誤差積累過(guò)大造成計(jì)算錯(cuò)誤，而物料的運(yùn)動(dòng)又會(huì)受到螺旋升角的影響，影刺應(yīng)該從多個(gè)角度對(duì)螺旋升角進(jìn)行分析。
在對(duì)軸徑進(jìn)行計(jì)算時(shí)，螺旋面與物料一定把摩擦關(guān)系想進(jìn)去因此，在可靠的螺旋的日記，我們應(yīng)該在充分之間的摩擦表面和材料的分配，以及每個(gè)組件的速度的材料，主要是他們之間的聯(lián)系，無(wú)料與葉片之間的鄉(xiāng)對(duì)速度以及物料在葉片上的分布量，用來(lái)決定螺距與軸頸兩者之間的距離。
2.6蝸輪蝸桿減速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中不可缺少的就是金星一個(gè)蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)的計(jì)算，它是整體傳動(dòng)的重要主城部分，它是和曲軸進(jìn)行相連接的，承受了一個(gè)比較大的扭力情況，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，它需要進(jìn)行反復(fù)的不斷金星上下的運(yùn)動(dòng)，是不可或缺一部分，但技術(shù)相對(duì)落后，一些場(chǎng)合被這些技術(shù)所替代，蝸輪減速器的特點(diǎn)較為明顯，減速比高，標(biāo)準(zhǔn)型蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速器能夠達(dá)到減速比63，同時(shí)蝸輪蝸桿減速器兩個(gè)軸都是垂直布置，蝸輪蝸桿減速器的傳遞效率較低，國(guó)產(chǎn)的蝸輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比約為65%。
本方案設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿減速器采用蝸桿輸入，蝸輪輸出的方式，整體外殼材質(zhì)為Q235，蝸桿的材質(zhì)是45#鋼，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，蝸桿的兩端通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承拖起，根據(jù)蝸桿尺寸，選取標(biāo)準(zhǔn)的深溝球軸承進(jìn)行配合，蝸輪的兩端也是通過(guò)深溝球軸承對(duì)其實(shí)現(xiàn)對(duì)中和固定，蝸輪為實(shí)現(xiàn)減重，在其圓周方向上鉆幾個(gè)減重孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)其減重。殼體分為上殼體和下殼體兩部分，上下殼體通過(guò)螺栓連接實(shí)現(xiàn)固定。在蝸輪上方鉆有注油孔，可以在注油孔中加入潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油主要是由潤(rùn)滑和冷卻兩個(gè)功能，使得蝸輪蝸桿運(yùn)動(dòng)副在良好的工作條件下實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖2.5蝸輪蝸桿減速箱結(jié)構(gòu)圖
第三章輸送傳動(dòng)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)
3.1減速器現(xiàn)狀簡(jiǎn)介
3.1.1行星減速器
這種減速器的好處是可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行數(shù)量的疊加，然后得到一個(gè)大的工作功率，這個(gè)減速器的工作原理就是利用太陽(yáng)輪進(jìn)行一個(gè)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)，然后通過(guò)一定扭矩轉(zhuǎn)化，得到的最終效果，他一般組成的數(shù)量是3個(gè)，可以從不同的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，所得到的產(chǎn)品可以有不同的輸出功。
行星減速器是在上世紀(jì)80年代被美國(guó)公司首先研發(fā)出來(lái)，之后經(jīng)過(guò)的多年的發(fā)展改進(jìn)，目前，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，行星減速器最大的優(yōu)點(diǎn)是作為一個(gè)普遍在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的行星減速器，其性能能夠達(dá)到其他種類減速器軍品級(jí)別的性能要求，而其價(jià)格也比其他那種軍品類減速器低廉很多，所以在其性能得到完善之后，迅速得到了廣泛的應(yīng)用。
3.1.2擺線針輪減速器
這個(gè)減速器的工作原理是通過(guò)不同的內(nèi)外圓進(jìn)行一個(gè)偏心的運(yùn)動(dòng)，從而形成一個(gè)不能的速度差，利用齒輪大小的不同達(dá)到減速的效果，通過(guò)一個(gè)齒輪進(jìn)行一個(gè)速度的傳遞工作，這個(gè)整體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是突破以往的認(rèn)知的，是一個(gè)有穿衣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。利用KVH技術(shù)進(jìn)行的一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)部件。目前，擺線針輪減速機(jī)已經(jīng)廣泛用于建筑、化工、市政等各種機(jī)械上，其采用的是類似于行星齒輪傳動(dòng)的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)輪、偏心軸、執(zhí)行輪等幾個(gè)部分，采用巧妙的設(shè)計(jì)將其結(jié)合在一起，并且執(zhí)行輪比外面的針輪齒圈少一個(gè)齒，利用差齒配合傳動(dòng)原理，在驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)候，執(zhí)行輪只轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)齒，通過(guò)這種運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了大幅減速的目的。擺線針輪減速機(jī)自從面世以來(lái)，就收到了各行各業(yè)設(shè)備的青睞，這是以后幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.大減速比：目前擺線針輪減速機(jī)的最大減速比能夠做到87，僅次于諧波齒輪結(jié)構(gòu)，是目前單級(jí)減速比較大的減速機(jī)；2.結(jié)構(gòu)緊湊，由于擺線針輪減速機(jī)的輸出軸和輸入軸的同軸性，整體結(jié)構(gòu)緊湊，能夠滿足各種狹小空間的使用要求；3.運(yùn)行平穩(wěn)，嚙合機(jī)構(gòu)是整個(gè)機(jī)構(gòu)完整受力，受力性能優(yōu)良，力學(xué)性能好，使用可靠性高。
3.1.3蝸輪蝸桿減速器
目前流行的使用還有很多的蝸桿這類的減速器，這樣的傳動(dòng)的減速結(jié)構(gòu)可以有一個(gè)穩(wěn)定的性能，在使用的過(guò)程中，它的匹配性能好，技術(shù)成熟但是由于發(fā)明使用的時(shí)間較遠(yuǎn)，慢慢的被新興的技術(shù)所取代。但技術(shù)相對(duì)落后，一些場(chǎng)合被這些技術(shù)所替代，蝸輪減速器的特點(diǎn)較為明顯，減速比高，標(biāo)準(zhǔn)型蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速器能夠達(dá)到減速比63，這樣的效率和它的裝配結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。
3.1.4齒輪減速器
這是一種使用很早的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它可以有不同的組成形式，然后得到不同的工作效果，這樣的方法簡(jiǎn)單使用，穩(wěn)定的輸出可以使設(shè)備的運(yùn)行可靠，是目前應(yīng)用還是廣泛的機(jī)械部件。它通過(guò)不同齒輪之間傳遞達(dá)到一個(gè)扭矩的傳遞工作，然后通過(guò)它的不同齒輪構(gòu)造，行程不同功能的齒輪減速器。這兩種減速器的最大區(qū)別在于兩個(gè)軸是否在一個(gè)平面上，但一般軸線并不相同，根據(jù)客戶的定制要求，也可以做成同軸線的圓柱齒輪減速器，圓錐齒輪減速器采用兩個(gè)圓錐齒輪相互嚙合，其輸入軸和輸出軸并不在一個(gè)截面上，兩個(gè)軸相互垂直，所以主要用于需要改變兩個(gè)軸方向的場(chǎng)合。在1990年以后，以SEW為代表的一批國(guó)際巨頭齒輪企業(yè)進(jìn)軍到中國(guó)市場(chǎng)，我國(guó)上千家齒輪減速箱生產(chǎn)企業(yè)，但我國(guó)的齒輪減速箱企業(yè)還處于低端，一部分企業(yè)在按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，剩下的企業(yè)則在模仿國(guó)外的頂尖企業(yè)在生產(chǎn)相同規(guī)格的減速箱，并沒(méi)有自己的核心技術(shù)。
在兩個(gè)軸之間可以采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，能夠極大地節(jié)約空間；工作可靠、壽命長(zhǎng)：齒輪結(jié)構(gòu)是采用多個(gè)輪齒交替嚙合完成動(dòng)力傳遞的情況，在載荷設(shè)計(jì)合理的前提下，整體工作較為平穩(wěn)，使用壽命可靠，一般使用壽命能夠達(dá)到20年左右，穩(wěn)定的可靠性能夠保證系統(tǒng)性能，在維護(hù)性不好的場(chǎng)所，這點(diǎn)事很關(guān)鍵的，因此齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在煤礦、航空領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用；傳動(dòng)比穩(wěn)定：齒輪采用嚙合原理，它在一定的情況可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)很好的輸出環(huán)境，穩(wěn)定性能好適合不同的工做場(chǎng)合需求，是目前較為流行的一種傳第設(shè)備。
3.1.5帶傳動(dòng)減速器
帶傳動(dòng)是采用摩擦傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)主要是由三部分組成，皮帶、大皮帶輪和小皮帶輪，大皮帶輪一般都固定于低速輸出端，小皮帶輪一般固定于高速輸入端，通過(guò)兩個(gè)皮帶輪尺寸的不同，由于皮帶運(yùn)動(dòng)的速度是等于兩個(gè)皮帶輪圓周的線速度。
同步帶傳動(dòng)，是一種嚙合式的傳動(dòng)方式，他是利用皮帶和帶輪做出類似于齒輪的輪齒，利用皮帶和帶輪嚙合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的帶傳動(dòng)，它客服傳統(tǒng)帶傳統(tǒng)的傳動(dòng)比準(zhǔn)確率低的問(wèn)題，這種同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠保持穩(wěn)定的傳動(dòng)比，不會(huì)造成滾輪產(chǎn)生滑動(dòng)等，將帶輪的優(yōu)點(diǎn)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)兩個(gè)皮帶輪，同時(shí)，同步帶傳動(dòng)的皮帶是采用氟丁橡膠及其他相似橡膠材料制作而成，有著良好的延展性，并適應(yīng)高速端運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，帶傳動(dòng)一般都接在電機(jī)的高速端，作為電機(jī)的首次減速裝置，同步帶的減速比最大可以做到10，整體傳送效率也較高，傳動(dòng)的噪聲較小，由于皮帶是較軟材料，所以能夠有效地減小傳遞噪聲，遠(yuǎn)小于齒輪、鏈傳動(dòng)。但是同步帶對(duì)安裝精度要求極高，由于皮帶輪兩個(gè)輪需要和皮帶的齒完全嚙合上，所以對(duì)安裝精度要求特別高。
3.2電動(dòng)機(jī)選擇
計(jì)算傳輸帶運(yùn)輸功率，由于傳送帶上最大的載物為40塊磚，每塊磚的重量為3kg，傳送帶的總重為120kg，傳送帶和磚板的摩擦系數(shù)為0.2,輸送帶最快速度為3m/s，因此，能夠計(jì)算傳送帶電動(dòng)機(jī)輸出功率
P=GμV=720W
電動(dòng)機(jī)是是提升車輛的工作母機(jī)，其提供能量驅(qū)動(dòng)各個(gè)傳動(dòng)帶完成平板的輸送工作，本方案的設(shè)計(jì)輸送平板的所需的功率最大為720W，因此，對(duì)本方案的電機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。
本項(xiàng)目的減速器,采用1級(jí)減速，蝸輪蝸桿減速的效率初選為0.7，傳動(dòng)滾輪的效率為0.89，聯(lián)軸器的傳遞功率為0.99，因此計(jì)算電機(jī)的輸入功率P輸入
查表，考慮到驅(qū)動(dòng)還存在一定的損耗，并留有一定的安全系數(shù)，故選擇1臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z4-100-1，功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為955r/min。
3.3聯(lián)軸器設(shè)計(jì)計(jì)算
聯(lián)軸器在實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備中起到了連接各軸徑的作用，同時(shí)也傳遞軸的轉(zhuǎn)矩，為保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，聯(lián)軸器強(qiáng)度設(shè)計(jì)的合理性尤為關(guān)鍵。
電機(jī)輸出功率為1.5kw，采用多級(jí)轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)，減速比最大為60，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為15r/min，針對(duì)這種情況，對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
軸所承受的最大扭矩為：
聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計(jì)算：
式中，----載荷系數(shù)，按下表查得，取=1.1。
表3-1 載荷系數(shù)表
載荷性質(zhì)
無(wú)沖擊平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)
一般運(yùn)動(dòng)
有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)
1～1.2
1.2～1.5
1.5～2.5
----硬度系數(shù)，按下表查得，取=1.0。
表3-2 硬度系數(shù)表
滾道實(shí)際硬度HRC
≥58
55
50
45
40
1.0
1.11
1.56
2.4
3.85
----精度系數(shù)，按下表查得，取=1.0。
表3-3 精度系數(shù)表
精度系數(shù)
C、D
E、F
G
H
1.0
1.1
1.25
1.43
因此，計(jì)算得出，聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩為1194N.M。選取聯(lián)軸節(jié)時(shí)，需選取公稱轉(zhuǎn)矩大于實(shí)際工作轉(zhuǎn)矩的聯(lián)軸節(jié)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，查表得出，選取公稱轉(zhuǎn)矩為1200N.M的彈性聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器是在平時(shí)應(yīng)用較多的一種聯(lián)軸器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，整體性能可靠，易拆裝，易維護(hù)等多方面優(yōu)點(diǎn)。
3.4總傳動(dòng)比及其分配
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的滾輪的轉(zhuǎn)速為29r/min,由于選取電機(jī)轉(zhuǎn)速為955r/min，計(jì)算總傳動(dòng)比為
整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)減速過(guò)程，且總的傳動(dòng)比比較大，本方案采用一級(jí)蝸輪蝸桿減速，蝸輪蝸桿減速，傳動(dòng)功率為33，能夠滿足使用要求。
3.5蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.5.1蝸桿功率與材料的選擇
蝸桿的輸入功率
式中，—軸承的傳動(dòng)功率，；—聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率，。
由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為955r/min，擺線針輪減速比為35，計(jì)算蝸桿的轉(zhuǎn)速
n2=n1i1=95533=28.9r/min
根據(jù)蝸桿輸入功率及轉(zhuǎn)速，選取蝸桿材料為45鋼，表面高頻淬火，硬度為45~55HRC；蝸輪齒圈材料采用ZCuSn10P1，金屬模鑄造，內(nèi)圈采用45鋼制成。
3.5.2主要參數(shù)計(jì)算
根據(jù)傳動(dòng)比，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12-2，取，采用蝸輪的工作轉(zhuǎn)矩進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，則
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12-5得基本許用接觸應(yīng)力，設(shè)計(jì)使用期限為10年（=24000h），則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
進(jìn)而計(jì)算壽命系數(shù)
計(jì)算許用應(yīng)力
由于是鋼蝸桿與銅蝸輪配對(duì)使用，故=160。
根據(jù)蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而確定蝸輪及蝸桿的主要參數(shù)，各參數(shù)如下表所示。
表3-1蝸輪及蝸桿的主要尺寸參數(shù)表
名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及結(jié)果 mm
中心距
a
a=245
蝸桿軸向模數(shù)
m
m=10
蝸桿頭數(shù)
Z1
Z1=1
蝸輪齒數(shù)
Z2
Z2=i×Z1=33
傳動(dòng)比
i
i=33
蝸桿直徑系數(shù)
q
16
齒頂高系數(shù)
ha*
ha*=1
蝸桿軸向齒距
Px
Px =π×m=31.41
蝸桿導(dǎo)程
Pz
Pz= Z1×Px =31.41
蝸桿軸截面齒廓壓力角
α
α=20°
間隙
C
C=（0.2~0.3）m，取C=1.5
蝸桿齒頂高
ha1
ha1= ha*×m=10
蝸桿齒根高
蝸桿齒高
=+=21.5
蝸桿分度圓直徑
蝸桿齒頂圓直徑
蝸桿齒根圓直徑
蝸輪分度圓直徑
=*m=330
3.5.3蝸輪蝸桿強(qiáng)度校核
蝸桿材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，蝸桿的屈服硬度σ為590MPa，安全系數(shù)取，計(jì)算許用屈服強(qiáng)度
[σ]==590/2=295Mpa
蝸桿最小軸徑可根據(jù)蝸桿所受的扭矩進(jìn)行校核計(jì)算，蝸輪的工作扭矩為，蝸桿為單頭，故，設(shè)蝸桿的工作扭矩為,則
故，滿足設(shè)計(jì)使用要求。
第四章壓緊油缸安裝板強(qiáng)度校核
本文根據(jù)泥漿固相顆粒成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)壓緊油缸安裝板強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最大壓制力125KN，本文采用兩個(gè)壓緊油缸完成壓緊動(dòng)作，每個(gè)壓力為62.5KN，安裝板總長(zhǎng)為870mm，兩個(gè)壓緊油缸的距離為400mm，壓緊油缸呈橫向排列，安裝板的材料選用Q235，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖4.1 整體結(jié)構(gòu)圖
4.1安裝板受力模型簡(jiǎn)化
對(duì)某一個(gè)平板的作用力一般能夠分為以下兩種：1）作用力集中與一點(diǎn)：因?yàn)槔碚撋喜⒉粫?huì)出現(xiàn)在某一點(diǎn)施加作用力的情況，但是在某一個(gè)工作狀況下，如果作用物體施加力的作用范圍和被作用物體相比很小時(shí)，我們就可以簡(jiǎn)化成這個(gè)模型進(jìn)行分析；2）作用力均布在一個(gè)表面：還有一種受力情況是作用的物體施加力的作用面和被作用物體的表面相比并不是很小時(shí)，我們就可以考慮將這種受力方式作為作用力均勻施加在一個(gè)表面的作用方式。由于本文分析安裝板受力，是將作用力主要作用在一個(gè)很小的范圍上，所以，我們利用作用力為2點(diǎn)施加表面的這個(gè)模型對(duì)箱體的底板進(jìn)行分析。
圖4-1簡(jiǎn)支梁載荷
安裝板受到中部的壓力和兩側(cè)的支撐力，但由于受力面積最小，對(duì)安裝板進(jìn)行強(qiáng)度校核，可以考慮將安裝板簡(jiǎn)化成梁機(jī)構(gòu)。
分析梁結(jié)構(gòu)的受力情況，也需要將梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為較為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的模型，進(jìn)而進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，梁結(jié)構(gòu)通用的力學(xué)分析模型有以下幾種形式：1）兩邊支撐形式；2）一端和中心有支撐；3）在一段有支撐。箱體底板兩端和側(cè)板焊接制成，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以考慮采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)對(duì)本方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖4-2不同支撐方式示意圖
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，兩個(gè)油缸總共的壓力為125KN，每個(gè)壓力為62.5KN，安裝板總長(zhǎng)為870mm，兩個(gè)壓緊油缸的距離為400mm，安裝板兩端和框架焊接，對(duì)其進(jìn)行受力模型簡(jiǎn)化為下圖所示。
圖4.3安裝板載荷分布圖
進(jìn)而，根據(jù)受力情況，對(duì)梁進(jìn)行受力分析，如下圖所示。
根據(jù)力學(xué)受力平衡計(jì)算得出：
且F1+F2=125kn解得
F1=62.5kN F2=62.5kN
按照理論力學(xué)所學(xué)理論可知，材料的危險(xiǎn)截面處應(yīng)力最大，因而對(duì)截面I、進(jìn)行力學(xué)分析，如下圖所示。
圖4.4各截面彎矩圖
對(duì)截面I進(jìn)行受力分析，得出：
M1=F1*a=17.5Kn.M
4.2安裝板力學(xué)強(qiáng)度校核
安裝板的材料為厚度為10mm的Q235，是一種較為常見(jiàn)的鋼板材質(zhì)，其具有良好的力學(xué)性能和韌性，而且其價(jià)格低廉，是目前市場(chǎng)上采購(gòu)量最大的一種金屬原材料，根據(jù)材料力學(xué)手冊(cè)可以得出，當(dāng)T≤200°C，板厚e≤16mm時(shí)[]=130MPa。
抗彎截面系數(shù)=（BH3－bh3）/6H
初選H1=380mm B1=240mm
圖4.6梁的截面圖
故h1=360mm，b1=220mm
1=（0.24×0.383－0.22×0.363）/（6×0.383）=1.27×10-3m3
計(jì)算安裝板的彎曲應(yīng)力
1=M1/=13.8MPa
由于安裝板的材料為Q235，其許用強(qiáng)度為130MPa，許用強(qiáng)度大于實(shí)際受力，因此故強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
4.3油缸強(qiáng)度校核
4.3.1壓緊油缸強(qiáng)度校核
（1）壁厚校核 根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算
式中D為內(nèi)徑；為壓力，當(dāng)時(shí)取 ； ， 為抗拉強(qiáng)度，為安全系統(tǒng)，一般取 。
設(shè)計(jì)壓力為20MPa，缸筒內(nèi)徑為63mm，抗拉強(qiáng)度為1080MPa，因此，能夠計(jì)算壁厚為3.64mm，取壁厚為5mm，滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)活塞桿直徑校核
設(shè)計(jì)推力為62.5Kn,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出d>10.16mm，取d為12mm，能夠滿足要求。
4.3.2送料油缸強(qiáng)度校核
（1）壁厚校核
式中D為內(nèi)徑；為壓力，當(dāng)時(shí)取 ； ， 為抗拉強(qiáng)度，為安全系統(tǒng)，一般取 。
設(shè)計(jì)壓力為20MPa，缸筒內(nèi)徑為50mm，抗拉強(qiáng)度為1080MPa，因此，能夠計(jì)算壁厚為2.89mm，取壁厚為5mm，滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)活塞桿直徑校核
設(shè)計(jì)推力為39.25Kn,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出d>8.04mm，取d為100mm，能夠滿足要求。
4.3.3頂出油缸強(qiáng)度校核
（1）壁厚校核 根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算
式中D為內(nèi)徑；為壓力，當(dāng)時(shí)取 ； ， 為抗拉強(qiáng)度，為安全系統(tǒng)，一般取 。
設(shè)計(jì)壓力為20MPa，缸筒內(nèi)徑為80mm，抗拉強(qiáng)度為1080MPa，因此，能夠計(jì)算壁厚為4.63mm，取壁厚為6mm，滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)活塞桿直徑校核
設(shè)計(jì)推力為100Kn,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出d>12.85mm，取d為15mm，能夠滿足要求。
第五章上模板有限元分析
5.1有限元法簡(jiǎn)介
有限元法（FEA,Finite Element Analysis）在使用過(guò)程中利用思想的轉(zhuǎn)變將問(wèn)題進(jìn)行解析，用簡(jiǎn)單明了的辦法將復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后在將問(wèn)題的結(jié)構(gòu)求出。這種方法是將整個(gè)的進(jìn)行一個(gè)分割，然后從分割出來(lái)的部分進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，利用合適的方法進(jìn)行一個(gè)解答，將每一個(gè)部分都進(jìn)行了解答以后。這樣可以提高我們?cè)谑褂眠^(guò)程中，方法的利用，提高整體的效率，現(xiàn)階段的智能變得越來(lái)越重要，這種分格子的辦法也是為了可以高效的和問(wèn)題進(jìn)行一個(gè)聯(lián)系，選擇用更好的辦法進(jìn)行一些類的分析方式。因?yàn)閷?shí)際過(guò)程中，會(huì)有很多的因素去影響這個(gè)解析的結(jié)果，這個(gè)只能作為一個(gè)參考進(jìn)行運(yùn)用，不能作為一個(gè)絕對(duì)的值。為了可以更好的將其解析結(jié)果精確，我們要把問(wèn)題分析的更加的透徹，這樣的計(jì)算才能適應(yīng)更多的情況，有限元的分析方法可以達(dá)到一個(gè)很高的精度進(jìn)行分析，這是這個(gè)方法的好處，也是幕墻比較流行的一種的分析方法。
5.1.1有限元法發(fā)展歷史
這種分析的方式在以前就被人發(fā)現(xiàn)并且使用了，它的發(fā)展時(shí)間還是較短的，它是根據(jù)矩陣的方式的得到發(fā)展，在20世紀(jì)50年代的時(shí)候，根據(jù)復(fù)雜桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了這個(gè)方法的快速發(fā)展。這種方法是將整個(gè)的進(jìn)行一個(gè)分割，然后從分割出來(lái)的部分進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，這樣可以提高我們?cè)谑褂眠^(guò)程中，方法的利用，提高整體的效率，現(xiàn)階段的智能變得越來(lái)越重要，這種分格子的辦法也是為了可以高效的和問(wèn)題進(jìn)行一個(gè)聯(lián)系，選擇用更好的辦法進(jìn)行一些類的分析方式合，這樣就像當(dāng)與將問(wèn)題細(xì)化，足個(gè)突破然后再講其整體的進(jìn)行合并。因?yàn)閷?shí)際過(guò)程中，會(huì)有很多的因素去影響這個(gè)解析的結(jié)果，這個(gè)只能作為一個(gè)參考進(jìn)行運(yùn)用，不能作為一個(gè)絕對(duì)的值。在他整個(gè)的發(fā)展過(guò)程中，不斷的使用一些數(shù)學(xué)方法使其變得完善，他們通過(guò)將一個(gè)整體分割成不同的三角形進(jìn)行分析，使其整體變成了一個(gè)離散體的形式。
5.1.2有限元法計(jì)算過(guò)程
1）對(duì)待問(wèn)題的分析方法定義：利用分析的方法進(jìn)行問(wèn)題的確認(rèn)，在設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，用數(shù)學(xué)的理念進(jìn)行分解，然后在求和；
2）求解的過(guò)程：它給我們進(jìn)行劃分了很多種不同的分析發(fā)方法，他們將這些方法進(jìn)行了網(wǎng)格的劃分，這樣可以提高我們?cè)谑褂眠^(guò)程中，方法的利用，提高整體的效率，現(xiàn)階段的智能變得越來(lái)越重要，這種分格子的辦法也是為了可以高效的和問(wèn)題進(jìn)行一個(gè)聯(lián)系，選擇用更好的辦法進(jìn)行一些類的分析方式；
3）將其控制的方法進(jìn)行確認(rèn)：這種方法的確認(rèn)工作一般都是用數(shù)學(xué)的方式進(jìn)行分析，利用微積分方程進(jìn)行一系列的求解工作，表示一個(gè)單位量的泛函形式。
4）單元推導(dǎo)：通過(guò)數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果在通過(guò)不斷分析確認(rèn)，使其真正的在使用過(guò)程中可以得到一個(gè)穩(wěn)定的形態(tài)，行程一個(gè)矩陣，保證問(wèn)題的可求性能。我們?cè)诮鉀Q這些為上面也要有一定的方式進(jìn)行約束，保證問(wèn)題的解析是合理的存在，保證實(shí)際中的參數(shù)性能可實(shí)行。
5）將分散開的零部件進(jìn)行求解的值進(jìn)行一個(gè)總和，利用離散的方式進(jìn)行一個(gè)矩陣方程的組合，利用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行一個(gè)總結(jié)過(guò)的計(jì)算，這樣通過(guò)計(jì)算出來(lái)的值，是有滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求的，它可以通過(guò)這個(gè)解，來(lái)求得離散區(qū)域的值，將單函數(shù)進(jìn)行一定的連續(xù)性條件。
6）方程組合進(jìn)行求解并分析：進(jìn)行方程組的解，方式有很多。將求的解進(jìn)行一個(gè)取值，將結(jié)果無(wú)限的接近實(shí)際值。通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果的方式，對(duì)求得的解進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，用來(lái)決定它是否滿足實(shí)際的使用要求。
5.1.3有限元法的優(yōu)勢(shì)及軟件
ANSYS軟件同和了很多領(lǐng)域的有限云分析軟件。這個(gè)軟件很強(qiáng)大，在各行各業(yè)都可以使用它進(jìn)行零部件或者這設(shè)計(jì)這個(gè)能提的力學(xué)分析情況，是一個(gè)三維的分析軟件，利用它我們解決很多錯(cuò)誤或者不符合實(shí)際的工藝情況，在本課題中會(huì)涉及到設(shè)計(jì)的零件靜力分析和在模擬裝配后的動(dòng)力學(xué)分析。在應(yīng)用的時(shí)候這個(gè)軟件的應(yīng)用廣，接口廣泛可以和眾多的CAD軟件進(jìn)行匹配連接，進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)交換和共同分享數(shù)據(jù)故在是一塊及CAD/CAM/CAE工能議題畫得的三圍應(yīng)用軟件，在目前的工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用管飯，基本本格相關(guān)的單位都在受用CAD/CAM/CAE這個(gè)軟件在行業(yè)內(nèi)的云刻度是管委認(rèn)知的，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。
1)專用軟件：在高科技的領(lǐng)域下，我們利用一些專用的軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析，這樣的使用可以將我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加滿足實(shí)際的使用性能，這樣突出一些性能指標(biāo)的參數(shù)，可以供自己學(xué)習(xí)進(jìn)步，不斷的進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的改進(jìn)。
2)通用軟件：在使用過(guò)程中利用思想的轉(zhuǎn)變將問(wèn)題進(jìn)行解析，用簡(jiǎn)單明了的辦法將復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后在將問(wèn)題的結(jié)構(gòu)求出。這種方法是將整個(gè)的進(jìn)行一個(gè)分割，然后從分割出來(lái)的部分進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，利用合適的方法進(jìn)行一個(gè)解答，將每一個(gè)部分都進(jìn)行了解答以后，再將其各個(gè)分部分進(jìn)行一個(gè)組合，這樣就像當(dāng)與將問(wèn)題細(xì)化，足個(gè)突破然后再講其整體的進(jìn)行合并。將分散開的零部件進(jìn)行求解的值進(jìn)行一個(gè)總和，利用離散的方式進(jìn)行一個(gè)矩陣方程的組合，利用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行一個(gè)總結(jié)過(guò)的計(jì)算，這樣通過(guò)計(jì)算出來(lái)的值，是有滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求的，它可以通過(guò)這個(gè)解，來(lái)求得離散區(qū)域的值，將單函數(shù)進(jìn)行一定的連續(xù)性條件。因?yàn)閷?shí)際過(guò)程中，會(huì)有很多的因素去影響這個(gè)解析的結(jié)果，這個(gè)只能作為一個(gè)參考進(jìn)行運(yùn)用，不能作為一個(gè)絕對(duì)的值。
5.2建立的有限元模型
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的幾何造型軟件主要有Pro/E、CATIA、SolidWorks等。其中SolidWork是一款能力交強(qiáng)大的軟件，它可以進(jìn)行很多東西的處理，是一個(gè)功能強(qiáng)大的三維軟件，它在現(xiàn)今的社會(huì)中有很多的使用人卻，本次的設(shè)計(jì)中，三維圖的繪制工作，就是利用這個(gè)軟件進(jìn)行構(gòu)圖分析的，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如下面的圖展示。
圖5.1吊具有限元模型
1)定義材料屬性
材料屬性是與幾何模型相關(guān)的本質(zhì)屬性，對(duì)于本文的吊具，只是一種材料 Q235 鋼，需要定義楊氏模量、密度和泊松比，數(shù)值如下表所示。
表5.1吊具材質(zhì)屬性
楊氏模量（Pa）
密度（kg/m3）
泊松比
2E+11
7800
0.3
2) 劃分網(wǎng)格
ANSYS它給我們進(jìn)行劃分了很多種不同的分析發(fā)方法，他們將這些方法進(jìn)行了網(wǎng)格的劃分，這樣可以提高我們?cè)谑褂眠^(guò)程中，方法的利用，提高整體的效率，現(xiàn)階段的智能變得越來(lái)越重要，這種分格子的辦法也是為了可以高效的和問(wèn)題進(jìn)行一個(gè)聯(lián)系，選擇用更好的辦法進(jìn)行一些類的分析方式。它利用了幾何圖形的曲率以及線與線的接近程度自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,將這正劃分的方式進(jìn)行了一個(gè)定級(jí)的辦法，將細(xì)節(jié)上更加的明細(xì)了，使用不會(huì)因?yàn)橐獎(jiǎng)澐志唧w的事項(xiàng)而浪費(fèi)時(shí)間，這樣可以提高我們的工作效率,最低劃分級(jí)別為8級(jí)，共劃分74988個(gè)單元，131607個(gè)節(jié)點(diǎn)，如下圖所示。
圖5.2上模具網(wǎng)格模型
3）施加約束和載荷
根據(jù)任務(wù)要求，壓制力為125000N，忽略上模板受力不均等情況，在上模板施加125000N，載荷性質(zhì)為force，考慮到上模板的實(shí)際受力情況，在上模板下端設(shè)置為固定約束點(diǎn)，載荷情況如下圖所示。
圖5.3吊具載荷模型
5.3受力分析結(jié)果
這是通過(guò)人利用軟件的計(jì)算功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的事例，我們用ANSYS這個(gè)軟件本身帶的強(qiáng)度處理分析功能，對(duì)整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，看看他的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中，可以承受多大的能力。通過(guò)不同的系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析工作。將不同的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，然后分析出最貼近實(shí)際的結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用。
通過(guò)載荷受力圖能夠看出，上模大部分部位的應(yīng)力都較小，約為5MPa，遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，在上模兩邊和底端支撐角鋼處為受力集中地帶，受力最大點(diǎn)為53MPa，由于材料的材質(zhì)為Q235，屈服極限為235MPa，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上模結(jié)構(gòu)須進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等計(jì)算，吊具強(qiáng)度能夠滿足使用要求，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理。
圖5.4吊具應(yīng)力模型圖
通過(guò)上模變形圖可以看出，由于下端處是固定端，下端處無(wú)變形，上端兩側(cè)受到壓力導(dǎo)致變形最大，最大的變形值為0.1mm，其他部分變形逐漸減小，由于上模的受力未超過(guò)屈服極限，所以上模的變形還處于彈性變形的范圍內(nèi)，能夠滿足成型裝置的使用要求。
圖5.5吊具變形圖
結(jié)論
本文以泥漿輸送及成型裝置為研究對(duì)象，采用螺旋送料等關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)⒖焖佥斔蜋C(jī)成型，泥漿輸送及成型裝置能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，將工人從枯燥、繁瑣的泥漿處理工作中解放出來(lái)，改善鉆探企業(yè)的作業(yè)環(huán)境，本文所做工作如下：
（1）本文針對(duì)泥漿輸送及成型裝置的發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行研究，采用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其關(guān)鍵組成部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、支撐殼體及立柱等結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具有可行性；
（2）對(duì)泥漿輸送裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，圈定采用電機(jī)型號(hào)Z4-100，并確定采用蝸輪蝸桿減速器結(jié)構(gòu)，減速比為33，對(duì)蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)；
（3）采用有限元分析方法，對(duì)成型裝置的上模結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，確定整體結(jié)構(gòu)的合理性。
參考文獻(xiàn)
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