加工中心用平網式紙帶過濾機設計含6張CAD圖-獨家.zip,加工,中心,用平網式,紙帶,過濾機,設計,CAD,獨家
加工中心用平網式紙帶過濾機設計
摘要
紙帶過濾機，用于金屬磨削加工或其它加工中的冷卻液過濾，也適用于毛胚零件清洗系統(tǒng)的清洗液、工業(yè)用水、有機溶液及其他溶液中雜質的清除。
本文根據分析設計了一款加工中心平網紙帶過濾機，根據所確立基本原理和技術指標進行了高效平網紙帶過濾機的總體設計，描述了其過濾過程。接著對每個功能模塊進行了設計，確定了基本部件的選用，確定了幾大功能部件。
本文利用SOLIDWORKS軟件完成平網紙帶過濾機的液箱的圖，同時利用AUTOCAD軟件完成平網紙帶過濾機整體的工程圖的繪制。
關鍵詞：平網紙帶過濾機；結構設計；工程圖
Abstract
Filterpapertape,formetalgrinding,orothercoolingfluidintheprocessoffiltering,canalsobeappliedtowoolembryopartscleaningsystemofthecleaningfluid,industrialwater,organicsolventsandotherimpuritiesremovalinthesolution.
Basedontheanalysisanddesignwithaflatscreenpaperfilterprocessingcenter,accordingtothebasicprincipleandtechnicalindexwasestablishedforhighefficiencyfilterflatscreenpaperoveralldesign,describesthefilteringprocess.Thenhascarriedonthedesignofeachfunctionmodule,determinetheselectionofbasiccomponents,anddeterminethefunctionofafewbigparts.
Inthispaper,byusingSOLIDWORKSsoftwaretocompletetheflatscreentapefiltertankfigure,atthesametimeusingAUTOCADompletedfilter3dmodelingandfiniteelementanalysisofdrivenshaft.
Keywords:flatscreenfilterpapertape;Structuredesign;Thefiniteelementanalysis
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 II
第一章 緒論 4
1.1研究背景及意義 4
1.2 目前常見切屑液分離裝置及過濾裝置 4
1.2.1 分離裝置： 4
1.2.2 過濾裝置 7
1.3本文的研究內容 11
第二章 過濾機構的設計計算 12
2.1 電機的選擇 12
2.1.1計算運輸機主軸的轉速和功率 12
2.1.2電動機的功率 12
2.1.3 選擇電動機的型號 13
2.2減速機的選擇計算 13
2.2.1分配傳動比 13
2.2.2選擇減速機的型號 13
2.3軸的設計 13
2.3.1主傳動軸的設計 13
2.3.3 從動軸的設計 16
2.4帶座軸承的選擇與壽命計算 17
2.4.1主動軸方形帶座軸承的選擇與壽命計算 17
2.4.2 從動軸帶滑塊座軸承選擇與壽命計算 18
2.5鍵聯(lián)接的選擇和驗算 18
2.5.1 從動輪和主動輪鍵聯(lián)接 18
第三章 平網紙帶過濾機液箱三維建模的設計 20
3.1 Solidworks軟件簡介 20
3.2零件建模 22
3.2.1液箱三維建模的形成 22
3.2.1TOOLBOX運用 22
3.3零件裝配 23
3.4三維向二維的轉換 24
3.5本章小結 24
結論與展望 25
結論 25
展望 25
參考文獻 26
致謝 27
III
第一章 緒論
1.1研究背景及意義
過濾機自18世紀末首次在歐洲用乎工業(yè)生產以來，它已在許多領域得到廣泛應用隨著工業(yè)的發(fā)展和社會的進步，近年來迫切要求節(jié)省能源、有效地利用資源及環(huán)境保護。逸就使過濾機的應用顯得更為重要。根據對歐國的調查表明，1980到1989年這十年同它們的過濾機和離心機的增長率和總產值分別為42和52．83億美元。其中對過濾機需求量增加較快的領域有：煤炭、酒精、上下水道發(fā)酵工業(yè)和蛋白的提取、廢棄物的回收和再利用。然而，需要過濾的物料多數是難過濾的，處理量的變動也很大，所以迫切要求開發(fā)高性能的過濾設備以適應逸一情況。
裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發(fā)展高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如：信息技術及其產業(yè)，生物技術及其產業(yè)，航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。制造技術和裝備是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術則是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。
隨著科技的飛速進步，全自動平網紙帶過濾機也逐步推向市場，這種全自動高效平網紙帶過濾機將盡可能提高過濾精度，不僅能節(jié)約成本，又能提高效率和生產質量，進而提高市場競爭力。
1.2 目前常見切屑液分離裝置及過濾裝置
對切削液的過濾凈化大致可以分為過濾和分離兩大類，但在實際生產中常將他們結合使用。
1.2.1 分離裝置：
1） 沉淀箱 在沉淀箱內設有隔除懸浮污物和浮油的分離擋板和隔板，切屑和固體污物則沉淀于箱底。經沉淀和隔離浮懸物和浮油的凈化液，流過隔板上方流入沉淀箱的凈液存儲部分。這種裝置適用于凈化各種切削液的切屑和磨屑，特別適應切屑大和比重大的切屑分離。另一種沉淀箱，它帶有刮板鏈，可將沉淀于箱底的細切屑和固體污物刮出箱外，落入污物箱。它適合于水基切削液的集中冷卻系統(tǒng)，特別適合于凈化磨削鑄鐵時的磨削液，沉淀箱對切屑細末、細粒子和高粘度的切削油的分離效果不好。
圖1-1刮板式沉淀箱
2） 磁性分離器：磁性分離器早已應用于磨削加工過程凈化磨削液，它利用磁性吸附原理，依靠連續(xù)轉動的磁鼓清除鐵屑和其他導磁金屬末。分離過程：當臟的磨削液流過緩慢旋轉的磁鼓吸附區(qū)域時，在磁場作用下磁性的固體粒子被磁化，吸附到磁鼓表面，并被帶出磨削液流動區(qū)，經橡膠壓輥擠壓脫水，然后依靠貼著磁鼓的刮板把磁鼓上的磨屑刮下。這種磁性分離器在分離出磁性的固體顆粒的同時，也能清除部分其他非磁性雜質。它適用于乳化液、水基合成液和低粘度切削油的凈化。
圖1-2 磁性分離器
3） 離心分離器：離心式分離器是依據冷卻潤滑液和切屑的比重差，通過分離器的高速回轉產生離心力來分離切屑的。同樣依據不同液體的比重差來分離油和水。其凈化過程是帶細末粒子的冷卻潤滑液由污液管進入轉子內部，并隨轉子一起高速旋轉，靠旋轉而產生的離心力，促使細末粒子拋向壁周，凈液由頂部溢出。當分離器轉子內部切屑積聚過多時，要停止過濾，清理轉子。分離器的性能是由其回轉數、回轉半徑所決定。手動卸料和半自動卸料離心分離器可用于乳化液、合成液及低粘度切削油的凈化。離心式分離器分離精度高，但高速回轉易發(fā)生氣泡，故不適合大容量分離。
圖1-3 離心式分離器
４）渦旋分離器：它能分離出切屑細末和細粒子，但不能分離出輕的污物和浮油。渦旋分離器原理如圖5。其凈化過程是：帶細末粒子的冷卻潤滑液沿著圓柱段內壁切向壓入，并在圓柱段充分旋轉，順著內壁盤旋而下進入圓錐段分離區(qū)，在分離區(qū)其盤旋強度愈往下愈快，靠盤旋而產生的離心力，促使細末粒子拋向壁周，而后細末粒子順著內壁下落，由底流口流出。作用于細末粒子的離心力往往大于細末粒子身重量的幾倍至幾十倍，所以細末粒子很易拋出。圓錐體中心由于盤旋而形成一個空氣柱，并在此相鄰處出現低壓區(qū)，促使凈化過的切削液上升，由頂端的溢流口流出。這種分離器一般供給壓力為0.25~0.4Mpa，出口壓力為0.04~0.06Mpa。用來分離含切屑量大或含大切屑的切液時，為了防止圓錐體底流口被堵塞，必須預先把切削液作重力沉淀或磁性分離處理后才能進行。這種分離器適用于高速磨削、強力磨削、一般精磨加工中凈化合成液、乳化液和低粘度油基切削液。
圖1-4 渦旋分離器
各種沉淀箱和分離器在選擇時可以合并使用以提高凈化率和凈化程度，例如沉淀箱與磁性分離器并用，可以清除浮油、磨屑、切屑和砂輪末，磁性分離器、沉淀箱和渦旋分離器串聯(lián)使用，可獲得10μm左右的精度。但這種方式只適合單機小流量的工況，處理量一般不大。
1.2.2 過濾裝置
1）重力式紙帶過濾機，用于軸承磨削加工中對磨削液凈化處理的單機循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用磁性分離器與重力式紙帶過濾機，過濾機過濾介質采用無紡布，過濾精度20μm。來自機床的污液自然回流至磁性分離器，經過磁性分離器的初級過濾，其中大部分磁性顆粒被吸附出來，然后由磁性分離器出水口流入過濾機帶漏網的接水盤中，并流到過濾紙上，過濾紙鋪設在輸送網上，輸送網根據液位開關的開關信號自動輸送污紙。乳化液經過過濾紙進入過濾機下部的凈水箱，而雜質和污油則被截留到過濾紙上表面。當過濾紙被堵塞后，液位開關的浮球升起，接通液位開關，驅動輸送鏈網輸出臟紙，同時走入新紙，濾紙上面的液面很快下降，浮球復位，走紙結束，濾紙和濾渣落入污紙箱。該系統(tǒng)可以自動獨立控制，操作簡單易行，應用最為廣泛，過濾精度根據濾紙的選擇而定，我公司生產的該系列過濾機規(guī)格有25L/min~2000L/min。
圖1-5 重力式紙帶過濾機
2） 平床紙帶過濾機（正壓紙帶過濾機）
正壓式平床過濾機本體由活動的上箱體和固定的下箱體組成。我公司生產的平床紙帶過濾機各部分結構名稱。上箱體與兩個油缸連接，可垂直升降。工作時由油缸或氣缸夾緊。上箱體與下箱體之間有濾紙和金屬鋼帶，鋼帶有支撐和輸送濾紙的作用。過濾機上箱體和下箱體結合處裝橡膠密封件。工作時，污浮液以一定壓力經管道進入上箱體，污浮液中的顆粒雜質被濾紙截留，過濾后的凈液體收集到凈液箱。當濾紙使用一段時間后，浮液的通過能力降低，內壓升高到一定程度時，系統(tǒng)將自動切斷乳液的輸入，通過壓縮空氣，將上箱體中乳液驅除，經過一段設定時間，油缸將上箱體升起，過濾網帶做水平移動，輸入新紙，然后上箱體壓下閉合，開始下一循環(huán)周期。整個控制過程由PLC控制完成預定動作，控制方式有壓力控制和時間控制可供選擇，實現連續(xù)過濾，可調預設值并自動換紙。
圖1-6 平床紙帶過濾機
3)負壓過濾機
負壓過濾機是目前應用最為廣泛的一種過濾形式，負壓過濾機又有多種形式。負壓過濾機主要有紙帶負壓過濾機、霍夫曼負壓過濾機等幾種形式。
3.1）紙帶式負壓過濾機
我公司生產的紙帶負壓過濾機。紙帶負壓過濾機是一個大箱體，在箱體的底部有一個負壓室，負壓室上部與臟液箱之間用一個不銹鋼濾紙支架分開。污液進入污液箱后，切削液通過過濾介質進入負壓室，泵從負壓室抽走凈液供給機床使用。在泵的抽吸作用下，負壓室會形成一個負壓，加速介質的過濾速度，當雜質在濾紙上堆積形成的“濾餅”，達到一定厚度時，負壓室內的真空繼電器會啟動排污刮板驅動濾紙運行一段距離，使臟紙走出過濾區(qū)，同時走入一段新紙，繼續(xù)過濾。紙帶負壓過濾機過濾速度快，過濾精度高，對切削液無要求。
圖1-7 紙帶式負壓過濾機
3.2）霍夫曼過濾機
污液進入過濾介質上部，過濾介質以金屬排鏈作為托架，使用風機在負壓室抽吸空氣，從而形成負壓，迫使切削液通過過濾介質，進入負壓室。切削液表面的浮油等雜質可以被吹到濾餅末端，隨濾餅一起排出過濾區(qū)。當濾餅增厚，阻力增加，負壓達到設定值時，排鏈拖動濾布走出過濾區(qū)，同時走入新紙，繼續(xù)過濾。整機由PLC可編程序控制器自動控制，具有故障自診斷功能，適合現代無人加工環(huán)境的要求。
圖1-8 霍夫曼過濾機
7)切削液的集中過濾
切削液的循環(huán)方式有單機過濾和集中過濾兩種型式。單機循環(huán)過濾就是每臺機床的過濾系統(tǒng)各自獨立。單機循環(huán)過濾系統(tǒng)一般是軸承加工機床出廠時設備自帶的，一般比較簡陋，過濾精度比較低，只能滿足低精度軸承生產要求，不能滿足高精度、低噪音軸承的需要。這種獨立的過濾循環(huán)方式，一般適合與機床數量不多或使用不同切削液的工況。對于采用濕式加工的大型機械加工廠，推薦采用集中過濾方式。集中過濾系統(tǒng)是現代濕式加工過濾的趨勢，與單機循環(huán)系統(tǒng)相比，集中過濾的優(yōu)越性表現在以下幾個方面：
1) 占地面積小：大型集中過濾系統(tǒng)比單機過濾相對占地面積小得多。
2)便于管理：添加切削液時點數少，可以減少切削液管理人員，廢切削液可以集中處理，環(huán)境污染小；排出的鐵屑集中，便于運輸處理；切削液的使用情況可以集中檢測。
3)過濾精度容易控制；
4)容易實現自動控制。
切削液由管道通過車間內供液管道輸送到機床或自動線，并將切屑沖到回液系統(tǒng)，在壓力噴嘴的作用下，切屑和乳化液經過架空管道或地下管道系統(tǒng)回流到過濾系統(tǒng)。在過濾系統(tǒng)中的乳化液先經過刮板沉淀槽粗過濾，較大的切屑由刮板輸送機送到集屑箱內，然后乳化液再由負壓過濾機精過濾，兩次過濾后的凈液由泵組重新送回到車間。該系統(tǒng)供液泵組采用變頻恒壓供液技術，保證整個過濾系統(tǒng)供應壓力和流量的穩(wěn)定，當車間內使用切削液的設備數量變化時，管道中的壓力也產生變化，壓力傳感器就會發(fā)出信號，泵組將自動調節(jié)流量，使車間管道系統(tǒng)內的壓力恒定。配液系統(tǒng)由配液槽與配液泵及相應的管道和調節(jié)閥組成，可根據設定的數值自動配液。增氧裝置對液槽定期增氧，抑制厭氧菌的增長，有效延長切削液的使用壽命。除油裝置自動清除液面浮油，避免浮油對切削液的腐蝕。系統(tǒng)設有液位檢測系統(tǒng)，對液位自動檢測，并輸出信號。設有自動補水功能，對系統(tǒng)自動補水。電氣控制有手動／自動／半自動／假日循環(huán)四中模式，以滿足不同工況下的使用。在廠休及節(jié)假日期間，為防止切削液長期靜置腐敗，系統(tǒng)增設再循環(huán)泵，在系統(tǒng)停止運行后，在控制面板選擇假日循環(huán)模式，系統(tǒng)自動啟動再循環(huán)泵，使切削液保持流動，可以有效抑制細菌滋長，大大延長切削液的使用壽命，達到節(jié)約成本的目的。
冷卻液集中過濾系統(tǒng)對生產車間的磨削液進行集中供液、集中處理，可以對冷卻液進行集中過濾、除油、增氧、殺菌，實現對其濃度、pH 值和菌落數的控制，從而保證冷卻液不發(fā)生變質，延長冷卻液的使用壽命。冷卻液的集中過濾，循環(huán)使用，在降低生產成本，降低工人勞動強度，改善車間工作環(huán)境，減少環(huán)境污染的同時，還可以實現對廢冷卻液的集中處理，從而進一步減少對環(huán)境的污染。重要的是，冷卻液集中過濾系統(tǒng)使冷卻液質量長期穩(wěn)定，保證了軸承套圈磨削加工的需要。
1.3本文的研究內容
平網紙帶過濾機自動化是目前的演變趨勢，許多企業(yè)會添加購買自動化設備對現有的過濾機升級改良，有的也會自己設計制造平網紙帶過濾機。本文結合現有的平網紙帶過濾機設計構思，設計出全自動高效平網紙帶過濾機本文對整個平網紙帶過濾機機械結構進行了設計，最終目的是生產裝配出可實現全自動的過濾設備。
本文對平網紙帶過濾機原理進行了系統(tǒng)的研究，總結國內外研究成果，結合生產實際，適當改進，設計了一種能的全自動高效過濾機。論文主要內容包括以下幾個方面：
（1）對過濾機功能研究，確定了系統(tǒng)工作原理以及方案，并根據原理方案對平網紙帶過濾機的總體結構進行設計。
（2）主要結構的選型。
（3）主要零部件的校核設計。
（4）運用SOLIDWORKS軟件完成平網紙帶過濾機液箱結構的設計。
第二章 過濾機構的設計計算
2.1 電機的選擇
2.1.1計算運輸機主軸的轉速和功率
（1）鏈條所需拉力的確認
已知條件：有效輸送長度1350mm，鏈條的摩擦因數為0.5
估算切屑液，紙帶，雜質總質量：
鏈條線的最大拉力為：
（2）轉速 由原始數據可得主動星輪的直徑d===143.3㎜,
則==26.669r/min
（3）功率
pw=vF=1.625×0.2=0.325kw
2.1.2電動機的功率
（1）傳動裝置的總效率η
由參考文獻[1]表1-2查得：
滾筒效率η1=0.96；
減速器效率η2=0.9；
滾動軸承效率η3=0.98；
鏈輪傳動效率η4=0.97；
輸送鏈傳動效率η5=0.95；
總效率η=η12η22η33η4η5=0.962×0.92×0.983×0.97×0.95=0.7834
（2）所需電動機的功率
Pr=Pw/η=0.325/0.7834=0.415kw
2.1.3 選擇電動機的型號
根據工作條件：為一般工作場合使用，選用常用的三相異步電機。查參考文獻[2]表7-2-2選擇電動機的型號為Y2-80M-4，額定功率0.55kw，滿載轉速1450r/min,電動機軸伸直徑19mm。
2.2減速機的選擇計算
2.2.1分配傳動比
（1）總傳動比：i=1450/26.669=54.370
（2）各級傳動比：一級傳動（鏈輪傳動）傳動比為：2
即：減速機的輸入軸端的速度為：n=1450/2=725r/min
2.2.2選擇減速機的型號
根據工作條件：為一般工作場合使用，選用常用的蝸輪蝸桿減速機。選擇減速機的型號為ZCP55，額定功率0.55kw，減速比為25
2.3軸的設計
2.3.1主傳動軸的設計
（1）選擇材料
由于傳遞中小功率，轉速不太高，故選用45優(yōu)質碳素結構鋼，經調質處理，查參考文獻[4]表12-1得材料的力學性能數據為：
MPa MPa MPa
（2）初步估算軸徑
由于材料為45鋼，查參考文獻[3]表19.3-2選取A=115，則得：
=25.04㎜
考慮裝齒輪加鍵需將其軸徑增加4%～5%，故取軸的最小直徑為30㎜
（3）軸的結構設計
如圖2-1所示，主要尺寸已標出.
圖2-1主傳動軸
（4）軸上受力分析（如圖2-2a所示）
①鏈輪上的作用力
圓周力：
=1812.298N
徑向力：=635.078
軸向力：=178.098
②求軸承的支反力
水平面上支反力：
圖2-2受力分析
垂直面上支反力：
=487.649N
=1065.057N
（5）畫彎矩圖（如圖2-2b、c）
剖面B處彎矩：
水平面上彎矩=233.8N·m
垂直面上彎矩
=72.2N·m
合成彎矩=244.694
剖面C處彎矩：=9.7N·m
（6）畫轉矩圖（如圖2-2d）
98.6N·m
（7）計算當量彎矩
因單向回轉，視轉矩為脈動循環(huán)，，則=0.602
剖面B處當量彎矩
=251.3N·m
剖面C處當量彎矩
=60.1N·m
（8）判斷危險剖面并驗算強度
①剖面B處當量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，故剖面B為危險剖面
=MPa=39.3MPa<59MPa
②剖面C處直徑最小，為危險剖面
MPa=22.3MPa
e=0.37
查[4]表14-12，=1.5
=1.5×(0.4×1474.555+1.6×1233.19)=3844.389N
軸承Ⅱ:=1055.095/3376.293=0.313
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