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世界最新機械設(shè)計理念
來源:中國科技期刊
摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學者進行機械產(chǎn)品設(shè)計時的主要思維特點，將產(chǎn)品方案的設(shè)計方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能。這幾種方法的特點及其相互間的有機聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品方案設(shè)計方法發(fā)展趨勢
設(shè)計文件是將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計方法
系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導設(shè)計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標準VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。
由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。
4. 設(shè)計元素法
用五個設(shè)計元素（功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應該具有標準化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計→加工→裝配→成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設(shè)計中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP，以及標準虛擬現(xiàn)實造型語言上基于虛擬環(huán)境的標準交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計中的應用。
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設(shè)計工具軟件。作者認為，綜合運用文中四種類型設(shè)計方法是達到這一目標有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機械設(shè)計的領(lǐng)域知識有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計學者也已意識到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應當采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。
機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
摘 要
線材表面處理過程中，常規(guī)的酸洗、磷化處理方式會產(chǎn)生大量的生產(chǎn)廢水。根據(jù)金屬制品行業(yè)發(fā)展情況和國家對環(huán)保的要求，設(shè)計一種新型表面除銹設(shè)備—鋼絲砂帶除銹機。對砂帶除銹機設(shè)計方案和磨削原理進行介紹。并對各裝置的參數(shù)選擇進行設(shè)計說明。設(shè)計重點主要包括：鋼絲除銹機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括總體結(jié)構(gòu)、進給運動方案，連接結(jié)構(gòu)的表達等；利用機械原理和機械設(shè)計的理論知識進行機械系統(tǒng)的設(shè)計計算，包括進給運動系統(tǒng)的設(shè)計計算，帶傳動設(shè)計計算；電動機的選擇，減速機的選擇，部分軸承的選擇；最后，在總體方案確定的情況下進行相關(guān)的計算校核。
實踐表明，采用鋼絲砂帶除銹機進行生產(chǎn)時對環(huán)境無污染，鋼絲表面質(zhì)量好，速度穩(wěn)定，且設(shè)備占地空間小，在一定程度上降低了經(jīng)營成本，取得一定的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：鋼絲；砂帶除銹機；表面除銹；砂帶磨削
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Abstract
In the process of wire surface treatment，a large amount of production wastewater will be produced by conventional pickling and phosphating treatment. According to the development of the metal products industry and the requirements of the country's 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 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
第1章 緒論 5
1.1 選題的背景、目的和意義 5
1.2 鋼絲除銹機的特點 6
1.3 砂帶磨削技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 6
1.4 本課題研究的內(nèi)容 7
第2章 鋼絲砂帶除銹機總體方案設(shè)計 8
2.1設(shè)計原則 8
2.2設(shè)計任務(wù)及砂帶磨削原理 8
2.3砂帶除銹機工作原理 8
2.4整體結(jié)構(gòu)分析 9
第3章 主要部件設(shè)計 11
3.1主軸傳動裝置 11
3.2砂帶驅(qū)動裝置 11
3.3砂帶更換與張緊裝置 12
3.3砂帶支撐與除塵裝置 14
第4章 除銹裝置帶傳動設(shè)計 15
4.1帶傳動簡介 15
4.2帶傳動計算 15
第5章 主傳動軸設(shè)計 18
5.1主傳動軸的設(shè)計計算 18
5.1.1 根據(jù)轉(zhuǎn)矩初步估算軸徑 18
5.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
5.1.3 軸的受力分析 19
5.2軸承壽命計算 19
第五章 總結(jié) 21
參考文獻 22
致 謝 23
第1章 緒論
1.1 選題的背景、目的和意義
（1）鋼絲除銹機的選題背景：伴隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多應用廣泛的鋼絲，關(guān)系到各行業(yè)的各個方面。在平時的生活中，鋼絲是一種實心并較長的鋼材，重量十分的輕，所以也廣泛被用于生產(chǎn)機械零件以及工程結(jié)構(gòu)。按斷面形狀分類，主要有圓、方、矩、三角、橢圓、扁、梯形、Z字形等；按尺寸分類，有特細<0.1毫米，較細0.1~0.5毫米、細0.5~1.5毫米、中等1.5~3.0毫米、粗3.0~6.0毫米、較粗6.0~8.0毫米，特粗>8.0毫米；按強度分類，有低強度<390兆帕、較低強度390~785兆帕、普通強度785~1225兆帕、較高強度1225~1960兆帕、高強度1960~3135兆帕、特高強度>3135兆帕。。
（2）鋼絲除銹機的研究意義：但是有個極大的問題則是變得生銹的鋼絲，會在使用中面臨著很多的問題，比方鋼絲在安裝、焊接，甚至會嚴重影響到設(shè)備的使用工作安全，使得工作效率大大的降低，嚴重影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，甚至可能帶來嚴重的生產(chǎn)安全隱患，所以對鋼絲進行除銹是非常有重要的一道步驟。在鋼絲使用之前，鋼絲除銹是其中至為重要的一項工序，特別是在鋼絲使用之后。這樣不僅能夠延長鋼絲的使用壽命，還能防止各種隱患的發(fā)生。
“第十二五”期間，中國的金屬制品行業(yè)的快速增長，從2011的1955萬T 3000萬T 2015和酸洗污染物在金屬制品的生產(chǎn)工藝也增加。雖然金屬制品企業(yè)采用電解酸（堿）洗，新技術(shù)熱鹽酸洗滌關(guān)閉，但仍有酸性污染物，再加上大量的采用盤條表面氧化皮酸洗池廣泛的大公司，表面處理和磷化處理，污染物排放不能每年產(chǎn)生的酸洗。從酸洗廢液排放更多的水，因此，杭州新光機械科技有限公司（以下簡稱星科技）2012國外金屬制品、高端裝備和技術(shù)交流，關(guān)注國外在酒吧用砂帶磨削設(shè)備規(guī)模的深加工，決定在消化吸收國外設(shè)備，從5.5到14毫米的鋼絲快速除銹機的研制。根據(jù)環(huán)境保護部發(fā)布的“第十二五”全國環(huán)境保護法規(guī)和環(huán)境經(jīng)濟政策建設(shè)計劃”的通知精神，立即在企業(yè)項目，該課題組的建立、項目負責人的主席，信息設(shè)備組，技術(shù)組和集團在基于環(huán)境保護網(wǎng)帶除銹機的研究國外設(shè)備淘汰創(chuàng)新，提高金屬制品行業(yè)清潔生產(chǎn)水平。
1.2 鋼絲除銹機的特點
鋼絲除銹機的特點： 在實際生產(chǎn)制造中，頻繁的會使用到金屬鋼絲，然而鋼絲生銹卻成了無法避免的問題，甚至會影響到設(shè)備的工作，影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，甚至帶來生產(chǎn)安全隱患。因此對鋼絲在使用前除銹是非常重要的。
經(jīng)常見到的鋼絲除銹方法以及其特點：（1）摩擦除銹，這也是本設(shè)計所使用的方法，操作簡便，成本低廉，不過除銹效果因設(shè)備不同而差異較大，粉塵和噪音問題突出。（2）噴丸除銹法，其作用是有效的去除金屬外層表面的氧化物質(zhì)，舊漆膜以及銹蝕等其他雜質(zhì)。（3）化學除銹法，雖然化學清洗能夠使表面達到一定的粗糙度和清潔度，可是其對環(huán)境污染十分嚴重，甚至會嚴重影響工人的身體健康。
1.3 砂帶磨削技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
砂帶磨削在國外得到了迅速的發(fā)展。自上世紀60年代以來，尤其是產(chǎn)生和發(fā)展砂磨技術(shù)和靜電涂附磨具技術(shù)，歐洲，美國和日本已經(jīng)在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床制造技術(shù)的巨大進步。在帶的制造技術(shù)，具有許多特殊的涂附磨具和涂形式，產(chǎn)生如金剛石、立方氮化硼、高剛宇、陶瓷磨具、磨料、復合包裝帶磨料和其他類型的皮帶已被用于干磨、高速、大切削重型磨削領(lǐng)域的高精密零件的磨削區(qū)。在日本，開發(fā)了一種以軟剛性帶為基材的金剛石帶，以有效地處理難加工的高硬度材料，如單晶硅。在世界上的沙帶的知名品牌有美國3M、諾頓、德國愛馬仕、VSM、該，韓國的鹿，日本公牛的頭等等。在砂帶磨床中，不僅有大面寬超過5m的大型平面磨床，而且還有牙醫(yī)用的小型修牙機，使砂帶磨床的結(jié)構(gòu)和形式多種多樣。另外，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，六軸聯(lián)動數(shù)控砂帶磨床、機器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS和并聯(lián)機構(gòu)數(shù)控砂帶磨床得到了應用。砂帶磨削已成為發(fā)達國家獲得高經(jīng)濟效益的重要手段，砂帶磨削能力已占到磨削加工的一半以上。
砂帶磨削技術(shù)是中國在20世紀70年代末開始發(fā)展，隨著國家的改革開放，砂帶磨削技術(shù)備受業(yè)界關(guān)注，研究機構(gòu)和企業(yè)，加大開發(fā)和制造技術(shù)的皮帶和皮帶的品種，砂帶磨削設(shè)備的研究和生產(chǎn)也有了大大的發(fā)展。
砂帶磨削正朝著強勁、高速、高效、高精度的方向發(fā)展。從單一磨頭磨床結(jié)構(gòu)到大型、組合（頭、多功能、多形式開發(fā)）。在加工過程中，加工結(jié)合特殊處理是砂帶磨削的有前途的發(fā)展方向，如超聲和超聲振動砂帶磨削形成的組合，通過電解砂帶磨削加工組合而成，是一個重要的發(fā)展方向，砂帶磨削。另一方面，自動化技術(shù)在砂帶磨削中的應用，尤其是數(shù)控砂帶磨床和自適應控制技術(shù)的應用，大大提高了效率和砂帶磨削精度，使砂帶磨削已進入等級的精密和超精密加工。
砂帶本身也在不斷的發(fā)展和完善。就砂帶結(jié)構(gòu)而言，近年來有疊層砂帶、錐形砂帶、空心球帶、多層砂帶、高彈性砂帶、防偏帶、不等厚砂帶和顆粒復合砂帶。
1.4 本課題研究的內(nèi)容
本次設(shè)計主要針對鋼絲表面除銹機進行設(shè)計，從鋼絲表面除銹機的整體方案出發(fā)，然后具體細化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個方面：
1.通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館查找各種關(guān)于鋼絲除銹機的相關(guān)資料。對鋼絲表面除銹機進行方案的比較和預定。
2.分析鋼絲表面除銹機的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。
3.確定設(shè)計總體方案。
4.確定具體設(shè)計方案。
5.鋼絲表面除銹機的圖紙的繪制。
6.說明書的整理。
23
第2章 鋼絲砂帶除銹機總體方案設(shè)計
2.1設(shè)計原則
1.滿足“三好”：好使用、好維修、好生產(chǎn)。
2.采用“四新”：新的結(jié)構(gòu)、新的技術(shù)、新的工藝以及新材料。
3.遵守“三化”：零件通用化、產(chǎn)品技術(shù)系列化、零件國際化。
在制定總的原則后，便可以定制并設(shè)計總?cè)蝿?wù)書，運用在課上學的知識，根據(jù)優(yōu)異選擇方案，用來確保方案設(shè)計的成功。在調(diào)研的基礎(chǔ)上，使用所學的知識，使得所選設(shè)計方案進行成功。
2.2設(shè)計任務(wù)及砂帶磨削原理
設(shè)計任務(wù)是：設(shè)計一種鋼絲砂帶除銹的專用設(shè)備。是由機身、傳動機構(gòu)、工作裝置以及機械動力頭等其他部分組成的設(shè)備。
砂帶是一種特殊的多刃多刃磨具，它的磨削功能主要是由附著在底座上的磨粒來完成的。砂帶磨削的主體由磨料、結(jié)合劑和胎體材料組成。在一個靈活的和非常平坦的布或紙上的長徑體表面材料建造磨料持平，粘合劑和基材保持靈活性和彈性，其性能是由元素構(gòu)成的確定，對帶不同工作要素的選擇，可以滿足不同的線材需要磨銹不同的加工條件要求。
鋼絲繩銹帶是使用不同性質(zhì)的磨料磨具，根據(jù)鋼銹的要求，在機械裝置上采用相應的接觸方式，并在一定壓力下，高速運轉(zhuǎn)的帶和鋼絲表面摩擦，在鋼絲表面磨損的新技術(shù)。砂帶磨削鋼絲表面時，由于磨料是在單基帶上涂敷的，顆粒均勻、葉片高、性能好，且排列一致，幾乎所有的磨料都能參與磨削，性能優(yōu)良，高速移動帶隨機磨削，砂帶磨損均勻。同時，長砂帶周邊使磨料冷卻，而不是燒鋼。
拉絲前通常采用酸洗工藝，這種過程產(chǎn)生的強酸、強腐蝕性污染物和重金屬對環(huán)境有害。砂帶磨削可為鋼絲表面除銹提供一種較好的方法。磨削時對環(huán)境無污染，鋼絲表面質(zhì)量好，速度穩(wěn)定，易于實現(xiàn)高穩(wěn)定性磨削除銹。
2.3砂帶除銹機工作原理
砂帶磨削除銹機是一種特殊的砂帶，它是由特殊砂帶組成的。與張緊機構(gòu)的幫助下，驅(qū)動輪（主動輪）使得它在高速移動，和張力的作用下，砂帶與鋼絲表面之間的摩擦會產(chǎn)生摩擦，從而達到打磨除銹。
砂帶磨削的基本形式有接觸輪、支承板和自由接觸。鋼絲打磨機采用自由接觸設(shè)計方案，如圖2-1所示。其工作原理是：皮帶架裝有1個垂直板由驅(qū)動輪、支撐輪、張緊輪組成的連續(xù)磨礦，3軸采用并行結(jié)構(gòu)，圓形帶安裝在車輪的外表面和張緊機構(gòu)的張力，從盤絲在柔性帶直接接觸的中心，沒有任何對象的支持，而在一定的鋼絲張力和線速度工作繞線盤轉(zhuǎn)動，驅(qū)動輪驅(qū)動皮帶速度旋轉(zhuǎn)運動，鋼絲表面磨削力向泡周帶銹磨產(chǎn)生的張力。
的鋼絲除銹機的特點如下：磨削量小，鋼絲的表面質(zhì)量好，與粗糙度均勻。對不同材料、不同直徑和鋼絲不同腐蝕程度、不同類型、不同尺寸的磨料帶可用于工作以保證除銹效果好、表面質(zhì)量，并創(chuàng)建后續(xù)拉拔條件。
1-支撐輪 2-主動輪 3-大圓盤
4-鋼絲 5-張緊輪 6-砂帶
圖2-1 砂帶除銹機示意圖
2.4整體結(jié)構(gòu)分析
該裝置由主軸傳動裝置、皮帶傳動裝置、皮帶張緊裝置、皮帶支撐裝置和除塵裝置組成。該裝置的整體結(jié)構(gòu)是行星傳動。皮帶除銹機的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。主軸電機由皮帶驅(qū)動，帶動大圓盤旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動電機通過皮帶1和皮帶2兩級驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動。
1-驅(qū)動電機 2-軸承座 3-皮帶1 4-張緊機構(gòu)
5-大圓盤 6-支撐輪 7-張緊輪 8-主動輪 9-皮帶2
10-機架 11-主軸 12-主軸電機 13-皮帶3
圖2-2 砂帶除銹機結(jié)構(gòu)示意圖
第3章 主要部件設(shè)計
3.1主軸傳動裝置
主軸驅(qū)動由主軸電機驅(qū)動，通過皮帶3驅(qū)動大圓盤。主軸電機采用變頻調(diào)速電機，速度與鋼絲繩速度相匹配。由于砂帶與鋼絲之間的導線接觸，如果一組砂帶架在鋼絲表面的一次磨削過程中，只有磨削和生銹，則主軸電機的轉(zhuǎn)速：
式中：n為主軸電機轉(zhuǎn)速，r/min。L為砂帶寬度，取250mm。v為鋼絲線速度，為0~2m/s。為皮帶3傳動比。
取鋼絲最大線速度v=2m/s，皮帶3傳動比，則：
，考慮到除銹機工作時，并不需要多大的功率，電機只需要帶動主動輪旋轉(zhuǎn)即可，故取電機的功率為1KW。
3.2砂帶驅(qū)動裝置
砂帶傳動裝置由驅(qū)動電機、第一皮帶傳動、兩級皮帶傳動和驅(qū)動輪組成。驅(qū)動電機通過皮帶1和皮帶2進行兩級加速驅(qū)動，帶動驅(qū)動輪進行旋轉(zhuǎn)運動，帶動砂帶進行高速旋轉(zhuǎn)運動。使用相同的變速電機驅(qū)動電機，以滿足不同材料加工的不同要求，除銹線最適合高速磨削，以獲得較好的表面質(zhì)量和銹帶；1窄V帶，帶2圓弧齒同步帶效率高、使用壽命長；驅(qū)動輪鋼輪芯，外包一層柔軟的彈性材料如橡膠或塑料，根據(jù)需要，選擇氟橡膠FPM，中等軟硬度設(shè)計，適用于精密磨削和普通磨削。主動輪的直徑?jīng)Q定皮帶的磨削速度。
主動輪直徑：
式中：為主動輪直徑，mm。為砂帶線速度，m/s。為驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，r/min，取。為皮帶1和皮帶2傳動比。取。
根據(jù)V帶和圓弧齒同步帶的帶速范圍，同時考慮到砂帶磨削的除銹能力，選擇砂帶線速度為30m/s，由式(2)可最終確定主動輪直徑：
，圓整取。
而對于支撐輪和張緊輪，在工作中靠砂帶摩擦力被動旋轉(zhuǎn)，考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，外徑可適當小于主動輪。取支撐輪和張緊輪。
3.3砂帶更換與張緊裝置
在砂帶磨削過程中，保持合適的張力和穩(wěn)定的張力，直接影響砂帶的除銹能力和鋼絲表面質(zhì)量。當皮帶張力過大時，可以提高鋼絲的除銹能力，但也會劃傷鋼絲表面，增加磨料覆蓋層的消耗，甚至出現(xiàn)異常斷裂，從而降低砂帶的使用壽命。當皮帶張力超過小時時，皮帶的松邊將被打折，除銹效果無法實現(xiàn)。研究表明，當磨削深度小于0.3mm，張力可以選擇之間的110 ~ 210N。當磨削深度大，張力可大可如果砂帶連續(xù)破獲。
其砂帶張緊機構(gòu)有多種形式，從簡單的機械，重力或彈簧方法對氣動和液壓張緊裝置的寬砂帶磨床和沉重的負荷?？紤]到其結(jié)構(gòu)特點，該設(shè)備采用彈簧張緊和氣動更換砂帶。張力輪裝置如圖3-1所示。擺桿、連桿、張緊輪支撐桿通過鍵與轉(zhuǎn)軸連接，擺桿和連桿的兩端分別與氣缸和彈簧連接。當氣缸伸出，連接桿上下擺動，克服彈簧的工作，張緊輪的權(quán)利，也就是磁盤的中心擺動，松開皮帶，皮帶可以更換；當氣缸縮回，彈簧拉桿帶動張緊輪偏離擺動方向在盤中央，砂帶張緊，如圖3-2所示，通過調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)彈簧張緊裝置，改變彈簧的伸長，調(diào)整皮帶張力的工作。
1-進出氣口；2-氣缸；3-擺桿 4-轉(zhuǎn)軸 5-連桿
6-彈簧拉緊裝置 7-張緊輪 8-張緊輪支撐桿
圖3-1 張緊輪裝置示意圖
1-調(diào)整螺桿 2-調(diào)整螺母 3-彈簧固定架
4-彈簧 5-連桿
圖3-2 彈簧拉緊裝置示意圖
由于砂帶長度較長，工作時為防止砂帶跑偏，將張緊輪的輪緣設(shè)計成中間高兩邊低的鼓形，外包一層氟橡膠FPM，其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。其鼓形外表面凸弧高度值可按下式計算：
式中：B為輪寬度，mm。在一定范圍內(nèi)，值越大，砂帶對中性越好。
圖3-3 張緊輪結(jié)構(gòu)示意圖
由前面可知，砂帶的寬度為250mm，則張緊輪的長度需大于砂帶寬度，取B=280mm，。圓整取。
3.3砂帶支撐與除塵裝置
砂帶支撐裝置即支撐輪裝置，是砂帶磨削的關(guān)鍵部件，工作時在砂帶背面，使砂帶獲得有力的支撐，是砂帶能穩(wěn)定平滑運行的重要保障。支撐輪同樣采用鋼制輪芯，外包一層氟橡膠FPM。在輪軸兩端分別采用軸承支撐，使砂帶在工作中穩(wěn)定可靠。
鋼絲在磨削除銹中會產(chǎn)生大量的粉塵，除了要做好箱體的密封外，還需在砂磨處裝有除塵裝置，除塵裝置與箱體接口管徑的大小視磨削寬度和磨削功率的大小而定。
第4章 除銹裝置帶傳動設(shè)計
4.1帶傳動簡介
帶傳動是利用皮帶上的彈性帶進行運動或動力傳遞的機械傳動。根據(jù)傳動原理，摩擦帶傳動是由皮帶與皮帶輪摩擦驅(qū)動的，在皮帶輪上有相互嚙合的皮帶傳動。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，緩沖減震，能在大軸間距和多軸之間傳遞動力，具有成本低、無潤滑、維護方便等特點。在現(xiàn)代機械傳動中得到了廣泛的應用。摩擦帶傳動能量過載打滑和行駛噪聲低，但傳動比不準確（滑動率小于2%）。同步帶傳動可保證同步傳動，但在高速運行時對負載變化和噪聲的吸收能力較差。皮帶傳動是用來傳遞動力的，有時也用來輸送材料和執(zhí)行零件的全部零件。
皮帶傳動的功率損失是：
（1）滑動損失摩擦帶傳動工作，由于滑輪兩側(cè)的張力差和相應的變形差，形成彈性滑動，導致皮帶與從動輪之間的速度損失。彈性滑動率通常在1%至2%之間。嚴重的滑動，特別是超載和打滑，會使皮帶的運動不穩(wěn)定，效率降低，磨損加劇，嚴重影響皮帶的使用壽命。隨著彈性模量的降低，松弛和松弛側(cè)張力差的滑動損失增大。
（2）內(nèi)部摩擦損失帶折回反復操作，并帶上變形會導致帶內(nèi)摩擦引起的功率損失。內(nèi)摩擦損失隨預緊力、皮帶厚度和滑輪直徑之比的增大而增大。張力減阻的變化，可以減少摩擦損失。
（3）皮帶和皮帶輪工作表面粘著和V進出槽側(cè)摩擦損失。
（4）當空氣阻力損失高速運行時，風阻力造成的功率損失。損失與速度的平方成正比。因此，高速傳動帶的設(shè)計應盡量減小小面積，盡量采用厚窄帶；皮帶輪輻條表面應光滑（如橢圓或徑向輻條），以減少牽引力。
（5）軸承摩擦軸承受拉力的作用，是造成功率損失的重要因素之一。
根據(jù)上述損失，帶傳動的效率在80%～98%范圍內(nèi)。當傳動裝置設(shè)計時，根據(jù)皮帶的類型進行選擇。
4.2帶傳動計算
1確定計算功率
據(jù)[2]表8-7查得工作情況系數(shù)=1.1。故有：
=
2 選擇V帶帶型
據(jù)和n有[2]圖8-11選用A帶。
3 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速
（1）初選小帶輪的基準直徑有[2]表8-6和8-8，取小帶輪直徑=100mm。
（2）驗算帶速v，有：
v=
=5.1
因為5.1在5~30之間，故帶速合適。
（3）計算大帶輪基準直徑
4 確定V帶的中心距a和基準長度
(1)據(jù)[2]式8-20初定中心距=400mm
(2)計算帶所需的基準長度
由[2]表8-2選帶的基準長度=1250mm
（3）計算實際中心距
5 驗算小帶輪上的包角
6 計算帶的根數(shù)z
（1）計算單根V帶的額定功率P
由和查[2]表8-4a得
據(jù)=960，i=2和A型帶，查[2]8-4b得
查[2]表8-5得，=0.93，于是：
=(+)
=（1.064+0.17）0.970.93
=1.11KW
（2）計算V帶根數(shù)z
z===3.96
故取4根。
7 計算單根V帶的初拉力最小值（F）
由[2]表8-3得A型帶的單位長質(zhì)量。所以
=500
=133N
應使實際拉力F大于（F）
8 計算壓軸力F
壓軸力的最小值為：
=2sin=241330.99=1053N
9 帶輪設(shè)計
（1）小帶輪設(shè)計
由電動機可知其軸伸直徑為d=18mm，故因小帶輪與其裝配，故小帶輪的軸孔直徑=18mm。有[4]表14-18可知小帶輪結(jié)構(gòu)為實心輪。
（2）大帶輪設(shè)計
大帶輪軸孔取30mm，由[4]表14-18可知其結(jié)構(gòu)為輻板式。
第5章 主傳動軸設(shè)計
5.1主傳動軸的設(shè)計計算
5.1.1 根據(jù)轉(zhuǎn)矩初步估算軸徑
查得材料機械性能數(shù)據(jù)為；
式(5.1)
式(5.2)
，選60 式(5.3)
外徑
5.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖5-1 軸的結(jié)構(gòu)簡圖
如圖5-1所示，根據(jù)軸的受力作用，選取30211型的圓錐滾子滾動軸承，為了利于對軸承進行裝配，選，，
表5-1
軸承代號
32912
尺寸（㎜）
d
60
D
85
T
17
B
16
C
14
rsmin
1
基本額定負荷（KN）
最小負荷系數(shù)
Cr
28.8
C0r
31.5
極限轉(zhuǎn)速
脂潤滑
4000
油潤滑
5000
5.1.3 軸的受力分析
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
軸的左邊要承受皮帶的壓力878.3N，右邊即將在要承受三爪卡盤的重力作用下，兩邊的軸承會要承受到在水平方向上的支反力作用下.但是軸的軸向卻受到一個值的大小為315N軸向力，以及一個扭矩大小為625N.
由于L1段軸受力最大，承受主要扭矩，所以其為危險截面，其他部分受力較小.所以根據(jù)彎扭合成應力校核軸的強度：
《機械設(shè)計師》
——軸的計算應力，
M——軸所受的彎矩，
T——軸所受扭矩，
W——軸的抗彎截面系數(shù)，
式(5.4)
式(5.5)
查得 ，故安全。
5.2軸承壽命計算
軸上左端軸承受力較大，其受到的軸向力為=315N，經(jīng)力矩平衡粗略計算其受到的徑向力為=533N.依據(jù)《機械設(shè)計使用手冊》
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)
當量動載荷：
載荷平穩(wěn)，查表6-1-19得=1
式(5.7)
基本額定動載荷：
式(5.8)
軸承壽命：
式(5.9)
使用條件為每天8h工作的機械，但通常不是滿負荷使用，如電機，一般齒輪裝置、壓碎機、起重機和一般機械中軸承使用壽命為10000～25000小時。
第五章 總結(jié)
拉絲前除銹質(zhì)量直接影響拉絲質(zhì)量和產(chǎn)量。砂帶磨削除銹可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸洗除銹工藝，減少對環(huán)境的污染。作為一種新的鋼絲除銹技術(shù)，如果能夠進一步提升，這將在轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用，提升相關(guān)企業(yè)和生產(chǎn)力的提高。此設(shè)備操作簡單，可通過更換不同的標準件及安裝方式以滿足現(xiàn)如今很多工廠各式各樣的工作環(huán)境。
本文對鋼絲砂帶除銹機的傳動部件參數(shù)和工作參數(shù)進行了合理的計算，結(jié)合實際的使用情況，最終選擇砂帶磨削方式來實現(xiàn)工作要求，可達到合理的除銹效果。
在整個論文完成階段，對砂帶除銹系統(tǒng)許多重要的尺寸計算是最主要的研究內(nèi)容，計算結(jié)果直接與系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能相關(guān)。
最后，簡要說明材料和傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸，從而完成鋼絲砂帶磨削除銹機的設(shè)計。
由于時間的限制，對整個設(shè)計資料的不足，還存在一些問題，尺寸不一定精確。在實際生產(chǎn)使用過程中還需要進行不斷的改進才能達到預想的結(jié)果，希望各位老師可以批評指出，本人將不勝感激。
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致 謝
兩個多月的設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，在這過程中，使我真正的知道了學習理論知識和實踐行動的必要性。在這期間，我不斷去圖書館查找相關(guān)文獻資料，將自己的課余時間大部分泡在了圖書館，并在這過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，找老師幫助找出問題的解決方案，讓我充分認識到書本知識與實際工作過程中有很大的差距。本論文很好的將兩者完美結(jié)合，讓我在進入工作崗位之前有了一個很好的訓練機會。同時，我也意識到很多事情，不是一個人就能解決的，必須團隊合作，互相溝通，才能將設(shè)計完成的更加漂亮。
通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我在自動控制理論、機械設(shè)計等領(lǐng)域，有了進一步的理解?？傊?，本設(shè)計為我們打開設(shè)計的實際應用后，對本人以后的工作和生活起到了良好的推動作用。
衷心感謝各位老師的精心指導設(shè)計過程，特別是X老師，他的諄諄教誨、耐心解釋每一個階段，使得我可以順利的完成此份設(shè)計。