抛丸机的设计说明书

- 1 - 摘    要  现在工业上对中小型铸锻件进行表面清理和处理时，多采用抛丸处理工艺。其原理是将工件放在封闭的容器中，用抛丸器对弹丸进行加速，加速后的弹丸直接撞击工件，将工件表面残余的铸砂或氧化皮通过撞击而清理掉，从而达到清理工件表面的目的。同时在抛丸清理过程中，还可以使工件表面应力状态得以改善，使其处于压应力状态，从而提高其疲劳强度。因此，铸、锻件的表面抛丸处理工艺在工业上得到广泛的应用。  但现行工业上用的抛丸机存在如下两个方面的缺陷：  1、抛丸器叶片多为直板形状，抛丸时磨损大寿命短，且机械效率低。  2、工件在抛丸室内的位置相对于抛出弹丸的方向不能全方位调整，因此抛出的弹丸只能是撞击到工件的部分表面，撞击不到的部分就得不到处理和清理，清理不完全。  本论文的选题正是为了克服目前使用的抛丸机的上述缺点而选定的，围绕着上述两个缺点的克服开展了研究。设计开发了“行星轮系多吊钩挂式抛丸机”和“管式、管式曲线叶片抛丸器”，从根本上解决了现行抛丸清理机存在的两个主要缺点，该种形式的抛丸机已在青岛铸友铸造设备厂正式投入生产，并在“山东潍坊冠宇机械制造有限公司”、“阳之光机械制造有限公司”和“山东森宇重工机械 有限公司”投入使用，使用效果得到明显改善。  本论文的创新点主要有两点：  1、用行星轮系吊钩代替了原来的盘式吊钩，在抛丸过程中，工件既有自转又有公转，工件表面得到全方位的处理。  2、抛丸器采用了“直管式、管式曲线形叶片”，提高了抛丸效率，减少了叶片的磨损量，延长了叶片的使用寿命，降低了抛丸处理的成本。  关键词： 抛丸机    行星轮系吊钩    管形叶片    风选    除尘  抛丸机设计（韩洋）  - 2 - Abstract The shot blasting process are be used to surfase process and clean that middle or small forge pieces in modern industry.The principle is to put the workepieces into sealed container ,accellerate the bullet with shot blasting,and then the bullet impact against worke pieces directly,so the sand and oxidize skin at surfase of pieces are be cleaned. At the same time, it can improve surface stress condition, make it in press stress condition, increase its fatigued strength.Therefor, this process is widly usedin industry. But there are tow defects at the shot blasting  which apllied in industry: 1.Most of the vane of shot blasting are straight form,and also it has large wear ,short life time, low mechanical efficient. 2.The direction between the position of work pieces in container and blasting can not adjusted in all direction.So the bullet only impact some surface of work pieces, and the others will not process. The selection of thesis subject is concerned to overcome above disadvantages of the shot blasting in application.and research how to overcome them.In this paper ,We designed suspend shot blasting which use planet gear box and the tubular curve vane shot blasting. This construct of shot blasting resolve the above two diadvantages of shot blasting recently used.  The new shot blasting has been producted in Qingdao Zhuyou Foundly Equipment Factory and applied in Shandong Weifang Guanyu Machinery Manufacture Co Ltd.and Sunshine Machinery Manufacture Co Ltd.and Shandong Senyu Heavy Machinery Co Ltd.The good effect have been improved obviously. There are tow innovates in this paper: 1.Substitute the disc hook with planet gear box.It can make work piece but revolute on its own axis also revolution on Public axis.So the work piece can be process in all directions. 2. The application of the tubular curve vane can increase blasting efeciebcy, decrease wear of vane, increase life time of vane, decrease the cost of shot - 3 - blasting process. Key words: shot blasting; planet gear box; tubular vane; air select;  dust eliminate 抛丸机的设计  目录  1  绪论 2 1.1研究的背景及意义 2 1.2 研究的现状 2 1.3 本文主要完成的工作 3 2  设计原始资料、任务与要求 5 2.1 原始资料 5 2.2 设计任务 5 2.3 设计要求 5 3 转盘多吊钩式抛丸清理机 抛丸器的设计 5 3.1 引言 5 3.2 弹丸的选用 5 3.3 抛丸器磨损分析 7 3.4 抛丸器的设计计算 7  3.5 丸砂循环系统的设计   21 4 丸砂分离器的设计 27 4.1 分离器方案比较 27 4.2 帘幕式分离器的设计 27 4.3 螺旋滚筒筛的设计计算 30 5 转盘吊钩系统的设计 37 5.1预选电动机 37 5.2 行星轮系设计 37 5.3 抛丸机室体的设计 43 6 电控系统的设 计 46 6.1 控制系统的特点及要求 46 6.2 电气线路的设计 46 6.3 电气元件的选择 47 抛丸机设计（韩洋）  - 4 - 结论 52 致 谢 53 参考文献 54 - 5 - 1 绪  论  1.1 项目背景  随着机械制造业的不断发展，作为获得毛坯、半成品乃至成品的铸造业正在进入快速发展时期，而铸件表面的快速、高效清理问题已成为困扰一些中小企业特别是小型企业的问题，  正因如此，许多企业（包括一些科研机构在内），都在不断探讨新方法、新工艺以满足铸造业对铸件表面清理的要求。  东营昌瑞精铸有限公司 作为一家以生产中、小型不锈钢铸件为主业的企业，其铸件类型主要是中小型 不锈钢铸件 ，该厂现在对铸件主要清理的方式是人工清理，这一方面增加了工人的体力劳动，有损工人身体健康，存在安全隐患；同时还存在着清理效率低下、成本 较高、污染严重的缺陷。本设计就是基于厂家的要求，为实现对铸件的机械化、自动化清理而设计的。  1.2研究的现状  抛喷丸清理技术的发展历程如同其他行业技术的发展一样，经历了从仿制到自行开发至快速发展的一个漫长的过程。  早在五十年代末六十年代初，中国铸机包括抛喷丸设备只能生产仿苏产品，如： 3.4m 3.4m（ Q365型）台车式抛丸清理机， 3.4m 3.4m（ Q265型）台车式喷丸清理机， 323型（ QB3210 型）履带式半自动抛丸清理机， 334M 型（ 2511 型）转台式喷丸机等产品。那时对于抛喷丸清理技术与设备的 认知是十分粗浅的、朦胧的，不具备自行开发研制的能力，主要依赖外来图纸，至多能够进行测绘设计。  进入七十年代，抛喷丸技术领域逐渐形成自行技术开发的能力，如 1964 年青岛铸机自行开发了中国第一台抛丸清理设备 Q3110 滚筒式抛丸清理机，至今仍是许多中小铸造厂采用的主要清理设备的雏形，但其使用领域和范围发生了突破。  八十年代之前，抛喷丸技术多是用于中、小铸锻件清理。八十年代后，随着我国改革开放和由计划经济向市场经济的转轨，社会（市场）各个行业对抛丸清理工艺应用和适用清理设备的需求更加广泛与迫切。清理技术日臻成熟 ，各种形式的抛丸机不断涌现，应用领域大幅扩展。  抛丸机设计（韩洋）  - 6 - 现阶段，抛喷丸清理技术主要向着节能、环保、高效、安全、经济的方向发展，相继出现了形式多样的清理机（如通过式抛丸清理机、转台式清理机、吊钩式清理机、履带式清理机、滚筒式清理机、链式清理机、 喷丸式抛丸清理机 等），在技术发展趋势上主要是结合新技术（如先进的虚拟制造技术、机器人技术）、使用新材料（如使用新材料解决耐磨问题）并与计算机技术（如软件开发）结合，从而实现抛丸机的 智能化、电子化及红外远距离控制，实现全自动化清理。 根据市场调查和从各种媒介得到的信息，可分析出抛丸 技术的发展方向和趋势是：   薄板清理技术与设备 主攻防变形课题。解决集装箱行业薄钢板，抛丸变形平面度在 2mm/m3以内。   移动式清理机 主攻弹丸密封与回收课题。解决户外移动抛喷丸设备弹丸循环问题。   机器人（机械手）操纵清理机 主攻机器人（机械手）操纵技术课题。如采用计算机监控解决发动机缸体、缸盖抛丸清理机效果、效率及抛喷丸机的电气控制水平；解决机械手的防护等。   爬壁式清理机 主攻机器人技术爬壁课题。目前国内有关于爬壁喷丸或喷砂机器人的研究或报道，负载大多在 50Kg以内，而应进行大负载及爬壁抛丸机器人的研究。   结构形式、新工作机理开发。采用最先进的虚拟现实技术，对抛喷丸技术进行开发和研究。  本设计是应 东营昌瑞精铸有限公司的要求而设计的，同时又考虑到产品的后续发展，在对现有抛丸机大量调查、研究的基础上，针对现有抛丸机存在的问题作了改进。   本论文的创新点主要有两点：   用行星轮系吊钩代替了原来的盘式吊钩，在抛丸过程中，工 件既有自转又有公转，工件表面得到全方位的处理。   抛丸器采用了“管式、管式曲线叶片”，提高了抛丸效率，减少了叶片的磨损量，增长了叶片的使用寿命，降低了抛丸处理的成本。  1.3本文主要完成的工作   根据厂家对产品性能的要求，本文主要完成的工作是：  抛丸机主要组成部分的设计与计算，即抛丸器、丸砂分离器、工件载运装置、丸砂   - 7 - 循环系统、除尘系统及室体等的设计与计算。其中：  抛丸器设计包括： 弹丸选用、抛丸器的磨损、抛丸器的参数确定形式选择与设计计  算、抛投 结构形式及传动方式的选择计算、主要传动件的设计及 斗式提升机的选择计算 。  丸砂分离器设计包括：方案比较与选择、帘幕式分离器的设计计算、螺旋滚筒筛的设计计算、螺旋给料器的设计。  工件载运装置设计包括： 预选电动机、减速器、行星轮系设计、 抛丸机室体的设计。   完成电控系统的设计，其主要内容包括：  控制回路（主回路、辅助回路）的设计、电气元件的选择及电气回路图的绘制。   主要图纸：  抛丸机总装图 1张，斗式提升机图 1张，分离器装配图 1张， 电气回路图 1 张，部分零 件图。  抛丸机设计（韩洋）  - 4 - 2  设计原始资料、任务与要求  2.1原始资料   中小型不锈钢铸件：单件质量 2kg， 总质量   600kg。   最大生产率按质量计算： 3000t/年（或 2880kg/h）   工件最大外型尺寸：。 mm10003006 。   工件概况：  工件较复杂，形状主要为轮壳形，桶型及板型。型砂：粉粒状，粒度为 0-0.5mm，堆积密度35.1 mt，温度小于 250的中温材料； 不锈钢件上带有 30%重量的型砂。   清理时间： 10 30min。   类型：转盘多吊钩式抛丸机。   抛丸机 适用范围：不锈钢精密铸件、铝合金压铸件、锌合金压铸件、铜铸件、铸铁件、摩托车车架及铸钢制品件的表面清理、光饰、强化。  2.2 设计任务  东营昌瑞精铸有限公司 是一家以对外供应中、小型铸件为主业的企业，其铸件类型主要是中小型 不锈钢铸件 ，该厂现在主要清理铸件的方式是人工清理，这一方面增加 了工人的体力劳动，同时还存在着清理效率低下、成本较高的缺陷，本次设计就是基于厂家的要求，为解决厂家清理铸件表面遇到的困难，而设计研发的一套中、小型的铸件表面型砂清理设备：抛丸清理机。  2.3总体要求   实现完全机械化，消除清砂工人的繁重的体力劳动。   能够实现多方位清理，尽量减少清理死角。   改善作业环境， 工作场地受污染程 度达到国家法定标准。   设备工作可靠，整机造价较低，操作简单，维护简 单，具有较高的生产效率和劳动生产率 。   采用先进抛丸清理技术。  3 转盘多吊钩式抛丸清理机 抛丸器的设计  3.1 转盘多吊钩式 抛丸机的工作原理与特点   - 5 - 3.1.1 组成  转盘多吊钩式 抛丸机的主要由抛丸器、丸砂分离器、工件载运装置、丸砂循环系统、除尘系统及室体等组成。  区分抛丸设备型式的标志主要是载运工件的装置，不同载运铸件的形式形成了不同的类型，而抛丸机中抛丸器、丸砂分离器却是抛丸机的核心设计部分。  3.1.2 转盘多吊钩式 抛丸机的清理机理  将需要抛丸处理的工件直接悬挂在吊钩上， 吊钩在牵引机构的带动下自动进入抛丸室，吊钩进入抛丸室后，抛丸室门将气动关闭，电气联锁，以避免工件在抛丸室内进行抛丸处理时他人误开抛丸室门。工件在清理室中被吊钩带动，开始公转并同时自转，同时抛丸器高速抛出的弹丸形成流丸束，均匀地打击在工件表面上，使工件受到充分抛射，减少抛射死角，从而达到对工件清理、强化的目的。抛出的弹丸及沙粒经过滤器的小孔，流入提升机内，由提升机提升到分离器中进行分离。粉尘由风机吸送到除尘器中过滤，清洁空气排入大气中，布袋上的灰尘经机械震打落入除尘器底部的集尘箱中，用户可定期清理，废砂由废料 管流出，用户可回收再利用。丸砂混合物由回用管收回进入室体，带分离器分离后再回用，干净的弹丸有电磁供丸闸门进入抛丸器抛打工件。  3.1.3 特点  其处理效果好、生产率高、投资较低、污染少、劳动强度低、易实现机械化，用于大批量生产。但抛 射方向不能任意改变，灵活性差； 并且设备复杂，易损件多，特别是叶片等零件磨损快，维修费用高；但是它能使工件表面达到一定的表面质量要求，因此得到广泛的应用。  3.1.4 适用范围  该设备适合用于各行业中的小型铸件，锻件，冲压件，齿轮，弹簧等件的清砂，除锈，去氧化皮和表面强化，特别是用于怕 碰撞的零件的清理以强化； 吊钩可设多个，转盘自转、吊钩公转以使工件各个面均被清理。  3.2 弹丸的选用  表 3.1  铸件喷，抛丸清理弹丸选用表  Table3.1 Selection of foundry and shot blasting bullets 抛丸  用途  丸号  丸径（ mm ）  抛丸机设计（韩洋）  - 6 - 弹丸选用的合理与否和清理效果有直接关系。一般情况下，弹丸选择的根据是被清理件的材质、厚度、尺寸大小以及对工件表面的要求等。对于抛丸清理丸径，可按表 3.1 选用。  此外在选用时，还应考虑下列因素：    弹丸的粒度   弹丸的粒度表示弹丸的直径，粒度大直径也大。所使用弹丸直径越大，对被清理表面的打击力就越大，每个弹丸的清理作用也越强。但工件表面弹痕深，所形成的工件表面粗糙度大，单位时间内对工件的打击次数也比较少。总的清理效果不仅要看每次打击力量的大小 ，而且还要看总的打击次数。理想的弹丸应是大，中，小粒度弹丸的组合。大粒度的弹丸用来击碎坚硬的皮层，小粒度的弹丸用以清扫工件的表面。这样，单位重量的弹丸才具有最多的打击次数和最大的打击力量，从而发挥出最大的清理效果。    弹丸的硬度   弹丸的硬度高，刮削作用强，清理效果好。但硬度过高的弹丸，一般容易碎裂成小碎块，这将减少弹丸的打击力；另外，由于破碎快，不仅不能充分利用弹丸反弹后的第二次打击力量，而且还加快清理设备的磨损。弹丸硬度过低，弹丸容易变形，反弹性能也不好，虽然使用寿命较长 ，但清理效果不好。    弹丸的材质   弹丸的材质选择要根据弹丸的硬度及本身的使用寿命，该种弹丸对清理设备零件的磨损速度，清理效率和弹丸的价格等因素进行综合考虑。各种弹丸材质的使用效果参表 3.2。  表 3.2 各种弹丸材质的使用效果对比表  20， 25 2 2.5 大型铸钢件表面清理  15， 20 1.5 2 大型铸铁件和  中型铸钢件清理  10， 12 1.0 1.2 中小型铸铁件和小型铸钢件清理  5， 8 0.5 0.8 小铸件表面清理  3， 5 0.3 0.5 有色金属铸件表面清理  丸的材质  普通白口铁丸  可锻铸铁丸  铸钢丸  铁丝段  硬度 HRC 60 68 35 40 35 45 35 45 抛丸寿命  1 2 30 60 30 60 - 7 - 经过综合比较，我们选用铸钢丸。丸号为 10， 15， 20 三种，以达到最佳的清理效果和最合理的经济效率。  3.3抛丸器的磨损分析  抛丸器的零件处于强烈的磨料磨损状态，且承受弹丸的反复冲击。影响抛丸器零件  使用寿命的因素有零件的材质，弹丸的材质，抛丸量，丸速和 丸径。  零件的材质特别是叶片的材质，不仅要耐磨还要求韧性好。叶片 、 分丸轮、定向套和护板多用耐磨性和韧性都好的铬合金铸铁，叶轮多用 40Cr 制造。常用叶片材料有含  表 3.3   弹丸的材质对零件使用寿命的影响  铬 25 30的高铬铸铁和碳化钨合金，它们的使用寿命分别是 500 1000h和 1000h左右。由于我们选用管式叶片，为了提高叶片寿命，我们采用了耐磨性很强的高铝陶瓷材料。  抛丸器零件的使用寿命与丸速的四次方成反比。除非清理工艺的需要，否则不宜采用过高的丸速。叶片的使用寿命与丸径的立方成反比。一般丸径选用 0.5 2mm，过大的丸径将使叶片断裂机会大为增加。  3.4 抛丸器的设计计算  叶片磨损速度  10 15 1 1 1.5 2 清理效率  6 2.25 1 2 价格  1 5 8 4 5 4 5 弹丸材质  零件  白口铸铁丸  可锻铸铁丸  氧化铝丸  钢丸  叶片  52 100 220 140 定向套  63 246 448 184 分丸轮  208 267 564 353 叶轮  302 299 482 340 抛丸机设计（韩洋）  - 8 - 抛丸器的构造（图 3.1）：电动机通过带轮，由 V 带传动带动抛丸器轴旋转。抛丸器轴由轴承和轴承座支撑。轴的一端装有结合盘，而双圆盘则是用螺栓固定在结合盘上，在结合盘上装有八个管式叶片，它用圆柱销固定在圆盘上。轴的顶端还有用螺栓固定着 的分丸轮。这  样，在轴旋转时，分丸轮、圆盘、叶片便随同轴一起旋转。在下罩壳上固定着进丸轮和定向套。罩壳内装有耐磨护板。更换叶片时，可以将带有弧形护板的上  罩壳转开。                                      图 3.1 抛丸器  这是双圆盘式机械进丸的抛丸器。  3.4.1抛丸器的性能参数    抛丸量、抛丸率和抛丸速度。  抛丸机每分钟抛出弹丸的质量即为抛丸量。            当抛丸器叶轮转速降低时，其抛丸量将变大。当抛丸量不变时，工表面所接受到的  弹丸的数量与工件到抛丸器距离的平方成反比。清理中、小型工件时多采用 100-400kg/min抛丸量的抛丸器。  抛丸器抛出的丸速一般在 60 80m/s，大型工件和铸件及多砂清理采用较大的丸速，  一 般为 75 80m/s。                         扇形角、轴向扩散角和抛出角。  抛丸器工作时，弹丸沿叶轮旋转平面呈扇形抛出。其角度即为扇形角，扇形角一般在55-70 度之间。当定向套窗口因磨损而变大时，扇形角也变大。一般扇形角要比定向                                                          套开口角达 10 度左右。       设计抛丸器主要是选择并确定合理的技术参数，如叶轮直径，转速，叶片宽度以及电机功率 等，以获得清砂工艺所要求的弹丸抛射速度和抛丸量。                        3.4.2 抛丸器主要参数的确定   弹丸抛射速度的选定     弹丸抛射速度不宜过高，否则会加深铸件表面的弹痕，使薄壁铸件变形，降低铸件表 - 9 - 面光洁度和尺寸精度；另一方面，由于动能与速度的平方成正比，过高的抛射速度会大大增加抛丸器的功率消耗。同一功率，若提高抛射速度，则允许的抛丸量便显著降低，这是因为功率只与抛丸量的一次方成正比的缘故。根据清理工件的特点和要求我们选择抛丸速度为 76m/s。   抛丸器数量的计算  抛丸器的数量可按下式计算       21 nnN 式中  N-抛丸器的总数量  n1 -室体上抛丸器的排数，当室体长度后， n1 就可以确定；  n2-每一排上抛丸器的数量。   每一排上抛丸器的数量，可用作图法确定。即根据工件的外形，每个抛丸器的旋向和最有效的打击角度，按照抛丸器的扇形角 ，抛出角 和丸流对工件的入射角，画出每个抛丸器的扇形丸流区位置图。  其方法是先根据抛出角画出同心圆 A ，再 引两根 A 圆的切线，使其夹角为扇形角。这两根切线就是此抛丸器扇形抛射区的两根边线。并使相邻的抛丸器扇形区交界处有一定的重合度，从而定出抛丸器的位置尺寸。另外，上下抛丸器在水平方向应互相错开 250mm左右的距离，或根据抛丸器的轴向扩散角画出水平方向抛丸流散射范围，以使相邻抛丸器各自的垂直平面内不互相干扰。  式中   n1=1, n2=2，      则  221 nnN即：   所需抛丸器数量为 2 台。   抛丸器抛丸量的计算  按所需清理铸钢件带砂量计算的总丸量 计算，查 1公式（ 21.1 9）  Gw=g wCW                             (3.1)                                           式中  Gw 按铸件带砂量计算的每小时清理工件的总丸量（ kg/h）  W 按重量计算的最大生产率（ kg/h）  gw 清理每千克型砂所需弹丸量（ kg/kg） ,型砂溃散性差时，查表 3.4 取 gw=12.5。  C 铸件带砂量 系数，当铸件带砂量为 30%时， C=0.3. 考虑工件装卸和运输时间的工作时间利用系数。 =0.5 0.85，单件小批量生产取小值，大批量生产取大值。取 =0.75。   则：   抛丸机设计（韩洋）  - 10 - Gw = hkg /1440075.0 5.123.02880 型砂溃散性参表 3.4。  表 3.4   型砂溃散性  工件情况  铸件清砂  溃散性好的型砂  溃散性差的型砂  gw(kg/kg) gw=7.4 10 gw =10 12.5 每个抛丸器应有的平均抛丸量按资料 1公式（ 21.1 4）计算  NGG Wa 60/  式中：     aG 每个抛丸器应有的平均抛丸量（ kg/min）  Gw 清理工件的总丸量（ kg/h），这里  GW=14400kg/h N 抛丸器的数量， N=2 则：   m i n/12026014400 kgGa 我们暂定义其为机械进丸式抛丸器 Q305-C 型。其抛丸量为 120kg/min，叶轮转 速为2200r/min，叶轮直径为 450mm，根据工作要求我们选弹丸初速度  (即0)为 76m/s。   3.4.3 丸速和丸径的核算   丸速的核算     弹丸的末速不应小于 50m/s,否则就不能把工件表面的氧化皮除去。因此要按下面的近似公式对弹丸的末速进行核算，查 1公式（ 21.1 15）  V=V /e0.1022ds                                     (3.2). 式中：  V 弹丸的末速度（ m/s） ; V 弹丸的初速度（ m/s）；  e 自然对数的底， e=2.71828; s-弹丸飞行距离（ m）；  d-弹丸直径（ mm） ; 则由 V =76m/s,e=2.71828,d=1mm(最小直径 ) 取 s=sm, sm按式查 1公式（ 21.1-17）计算  sm=B/2+b1+ +D/2                  （ 3.3）   - 11 - 式中： B=1915mm,b1=200mm, =85mm,D=1015mm 则   sm =1915/2  + 200 + 85 + 1015/2 =1750mm=1.75m 带入时，查 1公式（ 21.1-15），  V=76/2.718280.10221.75/1 =63.5 m/s 此速度已大于清理所需要的最低丸速 50m/s，因此不需要再进行能有效清理的最小丸径核算。   抛丸器叶片外圆直径的近似计算  ，  查 1公式（ 21.1 18）   根据公式：                        nD 068.00（ 3.4）  式中：0 弹丸初速度 (m/s)；  D 抛丸器叶片旋 转圆外径（ m）；  n 抛丸器叶轮的转速（ r/min） ; 即：  mmnD 5 0 82 2 0 00 6 8.0/760 6 8.0/0 抛丸器功率的近似计算      抛丸器所需电动机功率可按下式进行近似计算，查 1公式（ 21.1 19）  822 104 2 8.4 CDnQN                    （ 3.5）  式中   N 抛丸器所速电动机功率（ kW） ; Q 抛丸量 (kg/min); n 抛丸器叶轮转速 (r/min)；  D 抛丸器叶片旋转圆外径 (m)；  C 修正系数，取为 1.3 1.4。  取： Q=120kg/min， n=2200r/mi， D=0.508mm， C=1.得  822 1035.1508.02200120428.4 N  =8.96 Kw 故选电机型号为 Y160M 4,功率为 11kW, 转速为 1460r/min。   整机循环量的计算  整机循环量用以确定丸料循环系统中，每个输送设备的运输量。可按下式计算，查 1公 式（ 21.1 20）  iai iMgnjG 106.0                         （ 3.6）  式中    GM 整机循环量 (t/h); j 清理类型系数，用于清理铁锈或氧化皮时， j=1.1，用于清理带砂铸件时， j=1.35；  抛丸机设计（韩洋）  - 12 - gi 用于抛丸清理时为第 i 种规格抛丸器的抛丸量（ kg/min）；  ni 用于抛丸清理时第 i 种规格抛丸器的数量；  a 抛丸器的规格数量。  将   a=1,  j=1.35,  ni=2,  gi=120 代入式 3.6 则    GM =0.06  1.35  2  120 =19.44（ t/h）  考虑到供料系统的不均匀性，对整机循环量加以修正。查 2公式（ 17.8 31）  由式：                         KQQ MP /                            （ 3.7）  式中     k 供 料不均匀系数，取 k=1.2 1.6; 式中取   k=1.3 则：  Qp=19.44/1.3 =14.95 t/h 取 Qp =15t/h 即确定循环系统个运输设备的运输量为 15t/h。  高效抛丸器参数如表 3 .5 所示。  表 3 .5 抛丸器基本参数  抛丸器型号  叶轮转速（ r/min）  电机功率 (kW) 抛丸量 (kg/min ) Q305-C 2200 11 120 弹丸抛射速度（ m/s）  径向散射角 (度 ) 轴向散射角 (度 ) 定向套开口角 (度 ) 76 -60 -8 60 3.4.4 抛投结构形式及传动 方式的选择计算   叶轮盘形式        现有两种：双圆盘和单圆盘。双圆盘的优点是叶片受力情况较单圆盘好，弹丸轴向散射较小；其缺点是制造工艺复杂。本设计采用双圆盘，并使叶片伸出圆盘 29mm。在保证叶片外径 508mm 的条件下，圆盘直径缩小到 450mm.这样的好处是：  a)延长圆盘寿命。  实践证明，叶片不伸出的圆盘，其外沿靠叶片处，易受弹丸冲刷，结果因该处磨损而造成圆盘报废。缩小叶轮盘直径，使叶片稍向外伸出，则可以避免这种损坏。  b)减少合金钢（一般采用 40Cr 锻钢）材料的消耗；减 轻圆盘重量（约减少 20%）和缩小回转半径，从而减少了转动惯量，使电动机的启动转矩，起动电流和启动延续时间都随之减少，有利于延长电机寿命。   叶片的形状结构设计选择   - 13 - 抛丸器的叶片是磨损最快的易损件。叶片需要经常拆换，因此叶片的固定结构将直接影响抛丸器的使用性能。因此我们采用圆柱销式固定方式，为了增加结构的刚度和抛丸效果，我们采用了双圆盘式叶轮结构。  抛丸器的叶片，可以分为直线式和曲线式叶片。但这两种叶片磨损快，寿命短。为了提高叶片的使用寿命，我们设计了一种管式叶片，它使用与清理精 密铸件时所采用磨损性很强的氧化铝弹丸。这种用耐磨性很强的高铝陶瓷材料制造的管式叶片，还可以在叶片磨损后转一角度继续再使用。它的使用寿命是普通叶片的 10-20 倍，并因管内形成的高速气流而获得更高的弹丸抛出速度。  鉴于管式叶片的多种优点，我们选择管式叶片。如图 3.2 所示。  图 3.2 直管式叶片   叶片固定方式      叶片是抛丸器最主要的易损件，数量多，装卸频繁。因此在保证固定可靠的条件下，尽量能使装拆方便，减少维修量。目前对于双圆盘的抛丸器，比较好的叶片固定方式有弹簧卡固定 法（日本新东）和圆柱销固定法（洛阳拖拉机厂）。我们采用后者，它是一种比较可靠而又方便的固定方法，制造也简单。安装管式叶片时，先将叶片插入定位环孔中，再把圆柱定位销有圆盘外侧沿轴向送入销孔，用手锤轻轻敲击销的外端，使销的另一端穿过叶片背面凸台的空档，直到完全嵌入另一侧圆盘的销孔时为止。   定向环结构     由于采用了管式叶片，在叶片与叶片间外侧留下了空隙，使弹丸从空隙抛出，这样既影响了抛丸效果和效率，又加速了管叶片的磨损。为此，我们采用了定向环，同时又起到为管叶片轴向定位的作用。   分丸轮的结构设计  抛丸机设计（韩洋）  - 14 - 抛丸器分丸轮的尺寸和形状对抛丸量有直接影响。大口径的分丸轮将具有较大的抛丸量。分丸轮有三种类型。我们选用圆锥形入口的分丸轮，由于入口处不能形成堵塞入口的弹丸环，可是抛丸量成倍增加。（如图 3.3 所示）  研究表明，分丸轮窗口内框限制了弹丸流的通过能力。分丸轮内径是影响抛丸量的主要因素。因此采取以下措施增加抛丸量：  a) 选取较大的分丸轮内经以扩大窗口通过截面。由于内经加大，分丸轮内壁的圆周速度也相应加大，弹丸随之旋转的离心力也相应增大。据分析，弹丸进入分丸轮内 腔并非直接进入窗口，而是被携带旋转一圈，乃至若干圈后靠离心惯性力进入分丸轮窗口的。  b) 分丸轮叶片截面内侧设计为圆弧形，见零件图，它相当于扩大了分丸轮内侧窗口面积，并且减少了弹丸进入阻力。  c）分丸轮进丸口设计为圆锥形收口。实验证明，具有圆筒状进丸口的分丸轮，当出现堵塞时，弹丸被离心惯性力压向轮壁，形成坚固的环形堆积。这个附着在分丸轮进口内壁上的弹丸环，即使在堵塞消失后也依然存在，阻碍着弹丸顺利地进入分丸轮内腔，使抛丸量显著下降。而这个弹丸环只有在停车后，速度降到很低时，才会突然瓦解。圆锥形进丸 口则可以避免这种不利情况。   分丸轮以及其它主要尺寸的确定。实验证明，分丸轮内径是影响抛丸量大小的主要因素。但到目前为止，没有较理想的抛丸量与抛头结构参数的关系式。 Q305 抛                    图 3.3 分丸轮  丸器（分丸轮内径为 58mm）的实测抛丸量  只有 4070kg/min,为铭牌数据 40kg/min的 1/31/2. 为此，决定分丸轮内径为 80mm,分丸轮外径为 110mm。其与定向套之间的间隙及定向套与外叶片内端的间隙，根据经验按大于或等于弹丸直径的二 倍来确定，以保证不挤碎弹丸。因弹丸最大直径为 2mm，则间隙尺寸定为 4mm。  据此并参照有关设计定出：  定向套内径 =118mm，外径 =138mm 管叶片内端直径 =146mm，  管叶片内径 =56mm，  外径 =76mm，叶片长 =179.5mm 定向套窗口宽 =58mm，  开口角 =60 度  分丸轮叶片宽 =43mm  窗口开角 =25 度   - 15 - 进丸管直径 =55mm   分丸轮采用内六角螺栓固定   结合盘与轴的装配采用锥柱配合   罩壳采用旁开 式，开启方便省力。   传动方式     目前有电机与抛丸器同轴的直连方式。优点是结构紧凑，传动效率高。但电机的防震和保护是一个较难解决的问题。本设计仍采用通过 V 带传动的方式。  3.4.5 带传动的设计计算 （以下未说明的资料来源均出自资料 22 第 17 章）    已知条件：传递功率 P=11Kw;  小带轮转速 n1=2200r/min; 大带轮转速为 n2=1460r/min. 计算过程：  步骤  计算项目  计算及参数选择  计算结果  1 确定设计功率  KWKPPAd 6.176.111 由表 17-5 查得工作情况系数 KA =1.5 因是增速传动 ， 需 将 数 字 0.01 加上 KA 中 ， 即 KA =1.5+0.10=1.60 Pd=17.6KW 2 选择带型  根据 n1=2200r/min 和 Pd=17.6KW。由图 17-1 查得带的型号为 B 型  选用 B 型 V 带  3 计算传动比  507.11460/2200/21 nni  i=1.507 4 小带轮基准直径  参考表 17-11 和表 17-12    取 dd1=140mm dd1=140mm 5 大带轮基准直径  )1(12 dd diddd2 )01.01(140507.1 =208.85mm     弹性滑动率   =0.010.02 有表 17-11 取  dd2 =212mm 6 带速  100060/21 nd p=16.2m/s 此处取 dp1 = dd2 =16.2m/s 7 初定轴间距  据 0.7（ dd1 +dd2 ） a0 2（ dd1 +dd2 ）  246.4mm a0 704mm 取  a0 =500mm 8 所需基准长度  02212100 4/)()(22 addddaL ddddd =2 500+2(140+212)+(212-140)2/4 500 由表 17-2 选取基准长度为Ld=1600mm 抛丸机设计（韩洋）  - 16 - =1555.5mm 9 实际轴间距  2/)(00 dd LLaa =500+(1600-1555.5)/2=522.25mm 安装时所需最小轴间距  amin=a-0.015Ld =522.25-0.015 1600 =498.25mm    张紧或补偿伸长所需最大轴间距  amax=a+0.03Ld =522.25+0.03*1600 =570.25mm a=522.25mm amin=498.25mm amax=570.25mm 10 小带轮包角  adddd /)(3.571 8 0 121 =180o-57.3(212-140)/522.25 =172.1o 1=172.1o 11 单根 V 带的基本额定功率  根据 dd1=140mm 和 n1=2200r/min 由表 17-9d 查得 B 型带 P1=3.58KW P1=3.58KW 12 传动比 1i 的额定功率增量  考虑到传动比的影响，额定功率的增量  1P   由表 17-9d 查得  kwP 54.01  1P =0.54kw 13 V 带的根数  ld kkppPZ )/( 11，  由表 17-6 查得 982.0k由表 17-7 查得 KL =0.93 Z=17.6/(3.58+0.54) 0.982 0.93 =4.8（根）  取 Z=5 根  14 单根 V 带的预紧力  20 /)1/5.2(5 0 0 Vvd MzPKF 由表 17-8 查得 m=0.17kg/m F0 =500（ 2.5/0.982-1） 17.6/（ 5 16.2）  +0.17 16.22 =212.6 N F0=212.6 N 15 作用在轴上力  )2/s in (210 ZFF=2 212.6 5 Sin(172.1o/2) =2121 N Fr=2121 N 16 带轮的结构  见图 3.4   3）带轮的结构和尺寸  由 Y160M-4 型电动机可知，其轴伸直径 d=42mm,长度 L=100mm.故大带轮轴孔的直径应取 do=42mm,毂长应小于 110mm. - 17 - 由表 17 14 查得，大带轮结构为辐板轮。辐板厚度S=16mm.选用材料为： HT200  轮槽尺寸及轮宽按表 17-13 计算。参考图 17-4 典型结构，大带轮结构如图 3.4 所示。        3.4.6 主轴的尺寸计算与结构设计   初步估计轴径     轴所传递的功率为  P=P0 =11 0.96=10.56(KW)   (P0 为电机功率， 为 V 带传动效率 )                                       轴的材料选用正火处理的 45 号钢，根据以下公式从强度考虑估算轴径                                               图 3.4 皮带轮  d A（ P/n） 1/3=110（ 10.56/2200） 1/3 =18.56mm         从 扭转刚度考虑估算轴径  d C(P/n)1/4 =120 (10.56/2200)1/4 =31.58mm                     取  d=36mm                                                  图 3.5 主轴   轴的结构设计  轴的结构设计要综合考虑到轴的强度、刚度，加工工艺性和轴上零件的安装、固定和拆卸等各种因素。在确定轴的各段直径和长度的同时，也要确定其他一些零件及箱体的有关尺寸。根据轴的设计原则并参考相关经 验设计，轴的结构设计简图如图 3.5所示。   轴的强度验算    轴的结构设计完毕，进行强度验算；轴所承受的扭矩为  Tn =9550P/n =9550 10.56/2200 =45.84N.m 轴受力情况如图 3.6 所示。  抛丸机设计（韩洋）  - 18 - 图 3.6 主轴力图  V 带张力的合力 NF 21211 ，叶轮自重 NF 10002 F2=1000N， 2F 的方向总是指向地心， 1F 的方向则随安装位置而定，