网带输送式热处理炉机械系统的创新设计

1、网带输送式热处理炉机械系统的创新设计张继忠杨建民摘要为改善网带输送式热处理炉在工作过程中网带运行的平稳性,减小网带与鼓轮间的磨损,对其机械系统进行了创新设计。关键词:创新设计网带输送装置热处理炉中图分类号:TG155文献标识码:A文章编号:16713133(200312009102A creative design of mechanic system in heat treatmentfurnace with mesh2belt conveyerZhang Jizhong,Yang JianminAbstractIn order to improve the running sm oothn

2、ess of mesh2belt and reduce the wear between mesh2belt and traction wheel,a creative design of mechanic system in heat treatment furnace with mesh2belt conveyer was proceeded1K ey w ords:Creative designMesh2belt conveyerH eat treatment furnace一、引言网带输送式热处理炉主要由炉体部分、温控系统、机械执行系统和传动系统等部分组成,而机械执行系统和传动系统的设

3、计是否合理将关系到网带运行是否平稳、工件通过热处理炉的时间是否恒定,这对网带输送式热处理炉工件热处理质量及网带的使用寿命有直接影响。现有的网带输送式热处理炉由于炉底板或推杆带动网带的前进与鼓轮转动拉动网带的前进不能做到等量交替进行,因而不同程度地存在着网带运行速度不均匀以及网带与鼓轮间摩擦磨损较严重的现象,为了有效地解决上述问题,对网带输送式热处理炉的机械传动系统、执行系统进行了创新设计。二、对机械系统技术要求根据创新设计要求确定网带输送式热处理炉机械系统必须完成的动作为:1底板或推杆做推程运动时,带动网带一起前进,从而将需热处理的工件以恒定速度带入热处理炉中加热,并保证所有工件在炉中的保温时

4、间相同。此时驱动鼓轮保持静止不动;2炉底板或推杆做返回运动时,驱动鼓轮转动并拉紧网带为下一个循环网带前进做好准备。为了减小网带与鼓轮间的摩擦磨损,在确定机构参数时应保证每一工作循环中由推杆带入炉体中的网带长度与鼓轮转动从炉体中拉出的网带长度相等。由此可见,网带在工作过程中是做间歇性步进运动,同时要求驱动鼓轮作间歇转动并与推杆带动网带前进的运动交替进行,以保证网带运行平稳,从而使工件通过炉体的时间恒定,减少网带与鼓轮的磨损。三、机械系统整体方案网带输送式热处理炉机械部分的工艺动作分解的布局设计才有可能进行。关联约束(C onjunction constraints,用R表示是对机械产品部件级、零

5、件级和特征级层次之间以及层次中的零、部件之间的属性约束、行为约束和形位约束相互联系、相互映射的关系的描述和限定。关联约束在布局设计的数学模型中通常作为约束条件。三、结论布局设计中要充分考虑到机械产品设计的各种信息,如材料、尺寸、功能、结构、空间限制等,本文将这些信息相应地转化为一定的约束来表达,然后依据它们在布局设计中的作用将这些约束进行适当分类,并以蜗杆-齿轮减速器为例进行说明,为以后机械产品布局设计中模型的建立及求解提供了理论基础。参考文献2孙守迁,包恩伟,潘云鹤.面向产品布局设计的组件特征模型J.计算机辅助设计与图形学学报,1999,11(13王金敏,王玉新,查建中.布局问题约束的分类及

6、表达J.计算机辅助设计与图形学学报,2000,12(54王理平,王耕耘,王义林等.面向功能的模具装配设计J.计算机辅助工程,2001,3(15刘振宇,谭建荣,张树有.面向虚拟装配的产品层次信息表达研究J.计算机辅助设计与图形学学报,2001,13(3作者通讯地址:天津大学机械学院115#(300072收稿日期:20030610设备设计与维修为:1送进机构完成网带的步进送进动作;2间歇运动机构完成驱动鼓轮的间歇转动动作;3联动机构保证驱动鼓轮的间歇转动动作与网带的步进送进动作协调并交替进行。4减速传动机构使网带以适当的速度前进,以保证工件在炉中的保温时间。表1列举了完成上述工艺动作的对应简单机构

7、,把各机构进行组合后,机械运动方案的数目为:N =3×3×2×3=54。根据所设计的网带输送式热处理炉要求性能良好、结构简单、网带运行平稳、使用寿命长、成本低的特点,最终确定整体方案如下。电动机联轴器减速器链传动曲柄滑块机构活动推杆网带前进|曲柄摇杆机构棘轮机构驱动鼓轮间歇转动表1 网带输送式热处理炉机械部分的机构组合送进机械曲柄滑块机构等宽凸轮机构曲柄摇杆机构+活动炉底板间歇运动机构棘轮机构不完全齿轮机构槽轮机构联动机构曲柄摇杆机构链传动机构传动机构蜗杆传动+链传动带传动+蜗杆传动带传动+齿轮传动+链传动网带输送式热处理炉机械系统运动方案见图1。图1机械系统运动

8、方案11电动机21联轴器31蜗轮蜗杆减速器41主动链轮51链条61从动链轮71曲柄81连杆191推杆101网带111小滚轮121连杆2131摇杆141主动棘爪151棘轮161止动棘爪171驱动鼓轮181从动鼓轮191大滚轮四、执行机构的主要参数工件在热处理炉中的加热时间一般为812min ,取中间值10min ,网带平均速度v =0114m/min ,初步确定网带每工作循环前进11mm ,由此确定出各执行机构的主要参数。11曲柄滑块机构曲柄长度为515mm ,连杆长度为400mm ,偏心距为90mm ,推杆实际行程为1113mm 。21曲柄摇杆机构曲柄长度为515mm ,连杆长度为370mm

9、,摇杆长度为200mm ,机架长度为54213mm ,摇杆摆角为5°。31棘轮机构模数m =3mm ,齿高h =215mm ,齿数z =90,齿顶弦高a =3mm ,齿槽夹角=60°,齿顶圆直径d a =270mm ,齿根圆直径d f =265mm ,棘爪长度l =60mm ,摇杆上棘爪摆动中心到摇杆摆动中心距离为148mm 。41鼓轮机构驱动鼓轮外径为324mm ,位置固定;压紧鼓轮外径为200mm ,位置可调。鼓轮外表面粘附约5mm 厚的橡胶层以增大摩擦,从而有效地避免了网带倒滑。51曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构中的曲柄转动一周,摇杆通过棘爪带动棘轮转过4°,此时

10、驱动鼓轮滚过的弧长为:S =4°×(/180°×(324/2=11131mm 。由此可见,每一工作循环中由推杆带入炉体中的网带长度与驱动鼓轮转动从炉体中拉出的网带长度相等,满足了设计要求。五、机械系统主要特点该方案原动机采用Y 系列三相异步电动机,经蜗轮蜗杆减速器、链传动减速后驱动偏心轮转动。偏置的曲柄滑块机构(偏心轮机构驱动活动推杆做往复移动从而带动网带前进,炉底板在炉罐中静止不动。偏心轮同时驱动一个曲柄摇杆机构,摇杆往复摆动,带动棘爪推动棘轮在推杆回程时实现单向转动,止动棘爪防止驱动鼓轮倒转,实现驱动鼓轮单向间歇转动。在每个工作循环送料过程中,偏置的曲柄滑快机构通过推杆带入炉体内的网带长度约为1113mm ,此时驱动鼓轮静止;推杆返回时,驱动鼓轮单向转动4°,与压紧鼓轮拉动网带走过约1113mm ,使网带处于张紧状态,为下一个工作循环的送料动作做好准备。该机械的创新之处在于用常用简单机构组成了一个完成既定动作、效果良好、工作可靠的机械运动方案,成功地解决了网带运行速度不均匀以及网带与鼓轮因工作不协调而造成的摩擦磨损较严重的问题,提高了网带和鼓轮的使用寿命。该方案所设计的网带输送式热处理炉已投入使用