田偉華 田軍偉 張松鋒

摘 要：以風(fēng)能驅(qū)動定向輸送機械裝置為研究對象，介紹了風(fēng)能驅(qū)動的定向輸送裝置的設(shè)計思路和工作原理，并運用了軟件進行了造型設(shè)計與模擬仿真，在其基礎(chǔ)上進行了成功試驗，通過分析比較，得出了風(fēng)能驅(qū)動定向輸送裝置進行物料輸送的一些優(yōu)點和缺點，為在低碳環(huán)保條件下，對新能源的研究提供了平臺。

關(guān)鍵詞：低碳環(huán)保；風(fēng)能驅(qū)動；傳動軸；豎軸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.002

0 引言

隨著現(xiàn)在社會的高速發(fā)展和生活水平的提高，環(huán)保、低碳等概念已深入到社會的每一個角落，，它可以促進城市生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的整合，有利于改善人與自然環(huán)境的關(guān)系。 低碳是提倡借助低能量、低消耗、低開支的生活方式，把消耗的能量降到最低，從而減少二氧化碳的排放。環(huán)保就是保護環(huán)境，協(xié)調(diào)人類與環(huán)境的關(guān)系，更好地保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。本文創(chuàng)新設(shè)計與制造了風(fēng)能驅(qū)動定向輸送裝置[2-3]，并利用葉輪轉(zhuǎn)動，進而帶動傳動機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)物料傳送的機械裝置，為在低碳環(huán)保條件下，對新能源的研究提供了平臺。

1 風(fēng)能驅(qū)動裝置設(shè)計部分

“風(fēng)能驅(qū)動輸送裝置”總裝配圖及效果圖如圖1.1所示。

2 工作原理、性能指標(biāo)及主要用途

2.1 工作原理

葉輪傳動→傳動軸1→圓錐齒輪→傳動軸2→偏心軸套→推頂桿→動物料。具體工作原理分析：軸流風(fēng)機的風(fēng)能推動葉輪進行旋轉(zhuǎn)運動，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能；葉輪與傳動臥軸通過鍵連接，鍵連接保證了葉輪與傳動軸的周向配合，軸向配合是通過軸端的擋圈實現(xiàn)；傳動臥軸通過雙軸承完成在箱體的安裝與支撐，另外傳動臥軸右端與圓錐齒輪通過鍵連接裝配；整個運動通過一對圓錐齒輪改變運動成正交方向傳遞給立軸；立軸為一豎軸，兩端通過一對軸承定位在箱體上面，兩軸承孔應(yīng)該保證同軸度要求；立軸的旋轉(zhuǎn)運動帶動兩個同等尺寸的偏心輪，偏心輪外面套有圓形軸套，軸套與兩頂桿連接，把立軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為兩頂桿作成90°方向的往復(fù)直線位移運動，進而實現(xiàn)物料的運輸。

2.2 性能指標(biāo)

（1）葉輪由風(fēng)能驅(qū)動，風(fēng)速8-12m/s，葉輪在此驅(qū)動下可達到轉(zhuǎn)速10-15r/s。

（2）物料尺寸Φ25mm×10mm，物料材質(zhì)為塑料；頂桿作直線往復(fù)運動，行程35mm。

（3）葉輪設(shè)計的尺寸為Φ246mm，厚度為60mm，8個葉片。

2.3 主要用途

（1）用于研究低碳環(huán)保-風(fēng)能的使用情況；

（2）在不同的風(fēng)速下，研究葉輪的運動情況；

（3）分析風(fēng)能驅(qū)動裝置實現(xiàn)物料輸送的效率和精確情況。

3 主要零件設(shè)計

3.1 葉輪

葉輪是零件設(shè)計過程中最重要的零件之一，關(guān)系著整個傳動機構(gòu)的性能與穩(wěn)定性。圖3.1所示，葉輪設(shè)計的二維圖。

3.1.1 零件結(jié)構(gòu)分析

文章以葉輪的加工為載體，選擇零件的毛坯尺寸為φ250X70mm，材料為硬鋁合金。

3.1.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析

根據(jù)數(shù)控加工的原理和特點，可以采用下列工件裝夾方法，進行零件輪廓的數(shù)控銑削加工。

裝夾方式： 在加工中心工作臺面，放置三爪卡盤，以反爪卡緊葉輪底座的工藝臺階，以葉輪外圓定位；利用壓板、螺栓、墊鐵等工具，壓緊三爪卡盤。如圖3.2所示，葉輪的毛坯裝夾圖，如圖3.3葉輪的現(xiàn)場加工圖。

3.2 傳動軸

傳動軸是傳動機構(gòu)中最重要的零部件之一，通過其上面的錐齒輪傳動達到不同的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)機構(gòu)的工作，在本設(shè)計機構(gòu)中，共兩個傳動軸，按照傳動軸的位置，可以分為臥軸和豎軸[4]， 由于數(shù)控車床加工精度較高，加工時都可以采用數(shù)控車床進行加工。

3.2.1 臥軸

臥軸左端與葉輪連接，右端與小錐齒輪連接，由于水平放置，故為臥軸。對于臥軸而言，它的設(shè)計具有很高的精度，尤其右端與小錐齒輪通過平鍵連接，左端與葉輪連接，為方便加工，軸與孔配合，都采用基孔制。

3.2.2 豎軸

傳動軸由于立著放置，故稱為豎軸，豎軸上端與大錐齒輪平鍵連接，下端與偏心輪連接，對于豎軸而言，它的設(shè)計也具有很高的精度，為方便加工，軸與孔配合，都采用基孔制。

4 風(fēng)能機械驅(qū)動裝置試驗分析

（1）本文設(shè)計的葉輪，毛坯加工之前中心點的找正是一個難點，誤差大，直接影響著葉輪的精度。如圖4.1所示，利用百分表對葉輪毛坯進行找正。

（2）本文采用的葉輪材質(zhì)為硬鋁合金，使用的pro/E軟件[5]進行造型設(shè)計，mastercam軟件[6-7]自動產(chǎn)生程序，其原因有三點：1）硬鋁比較便宜，容易鑄造，具有一定的經(jīng)濟性，低碳環(huán)保；2）pro/E軟件三維造型比較方便，容易生成相應(yīng)的實體；3）mastercam軟件產(chǎn)生程序，過程比較簡單，且產(chǎn)生的程序不用過多的修改。如圖4.1所示，利用pro/E軟件對葉輪設(shè)計進行三維建模，通過后置處理，參數(shù)設(shè)置，借助mastercam軟件自動生成適合于本數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序，其中程序?qū)氲綌?shù)控銑床進行加工。

（3）以前的驅(qū)動，輸送裝置很多都是通過煤、油等能源實現(xiàn)驅(qū)動的，但能耗大，污染大，成本高，本文在前人的基礎(chǔ)上，設(shè)計的驅(qū)動裝置采用的是風(fēng)能，更容易實現(xiàn)低能環(huán)保。

（4）設(shè)計的驅(qū)動裝置也存在著一定的缺陷，比如，選材方面，外殼采用的是碳鋼，體積龐大，質(zhì)量重，造成移動不方便，耗材量大，給整個的設(shè)計增加了成本，另一方面，由于葉輪上葉片有曲面，加工起來具有一定的難度，葉片的設(shè)計是否有缺陷直接影響著物料運輸?shù)姆€(wěn)定、快慢及效率。

5 結(jié)語

本文設(shè)計的風(fēng)能驅(qū)動輸送裝置，葉輪轉(zhuǎn)動均勻、穩(wěn)定，容易實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速物料的運輸，高效率、低成本，低碳環(huán)保，為今后改進驅(qū)動裝置和利用其他能源驅(qū)動提供了可借鑒的資料。

參考文獻：

[1]劉欣穎.論環(huán)保節(jié)能設(shè)計在城市建設(shè)中的作用[J].科技與企業(yè)，2015（02）：105.

[2]徐錦康.機械設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，2001.

[3]耿玉香.機械設(shè)計基礎(chǔ) [M].西安交通大學(xué)出版社，2014.

[4]孫恒.機械原理 [M].高等教育出版社，2013.

[5]李月鳳.Pro/E Wildfire 5.0基礎(chǔ)實例教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[6]田坤.Mastercam數(shù)控編程與項目實訓(xùn)[M].機械工業(yè)出版社，2016.

[7]蔡修軍.基于UG的閉式葉輪數(shù)控編程方法與研究[D].北京交通大學(xué)，2010.

作者簡介：田偉華（1981-），男，河南扶溝人，碩士研究生，講師，主要研究方向：數(shù)控CAD/CAM軟件、機械設(shè)計與制造。