PAGE摘要隨著船舶行業(yè)的迅速發(fā)展，對于甲板表面處理的需求持續(xù)增多，傳統(tǒng)的人工清理方法效率不高并且存在安全方面的隱患，開發(fā)有高可靠性的甲板拋丸機器人有著關(guān)鍵價值，此項研究意在設(shè)計一款高可靠性的甲板拋丸機器人，用來提升甲板清理的效率以及質(zhì)量，改善操作人員的工作環(huán)境。在研究方法層面，秉持模塊化設(shè)計理念，把機器人劃分成拋丸模塊、行走模塊以及控制系統(tǒng)模塊，于具體設(shè)計進程里，運用計算機輔助設(shè)計也就是CAD技術(shù)，針對機器人的整體結(jié)構(gòu)以及各個部件展開了詳盡的設(shè)計與建模工作，借助三維建模軟件，可直觀呈現(xiàn)機器人的外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利于開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及布局調(diào)整。運用有限元分析即FEA技術(shù)對關(guān)鍵部件開展強度和剛度校核，鑒于甲板拋丸作業(yè)過程中或許會產(chǎn)生沖擊載荷與振動，針對拋丸器、行走機構(gòu)等關(guān)鍵部件進行了細致的有限元分析，以保障這些部件在實際工作中的可靠性與耐久性。研究得出的結(jié)果顯示，所設(shè)計的機器人呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)緊湊的特點，其布局較為合理，傳動方式簡單，有較高的可靠性，該機器人的拋丸模塊可達成高效清理的效果，行走模塊擁有良好的越障能力以及穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)達成了對拋丸、除塵、移動等作業(yè)流程的精確控制，實驗結(jié)果說明，此機器人在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)較為出色，清理效率和質(zhì)量比傳統(tǒng)人工方式更具優(yōu)勢。本研究設(shè)計出一種高可靠性甲板拋丸機器人，其結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理，性能也比較優(yōu)越，有廣闊的應(yīng)用前景，后續(xù)會優(yōu)化控制算法，提升機器人的智能化程度。關(guān)鍵詞：甲板拋丸機器人；結(jié)構(gòu)設(shè)計；模塊化設(shè)計；有限元分析；可靠性；ABSTRACTAstheshipbuildingindustryrapidlydevelops,thedemandfordecksurfacetreatmentcontinuestogrow.Traditionalmanualcleaningmethodsareinefficientandposesafetyrisks.Developingahighlyreliabledeckshotblastingrobotholdssignificantvalue.Thisresearchaimstodesignahighlyreliabledeckshotblastingrobottoenhancetheefficiencyandqualityofdeckcleaning,therebyimprovingtheworkingenvironmentforoperators.Intermsofresearchmethodology,adheringtothemodulardesignconcept,therobotisdividedintoshotpeeningmodules,walkingmodules,andcontrolsystemmodules.Inthespecificdesignprocess,computer-aideddesign(CAD)technologyisemployedtoconductdetaileddesignandmodelingworkontheoverallstructureandvariouscomponentsoftherobot.Using3Dmodelingsoftware,theappearanceandinternalstructureoftherobotcanbeintuitivelypresented,facilitatingstructuraloptimizationandlayoutadjustments.Finiteelementanalysis(FEA)technologyisusedtoverifythestrengthandstiffnessofkeycomponents.Giventhatimpactloadsandvibrationsmayoccurduringdeckshotpeeningoperations,detailedfiniteelementanalysesareperformedoncriticalcomponentssuchastheshotpeenerandwalkingmechanismtoensuretheirreliabilityanddurabilityinactualoperation.Theresearchfindingsindicatethatthedesignedrobotexhibitsacompactstructure,withawell-organizedlayoutandsimpletransmissionmethod,ensuringhighreliability.Theshotblastingmoduleofthisrobotcanachieveefficientcleaning,whilethemobilitymoduledemonstratesexcellentobstacle-crossingabilityandstability.Thecontrolsystemhasachievedprecisecontroloverprocessessuchasshotblasting,dustremoval,andmovement.Experimentalresultsshowthatthisrobotperformsexceptionallywellinpracticalapplications,offeringsuperiorefficiencyandqualitycomparedtotraditionalmanualmethods.Thisstudydesignsahighlyreliabledeckshotblastingrobot,whosestructuredesignisreasonableanditsperformanceissuperior.Ithasabroadapplicationprospect.Thecontrolalgorithmwillbeoptimizedinthefuturetoimprovetheintelligencedegreeoftherobot.Keywords:deckshot-blastingrobot;structuraldesign;modulardesign;finiteelementanalysis;reliability;目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IABSTRACT II1前言 11.1課題背景 11.2甲板拋丸機的發(fā)展及其意義 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.3.2國外研究現(xiàn)狀 22甲板拋丸機設(shè)計方案構(gòu)思 42.1拋丸清理設(shè)計方案 42.2甲板拋丸機的基本參數(shù) 42.3需求分析 42.3.1功能需求 42.3.2性能需求 42.3.3環(huán)境適應(yīng)性需求 42.3.4安全需求 43甲板拋丸機總體設(shè)計 53.1甲板拋丸機的組成及工作原理 53.1.1組成部分 53.1.2工作原理 53.2甲板拋丸機的特點及適應(yīng)范圍 53.2.1特點 53.2.2適應(yīng)范圍 64拋丸器的設(shè)計 74.1彈丸的類型和選用 74.1.1彈丸的類型 74.1.2彈丸的選用 74.2拋丸器的性能參數(shù) 94.2.1拋丸速度，拋丸量和拋丸率 94.2.2扇形角、軸向擴散角和拋出角 94.2.3拋丸器的磨損分析 94.3拋丸器的組成及結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 104.3.1拋丸器的組成 104.3.2拋丸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 114.4拋丸器主要參數(shù)的設(shè)計 134.4.1彈丸拋射速度的選定 134.4.2拋丸器拋丸量的計算 134.5拋丸器的丸速和丸徑的核算 144.5.1丸速的核算 144.5.2拋丸器功率的近似計算 144.5.3拋丸器循環(huán)量的計算 154.6拋丸機的葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 154.7拋丸器帶傳動的設(shè)計 164.8主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 184.8.1主軸結(jié)構(gòu)尺寸確定 184.8.2軸承的選擇 194.9主軸靜力結(jié)構(gòu)分析 204.9.1主軸強度分析 204.9.2主軸強度校核 204.10軸承壽命校核 224.10.1預(yù)期計算壽命 224.10.2初步計算當(dāng)量動載荷P 224.10.3驗算軸承壽命 225結(jié)論 23參考文獻 24致謝 251前言1.1課題背景船舶長時間在海洋環(huán)境里航行，其甲板等部位會遭受海水腐蝕、海浪沖擊以及惡劣氣候的作用，出現(xiàn)表面生銹、氧化皮堆積等狀況，為保證船舶的安全性能以及使用期限，需對甲板開展定期的除銹以及表面處理工作，像人工砂輪打磨這種傳統(tǒng)的除銹方法，存在著效率不高、質(zhì)量不穩(wěn)定、粉塵污染較為嚴(yán)重等問題。拋丸機作為一種高效的表面處理裝置，可迅速除去甲板表面的鐵銹、氧化皮等雜質(zhì)，讓表面有一定的粗糙度，提高涂層的附著力，以此提升船體的防腐蝕性能。拋丸機技術(shù)歷經(jīng)多年發(fā)展歷程，如今已日益成熟，并在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，早期階段的拋丸機大多是固定式或者人工牽引式，其操作過程存在諸多不便之處，同時還會讓勞動強度變得很大，隨著科技不斷進步，自動化以及智能化的拋丸設(shè)備開始陸續(xù)出現(xiàn)，比如說，爬行垂直水平移動式拋丸機借助機器人小車達成自行走功能，不需要在現(xiàn)場進行安裝提升或者吊裝裝置，這在很大程度上提升了作業(yè)的靈活性以及效率。另外有一些新型的拋丸機器人還整合了除塵、定位、導(dǎo)航、避障等多種功能，達成了拋丸作業(yè)的自動化與智能化。隨著船舶制造業(yè)不斷發(fā)展以及環(huán)保要求逐步提升，針對高效且環(huán)保、自動化程度較高的甲板拋丸設(shè)備的需求呈現(xiàn)出日益增長的態(tài)勢，國內(nèi)首臺套“甲板拋丸機器人”于實船分段試驗里有著出色表現(xiàn)，它操作便捷、清理效率頗高、排放污染較少，可契合船廠針對大范圍甲板以及貨艙底部的除銹除漆和焊縫清理等需求。這充分說明甲板拋丸機在船舶修造、橋梁施工等諸多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景以及市場潛力。研究甲板拋丸機可提高船舶甲板除銹效率與質(zhì)量，降低人工勞動強度并減少環(huán)境危害，能推動拋丸設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，契合市場對高效環(huán)保自動化設(shè)備的需求，對提升我國船舶制造業(yè)競爭力與可持續(xù)發(fā)展能力有關(guān)鍵戰(zhàn)略意義。1.2甲板拋丸機的發(fā)展及其意義甲板拋丸機在船舶制造以及維修領(lǐng)域?qū)儆陉P(guān)鍵設(shè)備，它的發(fā)展歷程跟整個拋丸機行業(yè)的發(fā)展緊密相連，早期時候的拋丸機大多是固定式或者人工牽引式，操作起來不太方便，而且勞動強度比較大，隨著科技不斷進步，自動化以及智能化的拋丸設(shè)備開始出現(xiàn)了，近些年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能等前沿技術(shù)融合運用，拋丸機設(shè)備正漸漸實現(xiàn)遠程監(jiān)控與智能管理。這種智能化轉(zhuǎn)型提升了設(shè)備的運行效率和穩(wěn)定性，還借助故障診斷與預(yù)測性維護，大幅度減少了意外停機時間以及維護成本。在技術(shù)層面，甲板拋丸機持續(xù)引入新的技術(shù)與工藝，比如說，運用自動化控制系統(tǒng)、新型噴射器設(shè)計以及節(jié)能環(huán)保方面的改進舉措等，當(dāng)下的拋丸機采用封閉式設(shè)計、粉塵過濾技術(shù)以及廢水處理技術(shù)等，環(huán)保性能更佳，模塊化設(shè)計以及定制化解決方案讓拋丸機更能契合不同行業(yè)和規(guī)模企業(yè)的特定需求。這些技術(shù)進步提升了拋丸機的效率與質(zhì)量，也契合了不同行業(yè)對表面處理的要求。隨著全球制造業(yè)持續(xù)發(fā)展，材料表面處理的需求呈現(xiàn)出不斷遞增的態(tài)勢，在船舶制造與維修領(lǐng)域，甲板拋丸機的需求始終保持著增長的趨勢，中國身為全球拋丸機的關(guān)鍵生產(chǎn)國，其產(chǎn)品遠銷諸多國家和地區(qū)，隨著全球經(jīng)濟一體化進程的推進以及市場需求的增多，拋丸機行業(yè)于國際市場中依舊存在較大的發(fā)展余地。隨著環(huán)保意識的逐步提升，環(huán)境友好型拋丸機的需求也在不斷增長，此類環(huán)保型拋丸機在市場上有競爭優(yōu)勢。甲板拋丸機的發(fā)展有著非常關(guān)鍵的意義，其一它可以提升船舶甲板的除銹效率以及質(zhì)量，減輕人工勞動強度并降低對環(huán)境的危害，其二隨著智能化與環(huán)?；粩喟l(fā)展，甲板拋丸機可更為契合現(xiàn)代船舶制造和維修的需求，甲板拋丸機的技術(shù)取得進步以及市場得到拓展，也會推動整個拋丸機行業(yè)向前發(fā)展。隨著人們環(huán)保意識的提高，甲板拋丸機朝著環(huán)?；较虬l(fā)展，可減少對環(huán)境所產(chǎn)生的影響。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國身為全球最大的拋丸機生產(chǎn)國當(dāng)中的一員，于甲板拋丸機這個領(lǐng)域有了一定發(fā)展，近些年來，國內(nèi)拋丸機市場呈現(xiàn)出比較繁榮的景象，市場需求持續(xù)不斷地增長，國內(nèi)企業(yè)持續(xù)引進先進技術(shù)并且加大研發(fā)投入，促使拋丸機產(chǎn)品在性能、質(zhì)量以及環(huán)保等方面都有了提升。在技術(shù)層面，國內(nèi)甲板拋丸機正慢慢朝著智能化以及自動化的方向不斷發(fā)展，就好比一些新型拋丸機運用了自動化控制系統(tǒng)、新型噴射器設(shè)計以及節(jié)能環(huán)保方面的改進舉措，以此提升了設(shè)備的運行效率與穩(wěn)定性，國內(nèi)企業(yè)也重視拋丸機的模塊化設(shè)計以及定制化解決方案，讓其能適應(yīng)不同行業(yè)和規(guī)模企業(yè)的特定需求。然而國內(nèi)拋丸機行業(yè)當(dāng)前依舊面臨著一些挑戰(zhàn)，舉例來說，設(shè)備所有的高成本、維護方面的需求以及對操作人員技能提出的要求，這些因素限制了拋丸機在小型企業(yè)以及新興市場當(dāng)中的普及程度，雖然國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域取得了一定進展，但是同國際先進水平相比較而言，在高端設(shè)備的研發(fā)以及應(yīng)用方面仍然存在差距。1.3.2國外研究現(xiàn)狀國外對于甲板拋丸機領(lǐng)域所展開的研究以及取得的發(fā)展呈現(xiàn)出相對成熟的態(tài)勢，在歐美地區(qū)，與之相關(guān)的各項技術(shù)已然較為先進，國外的企業(yè)十分看重技術(shù)創(chuàng)新以及環(huán)保性能方面的提升，借助集成傳感器以及智能控制技術(shù)的方式，達成設(shè)備的遠程監(jiān)控以及預(yù)測性維護的目標(biāo)，以此提高生產(chǎn)效率并且減少停機時間。國外企業(yè)還運用更為高效的拋丸介質(zhì)以及經(jīng)過改進的除塵系統(tǒng)，降低能源消耗并且減少粉塵排放，符合日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求。從市場角度來看，全球拋丸機市場規(guī)模主要集中于亞洲、歐洲以及北美地區(qū)，近些年來，隨著亞洲地區(qū)經(jīng)濟不斷發(fā)展以及城市化進程逐步推進，亞洲市場在全球拋丸機市場中所占的比重持續(xù)上升，不過歐美地區(qū)在高端拋丸機市場依舊占據(jù)著主導(dǎo)位置，在航空航天、汽車制造等高端應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)突出。

2甲板拋丸機設(shè)計方案構(gòu)思2.1拋丸清理設(shè)計方案采用輪式可移動拋丸清理，其特點是靈活性高，占地面積小，成本效益高，操作簡便，環(huán)保性能好。2.2甲板拋丸機的基本參數(shù)1.拋丸機的外形尺寸(長×寬×高）：2050×780×1150mm；2.清理甲板表面有效寬度：550mm；3.行走速度：0.5-28m/min;4.行走方式：水平自由移動；5.適應(yīng)范圍:船舶甲板表面的清理和打毛；2.3需求分析2.3.1功能需求1拋丸功能：能夠高效去除甲板表面的銹蝕、污垢和舊涂層。2移動功能：其有在甲板上實現(xiàn)自由移動的能力，具體囊括前進、后退、轉(zhuǎn)彎以及跨越障礙物等動作。3除塵功能：配備高效的除塵系統(tǒng)，減少粉塵排放。4智能化功能：具備自主導(dǎo)航、自動避障和遠程監(jiān)控能力。2.3.2性能需求1拋丸效率：單次作業(yè)面積≥500㎡/小時。2移動速度：其最大速度需契合大于或等于3米每秒的條件，而最小轉(zhuǎn)彎半徑則要小于或等于1.5米。3爬坡能力：能夠爬越≥15°的斜坡。4越障能力：能夠跨越≥100mm的障礙物。5工作時間：單次充電續(xù)航時間≥4小時。2.3.3環(huán)境適應(yīng)性需求1耐腐蝕性：能夠在高濕度、高鹽霧的海洋環(huán)境中長期運行。2抗風(fēng)能力：能夠在風(fēng)速≤10m/s的環(huán)境下正常工作2.3.4安全需求1防撞保護：配備防撞傳感器，避免與障礙物碰撞。2緊急停機：配備緊急停機按鈕，可在危險情況下迅速停機。3人員保護：配備防護罩，防止丸料飛濺傷人。3甲板拋丸機總體設(shè)計3.1甲板拋丸機的組成及工作原理3.1.1組成部分高可靠性甲板拋丸機器人系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：（1）拋丸系統(tǒng)：包括拋丸器、丸料循環(huán)裝置和防護裝置。（2）移動系統(tǒng)：包括驅(qū)動電機、越障機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)。（3）除塵系統(tǒng)：包括旋風(fēng)除塵器和回收裝置。（4）控制系統(tǒng)：包括嵌入式控制器、傳感器和無線通信模塊。（5）安全系統(tǒng)：包括防撞傳感器、緊急停機按鈕和報警裝置。3.1.2工作原理拋丸機工作時，電機帶動拋丸器葉輪高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力。彈丸在離心力作用下，從拋丸器的進丸管進入葉輪，隨后被加速并以高速拋射到甲板表面。拋射到甲板表面的彈丸完成打擊任務(wù)后，通過回收裝置收集，經(jīng)溜槽進入提升機，被提升到分離器中。分離器將彈丸與灰塵、雜質(zhì)分離，干凈的彈丸重新進入拋丸器循環(huán)使用。高速拋出的彈丸具有較高的動能，撞擊甲板表面，通過沖擊和摩擦作用，去除表面的鐵銹、氧化皮、舊漆層等雜質(zhì)，使甲板表面達到一定的清潔度和粗糙度。彈丸的沖擊還能使甲板表面形成微小的凹坑和變形，產(chǎn)生冷作硬化效果，提高甲板表面的硬度、強度和耐磨性，增強甲板的防腐能力和使用壽命。同時，拋丸機通常配備有除塵系統(tǒng)，在拋丸過程中產(chǎn)生的灰塵和雜質(zhì)被吸入除塵器，經(jīng)過過濾等處理后，干凈的空氣排出，保證工作環(huán)境的清潔。3.2甲板拋丸機的特點及適應(yīng)范圍3.2.1特點1.高效清潔：能夠一次性清除船舶甲板表面的銹蝕、氧化皮等雜質(zhì)，清潔效果顯著。2.提高附著力：拋丸后的甲板表面均勻粗糙，大大提高了金屬基層與涂料的附著力，使防腐涂料與甲板金屬表面能夠良好結(jié)合。3.操作簡便：移動式甲板拋丸機僅需手動推動，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資少，施工方便。4.環(huán)保節(jié)能：甲板拋丸機采用自動化回收系統(tǒng)，鋼丸可全部自動回收循環(huán)使用，粉塵也能夠自動回收凈化處理，實現(xiàn)零污染。5.提升性能：通過高速拋丸，可在甲板表面形成微小的凹凸結(jié)構(gòu)，提高甲板的抗磨性能和涂層附著力。3.2.2適應(yīng)范圍1.船舶行業(yè)：主要用于船舶甲板、船體外板、內(nèi)艙壁等部位的除銹、清潔和表面處理，為船舶的防腐涂裝做準(zhǔn)備。2.海洋工程：適用于石油鉆井平臺、海上風(fēng)電平臺等海洋工程設(shè)施的甲板、鋼結(jié)構(gòu)件的表面處理。3.橋梁工程：可用于鋼箱梁橋梁甲板、鋼結(jié)構(gòu)橋梁等的表面除銹和防腐處理。4.其他金屬結(jié)構(gòu)：還可用于大型儲油罐底、化工油罐等金屬結(jié)構(gòu)的表面清潔和防腐涂裝預(yù)處理。圖1甲板拋丸機總體裝配圖圖2甲板拋丸機三維建模圖

4拋丸器的設(shè)計4.1彈丸的類型和選用4.1.1彈丸的類型按材質(zhì)分：1.冷激鑄鐵丸：硬度較高，成本較低，但脆性較大，容易破碎。2.可鍛鑄鐵丸：具有一定的韌性，比冷激鑄鐵丸的抗破碎性更好。3.鑄鋼丸：硬度和韌性都較好，耐磨性高，使用壽命長。4.鋼丸：通常為碳鋼或合金鋼制成，具有高強度和良好的反彈性。5.不銹鋼丸：適用于對耐腐蝕性要求較高的工件，如不銹鋼制品。6.鋁丸：適用于有色金屬工件，如鋁合金零件。按形狀分：1.球形彈丸：是最常用的類型，具有良好的反彈性和均勻的打擊力，適用于大多數(shù)拋丸工藝。2.碎塊形彈丸：是將大鐵丸破碎篩選而成，具有銳利的棱角，刮削作用強，但使用一段時間后棱角會磨圓。3.圓柱形彈丸：由鋼絲切割而成，同樣具有銳利的棱角，拋丸效率高，但表面粗糙度也較高。4.1.2彈丸的選用根據(jù)工件材質(zhì)選擇：1.對于普通鋼材焊件、鑄件等，通常選用鋼丸。2.對于有色金屬工件，如鋁合金、銅合金等，可選用鋁丸或不銹鋼丸。根據(jù)工件表面要求選擇：1.如果對工件表面粗糙度要求較高，可選用較小直徑的球形彈丸。2.如果工件表面允許較高的粗糙度，且需要提高清理效率，可選用較大直徑的彈丸或不規(guī)則形狀的彈丸。根據(jù)彈丸硬度選擇：1.硬度過高的彈丸容易破碎，會加快設(shè)備磨損，且能量消耗大。2.硬度過低的彈丸容易變形，反彈性能差，清理效果不好。3.一般建議選擇硬度適中的彈丸，如硬度在HRC40-50之間的鋼丸。圖3圖4圖5經(jīng)過綜合比較，選用鋼丸，以達到最佳的清理效果以及最合理的經(jīng)濟效率。4.2拋丸器的性能參數(shù)4.2.1拋丸速度，拋丸量和拋丸率拋丸速度是影響拋丸效果的重要參數(shù)，拋丸器拋出的丸速在75-80m/s，特殊情況可用到100m/s，甲板拋丸器的丸速（丸料拋射速度）通常在60-80m/s之間。這一范圍適用于金屬工件的表面清理和除銹處理，例如鋼板、鑄件等。拋丸速度越高，拋丸效果越好，但同時也會增加設(shè)備磨損和噪音。拋丸量作為體現(xiàn)彈丸拋射效率的關(guān)鍵參數(shù)，其計量單位一般采用kg/min或者kg/h，研究顯示，在特定的工況范圍之內(nèi)，拋丸量和葉輪轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出負相關(guān)的關(guān)系，也就是說當(dāng)轉(zhuǎn)速降低的時候拋丸量會相應(yīng)地增大，從動力學(xué)的角度去分析，當(dāng)拋丸量維持恒定的時候，甲板表面單位面積所接收的彈丸數(shù)量和拋丸器到甲板表面距離的平方成反比。這一物理特性說明，隨著拋射距離的增加，若要達成等效的表面清理效率，就要選用有更高拋丸量的拋丸設(shè)備，工程實踐證明，常規(guī)的甲板表面清理作業(yè)一般會選用100-400kg/min的中等拋丸量設(shè)備，而對于連續(xù)化、高產(chǎn)能的工業(yè)化生產(chǎn)場景，像連續(xù)式拋丸清理滾筒以及棒材、管材、線材等大批量連續(xù)清理作業(yè)，就需要配置拋丸量高達1000kg/min級別的重型拋丸設(shè)備。拋丸率指的是每分鐘每千瓦電動機功率可拋出彈丸的質(zhì)量，此為體現(xiàn)拋丸器拋丸效率的一項關(guān)鍵指標(biāo)，一般情況下拋丸率處于10至18kg/(mm.kw)的范圍，比較拋丸率唯有在彈丸速度基本保持一致時才有意義，針對甲板表面清理會采用較大的丸速，一般在60至80m/s之間。4.2.2扇形角、軸向擴散角和拋出角甲拋丸機的扇形角、軸向擴散角以及拋出角，是拋丸機設(shè)計與使用過程里的關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)對拋丸器的拋射范圍、清理效率以及設(shè)備運行穩(wěn)定性起著決定性作用，其中扇形角指的是拋丸器葉片上用于拋射彈丸的區(qū)域所形成的夾角，按照一定的方法，拋丸器的扇形角可依靠繪制同心圓并引出切線來確定，這兩條切線之間的夾角便是扇形角。扇形角的設(shè)計會直接對拋丸器的覆蓋范圍以及清理效果產(chǎn)生影響，拋丸器工作之時，彈丸會沿著葉輪旋轉(zhuǎn)平面呈扇形被拋出，一般當(dāng)扇形角處于55°-77°這個范圍時，彈丸可從路面反彈至風(fēng)力裝置當(dāng)中，當(dāng)定向套窗口因為磨損而變大的時候，扇形角也會隨之變大，一般情況下，扇形角要比定向套開口角大10°左右。軸向擴散角指的是彈丸在拋射過程中沿軸向方向的散射角度，彈丸的軸向散射角一般為0～8度，不過部分彈丸的軸向散射角為40°，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在某些情形下軸向擴散角可達到65°，在不同設(shè)備或者設(shè)計當(dāng)中軸向擴散角存在差異，需要依據(jù)具體需求進行調(diào)整，拋出角指的是彈丸離開拋丸器時相對于水平面的角度。拋出角一般在50～60度之間，拋出角一般比定向套窗口的角度大10°，也就是約為60°。4.2.3拋丸器的磨損分析甲板拋丸機的磨損主要集中在以下幾個關(guān)鍵部件：1.葉片：葉片是拋丸機中最易磨損的部件，其磨損主要表現(xiàn)為滑動磨損和沖擊磨損，葉片厚度磨損至2/3時需更換。葉片磨損會導(dǎo)致拋丸效率降低，并可能增加護板的磨損。在機械部件挑選材料時，針對葉片的材料選取，要同時考慮耐磨性能以及韌性指標(biāo)，有研究顯示，鉻合金鑄鐵因有出色的耐磨性與韌性平衡特點，在分丸輪、定向套、護板和葉片等關(guān)鍵部件制造中被廣泛運用，其中40Cr鋼是制造葉片常用的材料，借助對不同鑄鐵材料性能進行比較分析得知，低鉻稀土鑄鐵、中鉻鑄鐵、高鉻鑄鐵以及碳化鎢合金的預(yù)期使用時長依次為50至120小時、120至250小時、500至1000小時和約1000小時。鑒于管式葉片的特殊結(jié)構(gòu)要求，本研究最后選用有優(yōu)異耐磨性能的CBCr20高鉻耐磨鑄鐵作為葉片材料，期望提升葉片的使用壽命。2.分丸輪：分丸輪出現(xiàn)磨損狀況，會使得鋼丸的徑向散射角增大，加快護板的磨損速度，當(dāng)磨損程度超過15毫米的時候，就需要及時進行更換。3.定向套：定向套出現(xiàn)磨損情況會對鋼丸的拋出方向產(chǎn)生影響，使得磨損加劇，若窗口寬度增加了15毫米，那么就需要進行更換。4.護板：護板主要受到?jīng)_擊磨損，磨損嚴(yán)重時需及時更換。1.磨損原因材料硬度對于葉片、分丸輪以及定向套等部件而言非常關(guān)鍵，這些部件所采用材料的硬度會直接對其耐磨性產(chǎn)生影響，像高鉻鑄鐵這類有較高硬度的材料被廣泛應(yīng)用，然而在遭受磨料沖擊的情況下，它容易出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。2.工作載荷以及速度方面：工作載荷要是越大的話，那么磨損的狀況就會越發(fā)劇烈，在高速運動的情形之下，摩擦也會使得磨損加重。3.潤滑狀況：當(dāng)處于良好的潤滑條件下時，可在一定程度上減少磨損情況的發(fā)生，然而要是出現(xiàn)潤滑不足的狀況，亦或是所使用的潤滑油質(zhì)量欠佳，那么就會使得磨損加速。4.環(huán)境方面的因素：像濕度、溫度以及化學(xué)腐蝕介質(zhì)等，這些都會對部件造成腐蝕的影響，加速部件的磨損情況。5.裝配質(zhì)量方面，裝配如果存在不當(dāng)情況，就有可能致使間隙變得過大，形成摩擦副咬死這種現(xiàn)象，最終增加了磨損程度。2.改進措施優(yōu)化材料選用方面，可采用有更高硬度以及耐磨性的材料，像是高鉻鑄鐵或者經(jīng)過熱處理的鋼，如此一來可提升部件的使用時長。2.優(yōu)化潤滑系統(tǒng)：保障潤滑系統(tǒng)可穩(wěn)定且正常地運作，要定期對潤滑油給予更換，防止因潤滑不夠而致使設(shè)備出現(xiàn)磨損狀況。3.定期開展維護與檢查工作：構(gòu)建一套完善的設(shè)備維護制度體系，按照規(guī)定的時間間隔，對葉片、護板以及分丸輪等部件的磨損狀況進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)部件存在磨損，即刻進行更換處理。4.對操作參數(shù)給予調(diào)整：需對工作載荷以及速度進行合理把控，防止出現(xiàn)長時間處于超負荷狀態(tài)下運行的情況。5.優(yōu)化設(shè)計方面：對設(shè)備設(shè)計給予改進，例如增添耐磨涂層，并且對部件結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化，以此來降低磨損情況的發(fā)生。4.3拋丸器的組成及結(jié)構(gòu)參數(shù)計算4.3.1拋丸器的組成拋丸器的核心結(jié)構(gòu)部件囊括了葉輪及其驅(qū)動盤、分丸輪、定向套、葉片、電動機、罩殼、進丸管以及減振膠板等關(guān)鍵部分，在運行期間，磨料會依靠喂料口被傳送到拋頭的中心區(qū)域，此區(qū)域有和拋頭同步轉(zhuǎn)動的分丸輪裝置，其周圍配備著定向套結(jié)構(gòu)，分丸輪借助定向套的開口把磨料傳送到葉片靠近軸的一端，在離心力的作用下，磨料顆粒沿著葉片縱向不斷加速，最后以較高速度從葉片末端呈扇形噴射出去，達成對路面表面的沖擊處理。為了契合拋丸器在多個方位進行安裝時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向需求，此次研究在葉盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方面運用了主副葉盤協(xié)同配置的方案，具體做法是，在雙盤的表面都設(shè)置了和結(jié)合盤相互適配的螺紋連接孔，如此一來，葉盤組件便可依據(jù)實際安裝位置的需求，實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向裝配的功能優(yōu)化。依據(jù)彈丸進入葉輪方式的差別，拋丸器主要有機械進丸和鼓風(fēng)進丸這兩種類型，機械進丸類型是憑借拋丸器自身的旋轉(zhuǎn)來達成彈丸的輸送，這種類型在工業(yè)應(yīng)用里比較常見，鼓風(fēng)進丸類型依靠分力的作用來完成彈丸輸送，在實際應(yīng)用中的數(shù)量相對較少，從葉輪的結(jié)構(gòu)特征方面來看，可劃分成雙圓盤與單圓盤這兩種形式，其中雙圓盤結(jié)構(gòu)在工程實踐中處于主導(dǎo)地位。按照葉輪直徑參數(shù)的不同，拋丸器有500mm、420mm以及360mm等多種規(guī)格型號，綜合這些分類標(biāo)準(zhǔn)可以知道，拋丸器可依據(jù)不同的技術(shù)特征形成一套系統(tǒng)化的分類體系。按照結(jié)構(gòu)特征來分類，拋丸器可依據(jù)進丸方式被劃分成機械式和鼓風(fēng)式這兩種類型，從圓盤數(shù)量的角度去區(qū)分，會存在單圓盤與雙圓盤這兩種構(gòu)型，其中雙圓盤設(shè)計雖然在制造工藝上比單圓盤更復(fù)雜一些，不過卻可以提升葉輪支撐性能，在電動機連接方式這方面，主要采用傳動帶連接和直接連接這兩種形式。葉片形態(tài)還可細分成直線型、曲線型以及管式這三種典型結(jié)構(gòu)。憑借前面各項分析可明確，采用雙圓盤式機械進丸結(jié)構(gòu)的拋丸裝置有諸多技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為機械傳動效率高、設(shè)備使用壽命長、耐磨性能良好以及適用范圍寬泛等特點。4.3.2拋丸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算(1)分丸輪的外徑d3d3式中，δ1-分丸輪的厚度(mm)，取δQ-拋丸量(kg/min)，取Q=150kg/min;將數(shù)據(jù)帶入公式有:d(2)進丸管下口的內(nèi)徑d4d4(3)定向套外徑d2d2式中，δ2-定向套的壁厚度(mm)；取δdn-彈丸的直徑(mm)：取dn=(1-2)mm取將數(shù)據(jù)帶入公式計算有：d(4)葉輪的直徑d1d1按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，葉輪外徑D1的規(guī)格參數(shù)主要有360mm、420mm以及500mm這三種標(biāo)準(zhǔn)尺寸，在本研究中，依據(jù)工程實際的需求情況，經(jīng)過綜合考量后選取D經(jīng)過計算可以得出，葉輪圓盤直徑D2的理論數(shù)值是315mm，鑒于實際生產(chǎn)當(dāng)中存在270mm、320mm以及380mm這三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，最終將D按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求，葉片寬度b的取值需要從62mm、80mm、100mm以及120mm這四種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格里面進行選取，經(jīng)過全面綜合考慮葉輪外圓盤直徑參數(shù)之后，本研究最終決定采用80mm當(dāng)作葉片寬度b的設(shè)計值。葉輪外徑：D1=360葉輪圓盤直徑：D2=270進丸管上口直徑：D3葉輪內(nèi)徑：d1定向套外徑：d2分丸輪外徑：d3進丸管下口內(nèi)徑：d4葉片寬度：b=80mm進丸管位置尺寸：L=272mm定向套壁厚：δ2分丸輪壁厚：δ1=35mm拋丸量:Q=150kg/min彈丸直徑:d4.4拋丸器主要參數(shù)的設(shè)計4.4.1彈丸拋射速度的選定研究顯示，拋丸器彈丸的拋射速度主要由拋丸輪轉(zhuǎn)速以及葉輪直徑這兩個關(guān)鍵參數(shù)所決定，借助提升葉輪角速度W或者增大外半徑R，都可有效地提高拋射速度，契合工藝需求，不過過高的轉(zhuǎn)速會致使軸承溫升加劇，還會讓拋丸器振動增大，這些問題會使得葉片使用壽命明顯縮短，在路面清理作業(yè)的工程實踐里，經(jīng)過優(yōu)化分析得出，拋丸速度適宜控制在80m/s，為保證設(shè)備穩(wěn)定運行，建議把葉輪轉(zhuǎn)速限制在2800r/s以內(nèi)，并且將葉輪直徑合理設(shè)計在300至500mm的典型尺寸范圍。4.4.2拋丸器拋丸量的計算拋丸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對拋丸量的變化規(guī)律有著關(guān)鍵影響，國內(nèi)有學(xué)者對φ600mm機械進丸式拋丸器做了實驗研究，結(jié)果說明，優(yōu)化分丸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如適當(dāng)加大內(nèi)徑尺寸、采用大直徑分丸輪以及擴大出口截面面積，能有效提高拋丸量的均勻性和總體水平，這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)化能降低彈丸在分丸輪內(nèi)部運動時的阻力損耗，還可以提高離心力作用效果，提升彈丸的拋射速度。不過當(dāng)分丸輪內(nèi)徑尺寸超過臨界值，會使外徑和定向套尺寸同步增大，導(dǎo)致拋丸器功率消耗明顯上升，拋丸率是衡量拋丸器工作效率和性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，它指的是單位功率下的拋丸量輸出，依據(jù)路面清理工藝要求的拋丸量參數(shù)，可借助總丸量計算公式準(zhǔn)確確定：Gm式中，Gmw-按重量計算的最大功率(kg/h)；gm-清理每千克拋丸所需彈丸量(kg/kg),取gc-清理路面拋丸量系數(shù)，取c=0.3；η-考慮工件裝卸和運輸時間的工作時間利用系數(shù)，η=0.5-0.85，取η=0.7：將數(shù)據(jù)帶入公式有：G拋丸器平均拋丸量計算:gm=式中，gmGm-清理路面總丸量(kg/h)，這里GN-拋丸器的數(shù)量，N=2：則有：g暫定義其為機械進丸式拋丸器ROPW-550型。其拋丸量為150kg/min，葉輪轉(zhuǎn)速為2150r/min，葉輪直徑為中420mm，根據(jù)工作要求我們選彈丸初選速度v=76m/s。4.5拋丸器的丸速和丸徑的核算4.5.1丸速的核算彈丸的末速度不應(yīng)低于50m/s，否則拋出彈丸就不能通過公路表面進入丸砂凈化裝置的進料口中，因此要按下面的近似公式對彈丸的末速度進行核算，計算有：v=v式中，v-彈丸的末速度(m/s)；v0-彈丸的初速度(m/s)，取ve-自然對數(shù)的底，e=2.71828;s-彈丸飛行距離(m)；d-彈丸直徑(mm)：取d=1mm:取s=sSm式中B=1m,b1=0.25m，δS將數(shù)據(jù)帶入公式得：v=此速度已大于清理所需要的最低丸速50m/s，因此不需要在進行能有效清理的最小丸速的核算。4.5.2拋丸器功率的近似計算拋丸器所需電動機功率可按下式進行近似計算:N=4.428Qn式中，N-拋丸器所速電動機功率(kw)；Q-拋丸量(kg/min)，取Q=150kg/min；將葉輪的轉(zhuǎn)速參數(shù)具體設(shè)定為每分鐘2150轉(zhuǎn)，此數(shù)值恰好符合n-拋丸器在標(biāo)準(zhǔn)工況下運行時所提出的要求。D-拋丸器葉片旋轉(zhuǎn)圓外徑(m)，取D=0.42m；c-修正系數(shù)，取為1.3-1.4，取c=1.35；將數(shù)據(jù)代入公式得：N=4.428×150×綜合考慮性能參數(shù)之后，本研究最終確定將型號為Y160M-4的異步電動機選作驅(qū)動裝置，此電機額定功率為11千瓦，額定轉(zhuǎn)速是每分鐘1460轉(zhuǎn)。4.5.3拋丸器循環(huán)量的計算整機循環(huán)量用以確定丸料循環(huán)系統(tǒng)中，每個輸送設(shè)備的運輸量?？砂聪率接嬎?Gm式中，Gmj-清理類型系數(shù)，用于清理鐵銹和氧化皮時，j=1.1；gini-用于拋丸清理時第i種規(guī)格拋丸器，取na-拋丸器的規(guī)格數(shù)量，取a=1;考慮到供應(yīng)系統(tǒng)的不均勻性，對拋丸器循環(huán)量加以修正：Qp=式中,k-供料不均勻系數(shù)，k=1.2-1.6，取k=1.3；Qp將數(shù)據(jù)代入公式有：GQ=取Q=16t/h即確定循環(huán)系統(tǒng)中運輸設(shè)備的運輸量為16t/h。4.6拋丸機的葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究顯示，分丸輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其拋丸性能有著關(guān)鍵影響，當(dāng)中內(nèi)徑尺寸和窗口設(shè)計是較為關(guān)鍵的部分，經(jīng)過對三種分丸輪類型展開對比分析后發(fā)現(xiàn)，運用圓錐形入口結(jié)構(gòu)可有效防止彈丸在入口處出現(xiàn)環(huán)狀堆積，使得拋丸效率得到提高，實驗數(shù)據(jù)說明，分丸輪窗口內(nèi)框的幾何特征會對彈丸憑借效率產(chǎn)生限制，增大分丸輪口徑則可以提高單位時間的拋丸量。依據(jù)上述研究結(jié)果，為了優(yōu)化拋丸工藝效能，可采取以下改進措施：增大分丸輪內(nèi)徑尺寸可提升窗口通流截面積，這種結(jié)構(gòu)參數(shù)改變會讓分丸輪內(nèi)壁圓周速度增加，彈丸所受旋轉(zhuǎn)離心力也會相應(yīng)提高，研究顯示彈丸在分丸輪內(nèi)腔的運動軌跡不是直接憑借窗口，而是經(jīng)過至少一周或多周旋轉(zhuǎn)運動，在離心慣性力作用下最終進入分丸輪窗口區(qū)域。2.分丸輪葉片截面內(nèi)側(cè)采用圓弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣的幾何特征可有效增大分丸輪內(nèi)側(cè)窗口的流通面積，并且降低彈丸進入過程中的流動阻力。本研究針對分丸輪進丸口結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計工作，選用圓錐型收口結(jié)構(gòu)來改進彈丸輸送性能，實驗觀測發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)圓筒狀進丸口在出現(xiàn)堵塞工況時，彈丸因離心力作用會緊緊貼靠輪壁，形成致密的環(huán)形堆積層，該堆積層有一定穩(wěn)定性特點，即便堵塞情況消除后，依舊會持續(xù)附著在進丸口內(nèi)壁，使得彈丸輸送通道受到妨礙，拋丸效率有所降低。此類彈丸堆積環(huán)只有在設(shè)備完全停止運行、轉(zhuǎn)速降低到極低水平時才會解體，經(jīng)由三維建模分析得以證實，圓錐形進丸口設(shè)計可有效避免上述不利現(xiàn)象，其具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如同圖示三維模型呈現(xiàn)的那樣：4.7拋丸器帶傳動的設(shè)計1.設(shè)計功率計算：傳動功率P=11Kw；小帶輪轉(zhuǎn)速n1=2150r/min；大帶輪轉(zhuǎn)速設(shè)計功率計算：pdpdkA:工作情況系數(shù)，查表獲得,根據(jù)甲板拋九機的工作情況和載荷變化情況，選取工作情況系數(shù)kp:傳遞功率，單位為kw；2.確定帶型計算功率pd=17.6kw，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=2150r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速3.傳動比,帶速計算v=π×i=n一般帶速v=5?25m/s，最高不超過30m/s。4.大帶輪基準(zhǔn)直徑：ddε:彈性滑動率，ε=0.01?0.02，取ε=0.01；5.軸間距：0.7(dd261.8≤取a06.計算相應(yīng)的帶長LdLd選取基準(zhǔn)長度：Ld7.實際中心距：a≈aaa8.小帶輪包角：∝1取∝19.單根v帶的基本額定功率：根據(jù)小帶輪dd1=150mm和n1=2150r/min，傳動比i=1.43710.額定功率增量查表得?p11.單根v帶預(yù)緊力F0Ka：包角修正系數(shù)Ka=0.98;12.確定帶的根數(shù)ZZ=p取Z=5根；13.作用在軸上的力Fp14.帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計帶輪時，應(yīng)使用其結(jié)構(gòu)便于制造，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力，V>5m/s時要進行靜力平衡，v>25m/s時則應(yīng)進行動力平衡。輪槽表面應(yīng)光滑，以減少V帶的磨損。(1)在帶輪材料的挑選方面，灰鑄鐵、鋼材、鋁合金以及工程塑料等都是比較常見的選擇，當(dāng)中灰鑄鐵由于適用范圍較為廣泛，當(dāng)線速度v≤25m/s的時候可以優(yōu)先選用HT200牌號，當(dāng)線速度提高到25-45m/s這個區(qū)間時，那么就適宜采用鑄鋼材料，另外鋼板沖壓焊接工藝也可應(yīng)用在帶輪制造當(dāng)中。對于低功率傳動工況而言，鑄鋁和工程塑料成為可行的選擇，本設(shè)計從動力平衡角度進行考慮，最終確定選用HT200灰鑄鐵作為帶輪材料。(2)帶輪結(jié)構(gòu)特征剖析，此傳動機構(gòu)里的帶輪是由輪轂、輪輻以及輪槽這三個關(guān)鍵部件所組成的，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表的查詢結(jié)果，可確定帶輪的基準(zhǔn)直徑是140mm，結(jié)合Y160M-4型電動機的技術(shù)參數(shù)，其軸伸直徑為42mm、長度為100mm，基于此來確定大帶輪軸孔直徑d0=42mm，輪轂長度的設(shè)計數(shù)值應(yīng)當(dāng)控制在110mm以內(nèi)。借助查閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，獲取輪轂具體的尺寸參數(shù)：基準(zhǔn)寬度bd為14mm，基準(zhǔn)線處槽寬hin是3.5mm，槽底深度hrew為10.8mm，槽間距e等于(0.3±0.4)mm，首槽對稱面最小間距fm是11.5mm，槽間距累積公差為±0.8mm，輪槽寬度B的計算公式是B=(z-1)e+2fz，這里的z代表輪槽數(shù)量。該大帶輪采用的是輔板輪結(jié)構(gòu)形式，其輻板設(shè)計厚度S為16mm，具體的結(jié)構(gòu)特征可以詳細參考示意圖:4.8主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.8.1主軸結(jié)構(gòu)尺寸確定設(shè)計電機功率pc=11kw,V帶傳動效率η查表得；取p=p軸的材料選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表選取A軸的最小直徑：dmin軸所受的扭矩為：Tn考慮到拋丸器葉輪所受轉(zhuǎn)矩較大，主軸上開有兩個鍵槽對主軸強度有一定影響，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑尺寸。根據(jù)實際情況、機械手冊和主軸直徑的參考數(shù)據(jù)，還要考慮主軸的加工、腐蝕、疲勞等其它方面對主軸強度的因素，初步確定主軸軸徑的最小尺寸為65mm。根據(jù)主軸初步計算的主軸最小直徑、主軸上零件位置、軸向定位以及主軸的加工工藝等要求確定各段軸段的結(jié)構(gòu)尺寸,如圖：主軸的三維結(jié)構(gòu)4.8.2軸承的選擇軸承是拋丸器主軸系統(tǒng)的一個重要部件，選擇軸承要考慮所受徑向力、軸向力、轉(zhuǎn)速等問題。軸承運轉(zhuǎn)時過熱主要原因是所選擇的軸承不能滿足高速運轉(zhuǎn)的工作條件。過去一些拋丸器生產(chǎn)公司使用圓錐滾子軸承，使工作軸承的溫度一直處在很高的溫度，嚴(yán)重降低軸承的使用壽命。其次，必須保證軸承的預(yù)緊力來保證其剛度，提高主軸的固有頻率，提高回轉(zhuǎn)精度，從而減少振動。對于拋丸器主軸系統(tǒng)，主要承受電機皮帶和主軸的不垂直而產(chǎn)生的較小的軸向力和較大的徑向力，主軸轉(zhuǎn)速2150r/min。深溝球軸承和角接觸求軸承都能基本滿足使用條件，但通過計算得到，角接觸球軸承在高速轉(zhuǎn)動時的發(fā)熱量更大，所以主軸系統(tǒng)選擇深溝球軸承更合適，根據(jù)主軸尺寸軸承型號選擇深溝球軸承6315。4.9主軸靜力結(jié)構(gòu)分析4.9.1主軸強度分析拋丸器的主軸主要承擔(dān)電動機傳遞的轉(zhuǎn)矩，并將電動機的扭矩傳遞到葉輪，傳遞轉(zhuǎn)矩的過程中承受葉乾葉片、重力和皮帶預(yù)緊力產(chǎn)生的彎矩，其設(shè)計的合理性和安全性直接影響整個拋丸器的性能。目前對拋丸器主軸的強度校核，主要采用有限元分析方法，由于主軸受力較復(fù)雜，僅使用有限元法對主軸進行較真實的分析存在一定的困難，應(yīng)用理論計算與有限元分析相結(jié)合的方法，能夠更加真實的模擬主軸的受力情況，對主軸的強度分析更為準(zhǔn)確。本研究首先通過第三強度理論對設(shè)計的主軸結(jié)構(gòu)進行強度校核；利用三維繪圖軟件soildworks建立主軸三維實體模型，并對模型的細節(jié)特征進行簡化，將簡化的模型導(dǎo)入ANSYSworkbench軟件建立主軸有限元模型，根據(jù)拋丸器的實際工作情況，添加正確約束和載荷邊界條件，對主軸進行靜力分析，得到主軸的等效應(yīng)力圖和變形圖，并對求解結(jié)果進行分析，結(jié)合理論校核，驗證主軸的強度是否滿足需用要求。4.9.2主軸強度校核拋丸器主軸的工作能力是指強度、剛度和穩(wěn)定性等方面的問題。通常情況下，主軸的強度是影響主軸工作能力的主要因素。拋丸器主軸受葉片高速拋打彈丸的切向力、葉輪的離心力和皮帶輪的預(yù)緊力，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若主軸的強度達不到工作載荷的許用要求，會引起主軸的變形量超過允許的限度，就會影響拋丸器的正常工作。如果彎曲量過大，機械密封失效，潤滑脂流出，會使軸承潤滑性變差，導(dǎo)致拋丸器不能正常工作，嚴(yán)重影響被清理工件的清理質(zhì)量。在確定拋丸器主軸尺寸時，為了防止主軸在工作中斷裂或變形，需要對拋丸器主軸進行強度校核。(1)主軸的徑向力計算主軸所受徑向力主要來自葉輪葉片重力和皮帶輪的預(yù)緊力。計算主軸所受彎矩，首先要計算出主軸所受徑向力。葉輪和葉片重力FrF=FF0-單根V帶預(yù)緊力，根據(jù)前面計算FZ-V帶根數(shù)，依據(jù)前面計算，取Z=5；(2)各軸段彎矩計算在拋丸器的實際工作過程中，根據(jù)軸承支撐的位置，可將主軸看作＂外伸梁＂，如圖所示。兩端分別受葉輪的重力和皮帶預(yù)緊力，將上數(shù)值帶入公式，得到的主軸各段彎矩數(shù)值M(x)=Fx(4-27)式中：F-主軸所受徑向力；X-徑向力到所在截面的距離;主軸受力簡化圖通過公式結(jié)合設(shè)計的主軸各軸段的尺寸，計算得到各軸段的彎矩如圖所示：各段彎矩曲線圖（3）各軸段應(yīng)力計算主軸同時承受彎距和扭距，采用第三強度理論，根據(jù)圖中的各軸段彎矩和轉(zhuǎn)矩代入公式，得各軸段應(yīng)力σca式中,α1計算的各軸段的應(yīng)力如圖所示各軸段應(yīng)力曲線圖從應(yīng)力圖可以看出主軸的最大應(yīng)力在的兩軸承的兩側(cè)位置，計算值最大值為σca=8.93MPa，小于45號調(diào)質(zhì)鋼的許用彎曲應(yīng)力4.10軸承壽命校核4.10.1預(yù)期計算壽命由于主軸主要承受徑向力，和比較小的軸向力。即Fa,深溝球軸承的最小e值為0.220，故此時FaFr4.10.2初步計算當(dāng)量動載荷P根據(jù)公式：p=ffd為載荷系數(shù)，查表得承受中等沖擊fdX,Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，因為FaFr將數(shù)據(jù)代入公式有：pp軸承的基本額定動載荷值：cc4.10.3驗算軸承壽命查