热处理车间装料机的设计方案分析
崔峰
摘要：目前，在国内许多中、小型工厂的热处理车间，仍然采用人工搬运物件，这样工人的劳动强度很大，且生产效率低，常有事故发生。因此，本文分析了这台能满足生产活动要求的、小型又价廉的装料机的设计方案步骤。
关键词：装料机；传动系统
目前，国内许多中、小型工厂的热处理车间，仍然采用人工搬运物件，这样工人的劳动强度很大，且常有事故发生，因此设计一台能满足生产活动要求的、小型又价廉的装料机，不仅可以降低工人劳动强度，而且可以提高生产效率，降低劳动成本，本文仅对设计过程做一简单分析。
机器一般由原动机、传动装置和工作机构三大部分组成。其中机械传动系统则是机器的重要组成部分。而能达到预期的运动和传递动力则是机械传动系统的两个基本任务，也是机械传动设计时所需解决的两个主要问题。
设计机械传动系统时，必须首先确定执行构件的运动形式和参数，再依此选定原动机的类型、运动参数与运动形式，从而才能最终确定机械传动系统的方案。
原动机选择的是否合理，将直接影响整个传动系统的整体性能和其简繁程度，并对整个传动系统的组成结构造成直接影响。而原动机的运动形式主要有回转运动、往复摆动和往复直线运动，其动力来源有电力、液压及气动驱动等等。如果选择电动机、液压与气动马达等原动机时，原动件作的运动为连续回转运动，液压马达与气动马达也可作往复摆动；如果采用往复式液压油缸、往复式气缸和直线电动机等作为原动机时，原动件仅作直线往复运动。
考虑到热处理车间的装料机主要是在室内使用，其动力为三相交流电，另外考虑到价格、结构及其维护等原因，故选用Y系列三相异步电动机。
当确定好原动机与执行构件的各项运动参数后，即可以计算此运动链的总传动比，而总传动比的确定则是选择机构、设计传动系统的必备数据。
因此，对于装料机，当要求输出齿轮的转速nw=57.32r/min，电动机的额定转速nd=2950r/min时，总传动比应为：i=2950/57.32=51.47
传动装置的类型非常多，而不同类型传动机构的确定，会决定采用不同形式的传动系统方案。
傳动类型的选择应参考如下基本原则：（1）原动机的机械特性必须与执行系统的工作要求和工况相匹配；（2）要求传递的功率和运转的速度是必须考虑的重要因素；（3）简单的单级传动装置作为优先选择，以提高系统的可靠性；（4）结合环境条件，在确保系统安全可靠的前提下，应选择传动效率高、易于结构布置的类型；（5）考虑传动类型的经济性。
1传动类型
按照传动的方式可将传动类型分如下四类：
（1）机械传动的特点是，传动比准确、稳定、效率高，工作可靠性高、寿命长。但是要求要有较高的制造和安装精度、成本较高。
（2）电气传动的特点是精确度高，重复精度误差能达到0.01%，同时还可将工作循环中的减速阶段释放的能量转换为电能再次利用，从而减低了运行成本。并且，电气传动还能节约成本，没有液压油的成本和引起的麻烦，也不需硬管或软喉。
（3）液压传动的特点是，从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是最好的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，布局灵活，并且其动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽。但是液压传动因有相对运动，表面不可避免的存在泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的，加上油管等弹性变形，液压传动不能得到严格的传动比，因而不能用于如加工螺纹齿轮等机床的内联传动链中。同时，为防止漏油以及为满足某些性能上的要求，液压元件制造精度要求高，给使用与维修保养带来一定困难。
（4）气压传动的特点是仅以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，不必设置回收的油箱和管道。由于空气的粘度很小，其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。即便外泄漏也不会造成严重的环境污染。但是，由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，工作压力也较低，在高速排气时还有较大噪声。
在综合考虑系统设计的各项技术与经济指标后，则可以确定适合的传动类型，而对不同传动比的分配，则会产生出不同的传动方案。
2传动机构的组合形式和布置顺序
传动链的布置将直接决定整个机械的工作性能和结构尺寸。在布置各机构在传动链中的顺序时，通常应遵循下述原则：（1）有利于提高传动系统的效率；（2）有利于减少功率损失；（3）有利于机械运转平稳和减少振动及噪音；（4）有利于传动系统结构紧凑、尺寸匀称；（5）有利于加工制造。
此外，传动装置的润滑和使用寿命，装拆的难易程度、操作者的个人安全以及对产品的污染等因素都应作为考虑因素。
3传动比的分配
传动系统的方案设计中，如何合理的将总传动比分配到各级传动装置，将是设计的重点。一般应遵循如下几点：
（1）每级传动比的选取都应在传动机构的合理范围内；
（2）大传动比的齿轮传动链，应采用多级齿轮传动；
（3）为使结构更加紧凑，当中间轴转速较高而扭矩较小时，可选择小直径的轴及轴上零件；
（4）按最小转动惯量原则设计的分配方案，特别适合传动平稳、动态性能好而又启动频繁的降速齿轮传动链；
（5）如果降速齿轮传动链的重量需要严格控制时，可按下述原则分配传动比：对于小功率装置，若设各主动小齿轮材料和齿宽均相同，轴与轴承的转动惯量、效率均不计，则可选各小齿轮的模数、齿数相同，且各级传动比也相同；对于大功率装置，为保证总重量最轻，各级传动比应按“前大后小”逐渐减小的原则选取；
（6）对于以提高传动精度、减小回程误差为主的降速齿轮传动链，设计时，从输入端到输出端的各级传动比应按“前大后小”的原则来选取，且最后两级传动比应尽可能增大，还应提高齿轮的制造精度，以减小齿轮的固有误差、安装误差与回转误差对输出轴运动精度的影响；
（7）对于负载变化的齿轮传动装置，各级传动比应尽可能采用不可约的分数，以避免同时啮合；
（8）将周转轮系和定轴轮系或者其它类型的传动结合起来使用可以满足传动比大的传动链；
（9）在考虑传动比分配时，还应注意使各传动件之间、传动件与机器之间不要干涉、碰撞；
（10）设计减速器时还应考虑到润滑的问题。
由于考虑问题的出发点不同，会有不同的传动比分配方案。因此应根据具体要求和条件，综合运用以上原则进行设计。
4装料机的运动及动力要求
要在热处理车间进行原料的传送，所设计的机构必须要满足如下三个基本功能。
（1）能够将旋转运动变换为线性移动；
（2）能够将水平轴运动变换为垂直方向的运动；
（3）能够减小位移量或者速度，总而实现增力的要求。
每一个分功能都可以用不同的机构来实现。如运动形式变换功能、运动轴线变换功能和运动速度缩小功能都可以通过连杆机构、螺旋、斜面机构、凸轮机构、摩擦轮机构、齿轮机构、流体机构等来实现。将它们相互组合，再进行一些完善工作，就可以构成多种可以满足设计要求的方案。
采用蜗杆传动、齿轮机构和连杆机构。涡轮涡杆传动适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力，其优点传动比大，结构尺寸紧凑。但轴向力大、易发热、效率低且只能单向传动。如果蜗轮采用了铸锡青铜等材料，则可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，从而提高承载能力和传动效率。这里的齿轮机构必须采用开式传动（连杆机构要和其联接），因为开式齿轮传动的工作环境较差，润滑条件不理想，磨损较严重，因此应布置在低速级。平面六连杆机构布置在传动系统的最后一级，作为工作机的执行机构，可以大大扩大机构从动件的工作行程；可以取得有利的传动角，传力性能好；可以使机构执行件在工作行程中的速度近于等速，避免冲击载荷的产生。
综上所述，采用蜗杆传动、齿轮机构和连杆机构的方案才是优先选用的最佳方案。
