197 家用垃圾處理器設計

197 家用垃圾處理器設計,家用,垃圾,處理器,設計 1第二章 生活垃圾處理器設計2.1 生活垃圾處理器的組成本次設計的生活垃圾處理器有兩部分組成，一部分是不可回收垃圾的粉碎，另一部分是可回收垃圾的壓扁不可回收垃圾的粉碎部分組要結構有：驅動電機、聯(lián)軸器、中心軸、箱體、過濾板、刀具、墊圈、螺母、螺釘?shù)冉Y構組成。另外還有一些傳感器，如：液位傳感器。可回收垃圾的壓扁部分組要結構有：驅動電機、帶輪、V 帶、軸、支架、曲柄滑塊機構、壓塊、垃圾簍、抽板等2.2 電動機的選擇驅動電機是食物垃圾處理器工作能量的提供源，也是關鍵部件之一，其性能直接影響著生活垃圾處理器質量的好壞。在設計中，電動機運行特征為時間短，啟動頻繁，斷續(xù)工作。圖 2-1 為永磁電機的結構簡圖。我們選用永磁電機,因為其定子為永磁鋼勵磁無需勵磁線圈，即省電又不發(fā)熱。磁路結構經精心選擇，使電機具有啟動轉矩大，過載能力強、響應速度快、嘈聲低及轉動平衡等特點，電機設計時采用了一些特殊技術。但是本次設計所用的電機是自己設計制造的。(1) 磁鋼徑向、軸向聚磁以加大極弧面來提高氣隙磁密，從而提高出力和快速響應能力。(2) 采用不均勻氣隙設計和磁鋼極尖削角來保證對負載電流引起的電樞反應有良好的抑制作用，提高線性度并降低功耗。(3) 利用電機槽和換向片及極弧寬度和齒槽的合理配合達到減小轉矩波動、嘈聲，保證平穩(wěn)運行要求。2(a)(b)圖 2-1 永磁電機的磁路結構和磁場分布電動機種類的選擇目前，電動機的種類繁多，價格、性能差別比較大，本著經濟、實用的指導思想對電動機類型及型號進行優(yōu)化選擇是十分重要的。選擇電動機種類應在滿足生產機械對拖動性能的要求下，優(yōu)先選用結構簡單、運行可靠、維護方便、價格便宜的電動機。電動機種類選擇時應考慮的主要內容有：（1）電動機的機械特性應與所拖動生產機械的機械特性相匹配；（2）電動機的調速性能（調速范圍、調速的平滑性、經濟性）應該滿足生產機械的要求。對調速性能的要求在很大程度上決定了電動機的種類、調速方法以及相應的控制方法；（3）電動機的啟動性能應滿足生產機械對電動機啟動性能的要求，電動機的啟動性能主要是啟動轉矩的大小，同時還應注意電網(wǎng)容量對電動機啟動電流的限制；（4）電源種類 在滿足性能的前提下應優(yōu)先采用交流電動機；（5）經濟性 一是電動機及其相關設備（如：啟動設備、調速設備等）的經濟性；二是電動機拖動系統(tǒng)運行的經濟性，主要是要效率高，節(jié)省電能。根據(jù)機械的負載性質和生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等要求選擇電動機的類型。直流電動機可實現(xiàn)快速頻繁的無級快速啟動、制動和反3轉；具有過載能力大、能承受頻繁的沖擊負載，優(yōu)良的調速性能，調速平滑、精確、方便和范圍廣等特點。電動機的工作環(huán)境是由生產機械的工作環(huán)境決定的。在很多情況下，電動機工作場所的空氣中含有不同分量的灰塵和水分，有的還含有腐蝕性氣體甚至含有易燃易爆氣體；有的電動機則要在水中或其他液體中工作?；覊m會使電動機繞組黏結上污垢而妨礙散熱；水分、瓦斯、腐蝕性氣體等會使電動機的絕緣材料性能退化，甚至會完全喪失絕緣能力；易燃、易爆氣體與電動機內產生的電火花接觸時將有發(fā)生燃燒、爆炸的危險。因此，為了保證電動機能夠在其工作環(huán)境中長期安全運行，必須根據(jù)實際環(huán)境條件合理地選擇電動機的防護方式。電動機的外殼防護方式有開啟式、防護式、封閉式和防爆式幾種。設計中，食物垃圾處理器電動機的特征為頻繁短時運行、快速啟動，無調速要求。依據(jù)直流電動機具有的特點，設計選取電機類型為直流電動機。在直流電動機中，有一種電機的磁極是用永磁材料(或加上鐵磁材料)提供電動機所需要的勵磁源，從而代替了電磁式直流電動機中的線圈式磁極。這種電機為永磁直流電動機。由于無需勵磁線圈，故省電且不發(fā)熱，磁路結構精心設計，使電動機過載能力強、響應速度快、噪聲低及轉速平穩(wěn)?；谏鲜鎏攸c，設計中選用永磁直流電動機。永磁材料的種類很多，有鋁鎳鉆系列磁鋼、鐵氧體永磁、稀土永磁等。表征永磁材料性能的主要因素：矯頑力 、剩余磁感應強度 Br、最大磁能面積CBH以及磁穩(wěn)定性。選用永磁材料要求 最大，溫度系數(shù)小，磁穩(wěn)定??maxBH??max性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對于永磁直流電動機至關重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動機壽命短。外界因素能引起磁性能不可逆變化，影響磁穩(wěn)定性的因素有：① 內因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鉻鉆等不會發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產生組織的變化。各種永磁材料除各向異性外，都會產生磁后效，它們對時間的退磁率隨時間的對數(shù)變化。② 外因包括溫度、干擾磁場、機械力、接觸強磁性物質、高能粒子輻照等。使磁能變化。a.由于溫度可引起永磁體的材質和尺寸比的變化，因而在選用具有低溫退4磁性質的永磁體時，應使永磁體在最低使用溫度下工作。在尺寸比相同的情況下，各種永磁體的退磁率隨外磁場增大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若工作點選在膝點之上，則受外磁場的影響很小。b.機械振動和沖擊力引的退磁率一般不大，磁體尺寸越大、矯頑力越高。顯著的退磁一般發(fā)生在多次沖擊和較長時間振動的初期，以后趨于穩(wěn)定。為使永磁材料在使用時磁性穩(wěn)定，對材料必須預先進行穩(wěn)定化處理；高溫或低溫退磁，不同溫度范圍的溫度循環(huán)強制退磁、交流或直流退磁等。選擇電動機時，應在電動機能夠勝任生產機械負載要求的前提下，最經濟、最合理的選擇電動機的功率。若功率選得過大，設備投資過大，造成浪費，且電動機經常欠載運行，效率較低；反之，若功率選得過小，電動機將過載運行，造成電動機的過早損壞。為此，選擇電動機容量應進行一些必要的分析和計算，具體可按以下三個步驟進行：① 計算負載功率 wP② 根據(jù)負載功率 ，預選電動機的額定功率 ，使 ，盡量接近dPdw?wP③ 校驗預選電動機的發(fā)熱、過載能力和啟動能力。校驗的方法較多，工作量很大，而且準確度也很難把握。在實際工作中常采用統(tǒng)計分析法和類比法。類比法就是在調查同類機械所采用電機容量的基礎上，對主要參數(shù)和工作條件進行類比，從而確定電機所采用的容量。本次論文設計就采用此方法。根據(jù)前面計算，粉碎刀盤在工作時，需克服的阻力為： 12.91.54.17.9ΝF?????刀盤的線速度 603.0.56017.9msvRnR?????負載功率： 17.9.320.41WwPFv????電動機的額定功率 ，且留有余量取:dwP?.dwP51.230.4138WdP???按以上參數(shù)的選擇，我們最終選取電機的技術數(shù)據(jù)如下：轉速：，功率： ，電壓： ，電流： ，重量： 。30rmin390WV2.A3kg這種永磁直流電動機采用鐵氧體永久磁鐵激磁，鐵氧體的化學組成用Mo nFe2O3。表示，其中 M 為 Ba,Sr,Pb 中的一種或兩種以上的二價金屬離子，?，材料分為各向同性和各向異性兩類。它的矯頑力高，時效變化少，5.0~6n?不含鎳、鉆等元素，價廉，原材料豐富。永磁直流電動機設計時采用了一些特殊技術：① 磁鋼徑、軸向聚磁以加大極弧面來提高氣隙磁密，從而提高出力及快速響應能力。② 采用不均勻氣隙設計和磁鋼極尖削角來保證對負載電流引起的電樞反應有良好的抑制作用，提高線性度并降低功耗。③ 電機槽和換向片，極弧寬度和齒槽的合理配合以達到減小轉矩波動、噪聲，保證平穩(wěn)運行。本此設計的電機體積小，重量輕，壽命長、噪聲低，有換向性能，零部件通用化程度強等特點，系封閉自冷式。而目前在市場上的同類產品都為國外進口電動機，不僅價格昂貴，而且零部件配套難，維修困難，給顧客的使用帶來不便。2.3 曲柄滑塊機構的設計2.3.1 曲柄滑塊機構定義曲柄滑塊機構是鉸鏈四桿機構的演化形式,由若干剛性構件用低副(回轉副、移動副)聯(lián)接而成的一種機構。是由曲柄（或曲軸、偏心輪） 、連桿、滑塊通過移動副和轉動副組成的機構。2.3.2 曲柄滑塊機構的特性及應用常用于將曲柄的回轉運動變換為滑塊的往復直線運動;或者將滑塊的往復直線運動轉換為曲柄的回轉運動。對曲柄滑塊機構進行運動特性分析是當已知各6構件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動件運動規(guī)律時,研究機構其余構件上各點的軌跡、位移、速度、加速度等,從而評價機構是否滿足工作性能要求,機構是否發(fā)生運動干涉等。曲柄滑塊機構具有運動副為低副,各元件間為面接觸,構成低副兩元件的幾何形狀比較簡單,加工方便,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點,因而在包括煤礦機械在內的各類機械中得到了廣泛的應用，如自動送料機構、沖床、內燃機空氣壓縮機等。2.3.3 曲柄滑塊機構的分類根據(jù)結構特點，將其分成三大類：對心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機構圖 2-2 對心曲柄滑塊機構圖 2-3 偏置曲柄滑塊機構7圖 2-4 偏心輪機構當曲柄長度很小時，通常把曲柄做成偏心輪，這樣不僅增大了軸頸的尺寸，提高偏心軸的強度和剛度，而且當軸頸位于中部時，還可以安裝整體式連桿，使得結構簡化。因此偏心輪廣泛應用于傳力較大的剪床、沖床、鄂式破碎機、內燃機等機械中 [6]。偏心輪機構可以實現(xiàn)復雜的非線性傳動關系，且傳動平穩(wěn)，結構緊湊，動力平衡性好。將偏心輪與連桿等機構組合應用，可實現(xiàn)單純用連桿機構難以得到的復雜的運動特性。是曲柄滑塊機構是常用的機構型式。生產實際中，如在滑塊往復行程中具有勻速運動段，并有急回特性，則一般將有利于生產質量和生產率的提高。沖壓機的沖頭(滑塊)，如能以勻速沖壓工件成形、 ，則有益于沖壓件加工質量的提高;牛頭刨床的刨刀(滑塊)，如能以勻速刨削工件，則無疑會改善工件表面的加工質量，并提高刨刀的切削壽命(因切削刀均勻)。但是，簡單的對心曲柄滑塊機構，當曲柄勻速回轉時，其滑塊是不具有急回特性和勻速運動段的;即便采用六桿以上的連桿機構，一般也只能實現(xiàn)近似的勻速運動。現(xiàn)在采用偏心輪一曲柄滑塊機構，則能以緊湊的機構型式實現(xiàn)上述運動特性 [7]。在海上能源綜合開發(fā)平臺上，采用這種偏心輪機構，通過滑塊聯(lián)動液壓缸，用于將海風端水平軸旋轉的機械能轉化成活塞往復運動的機械能，進而轉化成液壓能。8圖 2-5 工作原理圖2.4 曲柄滑塊機構設計2.4.1 曲柄滑塊機構受力分析圖 2-6 曲柄滑塊機構的受力分析示意圖從曲柄 r 傳到連桿 l 上的力 與滑塊發(fā)出的壓力 之間，存在如下關系：pc pc??os曲柄頸 A 處，沿半徑方向的力 和 的關系：rc= prc )os(???將上 2 式聯(lián)立，可得到：= r cos/)s(曲柄頸沿 r 方向承受與 力大小相等的壓力。曲柄頸沿圓周方向所受切線力 與半徑 r 的乘積，就是轉矩 T。pT9*rTp?根據(jù)上圖可知：)sin(???cT將（1） 、 （4）式代入（5）式，則rp*os/)si(??從上式求出 P。rT/1)sin(/co???一般曲柄連桿機構 l>4r，所以，可將 l 看成比 r 大很多，即 l>>r ，這時，角趨近于零。則上式可以寫成：?)sin/(?rTp?按平面幾何圓部分的勾股定理，可以導出 rrsrr /2/sin 222)(????將上式代入，則得： )1/2/(??srsTp2.4.2 曲柄滑塊的運動學特性圖 2-7 運動分析圖取 A 點為坐標原點，x 軸水平向右。在任意瞬時 t，機構的位置如圖。10可以假設 C 點的矢徑為：= = +rACBCC 點的坐標為其矢徑在坐標軸上的投影： ?coscs3322rx??inin332ry?根據(jù)圖形可知： ???sisisin 22323*)/( ??所以：?sinsincos221213 ????式中， 是曲柄長與連桿長之比。將上式代入 的表達式中，并考慮?r32/ x到 ，就得到了滑塊的運動方程：t???2trrxt ???sin1cos2)(23??若將此式對時間求導數(shù)，其運算較繁瑣。在工程實際中， 值通常不大（ =1/4-1/6） ，故可在上式中將根式展開成 的冪級數(shù)并略去 起的各項?24而作近似計算： )(2costrx???r3 .])(15.0)(5.01[ sinsin42 ???tt????.3)(t )]2([2co3 t?則： 11)]2(25.0)([)25.01( coscos223 ttxrr ????????上式再對時間取導數(shù)，便可以得到速度和加速度的表達式：)]2(5.0)([sinsin2 ttxr???????? )]()([coco2 tta?其中 都是 的周期函數(shù)。x,?t???2在海上能源綜合開發(fā)平臺上， 在已知海風端的輸入軸頸，材質，轉矩，通過上述原理設計出合理的曲柄滑塊機構，得出驅動液壓缸運動的滑塊的位移，速度，加速度，壓力，得到的結果便于液壓缸的傳動設計。2.4.3 尺寸設計圖 2-7 曲柄滑塊機構12假定：行程為 S ,曲柄為 L ，連桿為 a則由上面的分析結合圖 2-7 可知：由于設計中 S/2=260mm則有：L=150 mm a=250 mm2.5 其它結構圖 2-8 中心軸圖 2-9 壓塊13圖 2-10 過濾板圖 2-11 切刀14圖 2-12 抽板圖 2-13 連桿