地下注漿工藝中的旋轉(zhuǎn)噴漿機構(gòu)設(shè)計案例綜述 11.2刀片環(huán) 21.3軸系的設(shè)計以及裝配 3 8這一部分是該畢設(shè)的一個重點項目。如果說之前的龍門架設(shè)計是為了整個系統(tǒng)做基礎(chǔ)，那么這個旋轉(zhuǎn)噴漿機構(gòu)就是該畢設(shè)的核心項目。在討論該機構(gòu)的構(gòu)成時，需要注意該項目需要完成的目標(biāo)。這些目標(biāo)分別是：(1)需要將速凝水泥導(dǎo)入到所需要的位置。這需要的不僅是一個可靠的水泥泵以泵送水泥，還需要是一根足夠長、足夠堅固的空心鋼管，另外考慮到與水源接觸，長期暴露在潮濕環(huán)境下，還需要對作為泵送水泥的鋼管做可能的防銹處理以免出現(xiàn)故(2)速凝要求。在這里除了對水泥自身的要求之外，還需要的是對已經(jīng)被泵送到指定位置的水泥進(jìn)行快速攪拌以達(dá)到使水泥攤到較薄的狀態(tài)，從而達(dá)到快速凝固的要求。因此在(1)的條件下還需要設(shè)計一套攪拌裝置以達(dá)到以上目的。(3)傳動要求。在(2)中已經(jīng)提出，需要設(shè)計一套傳動裝置以滿足設(shè)計要求。在定型電動機的同時，還需要考慮的是傳動方式。在考慮到包括經(jīng)濟性、實用性和可能的失效形式后，需要對以下的傳動方式進(jìn)行討論和選擇：蝸桿傳動、齒輪傳動、皮帶傳動、鏈條傳動等。通過以上的要求不難看出，在這里需要設(shè)計一個將水泥泵送到指定位置的機構(gòu)的同時還要滿足對水泥進(jìn)行攪拌以快速成型的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。很明顯，在這里直接在作為水泥導(dǎo)管的鋼管上設(shè)計一套旋轉(zhuǎn)機構(gòu)并不現(xiàn)實，因此需要在導(dǎo)管上設(shè)計一套擁有內(nèi)外兩層鋼管的軸系作為傳動裝置的核心機構(gòu)，并且為其做好密封以防止水泥倒灌入軸承和兩鋼管之間以造成卡頓的故障可能性，同時也要注意該機構(gòu)的易于維護(hù)性以避免過于復(fù)雜的維護(hù)造成不必要的麻煩。這一零件是在Z軸上的固定件，在起到需要將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和驅(qū)動這一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的電機固定在Z軸上，隨著Z軸進(jìn)行上下移動的固定作用的同時完成部分對電動機和軸系的保護(hù)作用，該零件使用螺栓固定，同時使用螺栓固定在其上的電機和軸系。圖8固定件三維設(shè)計圖圖9固定件設(shè)計圖在這里設(shè)計刀片環(huán)的作用是為水泥漿提供一個攪拌零件，通過電機的工作帶動軸系的運動以完成旋轉(zhuǎn)運動，其中完成固定的是螺栓，并且在連接處進(jìn)行密封以保證軸系上的軸承和兩鋼管之間的空隙不被水泥倒灌已造成軸系卡死、傳動失效甚至損壞電機的事故。圖10刀片環(huán)三維設(shè)計圖11刀片環(huán)設(shè)計在軸系的設(shè)計中，需要注意的是，我們不僅僅要考慮到軸系的裝配，還要考慮到電動機以及軸系之間的傳動方式，并且要注意的是，在這個軸系的設(shè)計中，引入了法蘭連接，而這里引入法蘭連接的目的是在固定保護(hù)管內(nèi)水泥泵送管的同時，在出現(xiàn)刀片環(huán)的密封失效的情況下對下半部分的軸系進(jìn)行快速的拆卸以及清理更換，使得該機構(gòu)在防止保護(hù)管與水泥泵送管出現(xiàn)磕碰減少使用壽命的同時，使裝置便于維修保養(yǎng)，減少維修工作的繁瑣程度。以下是具體的零件：(1)水泥輸入管。該裝置與漿泵系統(tǒng)通過一個連接彎頭連接以完成對水泥的泵送。(4)管接法蘭(連接法蘭)。(7)從動輪(8)軸上端。這里的軸上端設(shè)計目的是在保護(hù)內(nèi)部注入水泥管道的情況下，連接軸承、從動鏈輪及整個軸系，完成攪拌機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。圖12連接彎頭三維設(shè)計圖圖13連接彎頭設(shè)計圖圖14軸上端三維設(shè)計圖圖15軸上端設(shè)計圖圖16連接法蘭三維設(shè)計圖工圖17連接法蘭設(shè)計圖圖18軸系裝配三維圖圖19軸系裝配設(shè)計圖1.4總體設(shè)計對于工作環(huán)境的嚴(yán)苛要求以及對于振動的敏感性也使得該傳動方式在該項目的工作中顯得不是那么可靠，在潮濕/粉塵環(huán)境中也有因膠合而導(dǎo)致傳動失效的可能，因此該傳動方式也最重要的是，在水下注漿工藝模型的工作環(huán)境中總是會有包括潮濕以及揚沙的糟糕工作環(huán)境，而在這里的鏈條傳動正好對這類環(huán)境有著極高的適應(yīng)性。在該系統(tǒng)中，傳動尺寸由于固定件的限制不可能過大，并且所需張緊力小，可以保護(hù)軸與鋼管不會出現(xiàn)過早的金屬疲勞現(xiàn)象延長使用壽命，最重要的是能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作，這恰恰滿足了水下注漿工藝需要在礦山以及海洋、河流等地方進(jìn)行工作的要求，因此在這里的傳動方式選擇就是鏈傳動。鏈傳動計算：i=Z2(從動輪直徑)/Z1(主動輪直徑)=1計算從動轉(zhuǎn)速：n2=n1/i=3000r/min傳動比=使用扭矩÷9550÷電機功率×電機功率輸入轉(zhuǎn)數(shù)÷使用系數(shù)通過在完成了的固定件以及軸系在裝配時還需要裝配軸承進(jìn)行固定，對于軸承的計算以及選型的討論，結(jié)果如下：軸承如何正確選擇?在選擇軸承的時候，要根據(jù)幾個重要參數(shù)：軸承的負(fù)荷，軸承的轉(zhuǎn)速，調(diào)心的要求，空間的允許，安裝和拆卸軸承，公差等級，價格方面等來進(jìn)行選擇。軸承的精度，噪音等都與機械的使用和壽命有著直接的關(guān)系。一般來說，軸承的選擇需要從以下幾個方面入手：1、在討論軸承工作條件之后，確認(rèn)軸承的基本類型，游隙以及軸承的公差等級，這里討論的軸承工作條件包括軸承的種類，軸的轉(zhuǎn)速，軸承的潤滑方式，同軸度要求，定位或非定位，軸承的安裝維護(hù)，工作環(huán)境等2、在分析軸承工作環(huán)境和軸承的受力狀況之后，通過載荷等關(guān)鍵值的計算確定軸承的選型，或者通過確認(rèn)軸承型號的選型并通過軸承的校核來對選擇的軸承是否滿足軸承工作環(huán)境的要求進(jìn)行討論并加以確定。3、通過驗算軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速對軸承是否適配軸系進(jìn)行驗算。圓錐滾子軸承主要承受直徑和軸向的聯(lián)合載荷，以徑向為主。軸承的承重能力要看外圈的滾道角度，越大的角度承重越大。該類軸承屬于分離型軸承，按軸承中滾動體的列數(shù)分為圓錐滾子軸承的單、雙、四列。單列錐形滾子軸承在安裝時需要用戶自行調(diào)節(jié)游隙；雙、四列錐形滾子軸承產(chǎn)品出廠時已按用戶要求給定游隙，不需用戶自行調(diào)節(jié)。圓錐滾子軸承內(nèi)圈和外圈滾道均為圓錐形，圓錐滾子在兩者之間排列。所有圓錐表面的投射線都聚集在軸承軸心的同一點上。這樣的設(shè)計使得錐形滾子軸承尤其和軸向)負(fù)荷的承受。軸承的軸向負(fù)荷能力多由接觸角α值的大小將軸向力附加到徑向載荷所致。單列圓錐滾子軸承的附加軸向力S可以近似地按下式計算：GB/T299-2008[雙列圓錐滾子軸承352208]dDCBri222223131331314141445555圖20部分軸承參數(shù)a是圓錐滾子的壓力角這里需要注意的是在這里加了軸承固定件，以固定軸承和軸系避免打滑。一根軸需要兩個支點，即支撐承重的兩套滾動軸承。而軸承配置恰恰解決了軸承在支點上如何軸向固定軸系，軸承受熱膨脹后如何避免卡死的難題。滾動軸承固定方式：1.兩端固定支承(單向固定雙支點)。這樣的配置形式就是讓每個支點在一個方向上固定軸系。對于深溝球軸承還應(yīng)留出軸承外圈與軸承蓋之間的軸向間隙c,取c=0.2~0.4mm,以補償受熱伸長的軸。對于角接觸軸承來說，熱補償間隙是以軸承內(nèi)部的游隙為保證的。2.一端固定一端游動支承(雙向固定單支點)。對于固定支點，深溝球軸承可以在軸向力不大時使用，它的外圈左右兩側(cè)是固定的。當(dāng)軸向力較小時，外圈可用彈力檔圈固定。固定支點的內(nèi)圈為了承受向右的軸向力，也必須做軸向固定。對于游動支點常用深溝球軸承，圓柱滾子軸承也可在徑向力較大時使用。在選用深溝球軸承時，軸承的外圈與軸承蓋之間留有很大的空隙，這樣可以在熱膨脹的情況下讓軸自由伸長，但是它的內(nèi)圈需要通過軸向的固定來防止軸承松動。設(shè)計時應(yīng)注意，軸承的內(nèi)外圈不應(yīng)有多余或不足的軸向固定現(xiàn)象發(fā)生。1.兩端游移支撐。當(dāng)兩個支點都設(shè)計為游動支承時，必須依靠其他措施來定位軸系部件的位置。例如：對于支承人字齒輪的軸系部件，可以通過人字齒輪的幾何形狀來確定其位置，此時必須設(shè)計兩個支點作