基于UG的雙向風力推料裝置的設計

石林　吳曉燕

【摘 要】本文設計了一種基于綠色制造理念，采用潔凈的風能作為動力源，通過驅動葉輪來帶動推料裝置的傳動機構和搖桿機構，從而實現從相互垂直的兩個方向傳送物料的機械裝置。使用風能可大大降低生產和使用成本，對綠色環保和節能減排有著重要的意義。在該雙向風力推料裝置的研發過程中，設計時采用了二維和三維CAD技術，有效地縮短了設計周期并提高了新產品的設計效率。

【關鍵詞】風力；推料裝置；UG；設計

0 引言

伴隨著機械工業的蓬勃發展，綠色制造作為制造業中的一種發展趨勢，越來越受到人類社會的關注和重視。綠色制造技術是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，使產品從設計、制造、使用到報廢的整個生命周期，都符合環境保護要求。風能就是一種低碳環保的清潔能源。本文設計了一種風力推料裝置，要求該裝置在使用過程中，通過風能驅動葉輪來帶動推料裝置的傳動機構和搖桿機構，從而實現從相互垂直的兩個方向傳送物料。該裝置的研發過程中采用了二維和三維CAD技術進行設計，有效地縮短了設計周期并提高了新產品的設計效率。

1 主要零部件的設計

1.1 葉輪的設計

1.1.1 功能分析

葉輪的功能是將風能轉化為葉輪旋轉的機械能，從而驅動后續的齒輪傳動機構和搖桿機構產生運動，進而實現物料的傳送。

1.1.2 設計方案

根據流體的流動情況，常見的葉輪可分為離心式和軸流式兩種。離心式葉輪結構較復雜，其制備需使用鑄件再結合多軸機床加工，加工時間又長，故在設計中不采用該種形式的葉輪。軸流式葉輪具有結構簡單、重量較輕的特點，常用于風機、水泵等流體機械。根據作用力是相互的的原理，當流體的流速達到臨界值時，作用在軸流式葉輪上的流體就會帶動葉輪旋轉，從而實現將風能轉化為機械能的目的，因此該設計中采用軸流式葉輪，如圖1所示。

1.2 主傳動軸的設計

1.2.1 功能分析

主動軸的功能是把葉輪旋轉時的動力和轉矩傳遞給齒輪傳動機構。

1.2.2 設計方案

主傳動軸軸采用45鋼，其三維實體造型如圖2所示。主動軸通過錐面和葉輪輪轂配合，由軸的軸肩定位，在左端通過鎖緊螺母壓緊，并通過軸肩上的鍵槽傳遞轉矩；支承軸頸則是通過軸套和襯套支撐在支架上，并輔以封蓋固定；主動軸右端的螺紋通過螺母與支承軸頸的軸肩對主動軸的軸向進行定位。

1.3 齒輪傳動機構的設計

1.3.1 功能分析

齒輪傳動機構的功能是把主動軸的高速旋轉經過變速，使后續的驅動機構在合理的速度下平穩地運行。為了增加輸出轉矩并考慮到有限的空間，齒輪傳動機構采取兩個嚙合的錐齒輪進行傳動。

1.3.2 設計方案

兩個錐齒輪的齒數分別為：小錐齒Z1=20，大錐齒Z2=28，其傳動比為i=1.4。齒輪傳動機構的三維造型及裝配效果如圖3所示。

1.4 搖桿驅動機構設計

1.4.1 功能分析

搖桿驅動機構的功能是在曲柄的驅動下，帶動兩個相互垂直的搖桿連接件和導軌同時在水平方向上做前后往復運動，從而將物料從物料倉中推出。

1.4.2 設計方案

當主傳動軸做旋轉運動時，齒輪傳動機構帶動曲柄做回轉運動，通過曲柄撥動搖桿。搖桿和齒條采用螺釘連接；在兩垂直方向上齒條和直線導軌的導軌塊采用螺釘連接；齒條另一端安裝著伸出長度可調的推叉，從料倉中推出物料。搖桿機構的三維造型和裝配效果如圖4所示。

1.5 支架的設計

1.5.1 功能分析

支架的功能是對主動軸、齒輪傳動機構和搖桿驅動機構等各個零部件進行支撐。因此，對支架的設計，要求有足夠的剛度和較強的穩定性，并且空間布局要合理。

1.5.2 設計方案

葉輪軸要由支架來支撐，所以支架的材料選用硬鋁12，厚度為25mm。中間兩個階梯孔是為了安裝支撐大錐齒的懸臂梁。為減輕支架的重量，支架設計為中空結構，如圖5所示。

1.6 物料平臺和物料倉的設計

1.6.1 功能分析

物料平臺的作用是用于安裝物料倉，在裝配時，可以通過調節螺栓調整物料平臺的高度，使之與搖桿驅動機構相匹配。物料倉的作用是用于存放物料，鑒于料倉的直徑，故物料的直徑不得大于Φ25mm。

1.6.2 設計方案

在相互垂直的方向上設計有兩個物料平臺，它們之間存在一定的高度差，其高度取決于與之相連接的搖桿連接件的高度。每個物料平臺上安裝有一個物料倉，物料平臺和物料倉的裝配效果如圖6所示。

2 風力推料機構的虛擬裝配

裝配是將產品的各個部件通過建立約束關系進行組織和定位操作的一個過程，在UG中可采用自頂向上、自頂向下或者混合裝配的方法進行裝配。本設計中采用了混合裝配的方法，先將零部件的三維模型進行部分裝配，即裝配成小的裝配體，再將小的裝配體通過約束關系裝配起來，最后組成完整的三維實體模型。風力推料機構最后的總裝效果如圖7所示。

3 結束語

雙向風力推料裝置的設計是基于綠色環保理念，將產品設計與綠色制造有機結合，使用了先進的AutoCAD二維繪圖軟件和UG三維實體造型技術進行設計，有效地縮短了產品的研發周期，提高了設計效率，節約了設計和產品制造的成本，在當前的制造業中具有廣闊的應用空間和市場前景，對機械工業朝著綠色環保方向發展做出了貢獻。

【參考文獻】

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[責任編輯：許麗]