家用垃圾處理器設(shè)計(jì),家用,垃圾,處理器,設(shè)計(jì) 第二章 生活垃圾處理器設(shè)計(jì) 2.1生活垃圾處理器的組成 本次設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)有：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、中心軸、箱體、過濾板、刀具、墊圈、螺母、螺釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、帶輪、V帶、軸、支架、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、壓塊、垃圾簍、抽板等 2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 驅(qū)動(dòng)電機(jī)是食物垃圾處理器工作能量的提供源，也是關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響著生活垃圾處理器質(zhì)量的好壞。在設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征為時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁，斷續(xù)工作。圖2-1為永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 我們選用永磁電機(jī),因?yàn)槠涠ㄗ訛橛来配搫?lì)磁無(wú)需勵(lì)磁線圈，即省電又不發(fā)熱。磁路結(jié)構(gòu)經(jīng)精心選擇，使電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、嘈聲低及轉(zhuǎn)動(dòng)平衡等特點(diǎn)，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù)。但是本次設(shè)計(jì)所用的電機(jī)是自己設(shè)計(jì)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(yīng)能力。 (2) 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極尖削角來保證對(duì)負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線性度并降低功耗。 (3) 利用電機(jī)槽和換向片及極弧寬度和齒槽的合理配合達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、嘈聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行要求。 (a) (b) 圖2-1 永磁電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)分布 電動(dòng)機(jī)種類的選擇 目前，電動(dòng)機(jī)的種類繁多，價(jià)格、性能差別比較大，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的指導(dǎo)思想對(duì)電動(dòng)機(jī)類型及型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化選擇是十分重要的。選擇電動(dòng)機(jī)種類應(yīng)在滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)拖動(dòng)性能的要求下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格便宜的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)種類選擇時(shí)應(yīng)考慮的主要內(nèi)容有： （1）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)與所拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性相匹配； （2）電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能（調(diào)速范圍、調(diào)速的平滑性、經(jīng)濟(jì)性）應(yīng)該滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。對(duì)調(diào)速性能的要求在很大程度上決定了電動(dòng)機(jī)的種類、調(diào)速方法以及相應(yīng)的控制方法； （3）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的要求，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能主要是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，同時(shí)還應(yīng)注意電網(wǎng)容量對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的限制； （4）電源種類 在滿足性能的前提下應(yīng)優(yōu)先采用交流電動(dòng)機(jī)； （5）經(jīng)濟(jì)性 一是電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)設(shè)備（如：?jiǎn)?dòng)設(shè)備、調(diào)速設(shè)備等）的經(jīng)濟(jì)性；二是電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，主要是要效率高，節(jié)省電能。 根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求選擇電動(dòng)機(jī)的類型。直流電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)快速頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；具有過載能力大、能承受頻繁的沖擊負(fù)載，優(yōu)良的調(diào)速性能，調(diào)速平滑、精確、方便和范圍廣等特點(diǎn)。 電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境是由生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境決定的。在很多情況下，電動(dòng)機(jī)工作場(chǎng)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(dòng)機(jī)則要在水中或其他液體中工作?；覊m會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組黏結(jié)上污垢而妨礙散熱；水分、瓦斯、腐蝕性氣體等會(huì)使電動(dòng)機(jī)的絕緣材料性能退化，甚至?xí)耆珕适Ы^緣能力；易燃、易爆氣體與電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的電火花接觸時(shí)將有發(fā)生燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。因此，為了保證電動(dòng)機(jī)能夠在其工作環(huán)境中長(zhǎng)期安全運(yùn)行，必須根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件合理地選擇電動(dòng)機(jī)的防護(hù)方式。電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)方式有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式幾種。 設(shè)計(jì)中，食物垃圾處理器電動(dòng)機(jī)的特征為頻繁短時(shí)運(yùn)行、快速啟動(dòng)，無(wú)調(diào)速要求。依據(jù)直流電動(dòng)機(jī)具有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選取電機(jī)類型為直流電動(dòng)機(jī)。 在直流電動(dòng)機(jī)中，有一種電機(jī)的磁極是用永磁材料(或加上鐵磁材料)提供電動(dòng)機(jī)所需要的勵(lì)磁源，從而代替了電磁式直流電動(dòng)機(jī)中的線圈式磁極。這種電機(jī)為永磁直流電動(dòng)機(jī)。由于無(wú)需勵(lì)磁線圈，故省電且不發(fā)熱，磁路結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)，使電動(dòng)機(jī)過載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、噪聲低及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)中選用永磁直流電動(dòng)機(jī)。 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(yīng)強(qiáng)度Br、最大磁能面積以及磁穩(wěn)定性。選用永磁材料要求最大，溫度系數(shù)小，磁穩(wěn)定性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)至關(guān)重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動(dòng)機(jī)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(nèi)因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鉻鉆等不會(huì)發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產(chǎn)生組織的變化。各種永磁材料除各向異性外，都會(huì)產(chǎn)生磁后效，它們對(duì)時(shí)間的退磁率隨時(shí)間的對(duì)數(shù)變化。 ② 外因包括溫度、干擾磁場(chǎng)、機(jī)械力、接觸強(qiáng)磁性物質(zhì)、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(zhì)和尺寸比的變化，因而在選用具有低溫退磁性質(zhì)的永磁體時(shí)，應(yīng)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(chǎng)增大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若工作點(diǎn)選在膝點(diǎn)之上，則受外磁場(chǎng)的影響很小。 b.機(jī)械振動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)的初期，以后趨于穩(wěn)定。 為使永磁材料在使用時(shí)磁性穩(wěn)定，對(duì)材料必須預(yù)先進(jìn)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(qiáng)制退磁、交流或直流退磁等。 選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理的選擇電動(dòng)機(jī)的功率。若功率選得過大，設(shè)備投資過大，造成浪費(fèi)，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率較低；反之，若功率選得過小，電動(dòng)機(jī)將過載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)的過早損壞。為此，選擇電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)進(jìn)行一些必要的分析和計(jì)算，具體可按以下三個(gè)步驟進(jìn)行： ① 計(jì)算負(fù)載功率 ② 根據(jù)負(fù)載功率，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率，使，盡量接近 ③ 校驗(yàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力和啟動(dòng)能力。校驗(yàn)的方法較多，工作量很大，而且準(zhǔn)確度也很難把握。 在實(shí)際工作中常采用統(tǒng)計(jì)分析法和類比法。類比法就是在調(diào)查同類機(jī)械所采用電機(jī)容量的基礎(chǔ)上，對(duì)主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，從而確定電機(jī)所采用的容量。本次論文設(shè)計(jì)就采用此方法。 根據(jù)前面計(jì)算，粉碎刀盤在工作時(shí)，需克服的阻力為： 刀盤的線速度 負(fù)載功率： 電動(dòng)機(jī)的額定功率，且留有余量取 按以上參數(shù)的選擇，我們最終選取電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：轉(zhuǎn)速：，功率：，電壓：，電流：，重量：。 這種永磁直流電動(dòng)機(jī)采用鐵氧體永久磁鐵激磁，鐵氧體的化學(xué)組成用MonFe2O3。表示，其中M為Ba,Sr,Pb中的一種或兩種以上的二價(jià)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(shí)效變化少，不含鎳、鉆等元素，價(jià)廉，原材料豐富。 永磁直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù)： 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(yīng)能力。 ② 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極尖削角來保證對(duì)負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線性度并降低功耗。 ③ 電機(jī)槽和換向片，極弧寬度和齒槽的合理配合以達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行。 本此設(shè)計(jì)的電機(jī)體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)、噪聲低，有換向性能，零部件通用化程度強(qiáng)等特點(diǎn)，系封閉自冷式。而目前在市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品都為國(guó)外進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，不僅價(jià)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)定義 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式,由若干剛性構(gòu)件用低副(回轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副)聯(lián)接而成的一種機(jī)構(gòu)。是由曲柄（或曲軸、偏心輪）、連桿、滑塊通過移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。 2.3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特性及應(yīng)用 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng);或者將滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析是當(dāng)已知各構(gòu)件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),研究機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等,從而評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)是否滿足工作性能要求,機(jī)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉等。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)副為低副,各元件間為面接觸,構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡(jiǎn)單,加工方便,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點(diǎn),因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等。 2.3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的分類 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分成三大類：對(duì)心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機(jī)構(gòu) 圖2-2 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖2-3 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖2-4 偏心輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)曲柄長(zhǎng)度很小時(shí)，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(qiáng)度和剛度，而且當(dāng)軸頸位于中部時(shí)，還可以安裝整體式連桿，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。因此偏心輪廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、鄂式破碎機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中[6]。 偏心輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的非線性傳動(dòng)關(guān)系，且傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力平衡性好。將偏心輪與連桿等機(jī)構(gòu)組合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)單純用連桿機(jī)構(gòu)難以得到的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性。是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是常用的機(jī)構(gòu)型式。生產(chǎn)實(shí)際中，如在滑塊往復(fù)行程中具有勻速運(yùn)動(dòng)段，并有急回特性，則一般將有利于生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)率的提高。沖壓機(jī)的沖頭(滑塊)，如能以勻速?zèng)_壓工件成形、，則有益于沖壓件加工質(zhì)量的提高;牛頭刨床的刨刀(滑塊)，如能以勻速刨削工件，則無(wú)疑會(huì)改善工件表面的加工質(zhì)量，并提高刨刀的切削壽命(因切削刀均勻)。但是，簡(jiǎn)單的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄勻速回轉(zhuǎn)時(shí)，其滑塊是不具有急回特性和勻速運(yùn)動(dòng)段的;即便采用六桿以上的連桿機(jī)構(gòu)，一般也只能實(shí)現(xiàn)近似的勻速運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在采用偏心輪一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則能以緊湊的機(jī)構(gòu)型式實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)特性[7]。 在海上能源綜合開發(fā)平臺(tái)上，采用這種偏心輪機(jī)構(gòu)，通過滑塊聯(lián)動(dòng)液壓缸，用于將海風(fēng)端水平軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成液壓能。 圖2-5 工作原理圖 2.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.4.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力分析 圖2-6 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)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(guān)系： 曲柄頸A處，沿半徑方向的力和的關(guān)系： = 將上2式聯(lián)立，可得到： = 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(zhuǎn)矩T。 根據(jù)上圖可知： 將（1）、（4）式代入（5）式，則 從上式求出P。 一般曲柄連桿機(jī)構(gòu)l>4r，所以，可將l看成比r大很多，即l>>r ，這時(shí)，角趨近于零。則上式可以寫成： 按平面幾何圓部分的勾股定理，可以導(dǎo)出 將上式代入，則得： 2.4.2 曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 圖2-7 運(yùn)動(dòng)分析圖 取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸水平向右。在任意瞬時(shí)t，機(jī)構(gòu)的位置如圖。 可以假設(shè)C點(diǎn)的矢徑為： ==+ C點(diǎn)的坐標(biāo)為其矢徑在坐標(biāo)軸上的投影： 根據(jù)圖形可知： 所以： 式中，是曲柄長(zhǎng)與連桿長(zhǎng)之比。將上式代入的表達(dá)式中，并考慮到，就得到了滑塊的運(yùn)動(dòng)方程： 若將此式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，其運(yùn)算較繁瑣。在工程實(shí)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(jí)數(shù)并略去起的各項(xiàng)而作近似計(jì)算： 則： 上式再對(duì)時(shí)間取導(dǎo)數(shù)，便可以得到速度和加速度的表達(dá)式： 其中都是的周期函數(shù)。 在海上能源綜合開發(fā)平臺(tái)上， 在已知海風(fēng)端的輸入軸頸，材質(zhì)，轉(zhuǎn)矩，通過上述原理設(shè)計(jì)出合理的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，得出驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)的滑塊的位移，速度，加速度，壓力，得到的結(jié)果便于液壓缸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)。 2.4.3 尺寸設(shè)計(jì) 圖2-7 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 假定： 行程為S ,曲柄為L(zhǎng) ，連桿為a 則由上面的分析結(jié)合圖2-7可知： 由于設(shè)計(jì)中S/2=260mm 則有： L=150 mm a=250 mm 2.5 其它結(jié)構(gòu) 圖2-8 中心軸 圖2-9 壓塊 圖2-10 過濾板 圖2-11 切刀 圖2-12 抽板 圖2-13 連桿 14