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湖南工業(yè)大學機械工程學院本科畢業(yè)設計說明書
1 總體設計
1.1、拋丸機簡介
拋丸機是一種用途廣泛的機床。它利用拋丸器拋出的高速彈丸清理或強化鑄件表面的鑄造設備。拋丸機能同時對鑄件進行落砂、除芯和清理.
拋丸機按鑄件承載體的結構不同分為滾筒式、鏈板式、轉(zhuǎn)臺式、臺車式、鼠籠式和吊掛式等；按工作制度又可分為間歇式和連續(xù)式。滾筒式和鏈板式拋丸機適用于清理不怕碰撞的中小型鑄件。滾筒式拋丸機靠筒體內(nèi)螺旋狀的導筋，使鑄件翻轉(zhuǎn)并向前運行。鏈板式拋丸機則通過鏈板的運動，使鑄件翻轉(zhuǎn)和運行。轉(zhuǎn)臺式、臺車式和吊掛式拋丸機用于清理大中型鑄件，通常設有固定的拋丸室，被清理的鑄件在拋丸室內(nèi)回轉(zhuǎn)或移動。拋丸室一般裝有幾個拋丸器，裝在不同的位置上，從不同的方位拋射彈丸，以提高清理效率和清理質(zhì)量。吊掛式拋丸機可根據(jù)被清理鑄件的需要，在懸鏈上配置若干個吊鉤，清理時鑄件掛在吊鉤上，在向前運行的同時自行翻轉(zhuǎn)。鑄件在拋丸室外裝卸，在室內(nèi)進行清理面.
隨著科學技術的進步，機械制造行業(yè)的壯大，拋丸機得到了越來越廣泛的應用。拋丸機主要由4個部件組成。①拋丸器：一般用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將彈丸在高離心力作用下向一定方向拋射。在工作過程中，有的拋丸器可作一定角度的擺動或上、下移動。②彈丸收集、分離和運輸系統(tǒng)。③使鑄件在清理過程中連續(xù)不斷運行和翻轉(zhuǎn)的承載體。④除塵系統(tǒng)。
我們本次設計過程中要接觸到的為Q3110滾筒式拋丸清理機床。它的滾筒直徑為1000mm,滾筒內(nèi)長800mm,旋轉(zhuǎn)速度是15r/min,
1.2 Q3110型拋丸機的總體布局及主要技術參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖
1.2.1 Q3110型拋丸機的總體布局如下所示
圖1.1 Q3110拋丸機外觀圖
1. 底座 2.皮帶輪護板 3.拋丸器電動機 4拋丸器 5.除塵器
6.漏斗 7. 除塵器電動機 8. 擋板 9滾筒 10滾筒蓋
11配電柜 12 滾輪 13 拋丸機
1.2.2 Q3110型拋丸機的主要技術參數(shù)
機床設計的初使，首先需確定有關參數(shù)，它們是傳動設計和整體布局設計的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求，因此，參數(shù)擬定是機床設計中的重要問題。
機床參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是最重要的，它直接反映機床的加工能力、特性、決定和影響其他基本參數(shù)的數(shù)值。如拋丸機的滾筒內(nèi)徑等。基本參數(shù)是一些與加工工件尺寸、機床結構、運動和動力特性有關的參數(shù)。可歸納為：尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。
Q3110型拋丸機的主要技術參數(shù)如下：
滾筒尺寸（直徑×長） 1000×800mm
葉輪直徑 420mm
機動性能：
滾筒轉(zhuǎn)速 15r/min
葉輪轉(zhuǎn)速 2300r/min
拋丸拋射速度 60m/min
拋丸量 100kg/min
吸風量 800m/h
動力外形：
主電機功率 5KW
主電機轉(zhuǎn)速 750r/min
清理工件長度 4~400mm
最大工件單重 15Kg
滾筒最大承載重量 300kg
機床外形尺寸（長×寬×高） 2087mm×2165mm×1860mm
1.3 拋丸機傳動方案論證及其總傳動系統(tǒng)圖
1.3.1拋丸機傳動方案論證
Q3110型號拋丸機是利用高速回轉(zhuǎn)的葉輪將彈丸拋向滾筒內(nèi)不斷翻轉(zhuǎn)的鑄件和鍛件，來清理其表面的殘余型砂或氧化鐵皮。工件都放在滾筒內(nèi)部，滾筒以一定的速度旋轉(zhuǎn)，可使零件在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)使除塵效率提高。綜合考慮有五中布局方式。
A方案：
滾筒由4個小摩擦輪帶動，小摩擦輪由電機帶動，安裝在滾筒后面，由于滾筒自身的重力，可以保證摩擦輪與滾筒擠壓并緊，即磨擦傳動。
摩擦傳動的優(yōu)點：a.制造簡單、操縱方便b.維護方便、節(jié)省材料。
摩擦傳動的缺點:a.效率低b.穩(wěn)定性差。摩擦輪容易磨損。利用兩個或兩個以上互相壓緊的輪子之間的摩擦力傳遞動力和運動的機械運動。摩擦輪傳動可分為定傳動比和變傳動比的傳動兩類。工作時，摩擦輪之間必須有足夠的壓緊力，以免產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，損壞摩擦輪，影響正常傳動。
圖2-2摩擦傳動簡圖
B方案：
滾筒的傳動用皮帶輪，帶傳動，使用帶傳動結構形式也不復雜。
帶傳動是利用摩擦力傳遞運動和力的，因此在安裝的時候要將帶張緊，使帶保持一定的初拉力F，在帶和帶輪的接觸面上產(chǎn)生必要的正壓力。不工作時，傳動帶兩邊的拉力相等，都等于F。
帶傳動的主要優(yōu)點：a.緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)、噪聲?。籦.帶傳動靠摩擦力傳動，過載時帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件；c.適用于兩軸中心矩較大的場合；d.結構簡單，制造、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。
帶傳動的缺點：a.不能保證準確的傳動比；b.需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受受力；c.整個傳動裝置的外廓尺寸較大，不夠緊湊；d.帶的壽命較短，傳動效率較低。
鑒于上述特點，帶傳動主要適用于：a.速度較高的場合，多用于原動機輸出的第一級傳動。b.中小功率傳動，通常不超過50kw。c.傳動比一般不超過7，最大用到10。d.傳動比不要求十分準確。
C方案：
齒輪傳動。
齒輪傳動是應用最廣泛的一種傳動形勢。齒輪類型繁多，要求各異，可按不同的觀點作不同的分類。
從使用要求分，有以傳遞運動為主的傳動齒輪和以傳遞功率為主要的運動齒輪。前者主要要求傳遞運動的準確性，強度和壽命并不是主要要求；而動力齒輪要傳遞或大或小的動力，因此，對于他的要求是避各種失效所需強度。
從齒輪傳動的工作條件來分：可分為閉式傳動和開式傳動。閉式傳動的齒輪封閉在箱體的內(nèi)部，因而能夠保證很好的潤滑和工作條件，開式傳動的齒輪是外露的，不能夠保證很好的潤滑和防止灰塵砂粒的侵入，故齒面容易磨損，只宜用于低速傳動。
齒輪傳動的主要優(yōu)點：a.傳動比恒定，運動平穩(wěn)，傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力；b.適用于功率和速度范圍廣，功率從接近于零的微小值到數(shù)萬千瓦，圓周速度從很低到300 m/s；c.傳動效率高，η=0.92～0.98，在常用的機械傳動中，齒輪的傳動效率較高；d工作可靠，使用壽命長；外廓尺寸小，結構緊湊。
B.齒輪傳動的主要缺點：制造和安裝精度要求較高，成本較高，不宜用于較遠距離兩軸之間的傳動。
D方案：
蝸桿傳動。
蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，常用在傳遞交錯角為90度的兩交錯軸之間的運動和動力，傳遞功率可以從幾瓦到幾十千瓦。
蝸桿傳動的主要優(yōu)點有：a.傳動比大，傳動平穩(wěn)，結構緊湊。傳遞動力時，一般i=8～100；b.蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、振動小、噪聲低；c.當蝸桿的導程角小于當量摩擦角時，可實現(xiàn)反向自鎖，即具有自鎖性。
蝸桿傳動主要缺點有：a.因傳動時嚙合齒面間相對滑動速度大，故摩擦損失大，效率低。一般效率為η=0.7～0.9；具有自鎖性時η＜0.5。所以不宜用于大功率傳動；b.為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸桿一般使用貴重的減摩材料制造，故成本高；c.對制造和安裝誤差很敏感，安裝時對中心矩的尺寸精度要求很高。
綜合分析上述四種方案，從傳動效率、傳動比范圍、傳動速度、制造成本和安裝精度、傳動裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設計課題的傳動方案采用方案一，即采用摩擦傳動。滾筒直接由小滾輪摩擦帶動。傳動方式示意簡圖如下(圖1-3-1);
圖1-3-1滾筒傳動方式簡圖
1.3.2 總傳動系統(tǒng)圖
Q3110拋丸機總的傳動系統(tǒng)圖如圖1.2所示。
圖1-3-2Q3110拋丸機總的傳動系統(tǒng)圖
2 主運動設計
2.1 傳動設計
2.1.1 估算主電動機功率：
P=KW pKW
因此
由電動機至滾筒的傳遞總效率為:
式中,分別是帶傳動,軸承,齒輪傳動的傳動效率.
取: =0.96, =0.98(圓錐滾子軸承),=0.97(齒輪精度為八級,不包括軸承的效率)
則:
=0.8331
F=（G+300）Kg
G 滾筒的質(zhì)量.
滾筒最大承載重量 300kg
G=mg
取7.6
V==3.14x(0.5-0.4)10
故m=7.6x3.14x(0.5-0.4)102148Kg
所以
==4.89KW `
P值必須按我國生產(chǎn)的電機在Y型系列的餓額定功率選取。取P=5kw
2.1.2 電機的轉(zhuǎn)速
異步電動機的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動機的極對數(shù)P
=60f/p=60x50/p ( r/min)
選用是要使電機轉(zhuǎn)速與滾筒的轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動。
根據(jù)以上要求，我們選擇功率為5KW，轉(zhuǎn)速為750r/min的電機，查表，其型號為Y132S-8，其主要性能如下表
電機型號
額定功率KW
荷載轉(zhuǎn)速r/min
同步轉(zhuǎn)速r/min
Y132S-8
5KW
750
720
2.2.1 變速方案設計
由于電動機的轉(zhuǎn)速為750r/min,而傳遞到滾筒的轉(zhuǎn)速只有10r/min，因此電動機必須經(jīng)過變速處理才能夠達到目的。
??本機采用一級變速箱減速。電動機的轉(zhuǎn)速經(jīng)皮帶輪減速一次傳遞到一級變速箱減速，傳遞到摩擦滾輪，然后傳遞拋丸機滾輪。
總傳動比： i===70
分配傳動裝置傳動比i=iaxibxic
式中：ia,ib,ic分別為皮帶輪的傳動比，減速箱傳動比，摩擦輪與滾輪的傳動比。
為使V帶傳動外輪廓尺寸不至于過大，初步取ia=3;
考慮到滾輪的尺寸比較大，取減速箱的ib=4;
則：摩擦輪和滾輪的ic==6.25
2.2.2 三角帶傳動的設計
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是磨擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑現(xiàn)在，亦可因而緩和沖擊幾隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶傳動結構簡單，但尺寸較大，機床中多用于輸出軸的定比傳動。
1 選用三角帶的型號
三角帶按斷面的尺寸分為：O，A，B，C，D，E，F(xiàn)七種型號及其尺寸為
型號
O
A
B
C
D
E
F
b
10
13
17
22
32
38
50
8.5
11
14
19
27
32
42
h
6
8
10.5
13.5
19
23.5
30
?
40
Iso 型號
Z
A
B
C
D
E
F
根據(jù)計算功率N（kw）和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1（r/min）查下表選擇帶的型號：
膠帶型號
O
A
B
C
D
E
F
Dmin
推薦值
70
100
140
200
315
500
800
允許值
50
80
125
計算功率Nj=K kw
式中：
拋丸機的啟動輕，工作載荷穩(wěn)定，故取=1.1
所以: Nj=K=5 x 1.1=5.5
由《機床主軸變速箱設計指導書》圖4-1可知
帶的型號為:B型.
2.確定帶輪的計算直徑D1，D2
2.1 小帶輪計算直徑D1
皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應力就越大。為了提高帶的使用壽命，小帶輪直徑D1不宜過小，要求大于許用最小帶輪直徑Dmin，即D1Dmin。各型號帶對應的最小帶輪直徑Dmin可查下表。
膠帶型號
O
A
B
C
D
E
F
Dmin
推薦值
70
100
140
200
315
500
800
允許值
50
80
125
取Dmin=125mm
2.2 大帶輪計算直徑D2
式中：n1 小帶輪轉(zhuǎn)速 r/min
大帶輪轉(zhuǎn)速 r/min;
帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。
則:D2=367.5mm
取D2=360
2.3 確定三角帶速度V
V= =5.01 m/s
對 O， A ，B ，C型膠帶，5s. v=10~15m/s時最為經(jīng)濟耐用。
2.4 確定中心距
帶輪的中心距，通常根據(jù)機床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選取
A=（0.6~2）（D1+D2） mm
中心距過下，將減低帶輪的壽命；過大時會引起振動。
2.5確定三角帶的計算長度L及內(nèi)周長 L
三角帶的計算長度是通過三角帶截面重心的長度
L =2256.6 mm
將算出的L數(shù)值取整到標準的計算長度L，并從表中查出相應的內(nèi)周長度L=2240（通過截面中心的計算長度L= L+Y，Y為修正值），L=2273作為訂購和標記時用。
2.6驗正小帶論包角
如果過小， 應加大中心距或加張緊裝置。
2.7確定三角帶的根數(shù)
Z==3
式中：NO為單根三角帶在180度，特定長度，平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率。
由《機床主軸變速箱設計指導》31頁表1選?。?
C1為包角系數(shù)。如下表所示：
小輪包角
180
170
160
150
140
130
120
包角系數(shù)
1.00
0.98
0.95
0.92
0.89
0.86
0.83
2.2.3齒輪齒數(shù)的確定
1 齒輪齒數(shù)確定的要求
可用計算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動比u和初步定出的傳動副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)：
選擇是應考慮：
a,傳動組小齒輪不應小于允許的最小齒數(shù)，即：
推薦：
對軸齒輪=12，特殊情況下=11，
對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，
對套裝在滾動軸承上的空套齒輪，=20；
當齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時（壓力角a=20的直齒標準，=17），一般需對齒輪進行正變位修正。
b,保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖2.3所示。
c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應相等。若摸數(shù)相等時，則齒數(shù)和亦相等，但由于傳動比要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，機床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過3~4個齒。
２.２.4齒輪模數(shù)的估算
1 估算
按接觸疲勞和彎曲強度計算次論模數(shù)比較復雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知的情況先才能確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞強度的估算：
mm
齒面點蝕的估算：
A mm
其中 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心矩，由中心矩A及齒數(shù)，求出模數(shù)
=2A/ mm
根據(jù)估算所得和中較大的值，選擇相近的標準模數(shù)，
各齒輪的計算轉(zhuǎn)數(shù)為：
r/min
傳動齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：=
齒輪點蝕的估算：A=370x =159.42mm
=2A/=2x159.42/(18+72)=3.24
所以模數(shù)為m=3
2 計算（驗算）
結構確定后，齒輪的工作條件：空間安排，材料和精度等級都已經(jīng)確定，才可以核驗齒輪的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)的公式：= mm
根據(jù)彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)，公式= mm
式中：N—計算齒輪傳遞的額定功率N= KW
——計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速r/min
——齒寬系數(shù)=b/m, 常取6-10；
——大齒輪與小齒輪齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù)
i——大齒輪與小齒輪的傳動比， i=/1; “+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合
——壽命系數(shù)，=，
——工作期限系數(shù)，=
齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的指數(shù)m和基準循環(huán)次數(shù)
n——齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min
T——預先的齒輪工作期限，中型機床推薦：T=15000~20000h;
——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)
——功率利用系數(shù)
——材料強化系數(shù)，幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強化，起阻止疲勞的刃縫擴大的作用
——工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，=1.2~1.6；
——動載荷系數(shù)
——齒向載荷分布系數(shù)
——齒形系數(shù)
——許用彎曲，接觸應力MPa;
由以上計算結果知，齒輪模數(shù)合格。
２.３ 展開圖設計
２.３.１結構實際的內(nèi)容及技術要求
1 設計內(nèi)容
設計滾筒的結構：主體滾筒，傳動軸，軸承，摩擦輪，箱體及其連接件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。
2 技術要求
滾筒是拋丸機的主要部分，設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，著重考慮以下幾個方面的問題：
（1）滾筒旋轉(zhuǎn)的速度
Q3110型拋丸清理機滾筒的旋轉(zhuǎn)速度為：10r/min.
（2）滾筒內(nèi)部結構完成彈丸循環(huán)。彈丸循環(huán)裝置由滾筒護板于殼體之間的螺旋帶提升斗及分離篩組成，完成彈丸循環(huán)。從滾筒護板上的格子孔進入護板與筒殼體之間得空隙內(nèi)，借助螺旋作用流到旋轉(zhuǎn)的提升斗內(nèi)。提升到上部，經(jīng)過分離篩去毛刺、釘子、芯骨、砂、粒等。完整的彈丸經(jīng)導入管再送入拋丸器內(nèi)。
（3）結構簡單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整
（4）操作方便，安全可靠
（5）遵循標準化和通用化的原則
2.2.3 滾筒及摩擦輪設計
1.滾筒材料：
以中等強度的灰鑄鐵HT15-33和HT20-40用得最廣泛。需時效處理。
２ 砂型鑄造時，箱體鑄件的最小壁厚：
尺寸（外徑x內(nèi)長）mm
壁厚mm
1000X800
約25
3 滾筒壁孔對剛度的影響和補償
滾筒漏砂孔，螺紋孔面積點總側(cè)壁面積30%左右時候，與未開孔的箱體比較，扭轉(zhuǎn)剛度下降20-30%，彎曲剛度下降更大，為彌補因開孔而削弱的剛度，常用凸緣和加工筋。加強筋：厚度為：0.7b，筋高：（4~5）b。
滾筒設計：
滾筒的外徑為1000mm，與摩擦輪接觸的兩端設計為：凸出滾筒外壁40mm.。
內(nèi)部具體結構如附錄圖所示；
為了更好的與摩擦輪安裝，方便安裝和檢修。摩擦輪安裝在一軸上，隨軸一起旋轉(zhuǎn)，從而帶動滾輪轉(zhuǎn)動，達到傳遞運動與功率的效果。
設計方案如下所示：
2 精度等級的選擇
變速箱中齒輪用于傳遞動力和運動。它的精度選擇主要取決于周圍速度。采用同一精度時，周圍速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實驗結果，周圍速度增加一倍，噪音約增加6dB。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪音的影響比運動誤差更大。這里的齒輪精度要求不高，一般在8~10級就足夠了
3 結構與加工方法
不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結構要求也有不同。
8級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達到。
3 軸承的選擇
機床傳動軸常用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升。空載功率和噪音等方面，球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支承孔的加工精度要求都比較高，異常球軸承用得更多。但滾錐軸承的內(nèi)外圈可以公開。裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以有時在沒也要考慮其它結構條件。即要滿足承載能力要求，又要符合孔有軸向力時，也常采用這種軸承。選擇軸承的型式和尺寸，首先取決于承載能力，但的加工工藝，可以用輕、中、或重系列的軸承來達到支承孔直徑的安排要求花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應小于花鍵的內(nèi)徑，一般傳動軸上軸承選用G級精度。
（1）滾動軸承的選擇計算
a，壽命計算公式：
滾動軸承的壽命計算公式如下：
L=
試中：L—額定壽命（ x）轉(zhuǎn)
C—額定動載荷（Kgf）
P—當量負載荷（Kgf）
——壽命指數(shù)，對球軸承 =3 對滾子軸承=10/3
在實際計算中，一般采用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命，這時上試可變?yōu)椋?
=
試中：—額定壽命（h）
n—軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/min）
當量動載荷P=X+Y
試中：—徑向負荷（Kgf）
—軸向負荷（Kgf）
X—徑向系數(shù)
Y—軸向系數(shù)
（2）按照負載荷選擇軸承
按額定靜負載選擇軸承的基本公式如下：
=
試中：—當量靜負荷（kgf） 按下列兩式計算，取大值
—額定靜負荷（kgf）
—安全系數(shù)
（3）軸承的選擇
傳動軸兩端軸承的選擇，根據(jù)傳動軸手受到的力的類型，選擇圓錐滾子軸承，軸承型號為30508
3 提升斗的設計分析
3.1 提升斗設計
該拋丸機設計有16個提升斗，每個提升斗可近視看作為一個長方體，其體積為
V=122×147×2790/16=0.5L
3.2 粉塵的概念
粉塵的來源.
在粉塵的來源中，自然過程產(chǎn)生的粉塵一般靠大氣的自凈作用，而人類活動產(chǎn)生的粉塵要靠除塵措施來完成，例如工業(yè)產(chǎn)生粉塵就要靠除塵設備來完成。Q3110拋丸機的除塵器主要就是用來排除拋丸過程中所產(chǎn)生的粉塵。粉塵的定義為：由自然力或機械力產(chǎn)生的，能夠懸浮于空氣中的固體微小顆粒。國際上將粒徑小于75Lun的固體懸浮物定義為粉塵。在通風除塵技術中，一般將1至200乃至更大的粒徑的固體懸浮物作為粉塵。
向空氣中放散粉塵的地點或設備稱作塵源。Q3110拋丸機產(chǎn)生的粉塵主要是由鍛件或鑄件被高速的鋼珠碰撞后掉下的殘余型殺或者氧化鐵皮。在自然力或機械力作用下，使粉塵或霧滴從靜比狀態(tài)變?yōu)閼腋∮诳諝庵械默F(xiàn)象稱作塵化作用：從靜比狀態(tài)變?yōu)閼腋∮诳諝庵械默F(xiàn)象稱作塵化作用：
按粉塵粒徑大小可以把粉塵分為：
A.可見粉塵；可見粉塵是指用肉眼可見，粒徑大于10um以上的粉塵。
B.顯微粉塵；顯微粉塵是指粒徑為0．25—10um可用一般光學顯微鏡觀察的粉塵，
C.超顯微粉塵；超顯微粉塵是指粒徑小于0．25um．只有在超顯微鏡或電子顯微鏡下可以觀察到的粉塵。
Q3110拋丸機主要的粉塵是7um以上的塵土。本機可以將7um以上的塵土完全分離，但7um以下的粉塵是與排氣一起排出的，所以按設管道將排氣導出室外。
粉塵有多種多樣的性質(zhì)．按粉塵的物性分為：
A.親水性粉塵、疏水性粉塵；
B.不粘粉塵、微粘粉塵、中粘粉塵；
C.可燃性粉塵、不燃粉塵；
D.高比電阻粉塵、一般比電阻值粉塵、導電性粉塵；
E.纖維性粉塵、顆粒性粉塵。
粒徑大于1um，小于20um的塵粒隨運載它的氣體運動，大于20um的顆粒具有明顯的沉降速度，因此在空間停留時間很短。密度為1g/cm的塵粒的沉降速度由表可以查表[3]得:
d=0.1um v=cm/s
d=1um v=cm/s
d=10um v=0.3cm/s
Q3110型除塵器主要灰塵粒徑為7um以上的塵粒，故取d=10um；v=0.3cm/s
3.3 粉塵的計算
測量得到的粉塵顆粒大小與顆粒的面積或體積之間的關系則稱為形系數(shù)。形狀系數(shù)反映了塵粒偏離球體的程度。
體積形狀系數(shù)和表面積形狀系數(shù)
比表面系數(shù)。對于一個塵粒，單位體積的表面積與單位質(zhì)量的表面積分別是：
粉塵的分散度
粉塵的粉徑分布稱為分散度。是指粉塵中各種粒徑所占的百分數(shù)。它是評價粉塵危害程度，除塵器性能和選擇除塵器的基本條件之一。
查表[5]可得平均粒徑 d=0.8um；顆粒數(shù) N=370個；
質(zhì)量；質(zhì)量分數(shù)；相對頻率f=0.58
3.4 粉塵的粘著性
塵粒之間由于互相的粘著性而形成團聚，有利于分離的。顆粒與器壁間會產(chǎn)生粘著效應，這對除塵器設計十分重要。
A分子力。這是作用在分子間或原子間的作用力，也稱為范得華力，實際上是一種吸附力。球體與平面間的分子力:
=
式中: - 球體和平面間的分子力，N
h-范得華力，對于金屬半導體，=(3.2-17.60)取4
-球體粉塵直徑
L-兩粘著體間距離，um；一般取；當L>0.01um時，可忽略不計。
B毛細粘著力。粉塵顆粒含有水分時，互相吸著的顆粒間由于毛細管作用而產(chǎn)生“液橋“，產(chǎn)生使顆粒互相粘著的力：
式中:-毛細粘著力，N；
r-水的表面張力，一般為0.072N/m；
-粉塵直徑
4.除塵器設計
4 .1離心除塵技術
氣流在做旋轉(zhuǎn)運動時，氣流中的粉塵顆粒會因受離心力的作用從氣流中分離出來。利用離心力進行除塵的技術稱離心除塵技術。利用離心力進行除塵的設備稱為旋風除塵器.
4.1.1 離心式除塵工作原理
旋風除塵器由帶錐形底的外圓筒、進氣管、排氣管(內(nèi)圓筒)，圓錐筒和貯灰箱排灰閥等五部分組成。排氣管插入外圓筒形成內(nèi)圓筒，進氣管與外圓相切，外圓筒下部是圓錐筒，圓錐筒下部是貯灰箱
含塵氣流以14—24m/s的高速度從進氣口進入后，由于受到外圓筒上蓋及內(nèi)圓筒壁的限流，迫使氣流做自上而下的旋轉(zhuǎn)運動，通常把這種運動稱為外旋流。在氣流旋轉(zhuǎn)過程中形成很大的離心力：塵粒在離心力的作用下．逐漸被甩向外壁，井在重力的作用下沿外壁面旋轉(zhuǎn)下落，直至貯灰箱。旋轉(zhuǎn)下降的外旋流因受到錐體收縮的影響漸漸向中心匯集．下降到一定程度時，開始返回上升．形成一股自下而上的旋轉(zhuǎn)運動．一般把這種運動稱為內(nèi)旋流。內(nèi)旋流不含大顆粒粉塵，所以比較干凈，可以經(jīng)內(nèi)筒排向大氣。但是，由于內(nèi)．外兩旋轉(zhuǎn)氣流的互相干擾和滲透，容易把沉于底部的塵粉帶起，其中一部分細小的粒子又被帶走，這就是除塵器內(nèi)的二次飛揚現(xiàn)象。為減少二次飛揚．提高除塵效率，在圓錐體下部往往設置阻氣排塵裝置。查資料得出，塵粒在旋風除塵器內(nèi)的運動是很復雜的。它不僅有圓周運動．徑向運動和軸向運動，而且在塵粒沉降過程中還有線速度的變化和離心加速度的變化．因此．不應把旋風除塵器的工作原理看得過于簡單，在旋風除塵器內(nèi)．外旋流逐漸向下旋轉(zhuǎn)，內(nèi)旋流逐漸向上旋轉(zhuǎn)，向上與向下旋轉(zhuǎn)氣流分界面上各點的軸向速度為零，分界面以外的氣流切線速度隨其與軸心距離的減小而增大，越接近軸心，切線速度越大；分界面以內(nèi)的氣流切向速度隨其與軸心距離的減小而降低；值得注意的是．旋風防塵器內(nèi)氣流徑向速度方向與塵粒的徑向速度方向相反．粉塵粒子由內(nèi)向外運動．氣體則由外向軸心流動。由于氣流旋轉(zhuǎn)的原因，旋風除塵器內(nèi)壓強越接近軸心處越低，即使設備在正壓操作下．軸心處仍處在負壓狀態(tài)。因此，在排氣管至貯灰箱之間有任何漏風，都會導致除塵效率的明顯降低。
旋風除塵器內(nèi)的氣流及顆粒運動十分復雜．對于顆粒的分離捕集機理做出許多簡化假設后，形成各種不同的分離機理模型．主要有轉(zhuǎn)圈理論．平衡軌道理論及邊界層分離理論等。
4.1.2 轉(zhuǎn)圈理論(沉降分離理論)
轉(zhuǎn)圈理論是由重力沉降室的沉降原理發(fā)展起來的：其原理是．粉塵顆粒受離心力作用，沉降到旋風除塵器壁面所需要的時間和顆粒在分離區(qū)間氣體停留時間的相平衡．從而計算出粉塵完全被分離的最小極限粒徑，即分離效率為100％的粉塵顆粒最小粒。設進入旋風除塵器內(nèi)氣流假定為等速流(速度分布指數(shù)n=o)，即氣體嚴格地按照螺旋途徑，始終保持與進入時相同的速度流動，而顆粒隨氣體以恒定的切向速度(與位置變化無關)。由內(nèi)向外克服氣流對它的阻力，穿過整個氣流寬度，流經(jīng)一個最大的凈水平距離，最后到達器壁被分離。
4.1.3 平街軌道理論 (假象圓筒學說)
一定直徑的粉塵顆粒，因旋轉(zhuǎn)氣流而產(chǎn)生的離心力F，將會在平衡軌道上與向心氣流對它作用的stokes貼阻力P達到平衡，而平街軌道往往看作是排氣管下端由最大切向速度的各點連接起來的一個假想圓筒-這種處于平衡狀態(tài)的顆粒，由于種種原因，平衡將隨時都會遭到破壞：有時離心力F大干阻力P，有時則P大于F。兩者出現(xiàn)的幾率是相等的-因此．在假想圓筒上的顆粒具有50％的分離效率，工程應用中．常把此顆粒直徑稱為切割粒徑．切割粒徑表示粉塵有50％被捕集．另外50％的幾率不被捕集。
4.1.4 邊界層分離理論
平街軌道理論沒有考慮紊流擴散等影響．而這種影響對于粉塵細顆粒是不可忽視的，20世紀70年代有人提出橫向滲混模型．認為在旋風除塵器的任一橫截面上，顆粒難度的分布是均勻的，但在近壁處的邊界層內(nèi)，是層流流動．只要顆粒在離心效應下浮游進入此邊界層內(nèi)，就可以被捕集分離下來，這就是邊界分離理論。
4.2除塵器結構
Q3110拋丸機提升斗和滾筒連成一體，提升斗隨滾筒一起旋轉(zhuǎn).因此對除塵器的選擇是有一定要求的，除塵器的種類繁多有：振打式布袋除塵器，袋式除塵器，旋風型除塵器和電除塵器幾類?？紤]本機結構特點，工作原理，使用性能、使用場合、制造成本，本機采用離心式旋風除塵器。
該除塵器總體設計方案圖(4-2)：
圖4-2 除塵器
A.優(yōu)點
旋風除塵器沒有運動部件，制作、操作，維修，管理十分方便。處理相同的風量，體積小，價格便宜；處理大風量，便于多臺并聯(lián)使用，效率阻力不受影響。作為除塵器器使用時，可以立式安裝，也可以臥式安裝，使用方便，運動平穩(wěn)，除塵效率高。
B.缺點
卸灰閥漏會嚴重影響除塵效率；磨損嚴重，特別是處理高濃度或研磨性大的粉塵時，入口處和錐體部位容易磨壞。
4.3 旋風除塵器構造對性能的影響
4.3.1除塵器的直徑及高度
除塵器的直徑及高度對其性能有直接影響，理論上講，旋風除塵器簡體越小，氣流運動給予粉塵粒子的離心力越大．能夠獲得的除塵效率高，相應的流體阻力也越大。因此，外形細長的旋風除塵器比短相的除塵器效率高．且能夠捕集較細的塵粒，但流體阻力較大．對于筒體高度的取值．一般認為，性能較好的旋風除塵器直筒部分的高度為其直徑的1—2倍，錐體部分的高度為直徑的1—3倍，錐體底角為25度—40度。Q3110型拋丸機的除塵設備采用了這種設計方案。
4.3.2 進口和出口形式
旋風除塵器的進口形式有4種：a最普通的入口形式．是氣流外緣與除塵器簡體相切；b入口外緣殼體為漸開線形或?qū)?shù)螺線形：c入口外殼類似三角形，下部與簡體相切，上部為螺旋面形；d氣流從軸向進入．在螺旋力的作用下。旋轉(zhuǎn)進入筒體
不同的進口形式有著不同的性能．特點和用途．對小型旋風除塵器，如旋流子多用第四種形式。 就性能而言。以蝸殼行結構的入口性能較好，蝸殼與簡體相切面角度以氣流旋轉(zhuǎn)180后簡體外緣相切為宜：
除塵器入口斷面的寬高之比也很重要。寬高比越小，進口氣流在徑向方向越薄，越有利于粉塵在圓筒內(nèi)分離和沉降，除塵效率就越高。因此，進口斷面多采用矩形，高寬之比值為2左右．
排氣筒的插入深度與除塵效率有直接關系：插入加深，效率提高，加大；插入變淺，效率降低， 阻力減?。哼@是因為短淺的排氣筒容易形成短路現(xiàn)象．造成部分塵粒，來不及分離便從排氣筒排走。因此，本機的旋風除塵器排氣筒下端與進氣管的下緣平齊。
圖4-3除塵器常見入口形式簡圖
本機采用切向進口的型式如圖（4-4）。切向進口是最好的進口方式，它可以最大限度的避免進入氣體與旋轉(zhuǎn)氣流之間的干擾，以提高效率。
圖4-4除塵器入口形式
5.葉輪結構設計
5.1葉片的綜合分析與計算
通風機的結構簡單，制造方便，葉輪一般采用鋼板制成, 通常采用焊接，有時也用鉚接。本機采用焊接制成。通風機可以做成右旋和左旋兩種。本機采用最普通的右旋方向，即順時針方向旋轉(zhuǎn)。
風機的傳動方式，該設計中采用電機和葉輪之間聯(lián)結，把葉輪直接安裝在電機軸上。結構緊湊、制作方便、降低成本。
葉輪是除塵器的心臟部分，他的尺寸和幾個形狀對除塵器的特性有著重大的影響。
采用直間傳動，選用2825r/min的電動機，通風機比轉(zhuǎn)速為：
速度系數(shù)
查表[3]得通風機全效率
查表[3]得通風機的內(nèi)部效率
比轉(zhuǎn)速介于40至76之間，決定采用圖(5-1)葉輪
圖5-1 葉輪
葉輪圓周速度的計算
取容積效率,于是計算流量為：
采用錐弧形集流器，。 可得葉輪入口速度:
葉片入口角度的計算
葉片數(shù)目Z的確定
葉片數(shù)為
取葉柵密度，于是
取葉片數(shù) Z=10
5.2計算最大彎曲應力
圖5-2 彎曲應力圖
當?shù)醐h(huán)作用A點時，彎矩為a,當作用在A、B兩點之間的C點，彎矩為b，當正的最大值和負的最大值撓度力矩有一個最小值時，將發(fā)生最小彎曲應力，這就是當兩者相等時，將發(fā)生最小的彎曲應力，這就是當兩者相等()，會引起最大正彎矩或負彎矩的增加，使最大的正負彎矩相等。
因而
彎矩=
彎曲應力
6 卸灰裝置
卸灰裝置兼有卸灰和密封兩種功能．是影響除塵器性能的關鍵部位之一。假如卸灰裝置處有漏氣現(xiàn)象，不但影響除塵器的正常排灰，而且嚴重影響除塵效率、因此，理想的卸灰裝置應該具有結構簡單，動作靈活．排灰及時和嚴密不漏風等特點。
不管哪一種卸灰裝置，查表可得，如果漏風量占到總風量的1％時．則除塵效率降低5％：漏風量占5％時，除塵效率降低約50％；漏風量占15％時．除塵效率會降低到很低的數(shù)值。故本機在卸灰斗門上可以加一層橡膠用來起密封作用，可以提高除塵器性能。
排氣管常見的排氣管有兩種形式：一是下端收縮式；另一種是直筒式。在設計分離較細粉塵的旋風除塵器時，可考慮設計為排氣管下端收縮式。排氣管直徑越小，則旋風型除塵效率越高，壓力損失也教大：反之，除塵器效率越低，壓力損失也越小。排氣管直徑對效率和阻力影響如圖（4-5）
圖4-5排氣管直徑對除塵效率與阻力系數(shù)的影響
由于本機主要灰塵粒徑在7um以上，故應采用直筒式排氣裝置，可提高除塵起性能，還可降低該機成本。
6.1 灰斗
灰斗是旋風除塵器設計中不容忽視的部分。因為在除塵的錐度處氣流處于湍流狀態(tài)，而粉塵也由此排出容易出現(xiàn)二次夾帶的機會，如果設計不當，造成灰斗漏氣，就會使粉塵的二次飛揚加劇，影響除塵效率。比較好的解決方案是設置阻氣裝置，減少氣體進入灰斗，降低二次飛揚，提高該機除塵器效率。Q3110型號拋丸機除塵器采用圖4-6形式灰斗。
圖4-6 灰斗形式
7旋風除塵器的計算
旋風除塵器的基本計算是確定主要尺寸：但是在工業(yè)生產(chǎn)應用除塵器時設備，只要恰當?shù)剡x型就可以。
7.1 流體阻力計算
旋風除塵器的流體阻力，用氣體進口到出口的壓力損失表示，當忽略進口和出口管中的流體動壓差時，由式汁算：
=
式中
-流體阻力，pa；
-阻力系數(shù)
v-除塵器進氣口氣流速度，m/s
-含塵氣體密度，kg/m
阻力系數(shù)值按下面經(jīng)驗公式求出：
=
式中 A-除塵器入口斷面積，
-除塵器外圓筒的內(nèi)徑，m；
-除塵器內(nèi)筒的內(nèi)徑，m；
-除塵器圓筒部分高，m；
-除塵器圓錐部分高，m。
除塵器的壓力損失一般控制在500至 1500pa之間，過大的壓力損失雖然能換取較高的除塵效率，但能耗太大，顯然是不可取的。常規(guī)旋風除塵器內(nèi)務部分的壓力損失對總壓力損失所占的比例中．入口損失占7％，出口損失占20％，本體內(nèi)動壓損失占30％，灰斗損失占33％．邊壁摩擦損失占10％。
7.2除塵效率計算
除塵效率的高低取決于多種因素，其中粉塵顆粒的大小有著重要影響，在一般情況下效率按下式計算：
96%
式中：-旋轉(zhuǎn)除塵器的除塵效率；
-粒子的密度，kg/m；
Q-處理風量，；
d-粒子直徑，m；
-旋轉(zhuǎn)角度，rad；
-空氣的動力粘度，；
W-流體旋轉(zhuǎn)螺距，m；
r-流體內(nèi)側(cè)半徑，m；
r-流體外側(cè)半徑，m。
7.3 運行參數(shù)對性能的影響
運行參數(shù)對性能的影響有以下幾方面：
A.氣體流量 氣體流量或者說除塵器人口氣體流速．對除塵器壓力損失,除塵效率部有很大影響.從理論上來說,旋風除塵器的壓力損失與氣體流量的平方成正比，因而也和人口風速的平方成正比(與實際有一定偏差)。
入口流速增加，能增加塵粒在運動中的離心力，塵粒易于分離，除塵效率提高。除塵效率隨人口流速平方根而變化、但是當人口速度超過臨界值時．絮流的影響就比分離作用增加得更快，以致除塵效率隨人口風速增加的指數(shù)小于1。若流速進一步增加，除塵效率反而降低。因此，旋風除塵器的人口風速宜選取18—23m/s
B.含塵氣體的物理性質(zhì) 旋風除塵器的阻力受氣體的溫度和壓力影響，因溫度提高除塵器阻力下降，效率也降低。
旋風除塵器的效率隨氣體粘度的增加而降低。當氣體溫度增加時．氣體粘度也就增加。所以在人口風速一定時．除塵效率隨氣體溫度增加而下降。
C.粉塵的粒徑和密度-粉塵的粒徑分布是影響旋風除塵器的重要因素。大粒子要比小粒子更容易分離，除塵效率隨塵粒密度的增大而提高；
D.含塵濃度 氣體的含塵濃度耐旋風除塵器的陳塵效率和莊力損失也有影響。試驗結果表明，壓力損失隨含塵負荷增加而減少，這是因為徑向運動的大量塵粒拖曳了大量空氣；粉塵從速度較高帥氣流向外運動到速度較低的氣流中時．把能量傳遞給蝸旋氣流的外層，減少其需要的壓力，從而降低壓力降。
由于含塵濃度的提高，粉塵的凝聚與團聚性能提高。因而凈化效率有明顯提高。但是提高的速度比含塵濃度增加的速度要慢得多，因此，排山氣體的含塵濃度總是隨著入口處的含塵濃度的增加而增加。
E.含濕量。氣體的含濕量對旋風除塵器工況有較大影響。如分散度很高而粘著性很小的粉塵(小于10um的顆粒含量在30%—40％，含濕量為l％)氣體在旋風除塵器中凈化不好。若細顆粒量不變，濕度量增加5％-I0％時，那么顆粒在旋風除塵器內(nèi)互相粘結成比較大的顆粒，這些大顆粒被猛烈沖擊在器壁上、氣體凈化將大有改善．所以有往除塵器內(nèi)放些蒸汽來提高效率的做法，但是注意氣體中的水蒸氣在除塵器內(nèi)壁的凝結．使塵粒可能粘附在器壁上而降低操作的可靠程度。
F.漏風率。除塵器的漏風對凈化效率有顯著影響，尤其以除塵器排灰口的漏風更為嚴。
8 旋風除塵器的注意事項
A.旋風除塵器凈化氣體量應與實際需要處理的含塵氣體量一致。
B.旋風除塵器入口風速要保持l8—23m/s。低于18m/s時，其除塵效率下降；高于23m/s時，除塵效率提高不明顯，但阻力損失增加，耗電量增高很多。
C.旋風除塵器能捕集到的最小塵粒應等于或稍小于詖處理氣體的粉塵粒度。
D.當含塵氣體溫度很高時，要注意保溫，避免水分在除塵器內(nèi)凝結。假如粉塵不吸收水分，露點為30—50℃時，除塵器的強度最少應高出30℃左右，假如粉塵吸水性較強