基于UG的双向风力推料装置的设计

石林　吴晓燕

【摘 要】本文设计了一种基于绿色制造理念，采用洁净的风能作为动力源，通过驱动叶轮来带动推料装置的传动机构和摇杆机构，从而实现从相互垂直的两个方向传送物料的机械装置。使用风能可大大降低生产和使用成本，对绿色环保和节能减排有着重要的意义。在该双向风力推料装置的研发过程中，设计时采用了二维和三维CAD技术，有效地缩短了设计周期并提高了新产品的设计效率。

【关键词】风力；推料装置；UG；设计

0 引言

伴随着机械工业的蓬勃发展，绿色制造作为制造业中的一种发展趋势，越来越受到人类社会的关注和重视。绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，使产品从设计、制造、使用到报废的整个生命周期，都符合环境保护要求。风能就是一种低碳环保的清洁能源。本文设计了一种风力推料装置，要求该装置在使用过程中，通过风能驱动叶轮来带动推料装置的传动机构和摇杆机构，从而实现从相互垂直的两个方向传送物料。该装置的研发过程中采用了二维和三维CAD技术进行设计，有效地缩短了设计周期并提高了新产品的设计效率。

1 主要零部件的设计

1.1 叶轮的设计

1.1.1 功能分析

叶轮的功能是将风能转化为叶轮旋转的机械能，从而驱动后续的齿轮传动机构和摇杆机构产生运动，进而实现物料的传送。

1.1.2 设计方案

根据流体的流动情况，常见的叶轮可分为离心式和轴流式两种。离心式叶轮结构较复杂，其制备需使用铸件再结合多轴机床加工，加工时间又长，故在设计中不采用该种形式的叶轮。轴流式叶轮具有结构简单、重量较轻的特点，常用于风机、水泵等流体机械。根据作用力是相互的的原理，当流体的流速达到临界值时，作用在轴流式叶轮上的流体就会带动叶轮旋转，从而实现将风能转化为机械能的目的，因此该设计中采用轴流式叶轮，如图1所示。

1.2 主传动轴的设计

1.2.1 功能分析

主动轴的功能是把叶轮旋转时的动力和转矩传递给齿轮传动机构。

1.2.2 设计方案

主传动轴轴采用45钢，其三维实体造型如图2所示。主动轴通过锥面和叶轮轮毂配合，由轴的轴肩定位，在左端通过锁紧螺母压紧，并通过轴肩上的键槽传递转矩；支承轴颈则是通过轴套和衬套支撑在支架上，并辅以封盖固定；主动轴右端的螺纹通过螺母与支承轴颈的轴肩对主动轴的轴向进行定位。

1.3 齿轮传动机构的设计

1.3.1 功能分析

齿轮传动机构的功能是把主动轴的高速旋转经过变速，使后续的驱动机构在合理的速度下平稳地运行。为了增加输出转矩并考虑到有限的空间，齿轮传动机构采取两个啮合的锥齿轮进行传动。

1.3.2 设计方案

两个锥齿轮的齿数分别为：小锥齿Z1=20，大锥齿Z2=28，其传动比为i=1.4。齿轮传动机构的三维造型及装配效果如图3所示。

1.4 摇杆驱动机构设计

1.4.1 功能分析

摇杆驱动机构的功能是在曲柄的驱动下，带动两个相互垂直的摇杆连接件和导轨同时在水平方向上做前后往复运动，从而将物料从物料仓中推出。

1.4.2 设计方案

当主传动轴做旋转运动时，齿轮传动机构带动曲柄做回转运动，通过曲柄拨动摇杆。摇杆和齿条采用螺钉连接；在两垂直方向上齿条和直线导轨的导轨块采用螺钉连接；齿条另一端安装着伸出长度可调的推叉，从料仓中推出物料。摇杆机构的三维造型和装配效果如图4所示。

1.5 支架的设计

1.5.1 功能分析

支架的功能是对主动轴、齿轮传动机构和摇杆驱动机构等各个零部件进行支撑。因此，对支架的设计，要求有足够的刚度和较强的稳定性，并且空间布局要合理。

1.5.2 设计方案

叶轮轴要由支架来支撑，所以支架的材料选用硬铝12，厚度为25mm。中间两个阶梯孔是为了安装支撑大锥齿的悬臂梁。为减轻支架的重量，支架设计为中空结构，如图5所示。

1.6 物料平台和物料仓的设计

1.6.1 功能分析

物料平台的作用是用于安装物料仓，在装配时，可以通过调节螺栓调整物料平台的高度，使之与摇杆驱动机构相匹配。物料仓的作用是用于存放物料，鉴于料仓的直径，故物料的直径不得大于Φ25mm。

1.6.2 设计方案

在相互垂直的方向上设计有两个物料平台，它们之间存在一定的高度差，其高度取决于与之相连接的摇杆连接件的高度。每个物料平台上安装有一个物料仓，物料平台和物料仓的装配效果如图6所示。

2 风力推料机构的虚拟装配

装配是将产品的各个部件通过建立约束关系进行组织和定位操作的一个过程，在UG中可采用自顶向上、自顶向下或者混合装配的方法进行装配。本设计中采用了混合装配的方法，先将零部件的三维模型进行部分装配，即装配成小的装配体，再将小的装配体通过约束关系装配起来，最后组成完整的三维实体模型。风力推料机构最后的总装效果如图7所示。

3 结束语

双向风力推料装置的设计是基于绿色环保理念，将产品设计与绿色制造有机结合，使用了先进的AutoCAD二维绘图软件和UG三维实体造型技术进行设计，有效地缩短了产品的研发周期，提高了设计效率，节约了设计和产品制造的成本，在当前的制造业中具有广阔的应用空间和市场前景，对机械工业朝着绿色环保方向发展做出了贡献。

【参考文献】

[1]陈立德.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]袁锋.UG CAM数控自动编程实训教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]杨延波，杨勇，刘保朝.一种双向风力推料机的设计与研究[J].制造业自动化，2014（4）.

[4]潘冬.一种风力推料机构的设计[J].新技术新工艺，2013（11）.

[责任编辑：许丽]