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1、 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第61页 目 录第一章 绪论VI1.1 热喷涂概述VI1.1.1 热喷涂的定义及原理VI1.1.2 热喷涂的种类和特点VIII1.2 电弧喷涂技术概述IX1.2.1 电弧喷涂的技术原理及特点IX1.2.2 电弧喷涂技术的应用XI1.2.3 电弧喷涂技术的新发展XII1.3 设计绕丝机的意义和目的XIV第二章 总体设计162.1 绕丝机总体设计及其适用范围162.2 设计方案的确定16第三章 传动部分的设计183.1 传动部分总体设计的要求183.2 传动系统的分析和拟定183.3 绕丝机传动系统的确定193.4 电动机的选择203.4.1 电动机类型的选择2
2、03.4.2 电动机功率的选择223.4.3 电动机转速的选择243.5 传动装置传动比的拟定及确定253.5.1 总传动比的确定253.5.2 传动装置各级传动比的分配253.6 传动装置的运动与动力参数的计算263.6.1 运动及动力参数的计算方法264.6.2 运动与动力参数的确定273.7 V带传动设计283.7.1 第一级V带传动的设计及校核283.7.2 第二级V带传动的设计及校核323.8 减速器的选择及设计353.8.1 减速器的选择353.8.2 减速器的设计363.8.3 蜗杆、蜗轮的设计及校核403.9 轴的设计及校核443.9.1 轴的初估443.9.2 轴的强度校核4
3、73.10 轴承的选择及校核513.10.1 轴承的选择513.10.2 轴承的校核53第四章 机架的设计564.1 机架的设计564.2 机架焊接结构的设计564.2.1 焊接结构的设计措施574.2.2 机架采用焊接结构是遇到的问题58结论59致谢60参考文献61摘 要随着热喷涂、电镀等表面改性技术的发展，电弧喷涂表面技术的广泛推广，绕丝机在钢结构电弧喷涂和防腐工程中的应用中不可缺少。本次绕丝机的设计，其主要目的是提高电弧喷涂的效率，降低成本，减轻劳动强度，从而改善电弧喷涂的经济效益，推进热喷涂技术的更广泛应用。主要依据是电弧喷涂绕丝机的功用，设计要求等。同时对绕丝机的传动装置，工作机构以
4、及机架等部分进行了说明。本绕丝机具有操作简单，结构紧凑，工作效率高，降低工人的劳动强度等优点。适合于单件、小批量和批量生产，都能获得很好的经济效益，具有良好的发展前景。关键词：绕丝机；热喷涂；电弧喷涂AbstractWith the Development of surface modification technology, such as thermal spraying、electroplate， arc spraying surface technologys widely used. At present, winding machine is indispensable in th
5、e application of structural steelwork arc spraying and corrosion engineering.The main purpose of the design on the winding machine is to improve the efficiency of arc spraying, to low costs, and to reduce the intensity of labor. Thereby to improve arc spraying economic benefits and promote wider app
6、lication of thermal spray technology. This design is mainly based on the function of arc spraying winding machine and design requirements. Also, it mainly explains the transmission device, operating mechanism and the body of the machine.The winding machine has the advantage of compact structure, sim
7、ple operation, low labor intensity and high efficiency and so on. Because of its evident economic benefit, it is suitable for single, small-scale and large manufacture.Key words: Winding machine; Thermal spraying; Arc spraying 第一章 绪论1.1 热喷涂概述1.1.1 热喷涂的定义及原理1. 热喷涂定义利用各种热源，将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔融或半熔融状态，借助于高速
8、气流的雾化效果使其形成微细熔滴，然后喷射沉积到经过预处理的工件基体表面形成堆积结构涂层的加工方法称为热喷涂技术1。2. 热喷涂原理1) 喷涂涂层形成过程和涂层形成原理喷涂时,首先是喷涂材料被加热达到熔融或半熔融状态；紧接着是熔滴雾化阶段；然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段；最后以一定的动能冲击基体表面，产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固(图1-1a)。再凝固冷却的0.1s中，此扁平状涂层继续受环境和热气流影响(图1-1b)。每隔0.1s第二层薄片形成，通过已形成的薄片向基体或涂层进行热传导，逐渐形成层状结构的涂层(图1-1c)。 (a) (b) (c)图1-1 热喷涂涂层形成过程
9、示意图2) 涂层结构喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。颗粒与颗粒直不可避免存在一部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在4%20%之间。涂层中伴有氧化物和夹杂，如图1-2。采用等离子弧等高温热源、超音速喷涂以及低压或保护气氛喷涂，可减少以上缺陷，改善涂层结构和性能。由于涂层层状结构，是一层一层堆积而成，所以涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。涂层经适当处理后，结构会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除涂层中的氧化物夹杂和孔隙，层状结构变为均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。图1-2 喷涂层结构示意图3) 涂层结合
10、机理涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。涂层与基体表面的结合强度称为结合力；涂层内部的结合强度称为内聚力。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合机理目前尚无定论，通常认为又以下几种方式：a) 机械结合。碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于和凹凸不平的表面互相嵌合，形成机械钉扎而结合。一般来说，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。b) 冶金-化学结合。这是当涂层和基体表面出现扩散和合金化时的一种结合类型，包括在结合面上生成金属间化合物或固溶体。当喷涂后进行重熔（即喷焊）时，喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。c) 物理结合。颗粒对基体表面的结合，是范德华力或次价键形成
11、的结合。4) 涂层残余应力当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时受到激冷而凝固，从而产生微观收缩应力，涂层的外层受拉应力；基体，有时也包括涂层的内层则产生压应力。涂层中的这种残余应力时由喷涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的，它影响涂层质量，限制涂层的厚度。工艺上要采取措施以消除和减少涂层残余应力1。1.1.2 热喷涂的种类和特点1. 热喷涂种类按涂层加热和结合方式，热喷涂有喷涂和盆熔两种。前者是基体不熔化，涂层与基体形成机械结合；后者则是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。它们与堆焊的根本区别都在于母材基体不熔化或极少熔化。热喷涂技术按照加热喷涂材料的热源种
12、类分为：火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子喷涂（超音速喷涂）、爆炸喷涂、激光喷涂和电子束喷涂。而本实验所运用的是高速火焰喷涂和等离子喷涂两种方法1。2. 热喷涂特点1) 适用范围广。涂层材料可以是金属和非金属（如聚乙烯、尼龙等塑料，氧化物、氮化硅、氮化硼等陶瓷）以及复合材料。被喷涂工件也可以是金属和非金属（如木材）。用复合粉末喷成的复合涂层可以把金属和塑料或陶瓷结合起来，获得良好的综合性能。其他方法难以达到。2) 工艺灵活。施工对象小到10mm内孔，大到铁塔、桥梁等大型结构。喷涂既可在整体表面上进行，也可以在指定区域内涂敷，既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料，也可在野外现场作业。3) 喷涂层
13、的厚度可调范围大。涂层厚度可从几十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特细粉末喷涂时，不加研磨即可使用。4) 工件受热程度可以控制。除喷熔外，热喷涂时一种冷工艺，例如氧-乙炔喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250,工件不会发生畸变，不改变工件的金相组织。5) 生产率高。大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达50kg/h以上1。热喷涂技术也已经应用在新的领域，热喷涂技术与其他学科相互交叉渗透形成了新的表面出理工艺，如热喷涂与处理工艺结合出现了炉内烧结重熔和高频感应重熔渗透工艺；与电镀工艺结合产生了镀涂工艺和涂镀工艺；采用新的能源，出现了激光重熔和
14、电子束重熔等2。1.2 电弧喷涂技术概述1.2.1 电弧喷涂的技术原理及特点1. 电弧喷涂的原理电弧喷涂的原理如图1-3所示，在喷嘴中两条金属丝作为自耗性通电两极，两极间夹角=3060，接触后形成电弧将金属丝熔化，由中间管子中吹出的高压气流(压缩气体)将熔融状态的金属雾化并喷射到工件表面形成涂层3。 图1-3 电弧喷涂2. 电弧喷涂的特点电弧喷涂具有以下特点：1） 涂层与基体结合强度高。电弧喷涂较火焰线材或粉末喷涂粒子飞行速度高（约为100180m/s,一般线材火焰喷涂为80160m/s），粒子含热量大，因此，当熔融状态下的粒子打到基体表面时，形成局部微冶金结合的可能性要大得多，因此涂层与基体
15、有较强的结合强度。一般电弧喷涂涂层与基体的结合强度为线材火焰喷涂的1.52倍。2） 喷涂效率高。在20世纪70年代初和中期，电弧喷钢生产率可达2030/h，喷锌为4555/h，为线材火焰喷涂的2倍。到了80年代，电弧喷锌的生产率可到达140kg/h以上。3） 设备投资及使用成本低。两种线材喷涂工艺成本比较见表1-1（美国通用电器公司）。美国一家公司使用一台电弧喷涂设备代替以前使用的四台火焰喷涂设备对管子和钢制电线杆喷锌，使生产连续进行。用直径为3.2的锌丝，生产率可达80.8/h。电弧喷涂与线材火焰喷涂消耗比较见表2-2。表1-1 两种线材喷涂工艺成本比较喷涂方法设备成本操作成本/（美元h-1）合计/（美元h-1）设备价格/万美元设备使用价格/（美元h-1）人工
