CN105709932A - 可控力式阴极线预紧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控力式阴极线预紧器，包括：齿条，在齿条上安装有齿轮机座，齿轮机座内放置有齿轮，齿轮与齿条上的轮齿啮合，齿轮的齿轮轴两端分别穿过齿轮机座的两侧壁后与把手活动连接；在把手的两侧牙之间还铰接连接有驱动棘爪，驱动棘爪的尖端在齿轮的齿槽里；在齿轮机座的两侧壁之间铰接连接有止动棘爪，止动棘爪的尖端在齿轮的齿槽里；止动棘爪与驱动棘爪在齿轮的对立面；在齿条的端部设置有用于挂住电除尘设备的横杆的挂接机构；在齿条的一侧设置有用于夹紧阴极线的夹紧机构，在夹紧机构与齿轮机座之间连接有弹簧。本发明整体机构小，结构简单，工人师傅只用摇动手把就可进行阴极线的预紧，大大提高了的工作效率。

Description

可控力式阴极线预紧器

技术领域

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种可控力式阴极线预紧器。

背景技术

在电除尘设备安装或者检修过程中，要求阴极线在焊接时需要一定的预紧力拉紧。现有的阴极线预紧装置为气动拉紧，机构庞大，无法在狭小的空间操作，不适用于现场维修，目前现场没有合适的预紧维修装置。据了解，现场维修根本没有将阴极线进行预紧，而是直接焊接，没有达到设备设计要求，造成阴极线断线故障，维修率高。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种可控制预紧力又简单实用的可控力式阴极线预紧器。

一种可控力式阴极线预紧器，包括：齿条，在齿条上安装有齿轮机座，齿轮机座内放置有齿轮，齿轮与齿条上的轮齿啮合，齿轮的齿轮轴两端分别穿过齿轮机座的两侧壁后与把手活动连接；在把手的两侧牙之间还铰接连接有驱动棘爪，驱动棘爪的尖端在齿轮的齿槽里；在齿轮机座的两侧壁之间铰接连接有止动棘爪，止动棘爪的尖端在齿轮的齿槽里；止动棘爪与驱动棘爪在齿轮的对立面。

在齿条的端部设置有用于挂住电除尘设备的横杆的挂接机构；在齿条的一侧设置有用于夹紧阴极线的夹紧机构，在夹紧机构与齿轮机座之间连接有弹簧。

进一步地，如上所述的可控力式阴极线预紧器，所述挂接机构包括：上挂钩、下挂钩、连接上挂钩、下挂钩的螺杆，在螺杆上套有用于将上挂钩、下挂钩锁紧的螺母。

进一步地，如上所述的可控力式阴极线预紧器，在上挂钩的底面和下挂钩的上面分别设置有弧形凹槽，除尘设备的横杆置于该凹槽内。

进一步地，如上所述的可控力式阴极线预紧器，所述夹紧机构包括：夹紧座，在夹紧座的上方设置有T型槽，在该T型槽内镶嵌有左夹紧块和右夹紧块，左夹紧块和右夹紧块的竖向夹紧条上分别设置有半圆形凹槽，阴极线置于该两个半圆形凹槽之间；在左夹紧块的竖向夹紧条外侧设置有左偏心轮，右夹紧块的竖向夹紧条外侧设置有右偏心轮，左偏心轮和右偏心轮通过偏心轴安装在偏心轮支架上，偏心轮支架固定在齿条上。

进一步地，如上所述的可控力式阴极线预紧器，在齿条上固定有导轨，在夹紧座上固定有滑块，所述滑块镶嵌在导轨上。

进一步地，如上所述的可控力式阴极线预紧器，所述左偏心轮和右偏心轮的外径为D＝20mm，偏心距为e＝5mm,偏心盘轴颈的摩擦圆的半径为ρ＝0.9mm。

本发明提供的可控力式阴极线预紧器，机构简单，操作快捷，采用齿轮齿条传动，整体机构较小，结构简单，可满足工人师傅在狭小空间进行阴极线换线工作，解决了在狭小空间难以进行预紧的问题。工人师傅只用摇动手把就可进行阴极线的预紧，大大提高了的工作效率。

附图说明

图1为本发明可控力式阴极线预紧器结构示意图。

图2为驱动棘爪、止动棘爪驱动齿轮与齿条配合的原理结构图。

图3为本发明偏心夹具示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1及图2所示，本发明提供的可控力式阴极线预紧器，包括：齿条4，在齿条4上安装有齿轮机座5，齿轮机座5内放置有齿轮7，齿轮7与齿条4上的轮齿啮合，齿轮7的齿轮轴两端分别穿过齿轮机座5的两侧壁后与把手8活动连接；在把手8的两侧牙之间还铰接连接有驱动棘爪9，驱动棘爪9的尖端在齿轮7的齿缝里；在齿轮机座5的两侧壁之间铰接连接有止动棘爪6，止动棘爪6的尖端在齿轮7的齿缝里；止动棘爪6与驱动棘爪9在齿轮7的对立面。

在齿条4的端部设置有用于挂住电除尘设备的横杆的挂接机构；在齿条4的一侧设置有用于夹紧阴极线的夹紧机构，在夹紧机构与齿轮机座5之间连接有弹簧10。

具体地，所述挂接机构包括：上挂钩1、下挂钩2、连接上挂钩1、下挂钩2的螺杆16，在螺杆16上套有用于将上挂钩1、下挂钩2锁紧的螺母3。在上挂钩1的底面和下挂钩2的上面分别设置有弧形凹槽，除尘设备的横杆置于该凹槽内。

所述夹紧机构包括：夹紧座11，在夹紧座11的上方设置有T型槽，在该T型槽内镶嵌有左夹紧块13和右夹紧块14，左夹紧块13和右夹紧块14的竖向夹紧条上分别设置有半圆形凹槽，阴极线置于该两个半圆形凹槽之间；在左夹紧块13的竖向夹紧条外侧设置有左偏心轮12，右夹紧块14的竖向夹紧条外侧设置有右偏心轮15，左偏心轮12和右偏心轮15通过偏心轴安装在偏心轮支架17上，偏心轮支架17固定在齿条4上。

本发明提供的可控力式阴极线预紧器其使用过程包括以下步骤：

第一步：将该装置的上挂钩1挂在电除尘设备的横杆(横杆未画出)上；

第二步：调节左夹紧块13、右夹紧块14的间距，夹住电除尘设备的阴极线(阴极线未画出)，转动左右两偏心轮，夹紧阴极线实现自锁(即夹紧了)；

第三步：通过转动螺母3将装置的上下挂钩紧锁住横杆，保持整个装置位置固定；

第四步：手摇手把，带动驱动棘爪9，驱动棘爪9推动齿轮7在固定的齿条4上向齿条下部滚动，齿轮7带动齿轮机座5向下部移动，从而拉长弹簧10，弹簧10根据伸长量可以控制拉力的大小，弹簧拉力作用于夹紧座11，由于结构的相嵌入，拉动左夹紧块13、右夹紧块14，即左夹紧块13、右夹紧块14受到向齿条下部方向的拉力作用，由于双偏心轮的楔紧作用(偏心轮受到该方向力作用会越楔越紧)，使得夹紧块与阴极线间保持不动，即两者之间产生静摩擦力，也即是阴极线受到可控制的摩擦拉力(该摩擦力方向与拉力方向一致，大小为拉力的一半)，从而实现控制阴极线受到的拉力；

第五步：松开手把8，由于止动棘爪6顶住齿轮7阻止齿轮反转，保持住齿轮不动，从而保证阴极线受到持续的拉力作用，便于阴极线与横杆的焊接操作；

第六步：焊接完成后，将手把8反推，压住止动棘爪6的一端，使得止动棘爪6翘起脱离齿轮，齿轮7在弹簧10恢复力作用下迅速反向滚动，带动齿轮机座5向相反方向移动，弹簧10回复原长度，拉力消失；

第七步：反转偏心轮，松开夹紧块；反转螺母3，松开上下挂钩，将该阴极线预紧装置取出，完成整个使用过程。

进一步地，如上所述的可控力式阴极线预紧器，为了使夹紧座在弹簧的作用下，运行更加平稳，本发明在齿条4上固定有导轨(图中未示出)，在夹紧座11上固定有滑块(图中未示出)，所述滑块镶嵌在导轨上。

下面对发明装置的结构设计进行说明：

齿轮齿条的设计

设计的目的及作用：利用齿轮齿条完成传动。摇动手柄，齿轮既转动又移动，带动齿轮座在齿条上移动，完成拉伸弹簧，产生预紧拉力；

齿轮材料选择：45钢(调质)，齿面硬度240HBS，选用8级精度；

设计的标准直齿圆柱齿轮齿数Z1＝18，m＝1.5mm，b＝13.5mm，α＝20°；

直齿条选取为Z＝20,m＝1.4,b＝14mm,h＝14mm。

偏心轮的设计

设计的目的与作用：利用偏心夹具来夹紧阴极线。

设计过程：

如图3所示的偏心夹具中，A为偏心盘的几何中心，偏心盘的外径为D＝20mm，偏心距为e＝5mm,偏心盘轴颈的摩擦圆的半径为ρ＝0.9mm；

偏心夹具的自锁条件为

带入数据，5sin(36.9°-10.2°)-(20sin10.2°)/2＝0.476＜ρ；

满足自锁条件。

夹紧长度的设计

查找机械设计手册，材料选Q235A(GB/T700-2006)；

屈服强度[σ_s]＝235(N/mm2)，抗拉强度[σ]＝370～500N/mm2；

断后伸长率A％＝26％钢-铁摩擦系数μ＝0.18；

已知该阴极线的直径D＝8mm,阴极线受到的拉应力为300～500N，

$\mathrm{\σ}=\frac{F}{\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}^2}=\frac{500}{\frac{\mathrm{\π}}{4}{8}^2}=9.95N/{\mathrm{mm}}^2\≤\[\mathrm{\σ}\],$

许用挤压应力为取安全因数S为1.5，则

阴极线夹紧受到的压应力为

${\mathrm{\σ}}_p=\frac{F_N}{L\·d}=\frac{2778}{L\×8}\≤\[{\mathrm{\σ}}_p\],$

则

所以夹紧阴极线的宽度L至少需1.25d＝12mm。

弹簧的设计

设计的目的与作用：利用弹簧加大位移量，并可准确显示拉紧力大小，实现预紧力的控制。

设计过程：

设中径D≈16mm,外径D2≤22mm。当弹簧拉伸变形量λ1＝15mm时，拉力F1＝340N；λ2＝25mm,F2＝500N。

1.根据工作条件选择材料并确定其需用应力。

选用碳素弹簧钢丝SL型。根据D2-D≤22-16＝6，估取弹簧钢丝直径为5mm。查机械设计书，选σB＝1260Mpa。则[σ]＝0.8×0.5σB＝504Mpa。

2.根据强度条件计算弹簧钢丝直径。

现选取旋绕比C＝3.2，则

$K=\frac{4C-1}{4C-4}+\frac{0.615}{C}\≈1.533,$

$d^{\′}\≥1.6\sqrt{\frac{F_{2}KC}{\[\mathrm{\τ}\]}}\≈3.53mm,$

改取d＝4mm，查得σB＝1320Mpa。重新计算得[σ]＝528Mpa，取D＝16mm，计算得K＝1.404。于是

$d^{\′}\≥1.6\sqrt{\frac{F_{2}KC}{\[\mathrm{\τ}\]}}\≈3.69mm.$

根据表取弹簧钢丝标准直径d＝4mm，此时D＝16mm,为标准值，则

D2＝D+d＝16mm+4mm＝20mm＜22mm。

所得尺寸与条件相符，合适。

3.根据刚度条件，计算弹簧圈数n。

弹簧刚度为 $k_F=\frac{F_2-F_1}{{\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_1}=\frac{160}{10}=16N/mm,$

取G＝80000Mpa，则弹簧圈数n为

$n=\frac{{\mathrm{Gd}}^4}{8D^3{k}_F}=39.06$

取n＝40，此时弹簧的刚度为 $k_F=39.06\×\frac{16}{40}=15.624N/mm,$

挂钩宽度的设计

设计的目的与作用：将简易阴极线预紧装置固定在横杆上面。

横管挂钩处的挤压应力 ${\mathrm{\σ}}_p=\frac{F}{L_2\·D}\≤\[{\mathrm{\σ}}_p\]$ 得， $L_2\≥\frac{800}{\frac{3}{4}\×24.5\×157}=0.28mm,$

取横管挂钩的长度L2＝1.25D＝1.25X25.4X3/4＝23.81mm。

性能分析

整体结构

预紧器的总体高度为390mm，宽度最大为100mm，结构紧凑，操作容易。

阴极线受力分析

当阴极线受到300N的预紧力时，机座受到的拉力为600N，此时手柄F＝600×13.5÷165＝49N。

当阴极线受到500N的预紧力时，机座受到的拉力为1000N，此时手柄F＝1000×13.5÷165＝81.82N。

齿轮运动分析

(1)齿轮接触疲劳强度校核，

查表，K_H＝K_AK_VK_HαK_Hβ＝1×1,2×1.2×1.42＝2.04，T_∏＝10800N·mm，φ_d＝0.5，d₁＝27mm，u＝3.3,Z_H＝2.5,Z_E＝189.8Mpa^1/2,Z_ε＝0.5。将它们代入式(10-22)，得到

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&sigma;}}_H=\sqrt{\frac{2K_{H1}}{{\mathrm{\&phi;}}_d{d}_1^3}\&CenterDot;\frac{u+1}{u}}{Z}_H{Z}_E{Z}_{\mathrm{\&epsiv;}}{Z}_{\mathrm{\&beta;}}\\ =\sqrt{\frac{2\&times;2.04\&times;10800}{1\&times;{27}^3}\&CenterDot;\frac{3.3+1}{3.3}}\&times;2.5\&times;189.8\&times;0.5Mpa\\ =405.21Mpa<\&lsqb;{\mathrm{\&sigma;}}_H\&rsqb;=650Mpa\end{array},$

满足齿面接触疲劳强度条件。

(2)齿根弯曲疲劳强度校核

K_F＝2.04，T_∏＝10800N·mm，Y_Fa1＝2.93，Yε＝0.625φ_d＝0.5，m_n＝1.5mm，z₁＝18。将它们代入式(10-17)，得到

＝147.59Mpa＜[σ_F]＝360Mpa，

经校核，选用的齿轮满足工作要求。

弹簧的运动分析

验算

(1)弹簧初拉力

F0＝F1-kFλ＝105.64N，

初应力 ${\mathrm{\&tau;}}_0^{\&prime;}=K\frac{8F_{0}D}{{\mathrm{\&pi;d}}^3}=94.42Mpa,$

当取C＝5.294时，初应力τ₀′的推荐值为90-175Mpa，故此初拉力值合适。

(2)极限工作应力τlim,取τlim＝0.56σB，则

τ_lim＝0.56×1370Mpa＝739.2Mpa，

(3)极限工作载荷

$F_{\lim }=\frac{{\mathrm{\&pi;d}}^3{\mathrm{\&tau;}}_{\lim }}{8DK}=827.01Mpa,$

本发明选用3×20×40GB2089-80的弹簧，采用并联设计。

经过实验室进行拉伸试验测定，本装置的弹簧最大载荷小于弹性范围的工作载荷和极限载荷。

有益效果：

1)机构简单，操作快捷：本方案采用齿轮齿条传动，整体机构较小，结构简单，可满足工人师傅在狭小空间进行阴极线换线工作，解决了在狭小空间难以进行预紧的问题。工人师傅只用摇动手柄就可进行阴极线的预紧，大大提高了的工作效率。

2)机构自锁，保证张紧：在使用过程中松开手柄，自锁机构的止动棘爪阻止齿轮转动，从而锁住整个机构，保持张紧状态。

3)对称设计，减小弯矩：为避免拉伸时造成阴极线弯曲变形，利用两个相同弹簧的对称拉伸，避免了偏心拉伸产生弯矩，保证阴极线受到轴向预紧力。

4)标有刻度，力精确可控：在机座上面刻有两根刻度线，当拉伸到所定刻度线，标明预紧力分别达到300N和500N的大小。这样在使用过程中，可以通过机座的位移来判断是否达到预紧力的要求。

5)弹簧设计，位移变化表示力的变化：由于阴极线受拉伸长量太小，为直观明显观测到拉力的大小，通过加装弹簧，利用弹簧伸长的位移来表示拉力的变化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种可控力式阴极线预紧器，其特征在于，包括：齿条(4)，在齿条(4)上安装有齿轮机座(5)，齿轮机座(5)内放置有齿轮(7)，齿轮(7)与齿条(4)上的轮齿啮合，齿轮(7)的齿轮轴两端分别穿过齿轮机座(5)的两侧壁后与把手(8)活动连接；在把手(8)的两侧牙之间还铰接连接有驱动棘爪(9)，驱动棘爪(9)的尖端在齿轮(7)的齿槽里；在齿轮机座(5)的两侧壁之间铰接连接有止动棘爪(6)，止动棘爪(6)的尖端在齿轮(7)的齿槽里；止动棘爪(6)与驱动棘爪(9)在齿轮(7)的对立面；

在齿条(4)的端部设置有用于挂住电除尘设备的横杆的挂接机构；在齿条(4)的一侧设置有用于夹紧阴极线的夹紧机构，在夹紧机构与齿轮机座(5)之间连接有弹簧(10)。

2.根据权利要求1所述的可控力式阴极线预紧器，其特征在于，所述挂接机构包括：上挂钩(1)、下挂钩(2)、连接上挂钩(1)、下挂钩(2)的螺杆(16)，在螺杆(16)上套有用于将上挂钩(1)、下挂钩(2)锁紧的螺母(3)。

3.根据权利要求2所述的可控力式阴极线预紧器，其特征在于，在上挂钩(1)的底面和下挂钩(2)的上面分别设置有弧形凹槽，除尘设备的横杆置于该凹槽内。

4.根据权利要求1所述的可控力式阴极线预紧器，其特征在于，所述夹紧机构包括：夹紧座(11)，在夹紧座(11)的上方设置有T型槽，在该T型槽内镶嵌有左夹紧块(13)和右夹紧块(14)，左夹紧块(13)和右夹紧块(14)的竖向夹紧条上分别设置有半圆形凹槽，阴极线置于该两个半圆形凹槽之间；在左夹紧块(13)的竖向夹紧条外侧设置有左偏心轮(12)，右夹紧块(14)的竖向夹紧条外侧设置有右偏心轮(15)，左偏心轮(12)和右偏心轮(15)通过偏心轴安装在偏心轮支架(17)上，偏心轮支架(17)固定在齿条(4)上。

5.根据权利要求4所述的可控力式阴极线预紧器，其特征在于，在齿条(4)上固定有导轨，在夹紧座(11)上固定有滑块，所述滑块镶嵌在导轨上。

6.根据权利要求1所述的可控力式阴极线预紧器，其特征在于，所述左偏心轮(12)和右偏心轮(15)的外径为D＝20mm，偏心距为e＝5mm,偏心盘轴颈的摩擦圆的半径为ρ＝0.9mm。