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1、3.2 送粉器的設計 3.2.1 送粉器的粉末輸送 在雙料斗載氣式送粉器中，粉末的輸送是設計的關鍵。輸送粉末時粉輪腔和出粉腔內的壓縮氣體，經出粉腔下端的出粉口形成穩(wěn)定的氣流攜帶粉末從出粉口流出，然后進入輸送管道。要想使粉末在輸送管道中長距離正常地輸送，根據粉體的氣力輸送理論，就要使粉體在管道中達到懸浮狀態(tài)。這時就要使輸送物料的氣流速度大于所輸送物料的懸浮速度： (3-3) ——氣流速度（m/s） ——物料的懸浮速度（m/s） 顆粒就會懸浮起來并被氣流推動。但在輸送過程中，由于顆粒相互間或與管壁間的碰撞、摩擦和粘附作用

2、，加上管道中的氣流速度不均以及其他因素的影響，實際輸送氣流速度要遠大于物料懸浮速度。對于激光涂敷來說，用小的氣流速度輸送出粉末，可以提高粉末的利用率。同時還可以降低能耗、減小管道磨損。但如果氣流速度過小，物料流動狀態(tài)就會變差，容易引起堵塞。此外，為了防止管道的堵塞，還要保持有利于輸送的混合比（物料量與空氣量的比值）。 3.2.2 送粉器的結構設計 1.超細送粉器 2.送粉管 3.四路分粉器 4.同軸送粉頭5.電源等 6. 空氣壓縮機 7.空氣過濾器 8.輸氣管 9.普通送粉器 圖3-3 雙料斗送粉器內部結構圖 3.2.2.1 送粉器的

3、機械結構 3.2.2.1.1 總體設計 1.超細送粉器 2.普通送粉器 3.裝置柜 圖3-4 裝置柜俯視剖面圖 1.攪拌器 2.粉斗 3.密封腔 4.傳動軸 5.聯(lián)軸器 6.交流電機 7.電機支架 8.底板 9.出粉管 10.粉輪 11.粉輪腔 12.進氣口 13.進氣口 14.進料口 圖3-6 超細送粉器示意圖 激光再制造雙料斗送粉器，包括送粉部分、控制部分、配氣部分和裝置柜，送粉部分包括并聯(lián)安裝在裝置柜上層的普通送粉器和超細送粉器、四路分粉器和送粉管。其內部結構分布圖如圖3-3所示。圖3-4為圖3-3的俯視剖面圖，由圖可以看出兩個送粉器的安裝位置。圖3-5為普通送粉器的外

4、形圖，圖3-6為超細送粉器的外形圖，圖3-7為四路分粉器的實物圖。由圖3-4可知，送粉時，普通送粉器和超細送粉器送出的粉末進入混粉器中，在氣流作用下均勻混合，經一條送粉管輸出進入四路分粉器，四路分粉器將粉流分為四路送入同軸送粉頭，同軸送粉頭將粉流聚集后送入加工區(qū)域，完成送粉過程。工作原理如圖3-8所示。 圖3-7 四路分粉器 1.粉斗 2.密封腔 3.傳動軸 4.撓性聯(lián)軸器 5.交流電機 6.電機支架 7.支撐底板 8.出粉管9.粉輪 10.粉輪腔 11.進氣口 12.進氣口 13.進料口 圖3-5 普通送粉器示意圖 圖3-8 雙料斗載氣式送粉器工作流程示意圖

5、 圖3-9載氣式鼓輪送粉器原理示意圖 3.2.2.1.2 粉輪的設計 送粉器根據機械力學原理和氣動力學原理工作的，圖3-9所示的是其原理示意圖,它依靠氣體協(xié)助輸送粉末。在鼓輪圓周上均勻分布m個容積為v的小槽，鼓輪式送粉器工作時，粉末由粉斗經進粉管在自重和壓縮氣體的作用下流進粉輪圓周上的小槽內，隨著粉輪的轉動小槽內的粉末依次流入出粉腔。在出粉腔內充有壓縮氣體，并保持穩(wěn)定的壓力，在出粉腔的下端有出粉口。氣體攜帶粉末從出粉口流出。通過調節(jié)粉輪的轉速、進粉管直徑和漏粉孔與粉輪間的間隙，就能精確控制送粉量。用公式表示為： Mp=nmvρ

6、 （3-4） 式中n為粉輪轉速；m為槽數；v為槽容積；ρ為粉末的堆積密度；Mp為送粉量或稱為送粉速率。 圖3-11粉輪送粉示意圖 圖3-10 粉輪原理圖 我們設計的粉輪結構如圖3-10所示。 3.2.2.1.3 粉輪腔的設計 參考鼓輪式送粉器的原理,設計方案主要包含落粉、粉輪傳送、氣流輸送三部分，圖3-12所示為送粉腔原理圖。 圖3-12 粉輪腔結構圖 3.2.2.1.4 超細送粉器的特殊結構 近年來，隨著納米材料的發(fā)展，多種微納米級的粉末材料大量用于激光熔敷，如超細氧化物陶瓷粉末、鈷包碳化物復合粉末等，它們

7、可以顯著地細化組織、減小應力，提高材料的強度、硬度和耐腐蝕性能。但由于超細粉顆粒尺寸極小，具有很高的表面能，容易產生很強的分子間作用力，如范德華力、靜電力、磁性力等，這些力的相互作用使微納米尺寸的粒子很容易團聚，形成團聚體。從而使超細粉末的摩擦性能增強，流動性能變差，分散性能降低，即使將團聚暫時分開，分子間的作用力又會使顆粒再次團聚，嚴重影響著粉末的均勻混合和送粉的連續(xù)性。 因此，在超細粉送粉器的設計中應充分考慮對團聚現(xiàn)象進行打散，較容易實現(xiàn)的方法是機械分散，即用機械力把團聚顆粒打散。機械分散的必要條件是機械力（通常是指流體的剪切力和壓差力）應大于顆粒間的粘著力。我們設計了一種攪拌裝置，如圖

8、3-13所示，獲得了很好的效果。該裝置由攪拌桿及焊接在攪拌桿上的強度和硬度均較高且具有梯度的攪拌架所組成。通過電機帶動攪拌架規(guī)則的轉動，攪動粉末均勻的流動，避免粉末團聚、吸附在粉斗壁上和在粉斗內形成架橋。 同時為防止粉末在粉輪腔內再次團聚，在粉斗和粉輪腔內充入壓縮氣體，使粉末間距增大，流動性增強，甚至達到霧化狀態(tài)，大大避免了團聚現(xiàn)象的發(fā)生。 圖3-13 攪拌桿結構圖 3.2.2.2 送粉器的氣路設計 圖3-14 氣路分配圖 穩(wěn)定的氣體流量對載氣式送粉器實現(xiàn)均勻送粉、超細送粉及遠距離送粉具有重要的作用，因此氣路設計是設計過程的一個重要部分。如圖3-14所示為雙料斗送粉器的氣流分

9、配圖。 由圖3-14知，氣體經氣體流量計后分兩路進入送粉器，一路進入粉斗，可以彌補因粉末減小造成的氣壓差，防止粉末的團聚結塊，另一路進入粉腔，防止落下的粉末再次團聚，并使粉末達到或接近霧化狀態(tài)，大大增強粉末的均勻性和流動性?；旌纤头蹠r，氣流還能促進粉末在混粉器中充分混合。 根據氣體輸送理論，當用來輸送的氣流速度大于所輸送的物料懸浮速度時，顆粒就會懸浮起來并被氣流推動。對于激光涂敷來說，用小的氣流速度輸送出粉末，可以提高粉末的利用率。但如果氣流速度過小，物料流動狀態(tài)就會變差，容易引起堵塞。因此，選擇合適的輸送氣流速度是很重要的。 混合比也就考慮的一個重要參數，如果混合比過大，即使在同樣

10、的氣流速度下也會引起管道的堵塞。因此，為了正常輸送粉末，在加大送粉量的同時，也要加大氣流量，以保持有利于輸送的混合比。 另外，輸送距離的遠近也和氣體流量有密切關系，輸送距離遠，則氣體需要克服的管壁摩擦力和粘滯力會大大增加，因此需要的氣體流量也越大。 1.粉輪 2. 密封套 3. 軸承 4. 傳動軸 5. 撓性聯(lián)軸器 6. 交流減速電機 圖3-15 傳動結構示意圖 3.2.2.3 送粉器的傳動設計 3.2.2.3.1 密封器件的配置 在氣動送粉中，密封不好就不能正常地輸送粉末。尤其是軸承腔內更不允許粉末進入。所以粉輪腔體和軸承腔體連接處，密封尤其重要。設計中在軸承腔體的端部用兩

11、段帶有錐度的聚四氟套，如圖3-16所示。在里圈凹槽內填充黃油等固體油脂，將傳動軸套在中間，再將聚四氟套安裝在軸承腔體內，兩端用壓蓋壓緊，防止密封套產生軸向竄動。密封套外圈采用過盈的方式與軸承基座相配合。 圖3-16 軸承腔密封套 圖3-17 攪拌軸密封套 另外在超細送粉器粉斗攪拌系統(tǒng)中，在粉斗蓋上開孔，然后嵌入攪拌密封套，材質為聚四氟，再將軸通過攪拌密封套中間，這樣聚四氟套緊貼在軸上。為避免粉斗內粉末進入密封系統(tǒng)，在粉斗端蓋的下方安裝粉斗罩。由于聚四氟比較光滑，所以和軸之間沒有太大的阻力，同時又可以起密封作用而且結構簡單，圖3-17為攪拌軸密封套。圖3-18是攪拌軸密封套安裝位置示

12、意圖。 1． 攪拌軸密封套 2. 攪拌軸保護罩 3. 粉斗 4. 攪拌組件 圖3-18 攪拌軸密封套安裝位置示意圖 在其它端口和交界連接處，選用O型圈進行密封。 3.2.2.3.2 電機的設計 (1) 電機功率的選擇 根據公式P=來確定電機的功率，式中N為粉輪軸的轉速，T為粉輪軸所受的力矩，9550為常數，考慮在送粉時粉輪的速度不是太快，最高速度不超過100rpm，且在輸送粉末過程中，粉輪軸僅受到來自傳動軸的摩擦力和來自粉輪與粉末的摩擦力作用，，根據檢測，粉輪的外圓力臂為0.02325m，內圓力臂為0.007m，由于兩力極小，粉輪在輸送超細粉末時的力矩不會超過0.5Nm，按

13、該值，帶入公式中有： P= < = 0.00524KW 因此選用6W的電機就完全可以帶動粉輪軸的正常運轉。 （2）選擇電機 我們選用了V.T.V Motor Manufacture Co.,LTD的產品YN60-6型交流減速電機，功率：6W，額定電壓：220V，額定頻率：50/60HZ，額定電容：0.8μF， 額定電流：0.16A，額定轉速：1200/1500r/min 使用該電機后，送粉器運轉平穩(wěn)，噪聲很小，符合設計要求。 3.2.2.3.3 聯(lián)軸器的選擇 圖3-19 螺旋槽式撓性聯(lián)軸器 為了使粉輪轉動更加平穩(wěn)，設計采用撓性聯(lián)軸器，如圖3-19所示。該連軸器選用日本三木普利公司的螺旋槽式撓性聯(lián)軸器，為伺服、步進電機專用的聯(lián)軸器，能與電機完全同步保持運轉，型號為ACRM100-10-6.35，兩端孔徑分別為6.35mm和10mm，分別與兩端的連接軸配合良好。該產品有高效低噪功用，選用該聯(lián)軸器后，整體設備基本沒有噪音，運轉平穩(wěn)。 其尺寸為如圖3-20所示： 圖3-20 聯(lián)軸器相關尺寸參數圖 圖中對應各尺寸可從表3-1中ACRM-100所對應的尺寸查對： 表3-1 聯(lián)軸器對應尺寸