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JX16-23 【JX16-23】一种座式椭圆振动输送机结构设计二维+三维+论文

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北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计(论文)题 目：# 英文题目：#系 ：#专 业：#班 级： 系，专业，班级 请参照书写规范学 生：#学 号：#指导教师1：#职称：#指导教师2：#职称：#-1-声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得研究结果。论文在引用他人已经发表或撰写的研究成果时，已经作了明确的标识；除此之外，论文中不包括其他人已经发表或撰写的研究成果，均为独立完成。其它同志对本文所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表达了谢意。学生签名：_ 年 月 日导师1签名：_ 年 月 日导师2签名：_ 年 月 日毕业设计（论文）任务书（单独打印后装订此处）摘要椭圆振动输送机是一种高效的振动输送机设备。在工业生产中应用广泛，发展前景颇为乐观。本课题从国内外目前振动的发展情况着手，系统的分析了振动输送机的工艺，作用，发展趋势等等，然后又分析了振动输送机的结构，零部件，振动原理等发面的一些大致的情况。本文应用相关工程软件构造振动输送机的三维模型，并绘制了CAD图。本说明书主要针对椭圆振动输送机进行研究设计，本文主要工作包含以下内容：（1） 椭圆振动输送机的原理分析，确定输送机方案，绘制输送机原理图；（2） 椭圆振动输送机的动力学分析；（3） 确定水平振动输送机的主要结构参数，包括激振器、悬挂系统等结构，最终完成输送机总装图与主要零部件工程图。关键词：振动输送机，运动学设计，动力学校核，结构设计-50-论文英文题目，字体为Times New Roman三号加粗 AbstractElliptic vibrating conveyer is a kind of efficient vibrating conveyor equipment. Widely used in industrial production, the development prospect is quite optimistic. This topic from at home and abroad at present, vibration of the development to proceed, system analysis the process of vibrating conveyor, functions, the trend of development and so on. Then we analyze the structure of vibrating conveyor, components, principle of vibration of some general situation. The application of three-dimensional model of vibrating conveyor related engineering software structure, and the CAD graph.This manual mainly for elliptical vibrating conveyor research design, the main work of this paper includes the following contents:(1) the analysis principle of elliptic vibrating conveyor, conveyor conveyor determination scheme, drawing principle diagram;Dynamic analysis of (2) elliptic vibrating conveyor;(3) to determine the main structural parameters of the horizontal vibration conveyor, including vibration exciter, suspension system, car, etc.Structure, and finally complete the conveyor assembly drawing and the main parts of the project.Key Words：Elliptical vibrating screen，transmission，dynamics 目录摘要2Abstract3引 言41绪论51.1选题背景及意义51.1.1选题背景51.1.2选题的意义51.2振动机械简介61.2.1振动机械的简介61.2.2振动机械的分类71.2.3振动机械的应用81.3振动输送机原理分析91.4本课题研究内容112椭圆振动输送机总体设计122.1椭圆振动输送机概述122.2总体设计方案142.2.1输送机箱142.2.2振动电机选型142.2.3支撑装置152.3本章小结153椭圆输送机参数的设计及计算173.1工艺参数173.1.1处理量校核173.1.2物料运动平均速度173.2椭圆振动输送机振动系统分析183.3附加扭矩对输送箱运动的影响213.4本章小结224 双轴椭圆振动输送机结构设计234.1振幅、频率的选择和计算234.2激振块的设计234.3小横梁的设计244.4输送箱形状确定244.5电机计算与选择245激振器结构设计265.1电机参数确定265.2偏心块265.3带传动的设计275.3.1已知条件和设计内容275.3.2设计步骤及方法275.3轴的设计325.3.1主动低速轴的设计325.3.2从动低速轴的设计345.3.3高速轴的设计345.4其余附件设计375.4.1振动框架375.5.2电机架375.5.3加固板设计375.6本章小结376振动输送机相关强度校核396.1键的校核396.2轴承寿命的校核397振动输送机的二次隔振改进417.1隔振器种类41结论46参 考 文 献47致 谢49引 言 随着我国冶金工业的迅速发展，振动输送机设备在工程中广泛应用，对整个国民经济的发展起着至关重要的作用。因此，针对振动输送机分机械进行的研究具有重大的现实意义。从目前国内外的研究动向看，一方面致力于现存输送机的运动分析和结构调整；另一方面瞄准新颖的设计目标，探求合理的结构型式，动力配置和动力学参数，以便进一步推进输送机的应用。考虑到输送机的这种发展趋势，本课题的研究选择对双轴椭圆振动输送机的运动学和动力学参数进行理论分析。1绪论1.1选题背景及意义1.1.1选题背景不同的运动轨迹会对物料的输送产生不同的影响。通常，振动输送机工作过程的运动轨迹包括：直线、圆、和椭圆。圆运动振动输送机工作时，会产生一个旋转着的加速度矢量，使输送面上的物料极易分散。但圆运动轨迹的抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同条件下输送量不如直线输送机。直线输送机的输送机面呈水平布置，物料输送速度相当高，然而其加速度矢量只有一个方向，所以堵塞输送机孔的可能性较大。平面椭圆振动输送机结合了圆运动和直线运动两种输送机的基本优点，既强化了物料向前的输送量，又消除了直线输送机物料堵塞输送机孔的可能性，所以越来越被人们所认识。然而，此前国内外在有关双轴平动椭圆振动输送机的设计中，为了保证输送机箱的平动，要求振动输送机质心和力心必须重合。由于存在上述条件，在平动椭圆输送机的设计制造过程中，激振器通常被镶嵌在振动输送机输送机箱的中部，这不仅影响振动输送机的输送效率，而且导致拆装和维修非常困难，这一问题长期以来一直困扰着设计人员。因此，有必要对振动输送机的运动及动力学参数进行进一步的理论分析，寻求在质心和力心适当偏离的情况下，满足椭圆振动输送机工作条件的最佳动力学参数值。如果这种想法可行的话，将为椭圆振动输送机的工程设计提供理论与实践的正确指导。因此，本课题就是在总结现有国内外资料的基础上，针对当前惯性椭圆振动输送机存在的问题进行的针对性探讨和研究。1.1.2选题的意义1.尽管目前国内外研究和应用了各种新机型，像临界滚筒输送机、曲张输送机等等。但它们只适用于一定的场合，而振动输送机结构简单，生产效率高，工作可靠，适用面广，因此针对输送机的运动分析和结构调整仍是极具理论和现实意义的。2.另一方面，由于振动输送机工作噪音大，工作条件差，零部件易损坏，有关如何改进结构，采用更合理的动力学参数，使设备出现故障时更加易于维修的研究将作为一个重要课题，是今后振动机械设备相互竞争的重要优势之一。3.在椭圆振动输送机的结构设计方面，一直以来技术人员遵守着质心和力心重合的条件限制，没有人对在适当违反这一条件时的工作状态做进一步的理论探讨。因此，如果能够在理论上证明由质心和力心适当偏离而引起的附加摆动可以忽略不计，即突破以往国内外在惯性振动输送机设计中对双轴振动输送机所加的严格限制条件，将开拓更广泛的设计空间，设计出结构更加合理的振动输送机提供坚实的理论保证，这将是一件非常有意义的工作。如果，理论推导证明在质心和力心偏离时会产生强烈的破坏性振动，也可以从反面证明质心和力心重合的原则，避免工程人员在设计中不必要的失误。因此，本课题的结果是具有很强的现实指导意义的，同时也为今后设计更合理的结构提供了可靠的理论保证。1.2振动机械简介1.2.1振动机械的简介振动机械是根据振动的原理来实现各种加工操作，一种机械设备，在第二十世纪后半段，振动机械得到了迅速发展。如砂机振动输送机、振动给料机、振动落砂机、振动破碎机、振动筛分机在各行各业的生产实际中的广泛应用，在各种类型的过程中起着重要的作用。振动机械可分为三个部分：（1）激振器激振器是机械振动的动力源，它采用偏心块或偏心轴旋转产生激振力，在一定的形式和尺寸上产生振动矢量周期性变化，从而使振动矢量持续振动、物体或材料的筛选、输送、成型、压制和土壤、碎石等各种工作的工作。常用的激振器有气动、液压、惯性、凸轮、电磁和弹性连杆机构等。励磁机可以产生各种激振力，谐波或非谐波，多个或单。（2）振动载或工作机构在激振力作用下，振动载体使周期振动，并完成工作过程。如屏蔽盒、罐、台面、平衡框都是振动载体。（3）弹性元件或弹簧隔振弹簧、主振弹簧、连杆弹簧有三种。1）采用隔振弹簧支撑振动载体，实现预期的振动。动态负载也可以减少到结构或基础。2）主振弹簧也称为共振弹簧或储能弹簧。3）连接杆弹簧是用来传递振动机械中激振力的。在实践中，在某些振动机械中没有弹性元件。1.2.2振动机械的分类分析振动机械，找出它们的共同特点与特性，对它们进行分类，以使振动机械得到更好更合理的应用。振动机械的分类如图 1.1 所示。 图 1.1 振动机械的分类 这里只对惯性式振动机械做简单介绍，惯性振动机械是利用偏心块旋转产生的激振力工作的振动机械。惯性振动机械主要由六部分组成，如图 1.2 所示。 图 1.2 惯性式振动机 1-激振器，2-工作机体，3-弹性元件，4-偏心块，5-主轴，6-轴承和轴承座 惯性振动机械是由惯性激振器驱动的，偏心块是由离心惯性力产生的，它可引起工作机械的周期振动。偏心质量和偏心距决定了振动体的振幅，偏心块速度对于振动体的工作频率，改变齿轮传动比或改变电机的转速，可以改变振动体的工作频率。惯性振动机器包含以下特性：（1）附加质量的振动矢量的偏心块。（2）机械工作频率远大于系统的固有频率。（3）惯性力和离心力所产生的离心力，可以互相平衡。（4）根据不同的需要调整车身振动的频率和幅度。1.2.3振动机械的应用近年来，社会的飞速发展，机械振动技术得到了极大的改善，已被广泛应用于现代工业生产中。机械振动与其它形式的机械振动有着明显的优点：结构简单、重量轻、容易制造、成本低、消耗少的金属。能耗低，易于安装和维护等。机械振动的应用主要有以下七个方面。（1）材料振动时，机器运行时，可以使振动槽或筒体材料或在预期方向上滑动蠕动，以满足物料输送的要求。使用管道输送有毒或有害物质，可避免工人的健康受到伤害，这为生产提供了良好的环境，同时，便于运输的高温材料。（2）物料的选择、冷却、脱水、干燥和筛分机械振动的运转，使材料的对称性，松散分布的振动效应。同时，材料的作用力是：重力、惯性力、摩擦力和冲击力，所以这种机构可以有效地实现物料在输送过程中，冷却和脱水、筛和干燥工作。（3）工件清洗、研磨和抛光的对象机械振动加剧了研磨介质和材料（或物体）之间的相互碰撞和摩擦，从而有效地实现对工件的清洗、研磨和抛光。（4）松散材料的形成和压实材料中的机械振动，易于成形，结构紧凑。这是因为机械振动的运转，振动大大降低了材料的摩擦系数，增加了其“流动性”。（5）砂、土振动、压实、桩等。振动电机运行时，砂和碎石之间的摩擦，降低土壤和其他混合物，因此土壤对桩管，减少阻力，有效地完成了沙或土振动夯，夯桩等工作，使工人的体力劳动大大减少。（6）机器、仪器及部件的测试激振器可以是振动试验的对象；机械、仪表及相关参数的部分可以通过使用振动试验台或振动测量仪来确定，利用振动的原理可以是动平衡试验的旋转对象。（7）其他用途此外，振动机械的振动也可以加快内部变形晶体的焊接件和铸件的重新安排。短时间内消除内应力。可以看出，振动机械的使用是非常广泛的，它的物种将继续增加，在未来的生产将发挥更大，更有效的作用，在实际生产。1.3振动输送机原理分析振动输送机的基本结构如图1.1所示，包括输送机箱1，激振器2，输送机网，支承弹簧3，隔振架4，隔振弹簧5和附属机构。输送机箱是由钢板与型钢焊接或铆接成的箱型结构，在两侧板之间用无缝钢管或型钢联接，输送机箱内有输送带或输送机板。激振器按照不同的工作形式有安装在输送机箱中部的，也有安装在输送机箱底部或上部的，它是产生振动输送机振动的主要部件，它的布置形式将直接影响到振动输送机工作面的运动轨迹和振动效果。输送带是振动输送机中承受冲击最大的构件，也是与物料直接接触的构件，因此也是最易损坏的构件，从而使输送带承受很大的工作压力，并很快损坏。隔振架是为了减少振动对地基的冲击。振动输送机是利用振动进行工作的，因此在工作过程中产生的振动和噪音是非常大的，合理的布置隔振架可以明显的减少振动对地面的冲击，延长振动输送机的工作寿命。振动输送机的工作过程是这样的：输送机箱是进行振动输送机分的主要工作区域，物料从入料端进入输送机箱，输送机箱在激振器的带动下按照一定的轨迹振动，物料则在输送机箱的运动过程中向前运动，从出料端排出。一台性能良好的振动输送机通常希望获得高的输送效率、好的输送效果、稳定的振动工作状态和良好的安装和维护性能。为了实现这些性能要求，振动输送机的研究主要集中在以下几个方面。振动输送机工作面的运动轨迹要实现高的输送机分效率，在很大的程度上取决于输送面的运动轨迹。数十年来，人们对输送面的运动轨迹进行了大量的研究，从一条直线发展到多种曲线，从线性演变到非线性，从平面曲线到空间复杂曲线，逐步适应各种不同特性的被输送机物料的要求。通常，振动输送机采用下面三种运动轨迹。1.圆运动振动轨迹：圆运动振动轨迹带有一个旋转加速度矢量：因此松散被输送机物料的效应是相当强烈的。圆振动输送机有一相当陡峭的抛射角，没有促使物料向前运动的动力源，这对于物料的输送是不利的。为了促使物料向排料端运动，输送机必须倾斜安装，从而增加了输送机机自身的高度，占用厂房空间大，增加了基建投资。此外，输送面倾斜安装对提高输送机分效率也不利，输送机上物料越接近排料端，料层应越薄，最佳运动速度应按一定规律相应变小，提供输送机的机率，以达到输送机面料层等厚的目的。2.直线振动输送机分轨迹：输送机面水平的直线振动输送机有相当高的物料抛送速度。然而它的加速度矢量只作用在一个方向上，被输送机物料不能很快穿过，不能充分的松散和重新排列。因此，小颗粒不能很快穿过物料层到达输送机孔。由于直线的加速度矢量，塞在输送机孔内的颗粒很难从输送机孔中抛出。在不利的条件下有很大的堵孔危险，以致输送机分过程明显恶化。为了达到足够的输送速度，除振动输送机分方向外输送机面也必须有一个10度左右倾角，这样为了安装输送机子就需要显著增加空间高度。对于空间有限的现场，这种输送机子的应用受到很大的限制。3.椭圆振动输送机分轨迹：椭圆振动输送机结合了圆运动和直线运动两种输送机分轨迹的基本优点。确切地说，椭圆的“长轴”是强化物料输送的分量，而“短轴”是促进被输送机物料松散的分量。椭圆振动输送机的优点是：1)物料输送的速度较高，因此物料层厚度较薄；2)可较平安装，机器总高度较低；3)被输送机物料有强烈的松散和再排列效应，因此有较大的生产率；根据椭圆振动输送机的使用经验证明它的生产能力可以比圆运动和直线运动振动输送机高大约30%左右。在生产系统中比较也显示椭圆振动具有下列优点：1)在给料量相同的情况下需要的输送面积较小：2)在输送机分面积相同的情况下，能处理的给料量较大。1.4本课题研究内容1) 确定座式椭圆振动输送机的功能及工作原理，振动方案确定与总体结构设计；2) 标准件选型、关键零部件的强度校核与刚度计算；3) 计算机绘制总装配图、部件图及零件图（包括三维部件或零件的造型图）。技术参数：（1）输送机面规格：3000mm8500mm；（2）输送机面倾角 11度；（3）振幅 长轴 810mm；短轴 35mm；（4）振动频率：800rpm（5）处理量 450 t/h2椭圆振动输送机总体设计椭圆振动输送机是80年代初发展起来的一种新输送机型，与非均衡椭圆输送机的主要差别在于：输送机上所有椭圆运动轨迹的长轴和短轴相同，抛掷角的大小与方向完全一致。圆轨迹振动输送机上有一个旋转着的加速度矢量，输送机面上物料极易分散。但圆运动的抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同条件下处理量不如直线输送机， 直线输送机输送机面水平布置，物料输送速度相当高。椭圆输送机综合了直线输送机和圆输送机的优点、即椭圆“长轴”是强化物料输送的分量，而短轴则可消除部分物料堵塞输送机孔的可能性。因而，在一般倩况下，总的处理量较直线振动输送机和圈振动输送机大25%左右。2.1椭圆振动输送机概述 椭圆振动输送机具有结构简单、生产能力大、输送效率高等优点，因而在冶金及其它工业部门中被广泛应用。椭圆振动输送机由惯性激振器驱动。椭圆激振器通常由偏心块，主轴，主轴轴承和轴承座组成。工作机体的振动是由偏心块回转运动时产生的周期变化的离心力引起的。激振器的布置形式将影响到输送面的运动轨迹。通常输送面的运动轨迹包括直线，圆和椭圆，这在前面已经介绍过。椭圆振动输送机按照激振器驱动轴的数目，可以分成以下几种。1. 单轴式椭圆振动输送机单轴式椭圆振动输送机是由单轴式椭圆激振器驱动输送机箱振动。单轴式椭圆激振器由一根主轴和分布在主轴两侧的偏心块组成，产生沿圆周方向变化的激振力。当轴两端的偏心块具有不同的安装相位时，还会产生沿圆周方向变化的激振力偶。单轴椭圆振动输送机的激振器回转时产生椭圆力，迫使输送机箱振动。输送机箱的运动轨迹为圆形或椭圆。单轴振动输送机又可分为纯振动输送机和自定中心振动输送机。这两种振动输送机只是振荡器的结构略有不同。纯振动输送机的轴承中心与皮带轮中心位于同一直线上，输送机子工作时皮带轮就随输送机箱一起振动。这样就必然引起三角皮带的反复伸缩，从而引起皮带很容易损坏。因此，纯振动输送机的振动较小，一般均不大于3毫米。自定中心振动输送机的皮带中心位于轴承中心与偏心块的重心之间，并使皮带轮中心线位于偏心块与振动机体合成的质心上，即使其保持下列关系： 式中：振动机体的质量输送机箱的振幅偏心块的质量偏心块的质量至回转中心的距离这样，当输送机子工作时，皮带轮到中心就不随输送机箱一起振动，而只作回转运动，即皮带轮到中心在空间的位置几乎不变，输送机箱基本做圆运动，但输送机箱的运动没有给物料向前运动的分力，要靠输送机箱的安装倾角使物料向前运动，这就增加了输送机子的高度。这种输送机子的效率不高，一般输送机分效率在55%-60%。2.双轴式椭圆振动输送机双轴振动输送机输送机箱的振动是由双轴激振器来实现振动的振动输送机。激振器有两根主轴，两轴上都有偏心距和偏心重量。两轴中间用一对速比为1的齿轮连接。输送机箱运动轨迹为直线，圆形或椭圆。双轴式椭圆激振器的两轴通常作反向等速回转，所以当两轴上的偏心块质量及偏心距相等时，在y轴方向上两轴偏心块产生的椭圆力相加，而在x轴方向上两轴偏心块产生的椭圆力相互抵消，因此，该激振器将产生一个直线的，方向变化的激振力。当轴两端的偏心块具有不同的安装相位时，还会产生定向周期变化的激振力偶。当两轴上的偏心块质量及偏心距不相等时，输送机箱的运动轨迹是椭圆。由于椭圆的长轴是强化物料输送的分量，而短轴是促使物料疏松的分量，因此这种输送机子有较高的生产率和输送机分效率，可以安装成水平和有倾角的。3.多轴式椭圆振动输送机最常见的为四轴式椭圆激振器，通常产生两种频率的激振力。单轴式和双轴式椭圆激振器具有相当广泛的应用，而多轴式椭圆激振器仅在少数机器中应用。2.2总体设计方案 根据在图书馆及网上收集资料。我设计了如下总体设计方案，图2-1所示：图2-1 椭圆输送机总体设计方案图2.2.1输送机箱输送机框由侧板、后挡板、横梁、和承料板等组成。输送机框所用横梁一般用两端带法兰的封闭型材构成。目前多为圆形和矩形。当无合适的规格所选用时，矩形梁亦可压制对焊，其成型方式冷热均可，但在长度方向同一形态只能一次成型。焊接必须焊透，并进行退火处理，焊缝位置对直线振动输送机宜布置在振动方向的垂线上。输送机框侧板和后挡板、进料嘴及横梁宜采用高强度螺栓或环槽铆钉联接，受力较小部分可采用普通螺栓加锁紧螺母联接2.2.2振动电机选型振动电机的原理是动力源与振动源结合为一体的激振源，振动电机是在转子轴两端各安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力。振动电机的激振力利用率高、能耗小、噪音低、寿命长。振动电机的激振力可以无级调节，使用方便。选用合适的振动电机对于振动输送机很重要，这不仅会影响到输送机效率，而重要的是影响到输送机的使用寿命。振动输送机的输送机箱依靠两台相同的卧式振动电机做相反方向同步旋转，使支撑在减振器上的整个输送机做椭圆运动，物料从入料端落入输送机箱后，迅速前进、松散透输送机，完成输送作业。在振动输送机行业里，振动输送机上配套使用最多的电机是：JZO振动电机和YZS振动电机。为什么有的时候两种型号的振动电机都可以选用呢？原因在于客户输送物料的产量以及输送机子需要配用的振动电机功率等多种因素来决定的；另外就是JZO振动电机和YZS振动电机系列振动电机有很多型号是一样的，而同一种型号的两种电机的激振力是一样的。一般来说，同种型号的两种振动电机相比，JZO振动电机的功率要稍大于YZS系列振动电机，所以当客户的输送物料比重，产量等等比较大时就要选用功率大一点的JZO振动电机，相反则选用YZS的。此外JZO振动电机要比YZS振动电机运行稳定一些。就是同种型号的YZS振动电机要比JZO的重量轻、价格便宜一些。所以如果输送物料比重大，输送精度高，输送产量大，输送机需要运行时间长的话，最好选用JZO振动电机；相反可以选择用YZS振动电机，这样既实惠又可以达到输送目的。 振动电机的特点有：1、全封闭结构、可在任何无防爆要求的粉尘条件下工作；2、体积小，重量轻，激振力大并可无级调节，使用和维修方便；3、可以改变安装方式、改变激振力的方向等，采用强烈型振动、具有稳定的振幅等。2.2.3支撑装置根据JB/T 3687.1，振动输送机安装方式为座式。每台振动输送机由四组弹簧支撑，每组弹簧视振动输送机的规格不同，可由一个至三个弹簧组成。支撑弹簧可用橡胶弹簧或，亦可用复合弹簧，一般在支撑装置中还设计有摩擦阻尼器。鉴于橡胶弹簧和复合弹簧的橡胶内阻较大，对过共振区时的振幅有一定限制作用，故亦不设计阻尼器和其它的限制装置。2.3本章小结 本章对椭圆振动输送机的总体方案进行了设计，简要介绍了椭圆振动输送机的分类。并详细介绍了本输送机各部件的功能及设计要求，为下面的设计计算提供了理论基础。3椭圆输送机参数的设计及计算3.1工艺参数本节对椭圆输送机产量进行了校核及设计了物料在运动时的平均速度。3.1.1处理量校核输送机产量： (3-1)式中：F输送面有效面积，q单位处理量，（见表4），根据表4，取单位处理量为则可得，符合设计要求。3.1.2物料运动平均速度物料运动的平均速度和物料层厚度的计算对于振动输送机，物料运动的平均速度可按下式计算： （3-2）式中：角速度，； 倾角对平均速度的影响系数； 物料厚度影响系数； 物料形状影响系数； 滑行运动影响系数； 振动方向角（）。由振动输送机设计规范书可得，查表15取1.0，查表16得取0.9，查表17得取1.0。代入上式得：根据流量法 （3-3）其中：-输送面宽度，： -输送面上物料层的厚度，： 物料运动的平均速度，： 物料的松散密度，。物料的松散密度取1.2，则输送面上物料层的厚度。3.2椭圆振动输送机振动系统分析椭圆振动筛主要由筛箱、激振器和支承弹簧组成。激振器的偏心质量在一对同步齿轮传动下，保持一个稳定的相位差角，作同步反向转动，转动速度为，与直线振动筛不同之处在于两根轴上的偏心质量和偏心距都不相等。为了分析方便，将振动系统的力学模型简化如图3-1所示。图3-1 椭圆振动输送机的力学模型筛箱除了受偏心块产生的激振力外，还承受由于力心不通过输送箱重心而产生的附加扭矩，这样就必须考虑输送箱的扭振。假设超前一个相位角，则有，将两个偏心质量产生的激振力，分别沿X轴、Y轴方向分解并合成：产生的附加扭矩为：式中，两根轴上的偏心质量和偏心距两个偏心质量产生的激振力，结构几何尺寸两个偏心质量的相位角上式也可以写作：其中：系统振动微分方程为：式中，整机质量和转动惯量（包括偏心质量）机体质心加速度和机体角加速度支撑弹簧刚度和扭转等效刚度稳定运动下，必须由微分方程求出特解:下面对上述结果进行转轴变换，即将坐标轴逆时针旋转一个角度，则有：考虑到振动输送机在过共振区工作，即，且。上式简化为：将上面两式平方后相加，整理得：显然这是一个椭圆方程，即输送面重心的运动轨迹为椭圆，长轴为，短轴为，长轴方向角，决定了椭圆的形状，即椭圆度的大小，经验表面，根据输送物料的特性，短长轴之比一般取1:3到1:5。3.3附加扭矩对输送箱运动的影响由于附加扭矩的存在，会使输送面出现摆动，摆动角度下面就下面就分析一下由于摆动，筛箱任一点的运动轨迹。通过分析可知，任一时刻D点的位移由两部分组成，一部分是随输送箱质心的振动，另一部分是围绕输送箱质心的摆动，所以D点的任一时刻的位置为：由于很小，所以：因此，D点的动坐标值可由下式得出： 式中，输送面上任意一点D在质心为原点动坐标系下的相对坐标输送面上任意一点D在以质心为原点静坐标系下的绝对坐标 当由0向变化时，由上式可算出输送面上任一点的动坐标值，根据这个值可绘出输送面上任一点的运动轨迹。由于附加扭矩的存在，破坏了输送面作平动条件，使各点的长、短轴和方向角略有改变。为了消除附加扭矩，人们提出了“三心重合”的平动椭圆振动输送机的设计原则。但是这样严格的条件在工程上是很难完全满足的，而且由此带来的设备制造、安装、维护、检修一系列问题，制约了椭圆振动输送机的推广。3.4本章小结本章完成了对水椭圆振动输送机工艺参数的设计计算，其中包含产量的校核、物料运动时平均速度。并对输送机的振动系统进行了详细的分析计算。4 双轴椭圆振动输送机结构设计本章对振动输送机的总体结构进行了详细的设计计算，包括激振块、机架、横梁、输送箱、减震弹簧及电机的选型。4.1振幅、频率的选择和计算根据以上分析和本课题的结构和工艺方面的需求，初步选定抛掷指数Kv=3.10，倾角=11，振动方向=40。由于是椭圆运动 A=8mm B=3mm振动输送机的规格及主要技术性能如下：输送面尺寸： 3*8.5 振幅： 810，35 毫米频率： 800 r/min筛面倾角： 11 度筛面振动方向角： 40 度生产率: 450 吨/小时4.2激振块的设计根据公式 其中取 A=8mm B=3mm带入得 设 则 由式 面积 其厚度 使激振块2和1的厚度相同则其面积 4.3小横梁的设计根据尺寸和工艺需要，将要设计的小横梁选择为热轧普通工字钢，为HM300*200*8*300型H型钢。由于任务书中，要求3*8.5m，所以型钢长度为3000，法兰板的尺寸是根据它与侧板连接选用螺栓的尺寸规格，六组扳手空间来确定的。质量计算 型钢 3m*57.3 kg/m =171.9kg 法兰板 （2块） 加强筋 （4块） 一根弹簧的质量 本设计的长度为8.5M，所以选用14根。小横梁的总重量为 4.4输送箱形状确定输送箱采用下振式结构，可避免激振器轴承过热，下振式也能有效的降低输送箱的高度，节约空间，防尘效果好。输送箱是有俩块侧板，支座，加强角钢，以及贴板，小横梁用铆钉联接而成一个空间框架结构，激振器安装在输送箱上，输送箱上有四个支座，用来将整个输送箱固定在减震器上，输送箱俩侧板之间还有3根加强梁，有效的提高了输送箱的强度。实际上，输送箱是一个具有质量和弹性的可发生结构振动的无限多自由度的弹性振动系统。由于设备的工作频率800次/分钟左右，振动强度3.3，因此工作时，除了输送箱整体平移振动外，在交变激振力和弹性力的作用下还伴有结构振动。输送箱结构振动是各阶振形的叠加。4.5电机计算与选择振动输送机的功率消耗主要有振动器为克服各种振动阻尼而消耗的功率和克服轴系中的摩擦力来确定，可按下式确定：对于双轴振动筛而言：式中传动效率 c阻尼系数 F滚动轴承的摩擦系数 轴承的平均直径 N电机的转速取： M = 14535kg m =218.913 c = 0.25 F = 0.005 =0.12m则：由设备所需的功率和转速，查机械设计手册电机选为：Y280S-8。5激振器结构设计5.1电机参数确定根据前面所计算的参数，（5-1）由于高低频轴的转速比为1:2，那么振动频率即为低速轴转动的频率，即（5-2）这里取带传动比为3，那么电动机转速为1080/min。综上所述，电动机选择额定功率为75kw，额定转速为1000r/min。在此工况下，频率通过查阅机械设计手册电动机选取部分，我们选择Y280S-8型号起重冶金用型电机。5.2偏心块根据资料，估取整机质量约50t=50000kg，可根据公式（3-3）可计算出低频偏心轴的偏心质量矩为312.5kgm，再根据公式（3-4）高频轴的偏心质量矩为78.125 kgm。偏心块偏心距的确定遵循高低频偏心轴旋转不干涉的原则，取低频轴偏心距为0.18m，则低频偏心块的质量为1736kg；同样的，我们取高频轴偏心距为0.12m，则高频偏心块的质量为651kg。根据偏心块的质量，查阅相关资料，偏心块形状取为矩形板状，长宽根据轴的尺寸而定，厚度取30mm，中间开螺栓孔，以便使用螺栓与轴相连。5.3带传动的设计5.3.1已知条件和设计内容已知条件：1）工况条件：偏心质量较大，属于载荷变动较大的工况条件，启动时交流启动；2）传动位置及总体尺寸：两带轮基本属于水平分布，中心距约为1200；3）传递功率：55kw；4）大小带轮转速与传动比：传动比为3，小带轮转速1000，大带轮转速333，属于减速传动。设计内容：设计内容包括选择带的型号、确定基准长度、带的根数、中心距、带轮的材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力和压轴力、张紧装置等。5.3.2设计步骤及方法（1）确定计算功率计算功率是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的（3-6）式中计算功率，kW；工作情况系数，见下表；所需传递的额定功率，如电机的额定功率或名义的负载功率，kW。表5-1 工作情况系数表这里我们根据已知条件取根据公式可计算出（5-7）（2）选择带型根据计算出的功率和小带轮的转速，参考下图选取普通V带的带型。图5.1 普通V带选型图根据计算结果及上图，我们选择C带型。（3）确定小带轮的基准直径并验算带速1）初选小带轮的基准直径根据V带的选型，参考设计手册确定小带轮的基准直径，应使。由上述可知，选取C带型，基准直径选280.2）验算带速根据公式（5-9）可计算出带速，在525m/s范围内。3）确定大带轮的基准直径由公式计算，并根据带轮基准直径系列适当圆整，可得出（4）确定中心距a，并选择V带的基准长度ld。1）根据带传动总体尺寸的限制条件和或要求的中心距，结合公式初定中心距a0；（5-10）经过计算中心距为1140mm。2） 计算相应的带长。（5-11）计算出，再根据带的基准长度系列取3） 计算中心距a及其变动范围。传动的实际中心距近似为（5-12）考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张进的需要，常给出中心距的变动范围（5-13）（5）验算小带轮上的包角由公式（5-14）可知小带轮上的包角小于大带轮上的包角。又根据公式（5-15）可知，小带轮上的总摩擦力相应的小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能发生在小带轮上。为了提高带传动的工作能力，应使（5-16）经验算，得出结果符合相应条件。（6）确定带的根数（5-17）为了使各根V带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根。否则，应选择横截面积较大的带型，以减少带的根数。（7）确定带的初拉力F0根据式（5-18）并计入离心力和包角的影响，可得单根V带所需的最小初拉力为（5-19）对于新安装的V带，初拉力应为；对于云状后的V带，初拉力为。安装时，应保证初拉力大于上述数值，但也不能过大。为了控制实际的大小，可以采用初拉力测定的方法，即在V带与两边带轮切点的跨度中点，施加一定的、与带边垂直的力G，使带在每100mm上产生1.6mm的挠度即可。（8）计算带的压轴力为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力（5-20）式中，为小带轮的包角。（9）小结小带轮直径：；大带轮直径：；中心距：；带长：带的根数：5.3轴的设计5.3.1主动低速轴的设计（1）轴上功率、转矩、转速及最小轴径的计算电机提供功率为55Kw；带传动的效率为0.95；轴承传动的效率为0.98；经过带传动以及轴承消耗，轴所剩功率为：（5-21）轴的最小直径可通过公式计算：（5-22）这里说明一下，当轴截面上开有键槽时，应该增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。对于直径小于100mm的轴，当有一个键槽时轴径增大5%7%；当有两个键槽时，轴径应增大10%15%。然后将轴径圆整至标准值。（5-23）圆整后，我们取最小轴径100mm。（2）轴结构的设计根据轴上零件的分布，轴的结构大致如图所示5.2轴的初步结构设计图1-2轴段：根据轴上所装配的零件起，我们取1-2轴段，轴上所此处装有带轮，根据带轮的宽度150mm，我们取轴的长度；2-3轴段：该段轴起定位作用，左侧轴肩对带轮定位，故该段轴径，轴的长度选根据下端轴与左侧壳体的位置来定，这里我们取；同样的，8-9段轴与之对应相同。3-4轴段：该段轴用于装轴承，由于该轴承主要承受较大的径向载荷，故轴承选用能够承受较大载荷的双列滚子轴承，根据手册查的，所选轴承型号为NF224，该轴承基本尺寸为：内径、外径、宽度为。故我们这里，轴段长度应小于轴承宽度，取轴段长度；同样的，右侧轴承所对应的7-8轴段与本段相同。4-5轴段：该段轴用于对轴承惊醒轴向定位，取轴肩高度为10mm，所以该段轴轴径，轴段长度取；右侧6-7轴段与之相同。5-6轴段：该段轴主要用于承受偏心块的激振力，轴径初选为，长度为；9-10轴段：该段轴用于齿轮的安装，轴径取，根据齿轮宽度可定出轴段长度。（3）轴的强度校核根据轴的受力分析，可知轴同时受弯矩和扭矩，故应进行弯扭合成应力校核轴的强度。分析可知轴的危险截面位于轴的中间截面，故校核该截面即可。根据轴的弯扭合成强度条件（5-25）轴的材料取45钢，调制处理。由机械手册可查得。经过计算得（5-26）因此，轴安全。 由于前面我们计算出了偏心块的质量与偏心距，这里我们根据数据适当的调整轴径以满足相应的偏心距，具体尺寸见图纸。5.3.2从动低速轴的设计同样的，我们根据轴上零件的布置情况，确定如下图的轴结构5.3从动低速轴初步设计图根据轴上零件的配置情况，相比较主从轴而言，该轴右侧无需装配带轮，故少去了前两段，其余尺寸与主动轴一致。5.3.3高速轴的设计（1）高速轴上功率、转矩、转速及最小轴径的计算电机提供功率为75Kw；带传动的效率为0.95；齿轮传动的效率为0.98；轴承的效率为0.98；两从动轴的转矩比为4:1经过带传动、齿轮传动以及轴承消耗，轴所剩功率为：（5-28）轴的最小直径可通过公式计算：（5-29）这里说明一下，当轴截面上开有键槽时，应该增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。对于直径小于100mm的轴，当有一个键槽时轴径增大5%7%；当有两个键槽时，轴径应增大10%15%。然后将轴径圆整至标准值。（5-30）圆整后，轴的最小直径为35mm。（2）轴结构的设计根据轴上零件的分布，轴的结构大致如图所示5.4轴的初步结构设计图由于该轴的最小直径段在右侧，故我们从右侧设计起：7-8轴段：根据轴上所装配的零件，同时考虑到轴的刚度与强度，我们取1-2轴段，轴上所此处装有齿轮，根据齿轮的宽度200mm，我们取轴的长度；6-7轴段：该段轴起定位作用，右侧轴肩对齿轮定位，故该段轴径，轴的长度选根据下端轴与左侧壳体的位置来定，这里我们取；同样的，8-9段轴与之对应相同。5-6轴段：该段轴用于装轴承，由于该轴承主要承受较大的径向载荷，故轴承选用能够承受较大载荷的双列滚子轴承，同时，为了与低速轴保持一致，根据手册查的，所选轴承型号为NF224，该轴承基本尺寸为：内径、外径、宽度为。故我们这里，轴段长度应小于轴承宽度，取轴段长度；同样的，右侧轴承所对应的2-3轴段与本段相同。4-5轴段：该段轴用于对轴承进行轴向定位，取轴肩高度为10mm，所以该段轴轴径，轴段长度取；右侧1-2轴段与之相同。3-4轴段：该段轴主要用于承受偏心块的激振力，轴径初选为，长度为；（3）轴的强度校核前面我们校核过了低速轴，而高速轴危险截面与之相对应，但偏心块质量小得多，故无需校核，该轴安全。由于前面我们计算出了偏心块的质量与偏心距，这里我们根据数据适当的调整轴径以满足相应的偏心距，具体尺寸见图纸。5.4其余附件设计5.4.1振动框架根据振动机械的设计原则，振动体部分优先考虑设计为整体，所以整栋框架选择焊接件，整体形状为5.5振动框架示意图1）由于两侧受较大的压力载荷，故壁厚根据计算取50mm，上壁厚取30mm。2）两侧对应切制安装轴的圆孔，孔的大小依据轴承套大小来定。3）两侧面需要连接加固板，故应开制螺栓孔，大小根据查询资料取M24。5.5.2电机架电机架采用可调节设计，具体的使用螺杆顶压机构，可使得安装电机时方便预紧带轮。5.5.3加固板设计根据激振器结构，需要在激振器两侧面加固，已保证工作时激振器与底座能稳固连接，同时为了方便连接右侧的输送槽，应该在两侧面加焊两加固板。输送槽边应多伸出一些余量，以便连接输送槽。5.6本章小结本章完成了对椭圆振动输送机其中最重要的核心部件激振器的设计，其中包含传动机构、轴、电机以及偏心块等零部件的设计。该激振器部分主要依靠电机驱动带有偏心块的偏心轴进行回转运动，产生具有周期性的激振力而工作的。在该部分的设计中，要注意偏心轴的转速（影响激振频率、激振力幅值）、偏心质量及质心位置（影响激振力幅值）要设计成可调节的结构，以便适应不同的工作状况。6振动输送机相关强度校核6.1键的校核在本设计中键的连接主要在激振器箱体的轴上，故键的校核也在此。 对于平键联接，如果忽略摩擦，则当联接传递转矩时可能的失效形式有：较弱零件（通常为毂）的工作面被压溃（静联接）或磨损（动联接，特别是在载荷作用下移动）和键的剪断等。对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，压强和磨损常是主要失效形式。因此，通常只作联接的挤压强度或磨损计算。假设压力在键的接触长 度内均匀分布，则根据挤压强度 联接所能传递的转矩有静联接式中 d轴的直径； H键的高度； l键的接触长度； 许用挤压应力（见 机械设计手册，按锻钢查得）； 对于本装配中所用的两个键均为静联接，故只进行键的挤压强度校核即可。现对据上式对偏心轴与套筒配合的平键进行校验：故键的强度校核通过。6.2轴承寿命的校核大量实验表明，滚动轴承的疲劳寿命是相当离散的。一个滚动轴承的寿命是指轴承中任一个滚动体或滚道首次出现疲劳扩展之前，一个套圈相对于另一个套圈的转数，或在一定转速下的工作小时数。滚动轴承的负荷与寿命的关系方程为：式中 P当量动载荷（N）： 基本额定寿命（转） C进本额定动载荷（N） 寿命指数，对于球轴承=3，滚子轴承=10/3在实际的工程计算中，滚动轴承寿命常用小时表示，此时基本额定寿命为 式中 n=轴承转速（n/min）。在恒定的径向负荷Fr，和轴向负荷Fa作用下，当量动负荷为 考虑机械工作是的冲击、振动对轴承负荷的影响，应引入负荷系数。此时，轴承的当量动负荷应为 式中 X,Y颈项系数和轴向系数X/Y/可由机械设计（龚景安 许立忠主编，机械工业出版，1998）中表9-7，表9-10查得。a) 求当量动负荷P 由于该轴只受径向力作用，所以Fa=0，经差得X=1，=1.5. b）计算寿命由机械设计手册查型号为2002/4C140的调心滚子轴承可有，其基本额定动载荷为408KN。代入得结论：选用22320/c4的圆锥滚子轴承符合要求。7振动输送机的二次隔振改进由于振动筛的工作频率很高，筛体在作往复运动时，必产生周期性惯性力反作用于传动机构，并通过传动机构作用于机架、厂房而引起振动。合理的隔振设计，不仅有利于振动筛的高产、安全和耐用，而且还会降低工作环境的噪声和振动。因此对振动筛进行有效的隔振是十分必要的。7.1隔振器种类用来在某频率范围内减弱振动传输的隔离器称为隔振器。一般烧结振动筛上使用的隔振器有橡胶弹簧和金属圆柱弹簧2种。1 橡胶隔振器橡胶隔振器在原料振动筛上应用较多，它既是弹性元件，又是粘弹性阻尼器。主要由天然橡胶或合成橡胶制成。目前广泛使用的是2种抗油性好的丁晴橡胶和氯丁橡胶，一般多用于高频振动的积极和消极隔振。橡胶隔振器用的橡胶是一种非线性的弹性材料，它具有承载能力低，刚度大的特点。若过载，将极大缩短弹簧的使用寿命。另一方面，由于橡胶具有明显的所谓弹性后效现象，因此橡胶具有较大的阻尼，对于降低共振的影响，对于突然冲击和高频振动的吸收以及隔音具有良好的效果。2 金属弹簧隔振器金属弹簧隔振器在热矿振动筛上应用较多，以及与橡胶减振材料组合使用的复合弹簧隔振器应用在冷矿振动筛上。比橡胶弹簧更耐高低温，可有较大的静变位和较低的固有频率。具有承载能力大，变形量大，刚度小，阻尼系数小，水平刚度小于垂直刚度，易摇晃等特点。3 烧结振动筛常用的隔振方案及选择3.1 常用的2种隔振方案振动筛最常见的隔振方案(如图7-1所示)有2种：图7-1 隔振系统示意图(1)一次隔振系统。在振动质体和基础，或结构架之间加隔振弹簧。(2)二次隔振系统。当一次隔振系统的隔振效果不能满足实际需要时，可采用二次隔振系统。在一次隔振弹簧的外部，再增加一个隔振质量和二次隔振弹簧。3.2 烧结溶剂筛减振改造的方案一般烧结振动筛大都是安装在混凝土楼板上，一次隔振系统的隔振效果不能满足实际生产需要，所以全部采用二次隔振系统。改造后的振动筛由传动装置、筛框、筛网、复合弹簧、二次减振架组成。一次减振架由1块钢板固定在混凝土大粱上，上面设有复合弹簧，复合弹簧上安装二次茂振架，二次减振架上安装复合弹簧，筛框安装在复合弹簧上(见图7-2)。图7-2 二次隔振系统4 摄动筛隔摄理论4.1 隔振原理所谓隔振，就是将振动筛用刚度较小的弹簧悬吊或支承起来，以减少传给基础的动载荷。隔振的原理就是用弹性支撑物来减弱冲击和振动传输，使其固有频率小于振动频率，以便很小的激振力传递到支撑上。只有时，隔振系数1.4及1.4)，符合隔振理论。传给地基的动载荷幅值较一次隔振减小约5倍。4.3 二次减振系统设计应注意的事项在选用二次隔振系统时，在振动筛隔振器设计、选用方面，还要注意以下几点：(1)预防筛体产生摇摆振动，设计中要注意激振力作用点尽量靠近筛体质心，使围绕质心的激振力距尽可能减少。还要使围绕质心的弹性力矩之和接近于零，并注意弹性支承稳定性。(2)以弹簧支承振动筛，弹簧两端均采用凸台式弹簧座，在弹簧静变形量不够的情况下试运转时，可防止弹簧飞出伤人，又可做限制定位用。(3