工业窑炉的设计

I 摘 要 机械专业的毕业设计针对广大完成机械专业相关学科学习的应届毕业生，一次重要的事件性教学环节。同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，在此过程中，毕业生们将会对所学专业知识进行全面复习与实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和相关选修课程的理论，结合实际分析和结局工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。 此次设计的论文题目是工业窑炉的设计（输送装置）。 选择 输送装置 方向的毕业设计题目完全符合本专业的要求，从应用性方面来说， 输送装置 又是 很多机器所必不可少的一个部分。有效保证 输送装置的功率及稳定性 能够达到设计的要求，具有很好的发展前途和应用前景。 带式输送机是胶带兼作牵引机构和承载机构的一种机械设备， 因此本课题研究 带式输送机 的工作原理， 以及整体机械中的零件尺寸计算、选用标准和强度校核 ， 必须 要求学生要有良好的心理素质和仔细认真的作风，对学生也是一次很好的练习机会。 根据题目要求和机械设计的特点做了以下几方面的工作：选择适宜的带式输送机的总体设计方案；选择电动机并计算传动装置的运动和动力参数；传动零件以及轴的设计计算，轴承、滚动轴承、键、联轴 器的选择及校验计算；绘制减速器装配图及典型零件图；编写一份 分析明晰，计算正确，阐述 清晰的 设计说明 。 关键词 ：带式输送机；减速器 ；机械设计计算；校验计算 II Abstract Mechanical design course design is in complete mechanical design course, an important practical teaching link. Is higher engineering college students is the first time most comprehensive design ability training, but also of the mechanical course thoroughly review and practice. Its purpose is to develop the theory with the practice of design thought, training comprehensive use of mechanical design and relevant elective curriculum theory, combining with the production design analysis and the ability of solving engineering problems, consolidate, deepen and expand the mechanical design knowledge. This design topic is the design of industrial furnace（ the conveying appliance） .Choose the graduation design topic conveyor direction completely meet the professional requirements. From the application aspect, Conveying device is a part of the essential for many machine. Effectively guarantee the power and stability of conveying device can meet the design requirements, Having the good development prospect and application prospect. Belt conveyor is a kind of mechanical equipment tape used as traction mechanism and carrying mechanism, Therefore, the research of belt conveyor working principle,And the whole machinery parts size calculation, selection criteria and strength check, Must require students to have a good psychological quality and carefully, The student is also a very good opportunity to practice. According to the topic request and mechanical design features the following aspects of work to do: Select the general design scheme of belt conveyor is suitable for the design ； Kinematic and dynamic parameters selection and calculation of the motor drive device ； Calculation of transmission parts and shaft design, selection and check of bearing, rolling bearing, bond, coupling calculation； Rendering speed reducer assembly drawings and parts of typical figure ； To prepare an analytical calculation is correct, clarity, clarity on the design description . Key words: belt conveyer； speed reducer； Mechanical design ； check computation III 目 录 摘 要 . III Abstract . IV 目 录 . V 1 绪论 . 1 1.1 课题研究的背景和依据 . 1 1.2 本课题的研究意义 . 1 1.3 课题国内外研究现状及发展趋势 . 1 1.3.1 国外带式输送机技术的现状 及趋势 . 1 1.3.2 国产带式输送机的发展现状及趋势 . 1 2 带式输送机简介 . 3 2.1 带式输送机 概述 . 3 2.2 带式输送机的特点 . 3 2.3 带式输送机安全运行保护装置 . 3 3 输送装置的总体设计 . 5 3.1 原始数据及设计要求 . 5 3.2 传动方案分析 . 5 3.2.1 所选方案的优缺点 . 5 3.3 电动机的选择 . 5 3.3.1 选择 电动机的功率 . 5 3.3.2 选择 电动机的转速 . 6 3.3.3 选择 电动机的类型 . 6 3.4 传动比的分配 . 6 3.5 传动装置的运动和动力参数分析 . 7 4 传动件的设计计算 . 9 4.1 齿轮传动的设计计算 . 9 4.1.1 高速级齿轮的传动设计 . 9 4.1.2 低速级齿轮的传动设计 . 12 5 轴系零部件设计 . 16 5.1 轴的设计和计算 . 16 5.2 滚动 轴承的选择和计算 . 20 5.2.1 1 轴上的轴承的选择和寿命计算 . 20 5.2.2 2 轴上轴承的选择计算 . 20 5.2.3 3 轴上轴承的选择计算 . 21 5.3 键连接的选择与计算 . 22 5.4 联轴器的选择与计算 . 23 6 润滑与密封的说明 . 24 IV 6.1 润滑说明 . 24 6.2 密封说明 . 24 6.2.1 减速器的密封 . 24 6.2.2 轴伸出端的密封 . 24 6.2.3 箱体结合面密封 . 24 6.2.4 轴承靠近箱体内外侧的密封 . 24 7 拆装和调整的说明 . 26 8 减速器箱体附件的说明 . 28 9 结论和展望 . 29 9.1 结论 . 29 9.2 不足之处及未来展望 . 29 致谢 . 31 参考文献 . 错误 !未定义书签。 工业窑炉的设计（输送装置） 1 1 绪论 1.1 课题研究的背景和依据 带式输送机发展已逾百余年，随着科技和社会生产力的不断发展，带式输送机的设计由初期的主要用于农业作物等较小密度物料的输送，发展至 用于制造、设计和安装的各种新技术、新方法的出现以及输送带接头技术的不断完善，带式输送机技术进入了一个高速发展阶段。它既可以进行散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的 工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。 带式输送机可以用于水平运 输或倾斜运输，使用非常方便，广泛应用于现代化的各种 工业企业中，如：矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中。 1.2 本课题的研究意义 随着带式输送机在各行业的广泛应用，其结构简单、运行平稳、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便、并可在连续装载条件下实现连续运输等许多优点，人们越发深刻理解和认识，因而带式输送机得到更多重视和高速发展。 本设计在全面考虑多齿啮合、运转平稳等运动学和动力学的要求，实现高承载能力、高传递效率、高可靠性 、 优良动力学性能 和送料定位准确 等指标，而且要便于制造、装配和检修，设计了该具有合理结构的 带式 输送机 。 此次毕业设计为设计一台工业窑炉的上下料输送机构。适用于产品 340*340*30。要设计出结构，并且各个部件结构可以对应安装起来。生产率为 80 件 /每分钟。要求运动平稳，送料定位准确。 1.3 课题国内外研究现状及发展趋势 1.3.1 国外带式输送机技术的现状 及趋势 国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在 2个方面：一方面是带式输送机多元化功能、扩大应用范围化 （ 高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送等各种机型 ）方向发展 ；另一方面是带式输送机本身的 硬件设备和技术有了很大提高 ，长距离、大运 量、高带速等大型带式输送机 成为重点发展 ， 而将 动态分析与监控技术 用于 带式输送机， 从而使得 运行性能和可靠性 得到提升 . 1.3.2 国产带式输送机的发展现状及趋势 我国带式输送机行业起步相对国外较晚，但是在冶金、矿山、煤炭、交通、能源、建材等基础工业的带动下，我国带式输送机行业发展速度较快。近年来国产带式输送机产量逐年增长，根据中国重型机械工业协会数据显示， 2009年我国带式输送机产量超过 800万米。在产量逐年增长的同时，国产带式输送机产品的种类和技术水平也有了较大程度的提高。当前我国已经建成以北方重工、安徽 盛运、山东矿机为代表的大型的带式输送机生产企业，并且随着国家产业结构的调整以及节能减排等政策的实施，行业内企业开始逐渐加大技术的研发力度，液压自动张紧技术、转弯技术、柔性制动技术、胶带防跑偏技术、监控技术以及变频技术在带式输送机上的逐步应用，使得带式输送机的安全可靠性得到了大无锡太湖学院学士学位论文 2 幅度提高，同时，多转弯、上运、下运以及胶带翻转等关键技术都得到了很好地解决。当前，我国自主开发的带式输送机产品已经具备装备国内重大工程的能力，并已开始向海外市场进军。据资料显示， 2009年，我国带式输送机出口产值约占带式输送机工业总产值 的 15%-20%。 从未来国内市场的发展前景来看，煤炭、矿山开采、港口码头、电力、钢铁、粮食等行业的投资规模将继续扩大，这也必将带动带式输送机的市场需求不断增大；国际市场上，发展中国家正大力发展其本国的基础工业，如印度、巴西、东南亚、非洲、拉美等国家和地区对带式输送机的需求量也在逐渐增加。国产带式输送机由于的性价比较高，在国际市场上具有很强的竞争力。因此国内外市场的发展角度来看，国产带式输送机都具有较大的需求空间。根据市场的需求趋势，带式输送机将朝着长距离、大功率、大运量的方向发展，同时随着节能减排等政策 的实施以及政府和全社会对安全生产的重视程度的增加，小规模火电、煤矿及水泥等生产企业相继关闭，取而代之的是具有先进工艺的大型企业，因此，对带式输送机的性能、质量、安全可靠性等方面的要求更高。由于带式输送机的核心部件决定了其整机的综合性能，因此带式输送机核心部件的专业化分工与协作将成为该行业发展的必然趋势，在带式输送机市场需求的带动下，其核心部件的市场价值也逐渐凸显。 工业窑炉的设计（输送装置） 3 2 带式输送机简介 2.1 带式输送机概述 带式输送机又称胶带输送机，人们通常成为“皮带输送机”。现今输送 带不光有橡胶带，还研发出例如 PVC、 PU、特氟龙、尼龙带等输送带。带式输送机基本原理为驱动装置拉紧输送带，由中部构架和 托辊 组成牵引和承载构件的。 带式输送机是一种依靠摩擦驱动以达到连续方式运输物料的机械。应用它可以将物料在一定的输送线上从供料点送至最终的卸料点的输送流程。如今的带式输送机不仅可以进行碎散无聊的输送，也可以进行成件物品的输送，还可将其与各工业企业生产流程相融合，形成有节奏的流水作业运输线，大大提高生产效率，因此带式输送机被广泛应用于现代化的工业中。 图 2.1 带 式输送机图 2.2 带式输送机的特点 (1)结构简单。带式输送机主要有驱动装置、制动装置、输送带等几大部件组成。因其组成部件少，部件通用性强，所以便于进行标准化生产，且部件代替性也强。 (2)输送物料种类广泛。带式输送带因不同承载物分有抗磨、阻燃、耐腐蚀、耐高温等各种特殊要求，因而能输送各种散料、块料、化学品和混凝土等。 (3)输送量大。运量从每小时几千克到几吨，且实现连续性运输，这是其相比其他输送装置无法比拟的优势。 (4)运距长。单机长度最大达十几千米一条，在国外已十分普及。 (5)能耗低，效率高。由于 运动部件自重轻，无效运量少，在所有连续式和非连续式运输中，带式运输机能耗最低、效率最高。 综上所述，带式运输机的优越性已十分明显。但运输成本高、已损坏、不适宜运送尖锐的、有棱角的货物是其一大软肋。 2.3 带式输送机安全运行保护装置 断带、打滑保护装置，又叫防滑保护装置，主要起到带式输送机在运转中发生断带或无锡太湖学院学士学位论文 4 胶带与驱动滚筒打滑时控制带式输送机停机，从而避免发生胶带着火等恶性事故发生。 1、 断带，打滑保护装置 断带，打滑保护装置由速度传感器及控制箱构成，磁铁安装在机头导向滚筒轮幅侧面上，速度传感器安装在支架上， 带式输送机的滚筒每装一周，安装在滚筒端面的磁铁就装一周并经过速度传感器一次，通过磁力作用，送入一个脉冲信号给保护装置，当发生断带，打滑时机头导向滚筒转速降低，当达到设定值时（如滚筒的转速低于正常速度的 70时）控制箱控制带式输送机停机。 2、 滚轮式断带，打滑保护装置 滚轮式断带，打滑保护装置，由滚轮传感器和控制箱组成，正常运转时，在胶带的带动下，滚轮保持一定的速度，保护装置不动作，当发生断带打滑时，胶带运行速度减慢或停止，当滚轮速度达到设定值时，发生开关信号，停止带式输送机运转。 3、 防偏保护装置 带式输 送机大多采用行程开关或防偏保护装置，它由防偏传感器和控制箱组成，当胶带跑偏时，胶带将立辊推向外侧，使传感器的触头和固定触头接触，控制箱控制带或输送机断电停电。 4、 堆 积 保护装置 堆 积 保护装置，安装在两部带式输送机搭接处，当发生堆 积 时，保护装置控制带式输送机停机。 5、 防撕裂保护装置 6、 飞带保护装置 它的作用就是在下运带式输送机失控的情况下或在制动后胶带与滚筒打滑的情况下，及时捕捉胶带，防止发生飞带事故。 7、 综合保护与集中控制装置 8、 软启动装置 软启动装置的作用就是胶带输送机启动平稳，可以减少启动电流 电网的冲击，减轻启动力矩对负载带来的机械振动 。 工业窑炉的设计（输送装置） 5 3 输送装置的总体设计 3.1 原始数据及设计要求 表 3-1 原始数据表 数据编号 1 输送机牵引力 F（ KN） 4.5 带速 V（ m/s） 1.8 鼓轮直径 D（ mm） 400 要求：输送产品规格 340*340*30，质量为 3kg,生产率为 80 件 /每分钟 3.2 传动方案分析 本设计采用 V 带传动作为外传动，配备两级展开式斜齿轮减速器。方案简图如下： 图 3.1 输送装置简图 3.2.1 所选方案的优缺点 带作为外传动，因其具有缓冲 吸振能力，从而减轻振动带来的影响，并且该工作机载荷变化不大，可以采用 V 带这种简单的结构，带式输送机本身便具有价格便宜，标准化程度高特点，使成本大幅降低。减速器部分为两级展开式斜齿轮减速，这是两级减速器中应用较广泛一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y 系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低，效率高。 3.3 电动机的 选择 3.3.1 选择 电动机的功率 1、传动装置的总效率： 无锡太湖学院学士学位论文 6 卷筒轴承齿轮联轴器带 42 （ 3-1） 由手册表 1-7 查得 96.097.099.096.0 卷筒齿轮联轴器带 ， 825.096.099.097.099.096.0 42 （ 3-2） 2、工作机所需的功率 KWFVP w 1.810008.145001000 （ 3-3） 3、电动机功率 Pd KWPPwd 818.9825.01.8 （ 3-4） 3.3.2 选择 电动机的转速 3 电动机转速 n 滚筒工作转速： 94.85)400(8.1100060 wn （ 3-5） 203.6203.61 ）（齿带总 iiI （ 3-6） 电动机转速 : 8.1718422.541)203.6(94.85 总inn wd （ 3-7） 符合的有 1500 r/min 由dPP 额取 KWP 11额 3.3.3 选择 电动机的类型 表 3-2 电动选择方案 1 方案 电动机型号 额定功率 /KW 电动机同步转 速 /r/min 满载转速 /r/min 额定转矩 /n mm 轴中心高 /mm 1 Y160M1-2 11 3000 2930 2.0 42 2 Y160M1-4 11 1500 1460 2.0 42 综上所述，选取方案 2 选 n=1500 r/min 表 3-3 电动机选择方案 2 电动机型号 额定功率 /KW 电动机同步 转速 /r/min 满载转 速/r/min 额定转矩 /n mm 轴中心高 /mm 轴直径 /mm Y160M1-4 11 1500 1460 2.0 42 160 3.4 传动比的分配 1、总传动比 459.894.851460 wmnniiii 低高带总 （ 3-8） 分配 低低高 ）（ iii 25.13.12.1 1 . 2 1 . 3 1 . 2 5ii低高 4 5 9.825.1 2 低带总 ii 取 1带i 则 48.86.2 低高 ii （ 3-9） 工业窑炉的设计（输送装置） 7 3.5 传动装置的运动和动力参数分析 1、各轴转速 mn= 1460r/min 满载时 1n = mn /带i =1460/1=1460 r/min （ 3-10） 2n = 1mn / 高i =1460/8.48=172.16r/min （ 3-11） 圆筒 4n =3n = 2n /低i =172.16/2.6=66.21 r/min （ 3-12） 2、各轴输入功率 轴 KWPPd 43.996.0818.9 带 （ 3-13） 轴 kwPPI 06.997.099.043.9 齿轴承 （ 3-14） 轴 kwPPIII I I 70.897.099.006.9 齿轴承 （ 3-15） 卷筒轴 kwPPI I IIV 53.899.099.070.8 联轴承 （ 3-16） 轴输出功率 =输入功率 轴承 =0.99P n 44.899.061.899.097.899.034.999.044332211PPPPPPPP （ 3-17） 3、 各轴输入扭矩（ N m） 电动机 mNnPTmdd 22.641460818.995509550 （ 3-18） 轴 mNiTT 035.50297.099.026.365.6112 带轴高 （ 3-19） 轴 mNiTT 4.125397.099.06.2035.50223 带轴低 （ 3-20） 轴 mNiTT 4.125397.099.06.2035.50223 带轴低 （ 3-21） 卷筒轴 mNTT 455.122899.099.04.125334 联轴 （ 3-22） 输入扭矩 866.124099.04.125301.49799.0035.502035.6199.065.61332211轴轴轴TTTTTT （ 3-23） 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 3.2 减速器装配图工业窑炉的设计（输送装置） 9 4 传动件的设计计算 4.1 齿轮传动的设计计算 1 精度等级，材料及齿数 （ 1）选用斜齿圆柱齿轮闭式软齿面传动 （ 2）初选 7 级精度 （ 3）材料选择：小齿轮材料 40Cr（调质） 齿面硬度为 280HBS 大齿轮材料 45 钢 （调质） 齿面硬度为 240HBS 4.1.1 高速级齿轮的传动设计 选小齿轮 Z1=17 齿数比 i=3.26 Z2=17 3.26=55.42 取 Z2=55 %5%5.11000012 izzii （ 4-1） 初选螺旋角 =14 m i n1 4 6 0459.81 rnI ，高 43.9,55,17 121 PZZ m i n16.1726.22 rnI ，低 06.9,54,21 121 PZZ 3211 12 HEHdtt ZZuuTKd （ 4-2） 确定公式内各计算数值 a.试选 6.1tK b.由图 10-30 选取区域系数 433.2HZ c.由图 10-26 查得 85.0,745.021 aa 则 595.121 aaa d.小齿轮传递转距 mmNnPT 451151 1017.6146043.9105.95105.95 （ 4-3） e.由表 10-7 选取齿宽系数 1d f.由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 218.189 MPaZ E g.由图 10-21d 查得齿轮的接触疲劳强度极限MPaMPaLH 550600limlim h.应力循环次数 911 104.8163002014606060 hjLnN （ 4-4） 8912 10905.948.8104.8 高iNN （ 4-5） i.由表 10-19 查得接触疲劳寿命系数 92.0,90.021 HNHN KK j.计算接触疲劳许用应力，取安全系数 S=1 523250660092.05406009.02121HHrHHM P aM P a （ 4-6） 无锡太湖学院学士学位论文 10 mmdt 61.605238.189433.226.326.4595.1110234.16.123 251 （ 4-7） k.圆周速度 smndv t 32.2100060 73061.601416.3100060 11 (4-8) l.计算齿宽 b 及模数ntm 87.914.661.6014.673.225.225.273.21714c o s61.60c o s61.6061.601111hbmmmhmmzdmmmdbnttnttd (4-9) m.计算纵向重合度 348.114t a n171318.0t a n318.01 zd (4-10) n.计算载荷系数 K 由表 10-2 查得使用系数 1AK 根据 v=2.32 级精度，有图 10-8 查得动载荷系数 08.1VK，故 42.161.601023.06.0118.012.11023.06.0118.012.13322 bKddH (4-11) 由表 10-13 查得 35.1FK 由表 10-3 查得 4.1 FH KK 故载荷系数 15.242.14.108.11 HHVA KKKKK (4-12) 0.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 mmKKddTt 88.666.115.261.60 3311 （ 4-13） p.计算模数nm mmzdm tn 82.317 14c o s88.66c o s11 （ 4-14） 按齿根弯曲强度设计 3 21212FSFdnYYzCOSYKTm （ 4-15） 确定计算参数 a.计算载荷系数 04.235.14.108.11 HHVA KKKKK （ 4-16） b.根据纵向重合度 348.1，从图 10-28 查得螺旋角影响系数 88.0Y c.计算当量齿数 工业窑炉的设计（输送装置） 11 21.6014c o s55c o s62.1814c o s17c o s33223311zzzzVV （ 4-17） d.查取齿形系数 由表 10-5 查得 736.1,583.1,288.2,01.32121 sasaFaFa YYYY e.计算大、小齿轮的 FsaFaYY并加以比较 85.0,83.0380,5002121 FNFNFEFE KK M P aM P a （ 4-18） 取 S=1.4 71.2304.138085.0 43.2964.150083.0222 111 SK SK FEFNF FEFNF （ 4-19） 01722.071.230736.1288.201607.043.296583.101.3222111FsaFaFsaFaYYYY （ 4-20） 大齿轮的数