〔大学论文〕ZG200 型振动给料机设计--结构设计（含word文档） .pdf

目录目录目录目录 绪论绪论绪论绪论1 1 1 1 1 zgzgzgzg 系列电机振动给料机的特征概括系列电机振动给料机的特征概括系列电机振动给料机的特征概括系列电机振动给料机的特征概括 1.1 用途2 1.2 特点2 1.3 分类2 1.4 主要组成部分2 1.5 选型说明3 . 工作原理和结构分析工作原理和结构分析工作原理和结构分析工作原理和结构分析 2.1 结构分析4 2.2 工作原理4 . 振动参数的确定振动参数的确定振动参数的确定振动参数的确定 3.1 运动学参数5 3.1.1 振幅 a5 3.1.2 机械指数 k5 3.1.3 激振频率f6 3.1.4 振动方向角6 3.1.5 抛掷指数 d6 3.2 振幅6 . 物料在槽体上的运动情况分析物料在槽体上的运动情况分析物料在槽体上的运动情况分析物料在槽体上的运动情况分析 4.1 运动分析9 4.2 常有振动机的振动参数11 4.3 物料的平均速度12 . 槽体尺寸参数的确定槽体尺寸参数的确定槽体尺寸参数的确定槽体尺寸参数的确定 5.1 给料能力与给料槽体尺寸的确定14 5.2 槽体型式和刚度要求14 5.2.1 槽体的结构14 5.2.2 槽体刚度的计算15 5.2.3 槽体尺寸的确定19 5.2.4 物料的等效参振质量和等效阻尼系数的确定19 6 6 6 6悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算） 6.1 弹簧元件的类型和用途21 6.2 弹簧元件的组合刚度22 6.2.1 螺旋弹簧23 6.3 圆柱形螺旋弹簧的自振频率26 6.3.1 未受载荷的自振频率26 6.3.2 受载荷的弹簧自振频率26 6.3.3 圆柱螺旋弹簧的许用应力27 6.3.4 螺旋弹簧的校核计算28 6.4 设计计算振动给料机的弹簧31 6.4.1 振动系统的质量计算31 7 7 7 7振动电机的选取及其确定振动电机的选取及其确定振动电机的选取及其确定振动电机的选取及其确定 7.1 激振力和功率35 7.2 传动基础的动载荷36 8 8 8 8安装、使用及维护条件安装、使用及维护条件安装、使用及维护条件安装、使用及维护条件 8.1 安装及调试37 8.1.1 安装前的准备37 8.1.2 安装37 8.1.3 试运转37 8.2 操作使用要点38 8.3 维护和检修38 8.3.1 日常维护38 8.3.2 定期检查39 8.3.3 修理39 9 9 9 9结束语结束语结束语结束语40 10101010 致谢致谢致谢致谢41 11111111 参考文献参考文献参考文献参考文献42 摘要 zg 系列电机振动给料机是一种新型的运输设备。它广泛应用于矿山、冶金煤 炭、火电、耐火、玻璃、建材、轻工、化工、机械，粮食等各行各业中。 本课题主要完成了 zg200 型振动给料机的总体设计，包括机械的尺寸设计、机 械的主要零件和组成部分在机体结构上的位置设计、激振源的确定及计算、悬挂弹 簧的设计和机械结构的动力学分析，包括机械运动学参数的确定、物体在槽体上运 动情况的分析、动力学模型的确定等任务。另外本课题还介绍了它的安装使用及维 护等技术条件 关键词：振动给料机总体设计动力学分析 abstractabstractabstractabstract zg series of electrical vibration feeder is a new type of transport equipment. it widely used in mining, metallurgy, coal, thermal power, fire-resistant, glass, building materials, light industry, chemical industry, machinery, food, etc. in all walks of life. the completion of the main topics of vibration feeder zg200 the overall design, including the size of mechanical design, mechanical parts and the main component of the body structure on the location of the design, and identify the source of excitation, the design and the hoisting of spring dynamic analysis of mechanical structure, including mechanical parameters of kinematics, object in the slot on the movement of an analysis of the situation, the dynamic model of the set tasks. . also in this issue also introduced its installation and maintenance, and other technical conditions. keywordkeywordkeywordkeywords s s s: : : :vibration feederoverall designdynamic analysis 绪论绪论绪论绪论 本次设计是在毕业之前所有的专业课程结束的前提下进行的，课题的提出是有 老师下发设计题目，学生自主选择的原则下进行，经学生和指导老师协商，确定为 本次的设计认务为 zg 系列振动电机型振动给料机的设计，处理能力是每小时 200 吨。 导师付靖老师从事振动给料机和筛分机设计工作多年，有较深厚的设计经验。 新乡-学校坐落的美丽的城市，在振动机械方面处于领先水平，并在这里起草了中 国振动机械设计手册的编制工作。基于以上原因，我们把毕业设计定格为振动机械 的设计。 本次设计是在专业课程结束的基础上，对所学习的理论知识应用和总结，能够 用于实际的设计工作之中，为以后我们走向工作岗位打下坚实的理论基础和实践经 验。 本次设计主要完成振动给料机总体设计，包括机械的尺寸设计、机械的主要零 件和组成部分及在机体上结构位置设计、激振源的确定及计算（振动电机） 、悬挂 弹簧设计、机械结构的动力学分析，包括机械的运动学参数确定（振动方向角、振 幅、振动圆频率等） 、物体在槽体上的运动情况分析、动力学模型确定及动力学分 析、安装、使用及维护、技术条件等任务。 在设计过程中首先完成振动给料机的总体设计，依据处理量和工作原理，确定 机械参数、槽体设计几何尺寸、振动电机功率的计算和型号的选取、悬挂弹簧的设 计和槽体、弹簧强度的校核；最后，完成振动给料机的安装、使用、维护等技术条 件的说明。 1.zg1.zg1.zg1.zg 系列电机振动给料机的特征概括系列电机振动给料机的特征概括系列电机振动给料机的特征概括系列电机振动给料机的特征概括 1.11.1 用途：用途： zg 系列电机振动给料机广泛用于矿山、冶金、煤炭、火电、耐火、玻璃、建 材、轻工、机械、粮食等行业中，用于把粉状、颗粒状及粉体物料从贮料仓或其他 贮料设备中均匀或定量的给到受料设备中。例如向破碎机、分选设备、筛分设备、 运输机械等输送散状物料。并可用于自动配称、定量安装、自动控制的流程中，实 现流水作业自动化。 1.21.2 特点：特点： zg 系列电机振动给料机是一种新型给料设备， 其它给料设备相比具有以下特点： （1）体积小、重量轻、结构简单、安装方便、维修少，费用低； （2）利用特制振动电机自同步原理，工作稳定、启动迅速，停车平稳； （3）物料按抛物线轨迹连续向前跳跃运动。因此给料槽磨损较小； （4）因为可以瞬时的改变和启闭料流，所以给料量有较高的精度； （5）本系列电机振动给料机不适合于有防爆要求的场合。 1.31.3 分类：分类： 按照不同的分类方法，可以将振动给料机分成许多类型。 按照物料输送方向的不同，可分为水平型振动给料机和垂直型振动给料机两大 类。 按照其驱动方式不同，可分为电磁、气力、液压和机械振动给料机；机械振动 给料机使用较多，又可分为惯性振动给料机和偏心连杆振动给料机。 1.41.4 主要的组成部分：主要的组成部分： 激振器-振动给料机的振源， 它产生激振力的大小直接影响着承载体的振幅。 承载体-在振动过程中，将能量传给物料，又是参振质体，其质量是振动系 统中的重要参数，承载体还必须具有足够的刚度和强度。 减振支承-既是整机的支承装置，又作减振用。 1.51.5 选型说明：选型说明： （1）使用条件 海拔高度不超过 1000m；环境温度不超过 40 o，在环境温度为 (205) o时，周围介质的相对湿度不大于 85%，周围没有严重腐蚀及影响电气绝缘 的介质。 （2）生产效率振动给料机的生产效率常以松散密度 1.6t% 3 m的河沙为标准物 料，当所运物料的松散密度和粒度大于河沙时，其生产效率与松散密度成正比来计 算，当所运物料的松散密度和粒度小于河沙时，其生产效率与松散密度成正比来计 算成绩的0.80.9倍，当所运物料为颗粒或粉末状时，其生产效率与松散密度成正 比来计算成绩的 0.50.7 倍。 （3）物料的最大进料粒度 一般情况下，为防止造成堵塞，物料的最大线形尺寸为槽宽的 1/3 1/4 尤其 对封闭的槽体更要注意。 （4）起跳频度所谓频繁起动，一般指每两次起动时间间隔小于 2min，如果 小于 2min，应选择 1 号或 2 号的振动电机。 .工作原理和结构分析工作原理和结构分析工作原理和结构分析工作原理和结构分析 2.12.1 结构分析：结构分析： zg 系列电机振动给料机有给料槽 1 传振体 2 振动电机 3 减震装置 4 四部分组 成。见图 2-1 图图图图 2-12-12-12-1 振动给料机的组成部分振动给料机的组成部分振动给料机的组成部分振动给料机的组成部分 2.22.2 工作原理工作原理 zg 系列电机振动给料机给料过程是利用特制的振动电机驱动给料槽沿倾 方作 用周期直线往复振动来实现的，当给料槽振动的加速度垂直分量大于重力加速度 时，槽中的物料将被抛起，并按照抛物线的轨迹向前跳跃运动。抛起或下落在 1/50 秒内完成。由于振动电机的连续激振动，给料槽连续振动，槽中的物料则连续向前 跳跃，以达到给料的目的。其给料过程如图 2-1 所示： 槽体双振幅 料槽静止点料槽位移上限 物料平位移 料槽位移下限 振动方向 振动电机 图图图图 2-22-22-22-2 给料过程给料过程给料过程给料过程 .振动参数的确定振动参数的确定振动参数的确定振动参数的确定 说明：在重有色金属冶炼过程中，所产生的高温物料采用振动输送、筛分和 给料，是行之有效的方法之一。它具有工作可靠，结构简单，能耗低等一系列优点。 通常在工程设计中，除采用单质体振动设备外，还有采用双质体的呈抛掷状态的振 动设备。振动参数有运动学参数和动力学参数。 3.13.1运动学参数运动学参数 运动学参数有激振频率、振幅、振动方向角、机械指数、抛掷系数和运动速度 等。 .1振幅振幅 a a a 的取值范围因激振机构不同而异，通常对于惯性驱动机构（偏心块激振器） 宜采用中频中幅，即 a=0.5-6mm，我们在这里取 5mm。 .2机械指数机械指数 k k 机械指数亦称动力强度指数，它是承载槽体运动的最大加速度 maxx与重力加 速度g的比值，即 22 0 4fa k g = 式中2wf=，为使设备运行可靠及延长其使用寿命，对于常用惯性振动设备取 k=35，较为适当。由于机械指数受材料强度与起决定性作用的惯性力大小限制。 所以本次设计选取机械指数 k=4。 输送物料的运动情况主要取决于垂直加速度的大小。 槽体最大垂直加速度与重 力加速度的比值称为抛料指数 d。 22 0 4sinfa d g = 抛料指数与机器指数有如下关系： d = k s in 周期性跳跃过程的抛料指数 d 在 1.03.3 之间。 .3激振频率激振频率f 当机械指数 k 和振幅 a 值确定以后由 () 0.5 2 4 gk f a =求出激振频率。推荐取值 范围为：f=1025hz 相当于 600-1500 次/min.有 k=4,a=5mm 得到 2223 sin4 9.8 14 4sin4sin4 3.145 10 dgkg f aa = z .4振动方向角振动方向角 振动方向角大小取决于设备用途和物料性质。为提高输送速度，最佳振动方向 角与机械指数相对应： 当 k=3 时，2636= oo 当 k=4 时，3060= oo 对于惯性驱动机构或振动频率大于 1000 次/min，取2030= oo。本次设计 取 0 45 。由d=ksin，k=4 可得 d=2.83 .5抛掷指数抛掷指数 d d 它是承载槽体最大加速度垂直分量与重力加速度 g 之比即： 2 /asingcos 式中是振动设备的倾角。 为使输送物料呈微抛物状态滑行。一般取 1 ： 2 0 0 cos() sin() k a d g = 而反向滑动的条件是反向滑行指数1 p d ： 2 0 0 cos() sin() p a d g + = + 式中 00 tan1f= .1 p d .1 p d 状态工作。 对于物料运动轨迹相对于槽面近于直线振动输送机，即以滑行为主的输送机， 在设计中，首先根据工作要求.物料情况，选定 p d. k d.的具体数值，在进行如下 计算： （1） 振动方向角本次设计取 45 度。 （2） 物料抛掷指数 d由公式d=ksin可知 0 d=4sin45 得 d=2.83。 若给料槽体做简谐运动 s=asin t=asin，由动力平衡方程可得： cossinnmgms=。 如果物料在输送过程中被抛离了工作面，则瞬时正压力 n=0。工程上把 sinms的幅值和cosmg之比称为物料抛掷指数 d，即： 2 sin cos a d g = 上式中d=2.83、a=0.005m、= 0 45 、 kg a =98.99。 可得 0 0=即槽体倾角为水平设置。 对应物料开始出现抛掷运动瞬时，槽体振动的相位角称为抛始角 d ，即： 1 arcsin d d = 1 arcsin 2.83 = 0 20.7 。 在该瞬时之前，物料和工作面沿着 y 方向是一起运动的；在该瞬时之后，物料 抛离工作面，在重力作用下在空中做抛物运动， 2 cossinsinyga= +v， 积分两次得到相对位移 zdzd =yv 的表达式，当相对位移yv 等于零 时，物料重新落至槽体，抛掷运动终止。此时槽体的相角 z =，称 z 为抛止 角。 dzd =，称 d 为抛离角。抛离角 d 和抛始角 d 的关系： 2 1 (1 cos) 2 cot1 sin dd d dd d = 物料抛掷一次的时间与机体振动周期之比称为抛离系数 d i： 2 d d i = 抛离系数 d i和抛掷指数 d 的关系： () () 2 22 2cos 21 1 2sin 2 dd d dd ii i d ii + =+ d i的值可以根据给定 d 值按上式求得，也可以从图 4-2 中查得： d i 图图图图 4-24-24-24-2 抛掷指数抛掷指数抛掷指数抛掷指数 d d d d 与抛离系数的与抛离系数的与抛离系数的与抛离系数的 d i关系关系关系关系 当 d1 时，物料相对槽体的运动状态以 抛掷运动状态为主，这样可以降低物料运动的阻力和减少物料对槽体的磨损，但抛掷运 动过于激烈又易使物料破碎或使输送状态不稳。一般取 1当取 01 2=时，则： 22 3 ( ) l ei lm =（5-2-6） 式中符号同（5-2-1） 在实际的应用中， 除了出现一阶弯曲振型还可能出现三阶等高阶的振型 （图5-3） 这些振型曲线上的拱段和节点影响物料的输送速度；在拱段上速度加快，在节点上 则相反。故在节点上常会发生物料堵塞的现象。为了改善这种状况，摆杆弹簧应装 在阻止槽体发生挠弯曲的位置上，也就是装在振动曲线的拱段上，而不应安装在振 动曲线的节点处当振动给料机为多点驱动时，则这些驱动点应设置在振动曲线的节 点上。 （a） (b) (c) 图图图图 5-35-35-35-3 弹性弯曲振动的各阶振型弹性弯曲振动的各阶振型弹性弯曲振动的各阶振型弹性弯曲振动的各阶振型 (a)(a)(a)(a)一阶振型一阶振型一阶振型一阶振型(b)(b)(b)(b)二阶振型二阶振型二阶振型二阶振型(c)(c)(c)(c)三节振型三节振型三节振型三节振型 图 5-3 中，横坐标 x 为振动给料机（ 0 0=）在水平方向上的长度坐标。纵坐 标 y 为槽体的位移。振动给料机槽体可能出现的弹性弯曲的振动形态振型是各 种各样的。它们分别与各阶固有频率相对应，也就是说每一个固有频率有各自相对 应的振型。一阶固有频率对应于一阶振型，二阶固有频率对应于二阶振型，其余的 以此类推。对于一阶振型弹性弯曲振动曲线与静止时的零线有两个交点，此交点称 为节点。对于二阶、三阶、四阶振型分别有 3、4、5 个节点，图中横坐标上各个节 点处标出的数值即为各种振型的各个节点离坐标原点的距离。 振动给料机高度与宽度比：0.30.5。 给料槽的结构适应工艺要求是振动给料机的重要特点，此外给料槽体还需进行强度 和刚度的设计计算，要保证槽体在受到周期性的激振力时。具有足够的刚度。当激 振力频率接近或等于某一自振频率时，会由于槽体本身的共振或接近共振， 使槽 体产生较大的振幅而加速槽体的破坏并影响正常给料。因此，应使槽体的一阶弯曲 自振频率大大高于激振频率。 .3 槽体尺寸的确定槽体尺寸的确定 已知：q=200/t h，h=150m(有经验值得),=1.6 3 /t m, 3600 m q b hv = 3 200 1.102 3600 150 100.21 1.6 m = 振动给料机的高度和宽度比取 0.30.5 我们选取比值系数是：0.3 得到高度值是：0.33m。 槽体内物料质量： /(3600) mm mqlv=(kg) 式中-槽体长度，m。根据经验值确定：1.3m所以： 3 200 101.3 368 36003600 0.21 m m ql mkg v = .4 物料的等效参振质量和等效阻尼系数的确定物料的等效参振质量和等效阻尼系数的确定 运动物料相当有百分之几参振，称为等效参振系数或等效参振结算系数km， 物料对振动机体产生的阻尼用当量阻尼系数cm表示。当抛掷指数时， 当量阻尼系数 m c在（0.16-0.18） m m 之间变化。 m k值与、有关，可以按图 5-4 查得，表 5-2 度 度 度 度 度 度 度 图图图图 5-45-45-45-4 不同角不同角不同角不同角时时时时 d-d-d-d- m k曲线曲线曲线曲线 表表表表 5-25-25-25-2 不同抛掷指数的物料等效参振质量折算系数不同抛掷指数的物料等效参振质量折算系数不同抛掷指数的物料等效参振质量折算系数不同抛掷指数的物料等效参振质量折算系数 m k和等效阻尼系数和等效阻尼系数和等效阻尼系数和等效阻尼系数 m c d( ) 0 / d ( ) 0 / z my k mx k m k my c mx c m c 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 34.85 30 26.38 23.58 21.32 261.25 289.2 307.2 333.2 361.25 -0.902 -0.766 -0.600 -0.328 -0.044 -0.014 -1.805 -1.608 -1.040 -0.004 0.236 0.192 0.155 0.092 0.008 0.66v 0.726v 0.71v 0 0 0 0.16v 0.18v 0.17v 3.00 3.25 19.38 17.92 379.74 395.92 -0.002 0.360 0 0.005 0 -0.086 0.66v00.165v .悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算） 6.16.1 弹性元件的类型和用途：弹性元件的类型和用途： 对于弹簧的选择可根据振动给料机的工作状态考虑，若处在近亚共振状态，则 弹簧应选的硬些。使固有频率接近工作频率。若处在远共振状态工作，则弹簧应选 择软些，使固有频率远离工作频率。 弹性元件（弹簧）的类型很多，分类的方法也很多。 1. 按用途分类 振动机械中所采用的弹性元件按照用途可以分为三类 4： （1）隔振弹簧 隔振弹簧的作用是对振动机体产生弹性支承，使机体得以实 现弹性振动，并减少传给机体或构架的动载荷。 （2）主振弹簧 主振弹簧的作用是使振动机在指定状态下工作。例如，振动 机和其他一些近共振机械， 通常选用强迫振动频率稍低于固有频率 0 的近亚共振 的状态，这时必须采用刚度适中的主振弹簧。 （3）其他用途的弹簧 这类弹簧包括：导向弹簧、连杆弹簧等。 导向弹簧的作用是起导向作用，使振动机体沿垂直于板簧中心线的方向运 动。连杆弹簧的作用是使系统实现弹性振动外，还传递给振动系统保持连续振动所 需的激振力。 2. 按结构形式分类 弹簧的类型按照结构形式来分，多达数十种。适用于振动机械的结构形式 也很多，最常见的有以下几种 （1）螺旋弹簧 圆断面圆柱形螺旋弹簧是目前振动机械中应用最广泛的一 种弹性元件。优点是：制造方便，内摩擦小，能耗较经济，在确定设计的情况下， 具有较长的使用寿命。缺点是：体积较大；容易产生噪声；调解刚度较不便；横向 刚度小；容易使机体出现横向摇晃。 除了采用圆截面的弹簧外，还有矩形截面的弹簧，以及采用圆截面塔形弹 簧等。在小型机器中还采用拉力弹簧。 （2）板弹簧 在许多振动机械中，板弹簧作为导向杆使用，起到导向振动 作用。在板弹簧电机振动给料机中，可以作为主振弹簧使用。 板弹簧的优点是：增减板弹簧片数，便可调节弹簧的总刚度；能使机体实 现定向振动。缺点是：加工量大，制造工艺要求比较严格，所占空间较大等。 （3）橡胶弹簧 在振动机械中，橡胶弹簧得到广泛的应用，它既可以作主 振弹簧使用，也可以作隔振弹簧和传动弹簧使用。既可在压缩状态下工作，也可在 剪切状态下工作。 橡胶弹簧具有以下一些特点： 1）可以制成各种不同形状和尺寸的制品。结构紧凑，能有效的利用空间。 2）弹性模量较小，可以得到较大的弹性变形，容易实现理想的非线性振动 特性。 3）形状不受限制，3 个方向上的刚度，可以根据实际需要进行设计。 4）具有较高的内阻，对于突然冲击和高频率振动的吸收具有良好的效果。 因此，采用橡胶弹簧的振动机启动和停车通过共振区时，其振幅比螺旋弹簧振动机 小得多，振幅比较稳定，但能耗比金属弹簧要大。 5）橡胶弹簧传递声音的阻力比金属大得多，所以隔音效果好，工作时噪音 小。 6）相同结构形式和尺寸的橡胶弹簧，可以通过改变橡胶的硬度，来得到不 同的刚度。 7）同一橡胶弹簧，能够同时承受多向载荷，因而可以使机器的结构大为简 化。 8）安装和拆卸方便。 橡胶或橡胶金属弹簧与金属弹簧相比具有以下优点：可模压成所需的形状和尺 寸。三个方向的刚度可随意选择，改变橡胶弹簧的内部构造，可以大幅度的改变刚 度。此外，由于橡胶具有较大的内阻力，因此在共振工作状态时，振幅的稳定程度 较好。缺点是：工作温度不超过 50 度，制品质量不够稳定、寿命较短。 综上所述：本次设计选取的弹簧为圆柱螺旋弹簧。 6.26.2弹性元件的组合刚度弹性元件的组合刚度 在振动机械中，常常是由多个弹簧组合成一个弹簧组，应将他们连结于一个或 多个振动质体上。无论是隔振弹簧、主振弹簧或是连杆弹簧，按照组合方式可分为 以下四种：反接式、并联式、串联式和复合式。 这些组合弹簧可以用一个等效弹簧来代替，等效弹簧的刚度即为组合弹簧的总 刚度。本次设计使用并联式，其图如 6-1 所示和弹簧总刚度计算公式如 6-2-1： 图图图图 6-16-16-16-1 等效弹簧简图等效弹簧简图等效弹簧简图等效弹簧简图 12 ccc=+ （6-2-1） 当 12 cc=时 12 22ccc= 式中c-并联式弹簧总刚度（n/m）; 1 c、 2 c-弹簧 1 、2 的刚度。 ..1螺旋弹簧螺旋弹簧 圆截面圆柱形螺旋弹簧 （1） 轴向刚度 4 3 2 8 z gd c d n =（6-2-2） 式中 z c-圆截面圆柱形螺旋弹簧的轴向刚度（n/m） ； g-弹簧钢的切变模量（gpa） ，见表 1-4-7； d-弹簧钢丝直径（m）; 2 d-螺旋弹簧中径（m）; n-螺旋弹簧的工作圈数。 （2）径向刚度图 6-2 为螺旋弹簧在轴向载荷 f 和径向载荷 r f作用下的变 化情况。假定其上下支撑面始终保持水平，则弹簧的径向刚度为： rrz ckc=（6-2-3） 式中 r c-弹簧的径向刚度（n/m） ； z c-圆截面圆柱形螺旋弹簧的轴向刚度（n/m） ； r k-比例因数。 图图图图 6-26-26-26-2 螺旋弹簧的轴向变形和径向变形螺旋弹簧的轴向变形和径向变形螺旋弹簧的轴向变形和径向变形螺旋弹簧的轴向变形和径向变形 f-f-f-f-轴向变形轴向变形轴向变形轴向变形fr-fr-fr-fr-径向变形径向变形径向变形径向变形 2 2 1 0.2950.384 r k h d = + 1 1/ e f f = 式中h-弹簧的有效工作高度（m） ； hhd= d-弹簧钢丝直径（m） ； h-弹簧在平衡状态时，其上下支撑面间的距离（m） ； 2 d- 螺旋弹簧中径（m） ； -轴向载荷影响系数； f-轴向载荷（n）; e f-临界轴向稳定性载荷（n） ； （3）结构参数计算 1）基本计算公式螺旋弹簧的螺旋角，一般较小（ 0 10 0.54 83 80 4 80 d d 4 120 65mn;70mn 合 金 弹 簧 钢 丝 60si2mn4806408008001000802004550 40250 60si2mna 60si2cra4752 40300 65 si2mnwa 5707609509501190 40350 60si2crva4550 40400 ..4螺旋弹簧的校核计算螺旋弹簧的校核计算 （1） 强度校核计算 圆截面螺旋弹簧 螺旋弹簧结构参数计算确定之后，还必须进行强度校核， 其切应力应小于材料的许用应力，即： 2 32 2 8 n gdfd f kk dd n =（6-3-4） 式中 -材料的许用切应力（pa） ；查表（6-2） -弹簧的最大切应力（pa） ； a-弹簧动变形幅值（m） ； n f-最大工作变形（m） ； 当机器正常工作时，a 即为机体的振幅 a； （2）强度安全因数的计算 振动给料机弹簧的最大工作应力循环次数在 106以上，所以选 107，因此， 应进行弹簧疲劳强度安全因数的校核计算。其计算公式如下： 0min max 0.75 s + = s（6-3-5） 式中s-疲劳强度安全因数； s-疲劳强度许用安全因数，当弹簧的设计计算和材料的试验 数据准确时，取 mins=1.31.7，当准确性低时，取 mins=1.8 2.2。 0 -脉动疲劳极限（pa） ，按表 1-4-8 和表 1-4-9 选取。 min -最小工作应力（pa）,按式（6-3-6）计算； max -最大工作应力（pa）,按式（6-3-7）计算。 min = 22 33 881 1 ma dd fkf f dd f （pa）（6-3-6） max = 22 33 881 1 ma dd fkf f dd f + （pa）（6-3-7） 式中 m f-平均载荷（n， ） maxmin 2 m ff f + =（n） ； a f-载荷振幅（n） ， maxmin 2 a ff f =（n） ； f-强迫振动频率（hz） ； f-弹簧系统的自振频率（hz） ，按式（6-3-1）或（6-3-2）和（6-3-3） 计算。 根据f/f，可在图 6-3 中差得1 f f 值。它相当于不同频率f的振动载荷所产 生的共振对弹簧切应力的影响。 表表表表 6-36-36-36-3脉动疲劳极限脉动疲劳极限脉动疲劳极限脉动疲劳极限 0 表载荷循环次数 4 10 5 10 6 10 7 10 0 0.45 b 0.34 b 0.33 b 0.3 b 表表表表 6-46-46-46-4 序 号 钢号热处理制度力学性能，交 货 状 态 布氏硬度 hbs 淬火温 度 0c 淬 火 剂 回 火 温 度 屈 服 点 s 抗 拉 强 度 b 伸长率（%）收缩率 （%） 5 10 1 1 1 165656565840840840840油油50050050050080080080080010001000100010009 9 9 935353535热轧热轧285285285285 2 2 2 270830油4808501050830热轧285 3 3 3 375820油4809001100730热轧302 4 4 4 485820油48010001150630热轧302 5 5 5 565mn830油5408001000830热轧302 6 6 6 655si2mn870油48012001300630热轧302 7 7 7 755si2mnb870油48012001300630热轧321 8 8 8 860 si2mn870油48012001300525热轧321 9 9 9 960 si2mna870油44014001600520热轧321 1010101070 si3mna870油4301600180020热处理302 1111111160sic2ra870油42016001800620热处理302 1212121265simnwa850油42017001900520热处理302 f/ / / /f1时时时时 f/ / / /f2时时时时 图图图图 6-36-36-36-31 f f 值 6.46.4 设计计算振动给料机的弹簧：设计计算振动给料机的弹簧： .1 振动系统的计算质量振动系统的计算质量 计算质量m mmbb mmk mk m = + 式中m-参振体质量，kg m m-物料的质量，kg m k-物料的参振系数； bb k m -各弹性元件的参振质量之和，kg; （）预估参振质量 振动机械设计的主要困难就是未知量太多，首先遇到的问题是参振质量，甚至 1 m、 2 m全未知， m m可以从运动学参数中确定。 1 m可以根据机体尺寸、振动参数、 结构强度预估为 500kg， 2 m受主振弹簧允许变形量的限制，根据经验值预估 2 m/ 1 m=0.5, 2 m=0.5 1 m=0.5500=250kg （）镉振弹簧刚度 选取隔振弹簧的频率比 0 z 激振源频率22 3.14 1487.92f=，隔振弹簧总刚度为： ()() 22 12 22 0 11 25050087.92362.34/ 4 cmmkn m z =+=+=， 圆后得：364/ckn m= 隔振弹簧采用四角均匀布置，每角一只弹簧，一只弹簧的刚度为： z c=c/4=91kn/m 等效阻尼系数： s k 220 sin364 sin 45182/ckn m= 选取振动给料机的弹簧为圆柱螺旋弹簧，已知参振质体的总质量为 m=868kg，振动 频率f=1500r/min，所需弹簧的总刚度364/ckn m=，弹簧数量 n=4,则单质弹簧 的轴向刚度是：, z c=91kn/m，在弹簧轴向方向的振幅 a=0.005m 弹簧轴向静形变 0 0.011amm=。 解：1）选择材料 65mn，按 1 类载荷考虑，载荷循环次数在 106以上，即 107，查表 6-2 和表 6-4，得 g=10gpa，1000 b mpa=，根据表 6-3，则 0.30.3 1000300 b mpa= 2）选择旋绕比 c=6.5。 3）计算钢丝的直径，按照式子（6-2-6） 、式（6-2-7） 、式（6-2-9） 、式（6-2-10） 计算k、f、f、d 410.6154 6.5 10.615 1.23 444 6.546.5 c k cc =+=+= 0 0.011 0.0020.013faam=+=+= min0 0.011 0.0020.009faam= 1025 1000 0.01313325 z fc fn= 6 88 1.23 13325 6.5 0.03 300 10 k fc d = m=30mm 取 d=32mm 4) 弹簧的中径，按式（6-2-11）计算。 2 6.5 32208dcdmm= 取 2 d=210mm 5)弹簧圈数，按式（6-2-8）计算 9 333 80 100.03 12.004 88 6.591 10 z gd n c c = 取 n=13 总圈数 1 n=n+2=15 6）弹簧节距，按式（6-2-13）计算。 0 0.011 7 0.005 0.030.2 0.030.051 3 g ak a tdm n + =+=+=51mm 按手册查取：d=32mm、 2 d=210mm、t=51mm、取 t=50mm 7) 弹簧自由高度，按式（6-2-14）计算 0 1.53 50 1.5 32154.8hntdmm=+= += 8）强度较核计算，按式（6-3-4）计算。 () 9 22 2 80 100.0320.011 7 0.005 1.23348 0.2103 n gdf kmpa d n + = 因此，改用材料 60si2mn,其 =480mpa 9)疲劳强度安全因数较核计算，查表 1-4-6，当量质量 () 12 16 2 ess mwww=+=6944kg 根据式（6-3-3） ，固有频率 f = 3 91 10 3.6 6944 z e c f m = =hz 1500 60 r f=25hz r f/f=6.95，1 f f =5.95 查图 6-3 得， 1 1 f f =0.2 按式（6-2-9）计算最大轴向载荷 max f和最小轴向载荷 min f： 3 max 91 100.0131183f=n 最小轴向载荷： 3 min 91 100.009819f=n m 1183819 1001 2 f + =n 1183 819 182 2 a f =n 2 33 88 0.2 100116.3 0.032 mm d fmpa d = 2 33 818 0.21 1.230.2 1820.7 0.032 1 aa d kfmpa f d f = max 16.30.717 am mpa=+=+= min 16.30.715.6 ma mpa= 根据表 6-3 和 6-4 得 0 0.30.3 1000300 b mpa= 根据式（6-3-5）计算，疲劳强度安全系数为 0min max 0.753000.75 15.6 18 17 s + = 满足s min1.82.2s=。 经计算比较得：两种弹簧都符合设计要求，但橡胶弹簧更经济、合理、安装方 便。因此吊挂应选用橡胶弹簧，弹簧型号为 140 14030。 .振动电机的选取及其确定振动电机的选取及其确定振动电机的选取及其确定振动电机的选取及其确定 7.17.1 激振力和功率激振力和功率 （）最大激振力之和 ()() 222 0 0 0 11 24100.868 89.920.00531.09 coscos169 115.5 1000 0.007 31090 89.92 0.050.534.2 20004 89.92 s pm rkmakn fm r = = () 2 0 pm rn= 式中 0 m-偏心块质量，kg r-偏心半径，m c=0.14m=0.140.86889.92=12kns/m () 0 22 12 89.92 arctanarctan169 24100.86889.92 s c km = ()() 222 0 0 11 24100.868 89.920.00531.09 coscos169 s pm rkmakn = 因采用双轴自同步激振器，每一激振器振幅为 p/2 即 15.5kn。激振器采用四片偏 心块其每片偏心块的质量矩 0 m r= 15.5 1000 4.2 4 89.92 = kg.m。 (2)电功功率 n 振动阻尼所消耗的功率： 22 0 1000 z c ncb= 轴承摩擦所消耗的功率： () 3 11 0 20002000 f dp d nm rkw = 总功率()() 1 zf nnnkw =+ 式中(0.1 0.14)cm=; -传动效率，一般取 0.95; 1 d-轴承平均直径， 1 d(dd）/2,m; d、d-轴承的外径及内径，m; -滚动轴承摩擦因数，一般0.0050.007; 0 c-系数，对于双轴激振系统， 0 c0.5. 振动阻尼所消耗的功率： ()() 22 22 0 0.5 1289.920.005 10001000 z c ncb=1.46kw 轴承摩擦所消耗的功率：取轴承中径 d=0.05m,=0.007 则 3 11 0 20002000 f dp d nm r = 1 0.007 31090 89.92 0.050.53 2000 =kw 总功率：取0.95 则()()() 11 1.460.532.1 0.95 zf nnnkwkw =+=+= 7.27.2传动基础的动载荷传动基础的动载荷 ()() 00 sin4820 0.005 sin 45034.08 t fcakn= 根据上述计算得可知的激振力、总功率、激振频率 总功率：2.1kw 最大激振力：31.09kn 激振频率：1500r/min 选取电机型号：yz-17-4 可满足要求。 . 安装安装安装安装. . . .使用及维护条件使用及维护条件使用及维护条件使用及维护条件 给料机的品种较多，结构也各有不同，因此要针对不同的给料机进行合理的安 装.使用与维