机械毕业设计（论文）-N500涡流选粉机设计【全套图纸】

毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 N500 涡流选粉机设计 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学生姓名学生姓名 班班 级级 B B 机制机制 051051 学学 号号 3 3 指导教师指导教师 完成日期完成日期 20092009 年年 6 6 月月 6 6 日日 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 目目 录录 1 前言 .1 2 涡流选机的总体设计 .2 2.1 涡流选粉机的分级原理2 2.2 涡流选粉机的性能特点及应用 .3 2.3 涡流选粉机的结构 .5 2.4 涡流选粉机的主要参数 .5 2.5 涡流选粉机传动方案设计 .6 2.6 涡流选粉机运动和动力参数设计 .7 3 涡流选粉机结构设计 10 3.1 锥齿轮的设计及其校核计算 10 3.2 涡流选粉机转子部件设计及其校核计算 13 3.3 轴承的选择及其校核计算 16 3.4 转子平衡 18 3.5 轴上零件的固定 19 4 设备的制造和安装要求 20 4.1 制造要求 20 4.2 安装要求 20 5 结论 22 致谢 23 参考文献 24 附 录 25 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 N500 涡流选粉机设计 2 N500N500 涡流选粉机设计涡流选粉机设计 摘要： N500 高效涡流选粉机是涡流选粉机的一种，选粉机是水泥生产过程中的必 要设备，其性能直接影响水泥质量的优劣和成本，因此要求其满足能耗低、产品质 量高、选粉效率高等特点。本课题目的是设计一台 N500 涡流选粉机，主要进行了 N500 涡流选粉机的总体设计和转子部件设计。总体设计要确定选粉机总体配置及结 构方案，包括结构、尺寸，电动机的选择等；转子主要由转笼和立轴组成，转子部 件设计包括立轴的设计及校核，立轴上锥齿轮的设计及校核和轴承的选择与校核。 设计中考虑了控制转子的转速来调节物料的选择粒度和产量，在提高性能的同时应 尽量减少故障的发生，以提高产品性能和经济效益。选粉机应运转平稳、工作可靠、 结构简单、装卸方便、便于维修、调整。 关键词：选粉机；转子；轴 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 N500 eddy current separator design Abstract：N500 efficient eddy current separator is one of the efficient eddy current separators. Separator is the necessary equipment in the process of cement production. Its performance will directly affect the quality of cement merits and costs, so its requirements characteristics shoud be low energy consumption, high-quality products, high efficiency separator. This topic is the design of a N500 eddy current separator for the design of general schme and the design of rotor components. The focus is overall design and components design. Overall design includs the design of structure of the body, size and motor selection. Rotor made of the cage and shaft components, the design components of rotor comprise the vertical shaft design and verification, bevel gear shaft on the design and bearing checking and checking with the choice. Design consideration of the rotor speed controlling to regulating the choice of materials and the output size, improving performance, but it also should minimize the occurrence of faults, to improve product performance and economic benefits. Separator should be a smooth operation, reliable, simple structure and handling convenience, ease of maintenance and adjustment. Key words： Separator; Rotor; Axis N500 涡流选粉机设计 4 1.前言 本课题是由盐城市大志环保科技有限公司提出的 N500 涡流选粉机设计。 N500-涡流选粉机是高效涡流选粉机的一种，选粉机是水泥生产过程中的必要 设备，它的性能会直接影响水泥质量的优劣及经济成本，所以研究它有很大的实际 意义。 水泥粉磨系统有开流粉磨系统、圈流粉磨系统、康比丹磨系统、辊式磨系统以 及辊压机粉磨系统等 5 种粉磨系统。而在水泥工业生产中，为了提高粉磨效率，降 低能耗，一般优先选用圈流粉磨系统。作为该系统的重要组成部分选粉机，其 性能将直接关系到该系统的工作效率、产品性能及经济效益。 选粉机自 1885 年发明到现在已经经历了：离心式选粉机，旋风式选粉机，O- sepa 选粉机。O-sepa 高效选粉机目前是性能良好的选粉机，N500 高效涡流选粉机 就是在 O-sepa 选粉机的基础上发展起来的。 近几年来，在国内外，随着以日本O-sepa选粉机为代表的第三代选粉机的出现， 平面涡流理论逐步应用于实践，经生产应用也取得了一定的经济效益。但是该种选 粉机的成本高，而且在分散预分级以及系统电耗和单位体积生产能力方面都存在一 定的缺陷。目前我国的水泥生产量居世界第一，由于O-sepa选粉机的价格和维护成 本都相对较高，大多还在使用第二代选粉机和其改进型，生产效率和资源利用率低 下，这就导致了资源的严重浪费和环境的污染，所以研究和推广新型的高效选粉机 是大势所趋。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 2.涡流选粉机的总体设计 选粉机是闭路粉磨系统的主要设备之一，由磨机、选粉机等设备组成的闭路粉 磨系统，比无选粉机的开路粉磨系统提高产量lO-2O。因此，粉磨作业中选用 选粉机作为磨机的配套设备是提高产量的主要途径之一。 2.1 涡流选粉机的分级原理 O-sepa选粉机被称为第三代选粉机的代表，不仅仅是因为选粉效率上的提高， 更重要的是分级原理上的重大突破。与第一、第二代选粉机相比其分级先进性如下： 第一代离心式选粉机的分级原理为：选粉机内的大风叶旋转产生分级气流，气 流由导风叶片进入选粉区(过粗的物料经撒料盘抛撒，撞击内筒壁后沉降)，经小风 叶再次分选，粗粉沉降，合格的细粉随气流经出风口后，进入内外筒体间，自由沉 降后收集为成品。气流内部循环。 第二代旋风式选粉机的分级原理为：选粉机配风机，代替离心式选粉机内大风 叶，提供分级气流。采用68个旋风筒收集细粉。气流由空气入口进入选粉机，经 导流叶片进入选粉区，经小风叶再次分选后，细粉被提升后进入旋风筒，收集为成 品。分离后的空气经风机后，再次进入选粉机循环。 第三代高效选粉机的分级原理为：分级气流由外配引风机提供，细粉由高效率 的袋式收尘器收集。可将磨机内通风引入选粉机，既环保又简单。一次风和二次风 切向进入涡流旋风筒的壳体，通过导流叶片进入选粉区，在旋转的涡流叶片和水平 分隔板的作用下，形成一个均衡稳定的水平涡流选粉区。物料在撒料盘的离心力作 用下，抛向缓冲板，打散后落入选粉区， 自上而下，被气流挟带，连续不断地被 气流及涡流叶片多次分选，细粉经涡流叶片、出风管进入收尘器，收集为成品。分 离后的空气经引风机，排入大气，气流不循环。 离心式选粉机虽几经改进，但还是无法消除其存在的三个根本性缺点：循环气 N500 涡流选粉机设计 6 流中粉尘多，致使选粉区内物料的实际浓度大，扩大了干扰沉降的影响；选粉区内 存在着较大的风速梯度，粗颗粒会被高速气流带出；选粉区存在着边壁效应问题， 使细小颗粒随粗颗粒碰撞而降落。旋风式选粉机用旋风筒代替离心式选粉机的大直 径外筒来收集细粉，提高了收尘效率，从而使循环气流中的含尘浓度大为降低，即 改进了离心式选粉机的循环气流中粉尘多的缺点，但无法消除离心式选粉机存在分 离粒径不均和边壁效应等缺点，易造成粉磨系统循环负荷的恶性增加。 高效选粉机利用高效率的收尘器收集细粉，比旋风式选粉机又进了一步，引进 自然风，因而从根本上消除了缺点；利用了水平涡流分级原理， 以笼式转子取代 小风叶，通过导流叶片的作用，使气流成一定角度稳定均匀地穿越整个选粉区，同 时，冷空气的进入，有利于水泥质量的提高。所以说，高效选粉机在分级原理上实 现了跨时代的突破。 2.2 涡流选粉机的性能特点及应用 高效涡流选粉机有以下特点： (1)每个颗粒有许多次分选的机会，从而使该选粉机具有很高的分离锐度。被选 粉的物料除有主风道气流作用外还有辅助气流作用。 (2)借助涡流叶片和水平分隔板在大型选粉机中也能形成较好的水平涡旋气流。 (3)在从小容量到大容量的广大范围内，能保持高效的选粉，产品收集率很高。 (4)通过调节选粉机转子的转速可方便地调节选粉的分离粒径。 (5)产品的粒度分布则通过调整运转参数，可实现在一个相当宽范围内的调节。 能够生产粒度分布很陡的产品，尤其是几乎能把粗粉和细粉完全分开，提高粉磨系 统产量，降低单位产品电耗。 (6)物体颗粒与转子叶片之间的切向速度差很小，以致由磨损带来的维修等问题 以及选粉机的工耗和各区的高度，延长了细粉在气流中的停留时间。 (7)整个内部气流密度大，故使得该机的结构紧凑。 (8)进入选粉机的新鲜空气量可以很大，这样不仅可使通过磨内的风扫强度的增 大，有助于磨内细粉物料的排出，也降低了磨内温度，利于提高粉磨效率，同时可 较大幅度降低水泥温度，不必再设置水泥冷却器。 (9)涡流选粉机可把车间的主要扬尘点气流用作选粉点，简化了收尘，清洁了车 间。 近十年来，第三代高效涡流选粉机已在我国普遍推广使用。据不完全统计，目 前正式投入运行的已达三百多台，其生产规模为 2003000t/d，由于这种选粉机具 有体积小、选粉效率高、成品细度调节方便、产品质量稳定可靠等优点，因而受到 广泛关注。 高效涡流选粉机的使用，大大促进了我国圈流粉磨技术的进步，特别是在大中 型水泥厂的粉磨系统中，比传统的离心式或旋风式选粉机优越很多，现已成为 1000t/d 以上生产线的首选机型。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 涡流选粉机在我国已有 200 多家水泥厂使用，也有许多成功的经验介绍，但有 一些用户使用中存在许多问题，造成系统产量低，故障多，设备运转率低，生产无 法正常进行，严重影响粉磨系统能力的正常发挥。 目前涡流选粉机常用的典型工艺流程如图所示： 图图 2-12-1 常用的涡流选粉机工艺流程常用的涡流选粉机工艺流程 1电除尘器；2旋风除尘器；3涡流选粉机；4布袋除尘器；5生料磨；6水泥磨 在工艺系统中，一级收集器为旋风除尘器，配用的多为HX型旋风除尘器，除尘 效率90 ；二级收集器为电除尘器或布袋除尘器，除尘效率99 以上。用于生料 磨时，二级收集器一般采用正压操作的电除尘器，如图2-1a；用于水泥磨时，多采 用负压操作的袋除尘器，如图2-1b。选粉机内气流的稳定是系统工作正常的一个重 要条件，在用电除尘器工艺中，阻力变化较小，系统使用效果普遍较好；在使用袋 式除尘器工艺中，气箱脉冲袋式除尘器的工艺系统效果普遍很好，它的清灰气体使 用压缩空气，气流量小，而且清灰原理先进，布袋上积灰可清理干净，系统阻力变 化小，特别是使用引进技术的PPDC气箱脉冲袋式除尘器，它的入口允许浓度为 8001000g，可直接采用一级除尘，效果很好，由于价格较贵，目前使用的较 3 m 少。使用回转反吹袋式除尘器的工艺系统，由于布袋除尘器有个粉尘在布袋上积累 和清灰的周期，引起系统中的阻力变化较大，变化幅度约在147245kPa之间， 系统中气流量也变化较大，导致选粉机工作不稳定，涡壳内积灰，更严重者布袋上 积灰清理不干净，造成布袋上灰尘的累积递增，系统通风量大大减小，选粉机循环 负荷率高达300-400 ，系统无法运转。使用分室侧喷式布袋除尘器的工艺系统， 它分室清灰连续工作，可以在本系统中应用。但由于它的结构和工作原理的特殊性， 它的排气阀和进气阀气密性差，即使反吹风机不工作时，它的进风口也有负压气流， 反吹风机工作时，反吹风也全部由主风机排空，实际上主风机和反吹风机始终形成 短路循环，这一点通过在选粉机检测门上明显的风量周期性增强、减弱得到证明， 选粉机通风量波动变化较大，也无法正常运转。 第一级旋风除尘器普遍使用固定转速的刚性叶轮卸料器，其卸料能力均为系统 产量能力的15倍。在使用中容易出现漏风，使旋风除尘器除尘效率降低，进而对 第二级除尘器的除尘负荷增大，而且出旋风除尘器的粉尘气体浓度的增大，对图2- 1a工艺中风机的磨损也较大，影响风机寿命。安徽某水泥厂用单级锥形重锤卸料阀， N500 涡流选粉机设计 8 它的卸料动作随物料的多少自动调节，又有料柱锁风，无需配置动力机构，效果特 别好。有些厂家在涡流选粉机粗粉出口安装了锁风卸料器，这一点是不需要的，涡 流选粉机的最初设计思想是允许粗粉出口进气，目的是对粗粉再进一步选粉。目前 这种效果如何，还没有具体数据参考，但该处呈负压解决了粗粉回磨输送扬尘的问 题，对整体工艺系统没有不良影响。 涡流选粉机在工作时，转子的转向是有方向性的，它的转向和一、二次风口的 气流方向一致，反映到电机输出轴上应为：从电机方向看，输出轴为逆时针旋转。 尽管转子反转也有选粉效果，但极易造成涡壳积灰，而且与涡流叶片和经由导流叶 片进入的气流有定的逆向作用力，选粉机电机电流高，能耗增加。 工艺中可以人为调整的有三个方面：1)调整转速来改变产品细度；2)调整系统 风量，这是一种辅助调节方式，主要是在试用初期调整，正常运转后有的不需再动。 有些系统工艺中，风机进风口、进二级收集器管道和回风管(见图2-1所示)未装风 量调节阀，各环节风量实际上无法调整，也就无法起到辅助调节作用。而主风机都 是高压离心风机，风机的每次启动都是满负荷启动，极易造成设备损坏；3)根据入 磨物料的粒度、水分情况和闭路磨的工艺要求，调整磨机各仓长度、研磨体级配和 装载量，以此来调整磨内的破碎和粉磨能力，针对这一点，只有一些定性的经验数 据，厂家还得根据实际情况进行调整。 2.3 涡流选粉机的结构 高效涡流式选粉机的结构主要由四部分组成：(1)一组相对作切线进气的蜗壳形 旋风筒及锥形漏斗。(2)蜗壳形旋风筒内，垂直装置一组气体导流叶片。(3)选粉的 笼形转子由垂直的调整叶片、水平分隔板和涡流叶片等组成。(4)传动系统有电机， 减速器及主轴等。 本次设计的N-500高效涡流选粉机是消化吸收O-sepa选粉机优点而发展起来的， 其结构见图2-2。 工作原理是：物料由进料管喂入，在撒料盘离心力的作用下沿径向甩出。碰到 缓冲挡板分散后，落到选粉区。选粉气流由切向的一次进风口和二次进风口沿水平 涡壳进入，经固定的导流叶片进入选粉区，在选粉区内涡流叶片和水平分隔板组成 的水平回转涡轮使内外压差在整个选粉区维持不变，从而使选粉气流稳定均匀。选 出的细粉随气流一起从出风管排出，通过机外除尘器收集而成为产品；粗粉沿集灰 斗锥体下落由排料口排出。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 1.立轴；2.进料管；3.撒料盘； 4.缓冲板；5.导流叶片；6.一次风口 7.集灰斗；8.粗粉出口；9.出口管 10.二次风口 图图 2-22-2 N500N500 选粉机结构示意图选粉机结构示意图 2.4 涡流选粉机的主要参数 2.4.1 选粉机直径的确定选粉机直径的确定 按 O-SEPA 选粉机有关资料，高效涡流选粉机直径可设计成普通离心式选粉机 直径的 50%。当生产能力为 1835T/h 时，普通选粉机直径为 33.5m，故高效涡 流选粉机的直径为：D=（33.5）50%=1.51.75m 所以可取选粉机的直径为：D=1.65m 立轴转子直径为 D 转子=1m 2.4.2 风机的选择风机的选择 将通风量增加 10%作为选用时的依据 Q=1.1(1000020000)=1100022000 m3/h P=1.12000pa=2.2Kp 即 P=2.27.513.6=224.4mmHg 根据文献11查得型号为:4-72-11 N0.5A 离心式风机，风机性能: 转速 2900rpm 全压 224mmHg 流量 14720 m3/h 轴功率 10.9kW 风机拖动电机为:Y225M-6 功率为 30kW 2.5 涡流选粉机传动方案设计 本次设计的涡流选粉机通常有原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分 组成。传动装置传送原动机的动力，变化其运动，以实现工作装置预定的工作要求， N500 涡流选粉机设计 10 它是机器的主要组成部分。实践证明，传动装置的重量和成本通常在整台机器中占 有很大的比重；机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能， 质量及设计布局的合理性。由此可见，在涡流选粉机的设计中合理拟定传动方案具 有重大意义。 机器多以交流电动机为原动机，它以满载转速提供连续的回转运动。倘若涡 m n 流选粉机工作轴以连续回转，那么拟定传动方案最基本的要求就是选择一个传递 w n 连续回转运动的机构，使涡流选粉机的总传动比。 wm nnI/ 实现涡流选粉机工作装置预定的运动是我们拟订传动方案的最基本要求，但在 设计中我们除了考虑满足机器预定功能外，还要求设计的选粉机结构简单，尺寸紧 凑，工作可靠，制造方便，成本低廉，传动效率高和使用维护方便。由于涡流选粉 机中两轴呈垂直方向,因此我们在涡流选粉机传动装置中采用了单级圆锥齿轮减速 器，它可用于输入轴与输出轴相交的传动，其传动比范围为直齿3，斜齿5，其 最大值为 10。我们在传动装置的设计中必须注意到： 锥齿轮（特别是大模数锥齿轮）的加工比较困难，一般宜至于高速级，以减 小其直径和模数。还有，当锥齿轮的速度过高时，其精度也须相应的提高，此时还 应考虑能否达到所需制造精度以及成本问题。在涡流选粉机工作装置中，由于它所 要求的转速不高，我们可选锥齿轮精度为 7 级。 传动装置的布局应结构紧凑，匀称，强度和刚度好，并适合车间布置情况和 工人操作，便于装拆和维修。 制动器通常设在高速轴。传动系统中位于制动器装置后面不应出现带传动， 摩擦传动和摩擦离合器等重载时可能出现摩擦打滑的装置。 为简化传动装置，一般总是将改变运动形式的结构布置在传动系统的末端或 低速处；对于许多控制机构一般也尽量放在传动系统的末端或低速处，以免造成大 的累积误差，降低传动精度。 在传动装置总体设计中，必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损害和 人员公伤，可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置。 根据上述要求，所设计的涡流选粉机用运动简图来表示为： 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 图图 2-32-3 涡流选粉机运动简图涡流选粉机运动简图 2.6 涡流选粉机运动和动力参数设计 在设计涡流选粉机传动装置时我们应注意其结构的合理性，在设计过程中我们 要注意以下几个共性问题： a)零件结构应于生产条件、批量大小及获得毛坯的方法相适应。 b)零件结构应便于机械加工、装拆、调整与检测。 c)零件结构应有利于提高强度、刚度、精度，延长寿命，节省材料。 d)考虑人的因素进行结构设计。 e)重视采用新的材料、新工艺和新技术。 f)正确规定零件的精度、公差、配合与表面粗糙度等技术要求。 g)零件结构设计应遵守国家标准，并尽可能标准化、系列化、通用化，尽量采 用优化系数。 2.6.1 电动机的选择电动机的选择 原动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、 水轮机、汽轮机、液动机。因为电动机机构简单、工作可靠、控制简便、维护容易， 所以在涡流选粉机的设计中采用了它。 A.选择电动机的类型和结构形式 按已知工作要求和条件选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电 动机。 B.电动机功率的确定 a)根据已知条件，可知工作装置所需功率=30kW。 w P b)电动机的输出功率 N500 涡流选粉机设计 12 （2- W P P 0 1） 式中： 为电动机至大齿轮轴的传动装置总效率 总效率的计算如下：（由机械设计课程设计表 2-4 可知滚动轴 cgr 2 承效率；7 级精度锥齿轮传动效率；弹性连轴器效率）095. 0 r 98 . 0 g 995 . 0 c 故： 0 30 31.09 0.965 W P PkW 因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可，按文献11表 8-169 中 Y 系 m P 0 P 列电动机技术数据选电动机的额定功率为。 m P37kW C.电动机转速的确定 2 轴为工作轴，由已知条件可知其转速为r/min，按机械设计265320 w n 课程设计表 2-1 推荐的各传动机构传动比范围，可知电动机转速的可选3 4i 范为 (3 4) (265 320)795 1280 /min w ni nr 符合这一范围的同步转速只有 1000r/min 一种，由文献11表 8-169 选常用的同步 转速为 1000r/min 的 Y 系列电动机 Y225M-6，则其满载转速为。min/980rnm 2.6.2 选粉机传动装置的总传动比的计算选粉机传动装置的总传动比的计算 传动装置的传动比 i 为：由文献11中知 (2-2) m w n i n 初选总传动比为：i =3 2.6.3 各轴转速及扭矩的计算各轴转速及扭矩的计算 选粉机传动装置的运动和动力参数，主要是齿轮轴和立轴的转速、功率及转矩， 这些是进行传动件设计计算极为重要的依据。现在按电动机轴至工作轴的传动顺序 进行计算如下： 各轴的转速 轴 min/980 1 rnn m 轴 min/ 7 . 326 3 980 2 r i n n m 各轴的输入功率 轴 10 31.09 0.99530.93 c PPkW 980 3.06 3.69 (265 320) m w n i n 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 轴 21 30.93 0.98 0.99530.16 gr PPkW 各轴的输入转矩 计算各轴输入转矩，由文献11的输入转矩公式 T=9550 (2-3) P n 轴 mN n P T 4 . 301 980 93.30 95509550 1 1 1 轴 mN n P T 6 . 881 7 . 326 16.30 95509550 2 2 2 电动机输出转矩 mN n P T m .0 .303 980 09.31 95509550 0 0 将以上算得的运动和动力参数列表如下： 电动机轴轴轴 转速 n(r/min) 980980326.7 功率 P()kW 31.0930.9330.16 转矩 T(N.m) 303.0301.4881.6 传动比 13 效率 0.9950.970 3.涡流选粉机结构设计 543 涡流选粉机的减速器基本结构由传动零件锥齿轮、轴和轴承、箱体、润滑和密 封装置以及减速器附件等组成。根据不同要求和类型，减速器有多种结构形式。由 轴 名 参 数 N500 涡流选粉机设计 14 于涡流选粉机中两轴呈垂直方向,所以我们在传动装置中采用了单级圆锥齿轮减速 器。以下是我们对其零件的具体设计，但在设计中关于传动件设计计算时我们应注 意以下问题： 要明确各传动件与其他机构的装配和协调关系。 若传动系统中有变换运动形式的机构，如在涡流选粉机设计中减速器的闭式传动， 我们应先做它的传动件的设计计算，以便于确定闭式传动内的传动比及各轴的转速、 转矩的准确数值，从而使随后设计闭式传动时的原始条件比较准确。 3.1 锥齿轮的设计及其校核计算 由于两轴呈垂直方向,因此选用圆锥齿轮传动,另外由于建材机械一般用 5-10 年,故设计工作寿命为 7 年,每年按 300 个工作日,每天按三班制,工作时属均匀载荷。 初选传动比 i=3，小齿轮齿数 z1=30，大齿轮齿数 z2=z13=90 3.1.1 选择材料和精度及参数选择材料和精度及参数 A.选择齿轮的材料,热处理方法和齿面硬度。 小齿轮选用 45 钢,调质取 HBS1=220 大齿轮选用 45 钢,正火 HBS2=200 B精度等级确定为 7 级(转子转速较低)。 3.1.2 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 A 确定设计参数 a. 初选载荷系数 Kt=1.3 b. 设计小齿轮转矩 T1 由于轴传动效率为 99%,所以输入功率 P1=3099%=29.7kW； 转矩 T1=95.5105P1/N1=187110N.mm cR=1/3 d弹性影响系数 zE=189.8 Mpa e根据文献11查图 由文献11 10-21d 得 Hlim1=570Mpa 由文献11 10-21c 得 Hlim2=470Mpa 应力循环次数 N1=60N1jLH=6030031(79024)=2.722109 N2=N1/i=0.907109 由文献11 10-19 查得接触疲劳强度系数为: KHN1=0.91 KHN2=1.01 计算接触疲劳许用应力: 取失效率为 1% 安全系数 =1 则 H1=KHN1*Hlim1/s=0.91570=518.7Mpa H2=KHN2*Hlim2/s=1.01470=474.7Mpa 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 B计算 a)设计小齿轮分度圆直径 d1t,代入H 中,取较小值 d1t=105.15mm 3 2 2 335 . 0131 1871103 . 1 7 . 474 8 . 18992 . 2 b)计算圆锥齿轮 z1,平均分度圆直径 d1mt=d1t(1-0.5R)=105.15(1-0.5/3)=87.63mm 平均分度圆处圆周速度 Vm=dmt*n1/601000=4.13m/s c)计算载荷系数 由文献11表 10-2 查得使用系数=1.25 A K 由文献11表 10-8 查得动载系数为=1.14 V K 由文献11表 10-3 查得分配系数= =1.2 H K F K 由文献11表 10-4 查得齿面载荷系数=1.12 H K 所以 K=*=1.251.141.21.12=1.9152 A K V K H K H K d)按实际载荷系数校正所得的平均分度圆直径: d1m=d1mt 所以分度圆直径 d1=d1m/(1-0.5R)=99.7/(1-0.5/2)=119.6mm e)计算模数 m=d1/z1=119.6/30=3.98 3.1.3 按齿根弯曲疲劳强度计算按齿根弯曲疲劳强度计算 设计公式:m3 (3-1) 3 * 2 1RR 1 * 1iz-0.51 4 2 2 H SaFaYY KT A.确定参数 (1)由文献11图 10-13 查得 KF=1.4 直齿圆锥齿轮 KF=1 所以 K=* * =1.251.141.121.4=2.23 A K V K F K F K 由文献11图 10-20d 查得大小齿轮弯曲疲劳强度极限 1=arctg(z2/z1)=arctg(1/2)=18.43 2=90-1=9018.43=71.57 zv1=z1/cos1=31.6 zv2=z2/cos2=284.8 B.查取齿形系数 YF1=2.25 YF2=2.06 C.查取应力校核系数 Ysa1=1.625 Ysa2=2.06 N500 涡流选粉机设计 16 D.查取弯曲疲劳强度极限及寿命系数 小齿轮: =470Mpa lim1F =320Mpa lim2F 按 N1=2.722109 N2=0.907109 E.查文献11图 10-20 分别得 =0.87 =0.89 1FN K 2FN K 计算弯曲疲劳许用应力 取安全系数 S=1.2 则=*/S=340Mpa 1 F 1FN K lim1F =*/S=240Mpa 2 F 2FN K lim2F F.设计大小齿轮的*/F ，并加以比较 Fa Y Sa Y F */=2.521.625/340=0.012 1Fa Y 1Sa Y 1F */=2.061.97/240=0.016 2Fa Y 2Sa Y 2F 所以大齿轮数值大 设计计算 =343 133035 . 0131 18711023 . 2 4 22 2 m 对此结果,由齿面接触强度计算的模数大 所以应取 m=3.98 圆整得标准值 m=4 3.1.4 锥齿轮几何计算锥齿轮几何计算 A.取齿形角: =1=2=20 齿根高系数: ha*=1 顶隙系数: C*=02 变位系数: x=0 分度圆直径: d1=mz1=4*30=120mm d2=mz2=4*90=360mm B.锥距: mmidR 7 . 1894/ ) 1( 2 1 C.齿宽: b=RR=189.71/3=63.2mm 取 b=64mm D.分锥角: =arctg(1/i)=arctg(1/2)=18.43 1 =7134 2 E.齿顶高: 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 =(ha*+x)*m=4mm 1 ha =(ha*+x)*m=4mm 2 ha 齿轮校核 按齿根弯曲疲劳强度校核 校核公式：F=KFt*Ysa*Yfa/bm(1-0.5R)F F1=160.18340 F2=52.92240 故符合要求。 3.2 涡流选粉机转子部件设计及其校核计算 54 3.2.1 立轴设计立轴设计 A.选择轴的材料及热处理 由于立轴的转速不大，故选择常用材料 45 钢，调质处理。 B.初估轴径 按扭矩初估轴的直径，由机械设计得公式： (3-2) 3 2 min 2 P dc n 查文献11公式查表 10-2，得 c=106117,取 c=106，则： 3 2 3 min 2 30.16 10647.91 326.7 P dcmm n 就是轴段的直径，因为轴段上安装大圆锥齿轮，其轮毂直径为mm，所 min d65 以取mm。65 1min dd C.结构设计 a)各轴段直径和长度的确定 因为齿轮轮毂直径为，所以我们选择普通平键连接大齿轮上，65561118 端由轴端挡圈固定。用螺钉紧固轴端挡圈，并能调整大齿轮上下移动，下端靠轴套 固定，轴套长度由箱座高决定。取。轴段用来固定轴承和mmdmml65,160 11 固定轴套，所以取。取所在轴段上安mmdmml100,25 22 mmdmml90,50 33 装圆锥滚子轴承 32318 型。取在该轴段上安装轴承 32318 型， 55 43,90lmm dmm 两轴承间控制一定距离，取。在轴段剖面下部，安装轴套mmdmml76,168 44 连接转子部件，根据选粉机容量空间，可确定: ;70,264;75,52 7766 mmdmmlmmdmml 则选择键。主轴的轴向移动由下段螺母 M48 调整，即2201220,62 9 mml 。mmd48 9 为使加工螺纹方便开退刀槽，其结构草图如下：mmlmmd6,36 88 N500 涡流选粉机设计 18 图图 3-13-1 立轴尺寸结构图立轴尺寸结构图 D.轴的受力分析 a)画轴的受力简图： 图图 3-23-2 立轴受力简图立轴受力简图 b)计算支反力 作用在大锥齿轮上的力NFNFNF rat 2 . 545, 1 . 1632, 8 . 4727 222 在水平面内，其受力简图 图图 3-33-3 立轴水平面上受力简图立轴水平面上受力简图 由，可得：0 A M NRFR N F R BHtAH l BH 7 . 8313 9 . 3585 8 . 4727 9 . 3585 5 . 221 168 8 . 4727 277 151 2 2 则 c 在垂直平面内，其受力简图为： 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 图图 3-43-4 立轴垂直面上受力简图立轴垂直面上受力简图 由,可得：0 A M N F d F R N F d F R ar AV ar BV 6 . 2616 5 . 221 1 . 1632225 5 . 389 2 . 545 5 . 221 2 5 . 389 4 . 2071 5 . 221 1 . 1632225168 2 . 545 5 . 221 2 168 22 22 2 2 c)计算弯矩 在水平面上（弯矩图为 a） 0, 0 . 4 . 794270168 8 . 4727168 2 BHCH tAHAH MM mmNFMM 右左 在垂直平面上（弯矩图为 b） mmNRM mmNF d FM BVAV arAV . 1 . 458815 5 . 221 4 . 2071 5 . 221 . 9 . 275628 1 . 1632225168 2 . 545 2 168 22 2 右 左 合成弯矩（弯矩图为 c） mmNMMM mmNMMM AVAHA AVAHA . 9 . 917265 1 . 458815 4 . 794270 . 8 . 840735 9 . 275628 4 . 794270 22 22 22 22 右右 左左 画转矩图（图为 d） 转矩mmNTmmNT.5289608816006 . 0,881600 22 计算弯矩（图为 e） mmNMM mmNTMM Aca Aca . 9 . 917265 . 1 . 1218218881600 8 . 840735 22 2 2 2 右右 左左 E.判断危险截面 如上图所示 a-a 截面左侧合成弯矩最大，故有可能是危险截面 F.轴的弯扭合成强度校核,由文献11公式： （3-3） e M W N500 涡流选粉机设计 20 式中：W-抗弯截面系数 72900901 . 01 . 0 33 dW a ca e MP W M 55 7 . 16 72900 1 . 1218218 左 所以立轴的设计是满足条件的。 图图 3-53-5 立轴弯矩图立轴弯矩图 3.3 轴承的选择及其校核计算 4 对立轴上的轴承 32318 进行核算 A作用在轴承上的载荷为： NRRR AVAH 7 . 8715 6 . 2616 7 . 8313 22 22 1 NRRR BVBH 2 .41414 .2071 9 . 3585 22 22 2 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 B计算轴承轴向荷载 由文献11查得轴承 32318 的额定动载荷，额定静载荷KNcr452 35 . 0 ,405eKNcor 计算轴向内部力： 122 22 11 5 . 3081 1 . 1632 4 . 1449 4 .1449 2 . 414135 . 0 5 . 3050 7 . 871535 . 0 SFS NReS NReS a 所以轴承 1 的轴向力NSFA a 5 . 3081 221 轴承 2 的轴向力 NSA 4 . 1449 22 C计算轴承当量动荷载 轴承 1 为：e R A 353 . 0 7 . 8715 5 . 3081 1 1 由文献11表 11-7 得，取径向载荷系数4 . 0 1 X 取轴向载荷系数7 . 1 1 Y 轴承 2 为：，查表得e R A 349. 0 2 . 4141 4 . 1449 2 2 0, 1 22 YX 由文献11公式 （3-4） 1111p PfX RY A 由文献11表 11-8，可知载荷系数，我们取8 . 12 . 1 p f5 . 1 p f NAYRXfP p 4 11111 1031 . 1 ) 5 . 30817 . 1 7 . 87154 . 0(5 . 1)( NAYRXfP p 3 22222 1020 . 6 ) 4 . 1449102 .41411 (5 . 1)( D计算轴承寿命 由文献11公式 (3-5) 16667 n Cr L nP 取轴承工作温度为 200，则： h P c n L r h 8 . 6062752) 1 .13 452 ( 7 . 326 16667 )( 16667 3 10 1 1 h P c n L r h 5 . 71576846) 20 . 6 452 ( 7 .326 16667 )( 16667 3 10 2 2 所以均满足 7 年的使用的寿命 3.4 转子平衡 76 涡流选粉机转子部件的径向比 D/b=1.85，所以其轴向宽度较大，其质量分布 在几个不同的回转平面内。这时，即使转子的质心在回转轴线上，但由于各偏心质 量所产生的离心惯心力不在同一回转平面内，所形成的惯心力偶仍使转子处于不平 N500 涡流选粉机设计 22 衡状态。由于这种不平衡只有在转子运动的情况下才能显示出来，故称其为动不平 衡。 机械因不平衡而引起的振动是失效的主要原因,为消除振动,避免回转机械的过 早失效,延长其使用寿命,在该选粉机使用的过程中采用快速平衡法进行转子的平衡。 当转子处于工作状态时,轴承处的振动速度和转子不平衡量的关系为 ，其中是由钢度动力性能，转子的阻尼，转子的速度和机器结构等可变 因素决定的，对于同一转子，同一工作状态情况下，可视为常数通过试加配重来 改变不平衡，并测得振动速度即可确定初始不平衡量的大小和方位。 假设一个转子的初始不平衡量引起初选始振动速度 V0，在转子上加一试重， 它与初试不平衡量，共同产生一个振动速度 V，将试重取下，放置在其对称位置 上，它与共同产生一个振动速度 V2，用矢量表示各振动速度得附图所示的矢量图。 测量方法： a)选择适当的测量点，通过选择轴承座上的振动速度较水平垂直方向，以后钧 在此点测量。 b)动设备,使其达到工作转速,测出初始不平衡振动量 V0(mm/s) c)机器停转,在转子重心平面任意点上,试加一配重 m,并启动机器,使其达到工 作转速,测量其振动量 V1(mm/s)。 试重的选用按经验公式计算： (3-6) 2 0 1 5 100 r t m m n r 式中：试扣配重(Kg) 0 m 转子质量(Kg) r m 转子半径 cm t r n-转子工作转速 r/min 式中系数 1-5 根据功率大小选择,功率小可选大值,反之则选小值。 d) 停转,将配重转至转子的对称位置,启动机器使达到工作速度,测得振动量 V2(mm/s) e）停转,计算校正质量的大小和方位角 f) 重位置转过 角处放置校正质量 m,启动机器,检验其平衡校正效果。 3.5 轴上零件的固定 3 3.5.1 周向的固定周向的固定 为传递运动和转矩，防止零件与轴产生相对转动，轴上的零件应周向固定。第 一、用键作周向固定。因为普通平键制造简单，装拆方便，对中性好，所以得到广 泛应用。本次设计中联轴器，齿轮，转笼都使用键周向固定。第二、用 过盈配合作周向固定。因为此方式结构简单，抗冲击性能较好，承载能力取决于过 盈量的大小，配合面加工精度较高。轴承与轴颈的装配就用次方式。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23 3.5.2 轴向的固定轴向的固定 为防止零件轴向移动，零件需轴向固定，并且零件固定后能承受轴向力。第一、 用轴肩固定，此方式简单可靠，可承受大的轴向力。第二、用轴端挡圈、轴套、圆 螺母等固定，与轴肩配合使用。 4.设备的制造和安装要求 N500 涡流选粉机设计 24 4.1 制造要求 a)所有裸露的型钢、钢板边角应规矩，否则应用砂轮打磨，满足要求。 b)转子装配完毕应进行动平衡试验,精度等级为 G6.3 级,平衡力矩允差为 2.5N.m。 c)所有喷涂耐磨材料层应牢固,硬度应达到 HRC5560。 d)水平格板上的矩形孔应该均匀分布，误差不大于 0.6mm。两块以上的格板， 矩形孔应一起加工，穿圆钢管的孔也应一起加工。周边喷涂陶瓷粉的部分应均匀一 致。 4.2 安装要求安装要求 安装顺序方框图 基准放线 固定基础垫板 临时安放转