毕业设计（论文）-转网式籽棉分离器.doc

济济南南大大学学泉泉城城学学院院 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 转网式籽棉分离器 专专 业业 机械设计制造及其制动化 班班 级级 机设 07Q2 学学 生生 侯胜同 学学 号号 20073006026 指导教师指导教师 潘永智 二一一 年 五 月 二十 日 济南大学泉城学院毕业设计 - I - 目 录 摘要. .I ABSTRACT. .II1 绪 论.1 1.1 转网式籽棉分离器的背景. 1 1.1.1 转网式籽棉分离器的运用.1 1.1.2 转网式籽棉分离器的现状.1 1.2 转网式籽棉分离器的意义.2 1.3 转网式籽棉分离器主要内容. .3 1.3.1 籽棉分离器的总体内容.3 1.3.2 籽棉分离器的避风阀.3 1.3.3 籽棉分离器的转网.3 2 转网式籽棉分离器总体设计.5 2.1 籽棉分离器的工作原理.5 2.2 籽棉分离器的结构特点.6 2.2.1 籽棉分离器的传动机构.6 2.2.2 籽棉分离器的动力.8 2.2.3 籽棉分离器的执行机构. . .8 2.3 籽棉分离器的传动路线.8 3 转网式籽棉分离器的避风阀和转网的设计.10 3.1 避风阀的设计.10 3.2 转网的设计.11 4 轴和轴承的校核与确定. . .13 4.1 轴的校核与确定. . .13 4.1.1 一级轴的计算. . .15 4.1.2 避风阀轴的强度校核与计算.16 4.2 电机的选择. . . .18 4.3 部分轴承的校核. . . . .18 5 结论.20 参考文献.21 济南大学泉城学院毕业设计 - II - 致谢.22 济南大学泉城学院毕业设计 - 1 - 1 绪论 1.1 转网式籽棉分离器的背景 1.1.1 转网式籽棉分离器的运用 籽棉分离器的主要作用是将籽棉与运送籽棉的载体-空气分离，以便籽棉进 入下一道工序处理，它也能有效地清楚籽棉中的轻小杂质，如尘土、棉叶等。籽棉、 空气两相流运动到分离器进口前的变截面管处，由于截面面积的扩大，气流速度开 始下降。由于分离器内部的过流断面面积进一步扩大，气流速度迅速下降（要求气 流速度下降到 105-2.0m/s） 。籽棉进入分离器后，因惯性作平抛运动，受机壳边壁 的限制，在重力作用下落入闭风阀，依靠闭风阀旋转而卸出分离器。只有少量小朵 籽棉随气流运动到滤网表面受阻，再由拨棉打手落下来。空气与尘土等细小杂质穿 过滤网网孔进入回风管。随着社会日新月异的发展，人们对棉花的需求呈现一种越 来越多的现象，因此带动了棉花行业的不断发展。而棉花发展的必要前提那就是棉 花加工机械的发展，只有棉织行业的机械有完整的技术才能正常推动棉织的发展。 作为棉纺织过程中的第一步籽棉分离，是确保棉花正常纺织的前提。籽棉分离器的 作用是将棉花通过气力输送到车间机床的第一步，它可以起到对棉花清理的第一步， 实现将棉花与重杂物分离。由于现在社会对棉花的需求，原本的通过手工采摘的棉 花根本满足不了棉花行业的正常生产，机采棉的出现能够满足此需求。但是机采棉 的含杂率远远高于手工采棉的含杂率，因此更显示出籽棉分离器的作用。1, 2 籽棉分离器的经过这么多年的发展，也更新了很多，由最初的离心式籽棉分离 器发展到定网式的籽棉分离器，提高了分离的效率。但是我感觉将定网改为转网式 的，可以免除很多复杂的机构，节省了机构的空间，也使得机构更加的简洁，更利 于机构装在轧花机的上面，利于整个棉花纺织的进行。 1.1.2 转网式籽棉分离器的现状 进入 21 世纪，我国棉纺行业得到了快速的发展，但是受到多种因素的影响， 企业效益不断下降，面对如此局面，梅院士表示：“为缓解行业面临的困难，我们 要加快调整产业结构，加快棉纺织企业更新改造步伐，提高工艺、技术装备水平， 增强产品竞争力。 ”2000 年至 2007 年，全国棉纺纱锭由 3440 万锭增加到 9900 万锭， 棉纺织企业的技术改造已经有了很大进步，企业装备水平有了很大提高，国产成套 棉纺新设备已经达到 20 世纪末 21 世纪初国际先进水平，其中清梳联合机技术可以 说是最成功的。目前国内主要生产厂家有郑州纺机、青岛纺机，这两家纺机厂生产 的清梳联占到全国的 80%，已经基本取代进口。清梳联单机和全流程采用的光电检 测、压力传感、位移传感、信号转换、伺服系统控制、计算机处理、变频调速、自 调匀整、计算机综合监控等技术提高了全流程运行的稳定性、可靠性，保证了全流 济南大学泉城学院毕业设计 - 2 - 程连续、同步、平稳运行，使输出棉条长片断、超长片断、甚至短片段的均匀度都 能稳定在一定范围内，从而保证了成纱质量的稳定性。近年发展起来的异性纤维自 动检测清除装置，采用彩色数码摄像技术，通过面扫描，修正照度差异，光谱分析 能精确判定异纤大小及位置，由高速气流将异性纤维排出。3 国际上细络联技术在上世纪 80 年代中期也已进入了实用阶段，使棉纺生产中用 人最多、劳动强度最大的两个工序直接连接，不仅保证和提高了产品质量、大幅度 减少了用人、提高了劳动生产率，而且较好地解决了纺纱生产中长期难以解决的纺 纱速度和细纱卷装的矛盾，大幅度提高了环锭细纱机的锭速。细络联技术是棉纺生 产中由传统技术向现代技术发展的标志。虽然近年来我国棉纺织技术取得了很大的 进展，但是和国际先进水平相比还有较大的差距。梅院士指出：“国产棉纺新设备 和国际先进水平的差距，主要反映在自动化程度、生产效率、设备运行的稳定性、 可靠性等方面；反映在工艺性能、产品质量的稳定性和一致性等方面；还反映在劳 动条件和劳动用工等方面。 ”因此，为缩小与国际先进水平的差距，由纺机协会提出 的“新一代纺织装备”已列入国家科技支撑计划，其中由经纬股份有限公司提出的 “高效能现代化棉纺成套设备生产线”已于 2007 年 4 月通过专家评审。其攻关目标 是开发研制成套设备中的数字化关键单元设备，实现工艺参数的在线检测和控制， 并在此基础上建立自动化、连续化生产示范线，产品质量和劳动用工达到国际先进 水平。4 1.2 转网式籽棉分离器的意义 籽棉分离器是籽棉气力输送系统中的重要装置，其主要作用是将籽棉从气体 籽棉两相流中分离出来，有时根据加工工艺需要，还在分离出籽棉的同时对籽棉进 行清理、开松。因此，根据籽棉分离器的使用目的，对其性能有如下要求：1分离 效率要高。分离器应尽可能将气流中的所有籽棉加以回收，以提高系统的经济性。 2性能稳定，结构简单。由于在籽棉的气力输送过程中，随机因素对系统的运行影 响较大，籽棉分离器应能够在输送条件如风量、混合比发生变化时，也能稳定分离。 简单的结构可降低分离器的造价，有利于分离器长时间连续工作，故障率低，维修 便利。3籽棉分离器应具有较好的密封性和较低的压力损失。密封性能好、压力损 失小，不仅提高整个籽棉输送系统的可靠性和稳定性，还能降低系统的能源消耗， 减少籽棉的加工成本。4籽棉分离器应尽量减少对籽棉的机械摩擦和冲击，便于提 高皮棉的加工质量。籽棉分离器属于棉花清理机械领域，包括壳体，壳体上开设进 料口，壳体外安装吸风管道，壳体内安装转网，转网侧面的壳体上开设吸风口，吸 济南大学泉城学院毕业设计 - 3 - 风口与吸风管道连通，壳体内分别设置出料仓和排异仓，转网一侧安装脱杂辊。本 实用新型通过设置转网和吸风口等设备，可以有效清除籽棉中毛发、羽毛、塑料丝 等异性纤维类杂质；壳体内为负压吸风，能够有效防止灰尘外逸；可以方便控制壳 体内气流方向，保证除杂质彻底高效；可以实现内部自动清理。本实用新型具有： 结构简单；除杂质效率高；容易操作控制；不会污染工作环境等优点。 1.3 转网式籽棉分离器主要内容 1.3.1 籽棉分离器的总体设计能容 设计的主要内容：设计的关键部分主要有壳体的外形设计，避风阀的结构设计， 电机传动系统的参数的确定以及整个结构传动系统关键部件的选择。 a.壳体的设计主要是为了满足棉花进入结构的顺畅行，确定棉花可以流畅的 进入，而不会发生由于结构的缺陷而导致的堵塞，影响正常的生产效率。 b.避风阀的设计为主要，它影响整个机构的正常运行，避风阀的转动一方面 可以实现阻碍空气的流动，实现棉花在机器中的运动，另一方面实现运送 棉花的目的。转网的运动实现了吸附棉花的作用，通过将棉花吸附在专网 上，转网的运动，可以带动棉花由一边带到另一边，而转网另一边的毛刷 将其刷下，完成其功能。 c.传动系统的设计也是关键部分，本传动图主要有带传动和链传动组成，起 初，动力从 电机经过传动轴传动到带轮上，然后经过带传动带动分离器上第一个带轮 运动，经过中心传动轴带动第一个链轮的运动，由其带动避风阀的转动， 然后再由其带动转网的运动，使其能达到一种同步运动。 1.3.2 籽棉分离器的避风阀 避风阀是用来隔绝空气的，阻止负压对棉花下落的影响。由于转网的吸风， 所形成的负压，把外边的棉花吸进机构，为了使棉花可以在机构中正常的下落，所 以有了避风阀这个部件。 1.3.3 籽棉分离器的转网 根据转网的方案，提出了两种不同的结构，一种是风胆式设计，一种是毛刷 式设计，两种结构稍微有些差距，虽然差距很小，不过，在作用和正常的生产中所 产生的不同结果是挺大的，它对动力的需求和装配的复杂度上都有了很大的改进， 提高了效率，并且节省了能源。 济南大学泉城学院毕业设计 - 4 - 图 1.1 转网结构 转网式外吸棉分离器想到了两种方案将转网上的棉花取下，一种是利用风胆设 计，转网转动，但是风胆不转，这样，风胆的下边就可以形成一个正常的气压，与 风胆上部隔绝，当吸有棉花的转网转到风胆下部的时候，棉花就可以随重力而落下。 另一种方案就是通过毛刷将棉花刷下，而不是随重力了。考虑了两种方案的具体的 实施性，本人感觉还是第二种方案比较合适，原因一：风胆的设计要求太高，必须 要求密封性好，显然通过毛刷可以省很多。原因二：具体想了一下，风胆设计效率 不如毛刷的高。综合上述两个原因，所以选择第二个作为设计的方案。 济南大学泉城学院毕业设计 - 5 - 2 转网式籽棉分离器的总体设计 电机 传动机构 含杂质 的棉花 分离 较纯净的棉花 电控器 减速机 电动机 运行指令通 电断电 图 2.1 转网式籽棉分离器黑箱图 2.1 籽棉分离器工作原理 根据籽棉分离器的黑箱图，我们可以清楚的看出籽棉分离器的作用和用途。籽 棉分离器，是通过机构，实现棉花由车间外部运输到车间内部机床上的过程，在此 过程中一并对棉花实现初步的清理作用，排除一些重杂物和棉铃壳，以便于对后续 棉花的加工提供方便。根据此种思想，粗略的画出黑箱图。由电机带动整个机构的 而正常运行，此种运动根据指令信息来调控，实现正常的机构的正常运行。转网式 籽棉分离器通过连接吸风机在转网处形成吸力，从而在整个箱体内形成负压，然后 经过三角箱连接的通道将外部的棉花吸入箱体内部，并附在转网上，转网上的网孔 必须设计合理，保证棉花不会进入转网内部。转网的下部会有一个毛刷，转网转动 到毛刷时，上面所附着的棉花会被毛刷刷下，由于机构的下部的避风阀阻挡的负压 对棉花下落的影响，从而使棉花能正常的下落，不会继续吸附在转网上。而棉花随 济南大学泉城学院毕业设计 - 6 - 避风阀的转动而被带走，运送到下处的机构中。此间会对棉花进行初步的清理作用， 从而达到初步的清理作用，并且完成其功用。5 2.2 籽棉分离器的结构特点 2.2.1 籽棉分离器传动机构籽棉分离器传动机构 图 2.2 结构简图 主要结构： 本机结构主要有壳体，三角箱，尘笼，闭风阀，刷棉毛刷，挡棉板 。 离心转网式籽棉分离器主要依靠离心力的作用在壳体内完成籽棉与气流分离的， 籽棉在未进入分离器前的输棉管道中以每秒 20 多米的速度作直线运动，进入分离器 的三角箱后，由于三角箱的界面比输棉道大，籽棉以略低于其在圆形管道内的速度 继续前进，当进入分离器的鸡心壳体时截面突然增大迫使籽棉速度降低，由于壳体 直径是 1520mm 的大圆弧，籽棉也改作圆周运动，由于离心力的作用，绝大部分籽 棉贴着壳体内壁划入下方的闭风阀门，闭风阀阻外部空气从排气管吸入分离器工作 箱内，另一部分籽棉及部分细小的杂质尘土等由于风力克服惯性吸向尘笼，细小杂 质和尘土透过排杂网孔进入风机送到除尘器，少部分籽棉附在尘笼表面通过装在尘 笼下方的刷棉毛刷除落入闭风阀内排出，刷棉毛刷不断清扫尘笼网面，使尘笼网面 始终保持气流通畅。 济南大学泉城学院毕业设计 - 7 - （1）壳体：从产品构造有构造特点上习惯的一种称谓，它具有包容内部组成部 件，且厚度较薄的特征。如：电视机机壳、手机壳 等。相比更多的是从零部件功能 和结构方面的，具有包容等功能，且相对封闭。6 （一） 按照零部件的定位是固定的零部件和运动的零部件在结构上需要有不 同的考虑。 （二） 要便于拆装，为了便于拆、装、修、护壳，箱体都设计成粉体结构。 个零部件通过螺丝 锁扣等，进行连接。 耐用的拆装结构。如：塑壳上嵌金属的螺纹件。 要快速拆装结构。如：塑壳上的弹性螺扣。 无需拆装的结构。如：小型电产品。 （2）因为本设计所用的壳体体积比较大，需要选用焊接来达到所需的壳体。下 面就简单介绍一下焊接的壳体。 焊接也是制造壳体箱体的一种方法，主要用于金属薄板外壳。一般采用机加 工或压力加工预制件，然后焊接组装外壳薄壁的预制件，常采用压力加工的方法。 焊接的方法主要用于金属钢板的外壳加工处理，也适用于有色金属，及其金属外壳。 5 焊接壳体 箱体的特点 优点：1适用范围广。2。使用灵活。3。周期短 4。强度高 缺点：1。造型较差 2。加工密度低 3。局部质量差 4。造型成品变形 焊接的方法与适用场合 焊接的方法很多，常用的电弧焊：利用电弧作为热源的熔焊方法称为弧焊。 有：受供电弧焊、埋弧身动焊、气体保护焊。 电阻焊：是利用电流通过工件及焊接接触面之间所产生的电阻面，就是说江汉界面 加热到局部熔化的状态再施加压力，形成焊接接头的方式。 分别：电焊、缝焊、相对焊。 焊接壳体 箱体的设计 1焊接结构材料的选择，应选含碳量底的钢和合金钢作为合金材料。如果大批量生 产形状复杂的薄壁焊接结构时，尽量设计成冲压、焊接、组合的结构。 2焊接方法的选择：根据选择的焊接性，工作的厚度，焊接方法的使用范围和设备 条件综合考虑，比如：对比焊接良好的低碳钢，中等源度（1020 毫米）采用手工 电工焊，埋弧自动焊，气体保护焊，氩弧焊（成本高 一般不采用）对于薄板轻结构。 无密封要求的时候，可优先考虑生产率较高的电焊，对于合金钢 不锈钢等重要工件， 应采用氩弧焊以保证焊接质量，铝合金也优先考虑氩弧焊。 3焊接接头的工艺设计：焊接接头以坡口形式的选择，应接根据焊接结构的形状尺 寸材料强度要求，焊接方法及焊接难易度等，都要考虑来决定工艺设计。 手工电接焊有几种 ：对接、角接、T 形接、搭接。 济南大学泉城学院毕业设计 - 8 - （3）轴的结构设计主要取决于轴在机器上的安装位置及形式，轴上零件的定位， 固定以及连接方法，轴所承受的载荷，轴的加工工艺以及装配工艺要要求等。如果 轴的设计不合理，可能会影响轴的工作能力，增加轴的制造成本或轴上零件的装配 困难，因此轴的结构设计是轴设计任务中的重要内容。 （4）认真检查轴和轴上零件的完整程度，若发现问题应及时更换和维修。轴的 维修部位主要是轴颈和轴端。对精度要求较高的轴，在磨损量较小时，可采用电镀 法在其配合表面镀上一层硬质合金层，并磨削至规定尺寸精度。7对尺寸较大的轴 颈和轴端，还可采用热喷涂进行修复。认真检查轴以及轴上主要传动零件工作位置 的准确性，轴承的游隙变化并及时调整。轴上的传动零件和轴承必须保证良好的润 滑。 2.2.2 籽棉分离器的动力籽棉分离器的动力 本机构的配用动力是 MFZ-3 型：BWY22-23-3KW。 2.2.3 籽棉分离器的执行机构籽棉分离器的执行机构 籽棉分离器的执行机构由一系列的轴和链传动组成，在轴承和链轮的配合下完 成了整个机构的正常运行，各部分的分工明确，缺一不可，转网，避风阀，电机， 毛刷，三角箱等每个部分都有其特殊的功用。 2.3 籽棉分离器的传动路线籽棉分离器的传动路线 济南大学泉城学院毕业设计 - 9 - 图 2.3 籽棉分离器的传动简图 由上图的传动机构简图我们可以看出籽棉分离器的传动路线，电机输出功率， 带动链轮转动，链轮通过链条的传动，将动力传给一级传动轴，一级传动轴将带动 避风阀的转动，同时通过减速器调节转速，之后将动力带给转网，使转网转动，从 而完成整个机构的运转。 济南大学泉城学院毕业设计 - 10 - 3 转网式籽棉分离器的避风阀和转网的设计 3.1 避风阀的设计 济南大学泉城学院毕业设计 - 11 - 图 3.1 避风阀结构简图 避风阀是转网式籽棉分离器上的重要部件，它的主要作用是隔绝空气，阻止负压 对棉花下落到凹槽的影响。避风阀的设计主要包括对避风阀刷条的设计、轴的选择、 箱体的大小。避风阀刷条的设计是选择合适的刷条材料，保证刷条与箱体的链接可 以无缝隙，确保起到避风的具体作用，而且也要保证刷条转动的时候可以通畅，无 阻碍，避免由于刷条不能正常的转动而导致对生产的影响，造成的不必要损失。轴 的选择是选择合适的轴，保证电机传递的功率能顺畅的传给避风阀。首先，轴的直 径不能过大，如果轴的直径过大，会影响整个避风阀的体积，影响刷条每一次转动 所带走的棉花量，从而对有效的生产效率产生影响。轴的直径也不能太小，避风阀 刷条带动棉花转动，而且要克服刷条与箱体摩擦时的阻力，为了能够保证带动避风 阀的正常转动，必须拥有足够的动力，这就要轴能够承受足够的扭矩和强度。箱体 的设计更需要认真的考虑，避风阀箱体体积关系到避风阀运走棉花的速度。箱体的 体积必须满足一定的条件，箱体的体积需要大小正合适，过大的话会造成避风阀转 动的阻力增大，过小的话会影响避风阀的效率，同时会对棉花落入凹槽造成影响， 济南大学泉城学院毕业设计 - 12 - 太小不利于棉花的下落。避风阀的尺寸和转速时影响分离器使用效果的很重要的因 素，在满足产量的前提下，避风阀的尺寸和转速要尽可能的小，最大限度的降低避 风阀的漏风率。但是，在避风阀的实际使用中，落入避风阀的籽棉往往会悬浮在卸 料器叶片的圆周方向，不能落入到卸料器叶片的凹槽中。这种现象不仅使避风阀输 送籽棉的量大大减少，而且往往会发生堵塞，发生这种现象时，人们一般会通过提 高避风阀的转速来解决这个问题，而转速的提高会使漏风率的增大，加大了整个网 管的系统的压损。因此避风阀的转速不能太高。如果仔细分析一下，发生这种现象 的根本原因是避风阀上口处风速太大，不利于籽棉的下落。我们应该设法减小避风 阀上口处风速，使籽棉易于下落到卸料器的凹槽中，进一步提高产量，降低消耗， 增加经济效益。所以根据以上几点要求，自己对避风阀进行了初步的确定，确定了 其形状和大体的尺寸，其结构简图如上图 3.1 所示。 3.2 转网的设计 图 3.2 转网示意图 转网部分主要包括转网的直径大小和尘笼的设计，根据整个箱体的大小，我 们可以确定合适的转网直径，尘笼是转网式籽棉分离器的关键部分，他的设计参数 直接影响到其使用效果。 1.尘笼的直径和长度 尘笼的直径和长度是决定分离器处理量大小的因素。这 济南大学泉城学院毕业设计 - 13 - 里说的处理量包含了两个因素，即字面处理量和风处理量。应该根据系统的分配进 行合理的计算，确定尘笼的直径和长度。尘笼的直径为 720mm，长度为 975mm。 2.尘笼的转速 尘笼转速的大小直接影响尘笼表面棉层的厚度，尘笼转速太快， 会使棉层变薄，导致有效纤维的损失增加。尘笼转速太慢，会使棉层变厚，又会增 加排风阻力。对于籽棉分离器，在籽棉与气流分离时有效纤维的损失较小，可适当 提高尘笼的转速，一增加籽棉的汇集量，有利于产量的提高。14 3尘笼滤网的结构 尘笼滤网的结构是由网孔的直径及网孔的中心局决定的。 这两个参数的决定直接影响尘笼的透风率，及处理风量，进而影响产量。 根据尘笼的有效透风面积计算公式： =Q/v (3.1) 有 S =1400/240=5.83 有 S 式中：为尘笼的有效透风面积 有 S Q 为尘笼处理风量 V 为通过尘笼网孔的风速，根据经验，对于滤网式分离器 v 一般为 1.4m/s-4m/s. 由此可以看出，尘笼的处理风量和有效透风面积成正比的关系。因此，在符合强度 条件的情况下啊，我们应该合理选择尘笼网孔直径及网孔之间的中心距，尽量增加 有效透风面积，从而增加尘笼的处理风量，进一步提高产量。 4 轴和轴承的校核与确定 4.1 轴的校核与确定 轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等， 济南大学泉城学院毕业设计 - 14 - 同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。轴的设计时应考虑多方面 因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校 核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整 设计。 本文根据轴的受载及应力情况采取相应的计算方法，对于 1、仅受扭矩的轴 2、 仅受弯矩的轴 3、既承受弯矩又承受扭矩的轴三种受载情况的轴的强度校核进行了 具体分析，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的简绍。7 1.校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。 轴的强度校核方法可分为四种： 1）按扭矩估算 2）按弯矩估算 3）按弯扭合成力矩近视计算 4）精确计算（安全系数校核） 2.根据承受载荷的不同分为： 1）转轴：定义：既能承受弯矩又承受扭矩的轴 2）心轴：定义：只承受弯矩而不承受扭矩的轴 3）传送轴：定义：只承受扭矩而不承受弯矩的轴 3.根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴； 4.根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。 轴是组成机械的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须装在轴上 才能进行运动及动力的传递，同时它又通过轴承和机架联接，由此形成一个以轴为 基准的组合体轴系部件。 5、轴的设计 轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的 计算。 轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要 求，同时应具有良好的工艺性。 一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进 行刚度校核和稳定性计算。 6、轴的结构设计 济南大学泉城学院毕业设计 - 15 - 根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：轴在机器中的安装位置和形式，轴 上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个 因素。合理的结构设计应满足：轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强 度和刚度；轴和轴上零件必须有准确的工作位置；轴上零件装拆调整方便；轴具有 良好的加工工艺性；节省材料等。8 1). 轴的组成 轴的毛坯一般采用圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质不易保证，较少选用 铸造毛坯。 轴主要由三部分组成。轴上被支承，安装轴承的部分称为轴颈；支承轴上 零件，安装轮毂的部分称为轴头；联结轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈上安装滚 动轴承时，直径尺寸必须按滚动轴承的国标尺寸选择，尺寸公差和表面粗糙度须按 规定选择；轴头的尺寸要参考轮毂的尺寸进行选择，轴身尺寸确定时应尽量使轴颈 与轴头的过渡合理，避免截面尺寸变化过大，同时具有较好的工艺性。 2). 结构设计步骤 设计中常采用以下的设计步骤： a.分析所设计轴的工作状况，拟定轴上零件的装配方案和轴在机器中的安装情况。 b.根据已知的轴上近似载荷，初估轴的直径或根据经验确定轴的某径向尺寸。 c.根据轴上零件受力情况、安装、固定及装配时对轴的表面要求等确定轴的径向 （直径） 尺寸。 d.根据轴上零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴的轴向尺寸。 e.考虑加工和装配的工艺性，使轴的结构更合理。 7.轴的强度校核 强度校核就是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，并且这种 方式以不破坏材料或设备性能为前提。 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算 方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算州的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时， 济南大学泉城学院毕业设计 - 16 - 通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用 这种方法估算轴径。9 4.1.1 一级轴的校核与确定一级轴的校核与确定 图 4.1 一级轴 对转子进行受力分析：转子受到重力、板锤的不平衡力和转子外端的圆周力。 1 F 2 F 3 F NKFFFF N nr P F N prF F NF 34.325065 . 1)85.154404.12620000()( ;85.1544 5 . 0680 55 9550 9550 ;04.126 1800 55125 . 0 2000003 . 0 1800 ;20000 0321 3 22 11 2 1 式中： -冲击系数，粗碎=3.0；中碎=1.5；细碎=1.2； 0 K 0 K 0 K 0 K n-转子转速，r/min； r-转子外端半径，m； P-电机功式率，kw； -轴承的摩擦阻力系数，取 0.03； -轴承滚柱滚动面的半径，m。 1 r 对转子轴受力分析得： 其中为转子和转子轴热压配合的端点，为轴承支点。 21 OO、 21 RR、 济南大学泉城学院毕业设计 - 17 - 图 4.2 主轴受力图 转子轴上的弯矩为： mNMw （4.1） mNL F Mw96.7508462 2 34.32506 2 1 作用在转子轴上的扭矩为： mNMn （4.2） mN n P Mn43.772 680 55 95509550 作用在转子轴上的当量弯矩为 （4.3） mNMMM nw 58.754843.77296.7508 2222 MPaMPa W M ca 245148 172. 01 . 0 58.7548 13 故轴的强度满足强度要求。 4.1.2 避风阀轴的强度校核与计算避风阀轴的强度校核与计算 轴的扭转强度条件为： (4.4) .20 9550000 W T 3 N P T TT d 济南大学泉城学院毕业设计 - 18 - 式中： ，。许用扭转切应力， ；计算截面处轴的直径， ；轴传递的功率， ；轴的转速， ；轴的抗扭截面系数， 轴所受的扭矩， ；扭转切应力， Mpa mmd KWP minrn mmW mmNT Mpa T 3 T T 由上式可得轴的直径 3 0 3 33 n p A n p 2 . 0 9550000 n.20 p9550000 d TT 式中 A0=查表 15-33 T .20 9550000 60.335 303 .11 30.20 9550000 d 33 由于轴只承受扭转力，所以只进行轴的扭转刚度校核计算。10 图 4.4 避风阀轴 阶梯轴 (4.5) z 1i i 4 T LG 1 103.75 pi i I l 式中：T轴所承受的扭矩，Nmm； G轴的材料的剪切弹性模量，Mpa，对于钢材 G=8.1Mpa； 4 10 IP轴截面的极惯性矩，对于圆轴，； 4 mm 32 d I 4 p L阶梯轴受扭矩作用的长度，mm； 济南大学泉城学院毕业设计 - 19 - Ti、Li、Ipi分别代表阶梯轴低 i 段上所受的扭矩、长度、和极惯性矩，单位 同前； Z阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 轴的扭转刚度条件为 式中，为轴每米长的允许转角，与轴的适用场合有关。对于一般的传动轴，可取 =0.51（）/m；对于精密传动轴，可取=0.250.5（）/m；对于精度要 求不高的轴，可大于 1（）/m。 =5.73 4 10 z 1i pi ii 4 I LT 10.18310 1 其中： 轴所承受的扭矩： T=9550000mmN67.934669mmN 303 .11 9550000 p n 251327.412 402577.918 613592.315 1272345.025 613592.315 402577.918 305490.04 =79.1156.681=0.529 4- 10 这个数值在范围之内，符合要求。1112 4.2 电机的选择电机的选择 配用动力：MFZ-3 型：BWY22-23-3KW 4.3 部分轴承的选择 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触 来支撑转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，滚动轴承具有摩擦阻力小，功 率消耗少，启动容易等特点。 （1） 轴承类型及代号的选择 反击式破碎机长期在恶劣条件下工作，转子轴承很易损坏，由于调心滚子轴承 具有承载能力强，调节性能好的优点，所以选择调心滚子轴承。 根据轴承长度及安装考虑，以及安装轴承段直径为 140mm，取代号为 济南大学泉城学院毕业设计 - 20 - 22228C/W33 的调心滚子轴承。其基本尺寸为： D=250mm，B=68 . 5 . 2, 9 . 3, 7 . 2,25 . 0 , 5 .14,930,628 0210 YYYeWCC rr （2） 轴承的校核 设计轴承的寿命为 20000h，且已知转子的总重量为 20000N，以小时数算的轴承 基本额定寿命轴承寿命为： h L (4.6) nP C Lh 60 106 即 68060 10628000 20000 6 3 10 P 求得： p=8403.59N20000N 式中：C-基本额定动载荷，N； P-当量动载荷，N； -轴承寿命指数。对于滚子轴承=10/3。 故选择代号为 22228C/W33 的调心滚子轴承合适。 （3） 轴承的固定 1）轴承的周向固定 轴承的内圈与轴径采用过盈配合，外圈与轴承座采用过度和间隙配合。 2）轴承轴向固定 采用凸台、套筒加轴承盖固定，适用于高速旋转的轴，且承受大的轴 向力。 3）采用一端固定一段游动，适用于温度变化较大的轴。 （4） 轴承的预紧 轴承预紧的目的是为了提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作 时轴的振动。 所谓预紧，就是在安装时用某种方法在轴承中产生并保持一轴向力，消除轴向游隙， 使之产生初变形。 （5）轴承的润滑与密封 润滑剂采用润滑油，采用滴油润滑；润滑的目的在于降低摩擦阻力，改善散热 条件，降低接触应力，吸振防锈；密封装置采用毛毡油封。 济南大学泉城学院毕业设计 - 21 - 5 5 结 论 本次设计的主要内容是转网式籽棉分离器，在本次设计中，自己根据以往所有 的产品，对其加以分析和讨论，最终发现它的很多实用技术，自己通过接触他们不 断的增加自己的知识量，多多扩展自己的知识面。然而，在对其的不断了解中，也 发现的它的很多不足之处，自己结合自己以往在学习中所学到的知识，在联系实际 的生产运用，对其作出改进之处。例如转网的改进，由以往的风胆式改为了现在的 刷条式，减轻以往机器的不足性。提高了生产效率，降低了能量消耗，