毕业设计（论文）-煤矸石自动分离机设计.doc

1 摘要 煤矸石自动分离机是一种煤矸石自动分离装置，该装置能有效实现煤矸石分离； 生产效率高；分离后的煤矸石可用来制造适应于电镀的零件，后的煤矸石无残留粘 结剂；生产成本低。 本课题主要是对煤矸石自动分离装置进行结构设计，满足分离机速度无级可调， 同时实现宽度 200mm 以内、厚度 2mm 以内、长度不限的废旧贴塑煤矸石中钢与塑料 自动分离，从而实现煤矸石与塑料的分别回收利用。 本文分析了煤矸石分离机传动装置的结构及功能，对其应用和发展现状进行了 介绍。在充分掌握了煤矸石分离机传动装置的结构及功能后，对煤矸石分离机传动 装置的作业环境和工艺需求进行研究分析，进行了电机的选型和动力输出方式的选 择。由此选择煤矸石分离机传动装置中减速器的结构形式并拟定了传动方案。根据 所确定的传动方案，展开减速器详细结构和内部零部件的设计，主要包括传动齿轮、 轴和卷筒的设计。该煤矸石分离机传动装置主要根据我国目前建筑机械系统的发展 现状而设计，为改善目前主要生产的煤矸石分离机传动装置的适用安全性能和稳定 性、适用性，提高劳动生产率，有利于降低劳动强度。煤矸石分离机传动装置是今 后建筑机械系统的发展方向。 关键词：煤矸石；自动分离；分离机；关键词：煤矸石；自动分离；分离机； 全套图纸加扣 3012250582 2 目录 摘要-1 目录-2 1 绪论 -3 1.1 研究背景及意义 -3 1.2 煤矸石自动分离机的工作原理 -5 1.3 煤矸石自动分离机的发展趋势 -8 2 煤矸石自动分离机的总体设计-9 2.1 拟定主要技术参数 -9 2.2 传动装置的选择 -9 3 传动装置的设计 -12 3.1 动力辊道的设计 -12 3.2 链传动设计计算 -13 3.3 链轮的结构设计 -17 3.4 链传动的张紧 -22 3.6 动力辊轴的设计 -23 3.7 键的设计 -25 3.8 轴承的选择 -26 总结-27 参考文献-28 3 1 绪论 1.1 研究背景及意义 为提高煤炭燃烧效果，需在燃烧前对煤炭进行选煤处理，即去除煤矸石及达不 到标准的煤炭。由于传统的选煤工艺是通过水洗方法进行的，所以选煤又称为洗煤 工艺。据统计，美国、日本等发达国家的原煤洗选比例高达 90%，俄罗斯约为 60%， 而我国由于受到资源、能源和技术条件的限制，电厂每年洗选的原煤只占全部电厂 消耗原煤的 1/4，但仍超过了 5 亿吨。传统方法每洗 1 吨煤消耗 3 吨清洁水，尽管 水经过处理后可循环使用，但目前每吨煤仍需耗费约 1 吨水。水量消耗大、水处理 技术和设备投资大、洗过的煤含有水分降低燃烧效率是洗煤工艺存在的缺陷。另外， 洗煤后尾矿储存管理存在的风险等都需要解决。 澳大利亚公司发明的干法扫描选煤技术（）能够实现无水、精确选煤，并可以 大大降低选煤成本。由于系统是电脑模块控制，有利于达到选矿特殊要求、控制精 度和降低维护、运营成本以及扩大产能。该技术的主要原理是：利用各种频率的激 光对不同矿物质（煤）、煤矸石等的不同反射性能建立标准数据库。首先利用履带 将经过粉碎的备选煤炭输送到约 2.5 米的高处呈蘑菇状落下，由位于“蘑菇”中心 4 的 50000 转/分的特殊激光束完成对每块煤进行 4000 次的快速扫描。在此后下降的 90mm 中与数据库进行比对确定此煤是否符合标准，并在继续下落过程中由分布在设 备周围的高压喷枪将检测出需分离的“石头”吹到“蘑菇”中心。最终，两条履带 将煤和石头分别送出。 就运营成本而言，目前澳大利亚的洗煤成本每吨在 2.5-5 澳元，而利用干法扫 描选煤技术则不足 1 澳元。 基本建设投资是，平均吨煤/小时能力的投资约 1.5 万澳元，即建造一台检测煤 块直径约 40-50mm 的 100 吨/小时的设备需要投资 150 万澳元（不包括地基与塔架等 钢结构费用）。如果煤的直径增大则处理数量会提高。据技术发明人介绍，由于激 光对每块煤都进行扫描记录，可辨别每一批次和矿井的煤质量，所以这一技术的优 点还在于能对不同批次和出自不同矿井的煤进行比较选择。而且这一技术可以推广 到各种矿藏的选矿工艺。由于没有了水，也可以避免类似我国山西出现的尾矿溃坝 重大灾害事故。该技术可以与中方有关机构开展合作，但目前阶段核心技术仍在澳 大利亚生产，钢结构和其它设备在中国生产（这部分超过总投资的一半）。 由澳大利亚昆士兰州发明家发明的激光干法选煤系统，是一项革命性的无水选 煤技术，它将替代目前在煤炭行业和采矿业广泛使用的水洗选煤法。目前系统样机 已成功制出，发明人正积极寻求中方战略合作伙伴，共同将此项新技术推广到中国 乃至全球市场。 干法选煤系统由多个模块组成，通过远程电脑工作站统一控制管理。系统处理 的煤块粒度目标范围为 10-75mm。为了达到最佳的运行效率，将打碎后的原煤按粒 度筛分成若干组，每个模块各自负责处理某一特定粒度的组别。根据煤块粒度不同， 其选洗能力为每一模块 80-150 吨/小时不等 二、激光分离煤矸石的运作原理 输送器首先将分好粒度的原煤块送进漏斗，煤块经由漏斗进入竖管。竖管设有 可调整的端子来控制煤块在圆锥形分散板上的速度。高速旋转的分散板使自由落体 到观测区的煤块形成一个单层的圆柱形面，供激光装置辨认。激光装置根据灰分值 辨别出煤矸石，并用高压喷射气流将其分隔到分离滑道内。而真正的煤块则继续流 经外流区，经减速板减速后，徐缓掉落到成品输送带上。分离出的煤矸石则从另一 个减速板落到废料输送带，从而成功地分离出煤矸石。 整个系统由操控中心控制。操作员用简单的鼠标操作,控制各模块及工艺流程参 数，例如，任一单元的进料情况等。操作员可依据需要，实时调整选舍点的计算程 5 序。附加的软件还能针对特定的目标质量，如黏土或铁粒杂质，实施专项清除。 传统选煤系统无法提供经洗选的煤品的统计信息。而对每一块通过系统的煤品， 都采集了多达 6000 多个数据。这些统计数据可帮助操作员、产品部门和管理层更好 的了解工厂的运作情况和采矿程序。附加软件还可分析其他相关信息，如煤块尺寸 分布情况、高灰分煤块数量等等。也可统计每个矿区特定的数据。 1、大幅降低运行成本、维护费用与能耗（按澳洲成本测算，吨煤洗选成本仅为 水洗成本 20%-50%）。 2、无需使用水及与水处理相关的设施，可大量节约水资源及水处理设施的投资， 并使缺水地区煤矿建设选煤厂成为可能。 3、无需处理废水，无须设置废水尾库，大大降低选煤厂对环境的破坏。无水处 理相关的能量损耗。 4、洗选效率不低于现有水洗系统，不额外增加选后精煤的水分。因此，使用相 同质量的煤可获得更高能量输出。 5、具有特殊杂质处理能力（FeS2,铁矿粒,粘土）。而水洗系统中，粘土掺水后 形成的浆状物会使系统效率降低。同时水洗系统也无法去除煤块中所含铁粒等可导 致损坏球磨机械的杂质。 6、安全、先进的电脑软件系统，为生产管理提供高效可靠的保障。通过自诊断， 自动维护提示，将故障率最小化。可快速更换、即插即用部件，令系统运行时间最 大化。 7、具有远程系统操作与监控管理能力。可实时调整选舍点及优化系统各项运行 参数，灵活快速满足用户对洗精煤品质指标的需要。 8、由于采用模块化设计，项目建设周期大幅缩短，可使用户早日获得更高回报 煤炭，在可见的未来，仍将会是世界上最重要的能源资源之一。作为全球最大 的煤炭生产与消费国家，中国目前每年近 20 亿吨发电用动力煤的入洗率仅为 20%左 右，与先进国家的 70%-90%的入洗率相比，还有极大的改善空间。然而，受限于各 地尤其是产煤地区水资源的缺乏，以及各地环保标准的日渐提高，传统的水洗煤方 案的推广，早已面临两难局面。实现以更低的运行费用，达到与水洗厂相当的除灰 水平，在无需用水的情况下，取得减排成效。 1.2 煤矸石自动分离机的工作原理 煤矸石自动分离机是一种煤矸石自动分离装置，包括按照进料顺序依次连接的 传送结构、煤矸石分离机构、机构，其主要特征在于： 6 1.传送机构包括压紧辊、设置在压紧辊下方并与压紧辊外圆相切的动力辊,压紧 辊通过滑块机构与机架上下滑动连接;动力辊的端部设有链轮,链轮通过铰链与动力 机构连接。传送机构的滑块机构包括滑动腔体,滑动腔体内设有滑动块,滑动腔体的 顶部设置有上盖板,滑动块通过调节螺杆与上盖板螺纹连接,在调节螺杆的端部设置 有锁紧螺母；机构的滑动机构与传送机构的滑块机构的结构相同。 2.煤矸石分离机构包括煤矸石分离导向板,在煤矸石分离导向板上设置 8 根煤矸 石分离导向棍,按照进料顺序依次分为五排,其中第一排、第二排、第四排分上下相 切的两根辊,第三排和第五排为单根上棍,在第三排单根上棍的下方设置有与热风装 置连通的热风管,在第四排下棍的下方设置有去污刮刀,在第五排单根上棍的下方设 置有煤矸石分离刀。 3.机构包括上压紧辊、设置在上压紧辊的下方、并与上压紧辊外圆相切的辊,上 压紧辊通过滑动机构与机架上下滑动连接；辊的端部设有带轮,带轮通过传动带与传 动装置连接。 煤矸石自动分离装置,还有另外一些特征在于: 传送机构进料端的入口处,设置有送料导向机构,该送料导向机构包括导向板、 设置在导向板上的导向辊； 机构出料端的出口处,设置有与送料导向机构相同结构的出料导向机构； 动力辊通过铰链与动力机构连接,在铰链的一侧设置有张紧链轮。 1、污水型水泵抽取清水，通过洗车注水管注入搅拌车；洗完后的污水及残渣倒 入洗车排水漏槽，由泥沙型水泵抽取搅拌池的污水形成高速流动水流冲入煤矸石分 离机；砂与石被沙石分离机从污水中分离出来，可重新成为搅拌混凝土的原材料， 而污水通过排水槽回到搅拌池； 2、搅拌池的搅拌器周期性转动，使水质保持均匀；污水通过注入水稀释，可通 过泥砂型水泵、回收计量管件直接抽到搅拌主机，成为搅拌混凝土的材料；计量过 程中多余的泥浆水又通过回流计量管件流回搅拌池；计量管件中的电磁阀和排水气 动蝶阀保证计量精度； 煤矸石分级机与清水蓄水池相连，每次分离污水后用清水冲洗，保持内部清洁； 标准配置安装现场一般有 4 个搅拌池和 1-3 个清水池，搅拌池上均安装有搅拌 器及池面安全镀锌格板，用 PLC 系统控制搅拌工作，防止污水沉淀；各个搅拌池、 清水池按一定的顺序排列，表面下有水流通道相通，表面上有水泵相连；当搅拌池 7 水量不足时，通过水泵向前补充清水，保持水量稳定；当搅拌池水量过多时，又会 通过表面下的溢流孔回流，并在回流过程中是水质得到澄清； 通过整个搅拌站内排水沟的引导和改造，可将整个工地其他的污水通过排水沟 聚集于下一个沉淀池，用水泵将池里的水抽回纳入以上的水循环系统之中重新利用； 而澄清池中的水又可抽取以供车的外表冲洗或地面冲洗等各种用途，所产生的污水 通过排水沟回到沉淀池，得到重新利用，实现整个工地的水循环，真正实现污水的 零排放。 沙石污水回收系统由洗车系统、煤矸石分离系统和泥浆回收系统组成，三者形 成一个密不可分的循环系统。洗车系统由罐车倾斜停车台、注水管、洗车排水槽及 水泵组成，罐车清洗全程约五分钟；煤矸石分离系统主要由煤矸石分离机构成；泥 浆回收系统由泥浆搅拌机、搅拌池、清水池及自动控制组成，煤矸石机溢流出来的 泥浆水经排水沟流向沉淀池，通过三级沉淀后再由水泵抽回，循环使用。该系统为 全自动控制，操作简便、安全可靠，无需派专人看护。该系统可独立安装煤矸石回 收系统，也可在自有煤矸石分离机的基础上在安装泥浆回收系统。真正做到罐车清 洗出来混凝土、报废混凝土、派送后多余的混凝土中砂、碎石、泥浆、水的 100%回 收再利用，并做到污水污泥的零排放、零清理、零外运。 福建省仕明重型机械有限公司生产的煤矸石分离机处理能力大，煤矸石、砂及 污水分解迅速，同时可洗净一至三部混凝土罐车。煤矸石分离机为混凝土回收系统 的核心设备。该机设计上采用德国先进的混凝土回收技术，结合了滚筒式分离和螺 旋筛式分离的特点，对易损件部分及排石、排砂做了大量的改进，具有操作简单， 智能控制，机械结构简单、安全、易保养，磨损率低等特点。安装本设备后可大大 提高产能，降低耗电、耗水、原材料及其他费用，同时极大改进企业的管理模式和 操作方法。为企业节省大量的人力、物力、财力，且维修方便，以其超高投资回报 率更让它成为每个搅拌站的必备产品。而安装此设备所建立起的环保型、全封闭式 现代化智能管理企业形象对节约管理资源，改善企业员工工作环境，树立行业品牌， 争取更多的客户和业务有极大帮助，为企业在激烈的市场竞争中提供更强有力的竞 争武器！ 在国外严格的反污染措施使用混凝土搅拌站非常重视混凝土设备洗刷水的回收 使用，骨料即水泥浆都被回收并用于混凝土生产。在我国随着人们环保意识的不断 提高，这一问题必将引传动视。这项技术不仅能够取得一定的经济效益，其社会效 益更是无法低估。以前面所说中等规模的搅拌站为例，混凝土运输车 20 部，冲洗一 8 辆运输车用 1-2 吨水，每台班刷车 2 次，每天至少使用清水 40-80 吨，而实际使用 往往还要多些。每辆车每台班每分离出煤矸石 100 公斤，每年大约可节省煤矸石材 料费 5.8 万元，水费 9.3 万元，仅此两项节省 15 万元，在加上节约的排污费及节省 的混凝土余料的处理费，预计全年节省资金 20 万元左右，而且更值得一提的是实现 了零排污排放，对环境的保护起到了积极地作用。 1.3 煤矸石自动分离机的发展趋势 1.大型化因为基础工业的发展，以及现代化重工业的发展，促进了大量大型钢 材的生产，从而促进大型煤矸石分离机的发展。从而使得其更能适应更宽更厚的贴 塑煤矸石的加工处理。 2.采用先进的电子技术广泛的采用先进的电子技术，主要是为了实现煤矸石分 离机的自动控制和遥控。 3.高速化满足生产率日渐更快的要求，进料速度与出料速度大幅度提高。 4.智能化智能化系统是通过引入专家系统和人工智能技术，使其具有人类专家 的知识和经验，具有学习、推理、联想和判断的功能，这种系统能够模拟人类专家 的思维方式，模拟人类专家如何运用自己所拥有的知识与经验来解决实际问题的方 法和过程，在加工过程中适时地给出智能化提示，告诉设计人员当前设计存在的问 题，下一步该做什么，给予设计人员如何解决现有问题的提示，能够给予设计人员 有效的帮助。然而人类思维方式的表达和模型的建立还有待继续予以研究和完善。 5.集成化现代集成控制技术是不可改变的发展潮流，将企业设计领域的煤矸石 分离信息与企业经营管理领域的信息进行综合集成，实现从产品生产到回收利用以 至经营管理的整个生命周期的信息集成，从而保证产品数据的有效性、完整性和共 享性，以取得企业的综合经济效益。 6.网络化网络技术是计算机技术和通信技术相互渗透、密切结合的产物，在计 算机应用和信息传输中起着越来越重要的作用，现代任何产品的实现包括实现贴塑 煤矸石的煤矸石分离同样离不开网络技术。通过计算机网络可将分散在不同地点的 煤矸石分离工作站和服务器按一定网络拓扑结构连接起来，可实现不同地区产品加 工信息的快捷、可靠地交换，共享网络的软硬件资源，可大大提高相互之间的合作。 9 2 煤矸石自动分离机的总体设计 2.1 拟定主要技术参数 在分离机的结构设计中，通常取典型结构的设计参数进行计算，其他情况下可 以改变部分参数进行参数化设计。 转鼓结构参数为： 转鼓内径Do=0.790m； 筛网内径D=0.762m； 圆柱形转鼓有效长度L=0.457m： 开孔环板有三种不同的厚度tl=0.015m，h=0.028m，t3=0.04m； 钢管内径破=0.04m，外径00=0.06m： 操作参数： 分离因数Fr=500； 轴功率N=29.4kW(40hp)； 转鼓材料OCrl7Ni12M02N的特性： b=500MPa; 0.2=275MPa 材料密度=7.98x1000kgm3； HRB=95，HV=220，HBS=217 杨氏模量E=2.1ellPa： 泊松比=0.3; 物料参数： 生产能力 Q=60th(连续进料)； 2.2 传动装置的选择 电动机选择，选择电动机包括选择电动机类型、结构形式、功率、转速和型号。 电动机的类型和结构形式应根据电源种类(直流或交流)、工作条件(环境、温度 等)、工作时间的长短(连续或间歇)及载荷的性质、大小、起动性能和过载情况等条 件来选择。工业上一般采用三相交流电动机。Y 系列电动机（摘自 JB/T8680.1 1998）为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是按照国际电工委员会（IEC）标准 设计的，具有国际互换性的特点。用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所。 10 适用于电源电压为 380V 无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、 农业机械、破碎机等。也用于某些需要高启动转矩的机器上，如压缩机。 同一功率的异步电动机有同步转速 3000、1500、1000、750r/min 等几种。一般 来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低；反之， 转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈贵。当工作机转速高时，选用高速电动机较经济。 但若工作机转速较低也选用高速电动机，则这时总传动比增大，会导致传动系统结 构复杂，造价较高。所以，在确定电动机转速时，应全面分析。在一般机械中，用 得最多的是同步转速为 1500r/min 或 1000r/min 的电动机。 电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选 得过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；功率选得过 大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，电动机效率和功率因数都较低，造 成很大的浪费。 电动机功率的确定，主要与其载荷大小、工作时间长短、发热多少有关。对于 长期连续工作的机械，可根据电动机所需的功率 P 来选择，再校验电动机的发热和 d 启动力矩。选择时，应使电动机的额定功率 P 稍大于电动机的所需功率 P ，即 ed P P 。对于间歇工作的机械，P 可稍小于 P 。 eded 本课题中电机所需功率为 P =0.44kW,因为电动机的额定功率 P 要稍大于电动 de 机的所需功率 P ，所以取电机的额定功率为 3kW，电源电压为 380V，同步转速为 d 1000r/min，满载转速为 960r/min，所选电机型号为 Y132S-6。 本课题中动力辊的线速度为 15m/min 则计算的动力辊轴上的转速为： minr406.4310n 3 D v e 式中 v-动力辊的线速度（m/min）； D-动力辊的直径（mm) 所选电机的满载转速为： minr960n0 所以，传动比为： 22117.22/ni 0 e n 总 传动比误差为： %5 %53. 0%100 117.22 22-117.22 本课题中，电机将运动通过减速器传动到输出轴，通过带轮将运动传递到动力 辊轴再传递到动力辊。设计时，选择带传动的传动比为 1，则输出轴转速为： 11 minr636.43/n 0 in 该结构要实现无级调速，综合考虑，选择 BWD12 型减速机。 B 系列摆线针轮减速机是依照少齿差行星传动原理，摆线针齿啮合实现减速的 一种机械。该机分卧式、立式、双轴型和直联型等装配方式，是冶金、矿山、建筑、 化工、纺织、轻工业等行业的首选设备。 该系列减速机具有一下特点： 摆线减速机减速比大，效率高：一级传动减速比为 987，双级传动减速比为 1215133，多级组合可达数万，且针齿啮合系套式滚动摩擦，啮合表面无相对滑动， 故一级减速效率达 94%。 2.针轮减速机运转平稳，噪音低：在运转中同时接触的齿对数多，重合度大， 运转平稳，过载能力强，振动和噪音低，各种规格的机型噪音小。 3.使用可靠，寿命长：因主要零件是采用高碳合金钢淬火处理（HRC58-62）， 再精磨而成，且摆线齿与针齿套啮合传递至针齿形成滚动磨擦付，磨擦系数小，使 啮合区无相对滑动，磨损极小，所以经久耐用。 4.结构紧凑，体积小：与同功率的其它减速机相比，重量体积小 1/3 以上，由 于是行星传动，输入轴和输出轴在同一轴线上，以获得尽可能小的尺寸。 12 3 传动装置的设计 3.1 动力辊道的设计 动力辊道由动力辊桶组件、铝旁板、片架、拉杆、承座、驱动装置和链条组成。 无动力辊道由无动力辊桶组件、铝旁板、片架、拉杆、承座组成。动力辊道由驱动 装置带动牵引链条，链条带动各动力辊桶上的链轮转动，从而由转动的输送工作。 无动力辊道由人推拉工件或工件挤压工件，在可自由的辊筒上移动。 动力辊的设计要求： 满足制造安装要求，辊应便于加工，辊上零件要方便装拆： 满足零件定位要求，辊和辊上零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相 对固定； 满足结构工艺性要求，使加工方便和节省材料； 满足强度要求，尽量减少应力集中等。 动力辊的主要作用有以下几点： 缓冲作用：主要是为了缓冲货物对输送机的冲击，高效的缓冲托辊不仅能够 起到托辊的作用，而且还能降低货物的冲击，延长输送机的使用寿命 承重作用：辊的作用是承重，并且起到输送的作用。固定式动力辊经常用在 固定式输送机，一般间距在 1.2-1.5M 之间； 传递动力：通过压紧力带动煤矸石匀速移动。 动力辊辊身长度与煤矸石的最大宽度之间的关系： （4-2） abL max 式中：煤矸石的最大宽度，mm； max b 辊身长度的裕量系数，它决定于煤矸石的最大宽度。 a 当=2001000mm 时，a=100mm； max b 当=10002500mm 时，a=100200mm； max b 当2500 时，a=200400mm； max b 因为该煤矸石分离机生产的产品的最大宽度为 200mm，根据如上选取 a=200mm, 工作辊辊身 L=300mm。 为了保证轧辊的扭转刚度，在选择轧辊直径时应该同时考虑辊身长度的影响。 轧辊辊身长度与轧辊直径之比通常取为： 工作辊=2.54.0。 W DL/ 初选=2.7，所以=110mm。 W DL/ W D 辊颈轴肩位于辊身和辊颈之间，是一个对称结构。它主要是起到过渡和轴向定 位作用。由辊身直径=110mm 可选择辊颈轴肩，根据图 10.9 中公式计算 W DmmDj80 得辊颈轴肩的长度。 mml16 辊颈位于辊颈轴肩的两侧，是一个对称的结构。 轧辊辊颈尺寸一般为： 滚动轴承 Dd)6 . 05 . 0( 滑动轴承 Dd)75 . 0 67 . 0 ( 式中：辊颈直径； d 13 辊颈轴肩。 D 所以根据辊颈轴肩=80mm 可知辊颈=4048mm。轧辊辊颈与轴承连接在一起 j D W d 的。 本次设计需要采用滚动轴承，滚动轴承类型选择是非常重要的，在选择轴承类 型时，应根据企业的实际生产情况，综合考虑各类轴承的特点及应用场合，从中选 出较最合适的轴承类型。根据本次煤矸石分离机的设计要求，比较圆柱滚子轴承、 圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触轴承、调心球轴承的特点，并考 虑到动力辊在传递功率和扭矩的时候其要求轴承主要承受径向载荷和少量的轴向载 荷，且极限转速很高，故轴承类型选择角接触球轴承且成对使用。轧辊辊颈上安装 轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合直径内径系列。由轴承产品目录中初步选 取 0 基本游隙组，标准精度级的单列角接触球轴承型号 7208AC 型。 查轴承手册，如表 3-1 所示，内径，外径，宽度。 mmd40mm80D mm18B 根据轴承内径可知辊颈=40mm。 W d d DB 轴承代号 3572177207AC 3572177207C 4080187208AC 4080187208C 4585197209AC 4585197209C 表3-1 另外此处为了满足结构需求，故用的是带座轴承即轴承安装在轴承座内。已知 轴承座的宽度为80mm。又因为链轮需要离轴承座相隔一段距离避免干涉，根据实际 情况的需要取链轮和轴承座相隔的距离为60mm。因此辊颈的总长度。 mm60 2 l 3.2 链传动设计计算 传动链有环行焊接链和片式关节链。焊接链与钢丝绳相比，优点是 挠性大，链轮片齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲 击的敏感性大，突然破断的可能性大，磨损也较快。 另外，不能用于高速，通常速度小于 0.1 米/秒（用于星轮），速 度小于 1 米/秒，用于光轮卷筒。片式关节链的优点：挠性较焊接链更 好，可靠性高，运动较平稳。缺点：有方向性，横向无挠性，比钢丝绳 重，与焊接链差不多，成本高，对灰尘和锈蚀胶敏感。 传动链用于传动量小，起升高度小，起升速度低的传动机械。为了 携带和拆卸方便，链条的端部链节用可拆卸链环。 14 片式关节链是由薄刚片以销轴铰接而成的一种链条。焊接链与片式 关节链选择计算方法相同。 根据最大工作载荷及安全系数计算链条的破坏载荷 , PP FF以来选择链条， max , P FFs （N）Fmax链条最大工作载荷（N） P F 破坏载荷 S安全系数（按手册 28.175 选取） 选择片式关节链中的传动用短节距精密磙子链 结构和特点： 由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和内链板为静配 合；销轴和套筒为动配合；磙子空套在套筒上，可以自由转动，以减少 啮合时的摩擦和和磨损，并可以缓和冲击，故选择单排短节距磙子链。 1、设计标准 准 GB/T1815002000滚子链传动选择指导是链传动设计选 择标准。此标准等同采用 ISO10823。 2、链轮齿数 小链轮齿数取=25，传动比 i=2.5 1 Z 大链轮齿数=i=2.525=62.5 取 62 2 Z 1 Z 3、实际传动比 i=2.48 2 1 Z Z 62 25 4、链轮转速 初选小链轮线速度=0.1m/s， 1 V 估选小链轮直径 d=160mm， 则大链轮直径 D=id=2.48160=396mm 由大链轮和小链轮在同一轴上，故大链轮上的线速度 =0.12.48=0.248m/s，则与电机相连的小链轮的线速度 2 V 1 V D d =0.248m/s 3 V 2 V 15 则其转速为=30m/s 1 n 2 1 2 V R 0.248 260 则大链轮转速为=12r/min 2 n 1 n i 30 2.48 5、修正功率 c p 小链轮传递功率为 P=2.4kW 故=2.41.41=3.36kW c p 式中参数： 查机械设计手册表 14.2-4，工况系数=1.4， 1 f 主动链轮齿数系数=1， 2 f 6、链条节距 P 由修正功率=3.36kW 和小链轮转速=30r/min，根据机械设计手 c p 1 n 册 2，查取链节距 P=12A，即 P=19.05mm 7、初选中心距 0p a 因结构上未限定，咱取=35 0p a 8、链长节数 0 X =2+ 0 X 0p a 12 2 zz 3 op f a =235+ 2562 2 34.68 35 =114.49 取=114 节，式中=34.68 0 X 3 f 2 6225 () 2 9、链条长度 L L=2.17m 0 1000 X p114 19.05 1000 10、理论中心距 A A=P 021 (2) a XZZ K =19.05（2114-62-25）0.24645 =662mm 式中，=0.24645，由机械设计手册 2 插值法求得 a K 11、实际中心距 =-=663-0.004662=659mm a aaA 16 12、与电动机相连的链轮上链的转速 =v 1 1 60 1000 z n p = 25 30 19.05 60 1000 =0.238m/s 13、有效圆周力 F F=10000N 1000p v 1000 2.4 0.238 14、作用于轴上的拉力 Q F =1.21100001.20 QA FK F =12000N 15、润滑方式的确定 根据链号 12A 和链条速度 V=2.1m/s，由图 14.2-5，选用润滑范围 3 即油池润滑或油盘飞测润滑， 16、链条标记 根据计算结果，采用单排 12A 滚子链，节距为 19.05mm，节数为 114 节，其标记为： 2A-1114.GB/T1243-1997 链条参数为： 节距： 19.05pmm 滚子直径： 1 11.91dmm 内链节内宽： 1 12.57bmm 销轴直径： 2 5.96dmm 套筒孔径： 3 5.93dmm 链条通道高度： 1 18.34hmm 内链板高度： 2 18.08hmm 外中链板高度： 3 15.62hmm 过渡链节尺寸： 1 7.9lmm 2 9.14lmm 0.1cmm 排距： 22.78 t pmm 内链节内宽： 2 17.75bmm 17 外链节内宽： 3 17.81bmm 销轴全宽： 4 26.9bmm 3.3 链轮的结构设计 1、链轮齿数 传动机构中大链轮齿数=62， 2 z 其他所用链轮尺寸与小链轮标准相同，=25； 1 z 2.配用链条的节距、滚子外径、排距 查机械设计手册 2 表 14.2-2 配用链条的节距 P=19.05mm 滚子外径=11.91mm r d 排距=22.78mm t p 分度圆直径 d =152mm 1 d 0 1 180 sin z p 180 25 19.05 sin =376mm 2 d 0 2 180 sin z p 0 180 62 19.05 sin 4.齿顶圆直径 a d = maxa D1.25 r Dpd 152 1.25 19.05 11.91 164mm mina D 1 1.6 (1) r Dpd z 1.6 152(1) 19.05 11.91 25 158mm maxa d1.25 r dpd 376 1.25 19.05 11.91388mm mina d 2 1.6 (1) r dd z 18 1.6 376(1) 19.05 11.91 62 378mm 可在和之间选取，但当选时，应注意用展成法加工 a d maxa d mina d maxa d 时又可能发生顶切，故由 =164mm=158mm 取=160mm maxa D mina D a D =388mm=378mm,取=380mm maxa d mina d a d 若为三圆弧一直线齿形，则=p(0.54+) a d 0 180 cot z 5.齿根圆直径 f d 1f d152 11.91140.09 r Ddmm 2f d372 11.91360.09 r ddmm 6.分度圆弦齿高 a h 1maxa h 1 0.8 (0.625)0.5 r pd z 0.8 (0.625) 19.050.5 11.91 25 6.560856.56mmm 1mina h0.5()0.5(19.05 11.91)3.57 r pdmm 2max h 2 0.8 (0.625)0.5 r pd z 0.8 (0.625) 19.050.5 11.91 62 6.2mm 2min h0.5()0.5(19.05 11.91)3.57 r pdmm 是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸，相应于， a h maxa h maxa d 相应于，故取介于与之间的数，即可取 mina h mina d a h maxa h mina h =4mm,=5mm 1a h 2a h 若为三圆弧一直线形齿则=0.27p a h 19 7.最大齿根距离 x L 奇数齿=d x L 0 90 cos zr d 偶数齿=d x L f d r d 由=25 故= 1 z 1x L 0 1 90 1cosrz dd = 0 90 152 cos11.91140 25 mm =62 故= 2 z 2X L f d 2r dd =372-11.91=360.09mm360mm 8.齿侧凸缘（或排间槽直径） g d h内链板高，可由机械设计手册 2 表 14.2-2 查的， 0 180 cot1.040.76 gz dph h=18.08mm 故 0 1 180 1 cot1.040.76 gz dph =19.05 0 180 cot1.04 18.080.76131 25 mm 0 2 180 2 cot1.040.76 gz dph = 0 180 19.05 cot1.04 18.080.76356 62 mm 9.轴向齿廓及尺寸 1）齿宽 1f b 则12.7p 1f b 1 0.95b 查表 14.2-2 得则 1 22.57b 1f b 1 0.95b 20 ，当时，若经制造厂同意，亦可使用 0.95 12.5712mm 12.7p 时的齿宽。内链节内宽 12.7p 1 b 2）齿侧倒角 a b = a b0.0619.051.143pmm 3）齿侧半径 x r x r19.05pmm 4）齿全宽 fm b 排数，取单排链，故 fm b 1 (1) tf mpbm1m 即 fm b 1 12 f bmm 10.链轮公差 对一般用途的滚子链链轮，其轮齿经机械加工后，齿表面粗糙度 滚子链链轮齿根圆直径极限偏差及量柱测量距极限偏差 （摘自 GB/T1243-1997） 项目尺寸段上偏差下偏差备注 齿根圆极限 偏差 量柱测量距 极限偏差 127 f d 127250 f d 250 f d 0 0 0 -0.25 -0.30 11 h 链轮齿根圆直径下偏 差为负值。它可以用 量柱法间接测量，量 柱测量距的工称尺寸 见下表 21 滚子链链轮的量柱测量距（摘自 GB/T1243-1997） 项目符号 偶数齿量柱测量距 奇数齿 R M 计算公式 =376+11.91=388 minRR Mddmm 0 90 min cos RRz Mdd 0 90 152cos11.91164 25 mm 注：量柱直径=滚子直径，量柱的技术要求为：极限偏差为。 R d 1 d 0.01 0 滚子链链轮齿根圆径向圆跳动和端面圆跳动 项目要求 链轮孔和齿根圆直 径之间的径向圆跳动 不应超过下列两数值中的较大值 或，最大到(0.00080.08) f dmm0.15mm 0.76mm 轴孔到链轮齿侧平直部 分的端面圆跳动 不应超过下列计算值 ，最大值(0.00090.08) f dmm1.14mm 11.链轮材料及热处理 材料选用 45 钢，经淬火，回火处理，齿面硬度在 4050HRC 之间， 应用范围：无剧烈冲击震动和要求而耐磨损的主、从动链轮，根据实际 情况选材符合要求。 12链轮结构 中等尺寸的链轮除表 1402-19，表 14.2-21 所列的整体式结构外， 也可做成板式齿圈的焊接结构或装配结构，轮辐剖面可用椭圆形或十字 形，可参考铸造齿轮结构。 1)轮毂厚度 h 22 h=，式中， 6 0.1 f d kd 1 60 k dmm 2 80 k dmm 常数 ： k d150 k3.24.86.49.5 2)轮毂长度l ，故3.3lh min 2.6lh3lh取 11 60 33(9.50.01 152)63 6 lhmm 2 80 3(9.50.01 376)80 6 lmm 3)轮毂直径 b d ，见表 14.2-112 hk ddh maxhg dd g d 1 602 21102 h d mm 2 802 27134 h dmm 3.4 链传动的张紧 链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的松边垂度多大时产生啮合不良和 链条的震动现象，同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。当中心线与水平线的夹 角大于 60 度时，通常设有张紧装置。 链传动的张紧方式 用调整链轮中心距的方法张紧。对于滚子链传动，其中心距调整量可取为 2p； 对于齿形链传动，可取为 1.5p，p 为链条节距。 用缩短链长方法张紧。当传动没有张紧装置而中心距又不可能调整时，可采用 拆去链节、缩短链长的方法，对因磨损而伸长的链条重新张紧。偶数节数链条可用 缩短一节的方法，如采用过渡链节是抗拉强度有所降低；若缩短两节虽可避免使用 过渡链节，有时又会过渡张紧，可根据具体设计条件和工况而定。如是奇数链条。 可采取缩短一节的方法，即把过渡链节去掉，比较简单。 用张紧器张紧。下列情况应增设张紧装置： （1）两轴中心距较大（a50p 和脉动载荷下 a25p）； （2）两轴中心距过小，松边在上面； 23 （3)两轴布置使倾角接近 90 度； （4）需要严格控制张紧力； （5）多链轮传动或反向传动； （6）要求减小冲击振动，避免共振； （7）需要增大链轮啮合包角； （8）采用调整中心距或缩短链长的方法有困难。 4.3.2 张紧装置的选择 本结构采用张紧轮张紧的方法。设置张紧轮时应注意： 一般应设置在松边的内侧，是链受单向弯曲； 张紧轮应尽量靠近从动链轮，以免减少链条在主动链轮上的包角； 3.6 动力辊轴的设计 辊头部分主要是用来传递动力的，链轮通过键与辊头部分连接。辊头与链轮连 接，根据链轮的内径，链轮宽度，可以得出，mm38 带 dmm40B 带 mm38 1 d 。 mm40 1 l 辊头的端面需要与链轮挡圈相连以此来固定链轮的轴向运动，由于选择的是 M10X40 的螺栓，所以在辊头的端面需加工 M10 的螺纹孔，长度为 50mm。 至此动力辊的整体结构已经设计完毕，如下图所示： 动力辊示意图 根据结构图作出轴的计算简图,确定顶轴承的支点位置时,对于 7208AC 型的角接 触球轴承,a=17mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距。为了简化计算，在分析受力的 过程中将辊身所受的均布载荷简化成集中力 F。 24 动力辊的结构简图 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较 小的弯矩时，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。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，Nmm T n P Ad 0 T T T d n P W T 2 . 0 9550000 3 25 为轴的抗扭截面系数， T W 3 mm n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa，值按轴的不同材料选取，常用轴 r 的材料及值见下表： r 表 1 轴的材料和许用扭转切应力 轴的材料 Q235，2 0 35451Cr18Ni9Ti 40Cr,35SiMn, 2Cr13,42SiMn mmN r / 12-2020-3030-4015-2540-52 A160-135 135-118 118-107148-125100.7-98 空心轴扭转强度条件为： 其中即空心轴的内径与外径 d 之比，通常取=0.5-0.6 d d1 1 d 这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如， 在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率 P1=2.475kw，输入 转速 n1=960r/min，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段 开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 根据工作条件，选择 45#钢，正火，硬度 HB170-217，作为轴的材 料，A0 值查表取 A0=112，则 mm n P Ad36.15 960 475 . 2 112 1 1 0min 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接， 设有一个键槽，则： mmdd43.16%)71 (36.15%)71 ( min min 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结， 则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器， 取，查表，取,则： 电动机轴 dd8 . 0 min mmd38 电动机轴 mmdd 4 . 3038*8 . 08 . 0 min 电动机轴 3 40 )1 ( n P Ad T 26 综合考虑，可取mmd32 min 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际 因素选择轴的直径大小。 按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为 脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，Nmm W 为危险截面