毕业设计（论文）-穿流式滚筒烘干机设计.doc

穿流式滚筒烘干机设计内容摘要本课题是在分析穿流式滚筒烘干机存在的问题，并介绍了穿流式滚筒烘干机的结构特点和工作原理，并依据该机的使用效果、实测数据和计算结论，说明该机无论在理论还是实践中都是一种高效、节能的理想烘干设备。该机工作时，物料和热气流依次进入内外筒体，在烘干机内作四散穿流，充分利用热能烘干物料后再卸出。该烘干机筒体部分由两个筒轴水平放置的内外套筒焊接组成，内筒均为直筒，这就使筒体的截面得到充分利用，其筒体外形总长度约为单筒直径的0.82倍。穿流式滚筒烘干机将以其结构紧凑、占地面积小、热效率高、投资省、适应性强、可改进性强、运转可靠、成本低、易控制等特点，为粮食、农副产品的烘干提供了一种较理想的烘干设备。关键词: 穿流、滚筒、烘干机 Abstract Analysis of the subject to wear in the dryer drum flow problems, and introduced the wearing-flow dryer drum of the structural characteristics and working principle and the use of aircraft based on results, measured data and calculation of the conclusions that it both in theory and practice is a highly efficient, energy-efficient drying equipment ideal. It work, materials and thermal air currents in order to enter the inside and outside the cylinder, as in the dryer with clothes scattered flow, make full use of thermal drying after the unloading of materials. Part of the dryer cylinder axis by the two horizontal cylinder sleeve welded inside and outside of the tube are in Straight, which makes cross-section of the cylinder to be fully utilized, the total length of its cylinder shape about Single diameter of 0.8 2 times. Wear-flow dryer drum to its compact structure, small footprint, high thermal efficiency, investment and adaptation, in that they can improve is strong, reliable operation, low cost, easy control characteristics, for food, agricultural and sideline products drying provided an ideal drying equipment .Key words: drum flow, drum, dryers 正文1. 引言1.1 毕业设计目的运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。1.2 工作原理毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合烘干机关工序之一是烘干过程中即采取高温措施，又使新鲜食品内含物迅速地转化，使其水份充分挥发体积缩小。烘干机技术依据导热介质不同可分为金属导热，蒸气导热，空气导热，采用不同的导热介质可烘干不同的原料。滚筒烘干机是利用金属导热连续烘干的设备，原料由送料口送入温度为 200 280的滚筒内随着外筒的作用，产生滚筒翻滚抛扬和前进三种运动，在筒内热空气及筒壁，原料的接触下，表面和内细胞的水分迅速汽化。 1.3 适用范围及优缺点适用范围：可烘干各种山货优点：适用范围广，可改进性强、成本低、易控制、结构简单。缺点：噪声大、不易清理内壁和烘干过程中不易直接观察食品烘干情况。2. 烘干机结构参数的计算已知：烘干量M=100kg/h 滚筒内径 D=250mm =500kg/m n= 5r/min2.1 物料的计算 烘干量M=100kg/h ，定每小时完成一次，即每次烘干100 kg，60分钟之内完成一次循环：进料烘干出料=M/ (2.1)=100kg/500kg/m=0.2m2.2 滚筒直径、长度的确定滚筒内径 D=250mm ，为滚筒筒体的长径比（=L/D），一般=0.82；小直径的单滚筒或双滚筒，设计可取较大值。故筒体长度L=D=2250mm=500mm=0.5m 由于=0.1m可得=/L=0.2 m/0.5m=0.4 m=+=0.4m+D/4=0.449 m0.45 m由于=/4 (2.2)故=0.756m=756mm3. 滚筒的结构型式选择按筒体材料和加工方法，分为铸造滚筒与焊接滚筒两类铸造滚筒：筒体和端盖，端轴均分别由浇铸件经加工和热处理后组装而成。铸件的材料常为铸铁和铸钢。这类滚筒筒体壁厚较厚（1532mm）,重量大、热阻大、导热性差，具有热容量大、传热稳定、良好的耐磨性和刚性等优点，适用于要求供热稳定，无腐浊性的材料干燥。焊接滚筒：筒体由具有焊接性的板材卷焊之后，加工而成。材料一般为碳钢和不锈钢。端盖和端轴的加工，可为焊接件、锻件和铸件。焊接型筒体具有壁薄、导热性好、单件加工方便、适用材料广、筒体的直径与长度范围大等特点，为各种物料的烘干常用的滚筒型式。结合设计所给的参数及各种因素，应选用焊接滚筒。选用Q235A钢板 (=7.810kg/m)4传动装置的设定及计算4.1 传动装置的设定 一般滚筒转速控制在（210）r/min范围，配置交流电机的转速常为（7001500）r/min ，因此滚筒烘干机传动的总速比在i=70750范围之内。必须采用多级减速，一般为三级减速运动。即：电动机联轴器定型减速器小齿轮大齿轮滚筒主动轴电动机的满载转速为720 r/min ,额定功率为4kw 联轴器的传动效率=0.99 ，二级减速器的传动效率=0.95， 大小齿轮的传动效率=0.96二级减速器传动系统的总传动比为=36 故二级减速器的输出转速为720/36 r/min即20r/min 由于滚筒的转速为5r/min ，所以大小齿轮传动比为 4 即：4.2 传动装置的计算 = (4.1)=4KW0.990.95=3.762 KW = (4.2)=4KW0.990.950.960.96=3.467 KW5.大小齿轮的设计 5.1 选择齿轮材料及精度等级 按机械设计基础课本选择齿轮的材料为小齿轮选用45钢调质，硬度为220250HBS大齿轮选用45钢正火，硬度为170210HBS因为是烘干食品（山货）的烘干机，由机械设计基础课本选用8级精度，要求齿面粗糙度为 Ra 3.2 um 6.3 um 5.2 确定设计准则 由于该烘干机为闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度HBS小于等于350的软齿面，齿面点蚀是主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。5.3 按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢质齿轮，可应用机械设计基础课本求出值，确定有关参数与系数。5.3.1 转矩=9.55 (5.1)=9.553.76220 Nmm=1.796355Nmm5.3.2 载荷系数K 查机械设计基础课本取K=1.15.3.3 齿数和齿宽系数小齿轮的齿数取为24，则大齿轮齿数=424=96 因直齿圆柱齿轮为不对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由机械设计基础课本选取=15.3.4 许用接触应力由机械设计基础课本查得=560Mpa, =530 Mpa由机械设计基础课本查得S=1 N=60 n j Lh (5.2)=60201（105240）=2.49610 N=N (5.3)=2.496104=6.2410由机械设计基础课本得 =1.15 =1.2= (5.4)=1.15560 Mpa1=644 Mpa= (5.5)=1.2530 Mpa1=636 Mpa故 d76.43 (5.6)=76.43 =138.54mmm=/ (5.7)=138.5424=5.772mm由机械设计基础课本取标准模数m=5.5mm5.4 主要尺寸计算 =m=5.524mm=132mm=m=5.596mm=528mmb= (5.8)=1132mm=132mm取=132mm = +5=137mma =m(+) 2 (5.9)=5.5(24+96)mm 2=330mm5.5 按齿根弯曲疲劳强度校核 由机械设计基础课本得出，如 ,则校核合格确定有关系数和参数：5.5.1 齿形系数查机械设计基础课本得=2.68 =2.185.5.2 应力修正系数Ys 查机械设计基础课本得=1.59 =1.805.5.3 许用弯曲应力由机械设计基础课本查得 =230 Mpa, =210 Mpa由机械设计基础课本查得=1.3由机械设计基础课本查得=1 由机械设计基础课本可得= (5.10)=12301.3 Mpa =177Mpa= (5.11)=12101.3 Mpa =162 Mpa故= 2Kbm (5.12)=21.117.96355102.681.59 Mpa1325.52.4=175 Mpa = (5.13)=1752.181.82.681.59=161 Mpa500mm 所以该齿轮选用轮腹式结构=+2=132+25.5mm=143 mm 由于200 mm ,所以该齿轮选用实体式齿轮6. 滚筒组件的强度和刚度计算6.1 滚筒组件承受外力的作用位置的确定 根据以上计算的筒体长度和直径，传动件的外形尺寸，减速传动装置，可预先进行组件受力的轴向和径向位置的布置设计，见下图 图6-1 受力分析图 6.2 作用力计算确定滚筒组件的受力参数时，应按实际配置的电动机功率作为依据6.2.1 传动大齿轮对主动端轴的作用力按配置的电动机，允许传递的最大功率：= =4KW0.990.950.960.96=3.467 KW大齿轮传递的最大扭矩=9550/n 10 (6.1)=6.62210Nmm节圆处的最大圆周力（节圆直径=528 mm）=2/ (6.2)=26.62210/528 N=25083.3 N作用于轴上的径向力（标准直尺圆柱齿轮啮合角=20）=tg (6.3)=25083.3 Ntg20=9129.6 N径向水平分力：= cos (6.4)=9129.6Ncos45=6455.6 N径向垂直分力：=sin (6.5)=9129.6Nsin45=6455.6 N6.2.2 滚筒组件自重的估算为确定滚筒支座反力，可预先估算筒体组件的自重力，选Q235A钢板，(=7.810kg/m，屈服点=235Mpa,伸长率=26)为筒体壁厚，按承受内压的筒体壁厚计算后，考虑附加余量后估算 =0.01m =+2=776 mm筒体部分：=()Lg/4=1011.7 N端盖部分：设取自重为筒体部分的30，并两侧一致。设重心位于筒体两端端部=1011.7N30=303.5 N= + 2+=1011.7 N+2303.5 N+100kg9.8N/kg=2598.7 N6.3 支座反力计算6.3.1 主动轴的支座反力和作用力方向 =, N (6.6)式中为主动侧支座的垂直分力，为主动侧支座的水平分力=（646295）/747=(-6455.6646-2598.7295) /747=-6609N=- 646/747=-6455.6646 /747=-5582.8N主动端支座的最大反力=8651.4N作用力方向=arctan/ (6.7)= arctan（5582.8/6609）=40.26.3.2 从动端轴的支反力和作用方向支座反力：=，N (6.8)式中Rby为从动侧支座的垂直分力，Rbx为从动侧支座的水平分力=(-101452) /747=(-6455.6101-2598.7452) /747=-2445.3 N=-101/747=-6455.6101/747=-873 N从动端支座的最大支反力：=2596.5N 作用力方向= arctan/= arctan873/2445.3=19.6 按配置电机的功率所计算的支座反力，可作为设计轴承时的最大负荷。主动轴的支座反力比从动端略大，可以此为依据。根据受力方向，设计选择深沟球轴承。有关轴承部分计算可参考有关机械设计手册。6.4 滚筒危险断面的弯矩、扭矩和当量弯矩的计算 根据单滚筒的受力分析，应计算危险断面在主动端轴的大齿轮安装中心处的断面、主动端轴承中心处的断面以及筒体与主动端盖连接部位附近的断面，其余部位均可免算。6.4.1 大齿轮安装中心处的轴断面弯矩：=0扭矩：=6.62210 Nmm当量弯矩：= （+ ）/2 (6.9)= /2= 3.31110Nmm6.4.2 主动端轴承中心处的轴断面弯矩: =(101)+( 101)= (6455.6101) 2=9.219510Nmm扭矩：= =6.62210 N mm 当量弯矩：=(+/2=3.803910710 Nmm6.4.3 筒体的主动侧断面弯矩：= (6.10)式中为筒体危险断面的垂直方向弯矩=570-550-（+）550/2=-2445.3570-303.5550-(1011.7+980) 550/2=-2108463.5 Nmm式中为筒体危险断面的水平方向弯矩 = 570=-873570=-497610 Nmm =(-2108463.5)+ (-497610)=2.16638710 Nmm 扭矩：=-=-0.50.05=0.975=6.45610 Nmm (Mk5为B支承的阻力矩0.50.05) 当量弯矩（按碳钢材料计） =5.996097 10 Nmm6.5 滚筒组件各危险断面的壁厚和直径确定6.5.1 筒体壁厚：满足强度需要的筒体基本壁厚 = (6.11)其中为筒体承受内压P时应具有的壁厚 =PD/(2-P) (6.12)=0.5145776/(21130.8-0.5145)2.21455 mm其中P为筒体供热介子设计压力，取1.05倍最大工作压力；P=1.05P=1.050.49=0.5145Mpa为筒体采用Q235A钢板，在200 C时的许用应力为113 Mpa为焊缝系数，设计取单面焊局部探伤（沿焊缝根部全长紧贴垫板），=0.8D为滚筒外径，D=776mm为筒体承受当量弯矩时应具有的壁厚=(D- D )/2 (6.13)=( 776- 7761-325.99609710/1137760.8)/2=0.1403 mm=2.21899 mm筒体的设计壁厚=+S+b+c (6.14)=2.21899+3.0+2.0+2.0=9.21899 mm,设计取10mm经加工后（按筒体错边量b=2.0mm范围内切削），筒体的壁厚可控制在78mm范围，满足设计需要6.5.2 主动端轴安装支承轴承处的直径考虑满足刚度的要求，可按式=0.10.15D,设轴承支断面的轴径=0.12D=0.12776mm=93.12 mm 90 mm ,满足强度需要时，危险断面的计算内径 (6.15) = =85mm6.5.3 主动端轴安装大齿轮处的轴径设该轴的断面之外径d2=80mm 满足强度需要时，危险断面的计算内径80-323.80391071080/25=73mm主动端轴以上两处危险截面比较，端轴的安装内径应以齿轮安装断面为基础，并应满足热风机进风口布置的需要。设计可取内径=60mm 由于壁厚增加，毋需再作刚度的校核。6.5.4 端盖的壁厚的确定 端轴与端盖筒体整体焊接材料均为Q235A钢板 壁厚=10mm7. 支承轴和支承轴承的选择设备支架：滚筒支架上安装有滚筒组件及密封罩等构件，基本上承受了全部静载荷和动载荷，设计应具有很好的刚性和稳定性。支架可由型钢组焊或铸铁铸成。支架的高度、宽度和长度尺寸在满足上述构件安装要求的基础上，应尽量紧凑。支架上安装轴承的位置，要求表面加工，确保组装时的精度要求，支架与基础的固定，一般应与电动机基础分开，这样有助于隔振，使物料与筒体的接触提高平稳性。选深沟球轴承61818 ， 考虑到危险端面，轴承的布置可为左边布置两个此型号轴承，右边布置一个。此型号轴承具体参数如下：d=90mm D=110mm B=20mm8. 联轴器的选择安全联轴器当所传递的转矩超过限定值时，借其中联接件折断、分离或打滑使传动中断，起着限定转矩的目的，从而保护重要机构不致损坏。对安全联轴器的要求是动作精确可靠，能在规定转矩的作用下，迅速断开且性能稳定，不随联轴器使用时间长短而改变，同时当转矩正常后能及时或容易恢复联接。故查机械手册可选安全弹性块联轴器AKL29. 热风口和走风口的布置及进出料口的设定 热风口设在主动轴的端口处，里面通一个小管，用轴承固定支撑走风口设在外筒体的上，在钢板上弄许多小孔即都设计成网状，内筒也为网状，这样不仅节省了材料，而且减轻了对轴承等各危险断面的负载荷进出料口定在外筒上正中间的同一个口，料门设定为推拉式的。10. 减速器的设计 穿流式单滚筒用的减速机采用圆柱齿轮减速器和JZQ型减速器。转筒载荷特点是连续、平稳、不经常起动，考虑到单滚筒、电动机在运转时的负荷率均较低，选择减速器时应按计算运转率（加一定波动余量）作为减速器的设计功率。并以滚筒在起动时的最大力矩为尖峰载荷来核算减速器承受的能力。在选用时，宜将上述的两系列减速器标准中给出的承载能力降低10%20%取用。单滚筒用圆柱齿轮减速器传动比为36 : =1:6 : =1:6型 号 Z L Z S 中 心 矩 2501300 5001500 速 比 7.145 50280 重 量 1355430 3255720 图10-1 二级减速器系统传动图本次设计的穿流式单滚筒烘干机的转速是5r/min，而选用的调速电动机的转速为720r/min。所以我们设计的减速器的型号是ZS125，传动比为3611润滑与密封11.1 轴承润滑与密封轴承在运动过程中，轴承内外圈以及滚动体之间必然产生相对运动，这样运动体之间就要产生摩擦，消耗一部分动力，引起内外圈和滚动体之间发热、磨损。为了减少摩擦阻力，减缓轴承的磨损速度并控制轴承的温升，提高轴承的使用寿命，在使用轴承的机构设计中必须考虑轴承的润滑问题，而为了使轴承保持润滑，还必须考虑轴承的密封。11.1.1 润滑的作用 减少摩擦、磨损 在摩擦面之间加入润滑剂，在相对运动体之间形成液体或半液体摩擦，降低相对运动体之间的摩擦系数，从而减少摩擦力。由于在相对运动体之间形成油膜隔离，避免两摩擦面之间相互接触导致磨损。11.1.2 降低温升 由于摩擦系数降低，减少了两摩擦面的摩擦，相应减少轴承的发热；同时润滑油流过润滑面时，可以带走一部分热量。防止锈蚀和清洗作用：润滑油能够形成油膜，保护零件表面免受锈蚀，同时滚动体带动润滑油流过零件表面时可以把摩擦面之间的赃物带走，起到清洗作用。密封：润滑剂可以形成密封的作用，并与密封装置在一起，阻止外界的灰尘等杂物进入轴承，保护轴承不受外物的入侵。11.1.3 润滑剂的选用原则 为了获得良好的润滑效果，润滑剂必须具备：较低的摩擦系数，良好的吸附能力以及渗入能力，以便能够很好地渗入到摩擦副的微小间隙内，牢固吸附在摩擦面上，形成具有一定强度的抗压油膜。在机械结构的设计中，应该根据轴承的类型、速度和工作负荷选择润滑剂的种类和润滑方式，如果润滑剂和润滑方式选择得合适，可以降低轴承的工作温度并延长轴承的使用寿命。 11.1.4 密封结构 机械系统中的密封结构，对于油润滑的轴承结构来说，为的是防止润滑油外漏和灰尘屑末切削液等进入；对于脂润滑的轴承结构来说，由于脂不会外泄，主要是防止上述外物。脂润滑的机械结构对防止外物进入的要求高些。因此对于密封结构的设计主要是考虑防漏和外物的侵入。润滑油的防漏主要靠疏导，同时也要设计合理的结构。由于角接触轴承有泵油作用，而轴承一般是背靠背安装，所以主轴箱和端盖之间要有回油通道，以便润滑和防漏。甩油环密封结构，在工作时就能起到防漏和疏导作用。润滑油经轴承后，向右经螺母2外流。螺母的外园有锯齿形环槽。主轴旋转时将油泵向压盖1内的空腔，然后经回油孔流回主轴箱。锯齿的方向应逆着油流的方向。环形槽应有2-3条。回油孔直径应尽量大一些。11.2 齿轮传动的润滑 润滑对于齿轮传动十分重要，尤其是高速齿轮传动。润滑不仅可以减小齿轮啮合处的摩擦发热、减轻磨损，还可以降低噪声、冷却、防锈、改善齿轮的工作状况等作用，以延缓轮齿失效、延长齿轮的使用寿命。由于齿轮的圆周速度12m/s，故采用浸油润滑。11.3 电动机的润滑中型电动机多用滚动轴承（内径25mm以上），使用润滑脂（2号锂基脂、3号复合钙基脂 l）润滑，通常一次性装填润滑脂（轴承内装填约1/2脂，使用1年后再清洗更换）。参考文献1. 陈立德.机械设计基础.北京：高等教育出版社，20002. 唐照民.机械设计.西安：西安交通大学出版社，19953. 许镇宇.机械零件.北京:人民教育出版社，19814. 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