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包钢烧结圆筒混合机设计【9张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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摘 要


  圆筒混合机是烧结厂主要设备之一。一次混合机主要作用是将物料混匀及湿润,二次混合机主要是对物料进行制粒,使物料满足成分均匀、水分适中、透气良好的要求。混合料的进料由皮带机和漏斗两种形式,将料送入圆筒混合机的进料端,通过筒体的旋转,物料在筒体内呈螺旋状运动,在运动的过程中使混合料形成“滚落”状,从而完成物料的混合、湿润、制粒、混匀,通过圆筒混合机排料端的溜槽排到皮带输送机上。

阐述了混和、制粒时物料的运动过程,对圆筒混合机内物料运动的几种状态进行分析。描述了影响圆筒混合机混匀、制粒的因素。分析了圆筒混合机筒体各部分的力学性能,提供了相应的受力的计算方法。然后阐述了圆筒混合机传动装置的受力分析和计算方法,主要是对轴的安全性能的校核,保证传动的可靠性。


关键词  圆筒混合机;传动;受力分析;校核


Abstract

Drum blender is one of the most important equipments in modern iron and steel corporation. The primary role of the first mixer is mixing materials and humid. The Mixer of second major is used to proceed granulation. Uniform material to meet constituents, moderate water, good ventilation requirements. Mixture of feed material from the belt and a funnel in two forms, Will be expected into the cylinder-feed mixer Through the revolving cylinder Materials in the cylinder show a spiral movement movement in the process of mixture formation is tumble accusation .Thus completing the mixed materials、 humid、 granulation and blending, Through mixing drum nesting end of the chute into the conveyor belt.

The mixing and rolling process of material is explored. Several characteristics of material motion in drum blender are carefully analysis. Influence factors on material mixing and balling is described. Analysis of the mixing drum cylinder parts of the mechanical properties. To provide the corresponding force method of calculation. Then the mixing of the Transmission stress analysis and calculation method are explored the main to the axis is checking at the safety performance, Ensure the reliability of transmission.



Keywords   Drum blender; transmission; stress analysis; check


目录

摘要…………………………………………...……………………I

Abstract.............................................................................................II

第一章  绪论...................................................................................1

 1.1  引言 ....................................................................................1

 1.2 圆筒混合机的发展.......................................................................1

  1.2.1圆筒混合机概述........................................................................3

  1.2.2 圆筒混合机的工作原理.................................................................3

  1.2.3 一次混合机..................................................................................3

 1.3 圆筒混合机的结构.......................................................................4

1.3.1 入料装置.....................................................................................4

1.3.2 筒体部分.....................................................................................4

1.3.3 传动装置.....................................................................................5

1.3.4 支撑装置.....................................................................................5

1.3.5 给料装置.....................................................................................5

1.4 圆筒混合机的工艺布置...............................................................5

1.4.1支撑形式.....................................................................................6

1.4.2传动形式.....................................................................................6

1.5 影响物料混合及造球的因素.......................................................6

1.5.1原料性质的影响...........................................................................6

1.5.2加水润湿方法..............................................................................6

1.5.3混合、制粒效果..........................................................................7

1.5.4混合制粒时间..............................................................................7

1.5.5混合机的安装倾角及充填率.........................................................7

1.5.6添加物........................................................................................8

1.6 作用及意义...................................................................................8

第二章  圆筒混合机电机功率计算..............................................9

2.1 混合机传动总功率的分析...........................................................9

2.2 圆筒混合机内物料运动过程分析..............................................10

  2.2.1物料转动所消耗功率的计算.........................................................10

  2.2.2一次混合机的最佳参数选择.........................................................12

   2.2.3二次混合机的最佳参数选择.........................................................12

2.3 计算物料重心上移所消耗的功率..............................................13

    2.3.1计算物料滚动时内摩擦所消耗的功率...........................................15

    2.3.2计算转动物料所消耗的功率........................................................15

2.4 计算克服支承系统的摩擦所消耗的功率..................................15

    2.4.1计算托轮上所消耗的功率............................................................16

    2.4.2计算挡轮上所消耗的功率............................................................17

    2.4.3计算支承系统所消耗的总功率.....................................................17

2.5 计算总功率..................................................................................17

2.5.1圆筒混合机的电机功率计算.........................................................18

2.6 本章小结......................................................................................19

第三章 传动装置的总体设计...........................................................21

3.1 分析传动装置的工作情况..........................................................21

    3.1.1传动装置示意图..........................................................................21

    3.1.2传动形式....................................................................................21

3.2 根据传动装置的组成和特点确定传动方案..............................21

   3.2.1圆柱齿轮减速器传动布置形式.......................................................22

3.3 初步确定减速器结构和零部件类型..........................................23

    3.3.1确定传动装置的总传动比和分配各级传动比................................23

    3.3.2计算传动装置的运动和动力参数..................................................24

    3.3.3减速器的选择.............................................................................24

    3.3.4减速器的校核.............................................................................25

    3.3.5圆柱齿轮减速器箱体设计注意事项..............................................26

3.4 联轴器的选择.............................................................................26

    3.4.1联轴器的附加力矩的计算............................................................26

    3.4.2类型选择的条件..........................................................................27

    3.4.3与电机轴相连的联轴器型号选择..................................................27

    3.4.4与减速器输出轴相连的联轴器型号选择........................................27

3.5 传动齿轮和齿圈的设计.............................................................28

    3.5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数......................................28

    3.5.2 按齿面接触强度设计..................................................................28

    3.5.3 按齿根弯曲强度设计..................................................................30

    3.5.4 几何尺寸计算............................................................................32

3.6 轴的结构设计.............................................................................32

    3.6.1 轴结构设计的一般原则.............................................................32

    3.6.2 初步确定轴的形状及外形尺寸...................................................33

    3.6.3 初步选择滚动轴承....................................................................34

    3.6.4 确定轴上圆角和倒角尺寸..........................................................35

    3.6.5 求轴上的载荷...........................................................................35

3.6.6 按弯扭合成应力校核轴的强度...................................................39

   3.6.7 精确校核轴的疲劳强度..............................................................39

3.7 本章小结....................................................................................42

第四章 设备的使用和维护..............................................................43

4.1 设备的使用................................................................................43

4.2 设备的维护................................................................................43

第五章  结束语.................................................................................44

参考文献..............................................................................................45



内容简介:
第一章 绪论1.1 引言混合设备是一种量大面广、品种繁多的机械产品,在化工、冶金、医药、造纸、化妆品、涂饰材料、食品、饲料及废水处理等行业都得到了广泛的应用,尤其是在化工行业使用最多。混合过程是一个使体系内物料的不均一度不断下降的过程。混合机械可分为两大类,即回转式混合机械和非回转式混合机械1。固体混合是指把两种或两种以上不同的固体粉体或粒料在干燥状态或有少量液体存在下,在外力下混匀,使不均匀度不断降低的一个随机过程。在世界各国烧结厂的烧结原料作业中,不论一次混合还是二次混合均选用圆筒混合机。经过长期实践和改进,随着烧结机向大型化方向发展,与之相配套的圆筒混合机的规格也相应的增大,结构也有了很大发展,新型圆筒混合机就是这一发展的产物。由于人们设计混合工艺和计算混料的能力仍有限,目前的设计主要依赖于经验,在整体结构上没有多大的变化。随着粉体混合过程数值模拟技术的发展,有助于人们对混合机理的认识。掌握先进的混合技术,开发和生产高效的混合设备对于国民经济有重大意义。1.2 圆筒混合机的发展 目前, 世界烧结工业的发展趋向大型化和自动化。由于圆筒混合机运行可靠、产量高, 能够适应烧结设备向大型化发展的需要, 所以世界上大型烧结厂几乎无一例外的采用圆筒混合机作为一、二次混合设备。 一次混合机、二次混合机、烧结机和冷却机被称为烧结厂的四大主机。1985 年宝钢一期烧结设备全套引进, 1991 年宝钢二期虽然通过与日本合作制造四大主机等设备, 使国产化率提高到84%, 但混合机的国产化率仅达到 34%。其主要原因是国内制造大型圆筒混合机筒体的技术尚不成熟。我国混合机设备的发展是和烧结工业的发展同步的, 经历了从简单到逐步完善、从小型到大型化的发展历程。70 年代未, 我国已自行设计制造多种不同规格的圆筒混合机, 最大直径达3m,长度达12m, 并形成了系列产品, 满足了烧结机发展的需要。进入 80 年代, 尤其是宝钢引进的450m2 烧结机建成投产后, 有力地促进了我国烧结工业的发展, 圆筒混合机设计制造水平也有了新的提高, 自行解决了264m2 、300m 2以及435m2烧结机配套的大型圆筒混合机的设计制造技术。国内自行设计制造的圆筒混合机规格见表 1。表 1国内自行设计制造的圆筒混合机规格国内虽然积累了多年制造圆筒混合机的经验, 但制造的混合机规格小, 与大型混合机相比技术要求低。滚圈与筒体的联接方式多为螺栓联接或滚圈套入筒体加垫片调整后焊接; 滚圈为铸钢件; 小型混合机筒体整体入炉热处理容易; 筒体精度可以用加工来保证。目前在大型圆筒混合机制造的难点有如下几个方面:(1) 规格大。二次混合机筒体单件重量为210t, 内径 5.1m, 长度 24.5m, 滚圈净重 42.5t, 规格为。(2) 精度高。设计要求筒体滚圈和法兰的径向圆跳动用通光度检验不大于20mm;筒体法兰的径向圆跳动不大于20mm;端面圆跳动为0.3mm;齿圈架与齿圈的结合面对筒体公共轴线的垂直度为0.5mm。(3)锻造焊接难。整体锻造滚圈在一般的万吨水压机上直接锻造也十分困难。目前, 国内拥有万吨水压机的厂家为上海重型机器厂、第二重型机器厂和第一重型机器厂。用上重厂和二重厂的万吨水压机生产需用体外锻造法, 并要相当的改造费用; 在一重生产也要采取一定的措施。滚圈与筒体直接焊接, 筒体焊缝需退火, 且应保证筒体的同轴度和形位公差。大齿圈加工周期长、工艺复杂。另外, 筒体和滚圈陆地运输也十分困难。经过十多年的徘徊, 我国终于实现了大型圆筒混合机的自行设计、自行制造。武钢435m2烧结机配套圆筒混合机的设计制造成功, 使我国大型圆筒混合机的国产化率提高到了 94. 6%, 并使我国大型混合设备的制造加工水平取得了突破性进展。1.2.1圆筒混合机概述混合机是烧结厂主要设备之一,混合设备设置在配料设备与烧结机之间,为烧结机提供混匀、适合烧结的原料。根据原料性质不同,烧结厂的混合作业分为一次混合机和二次混合机,一次混合机主要作用是将物料混匀及湿润,二次混合机主要是对物料进行制粒,使物料满足成分均匀、水分适中、透气良好的要求。当烧结原料是以富矿粉为主时,粒度已满足烧结要求,混合作业主要目的是把混合料混匀和加水润湿,放置一次混合机即可。当烧结机含铁原料以细磨精矿为主时,由于粒度较细,导致混合料的透气性差,为改善透气性,必须在混合过程加强制粒,所以需采用二次混合。也有的在工艺流程中设置了滚煤机,称作为三次混合机。 1.2.2圆筒混合机的工作原理烧结机用的各种原料组成的混合料由给料漏斗送入一次混合机内。混合机的筒体倾斜安装 ,传动装置中的电动机转动时 ,经舌簧联轴器、减速器、齿轮联轴器、小齿轮、大齿圈从而使筒体旋转。物料在筒体内因摩擦力的作用 ,使其随着筒体旋转方向向上运行 ,当提升到一定高度后由于物料自重作用又下来。并沿倾斜筒体的轴向朝低端移动。物料是在随筒壁反复提升和落下的过程中使物料中的各种成份和水分等混合均匀。物料经多次提升和抛落 ,形成一个螺旋状运动轨迹。向前推进至卸料端将物料排除出 ,整个一次混合过程完成。1.2.3一次混合机主要目的与作用是将物料混匀并湿润。 混合料的进料由皮带机和漏斗两种形式,将料送入圆筒混合机的进料端,通过筒体的旋转,物料在筒体内呈螺旋状运动,在运动的过程中使混合料形成“滚落”状,从而完成物料的混合、湿润、制粒、混匀后通过圆筒混合机排料端的溜槽排到皮带输送机上。传动形式主要分齿式传动和胶轮传动两种形式,按工艺需要而定。齿式传动一般适用于3.2m以上规格圆筒混合机,胶轮传动一般适用于3.2m以下规格圆筒混合机。但不能一概而论,也有3m采用齿式传动,3.2m采用胶轮传动的。1.3圆筒混合机的结构圆筒混合机由筒体、给(排)料端支承托轴、传动装置、喷水装置、排料端漏斗、给(排)料托辊罩、齿轮罩、检修平台等组成。筒体支承在支承托辊上,由主电机通过硬齿面减速机及筒体上的大、小齿轮带动筒体旋转。为了便于检修和调整,在减速机主电机的对侧设有微动装置以使筒体能缓慢转动,并按要求准确定位。一次混合机和二次混合机除筒体内构造和洒水装置设置不同外,其余结构形式完全相同。组合型圆筒混合机的筒体更长一些,筒内前后段结构不同,前段采用一次筒内结构,后段采用二次筒内结构,其余部分和分离型的一、二次混合机并无差异。圆筒混合机示意图如图1-1所示。 1.筒体装置 2.托圈 3.洒水装置 4.传动装置 图1-1圆筒混合机示意图1.3.1入料装置1)料溜子入料;2)皮带机入料。 1.3.2筒体部分筒体由滚圈和钢板制成的圆筒对焊而成 ,滚圈为整体锻造 ,滚圈为筒体的一部分。这种结构制造易 ,安装简单 ,筒体刚度大 ,避免滚圈与筒体之间在运转时产生滑动现象 ,滚圈寿命长。其断面采用实心矩形 ,形状简单 ,便于制造 ,但对滚筒精度要求很高 ,它直接影响设备的安装和运转要求。设计的高要求必须在制造中采取先进的工艺措施来实现 ,特别是为保证滚筒各段的同心度要求在组焊前各段在接头处设“定中心块 ”的方法定中心 ,调整好同心度后用螺栓联接固定后再进行焊接 ,这样保证滚圈 ,齿圈同心度要求 ,使端摆 ,径跳达到最小范围。大齿圈为铸钢分两半制造 ,用 4个螺栓联接成一体 ,再由 20个铰制配合螺栓和 16个普通螺栓与筒体上的固定架联接 ,安装时根据筒体上设置的专用基准进行调整。筒体内铺有耐磨橡胶衬板,在入口的1.5m段安装与混合机轴线成15倾角的导料橡胶板 ,作为混合料向排料端移动导向装置 ,使给料端不堆料和散料 ,其余部分的橡胶衬板及压条与筒体轴线平行。橡胶衬板的安装必须在现场进行 ,严格按设计圆周等分先在筒体内焊好螺柱 ,将各衬板及压条就位后再拧紧螺母 ,这样安装能使各块衬板间予紧力相等。能有效地缓解冲击震动,降低噪音,保护筒体,为提高造粒效果,筒体内采用锥形逆流复合导流。轮带与筒体采用加铁焊接连接型式,加强筒体刚性又便于安装检修。1.3.3传动装置减速机采用硬齿面减速机,满足传动要求,减少事故维修量,电动机采用YR、 JR、YTS等。(左装右旋)左装右旋开式齿活动,大齿圈与筒体采用刚性螺栓把合结构,结构简化,传动平稳,又易于安装检修。 出料装置:采用出料与筒体偏心形式,有利于出料,又起到使出料寿命大大提高的效果。 1.3.4支撑装置设有两挡支撑,采用强力型,二挡统一,有利于制造更换。 1.3.5给料装置入料槽采用铸石衬板,提高导料槽的耐磨性,为确保下料通畅,导料槽下安装脉 冲震打器,为检修方便设有焊接平台。1.4圆筒混合机的工艺布置对于中小型烧结厂通常是把一次混合机配置在地坪上,而把二次混合机配置在烧结厂房顶层 上,这样避免了混合机制粒后混合料由长距离输送可能引起的小球破损以及湿度、温度波动等问题影响烧结厂的产量和质量。 对于大型烧结厂圆筒混合机,因转动质量和接触压力很大,不宜采用上述型式混合,最好把一、二次混合机都设置在地坪上。1.4.1支撑形式:圆筒混合机支撑形式对于金属托辊都设置两组,分别设置在轴向和径向,对称布置。对于大型圆筒混合机都以轮胎来代替金属托辊的橡胶轮胎传动,其设置一般都是大于两组或四组,支撑沿轴向、径向对称布置,这种对称布置是沿用了金属托辊而设计的。这种设计还应进行深入的探讨。1.4.2传动形式由于圆筒混合机这种设备很庞大。电机、减速机传动系统都设计在筒体一侧的下部,对金属托辊设计两组,一侧为主动,另外一侧为被动,筒体在传统设计时朝着传动侧转动,由于筒内物料的运动偏离筒体中心,使得筒体传动侧受到的力较大,其摩擦阻力矩和弹性变形阻力矩较大,因此筒体转动时需要克服的摩擦阻力矩和弹性变形阻力矩也较大,使得筒体振动,电机电流增大,使减速机磨损胶合。因此有必要对传动形式进行优化。1.5 影响物料混合及造球的因素物料在混合机混匀程度和造球的质量与烧结料本身的性质、加水润湿的方法、混合制粒时间、混合机的充填率及添加物有关。1.5.1原料性质的影响物料的密度:混合料中各组分之间比重相差太大,是不利于混匀和制粒的。物料的粘结性:粘结性大的物料易于制粒。一般来说,铁矿石中赤铁矿、褐 铁 矿比磁铁矿易于制粒。但对于混匀的影响却恰好相反。 物料的粒度和粒度组成:粒度差别大,易产生偏析,对于混匀不利,也不易制粒。因此,对于细精矿烧结,配加一定数量的返矿作为制粒核心。返矿的粒度上限最好控制在56mm,这对于混匀和制粒都有利。如果是富矿粉烧结,国外对作为核心颗粒、粘附颗粒和介于上述两者之间的中间颗粒的比例亦有一定要求,以保证最佳制粒效果。另外,在粒度相同的情况下,多棱角和形状不规则的物料比圆滑的物料易于制粒,且制粒小球强度高。1.5.2加水润湿方法混合料的水分对烧结过程有重要的影响。a、通过水的表面张力,使混合料小颗粒成球,从而改善料柱透气性;b、被润湿的矿石表面对空气摩擦阻力较小,也有利于提高透气性。随着水分的增加,混合料的透气性增大,从而提高生产率。一般达到最佳值后又下降,直到泥浆界限,致使空气不能再通过混合料。 加水方式是提高制粒效果的重要措施之一。一次混合的目的在于混匀,应在沿混合机长度方向均匀加水,加水量占总水量的80%90%。二次混合的主要作用是强化制粒,加水量仅为10%20%。分段加水法能有效提高二次混合作业的制粒效果,通常在给料端用喷射流使料形成球核,继而用高压雾状水,加速小球长大,距排料端1m左右停止加水,小球粒紧密坚固。1.5.3混合、制粒效果由于物料在筒体内运动的复杂性,使得到目前为止还没有一种很好的、精确的理论对混合、制粒的参数的设计进行有效地指导。现在的设计多以经验为主,使得很多混合机制粒效果不佳,难以达到预期的设计效果。寻求一种最佳的设计参数,是现在工厂所面临的突出问题。1.5.4混合制粒时间圆筒混合机内烧结原料的组分混合是否均匀、能否达到最佳的制粒效果,直接影响着烧结矿的质量和产量。为了保证烧结料的混匀核制粒效果,混合过程应有足够的时间。混合时间与混合机的长度、转速和倾角有关。增加混合机长度,可以延长混合制粒时间,有利于混匀和制粒。混合机的转速决定着物料在圆筒内的运动状态。转速太小,筒体所产生的离心力作用较小,物料难以达到一定高度,形成堆积状态,所以混合制粒效果都低但转速过大,则筒体产生的离心力作用过大,使物料紧贴于筒壁上,致使物料完全失去混匀和制粒作用。混合机的倾角决定物料在机内停留时间,倾角越大,物料混合时间越短,故其混匀和制粒效果越差。圆筒混合机用于一次混合时,其倾角应小于2.0 ,用于二次混合时,其倾角不小于1.5 。1.5.5混合机的安装倾角及充填率(1)安装倾角直接影响混合时间,倾角大,混合时间短;倾角小则混合时间变长。(2)充填率是以混合料在圆筒中所占体积来表示的。充填率过小时,产量低,且物料相互间作用力小,对混合制粒不利,充填率过大,在混合时间不变时,能提高产量,但由于料层增厚,物料运动受到限制和破坏,对混匀制粒不利。一般认为一次混合机的充填率为15%左右,而二次混合比一次混合的充填率要低些。1.5.6添加物生产实践表明,往烧结料中添加生石灰、消石灰、皂土等,能有效地提高烧结混合料的制粒效果,改善料层透气性。1.6 作用及意义实际生产中混合、制粒效果不够理想。参考来源于大型橡胶传动圆筒混合机的力学性能在文献4中的论述,但是该理论还需要进一步进行完善,轴向受力计算方法有必要进一步研究,以求完善圆筒混合机的设计理论。意义主要在于:(1)给出圆筒混合机内物料运动模型,为圆筒混合机的优化设计参数的选择提供了理论依据。(2)优化圆筒混合机的的传动方式,使得传动轮胎寿命得到提高,混合机筒体振动减轻。具有广阔的市场应用前景,良好的经济效益和社会效益。第二章 圆筒混合机电机功率计算由于圆筒混合机具有结构简单、工作可靠、检修维护方便、运行平稳、生产能力大、混合造球好等优点 ,在烧结作业的一、二次混合中得到广泛地应用。但是 ,如何计算传动功率 ,选定电动机的容量 ,以满足生产实际的需要 ,则比较困难。电机常出现的问题,主要表现在: 电动机的温升较高; 减速机的响声异常。通过现场的观察、分析 ,认为是由于电动机的功率不够造成的。圆筒混合机实图如下: 图2-1 圆筒混合机2.1混合机传动总功率的分析混合机的传动是由电动机通过一、二级减速机和两组主动托辊、两组被动托辊摩擦传动来实现的 ,混合机的进料端比出料端高 ,使整个设备具有一定的倾斜角。经分析可知 ,驱动圆筒混合机转动所消耗的功率 N 可按下式来决定: (2-1) 式中 N 驱动圆筒所消耗的功率/ kW N1 筒内物料转动所消耗的功率/ kW N2 筒体克服支承系统的摩擦所消耗的功率/ kW N3 筒体本体转动所消耗的功率/ kW 总传动效率2.2 圆筒混合机内物料运动过程分析2.2.1物料转动所消耗功率的计算物料在筒体内运动是比较复杂的。混合料进入圆筒后,由于与筒壁之间产生摩擦,在圆筒旋转离心力的作用下,附于筒壁并上升到一定的高度,然后靠重力的作用滚下 ,与上升的物料产生相对运动而滚动成球 混合料在多次往复运动的过程中,在轴向分力的作用下,不断向出料端移动。从圆筒的横断面上看,由于混合料层较厚,各部位受力情况相差很大,其上升时达到的高度也不相同 ,并且在圆筒连续旋转的过程中,总是有一部分物料在上升,一部分在下落,物料上升或下落的多少,与圆筒的转速有关。若转速过小,混合料所受到的离心力、圆周力也就过小,物料就不能上升到足够的高度,仅堆积在圆筒下部,这种情况起不到混合与造球的作用。与之相反,若转速过大, 物料所受到的离心力、圆周力过大,致使物料紧贴附于筒壁而带到很高的部位才抛落下来,这种情况也起不到造球的作用。只有在速度适宜时,设备运转安全,混合与造球效果也好,大型混合机一般选用67r/min的速度。经上述分析可知 ,转动物料所消耗的功率 N1应由下式决定: (2-2)式中 N11 物料重心上移所消耗的功率/ kw N12 物料滚动,内摩擦所消耗的功率/ kw物料的受力如图2-1所示。 1. 筒体 2 物料 图2-2物料受力情况图2-1中物料所受重力为G,筒体对物料的支持力为N,物料所受摩为F,其中摩擦力FN筒体转速为n(r/min),则其角速度为n/30 (2-3) 为物料位置和筒体中心的连线与竖直方向的夹角,称为物料提升此时物料颗粒法线方向受力方程为N-mgcos=m2R (2-4)切向方向上受力方程为 F-mgsin=0 (2-5)将F=N和式(2-2)代入到式(2-3)中得 (m2+mgcos)-mgsin=0 (2-6)可以看出随着物料的上升,变大,N变小,F也变小,而重力在切线上的分量mgsin则变大。不同性质的物料在圆筒混合机内的运动时,由于物料的不同性质以及筒体不同的转速、不同的填充率等工艺参数时,物料运功状态大致有六种状态2。分别为Slipping(滑移)、Slumping(阶梯)、Rolling(滚动)、Cascading(小瀑布)、Cataracting(大瀑布)和Centrifuging(离心)。2.2.2一次混合机的最佳参数选择对于一次混合机来说,以混合为主,其运动方式以物料作抛落运动(小瀑布)为宜,这就要求物料提升角必须大于90度。此时物料颗粒能抛射条件为所受支持力N为0。从而有如下关系m2r+mgcos=0(/2) (2-7)式中筒体运转时的角速度(rad/s)r物料所对应的旋转半径(m)将式(2-5)两边消去m,可以得到如下方程2r+gcos=0(/2) (2-8)对上式进行进一步整理,可以得到与r之间的关系 () (2-9)2.2.3二次混合机的最佳参数选择对于二次混合机来说,除了继续混匀和水分微调外,主要作用为制粒,有时也进行通蒸汽预热混合料,使混合料在露点以上,以强化烧结过程。其运动行式以物料作滚落运动为宜。最佳参数的选择原则为:对应一定的角速度,便可确定物料的抛射面;调整物料填充率,使得物料休止角所对应的料面到达抛落与滚落状态的的临界点,此时滚动距离最长,制粒效果最佳。如果填充率过大,物料则会做抛射运动,制粒效果不好。如果填充率过小,物料仍处于滚动状态,但滚动距离较小,制粒效果不是最佳。制粒效果最佳状态如图2-3所示。物料面所对圆心角为 : =2-2物料抛射角休止角 1.物料抛射面 2.物料休止角对应料面 图2-3 物料在筒内状态令r=R,代入式(2-9)可得半径为R处物料的抛射角 则有 =2-2 物料填充率为: = 由上式最佳物料填充率与筒体转速、筒体半径以及物料的休止角有关。具体设计时应综合考虑,以得出合理的参数组合。2.3 计算物料重心上移所消耗的功率经过分析论证,物料重心上移所消耗的功率N11 为 :N11 = W1 v/ 102 (2-10)式中 W1 筒内滚动物料总重/ kg W1= R2L (2-11) 填充率 R 筒体半径/m L 筒体长度/m 物料容重/ kgv 物料重心线速度c 的垂直分量 (2-12)式中 n 筒体转速/ rmin-1;rc 物料重心半径/m; 物料料面与水平面的轴角;研究筒内物料的运动可知,动态的比静态的自然堆角要小,这是因为:(1)随着筒体的回转,表面物料层沿斜面滚落下来,滚落部分角称为剪切角,= - ; (2)物料运动中内摩擦减小, 动 = (0.70.9);(3)由于温度、湿度、粒度等的变化 , 与不同。 (2-13) (2-14)式中 物料对应中心角的一半/ rad 填充率与的关系由式(2-7)给出 ,或由表1 查出。把(2-11)、(2-12)、(2-13)式代入(2-10) (2-15)2.3.1计算物料滚动时内摩擦所消耗的功率(1) 精确计算上升物料与滚动下落物料间内摩擦力是比较复杂的,因为影响的因素较多,而有些因素是随机的,如物料特性、物料滚动状态等。为了计算出内摩擦力的大小,根据实际情况做出如下两点假设:上升物料与下落物料的重量相等;内摩擦力均布在通过重心的圆周上。这样,内摩擦力可由下式求出: (2-16)式中 F 内摩擦力/ kg 内摩擦系数g 重力加速度 ,取g=9.81m/ 角速度/ rad = n/ 30 (2-17) (2)内摩擦力对圆心O所产生的力矩 M : (2-18)M 内摩擦力矩/ kg(3)内摩擦所消耗的功率: (2-19)把(2-11)(2-13)(2-17)代入式(2-18)得; (2-20)2.3.2计算转动物料所消耗的功率把(2-11)、(2-18)式代入(2-2)中得: (2-21)2.4 计算克服支承系统的摩擦所消耗的功率 (2-22) 托辊上所消耗的功率/ kW; 挡轮上所消耗的功率/ kW。2.4.1计算托轮上所消耗的功率(1) 由于4 个托辊承受混合机转动部分全部重量的径向力 ,所以每侧两个托辊上所承受的径向力之和 P1 可由下式求出: (2-23)式中 径向力/ kg; 托辊滚圈中心连线与垂直方向的夹角/ (); 筒体轴线与水平线的夹角/ (); 筒体及齿圈的重量/ kg;随着混合机的长期使用 ,筒壁内要附着一定厚度的粘着矿 ,因其厚度是随机变化的 ,所以重量确定起来较困难。一般是根据日立造船株式会社的经验和数据来确定其重量: (2-24)式中 1 粘着矿的松散容重=2750kg/ 筒内粘着矿的厚度,取0.050.15m L 筒体长度/m,一次混合取较大值 ,二次混合取较小值(2) 筒体转动在 4 个托辊上克服的滚动阻力: (2-25)式中 M21 滚动阻力矩/ kgm 滚动摩擦力臂/m d1 托轮的外径/m D 滚圈的外径/m(3) 4 个托辊上所消耗的功率: (2-26)支承托辊的滚动轴承也消耗一部分功率 ,但与 N21 相比要小得多 ,可忽略不计。2.4.2计算挡轮上所消耗的功率:为了减小挡轮与滚圈之间的滑动摩擦损耗,挡轮和滚圈间应是两个锥体作纯滚动 ,即这两个锥体有公共点 ,则挡轮的平均直径: (2-27)滚圈的直径: (2-28) 式中 挡轮的平均直径/m 滚圈的平均直径/m 挡轮的厚度/m 挡轮上所受到的径向力 P2 可用下式求出: (2-29) 式中 径向力/ kg 筒体转动时在挡轮上所遇到的滚动阻力矩: (2-30)在挡轮上所消耗的功率 N22: (2-31)同样 ,支承挡轮的滚动轴承也消耗一部分功率 ,但与 N22 相比要小得多 ,可忽略不计。2.4.3计算支承系统所消耗的总功率:把 (2-26)、(2-31)代入(2-21)可得: (2-32)2.5 计算总功率 因为筒体在设计、制造时几乎采用完全的动平衡,又因为筒体转速比较小,所以,在正常运转时转动筒体本体所消耗的功率与运转消耗总功率N相比要小得多,可忽略不计,则式(1)可变为: (2-33) 上面所述为圆筒混合机在正常运转时的实耗功率的分析计算方法。选用电动机时,还要考虑启动过载系数以及安全系数。 2.5.1 圆筒混合机的电机功率计算: 圆筒半径R=0.60m;圆筒长度L=4.00m;滚圈直径D1=1.44m;托辊外径d1=0.28m;挡轮大端直径d2=0.25m;挡轮厚度h=0.1m;托辊滚圈中心连线与垂直方向的夹角=;筒体倾斜角=;筒体和滚圈重量W2=2173.5kg;总的传动效率=0.85;滚动摩擦力臂=1.4m;筒体转速n=10r/min;物料容量;物料安息角;填充率。 (1) 动态堆角1按自然堆角的0.8计算 ,则: ;动态内摩擦系数; (2 ) 由式(14)计算 ,当= 0.125 时 ,筒内物料对应中心角的一半; ; (3) 由式(2-27)、(2-28)计算: 挡轮的平均直径 =m 滚圈的平均直径 =1.440.1=1.34m(4) 由式(2-11)计算筒内滚动物料的重量: W1= R2L=; (5) 由式(2-24)计算筒体内粘着矿的重量: = kg; (6) 由式(2-21)计算转动物料所消耗的功率: (7) 由式(2-32)计算克服支承系统的摩擦所消耗的功率: (8) 由式(2-33)计算圆筒混合机运转消耗的总功率: 由于在计算时都是按最大极限负荷计算的,故电动机的功率可以认为就是圆筒混合机运转消耗的总功率。选择电机型号为:y160L6型 ;电机功率选:11kw ; 转数:970转/min。2.6 本章小结选择电动机应注意的:选择电动机要根据工作载荷,工作机的特性和工作环境等条件,选择电动机的种类、类型和结构形式、容量(功率)和转速、确定具体型号。(1)选择电动机种类、类型和结构形式。根据电源种类(直流或交流)、工作条件(温度、环境、空间尺寸等)及载荷特点(性质、大小、起动性能和过载情况)等条件选择。生产单位一般用三相交流电源,如没有特殊要求应选用交流电动机。其中以三相鼠笼式异步电动机用得最多,其常用标准系列为J2、JQ2、JQ3等。在经常启动、制动和反转的场合(如起重机),要求电动机转动惯量小和过载能力大,因此应选用起重及冶金用三相异步电动机JZ(型(鼠笼式)或JZR型(绕线式)。电动机结构有开户式、防护式、封闭式和防爆式等,可根据防护要求选择。电动机的额定电压一般为380V。(2)选择电动机的容量。电动机的容量(功率)选得合适与否,对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求,就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;容量过大则电动机价格高,能力又不能充分利用,由于经常不在满载下运行,效率和功率因数都较低,造成很大浪费。我们的设计多为在不变载荷下长期连续运行的机械,要求额定功率!-.稍大于Ped所需电动机的工作功率Pd,可不必校验。即:。是电动机至工作机的总效率; 是工作机所需功率,指输入功率;由机器工作阻力和运动参数计算求得。(3)确定电动机的转速。容量相同的同类型电动机,可以有不同的转速,为使传动装置设计合理,可以根据工作机转速要求和各传动副的合理传动比范围推算电动机转速的可选范围。即:式中: 电动机可选转速范围(min-1); 转动装置的总传动比饿合理范围;,各级传动副传动比的合理范围; 工作机转速(min-1)。驱动圆筒混合机转动所消耗的功率主要包括筒内物料转动所消耗的功率N1、筒体克服支承系统的摩擦所消耗的功率N2以及筒体本体转动所消耗的功率N3 ,其中, N3相对很小 ,可忽略不计。经过分析计算,得出N1和N2计算公式,进而计算出转动所消耗的功率以及电动机的功率型号。第三章 传动装置的总体设计3.1 分析传动装置的工作情况 传动系统工作通过电机1输出转矩经过联轴器与减速器相连接达到力矩的传递,通过减速器的减速作用得到工作所需要的转速,从另一端传递出去又经过联轴器传递到轴上以达到工作传递的目的。3.1.1 传动装置示意图 1. 电动机 2.(4) 联轴器 3. 减速器 5.(8). 托辊 6. 齿轮 7. 轴 图3.1 圆筒混合机传动装置3.1.2 传动形式 由于圆筒混合机这种设备很庞大。电机、减速机传动系统都设计在筒体一侧的下部,对金属托辊设计两组,一侧为主动,另外一侧为被动,筒体在传统设计时朝着传动侧转动,由于筒内物料的运动偏离筒体中心,使得筒体传动侧受到的力较大,其摩擦阻力矩和弹性变形阻力矩较大,因此筒体转动时需要克服的摩擦阻力矩和弹性变形阻力矩也较大,使得筒体振动,电机电流增大,使减速机磨损胶合。因此有必要对传动形式进行优化。3.2根据传动装置的组成和特点确定传动方案 传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选定电动机型号、合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数,为计算各级传动件准备条件。设计时要先确定机构简图。3.2.1 圆柱齿轮减速器传动布置形式两级圆柱齿轮减速器传动布置形式有展开式、分流式和同轴式几种,如图3-2所示。 (a)展开式(b)分流式(c)同轴式 图3-2 传动布置形式 其中展开式两级圆柱齿轮减速器是最简单、应用最广泛的一种,但它的齿轮相对于轴承位置不对称,受力后沿齿宽载荷分布不均匀,要求轴有较大的刚度,常用于载荷比较平稳的场合;分流式两级圆柱齿轮减速器由于外伸轴的位置可以由任意边伸出,故可方便地进行机器的总体配置,但分流级的齿轮均要求做成斜齿,为抵消轴向力,两边齿轮的旋转方向相反,且应使其中的一根轴能作细微的轴向游动,以避免卡死齿轮;同轴式两级圆柱齿轮减速器的径向尺寸较小,但轴向尺寸偏大,中间轴较长,刚度较差,润滑困难,加剧了载荷沿齿宽方向分布的不均匀性,且仅能有一个输入轴端和输出轴端,限制了传动布置的灵活性,故常用于要求输入轴端和输出轴端必须放在同地轴线的场合。正是由于不同类型的减速器其特点不一样,所以设计人员在选择减速器的形式时,应综合考虑机器的配置、功率、转速、传动比、效率、外廓尺寸、重量、制造成本、维护费用、对传动性能的要求,以及结构和工艺方面的条件,具体进行分析做出正确的选择。3.3初步确定减速器结构和零部件类型 在机电一体化机械传动系统的设计过程中,为既满足总传动比要求,又使结构紧凑,常采用多级圆柱齿轮副组成传动链。总传动比确定后,传动级数合各级传动比的分配原则有:(1) 等效转动惯量最小原则;(2) 质量最小原则;(3) 输出轴转角误差最小原则;这三种原则。 在“等效转动惯量最小原则”这一条件下,根据齿轮传递的功率不同,其各级传动比的分配也有所不同。 进行减速器设计以前,应初步了解减速器的组成和结构,可以结合参观模型和实物,进行拆装减速器实验以及阅读典型的减速器装配图来达到这一要求。在了解减速器结构的基础上,根据工作条件,确定以下内容: (1)选定减速器传动级数。传动级数由传动件类型、传动比和空间位置要求而定,例如对圆柱齿传动,减速器传动比i8.时,采用二级传动可以得到较小的结构尺寸和重量。 (2)确定传动件布置形式。没有特殊要求时,尽量采用卧式轴线水平布置。 (3)初选轴承类型。一般减速器都用滚动轴承,大型减速器有用滑动轴承的。滚动轴承的类型由载荷和速度等要求而定。蜗杆轴受较大轴向力,其轴承及布置形式要考虑轴向力的大小。此外,对各种轴承都要考虑轴承的调整和密封方法,并确定端盖结构。 (4)决定减速器机体结构。通常在没有特殊要求时,齿轮减速器机体都采用沿齿轮线水平剖分的结构,以利于加工和装配。对蜗杆减速器,也有整体式机体,一般用大端盖的结构。3.3.1确定传动装置的总传动比和分配各级传动比 由选定的电动机满载转速nm和工作机转速n,可得传动装置总传动比为: (3-1) 总的传动比为: 由于总传动比为各级传动比的连乘积。即 (3-2)在分配传动比时,应根据设计要求考虑不同的分配方式。分配系统的传动比如下:=97=204.85 选择减速器的传动比为=20,传动齿轮与齿圈的传动比=4.853.3.2计算传动装置的运动和动力参数 为进行传动件的设计计算,应将工作要求的功率或转矩推算到各轴上,并分别求出各轴的转速和转矩。 (1) 各轴转数: nI=(nm/i0)min-1 (3-3) 式中:nm 电动机满载转数; i0 电动机至I轴的传动比。N= nI/i1= nm/(i0i1) min-1 (3-4) N= n/i2= nm/(i0i1i2) min-1 (3-5) 以此类推。(2)各轴功率:(3)各轴转矩: 其中:T1 =9550(Pd/nm)Nm 3.3.3减速器的选择根据减速器所需的结构、电机功率、输出轴转速、扭矩,参照表中规定的型号规格选用。此减速器是“恒转矩”传动。根据所需工作转矩与传动比选择机型:电机实际输出转矩: (3-6) 式中:N输入功率,即电机额定功率N=11 Kw n输入轴的转速(取满载转速970r/min) K使用系数,查注3表16-2-126 取K=1.2 i 传动比,取i=20(45) (表8-434查得)注3 机械效率,取=0.91所以 Mg=W圆筒*d/2=2509.10.6= MsMg 查表 8434 查得 注3 选择减速器为:ZQ3503Z型号。3.3.4减速器的校核查表8-437可以知道ZQ-35型减速器在传动比i=20,转速n=970r/min时,高速轴的许用功率为P1=10.5kw。低速轴的转速为n低=970/20=48.5r/min。低速轴上的最大短暂许用扭矩为720kgm。1)计算输入轴所需功率:由于电机的满载时的效率为0.87,联轴器效率为0.99,减速器的效率取为=0.95从而有输入轴功率为: =11x0.87x0.99=9.47kw即减速器输入功率需要9.47kw,查表8-437,传动比i=20,轻型高速轴的许用功率为10.5kw,185.49Nm故低速轴也满足尖峰负荷传动要求。3)由表8-436查出该减速器的实际传动比: 4)所选减速器的代号为:JQZ350VI2Z。3.3.5圆柱齿轮减速器箱体设计注意事项1)足够的刚度要求 ;2)箱座与箱盖接合面的紧密性;3)箱体的工艺性;4)润滑及密封。3.4 联轴器的选择选择联轴器的类型。对高速轴常用弹性联轴器,对低速轴常用可移式刚性联轴器。常用的联轴器多已标准化或规模化了。选用时,首先按工作条件选择合适的类型;再按转矩、轴径合转速选择联轴器的具体尺寸;必要时校核联轴器中薄弱环节的承载能力。若无具体规范时,亦可以参照推荐的主要尺寸定出全部结构尺寸,然后进行必要的校核计算。选择或校核时,应该考虑机器启动时惯性力过载等的影响,按最大转矩(或功率)进行。但是,在设计时,往往因为原料资料不足,或分析极为困难,最大转矩不易确定,故通常按计算转矩进行。计算转矩公式: Tca=KAT (3-7)3.4.1联轴器的附加力矩的计算Tc=9.55N/n (3-8)式中 Tc 计算的最大转矩,KNm; N 电动机功率, KW; n 联轴器转速,r/min; 电动机功率利用系数:0.85 过载系数:2.0.N=11kw n=970r/min =0.85 =2.0 Tc=9.55N/n=(9.5511106/970)0.852.0=184.11103Nm3.4.2类型选择的条件 选择一种合用的联轴器类型要考虑以下几点: 1)所需传递的转矩大小合性质以及对缓冲减震功能的要求。 2)联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴,应选平衡精度高的联轴器,例如膜片联轴器等,而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。 3)两轴相对位移的大小和方向。在安装调整过程中,难以保持两轴严格精确对中,或工作过程中两轴将产生的附加相对位移时,宜选用挠性联轴器。 4)联轴器的可靠性和工作环境。 5)联轴器的制造、安装、维护合成本。3.4.3与电机轴相连的联轴器型号选择 由电动机为Y116L6型可以知道电动机机轴的直径为:d=42mm。载荷计算: Tc=9.55106P/n=9.5510611/970Nmm=108.30103Nmm式中 Tc 公称转矩Nmm由表14-1查得KA=1.3. 故由式(3-7)得计算转矩为:Tca=KAT=1.3108.30103Nmm=140.79Nm从表4-2-6中查得YL8型凸缘联轴器的许用转矩为250Nm.,许用的最大转速为7000r/min。轴径为3245mm。传动效率=0.99。3.4.4与减速器输出轴相连的联轴器型号选择 查表8-436 可以知道减速器大端输出轴端的直径d1=65mm。传动比i=20,传动效率=0.86输出轴的转速为: n出=n/i=970/20=48.5r/min 则输出轴转矩为:T出=9.55106 =9.55106200.990.86/970=167.65Nm通力:由表14-1查得KA=1.3. 故由式(3-7)得计算转矩为:Tca1=KAT=1.3167.65103Nmm=217.95 Nm从表22-3中查得GZ2型凸缘联轴器的许用转矩为1500 Nm, 许用的最大转速为293 r/min。轴径为5565mm,传动效率=0.99。3.5 传动齿轮和齿圈的设计 电机通过减速器把转矩传递到轴上,轴则通过键把力矩传递给齿轮,通过与齿轮啮合的齿圈带动圆筒转动,达到混合的目的。齿圈通过螺栓连接紧固在圆筒上。3.5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)按图3-1所示的传动方案,选择直齿圆柱齿轮传动。2)混合机为一般工作极其,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。3)材料选择,由表10-1选择齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,齿圈选择材料为ZG55,铸件不允许有影响强度的裂纹,加工后齿表面不能有夹砂和气孔等缺陷,不加工表面要清除干净。4)选轴上齿轮齿数Z1=18,齿圈的齿数Z2=(97/20)18=4.8518=87.3,可以选取Z2=88。3.5.2按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算,即: (3-9)(1) 确定公式内的个计算数值1)试选载荷系数Kt=1.3。2)计算轴上齿轮传递的转矩:由于电机功率为11kw,传动效率为0.87,联轴器的效率为0.99,减速器的传动效率为0.91,则有:输出轴的功率为:输出轴的的转速为: T1= 3)由表10-7注3选取齿宽系数。4)由表10-6注3查得材料的弹性影响系数ZE=189.8 。5)由图10-21d注3按齿面硬度差得齿轮的接触疲劳强度极限;齿圈的接触疲劳强度极限。6)由图10-19取接触疲劳寿命系数; 。8)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,由 可得: (2)计算1)试计算齿轮分度圆直径;代入中较小的值。 即: 2)计算圆周速度。 3)计算齿宽b。 4)计算齿宽与齿高之比b/h。 模数 齿高 则 b/h=95.36/29.79=3.25)计算载荷系数。根据v=0.605m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数KV=1.02;直齿轮,;由表10-2查得使用系数;由表10-4用插值法查得7级精度、齿轮相对支承悬臂布置时,KH=1.2036;由b/h=3.2,KH=1.2036查图10-13得KF=1.14;故载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由下式计算: (3-10)则有: 7)计算模数m。 mm3.5.3 按齿根弯曲强度设计由式 : (3-11)(1)确定公式内的各计算数值1)由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限;齿圈的弯曲强度极限;2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数;3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式 可得:4)计算载荷系数K。 5)查取齿形系数由表10-5查得; 。6)查取应力校正系数。由表10-5查得;。7)计算齿圈、齿轮的并加以比较。 齿轮: 齿圈: 齿轮的数值大。(2) 设计计算 对比计算结果,由吃面接触疲劳强度计算的模数m大于由弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数m和齿数z的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数8.21mm,并就近圆整为标准值m=8.5mm,按接触强度计算处分度圆直径为251.7mm。则可计算取齿轮齿数为: 齿圈的齿数: 取z2=146。 从而,齿轮和齿圈即满足来哦齿面接触疲劳强度,又满足了齿跟弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,减少浪费的好处。3.5.4几何尺寸计算 (1)计算齿轮分度圆直径: (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度 故选取齿轮宽度为:105mm,齿圈宽度取为:110mm主要参考机械设计部分的资料。3.6 轴的结构设计3.6.1轴结构设计的一般原则 (1)轴上零件的布置应使轴受力合理; (2)轴上零件定位可靠、装拆方便; (3)采用各种减小应力集中和提高疲劳强度的结构措施; (4)有良好的结构工艺,便于建工制造和保证精度; (5)对于要求刚性打的轴,还应宠结构上考虑减小轴的变形。3.6.2初步确定轴的形状及外形尺寸 图 3-3 传动轴1)初步确定轴的最小直径: 根据公式: (3-9)其中, 扭转切应力(MPa);选取轴的材料为45钢,调质处理。根据表15-3,取A0=110,已知有输出轴的功率为P输出轴=8.535kw,输出轴转速为n输出轴=48.5r/min,于是有: 由于输出轴的最小直径显然式安装在联轴器处轴的直径(图3-3)。却轴径处有键槽,轴径增加5%,即有,为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选出联轴器型号。上面通过减速器输出轴以选出联轴器的直径=65mm,与64.68mm很接近,故选取最小轴径为65mm。与半联轴器相配合,半联轴器的长度为L=100mm.。2)轴上零件的轴向和周向定位 安装滚动轴承的部分都使用轴肩定位,齿轮处的定位是右端用轴肩定位,左端用定位销(或螺母)定位,以便稳定传动力矩。两端的轴承型号尺寸相同。在轴与齿轮和联轴器与轴处都开有键槽,都是采用平键连接,通过键来达到传递力矩的作用。3)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 上面以计算出轴的最小直径为65mm,是与联轴器相连的部分,根据左右两端的最小直径算出与之相连接段的轴径,由于定位轴肩的高度h一般为h=(0.070.1)d,左端d左=70mm,右端d右=65mm,从而依次计算出各部轴径为(从左向右):70mm,75mm,80mm,95mm,75mm,70mm,65mm。再根据轴上零件的宽度和安装的位置确定出轴各段的长度,从左向右分别为:34mm、352mm、105mm、20mm、242mm、32mm、207mm。在确定了轴的各段轴径后,就可以确定键的型号。半联轴器与轴的配合的毂孔长度为100mm,所以键槽的长度应小于半联轴器的长度,取键槽的长度为90mm,根据轴的直径查表6-1注4,从而得出此处键槽的截面尺寸为bh=90mm11mm,半联轴器与轴的配合为。齿轮与轴处键槽的长度应小于齿轮轮毂的宽度,齿轮的宽度为105mm,故取键槽的长度为100mm,从而根据轴径可得出轮毂处键槽的截面尺寸为bh=100mm11mm,键槽用键槽铣刀加工,为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为。齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度h0.07d,故取h=7.5mm,则轴环处的直径,轴环宽度,取。与初步确定的轴上的尺寸相符合,亦满足要求。轴的总长为992mm。3.6.3初步选择滚动轴承根据传动轴的工作情况确定轴承只受径向力,故选用双列向心球面滚子轴承,参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的双列向心球面滚子轴承3514,查表可以知道3514轴承的尺寸为:,因两个轴承相同,故各部尺寸也相同。故;而,所得尺寸与上面尺寸相符合,满足要求。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。3.6.4确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2,取轴端倒角为2.545,各轴肩处的圆角半径根据各段轴肩处的尺寸来确定,见图3-3.3.6.5求轴上的载荷首先根据轴的结构图3-3分析轴上的受力情况,再做出轴的计算简图。轴上受力有圆筒传递给齿轮的压力和电机的转矩,两端支撑的滚动轴承只受径向力,轴向方向的力很小可忽略不计。轴的详细尺寸如下图: 图3-4 轴的尺寸图弯矩图和扭矩图如下: A L1 C L2 B L 图3-5 轴的载荷分析图通过对轴上受力分析,在安装齿轮的位置即B-B处截面是轴的危险截面。计算截面B-B处的MH、MV及M的值。通过分析,轴上传递的转矩来自电动机的输出转矩。由上面计算可知:输出轴的功率为:输出轴的的转速为:则轴上传递的转矩为: 沿啮合线作用在齿轮面上的法向载荷垂直于齿面,为了计算方便,将法向载荷(单位为N)在节点处分解为两个相互垂直的分力,即圆周力与径向力(单位均为N)如图3-6所示: 图 3-6 直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析由此得如下公式计算: (3-10) (3-11) (3-12)已知:= =1680.6Nm; 啮合角,对标准齿轮,=20。 齿轮的分度圆直径,mm;主动齿轮轮齿上的力,齿圈轮齿上的各力分别与齿轮轮齿上的力的大小相等、方向相反。计算得: (1) 支反力F的计算: 由静力平衡方程 , 求得支反力为: , 在I-II段的轴承支反力FNH及FNV: FNH1= FNH2= FNV1= FNV2=47.9755-21.1131=2686.24N (2) 弯矩M的计算: 轴上的受力分析如上图3-5,在水平面上的弯矩为:在垂直面上的弯矩为: 通过计算得:MH= MV= 根据总弯矩公式: 有: 扭矩T即为输出轴的转矩: T=TC=1680.6Nm3.6.6按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受
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