垃圾分类风选装置-毕业设计论文.doc

北京林业大学本科毕业论文(设计)第1章 绪论随着城市人口的增加，城市垃圾产量越来越大，对环境的危害也日益严重。就我国而言，不仅固体废弃物的问题形势严峻，资源形势也令人担忧，人均资源低于世界水平，利用率也很低。对已产生的城市垃圾，最佳的处理方法是从垃圾中回收物质和能源，即垃圾的资源化，从而实现垃圾的减量化和无害化。垃圾资源化的首要工作就是垃圾的分选。国外有些国家把城市垃圾分选工作让市民来做，在垃圾收集的首端就实现垃圾的分选，当然这种方法比较经济，对环境的影响也小。但目前就我国而言，这种方法并不适用，城市垃圾的分选工作只能主要由垃圾处理厂来做。在垃圾分选的过程中，分选效率是决定垃圾回收物质价值和市场销路的重要因素，以往最广泛采用的垃圾分方法是从传送带上进行手选，然而这种方法效率低，劳动强度高，不适合工业化生产的要求。因此，开发大规模混合城市垃圾的分选技术势在必行。垃圾分选的目的就是把无机物和有机物分离，从而更好地回收能源与物质。我国城市垃圾成分复杂，与发达国家相比，无机物含量高。1.1 设计背景凡是人类一切活动过程中产生的，且对所有者已不再具有实用价值而被废弃的固态或半I司态物质，通称为固体废物。城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。随着经济的迅速发展，城市范围的不断扩大和城市人口迅速增加，城市生活垃圾的总量也与日俱增。表1.1 国内外一些大城市生活垃圾各种成分的含量()城市北京上海南京西安广州济南纽约东京成分厨余66.765.252.055.142.053.227.928.1塑料8.014.513.210.821.013.15.111.7纸类3.09.34.93.510.95.944.833.1金属2.00.91.30.90.60.88.06.0玻璃2.05.34.13.13.62.211.39.4布类0.52.21.21.56.93.20.53.0无机物及其他17.82.823.325.115.021.82.48.7据统计，我国目前城市生活垃圾年总产生量已达14亿吨，而且还在不断增长，年增长率约为8一10，少数城市己达到15一201。近几年随着城市居民生活水平的提高，消费方式的改变，垃圾中各成分所占的比例也相应改变。通过研究发现，垃圾中无机物的含量下降，可回收利用的物资含量明显上升，其中塑料含量变化最大。城市垃圾中有机物、纸类等轻组分的含量也随之增加，以北京市为例，1995年垃圾中的塑料含量约为5% ，2001年上升到126，6年之中增加2倍以上2-5。表11是国内外一些大城市生活垃圾各种成分的含量。塑料以其质轻、强度高、耐腐蚀、易加工等优良性能，在经济建设各个领域发挥重要作用。塑料在为现代人类文明发展做出贡献的同时，也给环境造成了不可忽视的污染，即所谓的“白色污染”。城市生活垃圾中的塑料绝大多数为轻质薄塑料包装袋，它们的特点是比重轻，含量多，它们有很好的回收价值。因此，风选技术得到越来越广泛的应用，我国垃圾风选起步比较晚，长期以来主要是买国外的成套设备。我国风选机设计的现状，主要是经验设计，存在各种缺陷，分选效果不好。本次所做的垃圾处理风选装置的设计就是针对这部分轻质薄塑料进行的。 1.2 设计意义居住区生活垃圾分为四类：可回收物 ，塑料，厨余垃圾，其他垃圾 3 。 可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等，通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。如每回收1吨废纸可造好纸850公斤，节省木材300公斤，比等量生产减少污染74；每回收1吨塑料饮料瓶可获得0.7吨二级原料；每回收1吨废钢铁可炼好钢0.9吨，比用矿石冶炼节约成本47，减少空气污染75，减少97的水污染和固体废物。厨房垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产03吨有机肥料。 其他垃圾包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物，采取卫生填埋可有效减少对地下水、地表水、土壤及空气的污染。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状废弃塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施，普遍受到重视。尤其是日本、美国、意大利等一些发达国家，在这方面工作起步早，已经收到了明显的效益，我国有必要借鉴其经验4。日本垃圾处理促进协会、美国Dow化学公司利用水力旋风分离器进行分选轻组织塑料；美国凯洛格公司和Rensselaser工学院共同开发了一种利用溶剂的选择性分选废弃塑料的技术；意大利Govoni公司、美国国家回收技术公司利用X射线及热源识别进行分选，这种技术在意大利、比利时、英国等的一些国家广泛采用。这些公司的分选技术都取得了较好的效果。除此之外，还有利用各类静电发生状态及带电情况不同的静电筛选法；从倾斜筛下部鼓入空气使废弃塑料碎片流动而分离的流动式风力筛选法；根椐塑料密度差，利用水或其它液体进行分离的湿式重力筛选法；利用各种塑料的脆化温度不同，在低温下有选择地粉碎，同时达到分选目的的温差分选法等多种方法。意大利是目前欧洲回收利用废弃塑料工作做的最好的国家之一。意大利对废弃塑料回收一般是将塑料碎片和纸片一起收集，并用于法分选，分离后的废弃塑料经粉碎后，用磁筛除去铁等金属杂质，经清洗、脱水、干燥后，通过螺杆挤出机进行造粒。这种回收料加入新料后，能保证其具有足够的力学性能，可以用来生产垃圾袋、异型材、中空制品等产品。协德技术公司，是世界上固体废物处理和再生工业技术工程和设备生产的佼佼者。研究范围包括固体废物粉碎，废弃塑料回收利用再生技术等，如将废弃塑料袋、瓶、膜等垃圾，经粉碎搅拌加工，直接生产出比木材性能更优良的板材，用途广泛，很山东理工大学硕士学位论文第三章塑料分选技术理论研究值得木材依靠进口的我国借鉴。综合国外的城市生活垃圾分选技术，目前垃圾分选技术主要有筛选、重力分选、磁力分选、风力分选、电力分选、光电分选、摩擦及弹跳分选、浮选、溶剂分选等5。1.3.2 国内研究现状我国现行的城市生活垃圾处理模式，主要是填埋或堆肥处理，分选技术还不成熟。相对一些发达国家，对于城市生活垃圾中的塑料分选所作的研究不多，起步较晚。随着对分选技术与设备研究要求的提出，近年来国内也出现了一些科研机构从事废弃塑料分选的研究。如湖南省长沙市研制的城市生活垃圾塑料分选装置，该装置主要用于从发酵后的有机废物残渣中分离出塑料碎片，它由一个带有尖针的梳选筒和带有凹槽的梳选板以及两条皮带输送机组成。皮带输送机将残渣输至梳选筒的下部，梳选筒的尖针转动时选出塑料碎片，经梳选板分离后由输送机输出。重庆沃地利生物有机肥有限责任公司研制的“LJF”型垃圾分选机，它包括垃圾分选，科学制肥，废弃塑料处理等工艺过程，能把废弃塑料的大部分分选出来。北京华通环保设备公司研制开发的FS城市生活垃圾资源化综合处理成套技术设备，它由分选、焚烧、发酵三大系统组成，其中城市生活垃圾分选机是分选系统的关键设备，它将生活垃圾中的绝大部分软塑料分选出来。同济大学研制成功了城市生活垃圾处理生产线。1.4 垃圾处理市场前景分析 在城市化进程中，垃圾作为城市代谢的产物曾经是城市发展的负担，世界上许多城市均有过垃圾围城的局面。而如今，垃圾被认为是最具开发潜力的、永不枯竭的“城市矿藏”，是“放错地方的资源”。这既是对垃圾认识的深入和深化，也是城市发展的必然要求。中国垃圾处理行业起步晚，但通过近年来的发展，我国垃圾处理产业初具规模，垃圾处理市场容量有了显著增加，市场渗透率迅速提高，进入环卫行业的企业数量也在迅猛增加。现在我国的垃圾处理市场已经从导入期进入到成长期，并正向成熟期迈进。随着环境问题逐渐被重视，节能、环保成为各国的发展主题，已经开始为垃圾处理提供产业发展的机会。全世界垃圾年均增长速度为8.42%，而中国垃圾增长率达到10%以上。全世界每年产生4.9亿吨垃圾，仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾。中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨。在如此巨大的垃圾压力下，有理由相信，垃圾处理产业会成为未来国内的明星产业。再生资源成为资源循环的新起点，同时成为循环经济的重要组成部分。另外，在废弃资源和废旧材料回收利用加工过程中，不但解决了资源短缺问题，同时降低了垃圾排放，正可谓“一举两得”。我国不断出台政策支持垃圾处理行业的发展，各地政府领导也开始高度重视垃圾填埋场建设，加大了投入，可以预测垃圾处理行业的前景十分广阔。1.5 国家关于垃圾处理的政策体系我国目前还没有建立健全的垃圾处理管理体制, 缺乏相应的管理政策和适宜的处理技术, 最普遍的处理方式就是填埋、焚烧。由于没有专门的统一法律法规可供遵循, 一些城市制定了自己的处置政策,北京的北京市市容卫生条例、 北京市垃圾分类指导手册 、杭州的杭州市餐厨垃圾处置管理暂行办法等政策法规。随着人们观念的普遍改变以及新技术的出现, 在我国各种关于垃圾处理的管理法规也正在制定中, 同时垃圾处理的一些新技术也正在慢慢地取代传统的处置方法。1.6 本章小结综上所述，国内外的垃圾分类回收处理已经有了很大的发展，但还从在许多不足。 在现在的城市垃圾产生速度下，还是无法满足目前垃圾处理的要求。所以我们不仅要提高垃圾处理技术而且要提高人民的素质，尽量少产生垃圾，尽量做到垃圾处理无害化、资源化。第2章 分选机整体方案设计2.1 垃圾风力分选的原理风力分选是重力分选的一种常用方法，其以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物按密度和粒度大小进行分选的方法，基本原理是气流能将较轻的物料向上带走或水平方向带向较远的地方，而重物料则由于上升气流不能支持它们而沉降，或由于惯性在水平方向抛出较近的距离，被气流带走的轻物料再进一步从气流中分离出来。因而，风力分选过程是以各种固体颗粒在空气中的沉降规律为基础的6。固体颗粒在静止的介质中的沉降速度主要取决于自身的所受的重力和介质的阻力。重力指颗粒的重量，其值可表示为：G=mg= d3 6 s g 式中：d代表固体颗粒的粒度；s代表颗粒的密度：代表空气的密度。介质阻力是指颗粒对介质作相对运动时，作用于粒上，并与颗粒相对运动方向相反的力。对于球形颗粒的介质阻力可用下式表示：R= d2 v2 式中：为阻力系数；v为渣粒在介质中的运动速度。阻力系数的确定比较复杂，影响的因素很多，特别是与表征介质流动状态的雷诺数有关， =f R e 从中计算出不同的粒度的颗粒在介质中受到的介质阻力。通常认为介质作用在颗粒上的介质阻力可以分为两类：惯性阻力RN和粘性阻力RS。当颗粒较大或以较大的速度运动时，介质会形成紊流，产生惯性阻力：而颗粒较小或以较慢速度运动时介质会形成层流从而产生粘性阻力。惯性阻力可按下式计算：RN= 16 d2 其中16 为从=f R e 曲线中计算出的值。此式即为牛顿阻力公式。粘性阻力可表示为：Rs= 3 d v 式中：Rs为介质的粘性阻力；为介质粘度。此式即为斯托克斯公式。另外，颗粒在介质中沉降时所受的介质阻力还与颗粒朝向地面的形状有关。为此在阻力公式中引入形状系数X来体现颗粒形状对阻力的影响，形状系数可按下式求出：x= v0粒v0球式中，V0粒为颗粒在介质中自由沉降的末速度，V0球 为与颗粒同体积、同密度的球体在介质中自由沉降的末速度。表2.1 不同形状颗粒的形状系数可按下列表取值颗粒形状球形多角形长方形扁平形x取值10.67 0.830.58 0.720.48 0.59 在前面的两种阻力公式中引入形状系数得 牛顿阻力公式 ：RN= 16 d2 v x 2 斯托克斯阻力公式 Rs= 3 d v x 2 当颗粒较大，则用牛顿阻力公式，求得 v 0 =51.1 x ds- x / 当颗粒较小，则用斯托克斯阻力公式求得 v 0 =54.5 d2 s- x /根据文献中理论空气与水相比较，其密度和粘度都较小，并且有可压缩性。当压力为1MPa 及温度为20C时。空气密度为1.1810-6 Kg /m3，粘度为1810-6Pas。因为在风选过程中应用的风压不超过1MPa，所以，实际上可以忽略空气的压缩性，而将其视为具有液体性质的介质。颗粒在水中的沉降规律也同样适用于在空气中的沉降。固体颗粒在空气中的沉降末速 V2为 ：v2= d s6 g式中 ：d为颗粒直径 ； s 为颗粒密度； 为空气密度 ； 为阻力系数 ； g为重力加速度固体颗粒的实际运动方向：tan= v2v = d s6 gv式中：v 为气流的速度，m/s图2.1 球形颗粒在水平气流中的受力分析当气流速度一定时，对窄级别的固体颗粒，其密度s越大，沉降距离离出发点越近，沿气流运行方向的固体颗粒的密度逐渐减小。因此通过控制水平气流速度，就可控制不同密度颗粒的沉降位置，从而有效地分离不同密度的固体颗粒。 因此有卧式分选机的工作原理图2.2。卧式分选机从侧面送风，垃圾经破碎和筛分使其粒度均匀后，定量给入分选设备内垃圾在下降过程中，被送入的气流吹散，各种组分按不同运动轨迹分别落入重质组分、中重组分和轻质组分的收集槽内，从而达到分选目的。分选机内的物质所受的力只为重力(G)、气流的推力(P)及空气的阻力(F)。假定在同一风速下，当气流为水平方向时，物料在风选设备内的运行轨迹为抛物线。忽略空气的阻力，轻物料一接触气流之后，在垂直方向做自由落体运动，在水平方向随气流一起做匀速运动图2.2卧式分选机的工作原理图2.2 整体方案的设计按上一小节中垃圾风选的原理，固体颗粒的实际运动方向：tan= v2v = d s6 gv2.2.1 垃圾粒度和回收特性 下面通过引用实验结果确定理论计算的参数7。本次研究采用5次重复实验，将运来的生活垃圾称重，然后分别用孔径为120 mm、40120mm、840mm、120mm4490422039353180275040120mm10665101651004083508890840mm75708545757581508500120mm及8mm的粒径范围中。根据实验结果。粒径80mm的生活垃圾中，其含量约占生活垃圾中总塑料的6183，4080mm 中含量约20%33%.而纸在这两种粒度中的比重都在41%48% .因为分选的主要针对对象就是轻组分塑料和纸，中组分的有机物，根据分选原理，为了达到好的分选结果，则使接近或小于45，即v 接近或大于 v2 。 因此，对式（3.1）中颗粒直径d 选取 临界颗粒直径80mm分别计算轻组分的最大概率沉降速度v2 。表2.2 粒径4080mm范围内生活垃圾组分成分第一天第二天第三天第四天第五天纸12.9316.1418.2216.2415.85有机物58.2257.4961.3662.5157.24纤维4.310.615.552.412.38塑料19.3225.2113.8812.9020.29剩余物1.7224.5112.9120.3918.28木头1.110.2700.170表2.3 粒径 80mm范围内生活垃圾组分成分第一天第二天第三天第四天第五天纸8.337.2718.9815.6816.64有机物28.1733.3314.2326.3228.22纤维10.7111.7211.319.125.21塑料49.2128.2736.2837.6336.86剩余物0.98.186.574.186.53木头2.38000.5902.2.2 确定主要风选垃圾的密度常用塑料的密度如下： 080 g/cm3 硅橡腔083 g/cm3 聚甲基戊烯 085091 g/cm3 聚丙烯089093 g/cm3 高压（低密度）聚乙烯091092 g/cm 3 1-聚丁烯09093 g/cm3 聚异丁烯092100 g/cm3 天然橡胶092098 g/cm3 低压（高密度）聚乙烯101104 g/cm3 尼龙12作为生活垃圾中最大部分的包装袋、食品袋的一般由聚乙烯生产，其密度为0.9410.971 g/cm3 纸的密度不尽相同，用N张纸堆在一起，测出高度再除以N，就可以得出一张纸的高度，约0.08mm，普通纸（例如书本用纸）的密度为60-80g/m2算出纸的密度约0.88 g/cm3 。因此对于轻组分的计算中我们取 s = 0.95 g/cm3V2 = d s6 g= 8 cm 0.95gcm3 6 16 1.1810-6g = 12.8 m/s考虑到塑料的形状扁平，v2 速度较小于计算值，以及风机功率的利用率，选取风机风速 13 m/s 。2.2.3 总体方案的确定根据图2.3 ，风选过程中为了达到理论上的分选目的，垃圾在有风分区的时间要有保证8，也就是说有风区的高度不能过小，即风机的出风筒直径不能过小。取风机的出风口直径约600mm。经过600mm的距离所需要的时间0.3s，则风力分选机的长度就为4000mm。考虑到物料从进入气流到与气流一样的速度时需要一段时间，且600mm为风机最大直径，保守地将风力分选机的长度定为1600 mm。风力分选机内分成三段，分别是重物质区(长为400mm)、中重物质区(长为600mm)和轻物质区(长为600mm)图2.4为卧式气流分选机的设计方案简图。该卧式气流分选机全体的长X宽X高为2200600 1000(mm)；进料口的长X宽为450200（mm），进风口的直径600mm，其中心离地面的距离约700mm；出风口的高X宽为250 X 600（mm），其下端距地面700 mm，挡板可上下移动；轻物质槽和中重物质槽的长度都为600mm，重物质槽的长度为400 mm。图2.3 垃圾在分选机中的运动示意图图2.4 卧式气流分选机的设计方案简图。2.3 本章小结通过对垃圾的粒度的分析，研究了城市生活垃圾风力分选机械设计及理论，阐明了垃圾风力分选的原理，从而通过理论知识对物料体在分选设备中的运动进行了分析，估算了分选过程中重要的性能参数和结构参数。进而通过作出了垃圾风力分选机的整体方案设计，包括风选的方法、风机的基础参数、分选机的基本尺寸等，为后面风力分选机的设计打下了理论基础。第3章 风机的选用3.1 根据口径初选风机通过第2章- 2.2中的结论，风机风筒直径约为600mm，风速约为13 m/s，在上海永上集团 T35-11 系列轴流风机样品中选择口径接近的风机，初步确定为 T35-11 6.3轴流风机，外形及安装尺寸如附录A ，可以看出风口直径 D1为 600mm 。3.2 确定风机型号和性能参数3.2.1 计算风机的选用风量 ：风量选 = 风速选 风口截面积= 13 D24 = 13 0.642 4= 4.18 m3/s = 15048 m3/h选定具体机型为 T35-11 6.3 , 其风量为 15297 m3/h 3.2.2计算风机的理论风速 风速 = 风量 / 风口截面积 = 风量 / 风量选 风速选 = 15297 / 15048 13 = 13.22 m/s3.2.3计算风机的功率根据风机功率的计算公式有9：功率 = 风量 全压 /（3600 风机效率） = 15297 220 /3600 0.8 = 1.2 KW 3.3 风机选用结果：机型 ：T35-11 系列6.3 号轴流风机风量 ：15297 m3/h 转速 ：1450 r/m叶片角度 ：25全压 ：220 Pa性能参数参考附录B 。3.4 本章小结本章在已知风筒直径和风速的前提下通过理论知识计算确定了风机的型号及部分性能参数并作为以后的计算基础。第4章 带传动的设计4.1电机的选用根据总体方案设计，电机与风机之间采用带传动，传动效率0.85 0.95，故电动机功率应大于风机的计算功率 1.2 KW，查设计手册Y系列（IP44）三相异步电动机技术数据表，选定电机型号为 Y90S-2，额定功率 P=1.5 kW，转速n1=2840 r/min。其余参数如表4.1：表4.1 电机的性能参数电流 380V/A效率 （ % ）功率因数额定电流额定转矩3.44780.857.02.24.2带传动的选用设计 由于主要用于传递功率，而传递的最大功率即电机功率为1.5KW ，顾选用窄V带传动，以达到最佳经济性和使用性 。4.2.1根据计算功率选择窄V带带型本V带用于电动机和风机之间的传动，每日工作时间 10小时，风机功率 7.5KW，查机械设计手册表13-1-17得工况系数 KA = 1.0 载荷的功率即 风机的功率为1.2 ，设传动效率为 0.92，则传递功率P传 =1.2/0.92 = 1.3 KW设计功率Pd = P传 KA =1.3 1.0 = 1.3 kW根据Pd和转速n1查图13-1-2 选定V带为 SPZ型4.2.2确定带轮直径并验算速度 SPZ型窄V带轮 dd1 = 63 100 mm，选取dd1 =100 mm计算传动比i=2840/1450 = 1.95 ，选i= 2 ，n 2 = 1420 r/min。 dd2 = i dd1（1 ）= 199.6mm ，其中弹性滑动系数 = 0.02 ，取dd2 = 200 mm 带速v 为：带的初步选取符合工作要求。4.2.3计算几何尺寸根据总体方案设计结构需要初定中心距 a0 = 550mm按设计手册表13-1-16 中 0.7(dd1+ dd2) a0120 符合要求4.2.4计算所需带的根数 带的跟数计算公式 其中 Ka- 包角修正系数，见手册表 13-1-22 KL- 带长修正系数 ， 见手册表 13-1-23 P1 - 单根的额定功率，见手册表 13-1-20n1 = 2840 r/m, dd1 = 100 mm i=2.0 查手册确定P1 = 4.03 KW ， Ka=0.98 ， KL= 1.00 取Z = 1 根 4.2.5 确定预紧力和压轴力4.2.5.1理论公式：预紧力 F0 =5002.5K-1 Pdz v+ mv2式中： V带单位长度质量m = 0.07 kg/m压轴力 Fr=2F0 z sin2 4.2.5.2实际结果：为了使计算更精确，在下一小节带轮的结构尺寸设计中用Soild Edge 软件对以上有关带传动设计的数据校正并重新计算。4.2.6 带轮的结构尺寸用Soild Edge 软件设计带轮，截取有关数据参数，带轮的设计参数图4-1，带轮的设计结果图4-2， 带轮的结构尺寸图4-3。图4-1 带轮的设计参数图4-2 带轮的设计结果图4-3 带轮的结构尺寸 4.2.7 键联接校核这里只做小带轮的校核，大带轮将在下章中与轴一起校核。选用A型平键(JB/T 1096-1979) ，因d = 24 mm ，故选带轮连接处和联轴器连接处键的尺寸b h L =8 7 18。键联接强度校核公式： p = 2000 Tdkl pp 式中： pp = 60 N/ mm2 ，k = 0.5 h = 0.5 7 = 3.5 mm ，l = L b = 18 8 = 10 mm .键联接传递转矩 T为： T=9550 pn =9550 1.3 2840 = 4.03N m 工作表面压强 P 为： p = 2000 Tdkl = 2000 4.03 18 3.5 10 =12.8 MPa p 键联接强度校核通过。4.2.8 设计结果从图2-2 可以看出带轮的强度验证通过，所以最后确定设计结果。带型： SPZ型窄V带带长：Ld=1600 mm带数：1根中心距：a0 = 562 mm 带轮基准直径：dd1=100 mm dd2=200 mm 包角：1 =170.0 ， 2 =190.0 轴上载荷 ：Fr = 289.0 N由于大带轮是属于中等直径类型的带轮，所以采用孔板式带轮结构，而小带轮属于小直径带轮所以采用实心式带轮。4.3 本章小结作为从电机给轴传送扭矩的关键部分，带传动的设计校核是非常重要的。带传动的工作情况直接关系到机器能否满足正常工作条件。本章先通过工作要求对带及带轮进行了初始的设计计算10，而后为了使计算更精确，用Soild Edge 软件设计了带传动，并强度验证。第5章 轴及其连接本次设计的轴主要是带轮传递扭矩给风机的部件，还要支撑传动零件带轮，所以本轴是一个转轴。风机在运行时轴有轻微轴向震动，且带轮上具有径向力，圆周力作用 ，故本转轴要承受转矩和弯矩，要求轴应该有足够强的刚度和强度。因为刚度不足轴会产生弯曲变形，两带轮的中心距就会减小，带的传动效率也会降低。对带轮的强度、耐磨性和风机的工作平稳性等均有不利影响，因此在设计转轴时，必须考虑好轴的许用挠度。设计阶段可根据经验公式和已知条件先确定轴的直径，然后根据公式进行有关刚度和强度方面的验算11。5.1 选择轴的材料选择轴的材料为 45号钢，调制处理。查设计手册表6-1-1 得： b=590 MPa ，s =295 MPa ， -1=255 MPa ， -1=140 MPa 5.2 初步确定轴端直径取A = 126（按表 5-1-19选取 ，因转速较大且承载较大轴向载荷故取较大值）轴的端最小直径 d=A 3 p n =126 31 .20 1420 = 13.2 mm考虑轴端有键槽，轴颈应增大7%， 取 d= 16 mm5.3 轴的结构设计取轴颈处的直径为20mm，其余各直径均按5 mm放大。5.4 键连接的选择校核选用A型平键(JB/T 1096-1979) ，因d= 16mm ，故选带轮连接处和联轴器连接处键的尺寸b h L = 5 5 16 。键联接强度校核公式： p = 2000 Tdkl pp 式中： pp = 60 N/ mm2 ，k = 0.5 h = 0.5 5 =2.5 mm ，l = Lb = 16 - 5 = 11 mm .键联接传递转矩 T为： T=9550 pn =9550 1.2 1420 = 8.08 N m 工作表面压强 P 为： p = 2000 Tdkl =20008.08 16 2.5 11 =36.7 MPa pp 键联接强度校核通过。5.5 计算支承反力、弯矩及扭矩大带轮包角 1 =170.0 ，大带轮由F1 ,F2 共同传递扭矩给轴的，上一章中已经计算出F1 = 185.3 N ， F2 =104.7 N则大带轮的圆周力在水平方向的的分力 Fx: Fx = F1-F2 sin5=80.6 0.087=6.7N简化到垂直面内的分力之和Fy和 :Fy和 = Fr = 289 N由于本传动是垂直方向的 ，且水平Fx Fy和 故校核轴的时候主要看垂直面内的载荷 ，下面把所有的力简化到垂直面内计算。5.5.1 支承反力取垂直向上为标准 ，按照力和弯矩平衡条件有：Fr = Ra + Rb Fr92.5=Ra 65计算得 ： Ra =411.3 N ，Rb = -122.3 N5.5.2 弯矩：MA=Fr a =28927.5 = 7949 Nmm7.95 Nm5.5.3 扭矩：大带轮传递的扭矩 T = 8.08 N m ， 全部传递到联轴器 。5.6 轴的疲劳强度校核5.6.1确定危险截面根据载荷分布和应力集中部位 ，选取轴上5个截面进行分析。截面与 相比 ，二者有相同的截面尺寸和应力集中状态 ，但后者载荷小的多，故截面不予考虑 。 截面、 的截面尺寸相同 ，但截面 比 的载荷小，故截面不予考虑。而 和 的载荷相差不大，但 截面 的应力集中较为严重，故截面不予考虑。 最后确定截面、 为危险截面。5.6.2 校核危险截面的安全系数由设计手册表 5-1-24 知危险截面的安全系数 S 的校核公式是S = S S S2 + S 2 SpS = -1K a + m ，S = -1 K a + m式中 : S- 只考虑弯矩作用时的安全系数 S - 只考虑扭矩作用时的安全系数 Sp - 按疲劳强度校核的许用安全系数 ，表5-1-26 -1 - 对称循环应力下材料扭转疲劳极限，MPa ，表5-1-1 -1 - 对称循环应力下材料扭转疲劳极限，MPa ，表5-1-1 K， K- 弯曲和扭转时的有效应力集中系数，表5-1-30 ，表5-1-31 ， - 弯曲和扭转时的尺寸影响系数 ， 表5-1-34 ， - 材料拉伸和扭转平均应力折算系数，表5-1-33 a ，m - 弯曲应力的应力幅和平均应力 ， MPa ，表 5-1-25 a ，m - 扭转应力的应力幅和平均应力 ， MPa ，表 5-1-25 - 表面质量系数 ，表5-1-36 ，表5-1-38对截面 ： Sp = 1.8 T = 8.08 N m M = MA 10/ 27.5 = 7.95 10/ 27.5 =2.89 Nm Z= d332 -btd t 22d = 1.6332 - 0.5 0.3 1.6 0.3 221.6 = 0.333 cm3 Zp = d316 -btd t 22d= 1.6316 - 0.5 0.3 1.6 0.3 221.6 =0.725 cm3 -1=255 MPa ， -1=140 MPa 圆角: r d = 0.5 16 0.03 ， D-d r = 40.5 = 8 K=2.17 ， K = 2.24 配合： K=2.52 ， K = 1.82 键槽： K=1.81 ， K = 1.71 = 0.34 ， = 0.21 = 0.93 = 0.91 ， = 0.89 a = M Z = 2 .89 0.333 =8.68 MPa ，m =0 对称 S = -1K a + m= 2552.520.93 0.91 8.68 +0 = 9.86 a= m = T 2 Zp =8.08 2 0.725 = 5.57 MPa 脉动 S = -1 K a + m= 140 2.240.93 0.89 5.57 + 0.21 5.57 =8.75 S = S S S2 + S 2 = 9.86 8.75 9.862 + 8.75 2 = 6.07 Sp 对截面 ： T = 8.08 N m M = MA 47.5/65 = 7.95 47.5/65 = 5.81 Nm Z= d332 = 2.0 332=0.785 cm3 ， Zp =2 Z=1.57 cm3 -1=255 MPa ， -1=140 MPa 圆角: r d = 1 2 0 =0.05， D-d r = 5 1 = 5 K=1.88 ， K = 1.59 配合： K=2.52 ， K = 1.82 = 0.34 ， = 0.21 = 0.93 = 0.91 ， = 0.89 a = M Z = 5.81 0.785 =7.40 MPa ，m =0 对称 S = -1K a + m= 2552.52 0.93 0.91 7. 40 + 0 = 11.56S = -1 K a + m = 140 2.240.93 0.89 2.57 + 0.21 2.57 =18.75S = S S S2 + S 2 = 11.56 18.75 11.562 + 18.75 2 = 9.28 Sp 两截面的计算安全系数均大于许用值 ，故轴的疲劳强度校核通过。5.7 轴的静强度强度校核5.7.1确定危险截面根据载荷较大及截面较小的原则确定截面 、 为危险截面。5.7.2 校核危险截面安全系数由表5-1-39 知危险截面安全系数S s 的校核公式为 ：S s= Ss Ss Ss2 + Ss 2 Ssp Ss=s Mmax Z , Ss =s Tmax Zp 式中 ： Ss- 只考虑弯曲时的安全系数 Ss- 只考虑扭转时的安全系数 Ssp - 静强度的许用安全系数 ，见表5-1-40 s - 材料的拉伸屈服点 ， 见表5-1-1 s - 材料的扭转屈服点 ，一般取 s =0.55 0.62 s s =295 MPa ，s =0.60 s =177 MPa Ssp =1.7对于截面 ：Tmax =T = 8.08 N mMmax=2M =22.89= 5.78 N mSs =s Mmax Z =2955.78 0.333 =16.5 Ss =s Tmax Zp =177 8.08 0.725 =15.8S = Ss Ss Ss2 + Ss 2= 16.5 15.8 16.52 + 15.8 2 =11.3 Ssp 对于截面 ：Tmax =T = 8.08 N mMmax=2M =25.81=11.62 N m Ss =s Mmax Z =29511.62 0.785 =19.1 Ss =s Tmax Zp =177 8.08 1.57 = 34.1S = Ss Ss Ss2 + Ss 2= 19.1 34.1 19.12 + 34.1 2 =14.1 Ssp 两截面的计算安全系数均大于许用值 ，故轴的静强度校核通过。5.8 轴承的选择5.8.1 选择轴承类型根据载荷选择轴承类型 ，本转轴的轴承既承受轴向载荷又承受径向载荷，但轴的轴向载荷远小于径向载荷，故选用深沟球轴承12。5.8.2 按基本额定动载荷计算轴承基本额定动载荷公式为：C= fhfmfdfnfT P Cr 或 Ca 式中: C -基本额定动载荷计算值 fh- 寿命因数，见表7-2-23 fm-力矩载荷因数，力矩载荷较小时 fm = 1.5 fn-速度因数 ，见表 7-2-24 fT-温度系数，见表 7-2-26 fd-冲击载荷因数，见表7-2-25 P -当量动载荷（N），见表7-2-2设计寿命4500小时， fh = 2.08已知n1=1450 r/min ，fn = 0.284轴承上最大的径向载荷为 Ra = 411.3 N =0.411 KN当量动载荷P = Ra = 0.411 KN载荷性质轻微冲级，fd = 1.1工作温度120 ，fT = 1.0C= fhfmfdfnfT P = 2.081.5 1.10.2841.0 0.411=4.967K N查手册从内径为20 mm的深沟球轴承中选出基本额定载荷大于4.967KN的轴承，且考虑轴上的安装条件，故选定深沟球轴承为 6004型。5.8.3按额定静载荷计算C0= S0 P0 C0r 或 C0a 式中: C0- 基本额定静载荷计算值 P0 - 当量静载荷（N），见表7-2-29 S0- 安全因数，见表7-2-30正常使用上网情况下选 S0 = 2径向当量静载荷 P0r = Ra = 0.411 KNC0= S0 P0r =2 0.411=0.822 K N6004型深沟球轴承的C0r = 5.02 K N所以轴承的选择符合要求。5.9 的用5.9 本章小结轴作为中间传动的关键部分，对设计计算的要求比较严格，涉及到的知识也比较庞大。本章先通过经验公式和已知条件确定轴的直径，然后依次对其按工作条件进行校核，包括键连接的选择校核、轴的疲劳强度校核、轴的静强度强度校核等， 并对其联接方式做了选择计算。第6章 总结城市生活垃圾中废弃塑料造成的“白色污染”己成为各级政府和环卫部门有待解决的一大难题，世界各国都开始致力于废弃塑料的回收利用，其中塑料的分选是废弃塑料回收利用中的关键技术之一。本问通过对风力分选的研究和计算等步骤，最终设计了一款基于社区的小型垃圾回收处理器。本文通过对垃圾回收的方法的总结，垃圾成分的深度分析和