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机械毕业设计全套

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JXYXY01-001@1750×12000回转窑设计,机械毕业设计全套

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托轮底座的有限元分析计算 由前面的筒体计算可知： 筒体总重： G0=65.24604 410 N 每个托轮所受的力为： N=25.11323 410 N 底座上每块钢板和顶丝孔底所受的总力为： F=2N=12.55662 410 N 所以，每块钢板受力为 N1 =F cos30 =10.87435 410 N 每块钢板的面积 S1 =60000mm2 每块钢板所受的应力为：11SN =2.09277 2mmN ； 每个顶丝孔底所受的力为 N2 =F sin30 =6.27831 410 N 每个顶丝孔底的面积 S2 =5627.37mm2 每个顶丝孔底所受的应力为：22SN=11.156739292mmNnts 4. Materials nts No. Part Name Material Mass Volume 1 底座二 Plain Carbon Steel 765.742 kg 0.098172 m3 Load 压力 1 on 1 Face with Pressure 2.0928e+006 N/m2 along direction normal to selected face Description: 压力 2 on 1 Face with Pressure 2.0928e+006 N/m2 along direction normal to selected face Description: 压力 3 on 1 Face with Pressure 2.0928e+006 N/m2 along direction normal to selected face Description: 压力 4 on 1 Face with Pressure 2.0928e+006 N/m2 along direction normal to selected face Description: 压力 5 on 1 Face with Pressure 1.1157e+007 N/m2 along direction normal to selected face Description: 压力 6 on 1 Face with Pressure 1.1157e+007 N/m2 along direction normal to selected face Description: 压力 7 on 1 Face with Pressure 1.1157e+007 N/m2 along direction normal to selected ntsface Description: 压力 8 on 1 Face with Pressure 1.1157e+007 N/m2 along direction normal to selected face Description: 7. Stress Results Name Type Min Location Max Location Plot1 Von Mises 127941 N/m2 5.22852e+008 N/m2 Node: 28 8. Strain Results Name Type Min Location Max Location Plot1 ESTRN 1.01681e-006 0.00136327 Element: 8933 9. Displacement Results Name Type Min Location Max Location Plot1 Res Disp 0 m , 0.000223517 m Node: 21208 10. Appendix ntsMaterial name: Plain Carbon Steel Description: Material Source Library files Material Library Name Coswkmat.Lib Material Model Type Linear Elastic Isotropic Unit system: SI Property Name Value Elastic modulus 2.1e+011 N/m2 Poissons ratio 0.28 Shear modulus 7.9e+010 N/m2 Mass density 7800 kg/m3 Tensile strength 3.9983e+008 N/m2 Yield strength 2.2059e+008 N/m2 Thermal expansion coefficient 1.3e-005 /Kelvin Thermal conductivity 43 W/(m.K) Specific heat 440 J/(kg.K) nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 1 页 装 订 线 总论部分 1. 现代磁性材料生产工艺的国内外发展现状及其发展趋势 1.1 磁性材料的分类 磁性是物质的基本属性之一，在外磁场作用下，各种物质都呈现出不同的磁性。磁性材料按其特性、结构和用途可分为软磁性材料、永磁性材料、磁记录材料、旋磁材料和非晶态软磁材料等。 软磁材料的磁性能的主要特点是磁导率高，矫顽力低。属于软磁材料的品种有电工用纯铁、硅钢片、铁镍合金、软磁铁氧体和铁钴合金等，它们主要是作传递和转换能量的磁性零部件或器件。 永磁材料的磁性能的主要特点是矫顽力高，属于永磁材料的品种有铁镍钴、稀土钴、硬磁铁氧 体等，它主要作用是在能够产生恒定磁通的磁路中，在一定空间内提供恒定的磁场作为磁场源。 1.2 磁性材料的现状 磁性材料作为一种重要的功能材料，广泛用于国民经济各个领域，在现今国民经济各个领域中扮演着一个重要的角色。随着社会步伐的不断涌进，中国磁性材料又面临一次发展良机。 磁性材料作为电子行业的基础功能材料，永磁材料作为磁性材料的重要组成部分，在电子工业 ,电子信息产业、轿车工业、摩托车行业发挥着重要的作用，同时它还广泛用于医疗、矿山冶金、工业自动化控制、石油能源及民用工业。永磁材料有永磁以及一切铁氧体瓷瓦、磁块 、磁环、磁粉等，广泛用于各种微电机、扬声器、自动化装置、医疗机械、磁选设备以及一切需要恒定磁源的地方，用永磁代替电磁结构简单、使用可靠、节约能源、维护方便。还有方形、圆形、圆柱、片状、条形、扇形、瓦形、环形等多种形状的永磁材料，可广泛用于耳机、听筒、微形发声器件、磁性纽扣、磁性门吸、玩具、马达、磁疗保健、电脑设备、电子零件等不同领域。另外，采矿业、航天航空、高保真音响、电机等也是词性材料涉猎的对象。由此可见，磁性材料对我们的生活各方面将越来越重要。 1.3.铁氧体磁性材料 铁氧体磁性材料概述 铁氧体磁性材料 是近三十多年迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。从它的电特性看来，属于半导体范畴，所以有的铁氧体也称为磁性半导体。随着生产的发展和科学技术的进步，铁氧体磁性材料不仅在电子工业部门应用日益广泛，例如已在通讯广播、自动控制、计算技术和仪器仪表等方面成为不可缺少的组成部分，而且在宇宙航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面，也开辟了新的广阔的应用前景。 根据目前在实际生产中的应用情况，铁氧体磁性材料可分为软磁铁氧体、永磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种，它们又各有单晶、多晶和薄膜等形式。由于铁 氧体磁性材料的新品种、新工艺、新技术和新器件不断出现，不断在国民经济各部门广泛应用，因此对我国实现农业、工业、国防和科学技术现代化，将nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 2 页 装 订 线 发挥重要作用。 铁氧体是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物。随着替代金属的不同，可以组成各种不同类型的铁氧体。铁氧体也可以理解为一种具有铁磁性的金属氧化物目前已经出现一些不含铁离子但却具有磁性的金属氧化物和硫属化合物，如氧化镍、氧化铕。 铁氧体磁性材料的用途和品种，随着生产的发展已经越来越多，根据目前应用情况，可分为软磁、硬磁、旋磁、钜磁和压磁等五大类。软磁材料是指在较 弱的磁场下，易磁化也易退磁的一种铁氧体材料，软磁铁氧体是目前各种铁氧体中用途较广、数量较大、品种较多的一种铁氧体材料。软磁铁氧体主要用作各种电感元件，如滤波器磁芯、变压器磁芯、天线磁芯、偏转磁芯以及磁带录音和录像磁头、多路通讯等的记录磁头的磁芯等。 硬磁材料是相对于软磁材料而言的，它是指磁化后不易退磁，而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，因此，有时也称为永磁材料或恒磁材料。永磁铁氧体材料不仅可以用作电讯器件中的录音器、微音器、拾音器、电话机以及各种仪表的磁铁，而且在污染处理、医学生物和印刷显示等方面也得到了应 用。 1.4 磁性材料的发展趋势 1.4.1 自上世纪九十年代以来，随着稀土材料的开发和非晶磁性材料的不断完善，特别是纳米晶磁性材料的出现，使得金属磁性材料进入到一个崭新的发展阶段。人们对材料显微结构的要求亦由以往追求完整、无缺陷的长程有序的晶体结构，发展到具有优异性能但长程无序的非晶结构，继而又进入到纳米晶的研制和开发阶段。 1.4.2 磁性材料的磁致伸缩现象早在 19 世纪中叶就被发现，但其磁致伸缩量小使其应用范围受到了很大的限制，开发具有更大的磁致伸缩效应的材料一直是人们的追求目标。 19631965 年在重稀 土 Tb、 Dy 等单晶体中发现了很高的磁致伸缩现象； 1972年开发成室温下具有超大磁致伸缩效应的 TbFe2 金属间化合物，其磁致系数高达（ 12） 10 3 （ 0.1%0.2%），至此称这种巨大磁致伸缩现象为超磁致伸缩效应。目前超磁致伸缩已进入实用阶段，研究开发的内容以制作工艺、检测评价等为中心，在伺服机构等领域应用前景看好。从实用角度，材料应具备的条件主要有： 1. 变位量及生产的应力要大（并具备相应的机械强度）； 2. 响应速度快； 3. 软 词性； 4. 可在底磁场下驱动； 5. 居里温度高； 6. 在使用气氛中磁致伸缩特性对温度的变化不敏感； 7. 高可靠性； 8. 环保性优良，兼备市场竞争力； 超磁致伸缩材料在某些量大面广的领域，例如全球范围内的海面港口管理用器nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 3 页 装 订 线 件，计算机用打印等应用领域中，具有很大的潜在应用背景。 2.回转窑生产磁性材料的概述 铁氧体磁性材料的制作工艺简图如下： Baco3或 Srco3+Fe2 o3配料与混料 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 4 页 装 订 线 烧成 粉末未经高温烧结成形 粗粉碎 细粉碎 干燥 造粒 整粒 压缩成型 压缩成型 烧成 压粉体在 高温下烧成 加工检查 铁氧体磁性材料的第一步烧成工作在回转窑中完成。配料与混料（ Baco3或Srco3+Fe2 o3）经粉碎后由回转窑的进料装置进入到筒体进行焙烧，其焙烧过程如下： 物料先在烘干带烘干，再经预热带预热，再转到分解带，后到烧成带即反应带焙烧，焙烧过程即是在高温高压下增氧的过程，使物料发生物理与化学变 化，生成本身有磁性的 Fe3o4 以及受激活后就显磁性的 Feo 和 Fe2 o3；最后经冷却带冷却，再由出料装置输出烧成品。 3. 常用各种类型回转窑设备的介绍，优缺点对比 3.1 回转窑的介绍 回转窑是指是对散状或浆状物料进行加热处理的加工设备，问世已逾百年。回转窑广泛用于有色冶金、黑色冶金、耐火材料、水泥、化工和造纸等工业部门。回转窑nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 5 页 装 订 线 在一 些有色金属生产中占有重要的地位，是用来对矿石、精矿、中间产物进行烧结、焙烧等加热处理。 3.2 各种回转窑的对比 回转窑是指旋转煅烧窑（俗称旋窑），属于建材设备类。回转窑按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑。 水泥窑主要用于煅烧水泥熟料，分干法水泥窑和湿法水泥窑两大类。 冶金化工窑则主要用于冶金行业钢铁厂贫磁化焙烧；铬、镍铁矿氧化焙烧；耐火材料厂焙烧高铝钒土矿和铝厂焙烧熟料、氢氧化铝；化工厂焙烧铬矿砂和铬矿粉等类矿物。 石灰窑（即活性石灰窑）用于焙烧钢铁厂、铁合金厂用的活性石灰和轻烧白云石。 专题部分 4.现代磁性材料生产对回转窑设备的要求 4.1 对耐火材料的要求 ： 耐火砖起着保护筒体和减少散热的作用，因此耐火砖好坏至关重要。而且窑内工作各不相同，因此各段耐火砖的厚度要求不一，烧成带经常烧损，为保证一定运转周期，砖应厚一些，而分解带可减薄。 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 6 页 装 订 线 4.2 对喂料装置的要求 ： 要求喂料稳定、均匀、容易控制，以便配合窑的操作，一般用变速电动机来调节喂料量。 4.3 对燃烧器的要求 ： 因为回转窑焙烧时需要明显的温度分布，故供热源即燃烧器需要有提供不同温度的 能力。 4.4 对密封装置的要求 ： 回转窑一般是在负压下进行操作，为防止外界空气被吸人窑内及在某些部位防止窑内空气携带物料外泄，对密封装置有如下要求： 1.密封性能好。在窑尾处，负压可达 60 毫米水柱，在空气预热器的入口处，鼓风压力达 700 毫米水柱，密封装置应能适应这样的压力； 2.能适应筒体的形状误差和运转中沿轴向的往复窜动； 3.磨损轻，维护和检修方便； 4.结构尽量简单。 5. 设计方案的比较与方案的确定、参数的确定 5.1 国内外各种设计方案的比较 5.1.1 某公司 开发的 L8211 - RM1 型燃油回转窑 L8211 - RM1 型燃油回转窑是一种适用于磁性材料粉料预烧的专用设备，为了适应磁性材料生产和发展的需要，某公司在消化国外先进窑炉技术的基础上，于九七年开发成功适应规模生产的高效节能型燃油回转窑。通过采取能精确控温的比调式燃烧器，窑进出口端的密封装置以及高、底温的分段结构等措施，达到高效节能、烧成粉nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 7 页 装 订 线 料一致性好的目的。 5.1.2 应用领域广阔、高效节能的 HARPER 回转窑 其主要特征： 1.适用的温度范围： 500 -2400 2.可控温区的数目依用户要求设计 3.各个温区的独立可控 4.精确安全的气氛控制，氮气、氢气、空气等诸多气氛环境下使用 5.专利密封设计确保炉腔的气密性能 6.从高温合金炉管到陶瓷炉管、石墨炉管，有各种设计选择 7.电加热方式或天然气燃烧加热方式，满足用户的多种需要 5.1.3回转窑采用 MFA控制技术 Anti-Delay MFA 控制器处理 改进了温度控制，温 回转窑温度回路的大滞后 度变化至少减少 50% 防止产品过热 燃料或煤的消耗量大大减少 前馈和鲁棒 MFA控制器 温度和其它关键过程 处理大负荷变化 变量能总是维持在 自动控制状态下 减小了温度和产品 产品质量、产品等级、 质量的变化 生产效率都得到了显著 的提高并降低了废品率 提高了生产效率和质量 在几个月或更短的时 间里就能完全收回成本 5.2自己提出的方案 现代工业生产中利用回转窑的实例不胜枚举，本课题的回转窑为 1750 12000回转窑，用来生产磁性材料。其具体的方案如下： 1. 良好的密封设计确保窑腔的气密性能 2. 适用的温度范围： 500 -1500 3. 温区独立可控 4. 传动系统选择电机、齿轮和联轴器，电机为变频调速 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 8 页 装 订 线 5. 采用滚动轴承代替以前常用的滑动轴承 6. 传动装置底座采用钢架结构代替以前的槽钢结构 7. 挡轮选两挡 参数 的确定： 耐火砖厚度为 250mm，比重（即容重）为 2.5g/cm3 使用温度为 1300，最高温度为 1400 转速为 0.5-3rpm；倾角为 1/40 料重为 4000Kg 6. 回转窑的结构设计、结构参数的确定 回转窑的筒体尺寸为： 窑头悬伸段： Lh=(11.2)D 取 1.925m 窑尾悬伸段： Lt=1.1Lh取 2.118m 中间跨： Lm=L- Lh- Lt=7.957m 其支承挡数为 2；钢板厚度为 0.014m 下图为窑总体结构简图： nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 9 页 装 订 线 1925 1020 2118 12000 12000 单位（ mm） 7.回转窑的设计计算 7.1.基础计算部分 已知条件： 回转窑的长度 L=12m;直径 D=1.75m;窑斜度： sin =1/40=0.025； 窑倾斜角 =1.4325； cos =0.999687;物料自然堆角 =43 窑转速： n=0.5-3rpm;物料重 4000kg;容重 =650-750kg/m3 取 700 kg/m3 计算： nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 10 页 装 订 线 长径比：DL=75.112=6.857 物料移动速度 vm=324Dinsin /(24+ ) Di为窑空间部分直径， Di=D-D砖;D砖为耐火砖的厚度，其值为 0.25 米，考虑窑的结构取 D砖=0.3m,所以 Di=1.75-0.3=1.45m 代入数据可算得 vm=0.23727-1.4236m/min 物料停留时间 t=mvL =mv12 =(50.57529-84.29334)min 当 n=1时，填充率： =2460 iDvGmm=245.144 7 4 5 4.07.0608.4 =0.14585 其中， Gm为物料流通量，可取窑出口和入口的平均值 所以 Gm=1.2G=1333.3333kg/s 7.2 筒体计算 7.2.1 筒体尺寸确定计算： 窑头悬伸段： Lh=(1-1.2)D 取 1.1D=1.925m 窑尾悬伸段： Lt=1.1 Lh取 2.118m 中间跨： Lm=L- Lh-Lt因为 D 3m; DL=6.875,所以支撑挡数为 2，查表得钢板厚取 =0.014m 筒体的结构简图如下： 1925 1020 2118 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 11 页 装 订 线 12000 单位（ mm） 7.2.2筒体载荷计算 筒的内径 D =2 iDD=2 45.175.1 =1.60m 1. 筒体自重： q s=7.85 ( D + ) =7.85 (1.6+0.014)0.014=0.5573 吨 /米=5.573 103 N/m 估取 qs=(1.25-1.35) qs=1.30 qs=1.3 5.573 103 =7.2449 103 N/m 2. 窑衬重量： qb=b(D-h1 ) h1 h1 为窑衬和底泥总厚度， h1 =h+0.005,0.005 为底泥厚度。 h 为窑衬厚度，其值为 0.25m b为窑衬容重，其值为 2.5 104 N/m3 所以 qb= 2.5(1.75-0.255)0.255=2.9441 吨 /米 =2.9441 104 N/m 3. 物料重量： qm= 24 iD=mmvG60=mvG602.1 = 47454.060 42.1 =0.168584 吨 /米=1.68584 103 N/m 4. 齿圈重量：估取 12吨，相当 1.2 510 N 7.2.3筒体弯矩和应力计算 1.弯矩计算 q总= qs+ qb+ qm=3.83717N/m 基本假设条件：（ 1）将筒体视作圆环截面水平连续梁。不计截面变形后对截面模数的影响，不计斜度的影响。 （ 2）不计物料重心对窑轴线的偏移，不计筒体所受扭矩。 （ 3）按静载荷计算。 筒体的上部受均匀载荷的作用，简图上未标明 F LhLmLt(1) Y =0, R1 +R2 -q总 L-F=0 对 A 点： M =0 21 q总 L2h + R2 Lm -21 q总 ( 2 mt LL )2 -F 1.02=0 将数据代入上面两式可得出结果： R1 =5.12825 510 N nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 12 页 装 订 线 R2 =6.76350 104 N 可画出剪力图（示意图）如下： 438959.8 399820.7 279820.7 81271.2 Q（ N） -73865.5 13636.2 356682.1 86066.3 M（ Nm） -71095.6 通过剪力图可得出 Q=Qmax=4.389598 510 N取 4.5 510 N 2.弯曲应力计算： （ 1） 由剪力图画弯矩图如上图 列出各段的弯矩方程式如下： CA 段： M(x)=-21q总x2 (0 x 1.925) AD 段： M(x)= R1 （ x-1.925） -21q总x2 (1.925 x 2.945) DB 段： M(x)= R1 （ x-1.925） -21q总x2 -F(x-2.945) (2.945 x 9.882) BE 段： M(x)= 21q总（ x-12） 2 (9.882 x 12) 计算各段接点的弯矩值： x=1.925 时， M=-7.10956 104 Nm x=2.945 时， M=35.66821 104 Nm x=9.882 时， M=8.60663 104 Nm (2).筒体应力计算： 筒体横截面上的弯曲应力为 =WKK Mts W：筒体截面模数 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 13 页 装 订 线 W=22D I= 44)2()2(32 DDD (cm3 ) Ks：接缝强度系数，铆接缝 Ks=0.8；焊接缝，人工焊 Ks=0.9-0.95 自动焊 Ks=0.95-1 KT ：温度系数，由筒体表面的温度而定 许用 弯曲应力 ：有衬砖的回转窑 =2.0 1010 N/m2 当 =14 时， W1 = 44 75.1)014.0275.1()014.0275.1(32 =0.0339476m3 当 =24 时， W1 = 44 75.1)024.0275.1()024.0275.1(32 =0.0535893m3 滚圈中心线处，筒体截面非焊接对称， Ks=1，其它部位均取 0.9。 设筒体各处的温度分布如下图： 250 250 250 250 时， KT =0.83； 200 时， KT =0.92 弯矩最大处为齿圈中心线处，此处的应力为： =0 5 8 5 3 9 8.083.09.0 1066821.354 Nm=8.1566 106 Nm 计算结果满足校核。 7.3 支撑装置计算 7.3.1 滚圈 滚圈的材料为 45 号钢 因为 D 3.5，所以滚圈外径 Dr =(1.25-1.19)D 取 1.2D=2.1m 截面高度 H=(0.09-0.055)D 取 0.13m 7.3.2 托轮 1.基础设计计算 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 14 页 装 订 线 材料选 45 号钢 滚圈与托轮的直径比 I=trDD=3.5,所以 Dt=0.6m 最大接触应力 P0=0.418trtr RR RRqE =0.418 )1( iRqEr 0pq 为单位接触宽度上的载荷， q=rzr BCQ cos2 1000)( N/m Q 为支撑载荷，取由筒体弯矩计算取得的各支座反力的最大值为 4.5 510 N Gr ：滚圈自重， Gr =（ 0.045-0.1） Q，估取 Gr =0.08Q=3.4 410 N z ：托轮滚圈中心连线与垂直方向夹角一般为 30 Br ：滚圈宽度 E=2 610 kg/cm2 =2 1110 N/m2 当 z =30 ， Gr =0.08Q 时 p0=635rrrDB iGQ )1)( =660rr DBiQ )1( 0p Br rDQiK )1( K= 20218.0 p E=0.272 Br 325106.04 10105.4)15.3(272.0 =0.2295m 取 0.225m 2.滚圈的截面设计 （ 1） .截面高度： H= sDD r 2S=S +C， C是直径间隙， 2C= Dir(t1 -t2 ) t1 =100 ,t2 =60 , =0.000012mm/mm Dir=Dr -2H=1.840m,计算得 C=0.4416 （ 2） .截面参数计算 截面面积： Fr =Br H=0.225 0.13=2.925 102 m2 形心圆直 径： Dc= Dr -H=2.1-0.13=1.970m 截面惯性矩： Ir =123HBr =12 13.0225.03 =0.41194m4 3.滚圈在筒体上的固定方式为松套式，且有间隙，间隙约为 2mm 并松套式滚圈的垫板与挡板型式取回转窑一书中 P85图 3-5的 a图所示的型式。 4.宽 度： Bt Br +2U Bt= Br +(0.5-1)取 Bt=0.28m 7.3.3 支撑装置受力分析 1. 径向力：滚圈自重 Gr =0.08Q=3.6 410 N nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 15 页 装 订 线 N=zrGQ cos2 cos)( =0.0624Q=2.808 410 N FH =Nsin =0.312Q=1.404 510 N Fr =Ncos z +Gt=0.572Q=2.574 510 N N = 22rH FF =0.652Q=2.934 510 N 2. 轴向力 （ 1） 每侧托轮轴向力： FAn =fN=(0.0312-0.624)N=876.096-17521.92N （ 2） 每挡支撑装置上的总轴向力 FAnFAn=2f1 N=(0.19-0.25)Q=8.55 410 N-11.25 410 N （ 3） 普通挡轮推力 FAd,取 G0( sincos zf)与 G0sin 中的大者 sincos zf-sin = 025.0286603.0 f 0 取 FAd= G0( sincos zf)= G0( 025.0286603.0 f) =(2.1355-5.90281) 410 N 3. 调整托轮轴承座的力 P P=22 2 vH FfF =0.24Q=1.08 510 N 4. 轴承座不倾翻条件： FH H1.09H, b2 2H=0.26m 且 b30.65H=0.0845m 7.3.4 托轮轴的设计 1. 托轮： Dt=0.6m;宽度 Bt=0.28m 2. 托轮轴的参数确定 轴中部直径 da=0.15m 托轮轴的示意图如下 : nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 16 页 装 订 线 57 50 58 290 10 58 57 50 托轮轴的材料为 45 号钢。 力学性能参数为：b=640N/mm2 ,s=355N/mm2 , 1 =75N/mm2 , 1 =155 N/mm2 许用弯曲应力 1 =215 N/mm2 0=100 N/mm2 ， 1 =60 N/mm2 3. 轴的受力计算 托轮的受力简图如下： 1925 A 7959 B 2118 N2 N1 N4 N3 A B R1 R2 假设 4 个托轮所受的力均等，即 N1 =N2 =N3=N4 4 N1 cos30 =G0 N1 =30cos4 0G=1.183492 510 N 考虑到托轮受到筒体压力的不均匀性 故取托轮的力 N=34N1 =2.511323N 510 N 所以轴的受力简图如下： N F1 F2 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 17 页 装 订 线 N =N=2.511323 510 N F =0 F1 +F2 - N =0 对 A: M =0 F2 l- N l1 =0 算得： F1 =F2 =1.255661 510 N 画出简力图和弯矩图如下： 125566.1 Q（ N） -125566.1 35974.7 M（ Nm） 4. 托轮轴的校核： 疲劳强度安全系数校核 = 1 RKKS=ZM1 S :从标准试件的疲劳极限到零件的疲劳极限达到换算系数，查 机械设计手册 第二册表 6-1-27 M：轴在计算截面上所受的弯矩 Z：轴在计算截面上的抗弯截面模数，查 机械设计手册 第二册表 6-1-24到表 6-1-26得 Z=323dS ：疲劳强度的许用安全系数，查 机械设计手册 第二册表 6-1-23取 1.5-1.8 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 18 页 装 订 线 K：有效应力集中系数，查 机械设计手册 第二 册表 6-1-28 到 30得： K=2.34 ：绝对尺寸影响系数，同上查表 6-1-31得=0.75 KR ：表面粗糙度系数，同上查表 6-1-32得 KR =1.3 ：表面状态系数，同上查表 6-1-33到 35选择 =1 = 1 RKK=75.01 13.134.2 =3.52 选择轴的校核截面 1和 2，如下简图： 1 2 对截面 1：弯矩 M=F1 0.025 S=335263085.00285.010255661.152.310275mNmmN=14.03971 S 所以截面 1满足疲劳强度校核。 对截面 2：弯矩 M=F1 0.083 S=3010785.010255661.152.3102753526NmmN=8.29998 S 所以截面 2满足疲劳强度校核。 7.3.5挡轮的设计 1. 见回转窑一书的 P130图 4-29 tan =rHDddH 为挡轮大端直径 为挡轮的半堆顶角，取 14 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 19 页 装 订 线 厚度 h=323 HH 取 0.064m 2. 由接触强度确定直径： G0=R1 +R2 +2Gr =6.524604 510 N 接触强度条件： P0=0.418 021)11(c o s prrES F A 由图 4-29所示的几何关系，有 h=Scos ； r1 =cos2 cpd ； r2 =sin2 cpD =2sin2coscpd p0=0.59coscp AhdEF 0p 则 dcp hEFp A2059.0 ,由 dH =dcp +htan = dcp +hrHDd得： dH = rcpDhd1 )1(59.0 20rADhhEFp FA =G0( sincos zf)=6.524604 025.030c o s 08.010 5 =4.39602 410 N dcp mm NGPammN 64 1039602.4210/600 59.0422 =139.48mm =0.13948m 根据实际情况取 dcp=0.356m 7.4 传动装置 主传动装置的组成：主电动机、主减速器、齿轮齿圈、筒体和 2 个联轴器。 传动流程图如下： 电动机 联轴器 减速器 联轴器 开式齿轮 传动效率：减速器为 0.94； 弹性柱销联轴器为 0.99=0.995 取 0.992 加工齿的开式齿轮传动为 0.94-0.96 取 0.95 7.4.1 传动功率计算： 主传动功率： 运转消耗功率： N= 21NN N1 :翻转物料消耗功率。 N2 :克服轴承摩擦消耗功率。 1.N1 =102100 vMVG; GM =4000kg; Vv=Vcsin 1 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 20 页 装 订 线 rc=3sin2 13 2 1 -sin2 1 =2 =2 0.145846 见 回转窑的 P154图 5-7及表 5-3可得： sin3 =0.52161 1 = =15-12; =30 rc=145846.03 52161.02 =1.04322 Vc=1sin602 cnr = 30s in60 0 4 3 2 2.132 =0.16386 N1 =102 16386.041000 =6.42588(KW) 2.N2 分析： N 2=102vpf pf 为每挡的摩擦阻力 pf=f3 10002c o s tzn GRN f3=0.018 nR =Rn +Gr =5.804604 510 +3.6 410 =6.164604 510 N v=tr DdnD 60= dni60d=0.085m v= 0 4 6 7 3.0085.060 5.331 4 1 5 9 2 7.3 N 2102 0 4 6 7 3.01 0 0 030c o s/6 4 6 0 4.61018.02 =1.17401KW 综合 1 和 2： N= 21NN = 95.0992.094.0992.0 1 7 4 0 1.14 2 5 8 8.6 =8.64833(KW) ND =C1 CN=1.6 N=13.837 根据窑的实际情况，可选 11 N= 21NN KW 的电动机 即 Y160M-4 型电动机。 7.4.2 齿轮和齿圈 1. 齿圈的参数选定： d2f取 250.2cm 齿圈宽 BG2 22221110)1(1046.4 jfGjjndiKNm nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 21 页 装 订 线 =2211420032.250 )16(3.108.192.0111046.4 =0.13391 取 0.16m 齿圈重量： GG=(0.17-0.21)mBG2 d2f=(0.17-0.21) 2.2501616 =108887.04-134507.52N 与估计的 12 吨相符合。 2. 齿轮的设计： 为标准开式直齿轮（外啮合） 设计计算公式如下： 分度圆直径： d1 =mz1 ;d2 =mz2 齿顶高： ha=h*am 齿根高： hf=( h*a+C* ) 齿高： h=ha+hf齿顶圆直径： d1a=d1 +2ha;d2a=d2 +2 ha齿根圆直径： d1f=d1 -2hf;d2f=d2 -2hf中心距： a= )(2)(21 2121 zzmdd 基圆半径： d1b=d1 cos ;d2b=d2 cos 具体计算：参照类似设备先取 z2 =157；设定 iG=9 小齿轮齿数 z1 =Giz2 = 9157 =17.4444 取 z1 =19 实际 iG=12zz=8.263 对于开式齿轮传动，一般只按弯曲强度计算。 按弯曲强度： m=12.13 21lim11dFFazYKTK:综合系数，参照机械手册第 3 卷表 14-1-16 选取 K=6.1-8.3 T1 :小齿轮的额定转矩，按表 14-1-59 计算 T1 =19550nPKW ，其中 n1 =JDin=56146026.0714 PKW=11 95.0 =10.45KW T1 =0714.26 45.109550 =3827.8535 d为齿宽系数，参 考表 14-1-62 选取d=0.8 1.4 Y1Fa:小齿轮的齿形系数，查图 14-1-25 得 2.86 limF ：试验齿轮的弯曲疲劳极限，按图 14-1-29 选取 取 1limF 与 2limF 的较小者 查得 1limF =279Nmm2 ; 2limF =325 Nmm2 limF =279 Nmm2 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 22 页 装 订 线 m=12.13 2 )4.18.0(19279 86.28535.3827)3.81.6( =12.1 1.0408=12.5946 根据手册取 m=(1+10%-20%)12.5946=13.854 15.11 故取 m=16 h*a=1,x=0,C* =0.25 d2 =mz2 =16 157=2521mm d1 =mz1 =16 19=304mm 齿顶高： ha=h*am=16 齿根高： hf=( h*a+C* )=0.25 16=4mm 齿顶圆直径： d1a=d1 +2ha=304+2 16=336; d2a=d2 +2 ha=2512+2 16=2544 齿根圆直径： d1f=d1 -2hf=304-2 4 =298; d2f=d2 -2hf=2512-2 4 =2504 中心距： a= )(2)(21 2121 zzmdd =1408 固定弦齿高 ch = 961.112s in8 mh c固定弦齿厚 cS = 193.22c o s2 2 m7.4.3 传动件设计 1. 速比分配与减速器选型 n=3, i=nnD=31460=486.6667 实际 iG=12zz=8.263 要求减速器速比 iJ=Gii =263.8 6667.486=58.897 选择减速器的型号为： ZSY200-56-I 中心距 440，总速比 56 n=JGDiin=56263.8 1460=3.155rpm 2.联轴器： 公称转矩： T=973.6DDnN=973.6146011=73.35Nm KA =1.7(查 机械设计表 14-1得 ) 转矩： Tca=KA T=1.7 73.35=124.695 3.传动件的查选结果： 减速器： ZSY200-56-I 型 电动机： Y160M-4 型 nts 毕业设计（论文）说明书 共 页 第 23 页 装 订 线 联轴器： HL3 和 HL8，均为 弹性柱销联轴器 8. 1750 12000 回转窑的托轮底座的强度计算（运用 SolidWorks 有限元方法） 8.1SolidWorks 介绍 SolidWorks 是美国 SolidWorks 公司开发的三维 CAD 产品，在操作平台上基于Windows，在技术内核上基于先进的 Parasolid 图形语言平台，因而在使用的方便性和技术的先进性两方面均趋于完美。 SolidWorks 在国际上得到了广泛的应用，不仅拥有众多的用户，而且拥有中端三维 CAD 领域最多的第