毕业设计说明书：单轴圆振动筛设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料第1章 绪论1.1 概述振动筛依靠机械或电磁的方法使筛面发生振动，筛面的振动引起物料运动，从而使物料散开、离析而达到筛分的目的1.1.1振动筛的特点 振动筛工作时，筛面产生强烈的振动，使得入筛物料迅速离析，并使小颗粒穿过料层到达筛面。由于振动，使物料在筛面上产生跳动，增加了物料的进筛机会。同时，也减少了筛孔堵塞现象，从而使物料能迅速筛分。与其它筛子相比，振动筛的处理能力大，能耗也较小。并且它的构造简单、重量轻、操作维修也较方便。 由于振动筛具有上述特点，使它在工业生产中得到了非常广泛的应用。在碎石料生产中，振动筛主要用于中、初级石料的筛分分级。1.1.2振动筛的分类 现有的振动筛种类很多，按照振动筛的工作原理和结构的不同，振动筛可分为偏心振动筛、惯性振动筛和电磁振动筛三种；按振动频率与共振频率的差距来分，振动筛可以分为共振筛和惯性振动筛。在惯性振动筛中还可分为圆动筛、直线振动筛以及椭圆振动筛。1.1.3筛分工艺原理 在筛分过程中，粒度小于筛孔的散性物料将通过筛孔，并从给料中分离出来。筛机的振动将使被筛物料相对于筛面的一定角度获得加速度，在一个短时的自由飞跃之后落回到筛面上。这时将开始一个颗粒和筛孔尺寸的较量，使产生颗粒通过筛孔的概率。随着这种较量次数的增加，透筛的概率也增加。由于各种振动筛的构造和运动方式有别，因此其性能也各异。1.2 振动筛的发展历程 传统意义上的振动筛分设备是靠一定频次的电机振动来实现颗粒状物体通过筛网从而实现物料的分级的，由于是开放式筛分，物料筛分过程粉尘大，物料筛分过程中无形中造成浪费和损失，并导致自然环境和工作环境的极大污染。同时，振动筛分对物料有极大的要求，如比重、粘性、化学特性，又导致许多比重小的物料无法通过筛网，许多高目数筛分要求的物料无法实现筛分。自1984年开始，梁学增教授着力研发能够实现物料快速、环保和精确筛分的筛分设备，经过历时8年的技术攻关，在结合空气动力学理论和机械工程理论下，研发出中国第一台气流筛粉机HLQS-100，并于1992年申请了气流筛粉机的第一项国家专利，填补了中国在中高目数物料筛分设备缺失的空白，目前已经在气流筛上拥有4项国家实用新型和发明专利。 进入21世纪以来，又经过将近10年的不断改进和提高，日臻完善，形成了系列化产品，能适应不同细度不同产量的各种难筛物料的筛分要求，实现了节能、高效和环保的客观效果。经过将近30年的发展，3代技术科研革新，现在气流筛粉机已经日益成熟，广泛应用于化工、食品、建材、涂料等几十个行。1.3 振动筛的研究及发展方向 1.3.1国外的研究及发展方向国外从16世纪开始筛分机械的研究与生产，在18世纪欧洲工业革命时期，筛分机械得到迅速发展，到本世纪筛分机械发展到一个较高水平。国外筛分设备仍以发展振动筛为主，振动筛向标准化、通用化和系列化方向发展；向大型化方向发展，但最大到55m2，已够用了；增大筛面倾角，提高筛分效率；发展细粒筛分设备，筛孔尺寸小到0.10.3mm；旋流筛使用逐渐增多；共振筛发展停滞。1.3.2国内的研究及发展方向由于工业发展缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国筛分机械的发展是本世纪近50年的事情，大体上可分为三个阶段。1)仿制阶段：这期间，仿制了前苏联的系列圆振动筛、BKT-11、BKT-OMZ型摇动筛；波兰的WK-15圆振动筛、CJM-21型摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功，为我国筛分机械的发展奠定了坚实的基础，并培养了一批技术人员。2)自行研制阶段：从1966年到1980年研制了一批性能优良的新型筛分设备，1500mm3000mm重型振动筛及系列，15m2、30m2共振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，YK和ZKB自同步直线振动筛系列，等厚、概率筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题，但是它们的研制成功基本上满足了国内需要，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。3)提高阶段：进入改革开放的80年代，我国筛分机的发展也进入了一个新的发展阶段。成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列，完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、驰张筛、螺旋三段筛的研制，粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得成功积极开展筛分技术研究，提高原煤干式深度筛分技术，降低分级下限和增加煤炭品种，着重解决粒度细、水分高和粘度大的难筛物料的分级技术；为满足大露天矿选用，研制重型分级筛，适用于500mm以下物料筛分；为提高筛板的寿命和效果，着重发展焊接筛网，非金属筛面；共振筛有被淘汰之势，应大力发展块偏心圆振动筛和直线振动筛。1.4 研究意义 进入二十一世纪，工业对振动筛的要求越来越高，特别是在我国，对于这方面的研究还不是很深入，因此，今后应当优先发展量大面广的优良机型；探索新的筛分理论，发展新型筛分机；发展大型、重型、特重型筛分设备，限制生产并逐步淘汰生产效率低，设计陈旧的老产品。选择此课题的目的和意义具有如下几点:(1) 提高振动筛的筛分效率，降低振动筛的操作难度，提高振动筛的使用寿命。(2) 提高振动筛的通用性。(3) 针对筛选过程中可能出现的环境污染，设计低耗，低噪音，高效能的新型振动筛势在必行。(4) 提高产品在市场的竞争力，提升机械制造的力量。1.5 振动筛的工作原理 1.5.1振动筛的工作原理总体说来，振动筛是由产生振动的机构，将振动传递给筛框，筛框可以自由振荡，使筛面上的颗粒产生几乎是垂直于筛面的跳动或者其它运动轨迹。振动筛是利用振子激振所产生的复旋型振动而工作的。振子的上旋转是筛面产生平面回旋运动，而下旋转则使筛面产生锥面回转振动，其联合作用的效果则使筛面产生复旋型振动。其振动轨迹是一复杂的空间曲线。调节空间相位角，则可以改变筛面运动轨迹的曲线形状并改变筛面上物料的运动轨迹。振动筛的实际筛分过程比较复杂：不同粒度的碎散物料进入筛面后，只有一部分颗粒与筛面接触，而在接触面的这部分物料中，不全是小于筛孔的细粒，大部分小于筛孔尺寸的颗粒，分布在整个料层的各处。由于筛箱的振动，物料层被松散，小颗粒就可以穿过间隙，转移到下层或运输机上。而大颗粒不能通过，因此，大颗粒在运动中，位置不端升高，从而对颗粒进行了分层，大颗粒在上面，小颗粒在下面，实现了粗、细颗粒分离，完成筛分。1.5.2圆振动筛的工作原理圆振动筛主要是由筛箱、筛网、振动器及减振弹簧等组成。振动器安装在筛箱侧板上，并由电动机通过皮带带动旋转，产生的惯性力迫使筛箱产生振动，使加到筛机筛面上的物料产生抛掷运动，从而使一定粒度的物料颗粒透过筛孔，实现筛分操作。作圆远动的圆振动筛，筛面以较高的角速度运功。物料在筛面上的运动轨迹也成一抛弧线，但其抛射角不是自由选定的，而是取决于筛面运动的角速度。为了保证物称面上有足够的移动速度，就须在安装筛子时确定一个适当的角度范围。第2章 圆振动筛的基本结构2.1圆振动筛的结构和优点2.1.1圆振动筛的结构主要由筛箱、激振器、悬挂（或支承）装置及电动机等组成。电动机经三角皮带，带动激振器主轴回转，由于激振器上不平衡重物的离心惯性力作用，使筛箱获振动。改变激振器偏心重，可获得不同振幅。 2.1.2圆振动筛的主要优点1)由于筛箱振动强烈，减少了物料堵塞筛孔的现象，使筛子具有较高的筛分效率和生产率。2)构造简单、拆换筛面方便。3)筛分每吨物料所消耗的电能少。4)采用橡胶隔振弹簧，寿命长、噪声小、过共振区平稳。2.2 圆振动筛的工作原理圆振动筛工作原理见图2.1。主要靠偏心轴的重块和安装在轴两端的飞轮及胶带轮的重块运动产生振动力，物料沿筛面成一定方向进行抛射和移动。当主轴围绕0-0轴线回转时，筛箱的重心也必然回绕这根中心线回转。筛箱和不平衡重块所产生的离心力方向相反。因此，适当地调整和确定两者之间的重敛，就能使振动器回转轴线不变，筛子在垂直平面上作圆运动。图2.1单轴圆振动筛的工作原理2.3 圆振动筛的基本组成本课题设计的单轴圆振动筛由筛箱、激振器、传动装置、隔振装置和隔振装置等主要部件组成。2.3.1筛箱的设计筛箱是筛子的承载部件，它是一个组合的框架，一般由筛框、筛面以及筛面托架等部件组成。2.3.1.1筛框的设计振动筛的筛框由侧壁钢板及横梁组成。侧板主要用来承受物料和筛箱的重量，并将激振力传递到筛框的各个部分。侧壁板常用厚度低碳钢板制成。横梁主要用来承受筛板和物料的重量及它在工作中的惯性力。横梁一般多用钢管、槽钢和工字钢制成。对于圆振动筛来说，用钢管作横梁，其受力状态较好。筛箱要求有良好的刚性，以此承受振动。因此，在筛箱下部采用刚性较强的托架联接两侧壁板。各构件之间的联接，一般采用铆接、焊接或高强度螺栓联接。铆接结构的尺寸非常准确，对振动负荷有较好的适应能力。本次设计中，筛箱部件的连接采用铆接。筛箱的横梁应使筛面中部凸起，以利于横向张紧筛网，使其与筛面连接牢固。由于单轴圆振动筛是用于筛分粗粒级颗粒，所以网丝的直径比较大，因此在筛箱中部有一个凸起，如图2.2所示。2.3.1.2筛面的设计筛面是筛子直接与物料接触的重要部件，其性能的好坏不但影响生产率和筛分效率，而且对延长筛分机的使用寿命，提高作业率和降低生产成本有重大意义。筛面的种类很多，常用的筛面可分为5种：板状筛面、编织筛面、条缝筛面、棒条筛面和非金属筛面。不同的筛面用途不同，一般按被筛物料的粒度及工艺要求来选择。为适应大块大密度的物料的筛分与煤矸石脱介的需要，振动筛的筛面需要有较大的承载能力，足够的强度，最大的有效面积，耐磨和耐冲击性能，筛孔不容易堵塞，在物料运动时与筛孔相遇的机会多。为减少噪声，提高耐磨性，本次设计中采用成型橡胶条，用螺栓固定在筛面拖架上。上层筛面采用带框架的不锈钢筛面，其筛孔尺寸为；下层筛面采用编织筛网，其筛孔尺寸为。筛面的张紧程度对筛面的使用寿命影响极大。不同的筛面，固定的方法不同，一般可分为四种：木楔压紧、拉钩压紧、螺栓压紧和斜板压紧。本此设计中，其紧固方式是沿筛箱两侧板处采用压木、木契压紧。中间各块筛板之间则用螺栓经压板压紧。图2.2横梁的结构2.3.1.3筛面托架的设计筛面托架是一个整体框形构件，用来托住筛面。本次设计中，筛面托架由槽钢、扁钢以及角钢焊接而成，焊后并进行校正处理，加工工艺比较精细。本课题设计的筛面托架的结构简图见图2.3。图2.3 筛面托架结构简图2.3.2激振器的设计激振器是振动筛中主要部件之一，常用的激振器有单轴式与双轴式之分。单轴式主要做为圆振动筛的激振源。双轴式激振器主要用于直线振动筛、椭圆振动筛以及概率筛等筛分机上。因此选用单轴式激振器。激振器普遍采用偏心轴式和偏心块式两种。从减少设备重量，减少传动中心弯矩，偏心质量可调等观点出发，当前多采用偏心轴和偏心质量兼有的组合形式。因此选用的激振器结构如下：主轴的两端分别装有偏心胶带轮和偏心配重轮，偏心配重分别布置在两偏心轮和主轴上。主轴由一对向心球面滚子轴承安装在轴承座上，为便于装卸，轴承内圈通过锥形定衬套口与轴相连，两轴承座之间用套管封闭安装。其结构如图2.4所示。上述单轴激振器的结构特点：(1)胶带轮和不平衡轮上的轴孔中心与轮缘几何中心不同心，轮子有偏心，轴颈无偏心，容易加工制造。(2)配重质量分别布置在主袖和偏心轮上，可以使主轴弯矩最小，从而减小主釉的断面尺寸。(3)偏心质量可调，增减懒心块数星即可改变激振力，以达到改变筛箱振幅。(4)采用自动调心的向心球面滚子轴承，有利安装与设备运行，使用紧定衬套与轴结合，便于轴承装卸。(5)激损器轴承座与筛箱用锥形套9连接，便于激振器整体装卸，用锥形套定心，精度高。(6)轴承密封,内侧用一般的毛毡圈密封，外侧采用双迷宫式密封，工作可靠。图2.4 激振器的结构2.3.3阻尼器的选用单轴圆振动筛式一种惯性振动筛，不论启动还是停机，均的通过共振区。特别是停机工况，当激振器转数等于固有频率时，其振动十分强烈，造成工作弹簧有离位趋势。为改善这种工况，常用摩擦式阻尼器，其构造如图2.5所示。正常工作时，由橡胶制成的摩擦块4，在阻尼器弹簧3的作用下，紧紧压在筛箱侧板上，并随侧板一起运动。两者之间保持正常接触，无任何相对运动。当振动筛通过共振区时，筛箱振幅猛增，这时摩擦块4的振幅受到筒体阻挡，致使摩擦块与侧板产生相对运动，因此产生摩擦，吸收能量，限制筛箱振幅的增长。图2.5 摩擦式阻尼器2.3.4 圆振动筛的传动与支承2.3.4.1传动方式的选取一般振动筛的传动方式主要有两种：直接传动和非直接传动。(1)直接传动：直接传动是由电动机通过联轴器直接驱动激振器。它克服了皮带传动的缺点，加工制造也变的简单。(2)非直接传动：非直接传递又分采用非挠性联轴器和采用挠性联轴器两种。采用非挠性联轴器：电动机通过皮带减速后，直接驱动激振器工作。这样结构简单，可以任意选择激振器的转速。但是皮带拉力作用于传动轴的一端，使筛箱容易产生横向摆动，电机轴本身受弯矩大；振动筛启动或停车过程中，经过共振区时，振幅跳动大，胶带容易松弛，产生掉带和打滑；胶带过紧，电机轴上弯矩过大，容易烧毁电机。采用挠性联轴器:电动机经皮带减速后，在通过轮胎联轴器吧动力传给激振器。比较以上几种传动方式，选用非直接传动。也就是电动机通过皮带减速后，直接驱动激振器工作。2.3.4.2支承形式和隔振装置的设计振动筛的支承方式有吊式和座式两种。吊式采用的吊挂装置包括螺旋形压缩弹簧、钢丝绳、防摆锤、吊环、钢绳卡等零部件。座式支承装置由弹簧、弹簧的上、下支座、定位块、筛箱耳轴和摩擦阻尼器等组成，如图2.4所示。弹簧上支座与筛箱耳轴连接。采用金属螺旋弹簧减振时，其支座下方没有减振摩擦阻尼器。图2.4 弹簧支承装置本次课题设计中，圆振动筛采用座式的支承方式。阻尼器在前面已经讲过，它的调整是通过调节螺栓，使弹簧由自由高度170mm压缩到30mm左右。经常反复调节，直到过共振区振幅比较小和筛子停车较平稳为止。减振弹簧：在圆振动筛中，减振弹簧既是主振弹簧，又是隔振弹簧。它的作用有：(1)系统的固有频率为弹簧刚度与参振质量的函数，当筛子质量确定后，振动的固有频率就取决于弹簧的刚度。因此弹簧刚度决定着弹性系统的工作状态和筛分机工作的稳定性。(2)弹簧刚度大，传给基础动负荷亦大。因此，适当选掸弹簧的刚度，可以减小传给基础的动负荷。 隔振装置中的弹性元件有金属螺旋弹簧、橡胶弹簧、复合嫩黄和充气弹簧等多种形式。第3章 振动筛参数的选择计算振动筛的参数包括工艺参数和动力学参数。振动筛的工艺参数是指振幅、频率、振动方向角、筛面倾角、筛面长度、宽度和生产能力等。这些参数通常是根据物料的运动状态来选取。物料的运动状态决定着筛分机的筛分效果和生产能力。在振动筛面上聚集着颗粒大小不同，形状各异的碎散物料群，只有下层物料与筛面接触，其余的只是间接地受到振动筛的影响，它们既各自独立运动，又相互干扰。因此，物料在振动筛面上的运动是复杂的。3.1工艺参数的选择计算要合理的选择振动筛的工艺参数，先要对筛面上的物料进行运动分析。3.1.1圆振动筛筛面上的物料运动分析3.1.1.1运动方程及受力分析振动的筛分机，其运动轨迹方程可以用下式来表示： (3.1)式中 振幅； 轴之回转相角，； 轴的回转角速度； 时间。求上式中X和Y对时间t的一次导数与二次导数，即得筛面沿X和Y方向上速度和加速度： 根据筛子的运动特性（位移、速度、加速度）即可研究筛上物料的运动学。物料在筛面上可能出现三种运动状态:正向滑动（沿排料方向即沿X方向滑动）、方向滑动（逆排料方向滑动）和跳动。这些运动状态只有在一定条件下（如一定的振动次数和振幅）才能出现。一般来说，对于圆振动筛，其筛面上的运动状态为跳动。所以只研究其跳动情况。现在先研究一下位于筛面上质量为m的物料颗粒的动力平衡条件。作用于质量为m的物料颗粒上的力如图3.1所示。图3.1 筛上物料的运动分析物料颗粒的重力为。筛面对物料颗粒的反作用力为或 (3.2)式中为筛面倾角。筛面对物料颗粒的极限摩擦力为 (3.3)式中为物料颗粒对筛面的静摩擦系数。3.1.1.2物料颗粒出现跳动的条件物料颗粒出现跳动的条件是颗粒对筛面的法向压力N=0，即或 (3.4)此得 (3.5)式中 物料跳动系数； 跳动起始角； 振动强度，； 抛射强度，它表明物料在筛面上跳动的急剧程度。式3.5写成下列形式： (3.6)当或时，则物料颗粒能出现跳动。当或时，则可求得物料颗粒开始跳动时的最小转数为 (3.7)为了使物料颗粒产生跳动，必须取筛子的转数。以上分析了物料颗粒出现正向滑动、反向滑动和跳动的条件，导出了出现这些运动状态的最小转数。3.1.1.3跳动终止角及跳动角物料颗粒离开筛面后，颗粒沿筛面法线方向的运动方程式为 (2.8)将式3.8积分，得物料开始跳动的时间到的速度： (3.9)上式中的为物料颗粒跳动开始时的初速度。若忽略物料颗粒对筛面冲击的影响，则可认为等于筛面的速度，即由此，式3.9则变为 (3.10)物料颗粒跳动后，按抛物线轨迹下落与筛面相遇时的法向位移（图3.2） (3.11)式中为物料颗粒开始跳动时的纵坐标，即，将式3.10代人式3.11，并积分后得 (3.12)图3.2物料的跳动状态为跳动一次后，物料颗粒落到筛面上的纵坐标，即。为物料颗粒跳动一次后又落到筛面时的轴之相位角(跳动终止角)，为跳动角。将以上关系式代入3.12中，化简后得 (3.13)式3.13所示的物料颗粒跳动起始角与跳动角之间的关系可以用曲线表示(图3.3)。根据式3.7可知 (3.14)当，则由式3.13和式3.14可得，即图3.3 跳动起始角与跳动角的关系曲线由此可见，跳动起始角越大，跳动角越小。值越大，跳动起始角越小，跳动角越小，则抛出的越高。将代入式3.4中，得物料颗粒跳动的第一临界转数： (3.15)当时，则由式3.14和式3.15可得，即；将代入式3.6中，得物料颗粒跳动的第二临界转数： (3.16)3.1.1.4物料颗粒跳动的平均速度物料颗粒从振动相角起跳，到振动相角跳动终止时，沿方向的位移为： = （3.17）式中为物料颗粒起跳时沿方向的运动速度：由此，则： （3.18）同一时间内,筛面位移为： （3.19）物料颗粒在每个循环中,对筛面的位移为：= （3.20）当筛子在近似于第一临界转数下工作时,即，则上式中方括号内的数值接近于零。故得到： （3.21）物料跳动平均速度： （3.22）当时,则,因此,可以化简为： （3.23）或者化简为：由和式3.7,可以将式3.22化简为: （3.24）按照上式计算得的结果与实际相比,计算值较大,因为未考虑物料特点,摩擦和冲击等因素.为此,上式应该乘以修正系数,所以： （3.25）虽然已经进行了筛面上物料的运动学分析，但是实际的物料不是单个颗粒，而是相互叠加的物料群体，所以在选择工艺参数时，要以理论推导为基础，同时考虑实际应用情况及影响因素。3.1.2抛掷指数的确定在一般的情况下 ，根据筛子的用途选取，直线振动筛取=2.54，圆振动筛一般取=35。一般振动筛采用中速抛掷运动状态。难筛物料取大值，易筛物料取小值；筛孔小时取大值，筛孔大时取小值。本次课题设计的圆振动筛，选取。3.1.3振动强度K的选取振动强度K是反映机器强度的指标，K值越大，机器强度大。受其他条件的限制，依据目前的机械水平，K值一般在8以内，振动筛的强度许用值。本课题设计的单轴圆振动筛，选取K=4。3.1.4筛面倾角的确定对于圆振动筛，由于抛射角比较大，物料每抛射一次，沿筛面移动距离短，影响生产效率，因此筛面倾角要选大些。值一般在内选取，故选为。3.1.5振幅和频率的确定振幅和频率是振动筛的重要参数。振幅必须适宜，以保证物料充分分层，减少堵塞，以利透筛。通常取=36mm，其中筛孔大者取大值，筛孔小者取小值。本次设计选取=5mm。由公式和、以及的值可以算出3.1.6振动强度的校核由文献8可知，实际振动强度为： （3.26）在本设计中，所以符合振动强度要求。3.1.7物料的运动速度圆振动筛的物料运动速度计算公式为式中：取修正系数0.1。则 =0.033m/s。3.1.8筛面长度和宽度由文献2可得，处理量的计算公式为：Fq （3.27）式中：Q处理量，Q=375t/h； F筛面的工作面积，单位为； q单位时间处理量,由文献可得q=50().可得出F=7.5,选取筛面长度L=4.8m，所以B=F/L=7.5/4.8=1.56m。所以筛面长度和宽度为4800mm和1560mm。3.1.9验算生产率振动筛的生产率一般按平均法计算。由公式式中：筛面的有效工作面积()； 单位筛面面积生产率()； 入筛物料松散密度； 生产率影响系数。查文献2，可得，。将数据代入后得：。因此，生产率合格。3.1.10筛分效率在筛分作业中，筛分效率是衡量筛分过程的质量指标。筛分效率越大，则筛分越完全。筛分效率是指筛下产物重量与原料中筛下级别(筛下级别是指原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料)重量的比值。筛分效率一般以百分数表示。筛分效率可按下式计算：式中：原料中筛下产物含量的百分数； 筛上产物中筛下级别含量的百分数将原科和筛上产物进行精确的筛分，根据筛分结果即可算出筛下级别含量及。筛分所用筛面的筛孔尺寸和形状，应与测定筛分效率所用的筛子相同。筛分机械的筛分效率与物料的粒度特性、物科的湿度、筛孔形状、筛面倾角、筛面长度、筛面的运动特性及生产率等因素有关。不同用途的筛分机械对筛分效率有不同的要求。3.2动力学参数的选择计算合理的选取动力学参数，开始也要对振动筛进行动力学分析。3.2.1圆振动筛的动力学分析惯性振动筛的振动系统是由振动质量（筛箱和振动器的质量）、弹簧和激振力（由回转的偏心块产生的）构成。为了保证筛子的稳定工作，必须对惯性振动筛的的振动系统进行计算，以便找出振动质量、弹簧刚性、偏心块的质量矩与振幅的关系，合理地选择弹簧的刚性和确定偏心块的质量矩。振动系统的力学模型如图4.1所示。图3.4 振动系统力学模型为了简化计算，假定振动器转子的回转中心和机体(筛箱)的重心重合激振力和弹性力通过机体重心。此时，筛子只作平面平移运动。今取机体静止平衡时(即机体的重量为弹簧的弹性反作用力所平衡时的位置)的重心所在点作为固定坐标系统(xoy)的原点，而以振动器转子的旋转中心作为动坐标系统()的原点。 偏心重块质量m的重心不仅随机体一起作平移运动(牵连运动)， 而且还绕振动器的回转中心线作回转运动(相对运动)，则其重心的绝对位移为：+rcos+=y+rsin式中： 偏心质量的重心至回转轴线的距离。轴之回转角度，,为轴回转之角速度,t为时间。偏心质量m运动时产生的离心力为： （3.28） 器的回转中心线作回转运动(相对运动)，则其重心的绝对位移为：+rcos+=y+rsin式中： 偏心质量的重心至回转轴线的距离。轴之回转角度，,为轴回转之角速度,t为时间。偏心质量m运动时产生的离心力为： （3.29） （3.30）式中和为偏心质量m在x与y方向之相对运动离心力或称激振力。在圆振动筛的振动系统中，作用在机体质量M上的力除了和外，还有机体惯性力(其方向与机体加速度方向相反)、弹簧的作用力 (和表示弹簧在x和y方向的刚度，弹簧作用力的方向永远是和机体重心的位移方向相反)及阻尼力(c称为粘滞阻力系数，阻尼力的方向与机体运动速度方向相反)。在单轴振动系统中，作用在机体质量上的力除了和之外，还有机体的惯性力和（其方向与机体的速度方向相反）、弹簧的作用力，（表示弹簧在方向的刚度），及阻尼力（称为粘滞阻力系数，阻尼力的方向与机体的运动方向相反）。当振动器在作等速圆周运动时，将作用在机体上的各力，按照理论力学中的动静法建立的运动微分方程式为： （3.31） 式中：机体的计算质量 （3.32）式中：。，。根据单轴振动筛运动微分方程式的全解可知，机体在x和y轴方向的运动是自由振动和强迫振动两个简谐振动相加而成的，事实上，由于有阻尼力存在的缘故，自由振动在机器工作开始后就会逐渐消失，因此，机体的运动就只剩下强迫振动了。所以，只需要讨论公式的特解：； （3.33）其中 ； （3.34）； （3.35）式中：。将公式3.33的二式平方后相加得上式是一个椭圆方程。但由于弹簧刚度很小，若忽略弹簧刚度在x、y方向差异的影响，可以认为，则圆振动的振幅为： （3.36）3.2.2振动筛幅频曲线及工作状态3.2.2.1振动筛幅频曲线由公式3.36可见，当分母为零时，振幅无限大。振动处于共振状态，由此可以求得系统的固有频率为： （3.37）当振动系统的参振质量、弹簧刚度、偏心块质量m及回转半径一定时，则可以得出振动筛的幅频曲线为图3.5 振动筛幅频响应曲线3.2.3.2振动筛工作状态从幅频曲线上可以看到，振动筛的工作频率若在低共振状态下工作，振动筛启动和停机时，可避免过共振区，从而提高振动筛使用寿命。但在低频状态下工作，要求弹簧的刚度大，这必然会导致传给基础的动负荷也大，引起建筑物振动，这是不可行的。共振区域：。线性弹簧共振区域的曲线比较陡，振幅不稳定，当给料量变化时，会引起筛箱振幅的坐化，致使筛子工作不稳定，共振区也是不可行区域。图3.2表明，只有远离共振区工作，振幅比较稳定，弹簧刚度也较小，传给基础动负荷也可小些。但开、停车时，筛箱运动必须通过共振区。非共振型的振动筛通常在远离共振区的状态下工作。即：3.2.3偏心块的质量及偏心距的确定工作时，弹簧刚度小，故振幅计算式中值可以忽略。对于单轴振动筛： 式中：振动机体质量，；偏心块质量；筛箱振幅，；偏心距，。负号表示重心在振动中心的两个不同方向上。则 =152kg。本课题设计的单轴圆振动筛的运动学参数和工艺参数见表3.1：表3.1 单轴圆振动筛的设计参数序号名称数值单位1筛面长度4.8m2筛面宽度1.56m3振动强度44抛射强度45筛面倾角20度6振动方向角度7筛箱振幅5mm8筛子频率845rmp9处理量375t/h10物料运动速度0.033m/s3.3电动机的选择3.3.1电动机功率的计算惯性振动筛的功率消耗主要是由振动器为克服筛子的运动阻力而消耗的功率和克服轴在轴承中的摩擦力而消耗的功率 来确定。电机的功率为： 千瓦 （3.38）式中：；转动轴转数，；，。 这里对于滚子轴承选取 。=14.7KW由文献13，选择传动电机型号为，其额定功率为，n。3.3.2电机的启动条件的校核惯性振动筛起动时，电动机需克服偏心质量的静力矩和摩擦力矩，起动后由于惯性作用，功率消耗较少，因而需选用高起动转矩的电动机。因此，按公式计算的功率，必须按起动条件校核： （3.39）式中：电机的其动转矩； 电机的额定转矩； 振动筛偏心重量的静力矩与轴承的摩擦静力矩之和。 =9550=9550=98.1 Nm （3.40）式中： 速比 起动力矩系数 取=2.1=1.73因此有 =式中为偏心质量的静力矩与轴承的摩擦力矩之和= +式中为振动器上轴承的摩擦力矩=2M=0.002910.058=2.27Nm式中 将值带入公式得 =22.27=4.54 Nm 为静力矩=910.0249.8=51.72 Nm将与值带入公式(3.19)得=4.54+51.72=56.26 Nm将值带入公式(3.18)得=34.23Nm=0.349由于=3.63,所以满足 ,电机起动校核合格。表3.2电动机性能序号名称数值单位1型号2转速1460rmp3功率15KW第4章 主要零件的设计与计算4.1轴承的选择与计算4.1.1轴承的选择根据振动筛的工作特点，应选用大游隙单列向心圆柱滚子轴承。按照基本额定动载荷来选取轴承 （4.1）式中：基本额定动载荷来； 当量动载荷；=910.024()=17.1KN 寿命系数，=2.32.8 ，本次设计选取=2.5;转速系数，=（）=0.38。 将数据带入公式得 =125.74KN。查文献13，选GB28894，轴承型号22322，内径110mm，外径240mm。4.1.2轴承的寿命计算轴承的寿命公式为：=() （4.2）式中：的单位为10r 为指数。对于球轴承，=3；对于滚子轴承，=10/3。计算时，用小时数表示寿命比较方便。这时可将上式改写。则以小时数表示的轴承寿命为： =() 式中：基本额定动载荷=125.74KN ； 轴承转数； 当量动负荷。选取额定寿命为6000h。将已知数据代入公式得： =15249h6000h 满足使用要求。因此设计中选用轴承的使用寿命为15249小时。4.2传动带的设计计算4.2.1传动带的选取带的设计功率 = 1.315 =19.5KW式中：工况系数，查文献7得=1.3； 传递的额定功率，=15KW。根据=19.5KW，小轮转数=1460rmp，查文献12，选B型皮带。4.2.2传动比=1.734.2.3带轮基准直径的确定(1)选择小带轮的基准直径：查文献12，选取=224mm。(2)选择大轮的基准直径： =1.73224=388mm。 查文献12，取=400mm。4.2.4带速的计算带速常在=525m/s之间选取。将数据代入公式得：=17.12m/s4.2.5中心距和带的基准长度的确定4.2.5.1初定中心距 按0.7(+)2(+)选取，因此有436.81280选=600mm。4.2.5.2带的基准长度所需基准长度=2+(+)+带入数据得=1985.1。 查文献12,选取基准长度=2000mm。4.2.5.3实际中心距=+=600+=607.45mm安装时所需最小中心距:=607.45-0.0152000=577.45mm张紧或补偿伸长所需最大中心距:=607.45+0.032000=667.45mm 4.2.5.4小带轮包角 =180=180=163.40 4.2.5.5单根带的基本额定功率根据=224mm,n=1460rmp，查文献16，得=7.47KW。考虑传动比的影响，额定功率的增量由文献16查得=1.14KW。4.2.5.6带的根数 =2.4根 则取整数3。式中：小带轮包角修正系数，查文献16，可知=0.96； 带长修正系数，由文献16，可得=0.98。4.2.5.7单根带的预紧力单根带的预紧力的计算公式为=500()+ （4.3）式中为带每米长的质量, 查文献12，得=0.17kg/m。将数据代入公式得： =500()+0.17=354.36N传动带的设计参数如表4.1所示。表4.1 带的设计参数序号名称数值单位1型号B型2带轮轴间距607.45mm3最小轴间距577.45mm4最大轴间距667.45mm5带的根数3根6预紧力354.36N7小带轮直径224mm8大带轮直径400mm本课题设计的大带轮如图4.1所示。图4.1 大带轮4.3轴的设计计算4.3.1轴的设计特点轴是组成机械的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。轴设计的特点是：在轴系零、部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用和支点间的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中，必须把轴的强度计算和轴系零、部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。设计轴时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。对于高速轴还应考虑振动稳定性问题。4.3.2轴的常用材料轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。轴的常用材料是35、45、50、优质碳素钢，最常用的是45钢。对于受载较小或不太重要的轴，也可用A、A等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受的限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢。本次设计选用45优质碳素钢。4.3.3轴的最小直径的确定由文献6，取，计算轴的最小直径的公式为: （4.4）由文献12，传动带的传动效率为0.96，取2.0。则,因此取整数d=65mm,考虑到振动装置的安全以及轴的直径需增加%10，取轴的最小直径为。由文献6，轴的各段直径长为，。本课题设计的轴如图4.2所示。图4.2 偏心轴的结构4.3.4轴的强度校核由文献10、13对轴进行校核。求偏心轴的转速n ，带传动的传动效率为，。P=Pr kw偏心轴的转速的计算公式为n= （4.5）式中 带的传动比，i=400/224=1.786。所以 n=1460/1.786=817.47r/min由图4.3并结合振动筛的工作特点对轴进行受力分析，其受力分析如下所示： T=9550Ft=2由水平方向得：=F +F , =0112F=0解得：F=3965.4N，F=-277.6N由垂直方向得：Fv=mg=291.825NFv=FF解得：从偏心轴结构图以及弯矩图中可以看出偏心轴的中间表面C是该轴的危险截面图4.2偏心轴的受力分析现将截面C处的M、M及M列于下表4.2。表4.2截面C处受力情况序号名称数值单位1支反力水平面 F=-277.6N垂直面2弯矩水平面M=209.32M=1108.18垂直面3总弯矩水平面垂直面4T168.2按弯扭合成应力校核轴的强度：校核最危险截面C：取/W =所以故轴的强度满足要求。4.4弹簧的设计验算4.4.1弹簧刚度的计算由文献6我们知道，选取弹簧刚度时，不仅要考虑使弹簧传给基础的动负荷不使建筑物产生有害振动，而且还要必须考虑弹簧应该有足够的支承能力。弹簧刚度一般是通过强迫振动频率与自振频率的比值来控制。通常吊式振动筛取频率比，对于座式由此，对于单轴振动筛弹簧刚度计算公式： 取，再有n=845次/分， 次/分所以： N/m4.4.2弹簧钢丝直径的计算根据弹簧所受载荷特性要求，选取钢丝。许用应力根据文献6，按类载荷选取查得切变模量Mpa，由文献19，查得。初步选取旋绕比。N曲度系数mm根据文献6中表16-5，选取d=16mm。4.4.3弹簧中径的计算D=cd=168=128mm按文献6中表16-5，取系列值D=130mm。4.4.4弹簧圈数和节距的计算， mm根据文献得6： 根据文献6表16-5，取n=5圈，由表25-11得弹簧的总圈数为：圈由文献6表16-4得弹簧的节距：mm4.4.5弹簧的间距和螺旋角的计算由文献弹簧的间距：mm由文献弹簧螺旋角： 4.4.6弹簧的验算4.4.6.1弹簧疲劳强度验算 由文献6,图16-9，选取所以有：由弹簧材料内部产生的最大最小循环切应力： 可得： = 由文献6可知：疲劳强度安全系数计算值及强度条件可按下式计算：式中：弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限 弹簧疲劳强度的设计安全系数,取=1.3-1.7按上式可得： =1.3所以此弹簧满足疲劳强度的要求。 4.4.6.2弹簧静应力强度验算静应力强度安全系数计算值及强度条件为：式中弹簧材料的剪切屈服极限， 静应力强度的设计安全系数，=1.3-1.7所以得： =1.3所以弹簧满足静应力强度。第5章 振动筛的安装维护及润滑5.1振动筛的安装与调试5.1.1振动筛的安装振动筛在安装前，必须认真检查。一般说来，振动筛可按以下顺序