振动筛设计实例

新型惯性振动筛总体设计 目录 1 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 振动筛的用途和组成 1 1 3 国内外筛分机械的发展概况 2 1 3 1 国外发展概况 2 1 3 2 国内发展概况 2 1 4 筛分机械发展方向 3 1 4 1 深入研究新的筛分理论和技术 3 1 4 2 引入现代化的设计手段 采用新材料 新技术 新工艺 4 1 4 3 研制和推广振动机械专用轴承 4 1 4 4 向标准化 系列化 通用化发展 4 1 4 5 强化筛机技术参数 5 1 4 6 不断扩大筛机应用领域 5 2 总体设计 5 2 1 设计总则 5 2 2 总体方案的确定 5 2 2 1 运动学参数的设计与计算 5 2 2 2 动力学参数的设计计算 6 2 2 3 电机的选择与计算 6 2 2 4 对主要零件设计和强度校核 6 2 3 基本结构及工作原理 6 2 3 1 基本结构 6 2 3 2 工作原理 6 2 3 3 直线振动筛的动力学分析 7 2 4 筛面规格的确定和处理量的计算 10 2 4 1 筛面规格的确定 10 2 4 2 处理量的分析 10 3 运动学参数的设计与计算 13 3 1 运动学参数的确定 13 56 第 页2 3 1 1 筛箱振幅 13 3 1 2 振动频率 13 3 1 3 振动强度k 14 3 1 4 抛射强度 v k 14 3 1 5 筛箱倾角 14 3 1 6 振动方向角 14 4 动力学参数 14 4 1 参振质量的计算 14 4 2 弹簧刚度的计算 15 5 主要零件的设计计算与校核 16 5 1 弹簧的尺寸设计与强度校核 16 5 1 1 圆柱型橡胶弹簧的计算 16 5 1 2 弹簧强度校核 19 5 2 偏心块的设计 19 5 2 1 轴颈的估算 19 5 2 2 偏心块的设计 20 5 3 筛箱的结构设计 22 5 3 1 筛面规格的确定及固定方式 22 5 3 2 侧板的设计 23 5 3 3 筛框横梁的设计与校核 25 5 3 4 筛箱横撑的设计 27 5 4 电动机的计算选择 28 5 4 1 电机的选择 28 5 4 2 电动机功率 N 的计算 28 5 4 3 启动转矩的校核 29 5 5 轴承的选择 30 5 5 1 轴承的受力分析 30 5 5 2 轴承的计算与选择 31 5 5 3 轴承寿命的校核 32 5 6 轴的结构设计与强度验算 33 5 6 1 轴的结构设计 33 5 6 2 轴的强度校核 34 5 7 联轴器型号的计算选择 37 5 8 键的选择与校核 37 5 8 1 键的选择 37 5 8 2 键的校核 38 56 第 页3 6 筛箱重心计算 39 6 1 坐标系的建立 39 6 2 重心计算公式 39 7 筛分机工作效率的影响因素 41 7 1 影响因素 42 7 1 1 物料的性质 42 7 1 2 筛面的运动特性和筛面结构 43 7 1 3 操作管理 45 8 振动筛的使用与维护 45 8 1 振动筛的安装 调整与试运转 45 8 2 振动筛的操作 维护与检修 46 8 2 1 操作 46 8 2 2 维护 46 8 2 3 检修 47 8 3 振动筛的安全技术 47 9 现代设计方法在振动筛设计中的应用 47 9 1 概述 48 9 2 振动筛筛箱质心的计算 49 9 39 3 振动筛的结构强度分析振动筛的结构强度分析 4949 参考文献 51 56 第 页1 1 绪论 1 1 引言 在很多情况下 振动是一种有害的现象 但在某些场合 振动却是有 利用价值的 例如 利用振动可以有效的完成许多工艺过程 或用来提高 某些机械的工作效率 最近二十多年来 利用振动原理而工作的机械 简 称振动机械 得到了很快发展 其中筛分机械更是得到全面而迅速的发展 它们在矿山和 冶金工厂 选煤工厂 化工厂 发电厂 铸造厂 建筑工 地 水泥厂以及食品加工厂中得到了广泛的应用 据不完全统计 目前已 经应用于工业生产中的筛分机有数十种之多 例如 圆振动筛 椭圆振动 筛 直线振动筛 高频振动筛 弧形筛 等厚筛 概率筛 冷矿筛 热 矿筛和节肢筛等 而振动筛以它结构简单 处理能力大 工作可靠 维修 方便等优点在所有筛分设备中占有绝对优势 其占有量约为 95 这些振 动机械在工业的各个部门中已经发挥了重要的作用 人类在进步 社会在发展 科技也在不断进步 随着市场经济的发展 产品精度的提高 对各种粉状物料的细度 精度要求越来越高 各种新型 的筛分理论及技术在不断的出现 势必在不久的将来 筛分行业出现百花 齐放的繁荣景象 本设计是对传统直线振动筛的改进设计 并在原有基础上做一些简单 而大胆的创新尝试 其设计过程将在设计说明书中详细的介绍 设计内容 包括 激振器轴系的设计 箱体结构的设计 激振器在箱体上的布置 传 动装置的选取 电动机的选择 轴承的选择与校核 弹簧的设计 横梁的 设计计算及校核等诸多方面 1 2 振动筛的用途和组成 建国近 60 年来 我国的筛分设备走过了一个从无到有 从小到大 从落后到先进的发展过程 前后经历了测绘仿制 自行研制和引进提高 3 个阶段 目前国内筛机种类繁多 品种齐全 旋转筛和各类振动给料机械 56 第 页2 多达 50 个系列近 100 中规格 广泛用于矿山 冶金 化工 建材工厂 筑路行业及环卫行业中 其物料的筛分 分级 洗涤 脱介 脱水之用 随着科技水平的提高和人类实践能力的进步 筛机的应用领域正得到不断 的扩大 根据不同用途 研制出各种不同形式的产品 不过目前国内对于 细和超细物料的分级 含水量 7 13 黏性物料的分级还存在问题 重 机网曾联系国内外需要 100 目以下 生产能力为 15t h 的细筛 国内就没 有厂家能接 我们应该发展特殊用途的筛分设备 满足国民经济建设的需 要 并担当对外出口的任务 1 3 国内外筛分机械的发展概况 1 3 1 国外发展概况 国外振动筛发展很快其结构有如下特点 1 轴承外圈旋转 除此之外都是内圈旋转 外圈旋转集中离心力 作用面积比内圈旋转大 内圈旋转离心力作用面积处 内圈 1 3 处 一般 极易发生微粒剥落疲劳破坏 而外圈旋转离心力作用面积大 轴承寿命长 2 中间传动轴小 如 Cedarapids 公司 2 1m 6 0m 椭圆筛中间轴 只有 70mm 为什么这么小 因为它不受离心力 只传递电机过来的扭矩给 对面偏心块 3 侧板上开孔小 不像日本神户制钢所筛机侧板开这么大口 这 样对筛机强度和刚度影响小 轴承在侧板外侧受力 中间轴罩体既能受上 层物料的冲击 又能加强筛机刚度 4 采用流行的胀套 皮带轮 和锥套 轴套 联接 维修大大方 便 5 皮带轮用可调直径带轮 方便改变激振频率 筛分效率高 可 水平安装 适用于移动式破碎筛分机组 1 3 2 国内发展概况 自建国以来 我国筛分机械的发展经历了几个阶段 五十年代初至六 56 第 页3 十年代中期 主要是从前苏联和波兰引进 并部分防制了偏心式和单惯性 式圆振动筛 如苏制陀旋筛 万能吊筛 波制 WK 型纯振动筛等 从 60 年代中期我国开始独立研制 主要成果有 DD 系列 ZD 系列单轴 振动筛和 ZS DS 系列双轴振动筛 和共振动筛 至此我国初 2 15m 2 30m 步掌握研究 设计和制造复杂结构的中型 大型振动筛技术 80 年代初期以后 我国全面的走上了开放的道路 先后引进了范各庄 兴隆庄 钱家营 西曲 晋阳 安太堡等选煤厂的全套工艺设备其中筛分 机械有 VSK 型 VSL 型振动筛 型筛分机 等厚机 系 1 WK 1 PWK 1 PWK 列脱水筛 DSM 型弧形筛 OSO 型旋流筛等 这些外来产品极大的丰富了我 国筛分机械种类 促进了我国筛分机械种类的进一步发展 非金属筛网 块偏心激振器 虎克铆钉连接技术等新材料 新技术 新工艺 在我国得 到了广泛应用 在引进和吸收外来技术的基础上 我国生产了新型圆振动筛 如 YK 和 YR 系列 和新型直线振动筛 ZK 和 ZKX 系列 为了解决潮湿细粒物料 在干法筛分作业中效率低的问题 开发研制了许多新型筛分机 如概率筛 等厚筛 琴弦筛 离心筛 弦张筛和强化筛等 湿法细筛的研制技术也取 得了长足的进展 新型高效的振动有电磁振动旋流筛 可翻转弧形筛 高 频振动筛 于此同时 我国筛分机械的制造水平也有了很大的提高 目前一些国 有大中型制造厂设有研究所 对制造工艺 材料和零部件进行专门研究 在新产品开发方面也具有较强的能力 生产中广泛采用先进设备和工艺 如精密镗床 数控车床和数控切割机 气体保护焊 自动埋弧焊和喷 2 CO 丸预处理 按国标 部标对重要零部件和整机进行检测和试验 等等 目前我国筛分机械的生产已形成较大规模 主要生产厂家有 30 多个 可供应 200 多个品种 年累计产量 2000 台左右 产值近亿元 基本上满 足了各部门对筛分机械的要求 1 4 筛分机械发展方向 1 4 1 深入研究新的筛分理论和技术 56 第 页4 应用自同步理论 利用概率 等厚高效筛分方法 研制成功了概率筛 等厚筛和概率等厚筛等 2002 年 中国矿大机械厂为解决大型振动筛强度 问题 提出了超静定网梁结构理论并使用成功 获得国家专利 最近 新 乡威猛集团将 12 台 2m 3m 的节肢筛组合在一起 形成了目前国内最大 的 72m 振动筛 用于选煤系统的分级和脱水 脱介 效果很好 同样 中 国科技大学为铁法矿务局晓青矿研制了筛框不动 筛网振动的大型振动筛 今后 我们还要继续深入研究新的筛分理论和技术 研制高效筛分机械 我们要组织筛分机械设计研究专业队伍 通过试验 研究 发现和发现和 发展新的筛分方法和技术 寻求合理的结构形式 动力配置和动力学参数 研制适用于各种条件的筛分机械 1 4 2 引入现代化的设计手段 采用新材料 新技术 新工艺 对现有的筛分机械进行运动分析和结构改进 引入现代化设计手段 采用优化设计 计算机辅助设计 用计算机对筛分结构强度进行计算 提 高设计的可靠性 建立振动筛试验台 对筛机产品进行检测 全面推广使 用新材料 新技术 新工艺 对筛分机械用的钢材 轴承 弹簧 筛网进 行专门研究 筛面应从金属筛网想非金属筛网发展 应用橡胶筛板 聚氨 酯筛板 弹性杆筛面 支撑元件应采用橡胶弹簧和复合弹簧 推广环槽铆 钉和高强度螺栓联接 规范筛分机械制造行业管理 严格执行工艺制度 加强质量管理 提高筛分机械制造水平 1 4 3 研制和推广振动机械专用轴承 振动器是振动机械的心脏 而轴承是振动器的关键件 目前 国外大 都采用瑞典 SKF 德国 FAG 和日本 NSK 的振动机械专用轴承 因采用振 动机械轴承后 轴承承载能力比普通标准轴承提高 25 以上 在计算轴承 寿命时 负荷系数可以从 1 8 2 1 降低到 1 2 1 5 这样 选择的轴承可 比标准轴承降低两个型号 轴承型号小了 振动器减小了 筛分机械重量 减轻了 生产成本也降低了 1 4 4 向标准化 系列化 通用化发展 提高三化水平 这是便于设计 组织专业化生产和保证质量的途径 56 第 页5 有些零部件如标准化 通用化了 组织专业化生产 可大大降低成本 提 高企业效益 1 4 5 强化筛机技术参数 根据不同用途研制新筛机 发展大型 重型 超重型筛分设备 筛机 振动强度可达 5 4 以上 筛分面积向 27M 以上发展 德国筛子技术公司曾 生产 5m 12m 筛分面积达 55m 的筛机 提高筛机的处理能力和承载能 力 1 4 6 不断扩大筛机应用领域 根据不同用途 研制出各种不同型式的筛机 目前 国内对于细和超 细物料的分级 含水分 7 13 粘性物料的分级还存在问题 重机网曾联 系国内外 需要 100 目以下 生产能力为 15t h 的细筛 国内就没厂家能 接 我们应发展特殊用途筛分设备 满足国民经济建设的需要 并承担对 外出口的任务 展望未来 我们充满信心 通过全行业人员的努力 我国 筛分机械工业将在 21 世纪再创辉煌 2 总体设计 2 1 设计总则 1 振动筛的设计应符合机械制图 公差与配合及形位公差等基础标 准的规定 2 振动筛的设计应按其用途 要求和物料等条件进行 其参数 结 构一贯满足先进性 可靠性以及经济合理性要求 3 振动筛各构件的选材应力求合理 注意减少制造和安装工作量 注意抗蚀 抗磨要求 重要构件拼接时 应在图样中注明部位 接法和要 求 4 易损件 备用件 通用件和外构件等 在同一品种规格中 应能 互换并符合相应的标准或图样规定 56 第 页6 2 2 总体方案的确定 2 2 1 运动学参数的设计与计算 包括选取振动频率 振幅 筛面倾角 计算直线振动筛的振动强度的 并校核 2 2 2 动力学参数的设计计算 包括参振质量的计算 弹簧刚度的计算和箱体重心的计算 2 2 3 电机的选择与计算 主要包括确定激振器的安装方式 选择振动电机的型号 2 2 4 对主要零件设计和强度校核 包括以下几个方面的内容 1 箱体的设计与校核 2 弹簧的设计与校核 3 偏心块的设计计算 4 轴的设计计算与校核 5 横梁的设计及校核 2 3 基本结构及工作原理 2 3 1 基本结构 该振动筛主要有筛箱 筛面 振动器 弹簧 支座等组成 筛面是主 要易损件 根据物料品种和用户要求 本次设计考虑了两种筛面的的结构 形式 在应用中可根据实际情况由用户选用 该设计均为悬臂棒条筛面 满足筛分效率高 寿命长 不堵孔的要求 筛机为坐式安装 带有车轮 对于维修提高了很大的效率 2 3 2 工作原理 56 第 页7 当安装在筛座上的两台异步电动机反向转动时 其带动偏心块做反向 转动 这时偏心块便产生一定的激振力 由于其反向转动 故在沿振动方 向角所在直线上其激振力叠加 同时在垂直方向上其激振力抵消 激振力 通过横梁传递给整个筛箱 从而使物料近似做直线振动 筛面上的物料受 激振力便在筛面上向出料口方向做抛射运动 小于筛孔的物料通过筛孔而落 下 大于筛孔的物料经过多次抛射运动 经出料口流出 2 3 3 直线振动筛的动力学分析 直线振动筛可以简化为两种振动系统模型 单自由度和两自由度 在 振动实际设计计算中 为了简化起见 只计算其一个主要的振动 按单自 由度振动系统分析 但是在某些情况下 必须按两自由度振动系统来分析 以下是简化为单自由度振动系统的动力学分析 图 2 1 所示是直线振动筛的振动系统 可以作为单自由度振动系统来 分析 图 2 1 直线振动筛系统 振动筛的振动系统为有阻尼的强迫振动系统 振动器的激励为简谐激 励 系统运动的微分方程为 56 第 页8 2 1 0sin M x cx kxt F 式中 x x 轴的加速度 速度和位移 x x M 振动筛的参振质量 C 振动系统的阻尼系数 k 振动系统的弹簧刚度 t 振动时间 激振力幅值 0 F 激振角频率 式 2 1 的解包括通解和特解 通解一般为瞬态解 它表示振动系统 的自由振动 由于振动筛的振动系统中 有各种阻尼的存在 自由振动会 逐渐消失 因此 研究振动系统只考虑其特解 特解一般为稳态解 因为 振动筛的激振力是简谐的 所以其特解 即振动系统的稳态响应也是简谐 的 并具有相同的角频率 因此 式 2 1 的特解具有下列形式 2 2 x t Xcos t 式中 X 真的哦那个响应的相位角 设 2 0 n kC MC 式中 振动系统的固有频率 n 振动系统的阻尼比 C 阻尼系数 临界阻尼系数 2M 0 C 0 C n 则式 2 2 可以写成 56 第 页9 2 3 2 0 2sin nn xxxt M F 把式 2 2 代入式 2 3 得 2 0 0 2 222 32 1 2 nn F k X kMC F 2 4 式中 表示在静力作用下 弹簧产生的静变形 用表示 即 0 F k 0 F st X st X 0 F k 在范围内 可以又正切函数确定 0 2 2 2 2 arctanarctan 1 n n C km 5 由 2 4 式知 当激振力频率时 X 值将显著增大 当 n 2 2 1 2 n 6 时 X 达到最大值 max X max 2 21 st X X 对常见的小阻尼系统 式 2 6 可以近似的表示为 0 05 56 第 页10 2 7 max 2 st X X 当是最大值时 一般称振动系统处于共振状态 max X 根据振动筛多年的设计经验表明 时 振动筛工作较为理47 n 想 阻尼系数 C 或阻尼比 的值 影响因素较多 在近似计算中 往往 忽略阻尼 按无阻尼系统来分析计算 2 4 筛面规格的确定和处理量的计算 2 4 1 筛面规格的确定 筛面规格的的长度参考仿真分析结果 在本设计中筛面规格选定为 1300mm 3000mm 处理量约为 150 吨 小时 筛面选用悬臂棒条筛面 此种筛面筛分效率高 筛孔不易堵塞 更 换方便 2 4 2 处理量的分析 本振动筛用于烧结矿的筛分 其处理量的校核方法 流量法 如下 Q 3600Bh t h 2 8 式中 B 筛面宽度 m h 筛面上物料层的厚度 见表 2 1 m 物料运动的平均速度 m s 物料的松散密度 t 查表取 1 6 t 3 m 3 m 对于直线振动筛 物料平均运动速度 可以按下式计算 56 第 页11 2 0 cos d f D f a 9 式中 与抛掷指数 D 有关的系数 取 0 95 f D f D 与工作面倾角有关的系数 计算公式为 0 f a 2 10 00 1tantanf aa 角速度 rad s 100 5 rad s 振幅 0 004m 振动方向角 0 62 0 0 95 2 086 100 5 0 004 cos62 d 0 374m s 2 ahmwd C C C 11 倾角修正系数 见表 2 2 2 物料厚度影响系数 见表 2 3 0 85 h C h C 物料形状影响系数 对快状物料取 0 8 0 9 这里取 0 85 m C 滑行运动影响系数 见表 2 4 0 95 w C w C 所以 2 0 85 0 85 1 0 374 0 54 56 第 页12 根据处理量 Q 150 吨 时 验算料层厚度 0 037m 3600 Q h B 150 3600 1 3 0 54 1 6 由表 2 3 其厚度为中料层厚度 返回检验的取值合适 h C 物料在槽体中的体积 V BLh 1 3 3 0 037 0 144 3 m 槽体中物料的重量 0 144 1 6 m GV 0 23 吨 物料的参振质量 0 2 0 230 2 m MG 物 0 046 吨 46kg 表 2 1 各工况料层厚度 序号作业名称振动筛种类给料端料层最大厚度 mm 1分级圆振动筛4a a 为筛孔尺寸 2块煤100 3 脱介 末煤50 4末煤50 5 脱水 煤泥 直线振动筛 20 56 第 页13 表 2 2 与倾角关系a 倾角 0 a 00 155 0 10 0 10 0 15 a 1 1 2 1 31 25 1 6 表 2 3 与料层厚度关系 h C 薄料层中厚料层厚料层物料层厚度 a 为筛孔尺 寸 1 2 a 3 5 a 10 20 a 物料层厚度 影响系数 h C 0 9 1 00 8 0 90 7 0 8 表 2 4 与关系表 w Ck 抛掷 强度 k 1 001 251 51 752 002 503 0 滑行 运动 影响 系数 w C 1 11 751 051 11 01 051 3 运动学参数的设计与计算 56 第 页14 3 1 运动学参数的确定 3 1 1 筛箱振幅 筛箱振幅是设计振动筛的重要参数之一 其值必须适宜 以保证物料 充分分层 减少堵塞 以利透筛 所以本设计参照原有理论 采用中频中幅设计 取振幅为 4mm 3 1 2 振动频率 本设计振动频率选为 16Hz 3 1 3 振动强度k 5 6 k 22 100 5 0 004 4 12 9 8 K g 3 1 4 抛射强度 v k 4 2 v k 2222 2 sin 2 16 0 004sin62 cos9 8 cos30 fA ga 3 1 5 筛箱倾角 筛面与水平面之间的夹角 称为筛面倾角 筛面倾角与振动筛的处 理量和筛分效率密切相关 随着筛面倾角的增大 物料在筛面上的运动速 度加快 振动筛的处理量随之加大 但是物料在筛面上的停留时间缩短 从而导致筛分效率降低 如果筛面倾角减小 则筛机的处理量降低 筛分 效率增加 直线振动筛的筛面倾角推荐值为 本设计中参考已1010 有仿真分析选取为 30 3 1 6 振动方向角 振动方向线与上层筛面之间的夹角 称为振动方向角 在次设计中 即指振动方向和筛面的夹角 直线振动筛的振动方向角的取值范围为 本设计取为3060 62 56 第 页15 4 动力学参数 4 1 参振质量的计算 总参振质量 4 1 MMM 总物筛箱 式中 总参振质量 M总 筛箱中物料参振质量 前面已算为 46kg M物 筛箱参振质量 M筛箱 0 250 6 1 3 30 25M 筛箱 0 51 S 2 59t 46 2590 2636kgM总 此公式为估算公式 4 2 弹簧刚度的计算 对单质量系统 4 2 g KM 2 式中 K 系统中弹簧的总刚度 N m 系统的固有频率 rad s g 1 3 1 7 g j 振动的圆频率 rad s j j 30 n 筛箱振动次数 r min n 56 第 页16 所以 3 14 960 30 100 5rad s j 1 3 1 7 100 5 14 35 33 5rad s g M 参振质量 kg 故弹簧刚度 K 980 553 43 3013 公斤 cm 22 2636 14 3533 5 取 K 为 1084 7 公斤 cm 因选用 8 个弹簧 故每个弹簧刚度不应小于 K 8 135 59 公斤 cm 1 33N m d K 5 10 5 主要零件的设计计算与校核 5 1 弹簧的尺寸设计与强度校核 根据 JB T3687 1 振动筛安装方式为座式 每台振动筛有四组弹簧支 撑 每组弹簧视振动筛的规格不同 可有一个至三个弹簧组成 支撑弹簧 可用橡胶弹簧或螺旋弹簧 亦可用复合弹簧 一般在支撑装置中还设计有 摩擦阻尼器 鉴于橡胶弹簧和复合弹簧的橡胶内阻较大 对过共振区时的 振幅有一定限制作用 故亦可不设计阻尼器和其它的限制装置 为了设计和制造的方便 本设计采用圆柱型橡胶弹簧 每个弹簧座安 装两个弹簧 弹簧的机构如图 5 1 5 1 1 圆柱型橡胶弹簧的计算 圆柱形橡胶弹簧几何尺寸见图 56 第 页17 图 5 1 5 1 0g 37 j g Z 式中 频率比 小型筛取小值 大型筛取大值 0g Z 5 2 d t K K n 式中 单个弹簧的刚度 N m d K 弹簧的总刚度 N m K 支撑弹簧的个数 t n 对小型筛 5 3 46hA 0 014hm 式中 弹簧的最大变形量 m h 由于 故取4Amm 5 0 0040 02hm 56 第 页18 取 0 16 5 4 0 0 150 20 h H 取 0 0 02 0 125 0 16 H 0 0 13Hm 式中 弹簧的自由高度 0 H 取 0 0 51 D H 0 0650 13D 0 1Dm D 弹簧的外径 m 取弹簧的孔直径30dmm 则受压面积与自由面积之比 5 0 10030 0 135 44 130 Dd H 5 式中 受压面积与自由面积之比 d 弹簧内孔直径 mm 则弹簧的受压面积 22 2 0 00715 4 Dd Fm 外形系数 x K 5 6 2 2 1 2 1 1 65 1 2 1 1 65 0 135 1 236 x K 1 2 j EE 式中 外形系数 x K 56 第 页19 动弹性模量 d E 2 N m 静弹性模量 j E 2 N m 静弹性模量与邵氏硬度的关系式为 5 50 033 3 57 10 js EeH 7 式中 橡胶弹簧的邵氏硬度 s H 由于取 1250 型号橡胶弹簧 5065 s H 取邵氏硬度60 s H 则 50 033 6062 3 57 102 586 10 j EeN m 52 1 2 15 76 1018 9 d EN m 5 1 2 弹簧强度校核 刚度 0 6 55 3 103 101 236 0 00715 0 130 02 2 49 10 1 33 10 dx d E K F K Hh N mN m 满足要求 强度应满足 5 8 d jj hK F 56 第 页20 式中 橡胶的压缩应力 j a p 橡胶的许用压缩应力 取 j a p980 ja kp 5 0 02 2 49 10 0 00715 697980 d j aja hK F kpkp 满足要求 5 2 偏心块的设计 5 2 1 轴颈的估算 对于实心轴的计算公式 5 9 3 3 5 p Mp ddA n 或 式中 轴的直径 mm d M 轴传递的额定转矩 N m P 轴传递的额定功率 kw 轴的转速 r min n 许用切应力 p A MP A 按定的因数 p 56 第 页21 现用第二个公式计算 选用 45 钢 故 取 115126103A 5 4Pkw 960 minnr 3 min 5 4 11520 45 960 dmm 由于存在一个键槽 故而将计算的轴径增加 5 所以 20 4520 45 5 21 47d 从轴的结构上考虑 由于轴承可能很大 所以最小直径取 38mm 而安装 偏心块的轴颈确定为 80mm 如此便可以取 a 80mm 这样可进一步计算 偏心块的参数 5 2 2 偏心块的设计 偏心块的结构如图 5 2 所示 图 5 2 偏心块简图 56 第 页22 200Rmm 60rmm 阴影部分的面积 5 22222 260 2006038118 360180 ARrmm 10 其形心坐标 5 33 5 2 6 6 sin 15 1366 117 9 DD c D R r ydyd rrdrd y AAd Rr r drd AA mm 11 又由偏心块的偏心距 5 00c MG y 12 0 0 10 52 89 23 0 1179 c M Gkg y 所以 每个偏心块的质量为 1 89 2322 3 4 Gkg 偏心块的厚度 由 5 36 0 7 8 1038118 10GVABB 13 0 0 7575Bmmm 所以把偏心块的厚度为 0 75Bmm 56 第 页23 5 3 筛箱的结构设计 筛箱由侧板 后挡板 横梁 进料口 出料板等组成 筛箱所用横梁 一般用两端带法兰的封闭型材构成 目前多为圆形和矩形 本次设计考虑 选材的统一 以及结构实现的方便性 横梁采用槽钢 由法兰铆接在侧板 上 5 3 1 筛面规格的确定及固定方式 筛面规格为 3000 1300mm 结构形式为新型悬臂棒条筛面 其为独立 结构 由螺栓将其固定在筛箱侧板上 在维修更换时可大大节约时间 结 构如下图 图 5 3 筛面 图 5 4 筛面 2 56 第 页24 5 3 2 侧板的设计 侧板是整个箱体的联接平台 激振器通过轴承安装在横梁上 并通过 侧板将激振力传递给筛面和物料 所以侧边的受力状况比较恶劣 为此必 须在侧板上加加强筋和加强板 通过在侧板上打铆钉孔 使用铆钉联结将 横梁 横撑 进 排料嘴联成一个整体构成振动质体 其中横梁与侧板的 联结方式如下图所示 侧板结构见图 筛箱侧板的厚度按筛面宽度选取 查表 表 5 1 钢板厚度与筛宽关系 筛宽 mm 钢板厚度 mm 600 9006 1200 15008 1800 240010 300012 3600 420016 本设计的筛面宽度为 1300 毫米 故选取侧板厚度为 8mm 56 第 页25 图 5 5 侧板结构 图 5 6 横梁联结 5 3 3 筛框横梁的设计与校核 1 筛框横梁的选择 参考 机械设计手册 的机械工程材料部分 选取横梁为 20 号槽钢 横撑选用无缝钢管 横梁通过方形法兰用环槽铆钉将其联接到侧板上 横 56 第 页26 撑用圆法兰联接到侧板上 2 横梁受力分析 横梁作为激振器的支架 受力很大 为计算方便 将横梁受力的极 限情况进行分析 由于横梁自重与激振力相比很小故在计算时将其忽略 横梁所受集中力 5 2 01 4 9 8FmAM 总 14 式中 一个偏心块的质量 01 m A 振幅 mm 振动圆频率 rad s 激振器总成的质量 M总 F 22 3 0 004 195 4 9 8 2 100 5 1378 69N 56 第 页27 图 5 7 横梁受力图 3 横梁强度计算 M F l 1378 69 0 14 5 15 193Nm ww M Z 由设计规范查得 24 5MPa w 式中 Z 型材截面系数 为 25 9 6 10 3 m M 横梁所受弯矩 56 第 页28 计算得 193 25 9 7 45MPa 24 5MPa w 6 10 w 满足要求 5 3 4 筛箱横撑的设计 横撑在结构中主要起加固的作用 承受的载荷较小 所以在设计中不 做强度校核 选用热轧无缝钢管 采用法兰与侧板铆接 其结构如图 所示 1 横撑的选择 横撑选用热轧无缝钢管 其外径 D 60 3mm 壁厚为 h 8mm 长度 l 1278mm 2 法兰的设计 法兰选用 Q235 钢 钢板厚度 h 16mm 结构尺寸如下图 图 5 8 圆法兰 56 第 页29 图 5 9 方法兰 5 45 4 电动机的计算选择电动机的计算选择 5 4 1 电机的选择 根据振动筛启动力矩较大的特点 采用 Y 系列电动机 计算中需进行 静转矩校核 5 4 2 电动机功率 N 的计算 kW 5 12 1 NNN 16 式中 传动效率 取 0 95 振动消耗的功率 1 N kW 5 17 23 1 1740480 CMA n N 56 第 页30 C 阻尼系数 推荐 取 0 25 0 20 3C 振动次数 n960 minnr 总参振质量 M2636Mkg 23 1 0 25 2636 0 004960 5 36 1740480 NkW 摩擦消耗的功率 2 N kW 5 3 2 1740480 m f MAn d N 18 摩擦系数 取 0 005 m f 振动器轴的直径 d0 1dm 3 2 0 005 2636 0 004 9600 1 2 68 1740480 Nkw 所以 12 11 5 362 688 46 0 95 NNNkw n 单个电动机的功率为 4 23kw 选取电动机型号为 功率 4 23kw 转速 960r min 5 4 3 启动转矩的校核 所选电动机静启动转矩应满足 5 qj MM 19 56 第 页31 式中 静转矩 j M 9 89 8 2115 7 20 1179133 68 jzk Mn W rN m 单个电动机静转矩为 0 133 68 66 84 2 j MN m 电动机的静启动转矩应 q MN m 查手册得 114 8994 q MN m 选择电动机为 功率为 5 5kw 转速为 960r min2 13226YM 114 8994 q MN m 38Dmm 80E 5 5 轴承的选择 5 5 1 轴承的受力分析 圆振动筛和直线振动筛所用的偏心块振动器 有一个通轴 其上装有 两组偏心块 偏心块的旋转产生强大的激振力 激发振动筛也使自身振动 因此该州承受着偏心块旋转产生的离心力及偏心块产生的惯性力 轴 1 F g F 及偏心块的自重及 支撑反力 静转矩 当 z W K W A R B R j W 1 F z W 方向一致时 轴承受力最大 受力状态如下图所示 K W 56 第 页32 图 5 10 轴承受力图 5 5 2 轴承的计算与选择 图 6 9 中 力及与相比很小 为简化计算略去不计 力 z W K W 1 F 与方向相反 略去使之偏于安全 这样轴承上的轴向力为零 径 g F 1 F g F 向力为 N 5 2 1ABKj RRRFW r 20 式中 振动的圆频率 j 偏心距 mr 偏心质量 kg K W 1 主激振器轴承的计算选择 2 22 3 0 1179 100 526 56RkN 56 第 页33 轴承的额定动负荷为 5 hmp tn f f f CP f f 21 式中 轴承额定动负荷 N C 当量动负荷 N PPR 寿命因数 h f 速度因数 n f 冲击载荷因数 p f 温度因数 t f 力矩载荷因数 m f 在轴承手册的有关表中选取 其中额定寿命为 p f n f t f 10000h 根据振动器的工作特点 选用大游隙 3G 轴承 查表得 2 46 h f 0 366 n f 1 0 t f 2 5 d f 1 5 m f 故 2 46 1 5 2 5 26 56669 3 0 366 1 0 CkN 根据的条件选择合格的轴承 r CC 由于冲击 选择调心滚子轴承 56 第 页34 选取型号为 22322CCK W33 其基本额定负荷695 r CkN 5 5 3 轴承寿命的校核 轴承是激振器的关键件 它必须在正常的工况下保证一定的使用年限 所以必须对其进行寿命的校核 校核公式如下 5 22 3 6 10 60 C T nP 式中 C 轴承额定负荷 N P 当量动负荷 N N 轴承转速 r min 对激振器轴承的校核 将以上计算结果代入其中 3 6 5 10695 3 11 1010000 60 960 26 56 Th 满足要求 5 6 轴的结构设计与强度验算 5 6 1 轴的结构设计 本设计采用实心轴 其最小直径的估算公式为 5 23 3 p dA n 式中 轴的直径 mm d M 轴传递的额定转矩 N m 56 第 页35 P 轴传递的额定功率 kw 轴的转速 r min n 许用切应力 p A MP A 按定的因数 p 选用 45 钢 故 取 115126103A 4 23Pkw 960 minnr 3 min 4 23 11518 85 960 dmm 由于存在一个键槽 故而将计算的轴径增加 5 所以 mm18 85 18 85 5 19 79d 根据振动器的结构要求 轴的结构设计为图 5 10 所示 图 5 10 轴的结构 5 6 2 轴的强度校核 根据振动器的结构要求 轴的形状 在和分布及弯矩 扭矩图见图 5 11 56 第 页36 选取轴的材料为 45 钢 按 类载荷计算 其许用弯曲应力为 93 1MPa w 图 5 11 轴的受力图 由轴的结构图可知 需校核两截面的强度 危险断面的当量弯矩为 t M 5 24 22 t MMaT 式中 M 弯矩 N m M 1 Fl 离心力 N 1 F 5 2 1 Fmr 25 56 第 页37 式中 m 偏心质量 kg r 偏心距 m 旋转角速度 rad s 将 m 22 3 r 0 1179 100 5 代入 KN 2 1 F 22 3 0 1179 100 526 56 l 危险断面到 点的距离 m 由图 计算得 l 0 0375m 1 F 1 26 56 0 03750 996MFlkN 根据扭矩性质而定的折合系数 对不变扭矩取 0 3 T 扭矩 N m 9550 N T n N 输入的功率 kw n 轴的转速 r min 由于 N 4 23kw n 960r min 故 4 23 955054 7 960 TN m 996 27 N m 2222 966 0 3 54 7 t MMT 危险断面的应力应满足 5 26 t ww M Z 式中 弯曲应力 Pa w Z 截面模数 3 m 56 第 页38 由于 33 53 3 14 0 08 9 8 10 3232 d Zm 6 5 996 27 19 8 10 93 1 5 026 10 ww PaMPa 同理 截面的校核同上 1 3838 45MFlN m 3838 48 N m 2222 3838 45 0 3 54 7 t MMT 33 5 3 14 0 1 9 8 10 3232 d Z 6 5 3838 48 39 17 10 93 1 9 8 10 ww PaMPa 满足要求 5 7 联轴器型号的计算选择 联轴器计算公式为 5 cwztn TTK KK KT 27 式中 T 理论转矩 N m 为了使所选联轴器孔直径与轴直径相适应 故 4 23 9550955042 08 960 p TN m n 动力机系数 w K 工况系数 K 56 第 页39 启动系数 z K 温度系数 t K 查手册得 1 0 w K 1 5K 1 0 z K 1 0 t K 所以 42 08 1 5 1 0 1 0 1 063 12 cwzt TTK KK K N m 故选万向联轴器型号为 公称转矩为 150 58 225SWCB n TN m D 为 58mm 为 47mm 1 D 5 8 键的选择与校核 由于偏心块处的轴颈比电机处的轴颈粗 故此处键的受力比电机处的 小 因此键的选择以电机轴处的受力为基准 其他键与此处统一 故验算 也仅仅此一处 5 8 1 键的选择 选用普通平键 键 10 45 5 8 2 键的校核 1 键联接工作面挤压应力的校核 公式 5 2000 ccp M dkl 28 式中 M 传递的转矩N m d 轴的直径 mm 56 第 页40 l 键的工作长度 mm k 键与轮毂的接触高度 mm k h t h 键的高度 mm t 轴上的键槽深 mm 键的许用挤压应力 MPa cp 而 M 42 08 前面已求 N m l L b 45 10 35mm k h t 8 5 3mm 2000 42 08 21 0930 38 3 35 ccp MPa 满足强度要求 1 剪切应力的校核 公式 5 2000 p M dbl 29 式中 b 键宽 mm 键的许用剪切应力 MPa p 2000 42 08 6 3365 38 10 35 p MPa 满足要求 6 筛箱重心计算 56 第 页41 6 1 坐标系的建立 图 6 1 侧板坐标 6 2 重心计算公式 mm ii i W x x W mm Ii i W y y W 式中 第 i 个构件的质量 kg i W i 个构件质量的总和 kg i W 第 i 个构件的重心坐标 ii xy 其主要零件及重心位置如下 56 第 页42 零件名质量 质心坐标 x 质心坐标 y 质量 x质量 y 侧板 539 72587 01231712 1144 1 挡板上 80 441667 33491867 0358 9 4 边条 21 51698177638184 后槽钢 139 634591733 5 5 6 下槽钢 121 4139480597727 上三角刚 267 145974 4 筛面 287 9719261805 57 8 下料斜 58 83446 0562872 2405 6 7 下料平 65 64088 47663108 6286 支撑角钢 14 73426 0562852 245 141928 平 9 84098 73083 630219 28 入料斜 18 63411 23782987 15655561 1 如料口 27 344087 443257 6989065 24 料口托架角 钢 64098 73083 618501 6 斜 5 23426 0562852 245 114831 67 立角钢 2 114462 443253 696865 286 后立板 22 8644833253 6974379 35 角钢 14 745033253 6947829 24 支撑槽钢 167 5534591733 48 3 6 支撑圆钢 76 951393 6805 1 461952 45 后挡板 223 6938792100 45 6 7 槽钢立 46 045418 77836 87 0538533 68 槽钢立 23 34387 442887 7567284 58 总和 2000 011 由电子表格辅助计算得质心为 56 第 页43 x 93561 77 y 1849 此坐标数值为 CAD 中的坐标值 若要得出质心在上面坐标中的坐标 值 需进行坐标变换 上面坐标零点在 CAD 坐标中的值为 x1 2637 7 y1 1123 5 坐标变换 X x x1 93561 8 90924 1 2637 7 Y y y1 1849 725 5 1123 5 此为上图坐标中的坐标值 由坐标值 x y 在 CAD 软件中找出该点 激振器总成的质量为 598Kg 其位置只能沿筛箱后板面移动 为保证振动方向角 筛箱和激振器总成的 质心连线方向与 x 轴负向成 32 故这样可确定激振器在筛箱上的位置 7 筛分机工作效率的影响因素 用筛分机筛分物料时 本来希望所有小于筛孔的颗粒全部筛下去 而 所有大于筛孔的颗粒全部留在筛面上 但在工业条件下的筛分很难达到这 个要求 实际上 总是有一部分小于筛孔的细颗粒物料留在筛上产物中 而筛下产物中也会有一些大于筛孔的粗粒物料 在筛分过程中 正确进入 各产物中的物料越多 错误进入各产物中的物料越少 显示筛分效果越好 我国国家标准 GB T15716 1995 煤用筛分设备工艺性能评定方法 规 定 评定指标共 3 项 筛分效率 平均分配误差和总错配物含量 7 1 影响因素 7 1 1 物料的性质 56 第 页44 对筛分效果有影响的物料性质主要包括物料度组成 湿度 含泥量和 形状等 a 给料的粒度组成 给料中的粒度大小根据其透筛的难易和对透筛的影响可分为 4 种 易筛粒 小于 3 4 筛孔尺寸的颗粒 难筛粒 粒度小于筛孔尺寸 但大于 3 4 筛孔尺寸 阻碍粒 粒度为 1 1 5 倍筛孔尺寸 粗大粒 粒度大于 1 5 被筛孔尺寸 易筛粒易于筛分 难筛粒不易于透筛 阻碍粒易赌筛孔 且妨碍易筛粒透 筛 粗大粒在筛分过程中对易筛粒和阻碍粒妨碍不大 b 物料的湿度 物料的湿度是指物料的外在水分 当筛孔尺寸一定时 湿度对筛分效率的 影响如图 7 1 所示 在某一范围内 筛分效率随物料水分的增加而急剧下 降 当水分炒过着范围后 水分将促进物料的透筛 这是筛分效率随着水 分的增加而增加 当筛孔尺寸不同时 湿度的影响也不同 为了保证一定的筛分效率和 处理能力 不同筛孔尺寸对湿度又不同的要求 见表 表 7 1 湿度允许值 筛孔尺寸 mm允许的湿度 0 5 3 1 0 4 5 3 65 7 1212 30一般水分无大影响 56 第 页45 C 物料的含泥量 物料中如含有易于结团的粘性物质 如粘土等 则在水分很低的情 况下 也会粘结成团并堵塞筛孔 使筛分无法进行 对于含泥量过高的煤 进行筛分时 必须采取特殊措施 例如用湿法筛分或者在筛分前进行脱泥 等 d 物料的颗粒形状 颗粒形状对筛分过程的影响程度与筛孔形状有很大关系 物料如果是 球形 则透过方孔和圆孔较容易 扁平型 长方形的颗粒难以透过方孔和 圆孔 但可以透过长方形筛孔 所以 球形 立方体 多角形颗粒的筛分 效果相对条状 片状和板状物料的筛分效果要好一些 7 1 2 筛面的运动特性和筛面结构 a 筛面的运动方式 筛面固定不动的筛子 筛分效率很低 当筛面的运动方向与筛面接近 垂直或成较大角时 物料易松散分层 且可防止防止筛孔堵塞 筛分效率 较高 但处理能力低些 当筛面的运动方向与筛面平行或成较小角度时 物料松散差 易堵塞筛孔 筛分效率也低 不同运动方式筛