0028-JLY3809机立窑（总体及传动部件）设计
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jly3809
机立窑
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设计
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该方案是JLY3809机立窑（总体及传动部件）设计，机立窑存在二大技术和工艺难点：一是立窑煅烧热工不稳，严重影响水泥各项物理性能；二是立窑单窑产量低，不能适应当今各行各业的发展形势。因此，JLY3809机立窑在这种情况下应运而生。而机立窑的传动装置在机立窑的整体结构中起到极其重要的作用。在对生产现场全面调研的基础上，对生产现状进行了有效分析，确定了传动装置的总体设计方案。为了提高水泥生产中机立窑的传动效率，满足生产工艺和生产量的需求，应用最优化方法，确定速比系数的分配，大、小齿轮的设计。设计了轴的结构，进行了轴的强度校核计算。确定了机立窑转速，选择合理的润滑形式。另外，大立轴是传动的主要部分，带动塔篦子低速转动，承受巨大的载荷，是保证机立窑正常工作的关键,因此需要有高的可靠性、良好的稳定性和合理的经济性。通过几种方案的比较，轴承的选择采用了最优的设计方案，从而增加机立窑的传动平稳性和使用寿命，大大提高了机立窑运转率。机体工作运行平稳，安装维修方便。
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1 项新的双式支撑回转窑技术 在水泥生产者和水泥生产机器供应商的紧密协作中，机器的效率因机械 设备、 工艺流程的新发展和不断改善而取得很大提高。在制造技术领域，最新 发展 的 是通过托轮获得直接传动系统的 支撑式回转窑，第一台 转窑 于 1995 年在德国 B)公司投入使用（图 1）。拥有三级漩风预热器煅烧窑 及互换的炉篦冷却装置 具有 4500额定功率。与步，针对于程序加工技术测 定仪 ，人们进行了一个辅以计算机模拟的实验室测试程序，这篇论文对 行了全面的阐述，并提供初次操作 测量结果的同时，简单描述了实验室测试程序。 程序加工技术测定部分 一台回转窑（机器部件）的资金成本与其窑壳容积成比例。故而机器供应商们都致力于生产载荷可能 高的回转窑。另一方面，在水泥煅烧过程中（图 2），对其影响因素所有可能发生的变化作严格检测，确保其安全达到额定功率及所要求的熔渣质量，对于配有煅烧窑的回转窑系统来说，现在的回转窑容量具体介于 试验程序及熔渣燃料煅烧过程模拟 为了对熔渣燃烧过程中发生的复杂的相互作用进行更好的评定，并增加安全限度， 回转窑中所进行的工序作了模拟模型（图 3）。在对模拟进行计算之前，人们进行了实验室测试程序，这使人们可以对煅烧过程中游离钙含量挥发成份变化，主要熔渣阶段形成，原料粒化外壳特性，以及尘埃的形成等作出有效的评估 。结合1000 多种回转窑窑型的实际使用和迄今为止所使用的鉴定原料燃烧性能的方法，新的实验室测试程序和电脑模拟极大的提高了回转窑测定，尤其是回转窑容量小型化的安全性。 回转窑部分 对于采用双支撑式回转窑，回转窑几何条件（ 直径及长度）的技术性计算是至关重要的。回转窑个体部件的设计取决于顾客们对于操作可靠性，耐火窑衬寿命及维护所提出的要求。 选择双支撑式或三支撑式窑部分 2 关于采用双式支撑还是三式支撑回转窑取决于窑壳长度与直径的比值（ L:D），由于技术上与经济上的因素将双式及三式支撑回转窑的 L:D 值划到 14： 1 比较合理。 过去，许多回转窑的 L:D 值大于 14:1。因此，由 3 个托轮支撑。然而，在许多情况下，初步煅烧系统逆顺流机器设备的最优化，使得回转窑的 L:D 值测定合理的调到小于 14:1，这意味着配有煅烧窑的双式支撑回转窑可以在回转 窑系统中几乎可以通用。 双式支撑回转窑部分 由于其支撑系统由数据测定，相对于 三 式支撑回转窑，双式支撑回转窑具备更多的优势，检测及维护费用较低，可对机器部件的使用寿命作出了可靠预测，耐火窑衬的使用期限更长。原因是：底座沉降，窑壳 的热变形 以及 托轮的准线欠佳并不影响支座的载荷，窑壳内以及基座机器部件产生的机器受力振幅反由窑体和外层的变化着的厚度以及回转窑填充系数决定， L:D 比值高于 10:1 时，双式支撑回转窑反 而 有微小的缺陷。然而，当窑长增加时，即 L:D 比值增大时，传统的回转窑工艺（浮动轮毂，非自动调整的托轮以及小 齿轮传动系统）的不足开始变得明显。窑周浅附近分布不均的外壳温度（由不均匀的外层状况引起）导致回转窑不规则弯曲。回转窑转动十这种变形会产生下列不良影响。 1. 窑入口及轮毂摆动增加 2. 托轮与轮毂边缘受力 3. 小齿轮与 轮带啮合不紧 双式支撑回转窑的浮动轮毂的使用也会产生问题，以为在入口处的更短的高温煅烧带，轮毂支撑着位于受热不稳定带且外层厚度剧烈变化的窑壳，这会引起窑壳温度短暂变化，这变化可能导致其椭圆度发生较大变化，窑壳可能收缩，如果椭圆率变大，整个轮毂附近的耐火窑衬都会发生故障。 新的 转窑 为了更完整地发掘数据测定支持系统的优势并消除上述缺陷， 回转窑厂家紧密合作，针对双式支撑的回转窑开发了新技术。其特征是新的回转窑支撑与传动理念。第一台 回转窑与 1995 年投入使用，其直径为 ，长度为 65米，输入功率为 4500负载量为 406 窑壳由于倾斜的多键轮毂支撑，即可自动校正。滚筒通过进口端的托轮基座直接驱动摩擦力将发动机的转矩从自动调整滚筒转移到多键轮毂，辅以气控操作的带大径 3 隙进出口密封圈，液压轴向推力系统及一个直通气冷进口 ， 回转窑变得完善，这种窑型设计可以保证。 多键轮毂保持窑体的圆形状态，且不论其处于运行条件或轮毂处于何处就可以防止颈缩现象。 滚筒自动调整，防止轮毂与滚筒的边缘受力。 回转窑的直接传动操作不受窑轴变形（外壳的径向偏心度）影响。 窑进出口的摇摆在密封圈承受限度以内。 多键部分 多键轮毂（图 5）为 的传动理念提供了基础。于浮动轮毂相比，多键轮毂能将传动转矩转移到窑壳。 多键轮毂（图 5）的弹性固定系统从 1988 年开始使用，迄今 50 多年，这种装置证明了这种固定系统的耐用 性和抗磨损性。而以前的装置则不能做到，这种配有弹性固定系统的多键轮毂使得窑壳在所有操作条件下都保持圆形。冷却时间间隙为 消除了颈缩的危险，这为耐火窑衬的长时间使用提供了相应的预处理。 可自动调整的托轮部分 窑壳与轮毂轴与一般托轮之间的角度差会导致接点性能不良，而赫兹应力提升到其不能承受的水平，角偏差可能由很多因素引起（底座沉降，窑壳变形装配不当），自动调整托轮的使用确保了在任何角位置窑壳与轮毂间都有良好的接触性能，通过固定弹性材料（类似于桥式基座上的托轮底版） ，这些滚筒可获得自动调整性能，这些弹性材 料在支承力方向有很高的硬度。回转窑对支撑底座超过 6000负载量，只能使弹性压缩材料压缩量小于 1 毫米，弹性材料高度的压缩稳定性保证了一个稳定的支撑系统，由于托轮的几何设置与低的切变稳定性，它们很容易随窑壳倾斜。 自动调整托轮的主要问题由轮毂与托轮间不可避免的轴向力引起。当窑体和轮毂有任何摆动或轴向移动以及当窑体被轴向力推力系统移动时，这种情况就会产生。当旋转瞬时中心（图 7）不是位于轮毂与托轮间的接触点十，这会导致自动调整托轮接触。 旋转瞬时中心是任何时刻自动调节托轮随着轮毂的倾斜位置，而倾斜十所绕的那个 点，有了自动调节托轮（图 旋转瞬时中心被弹性材料角定位在轮毂与托轮间的接触点上，这确保了在所有负载情况下均匀的接触点特性。从钢结构机械工程学及架桥领域对弹性材料使用的多年经验来看，这保证了在没有任何维护的情况下的高度 4 的工作和使用的可靠性。 托轮校准部分 在一个数据测 盯的支持系统，支承力不会因托轮轴与回转窑中心的移位而增加。然而 ，如果回转窑装配的是普通的非自动调节托轮。滚筒与 窑体轮毂间会发生边缘受力，作为预防措施配备普通托轮的双式支撑回转窑的托轮座需要每年测量及仔细校准，如三式支撑窑的 电测量。 如果安装自动调节托轮，情况就会完全不一样了。它们可以弥补不同程度的位移，而且位移可由一个简单的安装在托轮基座上的指针测量仪表指示，这个仪表安装在托轮基座上，用于长期指示弹性材料剪切的变形情况。指数可在任何时刻（一年足够）与其最大容许限度标准作比较，只有当指数达到或超过这个限度是，才有必要重新校正托轮轴，这意味着检测 双式支撑托轮基座有了长期性的措施。轮毂与托轮的边缘剥落情况可以被排除。 立窑（总体及传动部件） 设计 摘要 ： 目前，机立窑 存在二大技术和工艺 难点： 一是立窑 煅烧热工不稳 ，严重影响水泥各项物理性能；二是立窑单窑产量低，不能适应当今各行各业的发展形势。 因此， 立窑 在这种情况下应运而生 。而机立窑的传动装置在 机立窑的整体结构中起到 极 其重要的作用 。 在对生产现场全面调研的 基础上，对生产现状进行了有效分析，确定了传动装置的总体设计方案。 为了提高水泥生产中机立窑的传动效率，满足生产工艺和生产量的需求， 应用最优化方法，确定速比系数的分配，大、小齿轮的设计。设计了轴的结构， 进行了轴的强度校核计算。确定了机立窑转速，选择合理的润滑形式 。 另外， 大立轴是传动的主要部分 ， 带动塔篦子 低速 转动， 承受巨大的载荷， 是保证机立窑正常工作的关键 ,因此 需要有高 的可靠性 、 良好的稳定性和合理的 经济性 。 通过几种方案的比较， 轴承的选择采用了最优的设计方案 ， 从而增加机立窑的传动平稳性和使用寿命，大大提高了机立 窑运转率 。 机体工作运行平稳，安装维修方便。 关键词 ： 机立窑；传动装置；优化 ； 大立轴 809 of on on of is of of is to in As a 3809 is in a in of On of in to of in By at is in it to at a is to of By on of of is in in 该方案是体及传动部件）设计，机立窑存在二大技术和工艺难点：一是立窑煅烧热工不稳，严重影响水泥各项物理性能；二是立窑单窑产量低，不能适应当今各行各业的发展形势。因此，机立窑的传动装置在机立窑的整体结构中起到极其重要的作用。在对生产现场全面调研的基础上，对生产现状进行了有效分析，确定了传动装置的总体设计方案。为了提高水泥生产中机立窑的传动效率，满足生产工艺和生产量的需求，应用最优化方法，确定速比系数的分配，大、小的设计。设计了 的结构，进行了 的 计 。确定了机立窑 速， 理的 形 。 ，大立 是传动的 要部分， 动 低速 动， 大的 ，是 机立窑 工作的 ,因此需要有高的性、的稳定性和 理的性。方案的比“， 的 用了最优的设计方案，而，大大提高了机立窑运 率。机体工作运行装 方。 毕 业 设 计 说 明 书 立窑（总体及传动部件）设计 1 1 前言 我国立窑水泥发展，经历了三个高峰期，前两个高峰期是在 50和 60年代，为两次全国农田水利建设高潮的需要；第三个高峰期是为改革开放后国民经济持续高速发展的需要，由此可证明，立窑水泥为我国国民经济的发展做出过重要的历史贡献，并将继续做贡献。 新型干法回转窑水泥是我国水泥工业技术进步的方向，现代化立窑是我国水泥工业的重要组成部分，大型新型干法水泥集团的崛起和现代化立窑企业经济规模化、是中国水泥工业发展的方向，它对调整我国水泥结构，淘汰落后具有重要意义，可以 预 见，先进的机立窑向现代化立窑发展，落后的机立窑加快 淘汰步伐是必然趋势 。 机立窑水泥的发展不是量的扩张，主要是质的提高，走内涵扩大再生产的路子，通过技术改造、新技术应用和科学的管理，使有条件的立窑逐步迈向现代化立窑，乃至更高的现代化集团。 环境保护和可持续发展战略对机立窑水泥的防尘治理提出了更高的要求，目前立窑厂粉尘大、环保差、污染重，其根源不是立窑本身，而是对环保不重视。 总而言之， 为使机立窑较快的迈向现代化，首先要使产品质量优，其次要大幅度降低能耗、节约资源、能源、保护好环境、实施可持续性发展战略，这既符合国家政策，又能使立窑企业沿着正确的道路发展、壮大 。 机立窑传动装置技术改造 原布料器存在的问题 ： (1)蜗轮减速器故障率较高，出现故障，全车间停产，排除故障时一间在 6h 以上 ; (2)蜗轮减速器造价高，一付铜蜗轮、蜗杆，采购价在 4000元 以上 ; (3)易损件使用周期短，一只蜗杆正常使用仅为 5个月左右，蜗轮为 8个月。 改进的方法为：采用圆弧曲面伞齿轮传动，为了防止在传动过程中易被粉尘侵蚀，且润滑不良。将大齿轮齿面改为向下与小齿轮啮合。 这样的话不但造价便宜，使用寿命延长。而且维修方便，结构紧凑，故障率下降百分之 30到 40。 具体故障表现为： 1)蜗轮减速器上端盖螺栓松动，密封失效 ;下端盖密封圈受高温气流腐蚀，老化加快，造成机箱内润滑油顺空心输出轴流出，加上周围粉尘浓度大， 1 副新的蜗轮蜗杆使用小到 2个月就要更换。 2)锥形料斗频繁门反转产生强烈的冲击，造成空心输出轴法兰螺栓松动脱落 ;严重时造成空心输出轴折断或锥形料斗连接筋板断裂。 立窑（总体及传动部件）设计 2 3)布料溜槽受高温湿气腐蚀易变形，使用小到 2个月就要更换。 4)蜗轮减速器三角皮带受高温影响，时常需要更换，严重时造成电动机烧毁。 5)可升降布料溜槽的钢丝绳经常与锥形料斗之 间摩擦，易发生断裂。 6)防扭器由于受到外界强烈冲击产生故障或润滑油失效等，造成其至顶层之间钢丝绳松散，易发生断裂。 7)锥形料斗与窑罩之间存在间隙，烟气大量从缝隙冒出，造成窑顶烟气大，曾出现过 改进措施 1)蜗轮减速器机架升高，将锥形料斗置于窑罩顶外，采用钢球支承装置，减小了蜗轮减速器及空心输出轴法兰等承受力，机械故障也大大地降低。 2)由于蜗轮减速器、电动机等部位升高，同时窑罩顶采用双层夹隔热纤维，降低了环境温度和粉尘浓度，从而改改善了各部位润滑环境，延长了系统的使用寿命。 3)布料溜槽与 改进前相比抬高了许多，升降角度在较小范围内调整就可使料球滚到窑的二肋处，减少了摩擦，从而避免钢丝绳断裂。 面跳动的处理办法 销轮传动是机立窑边缘传动的一种形式，由于是钢球支承，塔蓖遇到大块熟料时，会引起晃动，使销轮产生径向、端而跳动，导致折断销齿、钢球脱落，使钢球以上破碎系统发生倾斜。同时大块熟料来不及及破碎就落到破碎腔之上，形成架窑。针对这种情况，我们采取了防止销轮径向、端而跳动的措施，使用效果很好。 1)改进小齿轮部件的结构型式，轴承固定形式由原米的一端固定改为两端固定。装配 时，卜轴承座安装在立窑底盘上，上轴承座安装在下部筒体的圆板上。 2)增添两个销轮径向器，安装时，销轮径向器和销轮留有 3 5隙，一旦销轮产生径向、端而跳动，就立即碰到径向器，带动径向器转动，承担销轮跳动所产生径向力和轴向力。 3)组装时，两个径向器和小齿轮组成一个等边三角形。 一般机立窑使用单加料溜子传动装置为电机通过蜗杆减速机带动锥形集料斗和下料溜子回转，这种装置的特点是结构紧凑 ，但在使用过程中发现其存在的主要缺点是蜗杆蜗轮齿面易磨损而失效 ，其使用寿命多则半年，少则 一个月就要更换。为此，对单加料溜子传动装置进行了改造 :将原蜗杆减速机改为圆锥齿轮传动，改造后其传动装置变为摆线针轮减速机通过圆锥齿轮传动带动锥形集料斗和下料溜子回转。其中大小圆锥齿轮为用东风牌汽车换下来的旧尾牙改制的，大圆锥齿圈配一内轮毂，小圆锥齿轮轴端经退火处理后加工出轴承和联轴器相配合的位置。 应注意的事项 : (1)选用的旧尾牙齿要齐全，磨损量最好不超过 1/4。 (2)小圆锥齿轮轴端退火时应先用湿毛巾把齿端包扎起来再进行，以避免轮齿受热退火而削弱齿的强度、硬度和耐磨性能。 3 (3)下轴承座上盖应采用防尘较 好的迷宫式密封装置。 (4)机架做成活动可装拆式，利于维修。 (5)圆锥齿轮和轴承的润滑应选用耐热、针入度大一点的滑脂。 改造后，其效果显著。首先是经济效益，因为圆锥齿轮为再生使用，价格十分便宜 ； 其次是经久耐用，使用寿命长，整个传动的无故障时间可达 2 年以上，其中大圆锥齿轮寿命可达 4 年以上，既提高了机械运转效率，又降低了单加料溜子的维修费用。 立窑（总体及传动部件）设计 4 2 总体方案论证 立窑的发展概况及现状 目前，立窑存在二大技术和工艺 难点： 一是立窑 煅烧热工不稳，造成欠烧过烧熟料烧结不均、质量参 差不齐，严重影响水泥各项物理性能；二是立窑单窑产量低，不能适应当今各行各业向规模化、集约化的发展形势。国家的产业政策、大量干法旋窑的建成投产，立窑企业出现了前所未有的生存危机。但是立窑有其独特的优点：低投资、低能耗、高利废、销售半径小、运输能耗低。如能攻克立窑的二大缺陷，会适应国内大部分市场，尤其对市场需求量小、原料储存量有限、交通不发达地区会作为水泥生产首选工艺。因此，开发热工稳定、单机产量高的节能环保型机立窑势在必行。 这种“节能，环保，低投资”新型现代立窑生产工艺，熟料煅烧设备仍然采用新型立窑，而没有采 用回转窑，这是在大量的对比研究的基础上确定的。作为水泥熟料的煅烧设备，中小规模的立窑生产工艺，具有投资省，生产费用低，工艺最简约，正好弥补我国不发达地区，市场容量小的地区，经济发展落后地区。这样不但可实现我国水泥工业的合理布局，同时用新型现代立窑工艺来淘汰落后立窑工艺，这样更符合国情，用较低的投资来实现落后水泥工艺的转型。同时形成合理的工业结构。节能，环保，低投资新型现代立窑生产线，是我国立窑工艺技术的一场革命，是我国立窑工艺创新技术，设备进步，自动化技术，信息技术，等诸多因素的集合，是几十年立窑生产技术的 总结。 因此，机立窑窑的设计与研究有着重要的实际意义。 立窑 总体 设计方案 窑的规格与形状 立窑的规格是以窑的有效内径和高度来表示的 。 本次设计的立窑的规格为：有效内径为 高度为 9m 。 立窑的形状有直筒形和上部窑体扩大的喇叭形两种。 直筒形窑结构简单、 砌砖简便，在小规模的立窑上使用。机械立窑均 采用上端扩大的喇叭口形状，这是为了能够适应料球在煅烧过程中产生的收缩，避免物料在煅烧过程中与 窑壁间形成环形间隙而 影响均匀通风，以减少边风过剩，中部通风不良的现象。理想的状态应使物料在扩大的喇叭口处烧结收缩下沉时，刚好进入直筒部位，既不形成环形间隙，也不发生卡塞现象。这样，气流上升到喇叭口处，将会减慢速度，从而有利整个窑面均匀通风和良好煅烧。 动方案的论证 机立窑传动，主要分为两大类：机械传动和液压传动。机械传动又可分为单传动和双传动。目前绝大多数为机械传动。因为液压传动装置的零部件制造加工复杂，配合精度要求高，使用材料及油液价格较贵，容易产生漏油；维修技术水平要求较 5 高， 维修工作量较大；如维修或配件供应不及时，会使工作效率下降，影响窑速。 为满足机械立窑大速比，可调速的传动要求，须采用三级传动方式，如下图所示。由电机 1经过标准二级减速机 2，再经过蜗杆蜗轮减速机 3带动小齿轮 4传动，再由大齿轮 5带动大立轴传动。 图 2立窑传动示意图 根据机立窑运转特点，机械传动需要满足以下几点要求： 般为： 6000i ; 硬特性； 适应立窑煅烧工艺的需要。 配 总传动比为： 1 2 3 6000i i i i 式中： i 总传动比； 1i 标准二级减速机的传动比； 2i 蜗杆蜗轮减速机的传动比； 3i 一对直齿轮的传动比。 表 2力窑传动比分配 项目 标准二级减速 机 蜗轮减速机 直齿轮传动 传动比 1 2 63i 3 7i 立窑（总体及传动部件）设计 6 动功率计算 机功率 计算 电动机功率 计（ 3 式中 电动机的功率（ ； 立窑的计算功率（ K 电动机储备系数，一般 K= 总传动效率（ %）。 总传动效率的确定： 1 2 3 n （ 3 计算破碎功为： 11()（ 3 式中 A 破碎单位质量所需的功（ t）； 与物料性质有关的系数，对于易破碎的熟料，取50； d 破碎后物料粒度（ D 破碎前物料粒度（ 破碎功率为： 0N 3 式中 0N 破碎功率（ ； A 破碎单位质量所需的功（ t）； G 机械立窑的台时产量。 把式（ 3入（ 3： 0111 5 0 ( )5 5 1 6 0N 7 =机械立窑中，卸料篦子呈偏旋运动，塔篦子与熟料之间产生相对运动的阻力，从而产生运动阻力的功率。 在生产实践中，运动阻力的功率约为破碎功率的 30% 50%。 即 N 0阻 （ N( （ 3 机械立窑的计算功率为： 0N N N阻计=（ N（ 3 式中 立窑的计算功率（ 立窑的运动阻 力功率 ( 0N 立窑的破碎功率（ （ 3入（ 3 1 2 . 5 3 2 51 . 20 . 7 据计算的电动机功率电机手册选取电机的规格型号和技术特征。 选择电动机型号： 表 3技术参数 型号 拖动电机功 率 /定转矩 /N m 调速范围/r 转速变化率/% 电源 重量 /0 189 1320相交流 5032 准二级减速机的选择 根据机械传动的设计要求，1 2 3 6000i i i i ， 由于蜗杆 蜗轮 减速机的传动比为 55，大小齿轮的传动比为 7，可以得出标准二级减速机的传动比必须大于 据这个传动比选择 。 适用于冶金 、 矿山 、 起重运输 、 水泥 、 建筑 、 化工 、 纺织 、 轻工等行业。 立窑（总体及传动部件）设计 8 减速器高速轴转速不大于 1500 /减速器齿轮传动圆周速度不大于 20 /速器 工作环境温度为零下 40 度到 45 度，低于 0 度时，启动前润滑油应预热。 杆蜗轮减速机的选择 蜗杆蜗轮的 大致传动比为 55， 为了满足机械传动大传动比的要求，选择 弧圆柱蜗杆减速机 。标记为 00 圆弧 圆柱蜗杆减速器具有整体机体 、 模块化设计的特点 、 用于传递两交错轴间 的运动和功率的机械传动，如冶金 、 矿山 、 起重 、 运输 、 化工 、 建筑 、 建材 、能源 、 及轻工等行业的机械设备。适用范围为：减速机 输入轴的转速 1500 /减速器 工作环境温度零下 40 度到 40 度，当工作环境温度低于 0 度时，启动前润滑油必须加热到 0 度以上，或采用低凝固点的润滑油，当工作环境温度高于 40 度时，必须采取冷却措施；减速器输入轴可正 、 反两方向旋转。 表 3术参数 传动比 i 中心距 /a 输入转速 /额定输入功率 额定输出转矩 63 400 1500 5220 轴器 的选择 联轴器主要是用来使两轴 相互连接，一起回转以传递扭矩的部件。 电机与标准二级减速机之间的联轴器选用弹性圈柱销联轴器 ，因为其弹性好、具有缓和冲击、吸收振动的能力，且补偿少量径向位移等特点。 标记 为： 5 5 1 1 23 1 0 8 6 05 5 1 1 2 。 标准二级减速机与蜗杆蜗轮减速机之间的联轴器选用 金属滑块联轴器， 其径向尺寸小，使用寿命长，但制造复杂需要润滑，不能缓冲击振。用于低速，两轴同轴度误差较大的情况。 表 3金属滑块联轴器的基本尺寸和性能 轴径()d 公称扭矩 （ ） 许用转速 /0()D ()()S 质量()飞轮矩 2（ kg m） 130;140 16000 100 190 320 485 125 9 4 主要零件的设计 小齿轮的设计 轮材料及热 处理选择 机械立窑 机械 传动的大小 齿轮的破坏形式，主要是以齿面磨损而失效，因此制造齿轮的材料，应具有足够的强度、较高的耐磨性和良好的加工性。而合理选择齿轮材料与热处理方法是影响齿轮寿命的主要因素之一，应使 齿轮的齿面有较高的抗磨损和抗点蚀能力，齿根应有高的抗折断能力。 齿轮工作硬度及其硬度组合。 机械立窑采用的大小齿轮传动属于低速运动，通常采用软齿面（ 350） ，大齿轮可采用正火回火处理，小齿轮采用调质处理，同时应适当控制大小齿轮的硬度差，大齿轮与小齿轮的 齿面硬度存在着如下的关系： 20 251 m i n 2 m a x( ) ( ) 0H B H B 式中 1 小齿轮的齿面硬度； 2 大齿轮的齿面硬度。 为此，可按大齿轮的材料及热处理方法，来选择小齿轮材料及热处理方法。 表 4大小齿轮的材料与热处理方法 齿轮 材料 热处理方法 机械性能 硬度 （ b（ N/ 2 s（ N/ 2 大齿轮 火 ,回火 570 310 217 255 小齿轮 45 调质 650 360 229 269 轮模数计算 由于齿轮的传动属于半开 式的低速传动，其设计计算可按齿的弯曲强度计算齿轮模数，并考虑到齿轮的过度磨损致使齿厚减薄、易发生早期断齿的危险，应将计算的齿轮模数增大 20%。 计算闭式传动的齿轮模数为： 3 110 211 2 . 1 im （ 4 式中 0m 齿轮模数 （ K 综合系数，对中等冲击时： K=大冲击时： K= 1T 小齿轮的额定扭矩 （ N m） ； 立窑（总体及传动部件）设计 10 1 小齿轮的齿形系数 ； 试验齿轮的弯曲疲劳强度极限 （ N/ 2； 1Z 小齿轮齿数 ； d 齿宽系数 。 1 （ 4 式中 b 齿宽； 1d 小齿轮分度圆直径。 齿宽与齿轮承载能力成正比，当载荷一定时，增加齿宽可以减少中心距，但齿向载荷分布的不均匀性也随之增大，在必须增宽系数时，为避免严重的偏载，齿轮和齿轮箱应具有较高的精度和足够的刚度。因此，齿宽系数应适当选取，取d= 因为齿轮是半开式传动，模数应适当增大。取 m 22。 轮 参数 计算 机械立窑的大小齿轮传动，可采用标准直齿轮传动，也可以使用大变位齿轮传动。 确定标准直齿轮传动的小齿轮齿数，不发生根切的条件是： 1 中 1Z 小齿轮齿数； 发生根切 的最小齿数。 1 发生少量根切的齿数：1 14Z ； 2 不发生根切的齿数：7Z 。 大齿轮齿数2 根据齿轮传动比（21Z 要求，并考虑大齿轮的制造与运输方便等因素，大齿轮齿数宜选用偶数，以便对分剖制造。 当有少量根切时：21Z 7 14 98 ； 当不发生根切时：21Z 7 17 120 。 由于使用大变位齿轮传动后，使齿数与齿轮 外廓尺寸（齿顶圆直径）增大，增加了钢材用量和加工制造费用，且占据空间增大，这给机械立窑的下料溜子和料风管的工艺布置带来不便。因此，选用标准直齿轮 传 动比较经济实际。 因此，选择齿轮为标准直齿轮传动模数为 22，大小齿轮齿数分别为 14， 98。 表 4标准圆柱齿轮传动的几何计算 序号 项目 代号 计算公式 说明 1 分度圆直径 d 1 1 1 2 2 2;d m Z d m Z 11 2 齿顶圆 *( 1 . 0 )a a ah h m h 齿顶高系数 3 齿根高 *()h c m*( c *c 径向间隙系数 4 齿高 h h h 5 齿顶圆直径 1 1 2 22 ; 2a a a ad d h d d h 6 齿根圆直径 1 1 2 22 ; 2f f f fd d h d d h 7 中心距 a 1 2 1 21 ( ) ( )22ma d d Z Z 8 基圆直径 1 1 1 2 2 1c o s ; c o d a d d a 齿形角 20 9 齿顶圆压力角 1212a r c c o s ; a r c c o 立轴的设计 立轴 是塔式机械立窑机械传动的重要零件，它在工作中与塔篦子、托盘直接相连，由电动机 经传动系统传递的动力，经立轴带动卸料篦子 装置，并使托盘上连接的动颚运动，由此进行破碎 、拔拱物料与卸料。 的材料及热处理 轴的常用材料有低碳钢、优质中碳钢和合金钢。根据轴的承受载荷及使用场合进行合理选择，对于受载荷 较小或不甚重要的轴可用 于较重要的轴材料以 45号钢调质处理最为广泛使用；对于某些具有特殊要求的轴可选用合金钢。 大立轴在机械立窑里起到很重要的作用，因此，采用 45号钢比较合适。 采用热处理 （如调质、表面淬火 、渗碳等 ） 和表面强化处理（如滚压、喷丸等）可提高疲劳强度和耐磨性、耐蚀性。 轴的初步设计 1 轴径的确定 在立轴初步设计时，由于轴的 各结构尺寸（轴径 、轴的总长、轴的支承装置及各 零件尺寸等 ） 均未知 ，而这些结构尺寸又与轴径有关，而轴径可按扭转强度确定轴端直径。 实心轴轴径 d 331 7 . 2 n ( (4空心轴轴径 d 立窑（总体及传动部件）设计 12 333344111 7 . 2 （ （ 4 式中 N 轴传递的功率（ T 轴所传递的扭距（ N m）； n 轴的工作转速（ r/； 许用扭转剪应力（ N/ 2； A 受轴材料和载荷而定的系数； a 空心轴的内径 1d 与外径 d 之比。 当轴截面上有一个键槽时，应将求得的轴径增大 4% 5%；若有 2 个键槽时，应增大 7% 10%。 2 轴的结构尺寸设计 轴的结构和形状取决与许多因素，可根据轴上安装零件的类型 、尺寸及其配置，载荷的 性质、大小、方向及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的装配工艺要求和加工等，进行轴的结构尺寸设计 。 零件在轴上的定位与固定方法有：（ 1）轴向定 位 ； （ 2） 周向定位。 机械立窑立轴上常用的定位方法有：（ 1）轴肩、轴环式；（ 2）套筒式；（ 3）平键固定式 等。 各轴段的长度主要根据轴上零件的毂长或轴上的零件配合部分的长度确定。另外，也要根据机体及轴承盖等零件有关。本设计中，综合考虑机体、轴承座等因素的影响。轴的具体设计尺寸如下图所示： 图 4立轴示意图 3 轴的强度计算 13 图 4立轴上 受力与支点反力 （ a）立轴上受力间图；（ b） 立轴上垂直平面受力；（ c）立轴上水平平面受力； P 破碎力； 齿轮径向力； 齿轮圆周力 立窑（总体及传动部件）设计 14 15 图 4立轴上受力与弯矩图、当量弯矩图 （ a） 立轴上垂直面受力；（ b）立轴上垂直面弯距图；（ c）立轴上水平面上受力 ； （ d） 立轴上水平面弯距图；（ e）立轴上合成弯距图；（ f）立轴上扭矩图；（ g） 立轴上当量弯矩图 A. 轴的受力分析 (见图 4a. 画轴的受力简图 (见图 4b. 计算支承反力 31219 6 0 0 3 6 0 3 6 0 0 1 4 4 0 / 22 84003 6 0 3 6 0l (42008400960012 (4在垂直面上 3 5 0 022 7 0 0 0221 (4c. 画弯矩图（见图 4 在水平面上， a 3024000360840021(4a a 剖面右侧 432000360120032 (4在垂直面上 48600003601350021 (4合成弯矩， a a 剖面左侧 5 7 2 4 0 0 04 8 6 0 0 0 03 0 2 4 0 0 0 2222 (4a 立窑（总体及传动部件）设计 16 48791624860000432000 2222 (4d画转矩图（见图 4 转矩 8 6 5 0 8 0 0 026408270002(4B. 判断危险剖面 显然，由图中 a 矩为 T，该截面左侧可能是危险剖面； b 该截面左侧轴径小于 a b 从疲劳强度角度考虑 ， a a、 b b a b b 截面左、右侧均有可能是疲劳破坏危险剖面。 C. 轴的弯扭合成强度校核 查得 00,60 0 101 P a a 332323 19502512802 )36280(1.0 (4 MP 5 0 2 5 1 )8 6 5 0 8 0 0 7 2 4 0 0 0)( 2222 (4b b 3333 (4b 3 0 5 2 8 0 0)3601683605 7 2 4 0 0 0(2822(4 MP 9 5 2 0 0)8 6 5 0 8 0 0 0 5 2 8 0 0)( 2222 D. 轴的疲劳强度安全系数校核 查得 55,300,65011 M P a. a 17 332333 41454522802 )36280(2.0 (4查得 ; 0对尺寸系数 、； 轴经过磨削加工表面质量系数 。 则 弯曲应力 5724000 2 . 9 31950251 M P a M P (4应力幅 M P 平均应力 0m应力 M P T 4 5 4 5 28 6 5 0 8 0 0 0 (4M P 安全系数 3001 (4 (4222 (4查得许用安全系数 ，S 显然 SS , 故 a a 剖面安全。 抗弯截面系数 3333 (4 抗扭截面系数 3333 (4弯曲应力 M (4M P 立窑（总体及传动部件）设计 18 0m切应力 M P T 9 0 4 0 08 6 5 0 8 0 0 0 (4 M P 查得过盈配合引起的有效应力集中系数 。 又 、。则 (4 (4222 (4 显然 ，故 b 3333 b 矩相同。 弯曲应力 M (4 0m切应力 M P T 9 0 4 0 08 6 5 0 8 0 0 (4 M P 2 0 . 0 2D d ， 查得圆角引起的有效应力集中系数 19 ， 查得绝对尺寸系数 。、。又、 。则 (4 (4 222 (4显然 ，故 b 以上计算表明：轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。 上零件的周向固定 为保证良好对中性 ,齿 轮与轴选用 H7/轴器与轴选用 H7/轴承内圈配合的轴颈选用 轮及联轴器均采用 上倒角及圆角 为保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面 ,根据轴承手册推荐 ,取轴肩圆角半径为 4方便加工，其他轴肩圆角半径均取为 4据标准 的左右倒角均为 10 45。 承的选择 与润滑 根据立轴承受的载荷性质和轴颈尺寸选择轴承型号与规格。 立轴下端的轴承的止推轴承，选用单列推力球轴承，只能承受单向轴向载荷，且在低速条件下工作。 立轴下端的上轴承选用双列向心滚子球面轴承，它能承受径向载荷和轴向载荷，可自动调心，且承载能力大。 立轴的上轴承选用 双列向心滚子球面轴承 ， 即使上支承轴承由于缺油损坏，发生故障，维修也相对方便、更换调整均容易，损失较小。 另外，这种支承方式兼有上 、 下支承的优点，实践证明， 采用该方案的机立窑在支承系统使用维修方面 均 非常方便。 具体的结构方案如下图所示： 立窑（总体及传动部件）设计 20 图 4立轴上部 滚子 轴承 图 4立轴下部滚子轴承 承 承 表 4立轴各部位的轴承参数 轴承名称 安装部位 轴承尺寸 ()d D B r 双列向心滚子球面轴承 上端轴承 450 640 160 5 双列向心滚子球面轴承 下端轴承 420 620 150 5 单列推力球轴承 最下端轴承 340 460 110 5 承的润滑 机立窑 传动装置运转的好坏不仅与结构、加工制造的质量和安装的水平有关，而且与润滑和 维护也有十分重要的关系。为了减少摩擦、降低磨损速度和提高传动效率，必须保证轴承有良好的润滑，以使提高 机立 窑的工作效率和使用寿命。 滑的作用，大致可归纳如下几点： 在两摩擦幅之间加入润滑剂，使之尽可能形成液体摩擦（采用动静压轴承或在润滑油中加入添加剂），以降低摩擦系数，减少摩擦阻力，进而节省功耗。 当两摩擦面完全被一层润滑油墨隔开时，即可避免两摩擦面互相擦伤、研 磨磨损和胶合。另外对于小于油膜厚度的粉尘进到轴承中，也不会擦伤摩擦表面。 21 同时由于润滑油的保护作用，还可 减轻摩擦表面的锈蚀。 良好的润滑能有效地降低两相互摩擦件之间的摩擦系数，减少了摩擦功耗，因而也就减少了发热。另一方面当润滑油流过摩擦面时，带走了一部分热量。因此当需要散热时，可以通过供给大量的润滑油的方法，带走了一部分摩擦产生的热量或由其他热源传导的热量。 通过润滑油的阻尼作用，可将机械振动能量转变为油液中的摩擦热而散失掉。 当润滑油流过摩擦表面时，将表面上的杂质带走，起到了清洗表面的作用。通过以上的分析，润滑是十分重要的。有很多水泥长的回转窑主轴承，因落 入杂质或因润滑不良而磨损。主轴承一旦发生损坏，短则要用十几个小时，长则几天或十几天的时间才能修复，影响了生产。在水泥长中，回转窑主轴承烧坏是属于重大设备事故。为了解决回转窑主轴承润滑问题，人们一直在寻找一种既简单又能保证良好润滑的润滑方式和润滑结构。 承的润滑方式 轴承的润滑方式很多，从便于维护和保养和简化密封出发，绝大多数都采用润滑脂润滑本设计所采用的润滑脂润滑。 润滑脂的装入量应适中，不宜过多或太少。过多容易引起轴承发热，太少使润滑效果恶化，轴承容易过早磨损失效。一般情况下，润滑脂的 添加量应保持在轴承空隙的 1/3 1/2为一宜。 立窑（总体及传动部件）设计 22 5 机立窑的使用与维护 机立窑是属于低速、重载荷、能耗高的生产设备，是水泥厂生产的“心脏”，具有连续生产的运转特点，且工作处于高温与高粉尘的恶劣条件，故机械立窑的合理使用、正确操作与精心维护，对于延长设备的使用寿命、提高设备运转率，充分发挥设备的生产效能等，均具有重要的意义。 塔式机械立窑使用维护的主要点是：一、润滑；二、密封；三、巡回检查。 设备润滑是设备维护工作的重要组成和关键环节。 对立窑中 一些重要传动部分必须 采用正确的润滑方式 。塔式机械立窑的 主要润滑部位有： 主立轴上，下轴承、轮减速箱、 小齿轮油的轴承、低速传动齿轮副和喂料装置蜗轮减速机。 塔式机械立窑处于高温、多粉尘且润滑不良的工作条件，其主要零部件（尤以立轴的滚动轴承）须进行良好的密封。轴承一般采用环形平面密封和弹性骨架式石棉 橡胶密封圈。主要零部件的密封：减速机输出轴、 主立轴下端和滚动轴承组、主立轴上端滑动轴承组、喂料装置蜗轮箱 中空轴、卸料部分的斜溜子出轴处、减速机壳体及端点接合面 、料封管各连接法兰、窑体部分的铁砖及固定颚板的紧固 螺栓孔。 设备检查是了解和掌握设备的 技术状态，及时发现和清除设备的隐患，防止突发事故， 保证设备正常运转的一项重要措施 。 23 6 结 论 本次设计总体来说较为成功。在分析目前水泥厂的正在使用的 机立 窑的结构特点、技术特点以及使用情况后，我们确定了设计这个课题。在设计过程中，我们特别注意吸收各种新的技术，新的设计方法，并将之尽量融入到我们的设计中，使 机立 窑的传动性能能够达到一个较高的水平。同时我们自始至终贯彻使我的设计具有实用性、经济性的要求， 总体方案
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