毕业论文-选煤厂φ30米胶轮式周边传动浓缩机的设计

本科毕业论文（设计）选煤厂30米胶轮式周边传动浓缩机的设计摘要近年来随着生活水平的提高，城市生活污水和工业废水的排放量也逐年递增。解决城市水污染的根本出路在于建设城市污水处理厂。我国在城市污水处理厂建设方面成绩卓越。沉淀池作为污水处理厂的常规水处理构筑物，在水处理厂中发挥重要的作用。而作为水处理中最基本方法的沉淀法，在水处理的不同阶段都发挥着重要的作用。浓缩设备在选矿厂一般用于过滤之前的精矿浓缩或尾矿脱水，还可广泛用于煤炭、化工、建材以及水源和污水处理等工业中含固料浆液的浓缩和净化。浓缩机主要由圆形浓缩池和耙式刮泥机两大部分组成，浓缩池里悬浮于矿浆中的固体颗粒在重力作用下沉降，上部则成为澄清水，使固液得以分离，沉积于浓缩池底部的矿泥由耙式刮泥机连续地刮集到池底中心排矿口排出，而澄清水则由浓缩池上沿溢出。耙式浓缩机通常可分为中心传动式和周边传动式两大类，构造大致相同，都是由池体、耙架、传动装置、给料装置、排料装置、安全信号和耙架提升装置组成。浓缩机机主要有周边传动式、中心传动式、矩形平流池桁车式、链传动式等。它是排泥机械中的一种常见设备，它是沉淀池不可缺少的设备。本设计研究的刮泥机为周边传动式。关键词浓缩机；周边传动；功率计算；整体设计；选煤厂；尾矿脱水COALPREPARATIONPLANT30MRUBBERTIREPERIPHERALDRIVECONCENTRATORDESIGNABSTRACTWITHTHEIMPROVEMENTOFLIVINGSTANDARDSINRECENTYEARS,MUNICIPALSEWAGEANDINDUSTRIALWASTEWATERISEMISSIONSEVERYYEARTHEFUNDAMENTALWAYTOSOLVETHEURBANWATERPOLLUTIONISTHECONSTRUCTIONOFURBANSEWAGETREATMENTPLANTCHINASREMARKABLEACHIEVEMENTINTHECONSTRUCTIONOFURBANSEWAGETREATMENTPLANTSISEXCELLENTASACONVENTIONALSEWAGETREATMENTPLANTS,WATERTREATMENTSTRUCTURES,SETTLINGPONDS,PLAYANIMPORTANTROLEINWATERTREATMENTPLANTSPRECIPITATIONASTHEMOSTBASICMETHODOFTHEWATERTREATMENT,HAVEPLAYEDANIMPORTANTROLEATDIFFERENTSTAGESENRICHMENTEQUIPMENTGENERALLYUSEDINTHECONCENTRATORTOCONCENTRATEORTAILINGSDEWATERINGPRIORTOFILTRATION,CANBEWIDELYUSEDINSLURRYCONTAININGSOLIDMATERIALINTHECOAL,CHEMICALS,BUILDINGMATERIALS,ANDWATERANDWASTEWATERTREATMENTINDUSTRYCONCENTRATIONANDPURIFICATIONCONCENTRATORCOMPOSEDBYTWOPARTSOFTHECIRCULARTHICKENERANDRAKESCRAPER,CONCENTRATEDPOOLOFSUSPENDEDSOLIDPARTICLESINTHESLURRYBYGRAVITYSEDIMENTATION,THEUPPERPARTOFTHECLARIFIEDWATER,SOTHATTHESOLIDLIQUIDCANBESEPARATEDANDDEPOSITEDINCONCENTRATEDPOOLOFSLIMEATTHEBOTTOMOFRAKEMUDSCRAPERFORSCRAPINGSETTOTHEBOTTOMCENTERDISCHARGEPORTOFDISCHARGE,WHILETHECLARIFIEDWATERFROMCONCENTRATEDPOOLALONGTHEOVERFLOWRAKETHICKENERISUSUALLYDIVIDEDINTOACENTRALTRANSMISSIONTYPEANDTHESURROUNDINGTRANSMISSIONTWOCATEGORIES,ROUGHLYTHESAMECONSTRUCT,FROMTHECELLBODY,RAKEFRAME,GEAR,FEEDINGDEVICES,NESTINGDEVICES,SAFETYSIGNALS,ANDHARROWFRAMELIFTINGDEVICECOMPOSITIONCONCENTRATORMACHINESAREMAINLYPERIPHERALDRIVE,CENTERDRIVETYPE,RECTANGULARTHEADVECTIONPOOLTRUSSCARTYPE,CHAINDRIVETYPEITISACOMMONDEVICEINTHEMUDMACHINERY,ITISTHESEDIMENTATIONTANKSINDISPENSABLEEQUIPMENTTHESCRAPERMACHINEOFTHISDESIGNSTUDYISFORAPERIPHERALDRIVETYPEKEYWORDSTHICKENERPERIPHERALTRANSMISSIONPOWERCALCULATIONCOALPREPARATIONPLANTTAILINGSDEWATERING目录摘要IABSTRACTII一、概述1（一）浓缩机及其分类1（二）浓缩机的工作过程（原理）2（三）国内外浓缩机的发展趋势2（四）周边传动浓缩机2（五）课题研究的意义3二、周边传动浓缩机总体设计4（一）本设计课题浓缩机的设计参数4（二）浓缩机的总体构成51全跨式52半跨式53中心旋转支座74撇渣机构及刮板布置75支架和集电装置8（三）传动动力系统的构成91工作驱动原理简析92传动机构各部分的组成9三、浓缩机功率计算及电机选用10（一）确定污泥浓缩机刮板外缘线速度10（二）传动装置设计的要求11（三）确定周边传动浓缩机的驱动功率121中心轴承旋转阻力F1及功率N1计算122周边滚轮行驶阻力F2及功率N2计算133刮泥阻力与刮泥功率计算13F刮N刮4总驱动功率的计算确定13总四、开式齿轮传动设计14（一）按齿根弯曲强度初算齿轮模数M14（二）齿轮几何尺寸的计算15（三）齿面接触强度的校核计算16（四）开式对滚齿轮齿轮轴的设计181输入轴182输出轴25（五）滚动轴承的选择和计算331输入轴332输出轴34（六）键联接的计算35（七）联轴器的设计361联轴器的分类362选择应考虑的问题373联轴器的选择37六、电动机控制系统39结论41参考文献42一、概述（1）浓缩机及其分类由于举国环保意识的提高和环保法制、标准的逐步完善和健全，以及国民经济高速发展，使得水处理和选矿的关键设备浓缩机更广泛地应用于冶金、市政、石化、电力、矿山、机械等行业，而且出现逐年递增的趋势。为了将以液体为主要成分的悬浮液进行经济有效的分离，通常情况下，首先对其进行浓缩处理，以提高液体中固体物的浓度。随着矿业的发展，选矿厂浓缩脱水工作量愈来愈大，国内外出现了各种类型的浓缩机，以适应不同选矿工艺的具体要求，实现从传统浓缩机向深锥浓缩机再向新型浓缩机的转变。现代浓缩机以传统浓缩机为基础，以新型浓缩机为方向，不断优化结构、性能，系统规格逐步完善，向着高性能、高处理量和自动化程度高的方向发展。浓缩机主要由圆形浓缩池和耙式刮泥机两大部分组成，浓缩池里悬浮于矿浆中的固体颗粒在重力作用下沉降，上部则成为澄清水，使固液得以分离，沉积于浓缩池底部的矿泥由耙式刮泥机连续地刮集到池底中心排矿口排出，而澄清水则由浓缩池上沿溢出。耙式浓缩机通常可分为中心传动式和周边传动式两大类，构造大致相同，都是由池体、耙架、传动装置、给料装置、排料装置、安全信号和耙架提升装置组成。浓缩机安装在沉淀池（圆形、少数方形）上，将沉淀在下部的泥浆刮集一起排出（一般在中心）处理。通过沉淀池上部边缘的集油（渣）槽将浮渣和油刮集在一起排走处理,而上部的澄清水通过溢流堰排出处理。浓缩机的池体一般可用水泥制成，小型号的可用钢板焊制，为了便于运输物料，底部有的倾角；与池底距离最近的是耙架，耙架下有刮板；浓缩机的给料一般是先由给料溜槽把矿浆给入池中的中心受料筒，而后再向四周辐射；矿浆中的固体颗粒逐渐浓缩沉降到底部，并由耙架下的刮板刮入池底中心的圆锥形卸料斗中，在用沙泵排出；池体的上部周边没有环形溢流槽，最终的澄清水由环形溢流槽排出；当给料量过多或沉淀物浓度过大时，安全装置发出信号，通过人工手动或自动提怕装置将耙架提起，以免烧坏电机或损坏机件。现在用于沉淀池上的浓缩机种类繁多，从动力驱动方式归类大概有两种一种是周边传动浓缩机；一种是中心传动浓缩机。在选择浓缩机时，一般应根据给料量、给料量粒度的组成、物料沉降速度、给料和排料的固液比、矿浆及泡沫的黏度、浮选药剂和絮凝药剂的类型、矿浆温度等因素来确定其规格和类型。给料量较小时一般选用中心传动式浓缩机，给料量较大时则选用周边传动式浓缩机，物料密度小可用辊轮式，反之以齿条式为宜。在厂地小和寒冷地区浓缩机设于室内时，可选用高效浓缩机，但要考虑到絮凝剂的效果及其对下面工序的影响。既要满足下段作业对精矿或中矿含水量的要求，又要严格控制和减少随溢流流失的金属量及溢流水的浊度。应尽量通过生产性实验或模拟实验确定所需浓缩机面积，并据此选用合适的浓缩机。在准确掌握被浓缩矿浆特性的情况下，可参照处理类似矿石选矿厂的生产指标选用相应的浓缩机。（二）浓缩机的工作过程（原理）浓缩机主要由传动装置、稳流筒、桥架、短耙、长耙、中心部分、集电装置、电气控制系统等组成，由传动装置带动作周边回转运动，将池底的污泥刮集到池中心，经集泥槽排到池外，澄清水经溢流堰排到池外。其工作原理为含有细粒物体的料浆或污水，经槽架给入浓缩池的中心部位稳流筒，浆料以均匀分散辐射状向周边或方形池另一边向另一边缓慢扩散流动，在漫游扩散过程中料浆或污水中的固体颗粒借自重和絮凝作用陆续沉降。最初由于浓度较低，颗粒基本上做自由沉降且速度较快；继而沉入浓集带，沉速较慢最后，沉到最下部的沉积带，也是浓度较高的压缩区，水分由沉降颗粒的间隙间不断析出。在耙架连续回转时，耙齿将沉积物沿池底的锥形坡面逐级推向池底的中心处，最后由池底的排料口排出。耙齿推进沉积物时，也是刮板对沉积物的一个浓缩过程，这也大大加强了沉积物的析水作用，因为从排料口排除的是经过浓缩的浆料或污泥。而池子的上部是澄清带，澄清水从池边的溢流堰排出。以上构成浓缩机工作的全过程。（三）国内外浓缩机的发展趋势在国外工业发达国家采用的大中型浓缩机，无论是美国出口到我国30M以上大型选矿浓缩机还是德国柏林污水厂50M浓缩机基本都是周边传动提耙浓缩机（中心传动很少），运行可靠。特别是用于矿山，十几年仍运行正常，可靠、效率高。国内大部分专业人士都认为周边传动浓缩机是主流和发展方向，全心致力于解决周边传动浓缩机应用中还存在的问题。近年来，将30M以上100M以下负荷较大的周边传动浓缩机陆续改动中心部分、传动装置及集电装置，如宝钢不锈钢公司30M周边传动浓缩机，铁煤集团大兴矿30M周边传动浓缩机都进行了技术改造，多年来运行效果良好。正是在这个基础上，周边传动系列浓缩机逐步完善发展。（四）周边传动浓缩机周边传动式浓缩机，是选煤厂处理煤泥水、实现洗水闭路循环主要设备周边传动浓缩机主要由耙架、槽架、中心支架、集电装置、传动装置等组成，它的传动装置是把电动机的运动和动力传递给挂着耙子的桁架，使桁架在池子内围绕中心均匀地旋转。周边传动整个传动系统较为简单、运行可靠、费用低，但是周边传动浓缩机传动机构传动轮需要足够的摩擦力，摩擦力不够，易出现打滑现象。传动机构的胶轮驱动是将胶轮直接与混凝土表面接触，增大了接触面的摩擦力，故障率低并节省维护费用，即使长时间不更换胶轮，传动效果仍然较好。周边传动浓缩机的驱动动力是来自于周边耙臂上的电机减速机驱动的胶轮与池边轨道的摩擦力，进而带动耙臂使耙架旋转，由耙架上处于一定角度的刮泥板将池底高浓度污泥刮集到中心从而排走。为防止胶轮打滑，需要传动机构附加一定的重量；电机所需电源通过池中心滑触线来传递。尽管周边传动浓缩机存在导电结构效果不好，没有过载保护功能，易压耙，还有笨重齿条、轨道等问题，但运行可靠及操作维修方便，所以多年来，在不同领域很多人依然坚持使用周边传动浓缩机。优点主要体现在A、结构简单、运行可靠；B、传动轮可以有多种型式，应用广泛；C、适用于大扭矩传动。所以虽然近年中心传动浓缩机发展势头很猛，但是随着周边传动浓缩机的不断完善发展，其在选矿行业大直径浓缩池中还是占有数量上的绝对优势。（五）课题研究的意义作为发展中的社会主义国家，我国人民在现代化建设的过程中，面临比世界其他国家更为严峻人口、资源和环境形势。沉重的人口负担，人均资源不足，环境状况恶化，严重影响着党和政府发展经济的宏观决策，也影响着人民群众生活水平的提高，成为制约我国社会主义建设的首要问题。改革开放三十多年来中国社会公众和各级领导干部的环保意识得到大幅提高，中国的社会环境、自然资源在很大程度上得到改善。但是，目前中国已经进入工业化中期和城市化迅速发展的时期，从发达国家的经历来看，这是消耗资源最多，对环境破坏最大的时期。为了社会的可持续发展，中国政府提出了全面、协调、可持续发展的科学发展观。改革开放，特别十一届四中全会以来，我国的环境保护工作有了长足的发展。1992年联合国环境与发展大会之后，我国率先提出了环境与发展十大对策，指定中国21世纪议程，中国环境保护行动等文件，实施可持续发展战略已成为国民经济和社会发展的基本指导方针。经过十多年的努力，在全国范围内初步建立起了环境保护部门监督管理，各有关部门分工负责的环境管理体系以及响应的环境监测、监理、统计、科研、宣传、教育体系。到1997年，我国相继颁布了环境保护法等6部专门的环境法律，资源保护法律9部，环境行政法规28件，环抱部门发布环境规章70余件，环境标准390项。环保已经从主要依靠行政手段向着利用法律手段转移。城市环境整治和工业污染防治取得了明显成效，环境保护已经从末端治理转变到源头控制。我国积极开展环境外交，参与各项重大的国际环境事务，在国际环境与发展领域中发挥月来越大的作用；签署并批准了保护臭氧层维也纳公约，联合国气候变化框架会议，生物多样化公约等多项国际环境公约。每年，政府还投入了大量资金用于环境治理。其中与人民生活休戚相关的环保设备得到了极大的关注在国内环保需求的拉动下，我国环保设备行业有了明显的进步。“十五”期间，全行业工业总产值同比增幅在15以上，有的重点企业高达37。其中，2006年水污染防治设备的产量与2005年相比增长6倍；固体废弃物处理设备的产量增加了3118；环境监测仪器的产量2006年也有了明显回升。但是，由于国产环保设备及仪器仪表档次不高，我国各行业的节能减排受到一定程度的制约。比如，国内开发的污染在线监测仪器仪表尚未完全过关，进口监测仪器仪表又价格太贵。因此，除关键必要部位外，很多大型化工企业只好采用人工取样、分析，一定程度上影响了环保技术的发展和治理水平的提高。随着排污总量控制的推行、污染物排放标准的加严和清洁生产的实施等，化工环保设备的性能和技术需要进一步优化，提升产品的档次。质量上的缺陷、材料性能和质量的不适应，以及少数产品适用性不佳等，是影响化工环保设备质量稳定的重要因素，必须加以改进提高。同时，提高高新技术产品比例和重大技术装备的成套水平，推进关键技术创新，发展某些领域缺乏的技术装备、高效低成本的环保机械产品，是当前和今后提高产品品种满足度的重要内容。某些重点环境工程的质量较差，甚至建成后不能运行，出现问题的原因涉及工程设计、成套能力、产品质量及工程管理诸多方面，同样应引起重视。据了解，目前化工环保设备的市场需求热点是污水处理成套设备、再生水（中水）回用成套设备等。此外，清洁生产的众多领域都将是环保设备新的发展空间。基于以上的大趋势，我以选煤厂30米胶轮式周边传动浓缩机的设计作为毕业设计课题。本毕业设计是学生在教师的指导下，独立从事机械设计工作的初步尝试，其基本目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能研究和处理问题的能力。本课题的设计使我们对浓缩机有了系统的认识，较为合理的阐述了自己的设计思路与创新点，我感觉自己在设计的过程中学会了不少的知识，不但温习了曾经学习的专业课知识，而且还学会了好多新的电子和机械方面的知识。二、周边传动浓缩机总体设计（1）本设计课题浓缩机的设计参数浓缩池直径30000沉淀池直壁深度2000入料方式中部耙架每转时间15分钟提板高度底面以上50150MM额定工作扭矩120KNM电机功率75KWX2（2）浓缩机的总体构成周边传动刮泥机按选装桁架结构可分为半跨式和全跨式，本次设计选用全跨式双电机驱动。1全跨式全跨式周边传动刮泥机如图21所示，具有横跨池径的工作桥，桥架的两端各有一套驱动机构，旋转桁架为对称的双臂式桁架，并具有对称的刮板布置。桁架的驱动力，主要是以驱动滚轮与钢轨之间，或是实心橡胶轮与混凝土面之间的摩擦系数乘以驱动轮轮压所产生的摩擦力确定。驱动阻力大于摩擦力时，滚轮产生打滑现象，这与行车式吸泥机所介绍的情况一样。因此，必须注意驱动力和摩接力的关系，设计时需进行防滑验算。如摩擦力不足时，应釆取增加压重或采用带齿轮的滚轮在带齿条的轨道上滚动等措施，以满足驱动力。图21全路式周边传动浓缩机总体结构1刮板；2可动臂；3_桥架；4一旋转支撑；5撇渣装置2半跨式半跨式周边传动刮泥机常见的有旋转桁架式或可动臂式，如图22和图23所示，主要由中心旋转支座、旋转桁架或可动臂、刮板、撇渣机构、集电装置、驱动机构及轨道等部件组成，结构比较简单。半跨式桥架的一端与中心立柱上的旋转支座相接，另一端安装驱动机构和滚轮通过传动使滚轮在池周走道平台上作圆周运动，同时池内刮板将污泥刮向池中心的集泥槽内。图22半跨式周边传动刮泥机总体结构（旋转桁架）1一中心旋转支架；2_栏杆；3旋转桁架；4驱动装置；5刮板图23半跨式周边传动刮泥机可动臂式总体结构1一刮臂；2可动臂；3桥架；4一旋转支架；5撇渣装置3中心旋转支座中心旋转支座是周边传动刮泥机的重要部件之一，由固定支承座、转动套、推力滚动轴承和集电环等四个部件组成，如图24所示。中心旋转支座安装在兼作进水管的中心柱管平台上，柱管大多釆用钢筋混凝土结构。轴承主要承受轴向荷载，径向荷载较小。但如周边驱动滚轮的走向，偏离正常轨迹或钢轨圆心与中心轴承不同心，在中心轴承上将产生严重的径向力。因此，必须保证车轮的安装精度。中心支座与旋转桁架以铰接的形式连接，刮泥时产生的扭矩作用于中心支座时即转化为中心旋转轴承的圆周摩擦力，因而受力条件较好，这与中心旋转传动刮泥机有很大不同。图24中心旋转支座1挡圈；2旋臂；3螺钉；4一压盖；5_检修孔盖；6集电器；7销轴；8防尘罩9推力轴承；10盖；11支座4撇渣机构及刮板布置在沉淀池中，特别是污水的初次沉淀池和二次沉淀池的液面上浮有较多的泥渣和泡沬等杂质，如果不及时撇除，会影响出水水质，因此，需要设置撇渣机构。图25为撇渣机构的一例，主要是由撇渣板、排渣斗及冲洗机构等部件组成。撇渣板固定在旋转桁架的前方，与桁架的中心线成一角度，使浮渣沿撇渣板推向池周，撇渣板高约300MM，安装高度应有100MM的可调位置，以使撇渣板的一半露出水面。排渣斗和冲洗机构固定在池周，桁架旋转到排渣斗的位置时，将浮渣撇入斗内。与此同时，设在桁架上的压轮正好压下冲洗阀门的扛杆，使阀门开启，并利用沉淀池的出水，回流入斗进行冲洗，将积在斗内的浮渣排出。当压轮移过阀门的扛杆后，靠扛杆的自重将阀门重新关上。1_压轮；2_杠杆；3_冲水阀；4_抹渣板；5_排渣斗；6_支架图25撇渣机构5支架和集电装置浓缩机支架固定在钢筋混凝土支柱上，耙架的一端与支架固定，另一端与传动架相连接，并通过传动机构上的辊轮支撑在轨道上，轨道和齿条装设在池体的边缘上。电动机经减速装置使传动辊轮沿轨道饶池体中心回转，从而，带动耙架做圆周运动。物料由料槽通过支架流入浓缩池，底流浓缩物用沙泵抽出，溢流自溢流槽流出。整个耙架的重量分别支撑在支架和轨道上，支架承受耙架的主要重量，并装设有电动机的集电装置。固定支架用预埋螺栓固定在池体中央的钢筋混凝土上，支撑环与固定支架连接在一起，套环顶部用于支撑浓缩机上的衍架，交换套环装在支撑套环内。给入浓缩机的物料，就是流经交换套环，从固定支架的分液口进入池体。固定支架、支撑套环和交换套环在工作过程中都是固定不动的。旋转支架通过止推轴承支撑在固定支架上，并用轴连接耙架，工作时，由于耙架的回转，而使旋转支架相应地转动。集电装置是由电刷和集电环等主要部件组成。电源的导线通过传动架接至电刷上，电刷固定在不动的支撑套环上，集电环则固定在旋转支架上。耙架转动时，通过两者的接触传导，就可时敷设在传动架上的电动机导线经常与电源接通。如图26所示图26集电装置（3）传动动力系统的构成1工作驱动原理简析刮泥机的传动原理周边传动半桥式刮泥机在圆型沉淀池上的工作，是依靠沉淀池的混凝土平面走台为轨道，刮泥机的支墩中心为圆心，通过刮泥机桥架一端设置的驱动机构，带动驱动端梁底部的行走轮转动。刮泥机驱动装置推动工作桥沿池平面旋转，工作桥带动刮臂旋转，固定于刮臂上的刮板将泥由池边逐渐刮至池中心的集泥斗中，刮泥板曲线为对数螺旋线形，受力均匀，刮泥彻底，当池底遇有障碍物时，能自动让祀，保护机器不受伤害。驱动装置设有扭矩保护装置，工作更加安全。主梁除传统碳钢制造还可以采用不锈钢制作，使用范围广，装饰效果好。周边传动全桥式刮泥机的行走轮是铸钢轮毂，外轮缘采用宽幅聚氨脂橡胶或其他材料，经过加工而成。一般直径500600MM,宽度200300MM,以13M/MIN的线速度作圆周运行。图27为其驱动系统示意图。图27传动结构简图1减速机；2传动轴；3轴承支座；4轨道；5滚轮2传动机构各部分的组成驱动机构通常由户外式电动机，卧式摆线针轮减速机，联轴器，滚轮等部件组成。行走电机启动时，通过一级链轮传动，随即带动二级摆线针轮减速机，输出符合设计要求的转速和功率。减速机的输出轴与滚轮的动力轴通过联轴器联接，最后带动滚轮在轨道上行驶。其驱动机构组成见图28。28传动链简图1减速器；2联轴器；3滚动轴承座；4对滚齿轮；5滚轮轴；6滚轮三、浓缩机功率计算及电机选用（1）确定污泥浓缩机刮板外缘线速度根据辐流式沉淀池主要参数要求1池子直径与有效水深比一般采用612。2池底纵向坡度001002。3刮泥机外周刮泥板的线速度一般采用13M/MIN。4排泥管直径不得小于200MM。5超高03M以上。故而取刮泥板外缘线速度3M/MIN，这也与课题给定的技术特征参数相符。（2）传动装置设计的要求机器一般有原动机，传动装置和工作机三部分组成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并籍以改变运动的形式，速度大小和转距大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动，蜗杆传动，带传动，链传动等）和支承件（轴，轴承，机体等）两部分组成。它的重量和成本在机器中占有很大比重，其性能和质量对机器的工作影响也很大。因此我们要选用合理的传动方案。满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型和不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传动效率高和使用维护便利。布置传动链时，一般考虑以下几点（1）带传动的承载能力较小，传递相同转距时结构尺寸较其他传动形式大，但传动平稳，能缓冲减振，因此布置在高速级（级速较高，传递相同效率时转距较小）。（2）链传动运转不均匀，有冲击，不适合于高速传动，应布置在低速级。（3）蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，但效率较低，适和于中，小功率，间隙运转的场合。当与齿轮传动同时使用时，对采用铝铁青铜或铸铁作为蜗轮材（4）圆锥齿加工比较困难，特别大直径，大模数的圆锥齿轮，所以只有改变轴的布置料的蜗杆传动，可布置在低速级，使齿面滑动深度较低，以防止产生胶合或严重磨损，应可使减速器结构紧凑，对采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对速度，可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，可以提高承载能力和传动效率。方向时采用，并尽量放在高速级和限制传动比，以减小圆锥齿轮的直径和模数（5）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。（6）开式齿轮传动的工作环境差，润滑条件不好，磨损较严重，寿命较短，应布置在低速级。（7）一般将改变运动形式的机构（如螺旋传动，连杆结构，凸轮结构）布置在传动系统的最后一级，并且常为工作机的执行结构。（3）确定周边传动浓缩机的驱动功率周边传动刮泥机的驱动功率，主要根据刮泥机在旋转时作用在中心轴上的旋转阻力F1，周边滚轮的行驶阻力F2及刮泥阻力确定。F刮驱动机构通常由户外式电动机，卧式摆线针轮减速机，链条链轮，滚轮等部件组成。如下图所示。由于在圆形池上刮泥时，周边线速度为15M/MIN，滚轮总是以一定旋向和线速度在池周行使，所以不论池径大小，减速比均相同，驱动机构较容易做到系列化。确定行驶车轮的直径，设计数据如下1）浓缩机总重力G860KN，驱动机构的机械效率是70，选用22KG/M钢轨，车轮的轮轴直径D111MM2）30M的池直径，有效深度H3M,污水停滞时间2H,刮泥板外缘直径30M外缘线速度3M/MIN污泥对池底的摩擦系数为01；悬浮物含量SS300MG/L驱除率40由于中心旋转支座和车轮共同受力，所以可以看做是简支梁，那么车轮的轮压力P和中心旋转支座的载荷W中相等所以每个车轮的轮压为P8602430KN查给水排水设计手册第2版327页表711，可知道直径407MM,宽度86MM的实心胶轮的最大许用载荷为53KN，所以完成符合本设计的需求。所以取车轮的直径D407MM，轮宽为86MM所以滚轮的转速为N2388R/MINVD式中V为驱动滚轮行驶速度（M/MIN），D为滚轮直径。1中心轴承旋转阻力F1及功率N1计算20057167N12WKFD43006中心轴承旋转阻力F1所消耗的功率N1为00057KW160FVN式中W为作用在中心旋转支撑上的载荷N；D为滚动轴承钢球直径CM，此处取6CMK滚动轴承摩擦力臂CM；V1轴承中心圆的圆周速度MMIN，ND1194R/MIN40MM004776M/MIN。2周边滚轮行驶阻力F2及功率N2计N22KD13FWD周（203）（034）40）行驶阻力F2所消耗的功率KW221530125606NIIVNX式中为作用在周边滚轮上的荷载N；周K为摩擦系数，橡胶滚轮与混凝土为O408，铸钢滚轮与钢轨为04；D2为轮轴直径CM；为轴承摩擦系数，一般滚动摩擦轴承取0002001；D为滚轮直径6CM；V2为滚轮行驶速度MMIN。3刮泥阻力与刮泥功率计算F刮N刮672845（N）TQ103G0刮刮泥阻力所消耗的功率P刮刮224（KW）3FV6刮刮公式中每转一周时间内所沉淀的污泥量，根据设计要求取TTQ6659M3/H；为污泥与池底的摩擦系数01；重力加速度取981M/S2；G刮泥板线速度，一般按刮臂2/3直径处的线速度2M/MIN确定。3V4总驱动功率的计算确定N总5646（KW）12057124刮总（为机械总效率，查手册知其范围在30到60，暂取40。）根据以上计算，本设计采用周边传动方式,传动部分的电动机功率选则Y132M26,功率75KW,额定转速960R/MIN耙架转速每转15MIN,胶轮轨道中心圆直径156M,胶轮直径04M,由此得胶轮的转速为N252R/MIN，所以总传动比为I960/52184153。电动机相连的减速器选用，由于单机摆线针轮减速机的减速比最大为187，而二级摆线针轮减速机的最大减速比为15133,蜗杆减速器传动比为11080,故决定采用二级摆线针轮减速机。四、开式齿轮传动设计为支撑耙架，所以增加一级开式齿轮传动，用来减轻减速器输出轴所要承受的径向载荷，其传动比为1。小齿轮选40CR钢，调质，HBS241286；大齿轮选40CR钢，调质，HBS241286。查取小齿轮选择齿轮精度等378,90,378,90212111MPAPAMPAPAMFMHMFMH级为8级精度。（1）按齿根弯曲强度初算齿轮模数M齿轮模数M的初算公式为32LIM11ZYKTFDAPA式中KD算式系数，对于直齿轮传动KM121T1啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，NMT19549MNNP8152581079421251,查表选载荷分布不均匀系数计算弯曲强度的行星轮开式齿轮选小齿轮齿宽系数综合系数，查表选FPDKZ1齿轮副中小齿轮齿数MNMNFF/378,/,1LILIM查表得限试验齿轮的弯曲疲劳极则32LIM11FDAPAMZYKT323780645968521817圆整20（2）齿轮几何尺寸的计算齿轮齿数的选择由于其传动比为1，故大齿轮与小齿轮的的齿数相等，选择齿数23，所以Z1Z223，具体参数如下分度圆直径460231MZD2齿顶高211HA012HA齿根高2531MCAF012HF齿高45211FAH452022FAH齿顶圆直径502611AAHD422齿根圆直径4111FF02546022FFHD基圆直径34COSCOS1B3420COS46COS2DB齿顶圆压力角165ARAR11B3042COSCS22ABAD重合度端面重合度589120TAN163TA20TAN163TA2,ZZ纵向重合度0总重合度5891齿宽246022DB151（3）齿面接触强度的校核计算根据国家标准“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”（GB/T34081977），该标准赫兹应力作为齿面接触应力的计算基础，并用来评价齿轮的接触强度。赫兹应力是齿面间应力的主要指标，但不是产生点蚀的唯一原因。例如，在接触应力计算中的未考虑滑动的大小和方向、摩擦因数和润滑状态，这些都会影响到齿面的实际接触应力。齿面接触强度校核计算时，取节点和单对齿捏合区内界点的应力中的较大值，而小齿轮和大齿轮的许用接触应力要分别计算。HP齿面接触应力,圆周力F1HF12000T1/D12000/460485036N815重合度系数Z节点区域系数964034HZ查机械设计手册得25HZ动载系数VK查机械设计手册得101VK齿向载荷分布系数查机械设计手册得1齿向载荷分配系数K查机械设计手册表得12K弹性系数ZE查机械设计手册表得ZE1898齿面接触应力的计算公式589721061240985360211KBDFZVAHE接触疲劳许用应力1MINL1HNWPSZ试验齿轮的接触疲劳极限LIMH查机械设计手册图得9001LI计算接触强度的最小安全系数1INS查机械设计手册选择一般可靠性则111MINHS工作硬化系数WZ查机械设计手册图得1WZ计算接触强度的寿命系数NT查机械设计手册公式得1127NT小齿轮接触疲劳许用应力192701MINL1HWPSZ大齿轮接触疲劳许用应力由于大齿轮与小齿轮的系数全部相同，故19212HP，即满足接触疲劳强度要求。1HP（4）开式对滚齿轮齿轮轴的设计1输入轴1、圆周向力FT和径向力FR的大小转矩137740385NMMT25/7105961轴上小齿轮分度圆直径D1460MM圆周向力FT12T1/D12137740385/460485036N径向力A20FR1FT1TAN485036TAN20176539N2、初步估算轴最小的直径选取40CRNI合金钢作为轴的材料,调质处理，由表查得材料力学性能数据为MPAB90S73541A260由式计算轴的最小直径,由表选取A106，则得3NPADMD12587601NPA33MI考虑装联轴器加键，计算轴的最小直径并加大45，故取轴最小的直径D120MM3、轴的结构设计轴段1此轴段用摩擦式安全联轴器与减速器相连接，联轴器选择AMN6，孔径D1120MM,轴孔长度L212MM，实际使用长度为21214210MM,轴段1的长度L1210MM轴段2此轴段安装轴承，由于受到径向载荷，选择调心滚子轴承DDBB013028093167,轴承固定座103，轴段伸出固定座10，轴段2的长度L210310113MM轴段3此段为轴肩，起直径D3140,长度L39MM轴段4此轴段安装小齿轮，小齿轮齿宽B92MM,该轴段直径D4135,长度L492290MM轴段5此轴段安装轴承，由于受到径向载荷，选择调心滚子轴承DDBB013028093167,轴承固定座103，轴套长度为5MM，轴段5的长度L293598MM4、绘制轴的弯矩图和扭矩图（1）求轴承反力H水平面FTRHBRHA0538510HBHACRMRHA37475RHB11028V垂直面FRRVBRVA01489VBVAERVA13640RVB4014（2）求齿宽中心处弯矩H水平面MHRHA1055RHB358579071505NMMV垂直面MVRVA1055RVB35852878039NMM（3）合成弯矩M2VH2287039590178414638NMM（4）扭矩TT137740385NMM5、按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯MCA，取折合系数A06,22AMMCA25137408684111794355NMM轴的材料为40CRNI合金钢，调质处理。由表查得B900N/MM2,由表查得材料许用应力1B80N/MM。由式得轴的计算应力为N/M3120794501DMW34CACACA由计算结果可知,该轴满足强度要求6、精确校荷轴的疲劳强度A轴的细部结构设计圆角半径各肩部处圆角半径见图纸键槽半联轴器与轴周向固定采用A型平键连接，按GB10952003，GB10962003半联轴器处的键为2514160配合参考设计图纸和设计手册MV147113581NMM精加工方法参考设计图纸和设计手册B选取危险截面如图所示11截面所受的力最大，应力集中教严重，22截面虽说受力不是最大，但截面尺寸小，仍很危险需要进行校荷。C计算危险截面工作应力截面11截面弯矩MM截面扭矩T3906818182NMM抗弯截面系数W01D3011003100000MM3抗扭截面系数WT02D3021003200000MM3截面上弯曲应力BM/W43013N/MM2截面上扭剪应力T/WT19534N/MM2弯曲应力幅AB43013N/MM2弯曲平均应力A0扭切应力AM/219534N/MM截面22截面弯矩M2（7312）M/733594252465NMM截面扭矩T3906818182NMM抗弯截面系数W01D30190372900MM3抗扭截面系数WT02D3021003145800MM3截面上弯曲应力BM/W49304N/MM2截面上扭剪应力T/WT26796N/MM2弯曲应力幅AB49304N/MM2弯曲平均应力A0扭切应力AM/213398N/MMD确定材料特性系数1005E确定综合影响系数、K轴肩圆角处的有效应力集中系数、，根据KR/D25/900028，D/D100/901111查机械设计手册插值计算得，492K591K配合处综合影响系数、，根据D和B，查机械设计手册插值计算得K，463K24760键槽处有效应力集中系数、，根据B，查机械设计手册插值计算得K，91K52K尺寸系数，根据D由机械设计手册查得,64072表面状况系数,根据B,表面加工方法,查机械设计手册得80轴肩处综合影响系数、为K745820649KK3751同一截面如有两个以上的应力集中源,则选取其中较大的系数来计算安全系数,本题中每个危险截面只有一个应力集中源,所以不需要比较F计算安全系数取许用的安全系数为S1411截面8902103461MAKS65594721A326802SC22截面810349751MAKS759581621A107322SC由计算结果可知,轴疲劳强度安全2输出轴1、圆周向力FT和径向力FR的大小转矩137740385NMMT25/7105961轴上大齿轮分度圆直径D1460MM圆周向力FT12T1/D12137740385/460485036N径向力A20FR1FT1TAN485036TAN20176539N2、初步估算轴最小的直径选取40CRNI合金钢作为轴的材料,调质处理，由表查得材料力学性能数据为MPAB90S73541A260由式计算轴的最小直径,由表选取A106，则得3NPADMD12587601NPA33MI3、轴的结构设计轴段1此轴段安装轴承，由于受到径向载荷，选择调心滚子轴承DDBB013028093167,轴承固定座103，轴段1的长度L91MM轴段2此段为轴肩，起直径D3140,长度L313MM轴段3此轴段安装大齿轮，大齿轮齿宽B92MM,该轴段直径D4135,长度L492290MM轴段4此轴段安装轴承，由于受到径向载荷，选择调心滚子轴承DDBB013028093167,轴承固定座103，轴套长度为5MM，轴段5的长度L359MM辊轮轮宽系数06,轮宽B30006180,直径D3004、绘制轴的弯矩图和扭矩图（1）求轴承反力H水平面FTRHBRHA0538510HBHACRMRHA37475RHB11028V垂直面FRRVBRVA01489VBVAERVA13640RVB4014（2）求齿宽中心处弯矩H水平面MHRHA1055RHB358579071505NMMV垂直面MVRVA1055RVB35852878039NMM（3）合成弯矩M2VH287039590178414638NMM（4）扭矩TT137740385NMM5、按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯MCA，取折合系数A06,22ATMMCA225137408684111794355NMM轴的材料为40CRNI合金钢，调质处理。由表查得B900N/MM2,由表查得材料许用应力1B80N/MM。由式得轴的计算应力为N/M3146079501DMW34CACACA由计算结果可知,该轴满足强度要求6、精确校荷轴的疲劳强度A轴的细部结构设计圆角半径各肩部处圆角半径见图纸键槽半联轴器与轴周向固定采用A型平键连接，按GB10952003，GB10962003半联轴器处的键为2514160配合参考设计图纸和设计手册MV147113581NMM精加工方法参考设计图纸和设计手册B选取危险截面如图所示11截面所受的力最大，应力集中教严重，22截面虽说受力不是最大，但截面尺寸小，仍很危险需要进行校荷。C计算危险截面工作应力截面11截面弯矩MM截面扭矩T3906818182NMM抗弯截面系数W01D3011003100000MM3抗扭截面系数WT02D3021003200000MM3截面上弯曲应力BM/W43013N/MM2截面上扭剪应力T/WT19534N/MM2弯曲应力幅AB43013N/MM2弯曲平均应力A0扭切应力AM/219534N/MM截面22截面弯矩M2（7312）M/733594252465NMM截面扭矩T3906818182NMM抗弯截面系数W01D30190372900MM3抗扭截面系数WT02D3021003145800MM3截面上弯曲应力BM/W49304N/MM2截面上扭剪应力T/WT26796N/MM2弯曲应力幅AB49304N/MM2弯曲平均应力A0扭切应力AM/213398N/MMD确定材料特性系数1005E确定综合影响系数、K轴肩圆角处的有效应力集中系数、，根据KR/D25/900028，D/D100/901111查机械设计手册插值计算得，492K51K配合处综合影响系数、，根据D和B，查机械设计手册插值计算得K，6324760K键槽处有效应力集中系数、，根据B，查机械设计手册插值计算得K，915K尺寸系数，根据D由机械设计手册查得,64072表面状况系数,根据B,表面加工方法,查机械设计手册得8轴肩处综合影响系数、为K74520649K38751同一截面如有两个以上的应力集中源,则选取其中较大的系数来计算安全系数,本题中每个危险截面只有一个应力集中源,所以不需要比较F计算安全系数取许用的安全系数为S1411截面8902103461MAKS65459721A326802SC22截面810349751MAKS7598621A10753122SC由计算结果可知,轴疲劳强度安全（5）滚动轴承的选择和计算1输入轴选用调心磙子轴承查机械设计手册得该轴承的主要性能参数为C1050000N,C01440000N1）计算轴承合成支反力A水平支反力RHA37475RHB11028B垂直支反力RVA13640RVB4014C合成支反力NVAHA39801643745222BB7082）计算轴承当量动载荷P0P0ARA39880NP0BRB11736N根据手册,选择强度系数S02C01050000NS0P0A79760NC01050000NS0P0B23472N3）计算轴承寿命LH轴承温度不高，温度系数FT1LH1601PCFNT3728640565647898HLH163501056000HLHLH所以，轴承满足要求2输出轴选用调心磙子轴承查机械设计手册得该轴承的主要性能参数为C1050000N,C01440000N1）计算轴承合成支反力A水平支反力RHA37475RHB11028B垂直支反力RVA13640RVB4014C合成支反力NVAHA39801643745222BB70182）计算轴承当量动载荷P0P0ARA39880NP0BRB11736N根据手册,选择强度系数S02C01050000NS0P0A79760NC01050000NS0P0B23472N3）计算轴承寿命LH轴承温度不高，温度系数FT1LH1601PCFNT3728640565647898HLH163501056000HLHLH所以，轴承满足要求（6）键联接的计算挤压强度校核轴的材料一般为钢，而轮毂材料可能是钢或铸铁，当载荷性质为轻微冲击时钢的许用挤压应力P110