垃圾灰渣振动分选机论文

保定理工学院本科毕业论文(设计)-1-第1章绪论1.1研究背景垃圾灰渣振动分选机是一种用于筛分5mm以下颗粒状灰渣的设备，其主要功能部件包括激振器、筛箱、振动电机、联轴器和减振机构。该设备可以高效地筛分经焚烧炉焚烧后的陶瓷-碎石碎片、金属残渣、烧后黏结块及其他未燃物。为了确保设备的稳定性和效率，设计中需要考虑振动电机激振力的方向与重心和弹性中心的重合，以防止在振动过程中产生偏移力矩。同时，近年来出现了一些新型的筛分机，采用大筛孔、大倾角和多层筛面结构，可以提高筛机的处理能力和干式筛分的深度。为了进一步研究振动筛分机的工作原理和性能，已经对颗粒运动模型和过筛概率模型进行了研究，从而对振动式分选装置的筛分参数进行了研究并进行了设计。此外，还通过有限元软件AnsysWorkbench对筛体的结构进行了动力学仿真分析，从模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析三个方面确定了筛体的结构设计。在风力辅助无孔振动分选机的结构设计中，选用了DF-8离心式风机，并通过外接变频器来控制风量的大小。风罩出风口处设计了百叶窗，可以控制风向。整个结构中，风罩与风机通过风道连接，筛板上下两侧配有落料槽用于收集分选的物料，振动筛板倾斜角度可调，通过改变连杆的长度可以控制振动电机基座的角度进而控制激振力的方向。本研究的研究目标是设计一种垃圾灰渣振动分选机，该机具有高效率、结构紧凑、操作简易、实用性强的特点，适用于生活垃圾焚烧处理厂。通过实现这一目标，可以提高垃圾灰渣的筛分效率，进一步改善生活垃圾焚烧处理的环境效益，具有重要的研究意义和应用价值。1.2研究内容本文研究的课题是《垃圾振动分选机结构设计》。垃圾振动分选机是一种重要的垃圾分类设备，可以通过振动的方式将垃圾中的可回收物与非可回收物分离出来，提高垃圾处理的效率与环保性。第一章绪论，主要介绍了研究背景和意义，阐述了当前垃圾处理的紧迫性和挑战性，指出了垃圾振动分选机在垃圾分类工作中的重要作用。同时，对国内外垃圾分类与振动分选技术的发展状况进行了综述，为后续章节的研究奠定了理论基础。第二章是对垃圾分类与振动分选技术进行了详细探讨。首先，介绍了垃圾分类的意义和必要性，并列举了不同类别的垃圾以及其处理方法。其次，分析了振动分选技术的原理与应用，包括振动力学原理、物料分选原理等，为后续章节的结构设计提供了理论依据。第三章是垃圾振动分选机结构设计理论部分，详细阐述了垃圾振动分选机的结构设计原则与方法。首先，介绍了垃圾振动分选机的主要部件，包括振动器、分选装置、传动装置等，对其结构和功能进行了分析和说明。然后，对振动分选机的结构设计进行了详细探讨，包括材料选择、结构参数设计等，从而确保垃圾振动分选机在实际应用中的性能与稳定性。最后是总结部分，总结了本论文的研究工作，回顾了解决的关键问题和取得的成果。通过以上的研究工作，本文全面深入地探讨了垃圾振动分选机的结构设计与优化问题，并通过实验验证了其可行性和有效性。这对于提高垃圾处理的效率和环保性具有重要意义，对于推动垃圾分类与处理技术的发展也具有积极的促进作用。第2章垃圾分类与振动分选技术2.1垃圾分类概述垃圾分类是一种对垃圾进行分类和归类的行为，旨在有效管理废弃物并最大限度地减少对环境的影响。随着城市化进程的加快和人口数量的增加，垃圾问题愈发严重，不加以处理和分类就将对环境和人类健康造成巨大的威胁。因此，垃圾分类被认为是一种可行且有效的方式来解决这些问题。在垃圾分类中，常见的分类方式包括可回收物、有害垃圾、湿垃圾和干垃圾等。可回收物主要包括废纸、废塑料、废玻璃和废金属等可再利用的物品，有害垃圾则包括废电池、废灯泡和废荧光管等对环境和人体健康有害的物质。湿垃圾主要指厨余垃圾，包括食物残渣、果皮和剩余的食材等，而干垃圾则包括纺织物、砖瓦和卫生纸等不可回收和不可降解的废弃物。垃圾分类在实施过程中主要涉及政府、社区和居民三个层面。政府需要出台相关的法律法规来规范和指导垃圾分类工作，通过宣传和教育活动提高居民的垃圾分类意识。社区和居民则需要积极参与垃圾分类工作，将垃圾分类放置在指定的垃圾桶内，保持垃圾桶的清洁和整洁。垃圾分类有着显著的环境和经济效益。首先，合理分类和处理垃圾可以减少垃圾对环境的污染，保护生态环境的可持续发展。其次，垃圾分类可以提高废物资源的回收利用率，减少资源的浪费。再次，垃圾分类可以降低垃圾处理和填埋的成本，节约社会资源。最后，垃圾分类有助于提高城市居民生活质量和环境卫生状况，改善人们的生活环境。在国内外许多城市中，垃圾分类工作已经取得了显著的成效。例如，上海、北京和深圳等城市通过实施垃圾分类，有效减少了垃圾填埋量，提高了回收利用的效率，改善了城市环境。并且，一些国家和地区还采取了相应的政策措施，鼓励和支持垃圾分类工作的开展。垃圾分类是解决垃圾问题、保护环境和可持续发展的有效途径。通过政府、社区和居民的共同努力，垃圾分类工作必将取得更大的成功，为我们的城市创造一个更加清洁、美丽和可持续的未来。2.2振动分选技术原理振动分选技术是目前广泛应用于垃圾处理领域的一种有效方法。其基本原理是利用振动力使垃圾颗粒在振动筛上分离。振动分选机主要由振动筛、震动器、料仓等组成。振动分选机通过震动器产生高频振动力，将垃圾颗粒放置在振动筛上。振动力的作用下，垃圾颗粒受到横向和纵向的振动力，从而使其在振动筛上发生位移和相互碰撞。这种振动力可以改变颗粒之间的相对位置，使不同大小、形状、密度的颗粒得到有效分离。振动分选机利用筛网的分级作用，将振动筛上的颗粒按照大小进行分离。在振动分选过程中，大颗粒往往会跳跃更高并迅速通过粗筛，而小颗粒则会滞留在细筛上。通过逐层分离，可以实现对垃圾颗粒的初步分级。然后，振动分选机还可以通过调整振动力的大小和频率，以及改变振动筛的倾角和孔径等参数，实现不同类型垃圾颗粒的分选。例如，对于易可燃垃圾，可以通过增加振动力和减小倾角，使其在振动筛上向下滑动，从而实现分离。而对于可回收垃圾，可以通过减小振动力和增加倾角，使其在振动筛上向上跳跃，从而实现分离。分选后的垃圾颗粒在料仓中进行收集和储存。根据颗粒的大小和特性，可以将其分别送往不同的处理区域，进一步进行细分和处理。振动分选技术利用振动力和筛网的分级作用，实现了对垃圾颗粒的有效分离。通过调整振动力和振动筛参数，可以实现对不同类型垃圾颗粒的分选。这种技术不仅能够提高垃圾处理的效率，还可以有效地分离出可回收和可燃等不同类别的垃圾，为后续处理提供了便利。在垃圾振动分选机的结构设计中，振动分选技术的原理必须充分考虑，以保证分选效果的优良性和可靠性。2.3垃圾振动分选现状在垃圾分类与振动分选技术的研究领域中，目前已经取得了一定的进展。垃圾振动分选作为一种高效、自动化的分选方法，正逐渐成为垃圾处理领域的热点研究方向之一。首先，垃圾振动分选技术利用振动平台和传感器等设备，通过对垃圾进行振动激发，收集并分析不同物体的振动信号。这种技术基于物体的振动特性，能够通过识别和区分不同材质和形状的物体，实现垃圾的自动分选。例如，在振动分选过程中，金属物体通常具有较高的振动频率和幅度，而纸张和塑料等材质的物体则具有不同的振动特性，通过对这些特性的分析，可以实现对垃圾的有效分离。其次，在垃圾振动分选现状方面，已经有许多研究者对此进行了深入的探索和实践。他们通过改进和优化振动分选设备的结构和参数，提高了分选的效率和准确性。同时，应用先进的信号处理算法和模式识别技术，实现了对不同垃圾类别的快速识别和分离。这些技术的引入和应用，使得垃圾振动分选技术在实际应用中具有很高的可行性。另外，随着环境保护和资源回收利用的重要性日益凸显，垃圾振动分选技术也得到了广泛的关注和推广。各地政府和企事业单位纷纷投入资金和资源进行研发和应用，以实现垃圾分类和资源回收的智能化和高效化。垃圾振动分选技术在实际工程中的应用，为加速垃圾处理和资源利用提供了有效的手段和解决方案。总之，垃圾振动分选技术在垃圾分类与振动分选领域的应用前景广阔。通过对垃圾物体的振动特性进行分析和识别，实现自动化和高效的垃圾分选，能够有效地提高垃圾处理的效率和准确性，同时也为环境保护和资源回收利用做出了积极的贡献。随着技术的不断发展和完善，相信垃圾振动分选技术将会在未来取得更加显著的进展和应用。第3章垃圾分选机的主体结构设计3.1垃圾分选机的总体设计3.1.1垃圾分选机的总体技术要求垃圾分选机是实现垃圾无害化、垃圾减量化和垃圾资源化处理过程中的重要设备。垃圾分选机工作的目的就是分类具有不同特性的垃圾。本次设计的分选机主要根据混合垃圾中不同物质的不同物理尺寸进行初步分选。使垃圾得到适当的分类和充分的回收利用，最终实现垃圾无害化、减量化和资源化。目前垃圾处理中使用较多的筛分设备包括滚筒筛、固定、摆动筛、振动筛等。通过进一步查阅资料，决定使用的筛分结构为圆筒筛。其工作原理就是圆筒筛体作旋转运动把垃圾按大小分级。筛面为打孔薄板，筛筒倾斜安装，当物料进入体内部，将随筛体的转动做螺旋状翻动，在此过程中留在筛体内的物料成为筛上物，从筛体底端排出。大小比筛孔小的物料被筛下成为筛下物。筛管长度，速度，直径，孔的直径，角度等影响筛分效率，各参数应满足垃圾分离功率的需要和条件的停留时间。为了方便物料出筒，分选机的筛筒径向应该要有3°-5°的倾斜角，便于垃圾在筒内轴向前进。本次设计将筛孔设计为圆形，孔径60mm。考虑到需要分离的垃圾成分较为复杂，在筛筒内有可能相互发生缠绕，并且筛片也易损，故设计应该能够方便清理和修理更换筛片。通过资料查阅，该垃圾分选机的基本设计参数初定如下:(1)处理量:15~20t/h;(2)能耗:小于1kw·h/t;(3)筛筒转速:5~10r/min;(4)筛筒内径:1.5m;(5)筛筒长度:4.6m;(6)筛筒倾角:3°-5°。3.1.2垃圾分选机的总体结构垃圾圆筒筛分选机作为城市生活垃圾的预分选和堆肥处理的一种分选机械应用十分广泛。如下图所示，分选机主要由筛筒，减速器，支撑轮，传动长轴，电机，进料斗，出料斗和机架组成。筛筒驱动方式为单侧擦驱动。体分为四段。体依两端摩擦轮圈传动。生活垃圾圆简筛分选机设计应考虑筛筒结构、驱动方式、传动形式、性能参数等图3.1垃圾分选机整体结构示意图3.2垃圾分选机动力输入设计3.2.1电动机的选用一般机械的动力来源通常有电动机、汽油机和柴油机等。一般来说，柴油机和汽油机在移动频繁的机组上使用较多，以便能随时移动位置，但操作复杂，噪音也较大，而且不利于长时间连续工作。电动机相比前两种动力来源则较容易操作，噪音也较小，经济性也较好。垃圾分选机在厂房内工作，不需要频繁移动，所以本次设计动力来源选为电动机。为了满足生产机械的要求，通常首选的电动机具有结构简单，工作稳定，维修方便的优点，较低的价格。一般来说采用交流电动机，其中交流异步电动机比交流同步电动机更适合生产机械。在垃圾分选机的工作过程中，电机固定在机架上，无其他特殊要求，因此在设计中选用Y系列三相异步电动机。Y系列三相异步电动机是一般用途的全封闭扇冷式鼠笼型三项异步电动机。功率等级与安装尺寸相同，额定电压为380V，额定频率为50Hz。宜使用在没有特殊驱动要求的设备上。Y系列电动机特点是高效、节能、噪音低、振动小、运行可靠，标准化程度高。徐州七洲特种电机有限公司和江苏贝得电机股份有限公司等国内厂商均生产该类型电动机。根据工作参数的要求,处理量为15~25th,能耗小于1Kw·h/t,则可选择15~25KW的电动机。通过参考国外垃圾分选机的设计参数，确定采用电动机功率为15KW。常见电动机有开启型,防护型，封闭型和防爆型几种类型。开启式电机价格低廉，有良好的到散热条件，但外界的灰尘、油、水、铁和其他异物很容易进入机器,影响电机的正常运行。因此开启式电机通常只能在干燥洁净的环境下使用。防护式电机能防止水滴、铁屑等外界异物的进入，但是不能防潮，灰尘也容易进入电机内，所以常在干燥无尘的环境中使用。封闭式电机分为自冷、强制通风和密封式。自冷和强制通风电机能防止来自任何方向的水滴或杂质，灰尘和水分不易进入，适用于潮湿、多土、风雨侵蚀、蒸汽或气体腐蚀的环境中，密封式常用于液体的工作环境等。防爆式电机和封闭式电机一样为密闭结构，分为隔爆、增安和正亚三种不同类型，适用于较为危险的工作环境，比如周围有易燃易爆的情况下常使用防爆式电机。外壳防护型电动机必须与环境相适应，否则电机不能正常运行或损坏，或造成灾难的电机故障由于垃圾分选机的实际工作环境处于开放环境，处理垃圾过程中现场环境恶劣，垃圾分选过程中可能有灰尘和污水外泄，需要防止灰尘和其他异物进入电机，影响工作状态而且需要保证操作人员安全。因此，选择外壳防护等级为封闭式(IP44)。封闭式电机能够防止粗导线接近壳内带电或转动部件，还能防止颗粒较大的异物进入电机并且防止任何方向水飞溅对电机均无不良影响。电机的安装型式分为立式与卧式。由于卧式电机安装简单方便，价格便宜。所以应用较多。在需要垂直运转和简化传动装置时采用立式电机，立式电动机的价格较贵。考虑经济型。采用B3安装型式，安装到基础构件(机架)上。在垃圾分选机工作过程中，对电动机的安装方式无特殊要求。因此从简单经济性出发，选择卧式安装方式。选择与15KW电机对应的电机座型可选择2级、4级和6级，2级电机的同步转速为3000r/min，4级电机的同步转速为1500r/min，传动比都比较大，但机器空间较小，使传动受到限制;6级电机的同步转速为1000分/分，传动比较小，因此选定6级电机。根据以上分析，选定垃圾分选机的电动机为15kw的Y系列防护式(IP44)三相异步电动机，型号为Y180L-6，其同步转速1000r/min，满载转速970r/min，额定最大转矩2.0N·m满载效率89.5%，净重200kg。选有底脚和有轴伸，安装到基础构件上的安装型式。电动机Y180L6的机座号为180L，得到机座号180L的安装尺寸。3.2.2减速器的选用电动机的输出转速很高，一般不能直接连接到设备上使用。中间都需要减速器先将速度降低，才能满足设备工作需要。Y180L-6电机同步转速1000rmin，满载转速970r/min，直接输出对于垃圾分选机显然转速太高，不能满足垃圾分选机的实际工作要求，所以需要减速器降低转速。减速器是在电动机和工作机之间的独立传动部件。一般以齿轮、蜗杆传动等传动件装在铸造或焊接的刚性箱体中而构成。一些减速器和电机构成一个组合，结构紧凑，易于使用。在我国，已经有许多国家标准的减速器，都在大批量生产，可以按照样本选择。根据选择减速器的一般原则，对于垃圾分选机使用减速器的具体型号进行选择。具体考虑以下几个方面的问题。根据传动的主要参数选择减速器的传动级数和尺寸:根据减速器传递的功率P，输入轴转速n，总传动比i(或输出轴转速n)确定减速器的级数。如对圆柱齿轮减速器，i<8~10可用单级圆柱齿轮减速器，i=8~60可选用二级圆柱齿轮减速器，i=40~400可用三级圆柱齿轮减速器。己知p、n、i则可按减速器样本选定减速器的型号。对于常用标准的硬齿面圆柱齿轮减速器，公称传动比范围为:一级圆柱齿轮减速器i=1.25~6.3，二级圆柱齿轮减速器i=6.3~20，三级圆柱齿轮减速器i＝22.4~100。根据设计参数，可以初步计算出减速器应该采用的传动比的范围。按照筛筒转速8~15r/min进行计算:(1)求总传动比i:10015=66.7≤i≤n设计筛筒传动圈直径1500mm左右，减速器联接驱动的托轮直径350mm左右。(2)求出第二级传动i2i2=n1(3)则求出减速器的传动比n1n2=在垃圾分选机的设计中,确定减速器传动比为i1考虑其他要求选择减速器型式:有些减速器还有其它要求，如机器人传动装置的减速器有运动精度、刚度、回差等方面的要求。在高温、低温、高速等条件下工作的减速器也有许多特殊要求。在垃圾分选机的工作过程，对减速器没有其他的特殊要求，因此确定选用二级硬齿面圆柱齿轮减速器。根据电动机额定功率15kw，效率89.5%，可以计算电动机的最大输出功率(即减速器的最大输入功率)为:pw=p×＆=15×公称传动比i为20，输入转速1000r/min的情况下，ZLY减速器低速级中心距125mm时许用输入功率为12kw，低速级中心距140mm时许用输入功率为18kw，低速级中心距160mm时许用输入功率为26.5kw。由此可得:12km≤pw=1选用低速级中心距140mm的减速器，能够满足功率需要。根据垃圾分选机的总体结构，选择ZLY减速器的装配型式为Ⅱ型，即左后侧输入，右前侧输出。由此确定减速器的型号为ZLY140-20-1，ZBJ19004-1988。对硬面圆柱齿轮减速器的承载能力进行计算:由于电动机输出轴直接通过联轴器连接减速器输入轴，按下面公式进行强度计算:p1式中:p1_____P______减速器名义输入功率，km;Ka_____工况系数。p1p1所以所选减速器强度够用。由下面公式进行热功率校核:pgpgf1f2f3垃圾分选机减速器的使用环境条件主要为较大的厂房场所，也可以在户外、露天。采用空气自然冷却。减速器热功率为P=35kw:由表9-2-7，减速器是自然通风冷却，按夏天室内最高温度不超过400温度，取f=1.35，负荷率按100%计算，取f=1，由许用功率利用率p/p1=13.4/15=0.895.取f=1，由此得pg=35km≥p×f所选减速器散热能力满足要求。由此,可以选择ZLY140-20-1ZBJ19004-1988减速器。可得ZLY140-20-1减速器的安装尺寸。3.2.3电动机和减速器之间联轴器的选用在电动机和减速器之间的传动，要通过联轴器来实现。根据垃圾分选机的需要以及电动机和减速器的型号选用合适的联轴器。根据在垃圾分选机的工作过程中，传动轴有3°倾角，载荷比较平稳的特点，以及简单实用原则，选用TL，型弹性套柱销联轴器。其特点是结构简单，维护方便，承载能力大，具有一定补偿两轴相对偏移和一般减振性能。一般应用于启动品、经常正反转、载荷平稳的工况。一般联轴器是根据载荷情况、转矩、轴直径和工作转速来选择。转矩TcTc式中T___理论转矩，N·m;TN___公称转矩，Tc___计算转矩，P___驱动功率，km;K___工作情况系数;N___工作转速，r/min;由设计可知，联轴器联接电动机和减速器，联轴器的工作转速n也就是Y180L-6电动机的输出转速，最大为n=1000r/min。由设计知道，垃圾分选机属于均匀载荷，査表5-2-2得工作情况系数为K=1.0~1.5，取K=1.5计算。驱动功率也就是电动机的功率P=15KW。Tc=1.5×9550×1查阅资料可得，电动机Y180L-6的输出轴轴径为:48m。ZLY140-20-1减速器的输入轴轴径为:28mm。根据电动机和减速器的轴径，发现没有标准的LT型弹性套柱销联轴器能够满足轴径要求。根据公称转矩，初步选定电动机和减速器之间的LT型弹性套柱销联轴器型号为TL7，轴孔需要自行加工。TL7公称转矩为Tn=500N·m。因为Tc<T3.3垃圾分选机筛筒的设计3.3.1筛筒的整体设计对现在国内外的垃圾圆筒筛和国内多种其他用途的圆筒筛的调查研究，圆筒筛有很多种型号。根据同一圆周上筛片的多少可分为单片筛和多片筛结构。单片筛便于制造，但是安装和更换不方便。多片筛在制造要求上相对复杂，但是更换更方便，便于维护。图3-2筒的整体设计图筛筒的结构形式也有很多种:圆形、多边形和圆加多边复合形。一般采用圆形，因为圆形平衡度好、圆转平稳，加工简单。多边形和复合形的平衡度差，运转震动冲击大，适宜圆筒直径较大和速度较低的情况。在本设计中，我们设计筛结构为圆形。采用多筛片安装到筛架上，方便拆卸更换和维护。筛筒的两边同时设计滚圈，作传动环使用。如图3-2所示。3.3.2筛片的设计筛片材料采用8mm厚的Q235钢板。采用1.1m宽、8mm厚的钢板制作。筛筒采用同一旋转面六筛片组合，内接圆直径为1500mm。孔的形状有方孔、圆形孔、六边形孔等。我们将筛孔设计为60圆形孔。筛片设计如图3-3所示。通过螺栓与筛架联接，方便拆卸和维修。根据设计要求的筛简直径1.5m，筛片展开为1080mm总共48块筛片采用钢板16块x774mm。可以采用1.1m宽、2.4m长的钢板分为三块。图3-3筛片设计图3.4垃圾振动分选机的传动设计一般传动方式有链传动、齿轮传动、皮带传动。该设备采用摩擦传动。这是一般传动中不多见的。摩擦传动的运动平稳、噪声小，传动效率随外载荷变化而变化，效率低。驱动滚轮与筛筒滚圈的接触面积不能太小，太小筛简体会发生滑动，功率得不到充分利用，特别是在处理垃圾的物流量小载荷低的状态下，更容易发生滑动。因此，对于采用摩擦传动的垃圾圆筒筛，其滚轮和滚圈的接触面积应该保证。按照筛筒驱动方式，可分为圆筒中心轴驱动和圆筒外侧驱动。中心驱动的好处便于设计和单个零件的制造，能够合理分配动力。但是对于有倾斜角度的筛简，轴的对心要求高，对安装的要求较高。而且由于垃圾中成分复杂。中心轴容易缠绕杂物，而且由于中心轴的存在，使筛筒内空间缩小，不便于对筛筒内部进行清理。外侧驱动又分为单边驱动和双边驱动。对于双边驱动又可分为集中驱动和分别驱动两种。外侧驱动由于转动轴不再筛筒内部，不会产生分离物缠绕，也便于对筛筒内部进行清理和检修。在驱动选择上，单边驱动设计制造简单。便于控制。双边驱动设备平稳，功率利用合力。双边驱动的分别驱动情况下，如果垃圾物流量小，则可以关掉一边驱动，节省运转成本。考虑驱动简单化原则，在本设计的生活垃圾圆筒分选机中.选用单边摩擦驱动。总体传动如图2-9所示。图2-9总体传动图3.4.1传动长轴的设计在本设计中，筛筒采用单侧传动。由于前后距离很长，需要设计一根长轴来连接前后的驱动轮(主动主动托轮和后端主动托轮)。由于整个设备处于5°倾角状态，而且轴比较长，所以与两端的驱动轮轴采用万向节联接。该轴主要是起传递转矩的作用。根据轴的载荷情况可分为转轴、心轴、传动轴三类。转轴承受弯矩和转矩;心轴只承受弯矩，不传递转矩:传动轴主要承受转矩，不承受或只承受较小弯矩。由设汁知传动长轴只传递转矩，只承受自重产生的弯矩，为典型的传动轴。选择轴的材料:轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小.所以应用较为广泛。45号钢等优质中碳钢是直轴最常用的材料。Q235-A等普通碳素钢用于不重要的轴或者受栽较小的轴。合金钢具有较高的机械强度，用于受载大、结构尺寸受限制、需提高轴颈的耐磨性及处于高温或腐蚀等条件下的轴。铸钢、球墨铸铁和一些高强度铸铁，易于铸成外形复杂的轴，它们吸振性好，对应力集中敏感性低。由于该轴比较长，设计该轴中间为空心轴，空心轴的两头焊接实心轴头。由于该轴只传递转矩，受载较小，所以中间空心轴选用20钢制作，轴头用45钢制作。计算轴径:对于尺寸较大的轴一般采用锻造毛坯，而对于较小的轴一般采用圆钢车制。该轴的轴头亦采用圆钢车制。为了减轻质量或者结构需要，有一些机器的轴采用空心的截面。因为传递转矩主要靠轴的近表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较为经济。所以中间段采用钢管为空心轴。按扭转强度计算只需知道转矩大小，方法简单，但计算精度低。主要用于下列情况:传递转矩或以转矩为主的传动轴;初步估算轴径以便进行机构设计;不重要轴的最终计算。已知该长轴主要是传递转矩，可以只按轴所受的转矩进行计算。扭转强度条件为:τ=T式中:T___轴传递的转矩，N·mm,T=9.55×Wr___轴的抗扭截面系数，mmP___轴的传递功率，kw;n___轴的转速，r/min;[τ]___轴材料的许用切应力，Mpa。对实心轴，Wr=πdd≥对空心轴,Wr=(1−y4d≥上两式中:d___轴的直径，mm;T___轴的传递转矩，N·mm，T=9.55×P___轴传递的功率，kw;n___轴的转速，r/min;[τ]___轴材料的许用切应力，A___系数，A=3Y___空心轴的内径d0传动长轴实心轴头用45钢，由于弯矩相对转矩较小(只受自重的弯矩)，且载荷平稳，故取[z]=45Mpa，A=103。由于前后两个拖轮驱动整个筒，按前后拖轮功率平分原则计算，传递功率按平时输出功率计算，则P=P电动机转速n1=n=n则传动长轴的实心轴心轴径为:d≥A·3P传动长轴空心轴用20钢，，取[τ]d≥A3Pn由此，取传动长轴实心轴头轴径为60mm，空心轴轴径为80mm，由y=0.8，则内径为64mm，壁厚8mm。传动长轴的结构设计:由设计条件得知，该轴为光轴，轴上无其他部件，该轴主要是传递转矩。简单的设计结构如图2-10所示。实心轴头采用直径80mm的45钢制作。中间空心轴采用外径80mm，壁厚8m的20钢无缝钢管制作。实心轴头与空心轴的联接采用焊接。为了联结牢靠，在联接头处开V型槽焊接，焊接牢固后，在螺纹联接的中段圆周方向间隔90°配打四个直径15，深14mm的孔(含空心轴壁厚8mm)堆焊，将轴头和空心轴联结为一体，增加轴传递扭矩的牢固性。传动长轴通过万向节联轴器与前端主动托轮轴和后端主动托轮轴联接。图2-10传动长轴示意图3.4.2前端主动托轮组的设计图2-11前端主动托轮组主动托轮除了传动作用之外，同时也起作支撑轮的作用。前端主动托轮轴的前端通过联轴器联接减速器输出端，后端通过万向节联接传动长轴。如图2-11所示。为了统规格和简单设计，后端主动托轮和支撑托轮除托轮轴头和相应的轴承端盖不同之外，其他设计完全相同。为设计简单，联轴器同样选择TL型弹性套柱销联轴器。可知，ZLY140-20-11减速器输出轴直径为65mm。(1)托轮的设计托轮起着给筛筒传递动力和支撑托轮转动的作用。因为垃圾分选机采用摩擦传动，钢与钢的摩擦系数较小，而且制作过程中，不能同时保证制作精度和摩擦系数，所以在托轮外圈加橡胶圈作为摩擦圈。托轮主体采用ZG270-500材料铸造。外圈采用聚丁二烯橡胶制作。为了保证外圈橡胶在传动过程中不至于脱落，在托轮主体上设计凸槽。同时为了防止传动时橡胶圈在钢圈外打滑，在钢圈外圈径向上设计沟槽。设计如图2-12所示。托轮宽为100mm，直径360mm。(2)前端主动托轮轴的设计前端主动托轮轴前端轴头和后端轴头都只传递转矩。中间安装托轮段还要承受筛筒和托轮本身产生的弯矩。前端主动托轮轴后端轴头受力和传动民轴轴头相同，设计为相同轴径，为60mm。分选机传动到前端主动托轮轴的总效率为:式中:ƞ1__ƞ2___ƞ3___减速器与前端主动托轮轴之间联轴器的传动效率，同由前端主动拖轮轴传递功率p=12.3kw，转速为n=50r/min，采用45钢制作，查表取[z]=45兆帕，取A=103前端主动托轮轴前端轴头的轴径式:d≥A×3Pn则取轴径为65mm，与减速器输出轴相同。前端主动拖轮轴的中间段既要传递转矩，又要承受筛筒和拖轮轴自身的重量产生的弯矩，按弯扭合成强度计算前端主动拖轮轴中间段，实心轴按弯扭合成强度计算公式为:σ=10d≥式中:d___轴的直径，mm;M___轴在计算截面上的合成弯矩，N·mm;T___轴在计算截面上的转矩，N·mm;[σ−1a___根据切应力变化性质而定的校正系数:切应力按对称循环变化时，a=1,切应力按对脉动循环变化时，a=[由于垃圾分选机，前端主动拖轮轴的切应力是有重力产生，属于对称循环变化，则a=1。由计算可以得知，筛筒的重量为1747+160=1907(kg)，按四个拖轮平均承担筛筒重量，则单个拖轮承受的重量为1907÷4=477(kg)，又知单个拖轮重32kg。则前端主动拖轮轴承受的重量为477+32=509(kg)，又知拖轮宽100mm，两端设计60mm间隔，以轴承边缘为支撑点，假定载荷为集中载荷，则轴的最大弯矩为:M=m·g·l=509×9.8×(60+100÷前端主动拖轮轴的传递的转矩为:T=9.55×106×Pn45钢正火和回火时,[σ−1]则前端主动托轮轴中间段轴径为:d≥3动力输入端轴头开18mm宽，长100mm的键槽，安装平键传动。轴与托轮也采用键链接传动，轴上键槽为22mm宽，100mm长。由此前端主动拖轮轴如图2-13所示。图2-13前端主动托轮轴3.4.3轴承的选择轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。通常使用的是滚动轴承。按照承受载荷的方向和公称接触角口值来划分，滚动轴承可分为向心轴承、向心角接触轴承、推力轴承和推理角接触轴承。由于整个机构有5°倾角，受力分析知轴承会有5°的接触角。根据载荷方向，选择向心接触轴承中的圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承可以承受以径向载荷为主的径、轴联合载荷，外圈可以分离，内圈和外圈可以分别安装，在安装和使用过程中，可以调整轴承的径向和轴向游隙，一般成对使用。根据均分承担载荷原则，前端主动托轮轴承受的重量为437+32=469(kg)，又知前端主动传动轴中间段重为12kg。则一对轴承承担总重为469+12=481(kg)。则单个轴承静载荷为:P=mg=4812同时根据轴的结构,选择内径80mm的圆锥滚子轴承30216(GB/T297-1994)。3.4.4安装及其他部件设计根据轴、轴承设计轴承座、轴承盖和隔套等部件。在轴承靠近轴承座两端外侧安装油封，防止灰尘等异物进入轴承内部，影响传动效率。3.4.3后端主动托轮组的设计在传动长轴的后端,通过万向节联轴器联接后端主动托轮轴。和前端主动托轮相同，后端主动托轮除了传动轮作用之外，同时也起作支撑轮的作用。后端主动托轮轴如图2-14所示。参照前端主动托轮组，后端主动托轮组结构与前端主动托轮组基本一致。图2-14后端主动托轮轴3.4.5支撑托轮组的设计传动轴的另一侧，有两个支撑托轮。支撑托轮是起着支撑筒转动的作用。除没有动力输入和输出轴头外，支撑托轮组的主体结构和主动托轮组一致。组装后支撑托轮组如图2-17所示。图2-17支撑托轮组3.4.6传动可靠性的校核根据整体设计,两托轮之间距离为945mm而托轮轴与筛筒中轴的距离为930mm(托轮半径与筛筒半径之和)，则两边几乎相等，筛筒轴和两托轮轴连线组成的三角形为等边三角形。由于筛筒倾角较小(倾角为5°)，近似为水平放置进行受力分析。筛筒静止时候受力如图2-18图(1)所示。垃圾分选机工作时，筛筒受力如图2-18图(2)所示。由受力分析知道，工作时增大了正压力。查表1-1-41,钢与钢的摩擦系数为0.15,而钢材与橡胶皮的摩擦系数为0.8.由于筛筒转速低(11r/min)，所以在高摩擦系数情况下，筒不会出现打滑现象。(1)静止受力(2)工作受力2-18传动受力示意图3.4.7传动联轴器的选择(1)主动托轮轴和减速器之间联轴器的选择根据轴的大小，主动托轮轴和减速器之间联轴器选用LT8GB/T4323-1984联轴器。(2)传动长轴两端联轴器的选择由于传动长轴比较长，而且机构有5°倾角，所以传动选用万向联轴器联接。根据传动长轴轴头直径为60mm，前端主动托轮轴和后端主动托轮轴的联接轴头也为60mm的特征，选用WSD8万向联轴器。3.5本章小结根据设计要求，选定城市垃圾圆筒筛分选机的电机，减速器和联轴器，并对分选机