【《某单曲柄往复式给煤机的结构设计》9000字】

1.2往复式给煤机的用途1.3给煤机的组成及工作原理1.4往复式给煤机的特点1.4.1往复式给煤机的特点1.5往复式给煤机的设计目的、基本要求及基本参数1.6本文所做的基本工作第2章往复式给煤机的总体设计2.1给煤机箱体尺寸的确定2.2给煤机整体结构布局2.3给煤机的受力分析2.3.1往复式给煤机的运行阻力2.3.2产生运行阻力的因素2.3.3曲柄连杆机构的运动分析第三章往复式给煤机减速器的设计3.1电动机的选择3.1.1选择电动机类型3.1.2选择电动机容量3.1.3确定电动机转速3.1.4传动装置的总传动比及其分配3.1.5计算传动装置的运动和动力参数3.2齿轮的设计及校核计算3.2.1第一对齿轮的设计3.2.2第二对齿轮的设计3.3轴的设计及校核计算3.3.1轴的设计及校核3.3.2轴的设计及校核3.3.3轴的设计及校核3.4轴承的选择与校核计算3.4.1轴上的轴承选择与校核3.4.2轴的轴承选择与校核3.4.3轴的轴承选择与校核3.5键的选择与校核计算3.5.1轴上键的选择与校核3.5.2轴上键的选择与校核第4章往复式给煤机其它部件的设计4.1底托板的设计及校核4.2托辊的设计及校核4.2.1托辊轴的设计及校核4.2.2轴承选择与校核第五章往复式给煤机的使用、安装、维护5.1往复式给煤机使用中存在的问题及改进措施5.2往复式给煤机的发展趋势结论参考文献1.2往复式给煤机的用途K型往复式给煤机主要应用的场合是煤炭，或者其他相对粘度小，琢磨性小的散装颗粒物的给料。在煤炭矿井及选煤厂中，通过给煤机的转运机构将煤炭等物料稳定安全的运送到相应的二级场所中。1.3给煤机的组成及工作原理如图1-1所示，电动机、联轴器、H形架、减速器、底板(给料槽)、连杆、托辊传动平台、漏斗闸门、传动平台是往复式给煤机的主要结构。1.4往复式给煤机的特点1.4.1往复式给煤机的特点1.5设计往复式的给煤机的目的、基本要求及基本参数随着能源企业的发展，在对相应的产品调研过程中发现，生产开采能力最大的K-4，其开采能力也仅有，并不能满足相应的生产开采企业的要求。因此，在此基础上我们根据企业生产要求设计出了、、的大型往复式给煤机。本文中，根据给煤机的应用场合、设计理念及原有产品在生产中存在的问题，设计了一台具有单曲柄的往复式给煤机设备，给料量设计为，往复行程为。1.6本文所做的基本工作1.完成往复式给煤设备装配图设计；2.完成主减速器等主要传动系统组件的零件图及装配图设计；3.完成产品各组件设计计算说明书。第2章往复式给煤机的总体设计在设计往复式给煤机的结构时，容积利用系数是给煤机的一个非常重要的参数。容积利用系数是往复式给煤机机体中煤的体积与给煤机整体槽体体积的比值系数。在给煤机料仓体积相同的条件下，容积利用系数越高，其生产能力越大。另外，如果容积利用系数过高，将会降低往复式给煤机的应用范围。现行K型往复式给煤机的设计容积利用系数为0.62，本文对该参数进行了优化，将容积利用系数设置成0.7，在相同的体积下，可以将生产能力大幅提高，同时，未将其设置成0.9以上，以避免降低往复式给煤机的适用范围。2.1给煤机箱体尺寸的确定式中2.2给煤机整体结构布局如图2-1所示图2-1给煤机整体结构布局图2.3给煤机的受力分析2.3.1往复式给煤机的运行阻力往复式给煤机机器的工作正常运行，主要克服其功耗。煤与底板的摩擦阻力当给煤机正行时；阻力分别是底板在托辊上的阻力和煤与底板的摩擦阻力当给煤机逆行时；2.3.2产生运行阻力的因素运行阻力的计算由资料可知相关的K型往复式给煤机的计算如下：式中逆行阻力：正行阻力：运行阻力按正行阻力和逆行阻力的均方值计算，即根据上述公式可知，在给煤机正常运行过程中比较小，可忽略不计。因此在设计计算过程中，重点校核计算摩擦阻力、。因此，给煤机在正常运行过程中所产生的阻力主要是机体中煤的重量与槽体仓口处的正压力，同时还有槽体内煤与机体的摩擦因数。通过以上分析，对给煤机进行节能优化时，我们需要考虑减少煤在出口处的正压力和降低煤与机体的摩擦力来实现设计目的。以下是往复式给煤机的运行阻力的公式计算：正行阻力：正行阻力：运行阻力：＝为了保证给煤机的正常运行，避免煤料与机体底板之间产生相对滑动，因此不能将二者之间的摩擦力取值过低。2.3.3曲柄连杆机构的运动分析图2-2曲柄连杆运动简图滑块行程因为设计的要求可以知道为，所以可以通过计算得出结论曲柄，连杆长，曲柄转速。参考文献[1]表41.1-24，得出底托板的运动速度为：第三章往复式给煤机减速器的设计3.1电动机选择3.1.1关于电动机的选择的类型在本设计当中，考虑到煤矿矿井环境中煤尘多、空气不流通、易发生可燃气体爆炸、振动噪声大，根据相关文献资料，参考文献[2]表23-1-101,选择YB系列隔爆型三相异步电动机。3.1.2对该电动机容量的选择他所需要的工作功率应为即传动系统的总效率为另外，在工作中会出现冲击振动，故要求电动机额定功率需要大于。参考文献[2],选用电动机的功率为。3.1.3确定电动机的转速连杆所需的转速本设计采用二级传动，其传动比范围为，故电动机转速的可选范围为参考文献[2]的表23-1-101，经过对比，将电动机转速设计为：参考文献[2]，最终选择YB160L1-6型电动机。3.1.4传动装置的总传动比以及分配（1）总传动比（2）分配传动装置各级传动比传动比可以采用取两级齿轮高速级，可参考文献[3]表2-1。对于一般展开式二级圆柱减速器，在齿轮材料，齿宽系数等参数大体相同情况下，齿轮的传动比可按以下公式计算分配：即代入式得3.1.5传动装置的计算运动和动力参数齿轮减速器的传动轴按照由高速级至低速级的顺序，将各轴依次定名为0轴（电动机轴），1轴，2轴，3轴，4轴；相邻两传动轴间的传动比可表示为，；各传动轴的输出功率为，，，；各传动轴的输出转矩为，，，。3.2齿轮的设计及校核计算3.2.1齿轮的第一对的设计接触疲劳极限应力、参考文献[4]，查图8－69参考文献[4]，应力循环次数由式(8－70)初步设计给煤机每日工作为20小时，每年工作为350天，预期寿命为10年。 则参考文献[4]，查阅图8-70得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）硬化系数参考文献[4]，查图8-71及说明接触强度安全系数参考文献[4]，查图8-27，按照一般可靠度查取 故的设计初值为 尺寸系数参考文献[4]，查图8-74安全系数参考文献[4]，查表8-27则 故 齿根弯曲强度足够。(4)齿轮其他尺寸计算与结构设计(参考文献[4]表8-4)1)小齿轮的相关尺寸2)大齿轮的相关尺寸参考文献[4]表8-31得知，当，选用腹板式结构取应大于，为齿全高3.2.2第二对齿轮的设计参考文献[4](1)选择齿轮材料查表8-1小齿轮采用调质表面淬火大齿轮采用调质表面淬火(2)按齿面接触疲劳强度设计计算按估取圆周速度;小轮分度圆直径d，由式（8-64）得查表并插值则载荷系数的初值弹性系数查表8-22得节点影响系数查图8-64得重合度系数查图8－65得许用接触应力由式（8－69）得接触疲劳极限应力、查图8－69应力循环次数由式(8－70)预设给煤机每天工作20小时，每年工作350天，预期寿命为10年 则查图8-70得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）硬化系数查图8-71及说明接触强度安全系数查图8-27，按一般可靠度查取 故的设计初值为 齿轮模数查表8－3取小轮分度圆直径的参数圆整值圆周速度查图8-57(3)齿根弯曲疲劳强度校核计算 由式（8～66） 齿形系数查图8-6小轮大轮应力修正系数查图8-68小轮 大轮重合度系数由式（8-67）许用弯曲应力由式（8-71）弯曲疲劳极限查图8-72 弯曲寿命系数查图8-73 尺寸系数查图8-74安全系数查表8-27则 故 齿根弯曲强度足够。(4)齿轮其他尺寸计算与结构设计1)小齿轮的相关尺寸2)大齿轮的相关尺寸根据表8-31得知3.3轴的设计及校核计算3.3.1轴的设计及校核(1)求输出轴上的转矩(2)求作用在齿轮上的力大齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）径向力、圆周力和轴向力的大小如下，方向如图3-2所示。小齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）径向力、圆周力和轴向力的大小如下，方向如图3-2所示。(3)确定轴的最小直径选取轴的材料为，调质处理，按式初估轴的最小直径，参考文献[4]表4-2，取，可得(4)轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-1所示2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段①直径；图3-12轴的结构简图。3）确定轴端倒角取。4）轴的强度校核当量弯矩如图3-22轴的计算简图Ⅱ校核轴的强度满足强度要求。3.3.2轴的校核及设计(1)求输出轴上的转矩(2)求作用在齿轮上的力输出轴上齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）(3)确定轴的最小直径(4)轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-3所示图3-31轴的结构图2)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度3)确定轴端倒角取。4)轴的强度校核图3-42轴的计算简图Ⅱ校核轴的强度轴的计算应力为满足强度要求。3.3.3轴的设计及校核(1)求输出轴上的转矩(2)求作用在齿轮上的力输出轴上齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）圆周力、径向力和轴向力的大小如下，方向如图3-6所示。(3)确定轴的最小直径(4)轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-5所示2)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段①直径，。轴段②直径，。图3-53轴的结构简图轴段③直径，。轴段④直径。轴段⑤。轴段⑥直径，。3)轴上零件的周向定位取齿轮与轴的配合为。4)确定轴端倒角取。5)轴的强度校核Ⅰ求轴的载荷支反力水平面，垂直面，弯矩和水平面垂直面合成弯矩扭矩当量弯矩图3-63轴的计算简图Ⅱ校核轴的强度轴的计算应力为满足使用要求。3.4轴承的选择与校核计算3.4.1轴上的轴承选择与校核满足使用要求。3.4.2轴的轴承选择与校核3.4.3轴的轴承选择与校核(1)轴承的支反力：水平支反力，垂直支反力，合成支反力(2)轴承的寿命因，，，由表3-1、表3-2查得，满足使用要求。3.5键的选择与校核计算3.5.1轴上键的选择与校核选择平键截面尺寸，取齿轮与轴的配合为。其挤压强度计算公式为：键的材料一般采用抗拉强度极限的精拔钢制造，常用材料为号钢，轴的材料一般为钢；而轮毂材料可能是钢或铸铁。表3-3轴联接的许用挤压应力该键满足强度要求。该键满足强度要求。3.5.2轴上键的选择与校核选择平键截面尺寸，取齿轮与轴的配合为。该键满足强度要求。第4章往复式给煤机其它部件的设计往复式给煤机的主要结构架，包括机架及箱体，由Q235钢板和角钢通过螺栓连接或焊接的方式组合在一起。根据本文所设计的参数，给料量为，往复行程为，初步确定相应的箱体、机架的基本形状和尺寸。设定箱体高度为，宽度为。其结构简图如图4-1所示：图4-1给料机的结构简图4.1底托板的设计及校核如图4-2所示1——角钢12——角钢23——底托板4——钢板图4-2底托板示意图作为往复式给料机的主要承重结构件，底托板在工作工程中一直处于受到不稳定的高压手里状态，因此，在设计底托板时，因重点校核其刚度和强度。由(2-4)可知,给煤机机槽体内煤的质量为，则。根据材料力学的相关知识，对底托板进行受力分析，作出剪力图、弯矩图，经计算得出B截面所受的弯矩最大，因此B截面是底托板的危险截面。图4-3底托板的结构受力分析图底托板的材料为，参考文献[4]表4-1，查得，因此经上述计算校核，底托板的弯曲强度满足设计要求。4.2托辊的设计及校核4.2.1托辊轴的设计及校核(1)输出轴上的转矩(2)作用在托辊上的力由以上计算可知，给煤机机槽体内煤的质量：；底托板质量：。所以作用在托辊上的垂直力为：因为作用在托辊上的水平力为：(3)确定轴的最小直径轴的材料为号钢，经过调质处理，按式可初步估算轴的最小直径，参考文献[4]查表4-2，取，可得(4)轴的结构设计1)拟定输出轴上零件的装配形式装配形式如图4-4所示图4-4轴的结构图2)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度经初步估算，得出各轴段的尺寸长度为3)各轴端倒角按要求取。4)轴的强度校核Ⅰ求轴的载荷在对轴进行校核计算时，首先根据力学相关知识，确定轴上各支撑点，对其做简化的受力分析，作出轴的受力计算简图（见图4-5），并根据受力计算简图作出相应的弯矩图和扭矩图，按照相应的公式计算其受力工况。图4-5轴的计算简图Ⅱ校核轴的强度所设计轴采用的的材料为号钢，经过调质处理，参考文献[4]表4-1,可查得，因此，即，取，经过计算轴的计算应力为根据上述结果，可得出轴满足强度要求。4.2.2轴承选择与校核根据轴的相关结构参数，参考文献[6]表24.2-15可得知，采用30212型号圆锥滚子轴承。(1)轴承的支反力：(2)轴承所承受的轴向载荷：第五章往复式给煤机的使用、安装、维护5.1往复式给煤机使用中存在的问题及改进措施本文所涉及K型往复式给煤机，具有结构尺寸简单、效率高、工作稳定等优点。但与此同时，往复式给煤机仍然还存在诸多缺点，为了提高整个给煤机系统的特点，使其适应日益苛刻的工作环境及使用要求，在其基础上对其进行了诸多方面的优化改进，具体改进措施如下：(1)根据给煤机的容积利用系数，改进了相关的尺寸参数，包括机架及机槽部分，既提高往复式给煤机的使用性能，同时拓宽了其应用范围。(2)对给煤机出口处进行设计改良，避免底板直接受到来自舱内煤的压力，从未降低了给煤机工作运行中所受到的阻力，提高了在系统整体的效率，降低了能源损耗。(3)优化后的传动系统，包括减速器及曲柄连杆机构，在正常工作运行中保证了系统的平稳,同时减低了噪音污染。(4)减速器之后没有直接与连杆相连，而是通过一套曲柄连杆机构，因此，减速器的输出轴没有受到直接来自连杆的作用力，优化了减速器的工作环境，提高了减速器的正常使用寿命。(5)将给煤机自身箱体部分与托辊相连，改善了给煤机底板的平稳运行状态，优化了底板受力条件，提高了给煤机整体系统的强度和刚度。5.2往复式给煤机的发展趋势随着我国工业化进程的不断加快，对工业基础制造业提出了诸多要求，随着煤炭等能源产量的增加，能源开采效率十分重要，使得现有的小型煤炭开采运输设备远远跟不上上游企业所要求的生产效率，因此，开发多种类、多型号、高效率的煤炭开采设备已十分必要。目前我国已从开发小型矿井转入开发大规模矿山中，大型开采设备在各企业受到足够的重视。大型往复式给煤机的研发、设计、制造等环节不容忽视，尤其需要注意大型设备的安全稳定运行，包括整体系统的安全可靠性，刚度，强度等设计参数的计算校核。此外，目前的每台开采企业大多采用单体式开采设备，而使用多平台协同操作，既可以提高产能，同时也便于整个系统各组件之间的互换性要求，便于维修，大大降低了企业的运营成本。另外，由于矿山、矿井环境的恶劣，粉尘、瓦斯等对人体产生了极大的危害，随着科学技术的不断发展，将现行的人工操作平台改为无人操作平台，这就要求整个开采系统的开发需要国家和下游企业投入资金和精力。结论我本次的毕业设计题目为往复式给煤机的优化设计，在K型往复式给煤机的基础上，做出了诸多的优化设计：(1)对关键部位进行了相应的改善优化，根据给煤机的容积利用系数，改进了相关的尺寸参数，包括机架及机槽部分，既提高往复式给煤机的使用性能，同时拓宽了其应用范围。(2)针对往复式给煤机的减速传动系统、平面连杆机构、托辊等进行了优化分析。对其中主要受力零件进行受力分析，进行相应的强度校核。根据产品的性能以及材料方面的相应理论，结合材料常见的失效形式，给煤机各组件之间的相互配合影响关系，给出了相应的产品设计方法。(3)将给煤机机体与托辊紧密的固定在一起，提高了整个系统的刚度，降低了振动和噪声污染。(4)减速器之后没有直接与连杆相连，而是通过一套曲柄连杆机构，因此，减速器的输出轴没有受到直接来自连杆的作用力，优化了减速器的工作环境，提高了减速器的正常使用寿命。本文所做的设计借鉴了众多学者的优秀理论实践成果，同时，在此基础上，融入了自己的思想实际方法，对原有往复式给煤机的关键部位做了优化设计，强度刚度校核，使其适应领域更高，产能效率更高。然而，由于时间有限，本次设计在实际生产制造过程中仍有很多问题。在本次毕业设计当中，我学到了很多终身难忘的知识，学会如何查阅相关文献，深入理解原有设计，根据现有的实际环境，寻找设计中存在的问题，在此基础上，添加了自己大胆的想法，将自己的设计理念融入到原有的设计，通过对比计算，找出优化后的设计具备的优良特性。在此过程中，通过与老师、同学反复的沟通，形成了自己的一套设计理念，会对以后的工作学习提供极大的帮助。但是，由于时间有限，并没有十分充足的掌握设计中存在的理论知识，仍然存在一些问题，望各位老师和评审在评阅后提出更多的批评和改正，我将在此后的工作学习中及时完善，提升自己的能力。参考文献[1]王启义.中国机械设计大典(第4卷).南昌:江西科学技术出社,2002.1[2]成大先.机械设计手册(第5卷).北京:化学工业出版社,1999.1[3]王大康、卢颂峰.机械设计课程设计.北京:北京工业大学出社,2001.1[4]王洪欣、李木等.机械设计工程学[Ⅰ].徐州:中国矿业大学社,2001.1[5]王洪欣、李木等.机械设计工程学[Ⅱ].