赵永鹏毕业设计说明书 (2).doc

950可逆轧机机械设计

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950 可逆 轧机 机械设计
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辽宁科技大学毕业设计任务书课题名称950可逆式轧机压下系统的设计课题类别设计类论文类课题来源生产实际 科研实际社会实际其它来源毕业设计(论文)要求、设计参数、各阶段实践安排、应完成的主要工作等一、毕业设计要求1撰写设计说明书要求:1)绪论及设计方案的确定:方案选择正确、论证充分;2)压下系统参数的计算与电机选择并校核,减速器与联轴器选择计算等;3)主要零部件强度计算:重点蜗轮蜗杆、压下丝杠螺母强度计算与校核等;4)润滑、密封、安装及设备可靠性与经济性评价;5)设计说明书撰写要求符合辽宁科技大学毕业设计撰写规范。2绘制工程图纸要求:总装配图1张、部件装配图1-2张、零件图3-4张。所绘图纸全部采用计算机绘图,图面质量符合机械制图国家标准GB的规定与要求,达到工程使用标准。二、设计参数:原料规格:280x280/280x380/320x410 mm 轧制力:20MN 轧辊直径:9001050mm 轧制速度:05.5m/s 轧辊最大开口度:550mm 下辊轴向调整量:5mm压下速度:10-80mm/s 轧辊转速:070-120r/min三、各阶段时间安排、应完成的主要工作 第1- 2周:设计调研、收集资料(包括外文资料)、设计方案的确定论证;第3- 6周:设计计算:压下系统参数的计算与电机选择并校核,减速器与联轴器选择计算等;主要零部件强度计算:重点蜗轮蜗杆、压下丝杠、压下螺母强度计算与校核等;第7-10周:绘制图纸,包括总装配图1张、部件装配图1-2张、零件图3-4张。 第11周:编制、打印设计说明书;图纸审查与输出; 第12周:毕业设计互审、答辩准备;答辩。 指导教师(签字):年 月 日院长(系主任)(签字):年 月 日2辽宁科技大学本科生毕业设计 第IV页950可逆式轧机压下系统的设计摘要随着世界经济的迅猛发展,市场对钢铁的需求量随着提高,对质量的要求也不断的提高,轧钢生产中,初轧机无可替代,初轧机起着很关键的作用,而在初轧机中,压下系统装置尤为重要,此文中设计的是950可逆式轧机的压下系统。在文中大致的介绍初轧机发展的情况以及发展的趋势,了解950可逆式轧机的主传动,考虑压下螺丝的阻塞问题,确定了950可逆式轧机的压下系统的方案选择,通过950钢坯轧制表中断面尺寸和压下量计算轧制力,确定压下系统合适的电机、减速机、联轴器、以及压下系统中重要的零件部分,压下螺丝和压下螺母的尺寸,通过计算对压下螺丝和压下螺母进行校核,除此之外,设计合适尺寸的蜗轮蜗杆,最后说明一下机械设备的润滑、环保、以及经济性分析。关键词:压下系统;涡轮蜗杆;校核Design of 950 reversible mill systemAbstract With the rapid development of the world economy, market demand for iron and steel with the increase, of quality requirements are also constantly improve rolling production, blooming mill is irreplaceable, blooming mill plays a very crucial role, and in blooming mill, the pressure system device is particularly important. In this paper, the design of the is Phi 950 reversing mill pressure system. In this paper we introduce the bloomingmill development situation and development trend, understand the main drive with 950 reversible rolling mill, considering blocking screw, determine the choice of the 950 reversible rolling mill press down system, the section size of phi 950 billet rolling table and calculating rolling force, pressure system determine the appropriate motor, reducer, coupling, and some important parts of the system under pressure, pressure screw and nut size under pressure, through the calculation of the pressure screw and nut pressure check, in addition, the design of suitable worm size, the analysis of mechanical equipment lubrication, environmental protection, and economic.Keywords: pressure system;turbine worm;check目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 初轧机的作用和生产要点11.2 我国初轧机的发展情况11.3 初轧机的发展趋势11.4 950可逆式轧机性能11.5 压下系统的作用及种类21.6 压下螺丝的阻塞事故及压下螺丝的自动旋松21.7 课题的研究内容与方法32 设计方案的确定42.1 压下装置的选择42.2 压下电动机的选择42.3 压下系统减速器及联轴器的选择52.4 压下螺丝和压下螺母的选择52.4.1 压下螺丝的选择52.4.2 压下螺母的选择53 力能参数的计算63.1 平均单位压力63.1.1 轧制时接触弧上平均单位压力63.1.2 轧制力矩的计算104 压下装置的设计及计算134.1 压下螺丝的设计计算134.1.1 压下螺丝螺纹外径的确定134.1.2 压下螺丝最小断面直径d的计算134.1.3 压下螺丝的校核144.1.4 压下螺母的计算及校核144.2 压下螺丝的传动力矩154.3 压下电动机的选择174.4 压下装置自锁的校核及松脱的措施185 蜗轮与蜗杆的设计195.1蜗轮的设计195.2 蜗轮的校核225.3 热平衡计算226 主要零件的强度校核246.1 蜗杆轴的强度校核246.1.1 蜗杆所受载荷的计算246.1.2 蜗杆轴支点受力分析246.1.3 蜗杆轴上力矩的计算256.1.4按弯扭合成校核轴的强度266.1.5精确校核的疲劳强度276.2键的强度校核316.2.1键的选择316.2.2键联结强度的计算316.3轴承的寿命计算326.3.1轴承的选择326.3.2寿命计算337 轧钢机械的润滑367.1 轧钢机械的润滑367.1.2 润滑的方法367.1.3 润滑的功能367.1.4 950可逆式轧机部件的润滑方式368 设备的可靠性与经济性分析388.1设备的平均寿命388.2设备的有效度38 8.3设备的经济寿命38结束语39致谢40参考文献41第 41 页辽宁科技大学本科毕业设计1 绪论1.1 初轧机的作用和生产要点 1、初轧机的作用: 最短的时间里,初轧机是用最少的轧制道次,使钢锭轧制成规定尺寸的高品质高精度的坯材的一种轧机。 2、生产要点: 在不会产生裂纹的范围内,提高压下量,确定合适的钢坯尺寸关系,轧辊的调整和轴承的安装维修精度要高。让轧辊能够充分冷却,但一定要防止钢坯降温,正确的孔型设计,并且操作必须要熟练。1.2 我国初轧机的发展情况 20世纪70年代初期,初轧机的轧辊的直径增大到1500mm,1959年,我们国家开始对开坯机开始独立设计,制成的开坯机有700mm、750mm、825mm、850/650mm、等初轧机。20世纪80年代,连铸技术迅猛发展,在发展的同时,连铸连轧的生产工艺和设备逐渐完善,初轧机职能开始转变成配合连铸,弥补连铸关于钢种方面和和规格方面的不足。我国拥有1000mm以上的大型的初轧机有七套,除此,750850mm小型的初轧机有八套,一把用于合金钢厂,650mm轧机是中小钢厂的主要开坯设备。整体看来,随着科技的迅猛发展,我国轧钢机械正在往连续高速度、自动化、大型化方向发展。1.3 初轧机的发展趋势 随着改革开放,我国的钢铁事业迅猛发展,工艺流程逐渐优化,初轧机整向着自动化、高速化方向发展,并且现在正向着连续、大型、紧凑、这些方面发展。目前初轧机自动化发展较快,已逐步采用了自动控制,在生产中,提高了钢坯的质量,时间上,缩短了辅助机械工作的时间,除此以外,初轧机大型化是指正向着大辊径。大功率迈进,最高的年产量可达500600万。1.4 950可逆式轧机性能 950可逆式轧机性能: 轧机型式:二辊可逆式轧机 原料规格:mm 轧辊直径:9001050mm 轧辊重量:22.747t 辊颈直径:560mm 轧制速度:05.5m/s 轧辊最大开口度:550mm 下辊轴向调整量:5mm 压下速度:10-80mm/s 轧辊平衡形式:液压 轧辊材质:60CrMnMo锻钢 轧辊转速:070-120r/min 轧辊轴承型号:四列滚子轴承FCD1121646301.5 压下系统的作用及种类 压下装置是轧辊调整装置,它的作用是调整轧辊相对于机架中的位置,来确保要求的压下量、精确的轧件尺寸和正常的轧制条件。压下装置种类很多,包括:手动的、电动的和液压的。一般情况下,手动压下装置用在型钢轧机上。小带钢轧机也可以使用这种的压下形。1.6 压下螺丝的阻塞事故及压下螺丝的自动旋松 1、如果压下行程很大,压下速度高,并且是不带钢压下,这样生产时很容易发生压下螺丝阻塞事故,一般主要是由于压下量特别大,或者由于误操作使两辊过分压靠或上辊超限提升造成的,压下螺丝无法退回,此时压下螺丝上的载荷超过了压下电机允许的能力,电动机无法启动。在轧机设计时,考虑发生阻塞事故时的回松措施是十分必要的,在设计时,回松力可按每个压下螺丝上最大轧制力的1.62.0倍考虑。 2、压下螺丝自动旋松问题一般发生在初轧机上,在轧制过程中,停止转动的压下螺丝自动旋松,辊缝值产生变动,导致轧件的厚薄不均,对轧件质量造成很大影响。压下螺丝回松的原因是:为了能使初轧机的快速压下,压下螺丝的螺距取得较大,螺丝升角大于或接近螺丝、螺母间的摩擦角,加上采用圆柱齿轮传动,因此在轧制过程中压下机构的自锁容易破坏。加大螺丝的摩擦阻力矩是防止螺丝自动旋松的主要办法。并且,不采用过大的压下量和咬入速度以及减小冲击,对防止压下螺丝自动旋松是有利的。1.7 课题的研究内容与方法此次毕业设计的内容是鞍钢大型厂的可逆式轧机压下系统的设计,我设计的主要内容有轧制力矩的计算、压下系统的装置及计算、主要零部件的校核,其中主要零部件的计算包括:压下螺丝螺母的强度计算和校核、蜗轮蜗杆的计算和校核。 设计方法:通过到鞍钢大型厂实习,让我对950可逆轧机外形有了初步的了解。通过现场的工程师对轧机讲解,我有了更深一步了解,也对该轧机的压下系统有了更深的认识。我通过鞍钢的工程师了解到可逆式轧机的压下装置构造。这对于我的设计有很大的帮助。确定方案,计算合适压下系统参数、选择合适的电机、减速器和联轴器。并绘制图纸,完成说明书。2 设计方案的确定2.1 压下装置的选择 1、对于950可逆式轧机的压下装置,在轧制的过程中,金属产生塑性变形,上轧辊必须快速、大行程、每一个道次都要上下移动,因为950可逆式轧机的压下装置属于径向调整装置因此设计时,选用快速电动压下装置,对于快速压下装置,就是利用压下螺丝和压下螺母来移动轧辊。图中1:电机 2:联轴器 3:减速器 4:压下螺丝 5:蜗轮蜗杆图2.1压下机构简图 2、快速压下装置工艺特点: 轧机的工作行程大、快速并且频繁地对轧辊进行升降,在轧辊调整时,不“带钢”压下,即不带轧制负荷压下。 因此,对压下装置来说,它的传动系统惯性要求必须要小,因为这样便于在频繁的启动或者频繁的制动情况下能够完成快速调整;由于工作条件繁重,要求要有较高的传动效率和工作可靠性,确保稳定运行。2.2 压下电动机的选择 电动机有交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机能够在重负载条件下,能够保持均匀、平滑的无级调速,并且调速的范围很宽,起动力矩大,经济实用。所以,适合要求均匀调节转速的重载机械,选用直流电动机拖动是极好的。所以950可逆式轧机选择直流电动机。2.3 压下系统减速器及联轴器的选择1、 减速器的作用是为了降低转速、传递动力、增大转矩。减速机这种减速传动装置在现代机械广泛应用。一般有齿轮减速器,蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器。涡轮蜗杆的优点是工作平稳,结构紧凑,传动比很大,并且,具有自锁功能,传递中能够旋转90度方向。能满足快速压下的要求,所以该设计可以用蜗轮蜗杆减速器。 2、在近代轧钢机或大型轧钢机的传动系统中,广泛地采用齿轮联轴器。这是因为齿轮联轴器的结构简单、紧凑,制造容易并具有很高的精度,摩擦损失小,能传递很大的扭矩,有良好的补偿性能和一定程度的弹性等特点。所以本设计采用齿轮联轴器。【2】2.4 压下螺丝和压下螺母的选择 在轧机中压下螺丝和压下螺母是电动压下装置中的非常重要的零件。压下螺丝和压下螺母的选用也是至关重要的2.4.1 压下螺丝的选择压下螺丝,广泛用于中厚板轧机、板带轧机、初轧机等轧机,因其辊缝调节速度快。承载能力大。压下螺丝安全可靠,对于整个轧机的稳定作业率关系很大,压下传动螺纹副在可以调节辊缝大小在过平衡力作用,静止状态下压下螺丝传递轧制力或轧制力矩。防止上辊平衡装置的过平衡力,在旋转时防止端部的磨损,并且使上辊轴承有自动调位能力。通常压下螺母都要承受巨大的轧制力,所以要用高强度的材料在作为原料,同时由于压下螺母和蜗轮是一体的,所以选择ZCuAl10Fe3。2.4.2压下螺母的选择 在轧钢机座中,压下螺母是重量较大的非常容易损坏的零件。压下螺母一般用比较贵重的高强度的青铜(ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1)或黄铜(ZHA166-6-3-2)铸造而成。近年来,我国大型轧机使用广泛的是组合式螺母,这样是为了节省有色金属。被加箍的螺母,相对来说比较经济,其工作性能不次于整体的铸青铜螺母。因此,该设计选用无锡青铜ZQAL9-4的双镶套螺母。【1】3 力能参数的计算3.1 平均单位压力 典型的钢件:20CrMnTiH含量:如下表3.1为950钢坯轧制图表: 表3.1 950钢坯轧制图表 (mm) 铸坯规格:280380 道次 孔型 指针 读数 断面尺寸 压下量 宽展量 高度 宽度 0 380 280 1 I 180 330 50 2 I 120 270K 300 60 20 3 I 100 240 60 4 I 30 180K 300 60 30 5 III 110 240 60 6 III 60 190K 200 50 20 7 III 30 160 200 40 103.1.1 轧制时接触弧上平均单位压力 因为接触弧上单位压力的是分布不均匀的,为了便于计算,一般均以单位压力的平均值平均单位压力来计算轧制总压力。 从文献1可知,计算轧制时的平均单位压力:(3.1)式中:考虑外摩擦对单位压力的影响系数; k轧制材料在静压缩时变形阻力,MPa; 轧件粘性系数,kgs/mm; u变形速度,s。计算第一道次: m=(3. 2)式中:摩擦系数。钢轧辊=1.05-0.0005t; t轧制温度;t=1110; h、h轧制前后轧件的高度,mm; R轧辊半径,mm; =1.05-0.00051110=0.50 R=950/2=475mm h=380mm,h=330mm数据代入公式(3.2)中得: m=0.0891、Pomp热轧方坯的试验数据,可以得到(MPa)的计算公式:k=(14-0.01t)(3.3)式中: t轧制温度,;碳的质量分数,%;(Mn)锰的质量分数,%;(Cr)铬的质量分数,%; 把数据代入公式(3.3)中:k84.1232、轧件的粘度系数(s/)计算: =0.01(14-0.01t)c(3.4)式中: 考虑轧制时轧制速度对粘度系数的影响系数,由文献1可知,其值如下:表 3.1 轧制速度系数c轧制速度v/(ms-1)661010151520系数c1.00.80.650.60 即最大轧制速度: =1103.140.95/60 m/s 5.469m/s6m/s取c=1.0由公式(3.4)计算得=0.01(14-0.011110) 1.0=0.029 kgs/mm3、轧制过程中变形速度:u(3.5)式中: v 轧制速度,mm/s; h,h轧制前、后轧件的高度,mm;R 轧辊半径,mm。h= h-h=380-330=50mmv=5.5m/s代入(3.5)式得:u5.027 s代入(3.1)式得:p=(1+m)(k+u) =(1+0.089)(84.123+0.0295.027)=91.77MN同理,依次代入计算出其它道次的数据,列表3.2 表3.2 各道次数据道次 m k (kgs/mm) () 1 0.089 84.123 0.029 5.027 91.77 2 0.105 87.024 0.030 6.516 96.378 3 0.122 92.826 0.032 7.240 104.411 4 0.163 98.627 0.034 9.308 115.071 5 0.132 104.429 0.036 7.240 118.509 6 0.170 110.230 0.038 8.30 129.338 7 0.204 116.032 0.040 8.867 143.973轧制平均单位压力与轧件和轧辊接触面积乘积便是轧件对轧辊的总压力 (3.6)接触面积F的一般形式为: (3.7)式中:l 接触弧长度的水平投影; b0、b1 轧制前后轧件的宽度。由文献1可知,(不考虑弹性压扁)接触弧长度的水平投影公式为: (3.8)式中:R 轧辊半径;h 压下量。代入式(3.7)、(3.8)中得: 将F代入式(3.6)中得: 同理其余道次,列表3.3表3.3 各道次数据(mm)道次 l 1 280 280 280 50 154 3.96 2 280 300 290 60 169 4.723 3 270 270 270 60 169 4.764 4 270 300 285 60 169 5.542 5 180 180 180 60 169 3.605 6 180 200 190 50 154 3.784 7 190 200 195 40 138 3.8743.1.2 轧制力矩的计算一般情况下,在轧钢生产中对于简单的轧制过程,轧制压力的作用下,轧件发生塑性变形,此时,作用力与反作用力的方向相反,力的大小相等,因此两个轧辊对轧件产生的法向作用力、和产生的摩擦力、的合力、大小相等而方向相反,力的作用点在一条直线上,该直线垂直于轧制中心线,轧件平衡,由文献1可知,如图3.1所示:图3.1 简单轧制时作用在轧辊上的力由文献1可知,一个轧辊的力矩为轧制力矩M与轧辊轴承处摩擦力矩M之和; (3.11) 式中:轧制力;轧制力臂,对轧件法向力和摩擦力产生的合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离;轧辊轴承处摩擦圆半径;轧辊直径;轧辊轴颈直径;合力作用点的角度;轧辊轴承摩擦系数:950可逆式轧机选用胶木,=0.010.03,取=0.022柴列科夫认为热轧时:=(由文献1可知)式中:力臂系数,假定在接触弧的中心是总轧制压力作用点,用力臂系数表示; 咬入角,(1-) 其中根据以上公式计算第一道次: (1-)= arcos(1-)=a=sin=sin=求轧制力矩 求轧辊轴承处摩擦力矩 代入公式(3.11)求单轧辊驱动力矩为 M= M+ M= 双轧辊驱动力矩为 =2 M=将数据分别代入算出其它道次,列表3.4表3.4 各道次数据 道次 (mm) sin P (MN) M(10Nm) M(10Nm) M(10Nm)(10Nm) 1 5018.672 0.162 3.81 2.932 0.235 3.282 6.564 2 6020.472 0.178 4.732 4.001 0.291 4.292 8.584 3 6020.472 0.178 4.764 4.028 0.293 4.321 8.642 4 6020.472 0.178 5.542 4.686 0.341 5.027 10.054 5 6020.472 0.178 3.605 3.048 0.222 3.27 6.54 6 5018.672 0.162 3.7842.912 0.233 3.145 6.29 7 4016.686 0.145 3.874 2.668 0.2392.907 5.8144 压下装置的设计及计算4.1 压下螺丝的设计计算4.1.1 压下螺丝螺纹外径的确定 通常,由头部、本体、尾部三部分组成压下螺丝。与上轧辊轴承座接触的是压下螺丝的头部,承受辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力;与压下螺母配合的是压下螺丝本体部分的螺纹,来传递运动和载荷。压下螺丝螺纹带有有锯齿形和梯形两种,由于选用快速压下装置,所以选用锯齿形更为合适,承受电动机驱动力矩的是压下螺丝的尾部。压下螺丝参数是螺纹部分的外径和螺距,按国家标准选择。压下螺丝的由最大轧制力决定。压下螺丝的纵向弯曲忽略不计,因为其细长比很小。因为压下螺丝和轧辊辊径承受轧制力的大小相等,所以,二者之间存在着以下的关系: d(0.550.62)dg (4.1)式中:d 压下螺丝外径;() dg 辊颈直径;()代入公式(4.1)取,取,压下螺丝的螺距一般对开坯机来说,螺距取,所以螺距取32。4.1.2 压下螺丝最小断面直径的计算由最大轧制压力决定压下螺丝直径的大小。由文献1可知,压下螺丝最小断面直径d由下式决定:d=(4.2)式中:作用在螺丝上的最大轧制力;() 压下螺丝许用应力。锻造碳钢通常作为压下螺丝的材料,其强度限约为=,当取安全系数n=6时,许用应力为R=100120MPa,取R=110。 P=10公式(4.2)代入数据计算:d=3404.1.3 压下螺丝的校核由文献5可知,查出压下螺丝:内径中径d=由螺纹外径d确定出其内径d后,压下螺丝的强度便可按照强度条件来进行校核。 = (4.3)式中: 压下螺丝实际计算应力;()压下螺丝所承受的轧制力;()压下螺丝材料的许用应力;() = (4.4) 式中: 强度极限 为安全系数, 其中n6。压下螺丝材料为,因此=所以代入公式(4.4)=()6=(100120)把数据代入公式(4.3)中计算得:=,所以压下螺丝校核合格。4.1.4 压下螺母的计算及校核 压下螺母的的外径D和高度H是主要尺寸。根据螺母的端面与机架接触面间的单位压力为6080选取压下螺纹的外径D,一般取D=()。即: 按螺纹的许用单位压力为15-20能够确定压下螺母的高度H,由文献4公式可知,这时H=(1.22)d。即: =根据H=Zt,可求出Z,即 Z=18.75 一般选青铜材质作为压下螺母的材料,因此要按照螺纹的挤压强度来确定,因为青铜的薄弱环节是挤压强度比较低,其挤压强度条件如下: (4.5) 式中: P1 压下螺母上的最大作用力; 压下螺丝的螺纹外径;()压下螺丝的螺纹内径;()压下螺母与螺丝的内径之差。()=d-d=0.400-0.260=0.14m p压下螺母材料的许用单位压力,p=。数据代入公算得: =p,所以压下螺母校核合格。4.2 压下螺丝的传动力矩转动压下螺丝所需的静力是压下螺丝的阻力矩,它包括止螺纹之间的摩擦力矩和推轴承的摩擦力矩。由文献1知如下图:图6.1 压下螺丝受力平衡图由文献1可知,其计算公式是:(4.6)式中:止推轴承的阻力矩; 螺纹摩擦阻力矩。止推轴承阻力矩,实心轴径为:=(4.7)式中:作用在一个压下螺丝上的力;对滑动止推轴承可取,取;压下螺丝止推轴颈直径。=300=0.3设计时一定要考虑压下螺丝阻塞问题,在解决压下螺丝阻塞事故时,压下螺丝所受的力大约是正常轧制力的倍。该设计取1.8。因此:=公式(4.7)代入数据计算得:=270螺纹摩擦阻力矩M:M=Ptan()(4.8)式中:螺纹中径;() 螺纹上的摩擦角,即=,为螺纹接触面的摩擦系数,一般取,故=540=5.67;螺纹升角,压下时用负号,反之正号,按提升算,t为螺距。=1.46数据代入(4.8)、(4.6)公式计算得:M=Ptan()=416.3M=M+M=270+416.3=686.34.3 压下电动机的选择压下电机选用直流电机。 压下螺丝的传动电动机功率为:N=(4.9)式中:M转动压下螺丝的静力矩;()n 电动机额定转速;(r/min)i 传动系统总速比;传动系统总的机械效率。根据参考文献5,表4.29,蜗轮蜗杆传动效率取,联轴器的效率为,轴承效率为,所以总的效率为:压下螺丝最大转速:n=(4.10)根据公式(4.10)计算得:n= I总 传动系统总速比,i总=26.5电机转速: 由参考文献2,附表4037,根据电机的功率及额定转数选用型号为型电机,其额定转数ne=rmin-1,额定功率为Ne=KW把数据代入公式(4.9)中得:N=所以压下电机的总功率为:取电机的安全系数为2,则 所以,选用电机满足要求。4.4 压下装置自锁的校核及松脱的措施 如果,冲击、震动或是变载荷的作用多次发生,即使螺丝与螺母拧紧,头部等支撑面上的摩擦力有防松作用,也会联接松脱,因此,在承受高温的环境时,950可逆式轧机的压下螺丝和螺母的材料会受到很大影响,如蠕变、应力松弛,因此,压下装置设计时,自锁是所必要的校核,由文献5可知,自锁的校核公式:(4.11)式中:螺纹升角,=2.361;当量摩擦角。螺纹摩擦角,所以,压下装置自锁校核合格。5 蜗轮与蜗杆的设计5.1蜗轮的设计1、根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗轮(ZI)2、选择蜗轮材料 杆的材料可以用45#钢,45#钢综合性比较好,在传递功率不大,旋转的速度中等情况下很实用。设计中考虑蜗轮与压下螺母是一体的,蜗轮选用铸造铝铁青铜(ZCuAl10Fe3)材料,这种材料适用于滑动速度小的传动。73、按齿面接触疲劳强度对蜗轮设计进行计算 本次设计为闭式蜗杆传动设计,一定要保证工作时齿面接触强度,因此齿面接触疲劳强度要先进行设计,然后校核齿根弯曲的疲劳强度。由文献7,11-10 (5.1)(1) 确定作用在蜗轮上的转矩 (5.2)式中: 输入蜗杆的功率,(); 蜗杆轴的转数,(); 蜗轮蜗杆传动比。估取效率按=2,效率,将已知数代入公式(5.2)得:(2)载荷系数K的确定因为工作时载荷稳定,并且本设计压下装置是不“带钢”压下,取载荷分布不均匀系数;由于运行时载荷分布不稳定、冲击力小、启动次数不频繁、启动载荷较大,所以,根据参考文献6,表11-5,选取使用系数。运行时转数不高、冲击力中等,根据参考文献7,图10-8,选取动载荷系数=。载荷系数: 。 (5.3)(3) 确定弹性影响系数 铸造铝铁青铜蜗轮和45号钢蜗杆相配,由文献4,16.5-11选取。(4)确定蜗轮齿数 (5) 确定许用接触应力 铸造铝铁青铜(ZCuAl10Fe3)可以作为蜗轮材料,蜗杆螺旋齿面硬度的大于45HRC,可从文献7,表11-7中查得蜗轮的许用应力。 取10000小时为蜗轮的寿命时间,求应力循环的次数: (5.4) =寿命系数: (5.5)许用接触应力: (5.6)(6)计算值从文献7,表11-2中可知模数,求得:蜗杆分度圆直径=205。4、 蜗杆与蜗轮的主要参数 (1)蜗杆主要尺寸参数 轴向齿距:直径系数:齿根圆直径: 齿顶圆直径:分度圆导程角:蜗杆轴向齿厚:(2)蜗轮主要尺寸参数蜗轮齿数:蜗轮分度圆直径:蜗轮变位系数:蜗轮喉圆直: 蜗轮齿根圆直径:蜗轮齿宽:蜗轮咽喉母圆半径:(3)中心距: 5.2 蜗轮的校核1、校核齿根弯曲疲劳强度蜗轮的当量齿数: (5.7)根据x2=0.375,ZV2=58.24,有参考资料6,图11-19知,齿形系数:螺旋角系数: (5.8)由文献,表可知,蜗轮基本许用应力.寿命系数: 则蜗轮的许用弯曲应力为: (5.9)其齿根弯曲疲劳强度: (5.10) 所以,蜗轮的齿根弯曲疲劳强度满足工作要求。5.3 热平衡计算轧机工作时,热量非常的大,是由于蜗杆传动时效率低。如果不能把热量迅速释放,由于闭式传动,润滑油会因为高温被稀释,从这样摩擦损力就会增大,严重会导致胶合。所以,单位时间内的热量1要等于同时间内的散热量2,才能保证油温稳定地处于规定的范围内。6 1、单位时间内的发热量 (5.11)式中:P 蜗杆传递的功率; 蜗杆传动的效率。2、单位时间内的散热量 (5.12)式中:S 润滑油所溅到内表面,而外表面又可以为周围空气所冷却的箱体表面面积,m2; 箱体的表面传热系数,可取=(8.1517.45)W/(m2); t0 油的工作温度,一般限制在,最高不能大于;ta 周围空气的温度,常温情况下可取为。按热平衡条件,求得稳定工作条件下的油温为: (5.13)所以蜗杆传动热量满足要求。6 主要零件的强度校核6.1 蜗杆轴的强度校核6.1.1 蜗杆所受载荷的计算切向力 (6.1) 轴向力 (6.2)径向力 (6.3)式中: T 分别为蜗杆、蜗轮上的转矩; d1、d2 分别为蜗杆、蜗轮分度圆直径。6.1.2 蜗杆轴支点受力分析1.在竖直方向: (6.4) (6.5)由公式(6.4)、(6.5)计算得:,。2.在水平方向: (6.6) (6.7)由公式(6.8)、(6.9)计算得:各个力大小和方向见图。图 6.1 蜗杆轴弯矩图、扭矩图6.1.3 蜗杆轴上力矩的计算1.支点1对截面X的力矩M1竖直方向:水平方向: 则: 2.支点2对截面X处的力矩M2。竖直方向: 水平方向:则: 各弯矩图见图6.1(c)(e)。6.1.4按弯扭合成校核轴的强度1.进行校核时,需对轴承受最大弯矩和扭矩的截面(危险截面X)的强度进行校核。根据下面公式计算轴的应力: (6.8)式中: 为应力影响系数,取0.6; 轴的抗弯截面系数,单位,; TX 作用在蜗杆轴上的扭矩,TX见图6.1(g)。将已知数代入公式(6.8)得: 轴的材料由文献,表查轴材料的许用弯曲应力-1=,另查得-1=,-1=,所以-1,所以截面X是安全的。2.按弯扭合成进行校核如下,公式(6.8):ca=式中:Mca 为截面处的弯矩。Mca =同样,caP1,则需要对轴承1的受力大小进行验算。 (6.26)式中:C 轴承的基本当量动载荷。由参考文献7查得,C=172KN; 轴承的转数。将已知数代入公式(6.26)因此所选轴承满足方案的寿命要求。7 轧钢机械的润滑及环保7.1 轧钢机械的润滑轧钢设备工作的环境恶劣,负荷沉重,长时间的工作,并且经受着高温的考验、铁皮被氧化的影响,所以润滑工作是稳定运行的关键。7.1.2 润滑的方法在机械设备中,有一些机械部位经常磨损,所以,要保证可靠的润滑。在轧钢机械中,润滑有很多种方法,比如连续润滑、间接润滑、压力润滑、无压力润滑、循环润辽宁科技大学本科生毕业设计I2YTA1842椭圆振动筛的设计摘 要目前我国各种筛选的设备中,振动筛是问题较多、维修量较大的设备之一,这些问题突出表现在筛箱断裂、齿轮打齿、轴承温度过高、噪声大的问题,同时伴有传动带跳带、断带等故障。这类问题直接影响了振动筛的使用寿命,严重影响了生产。此次设计的2TYA1842椭圆振动筛可以很好地解决此类问题,该系列振动筛主要用于煤炭行业中的物料分级、脱水、脱泥、脱介等作业。其工作可靠,筛分效率高,但设备自身较重,设计分析论述了设计方案,包括振动筛的特点、分类和方案的确定,对振动筛的动力学分析以及动力学参数的计算,合理地设计振动筛的尺寸大小,对激振器偏心块等设计计算;电动机的选择与校核;进行对振动筛主要零部件的设计与计算;皮带的设计计算与校核,弹簧的设计;轴的设计与校核;轴承的选择与计算,然后进行振动筛的环保与经济性的分析。关键词:椭圆振动筛;激振器;弹簧辽宁科技大学本科生毕业设计IIThe design of the 2 yta1842 elliptical vibrating screenAbstract At present our country all kinds of equipment used in coal preparation plant, vibrating screen is one of the issues is more, a large quantity of maintenance equipment, these problems highlighted in the screen box fracture, crack help, the gear teeth, bearing high temperature, noise, headlight problem, at the same time accompanied by jump belt with lamp break fault belt. This kind of problem directly affects the service life of the vibrating screen, seriously affected the production. The design of 2 tya1842 elliptical vibrating screen is a good way to solve this problem, this series of vibrating screen is mainly used in the coal industry in material classification, dewatering, desliming, medium such as homework. Its reliable operation, high screening efficiency, but the heavier with the device itself, discusses the design scheme, design analysis, including the scheme of the characteristics of the vibrating screen, classification, and the dynamic analysis of vibrating screen and the calculation of kinetic parameters, reasonable design, the size of the vibrating screen, the vibrator eccentric block and so on design and calculation; The selection of the motor and check; For design and calculation of major parts of the vibrating screen; Belt design calculation and checking of the design of the spring; The design of shaft and checking; Selection and calculation of the bearing, and then to analyze the environment and economy of vibrating 辽宁科技大学本科生毕业设计IVscreen. Key words: vibrating screen; Vibrator; The elliptical vibrating screen .辽宁科技大学本科生毕业设计VI目 录概要.Abstract.1 绪论1.1课题的选择及其背景11.2国内筛分机械研发展状况11.3筛分机械的发展趋势12 椭圆振动筛的设计32.1振动筛基本概念32.1.1振动筛分类32.1.2筛分工艺原理32.1.3振动筛的基本结构42.3惯性振动筛力学基本理论142.3.1振动筛运动方程14 2.4椭圆振动筛参数计算192.4.1确定筛面尺寸和面积192.4.2 椭圆振动筛参数的选择和计算192.4.3 偏心质量的配置及惯性力的计算212.4.4电动机的选择计算232.4.5弹簧设计252.5 主要零件设计与校核282.5.1传动带的设计282.5.2 轴的强度校核312.5.3 轴承的选择与计算342.5.4齿轮的设计及校核362.6 椭圆振动筛的安装及调试372.6.1 安装前的准备382.6.2 安装382.6.3 试运转383 隔振技术及应用394 椭圆振动筛的环保和经济性分析404.1 设备的环保404.2 设备的经济性分析404.2.1 投资回收期41结束语42致谢43参考文献44辽宁科技大学本科生毕业设计第 45 页1. 绪论1. 1课题的选择及其背景 就振动筛的筛面运动轨迹而言,有两种基本形式:一种是圆,一种是直线。 物料在筛面上的运动状态应符合筛分工艺的要求,使物料能从筛面上产生抛掷和向前运动。抛掷运动的目的,除了避免物料产生滑动、减小对筛面的磨损外,主要是时物料层间产生一定的松散作用,促使粒径不同的物料重新排列,并与筛孔不断进行比较,增加透筛几率,向前运动速度的大小,将直接影响生产能力。园振动筛物料在筛面上的抛掷运动,抛掷方向不是单向的,而是连续全圆周方向多项抛掷,旋转加速度主矢量将沿整圆方向不断往复循环运动(所谓松散度叫完全)。这样不但对物料松散分层十分有利,而且防止物料堵塞筛孔。但是,圆振动筛也从在不足之处。1.2国内筛分机械研发展状况 由于工业发展缓慢,基础比较薄弱,理论研究和技术水平落后,我国筛分机械的发展是本世纪近50年的事情,大体上可分为三个阶段。(1)仿制阶段:这期间,仿制了前苏联的系列圆振动筛、BKT-11、BKT-OMZ型摇动筛;波兰的WK-15圆振动筛、CJM-21型摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功,为我国筛分机械的发展奠定了坚实的基础,并培养了一批技术人员。(2)自行研制阶段:从1966年到1980年研制了一批性能优良的新型筛分设备,1500毫米3000毫米重型振动筛及系列,15m2、30m2共振筛及系列,煤用单轴、双轴振动筛系列,YK和ZKB自同步直线振动筛系列,等厚、概率筛系列,冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题,但是它们的研制成功基本上满足了国内需要,标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。(3)提高阶段:进入改革开放的80年代,我国筛分机也进入了一个新的发展阶段。成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列,完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、弛张筛、螺旋三段筛的研制,粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛立式圆筒筛的研制也取得成功。1.3筛分机械的发展趋势 振动筛分机在工程中应用广泛,对国民经济起着重要作用。从国内为的研究方向来看,一方面致力于当前筛分机械的运动分析和结构调整;另一方面瞄准新颖的设计目标、探求合理的结构方式,以便进一步推动筛分机械的应用。(1)国外技术发展趋势 国外筛分机械 仍以发展振动筛为主,振动筛向标准化、通用化和系列化方向发展;向大型化方向发展。就是增大筛面倾角,提高筛分效率;发展细粒筛分设备,筛孔尺寸小到0.10.3mm毫米;旋流筛使用逐渐增多;共振筛发展停滞。(2)国内技术发展趋势积极开展筛分技术研究,提高原煤干式深度筛分技术 ,降低筛分下限和增加煤炭品种。着重解决粒度细、水分高 和粘度大的难筛物料的技术;为满足大露天矿选用,研究重型分级筛,适用于500mm以下物料筛分;为提高筛板的寿命和效果,着重发展焊接筛网,非金属筛网;共振筛又被淘汰之势,应大力发展偏心圆振动筛和直线振动筛。2.椭圆振动筛的设计2.1振动筛基本概念 振动筛是一种广泛用于散性物料分级的设备。物料通过晒面的筛孔可根据需要按粒度要求分成几种级别,这项工作简称为筛分。而炼铁厂所用的筛分机械,通常为振动筛。2.1.1振动筛分类1.现有的振动筛种类繁多,惯用的分类方法,通常以激振器驱动轴的根数来分,可分为单轴与双轴两种: 1)单轴式:圆振动筛 2)双轴式:直线振动筛 椭圆振动筛 概率筛 双幅异频振动筛 2.按震动的频率比来分,可分为近共振点工作和远离共振点工作的振动筛,即: 频率比(Z):近共振点工作 (Z=0.80.9) 一共振筛远离共振点工作 (Z=46) 一惯性筛目前大部分振动筛均属惯性筛,因为它有较为稳定的工作振幅,不受其他因素的影响。缺点是激振器 尺寸比较大,消耗的功率也较大。2.1.2筛分工艺原理在筛分的过程中,粒度小于筛孔的散性物料将通过筛孔,并从给料中分离出来。筛机的振动将使被筛物料相对于筛面的一定角度获得加速度,在一个短时间的自由飞跃之后落回到筛面上。这时将开始一个颗粒和筛孔尺寸的较量,便产生颗粒通过筛孔的概率。随着这种次数的增加,透筛的概率也增加。由于各种振动筛的构造和运动方式的不同,因此其性能也有差异。1.圆振动筛 圆振动筛以一个旋转加速度矢量运转,松散被筛物料的效应相当强烈。圆振动筛有一个相当陡峭的抛射角,可使被卡在筛孔的颗粒重新跳出,对防止筛孔堵塞十分有利。2.直线振动筛筛面成水平的直线振动筛,有较高的物料输送速度,然而它的加速度矢量只能作用在一个方向上,被筛物料不能得到充分的松散和重新排列的机会。因此,小颗粒物料不能很快穿过层接触筛网。由于直线的加速度矢量使塞在筛孔内的颗粒很难从筛孔中跳出,具有较大的堵孔机会,不利于筛分进程。3.椭圆振动筛椭圆振动筛结合了圆运动和直线运动两种筛分机的优点。具体地说,椭圆的长轴是强化物料运输的分量,而短轴是促使物料松散的分量。所以,椭圆振动筛具有以下的优点:1)物料向前输送速度较高,使物料层薄; 2)水平安装,机器总高度低;3)被筛物料有强烈地松散和在排列效应,因此有较高的生产效率;4)筛孔不易被物料堵塞,有较高的筛分质量。4.概率筛 概率筛虽然是也是一种振动筛,但它的工作原理与惯用的振动筛完全不同,它利用大筛孔、多层筛面、大倾角的原理进行筛分,具有许多突出的优点。最上面的筛孔尺寸最大,往下筛孔尺寸依次减小;每一层筛面的筛孔尺寸都远远大于被分级粒度;由于筛面倾角大,致使有效筛孔尺寸小于实际筛孔尺寸;粗颗粒物料同振动的筛网丝撞机的概率细颗粒物料大,因而通过筛孔形成的透筛的概率较小。该筛具有筛孔尺寸大不易堵塞,处理量大和丝网直径大耐磨性好等优点。5.双幅异频振动筛双幅异频振动筛的筛箱两端各装有振动频率不同的箱式激振器,使进料端产生大振幅低频率,排料端产生小振幅高频率的振动,故称为双幅异频振动筛。该筛机的的最大特点是物料在筛面上呈变速运动,入料端快、排料端慢。当物料运动到下半段时,物料透筛难度 增加,但运动速度变慢,延长在筛面上的停留时间,同时又增加了振动的频率,致使难透筛的物料有较多的透筛机会,故该筛有较高的筛分效率。2.1.3振动筛的基本结构 椭圆振动筛主要由筛箱、激振器、传动装置以及附属部件组成。1.筛箱振动筛的筛箱由侧壁钢板及横向构件焊接或铆接而成。侧壁版常用厚度为6-16mm的低碳钢板制成,横向构件一般多用钢管、槽钢和工字钢制成。筛箱要求有良好的刚性,以此承受振动。焊接结构在焊缝处容易产生应力集中,当承受真振动时可能发生焊缝开裂或折断,为了消除焊接结构的内应力,须用环槽铆钉联接,不管筛箱如何振动,不产生任何回松现象,并兼有高强度螺栓的特点。图2-1 2YTA1842椭圆振动筛筛体2.激振器激振器是振动筛的主要部件之一,常用的激振器有单轴式与双轴式之分。单轴式主要作为圆振动筛的激振器,双轴式激振器主要用于直线振动筛,椭圆振动筛以及概率振动筛等筛分机械上。从减小设备重量,减小中心轴弯矩,偏心质量可调等观点出发,当前多采用偏心轴和偏心质量兼有的组合形式。激振器的润滑和发热问题十分突出,因为驱动电机有一半左右的功率将消耗在轴承处。由于激振器不宜采用稀油润滑,是改善散热条件受到限制,因此出现了箱型激振器。由于箱型全封闭,可以采用稀油飞溅润滑,不但有良好的润滑条件,而且可将轴承出的热量带走。同时,箱型激振器有利于标准化,而且检验更换十分方便。图2-2 双轴激振器3.阻尼器 惯性振动筛,无论启动还是停止,都得经过共振区。特别是停机工况,当激振转数等于系统固有频率是,其振动十分强烈,造成工作弹簧有离位趋势。为改善此种工况,常用摩擦式阻尼器。2.2振动筛筛面物料的运动理论振动筛的运动参数(振幅、振动次数、筛面倾角和振动方位角)通常是根据所选定的物料运动参数状态来选取的。筛上物料的运动状态直接影响振动筛的筛分效率和生产率,所以,为了合理选择筛子的运动学参数,必须分析筛上物料的运动特性。以下就分析筛面作圆或近似圆运动的振动筛。图2.3 振动筛上的物料运动 筛面的位移可用下式表示: (2.1)其中 :A振幅; 轴之回转相角,轴的回转角速度;t时间。求上式中x和y对时间t的一次导数与二次导数,即得筛面沿x和y方向上的速度和加速度: (2.2)根据筛子的运动特性(位移、速度、加速度)即可研究筛上物料的运动学。物料在筛面上可能出现三种运动状态:正向滑动(沿排料方向即沿x方向滑动)、反向滑动(逆排料方向滑动)和跳动。这些运动状态只有在一定条件下(如一定的振动次数和振幅)才能出现。下面就分析出现正向滑动、反向滑动和跳动的条件。1. 物料颗粒出现正向滑动的条件当物料颗粒与筛面一起运动时,其位移,速度、加速度即等于筛面的位移、速度和加速度。现在先研究一下位于筛面上质量为m的物料颗粒的动力平衡条件。作用于质量为m的物料颗粒上的力有:1) 物料的重力为: 2)筛面对物料颗粒的反作用力为: 或 式中筛面倾角。3) 筛面对物料颗粒的极限摩擦力为: (2.3)式中f物料颗粒对筛面的静摩擦系数。物料沿颗粒沿筛面开始正向滑动时的临界条件: 或 : 因为,为静滑动摩擦角。将上式化简后得: (2.4) 令式中为正向滑动初始角。 则: (2.5)式中称为正向滑动系数。由式2-7可知,物料颗粒出现正向滑动的条件是。当式则可求得使物料 颗粒沿筛面产生正向滑动的最小转数为: 为了使物料颗粒沿筛面产生正向滑动,必须取筛子的转数。 2. 物料颗粒出现反向滑动的条件 物料颗粒沿筛面开始反向滑动时的临界条件是: 将上式简化得: (2.6) 式中 反向滑动初始角 反向滑动系数。 则 : (2.7)由2-12可知,物料颗粒出现反向滑动的条件是1,当=1时,则可求得使物料颗粒产生反向滑动的最小转数为: (2.8)为了使物料颗粒产生反向滑动,必须取筛子的的转数。3.物料粒出现跳动的条件物料颗粒出现跳动的条件是颗粒对筛面的法向压力N=0即: 或 由此式得: (2.9)式中 物料跳动系数; 跳动起始角; K振动强度,; 抛射角度,它表明物料在筛面上跳动程度。式2.9可以写成下列形式: (2.10)当1时,则物料颗粒能出现跳动。当=1或=1时,则可求得物料颗粒开始跳动时的最小转数为: (2.11)为了使物料颗粒产生跳动,必须取筛子的转数。以上分析了物料颗粒出现正向滑动、反向滑动以及跳动的条件,导出了出现这些运动状态的最小参数。关于物料颗粒的滑止角、滑动角及运动速度,也可以导出计算公式。由于在目前使用的振动筛多数采用跳动的状态,因此,下面仅讨论跳动终止角跳动角及运动速度。3.跳动终止角及跳动角物料颗粒离开筛面后,颗粒沿筛面法线方向的运动方程式为: (2.12)将式2-18积分,得物料颗粒开始跳动的时间到时间t速度: 上式中的为物料颗粒跳动开始的初速度。若忽略物料颗粒对筛面冲击的影响,则可认为等于筛面的速度,即: 由此式2.12则变为: (2.13)物料颗粒跳动后,按抛射线轨迹下落与筛面相遇时的法线位移 式中为物料颗粒开始跳动时的纵坐标,即,将式代入式2.13,并积分后得: (2.14) 为跳动一次后,物料颗粒落到筛面上的纵坐标,即。为物料颗粒跳动一次后又落到筛面时的轴之相位角。 ,将以上关系代入式2.14中,化简得: 根据式2.8知: (2.15) 当,则由式2.14和和2.15可得: 将 代入式2.13中,得物料颗粒跳动的第一临界,转数: (2.16)当时,则有式2-23和2-24可得: 将代入式2.13中,得物料颗粒跳动的第二临界转数: (2.16)5.物料颗粒跳动的平均速度当筛子的转数时,即物料颗粒的跳动角,在这种情况下,虽然在一次循环中应出现物料颗粒的滑动状态,但由于前一循环中颗粒对筛面的多次冲击,使滑动状态不能形成,故滑动角接近于零。物料颗粒从d点起跳,到b点跳动终止时沿x方向的位移为: (2.17)式中为物料颗粒起跳时沿x方向的运动速度,。由此,则 在同一时间t内,筛面的位移为: 因此,在一次循环中,物料颗粒对筛面的位移为: (2.18) 当筛子在近于第一临界转数下工作时,即,则上式括号内的数值接近于零。 物料跳动的平均速度为: (2.19) 当时,则 由此,2.17可简化为: 根据: 式2-15则可将式2-32简化为一下形式: (2.20)按上式计算所得的结果与实际情况相比,计算值较大。这是由于未考虑到物料的特性、摩擦、冲击等因素的影响。为此,上式须乘以修正系数K。初步计算时可取。 (2.21)2.3惯性振动筛力学基本理论2.3.1振动筛运动方程椭圆振动筛具有圆运动和直线运动两个基本特点,其运动轨迹为一椭圆形。描述椭圆形状用长轴和短轴,其长轴其物料输送作用,与直线振动筛相似;短轴起物料松散作用,与圆运动筛相似。椭圆振动筛所以能够形成椭圆运动轨迹。图2-3 振动系统力学模型因此,起运动微分方程式为: (2.22) 式中: ; 两轴运动的偏心质量; ; 两个偏心质量的偏心距。1. 质心条件椭圆振动筛的质心条件与圆和直线振动筛像比较复杂,其原因是主副偏心轴各自所产生的激振力不等,而且均不通过质心。所以,椭圆振动筛设计时,除满足其他要求外,必须满足质心条件才可消除筛箱摇摆,筛箱任一点才按椭圆运动轨迹做平动。现将两偏心轴产生的激振力,分别沿ox和oy轴分解为两个分力,因两者同步回转w相等。 主偏心轴: Ox方向 Oy方向 副偏心轴: Ox方向 Oy方向 (2.23)椭圆振动筛的质心条件为: 即: 所以: (2.24)上式为消除摇摆的理论依据,也是设计椭圆振动筛的质心条件,也称“三心”条件,即一个质心、两个偏心轴回转中心。如将质心条件代入质心振动筛。可得到直线振动筛的条件。2. 动力学分析椭圆振动筛在工作过程中是以筛箱平动而产生椭圆运动轨迹。很显然。筛箱为参振质量,支撑弹簧为弹性件,在激振力作用下构成强迫振动系统,为简化分析不计阻尼影响。为分析起见,首先建立一个固定坐标系和两个动坐标系,今以椭圆运动轨迹中心点O为固定坐标的原点,以两个偏心质量回转中心为原点,分别建立两个动坐标系即:。并设筛箱质心距点坐标分量为。距点为。由于偏心质量不仅随筛箱一起运动,而且相对筛箱又有一个相对运动,故偏心质量的位移方程为: X方向: (2.25) Y方向: (2.26)因此,偏心质量绝对运动的惯性力为:X方向: (2.27) Y方向: (2.28)3.振动的稳态响应 当系统不考虑阻尼影响时,除偏心质量的惯性力外,尚有筛箱的惯性力外,尚有筛箱的惯性力(M为箱机的振动质量)以及弹簧的恢复力。故其运动方程为: (2.29) 式(2.27)和(2.28)两式的解应是自由振动与强迫振动的叠加,但由于启动瞬间自由振动在阻尼的作用下很快消失。因此,筛机正常工作时只有稳态强迫振动,所以上式两式的稳态解为: (2.30)4.惯性振动筛运动方程的近似解(1)由于椭圆振动筛是惯性筛,频率比为5 ,在振动过程中,激振力主要是克服参振质量的惯性力,即惯性力起主导作用,弹簧恢复力起主导作用,弹簧恢复力可以忽略不计。令: , (2.31) 从上面两式可以直接得出: 长轴振幅 短轴振幅 (2.32)(2)椭圆的振动轨迹 (2.33) 整理后得: (2.34)(3) 椭圆振动筛的振幅(2.32)两式为X,Y方向的振幅。 系统的自振频率为: (2.35)2.4椭圆振动筛参数计算2.4.1确定筛面尺寸和面积参考“选矿机械”所给公式: (2.36) 式中:Q要求的处理量 400吨/小时;筛分对象的假比重 1.6吨/立方米;g每平方米平均生产率。当筛孔为8mm时,为16.6吨/ 平方米小时;K考虑粒度小于筛孔尺寸一半的颗粒多少,而对筛分质量的影响系数,各地粒度不一,取平均值5%,K=0.3;L考虑粒度大于筛孔尺寸的颗粒多少,而对筛分质量的影响系数,取平均值为75%,L =1.75;M 考虑筛分效率的影响系数,当筛分效率要求为85%,M=1.15;N,O,Q分别为考虑物料形状的影响,无聊中汗水量的影响和筛分方法的影响。取均值为1。 将各值代入公式得: 因此,取筛面的宽为1.8米,长为4.2米。2.4.2 椭圆振动筛参数的选择和计算1.筛面的倾角 筛面与水平之间的夹角称为筛面倾角 。筛面倾角与筛分处理量及筛分效率密切相关。随着筛面倾角的加大,物料在筛面上的运动速度加快,筛分机的处理量野随之加大。筛面倾角的大小决定了要求的生产率和筛分效率。所以产品质量要求一定时,就应该有一个合理的倾角。根据实践经验,筛面倾角使用下面数据: 单轴振动筛用于预先分级: 单轴振动筛用于最终分级: 双轴振动筛用于预先分级: 双轴振动筛或共振筛用于脱水、脱介所以,此振动筛的筛面倾角选用。2.抛射指数在一般的情况下,根据筛子的用途选择,圆振动筛一般取=3-5,直线振动筛取=2.5-4;难筛物料取大值,易筛物料取小值。筛孔小时取大值,筛孔大时取小值,此次振动筛设计,选取=4。 3.振幅振幅A是根据被筛物料的粒度以及性质来选用的,对于粒度小的选用小的振幅,粒度大的选用大的振幅。振动筛的振幅一般按照下列的数据选用:单轴振动筛用于预先分级:A=2.5-3mm单轴振动筛用于最终分级:A=3-4mm双轴振动筛:A=3.5-5.5mm共振筛:A=6-15mm这里,选振动筛振幅为5mm。4.振动次数n 振动强度可在选定抛射强度和振幅A后按下式计算: =847.5转/分 为了计算方便,取845转/分。式中振幅单位为毫米。5.物料的运送速度 振动筛的物料运送速度可以按照下面的经验公式计算: (2.37)其中: 修正系数,其值可按表查取。 N常数,N=0.18毫米/秒 n振动次数,次/分 A振幅,米 g重力加速度,g=9.81米/秒查参考资料6.5-11:=0.8,把上面的数据代入公式可得: = 0.35m/s2.4.3 偏心质量的配置及惯性力的计算1.偏心质量的计算 惯性振动筛的振动系统是由振动质量(筛箱和振动器的质量)、弹簧和激振力(由回转的偏心块产生)构成。为了保证筛子的稳定工作,必须对振动筛振动系统进行计算,以便找出振动质量、弹簧刚性、偏心块的质量距和振幅的关系,合理的选择弹簧的刚性和确定偏心块的质量距。 当振动器做等速圆周运动时,将作用在振动机体M上的力,按理论力学的动静法建立的运动微分方程: (2.38) 式中M为振动机体的计算质量,可按下式确定: (2.39)式中: 振动机体质量; 物料结合系数,一般取0.15-0.3; 筛子上的物料质量。 估计振动筛的重量,取0.6吨/米筛面 则振动筛质量为:=4.50.6=2.7吨 由参考资料公式: =1503/36000.35 =357kg 振动筛在超共振状态下工作时,由于弹簧的刚度很小,故在振幅计算式中的K可以忽略,则可得;对于单轴: (2.40)式中M振动机体质量,M=883.48kg; m偏心块质量; r偏心距,r=36mm。 负号表示M与m中心在振动中心的两个不同方向上,可取绝对值。于是 代入数值得: 2. 惯性力的计算 由偏心块的几何尺寸,求得偏心块面积 总重: 重心: 一块偏心块的惯性力: 2.4.4电动机的选择计算 惯性振动筛的功率消耗主要是由振动器为克服筛子运动阻力而消耗的功率和克服在轴承中的摩擦力而消耗的功率来确定。 单轴振动筛的振动器为克服筛子运动的阻力而消耗的功率可按作用在筛子的激振力所做的功率来计算。 作用在筛子上的激振力为: (2.41) 激振器所做之单元功按下式计算: 若取机体振幅A,振幅周期T=2/w,则振动器振动一次所做之功: 激振器为克服运动阻力的功率消耗为: (2.42)式中: , (2.43) 式中c=sin,计算时可取c=02.-0.3。 轴承上的压力将决定质量m在绝对运动时产生的 离心惯性力。既可以大于相对运动的离心惯性力,也可以比这个小。因此,在轴承上的压力不是固定不变的,通常计算时都把它看做是不变的。消耗与轴承中的摩擦功率为: (2.44) 所以电动机的功率为: (2.45)式中:d轴颈的直径 f滚动轴承间的摩擦系数,f=0.001-0.01,当润滑油粘度小时取较小值,反之取较大值。 传动效率,取0.95 d轴颈的直径,d=0.15m n转动轴转数,n=845转/分 c阻力系数,一般c=0.2-0.3,抛掷指数较小时,取c=0.2 由参考资料机械手册第3册表22-6选择电动机传动型号为Y225M6型,其额定功率为30kW,转数n=980rmp。 表2-1 电动机性能 型号 Y225-M6型 转数:rmp 额定功率:kW n=980rmp 30kW 2.4.5弹簧设计1.弹簧刚度 在选取弹簧刚度时,不仅要考虑使弹簧传动基础的动负荷不使建筑物产生有害振动,而且还要必须考虑弹簧应有足够的支撑能力,弹簧刚度一般是通过强迫振动频率与自振频率的比值来控制通常吊式振动筛取频率比的5-6,对于座式取4-5,因此,对于振动弹簧刚度计算公式: (2.46) 其中: G对于65Mn及60si2Mn,取Pa; d弹簧钢丝线径; D弹簧中径 n弹簧有效匝数初步取弹簧钢丝线径为20mm,有效匝数取6,弹簧中径为200mm 则单个弹簧的刚度为: 2.计算弹簧钢丝直径 根据弹簧所受载荷特性要求,选取60siMn钢丝,许用应力选取,查得应变模量,由文献7表5-12查得;初步选取缠绕比c=8; 曲度系数 : 根据文献7表5-14,选取d=20mm。3. 计算弹簧中径初步选取缠绕比为8 D=cd=208=160mm 由机械手册,取D=160mm.。4.计算弹簧圈数和节距 根据文献,有公式: (2.47) 根据机械手册,取n=5圈,得弹簧的总圈数为: 则弹簧的节距为:5. 求弹簧的间距和螺旋角 由文献7,5-16弹簧的间距为:弹簧的螺旋角为: 6. 弹簧验算(1)弹簧疲劳强度验算根据文献,选取 所以有: (2.48) 由弹簧材料内部产生的最大最小的切应力为: (2.49)可得: 弹簧疲劳强度安全系数及强度条件可按下式计算: (2.50)式中:弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限 弹簧疲劳强度的设计安全系数,取=1.3-1.7 按上式可得: 所以弹簧满足疲劳强度的要求。(2)弹簧静应力的强度验算 静应力强度安全系数计算值及强度条件为 : (2.50)式中: 弹簧材料的剪切屈服极限 静应力强度的设计安全系数,所以得: 所以弹簧满足静应力强度。 所以此弹簧满足要求。2.5 主要零件设计与校核2.5.1传动带的设计图2-4 带工作时的受力图1.带的设计功率 (2.51)式中 工况系数,查表得=1.3 P传递的额定功率,P=30kW根据=39kW,小齿轮数n=1500rmp,查文献3.22.1-1,选D型皮带2.传动比 (2.52)3.带轮的基准直径(1)选择小带轮的基准直径:查文献选取400mm(2)选择大轮的基准直径: 经查表选取大轮基准直径为460mm。4.带速 带速常在525之间选取 5. 确定中心距和带的基准长度(1)初定中心距按: (2.53) 因此有 (2)带的基准长度所需基准长度 (2.54)代入数据得,查文献3,22-6选取基准长度 (3)实际中心距a (2.55)安装时所需最小中心距: 张进或补偿伸长时所需的最大中心距: (4)单根带的基本额定功率根据,由文献8.6-15=7.47KW,考虑传动比得影响,额定功率的增量由机械手册8.15-6查得=1.14KW (5)带的根数Z (2.56) 取3根。式中小带轮包角修正系数,查表得取0.96 带长修正系数,由机械手册第三卷取0.98 (6)单根带的预紧力 (2.57) 式中m为带每米的质量,有文献8.6-17资料查得m=0.17kg/m 表2-2 带的设计参数皮带轮型号D型带速:m/s2.83m/s基准长度:mm小轮直径:mm2000mm400mm最小中心距:mm大轮直径:mm577.45mm460mm 2.5.2 轴的强度校核振动器中有主动、被动两根轴,从偏心块在轴向的安装位置可以知道,在发生危险断面处,主动轴的弯矩大于被动轴的弯矩,故只须验算主动轴的强度即可,载荷图如下图所示。图2-3 轴的载荷分析1.轴的受力分析如下,分别计算其中各力的值; 轴上皮带的压轴力,两轮中心连线与水平夹角为,其水平分力为: 在竖直的平面上的分力为: 齿轮传递力矩T: (2.59)2. 由力学平衡求得水平面内的力 ,力的方向如图所示; ,力的方向如图所示;同理得垂直面内的力 ,力的方向如图; ,力的方向如图。正装的向心推力球轴承有附加轴向力所以轴承轴向力3. 有计算求得:竖直方向上的弯矩,符号为负; 水平方向的弯矩为,符号为负; 总的弯矩: 图2-4 轴的弯矩扭矩图 其中(1)为水平面内的弯矩图,(2)为垂直面内的弯矩图,(3)总弯矩图,(4)为扭矩图。4.校核弯扭合成强度条件: (2.60)所以轴安全。其中: W抗弯截面系数; 许用弯曲系数调质处理后,取60MPa; 折合系数,当扭转切应力为脉动变应力时,取0.6.5. 校核轴的疲劳强度 由图判断危险截面是A点所在的截面,所以只需校核该点即可。 扭截面系数: 弯曲应力: 抗转切应力: 已知轴调质处理后各个力学性能为:抗拉强度极限;弯曲疲劳极限为275MPa;剪切疲劳极限为155MPa。碳钢特性系数: ,取为0.1,; ,取为0.05; 过盈配合处的可由文献插入法求得分别为2.26、0.8、1.808. 轴承磨削加工的表面质量系数为0.92.故,综合系数: (2.61)求A点所对应截面右侧的安全系数为: (2.62)所以危险截面强度足够,满足设计要求。2.5.3 轴承的选择与计算1.轴承的选择 根据振动筛的工作特点,应选用大有隙单列向心圆柱滚子轴承。 按照基本额定动载荷来选取轴承: (2.63)式中:C基本额定动载荷 P当量动载 寿命系数,=2.3-2.8,本次设计选取=2.5 转速系数, 将数据代入公式得查文献,选B886-64,轴承型号3113628H,外径255mm,内径115mm。2.轴承的寿命计算 (2.64)其中 :的单位为 为指数,对于滚子轴承,=10/3. 计算时,用小时数表示寿命比较方便,这时可
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