块状物质滚筒回转式粉碎机结构设计【说明书+CAD】
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毕业论文(设计)题 目 块状物质滚筒回转式粉碎机结构设计 系 部 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年级 学生姓名 学 号 指导教师 块状物质滚筒回转式粉碎机结构设计专业:机械设计制造及其自动化【摘 要】:文章首先介绍了非金属矿物的现状及一些相关内容,然后说明粉碎机的发展史以及目前国内现状和未来的发展方向,并根据产品的性能等要求,说明产品的设计方案由来。在粉碎机的设计过程中,对主要的部件进行了详细的设计,并根据粉碎机的性能确定了V带、齿轮、电机、轴的具体参数。再根据这些参数绘制出了粉碎机的装配图,同时论文对其他的部件也进行了说明,如:进料口、搅拌棒等。此产品的主要优点在于物料粉碎均匀,能耗低等。详细信息请参考本文。【关键词】:块状物质 粉碎机 搅拌棒 结构设计Rod mill structure design of clumps of vertical mixingMajor: Mechanical Engineering and automation【Abstract】This article first introduces the status of non-metallic minerals and some related content, then explain the history of the development of mill and the present situation and the future development direction, and according to the product performance requirements, design scheme of product origin. In the design process of mill, has carried on the detailed design to the main component, and the specific parameters of V belt, gear, shaft, motor was determined according to the performance of crusher. According to these parameters to draw the assembly drawing mill, at the same time, the other parts are also described, such as: inlet, a stirring bar. The main advantage of this product is to crush materials uniform, low energy consumption. Detailed information please refer to this article.【Key words】: bulk material mill stirring rod structure design目 录1 前 言11.1绪论11.2 破碎机的分类及工作原理详解12 粉碎机的工作原理和构造42.1概述42.2破碎机的工作原理与结构42.3粉碎机的发展方向52.4本次设计思路63粉碎机的理论与要求63.1非金属性能63.2粉碎机的工作原理74粉碎机动力机构设计94.1动力系统选择依据94.2动力选型10第5章 传动系统设计115.1常见机构的特点和应用115.2传动机构的确定135.3带传动计算135.3.1计算设计功率Pd135.3.2选择带型135.3.3确定带轮的基准直径并验证带速145.3.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角155.3.5确定带的根数z165.3.6确定带轮的结构和尺寸165.3.7确定带的张紧装置165.3.8计算压轴力166 离合器的选择设计186.1恒定距离合器设计计算186.1.1选型184.1.2恒定距电磁离合器的动作特性186.1.3离合器的计算转矩186.1.4离合器的外径186.1.5离合器的压紧力196.1.6线圈槽高度196.1.7磁轭底部厚度196.1.8衔铁厚度197 轴的设计计算208 键的校核248.1根据轴的直径选择键248.2校核键的承载能力249 轴承的润滑及密封2510 粉碎机的主体设计2510.1中心轴及搅拌棒2610.2进料口和出料口2610.3搅拌棒2710.4旋转挡板2710.5机架装置28总 结29参考文献30致 谢31311 前 言1.1绪论随着我国国民经济的快速发展,矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进,到1999年我国已建成10 879座国有大中型矿山和227 854个乡镇集体企业,全国矿石采掘总量超过50亿吨,矿业总产值为4 000亿元。物料的破碎是许多行业(如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等)产品生产中不可缺少的工艺过程。由于物料的物理性质和结构差异很大,为适应各种物料的要求,破碎机的品种也是五花八门的。就金属矿选矿而言,破碎是选矿厂的首道工序,为了分离有用矿物,不但分为粗碎、中碎、细碎,而且还要磨矿。因为破碎是选矿厂的耗能大户(约占全厂耗电的50%),为了节能和提高生产效率,所以提出了“多碎少磨”的技术原则。这使破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。另外随着工业自动化的发展,破碎机也向自动化方向迈进(如国外产品已实现机电液一体化、连续检测,并自动调节给料速率、排矿口尺寸及破碎力等)。随着开采规模的扩大,破碎机也在向大型化发展,如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000th。至于新原理和新方式的破碎(如电、热破碎)尚在研究试验中,暂时还不能用于生产。对粗碎而言,目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机,主要是利用现代技术,予以改进、完善和提高耐磨性,达到节能、高效、长寿的目的。细碎方面新机型更多些。总的来看,值得提出的有:颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。而应用最广泛的就是鄂式破碎机。1.2 破碎机的分类及工作原理详解专业的矿山机械行业用的碎石机可分为:鄂式破碎机,锤式破碎机,复合式破碎机,辊式破碎机,冲击式破碎机,石头破碎机,反击式破碎机等。1、鄂式破碎机:颚式破碎机具有破碎比大、产品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维修简便、运营费用经济等特点。 2、锤式破碎机:(环锤式破碎机)简称:锤破,主要适用于破碎各种脆性材料的矿物。被破碎物料为煤、盐、白亚、石膏、明矾、砖、瓦、石灰石等。3、反击式破碎机:简称反击破,适用于破碎中硬物料,如水泥厂的石灰石破碎,具有生产能力大,出料粒度小的优点。4、复合式破碎机:简称(复合破)适用于建材、矿业、冶金、化工工业破碎石灰石、熟料、煤及其它矿石。特点:生产能力大;破碎比高,能耗低;密封性好,运转平稳;维护方便。 5、辊式破碎机:对辊破碎机(辊式破碎机,对辊式破碎机)供选矿、化学、水泥、建筑材料等工业部门中碎和细碎各种中等硬度以下的矿石和岩石之用。6、冲击式破碎机:又称制砂机,广泛适用于各种岩石、磨料、耐火材料、水泥熟料、石英石、铁矿石、混凝土骨料等多种硬、脆物料的中碎、细碎(制砂粒)。HX系列冲击式破碎机(制砂机)对建筑用砂、筑路用砂石优为适宜。7、破碎块料所用的方法?破碎块料所用的方法(见图)有:压碎。将块料置于两个平面之间,施加压力,块料因应力超过其抗压强度而破碎。此法适用于破碎坚硬的物料。劈裂。块料受带有尖棱的工作面的挤压,因挤压力作用面上的拉应力超过大块物料抗拉强度而被劈裂。脆性物料的抗拉强度比抗压强度小得多,故宜采用劈裂。折断。使块料受到弯曲,因弯曲应力超过物料的抗弯强度而破碎。在多数情况下,块料的破碎是上述各种方法综合作用的结果,仅有主次之分。在生产中可根据物料的性质(主要是硬度及韧度)来选择破碎的方法。9、破碎过程的能耗分析破碎过程消耗大量的机械能。大部分能量消耗在物料的变形和裂缝的形成,仅一小部分用于形成固体自由表面。1867年,雷廷格尔 (P.R.vonRittinger)提出“面积说”,认为:“破碎过程的功耗与破碎过程中物料新生成的表面积成正比。”1874年基尔皮乔夫 (.)、1885年基克(F.Kick)提出“体积说”,认为“破碎时的功耗与被破碎物料的体积或重量成正比”,适用于粗碎作业。1950年邦德(F.C.Bond)和王仁东提出了“裂缝说”,认为:“破碎过程功耗与物料在破碎过程中所形成的裂缝长度成正比”,成为现在广泛应用的破碎“第三理论”,适用于中、细碎作业。 矿石和物料的破碎难易度,取决于其物理-机械性质和本身的裂隙。通常以可碎性表示。方法有二: 可碎性系数法 同一破碎机在同样条件下破碎不同矿石时处理能力之比。可碎性系数为破碎机在同样条件下破碎待定矿石的处理能力和破碎机破碎中硬矿石的处理能力的比值,通常以石灰石作为标准中硬矿石,其可碎性系数为1。 功指数法 用双摆锤式冲击试验机测定矿石或物料的冲击破碎功指数,并用功指数大小表示其可碎性。 破碎机的效率通常用比功耗表示,即破碎一吨矿石功耗的大小(kWh)。把粒度上限为9001200mm颗粒群破碎到粒度上限为25mm颗粒群的比功耗约为1.53kWh。通常选矿厂破碎作业 (包括筛分和运输)的能量消耗约占选矿厂总能量消耗的10左右。输入破碎机的能量消耗于发生声、热、破碎机零件和部件的磨损、机械传动系统的摩擦损失、电气损失和使矿石产生微裂缝及形成新表面等方面。除最后两项为有用功外,其他都属于能量的无益损耗。60年代中期以来正研究新的破碎方法,如热电、激光、高速气流、减压等。2 粉碎机的工作原理和构造2.1概述粉碎机是一种较古老的粉碎机械。破碎机的主要优点是:结构简单,机体紧凑轻便,价格低廉,工作可靠,调整破碎比较方便,破碎时过粉碎现象少,能粉碎粘湿物料。正由于辊式破碎机具有上述优点,目前仍有一些工业部门使用,且有新的改进和发展。辊式破碎机的缺点是:生产能力低,要求将物料均匀连续地喂到辊子全长上,否则辊子磨损不均,且所得产品粒度也不易均匀,需要经常修理。对于光面辊式破碎机,喂入料块的尺寸要比辊子的直径小得多,故不能破碎大块物料,也不宜破碎坚硬物料,通常作中硬或松软物料的中、细碎。齿面辊式破碎机虽然可以钳进较大的料块,但也限于中碎时使用,而且料块的抗压强度不能超过60.8MPa,否则齿棱很易折断。按辊子的数目,辊式破碎机可以分为单辊、双辊、三辊和四辊四种型式;按辊面形状,可以分为光面、槽面和齿面辊式破碎机等三种。辊式破碎机的规格用辊子的直径( 辊子长度L来表示)。2.2破碎机的工作原理与结构粉碎机的结构见图。破碎机构是由一个转动辊子和一块颚板组成。带齿的衬套! 用螺栓安装在辊芯上,齿尖向前伸出如鹰嘴状,衬套磨损后可以拆换,辊子面对着颚板,颚板挂在心轴上,颚板上面镶有耐磨的衬板。颚板通过两根拉杆( 借助于顶在机架上的弹簧) 的压力拉向辊子,使颚板与辊子保持一定距离。辊子轴支承在装于机架两侧壁的轴承上,工作时只有辊子旋转,料块从加料斗喂入,在颚板与辊子之间受挤压作用,并受到齿尖的冲击和劈裂作用而粉碎。如遇有难碎物掉入,所产生的作用力就会使弹簧压缩,颚板离开辊子而增大出料口,使难碎物排出而避免机件的损坏。辊子轴上装有飞轮,以平衡破碎机的动能。破碎时,料块受到辊子上的齿棱拨动而卸出机外,因此是强制卸料,粉碎粘湿的物料也不致发生堵塞。单辊破碎机宜用于粉碎中硬或松软的物料,如石灰石、硬质粘土及煤块等。当物料比较粘湿(如含土石灰石等)时,它的粉碎效果比使用颚式破碎机和圆锥破碎机都好,特别是对于破碎片状粘土物料,与颚式或圆锥破碎机相比,在性能与机体紧凑方面均有优越之处。单辊破碎机的规格是用辊子直径和长度来表示。2.3粉碎机的发展方向未来非金属矿物原料或材料总的发展趋势是高纯、超细和功能化。以高纯超细非金属矿物深加工原料为龙头,综合开发利用各种非金属矿产。虽然可以通过化学合成法制备高纯超细粉体,但万恶过高,至今未能用于工业化生产。获得超细粉体的主要手段仍然是机械粉碎方式,用机械方式制取超细粉体所依赖的超细粉碎与分级技术的难度不断增大,其研究深度永无止境。超细粉碎技术是多方面技术的综合,其发展也有赖于相关技术的进步,如高硬高韧耐磨构件的加工、高速轴承、亚微米级颗粒粒度分布测定等。因此,超细粉碎技术的发展应集中在以下几个方面:(1) 开发与超细粉碎设备相配套的精细分级设备及其它配备设备。超细粉碎与分级设备相结合的闭路工艺,可以提高生产效率,降低能耗,保证合格产品粒度。可以说,大处理量、高精度分级设备是超细粉碎技术发展的关键。要更多地从整个工艺系统的角度来进行研究与开发,在现有粉碎设备的基础上改进、配套和完善分级设备、产品输送设备等其它辅助工艺设备。(2) 提高效率,降低能耗,不断提高和改进超细粉碎设备。超细粉碎技术的关键是设备,因此,首先要开发新型超细粉碎设备及其相应的分级设备,后者似乎更为迫切。助磨剂和表面活性分散剂将应用于超细粉碎工艺中。(3) 设备与工艺研究开发一体化。超细粉碎与分级设备必须适应具体物料特性和产品指标,规格型号多样化,而不存在对任何物料都是高义万能的超细粉碎与分级设备。(4) 开发多功能超细粉碎和表面改性设备。如将超细粉碎和干燥等工序结合、超细粉碎与表面改性相结合、机械力化学原理与超细粉碎技术相结合,可以扩大超细粉碎技术的应用范围。借助于表面包覆、固态互溶现象,可制备一些具有独特性能的新材料。(5) 开发研究与超细粉碎技术相关粒度检测和控制技术。超细粉碎的粒度检测和控制技术是实现超细粉体工业化连续生产的重要条件之一。粒度测试仪器和测定的控制技术,是与超细粉碎技术密切相关的,必须与这些领域的专家联合攻关。现代工程技术将需要越来越多的高纯超细粉体,超细粉碎技术在高新技术研究开发中将起着越来越重要的作用。在未来相当长的时间内仍将以机械粉碎方式为主,多种粉碎设备和粉碎工艺同时发展,太和和产品品种多这一特点决定了非金属矿物粉碎加工技术和设备的多样性发展。2.4本次设计思路由于超细粉碎技术及其设备的应用广泛,所涉及的领域有化工、建材、电子、医药、农业、造纸等,被粉碎的物料也是多种多样,再加上现代高新技术的发展对材料的深加工提出的要求越来越高,如粒度为均匀化、品质高纯度、粉体形状的特护要求等等,这些因素都促使超细粉碎技术及其设备向跟高更远的方向发展。虽然各个领域的超细粉碎设备个不一样,但其设计思路主要围绕以下几点:1)原理上考虑提高有效粉碎能,大多采用冲击、剪切、摩擦等力的综合作用进行超细粉碎;2)结构采用超细粉碎一分级一体型式,利用高效气流分级装置不仅可以提高其微细化粒度,而且可以实现粒度分布均匀化或特定化;3)粉碎产品流动性好、纯度高。3粉碎机的理论与要求3.1非金属性能非金属材料的密度较钢、铁、铜、铅等金属材料小得多,有些比铝、镁、钛等还轻。按比强度(强度/比非金属材料重)计算,有的纤维树脂复合材料的常温比强度超过高强度钢和高强度铝。这些材料被用来制造手轮、手柄、支架、罩壳、仪表板等一般轻质结构件,也可用来制造飞机机翼和叶片、整体船艇、汽车车身和传动轴、高速纺织综框、高压容器等高强度结构件,这样可以减轻自重、增加运载能力或提高运行速度、节约能源。某些无机非金属材料因硬度高而耐磨,如用金刚石、 碳化硅、 刚玉等制作的砂轮、砂布(纸)、油石、研磨剂和刀具,可供磨削和切削之用;有些材料因有高弹性而耐磨,如橡胶轮胎和运输皮带能抵抗泥沙、矿石、煤炭等颗粒的磨损;有些材料借其自身固有的润滑性能和低摩擦系数而能减少摩擦和磨损,如塑料、石墨、氮化硅等制成的轴承、导轨、活塞环、密封圈等机械零件,能在无油干摩擦或少油润滑条件下安全运行,这对忌油脂或不便供给油润滑的场合特别有利。耐腐蚀材料,如陶瓷、搪瓷、石墨、铸石、塑料等的大多数品种,都能耐酸、碱、盐、有机溶剂和很多其他化学药品。非金属材料实验机如不透性石墨能抵抗浓酸和浓碱,聚四氟乙烯塑料则几乎能耐所有化学药品,甚至在氧化性最强的沸腾王水中也不受侵蚀。这些材料适于制造化工用的容器、塔器、鼓风机、泵、管、阀等机械设备和零部件。密封材料,如橡胶、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和弹性而适于制造动态和静态的密封零件,如压缩机的活塞环、密封填料、O型和V型密封圈等。20世纪60年代以来,还出现了一种以树脂或橡胶为基体、称为液体密封胶的密封材料,适用于各种静态密封,使用方便。电绝缘材料,如橡胶、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布层压板(属复合材料)都是应用广泛的。3.2粉碎机的工作原理破碎理论是解决物料粉碎与能量消耗关系的理论基础,探索物料粉碎状态与能量消耗之间的内在联系,对指导制造更有利于粉碎、更节能的粉碎设备,对降低能耗、节约能源有重要的理论研究价值和重大的现实意义。自19世纪,提出了破碎理论的新概念以来,到上个世纪80年代加巴洛夫从结构化学的角度研究了粉碎能耗问题。破碎理论经过100多年的发展与完善,在粉碎领域起着重要的指导作用。但这些理论都在一定程度上存在不足及其局限性,从实际使用出发,三大粉碎理论都有各自的适用范围,具有一定的片面性。随着科学技术的发展,现有的理论落后于实践,传统破碎理论的缺陷与不足日显突出,在许多领域已不能起到指导作用。为此,寻求更合理、更准确、更能反映实际粉碎状态的破碎理论已迫在眉睫。物料变形、破碎过程十分复杂、它不是一个孤立系统,而是一个与外界有物质和能量交换的开放系统,也是一个由稳态一渐变一突变的螺旋式演变过程,同时伴随声、热等能量的耗散。要完整建立系统,建立物料粉碎功耗方程,需要多学科的理论做基础,在多学科交叉融合的前提下,来建立功耗方程才可能更完善和全面,才能揭示物料粉碎这一复杂系统的内在演变机理。立式粉碎机采用多口进料,增大了物料进入粉碎室的第一次打击面,喂料轮将物料均匀分散地送至粉碎室进料口,从而使粉碎过程均匀自如。转子为水平状态下旋转工作,转子财团360度范围及下方均为筛板,因而筛理面积大。进料装置无需配备吸风系统,这样即节省了这部份电耗,又解决了由于吸风系统故障而产生的粉碎效率低下的问题。但当筛网孔小于4mm时应考虑采用吸风装置。因为温度较低时容易产生粉尘,出料口采用吸风装置,粉碎效率会有所提高。立式粉碎机可配变频器以实现喂料量的自动调控,使主电机始终保持在额定负荷状态下工作,以获得最经济加工手段。与卧式粉碎机相比,立式粉碎机的重要重力作用比较明显,物料从粉碎室顶部进料口萍时,其运动轨迹正好与旋转的搅拌棒的运动轨迹垂直相交,加上有多个进料口同时进料,因而物料击中率较高。由于转子上下层存在长短差异,在上层由较短的搅拌棒末端和筛网之间形成的预粉碎区内,大部分物料就得到了粉碎或半粉碎,粉碎合格的物料迅速通过周围360范围的筛孔排出粉碎室。半粉碎或未粉碎的物料继续下落,落入转子下层的主粉碎区,于下层搅拌棒对物料继续施加冲击力外,还入得研磨力等联合作用,以使物料得到进一步的粉碎。4粉碎机动力机构设计本文第二章已经为粉碎机的结构进行了初步的设计。现在我们将对粉碎机的各组成零部件进行详细的设计,其中包括电机的选择,传动装置的设计及粉碎执行机构的设计计算。本次设计主要是粉碎和筛选非金属矿物,达到所需的粒度要求来进行更好的利用。本文以硬质pvc为例,进行设计介绍。1、设计参数要求:1)物料粉碎前为直径大小约为10-20cm左右,粉碎后物质粒度平均直径大小为1mm(含粉末)。2)每次的粉碎量大约为20公斤,V=0.1m。硬PVC比重:1.38克/立方厘米,成型收缩率:0.6-1.5%,成型温度:160-190。软化温度为80。一次进料20kg,其体积为V=7246.35cm,硬PVC材料被粉碎后的体积为实料的2倍,V1=14492.7 cm。粉碎机中物料占粉碎同的2/3,故V筒=21739 cm。V筒=rh。考虑到成本的预算,粉碎机筒体采用的无缝钢管426*9,故r=213mm。4.1动力系统选择依据驱动机构主要有液压驱动、气动驱动、电动驱动和机械驱动等形式。液压驱动具有体积小、出力大、控制性能好、动作平稳等特点,它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动;利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动具有润滑性能好、寿命长的特点,结构紧凑,刚性好。定位精度高,克实现任意位置开停。有很多专业机械手能直接利用主机的液压系统。但缺点是需要配备压力源,系统复杂成本较高。气动驱动结构简单、造价低廉。气源方便,所需的压缩气源一般工厂都有,并且无污染,一般采用的压力0.4-0.6MPa,最高可达1MPa。缺点是出力小,体积大。由于空气的可压缩性大,很难实现中间位置的停止,只能用于点位控制,而且润滑性较差,气压系统容易生锈。机械式用于简单的场合。电动由于减速和回转运动变往复运动机构,该机构适用于无污染,有电就可以工作,操作简单方便,在工作场合只需要接通电源即可工作,而工作场合在各个大楼区域,很容易找到电源。 综合以上叙述,将选用最后一种电动机作为本课题的动力来源。4.2动力选型20kg的物料看做是均匀分布在粉碎同中的,则其转动惯量J=1/2mr=1/2*20*0.3=3kg.m达到正常工作的转速10r/s,物料所具有的能量为E=1/2*J*=5916J ,t=2,则平均功率P=1183.2w,由于传动总效率为=0.9,故电机所需功率为P=1314w所以,选取电机功率为1.5 kW由上面计算结果知道需要输出转速很低,根据机构需要选择摆线针轮减速器,其主要特点是传动比大,一级转速时传动比在11-87,两极转速时传动比范围在20128。由于在传动过程中为多齿齿合,所以对过载和冲击有较强的承受能力,传动平稳,可靠;由于采用了行星摆线传动结构,所以其结构紧凑、体积小、重量轻,在功率相同条件下,其质量是其它减速器的一半,由于摆线齿轮、针齿销、轴销和轴套都是由轴承钢制造,工作中又的有滚动摩擦,因此大大加强了个零件的机械性能并保证使用寿命,提高了传动效率。 由于转速需30r/min ,表15-2-119选择二级直连型XWED8175B型,传动比50,输入转速1500r/min,输出转速30r/min,额定转矩2750N.M,额定功率为1.5KW(考虑超载及摩擦等其他不可意料的因素,这个值尽量取大一些).其机构尺寸如图(JB/T298-1994)图2-1 二级直连型XWED8175B型电动机(带减速器的)第5章 传动系统设计5.1常见机构的特点和应用类型特点应用连杆机构结构简单,制造容易,工作可靠,传动距离较远,传递载荷较大,可实现急回运动规律,但不易获得匀速运动或其他任意运动规律,传动不平稳,冲击与振动较大用于从动件行程较大或承受重载的工作场合,可以实现移动、摆动等复杂的运动规律或运动轨迹。凸轮机构结构紧凑,工作可靠,调整方便,可获得任意运动规律,但动载荷较大,传动效率较低用于从动件行程较小和载荷不大以及要求特定运动规律的场合。非圆齿轮机构结构简单,工作可靠,从动件可实现任意转动规律,但齿轮制造较困难用于从动件作连续转动和要求有特殊运动规律的场合。槽轮间歇机构结构简单,从动件转位较平稳,而且可实现任意等时的单向间歇转动,但当拨盘转速较高时,动载荷较大常用作自动转位机构,特别适用于转位角度在45以上的低速传动。凸轮式间歇机构结构较简单,传动平稳,动载荷较小,从动件可实现任何预期的单向间歇转动,但凸轮制造困难用作高速分度机构或自动转位机构。不完全齿轮机构结构简单,制造容易,从动件可实现较大范围的单向间歇传动,但啮合开始和终止时有冲击,传动不平稳多用作轻工机械的间歇传动机构螺旋机构传动平稳无噪声,减速比大;可实现转动与直线移动,传动平稳无噪声,互换;滑动螺旋可做成自锁螺旋机构;工作速度一般很低,只适用于小功率传动多用于要求微动或增力的场合,如机床夹具以及仪器、仪表,还用于将螺母的回转运动转变为螺杆的直线运动的装置。摩擦轮机构有过载保护作用;轴和轴承受力较大,工作表面有滑动,而且磨损较快;高速传动时寿命较低用于仪器及手动装置以传递回转运动。圆柱齿轮机构载荷和速度的许用范围大,传动比恒定,外廓尺寸小,工作可靠,效率高;制造和安装精度要求较高,精度低时传动噪声较大,无过载保护作用;斜齿圆柱齿轮机构运动平稳,承载能力强,但在传动中会产生轴向力,在使用时必须安装推力轴承或角接触轴承广泛应用于各种传动系统,传递回转运动,实现减速或增速、变速以及换向等。齿轮齿条机构结构简单,成本低,传动效率高,易于实现较长的运动行程;当运动速度较高或为提高运动平稳性时,可采用斜齿或人字齿条机构广泛应用于各种机器的传动系统,变速操纵装置,自动机的输送、转向、进给机构以及直动与转动的运动转换装置圆锥齿轮机构用来传递两相交轴的运动;直齿圆锥齿轮传递的圆周速度较低,曲齿用于圆周速度较高的场合用于减速、转换轴线方向以及反向的场合,如汽车、拖拉机、机床等。螺旋齿轮机构常用于传递既不平行又不相交的两轴之间的运动,但其齿面间为点啮合,且沿齿高和齿长方向均有滑动,容易磨损,因此只宜用于轻载传动用于传递空间交错轴之间的运动。蜗轮蜗杆机构传动平稳无噪声,结构紧凑,传动比大,可做成自锁蜗杆;自锁蜗杆传动的效率很低,低速传动时磨损严重,中高速传动的蜗轮齿圈需贵重的减摩材料(如青铜),制造精度要求较高,刀具费用昂贵用于大传动比减速装置(但功率不宜过大)、增速装置、分度机构、起重装置、微调进给装置、省力的传动装置行星齿轮机构传动比大,结构紧凑,工作可靠,制造和安装精度要求高,其他特点同普通齿轮传动;主要有渐开线齿轮、摆线针轮、谐波齿轮3种齿形的行星传动常作为大速比的减速装置、增速装置、变速装置,还可实现运动的合成与分解。带传动机构轴间距离较大,工作平稳无噪声,能缓冲吸振,摩擦式带传动有过载保护作用;结构简单,安装要求不高,外廓尺寸较大;摩擦式带传动有弹性滑动,不能用于分度系统;摩擦易起电,不宜用于易燃易爆的场合;轴和轴承受力较大,传动带寿命较短用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。链传动机构轴向距离较大,平均传动比为常数,链条元件间形成的油膜有吸振能力,对恶劣环境有较强的适应能力,工作可靠,轴上载荷较小;瞬时运转速度不均匀,高速时不如带传动平稳;链条工作时因磨损伸长后容易引起共振,一般需增设张紧和减振装置用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。5.2传动机构的确定根据上述表格和件,距离较远,属于长距离输送。初步选择带传动机构和链条传动机构。带传动机构运行平稳,安装要求不高。最终确定带传动作为本的传动机构。5.3带传动计算输出功率P=1.5kW,转速n1=1440r/min,n2=450r/min5.3.1计算设计功率Pd表4 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机;离心式水泵;通风机和鼓风机();离心式压缩机;轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机(运送砂石、谷物),通风机();发电机;旋转式水泵;金属切削机床;剪床;压力机;印刷机;振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机;斗式上料机;往复式水泵和压缩机;锻锤;磨粉机;锯木机和木工机械;纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机(旋转式、颚式等);球磨机;棒磨机;起重机;挖掘机;橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳,两班工作制(16小时),查机械设计P296表4,取KA1.1。即5.3.2选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。根据算出的Pd1.65kW及小带轮转速n11440r/min ,查图得:dd=80100可知应选取A型V带。5.3.3确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得,小带轮基准直径为80100mm则取dd1=100mm ddmin.=75 mm(dd1根据P295表13-4查得)表3 V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”,得=315mm 误差验算传动比: (为弹性滑动率)误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm,所以宜选用E型轮辐式带轮。总之,小带轮选H型孔板式结构,大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料:选用灰铸铁,HT200。5.3.7确定带的张紧装置 选用结构简单,调整方便的定期调整中心距的张紧装置。5.3.8计算压轴力 由机械设计P303表1312查得,A型带的初拉力F0130.31N,上面已得到=153.36o,z=3,则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高,以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡,对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘,轮缘是带轮的工作部分,用以安装传动带,制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40,为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小,故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38(按带的型号及带轮直径确定),轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂,是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅(腹板),用来联接轮缘与轮毂成一整体。表 普通V带轮的轮槽尺寸(摘自GB/T13575.1-92) 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种型式: (1) 实心带轮:用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时),如图7 -6a。 (2) 腹板带轮:用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时),如图7-6b。 (3) 孔板带轮:用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时),如图7 -6c 。 (4) 椭圆轮辐带轮:用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时),如图7-6d。(a) (b) (c) (d)图7-6 带轮结构类型根据设计结果,可以得出结论:小带轮选择实心带轮,如图(a),大带轮选择腹板带轮如图(b)6 离合器的选择设计6.1恒定距离合器设计计算6.1.1选型为满足工作环境的需要,在系统中我选择恒定距离合器,因为恒定距离合器有外形尺寸小,传递转矩大,无空转转矩,无摩擦发热,无磨损,不需调节,传动比恒定无滑差,使用寿命长,脱开快,干、湿两用的特点。(电源为12v直流电)4.1.2恒定距电磁离合器的动作特性通电后,当激磁电流按指数曲线上升时,由于衔铁被吸引,线圈中电感增大,引起电流第一次短时间下降,以后还会由于衔铁吸引后尚不能起动负载转矩,出现牙间嵌合、脱开和再嵌合的滑跳现象,致使电流发生多次跳动,直到能带动负载转矩时才趋向稳定。对于静态接合,起动时间的长短主要与衔铁吸引时间有关,而对动态起动,则与相对转速、负载特性、负载的增加情况以及牙的相对位置等因素有关。离合器的脱开时间就是从切断激磁电流开始到牙完全脱开嵌合,传递力矩消失所经历的时间,此时电流也按指数曲线衰减。6.1.3离合器的计算转矩 式中 T-离合器传递的理论转矩,它包括工作转矩和起动的惯性转矩 T=2168(Nm); K-工作情况系数 K=1.5所以 1.5 2168=3252(Nm)6.1.4离合器的外径 =1336.1.5离合器的压紧力 Q式中 -牙形角, = -摩擦角, = -牙的平均直径 -衔铁摩擦面的摩擦系数 -衔铁导向孔直径 -弹簧推力,=406.1.6线圈槽高度 =20mm式中 -线圈槽高度比, =5 -传热系数,=11 -填充系数, =0.6 -电阻系数,=0.0176.1.7磁轭底部厚度 =4mm6.1.8衔铁厚度 =8mm 一般取余量 =47 轴的设计计算7.1 轴的设计71.1 最小直径 D A0= 105 =34.8mm (4-1-1)A0的值取自机械设计表153,因为轴上有两个键槽,故将轴的最小直径提高至原来的1.0倍。圆整后 dmin =38mm.7.1.2 轴上各零件的布置方案:主动轮轴上安装着主动轮,以及一对深沟球轴承6220。根据后面的应力计算分析可知轴的材料选为45号钢,调质处理。根据最小轴径,以及轴承的内径、主动轮轮轴的内径确定轴上各段的径向尺寸,根据轴承座长度度及轴承宽度确定轴的总长度。各段长度由安装在轴上的零件尺寸确定。轴上的零件要有两个方向的定位,一个是轴向定位,一个是周向定位。主动轮的周向定位采用键联结,轴向定位由轴承端盖和紧钉螺钉完成。轴通常是在变应力条件下工作的,轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中,轴的疲劳破坏往往在此处发生。为了提高轴的疲劳强度,应尽量减少应力集中源和降低应力集中的程度。为此,轴肩处应采用较大的过渡圆角半径来降低应力集中。但对定位轴肩,还必须保证零件得到可靠的定位。图5-1 轴上零件定位图根据定位图可以得到轴的零件图如下(图5-2)图5-2 轴的零件图7.2 轴的强度校核:图 5.2 轴受力简图根据力平衡条件列平衡方程 630+F2=F1, (4-2-1) F215063049 (4-2-2)由上述方程组得 F1=924N ,F2=294N由上述值可画出剪力图,如下图:图5.3 剪力图由上图得AB段弯矩为 Mab=294105=30870N.mm=30.87N.m (4-2-3) BC段弯矩为 Mbc=63049=30870N.mm=30.87N.m (4-2-4)因为30.87-30.87=0N.m所以可得弯矩图B点为值为30.87N.m弯矩图如下:图5.4 弯矩图扭矩为 T=We=9549P/n=95490.1364 =324.6N.m (4-2-5)扭矩图为图5.5 弯矩图由此可见轴的危险截面在B点 MB = 30.87N.m TB = 324.6N.m B = (4-2-6) = 26.54Mpa45号钢的抗拉强度极限为:600Mpa ;屈服极限:355Mpa(见机械设计手册表27) Bs (4-2-7)故轴的尺寸结构满足强度要求。7.3轴承的使用寿命校核7.3.1 轴轴承的寿命校核主动轮轴轴承中径向力最大为0.977KN。 P = fp Fr =1.20.977KN =1.17KN (4-3-1)fp的取值见机械设计表1366210滚动轴承的基本额定动载荷C=35KNC的取值见机械设计课程设计手册表61。 Lh = (4-3-2) = =1.11108h7.3.2 轴承的寿命校核 P = fp Fr =1.20.924KN = 1.1KN (4-3-3)Lh = (4-3-4) = = 1.34108h移苗机每天工作10小时,每年工作600小时,设计轴承使用寿命为6年。 Lh = 6006 3.6103 h (4-3-5) Lh Lh ,满足设计要求。 8 键的校核8.1根据轴的直径选择键根据条件选取的键型号规格如下键1:圆头普通平键(A型) b=6mm ,h=6mm,L=40mm 键2:圆头普通平键(A型) b=8mm ,h=7mm ,L=22mm键3:圆头普通平键(A型) b=10mm ,h=8mm ,L=30mm 8.2校核键的承载能力键1受到的转距T1=39.4Nm键2受到的转距T2=38.6Nm键3受到的转距T3=106.24Nm键的材料为钢,轻微冲击,为100120Mp,取=110 Mp键的校核公式:(k=0.5h ,l=L-b ,d为轴的直径)校核键1:校核键2:校核键3:从校核结果看出键1、键2、键3、都符合要求9 轴承的润滑及密封 根据轴颈的圆周速度,轴承可以用润滑脂和润滑油润滑,由于齿轮的转速大于2m/s,所以润滑可以靠机体的飞溅直接润滑轴承。或引导飞溅在机体内壁上的油经机体泊分面上的油狗流到轴承进行润滑,这时必须在端盖上开槽。如果用润滑脂润滑轴承时,应在轴承旁加挡油板以防止润滑脂流失。并且在输入轴和输出轴的外伸处,都必须密封。以防止润滑油外漏以及灰尘水汽及其它杂质进入机体内。密封形式很多,密封效果和密封形式有关,通常用橡胶密封效果较好,一般圆周速度在5m/s以下选用半粗羊毛毡封油圈。10 粉碎机的主体设计此粉碎机的工作部分主要集中在机体部分,机体外观是一个圆形筒,其中包括中心轴、五根搅拌棒、旋转挡板、铁网笼、筛网、进料口、出料口等,除此之外是支撑部分等等。10.1中心轴及搅拌棒如图所示: 粉碎机筒体中心轴是一个阶梯形的,连接在其上的依次有带轮、上轴承、搅拌棒和下轴承。基本上是采用键连接的方式,其中搅拌棒是通过焊接的方式进行固定。搅拌棒的主要作用是对较粗的原料进行粉碎,而达到一定要求的颗粒则通过旁边的筛网进行过滤,较粗的颗粒掉在旋转挡板上,旋转挡板的作用使其向上流动,最终被搅拌棒进行再次绞碎,直至达到要求的颗粒大小。 (旋转挡板上也有过滤孔,使掉下的原料不至于堆积在最底层造成对挡板的损坏)筒体结构简图10.2进料口和出料口1.进料口进料口的结构如下图所示:进料口结构示意图进料口是由铁皮和肋板焊接成方形的一个漏斗形的进料口,进料口倾斜的焊接在筒体盖板上,以方便装料和进料。其中肋板能够增强进料口的强度,防止在装料过程中由于原料重量过大使料斗产生变形。2出料口(1)上下盖板主要用于固定粉碎机的中心轴,由滚动轴承和端盖组成,其结构详见附图。(2)支撑及出料口(如下图)。主要由钢条和铁皮制成,其中支撑的重要部件是四个支撑脚,采用钢条焊接在底盖上,它是承受粉碎机的全部重量。在支撑脚的内圈则是由钢和铁皮制成的出料口,是焊接在支撑脚和底盖上的。 图314 支撑及出料装置结构示意图10.3搅拌棒搅拌棒通过焊接方式与中心轴相连接,同时在搅拌棒的表面还焊有类似小钉形状的铁块,使物料更轻松的搅拌粉碎,从而达到细化的目的。如图所示: 10.4旋转挡板图中旋转挡板是专门设计的一个重要部件。它不仅相当于一个筛网,使达到要求的物料掉出,还使其他的大颗物料通过有倾角的叶片旋转到上面的搅拌棒进行进一步的绞碎,直到达到要求的细度。如图所示: 10.5机架装置由于整个粉碎机的结构较大,因此,将机体设为四角支撑,采用钢条和铁块制成,有利于粉碎机的支撑固定,并且将出料斗设计在下面,如图3.12所示:总 结粉碎机作为一种常用的机械设备,虽然研发技术已经达到相当成熟的地步,但是,随着社会的不断发展,科学技术不断的进步,也更加迫切的需要更多用途,高性能的粉碎机。为了适应当今社会的发展要求和趋势,低成本、高效率以及自动智能化是当今工业发展的必然趋势。对于粉碎机的设计应该在自身现有的技术上,不断学习外国先进技术,提高我国粉碎机的研发水平。本次设计是在粉碎机知识学习上的一次设计,综合运用了各科知识,是一次对自身所学知识的检验,同时也是一次学习的好机会,应该好好的总结此次设计中的不足,提升自己的学习能力,对未来的学习和工作起到促进的作用!该粉碎机的设计到此就算告一段落,由于本人知识有限,在设计过程中难免存在错误和妥协之处,希望老师们提出宝贵意见。参考文献1. 谭庆昌、赵洪志、曾平.机械设计.吉林科学技术出版社.2000.5.2. 郑玉华.典型机械(电)产品构造.科学技术出版社.2004.7.3. 寇尊权.机械设计课程设计.吉林科学技术出版社.1999.9.4. 陈塑寰.材料力学.吉林科学技术出版社.2000.9.5. 秦荣荣、崔可维.机械原理.吉林科学技术出版社.2000.6. 机械设计手册1.机械
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