某型雙軸慣性式振動脫水機的設計

某型雙軸慣性式振動脫水機的設計,某型雙軸慣性式振動脫水機的設計,某型雙軸,慣性,振動,脫水機,設計 大大連大大學學2018屆屆學學生生畢業(yè)論文文(設計)中中期期檢查表表題目某型雙軸慣性式振動脫水機的設計指導教師楊鐸職稱副教授學生姓名肖揚閱讀文獻數(shù)18初稿完成時間2018-04-19工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好 一般較差 工作進度快 按進度進行 慢任 務 書有開題報告有中期工作結論中調整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名)：王建維日期：2018-04-19學院意見同意教學院長(簽名)：吳蒙華日期：2018-04-23 大 連 大 學 本科畢業(yè)論文 (設計 )開題報告 論 文 題 目： 某雙軸慣性式振動脫水機的設計 學 院： 機 械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機械設計制造及其自動化（ 機 英 142） 學 生 姓 名： 肖揚 指導教師（職稱）： 楊鐸 （副教授） 2017年 12 月 31日填 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開 題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據 1.論文（設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2.論文（設計）進度計劃。 四、文獻 查閱及文獻綜述 學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相 關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2.開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 一、選題依據 1論文（設計）題目 某型雙軸慣性式振動脫水機的設計 2研究領域 機械設計 3論文（設計）工作的理論意義和應用價值 近年來物料脫水是很多行業(yè)重要的一個環(huán)節(jié)，大多數(shù)脫水機是利用振動篩來脫 水。因此，提高振動篩的性能非常必要。脫水設備技術水平的高低和質量的優(yōu)劣，關 系到工藝效果的好壞，生產效率的高低和能源節(jié)省的程度，從而 直接影響企業(yè)的經濟 效益。通過脫水可以 提高物料的質量，從而達到所需的產品，因此作為物料脫水的主 要設備 振動脫水機也不斷發(fā)展。如提高穩(wěn)定可靠性、降低消耗、降低噪音、提高振型 穩(wěn)定性、提高篩分效率高等方面都有了很大的提高。 通過對篩分過程進行深入的理論研究，可以進一步認識物料在振動著的篩面的運 動機理，在此基礎上尋找篩分機的最佳運動學參數(shù) (振幅、轉速、篩面傾角、振動方 向角 )，從而提高篩分效率，降低能耗，延長篩分機和篩面使用壽命，促進篩分機械 設計的改進、優(yōu)化及新型篩分機械的研制。全球每年都有數(shù)百億噸的粒狀物料要經過 篩分處 理，僅在我國每年經過篩分作處理的煤炭就有十幾億噸，對篩分過程的深入 認識顯然具有十分重要的經擠意義。 本課題的設計就是在現(xiàn)有的振動篩的基礎上改造并提高設備的性能來延長機體 的壽命和降低生產與維護成本。利用雙電機驅動可以達到自同步振動并簡化結構 ， 降 低故障率。 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 篩分技術及其發(fā)展方向篩分工作是一個非常簡單的分離作業(yè) ： 通過顆粒和篩孔的 大小進行對比 ， 比篩孔小的那些物質透過篩孔變成篩下物質 ， 比篩孔大的東西留在篩 子上面變成篩上物 ， 從而達到粗細顆粒分開的目的。但是在現(xiàn)實工作應用中 ， 由于要 求有一定的工作余量 ， 要使物料達到很好的按顆粒大小分離不是很容易 。 因為篩分的 過程很復雜 ， 現(xiàn)在大部分的篩分原理更加關注篩分結果而不是篩分過程的研究 ， 對篩 分過程認識不足 ， 現(xiàn)在還不能達到工程實際的需要 ； 采用傳統(tǒng)的設計原理很難使問題 得到深層次研究 ,需要想別的辦法 ， 引入更加新的思想和理論 ， 才有取得突破的可能。 目前 ， 篩分領域的研究呈現(xiàn)出多學科相互滲透和交叉的局面 ,建立以試驗為基礎 ， 以計 算機技術為依托的綜合考慮物料性質及其相互影響物料運動模型和篩分過程數(shù)學模 型 ， 將是必然的發(fā)展趨勢 。 國外篩分設備仍以發(fā)展振動篩為主 ， 振動篩向標準化、通用化和系列化方向發(fā)展 ； 向大型化方向發(fā)展 ， 但最大到 55 平方米 已夠用了 ； 增大篩面傾角 ， 提高篩分效率 ； 發(fā)展細粒篩分設備 ， 篩孔尺寸小到 0.1-0.3毫米 ； 旋流篩使用逐漸增多 ； 共振篩發(fā)展 停滯。 國內振動篩的技術發(fā)展趨勢表現(xiàn)在 ： 積極開展篩分技術研究 ， 提高原煤干式深度 篩分技術降低分級下限和增加煤炭品種 ， 著重解決粒度細、水分高和粘度大的難篩物 料的分級技術 ； 為滿足大露天礦選用 ， 研制重型分級篩 ， 適用于 500毫米以下物料篩 分 ； 為提高篩板的壽命和效果 ， 著重發(fā)展焊接篩網 ， 非金屬篩面 ； 共振篩有被淘汰之 勢 ， 應大力發(fā)展塊 偏心圓振動篩和直線振動篩。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 （ 1） 總體設計：了解國內外相關研究的水平、了解振動脫水機基本原理，以及設計 的基本步驟。明確技術難度及主攻方向，通過調查研究，確定設計計劃。 （ 2） 脫水機零件設計計算及校核：激振器，篩箱，篩網，減震彈簧等的設計； （ 3） 繪制二維裝配圖及部分零件圖、部件圖。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （ 1） 根據振動篩脫水原理進行結構設計； （ 2） 激振器的計算選型，校核； （ 3） 脫水機及部分零部件的強度、壽命 校核； （ 4） 三維實體設計 3.本論文（設計）預期取得的成果 (1)完成 雙軸慣性式振動脫水機的 總體結構 設計 (2)完成各參數(shù)的計算，確定加工工藝，繪制二維裝配圖及部分零件圖 cad (3)完成三維實體 建模 solidworks (4)完成畢業(yè)設計說明書 (5)翻譯外文文獻 2000字以上 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； (1)查閱資料 (2)制定 雙軸慣性式振動脫水機的 方案 設計 (3)對 雙軸慣性式振動脫水機的 具體部分進行理論計算 (4)對 雙 軸慣性式振動脫水機的 結構 設計 2.論文（設計）進度計劃 序號 完成進度 時間 1 查閱資料 1-2周 2 完成開題報告 3-4周 3 完成雙軸慣性式振動脫水機的篩體、激振器、篩 網等系統(tǒng)總體結構設計 5-6周 4 完成各參數(shù)的計算 7周 5 中期檢查 8周 6 確定加工工藝 9周 7 繪制二維裝配圖及部分零件圖 10-11周 8 完成三維實體建模 12周 9 編寫設計說明書 13周 10 畢業(yè)答辯 14周 四、需要閱讀的 參考文獻 1聞邦椿 ,劉樹英 .現(xiàn) 代振動篩分技術及設備設計 M.北京 :冶金工業(yè)出版社 ,2013. 2孔志禮 ,馬星國等 .機械設計 M.北京 :科學出版社 ,2008. 3張義民 ,李鶴 .機械振動學基礎 M.北京 :高等教育出版社 ,2010. 4王新文 ,胡云龍 ,馬超 ,王召召 ,白金峰 ,蔣武學 ,吳陽 .雙軸振動篩剛體平面運動的 幾何解析方法 J.煤炭學報 ,2014,39(05):971-975. 5劉文君 .直線型振動篩強度有限元分析 J.煤炭技術 ,2017,36(10):230-231. 6卜文卓 .雙振動電機式直線多層振動篩動力 學分析及應用 D.江蘇大學 ,2017. 7杜鑫 ,陳波 .振動篩分機械發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 J.科技信息 ,2010(10):109. 8趙環(huán)帥 ,鮑玉新 ,陳思元 ,楊秀秀 .國內外高頻振動篩技術與設備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J.礦山機械 ,2011,39(10):83-88. 9楊可幀、程光蘊、李仲生主編，機械設計基礎 M.北京 :高等教育出版社， 2006 10朱龍根主編 .簡明機械零件設計手冊 (第二版 )M.北京 :機械工業(yè)出版 社 ,2005. 12解京選 ,劉建容主編 .選煤廠破碎與篩分 M.徐州 :中國 礦業(yè)大學出版 社 ,2004. 13謝廣元等，選礦學 M.徐州 :中國礦業(yè)大學出版社 ,2001. 14洛志斌主編 .金屬工藝學 M.北京 :高等教育出版社 ,2000. 15嚴國彬編 .選煤廠機械設備安裝使用與檢修 M.北京 :煤炭工業(yè)出版社 ,1996. 16Anonymous. Physical Chemistry; New findings from China University of Mining and Technology in the area of physical chemistry describedJ. Chemicals & Chemistry,2010 ,16(17):4970-4980. 17K.P.S. Rana.Fuzzy control of an electrodynamic shaker for automotive and aerospace vibration testingJ.Expert Systems With Applications,2011,38(9) :11335-11346. 18John F.Preble,Richard C.Hoffman.General management of innovation: lessons from the Shaker communityJ.Journal of Management History,2012,18(1) :24-45. 文獻綜述 振動是自然界和工程設計領域普遍存在的一種現(xiàn)象，一般情況振動是有害的，但 在合理的環(huán)境下加以利用，振動可以是有益的。振動機械應用涉及選礦、沙和煤炭加 工工業(yè)。此外也適用于城市污水處理、紙漿、化工和食品工業(yè)。振動機械通常由激振 器 、工作機體和彈性元件三部分組成。但是目前在我國各種選煤廠使用的設備中 ,振 動篩是問題較多、維修量較大的設備之一。這些問題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫 ,稀 油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高、噪聲大等問題 ,同時伴有傳動 帶跳帶斷帶等故障。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命 ,嚴重影響了生產。 近年來物料脫水是很多行業(yè)重要的一個環(huán)節(jié)，大多數(shù)脫水機是利用振動篩來脫 水。因此，提高振動篩的性能非常必要。脫水設備技術水平的高低和質量的優(yōu)劣，關 系到工藝效果的好壞，生產效率的高低和能源節(jié)省的程度，從而直接影響企業(yè)的經濟 效益。通過脫水可以提高物料的質量，從而達到所需的產品，因此作為物料脫水的主 要設備振動脫水機也不斷發(fā)展。如提高穩(wěn)定可靠性、降低消耗、降低噪音、提高振型 穩(wěn)定性、提高篩分效率高等方面都有了很大的提高。 在選礦廠、選煤廠、和其他工業(yè)部門中，物料在使用或者進一步處理之前，常常 需要用篩分機械分成粒度相近的幾種級別。各工業(yè)部門中使用的篩分機械種類很多如 固定格篩、弧形篩、滾軸篩、滾筒篩、搖動曬、旋流篩、振動篩和共振篩等，其中以 振動篩應用最為普遍。振動篩用于篩分分級以外，還用于物料的脫水，及去除物料中 的水分；脫介，即在篩機中 用水清洗并回收重介質；脫泥即在篩機中用水清洗物料表 面的污泥。實驗室或者實驗場所，時常用篩機對物料進行篩分分析。 在 16 世紀，英國首先開始了篩分機械的研究，并誕生世界第一臺用于煤炭工業(yè) 的固定篩。到了 18世紀歐洲工業(yè)革命時期，篩分機械發(fā)展迅速。在 19世紀初，一些 礦山企業(yè)開始使用圓筒篩、搖動篩，有的地方出現(xiàn)一些簡單的振動篩分機械。近些年 來，社會對能源和礦產急劇需求，從而使篩分機械迅速發(fā)展。目前，國外知名企業(yè)利 用計算機輔助設計技術，先進的制造工藝，不但生產出適用于多種行業(yè)、多種規(guī)格的 振動篩，而且生產出了可靠性高，性 能好的大型和特大型振動篩。這些振動設備具有 世界領先的技術，代表目前行業(yè)的發(fā)展趨勢。國外振動機械企業(yè)注重產品的大型化、 高效性、可靠性、專業(yè)性的研發(fā)方向。并根據不同的行業(yè)特點，提供不同的解決方案， 提供全面系統(tǒng)的服務。但不得不看到是，進口設備價格較高，一般的設備價格是國產 設備的 3倍以上，在大型設備上通常是國產同等型號的 8-10倍。 國外篩分設備仍以發(fā)展振動篩為主，振動篩向標準化、通用化和系列化方向發(fā)展； 向大型化方向發(fā)展，但最大到 55 平方米已夠用了；增大篩面傾角，提高篩分效率； 發(fā)展細粒篩分設備，篩孔尺寸小到 0.1-0.3毫米；旋流篩使用逐漸增多；共振篩發(fā)展 停滯。國內振動篩的技術發(fā)展趨勢表現(xiàn)在：積極開展篩分技術研究，提高原煤干式深 度篩分技術降低分級下限和增加煤炭品種，著重解決粒度細、水分高和粘度大的難篩 物料的分級技術；為滿足大露天礦選用，研制重型分級篩，適用于 500毫米以下物料 篩分；為提高篩板的壽命和效果，著重發(fā)展焊接篩網，非金屬篩面；共振篩有被淘汰 之勢，應大力發(fā)展塊偏心圓振動篩和直線振動篩。 由于工業(yè)基礎差，研究能力和制造水平落后，在近 50 年，我國篩分機械走過從 無到有，從小到大，從落后到先進的發(fā)展過程?？傮w上可分為四 個階段。 1.進口設備階段 解放以前，我國在選煤、采礦行業(yè)主要依靠人力來完成相應的工作。在少數(shù)一些選煤 中國經濟的發(fā)展的推動，開始在相關行業(yè)推廣應用篩分機械。并在大部分洗煤廠、采 礦廠和采石場使用一些慢速的搖動篩和老式的振動篩，并開始使用小型的直線振動 篩。 2.仿制階段 從 50年代到 60年代，我國開始從前蘇聯(lián)和波蘭等歐洲一些國家進口各種篩分機械。 這期間，組織全國相關單位，測繪仿制了前蘇聯(lián)的圓振動篩、系列搖動篩。 波蘭的 WK 15圓 振動篩、 CJM 21型搖動篩和 WP1、 WP2型吊式直線振動篩。研制出 國產 SZZ系列的自定中心篩、 SZ系列的慣性篩和 SSZ系列的直線篩。這些篩分機械仿 制成功以后的發(fā)展初步奠定了基礎，并培養(yǎng)了我國第一批技術人員。 3.引進提高階段 60年代初開始采用一些前蘇聯(lián)和波蘭引進的快速的搖動篩、脫水篩和振動篩技術。 從 70 年代到 80 R S 公司的 TABOR 振動篩技術。從日本神戶 制鋼所引進 HLW型振動篩技術，從德國 KHD公司引進 USK和 USL型振動篩。進入改革 開放的快速發(fā)展的時期，我國篩分機的發(fā)展也進入了 一個新的階段。在吸收成功研制 了 YA 系列圓振動篩、 ZKX 系列直線振動篩、 ZK 系列振動篩。完成振動概率篩系列、 旋轉概率篩系列，完成了箱式激振器等厚篩系列、重型冷熱礦篩系列、馳張篩、粉料 直線振動篩、琴弦篩、旋流振動篩、立式圓筒篩的研制也取得成功。國外振動篩產品 和制造技術的引進，提高了我國篩分機械設計制造人員技術水平，使他們從中學習到 先進國家設計制造振動篩的理論、方法、設計技術和制造工藝。 4.自行研制階段 我國制定了第一個煤用單、雙軸振動篩系列型譜，自主進行了 ZDM(DDM)系列單軸振動 篩和 ZSM(DSM)系列雙 國內中、小型選煤廠建設的需要。在此基礎上，通過采用自同步理論、塊偏心振動器、 復合彈簧、環(huán)槽鉚釘?shù)认冗M技術，相繼開發(fā)了 2ZKB2163直線振動篩， YK1545和 2YK2145 圓振動篩、 YH1836 重型振動篩、 FQ1224 復合振動篩等 4 種基型新系列振動篩。又相 繼開發(fā) YK和 ZKB自同步直線振動篩系列、香蕉篩系列、重型冷熱礦篩系列、博厚篩、 高頻振動篩系列。這些設備成功研制，標志著我國篩分機械走上了獨立發(fā)展的道路。 目前，在國內振動篩研究成果有：中國礦業(yè)大學等單位 為東灘煤礦，研制了據稱是國 內篩面寬度尺寸最大的 ZDS2460型自同步等厚篩，其篩面寬度為 2400mm，篩分能力為 1000t/h 該設備篩面分為兩段，篩分效率達到 90%以上。鞍山重型機器股份有限公司 與沈陽理工大學聯(lián)合研制世界最大的大型香蕉篩，該篩面 39.56平方米，高 5米，重 40噸，最大處理能力為 2500t/h，年可篩分上千萬噸。產品性能、篩分面積、工作效 率在世界同類產品中居于前列。該產品不但替代了進口，而且打破了國外壟斷該大型 設備的歷史。新鄉(xiāng)威猛集團將 12臺 2m 3m的節(jié)肢篩組合在一起，組成了目前國內面 積最大 的 72平方米節(jié)肢振動篩，用于選煤系統(tǒng)的分級和脫水、脫介、效果很好。 審 核 意 見 指導教師評閱意見 （對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評 閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日 公章： 某型雙軸慣性式振動脫水機 摘要 這次任務要求設計的雙軸慣性式振動脫水機，由箱體、激振器、電動機、彈簧、底座、篩網等組成，采用直線振動篩進行脫水，兩個激振器主軸分別由兩個電機聯(lián)接，兩臺電機主軸的旋轉方向相反，物料在篩面上運動，通過激振器產生離心激振力來振動篩體，通過篩面上的小孔將物料進行篩分，其中的水分則通過篩面上的小孔篩分，經機體下面排水口流出。本次設計在原有機器的基礎上進行了改進，采用雙軸電機驅動取代了原來的運用齒輪傳動強制同步的方式，簡化了結構，減少了噪音。電機放在箱體側面，減少了對箱體的強度要求。使用雙軸可以較大距離進行安裝，優(yōu)化了結構。本次設計還進行了結構設計優(yōu)化，參數(shù)計算，經過改進之后，生產效率得到提高，結構得到簡化，降低了維修難度，提高了經濟效益。 關鍵詞：振動脫水機；激振器；振動篩； I ABSTRAC The two-axis inertial vibration dehydrator, designed for this mission, consists of a box, a vibrator, a motor, a spring, a base, a screen, and so on. It uses a linear vibrating screen for dehydration, and the main shaft of the two exciters is connected by two motors, respectively. The rotation direction of the main shaft of the two motors is opposite, the material moves on the screen surface, the vibrating body is vibrated by the centrifugal exciting force generated by the exciter, the material is screened through the holes in the screen surface, and the moisture content is screened by the small hole in the screen surface. Flow through the drain under the body. This design has been improved on the basis of the original machine, the use of two-axis motor drive instead of the original use of gear drive force with the same. The step way simplifies the structure and reduces the noise. The motor is placed on the side of the box body to reduce the intensity requirement of the box body. Using two-axis can be installed at a large distance, optimize the structure. After the improvement, the production efficiency is improved, the structure is simplified, the difficulty of maintenance is reduced, and the economic benefit is improved. Keywords: vibratory dehydrator; vibrator; vibrating screen; II 目錄 第1章 緒論 1 1.1 課題的提出和意義 1 1.2 振動機械的組成和分類 1 1.3 國內研究狀況 1 1.4發(fā)展方向 2 1.5課題研究的主要內容和理論基礎及應用工具 2 第2章 設計方案的確定 3 2.1工作原理及總體方案的提出 3 2.2激振器的選擇 4 2.3箱體結構設計 5 2.4電機的布置 5 2.5傳動方式 7 2.6彈性元件的選擇 8 第3章 動力學分析及參數(shù)計算 9 3.1動力學分析 9 3.2 設計基本參數(shù) 11 3.3激振器的計算 12 3.5電機的選擇 18 3.6質量的計算 18 3.7 彈簧的設計計算 23 第4章 強度校核 27 4.1軸的強度校核 27 4.2軸承校核 34 4.3鍵的強度計算 35 第 5 章 安裝與檢修 37 5.1 安裝要求 37 5.2 維護與檢修 37 第 6 章 經濟性分析 38 參考文獻 39 50 第1章 緒論 1.1 課題的提出和意義 1.1.1課題的提出 振動是自然界和工程設計領域普遍存在的一種現(xiàn)象，一般情況振動是有害的，但在合理的環(huán)境下加以利用，振動可以是有益的。振動機械應用涉及選礦、沙和煤炭加工工業(yè)。此外也適用于城市污水處理、紙漿、化工和食品工業(yè)。振動機械通常由激振器、工作機體和彈性元件三部分組成。但是目前在我國各種選煤廠使用的設備中,振動篩是問題較多、維修量較大的設備之一。這些問題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫 ,稀油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高、噪聲大等問題 ,同時伴有傳動帶跳帶斷帶等故障。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命,嚴重影響了生產。 物料脫水是生產加工中十分關鍵的環(huán)節(jié)。脫水環(huán)節(jié)處理得好就可以提高產品的質量，脫水效率高的話就可以節(jié)約成本，帶來更多的經濟利益，而脫水效果則由振動篩直接影響。因此，和這些直接相關的設備振動脫水機便需要不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，不斷完善。提高設備的穩(wěn)定性，減少噪音危害，降低能源消耗等是勢在必行的。 1.1.2課題的意義 本次設計任務主要是在原有機器的基礎上，對其進行結構上的優(yōu)化，以改進原有機器存在的問題，如采用雙電機分別帶動兩個激振器主軸，來取消以齒輪傳動強制同步的方式。通過優(yōu)化結構來簡化機器的結構，提高機器的工作效率。學習研究振動篩分機械，優(yōu)化其結構組成，計算其相關參數(shù)，從而提高效率。 此次設計任務就是在原有的振動機械的設計上優(yōu)化結構，提高設備的效率，降低成本。 1.2 振動機械的組成和分類 1.2.1振動機械的組成 （1）激振器。 激振器工作時可以形成隨著周期變化的力，它作用在箱體上使之振動，從而達到脫水的目的。 （2）工作機體或平衡機體。 在本次設計任務中為箱體，他在激振力的作用下進行周期性振動，從而對箱體中的煤炭進行脫水。 （3）彈性元件（彈簧）。 彈性元件包括隔振彈簧，其作用是支撐箱體，從而使箱體完成振動，緩沖激振力。 1.3 國內研究狀況 由于工業(yè)發(fā)展緩慢，基礎比較薄弱，理論研究和技術水平落后，我國篩分機械的 發(fā)展是本世紀近 50 年的事情，大體上可分為三個階段。 (1) 仿制階段：這期間，仿制了前蘇聯(lián)的系列圓振動篩、BKT-11、BKT-OMZ型搖動篩；波蘭的 WK-15 圓振動篩、CJM-21 型搖動篩和 WP1、WP2 型吊式直線振動篩。這些篩分機仿制成功，為我國篩分機械的發(fā)展奠定了堅實的基礎，并培養(yǎng)了一批技術人員。 (2) 自行研制階段：從 1966 年到 980 年研制了一批性能優(yōu)良的新型篩分設備，1500 毫米×3000 毫米重型振動篩及系列，15m2、30m2 共振篩及系列，煤用單軸、雙軸振動篩系列，YK 和 ZKB 自同步直線振動篩系列，等厚、概率篩系列，冷熱礦篩系列。這些設備雖然存在著故障較多、壽命較短的問題，但是它們的研制成功基本上滿足了國內需要，標志著我國篩分機走上了獨立發(fā)展的道路。 (3) 提高階段：進入改革開放的 80 年代，我國篩分機也進入了一個新的發(fā)展階段。成功研制了振動概率篩系列、旋轉概率篩系列，完成了箱式激振器等厚篩系列、自同步重型等厚篩系列、重型冷熱礦篩系列、弛張篩、螺旋三段篩的研制，粉料直線振動篩、琴弦振動篩、旋流振動篩、立式圓筒篩的研制也取得成功。 1.4發(fā)展方向 振動篩分機在工程中廣泛應用，對國民經濟起著重要作用。從目前國外的研究方向來看，一方面致力于當前篩分機的運動分析和結構調整；另一方面瞄準新穎的設計目標、探求合理的結構形式，以便進一步推動振動篩分機的應用。 1. 國外技術發(fā)展趨勢 國外篩分設備仍以發(fā)展振動篩為主，振動篩向標準化、通用化和系列化方向發(fā)展； 向大型化方向發(fā)展，但最大到 55m 2 已夠用了；增大篩面傾角，提高篩分效率；發(fā)展細粒篩分設備，篩孔尺寸小到 0.1 ～ 0.3 毫米；旋流篩使用逐漸增多；共振篩發(fā)展停滯。 2. 國內技術發(fā)展趨勢 積極開展篩分技術研究，提高原煤干式深度篩分技術，降低分級下限和增加煤炭品種，著重解決粒度細、水分高和黏度大的難篩物料的分級技術；為滿足大露天礦選用，研制重型分級篩，適用于 500 毫米以下物料篩分；為提高篩板的壽命和效果，著重發(fā)展焊接篩網，非金屬篩面；共振篩有被淘汰之勢，應大力發(fā)展塊偏心圓振動篩和直線振動篩。 1.5課題研究的主要內容和理論基礎及應用工具 本課題的設計主要為了實現(xiàn)振動脫水，并在原有設計基礎上進行提高改良。工作內容為選擇彈簧和激振形式，設計箱體和傳動等。根據以往設計經驗，在原機器和知識的基礎上，進行結構設計優(yōu)化，再利用solidworks三維制圖，最后利用cad進行繪圖。 第2章 設計方案的確定 2.1工作原理及總體方案的提出 振動脫水機是依靠激振力作用在箱體上來進行脫水的，它由箱體、篩網、底座、激振器、彈性元件、電動機等組成。 2.1.1工作原理 圖2.1振動脫水機工作原理圖 該設計采用雙軸慣性式激振器，兩個激振器中的對應偏心塊質量相等，同理偏心塊產生的力也相等，在兩個相同電機的作用下，兩個偏心塊所在主軸的旋轉方向相反，在不同位置產生的離心力，沿著方向的分力彼此抵消的，而沿方向的分力是彼此重疊，形成了一個沿著方向的離心力，在它的作用下箱體進行直線振動。由圖可知，當兩個離心力方向相同時達到最大，方向相反時達到最小。激振力方向與篩面一般呈角，因此物料在篩面上做斜拋運動，其中的水分便能透過篩網落下，從而實現(xiàn)脫水。 在激振力作用下箱體做周期性振動。由于安裝傾角，所以水做反向運動，從箱體下端排水口排出。 2.1.2總體方案 圖2.2振動脫水機圖 2.2激振器的選擇 激振器可以產生激振力，它作用在箱體上，使之振動，從而使物料在箱體的振動作用下達到脫水目的。它需要一直振動來工作，而且偏心塊在主軸轉動過程中產生了離心力，它對偏心塊主軸有一定的強度要求。因此便需要選擇適配的激振器。 雙軸慣性式激振器采用兩個相同的電機分別帶動兩個激振器，以這種方式來取締通過齒輪聯(lián)接的強制同步方式，優(yōu)化了結構，減少了噪音，又因為取締了齒輪，所以因而齒輪的各種問題，如齒輪的損傷等問題迎刃而解。而且使用電機帶動激振器運行平穩(wěn)，故障少。 激振器的組成部件，每個激振器主軸上有兩個偏心塊，通過調節(jié)可以改變激振力，偏心塊兩側由軸承，迷宮密封端蓋固定，使用螺栓將激振器和箱體聯(lián)接，這樣激振力直接作用在箱體上。采用脂潤滑減少油。泄露最后用筒罩包裹，防止偏心塊脫落傷人。 圖2.3 激振器圖 2.3箱體結構設計 箱體由篩框和篩面組成，篩框由側板、橫梁組成。設計篩箱時，要計算選擇側板和橫梁斷面大小，以承受振動力。避免頻率一致，在工作時損傷箱體。側板材料用鋼，它的受力限額高，耐久，容易焊接。在焊接過程中，連接部位內應力大。在強振動載荷下經常發(fā)生裂紋，甚至斷裂。因此需要進行回火處理。為了防止箱體在工作過程中發(fā)生故障損傷，因此焊接角鋼。 圖2.4 箱體圖 2.4電機的布置 電機主軸和激振器主軸通過聯(lián)軸器連接，在電機的帶動下激振器主軸帶動偏心塊轉動，從而產生激振力，帶動箱體振動，進行生產。以往設計將電動機安裝在橫梁上，為了減少對箱體的損傷，在這次任務中將其安裝在篩箱兩側。 在實際生產中，為了兩個電機一起運動，起初使用齒輪連接兩個激振器主軸，強制其實現(xiàn)同步。在不斷探索中，發(fā)現(xiàn)振動的固有特性可用于振動機械，實現(xiàn)了由兩個電機驅動的兩個偏心轉子或自同步的兩個偏心轉子之間的振動同步。根據自同步原理將構造簡化后便設計出了自同步電動機。在振動同步的新時代，人們利用這種理論研制出了很多的新型產品。為了實現(xiàn)振動同步需要兩電機完全相同，需要保證機器處在良好的狀態(tài)。 利用兩臺電機分別帶動兩個激振器工作，這種改進有如下好處： 1.利用雙電機驅動代替了齒輪傳動，降低了維修難度。 2.由于取消了齒輪傳動，使傳動部的結構變得簡單。 3.這類設計是的部件容易購買、安裝、更換。 4.這類設計采用兩個電機分別驅動兩個激振器使得每個激振器可以獨立安裝。 圖2.5 底座圖 2.5傳動方式 圖2.6主軸 激振器中的兩個偏心塊分別安裝在主軸的兩端，主軸為傳動軸，這樣安裝十分方便，誤差非常小。容易達到設計要求。 使用輪胎式撓性聯(lián)軸器作為傳動的連接部件，將電機主軸和激振器主軸相連，其中的撓性片為非金屬材料，當速度不穩(wěn)定時，它具有良好的緩沖和阻尼性能，但是這些材料受溫度和力的影響大，因此需要用于常溫，重量小的場合。這種聯(lián)軸器可以自動緩和兩軸的誤差。因此，主要傳動形式為電動機轉動，帶動激振器的主軸，這兩個主軸由聯(lián)軸器連接，主軸依靠軸承轉動，從而帶動主軸上的兩個偏心轉子轉動，兩個偏心塊在運動的過程中產生激振力，從而帶動箱體振動，進而帶動物料振動，以此來達到脫水的目的。 圖2.7輪胎式聯(lián)軸器 1、4. 半聯(lián)軸器 2.螺栓 3.輪胎體 5.壓板 2.6彈性元件的選擇 圖2.8 彈簧圖 彈性元件為依靠本身的性能來完成任務的元件，本設計中彈性元件主要是聯(lián)接振動篩底面與底座，緩沖振動篩在工作工程中的振動，完成振動脫水的目的。采用金屬螺旋彈簧，因為它容易購買，成本低，易于安裝更換。 第3章 動力學分析及參數(shù)計算 3.1動力學分析 兩個激振器主軸上的偏心轉子產生的激振力為： (3-1) 式中： —偏心塊的質量，kg； —偏心塊質心的旋轉半徑，m； —偏心塊回轉角速度，。 如圖，建立二維坐標系，對彈簧進行分析 圖3.1雙軸慣性振動機受力圖 (3-2) (3-3) 其中： 式中： —箱體的計算質量； —箱體的實際質量； —物料質量； —物料結合系數(shù)，一般?。? —激振力與篩面的夾角； —隔振彈簧在方向的剛度，； —等效阻尼系數(shù)。 方程有以下形式的特解： (3-4) (3-5) 式中： 、—x方向與y方向振幅； 、—激振力對位移在方向與方向的相位差角。 方向和方向的振幅和相位差求出為： (3-6) (3-7) (3-8) (3-9) 因為，激振力方向為，所以并不一致，其合成振幅： ，可近似取，所以振幅為： (3-10) 實際振動方向角 (3-11) 3.2 設計基本參數(shù) 箱體長：2000mm，寬：600mm，高：300mm 電機轉數(shù)：910r/min，功率：0.75N/kw 振幅：3mm 生產率：7.5t/h 工作頻率：15Hz 1.安裝傾角、振動方向角和拋擲指數(shù)D的選擇 (1) 振動方向角的選擇 物料拋射角是激振力和底面的夾角，即。篩分效率受它影響。振動方向角的選擇還要考慮物料的特性，例如物料的水分、料層厚度、密度、粒度和噪聲要求。當角度較小時，處理易篩物料。當角度較大時，處理難篩物料。我國的直線振動篩一般采用45°的振動方向角。根據任務書規(guī)定振動方向角為。 (2) 安裝傾角的選擇 安裝傾角是指箱體與水平面之間的夾角。根據任務書規(guī)定選擇安裝傾角。 （3）振動強度K （3-12） 式中： —振動脫水機的振動頻率 其中許用強度，故符合要求。 （4）拋擲指數(shù) D 的選擇 拋擲系數(shù)D表示拋擲運動特性。 （3-13） —振動方向角 —安裝傾角 由（3.12）得K=2.7，將其帶入（3.13）得 對于易篩物料，通常選??；對于一般物料，通常選取。本次設計的脫水機為振動篩，且屬于易篩物料，在其參考范圍之內，所以選取拋擲指數(shù)。 （5）物料的平均速度 理論平均速度： （3-14） 其中： 由（3.13）知， 所以 實際速度： （3-15） 式中： —傾角修正系數(shù)，； —料層厚度影響系數(shù)，； —物料形狀影響系數(shù)，； —滑行運動影響系數(shù)，； 3.3激振器的計算 (1)計算參振質量 有公式，可求參振質量。 式中： —振動脫水機總質量，kg； —物料結合系數(shù)； —物料質量，kg。 產量；物料運行速度； 脫水機有效長度：； 則物料質量： (3-16) kg 取，質量為： (3-17) kg (2)計算隔振彈簧剛度 選取振動系統(tǒng)的頻率比： 振動機的頻率為： ω=== 隔振彈簧剛度為： (3.14) N/m 取N/m 彈簧數(shù)量為4，彈簧的剛度為： N/m (3)該系統(tǒng)的等效阻尼： (3-18) (4)偏心塊質量矩： (3-19) 式中： —偏心塊質量； —偏心塊回轉半徑； —振動頻率。 45°上彈簧剛度： =100000N/m (3-20) 相位差角： (3-21) （5）激振力幅值 激振力幅值： (3-22) N 每臺電機的激振力為： N 偏心塊的質量矩為： =1.242kgm 每個偏心塊的質量矩為kgm （6）偏心塊的設計 形狀 面積 偏心半徑 大扇形 兩個三角形 小扇形 圓孔 總體 圖3.2偏心塊圖 由公式，得 mm mm mm mm mm mm mm mm mm 又由 (3-23) 得： kg·mm 則： kg 即偏心塊的質量為： kg 則： mm 取mm 式中： —偏心塊的厚度 3.5電機的選擇 所需功率： 若， 則振動阻尼所耗功率為： (3-24) kw 軸承摩擦所耗功率為： (3-25) 式中： —軸頸直徑，m； —軸與軸承間的摩擦系數(shù)，?。? —偏心矩，m。 kw 總功率： kw 選取： 兩臺Y90S—6型電動機，其額定功率0.75kw，轉速為910r/min 3.6質量的計算 3.6.1箱體的質量計算 （1）側板、底板、前后擋板的質量 側板：長，高，厚 數(shù)量 2 三角側板：邊長，厚，數(shù)量 2，圓角半徑 底板：長2.0m，寬0.5m，厚0.006m，數(shù)量 1 前后擋板： 總計： (2)角鋼的質量 熱軋等邊角鋼GB9787—88(4.5號) 總長度2×2.0+10×0.225=6.55 m理論質量3.369 kg/m 則： 熱軋等邊角鋼 GB9787—88(2號) 總長度2×1.974=3.948 m 理論質量1.145 kg/m 則： 熱軋不等邊角鋼 GB9787—88(4.5/2.8 號) 總長度 2×1.974=3.948 m 理論質量 2.203 kg/m 則： 角鋼總質量為 (3)鋼管質量 所用鋼管長度 0.6m，壁厚 0.003m，數(shù)量 5，外徑 D=0.07m 則： (4)其他部件質量 a.彈簧支架： 三角板：數(shù)量8，邊長0.11×0.055m，厚度0.006m 矩形板：數(shù)量4，邊長0.11×0.1m，厚度0.010m 則： b.出料口： 寬度0.6m，板料厚度0.006m 則： c.箱體兩側凸臺： 邊長0.06×0.06m，厚度0.006m，中心孔直徑D=0.014m，數(shù)量12 則： d.拉緊裝置： 長度1.974m，厚度0.004m 則： e.鋼條： 長度1.974m，高度0.025m/0.015m，厚度0.01m 則： 總計： 3.6.2 激振器的質量計算 (1)筒體、筒蓋的質量 筒體數(shù)量2，筒蓋數(shù)量4，尺寸參照設計 則： (2)主軸的質量 主軸數(shù)量2，尺寸參照設計 則： (3)軸承座的質量 軸承座數(shù)量4，內徑0.13m，其他尺寸參照設計 則： (4)軸承質量 軸承數(shù)量4，單件質量2.95 kg 則： (5)偏心塊的質量 偏心塊數(shù)量8，單個質量為5.0kg 則： 總計： 3.6.3 螺栓等其他質量 螺栓等其他零件的質量總和約為 3.6.4 總質量 總質量為 3.7 彈簧的設計計算 彈簧材料選擇 60Si2Mn，按正常載荷計算時，許用剪切應力應適當降低，取 (1) 載荷的計算 （3-26） （3-27） （3-28） 式中： —參振質量，單位 kg； —螺旋彈簧數(shù)量； —每個彈簧中心線方向的剛度，單位 N/mm； —單向振幅，單位 mm； —最小工作載荷，單位 N； —最大工作載荷，單位 N； —極限載荷，單位 N (2) 彈簧絲直徑 d 的計算 選定彈簧的工作應力等于需用應力，則所需的彈簧絲直徑 d 為： （3-29） 這里取d=8mm 式中： C—彈簧指數(shù)，一般取 5~8，這里取 C=6； K—曲度系數(shù)，其計算方法為： 則有 式中： D—彈簧中徑 這里取 D=50 mm (3)驗算極限載荷 （3-30） 式中： —許用極限應力，單位 N/mm 故滿足要求。 (4) 彈簧工作圈數(shù)n的計算 壓縮彈簧的工作圈數(shù)n為： （3-31） 式中： G—彈簧材料的剪切彈性模量，G=78000 N/mm 故這里取 n=6.5 (5) 彈簧總圈數(shù)n0的計算 彈簧總圈數(shù)n 0 為： （3-32） (6)節(jié)距t的計算 （3-33） 這里取 t=17 (7) 彈簧自由高度 H 的計算 兩頭拼緊并磨平，自由高度為： （3-34） 式中： —間距，一般,為極限載荷下單圈的變形量，其計算公式為： (8)彈簧絲展開長度 L 的計算 (3-35) 式中： —彈簧螺旋升角 (9) 彈簧工作中的變形量及高度的計算 a.最小工作載荷下 彈簧的變形量為： (3-36) 彈簧的高度為： (3-37) b.最大工作載荷下 彈簧的變形量為： (3-38) 彈簧的高度為： (3-39) c.極限工作載荷作用下 彈簧的變形量為： (3-40) 彈簧的高度為： (3-41) (10)彈簧的工作圖 圖 3.3 金屬螺旋彈簧 技術要求： 1.展開長度：1334.5mm； 2.旋向：右旋； 3.工作圈數(shù)：6.5； 4.總圈數(shù)：8.5： 5.熱處理硬度：。 第4章 強度校核 4.1軸的強度校核 高速輸入軸的直徑可以根據連接到它的電機的軸的直徑D來估記，；由，。 圖4.1 主軸圖 圖4.2 軸的受力圖 1. 轉矩的計算 軸主要承受轉矩 (4-1) N.mm 式中： —軸傳遞的轉矩，； —軸傳遞的功率，； —軸的轉速， 。 圖4.3 軸的轉矩圖 2.根據圖4.2，求支座反力 由系統(tǒng)的結構，可得 N (4-2) 則 N 3. 作彎矩圖 a. A—B段彎矩為 b. B—C段彎矩為 N.mm（104） c. C—D段彎矩為 圖中，， 圖4.4 軸的彎矩圖 4. 作計算彎矩圖 A點 N.mm —應力修正系數(shù)是根據扭矩產生的應力的性質來確定的； 對不變化的轉矩取0.3。 B點彎矩為： (4-3) N.mm C點彎矩為： = N.mm D點彎矩為： = N.mm 合成彎矩圖 圖4.5 軸的合成彎矩圖 5. 校核軸的強度 軸材料為40Cr調質處理，其N/mm N/mm 由于E點軸徑最小，G點彎矩最大，所以這兩點所在截面為危險截面 E點彎矩為 N.mm 則E點軸徑為： =22.38 mm (4-4) 鍵槽受軸徑增大5%的鍵槽的影響。 mm 因為，所以安全。 G點彎矩為 N.mm 則該點軸徑為 mm (4-5) 因為，所以安全。 6. 精確校核軸的疲勞強度 圖中危險截面Ⅴ~Ⅷ截面與Ⅰ~Ⅳ截面受力情況相同，因此只校核Ⅰ~Ⅳ截面 (1)Ⅰ，Ⅱ剖面的疲勞強度 Ⅰ剖面，過度圓角引起的應力集中系數(shù)，查得： ， Ⅱ剖面查得： (4-6) (4-7) ， 因為1.9346>1.9332，1.6211>1.5688，所以校核Ⅱ剖面。 Ⅱ剖面承受的彎矩和轉矩分別為 N.mm T=7870.8 N.mm Ⅱ剖面產生的正應力，應力幅、平均應力為 (4-8) N/mm Ⅱ剖面產生的扭剪應力為 N/mm (4-9) N/mm 40Cr機械性能查《機械設計》8-1表得： N/mm， N/mm； 查表得： ，； 查表得： ，； 查《機械設計》表1-5得： ， 則Ⅱ剖面的安全系數(shù)為： =9.82 (4-10) (4-11) 取，，所以Ⅱ剖面安全。 b. 校核Ⅲ剖面的疲勞強度 Ⅲ剖面，過度圓角引起的應力集中系數(shù)，查得： ， 第三節(jié)的彎矩和扭矩如下： N.mm T=7870.8 N.mm Ⅲ剖面產生的正應力，其應力幅、平均應力為 N/mm N/mm Ⅲ剖面產生的扭剪應力 N/mm N/mm 查表得： ，； 查表得： ，； 查《機械設計》表1-5得： ， 則Ⅲ剖面的安全系數(shù)為： =7.65 取，，所以Ⅲ剖面安全。 c. 校核Ⅳ剖面的疲勞強度 查表得： ， ， IV截面的彎矩和扭矩如下： N.mm T=7870.8 N.mm Ⅳ剖面產生的正應力，其應力幅、平均應力為 N/mm N/mm Ⅳ剖面產生的扭剪應力 N/mm N/mm 查得： ，； 查得： ，； 查表得：， 則Ⅳ剖面的安全系數(shù)為： =9.14 取，，所以Ⅳ剖面安全。 7. 校核軸的扭轉強度 對軸的最小截面進行校核 =2.85 軸的N.mm，，所以軸的扭轉強度滿足要求。 式中： —軸的扭剪應力，N/mm； —軸傳遞的轉矩，N.mm； —軸的抗扭截面模量，mm —軸傳遞的功率，kw； —軸的轉速，r/min； —軸材料的許用扭剪應力，N/mm。 4.2軸承校核 1. 確定軸承的承載能力 查手冊，軸承的C=212000N,C=172000N。 2. 計算當量動載荷 有系統(tǒng)結構知，軸承只承受徑向載荷，則當量動載荷 N 由《機械設計》表9-7，按傳動裝置查取 由《機械設計》表9-4，得 因軸承承受力矩載荷，故 所以 N 式中： —沖擊載荷系數(shù)； —溫度系數(shù)； —力矩載荷系數(shù)。 3. 計算軸承的壽命 (4-12) =696700.2 h 4.3鍵的強度計算 鍵的失效一般為：工作面損壞或鍵損壞 圖4.6 鍵的剖面圖 平鍵聯(lián)接擠壓強度條件為 (4-13) 式中： —軸的直徑，mm； —兩者接觸高度，mm； —鍵的高度，mm； —鍵的工作長度，mm； —轉矩，N.mm 1. 聯(lián)接聯(lián)軸器與軸的鍵的校核 N/mm ，所以安全。 第 5 章 安裝與檢修 5.1 安裝要求 1.安裝時，選擇水平面，在水平面上進行安裝。 2.安裝激振器時，將螺栓和箱體連接固定，并保持螺栓受力一致。 3.將安裝好的箱體安裝在底座上，并將其可靠地固定。 4.安裝激振器主軸和電動機主軸，通過聯(lián)軸器聯(lián)接固定。 5.安裝完畢后，應連續(xù)空載8小時試運行。在此期間檢查相關數(shù)據是否異常，注意篩的問題。之后再進行查看：零件是否松動，是否出現(xiàn)損壞等。發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。 6.上一步解決后可以進行模擬生產，持續(xù)時間24小時以上，并檢查上述情況以及物料運動情況，可以正常工作便證明已經可以使用。 5.2 維護與檢修 維護與檢修應該進行日常維護、定期檢查和解決問題。 1.日常維護 在日常維護過程中，主要檢查篩面的緊固情況，保證螺栓受力一致。 對篩面及時進行修理，除銹等。 2.定期檢查 主要檢查零件是否松動，是否脫落等，出現(xiàn)問題及時處理。 3.解決問題 出現(xiàn)問題，及時停車停料，并將剩料全部拋出，修理問題部件或更換部件。 第 6 章 經濟性分析 我國的煤炭儲量十分豐富，煤炭的脫水在煤炭行業(yè)中占非常重要的地位。經濟效益和脫水效率直接掛鉤。本次設計通過增加電機的方式取締了采用齒輪傳動強制同步的方式，簡化了結構，并且采用雙軸可以較大距離安裝，方便檢查和維護，并且電機安裝在側面，減少對箱體的強度要求，從而減少支出。整體結構緊湊，能耗較小，工作效率較高，經濟性較好。 參考文獻 [1]聞邦椿,劉樹英.現(xiàn)代振動篩分技術及設備設計[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2013. 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