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摘要
這次任務(wù)要求設(shè)計(jì)的雙軸慣性式振動(dòng)脫水機(jī)，由箱體、激振器、電動(dòng)機(jī)、彈簧、底座、篩網(wǎng)等組成，采用直線振動(dòng)篩進(jìn)行脫水，兩個(gè)激振器主軸分別由兩個(gè)電機(jī)聯(lián)接，兩臺(tái)電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，物料在篩面上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)激振器產(chǎn)生離心激振力來(lái)振動(dòng)篩體，通過(guò)篩面上的小孔將物料進(jìn)行篩分，其中的水分則通過(guò)篩面上的小孔篩分，經(jīng)機(jī)體下面排水口流出。本次設(shè)計(jì)在原有機(jī)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用雙軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)取代了原來(lái)的運(yùn)用齒輪傳動(dòng)強(qiáng)制同步的方式，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了噪音。電機(jī)放在箱體側(cè)面，減少了對(duì)箱體的強(qiáng)度要求。使用雙軸可以較大距離進(jìn)行安裝，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)還進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，參數(shù)計(jì)算，經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后，生產(chǎn)效率得到提高，結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，降低了維修難度，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)脫水機(jī)；激振器；振動(dòng)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(dòng)機(jī)械的組成和分類(lèi) 1
1.3 國(guó)內(nèi)研究狀況 1
1.4發(fā)展方向 2
1.5課題研究的主要內(nèi)容和理論基礎(chǔ)及應(yīng)用工具 2
第2章 設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.4電機(jī)的布置 5
2.5傳動(dòng)方式 7
2.6彈性元件的選擇 8
第3章 動(dòng)力學(xué)分析及參數(shù)計(jì)算 9
3.1動(dòng)力學(xué)分析 9
3.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù) 11
3.3激振器的計(jì)算 12
3.5電機(jī)的選擇 18
3.6質(zhì)量的計(jì)算 18
3.7 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
第4章 強(qiáng)度校核 27
4.1軸的強(qiáng)度校核 27
4.2軸承校核 34
4.3鍵的強(qiáng)度計(jì)算 35
第 5 章 安裝與檢修 37
5.1 安裝要求 37
5.2 維護(hù)與檢修 37
第 6 章 經(jīng)濟(jì)性分析 38
參考文獻(xiàn) 39
附錄一 外文翻譯 40
附錄二外文原文 42
55
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(dòng)是自然界和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍存在的一種現(xiàn)象，一般情況振動(dòng)是有害的，但在合理的環(huán)境下加以利用，振動(dòng)可以是有益的。振動(dòng)機(jī)械應(yīng)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(dòng)機(jī)械通常由激振器、工作機(jī)體和彈性元件三部分組成。但是目前在我國(guó)各種選煤廠使用的設(shè)備中,振動(dòng)篩是問(wèn)題較多、維修量較大的設(shè)備之一。這些問(wèn)題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫 ,稀油潤(rùn)滑的箱式振動(dòng)器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過(guò)高、噪聲大等問(wèn)題 ,同時(shí)伴有傳動(dòng)帶跳帶斷帶等故障。這類(lèi)問(wèn)題直接影響了振動(dòng)篩的使用壽命,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。
物料脫水是生產(chǎn)加工中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。脫水環(huán)節(jié)處理得好就可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，脫水效率高的話(huà)就可以節(jié)約成本，帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)利益，而脫水效果則由振動(dòng)篩直接影響。因此，和這些直接相關(guān)的設(shè)備振動(dòng)脫水機(jī)便需要不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，不斷完善。提高設(shè)備的穩(wěn)定性，減少噪音危害，降低能源消耗等是勢(shì)在必行的。
1.1.2課題的意義
本次設(shè)計(jì)任務(wù)主要是在原有機(jī)器的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，以改進(jìn)原有機(jī)器存在的問(wèn)題，如采用雙電機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)激振器主軸，來(lái)取消以齒輪傳動(dòng)強(qiáng)制同步的方式。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)器的結(jié)構(gòu)，提高機(jī)器的工作效率。學(xué)習(xí)研究振動(dòng)篩分機(jī)械，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)組成，計(jì)算其相關(guān)參數(shù)，從而提高效率。
此次設(shè)計(jì)任務(wù)就是在原有的振動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)上優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的效率，降低成本。
1.2 振動(dòng)機(jī)械的組成和分類(lèi)
1.2.1振動(dòng)機(jī)械的組成
（1）激振器。
激振器工作時(shí)可以形成隨著周期變化的力，它作用在箱體上使之振動(dòng)，從而達(dá)到脫水的目的。
（2）工作機(jī)體或平衡機(jī)體。
在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中為箱體，他在激振力的作用下進(jìn)行周期性振動(dòng)，從而對(duì)箱體中的煤炭進(jìn)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(dòng)，緩沖激振力。
1.3 國(guó)內(nèi)研究狀況
由于工業(yè)發(fā)展緩慢，基礎(chǔ)比較薄弱，理論研究和技術(shù)水平落后，我國(guó)篩分機(jī)械的 發(fā)展是本世紀(jì)近 50 年的事情，大體上可分為三個(gè)階段。
(1) 仿制階段：這期間，仿制了前蘇聯(lián)的系列圓振動(dòng)篩、BKT-11、BKT-OMZ型搖動(dòng)篩；波蘭的 WK-15 圓振動(dòng)篩、CJM-21 型搖動(dòng)篩和 WP1、WP2 型吊式直線振動(dòng)篩。這些篩分機(jī)仿制成功，為我國(guó)篩分機(jī)械的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)了一批技術(shù)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(shè)備，1500 毫米×3000 毫米重型振動(dòng)篩及系列，15m2、30m2 共振篩及系列，煤用單軸、雙軸振動(dòng)篩系列，YK 和 ZKB 自同步直線振動(dòng)篩系列，等厚、概率篩系列，冷熱礦篩系列。這些設(shè)備雖然存在著故障較多、壽命較短的問(wèn)題，但是它們的研制成功基本上滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)需要，標(biāo)志著我國(guó)篩分機(jī)走上了獨(dú)立發(fā)展的道路。
(3) 提高階段：進(jìn)入改革開(kāi)放的 80 年代，我國(guó)篩分機(jī)也進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。成功研制了振動(dòng)概率篩系列、旋轉(zhuǎn)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(dòng)篩、琴弦振動(dòng)篩、旋流振動(dòng)篩、立式圓筒篩的研制也取得成功。
1.4發(fā)展方向
振動(dòng)篩分機(jī)在工程中廣泛應(yīng)用，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著重要作用。從目前國(guó)外的研究方向來(lái)看，一方面致力于當(dāng)前篩分機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)調(diào)整；另一方面瞄準(zhǔn)新穎的設(shè)計(jì)目標(biāo)、探求合理的結(jié)構(gòu)形式，以便進(jìn)一步推動(dòng)振動(dòng)篩分機(jī)的應(yīng)用。
1. 國(guó)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)外篩分設(shè)備仍以發(fā)展振動(dòng)篩為主，振動(dòng)篩向標(biāo)準(zhǔn)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(xì)粒篩分設(shè)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(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
積極開(kāi)展篩分技術(shù)研究，提高原煤干式深度篩分技術(shù)，降低分級(jí)下限和增加煤炭品種，著重解決粒度細(xì)、水分高和黏度大的難篩物料的分級(jí)技術(shù)；為滿(mǎn)足大露天礦選用，研制重型分級(jí)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(wǎng)，非金屬篩面；共振篩有被淘汰之勢(shì)，應(yīng)大力發(fā)展塊偏心圓振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩。
1.5課題研究的主要內(nèi)容和理論基礎(chǔ)及應(yīng)用工具
本課題的設(shè)計(jì)主要為了實(shí)現(xiàn)振動(dòng)脫水，并在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行提高改良。工作內(nèi)容為選擇彈簧和激振形式，設(shè)計(jì)箱體和傳動(dòng)等。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在原機(jī)器和知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，再利用solidworks三維制圖，最后利用cad進(jìn)行繪圖。
第2章 設(shè)計(jì)方案的確定
2.1工作原理及總體方案的提出
振動(dòng)脫水機(jī)是依靠激振力作用在箱體上來(lái)進(jìn)行脫水的，它由箱體、篩網(wǎng)、底座、激振器、彈性元件、電動(dòng)機(jī)等組成。
2.1.1工作原理
圖2.1振動(dòng)脫水機(jī)工作原理圖
該設(shè)計(jì)采用雙軸慣性式激振器，兩個(gè)激振器中的對(duì)應(yīng)偏心塊質(zhì)量相等，同理偏心塊產(chǎn)生的力也相等，在兩個(gè)相同電機(jī)的作用下，兩個(gè)偏心塊所在主軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，在不同位置產(chǎn)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(gè)沿著方向的離心力，在它的作用下箱體進(jìn)行直線振動(dòng)。由圖可知，當(dāng)兩個(gè)離心力方向相同時(shí)達(dá)到最大，方向相反時(shí)達(dá)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(yùn)動(dòng)，其中的水分便能透過(guò)篩網(wǎng)落下，從而實(shí)現(xiàn)脫水。
在激振力作用下箱體做周期性振動(dòng)。由于安裝傾角，所以水做反向運(yùn)動(dòng)，從箱體下端排水口排出。
2.1.2總體方案
圖2.2振動(dòng)脫水機(jī)圖
2.2激振器的選擇
激振器可以產(chǎn)生激振力，它作用在箱體上，使之振動(dòng)，從而使物料在箱體的振動(dòng)作用下達(dá)到脫水目的。它需要一直振動(dòng)來(lái)工作，而且偏心塊在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生了離心力，它對(duì)偏心塊主軸有一定的強(qiáng)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(gè)相同的電機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)激振器，以這種方式來(lái)取締通過(guò)齒輪聯(lián)接的強(qiáng)制同步方式，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，減少了噪音，又因?yàn)槿【喠她X輪，所以因而齒輪的各種問(wèn)題，如齒輪的損傷等問(wèn)題迎刃而解。而且使用電機(jī)帶動(dòng)激振器運(yùn)行平穩(wěn)，故障少。
激振器的組成部件，每個(gè)激振器主軸上有兩個(gè)偏心塊，通過(guò)調(diào)節(jié)可以改變激振力，偏心塊兩側(cè)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(rùn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
箱體由篩框和篩面組成，篩框由側(cè)板、橫梁組成。設(shè)計(jì)篩箱時(shí)，要計(jì)算選擇側(cè)板和橫梁斷面大小，以承受振動(dòng)力。避免頻率一致，在工作時(shí)損傷箱體。側(cè)板材料用鋼，它的受力限額高，耐久，容易焊接。在焊接過(guò)程中，連接部位內(nèi)應(yīng)力大。在強(qiáng)振動(dòng)載荷下經(jīng)常發(fā)生裂紋，甚至斷裂。因此需要進(jìn)行回火處理。為了防止箱體在工作過(guò)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(jī)的布置
電機(jī)主軸和激振器主軸通過(guò)聯(lián)軸器連接，在電機(jī)的帶動(dòng)下激振器主軸帶動(dòng)偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生激振力，帶動(dòng)箱體振動(dòng)，進(jìn)行生產(chǎn)。以往設(shè)計(jì)將電動(dòng)機(jī)安裝在橫梁上，為了減少對(duì)箱體的損傷，在這次任務(wù)中將其安裝在篩箱兩側(cè)。
在實(shí)際生產(chǎn)中，為了兩個(gè)電機(jī)一起運(yùn)動(dòng)，起初使用齒輪連接兩個(gè)激振器主軸，強(qiáng)制其實(shí)現(xiàn)同步。在不斷探索中，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)的固有特性可用于振動(dòng)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)偏心轉(zhuǎn)子或自同步的兩個(gè)偏心轉(zhuǎn)子之間的振動(dòng)同步。根據(jù)自同步原理將構(gòu)造簡(jiǎn)化后便設(shè)計(jì)出了自同步電動(dòng)機(jī)。在振動(dòng)同步的新時(shí)代，人們利用這種理論研制出了很多的新型產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)振動(dòng)同步需要兩電機(jī)完全相同，需要保證機(jī)器處在良好的狀態(tài)。
利用兩臺(tái)電機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)激振器工作，這種改進(jìn)有如下好處：
1.利用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)代替了齒輪傳動(dòng)，降低了維修難度。
2.由于取消了齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)部的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。
3.這類(lèi)設(shè)計(jì)是的部件容易購(gòu)買(mǎi)、安裝、更換。
4.這類(lèi)設(shè)計(jì)采用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)激振器使得每個(gè)激振器可以獨(dú)立安裝。
圖2.5 底座圖
2.5傳動(dòng)方式
圖2.6主軸
激振器中的兩個(gè)偏心塊分別安裝在主軸的兩端，主軸為傳動(dòng)軸，這樣安裝十分方便，誤差非常小。容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
使用輪胎式撓性聯(lián)軸器作為傳動(dòng)的連接部件，將電機(jī)主軸和激振器主軸相連，其中的撓性片為非金屬材料，當(dāng)速度不穩(wěn)定時(shí)，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(chǎng)合。這種聯(lián)軸器可以自動(dòng)緩和兩軸的誤差。因此，主要傳動(dòng)形式為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)激振器的主軸，這兩個(gè)主軸由聯(lián)軸器連接，主軸依靠軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)主軸上的兩個(gè)偏心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)偏心塊在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生激振力，從而帶動(dòng)箱體振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)物料振動(dòng)，以此來(lái)達(dá)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(lái)完成任務(wù)的元件，本設(shè)計(jì)中彈性元件主要是聯(lián)接振動(dòng)篩底面與底座，緩沖振動(dòng)篩在工作工程中的振動(dòng)，完成振動(dòng)脫水的目的。采用金屬螺旋彈簧，因?yàn)樗菀踪?gòu)買(mǎi)，成本低，易于安裝更換。
第3章 動(dòng)力學(xué)分析及參數(shù)計(jì)算
3.1動(dòng)力學(xué)分析
兩個(gè)激振器主軸上的偏心轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的激振力為：
(3-1)
式中：
—偏心塊的質(zhì)量，kg；
—偏心塊質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)半徑，m；
—偏心塊回轉(zhuǎn)角速度，。
如圖，建立二維坐標(biāo)系，對(duì)彈簧進(jìn)行分析
圖3.1雙軸慣性振動(dòng)機(jī)受力圖
(3-2)
(3-3)
其中：
式中：
—箱體的計(jì)算質(zhì)量；
—箱體的實(shí)際質(zhì)量；
—物料質(zhì)量；
—物料結(jié)合系數(shù)，一般取；
—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(duì)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?yàn)椋ふ窳Ψ较驗(yàn)?，所以并不一致，其合成振幅?
，可近似取，所以振幅為：
(3-10)
實(shí)際振動(dòng)方向角
(3-11)
3.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)
箱體長(zhǎng)：2000mm，寬：600mm，高：300mm
電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)：910r/min，功率：0.75N/kw
振幅：3mm
生產(chǎn)率：7.5t/h
工作頻率：15Hz
1.安裝傾角、振動(dòng)方向角和拋擲指數(shù)D的選擇
(1) 振動(dòng)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(dòng)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(dāng)角度較小時(shí)，處理易篩物料。當(dāng)角度較大時(shí)，處理難篩物料。我國(guó)的直線振動(dòng)篩一般采用45°的振動(dòng)方向角。根據(jù)任務(wù)書(shū)規(guī)定振動(dòng)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(jù)任務(wù)書(shū)規(guī)定選擇安裝傾角。
（3）振動(dòng)強(qiáng)度K
（3-12）
式中：
—振動(dòng)脫水機(jī)的振動(dòng)頻率
其中許用強(qiáng)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(yùn)動(dòng)特性。
（3-13）
—振動(dòng)方向角
—安裝傾角
由（3.12）得K=2.7，將其帶入（3.13）得
對(duì)于易篩物料，通常選?。粚?duì)于一般物料，通常選取。本次設(shè)計(jì)的脫水機(jī)為振動(dòng)篩，且屬于易篩物料，在其參考范圍之內(nèi)，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(shí)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(yùn)動(dòng)影響系數(shù)，；
3.3激振器的計(jì)算
(1)計(jì)算參振質(zhì)量
有公式，可求參振質(zhì)量。
式中：
—振動(dòng)脫水機(jī)總質(zhì)量，kg；
—物料結(jié)合系數(shù)；
—物料質(zhì)量，kg。
產(chǎn)量；物料運(yùn)行速度；
脫水機(jī)有效長(zhǎng)度：；
則物料質(zhì)量：
(3-16)
kg
取，質(zhì)量為：
(3-17)
kg
(2)計(jì)算隔振彈簧剛度
選取振動(dòng)系統(tǒng)的頻率比：
振動(dòng)機(jī)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(zhì)量矩：
(3-19)
式中：
—偏心塊質(zhì)量；
—偏心塊回轉(zhuǎn)半徑；
—振動(dòng)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(tái)電機(jī)的激振力為：
N
偏心塊的質(zhì)量矩為：
=1.242kgm
每個(gè)偏心塊的質(zhì)量矩為kgm
（6）偏心塊的設(shè)計(jì)
形狀
面積
偏心半徑
大扇形
兩個(gè)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(zhì)量為：
kg
則：
mm
取mm
式中：
—偏心塊的厚度
3.5電機(jī)的選擇
所需功率：
若，
則振動(dòng)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)，取；
—偏心矩，m。
kw
總功率：
kw
選?。?
兩臺(tái)Y90S—6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率0.75kw，轉(zhuǎn)速為910r/min
3.6質(zhì)量的計(jì)算
3.6.1箱體的質(zhì)量計(jì)算
（1）側(cè)板、底板、前后擋板的質(zhì)量
側(cè)板：長(zhǎng)，高，厚 數(shù)量 2
三角側(cè)板：邊長(zhǎng)，厚，數(shù)量 2，圓角半徑
底板：長(zhǎng)2.0m，寬0.5m，厚0.006m，數(shù)量 1
前后擋板：
總計(jì)：
(2)角鋼的質(zhì)量
熱軋等邊角鋼GB9787—88(4.5號(hào))
總長(zhǎng)度2×2.0+10×0.225=6.55 m理論質(zhì)量3.369 kg/m
則：
熱軋等邊角鋼 GB9787—88(2號(hào))
總長(zhǎng)度2×1.974=3.948 m 理論質(zhì)量1.145 kg/m
則：
熱軋不等邊角鋼 GB9787—88(4.5/2.8 號(hào))
總長(zhǎng)度 2×1.974=3.948 m 理論質(zhì)量 2.203 kg/m
則：
角鋼總質(zhì)量為
(3)鋼管質(zhì)量
所用鋼管長(zhǎng)度 0.6m，壁厚 0.003m，數(shù)量 5，外徑 D=0.07m
則：
(4)其他部件質(zhì)量
a.彈簧支架：
三角板：數(shù)量8，邊長(zhǎng)0.11×0.055m，厚度0.006m
矩形板：數(shù)量4，邊長(zhǎng)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(cè)凸臺(tái)：
邊長(zhǎng)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(zhǎng)度1.974m，厚度0.004m
則：
e.鋼條：
長(zhǎng)度1.974m，高度0.025m/0.015m，厚度0.01m
則：
總計(jì)：
3.6.2 激振器的質(zhì)量計(jì)算
(1)筒體、筒蓋的質(zhì)量
筒體數(shù)量2，筒蓋數(shù)量4，尺寸參照設(shè)計(jì)
則：
(2)主軸的質(zhì)量
主軸數(shù)量2，尺寸參照設(shè)計(jì)
則：
(3)軸承座的質(zhì)量
軸承座數(shù)量4，內(nèi)徑0.13m，其他尺寸參照設(shè)計(jì)
則：
(4)軸承質(zhì)量
軸承數(shù)量4，單件質(zhì)量2.95 kg
則：
(5)偏心塊的質(zhì)量
偏心塊數(shù)量8，單個(gè)質(zhì)量為5.0kg
則：
總計(jì)：
3.6.3 螺栓等其他質(zhì)量
螺栓等其他零件的質(zhì)量總和約為
3.6.4 總質(zhì)量
總質(zhì)量為
3.7 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
彈簧材料選擇 60Si2Mn，按正常載荷計(jì)算時(shí)，許用剪切應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)降低，取
(1) 載荷的計(jì)算
（3-26）
（3-27）
（3-28）
式中：
—參振質(zhì)量，單位 kg；
—螺旋彈簧數(shù)量；
—每個(gè)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(jì)算
選定彈簧的工作應(yīng)力等于需用應(yīng)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(jì)算方法為：
則有
式中：
D—彈簧中徑
這里取 D=50 mm
(3)驗(yàn)算極限載荷
（3-30）
式中：
—許用極限應(yīng)力，單位 N/mm
故滿(mǎn)足要求。
(4) 彈簧工作圈數(shù)n的計(jì)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?cè)?shù)n0的計(jì)算
彈簧總?cè)?shù)n 0 為：
（3-32）
(6)節(jié)距t的計(jì)算
（3-33）
這里取 t=17
(7) 彈簧自由高度 H 的計(jì)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(jì)算公式為：
(8)彈簧絲展開(kāi)長(zhǎng)度 L 的計(jì)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(jì)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(shù)要求：
1.展開(kāi)長(zhǎng)度：1334.5mm；
2.旋向：右旋；
3.工作圈數(shù)：6.5；
4.總?cè)?shù)：8.5：
5.熱處理硬度：。
第4章 強(qiáng)度校核
4.1軸的強(qiáng)度校核
高速輸入軸的直徑可以根據(jù)連接到它的電機(jī)的軸的直徑D來(lái)估記，；由，。
圖4.1 主軸圖
圖4.2 軸的受力圖
1. 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
軸主要承受轉(zhuǎn)矩
(4-1)
N.mm
式中：
—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，；
—軸傳遞的功率，；
—軸的轉(zhuǎn)速， 。
圖4.3 軸的轉(zhuǎn)矩圖
2.根據(jù)圖4.2，求支座反力
由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，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(jì)算彎矩圖
A點(diǎn)
N.mm
—應(yīng)力修正系數(shù)是根據(jù)扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力的性質(zhì)來(lái)確定的；
對(duì)不變化的轉(zhuǎn)矩取0.3。
B點(diǎn)彎矩為：
(4-3)
N.mm
C點(diǎn)彎矩為：
= N.mm
D點(diǎn)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(qiáng)度
軸材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理，其N(xiāo)/mm
N/mm
由于E點(diǎn)軸徑最小，G點(diǎn)彎矩最大，所以這兩點(diǎn)所在截面為危險(xiǎn)截面
E點(diǎn)彎矩為
N.mm
則E點(diǎn)軸徑為：
=22.38 mm (4-4)
鍵槽受軸徑增大5%的鍵槽的影響。
mm
因?yàn)?，所以安全?
G點(diǎn)彎矩為 N.mm
則該點(diǎn)軸徑為
mm (4-5)
因?yàn)?，所以安全?
6. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
圖中危險(xiǎn)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(qiáng)度
Ⅰ剖面，過(guò)度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)，查得：
，
Ⅱ剖面查得：
(4-6)
(4-7)
，
因?yàn)?.9346>1.9332，1.6211>1.5688，所以校核Ⅱ剖面。
Ⅱ剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為
N.mm
T=7870.8 N.mm
Ⅱ剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力，應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
(4-8)
N/mm
Ⅱ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力為
N/mm (4-9)
N/mm
40Cr機(jī)械性能查《機(jī)械設(shè)計(jì)》8-1表得：
N/mm， N/mm；
查表得：
，；
查表得：
，；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(qiáng)度
Ⅲ剖面，過(guò)度圓角引起的應(yīng)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(chǎn)生的正應(yīng)力，其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm
N/mm
Ⅲ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力
N/mm
N/mm
查表得：
，；
查表得：
，；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(qiáng)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(chǎn)生的正應(yīng)力，其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm
N/mm
Ⅳ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)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(zhuǎn)強(qiáng)度
對(duì)軸的最小截面進(jìn)行校核
=2.85
軸的N.mm，，所以軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
式中：
—軸的扭剪應(yīng)力，N/mm；
—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm；
—軸的抗扭截面模量，mm
—軸傳遞的功率，kw；
—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
—軸材料的許用扭剪應(yīng)力，N/mm。
4.2軸承校核
1. 確定軸承的承載能力
查手冊(cè)，軸承的C=212000N,C=172000N。
2. 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知，軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷
N
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7，按傳動(dòng)裝置查取
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(jì)算軸承的壽命
(4-12)
=696700.2 h
4.3鍵的強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)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(zhǎng)度，mm；
—轉(zhuǎn)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(shí)，選擇水平面，在水平面上進(jìn)行安裝。
2.安裝激振器時(shí)，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(dòng)機(jī)主軸，通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接固定。
5.安裝完畢后，應(yīng)連續(xù)空載8小時(shí)試運(yùn)行。在此期間檢查相關(guān)數(shù)據(jù)是否異常，注意篩的問(wèn)題。之后再進(jìn)行查看：零件是否松動(dòng)，是否出現(xiàn)損壞等。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。
6.上一步解決后可以進(jìn)行模擬生產(chǎn)，持續(xù)時(shí)間24小時(shí)以上，并檢查上述情況以及物料運(yùn)動(dòng)情況，可以正常工作便證明已經(jīng)可以使用。
5.2 維護(hù)與檢修
維護(hù)與檢修應(yīng)該進(jìn)行日常維護(hù)、定期檢查和解決問(wèn)題。
1.日常維護(hù)
在日常維護(hù)過(guò)程中，主要檢查篩面的緊固情況，保證螺栓受力一致。
對(duì)篩面及時(shí)進(jìn)行修理，除銹等。
2.定期檢查
主要檢查零件是否松動(dòng)，是否脫落等，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。
3.解決問(wèn)題
出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)停車(chē)停料，并將剩料全部拋出，修理問(wèn)題部件或更換部件。
第 6 章 經(jīng)濟(jì)性分析
我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)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(jīng)濟(jì)效益和脫水效率直接掛鉤。本次設(shè)計(jì)通過(guò)增加電機(jī)的方式取締了采用齒輪傳動(dòng)強(qiáng)制同步的方式，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，并且采用雙軸可以較大距離安裝，方便檢查和維護(hù)，并且電機(jī)安裝在側(cè)面，減少對(duì)箱體的強(qiáng)度要求，從而減少支出。整體結(jié)構(gòu)緊湊，能耗較小，工作效率較高，經(jīng)濟(jì)性較好。
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附錄一 外文翻譯
我們考慮了振動(dòng)篩在參數(shù)化運(yùn)行中的一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)模型。共振(PR)模式該模型在設(shè)計(jì)和設(shè)置該模型的過(guò)程中得到了應(yīng)用。屏幕在LPMC?；赑R的屏幕與傳統(tǒng)類(lèi)型的屏幕相比更好。機(jī)器，在那里橫向振動(dòng)是直接激發(fā)的。它的特點(diǎn)是更大振幅的值和在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)對(duì)阻尼不敏感。模型表示由線性彈性連接的兩個(gè)質(zhì)量相等的初始應(yīng)變系統(tǒng)。繩子。自平衡的、縱向的、調(diào)和的力作用于群眾.在一定范圍內(nèi)這會(huì)導(dǎo)致弦的橫向有限振幅振蕩.問(wèn)題是-Lem被簡(jiǎn)化為由幾何耦合的兩個(gè)常微分方程組。非線性橫向和縱向振動(dòng)的阻尼都被考慮到交流中。數(shù)一數(shù)。分析研究了該質(zhì)量弦系統(tǒng)的自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。數(shù)字。自由的縱橫模之間的能量交換證明了振蕩。得到了強(qiáng)迫振蕩的精確解析解，聯(lián)軸器起著穩(wěn)定器的作用。在更一般的情況下，諧波肛門(mén)-在使用中忽略了高次諧波。的所有參數(shù)的顯式表達(dá)式。確定了穩(wěn)態(tài)非線性振動(dòng)。這些域被發(fā)現(xiàn)在分析的地方-得到的穩(wěn)定振蕩區(qū)是穩(wěn)定的。在頻率范圍內(nèi)，存在穩(wěn)定的振蕩，得到的振幅之間存在完全的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從分析和數(shù)值上?；诮馕龊蛿?shù)值模擬的圖解介紹。關(guān)鍵詞：振動(dòng)篩以參數(shù)共振方式工作；PLE二自由度系統(tǒng)；幅頻特性；非線性動(dòng)力學(xué)方程；解析解；數(shù)值模擬。
1 介紹
本文研究了基于參數(shù)共振的系統(tǒng)。振動(dòng)篩，圖1：振動(dòng)篩及其最簡(jiǎn)單的模型。在屏幕照片：振動(dòng)器(1)，底座(2)，固定篩子的橫梁(3)，振動(dòng)篩蓋(4)，側(cè)邊。彈簧(5)和篩子(6)(它主要在蓋子下面)。在模型中：終端質(zhì)量可以在相反的水平方向上同步移動(dòng)，而字符串可以橫向振蕩。這兩種振動(dòng)模式是耦合的，因?yàn)槔σ蕾?lài)于質(zhì)量的縱向位移和弦的橫向位移(后者是非線性的)。創(chuàng)建這樣一臺(tái)機(jī)器的想法是在2007年討論現(xiàn)有的屏幕類(lèi)型。2009年，該專(zhuān)利的激勵(lì)方法屏幕和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的后者[1]。當(dāng)時(shí)，非線性動(dòng)力學(xué)對(duì)這種機(jī)器進(jìn)行了數(shù)值模擬，建立了第一個(gè)基于PR的屏幕。在Loginov和合作伙伴礦業(yè)公司（基輔，烏克蘭）。基于PR的屏幕比較對(duì)傳統(tǒng)的這類(lèi)機(jī)器很有好處，在這種機(jī)器中，橫向振蕩是直接興奮。它的特點(diǎn)是振幅值較大，靈敏度低。在較寬的粘度范圍內(nèi)達(dá)到耗散水平。這里考慮的模型或類(lèi)似的模型在其他PR中也很有用。申請(qǐng)。同時(shí)，基于PR的機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行假定在數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和設(shè)置。它的動(dòng)態(tài)。我們現(xiàn)在用解析和數(shù)值的方法來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題。數(shù)值模擬用于細(xì)化區(qū)域，其中參數(shù)振蕩是激發(fā)和分析得到的穩(wěn)定振蕩制度是穩(wěn)定的。兩個(gè)分析和數(shù)值模擬用于說(shuō)明和驗(yàn)證后果，結(jié)果（ result的名詞復(fù)數(shù) ）.該問(wèn)題由兩個(gè)耦合的非線性方程的系統(tǒng)描述。
我們發(fā)現(xiàn)這些方程的精確解，在不伴隨阻尼的情況下是存在的。橫向振蕩。這個(gè)解對(duì)應(yīng)于一個(gè)恒定的拉力。方程看起來(lái)是不耦合的和線性的，但是，解是有界的，并且是唯一的。這是由這個(gè)建立的體制中的非線性為零的事實(shí)所定義的。在由于背景中存在非線性，問(wèn)題參數(shù)是穩(wěn)定的。在這種情況下，聯(lián)軸器起著穩(wěn)定器的作用。數(shù)值演示了瞬變區(qū)在時(shí)間上接近，這就建立了一個(gè)解析定義。接下來(lái)，我們考慮一個(gè)更一般的，真正的非線性機(jī)制。我們用諧波分析高次諧波被忽略。在所考慮的情況下，后一種簡(jiǎn)化包括：實(shí)際上對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響。的振幅的顯式表達(dá)式。縱向和橫向振動(dòng)作為外力幅值和FRE的函數(shù),昆西。值得注意的是，在共振激發(fā)的情況下，外力頻率與自由縱向振蕩的頻率重合，振幅與粘度無(wú)關(guān)。在這種情況下，非線性限制了振幅和阻尼提供了穩(wěn)定性。隨著非線性問(wèn)題，PR域在頻率上的邊界-幅值平面是根據(jù)線性公式確定的。PR產(chǎn)生于線性分析預(yù)測(cè)頻率區(qū)域的非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)向更高的頻率。結(jié)果表明，在這個(gè)PR中存在一個(gè)子區(qū)域。區(qū)域，其中解析獲得的穩(wěn)定振蕩區(qū)域是穩(wěn)定的。在數(shù)值模擬中具有較高的精度。穩(wěn)定的公關(guān)制度可以存在于一個(gè)結(jié)構(gòu)中。非零阻尼水平下的頻率依賴(lài)范圍。橫向規(guī)則或不規(guī)則的振蕩，在邊界上突然衰減，不存在于PR區(qū)域。幅頻特性及一些PR實(shí)現(xiàn)（動(dòng)詞present的過(guò)去式及過(guò)去分詞形式）.在強(qiáng)迫PR機(jī)制之前，我們考慮了完美結(jié)構(gòu)的自由振蕩。大振蕩的縱向和橫向模式之間的周期性能量交換是展示了。這特別表明，周期隨著能量的減少而增加。請(qǐng)注意，從某種意義上說(shuō)，這個(gè)機(jī)制與彈簧擺系統(tǒng)相似(Vitt)。和Gorelik[2]，LI[3]，Gaponov-Grekhov和Rabinovich[4]。而在過(guò)去，參數(shù)共振主要被認(rèn)為是不合適的-一些嘗試?yán)盟鼇?lái)獲得更大的響應(yīng)。激發(fā)。本文主要研究(但不僅僅是)在微環(huán)境中應(yīng)用中的相關(guān)問(wèn)題。裝置(例如，見(jiàn)Baskaran和Turner[5]、Road等[6]、Krylov[7]、Krylov等人[8-10]，F(xiàn)ey在Al [ 11 ]，F(xiàn)ossen和Nijmijer-[12 ]，PLAT和BuSHER〔13〕以及其中的參考文獻(xiàn)）。
附錄二外文原文