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X700渦旋式選粉機(jī)（轉(zhuǎn)子部件）設(shè)計
摘 要：為了滿足現(xiàn)代水泥企業(yè)越來越高的生產(chǎn)要求，本課題完成X700渦旋式選粉機(jī)的子部件設(shè)計及改進(jìn)。本次設(shè)計采用理論設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計相結(jié)合的方法，首先在分析以往的轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上再通過類比設(shè)計設(shè)計出能夠提高分級力場的籠型轉(zhuǎn)子，吸取o-sepa選粉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)采用導(dǎo)風(fēng)裝置提高渦旋效果?；\型轉(zhuǎn)子與導(dǎo)風(fēng)裝置配合使用使物料均勻受到分級力的作用提到選粉效率。其傳動系統(tǒng)采用帶輪傳動。其傳動故障率較低，維修及更換零件方便。轉(zhuǎn)子由耐磨鋼片和蓋板組成，中部蓋板成環(huán)型均布70個長方形孔。鋼片穿過中蓋板方孔焊接，以保證其穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子下部加裝倒錐體，起加固轉(zhuǎn)子加強(qiáng)上升氣流。撒料裝置放在轉(zhuǎn)子上部采用耐磨鑄件批量生產(chǎn)，節(jié)約成本，采用螺栓連接，維修方便。改變以往耐磨襯板耐磨方式，采用貼耐磨瓷磚方法。其耐磨效果好且成本低。軸與軸套之間采用油浴潤滑，提高潤滑效果。經(jīng)過設(shè)計改造后的選粉機(jī)大大減少了運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)效率達(dá)到能耗低、易維修的效果。
關(guān) 鍵 詞：渦旋式選粉機(jī)；籠型轉(zhuǎn)子；分級力；選粉力場；撒料盤。
The design of X700 eddy type powder selecting machine (the design of rotor parts)
Abstract : In order to satisfy requirements of modern cement enterprise more and more high production, this topic designs and improves X700 eddy type powder selecting machine. This design adopts the method which combine theories design with experience design. First, at the base of analyze advantages and disadvantages of the former rotor type of machine, the cage rotor which can enhance the graduation field of force is designed by analogy method. Refering advantages of o-sepa powder selecting machine air ducting is used to enhance the eddy effect. The combination of cage rotor with air ducting cause the material evenly to absorb the graduation force so that the powder efficiency has been improved. Its transmission system adopts belt pulley transmission, because leather belt transmission is low in failure transmission, convenient in service and adjustment. The rotor is consisted of wear-resisting steel piece and lap, around the middle of the lap has seventy holes. The steel piece goes through the lap and welding with the lap, to guarantee its stability. The board under the rotor install conical body gets up reinforces the rotor to strengthen the ascendant current. The material scatters installment made of the wear-resisting casting volume production put it on top of the rotor, saves the cost, uses the bold fastening, convenient in service. Use the wear-resisting ceramic tile instead of the formerly board wear-resisting way. The wear-resisting has good effect、lower in cost. Between the axis and the axle sleeve seals uses the bath lubrication, enhances the lubrication effect. After the process transformation make the machine reduce the movement cost greatly ,enhanced the production efficiency, achieved high efficiency in choosing the powder, low in energy consumption, convenient in service.
Key words: eddy type powder selecting machine; cage rotor; graduation strength; graduation field of force; material scatters.
目 錄
1 前言……………………………………………………………………………1
1.1本課題的來源和技術(shù)要求…………………………………………………………1
1.2本課題要解決的主要問題和設(shè)計總體思路………………………………………1
1.3預(yù)期的成果及其理論意義………………………………………………………1
2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹…………………………………………………….2
2.1離心式選粉機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)…………………………………………………….2
2.2旋風(fēng)式選粉機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)………………………………………………………2
2.3轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)…………………………………………………….3
3總體方案論證……………………………………………………………………….5
4具體設(shè)計說明……………………………………………………………………….6
4.1工藝參數(shù)……………………………………………………………………………6
4.2連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………7
4.3轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計………………………………………………………………… 14
4.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………………….16
4.5螺栓組設(shè)計……………………………………………………………………….17
5結(jié)論………………………………………………………………………………….21
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………22
致謝………………………………………………………………23
附錄……………………………………………………………………24
1. 前言
本課題是進(jìn)行X700渦旋式選粉機(jī)轉(zhuǎn)子部件設(shè)計及改造。以往的選粉機(jī)結(jié)構(gòu)存在一些不是很合理的地方，且其選粉效率一直受到限制，不是很高。通過本課題的一些設(shè)計改進(jìn)，以達(dá)到令人滿意的效果 。
1.1 本課題的來源和技術(shù)要求：
a.本課題的來源：在使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)的水泥企業(yè)的生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)了很多轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)的缺點(diǎn)和不足，選粉效率低功耗大滿足不了現(xiàn)在的企業(yè)需求。本課題的設(shè)想是經(jīng)過一些改造，改進(jìn)其原本的缺點(diǎn)，提高效率，盡量滿足水泥企業(yè)的需要。
b.技術(shù)要求：所有結(jié)構(gòu)及其零部件設(shè)計后考慮技術(shù)性、加工工藝性、經(jīng)濟(jì)性，并保證安裝、使用、經(jīng)濟(jì)方便。要保證選粉機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，節(jié)能高產(chǎn)。
1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計總體思路：
a. 本課題解決的主要問題：首先原來的轉(zhuǎn)子不能提供穩(wěn)定的分級力場，不能提供穩(wěn)定的分級力，進(jìn)料受力不均影響選粉效率影響產(chǎn)量。原先的耐磨襯板成本高，安裝維修困難，且增大整機(jī)的重量給運(yùn)輸造成不便。原先的轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)渦旋效果不理想選粉效果不佳。撒料盤易損壞，零件更換成本高且單件制作成本較高。原先的潤滑方式費(fèi)用高，操作不便。
b. 本課題的設(shè)計總體思路：減速器傳動雖然易磨損，零件更換成本高，但其傳動比較平穩(wěn)。換成皮帶傳動，因為其傳動比比較大，一級傳動肯定是不行，所以這里采用二級皮帶傳動，電機(jī)采用立式電機(jī)，并用焊接架支撐在頂蓋上。內(nèi)部改造部分： 首先采用籠型轉(zhuǎn)子，提高分級力場的穩(wěn)定性。軸與軸套之間密封采用油浴室潤滑，降低費(fèi)用操作方便。撒料盤放在轉(zhuǎn)子上部，增大物料下落過程的選粉幾率。采用旋風(fēng)筒增強(qiáng)選粉效果提高選粉效率。
1.3 預(yù)期的成果及其理論意義
通過對選粉機(jī)轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計改造，可以有效地降低成本，提高生產(chǎn)時間利用率，提高選粉效率，從而達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。
2. 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹：
選粉機(jī)發(fā)展到今天已經(jīng)有了三代產(chǎn)品，以離心式選粉機(jī)旋風(fēng)式選粉機(jī)O—sepa選粉機(jī)為各自的代表，今天已經(jīng)發(fā)展成多代選粉機(jī)優(yōu)點(diǎn)的集合體。
2.1離心式選粉機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)
第一代選粉機(jī)以離心式選粉機(jī)為代表，也稱為普通空氣選粉機(jī)。主要原理是借助于物料顆粒在氣流中，由于上升氣流的浮力、相對運(yùn)動的氣體阻力、離心力、重力之間的平衡使大小不同的顆粒產(chǎn)生不同的等速運(yùn)動而使顆粒分級。該機(jī)的特點(diǎn)是將空氣選粉機(jī)、循環(huán)空氣風(fēng)機(jī)以及從空氣中分選細(xì)粉的旋風(fēng)筒組合成一個單機(jī)系統(tǒng)。
缺點(diǎn)是
a．循環(huán)氣流中粉塵多，致使選粉區(qū)的實際物料濃度大為增加，加大了顆粒沉降的干擾；
b．選粉區(qū)內(nèi)存在著風(fēng)速梯度，使分離粒徑不均勻。高風(fēng)速處會把過粗的顆粒帶出混入細(xì)粉中；
c．邊壁效應(yīng)使細(xì)小顆粒隨粗顆粒一起碰撞而降落。嚴(yán)重影響分離效率和提高磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷率。
許多廠家根據(jù)子自身需要對離心式選粉機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)選粉機(jī)的入料方式不變進(jìn)入選粉機(jī)的物料在經(jīng)過篩料盤的撒料以后,合格細(xì)粉在選粉機(jī)底部上來的循環(huán)氣流的帶動下通過錐面籠形轉(zhuǎn)子,向上進(jìn)入粉流管,在循環(huán)氣流的進(jìn)一步帶動下,細(xì)粉沿6個旋風(fēng)筒體的切線方向在旋風(fēng)筒體的頂部進(jìn)入旋風(fēng)筒,然后,細(xì)粉在自身重力以及部分向旋風(fēng)筒底部下行的渦形氣流的作用下,進(jìn)入旋風(fēng)筒底部的集粉箱,集粉箱出來的合格細(xì)粉通過輸送設(shè)備送入料庫進(jìn)入旋風(fēng)筒組的循環(huán)氣流以及部分未沉降下去的細(xì)粉在風(fēng)機(jī)的引力下從旋風(fēng)筒頭頂部沿管道進(jìn)入風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)再把粉氣流送入選粉機(jī)內(nèi)筒,被錐面籠形轉(zhuǎn)子打下去的不合格粗粉,沿選粉內(nèi)筒壁滑落,從粗粉口流出。
改造后仍然存在問題：
a．改造后,物料的濕度對選粉機(jī)的功率有一定影響。
b．改造后,風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小成為影響選粉機(jī)功效的最關(guān)鍵因素。
2.2旋風(fēng)式選粉機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)
60年代德國維達(dá)格公司推出了旋風(fēng)式選粉機(jī)。雖然其核心結(jié)構(gòu)與離心式選粉機(jī)沒有根本變化，但由于減少了粉塵循環(huán)，選粉效率有所提高。旋風(fēng)式選粉機(jī)這種選粉機(jī)的特點(diǎn)是空氣在機(jī)內(nèi)外循環(huán)。用小旋風(fēng)筒代替大直徑外筒來收集細(xì)粉，提高了料氣分離的效率，使循環(huán)氣流中的含塵濃度大為降低，克服了顆粒沉降的干擾影響。同時粗粉在降落過程中增加了二次選粉的機(jī)會。這些措施較大地改善了選粉效果。在結(jié)構(gòu)方面亦可制成大規(guī)格以適應(yīng)水泥設(shè)備大型配套的需要。缺點(diǎn)是選粉區(qū)內(nèi)分級力場不穩(wěn)定，選粉效率不高。
因此很多廠家也對旋風(fēng)式選粉機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)
a．拆除小風(fēng)葉，在原小風(fēng)葉盤上安裝籠式轉(zhuǎn)子
b． 將主軸驅(qū)動電機(jī)改為調(diào)速電機(jī)(或采用變頻調(diào)速)
c．改造撒料盤，提高拋撒能力，使物料能比較均勻地分散于分級區(qū)內(nèi);在滴流裝置內(nèi)腔加設(shè)約束內(nèi)錐，以穩(wěn)定分級區(qū)內(nèi)的氣體流場，并與環(huán)狀進(jìn)風(fēng)的滴流裝置一起形成二次分選結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)二次分選的效果。缺點(diǎn)是能耗較高。
2.3轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)
轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)是在旋風(fēng)式選粉機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它有著如下幾個特點(diǎn)：
a．采用高拋撒能力的撒料盤，使物料在選粉機(jī)能得到均勻、充分的分散；并在適當(dāng)位置布置約束內(nèi)錐，以穩(wěn)定選粉室內(nèi)的氣體流場及增強(qiáng)二次選粉的效果。
b．采用離心力場作為分級力場，結(jié)構(gòu)上采用倒錐形籠式轉(zhuǎn)子，可保證選粉室內(nèi)分級力場的強(qiáng)度均勻穩(wěn)定、物料受分選幾率均等，可保證選粉機(jī)具有較高的分級精度與選粉效率。
c．主軸傳動采用調(diào)速裝置，分級力場強(qiáng)度可通過改變主軸轉(zhuǎn)速靈活調(diào)節(jié)，以控制產(chǎn)品細(xì)度及粒度分布，滿足生產(chǎn)需要。
d．細(xì)粉分離與收集裝置采用高效低阻旋風(fēng)筒，并布置在主機(jī)周圍形成一整體，這樣可有效地簡化系統(tǒng)的工藝流程，減少占地面積，降低系統(tǒng)的一次性投資及裝機(jī)容量。
1979年日本小野田公司開發(fā)了O－SEPA選粉機(jī)，不僅保留了旋風(fēng)式選粉機(jī)外部循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，而且采用籠式轉(zhuǎn)子根本改變了選粉原理，從而大幅度提高了選粉效率。在此基礎(chǔ)上不少公司推出了類似的籠式選粉機(jī)。以O(shè)－SEPA選粉機(jī)為代表的籠式選粉機(jī)稱為高效選粉機(jī)，也有人稱它為第三代選粉機(jī)。
O—sepa選粉機(jī)它是一種高效渦流型選粉機(jī)，不僅保留了旋風(fēng)式選粉機(jī)外部供風(fēng)、循環(huán)氣流高效分離、二次選粉等優(yōu)點(diǎn);而且應(yīng)用平面螺旋氣流選粉原理，以籠式轉(zhuǎn)子代替小風(fēng)葉，氣流通過導(dǎo)向葉片切線進(jìn)入，在整個選粉區(qū)內(nèi)氣流穩(wěn)定均勻，從而消除了離心式選粉區(qū)內(nèi)風(fēng)速梯度、分離粒徑趨于均勻和邊壁效應(yīng)。顆粒自上而下有多次分選機(jī)會，最后又經(jīng)三次風(fēng)再次分選，因此分選效果好，其產(chǎn)量、動力消耗和水泥質(zhì)量都有很大的改善。雖然籠式高效選粉機(jī)以其卓越的性能得到人們的肯定，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造費(fèi)用較高，還要增加收集成品的高濃度袋式收塵器，并且操作要求及管理要求也相應(yīng)較高，因此，對于中小水泥企業(yè)來說是一個困難的決策。
隨著我國選粉技術(shù)的發(fā)展，對選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和完善，對工藝系統(tǒng)和磨內(nèi)參數(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，使我國的O－Sepa選粉機(jī)無論在設(shè)備質(zhì)量上還是工藝性能上都可能與國外同類產(chǎn)品相媲美，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國際先進(jìn)水平，其增產(chǎn)節(jié)能效果明顯，被大家共認(rèn)為高效選粉機(jī)。圍繞著O－Sepa選粉機(jī)的選粉原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外都推出了各種各樣的高效選粉機(jī)，但大都以籠形轉(zhuǎn)子為核心，以平面渦流選粉原理為基礎(chǔ)，因此，我們說高效選粉機(jī)，應(yīng)該是以O(shè)－Sepa為代表的以籠形轉(zhuǎn)子為特征的一批高效選粉機(jī)。在我國球磨機(jī)系統(tǒng)中常見的有改進(jìn)型O－Sepa選粉機(jī)、組合式選粉機(jī)和煤磨動態(tài)選粉機(jī)。
3. 總體方案論證
分析了多代選粉機(jī)的各自優(yōu)點(diǎn)本次設(shè)計的高效渦流選粉機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：
a． 在進(jìn)風(fēng)口加裝導(dǎo)風(fēng)葉片，使得系統(tǒng)沿切向進(jìn)風(fēng)時在機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋氣流，提高選粉效率。
b． 轉(zhuǎn)子改進(jìn)成選粉效率更高的圓柱籠形轉(zhuǎn)子，從而使單位時間的選粉效率更高，單位產(chǎn)量能耗更低。通過改變轉(zhuǎn)子，可以形成更加穩(wěn)定的分級力場，使轉(zhuǎn)子的分級功能更強(qiáng)，分級區(qū)內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的分級力，提高分級精度。
c． 改變進(jìn)料口使得進(jìn)料裝置改成四點(diǎn)或多點(diǎn)進(jìn)料。使得物料分散更均勻，更充分。
d． 采用高效低阻旋風(fēng)筒，布置在主機(jī)周圍，形成一個整體，有效地簡化了系統(tǒng)的工藝流程，減少了占地面積，降低了后續(xù)布袋除塵器的負(fù)荷和要求，降低系統(tǒng)的一次性投資及裝機(jī)容量。減少循環(huán)負(fù)荷提高效率。
e． 改變?nèi)隽媳P的形狀使撒料盤的撒料能力更好，這樣就更加有利于提高選粉機(jī)的效率，以及它們之間的連接方式（將焊接方式改為用螺栓連接）,方便拆卸，避免個別零件出現(xiàn)問題時，導(dǎo)致其他的不必要的拆卸而損壞 ，減少不必要的浪費(fèi)。
高效渦流選粉機(jī)具有眾多優(yōu)勢：提高產(chǎn)量，降低能耗，提高質(zhì)量，操作簡單，磨損及維修量都很小，能耗低等。
4．具體設(shè)計說明
4.1 工藝參數(shù)：
4.1.1 主要工藝尺寸
選粉機(jī)內(nèi)相關(guān)的工藝尺寸將影響選粉機(jī)的選粉性能。不同類型的選粉機(jī)，為適應(yīng)不同的工藝要求，其各部分的相對尺寸比例也不相同。但是由于選粉機(jī)調(diào)節(jié)因素較多，靈活性較大，我們可以尋求一個統(tǒng)一的基本尺寸作為設(shè)計和生產(chǎn)中調(diào)整的依據(jù)，再配合可變的其他工藝參數(shù)，就能滿足不同的需要。根據(jù)產(chǎn)量Q=22-26t/h,Q=7.2D2由經(jīng)驗公式得D=1.7~3.6,根據(jù)生產(chǎn)實際應(yīng)用選取選粉室直徑為Φ2026mm, 旋風(fēng)筒直徑d=0.438D=964mm.由經(jīng)驗比例得旋風(fēng)筒直徑為Φ960。選粉機(jī)轉(zhuǎn)子和選粉室之間的距離需適中，過大或過小都將影響選粉效率。根據(jù)已使用的選粉機(jī)參數(shù)和考慮導(dǎo)風(fēng)裝置，轉(zhuǎn)子的直徑尺寸為Φ1026mm。撒料盤環(huán)狀放置在轉(zhuǎn)子上方寬度略大于進(jìn)料口寬度尺寸定為132mm。由于是渦旋式加設(shè)導(dǎo)風(fēng)裝置，所以需加裝環(huán)狀密封裝置，考慮出粉口大小密封環(huán)寬度定為98mm。密封槽直徑與密封環(huán)相配合。
4.1.2所需功率
依據(jù)離心式選粉機(jī)的經(jīng)驗公式P=kD2.4=1.58X2.0262.4=18.5kw,故定電機(jī)功率為18.5kw.
4.1.3 合宜轉(zhuǎn)速
依據(jù)公式nD=300-500得n=125~208選取n=180rpm,故主軸轉(zhuǎn)速定為180rpm。
4.2 連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.2.1 a. 軸的材料及熱處理
由于設(shè)計是傳遞的功率不是太大，對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
b. 初估軸徑
按扭矩初估軸的直徑，考慮到安裝皮帶輪僅受扭矩作用，查表取C=110，則
(4-1)
式中： C——由軸承的材料和承載情況縮確定的常數(shù)；
P——軸的輸出功率，KW；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min.
各參數(shù)值為 C0=110、P=18.5KW、n=180r/min，則
=51m （4-2）
c. 結(jié)構(gòu)設(shè)計
a) 各段直徑的確定
圖4-1 軸
軸1段的直徑就是d1連接帶輪，故有鍵槽應(yīng)增大5%-10%，d1=65mm。 軸2段連接透蓋與其內(nèi)徑最小直徑相等取 d2=70。軸段3工藝段考慮軸承的拆卸僅需略大于軸段2取d3=78mm。軸4連接軸承型號為內(nèi)徑85mm，故軸4故d4=85mm。軸5段需略大于軸四段，為了減少應(yīng)力集中取直徑為95mm，故d5=95mm。軸6段安裝軸承型號為內(nèi)徑85mm，故 d6=85mm。軸7段安裝止退套筒，內(nèi)徑為78mm，故d7=78mm，軸8段連接透蓋與其內(nèi)徑最小直徑相等取d8=70mm。軸9段工藝段直徑略小于軸8段取65mm，故d9=65mm。軸10段與轉(zhuǎn)子套筒相連，直徑與套筒內(nèi)徑相等取60mm，故d10=60mm。軸11段為最小直徑與轉(zhuǎn)子套筒相連，有鍵槽取55，故d11=55mm，軸12段為螺紋段M42。
b) 各軸段長度的確定
各軸段1長度應(yīng)比帶輪長度略長取140mm，取l1=140mm。軸2段連接透蓋，長度略長于透蓋厚度取78mm，故l2=78mm。軸段3藝段考慮軸承的拆卸取l3=42mm。軸4接圓錐滾子軸承，所以長度需略大于軸承內(nèi)徑厚度。故取l4=50。軸5根據(jù)整體結(jié)構(gòu)考慮取l5=846mm。軸6安裝雙列圓柱調(diào)心軸承，故l6=80mm。軸7安裝止退套筒，故取l7=27.5mm。軸8連接透蓋長度略大于透蓋厚度，故取l8=90mm。軸9工藝段根據(jù)整體結(jié)構(gòu)考慮取l9=170mm。軸10轉(zhuǎn)子套筒相連，依據(jù)轉(zhuǎn)子的高度考慮，考慮下段軸的健連接故取l10=455。軸11段為最小直徑與轉(zhuǎn)子套筒相連，有鍵槽長度為125mm，故取l11=136mm。軸12段為螺紋段M42，長度為l12=44mm。
4.2.2軸的強(qiáng)度計算
a. 破碎力的確定
沖擊時間的計算 （4-3）
式中: R——料塊的半徑，mm，
v——轉(zhuǎn)子的圓周速度，m/s。
破碎力P的計算 （4-4）
式中: P——破碎力，N；
m——料塊的質(zhì)量，kg；
v0——沖擊后物料的速度，m/s；
t——沖擊時間，s。
b. 軸的受力分析(見圖4-2
c. 畫軸的受力簡圖(見圖b).
圖4-2軸的受力分析及彎扭矩圖
d. 計算支承反力。
皮帶輪對軸的總壓力為=N
由 所以
既
由
e. 畫彎矩圖（見圖c）
在水平面上，a—a剖面左側(cè)
a—a剖面右側(cè)
（4-6）
f. 畫扭矩圖(見圖d)
（4-7）
4.2.3 軸的強(qiáng)度校核
(一)彎曲合成強(qiáng)度校核
通常校核軸上受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度.顯然，由于軸最小段放大了以后考慮鍵槽的影響,而且此截面只承受扭矩,故沒有必要校核.由圖中A截面處合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險剖面,故a—a截面左側(cè)可能是疲勞破壞危險剖面。
截面A處的彎矩計算
考慮到啟動,停止影響扭矩為脈動循環(huán)變應(yīng)力
（4-8）
a.截面A處的應(yīng)力計算
抗彎截面系數(shù) （4-9）
（4-10）
b.強(qiáng)度校核
45鋼調(diào)質(zhì)處理,查表得 []
<[]
彎扭合成強(qiáng)度滿足要求
(二) 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
不計軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力的影響
a.確定危險截面
通過以上判斷得知 危險截面為A截面
b.截面左側(cè)的強(qiáng)度校核
（1）抗彎截面系數(shù)
（4-11）
(2) 抗扭截面系數(shù)
（4-12）
(3) 截面A左側(cè)的彎矩
（4-13）
(4) 截面上的彎曲應(yīng)力
（4-14）
(5) 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
（4-15）
(6) 平均應(yīng)力
彎曲正應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力
（4-16）
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力 （4-17）
(7) 應(yīng)力幅
（4-18）
（4-19）
(8) 材料的力學(xué)性能
45剛調(diào)質(zhì),查表的
(9) 軸肩理論應(yīng)力集中系數(shù)
并用插值法計算得
(10) 材料敏感系數(shù)
由r=4mm 查表,并經(jīng)插值可得
(11) 有效應(yīng)力集中系數(shù)
（4-20）
（4-21）
(12) 尺寸及截面形狀系數(shù)
由 h=10mm d=130mm , 查表可得
(13) 扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)
由 D=d=65mm 得
(14) 表面質(zhì)量系數(shù)
軸按磨削加工 由 查表得
(15) 表面強(qiáng)化系數(shù)
軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理
(16) 疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)
（4-22）
（4-23）
(17) 等效系數(shù)
45鋼
取
(18) 僅有彎曲正應(yīng)力時的安全系數(shù)計算
（4-24）
(19) 僅有切應(yīng)力時的安全強(qiáng)度計算
（4-25）
(20) 彎扭聯(lián)合作用下的安全系數(shù)計算
（4-26）
查表 可得當(dāng)料均勻,載荷與應(yīng)力計算精確時許用安全系數(shù)取顯然>>, 故A剖面左側(cè)安全
4.2.4 A截面右側(cè)強(qiáng)度校核
(1) 抗彎截面系數(shù)
（4-27）
(2) 抗扭截面系數(shù)
(3) 截面右側(cè)的彎矩
（4-28）
(4) 截面的彎曲應(yīng)力
（4-29）
(5) 截面上的扭矩切應(yīng)力
（4-30）
(5) 平均應(yīng)力
彎曲正應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力
(6) 應(yīng)力幅
（4-31）
（4-32）
(7) 疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)
(8) 僅有彎曲正應(yīng)力時的安全系數(shù)計算
（4-33）
(9) 僅有切應(yīng)力時的安全強(qiáng)度計算
（4-34）
(10) 彎扭聯(lián)合作用下的安全系數(shù)計算
查表 可得當(dāng)料均勻,載荷與應(yīng)力計算精確時許用安全系數(shù)取顯然>>, 故A剖面右側(cè)安全
4.2.5 靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核
該設(shè)備沒有大的瞬時過載和嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱,所以沒有必要進(jìn)行靜強(qiáng)度校核
4.2.6 軸承的選型及壽命計算
a. 軸承一的選型及壽命計算
圓錐滾子軸承自身可起軸向壓緊作用，先選上軸承為圓錐滾子軸承內(nèi)徑為85mm，型號為30217采用過盈配合公差為n6，軸的轉(zhuǎn)速為n=180r/min,軸承只承受徑向力。預(yù)期壽命為40000h。
查設(shè)計手冊得：
P==13741N
壽命計算
查表可得,
（4-35）
=1896637>40000h
所以該軸承合適。
b. 軸承二的選型及壽命計算
軸承二為調(diào)心滾子軸承主要用于承受徑向載荷,同時也能承受
任何一方向的軸向載荷.該軸承的型號為22317。軸承內(nèi)徑為85mm。采用過盈配合，軸的轉(zhuǎn)速為n=180r/min.預(yù)期壽命為40000h。
查設(shè)計手冊得：
計算派生軸向力，
計算軸向負(fù)載，
確定系數(shù)
查表的
計算當(dāng)量動載荷
計算軸承壽命
查表可得
（4-36）
=123416>40000h
故該軸承合適
4.3 轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計
（一）設(shè)計思路
首先分析以往的轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)改變以往倒錐型錐體結(jié)構(gòu)，設(shè)計出籠型轉(zhuǎn)子，籠型轉(zhuǎn)子能夠提高分級力場，吸取o-sepa選粉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)采用導(dǎo)風(fēng)裝置提高渦旋效果。圓柱形轉(zhuǎn)子上有一定數(shù)量小風(fēng)葉，小風(fēng)葉隨分級圈高速運(yùn)轉(zhuǎn)，形成正壓，迫使氣流從分級圈通過，防止短路。在生產(chǎn)過程中，物料被旋轉(zhuǎn)的撒料盤均勻撒開，較細(xì)的物料受到的慣性離心力較小，受到上升氣流作用通過柵欄圈；進(jìn)人旋風(fēng)筒收集；較大的物料受到的慣性離心力較大，向四周飛濺的同時大部分失速沉降，部分中間夾帶細(xì)粉的小顆粒受到上升氣流長時間的作用，在撒料盤和籠式分級圈之間的較大空間內(nèi)，被上升氣流逐漸分離籠型轉(zhuǎn)子與導(dǎo)風(fēng)裝置配合使用使物料均勻受到分級力的作用提到選粉效率?；\型轉(zhuǎn)子由上下蓋板和耐磨鋼片構(gòu)成，柵欄圈圍成，鋼片數(shù)量較多，安裝相對密集，可以實現(xiàn)立體分級，工作范圍大，分級精度高。保證了分級區(qū)力場的穩(wěn)定性，提高分級精度。
（二）具體設(shè)計
依據(jù)選粉室的大小定出轉(zhuǎn)子的尺寸為Ф1026mm。高度為658mm。轉(zhuǎn)子的耐磨鋼片同上下蓋板焊接，中部蓋板成環(huán)型均布70個長方形孔。鋼片穿過中蓋板方孔焊接，以保證其穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子下板加裝倒錐體，起加固轉(zhuǎn)子加強(qiáng)上升氣流。本次設(shè)計將撒料盤安裝在轉(zhuǎn)子上部，延長物料受分級力作用時間。采用耐磨鑄件批量生產(chǎn)，節(jié)約成本，采用螺栓連接，維修方便。撒料盤為易損件，與轉(zhuǎn)子采用螺栓連接，損壞時拆換方便不用拆整機(jī)。由于撒料盤放置在轉(zhuǎn)子上部，這就要求進(jìn)料和出粉的密封性。因此設(shè)計了密封環(huán)和密封槽，均采用耐磨鑄件，保證耐磨性。采用鑄件節(jié)約成本，密封槽和密封環(huán)裝配時有特殊要求，之間的間隙不得大于八毫米。轉(zhuǎn)子內(nèi)加裝拉桿提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性和打散轉(zhuǎn)子內(nèi)部渦流的效果。繞固定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子,其慣性力和慣性力矩的平衡問題稱為轉(zhuǎn)子的平衡。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速,其旋轉(zhuǎn)軸線繞曲變形可以忽略不計的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子的平衡可以通過重新調(diào)整轉(zhuǎn)子上質(zhì)量的分布使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線的方法來實現(xiàn)。平衡后的轉(zhuǎn)子在其回轉(zhuǎn)時各慣性力形成一個平衡力系,從而抵消了運(yùn)動中產(chǎn)生的附加動壓力。
（三）考慮轉(zhuǎn)子的平衡
繞固定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子,其慣性力和慣性力矩的平衡問題稱為轉(zhuǎn)子的平衡。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速,其旋轉(zhuǎn)軸線繞曲變形可以忽略不計的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子的平衡可以通過重新調(diào)整轉(zhuǎn)子上質(zhì)量的分布使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線的方法來實現(xiàn)。平衡后的轉(zhuǎn)子在其回轉(zhuǎn)時各慣性力形成一個平衡力系,從而抵消了運(yùn)動中產(chǎn)生的附加動壓力。
靜平衡的條件: 分布于轉(zhuǎn)子上的各個偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零或質(zhì)徑積的向量和為零。
對于長徑比>5,轉(zhuǎn)速>500r/min的轉(zhuǎn)子理論上應(yīng)校核其動平衡,但由于本設(shè)計主軸的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)小于500,且同類產(chǎn)品工廠應(yīng)用中發(fā)生振動的概率僅為1%～2%,而做一個動平衡機(jī)的資金至少要50萬,故實際上不做動平衡。
圖4-3 轉(zhuǎn)子
1、密封環(huán) 2、撒料盤 3、上板 4、耐磨鋼片 5、拉桿 6、中板 7、下板
4.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計
在潤滑工作中，根據(jù)各種設(shè)備的實際工況，合理選擇和設(shè)計其潤滑方法、潤滑系統(tǒng)和裝置，對保證設(shè)備具有良好的潤滑狀況和工作性能以及保持較長的使用壽命，具有十分重要的意義。潤滑系統(tǒng)是向機(jī)器或機(jī)組的摩擦點(diǎn)供送潤滑劑的系統(tǒng)，包括用以輸送、分配、調(diào)節(jié)、冷卻和凈化潤滑劑以及其壓力，、流量和溫度等參數(shù)和故障的指求、報警和監(jiān)控的整套裝置。
一般而言，機(jī)械設(shè)備的潤滑系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
? a. 保證均勻、邊續(xù)地對各潤滑點(diǎn)供應(yīng)一定壓力的潤滑劑，油量充足，并可按需要調(diào)節(jié)。
? b.工作可靠性高。采用有效的密封和過濾裝置，保持潤滑劑的清潔，防止外界環(huán)境中灰塵、水分進(jìn)入系統(tǒng)，并防止因泄漏而污染環(huán)境。
? c.結(jié)構(gòu)簡單，盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，便于維修及高速調(diào)整，便于檢查及更換潤滑劑，起始投資及維修費(fèi)用低。
? d.帶有工作參數(shù)的指示、報警保護(hù)及工況監(jiān)測裝置，能及時發(fā)現(xiàn)潤滑故障。
? e.當(dāng)潤滑系統(tǒng)需要保證合適的潤滑劑工作溫度時，可加裝冷卻及預(yù)熱裝置以及熱交換器。
在設(shè)計潤滑系統(tǒng)時必須考慮以三種潤滑要素，即：①摩擦副的種類（如軸承、齒輪、導(dǎo)軌等類支承元件）和其運(yùn)轉(zhuǎn)條件（如速度、載荷、溫度以及油膜形成機(jī)理等）；②潤滑劑的類型（如潤滑油、脂或固體、氣體潤滑劑）以及它們的性能；③潤滑方法的種類和供油條件等。
本次設(shè)計的潤滑系統(tǒng)為油浴潤滑，由兩個端蓋和軸套構(gòu)成。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時通過進(jìn)油管道進(jìn)油，高壓油通過出油管道進(jìn)入液壓缸形成一個循環(huán)運(yùn)行。軸與軸套之間充滿潤滑油，保證軸承工作在潤滑狀態(tài)下。根據(jù)工廠運(yùn)用實際取二十號機(jī)械油可以保證冬天不用換潤滑油而不會凍結(jié)。上下軸承兩側(cè)都設(shè)計了測溫裝置，保證軸承工作溫度不會過高而導(dǎo)致軸承的損壞。
密封性能失效是導(dǎo)致軸承早期磨損的關(guān)鍵，因此，采用了密封性能比較可靠的密封結(jié)構(gòu)來減少軸承的漏油。在密封圈的選取上，由于在長期高溫、粉塵較多的情況下工作，極易引起橡膠的延伸、彈性和抗拉強(qiáng)度受到破壞，耐溫性能較好的半粗羊毛氈圈是較理想的密封圈.在密封件結(jié)構(gòu)的上,本設(shè)計采用 節(jié)流溝槽式密封結(jié)構(gòu).
4.5 螺栓組設(shè)計
4.5.1結(jié)構(gòu)設(shè)計
結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的在于合理地確定聯(lián)接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式。螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是：盡可能使各螺栓或聯(lián)接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。具體設(shè)計時，綜合考慮了以下幾個方面的問題：
a. 聯(lián)接接合面的幾何形狀與整臺機(jī)的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，且盡量設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。
b. 螺栓的布置使各螺栓受力盡可能均等。對鉸制孔螺栓聯(lián)接，避免在平行于工作載荷方向成排布置八個以上的螺栓；當(dāng)螺栓聯(lián)接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，螺栓盡量布置在靠近接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。
c. 螺栓的排列有合理的間距和邊距，以便保證聯(lián)接的緊密性和必要的扳手空間。對于一般聯(lián)接，螺栓間距。
d. 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)，以便分度和劃線。同一螺栓組中螺栓的性能等級、直徑和長度均應(yīng)相等。
e. 為避免螺栓受附加彎曲應(yīng)力，螺栓頭、螺母與被聯(lián)接件的接觸表面均應(yīng)平整，螺紋孔軸線與被聯(lián)接件各承壓面應(yīng)保持垂直。
4.5.2 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度校核
螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算，是以螺栓組中受力最大的螺栓為代表進(jìn)行的。單個螺栓的常駐載形式一般只有軸向受拉和橫向受剪兩類，其載荷性質(zhì)不外乎靜載荷和變載荷兩種。
4.5.2.1失效形式
承受軸向拉力的普通螺栓聯(lián)接，在靜載荷作用下，其主要失效形式是螺栓桿和螺紋部分發(fā)生塑性變形或斷裂；在變載荷作用下，其主要失效形式是螺紋部位或尺寸過渡部位發(fā)生疲勞斷裂。對于承受擠壓和剪切作用的鉸制孔用螺栓聯(lián)接，主要失效形式是螺栓桿的剪斷或螺栓桿與孔壁材料中強(qiáng)度較弱者的壓潰。其設(shè)計準(zhǔn)則是保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)度。
4.5.2.2 強(qiáng)度校核
以軸外套和殼體接合面處螺栓組為例：如圖4-5所示。該螺栓組聯(lián)接分別受橫向載荷作用和翻轉(zhuǎn)力矩的作用。
(1) 螺栓組受力分析
水平方向的力為
翻轉(zhuǎn)力矩 （4-37）
(2) 失效形式分析
在該連接處可能出現(xiàn)以下幾種失效形式:①在的作用下,結(jié)合面左部可能分離或滑離;②在的作用下,結(jié)合面右部可能被壓潰;③最左邊的受拉力的螺栓可能拉斷或產(chǎn)生塑性變形.④在的作用下軸套可能向右滑動.為了防止分離和滑離,應(yīng)保證有足夠的預(yù)緊力;為避免壓潰,要求將預(yù)緊力控制在一定的范圍內(nèi).
(3) 計算作用下的單個螺栓所受的工作拉力
（4-38）
(4) 計算作用下受力最大的螺栓所受到的最大拉力
(5) 計算最大工作壓力
(6) 計算螺栓所受總拉力
① 計算預(yù)緊力
由底板不滑離條件: （4-39）
可得:
查表 可得 則
取
計算是取
(7) 確定螺栓的直徑
選螺栓的材料為Q235,性能等級4.6級,查表可得:
查表取 安全系數(shù) 螺栓材料的許用應(yīng)力
由 （4-40）
所用螺栓為M26, 符合要求
(8) 校核結(jié)合面工作能力
① 結(jié)合面不被壓潰
查表 得
故底板不會被壓潰
② 結(jié)合面左邊不出現(xiàn)縫隙
所以結(jié)合面處不會出現(xiàn)裂縫。
圖
圖5-1 螺栓受力示意圖
5.結(jié)論
通過此次對渦旋式選粉機(jī)的設(shè)計，包括對其轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計改進(jìn)，提高分級力場，吸取o-sepa選粉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)采用導(dǎo)風(fēng)裝置提高渦旋效果，提高了選粉效率。原來減速器的易損件多，維修更換價格高，現(xiàn)在換為皮帶傳動后，只需更換幾百塊錢的皮帶就可以解決，價格低廉而且更換方便。易損件如撒料盤均改為鑄件，降低成本，連接方式改為螺栓連接降低維修費(fèi)用。經(jīng)過設(shè)計改造后的選粉機(jī)大大減少了運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)效率。
參 考 文 獻(xiàn)
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[5] 胡家秀主編. 機(jī)械零件設(shè)計實用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999．10．
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附 錄
序號 圖名 圖號 圖幅
1 總裝圖 X700 A0
2 轉(zhuǎn)動件 X700-14 A1
3 透蓋一 X700-14-2-1 A3
4 透蓋二 X70014-2-2 A3
5 主軸 X700-14-2 A3
6 撒料盤 X700-14.3-8 A3
7 擋料板 X700-14-3-7 A3
8 密封環(huán) X700-14-3-4 A4
9 密封圈 X700-14-3-5 A4
10 轉(zhuǎn)子 X700-14-1 A2
11 軸套 X700-14-3 A2
12 導(dǎo)風(fēng)裝置 X700-8 A2
23