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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(jì)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(jì)說明……………………………………………………………………….6
4.1工藝參數(shù)……………………………………………………………………………6
4.2連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………7
4.3轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 14
4.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………….16
4.5螺栓組設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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?yàn)槠鋫鲃颖缺容^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(jì)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(shí)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(xiàng)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(jì)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(jì)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(jì)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(yàn)公式得D=1.7~3.6,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)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(yàn)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(yàn)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(jì)
4.2.1 a. 軸的材料及熱處理
由于設(shè)計(jì)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(jì)
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(jì)算
a. 破碎力的確定
沖擊時間的計(jì)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(jì)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(jì)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(xiǎn)剖面,故a—a截面左側(cè)可能是疲勞破壞危險(xiǎn)剖面。
截面A處的彎矩計(jì)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(jì)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(jì)軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力的影響
a.確定危險(xiǎn)截面
通過以上判斷得知 危險(xiǎn)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(jì)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(jì)算
（4-24）
(19) 僅有切應(yīng)力時的安全強(qiáng)度計(jì)算
（4-25）
(20) 彎扭聯(lián)合作用下的安全系數(shù)計(jì)算
（4-26）
查表 可得當(dāng)料均勻,載荷與應(yīng)力計(jì)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(jì)算
（4-33）
(9) 僅有切應(yīng)力時的安全強(qiáng)度計(jì)算
（4-34）
(10) 彎扭聯(lián)合作用下的安全系數(shù)計(jì)算
查表 可得當(dāng)料均勻,載荷與應(yīng)力計(jì)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(jì)算
a. 軸承一的選型及壽命計(jì)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(jì)手冊得：
P==13741N
壽命計(jì)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(jì)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(jì)手冊得：
計(jì)算派生軸向力，
計(jì)算軸向負(fù)載，
確定系數(shù)
查表的
計(jì)算當(dāng)量動載荷
計(jì)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(jì)
（一）設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)
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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(shí)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(jì)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(shí)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(jì)
在潤滑工作中，根據(jù)各種設(shè)備的實(shí)際工況，合理選擇和設(shè)計(jì)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(bào)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(bào)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)采用 節(jié)流溝槽式密封結(jié)構(gòu).
4.5 螺栓組設(shè)計(jì)
4.5.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算作用下的單個螺栓所受的工作拉力
（4-38）
(4) 計(jì)算作用下受力最大的螺栓所受到的最大拉力
(5) 計(jì)算最大工作壓力
(6) 計(jì)算螺栓所受總拉力
① 計(jì)算預(yù)緊力
由底板不滑離條件: （4-39）
可得:
查表 可得 則
取
計(jì)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(jì)，包括對其轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計(jì)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(jì)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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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