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1.前言
1.1課題的來源
課題來源于:鹽城市成坤機械制造有限公司。本課題:水磨粉雙滾筒干燥機總體設(shè)計及傳動裝置設(shè)計,為解決小型水磨粉生產(chǎn)企業(yè)水磨粉干燥問題,設(shè)計雙滾筒干燥機并代替噴霧干燥,從而減少熱量損失,提高效率。使之能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。
1.2課題內(nèi)容
本課題的設(shè)計內(nèi)容為:
a.制定總體方案:確定滾筒配置型式及結(jié)構(gòu)方案。
b.滾筒組件設(shè)計:滾筒組件裝配圖;滾筒組件三維爆炸圖;有關(guān)計算、校核等。
c.傳動裝置設(shè)計:傳動裝置裝配圖、零件圖、有關(guān)計算、校核等。
d.完成動力設(shè)計、運動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱工計算。
e.繪制總裝配圖。
1.3課題要求
a.設(shè)備應(yīng)能滿足干燥要求,保證產(chǎn)量及含水率。
b.設(shè)備應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn),工作可靠,結(jié)構(gòu)筒單,裝卸方便,便于維修、調(diào)整。
c.干燥強度應(yīng)盡可能大。
d.能源利用率應(yīng)盡可能高。
1.4干燥技術(shù)的國內(nèi)概況
近年來,隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,對干燥設(shè)備的需求量越來越大,干燥設(shè)備的總體水平也不斷提高。常規(guī)干燥設(shè)備基本可以滿足生產(chǎn)的需要,并有部分機型出口到國外,這些可喜的成就是廣大工程技術(shù)人員長期努力的結(jié)果,干燥設(shè)備的進步表現(xiàn)在以下幾個方面:?
a.干燥設(shè)備的加工質(zhì)量 ?
從干燥設(shè)備的制造過程看,干燥設(shè)備的加工質(zhì)量受技術(shù)水平及應(yīng)用行業(yè)的制約。干燥設(shè)備的應(yīng)用行業(yè)很多,對設(shè)備質(zhì)量要求最高的是制藥行業(yè)。由于制藥行業(yè)的特殊性,對所用干燥設(shè)備的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及加工質(zhì)量都有具體要求,因此要求制造行業(yè)提供的設(shè)備加工質(zhì)量較高。其次是食品行業(yè),食品行業(yè)對干燥設(shè)備及干燥系統(tǒng)有嚴(yán)格的衛(wèi)生指標(biāo)要求,因此設(shè)備結(jié)構(gòu)及鋼材的處理標(biāo)準(zhǔn)較高。質(zhì)量要求相對不高的是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中的部分設(shè)備。在所有行業(yè)中化學(xué)工業(yè)不論是設(shè)備的用量還是型式都最多最復(fù)雜,應(yīng)該說化工行業(yè)的干燥設(shè)備有特殊要求的也比較嚴(yán)格,但與上述兩個行業(yè)相比略低一些。?從最年幾年干燥設(shè)備總的質(zhì)量看,多數(shù)設(shè)備鋼板都經(jīng)過拋光處理,焊縫采用氬弧焊(不銹鋼),焊縫也經(jīng)過處理,有些工廠對直焊縫和環(huán)焊縫采用自動或半自動焊接,使設(shè)備質(zhì)量得到保證。
b.?干燥機的結(jié)構(gòu)?
隨著我國干燥設(shè)備的引進及國際間的技術(shù)交流,國外干燥設(shè)備機型都在不斷影響我國,最近幾年我國的新機型及新結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在以下幾種:①內(nèi)藏?zé)峁苁搅骰哺稍餀C?②管束干燥機??③閃蒸干燥機?④槳葉式干燥機?⑤盤式干燥機??⑥振動流化床干燥機⑧穿流回轉(zhuǎn)干燥機⑨旋轉(zhuǎn)氣流干燥機?。
c.裝備水平?
干燥設(shè)備的裝備水平主要指干燥系統(tǒng)的控制水平、附屬設(shè)備的配備、操作的方便程度和安全等級等??v觀我國干燥設(shè)備的裝備水平,有了長足的進步。特別是大型的干燥系統(tǒng)更是如此。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
①控制系統(tǒng)的配備。自動、半自動控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用,使勞動強度降低,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。?
②計算機技術(shù)的應(yīng)用。大型系統(tǒng)中多數(shù)采用計算機技術(shù)進行系統(tǒng)參數(shù)的采集、處理和控制,使系統(tǒng)操作條件達到最優(yōu)。
③人性化設(shè)計。在設(shè)備設(shè)計的同時考慮操作者的習(xí)慣,維修時的方便程度。
④安全化設(shè)計。系統(tǒng)中有安全報警、險情排除功能,特別是易燃易爆物料的干燥都要考慮到這一點。?
⑤附屬設(shè)備。系統(tǒng)中的附屬設(shè)備也趨于合理,加熱、加料、氣固分離、產(chǎn)品的包裝設(shè)備與主機的配套關(guān)系達到最優(yōu)化。
而目前我國的干燥水平比起國外的先進國家還有一定的差距?,特別是大型的干燥設(shè)備的制造方面還有不小的差距。
1.5本課題要解決的主要問題和設(shè)計的總體思路
1.5.1需要解決的主要問題
通過現(xiàn)代CAD技術(shù)對傳動零件的選定,設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)件和設(shè)備總體結(jié)構(gòu)。運用AutoCAD繪制設(shè)備的總裝配圖、各個零件的零件圖和傳動路線圖,以指導(dǎo)各零件的加工和設(shè)備的設(shè)計。運用Pro/E進行該設(shè)備零件的三維實體建模,生成三維爆炸視圖,指導(dǎo)該設(shè)備的生產(chǎn)裝配。通過專業(yè)知識核實所設(shè)計的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)和各零部件是否合格,設(shè)計出水磨粉雙滾筒干燥機,使之符合生產(chǎn)需要。
1.5.2設(shè)計的總體思路
總體思路:進行熱工計算--滾筒直徑的設(shè)計計算--計算負載所需的驅(qū)動功率--選擇電機--確定傳動的方式,各級傳動比的分配--傳動裝置的參數(shù)計算--滾筒組件的校核--軸承的壽命計算。
將通過制定總體方案,完成動力設(shè)計、運動設(shè)計、結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及熱工計算,并利用二維三維軟件繪制總裝配圖,再根據(jù)的基本參數(shù)進行傳動系統(tǒng)設(shè)計,繪制傳動系統(tǒng)裝配圖,零件圖以及滾筒組件三維爆炸圖,利用所學(xué)知識進行有關(guān)的計算和校核等。
為了完成設(shè)備的設(shè)計,首先要對零件進行工藝分析,主要是結(jié)構(gòu)、尺寸精度、材料的分析;其次要根據(jù)基本參數(shù)進行設(shè)計;最后確定各個零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)備總體結(jié)構(gòu),畫出各零部件、設(shè)備的二維或三維圖,運用Pro/E進行該設(shè)備零件的三維實體建模,生成三維爆炸視圖。
所設(shè)計的設(shè)備能夠準(zhǔn)確的運動,保證傳動平穩(wěn)可靠,使用安全,易于維修,設(shè)計的設(shè)備應(yīng)能滿足干燥要求,保證產(chǎn)量及含水率,能源利用率應(yīng)盡可能高。本設(shè)計將為企業(yè)提供生產(chǎn)指導(dǎo)價值。
2.總體設(shè)計方案
2.1方案選擇
滾筒干燥器是通過轉(zhuǎn)動的圓筒,以熱傳導(dǎo)的方式,將附在筒體外壁的液相物料或帶狀物料,進行干燥的一種連續(xù)操作設(shè)備。設(shè)計該機器的用途是除去某些原料、半成品中的水分或溶劑,使物料便于包裝、運輸、貯藏、加工和使用。干燥機的組成部分包括(見圖2-1):
a.滾筒(包括筒體、端蓋、端軸及軸承)。
b.布膜裝置(包括料槽、噴濺器、攪拌器、膜厚控制器)。
c.刮料裝置(包括刮刀、支承架、壓力調(diào)節(jié)器)。
d.傳動裝置(包括電動機、減速裝置和傳動件)。
e.進氣與排液裝置(包括進氣頭和管路附件)。
f.設(shè)備支架與密封罩。
g.干燥產(chǎn)品輸送和最后干燥器。
圖2-1 雙滾筒干燥機
1-密閉罩 2-進氣頭 3-刮料裝置 4-主動滾筒 5-布膜裝置 6-從動滾筒 7-螺旋輸送器 8-傳動裝置
圖2-2 雙滾筒干燥機頂部進料工作原理圖
圖2-1,2-2干燥機的結(jié)構(gòu),采用頂部進料,這樣會干燥機的結(jié)構(gòu)增大。刮刀布置在滾筒的上側(cè),刮刀的對滾筒的作用力和滾筒的重力疊加在一起。會減小軸承的壽命。
滾筒組件是干燥器的核心部件,滾筒組件設(shè)計的內(nèi)容包括滾筒型式的選擇、滾筒組件的強度和剛度計算,選擇合適的材質(zhì)后,確定相應(yīng)構(gòu)件的壁厚和結(jié)構(gòu)尺寸,并提出制造、加工和組裝的技術(shù)要求。
目前的滾筒按的材料和加工方法,分為鑄造滾筒與焊接滾筒兩類。
鑄造滾筒:筒體和端蓋、端軸均分別由澆鑄件經(jīng)加工和熱處理后組裝而成。鑄件的材料,常為鑄鐵和鑄鋼。這類滾筒筒體型原較厚(15-32mm)、重量大、熱組大、導(dǎo)熱性差。具有熱容量大,傳熱穩(wěn)定。良好的耐磨性和剛性等優(yōu)點,適用于要求供熱穩(wěn)定、無腐蝕性的物料干燥。
焊接滾筒:筒體由具有焊接件的板材卷焊之后,加工而成。材料一般為碳鋼和不銹鋼。端蓋和端軸的加工,可為焊接件、鍛件或鑄件。焊接型筒體具有壁薄、導(dǎo)熱性好、單件加工方便、適用材料廣、筒體的直徑與長度范圍大等特點,為各類物料干燥常用的滾筒型式。
根據(jù)工藝要求處理的物料量、濕含量指標(biāo),經(jīng)物料和熱量衡算,已知料膜干燥時間、蒸發(fā)強度和傳熱速率等設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上,確定滾筒干燥面積。依據(jù)工藝設(shè)計的流程,設(shè)備和配套在廠房的配置要求、初步確定進料、布膜、出料和供熱的方式與布置。在以上條件下,做出干燥器的選型并計算筒體直徑、長度和轉(zhuǎn)速。在確定筒徑和轉(zhuǎn)速時,應(yīng)適當(dāng)留有余地,以適應(yīng)物料干燥條件出現(xiàn)變化后的狀況。
確定料槽的外形尺寸,做出布料、刮料、成品輸送或最后干燥裝置,以及供熱介質(zhì)進出筒體方式的相對位置的斷面布置。
確定傳動方式、傳動級數(shù)和傳動件的型式.并初步估算傳動功率和傳動件的主要外形尺寸。在此基礎(chǔ)上,做出該筒組件的軸向布置(包括支承方式和各傳動件的相對位置)。并結(jié)合料槽、刮料、出料、供熱裝置的布置,進行綜合調(diào)整,使之緊湊、合理,滿足操作和檢修的要求。
根據(jù)蒸發(fā)物料的性質(zhì)和環(huán)境狀況,確定密封罩或排氣罩的外形尺寸、并做出相應(yīng)的布置。
確定干燥器各主要部件(滾筒組件和刮刀等)的材料。
2.2總體結(jié)構(gòu)確定
在考慮具體方案時,應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下,盡量降低成本。設(shè)備在滿足干燥要求的情況下,設(shè)備應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn),工作可靠,熱量的利用率高,設(shè)備便于調(diào)試,設(shè)備應(yīng)便于維修。選用下部進料(見圖2-3)的方式比較好。這樣刮刀裝置也在下部,刮刀的頂緊力和滾筒的重力可以中和一部分,以減輕滾筒所受的外力,提高軸承的壽命。
圖2-3浸液式(下部進料)
圖2-8 滾筒組件裝配圖
1-進油軸 2-端蓋 3-小滾筒 4-孔板 5-大滾筒 6-排油軸
由于熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油,在考慮滾筒的結(jié)構(gòu)方案,應(yīng)該便于導(dǎo)熱油在筒體內(nèi)的傳輸,同時又要減輕筒體在工作過程中的重量,所以要把滾筒做成夾層的,這樣滾筒就需要采用焊接型式。如圖2-4所示
圖2-4 主視圖
圖2-5 左視圖
圖2-6
圖2-7
1-電動機 2-小帶輪 3-小鏈輪 4-支承軸承 5-大帶輪 6-減速器 7-旋轉(zhuǎn)接頭 8-小齒輪 9-傳動大齒輪 10-大鏈輪 11-外罩 12-積水堰 13-帶里座式外球面軸承 14-對滾齒輪 15-螺旋輸送器
16-料槽 17-刮刀 18-刮刀調(diào)節(jié)裝置 19-刮刀支承裝置 20-電液記位器 21-滾筒
雙滾筒干燥機的特點:
a.熱效率高。筒內(nèi)供給的熱量,除少量熱輻射和筒體的端蓋部分散熱損失外,大部分熱量用于濕分的氣化,熱效率可高達80%-90%。
b.干燥速率大。筒壁上濕料膜的傳熱與傳質(zhì)過程,由里至外,方向一致,溫度梯度較大。使料膜表面保持較高的蒸發(fā)強度,一般可達30Kg-70kg(㎡·h)。
c.產(chǎn)品的干燥質(zhì)量穩(wěn)定。滾筒供熱方式便于控制,筒內(nèi)溫度和間壁的傳熱速率能保持相對穩(wěn)定,使料膜能處于穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下干燥,產(chǎn)品的質(zhì)量可獲得保證。
d.適用范圍較廣。采用滾筒干燥的液相物料,必須具有流動性、粘附件和對熱的穩(wěn)定性。物料的形態(tài)可為溶液、非均相的懸浮液、乳濁液、溶膠等,對紙漿、紡織物、賽璐珞等帶狀物料,也可采用。
3.設(shè)計計算
3.1設(shè)計參數(shù)
物料產(chǎn)量:50kg/h,操作方式為間歇操作,每天工10小時,全年操作天數(shù)為300d。
物料性質(zhì)和工藝操作條件:料液濕含量(濕基),密度漿狀,流動性好,沉淀物不多。干燥產(chǎn)品為粉末狀,刮料點處濕含量,堆積密,安息角α=40°,比熱容料液溫度,刮料點處料溫。提供介質(zhì)為250℃導(dǎo)熱油,比熱容試驗提供在上述條件下的鋼制滾筒蒸發(fā)強度Rm=30Kg/(㎡·h),干燥停留時間,轉(zhuǎn)速n=6r/min。
3.2熱工計算
干燥器產(chǎn)品的生產(chǎn)負荷: =50(kg/h)
蒸發(fā)水分量: (3-1)
式中, 料液濕含量; 刮料點處濕含量
由式(3-1)得
料液處理能力:=W+ (3-2)
由式(3-2)得=196(Kg/h)
干燥器的有效平均熱負荷:
查文獻[3]第288頁公式
Qm=0.278(Wγ+ –-W) (3-3)
式中,W 蒸發(fā)水分量;G2 干燥器產(chǎn)品的生產(chǎn)負荷; 產(chǎn)品比熱容; 刮料點處溫度
料液溫度; 濕基比熱容
由式(3-3)得Qm =75182(W/h)
干燥器的總負荷:
取滾筒式干燥器熱效率ηm=0.8,取輸出的導(dǎo)熱油的溫度為240℃計算。
查文獻[3]第233頁公式
(3-4)
=75182/0.8
=93980(w/h)
所需的熱油量(v/h):
V= (3-5)
=12.17()
式中 進出導(dǎo)熱油的溫度差(℃); 導(dǎo)熱油的比熱容(KJ/(kg·℃));
導(dǎo)熱油的密度(kg/)
3.3.滾筒干燥器干燥面積、筒體直徑、長度確定干燥面積
干燥面積Ay:
查文獻[3]第231頁公式:
Ay=W/Rm (3-6)
=146/30
≈4.9(㎡)
式中,W 蒸發(fā)水分量(kg);Rm 蒸發(fā)強度(kg/㎡)
設(shè)計取Ay=5㎡
滾筒直徑和長度計算。
查文獻[3]第231頁公式
β=L/D (3-7)
式中,β 筒體的長徑比;L 滾筒的長度(mm); D 滾筒的直徑(mm)
(3-8)
式中,D 滾筒的直徑(mm);β 筒體的長徑比;Ay 干燥面積(㎡)
滾筒料膜有效干燥弧面角(°);m 滾筒個數(shù)
設(shè)計保證滾筒料膜有效干燥弧面角ψ=270°,設(shè)取筒體的長徑比β=L/D=1、1.5、2,試算之。
方案a. β=L/D=1 L=1.03(m)
方案b. β=L/D=1.5 L=1.26(m)
方案c. β=L/D=2 L=1.45(m)
按上表計算結(jié)果,考慮筒體加工和受力情況,設(shè)計取β=L/D=2時計算參數(shù)。圓整取筒徑D=730mm,筒長L=1500mm。
3.4校核操作狀態(tài)下,滾筒平均干燥面積
設(shè)計采取直接浸液的布膜方式。在保證料膜有效干燥弧面角ψ>=270°條件下,確定刮料點位于第四象限內(nèi),其夾角θ1=30°最大的浸液截面夾角α1=60°;最小的浸液深度h2=0.01m。
計算最大浸液深度h1:
查文獻[3]第261頁公式
(3-9)
式中,R 滾筒半徑(mm); 最大的浸液截面夾角(°)
并根據(jù)h2=0.01mm,可計算最小的浸液截面夾角:
=26.89° (3-10)
滾筒在浸液h1高度時的干燥區(qū)料膜弧面夾角ψ1:
查文獻[3]第261頁公式: (3-11)
ψ1= 270°-0.5α1+θ1
=270°-0.5×60°+30°
=270°
式中, 最大的浸液截面夾角(°)
滾筒在浸液h2高度時的干燥區(qū)料膜弧面夾角ψ2:
查文獻[3]第261頁公式:
ψ2=270°-0.5×α2+30° (3-12)
≈286.6°
查文獻[3]第261頁公式
(3-13)
≈2.66(㎡)>2.5(㎡)
比設(shè)計的有效干燥面積增大=0.064倍,已滿足設(shè)計要求。
3.5滾筒干燥器功率計算
滾筒驅(qū)動狀態(tài)下的功率消耗,有刮刀和螺旋輸送干燥器的功率兩部分組成。
3.5.1刮刀消耗的功率
考慮筒體不長,設(shè)計采用單片刮刀。刮刀長度Ld=1500mm刮刀的頂緊力取,粉末固態(tài)膜剝離筒壁的作用力取。
刮刀材料設(shè)計取Q235C筒體材料設(shè)計取Q235A刮刀與筒體之間的摩擦系數(shù)。
計算滾筒的阻力矩:
查文獻[3]第241頁公式
(3-14)
=(1.5×1500×0.15+1×1500)×365
= 670687(N·mm)
式中, 刮刀的頂緊力(N); 粉末固態(tài)膜剝離筒壁的作用力(N)
刮刀接觸筒體長度(mm); 刮刀與筒體之間的摩擦系數(shù)
(3-15)
由式(3-15)得≈0.44kw
3.5.2螺旋輸送器干燥功率消耗
設(shè)計取由主動滾筒的驅(qū)動的鏈傳動計算:
物料的輸送量: Q=50/2=25Kg/h
水平輸送距離,按工藝布置要求Ls=2.5m,物料屬性按無磨蝕性粉狀物計,取阻力系數(shù)W0=1.2,設(shè)備系數(shù)取K=1.2
按標(biāo)準(zhǔn)型螺旋輸送器的軸功率計算式:
查文獻[3]第285頁
(3-16)
=1.2××(1.2×2.5+0)×0.001
=0.000245(KW)
3.5.3干燥器的驅(qū)動軸功率
(3-17)
式中, 鏈傳動效率 ; 對滾齒輪的嚙合效率
主動滾筒消耗的功率:
≈0.44kw
式中,n 滾筒的轉(zhuǎn)速r/min;
從動滾筒消耗的功率:
0.44kw
螺旋輸送器的計算軸功率:kw
將數(shù)據(jù)代入公式(3-17)計算
≈0.9kw
設(shè)計取作為設(shè)計依據(jù)
3.6傳動裝置設(shè)計
3.6.1電機功率和型號的確定
干燥器減速傳動裝置設(shè)計分為三級,其傳動效率
第一級:三角帶傳動效率
第二級:采用ZLY型減速器效率
第三級:滾筒端,直齒圓柱齒輪傳動效率
總效率: (3-18)
=0.96×0.96×0.98
=0.903
考慮到負荷的變化和滾筒操作的特殊情況,取設(shè)備系數(shù)k=1.5
電機功率: (3-19)
選取Y100L-6電動機,技術(shù)性能參數(shù):;
3.6.2各級傳動形式確定及傳動比分配
(滾筒轉(zhuǎn)速n=6r/min)
總傳動比: (3-20)
=940/6
≈156.67
減速裝置的傳動比分配:
第一級:
第二級:
第三級:≈4.89 (3-21)
3.6.3 帶傳動的設(shè)計
A.選擇V帶型號
a)確定計算功率
查文獻資料[18]表4-6得工作情況系數(shù)
b)選擇V帶型號
按,,查文獻資料[18]圖4-1得,
選擇A型V帶
B.確定帶輪直徑、
a)選取小帶輪直徑
查文獻資料[8]圖4-11及表4-4,選取小帶輪直徑
b)驗算帶速
(3-22)
由式(3-22)得
在5~25m/s內(nèi),合適。
c)確定從動帶輪直徑
查文獻資料[18]表4-4 選取
d)確定從動輪轉(zhuǎn)速
考慮到帶的滑動系數(shù)
=940×(1-0.02)×100/160=575.75
e)實際傳動比
=940/575.75=1.63
C.確定中心距和帶長
a)初選中心距
(3-23)
由式(3-23)得
取
b)求帶的計算基準(zhǔn)長度
(3-24)
由式(3-24)得
查文獻資料[18]表4-2 選取
c)計算中心距
(3-25)
由式(3-25)得
d)確定中心距調(diào)整范圍
d.驗算小帶輪包角
(3-26)
由式(3-26)得
故,合適。
D.確定V帶根數(shù)Z
a)確定額定功率
由、及根據(jù)文獻資料[8]表4-5,得單根A型V帶的額定功率分別為0.83kw和0.97kw,用線性插值法求時的額定功率值
b)確定V帶根數(shù)
(3-27)查文獻資料[18]表4-7得
表4-8得 ,
表4-2得
由式(3-27)得
取Z=2根,合適
E.計算單根V帶初拉力
查文獻資料[8]表4-1得
(3-28)
由式(3-28)得
F.計算對軸的壓力
(3-29)
由式(3-29)得
G.確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
,采用實心輪結(jié)構(gòu)
,采用四孔板輪結(jié)構(gòu)
3.6.4齒輪設(shè)計與校核
A.傳動齒輪的設(shè)計與校核:
減速器輸出軸的最大功率:
(3-30)
由式(3-30)得 =1.5×0.96×0.96=1.3824kw
減速機出軸轉(zhuǎn)速(即小齒輪轉(zhuǎn)速):
(3-31)
由式(3-31)得
輸出轉(zhuǎn)矩
(3-32)
由式(3-32)得
齒輪結(jié)構(gòu)選型:采用開式傳動漸開線直齒圓柱齒輪
齒輪的傳動比: (3-33)
由式(3-33)得≈4.8
為了便于齒輪的制造和加工,大齒輪的齒數(shù)不要超過100個,而且大齒輪的分度圓直徑要接近滾筒的直徑。
a.采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,小齒輪采用45鋼調(diào)質(zhì)處理后表面淬火齒面硬度為45~50HRC。大齒輪的材料才用QT500-7,輪齒的齒面硬度為224~230HBS. 由于齒輪轉(zhuǎn)速不高,選7級精度,小齒輪的齒數(shù),大齒輪齒數(shù)=4.8×19=91.2,設(shè)計取=91。=91/19≈4.79開式軟齒面齒輪傳動,懸臂布置。查文獻[18]表6.5,取齒寬系數(shù)0.36。
b.按彎曲疲勞強度計算:
(3-34)
a)取載荷系數(shù) Kt=1.5
b)小齒輪的轉(zhuǎn)距 T1=922N·m
3)大小齒輪的彎曲疲勞強度 查文獻[18]圖6.9得
4)應(yīng)力循環(huán)系數(shù)N1=60nJLh (3-35)
由式(3-35)得N1=60×28.83×300×10×10=5.1×
N2= N1/i=1×
5)彎曲疲勞壽命系數(shù) 查文獻[18]圖6.7 KFN1=0.99,KFN2=1.25
6)計算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù),應(yīng)力特征系數(shù),
(3-36)
由式(3-36)得=0.99×2×380/1.4≈537.43MPa
1.25×2×160/1.4≈285.71MPa
7)查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
根據(jù)齒數(shù),查文獻[18]表6.4查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
8)計算大小齒輪的并加以比較,大值代入公式計算
c.設(shè)計計算:
1)計算齒輪模數(shù)
由式(3-34)
2)計算圓周速度V
(3-37)
由式(3-37)得
3)計算載荷系數(shù) 查文獻[18]表6.2得 使用系數(shù) 1.0
根據(jù)V=0.094m/s,7級精度,查文獻[18]圖6.10
得動載荷系數(shù) 查文獻[18]圖6.13
得齒向載荷分布系數(shù).15
齒間載荷分配系數(shù)
則載荷系數(shù) (3-38)
由式(3-38)得
4)校正并確定模數(shù)
(3-39)
由式(3-39)得6.04mm 取
d. 計算齒輪傳動幾何尺寸
1)中心距a (3-40)
由式(3-40)得440mm
2)兩分度圓直徑 =8×19=152 mm
=8×91=728mm
3)齒寬 0.36×152=54.72mm 取56mm, mm
e. 校核齒面接觸疲勞強度
查文獻[18]第118頁公式
(3-41)
確定公式中各項參數(shù)值
1)大、小齒輪的接觸疲勞強度極限
按齒面硬度查文獻[18]圖6.8得,,
2)接觸疲勞壽命系數(shù)、 查文獻[18]圖6.6得=0.99,=1.03
3)計算許用接觸應(yīng)力 取安全系數(shù)
(3-42)
由式(3-42)得 =0.99×1150/1= 1138.5MPa
=1.03×523/1=538.69 Mpa
=538.69 MPa
4)材料系數(shù) 查文獻[18]表6.3得材料系數(shù)=181.4
校核計算
由式(3-41)得
≈515.5 MPa≤538.69 Mpa 接觸疲勞強度滿足要求。
f. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
小齒輪分度圓直徑,故采用實心式。
大齒輪,尺寸較大,采用孔板式。
B.對滾齒輪設(shè)計,校核和結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了便于齒輪的制造和加工,大齒輪的齒數(shù)不要超過100個,而且大齒輪的分度圓直徑要接近滾筒的直徑。
a.采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,對滾齒輪的材料采用HT250,輪齒的齒面硬度為206~247HBS. 由于齒輪轉(zhuǎn)速不高,選7級精度,齒輪的齒數(shù),傳動比大齒輪齒數(shù),設(shè)計取。開式軟齒面齒輪傳動,懸臂布置.齒輪的分度圓直徑要取的較大==730mm寬系數(shù)0.08。
b.按彎曲疲勞強度計算:
1)取載荷系數(shù) Kt=1.5
2)小齒輪的轉(zhuǎn)距 T1=210.577N·m
3)大小齒輪的彎曲疲勞強度
查文獻[18]圖6.9得 ==79Mpa
4)應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
由式(3-35)得N1=60nJLh=60×6×300×10×10=
N2= N1/i=
5)彎曲疲勞壽命系數(shù) 查文獻圖6.7[18] KFN3=1.18,KFN4=1.18
6)計算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù),應(yīng)力特征系數(shù),則
由式(3-36)得=1.18×2×79/1.4≈109.96MPa
1.18×2×79/1.4≈109.96MPa
7)查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
根據(jù)齒數(shù),查文獻[18]表6.4取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
≈2.228 =1.759
8)計算大小齒輪的并加以比較,大值代入公式計算
≈0.035
c.設(shè)計計算:
1)計算齒輪模數(shù)
由式(3-34)得≈10.2mm
2)計算圓周速度V
由式(3-37)得
3)計算載荷系數(shù) 查文獻[18]表6.2得 使用系數(shù) 1.0
根據(jù)V=0.094m/s,7級精度,查文獻[18]圖6.10
得動載荷系數(shù)1.0
查文獻[18]圖6.13得齒向載荷分布系數(shù).15
齒間載荷分配系數(shù)
則載荷系數(shù)
由式(3-38)得=1.0×1×1.15×1=1.15
4)校正并確定模數(shù)
由式(3-39)得9.34mm 取
d. 計算齒輪傳動幾何尺寸
1)中心距a
由式(3-40) 730mm
2)兩分度圓直徑 =10×73=730 mm
3)齒寬 0.08×730=58.4mm 取60mm, mm
e. 校核齒面接觸疲勞強度
(1)確定公式(3-41)中各項參數(shù)值
1)齒輪的接觸疲勞強度極限
按齒面硬度查文獻[18]圖6.8得, 350MPa
2)接觸疲勞壽命系數(shù)、 查文獻[18]圖6.6得==1.08
3)計算許用接觸應(yīng)力 取安全系數(shù),則
由式(3-42)得 =1.09×350/1=381.5MPa
=1.09×350/1=381.5 MPa
4)材料系數(shù) 查文獻[18]表6.3得材料系數(shù)=146
校核計算
由式(3-41)得
≈101.73 MPa≤ 接觸疲勞強度滿足要求。
f. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 齒輪分度圓直徑, 尺寸較大,采用孔板式。
3.6.5鏈輪傳動的設(shè)計和結(jié)構(gòu)參數(shù)確定
A.選擇連鏈輪齒數(shù)
a.小鏈輪齒數(shù) 查文獻[18]表5.5,取
b.大鏈輪齒數(shù) =1.5×26=39
c.實際傳動比i i=39/26=1.5
B.初定中心距 取=32P
C.確定鏈節(jié)數(shù) 查文獻[18]第92頁公式
= (3-43)
由式(3-43)得=≈96.6 ?。ㄅ紨?shù))
D.計算額定功率
a.工況系數(shù) 查文獻[18]表5.6,得
b.齒數(shù)系數(shù) 查文獻[18]表5.7,得
c.鏈長系數(shù) 查文獻[18]表5.8,得
d.排數(shù)系數(shù) 查文獻[18]表5.9,得(單排)
e.計算額定功率
查文獻[18]第93頁公式
(3-44)
由式(3-44)得1.13×kw
E.選定鏈條型號,確定鏈條節(jié)距P
根據(jù),查文獻[18]圖5.10,選單排12A滾子鏈,P=19.05mm因點在曲線高峰值的左側(cè),和所選系數(shù),是一致的,所以不需從新計算值
F.驗算鏈速 v 查文獻[18]第88頁公式
(3-45)
由式(3-45)得=0.05m/s,合適
G..計算理論中心距a
查文獻[18]第95頁公式
(3-46)
由式(3-46)得a=622mm
H.結(jié)構(gòu)設(shè)計及潤滑方式選擇
小鏈輪d1=158.05mm,大鏈輪d2=236.75mm,均采用實心式,采用定期人工潤滑。
3.6.6軸的設(shè)計與校核
根據(jù)以上計算的筒體長度和直徑、傳動件的外形尺寸(直徑和輪殼寬度)、刮刀作用位置和減速傳動裝置,可預(yù)先進行滾筒組件受力的軸向和徑向位置的布置設(shè)計。
A.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu),以及包括各軸段長度、直徑及其它細小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素:軸在機器中的安裝位置及形式;軸的毛坯種類;軸上作用力的大小和分布情況;軸上零件的布置及固定方式;軸承類型及位置;軸的加工工藝以及其它一些要求。由于影響因素很多,且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異,所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性。但是,不論具體情況如何,軸的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下幾個方面的要求:
a.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置;
b.軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整;
c.軸應(yīng)具有良好的制造工藝性;
d.軸的受力合理,有利于提高強度和剛度;
e.節(jié)省材料,減輕重量;
f.形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。
考慮到軸是和滾筒焊接在一起,為便于安裝和維修,把軸要設(shè)計成階梯軸。軸內(nèi)要通導(dǎo)熱油,所以軸要設(shè)計為空心軸。并且導(dǎo)熱油的流速控制在3.5m/s左右,先初步計算軸的孔徑計算
mm 設(shè)計取25mm
先按實心軸的最小直徑的計算公式進行計算,然后在估算,進行校核。
查文獻[18]第291頁公式 (3-47)
由式(3-47)得≈75.46mm,設(shè)計取
圖3-1 進油軸結(jié)構(gòu)
根據(jù)長動件的寬度和傳動件不能相互干涉,確定個傳動件見的軸向距離為200mm左右,具體的見圖3-1,3-2。
圖3-2排油軸的結(jié)構(gòu)
B.確定軸的受力
確定滾筒組件的受力參數(shù)對應(yīng)按實際配置的電動機功率作為依據(jù)。
a.傳動大齒輪對主動端軸的作用力
按配置的電機.允許傳遞的最大功率:
(3-48)
由式(3-48)得=1.5×0.96×0.96×0.98=1.35kw
大齒輪傳遞的員大扭矩
(3-49)
由式(3-49)
=2.14875×N·mm
節(jié)圓處的圓周力(節(jié)圓直徑):
Ft=2T/d (3-50)
由式(3-50)得=2×2.14875×/728≈0.59×N
作用于軸上的徑向力(標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪嚙合角=20。):
(3-51)
由式(3-51)得=5900×tg20°≈2147N
徑向水平分力;
(3-52)
由式(3-52)得=cos=2147×cos50°≈1380N
徑向垂直分力
(3-53)
由式(3-53)得=sin=2147×sin50°≈1644N
b. 螺旋輸送干燥器鏈傳動對主動端軸的作用力
=/=0.245×/0.93=0.263× kw
-鏈傳動的效率,取0.93
傳遞的扭矩:
由式(3-48)得=418N·mm
鏈條工作拉力:
(3-54)
由式(3-54)=3.3N
徑向作用力:=1.15=1.15×3.3=3.8N
水平徑向分力:
由式(3-52)得=3.8×cos60°≈1.9N
垂直徑向分力:
由式(3-53)=6.9×sin60°≈3.3N
c.對滾齒輪的受力計算
由式(3-48)得
節(jié)圓處圓周力:由式(3-49)得=1919N
作用在軸上的徑向力:由式(3-50)得=689N
向徑水平力:由式(3-52)得
d.滾筒組件自重的計算
為確定滾筒支座反力可預(yù)先估算筒體組件的自重力。筒體部分:
(3-55)
由式(3-55)得=2611N
=1740N
端蓋部分:=304N
e.按實際配置電機功率計算允許刮刀對筒體的作用力
按配置電機的最大輸入功率,除去消耗于從動滾筒和螺旋干燥器的功率,則均可作為刮刀對筒體摩擦阻力的消耗。
刮刀對筒體允許的最大阻力矩:
--大鏈輪輸出的扭矩,=418N·mm
,--支承軸承處的摩擦阻力矩, ≈0.05
=214875-418-0.05×214875-700333=1.4134× N·mm
可估算刮刀對筒體允許的頂緊力:
查文獻[3]第290頁公式
(3-56)
由式(3-56)=6454N
在此種狀態(tài)下,筒體單位長度的頂緊力為:
相當(dāng)于設(shè)計確定的操作條件下,的2.43倍。
按筒體允許的最大阻力矩狀況下計算,最大徑向力為:
==6454N
徑向水平分力:
(3-57)
由式(3-57)得=6454×cos30°≈5589N
徑向垂直分力 :
(3-58)
由式(3-58)得=6454×sin30°=3227N
f.軸承支承處支反力計算與彎矩
圖3-3 滾筒組件y軸方向的水平力
圖3-4 滾筒組件x軸方向的水平力
主動端軸的支座反力和作用力力向:
支座反力: (3-59)
≈-440N(力的方向與土示方向相反)
≈1323N
≈1473N
≈776N
由式(3-59)得≈1537N
≈1534N
a) 大齒輪安裝處的軸斷面
彎矩: =≈761N
扭矩::=2.14875×N·mm
當(dāng)量彎矩: (3-60)
由式(3-60)得==1860872 N·mm
b) 主動端軸承處的軸斷面:
彎矩:
≈401444 N·mm
扭矩:==2148750-418=2148332 N·mm
當(dāng)量彎矩:
由式(3-60)得≈2627553 N·mm
C.軸的校核
a)傳動齒輪安裝處的軸徑:
35鋼的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 ,許用的彎曲應(yīng)力
軸的內(nèi)孔徑 ,
強度校核:
查文獻[18]第291頁公式 (3-61)
由式(3-61)得
≈21.18MPa<,滿足要求。
查文獻[18]第307頁公式 (3-62)
由式(3-62)得
≈36.7<,滿足要求
軸承支承處的強度校核:,
由式(3-61)得
≈9.5MPa<=25,滿足要求
由式(3-62)得
≈18MPa<,滿足要求。
3.6.7軸承的選擇和校核
選擇滾動軸承的類型,一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)三方面進行考慮。
在外廓尺寸相同的條件下,滾子軸承比球軸承承載能力大,適用于載荷較大或有沖擊的場合。球軸承適用于載荷較小、振動和沖擊力較小的場合。
當(dāng)承受純徑向載荷時,通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承;當(dāng)承受純軸向載荷時,通常選用推力軸承;當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時,可選用角接觸球軸承,或者將向心軸承和推力軸承進行組合,分別承受徑向和軸向載荷。
根據(jù)軸的應(yīng)用場合可知,軸主要受到的徑向力和軸向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點,選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點:可同時承受徑向負荷和軸向負荷,也可承受純軸向負荷。應(yīng)用場合:適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中調(diào)整游隙時。
主動端受力較大,校核此軸承。由于滾筒采用焊接的方式連接,同軸的誤差比較大,所以選用調(diào)心軸承,并且能夠滿足機器在運行過程中,軸在250℃高溫下能夠一端游動,以上二者結(jié)合,選取UC218(軸承座代號P218) 參數(shù):
。軸承只承受徑力。
計算壽命:查文獻[18]第194頁公式:
(3-63)
由式(3-63)得=1054745576h
壽命滿足要求。
4.結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的成果進行綜合性的考核,在本次的畢業(yè)設(shè)計中,查閱了許多的相關(guān)資料,通過對現(xiàn)有干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)進行分析,對每個結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的研究,掌握了設(shè)備的工作原理和總體的結(jié)構(gòu)。得知了現(xiàn)有干燥設(shè)備的不足,運用現(xiàn)有的知識,對滾筒的結(jié)構(gòu)進行了改進,使?jié)L筒在干燥過程中筒體表面的溫差不大。確定了設(shè)計方案,對水磨粉雙滾筒干燥進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,熱工計算,對傳動裝置進行了設(shè)計和校核,保證了該設(shè)備工作的可靠性,效率高,安全。但長期以來尚存在一個不足就是刮刀容易磨損,還需要對刮料裝置進一步改進。
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附 錄
1、裝配圖 GST50-00 A0
2、軸承座 GST50-03 A3
3、傳動系裝置部裝圖 GST50-08-00 A0
4、小鏈輪 GST50-08-01 A3
5、大鏈輪 GST50-08-02 A3
6、傳動大齒輪 GST50-08-03 A3
7、小帶輪 GST50-08-04 A3
8、大帶輪 GST50-08-05 A3
9、小齒輪 GST50-08-08 A3
10、對滾齒輪 GST50-08-12 A3
11、滾筒組件部裝圖 GST50-09-00 A2
12、進油軸 GST50-09-01 A3
13、滾筒端蓋 GST50-09-02 A4
14、大滾筒 GST50-09-03 A3
15、側(cè)蓋板 GST50-09-04 A4
16、小滾筒 GST50-09-05 A3
18、軸承蓋 GST50-12 A4
18、進油軸Ⅱ GST50-34 A3
19、排油軸Ⅱ GST50-35 A3
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