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目 錄
摘 要 1
關鍵詞 1
1前言 2
1.1課題研究背景及意義 2
1.2振動篩的研究發(fā)展現狀 2
1.3振動篩的特點及發(fā)展趨勢 3
1.4振動篩在實際生產中的應用 3
1.5振動篩的工作原理、分類及特點 4
1.5.1振動篩的工作原理 4
1.5.2直線振動篩的工作原理 4
2總體方案的確定 6
2.1設計任務分析 6
2.2.1設計要求 6
2.2.2任務分析 6
2.2總體方案的設計 6
2.2.1支撐形式與隔振裝置 6
2.2.2傳動方案的設計 7
2.2.3電動機的選用 8
2.3總體結構簡圖 8
3雙軸直線振動篩的設計計算 9
3.1振動篩上物料的運動分析和工藝參數的選擇 9
3.1.1直線振動面上的物料運動分析 10
3.1.2工藝參數的選擇 11
3.2總體設計計算步驟 12
3.2.1計算振動篩篩面面積 12
3.2.2振動次數的計算 12
3.2.3物料運動速度的計算 12
3.2.4驗算生產率 12
3.2.5估算振動篩的重量 13
3.2.6激振器偏心塊的質量及其偏心距的確定 13
3.2.7隔振彈簧剛度的確定 13
3.2.8篩箱的設計 14
3.2.9電動機的選擇 14
4主要零部件的設計和計算 15
4.1篩面的設計和選擇 15
4.1.1篩面的功用及結構特點 15
4.1.2篩面的選擇及加工要求 15
4.1.3篩面的固定 16
4.1.4篩板的設計 17
4.1.5橡膠彈簧的設計 17
4.2激振器的設計 19
4.2.1激振器的特點分析 19
4.2.2軸的計算與設計 20
4.2.3軸承的選用和設計 22
4.2.4圓軸法蘭的設計 23
4.3底座的設計 23
4.3.1底座的功用 23
4.3.2底座材料的選擇 23
4.3.3焊接時應注意 24
4.4軸承壓蓋的設計計算 24
4.5密封件的設計計算 24
4.6偏心塊的設計 25
4.6.1偏心塊的結構 25
4.6.2偏心塊的安裝要求 25
4.7聯(lián)軸器的設計 25
4.7.1聯(lián)軸器的類型選擇 25
4.7.2規(guī)格的選擇與計算 26
4.8鍵的選擇 26
4.8.1軸與偏心塊連接處鍵的選擇與校核 26
4.8.2軸與聯(lián)軸器的連接處鍵的選擇與校核 26
5篩箱的結構設計 27
5.1篩箱的結構 27
5.2篩箱的設計 28
5.2.1篩箱材料的選擇和結構設計 28
5.2.2篩箱部件的連接 29
5.2.3篩箱的支撐 29
5.2.4物料流向控制 29
6齒輪箱的設計 29
6.1齒輪的布置 29
6.2齒輪的設計 30
6.2.1齒輪的設計參數 30
6.2.2齒輪的材料及熱處理及傳動方式 30
6.2.3齒輪的模數和齒數 30
6.3齒輪的校核 30
6.4齒輪的潤滑 31
參考文獻 31
致謝 32
直線振動篩的設計
學 生：周亞波
指導老師：向陽
（湖南農業(yè)大學工學院，長沙410128）
摘 要:振動篩是一種適合潮濕細粒級難篩物料干法篩分的振動篩分機械設備，是目前國內處理難篩物料的振動篩分機械設備。ZS系列振動篩用途 ZS系列直線振動篩廣泛應用于冶金、建材、化工、耐火、水泥、陶瓷、糧食、食品等各行各業(yè)中，用于對各種物料不同程度的分級作業(yè)。它可用于流水線作業(yè)中，實現自動化。
本文首先介紹了振動篩的原理，簡述了國內外振動篩的研究現狀，分析了各種振動篩的特點，綜合運用機械設計、制造等知識提出了新型2ZSM1230型雙軸振動篩的設計思路。
其次，討論和確定了雙軸振動篩的總體結構，并對其總體設計、主要零部件的計算、技術指標性能以及底座等部件進行了詳細的分析和設計，對其主要零件進行了設計、分析和計算。最后，分析了振動篩還可以改進優(yōu)化的地方。
關鍵詞：雙軸式；直線；振動
The Design of Linear Vibrating Screen
Student：ZhouYabo
Tutor：XiangYang
(College of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract:Vibrating Screen is a level suitable for wet fine-grained materials difficult to screen vibration sieving dry screening machinery and equipment, [18]is difficult to screen materials handling vibration mechanical equipment screening. ZS series for single-axis shaker mining, metallurgy, coal, building materials industry for black, non-ferrous metals, as well as supporting non-metallic mining operation or an independent screening of middle-size classification of materials with a smooth running, reliable operation, simple structure , less wearing parts, screen replacement, as well as to facilitate efficient screening and screening effective and so on [17] .
This paper first introduces the principle of the vibrating screen, vibrating screen at home and abroad on research, analysis of the characteristics of various vibrating screen, the integrated use of mechanical design, manufacturing, and other knowledge to a new single-axis shaker 2ZSM1230 type of design ideas.
Secondly, the discussion and determination of the single-axis shaker of the overall structure and its overall design, the calculation of the main components, technical indicators such as performance, and the base components of the detailed analysis and design, its main components for the design, analysis and calculation. Finally, the analysis of the vibrating screen can also be optimized to improve the place.
Keywords：Dual-axis; Linear; Vibrating Screen
1 前言
1.1 課題研究背景及意義
隨著工業(yè)的發(fā)展，篩分在國民經濟各行各業(yè)中的應用越來越廣泛，在冶金、礦山、煤炭、水電等部門的工藝流程中[1]，篩分起著分選、分級、脫泥、脫水和脫介等作用。篩分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環(huán)，生產效率的高低和能源節(jié)省的度，從而直接影響企業(yè)的經濟效益。
1.2 振動篩的研究發(fā)展現狀
建國50多年來，我國的篩分設備走過了一個從無到有，從小到大，從落后到先進的發(fā)展過程，前后經歷了測繪仿制，自行研制和引進提高3個階段[13]。
目前國內篩機產品種類有圓振動篩、直線振動篩、橢圓振動篩、高頻振動篩、弧形篩、等厚篩、概率篩、冷礦篩、熱礦篩、節(jié)肢篩等，旋振篩和各種振動給料機械，多達50多個系列近1000 種規(guī)格，產品已在冶金、礦山、煤炭、輕工等許多行業(yè)得到廣泛的應用，基本上滿足了國內國民經濟建設的需要。
由于我國東部經濟發(fā)展較快， 篩分機械制造企業(yè)也主要分布在東北、華北、華東和中南地區(qū)，尤其是鞍山、新鄉(xiāng)地區(qū)，這兩個地區(qū)的篩分機械產值約占全國總產值的50％左右，可是在西部地區(qū)，還沒有一家像樣的篩分設備制造企業(yè)[2]。我國篩分設備制造企業(yè)雖然很多，但是真正具備實力的很少。
篩分是礦物加工工程的重要組成部分，在煤炭、冶金、化工、建材等部門廣泛應用。潮濕細粒級粘性物料的干法篩分是當今國內外研究篩分技術的難點，是篩分作業(yè)中急需解決的重大課題。我國煤炭篩分作業(yè)中,尚不能有效進行6mm潮濕細粒級粘性物料的篩分，煤炭的深度篩分難度很大。由于采煤機械化程度的提高,煤粉量增加，加上環(huán)保要求的灑水除塵，使得井下原煤水分迅速提高，有些礦區(qū)原煤水分已達12%~14%，造成井下原煤又濕又粘。這都給選煤廠和篩選廠的篩分作業(yè)帶來極大困難，用普通篩分方法即使是以13mm分級也有相當難度[2]。
1.3 振動篩的特點及發(fā)展趨勢
振動篩是一種適合潮濕細粒級難篩物料干法篩分的振動篩分機械設備，是目前國內處理難篩物料的振動篩分機械設備。ZS系列雙軸振動篩適用于礦山、冶金、煤炭、建材等行業(yè)用于黑色、有色以及非金屬礦山的輔助或獨立篩分作業(yè)中等粒度物料的分級，具有運轉平穩(wěn)、工作可靠、結構簡單、易損件少、篩網更換方便以及篩分效率高和篩分效果好等特點。
針對振動篩目前所存在的強度低、使用壽命短、噪聲大、共振振幅大、工作動負荷大、軸承溫升大等問題[3]，多年來國內外研究人員一直在進行研究，但卻沒有從根本上得到解決，為降低噪聲，采取在側板上加阻尼或約束阻尼板等，這樣處理造價昂貴，實際應用的不多，為抑制共振，采用橡膠彈簧。使共振有了明顯的抑制，但由于橡膠彈簧的高阻尼，散熱性能差從較大壓縮量使橫問題穩(wěn)定性能差，引起了振動篩能耗大、彈簧壽命低及振動篩產生了較大的橫向擺動，所以實際上應用橡膠彈簧的不多，大多采用阻尼消振裝置，這又使振動篩結構復雜，造價提高。對于工作動負荷問題，更是無法解決，如果采取兩次隔振系統(tǒng)，又引起高的造價。再者，如何提高振動篩的篩分效率也是今后的研究內容。如何從根本上消除或減少振動篩所存在的這些問題，應該是今后振動篩研究的發(fā)展趨勢[3]。
1.4 振動篩在實際生產中的應用
當今社會很多行業(yè)中都會應用到振動篩，大部分的振動篩的作用是對物品的分級或者脫水。
像冶金，機械，水利，建筑和建材，鐵路等部門，經常為了提高物品的精度，常常利用振動篩對其物品進行分級。
在煤炭工業(yè)部門，振動篩的作用不僅是分級，好多振動篩還用于對煤炭的脫水或者脫介，甚至用于除泥。
隨著社會的發(fā)展,對篩分機的品種與質量提出了更高的要求,目前它正處在迅速發(fā)展過程中。
1.5 振動篩的工作原理、分類及特點
1.5.1 振動篩的工作原理
將顆粒大小不同的碎散物料群,多次通過均勻布孔的單層或多層篩面,分成若干不同級別的過程成為篩分。理論上大于篩孔的顆粒留在篩面上,稱為該篩面的篩上物,小于篩孔的顆粒透過篩孔,稱為該篩面的篩下物。
碎散物料的篩分過程,可以看作由兩個階段組成:一是小于篩孔尺寸的細顆粒通過粗顆粒所組成的物料層到達篩面；二是細顆粒透過篩孔。要想完成上述兩個過程,必須具備最基本的條件,就是物料和篩面之間要存在著相對運動。為此,篩箱應具有適當的運動特性,一方面使篩面上的物料層成為松散狀態(tài)；另一方面,使堵在篩孔上的粗顆粒閃開,保持細顆粒透篩之路暢通。
實際的篩分過程是:大量粒度大小不同,粗細混雜的碎散物料進入篩面后,只有一部分顆粒與篩面接觸,而在接觸篩面的這部分物料中,不全是小于篩孔的細粒,大部分小于篩孔尺寸的顆粒,分布在整個料層的各處。由于篩箱的振動,篩上物料層被松散,使大顆粒本來就存在的間隙被進一步擴大,小顆粒乘機穿過間隙,轉移到下層或運輸機上。由于小顆粒間隙小,大顆粒并不能穿過,因此,大顆粒在運動中,位置不斷升高。于是原來雜亂無章排列的顆粒群發(fā)生了分離,即按顆粒大小進行了分層,形成了小顆粒在下,粗顆粒居上的排列規(guī)則。到達篩面的細顆粒,小于篩孔者透篩,最終實現了粗、細粒分離,完成篩分過程。然而，充分的分離是沒有的，在篩分時，一般都有一部分篩下物留在篩上物中。
細粒透篩時，雖然顆粒都小于篩孔，但它們透篩的難易程度不同，和篩孔相比，顆粒越易，和篩孔尺寸相近的顆粒，透篩就較難，透過篩面下層的顆粒間隙就更難。
振動篩一般分為三大類為圓運動振動篩、直線運動振動篩和共振篩。
1.5.2 直線振動篩的工作原理
本直線振動篩是采用慣性激振器來產生振動的，其振源為電動機帶動激振器，激振器有兩個軸，每個軸有一個偏心重，而且以相反的方向旋轉，又稱雙軸振動篩，由齒輪嚙合以保證同步。當兩個偏心重的圓盤轉動時，兩個偏心重產生的離心力F，在x軸的分量總是抵消，在y軸的分量相加，其結果在y軸方向產生一個往復的激振力，使篩箱在y軸方向上產生往復的直線軌跡振動[8]。
（1）
式中 ，—不平衡重的質量和，，單位為；
—不平衡重塊所產生的激振力，單位為；
—轉動時間，單位為；
—不平衡重質心回轉半徑, 單位為；
—不平衡重的回轉角速度，單位為；
—在振動方向上的激振力, 單位為；
—每個偏心塊的質量，單位為。
由上式可見，雙軸慣性激振器，當作同步反向回轉的時候，產生定向的簡諧力，此力通過篩箱的質心，使篩箱作定向往復直線振動。
直線振動篩的篩面傾角通常在8以下，篩面的振動振動角度一般為45，篩面在激振器的作用下作直線往復運動。顆粒在篩面的振動下產生拋射與回落，從而使物料在篩面的振動過程中不斷向前運動，物料的拋射與下落都對篩面有沖擊，致使小于篩孔的顆粒被篩選分離。篩子的篩分效率及生產能力同篩面的傾角，篩面的振動角度，物料的拋射系數有關。為了保證篩分效率高，篩子的生產能力大，必須選擇合適的值。
圖1為直線振動篩的工作原理圖，篩面上的顆粒產生的拋射條件是，令此時的角為開始拋射角，則
（2）
圖1 直線振動篩的工作原理
Fig. 1 principle of linear vibrating screen
2 總體方案的確定
2.1 設計任務分析
2.2.1 設計要求
本設計雙軸振動篩的設計應達到如下技術要求：
(1) 適用于粉狀、顆粒狀物料的篩選和分級；
(2) 具有運轉平穩(wěn)、工作可靠結構簡單、易損件少、篩網更換方便以及篩分效率高和篩分效果好；
(3) 設備操作簡單，維護方便；
(4) 根據技術要求選定以下主要參數：
篩面尺寸：長度3000mm，寬度1200mm；
篩面層數：2層；
根據設計任務要求可將本設計的直線振動篩命名為2ZSM1230型直線振動篩。
2.2.2 任務分析
該課題要求我們設計一款雙軸直線振動篩，該機主要適應于粉狀和顆粒狀物料的分級，該機的自動化程度較高，效率高、結構簡單；該機價格便宜、經濟實惠，而且占地面積小。綜上所述，該設計題目的完成需要解決以下幾個主要的問題：
(1) 確定何種總體結構方案，以達到結構簡單輕巧、滿足加工條件而效率高的目的。
(2) 如何設計底座及機身部分，使它們能承受必要的重量，工作時能保持整個機器的平衡,使振動篩能平穩(wěn)的工作。
(3) 如何使篩箱的重量較輕，節(jié)省用料，選擇適宜的偏心塊使振動篩達到預期的振動振幅。
(4) 激振力的計算及其參數的計算和選擇。
2.2 總體方案的設計
2.2.1 支撐形式與隔振裝置
振動篩的支撐方式[9]有吊式和座式兩種。吊式采用的吊掛裝置包括螺旋形壓縮彈簧，鋼絲繩，防擺錘，吊環(huán)，鋼繩卡等零部件。
篩子通過四組吊掛裝置吊掛在上層樓板上。改變鋼絲繩的長度可以調整篩面傾角。防百錘安裝在鋼絲繩的上方，起作用是防止篩箱產生橫向擺動。篩子工作時產生橫向擺動是難免的，這是因為鋼絲繩有其自振頻率，當篩子工作頻率等于鋼絲繩的自振頻率時，就要發(fā)生共振，此時鋼絲繩就會產生強烈的偏擺，篩箱發(fā)生不穩(wěn)定的共振。為了避免此現象，可以改變防擺配重在繩上的位置，來改變鋼絲繩的自振頻率，防止共振現象產生，達到防擺目的。如果鋼絲繩的長度比較短，即在1250mm以內時，也可不設防擺錘。
座式結構的地層隔振裝置采用剛度大的彈簧，它的作用有：
（1）系統(tǒng)的固有頻率為彈簧剛度與參振質量的函數，當篩子質量確定后，振動的固有頻率就取決與彈簧的剛度。因此彈簧的剛度決定著彈性系統(tǒng)的工作狀態(tài)和篩分機工作的穩(wěn)定性。
（2）彈簧剛度大，傳給基礎動負荷亦大。因此，適當的選擇彈簧的剛度，可以減小傳給基礎的動負荷。
隔振裝置中的彈性元件有金屬螺旋彈簧，橡膠彈簧，符合彈簧和充氣彈簧等多種形式。
采用座式的固結方式能夠克服吊式結構的產生的根本問題，采用落地式地腳螺釘固定，其比較簡單實用，適用的場合較廣，且耐用。綜上所分析比較，選用座式的總體支撐方案[5]。
2.2.2 傳動方案的設計
1 篩網 2 萬向聯(lián)軸器 3 激振器 4 輪胎聯(lián)軸器 5 齒輪箱 6 電動機 7膜片聯(lián)軸器
1 screen 2 universal coupling 3 vibration exciter 4 tire coupling 5 The gear box 6 motor 7 diaphragm coupling
圖2 傳動方案圖
Fig. 2 transmission scheme
對于聯(lián)軸器，選擇以下三種結構形式，即萬向聯(lián)軸器、輪胎聯(lián)軸器、膜片式聯(lián)軸器。
1、萬向聯(lián)軸器：由兩個叉形接頭，中間連接件和軸銷、十字型塊等組成。這種聯(lián)軸器結構緊湊，維護方便，廣泛應用于汽車、多頭鉆床等機器的傳動系統(tǒng)中。小型十字軸式萬向聯(lián)軸器已標準化，設計時可以按標準選用。其具有優(yōu)點：承載能力高 與其它型式的萬向聯(lián)軸器比較，在回轉直徑相同的條件下，能傳遞更大的扭矩，這對于回轉直徑受到嚴格限制的機械設備更為重要；傳遞效率高 傳遞效率高達98.7-99.9%，用于大功率傳動節(jié)能顯著，可降低電耗5-15％；傳動平穩(wěn)、噪音低 用于軋機傳動，可提高軋材質量，提高機器性能，改善操作者的勞動條件。一般噪聲為30-40db（A）；結構合理，使用安全可靠，壽命長；許用傾角大，可達35°-45°但是一般情況下用于成對的選用，因在兩軸的徑向距不一，這樣能減少附加動載荷,主要用于交錯軸之間的傳動聯(lián)接。
2、輪胎聯(lián)軸器：用橡膠或是橡膠織物制成輪胎狀的彈性元件，兩端用壓板及螺釘分別壓在兩個半聯(lián)軸器上。這種聯(lián)軸器富有彈性，具有良好的消振能力，能有效地降低動載荷和補償較大的軸向位移，而且絕緣性能好，運轉時無噪聲。缺點是徑向尺寸較大；當轉矩較大時，會因過大扭轉變形而產生附加軸向載荷，主要用于較大的沖擊載荷，正反轉多變，起動頻繁的傳動軸系。
3、膜片聯(lián)軸器：結構比較簡單，彈性元件的連接沒有間隙，不需潤滑，維護方便，平衡容易，質量小，對環(huán)境適應性強，發(fā)展前途廣闊，但扭轉彈性較低，緩沖減震性能差，主要用于載荷比較平穩(wěn)的高速傳動。
2.2.3 電動機的選用
由前面的方案比較和聯(lián)軸器的選用知道，該振動篩為座式結構， 聯(lián)軸器選為輪胎式聯(lián)軸器，能減少二級傳動。使傳動更加簡單，同時也能減少電機的轉速，選取電動機型號[5]為：Y160M—6型；額定功率7.5kw，同步轉速1000r/min，滿載轉速970 r/min，最大轉矩2.0kN·m，質量120kg。
2.3 總體結構簡圖
本設計雙軸直線振動篩的總裝配結構簡圖如圖所示，它主要由底座、篩箱、振動器、支撐部件、篩網、聯(lián)軸器這幾個零部件組成。底座用于在地基螺釘的固定；支撐部件（支架和電機支座）用于支撐篩箱和電機；支撐彈簧用于振幅的產生，振動器（激振器）為振動篩上較重要的部件，為振動篩的動力來源，使振動篩達到所要求的振動振幅。其他的輔助零件輪胎聯(lián)軸器也是此振動的重要組成部件[9]。
1 齒輪箱支架 2 激振器 3 電動機支架 4 電動機 5 篩箱 6篩板 7橡膠墊 8支撐座
1 gear box bracket 2 vibration exciter 3 motor bracket 4 motor 5 screen box 6 plate 7 rubber pad 8 supporting seat
圖3 振動篩結構簡圖
Fig. 3 Sketch of vibrating screen structure
3 雙軸直線振動篩的設計計算
3.1 振動篩上物料的運動分析和工藝參數的選擇
振動篩的工藝參數是指振幅、頻率、振動方向角、篩面傾角、篩面長度、寬度和生產能力等。這些參數通常是根據物料的運動狀態(tài)來選取。物料的運動狀態(tài)決定了篩分機的篩分效果和生產能力。
在振動篩面上聚集的顆粒大小不同，形狀各異的碎散物料群，只有下層物料與篩面接觸，其余的只是間接的受到振動篩的影響，他們既各自獨立運動，又相互干擾。因此，物料在振動篩面上的運動是復雜的。為了尋找篩分機各工藝參數與物料運動狀態(tài)之間的關系，直到1950年克洛克豪斯博士提出了單個顆粒在振動篩面上的運動理論。這種純理論性的分析方法，可以提供定性的結果，在實際應用中，在考慮一些實際影響因素后，有些結論還是有價值的，并為振動篩設計所應用。
3.1.1 直線振動面上的物料運動分析
（1）篩面的運動方程[19]。直線振動篩的篩面是沿著振動方向作簡諧振動，篩面的位移方程式可用下式表示：
（3）
式中 S——篩面移動的位移；
A——篩面的振幅；
——激振器軸回轉相位角，=；
——軸的回轉角速度；
t——時間
篩面運動時的唯一，速度和加速度分別等于在平行于篩面的x方向和垂直于篩面的y方向的分量。
（2）物料的運動分析。篩面以不同的振次和振幅作連續(xù)振動時，篩面上的顆?？赡艹鲰椪蚧瑒?，反向滑動和跳動等不同的運動狀態(tài)。振動篩均采用拋擲狀態(tài)下工作，故就拋擲運動的理論加以研究。
物料顆粒在直線振動篩面上的受力情況如圖4所示，篩面傾斜安裝，與水平面夾角為，篩面沿S方向振動，當篩分機工作時，作用在顆粒上里的平衡方程式可表示為：
（4）
（5）
圖4 物料的運動分析
Fig. 4 Analysis of the movement of materials
式中N——篩面對物料的法向反力
F——篩面對物料的靜摩擦力
顆粒拋擲運動的條件：顆粒給篩面的正壓力N=0
所以
消去m，得
物料的拋擲指數 ，因此，由上式可知 （6）
由此可見Kv值越大，越小，即物料顆粒在篩面上起跳的早，拋出的高；反之，Kv值越小，越大。
3.1.2 工藝參數的選擇
（1）處理量要求。生產條件：=70噸/小時；
（2）拋射強度的確定。實際選擇拋射強度值時，要根據物料的性質(如易碎性、粒度、濕度、密度等)。一般振動篩選用中速拋擲運動狀態(tài)(即=2.5～5)。在這種運動狀態(tài)下，振動篩有較高的產量和篩分效率，對機件的強度和剛度要求不高，對泥質較多或難篩物料，可采用高速拋擲運動。直線振動篩的宜取2.5～4.0。圓振動篩的取3～5?？傊y篩物料取大值，易篩物料取小值；篩孔小時取小值，反之取大值。
由于所設計是雙軸振動篩，所篩物料屬于易篩物料，選取=3；
（3）振動篩的振幅A的確定。振幅和頻率是篩分機重要參數。慣性振動篩振幅值必須足夠大，以便將接近篩孔尺寸的顆粒拋離篩面，減少堵孔。但振幅又不宜過大，否則，牽制頻率，甚至因其過大會提高振動強度，降低構件使用壽命。通常直線振動篩A=4～6mm，圓振動篩振幅A=3～4mm。對于振動篩，篩孔打者A取大值，篩孔小者A取小值。由于本次設計的是直線振動篩，所以選取A=4mm；
（4）篩面傾角。篩面傾角的大小決定于要求的生產率和篩分效率。當篩子的其他參數確定后，篩面傾角大，則生產效率高而篩分效率低；篩面傾角小，則生產效率低而篩分效率高。所以當產品質量要求一定時，就應有一個合理的傾角。對于直線振動篩一般取為了適應不同需要可在內選取，所以選取=；
（5）振動方向角。直線運動篩分機的拋射角是隨激振器的安裝角度有關，一般激振器的安裝與水平面成，這樣實際上力的疊加方向就是與水平成方向。
即振動方向角選取=；
（6）篩下物最大顆粒。篩下物最大顆粒設為=23mm；
（7）物料層厚度。物料層厚度為100～200mm，本次設計選取的是100mm。
（8）篩分方式。用于末煤最終篩分，篩孔尺寸選用25mm。
3.2 總體設計計算步驟
3.2.1 計算振動篩篩面面積
由《破碎與篩分機械設計選用手冊》P461得，末煤單位篩面面積的生產率[4]為=18~22噸/ ·小時。取=20噸/·小時
由煤用振動篩的生產率計算公式：Q=F·， (7)
∴ F=Q／q ,
代入數據得F=70/20=3.5由《破碎與篩分機械設計選用手冊》一書可知，適合設計振動篩的型號為2ZSM1230型，根據實際的脫水振動篩的型號取篩面面積為3.6。
3.2.2 振動次數的計算
對于雙軸直線振動篩
振動次數[11] (8)
將數據代入得： n ≈930次/分 ；
校正[16]
通過校驗轉速滿足條件
3.2.3 物料運動速度的計算
由《篩分機械設計手冊》知，雙軸振動篩的物料運動速度，可按如下經驗公式計算
（9）
代入數據得 m/s
3.2.4 驗算生產率
由公式 t/h ， (10)
其中， B―篩面寬度，單位為；
h―篩面上物料層的厚度，單位為；
―物料運動的平均速度，單位為；
γ―物料的松散比重，單位為 。
將數據代入得：
Q=3600Bhvr==82.08t/h>70t/h
經驗算，合格。
3.2.5 估算振動篩的重量
由經驗知大中型振動篩：振動篩總重=振動篩單位面積的重量(550～600kg/m2)篩面面積(m2),式中——單層篩=1，雙層篩=1.2。代入數據得 kg
3.2.6 激振器偏心塊的質量及其偏心距的確定
由現場經驗，要滿足已知工作條件，應取偏心距為60mm，即=60mm
對于雙軸振動篩，有
(11)
式中 ——振動篩的參振重量,kg；
——單個偏心塊的重量,kg；
——振幅,m；
——偏心塊數，n=8；
——偏心距,m；
代入數據得：
kg
3.2.7 隔振彈簧剛度的確定
振動篩取頻率比： 4～5 (12)
現取=5
對于雙軸振動篩彈簧剛度的計算公式為：
(13)
其中雙軸圓振動篩的角速度: ω===97.34 弧度／秒，
代入數據得
N/mm
每臺篩子由4個彈簧支承，則每個彈簧剛度為
代入數據得
= 236.875 N/mm
3.2.8 篩箱的設計
篩箱為鋼板制成，其厚度取8mm，采用座式結構
3.2.9 電動機的選擇
慣性振動篩工作時的功率消耗，包括振動體動能消耗和軸承內摩擦消耗
(14)
式中 —傳動效率，取0.9；
(1) 動能消耗的功率
kw (15)
式中 C—阻尼系數；推薦C=，取其為0.25；
—振動次數，r/min；
代入數據得
kw
(2) 軸承內摩擦消耗的功率
kw （16）
式中 ——軸承的摩擦系數，=0.005；
d——激振器軸的直徑，m，=0.05 m；
代入數據得
kw
將、代入公式(14)得
kw
所選用電機靜啟動轉矩應滿足：
﹥
式中 ——靜轉矩；，N·m；
——電動機的靜啟動轉矩，N·m；
由《機械設計手冊》表22-1-28，選取電動機型號[14]為：Y160M—6型；額定功率7.5kw，同步轉速1000r/min，滿載轉速970 r/min，最大轉矩2.0kN·m，質量120kg。
4 主要零部件的設計和計算
4.1 篩面的設計和選擇
4.1.1 篩面的功用及結構特點
篩面是篩子的主要工作部件。其性能的好壞不但影響生產率和篩分效率，而且對延長篩分機的使用壽命，提高作業(yè)率和降低生產成本有重大意義。
篩分機對篩面的基本要求是：有足夠的強度，最大的有效面積（篩孔總面積與整個面面積之比），耐腐蝕，耐磨損，有最大的開孔率，篩孔不易堵塞，在物料運動時與篩孔相遇的機會較多。前一種要求影響工作的可靠性和使用壽命，后面三種要求關系到篩子的工作效果。篩面的開孔率為篩孔總面積與篩面面積的比值，用百分比來表示。開孔率越大，顆粒在每次與篩面接觸時，透過篩孔的機會就越多，從而可以提高單位面積的生產率和篩分效率。開孔率與篩孔的形狀，篩絲的直徑有關，篩絲直徑小，開孔率增大，但篩絲太小，強度不夠，影響篩面的使用壽命。
篩面的材質要具有耐磨損，耐疲勞和耐腐蝕的性質。用作大快分級篩面時，采用高碳鋼。強烈沖擊的篩面，可選用高錳鋼制作。應用這些材質制作篩面時必須淬火處理，以提高硬度和耐磨效果。用于脫介，脫水，脫泥等濕式篩分作業(yè)時，通常采用不銹鋼篩面較適宜。近年來，隨著科學技術的發(fā)展，聚氨酯橡膠篩面現實了他的優(yōu)越性，使用壽命長，不易堵篩篩孔，噪音小，但是價值昂貴。
4.1.2 篩面的選擇及加工要求
篩面按材料及加工方法不同可以分為：篩板、篩網、條縫篩板、網狀絲布。根據篩分工作的需要選篩板和篩網進行比較選擇。
(1)篩板。篩板是最牢固的一種篩面，主要用在大塊物料的篩分上。根據一般選煤廠使用的經驗，篩孔在25毫米以上的大塊分級，應當采用篩板，這樣篩面的壽命較長，對篩分效率都影響不大。篩板的開孔率一般為40%左右。
（2）編織篩網。篩網的優(yōu)點是開孔率達，可達總篩面就的70%。但是與篩板比較，牢固性較差，使用壽命較短，所以一般只用在細粒度的分級上。在選煤廠往往用于篩孔小于13毫米的煤炭分級。
由于本設計的直線振動篩用于干煤的篩分所以篩面選擇篩板。
煤用篩篩板的材料一般采用和16Mn、16 MnCr等鋼板，鋼板厚度常用6毫米，根據工作條件的不同可以適當增厚或減薄，篩板的加工可以用鉆孔或沖孔等方法。常用的篩孔形狀是圓形，個別情況下也采用長方形。應用長方形篩孔時，其長邊應與物料運動方向一致，而且只能用沖孔的加工方法加工方法。為了避免篩孔堵塞、可以將篩孔造成底部擴大的圓錐形，這樣，篩孔由顆粒的入口到出口逐漸擴大，有利于物料的透篩。對沖孔的篩板來說，這種擴大在沖制過程中可以自然形成。在一般情況下，沖孔比鉆孔簡便，所以在有條件是，應采用沖孔方法。
為了使篩板有足夠的強度而且開孔率盡可能大，圓形篩孔 幾乎總是作菱形的排列。這樣排列的篩板，其開孔率可以用下列計算[7]：
（17）
式中，——開孔率，%；
D——篩孔直徑，毫米；
S——篩孔間的最短距離，毫米，按照經驗，S的大小可以用公式確定。
篩板一般是在篩面兩側用木楔壓緊進行固定的。木楔遇水膨脹，可以把篩面壓的很緊。這種方法簡單可靠。為了防止中間部分發(fā)生松動，可用螺栓或V型螺栓壓緊。
4.1.3 篩面的固定
為了保證篩面工作的可靠性，篩面固定的方法，也有很大的影響能力，這對金屬絲或金屬條所制成的篩面表現得尤為突出。歸納起來篩面的固定方法有以下四種：木楔壓緊，鉤拉張緊，螺栓固定和斜板壓緊。本設計采用螺栓壓緊和斜板壓緊。
（1）螺栓壓緊。直接用螺栓將篩面壓緊在篩框上的連接方式適用于篩絲較粗大的編制篩網，以及厚度大于8mm的篩板，棒條篩面，橡膠篩面和其他篩面的中部固定。螺栓的形式以前常用U形，這種結構簡單，可靠，但拆除麻煩。近年來改用J形螺栓，較U形螺栓使用方便。
(2)斜板壓緊。該方法是通過篩框兩側幫上的螺栓、斜板等將篩面兩邊固定在篩框上通常用于中等粒級篩分的薄鋼板沖孔篩面、橡膠和聚安脂篩板的固定。
篩面鋪設在框架上，框架可以用角鋼或扁鋼制成。在框架上可以鋪設具有一定剛性的篩面，例如沖孔篩板、條縫篩板、壓焊的格條篩板、鋼絲編織篩網以及各種形式的塑料篩面等。鋼制篩面則與框架鑄在一起。篩面的標準長度是3000毫米。寬度是1200毫米。篩板用螺栓夾座固定在橫梁上，在螺栓夾座上有硫化橡膠墊。與其它固定篩板的方法相比，這種篩板與橫梁的連接方式具有下列優(yōu)點：
（1）全部固定螺栓從篩板上放入、旋緊。
（2）因為螺栓放在橡膠墊內，可避免磨損。
4.1.4 篩板的設計
根據所篩選的物料——煤炭的特性，2ZSM1230型雙軸直線振動篩用于煤的最終篩分，篩分機的生產能力和原料性質、篩分條件及對篩分精度的要求都有關系。振動篩生產能力的計算雖然有不少試驗公式，但由于篩分過程的影響因素很多，生產上還是以類似條件下的單位面積生產率來計算[1]。
根據篩子的單位面積生產率，可用下式計算篩子的生產能力[7]：
（18）
式中，Q——振動篩的處理能力；
——篩面工作面積，即 (B為篩面的寬度，Ｌ為篩面長度。一般篩面的長度是一定的，篩分機的處理能力主要是由篩面寬度來調節(jié))；
——.單位處理量。
查表得單位處理量為：18~22。
計算得：為3.6
篩面采用篩板，篩孔尺寸為和。
4.1.5 橡膠彈簧的設計
圓柱形橡膠彈簧幾何尺寸如圖6
圖6 圓柱形橡膠彈簧
Fig. 6 cylindrical rubber spring
式中 ——彈簧的最大變形量，m；
本次設計 m
(19)
(20)
式中 ——彈簧的自由高度，m；
——彈簧的外徑，m；
根據公式(19) (20)，取m，取m
(21)
式中 ——受壓面積與自由面積之比；
d——彈簧的內孔直徑,m ，取d=25mm；
由公式(21)得
式中 ——外形系數；
——動彈性模量，N/m2；
——靜彈性模量，。
靜彈性模量與邵氏硬度的關系式為：
式中 ——橡膠彈簧的邵氏硬度，度(°)，通常??；
本次設計取為48°
（22）
式中 F——彈簧的受壓面積，m2。
強度應滿足：
（23）
式中——橡膠的壓縮應力，kPa；
——橡膠的許用壓縮應力， kPa。
4.2 激振器的設計
4.2.1 激振器的特點分析
激振器，是雙軸振動篩的主要轉動部件，篩子的激振力由它產生，雙軸振動篩一般選用簡式振動器，其構造簡圖如圖7所示。在振動器中裝有偏心軸或是采用直軸加偏心塊。根據經驗公式，振動器的位置通常在距篩箱進料口約200-300mm處。
1 偏心塊 2 套筒 3 軸承蓋 4 軸承座 5 軸承 6 軸 7 密封圈
1 eccentric block 2 the sleeve 3 bearing cover 4 bearing 5 bearing 6 shaft 7 seal
圖7 振動器簡圖
Fig.7 sketch of the vibrator
與箱式振動篩比較，筒式式振動器具有以下優(yōu)點：
（1）高度小、質量輕。由于簡式振動器安裝在篩箱上，不必采用結構笨重的工字橫梁，所以整個篩箱的高度較小，重心降低，質量減輕，增加了座式篩子工作中的穩(wěn)定性。
（2）激振力相當于沿整個篩寬的均布載荷，安裝精度較易保證，其誤差對篩箱各點振幅影響較小。
（3）偏心塊的加工制造較方便。
（4）方便布置傳動的電動機。
在振動器的設計中主要是對軸、偏心塊進行設計，對軸承進行選型和校核，其他的一些部件像套筒、加固法蘭、加油杯等標準件按要求選用。
4.2.2 軸的計算與設計
(1)初步估算軸的最小直徑[11]。選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據《機械設計手冊》一書查表19.3-2， 取A=110,按公式
（24）
取聯(lián)軸器的傳動效率為0.9，軸的轉速為970r/min
則 == kw
則 =mm
軸上有鍵槽， A值需要增加,則≥22mm
(2) 軸的分段設計。軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑,為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。但由于聯(lián)軸器在振動過程中容易被損壞，在本設計中連接部位用十字軸式萬向聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的計算轉矩
= =9550 N·m （25）
式中 ——工況系數，K=1.7
——動力機系數，=1
——=1 =1
代入數據得
=112.96N·m
由《機械設計手冊》初步選取UL型輪胎式聯(lián)軸器UL8，額定轉矩=400N·m和WS型十字萬向聯(lián)軸器WSD6額定轉矩=280N·m。
由《機械設計手冊》初步選取UL型輪胎式聯(lián)軸器UL8，額定轉矩=400N·m和WS型十字萬向聯(lián)軸器WSD6額定轉矩=280N·m。
軸孔直徑=28mm，=38mm為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ段左端需制出一軸肩，軸的Ⅱ—Ⅲ段要安裝偏心塊，需有鍵槽，故?、颉蠖蔚闹睆綖?50mm。
初步算得偏心塊的厚度為83.6 mm，軸段上又有擋圈，據此可取段的長度為161mm。
安放軸承段處的直徑為60mm，取其長度為48mm選擇的軸承的型號為GB32312。采用軸肩定位，取其h=8.5mm，則軸肩的直徑為77mm，為了方便設計以軸肩的中心為對稱線，兩軸承和偏振塊成對稱分布。
偏心塊與軸的聯(lián)接采用鍵聯(lián)接，由《機械制圖》[12]一書查得：
鍵寬b×鍵高h×鍵長l=；
可選用45鋼鍵, 鍵的尺寸為；
與聯(lián)軸器配合的鍵選擇為普通平鍵鍵寬b×鍵高h×鍵長l=；
(3)軸的校核。如圖8分析可知，軸的受力左右對稱：
當偏心塊的質心處于正上方與軸垂直時，此時最大，即為向心力和重力之和。
圖8 軸的結構簡圖
Fig. 8 sketch of shaft structure
圖9 軸的受力分析簡圖
Fig.9 shaft with force analysis
式中 ——單個偏心塊的重量,kg；
——偏振塊對軸的作用力，N；
、——軸承的支反力，N；
代入數據得
=20.8×101.527×0.1 +20.8×9.8=21643.9N
=21643.6N
彎矩： N·m
電動機傳動的扭距為： N·m
彎矩圖和扭矩圖如圖10所示：
圖10 彎矩和扭矩圖
Fig .10 bending moment and torque figure
按照彎扭第三強度理論校核軸，對不變扭矩的軸取≈0.3
彎曲截面系數
軸的計算應力[11]為
= （26）
代入數據得
= 100MPa <
式中 ——軸的許用彎曲應力，MPa，=120 MPa；
故軸是安全的。
4.2.3 軸承的選用和設計
軸承所受的徑向力為：
軸承的額定動負載為：
（27）
式中 C——軸承額定動負載，N；
P——當量動負載P=R，N；
、、、、——在軸承手冊的有關表中選取，=1.230、=2.2、=1.5、=0.363、=1其中額定壽命為10000h。
代入數據得
根據振動器的工作特點，選用大游隙(3G)軸承，選取圓錐滾子軸承32312。
4.2.4 圓軸法蘭的設計
橫撐的材料采用無縫鋼管，壁厚為10mm，外徑尺寸為100mm，管長為1230mm
鑄造法蘭如圖11所示
圖11 法蘭
Fig. 11 flange
4.3 底座的設計
4.3.1 底座的功用
底座主要用來支撐整個機器，保持整個機器工作時的穩(wěn)定性和平衡性。一般機器底座的技術要求都不是很高，大多數尺寸都是自由公差。2ZSM1230型雙軸直線振動篩用為座式，其用地腳螺釘固結在混凝土中。混凝土有良好的抗壓強度、防銹、吸振，它的內阻尼是鋼的15倍、鑄鐵的5倍。
4.3.2 底座材料的選擇
底座材料選擇：
采用焊接機架，即采用型鋼結構（角鋼和槽鋼焊接而成），焊接機架具有強度高、剛度大等優(yōu)點，對于同一結構，其強度為鑄鐵的2.5倍，而且比鑄件毛坯輕30%，生產周期短、能適應市場競爭的需要；結構設計靈活、壁厚可以相差很大，并且可以根據工況需要不同部位選用；用于小批量的大、中型機架。
根據以往經驗，采用槽鋼和角鋼焊接機架，能節(jié)省生產成本。
4.3.3 焊接時應注意
（1）材料的可焊性。可焊性差的材料會造成焊接困難，使焊縫可靠性降低。一般碳含量<0.25%的碳鋼（如Q235-A，20及25鋼）和碳含量<0.2%的低合金鋼可焊性良好。
（2）合理布置焊縫[7]。
（3）合理選擇截面形狀和合理布肋，提高抗振能力；
（4）提高焊接接頭抗疲勞能力和抗脆斷能力。
4.4 軸承壓蓋的設計計算
由《實用機械設計手冊》查的，
軸承外徑 D=130mm d=60mm
e=1.2=14mm =10mm =155mm
軸承壓蓋的外形尺寸如下所示：
圖12 軸承壓蓋
Fig. 12 the bearing cover
4.5 密封件的設計計算
采用氈油式密封件，型號為D=80mm
4.6 偏心塊的設計
4.6.1 偏心塊的結構
本設計選擇圓盤式偏心塊，通過圓盤旋轉產生離心力。偏心塊的作用，改變可調不平衡重塊的位置，可調整激振器離心慣性力的大小，激振器直接安裝在篩箱兩個側壁上，簡化篩箱的結構，并改善其受力狀況。是振動器上較為重要的部分。
根據已學知識可知
(28)
代入數據得
=20.8kg
mm =25mm =20.8kg
由公式(28)得，偏心塊的寬度為：
B=85mm
偏心塊與軸的聯(lián)接采用鍵聯(lián)接，由《機械設計手冊》一書查得：
鍵寬b×鍵高h×鍵長l=；
4.6.2 偏心塊的安裝要求
偏心塊在重力的作用下，質心自動處于最低位置。這就使得兩偏心塊的初始處于最低位置，即初始相位角相等，這樣就保證了兩偏心塊的同步反向運轉。
偏心塊的結構如圖13所示
圖13 偏心塊
Fig. 13 eccentric block
4.7 聯(lián)軸器的設計
4.7.1 聯(lián)軸器的類型選擇
振動篩的載荷有變化,且轉速較高,有強振動性,易選用橡膠式聯(lián)軸器。
4.7.2 規(guī)格的選擇與計算
聯(lián)軸器的計算轉距
= =9550N·m
式中 —工作情況系數，K=1.7；
—動力機系數，=1；
—=1 =1。
代入數據得
=66.46N·m
由《機械設計手冊》初步選取UL型輪胎式聯(lián)軸器UL8，額定轉矩=400N·m和WS型十字萬向聯(lián)軸器WSD6額定轉矩=280N·m。
4.8 鍵的選擇
4.8.1 軸與偏心塊連接處鍵的選擇與校核
與偏心塊連接處軸的直徑為mm，查《機械設計手冊》知，采用圓頭普通平鍵，鍵的尺寸為，鍵的個數為2個。工作長度
強度條件 ==3.58MPa< （29）
MPa< （30）
式中 ——鍵連接的許用擠壓應力，MPa，取100~120 MPa；
T——轉矩，N/mm；
d——軸的直徑，mm;
k——鍵與輪轂的接觸高度，mm；
l——鍵的工作長度，mm。
——鍵連接的許用剪切應力，MPa，=90 MPa。
4.8.2 軸與聯(lián)軸器的連接處鍵的選擇與校核
與聯(lián)軸器相連處軸段采用圓頭普通平鍵，此處平鍵的尺寸為。
強度條件 ==24.3 MPa<
MPa<
式中 ——鍵連接的許用擠壓應力，M