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鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
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(guò)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(lái)源和技術(shù)要求：
a.本課題的來(lái)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(guò)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(guò)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(wèn)題和設(shè)計(jì)總體思路：
a. 本課題解決的主要問(wèn)題：首先原來(lái)的轉(zhuǎn)子不能提供穩(wěn)定的分級(jí)力場(chǎng)，不能提供穩(wěn)定的分級(jí)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(pán)易損壞，零件更換成本高且單件制作成本較高。原先的潤(rùn)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(dòng)雖然易磨損，零件更換成本高，但其傳動(dòng)比較平穩(wěn)。換成皮帶傳動(dòng)，因?yàn)槠鋫鲃?dòng)比比較大，一級(jí)傳動(dòng)肯定是不行，所以這里采用二級(jí)皮帶傳動(dòng)，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(jí)力場(chǎng)的穩(wěn)定性。軸與軸套之間密封采用油浴室潤(rùn)滑，降低費(fèi)用操作方便。撒料盤(pán)放在轉(zhuǎn)子上部，增大物料下落過(guò)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(guò)對(duì)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(shí)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(guó)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)而使顆粒分級(jí)。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(gè)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(huì)把過(guò)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(duì)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(guò)篩料盤(pán)的撒料以后,合格細(xì)粉在選粉機(jī)底部上來(lái)的循環(huán)氣流的帶動(dòng)下通過(guò)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(dòng)下,細(xì)粉沿6個(gè)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(lái)的合格細(xì)粉通過(guò)輸送設(shè)備送入料庫(kù)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(wèn)題：
a．改造后,物料的濕度對(duì)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(guó)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(méi)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(lái)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(shí)粗粉在降落過(guò)程中增加了二次選粉的機(jī)會(huì)。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(jí)力場(chǎng)不穩(wěn)定，選粉效率不高。
因此很多廠家也對(duì)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(pán)上安裝籠式轉(zhuǎn)子
b． 將主軸驅(qū)動(dòng)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(pán)，提高拋撒能力，使物料能比較均勻地分散于分級(jí)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(jí)區(qū)內(nèi)的氣體流場(chǎng)，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(lái)的，它有著如下幾個(gè)特點(diǎn)：
a．采用高拋撒能力的撒料盤(pán)，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(chǎng)及增強(qiáng)二次選粉的效果。
b．采用離心力場(chǎng)作為分級(jí)力場(chǎng)，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(jí)力場(chǎng)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(jí)精度與選粉效率。
c．主軸傳動(dòng)采用調(diào)速裝置，分級(jí)力場(chǎng)強(qiáng)度可通過(guò)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?chē)纬梢徽w，這樣可有效地簡(jiǎn)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(kāi)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(lèi)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(guò)導(dǎo)向葉片切線進(jìn)入，在整個(gè)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(huì)，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(dòng)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(duì)于中小水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)困難的決策。
隨著我國(guó)選粉技術(shù)的發(fā)展，對(duì)選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和完善，對(duì)工藝系統(tǒng)和磨內(nèi)參數(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，使我國(guó)的O－Sepa選粉機(jī)無(wú)論在設(shè)備質(zhì)量上還是工藝性能上都可能與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相媲美，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)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(guó)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(shuō)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(guó)球磨機(jī)系統(tǒng)中常見(jiàn)的有改進(jìn)型O－Sepa選粉機(jī)、組合式選粉機(jī)和煤磨動(dòng)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(shí)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(shí)間的選粉效率更高，單位產(chǎn)量能耗更低。通過(guò)改變轉(zhuǎn)子，可以形成更加穩(wěn)定的分級(jí)力場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子的分級(jí)功能更強(qiáng)，分級(jí)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的分級(jí)力，提高分級(jí)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?chē)纬梢粋€(gè)整體，有效地簡(jiǎn)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(pán)的形狀使撒料盤(pán)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(gè)別零件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，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(shì)：提高產(chǎn)量，降低能耗，提高質(zhì)量，操作簡(jiǎn)單，磨損及維修量都很小，能耗低等。
4．具體設(shè)計(jì)說(shuō)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(lèi)型的選粉機(jī)，為適應(yīng)不同的工藝要求，其各部分的相對(duì)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(gè)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(guò)大或過(guò)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(pán)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(duì)其重量和尺寸無(wú)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(hào)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(hào)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(zhǎng)度的確定
各軸段1長(zhǎng)度應(yīng)比帶輪長(zhǎng)度略長(zhǎng)取140mm，取l1=140mm。軸2段連接透蓋，長(zhǎng)度略長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度為125mm，故取l11=136mm。軸12段為螺紋段M42，長(zhǎng)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(shí)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(shí)間，s。
b. 軸的受力分析(見(jiàn)圖4-2
c. 畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖(見(jiàn)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(duì)軸的總壓力為=N
由 所以
既
由
e. 畫(huà)彎矩圖（見(jiàn)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(huà)扭矩圖(見(jiàn)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(méi)有必要校核.由圖中A截面處合成彎矩最大、扭矩為T(mén)，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(dòng),停止影響扭矩為脈動(dòng)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(guò)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(duì)稱循環(huán)應(yīng)力
（4-16）
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)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(shí)的安全系數(shù)計(jì)算
（4-24）
(19) 僅有切應(yīng)力時(shí)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(shí)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(duì)稱循環(huán)應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)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(shí)的安全系數(shù)計(jì)算
（4-33）
(9) 僅有切應(yīng)力時(shí)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(shí)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(méi)有大的瞬時(shí)過(guò)載和嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱,所以沒(méi)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(hào)為30217采用過(guò)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(cè)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(shí)也能承受
任何一方向的軸向載荷.該軸承的型號(hào)為22317。軸承內(nèi)徑為85mm。采用過(guò)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(cè)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(dòng)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(jí)力場(chǎng)，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(jí)圈高速運(yùn)轉(zhuǎn)，形成正壓，迫使氣流從分級(jí)圈通過(guò)，防止短路。在生產(chǎn)過(guò)程中，物料被旋轉(zhuǎn)的撒料盤(pán)均勻撒開(kāi)，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(guò)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間的作用，在撒料盤(pán)和籠式分級(jí)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(jí)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(duì)密集，可以實(shí)現(xiàn)立體分級(jí)，工作范圍大，分級(jí)精度高。保證了分級(jí)區(qū)力場(chǎng)的穩(wěn)定性，提高分級(jí)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(gè)長(zhǎng)方形孔。鋼片穿過(guò)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(pán)安裝在轉(zhuǎn)子上部，延長(zhǎng)物料受分級(jí)力作用時(shí)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(pán)為易損件，與轉(zhuǎn)子采用螺栓連接，損壞時(shí)拆換方便不用拆整機(jī)。由于撒料盤(pán)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(shí)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(dòng)的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子,其慣性力和慣性力矩的平衡問(wèn)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。平衡后的轉(zhuǎn)子在其回轉(zhuǎn)時(shí)各慣性力形成一個(gè)平衡力系,從而抵消了運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的附加動(dòng)壓力。
（三）考慮轉(zhuǎn)子的平衡
繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子,其慣性力和慣性力矩的平衡問(wèn)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。平衡后的轉(zhuǎn)子在其回轉(zhuǎn)時(shí)各慣性力形成一個(gè)平衡力系,從而抵消了運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的附加動(dòng)壓力。
靜平衡的條件: 分布于轉(zhuǎn)子上的各個(gè)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(duì)于長(zhǎng)徑比>5,轉(zhuǎn)速>500r/min的轉(zhuǎn)子理論上應(yīng)校核其動(dòng)平衡,但由于本設(shè)計(jì)主軸的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)小于500,且同類(lèi)產(chǎn)品工廠應(yīng)用中發(fā)生振動(dòng)的概率僅為1%～2%,而做一個(gè)動(dòng)平衡機(jī)的資金至少要50萬(wàn),故實(shí)際上不做動(dòng)平衡。
圖4-3 轉(zhuǎn)子
1、密封環(huán) 2、撒料盤(pán) 3、上板 4、耐磨鋼片 5、拉桿 6、中板 7、下板
4.4潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在潤(rùn)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(rùn)滑方法、潤(rùn)滑系統(tǒng)和裝置，對(duì)保證設(shè)備具有良好的潤(rùn)滑狀況和工作性能以及保持較長(zhǎng)的使用壽命，具有十分重要的意義。潤(rùn)滑系統(tǒng)是向機(jī)器或機(jī)組的摩擦點(diǎn)供送潤(rùn)滑劑的系統(tǒng)，包括用以輸送、分配、調(diào)節(jié)、冷卻和凈化潤(rùn)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(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
? a. 保證均勻、邊續(xù)地對(duì)各潤(rùn)滑點(diǎn)供應(yīng)一定壓力的潤(rùn)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(guò)濾裝置，保持潤(rùn)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(jiǎn)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(rùn)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(cè)裝置，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑故障。
? e.當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)需要保證合適的潤(rùn)滑劑工作溫度時(shí)，可加裝冷卻及預(yù)熱裝置以及熱交換器。
在設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)時(shí)必須考慮以三種潤(rùn)滑要素，即：①摩擦副的種類(lèi)（如軸承、齒輪、導(dǎo)軌等類(lèi)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(rùn)滑劑的類(lèi)型（如潤(rùn)滑油、脂或固體、氣體潤(rùn)滑劑）以及它們的性能；③潤(rùn)滑方法的種類(lèi)和供油條件等。
本次設(shè)計(jì)的潤(rùn)滑系統(tǒng)為油浴潤(rùn)滑，由兩個(gè)端蓋和軸套構(gòu)成。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)通過(guò)進(jìn)油管道進(jìn)油，高壓油通過(guò)出油管道進(jìn)入液壓缸形成一個(gè)循環(huán)運(yùn)行。軸與軸套之間充滿潤(rùn)滑油，保證軸承工作在潤(rùn)滑狀態(tài)下。根據(jù)工廠運(yùn)用實(shí)際取二十號(hào)機(jī)械油可以保證冬天不用換潤(rùn)滑油而不會(huì)凍結(jié)。上下軸承兩側(cè)都設(shè)計(jì)了測(cè)溫裝置，保證軸承工作溫度不會(huì)過(guò)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(lái)減少軸承的漏油。在密封圈的選取上，由于在長(zhǎng)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(shí)，綜合考慮了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
a. 聯(lián)接接合面的幾何形狀與整臺(tái)機(jī)的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，且盡量設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。
b. 螺栓的布置使各螺栓受力盡可能均等。對(duì)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(gè)以上的螺栓；當(dāng)螺栓聯(lián)接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，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(duì)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(jí)、直徑和長(zhǎng)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(gè)螺栓的常駐載形式一般只有軸向受拉和橫向受剪兩類(lèi)，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(guò)渡部位發(fā)生疲勞斷裂。對(duì)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(dòng).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(gè)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(jí)4.6級(jí),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(huì)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(huì)出現(xiàn)裂縫。
圖
圖5-1 螺栓受力示意圖
5.結(jié)論
通過(guò)此次對(duì)渦旋式選粉機(jī)的設(shè)計(jì)，包括對(duì)其轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高分級(jí)力場(chǎng)，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(lái)減速器的易損件多，維修更換價(jià)格高，現(xiàn)在換為皮帶傳動(dòng)后，只需更換幾百塊錢(qián)的皮帶就可以解決，價(jià)格低廉而且更換方便。易損件如撒料盤(pán)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(guò)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。
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致 謝
為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過(guò)程，我感受頗多。在設(shè)計(jì)之初，楊老師和劉老師帶領(lǐng)我們參觀了很多建材企業(yè)，給我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了大量的參考數(shù)據(jù)和感官認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我翻閱了大量的相關(guān)資料，同時(shí)將大一至大四上學(xué)期所學(xué)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)課本認(rèn)真的溫習(xí)了一邊，增加了很多理論知識(shí)。這次設(shè)計(jì)，使我將四年中所學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)得到了一次綜合應(yīng)用，使學(xué)過(guò)的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到科學(xué)組合，同時(shí)也從理論到實(shí)踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說(shuō)這次設(shè)計(jì)是理論知識(shí)與實(shí)踐運(yùn)用之間互相過(guò)渡的橋梁。
知識(shí)的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺(jué)得這次設(shè)計(jì)的完成,不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時(shí)我認(rèn)識(shí)到：無(wú)論做什么事，只要你深入的去做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī)不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭(zhēng)取將設(shè)計(jì)做到在最好。我認(rèn)為我在這段時(shí)間內(nèi)所有的收獲，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)是一筆難得的財(cái)富。
實(shí)踐知識(shí)不足，但楊老師和劉老師總是耐心地給我講解有關(guān)方面的知識(shí)，及時(shí)了解我設(shè)計(jì)中遇到的難題，使我得以在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，同時(shí)教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，楊老師劉老師付出了辛勤的勞動(dòng)，在此向他們表示衷心的感謝。此次設(shè)計(jì)的圓滿完成與同組其他人員的通力合作也是分不開(kāi)的，他們給了我許多幫助和指點(diǎn)，在此一并表示感謝！
由于自己能力所限，時(shí)間倉(cāng)促,設(shè)計(jì)中還存在許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師同學(xué)給予批評(píng)指正。
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