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沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
摘 要
此次設(shè)計(jì)的振動脫水機(jī)是利用直線脫水篩來對物料進(jìn)行脫水的，主要構(gòu)成部分包括箱體，底座，激振器，彈性支撐，篩網(wǎng)，電動機(jī)等，完成了振動脫水機(jī)的整體方案設(shè)計(jì)，并通過動力參數(shù)計(jì)算確定了零件的大小尺寸，完成了工程圖的繪制，并通過三維建模軟件Solidworks對機(jī)器進(jìn)行建模并虛擬裝配。機(jī)器采用兩個(gè)反響旋轉(zhuǎn)的慣性激振器作為激振源，激振力與水平方向的夾角為45°，即機(jī)體的振動方向角為45°，通過物料往復(fù)運(yùn)動過程中與篩面的撞擊完成脫水，篩箱由兩部分組成，篩面上面的部分用于承載物料，下面的部分用于排水，上層已脫水物料通過出料口送出，被篩出的水分通過排水管送出。整個(gè)箱體結(jié)構(gòu)由熱軋鋼板，角鋼以及無縫鋼管焊接而成，篩面在脫水過程中易出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，需要定期更換。底座部分用于箱體的固定，采用熱軋角鋼，槽鋼焊接而成。彈性支撐部分的彈簧使整個(gè)系統(tǒng)區(qū)別于無阻尼系統(tǒng)，有著非常重要的作用，通過合理的計(jì)算與設(shè)計(jì)，選取合適的彈簧可以提高脫水的效率。
這種振動脫水機(jī)具有性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、能耗少、噪音低、振型穩(wěn)定、壽命長等優(yōu)點(diǎn)；從使用、制造、維修等方面都體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：振動脫水機(jī)；慣性式激振器；直線振動篩
ABSTRACT
The design of the vibration of the machine is using linear sieve dehydration to dehydrate the materials, Main components including body, base, vibrator, elastic support, screen, motor, etc.,I completed the vibration dryer overall scheme design, And through the dynamic parameters, calculate to determine the size of the parts size, completed the project figure drawing, and through the three dimensional modeling software Solidworks modeling and virtual assembly on the machine. Machine adopts two resonance rotational inertia vibrator as excitation source, Exciting force and the horizontal Angle of 45 °, namely the body of the vibrating direction Angle is 45 °, through the material in the process of the reciprocating motion with the impact of screen complete dehydration, screen box is composed of two parts, the screen surface parts used in bearing material, the following sections for drainage, the upper has been dehydrated material sent through the discharging port, be screen out of the water through a drain. The whole body structure by the hot rolled steel plate, Angle steel and seamless steel tube welding to form, sieving liable to occur in the dehydration process blocking phenomenon, need to be replaced regularly. Fixed base part for enclosure, usinghot rolling Angle steel,channel steelwelded together. Elastic support part of the spring different from system without damping, it's a very important role for the whole system, through the reasonable calculation and design, select the appropriate spring can improve the efficiency of dehydration.This kind of vibrating dewatering machine is provided with reliable performance, simple structure, less energy consumption, low noise, stable vibration mode, the advantages of long service life; From the use, manufacture, maintenance reflects in such aspects as economic practicality.
Keywords:dewatering machine；vibration inertia vibrator；linear vibrating screen
III
沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1課題的提出與發(fā)展 1
1.1 課題的提出和意義 1
1.2 篩分機(jī)械的分類與用途 1
1.2.3 篩分機(jī)械的用途 4
1.3 篩分技術(shù)和振動篩分機(jī)械的發(fā)展 5
1.3.1篩分技術(shù)及其發(fā)展方向 5
1.3.2國內(nèi)外振動篩分機(jī)械的發(fā)展 5
1.4課題研究的主要內(nèi)容和理論基礎(chǔ)及應(yīng)用工具 7
2設(shè)計(jì)方案的確定 8
2.1工作原理及總體方案的提出 8
2.1.1工作原理 8
2.1.2總體方案 9
2.2激振器的選擇 9
2.3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.4電機(jī)的布置 11
2.5傳動方式 13
2.6彈性元件的選擇 14
3動力學(xué)分析及運(yùn)動學(xué)計(jì)算 15
3.1動力學(xué)分析 15
3.2設(shè)計(jì)原始材料 17
3.3激振器的計(jì)算 17
3.4電機(jī)的選擇 21
4強(qiáng)度校核 23
4.1軸的強(qiáng)度校核 23
4.2軸承校核 30
4.3鍵的強(qiáng)度計(jì)算 31
結(jié)論 33
致謝 34
參考文獻(xiàn) 35
43
1課題的提出與發(fā)展
1.1 課題的提出和意義
1.1.1課題的提出
振動是自然界和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍存在的一種現(xiàn)象，一般情況振動是有害的，但在合理的環(huán)境下加以利用，振動可以是有益的。振動機(jī)械應(yīng)用涉及選礦、沙和煤炭加工工業(yè)。此外也適用于城市污水處理、紙漿、化工和食品工業(yè)。振動機(jī)械通常由激振器、工作機(jī)體和彈性元件三部分組成。但是目前在我國各種選煤廠使用的設(shè)備中,振動篩是問題較多、維修量較大的設(shè)備之一。這些問題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫 ,稀油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高、噪聲大等問題 ,同時(shí)伴有傳動帶跳帶斷帶等故障。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。
近年來物料脫水是很多行業(yè)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，大多數(shù)脫水機(jī)是利用振動篩來脫水。因此，提高振動篩的性能非常必要。脫水設(shè)備技術(shù)水平的高低和質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到工藝效果的好壞，生產(chǎn)效率的高低和能源節(jié)省的程度，從而直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過脫水可以提高物料的質(zhì)量，從而達(dá)到所需的產(chǎn)品，因此作為物料脫水的主要設(shè)備－振動脫水機(jī)也不斷發(fā)展。如提高穩(wěn)定可靠性、降低消耗、降低噪音、提高振型穩(wěn)定性、提高篩分效率高等方面都有了很大的提高。
1.1.2課題的意義
現(xiàn)今的振動機(jī)械中存在一些影響機(jī)械壽命且產(chǎn)生噪音的問題，而且煤泥的脫水是煤炭產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)。因此本課題的設(shè)計(jì)就是在現(xiàn)有的振動篩的基礎(chǔ)上改造并提高設(shè)備的性能來延長機(jī)體的壽命和降低生產(chǎn)與維護(hù)成本。利用雙電機(jī)驅(qū)動可以達(dá)到自同步振動，并簡化結(jié)構(gòu)，降低故障率。底座材料大多采用角鋼與槽鋼，容易獲得且價(jià)格便宜從而降低成本。
1.2 篩分機(jī)械的分類與用途
1.2.1篩分機(jī)械的分類
振動機(jī)械的分類方式有三種：一是按篩分原理分類；二是按工作面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式分類；三是按激振器的類型分類。
（1）篩分機(jī)械按篩分原理分類。篩分機(jī)械分為普通篩機(jī)、薄層篩機(jī)、概率篩機(jī)、厚層篩機(jī)和概率厚層篩機(jī)5種類型。
（2）按篩機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式分類。篩分機(jī)械分為固定篩、滾軸篩、滾筒篩、平面搖動篩、平面振動篩、空間振動篩和共振篩7種類型。
（3）按激振器的類型分類。篩分機(jī)械可分為慣性式振動篩、彈性連桿式振動篩、電磁式振動篩、液壓式和擊打式篩分機(jī)等。
1.2.2振動篩分機(jī)械的零部件
振動篩分機(jī)械通常包括振動器、電動機(jī)和彈性元件這3個(gè)部分。
1.激振器的類型
激振器用來產(chǎn)生周期不斷發(fā)生改變的激振力，在工作機(jī)體中產(chǎn)生連續(xù)不斷的振動。常用的激振器包括慣性式、彈性連桿式、電磁式、液壓式、氣動式激振器，凸輪式激振器等。
A .慣性式激振器的形式
慣性式振動篩是由偏心軸、偏心軸與偏心塊組合或軸上帶偏心塊的激振器帶動的。慣性激振器有單軸式、雙軸式和多軸式這三種形式，如圖1.1所示。
單軸式慣性激振器如圖1.1a帶有偏心塊的軸回轉(zhuǎn)時(shí)通常產(chǎn)生圓周方向的激振力當(dāng)軸兩端的偏心塊具有不同的安裝相位時(shí)，還會產(chǎn)生沿圓周方向變化的激振力偶。
雙軸式慣性激振器如圖1.1bc所示，當(dāng)兩軸上偏心塊和偏心距相等且雙軸式慣性激振器的兩軸作等速反向回轉(zhuǎn)時(shí)，y-y方向的慣性力相互疊加，而x-x方向上的慣性力相互抵消，從而形成了一個(gè)直線方向上變化的激振力，是振動篩產(chǎn)生直線方向上的振動。當(dāng)兩軸的偏心塊具有不同安裝相位時(shí)，還會產(chǎn)生定向周期變化的激振力偶。
a) 單軸式慣性激振器 b) 、c) 雙軸式慣性激振器 d)多軸式慣性激振器
圖1.1 各種慣性激振器
B.彈性連桿激振器的形成
彈性連桿激振器分為偏心式、偏心套式和軸與套同時(shí)偏心三種。
C.電磁式激振器的形成
(a)電磁式激振器 (b)電動式激振器
圖1.2電磁激振器類型
電磁式激振器的形式有電磁式和電動式兩種，如圖1.2圖a為電磁式激振器，它是出鐵心、電磁線圈、銜鐵和彈簧等所組成、鐵心通常與平衡質(zhì)體固定在一起．而銜鐵則與槽體(或機(jī)體)固定在一起。圖b為電動式激振器，它是由直流電激磁的磁環(huán)(或永磁環(huán))、中心磁極和通有交流電的可動線圈組成，可動線圈與振動桿或振動機(jī)體相聯(lián)接。
2.工作機(jī)體
為了完成不同的工藝過程，各種振動篩的機(jī)體通常做周期性運(yùn)動。振動篩的機(jī)體由篩框、篩面、篩面的固定裝置等組成。
A.篩框
振動篩的篩框是由側(cè)板、加強(qiáng)板、后擋板和橫梁等構(gòu)成的。側(cè)板和橫梁是篩框的主要受力構(gòu)件，由于篩框是借助側(cè)板支撐或懸掛在支撐架上的，所以側(cè)板承受物料和篩箱的重力，并將激振力傳送到篩框的各個(gè)部分。
橫梁承受篩板和物料的重力及其工作時(shí)的慣性力。橫梁通常采用圓形鋼管梁、槽鋼梁、箱型梁、工字鋼梁和壓型梁等幾種。篩箱通常采用的連接方式有焊接和鉚接兩種。
B.篩面的種類
篩面是篩機(jī)的主要工作部件。對篩面的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度，最大的有效面積，篩孔應(yīng)不易堵塞，在物料運(yùn)動時(shí)篩孔與物料的接觸機(jī)會較多；也就要求篩面工作可靠，篩分效率高、處理能力大和使用壽命長。
篩面的種類很多，常見的有棒條篩面、板狀篩面、編制篩面、波浪篩面、條縫篩面、非金屬篩面等。
3.彈性元件（彈簧）
在振動篩中，彈性元件按用途可以分為三類：一類是隔振彈簧，它被用作支承振動機(jī)體，按機(jī)體實(shí)現(xiàn)所要求的振動，并減少傳給基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)架的動載荷；另一類是主振彈簧，它的作用是使振動機(jī)有適宜的近共振的工作點(diǎn)，使系統(tǒng)振動的動能和位能相互轉(zhuǎn)化，因此也稱為共振彈簧或蓄能彈簧；第三類是導(dǎo)向板彈簧和連桿彈簧，它的作用是將激振力傳給機(jī)體，并減少啟動轉(zhuǎn)矩和避免傳動部分受沖擊載荷，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)彈性振動以完成所需要的篩分分級工
1.2.3 篩分機(jī)械的用途
在選礦廠、選煤廠、和其他工業(yè)部門中，物料在使用或者進(jìn)一步處理之前，常常需要用篩分機(jī)械分成粒度相近的幾種級別。各工業(yè)部門中使用的篩分機(jī)械種類很多，如固定格篩、弧形篩、滾軸篩、滾筒篩、搖動曬、旋流篩、振動篩和共振篩等，其中以振動篩應(yīng)用最為普遍。振動篩用于篩分分級以外，還用于物料的脫水，及去除物料中的水分；脫介，即在篩機(jī)中用水清洗并回收重介質(zhì)；脫泥即在篩機(jī)中，用水清洗物料表面的污泥。實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)驗(yàn)場所，時(shí)常用篩機(jī)對物料進(jìn)行篩分分析。
1.3 篩分技術(shù)和振動篩分機(jī)械的發(fā)展
1.3.1篩分技術(shù)及其發(fā)展方向
篩分工作是一個(gè)非常簡單的分離作業(yè):通過顆粒和篩孔的大小進(jìn)行對比,比篩孔小的那些物質(zhì)透過篩孔變成篩下物質(zhì),比篩孔大的東西留在篩子上面變成篩上物,從而達(dá)到粗細(xì)顆粒分開的目的。但是在現(xiàn)實(shí)工作應(yīng)用中,由于要求有一定的工作余量,要使物料達(dá)到很好的按顆粒大小分離不是很容易。因?yàn)楹Y分的過程很復(fù)雜,現(xiàn)在大部分的篩分原理更加關(guān)注篩分結(jié)果而不是篩分過程的研究,對篩分過程認(rèn)識不足,現(xiàn)在還不能達(dá)到工程實(shí)際的需要;采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理很難使問題得到深層次研究,需要想別的辦法,引入更加新的思想和理論,才有取得突破的可能。目前,篩分領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)出多學(xué)科相互滲透和交叉的局面,建立以試驗(yàn)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托的綜合考慮物料性質(zhì)及其相互影響的物料運(yùn)動模型和篩分過程數(shù)學(xué)模型,將是必然的發(fā)展趨勢。
1.3.2國內(nèi)外振動篩分機(jī)械的發(fā)展
在 16 世紀(jì)，英國首先開始了篩分機(jī)械的研究，并誕生世界第一臺用于煤炭工業(yè)的固定篩。到了 18 世紀(jì)歐洲工業(yè)革命時(shí)期，篩分機(jī)械發(fā)展迅速。在 19 世紀(jì)初，一些礦山企業(yè)開始使用圓筒篩、搖動篩，有的地方出現(xiàn)一些簡單的振動篩分機(jī)械[1]。近些年來，社會對能源和礦產(chǎn)急劇需求，從而使篩分機(jī)械迅速發(fā)展。目前，國外知名企業(yè)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，先進(jìn)的制造工藝，不但生產(chǎn)出適用于多種行業(yè)、多種規(guī)格的振動篩，而且生產(chǎn)出了可靠性高，性能好的大型和特大型振動篩。這些振動設(shè)備具有世界領(lǐng)先的技術(shù)，代表目前行業(yè)的發(fā)展趨勢。國外振動機(jī)械企業(yè)注重產(chǎn)品的大型化、高效性、可靠性、專業(yè)性的研發(fā)方向。并根據(jù)不同的行業(yè)特點(diǎn)，提供不同的解決方案，提供全面系統(tǒng)的服務(wù)。但不得不看到是，進(jìn)口設(shè)備價(jià)格較高，一般的設(shè)備價(jià)格是國產(chǎn)設(shè)備的 3 倍以上，在大型設(shè)備上通常是國產(chǎn)同等型號的 8～ 10 倍
國外篩分設(shè)備仍以發(fā)展振動篩為主，振動篩向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化方向發(fā)展；向大型化方向發(fā)展，但最大到55平方米，已夠用了；增大篩面傾角，提高篩分效率；發(fā)展細(xì)粒篩分設(shè)備，篩孔尺寸小到0.1～0.3毫米；旋流篩使用逐漸增多；共振篩發(fā)展停滯。國內(nèi)振動篩的技術(shù)發(fā)展趨勢表現(xiàn)在：積極開展篩分技術(shù)研究，提高原煤干式深度篩分技術(shù)，降低分級下限和增加煤炭品種，著重解決粒度細(xì)、水分高和粘度大的難篩物料的分級技術(shù)；為滿足大露天礦選用，研制重型分級篩，適用于500毫米以下物料篩分；為提高篩板的壽命和效果，著重發(fā)展焊接篩網(wǎng)，非金屬篩面；共振篩有被淘汰之勢，應(yīng)大力發(fā)展塊偏心圓振動篩和直線振動篩。
由于工業(yè)基礎(chǔ)差，研究能力和制造水平落后，在近50年，我國篩分機(jī)械走過從無到有，從小到大，從落后到先進(jìn)的發(fā)展過程?？傮w上可分為四個(gè)階段。
（1）進(jìn)口設(shè)備階段
解放以前，我國在選煤、采礦行業(yè)主要依靠人力來完成相應(yīng)的工作。在少數(shù)一些選煤廠和選礦廠主要采用一些固定篩和搖動篩。這些設(shè)備完全依靠進(jìn)口。解放后，隨著新中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的推動，開始在相關(guān)行業(yè)推廣應(yīng)用篩分機(jī)械。并在大部分洗煤廠、采礦廠和采石場使用一些慢速的搖動篩和老式的振動篩，并開始使用小型的直線振動篩。
（2）仿制階段
從50年代到60年代，我國開始從前蘇聯(lián)和波蘭等歐洲一些國家進(jìn)口各種篩分機(jī)械。這期間，組織全國相關(guān)單位，測繪仿制了前蘇聯(lián)的ГУП系列圓振動篩、ВКТ系列搖動篩。波蘭的WK—15圓振動篩、CJM—21型搖動篩和WP1、WP2型吊式直線振動篩[4]。研制出國產(chǎn)SZZ系列的自定中心篩、SZ系列的慣性篩和SSZ系列的直線篩。這些篩分機(jī)械仿制成功以后的發(fā)展初步奠定了基礎(chǔ)，并培養(yǎng)了我國第一批技術(shù)人員。
（3）引進(jìn)提高階段
60年代初開始采用一些前蘇聯(lián)和波蘭引進(jìn)的快速的搖動篩、脫水篩和振動篩技術(shù)。從70年代到80年代，我國從美國引進(jìn)R·S公司的TABOR振動篩技術(shù)。從日本神戶制鋼所引進(jìn)HLW型振動篩技術(shù)，從德國KHD公司引進(jìn)USK和USL型振動篩。進(jìn)入改革開放的快速發(fā)展的時(shí)期，我國篩分機(jī)的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)新的階段。在吸收成功研制了YA系列圓振動篩、ZKX系列直線振動篩、ZK系列振動篩。完成振動概率篩系列、旋轉(zhuǎn)概率篩系列，完成了箱式激振器等厚篩系列、重型冷熱礦篩系列、馳張篩，粉料直線振動篩、琴弦篩、旋流振動篩、立式圓筒篩的研制也取得成功。國外振動篩產(chǎn)品和制造技術(shù)的引進(jìn)，提高了我國篩分機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員技術(shù)水平，使他們從中學(xué)習(xí)到先進(jìn)國家設(shè)計(jì)制造振動篩的理論、方法、設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝。
（4）自行研制階段
我國制定了第一個(gè)煤用單、雙軸振動篩系列型譜，自主進(jìn)行了ZDM(DDM)系列單軸振動篩和ZSM(DSM)系列雙軸振動篩的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。并投入生產(chǎn)制造，基本上滿足了當(dāng)時(shí)國內(nèi)中、小型選煤廠建設(shè)的需要。在此基礎(chǔ)上，通過采用自同步理論、塊偏心振動器、復(fù)合彈簧、環(huán)槽鉚釘?shù)认冗M(jìn)技術(shù)，相繼開發(fā)了2ZKB2163直線振動篩，YK1545和2YK2145圓振動篩、YH1836重型振動篩、FQ1224復(fù)合振動篩等4種基型新系列振動篩。又相繼開發(fā)YK和ZKB自同步直線振動篩系列、香蕉篩系列、重型冷熱礦篩系列、博厚篩、高頻振動篩系列。這些設(shè)備成功研制，標(biāo)志著我國篩分機(jī)械走上了獨(dú)立發(fā)展的道路。目前，在國內(nèi)振動篩研究成果有：中國礦業(yè)大學(xué)等單位為東灘煤礦，研制了據(jù)稱是國內(nèi)篩面寬度尺寸最大的ZDS2460型自同步等厚篩，其篩面寬度為2400mm，篩分能力為1000t／h。該設(shè)備篩面分為兩段，篩分效率達(dá)到90%以上。鞍山重型機(jī)器股份有限公司與沈陽理工大學(xué)聯(lián)合研制世界最大的大型香蕉篩，該篩面39.56m2。高5米，重40噸，最大處理能力為2500t/h，年可篩分上千萬噸。產(chǎn)品性能、篩分面積、工作效率在世界同類產(chǎn)品中居于前列。該產(chǎn)品不但替代了進(jìn)口，而且打破了國外壟斷該大型設(shè)備的歷史。新鄉(xiāng)威猛集團(tuán)將12臺2m×3m的節(jié)肢篩組合在一起，組成了目前國內(nèi)面積最大的72m2節(jié)肢振動篩，用于選煤系統(tǒng)的分級和脫水、脫介，效果很好
1.4課題研究的主要內(nèi)容和理論基礎(chǔ)及應(yīng)用工具
本課題研究在振動篩設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上就如何實(shí)現(xiàn)脫水以及脫水性能對振動篩進(jìn)行了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)。如激振形式的選擇、傳動裝置的設(shè)計(jì)、箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、支撐方式的設(shè)計(jì)和彈簧的選擇等。在振動理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出振動脫水機(jī)，再用Solidworks建立三位模型，最后用caxa繪制工程圖。
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2設(shè)計(jì)方案的確定
振動脫水機(jī)是在機(jī)體振動過程中實(shí)現(xiàn)脫水的，可以利用直線振動篩來實(shí)現(xiàn)其功能。它主要由篩箱、篩網(wǎng)、底座、激振器、彈性元件、電動機(jī)、聯(lián)軸器等組成。
2.1工作原理及總體方案的提出
箱體尺寸：長1800mm寬500mm高300mm
電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)：910r/min0.75N/kw
振幅：3mm
生產(chǎn)率：6.3t/h
工作頻率：15Hz
選取振動方向角，安裝傾角，拋擲指數(shù)D=2
2.1.1工作原理
圖2.1振動脫水機(jī)工作原理圖
這次設(shè)計(jì)使用的是雙軸式慣性振動激振器，其中兩個(gè)偏心塊的質(zhì)量，離心力F1=F2=F，兩個(gè)偏心塊的回轉(zhuǎn)方向相反但同步，在各個(gè)瞬時(shí)位置離心力順著每根軸的不平衡重量所產(chǎn)生的慣性力，沿著x-x方向的分力是相互抵消的，而沿x-y方向的分力是相互疊加，因此就形成了一個(gè)沿著y-y方向的合力，也就是激振力，這個(gè)力使得篩箱沿y-y方向做往復(fù)直線運(yùn)動。在圖上的(a)和(c)的位置，離心力完全疊加使激振力最大，當(dāng)達(dá)到(b)和(d)的位置時(shí)，離心力完全抵消使激振力為零。振動方向與篩面一般呈45°角，因此物料在篩面上做斜拋運(yùn)動，從而進(jìn)行篩分，小于篩網(wǎng)孔大小的物料顆粒與水分透過篩網(wǎng)，達(dá)到脫水目的。
工作過程中，物料由于激振力的作用，順著篩面運(yùn)動，通過出料口送出。安裝傾角，脫水過程中的水沿相反的方向運(yùn)動，順著箱體下端排水管排出。
2.1.2總體方案
圖2.2振動脫水機(jī)圖
2.2激振器的選擇
激振器是振動脫水篩的核心部件，工作時(shí)間長，工作頻率高，振動沖擊大，潤滑效果差，故障多，所以需要選用合適的激振器來保證篩機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
雙軸慣性式激振器采用雙電機(jī)拖動，利用自同步原理替代了齒輪的強(qiáng)迫振動。從整體機(jī)構(gòu)上來說雙電機(jī)拖動需要多出一個(gè)電機(jī)但是卻少使用了一套高精度齒輪，從而簡化的激振器的結(jié)構(gòu)根本上解決了齒輪漏油和打齒的問題，并且降低了噪音和振動篩的維護(hù)成本。
激振器中采用的偏心塊由兩部分組成，可調(diào)式偏心塊與不可調(diào)式偏心塊，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、激振力可由調(diào)節(jié)偏心塊的夾角來增大和減小、脂潤滑不漏油、迷宮式密封摩擦阻力小且易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。這兩個(gè)激振器由主軸、軸承、筒體、可調(diào)式偏心塊與不可調(diào)式偏心塊、迷宮密封端蓋等組成，使用螺栓固定在箱體的側(cè)板上。這樣激振力可以直接由側(cè)板作用在箱體上，省去了使用梁懸掛的成本。為了安全起見，還要為激振器兩側(cè)的偏心塊加上桶蓋。
本設(shè)計(jì)采用雙軸式慣性激振器可產(chǎn)生所需的激振力，滿足要求。
圖2.3 激振器圖
2.3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
橫梁由無縫鋼管組成，它是篩機(jī)的主要受力件,為徹底解決現(xiàn)場斷梁的問題,除設(shè)計(jì)上保證安全系數(shù)外,制造中采用了特殊的加工工藝,保證焊縫焊透,焊接后去應(yīng)力退火,再對焊縫進(jìn)行無損探傷, 保證橫梁的質(zhì)量。管梁與側(cè)板之間使用精制螺栓緊固 ,這種緊固方式不僅使被緊固件之間利用靜摩擦傳遞振動力 ,而且利用螺桿與鋼板孔的過盈配合 ,
圖2.4 箱體圖
直接傳遞振動力 ,聯(lián)接強(qiáng)度高 ,使用防松螺母 ,聯(lián)接可靠不松動 ,將篩箱聯(lián)接成一個(gè)剛性箱體結(jié)構(gòu)。
2.4電機(jī)的布置
為了降低對橫梁的強(qiáng)度要求和便于維護(hù)和檢修，所以本設(shè)計(jì)采用電機(jī)布置在兩側(cè)的方案，而電機(jī)的具體位置則有側(cè)板及底座等因素決定。
為了滿足不同的工藝要求，振動機(jī)械常常需要兩臺或多臺電動機(jī)同時(shí)工作，要求它們具有相同的速度和相位。早期實(shí)現(xiàn)同步的方式是采用剛性傳動(如齒輪傳動)，或采用柔性傳動(如帶式傳動)。自20世紀(jì)60年代以來，由于發(fā)現(xiàn)在振動機(jī)械中可以利用振動的固有特性，在兩個(gè)由兩臺電動機(jī)分別驅(qū)動的偏心轉(zhuǎn)子間實(shí)現(xiàn)振動同步，或稱自同步，而實(shí)現(xiàn)振動同步的該種機(jī)械則稱為自同步振動機(jī)，由于采用了自同步原理使得它們的構(gòu)造大為簡化。這種原理在以后振動機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造和使用過程中，大量采用，從而使振動機(jī)械進(jìn)入了振動同步的新時(shí)代。振動機(jī)械實(shí)現(xiàn)振動同步必須滿足一定的條件，因此研究振動機(jī)器的同步理論，以保證機(jī)器在最佳或較優(yōu)狀態(tài)下工作十分必要。
圖2.5 底座圖
由兩臺感應(yīng)電動機(jī)分別驅(qū)動的自同步振動機(jī)，這種驅(qū)動方式具有下列優(yōu)點(diǎn)：
a)利用自同步原理代替了強(qiáng)制同步式振動機(jī)中的齒輪傳動，使傳動部的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單。
b)由于取消了齒輪傳動，使機(jī)器的潤滑、維護(hù)和檢修等經(jīng)常性的工作大為簡化。
c)可以減小起動、停車通過共振區(qū)時(shí)的垂直方向和水平方向的共振振幅，但在一些自同步振動機(jī)中，通過共振區(qū)時(shí)的搖擺振動的振幅有時(shí)會顯著增大，這是該種振動機(jī)的不足。
d)雙機(jī)驅(qū)動自同步振動機(jī)雖然增加了一個(gè)電動機(jī)，但目前工業(yè)中應(yīng)用的自同步振動機(jī)不少采用激振電動機(jī)直接驅(qū)動，使它的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單。
e) 自同步振動機(jī)激振器兩根主軸，可在較大的距離條件下進(jìn)行安裝。
f)該種振動機(jī)便于實(shí)現(xiàn)通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。
2.5傳動方式
振動篩每串激振器之間采用傳動軸聯(lián)接 ,能夠自動補(bǔ)償角度和長度的誤差 ,降低了激振器對安裝精度的要求 ,有利于激振器的穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2.6主軸
振動篩電機(jī)和激振器之間采用輪胎式撓性聯(lián)軸器傳動 ,這種聯(lián)軸器由半聯(lián)軸節(jié)、撓性片、壓環(huán)等組成 ,撓性片由夾布橡膠輸送帶剪成。由于撓性片具有彈性 ,切向剛度遠(yuǎn)大于徑向剛度和軸向剛度 ,能夠承受較大的扭矩而不能承受徑向力、軸向力和彎矩作用 ,因而恰好適合振動篩工作的要求 ,與三角帶相比 ,既能傳遞較大功率 ,又最大程度地減少了振動對電機(jī)的影響 ,成本極低 ,易于更換。在物料突然增加時(shí) ,不會失步 ,易于實(shí)現(xiàn)自同步運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖2.7輪胎式聯(lián)軸器
1、4.半聯(lián)軸器 2.壓板 3.強(qiáng)力型膠帶 5.螺栓
2.6彈性元件的選擇
彈性元件采用金屬螺旋彈簧。它的優(yōu)點(diǎn)是：制造比較方便；內(nèi)摩擦小；在正確設(shè)計(jì)與正確制造的情況下，具有較長的壽命。
圖2.8 彈簧圖
3動力學(xué)分析及運(yùn)動學(xué)計(jì)算
3.1動力學(xué)分析
雙軸慣性振動器兩回轉(zhuǎn)軸上的偏心塊產(chǎn)生的合成慣性力為：
(3.1)
式中：
—偏心塊的質(zhì)量，kg；
—偏心塊質(zhì)心到回轉(zhuǎn)軸線的距離，m；
—偏心塊回轉(zhuǎn)角速度，。
如果考慮彈簧對振動篩的影響，可按圖建立振動機(jī)沿x方向，y方向的運(yùn)動微分方程：
圖3.1雙軸慣性振動機(jī)受力圖
(3.2)
(3.3)
其中：
式中：
—箱體的計(jì)算質(zhì)量；
—箱體的實(shí)際質(zhì)量；
—物料質(zhì)量；
—物料結(jié)合系數(shù)，一般取；
—合成慣性力作用線與水平面的夾角；
—隔振彈簧在y方向的合成剛度，；
—等效阻尼系數(shù)。
方程有以下形式的特解：
(3.4)
(3.5)
式中：
、—x方向與y方向振幅；
、—x方向與y方向的激振力對位移的相位差角。
代入可求出振動機(jī)x方向與y方向的振幅、及相位差角、為：
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
由于x方向與y方向的彈簧剛度不同，所以合成振動方向與激振力作用方向并不一致，其合成振幅和實(shí)際振動方向角可按下式計(jì)算：
由于該類振動機(jī)械在遠(yuǎn)超共振狀態(tài)下工作，即，可近似取，所以振幅和實(shí)際振動方向角為：
(3.10)
(3.11)
3.2設(shè)計(jì)原始材料
長1800mm寬500mm箱體高300mm
電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)：910r/min0.75N/kw
振幅：3mm
生產(chǎn)率：6.3t/h
工作頻率：15Hz
3.3激振器的計(jì)算
(1)選取振動系統(tǒng)的頻率比，計(jì)算隔振彈簧剛度
選取振動系統(tǒng)的頻率比：
振動機(jī)的頻率為：
ω===
隔振彈簧剛度為：
(3.14)
N/m
取N/m
該機(jī)采用四個(gè)彈簧，每個(gè)彈簧的剛度為：
N/m
(2)振動質(zhì)體的計(jì)算質(zhì)量（參振質(zhì)量）
有公式，可求參振質(zhì)量。
式中：
—振動脫水機(jī)總質(zhì)量，kg；
—物料結(jié)合系數(shù)；
—物料質(zhì)量，kg。
產(chǎn)量Q=6.3t/h；物料運(yùn)行速度m/s；
脫水機(jī)有效長度：L=1774mm；
則物料質(zhì)量：
(3.15)
kg
取物料結(jié)合系數(shù)，則求得計(jì)算質(zhì)量為：
(3.16)
kg
(3)振動系統(tǒng)的等效阻尼、阻尼系數(shù)：
(3.17)
(4)所需要的激振力幅值及偏心塊質(zhì)量矩：
(3.18)
式中：
—偏心塊質(zhì)量；
—偏心塊回轉(zhuǎn)半徑；
—振動頻率。
折算到振動方向上的彈簧剛度：
=100000N/m (3.19)
相位差角：
(3.20)
激振力幅值：
(3.21)
N
每臺電機(jī)的激振力為：
N
偏心塊的質(zhì)量矩為：
=1.06kgm
每個(gè)偏心塊的質(zhì)量矩為kgm
(5)偏心塊的設(shè)計(jì)
圖3.2偏心塊圖
由公式，得
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
又由
(3.22)
得：
kg·mm
則：
kg
即偏心塊的質(zhì)量為：
kg
則：
mm
取mm
式中：
—偏心塊的厚度
3.4電機(jī)的選擇
所需功率：
若，
則振動阻尼所耗功率為：
(3.23)
kw
軸承摩擦所耗功率為：
(3.24)
式中：
—軸頸直徑，m；
—軸與軸承間的摩擦系數(shù)，取0.007；
—偏心矩，m。
kw
總功率：
kw
選?。?
兩臺Y90S—6型電動機(jī)，其額定功率0.75kw，轉(zhuǎn)速為910r/min
4強(qiáng)度校核
4.1軸的強(qiáng)度校核
高速輸入軸的直徑可按與其相聯(lián)的電動機(jī)軸的直徑D估算，d=(0.8~1.2)D；由D=24 mm，取d=24mm。
圖4.1 主軸圖
圖4.2 軸的受力圖
1. 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
軸主要承受轉(zhuǎn)矩
(4.1)
N.mm
式中：
T—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm；
P—軸傳遞的功率，kw；
N—軸的轉(zhuǎn)速，r/min 。
圖4.3 軸的轉(zhuǎn)矩圖
2. 繪制軸的受力簡圖，求支座反力
由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可得
N (4.2)
則 N
3. 作彎矩圖
a. A—B段彎矩為
b. B—C段彎矩為
N.mm（104）
c. C—D段彎矩為
圖中，，
圖4.4 軸的彎矩圖
4. 作計(jì)算彎矩圖
A點(diǎn)
N.mm
—根據(jù)轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的應(yīng)力的性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)；
對不變化的轉(zhuǎn)矩取0.3。
B點(diǎn)彎矩為：
(4.3)
N.mm
C點(diǎn)彎矩為：
= N.mm
D點(diǎn)彎矩為：
= N.mm
合成彎矩圖
圖4.5 軸的合成彎矩圖
5. 校核軸的強(qiáng)度
軸材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理，其N/mm
N/mm
由于E點(diǎn)軸徑最小、G點(diǎn)彎矩最大所以這兩點(diǎn)所在剖面為危險(xiǎn)斷面
E點(diǎn)彎矩為
N.mm
則E點(diǎn)軸徑為：
=22.38 mm (4.4)
鍵槽影響，有一個(gè)鍵槽，軸徑加大5%，
mm
該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑40mm，安全。
G點(diǎn)彎矩為 N.mm
則該點(diǎn)軸徑為
mm (4.5)
該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑60 mm，安全。
6. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
圖中危險(xiǎn)剖面Ⅴ~Ⅷ剖面與Ⅰ~Ⅳ剖面受力情況相同，因此只校核Ⅰ~Ⅳ剖面
(1)Ⅰ，Ⅱ剖面的疲勞強(qiáng)度
Ⅰ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1—1得：
，
Ⅱ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1—2得：
(4.6)
(4.7)
，
可見Ⅱ剖面所受的合成彎矩和應(yīng)力集中系數(shù)比Ⅰ剖面大，所以校核Ⅱ剖面。
Ⅱ剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為
N.mm
T=7870.8 N.mm
Ⅱ剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm (4.8)
N/mm
Ⅱ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm (4.9)
N/mm
40Cr機(jī)械性能查《機(jī)械設(shè)計(jì)》8-1表得：
N/mm， N/mm；
絕對尺寸影響系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-4查得：
，；
表面質(zhì)量系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-5查得：
，；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表1-5得：
，
則Ⅱ剖面的安全系數(shù)為：
=9.82 (4.10)
(4.11)
取=1.5~1.8，，所以Ⅱ剖面安全。
b. 校核Ⅲ剖面的疲勞強(qiáng)度
Ⅲ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-2得：
，
Ⅲ剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為：
N.mm
T=7870.8 N.mm
Ⅲ剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm
N/mm
Ⅲ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm
N/mm
絕對尺寸影響系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-4查得：
，；
表面質(zhì)量系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-5查得：
，；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表1-5得：
，
則Ⅲ剖面的安全系數(shù)為：
=7.65
取=1.5~1.8，，所以Ⅲ剖面安全。
c. 校核Ⅳ剖面的疲勞強(qiáng)度
Ⅳ剖面因配合引起的應(yīng)力集中系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-1得：
，
Ⅳ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表1-2得：
，
Ⅳ剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為：
N.mm
T=7870.8 N.mm
Ⅳ剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm
N/mm
Ⅳ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為
N/mm
N/mm
絕對尺寸影響系數(shù)由附表1-4查得：
，；
表面質(zhì)量系數(shù)由附表1-5查得：
，；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表1-5得：，
則Ⅳ剖面的安全系數(shù)為：
=9.14
取=1.5~1.8，，所以Ⅳ剖面安全。
7. 校核軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度
對軸的最小截面進(jìn)行校核
=2.85
軸的N.mm，，所以軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足要求。
式中：
—軸的扭剪應(yīng)力，N/mm；
—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm；
—軸的抗扭截面模量，mm
—軸傳遞的功率，kw；
—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
—軸材料的許用扭剪應(yīng)力，N/mm。
4.2軸承校核
1. 確定軸承的承載能力
查手冊，軸承的C=212000N,C=172000N。
2. 計(jì)算當(dāng)量動載荷
有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知，軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動載荷
N
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7，按傳動裝置查取
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-4，得
因軸承承受力矩載荷，故
所以
N
式中：
—沖擊載荷系數(shù)；
—溫度系數(shù)；
—力矩載荷系數(shù)。
3. 計(jì)算軸承的壽命
(4.12)
=696700.2 h
4.3鍵的強(qiáng)度計(jì)算
平鍵聯(lián)接的主要失效形式有：工作面被壓潰（靜聯(lián)接），工作面過度磨損（動聯(lián)接），個(gè)別情況會出現(xiàn)鍵被剪斷。
圖4.6 鍵的剖面圖
對于尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選擇的平鍵聯(lián)接，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力(對于動聯(lián)接常用壓強(qiáng))進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核。如圖4-6所示，假設(shè)載荷沿鍵長和鍵高均勻分布，則擠壓強(qiáng)度條件為
(4.13)
式中：
d —軸的直徑，mm；
k—鍵與轂槽的接觸高度，mm；
h—鍵的高度，mm；
—鍵的工作長度，mm；
T—轉(zhuǎn)矩，N.mm
=60~90 N/mm
1. 聯(lián)接聯(lián)軸器與軸的鍵的校核
N/mm
，所以安全。
結(jié)論
脫水煤炭行業(yè)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)備技術(shù)水平的高低和質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到工藝效果的好壞，生產(chǎn)效率的高低和能源節(jié)省的程度，從而直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過脫水可以提高物料的質(zhì)量，從而得到所需的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)正是利用雙軸慣性式振動篩來完成對物料的脫水。本設(shè)計(jì)從箱體、激振器、底座、彈性元件、傳動裝置及聯(lián)軸器等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。激振器采用偏心塊式，振幅可以通過主副偏心塊的夾角來調(diào)節(jié)。底架大部分材料用角鋼和槽鋼，成本低。激振器加了筒蓋，可以降低噪音。振動篩工作時(shí)，兩電機(jī)同步反向旋轉(zhuǎn)使激振器產(chǎn)生反向激振力，迫使篩體帶動篩網(wǎng)做縱向運(yùn)動，使其上的物料受激振力而周期性向前拋出一個(gè)射程，從而完成物料篩分作業(yè)。
由兩臺感應(yīng)電動機(jī)分別驅(qū)動的自同步振動機(jī)，這種驅(qū)動方式具有下列優(yōu)點(diǎn)：
a)利用自同步原理代替了強(qiáng)制同步式振動機(jī)中的齒輪傳動，使傳動部的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單。
b)由于取消了齒輪傳動，使機(jī)器的潤滑、維護(hù)和檢修等經(jīng)常性的工作大為簡化。
c)可以減小起動、停車通過共振區(qū)時(shí)的垂直方向和水平方向的共振振幅，但在一些自同步振動機(jī)中，通過共振區(qū)時(shí)的搖擺振動的振幅有時(shí)會顯著增大，這是該種振動機(jī)的不足。
d)雙機(jī)驅(qū)動自同步振動機(jī)雖然增加了一個(gè)電動機(jī)，但目前工業(yè)中應(yīng)用的自同步振動機(jī)不少采用激振電動機(jī)直接驅(qū)動，使它的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單。
e)自同步振動機(jī)激振器兩根主軸，可在較大的距離條件下進(jìn)行安裝。
f)該種振動機(jī)便于實(shí)現(xiàn)通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。
這種機(jī)體穩(wěn)定可靠、消耗少、噪音低、壽命長、振型穩(wěn)、篩分效率高等優(yōu)點(diǎn)。因而這種篩體無論從制造、維修經(jīng)濟(jì)費(fèi)用都比較低。
致謝
打下“致謝”的時(shí)候，這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本已經(jīng)結(jié)束了，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，很多地方做的并不盡如人意，有很多不完善的地方，但是因?yàn)橛辛酥笇?dǎo)老師的督促和指導(dǎo)以及同組同學(xué)的支持，我順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在這里我要感謝我的指導(dǎo)老師劉永吉老師給予我的教導(dǎo)和幫助，劉老師平日工作繁忙，但在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)中給予了我悉心的教導(dǎo)。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，為人謙、和善，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中沒有給予我還有同組的同學(xué)任何壓力，讓我們擁有足夠的自由空間。
然后要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我的機(jī)械專業(yè)知識打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；同樣感謝同組的同學(xué)們，有了大家的相互交流與幫助，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才順利完成。
最后，感謝沈陽工學(xué)院對我四年的栽培。
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