800型立式沉降離心機(jī)的設(shè)計(jì)-機(jī)械畢業(yè)論文【答辯優(yōu)秀】

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 目錄 1 前言 . 1 1.1 本課題的來源，基本前提條件和技術(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 . 2 2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀介紹 . 3 3 總體方案論證 . 4 4 具體設(shè)計(jì)說明 . 6 4.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì) . 6 4.1.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算 . 7 4.1.2 轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度校核 . 8 4.2 離心機(jī)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 . 9 4.3 電機(jī)的選用 . 10 4.4 帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 4.5 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 12 4.5.1 選擇齒輪材料、熱處理方法、精度等級(jí)、齒數(shù) . 12 4.5.2.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 13 4.5.3.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 . 15 4.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 16 4.6.1 軸的設(shè)計(jì) . 16 4.6.2 對(duì)該軸進(jìn)行強(qiáng)度校核 . 17 4.7 空心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 20 4.7.1 空心軸的設(shè)計(jì) . 20 4.7.2 對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核 . 21 5.結(jié)論 . 25 主要參考文獻(xiàn) . 26 致 謝 . 27 附 錄 . 28 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 1 1 前言 800 型立式沉降離心機(jī) ,主要用于 化工部門對(duì)固、液體的懸浮液或含不同比重液體的乳濁液進(jìn)行沉降分離的離心機(jī)。該螺旋卸料沉降離心機(jī)中，沉渣沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的移動(dòng)全靠螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。此離心機(jī) 具有能連續(xù)工作、對(duì)物料適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。 1.1 本課題的來源，基本前提條件和技術(shù)要求 A.本課題來源：本課題來源于對(duì) 沉降式離心機(jī) 市場的調(diào)研結(jié)果 。 眾所周知，沉降式離心機(jī)是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)利用旋轉(zhuǎn)物料本身所受到的離心力來對(duì)固、液體的懸浮液或含不同比重液體的乳濁液進(jìn)行沉降分離的離心機(jī)。沉降離心機(jī)分間歇操作和連續(xù)操作兩種類型。工業(yè)上常用的間歇操作沉降離心機(jī)有三足式沉降離心機(jī)和刮刀卸料沉降離心機(jī)。連續(xù)操作沉降離心機(jī)常用的為螺旋卸料沉降離心機(jī)。 B.基本前提條件： 以工廠現(xiàn)行生產(chǎn)的臥式沉降離心機(jī)有關(guān)樣本；設(shè)計(jì)立式結(jié)構(gòu)離心機(jī)，該離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓為柱 錐型，其軸線呈立式安置；轉(zhuǎn)鼓；大端直徑為800mm；轉(zhuǎn)鼓半錐角為 7 12 度；轉(zhuǎn)鼓高度為 480 520mm（即轉(zhuǎn)鼓長徑比 （ L/D）為 0.6 0.65）；轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速： 1500r/min；分離因數(shù)為 Fr1006；電機(jī)功率：小于30KW。 C.技術(shù)要求： a.該立式沉降離心機(jī)能使濾料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的滯留時(shí)間（即固液分離時(shí)間）比現(xiàn)行的臥式沉降離心機(jī)延長 10 15 倍（ 1 5min），從而提高分離效果； b.本機(jī)工作時(shí)濾料由上部料斗的進(jìn)料口進(jìn)入，同時(shí)電機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；濾料在由螺旋送料機(jī)構(gòu)輸送的同時(shí)被離心機(jī)進(jìn)行沉降分離 被分離的濾液和濾渣各行其道，分別經(jīng)離心機(jī)的出液口和出渣口被引出機(jī)外；整個(gè)操作過程是在全速、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下自動(dòng)進(jìn)行； c.進(jìn)料口直徑不 小于 50mm； d.離心機(jī)工作安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單； f.生產(chǎn)率為每小時(shí)排出渣 3 立方米； g.本機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，其進(jìn)料口、出液口和出渣口便于連接到生產(chǎn)自動(dòng)線上。 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路 a.本課題要解決的主要問題： 螺旋卸料沉降離心機(jī)是全速運(yùn)轉(zhuǎn)、連續(xù)進(jìn)料、沉降分離和卸料的離心機(jī)。 (1)螺旋卸料沉降離心機(jī)中，沉渣沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的移動(dòng)全靠螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。兩者的差轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的 0.54 %，多數(shù)為 1 2 %。該差轉(zhuǎn)速由差速變速器產(chǎn)生。常用的差速變速器有 擺線針輪行星變速器和雙級(jí) 2K-H 漸開線齒輪行星變速器。該兩種變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，往往使用戶望而卻步。 (2)現(xiàn)有沉降離心機(jī)在提高 其分離因數(shù)的同時(shí)帶來了像占地面積大或分離時(shí)間長等缺點(diǎn) 800 型立式沉降離心機(jī) 2 b.設(shè)計(jì)思路 :為解決上述弊端，按離心分離理論，一是向高速和大型發(fā)展（即提高其分離因數(shù)）；二是延緩濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的運(yùn)行速度，即延長固、液（或液、液）分離時(shí)間，以達(dá)到充分脫液之目的。 為克服現(xiàn)行螺旋卸料沉降離心機(jī)的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)旨在提供一種能解決上述缺點(diǎn)和弊端的新型機(jī)種 立式（螺旋卸料）沉降機(jī) 。差速變速器設(shè)計(jì)成斜齒輪結(jié)構(gòu)。 1.3 預(yù)期的成果及其理論意義 通過對(duì) 800 型立式沉降離心機(jī)的各種設(shè)計(jì)要求和性能的改變，使離心機(jī)在不增加占地面積的情況下提高了分離效率，達(dá)到了增加生產(chǎn)效率。采用斜齒輪 變速器常用的擺線針輪行星變速器和雙級(jí) 2K-H 漸開線齒輪行星變速器差速變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴的現(xiàn)象，改變了使用戶望而卻步狀況，降低了安裝難度。 提供一種能解決上述缺點(diǎn)和弊端的新型機(jī)種 立式（螺旋卸料）沉降機(jī) 和斜齒輪差速變速器。 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 3 2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀介紹 綜觀國內(nèi)沉降離心機(jī)之發(fā)展，雖致力于提高其分離因數(shù)，然仍與國外差距較大。理論研究表明，分離因數(shù)的提高雖有利于脫液分離，但濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間因此也更短，反而于脫液分離不利，故部分地抵消了轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速加快的效果。更何況轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速加快，致使能耗呈三次方速率上升；而加大轉(zhuǎn)鼓直徑，則因轉(zhuǎn)鼓各部尺寸必須隨之相應(yīng)增大乃至造成離心機(jī)之成本劇增；且大幅度提高其分離因數(shù)往往還要受到轉(zhuǎn)鼓筒體及轉(zhuǎn)鼓底座（鑄件）等材料強(qiáng)度的限制。在現(xiàn)今，工業(yè)上還很難由工藝來保證能廉價(jià)地提供這些高強(qiáng)度材料的 情況下，實(shí)為我國之國情所不容。 故人們常將視線轉(zhuǎn)向后者 延長濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的滯留時(shí)間 而這一時(shí)間的長短又取決于轉(zhuǎn)鼓長度及轉(zhuǎn)鼓部件與螺旋輸（卸）料裝置之差800 型立式沉降離心機(jī) 4 轉(zhuǎn)速。 增加轉(zhuǎn)鼓長度無疑能達(dá)到延長濾料（渣）的脫液時(shí)間之目的。理論上，脫液時(shí)間與轉(zhuǎn)鼓有效長度成正比。目前，國內(nèi)外這類機(jī)型的長 , 徑比 L/ D 為 1.5 3.5 ，且 L/ D 還有增大的趨勢，如美國已達(dá) 3.8 ，德國為 4.2 。但 L/D 愈大，則愈難保證轉(zhuǎn)鼓筒體之圓柱度及筒體各段的同軸度，也愈難保證轉(zhuǎn)鼓筒體與螺旋輸（卸）料裝置（刮刀）之配合， 故 L/ D 一般不大于 4 。大長徑比的離心機(jī)的整機(jī)軸向尺寸均較大（除與轉(zhuǎn)鼓 L/ D 有關(guān)外，還與差動(dòng)變速器軸向尺寸有關(guān)），因而只能做成臥式。顯然，其占地面積（或體積）也大。 3 總體方案論證 本方案主要是考慮現(xiàn)行螺旋卸料沉降離心機(jī)的的缺點(diǎn)和弊端提出以下方案： 方案一： 按離心分離理論，向高速和大型發(fā)展（即提高其分離因數(shù)）或延緩濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的運(yùn)行速度，即延長固、液（或液、液）分離時(shí)間，以達(dá)到充分脫液之目的。 采用有擺線針輪行星變速器和雙級(jí) 2K-H 漸開線齒輪行星變速器差速變速器。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 5 圖 3-1 臥式 螺旋卸料離心機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 方案二：為克服現(xiàn)行螺旋卸料沉降離心機(jī)的缺點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)一種能解決上述缺點(diǎn)和弊端的新型機(jī)種 立式（螺旋卸料）沉降機(jī) 和相對(duì)便宜且安裝方便，同樣有現(xiàn)行差速變速器的斜齒輪差速變速器。 所以選擇方案二更好 800 型立式沉降離心機(jī) 6 圖 3-2 立式離心機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 4 具體設(shè)計(jì)說明 800 型立式沉降離心機(jī) ,由轉(zhuǎn)鼓、主軸、軸承、殼體、帶傳動(dòng)組 件 (皮帶輪及皮帶等 ) 組成。 800 型立式沉降離心機(jī)的基本參數(shù)包括 :轉(zhuǎn)鼓的直徑、轉(zhuǎn)鼓的工作轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓的一次最大加料量、物料密度、物料固液比、離心機(jī)由靜止到達(dá)工作轉(zhuǎn)速所需的啟動(dòng)時(shí)間等。對(duì)于這些參數(shù) ,設(shè)計(jì)過程中可以通過查閱有關(guān)資料找到所需要的參數(shù) 4.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì) 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)選為轉(zhuǎn)鼓的質(zhì)量。質(zhì)量為最小 ,不僅可節(jié)省機(jī)器造價(jià)還可以降低離心機(jī)的啟動(dòng)功率 ,降低消耗。 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是離心機(jī)的關(guān)鍵部件之一。一方面，轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)對(duì)離心機(jī)的用途、操作、生產(chǎn)能力和功率等均有決定性影響。另一方面，轉(zhuǎn)鼓自 身因高速旋轉(zhuǎn)(其工作轉(zhuǎn)速通常在每分鐘幾百轉(zhuǎn)至每分鐘幾萬轉(zhuǎn)之間 )，受到了離心力的作用，在離心力作用下轉(zhuǎn)鼓體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的工作應(yīng)力，一旦發(fā)生強(qiáng)度破壞，必將產(chǎn)生極大的危害，尤其是有時(shí)由于應(yīng)力過高發(fā)生“崩裂”，常會(huì)引起嚴(yán)重人身傷害事故。同時(shí)，對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓而言，轉(zhuǎn)鼓的剛度同樣非常重要。若轉(zhuǎn)鼓的剛度不足，工作中轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀將會(huì)發(fā)生明顯變化，輕則會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓與機(jī)殼撞擊、摩擦，損壞零部件；重則同樣會(huì)引起轉(zhuǎn)鼓的爆裂，甚至出現(xiàn)人身傷害事故。多年來，由于轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)不當(dāng)、轉(zhuǎn)鼓制造質(zhì)量不高等原因?qū)е轮卮笫鹿实默F(xiàn)象頻頻發(fā)生。鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 7 這已引 起了設(shè)計(jì)人員、制造廠家和使用部門的重視，經(jīng)常進(jìn)行三足式離心機(jī)事故原因的診斷、分析與研究。因此，對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)計(jì)算的分析研究也是十分必要的。 4.1.1 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算 轉(zhuǎn)鼓是柱錐形 00 c o s2c o s2 HS KRSS (4-1) 00 22 HS KRSS (4-2) 00 c o s2c o s2 HS KRSS RLmSs 2 (4-3) 式中 : S ,S 轉(zhuǎn)鼓厚度和篩網(wǎng)當(dāng)量厚度； R 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑； m 篩網(wǎng)質(zhì)量； K 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的填充系數(shù)； 201 RrK (4-4) 2200 R (4-5) 式中 : 0 鼓壁的密度； 330 1085.7 mkg 旋轉(zhuǎn)角速度； 222330 60215004.01085.7 smmkg = mskg 231014.3 0 9 5 9 2210 M Panss =105Mpa 5.3510 M Panbb =168.3MPa 取其小者，許用應(yīng)力為 =105MP =12o ； 0 =7.85 103 /m3 ； mf =1.5 103 /m3 mkgmkgmf330 105.11085.7 =0.191； H =1 800 型立式沉降離心機(jī) 8 201 RrK =0.2 0.5 00 c o s2c o s2 HS kRSS =12c o s2/10959.30 26 mskg MPMP mm 9 5 9.3011 0 5 4.03.085.75.112c o s0 1 2.02 10mm 因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中由于各種原因的損失（如：腐蝕） 所以取 S=12mm 4.1.2 轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度校核 轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力 : a 轉(zhuǎn)鼓圓筒部分 空轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)鼓壁內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力 : 2211 910 Rq （ 4-5） MPa2.262 (4-6) 式中： q 對(duì)不開孔轉(zhuǎn)鼓的開孔系數(shù) , 1q 1 轉(zhuǎn)鼓材質(zhì)密度 , 31 /9.7 cmg 2R 轉(zhuǎn)鼓平均半徑 , 400mm R 2 料載荷離心力產(chǎn)生的鼓壁環(huán)向應(yīng)力 : M P aZrRR 08.11)2()(910 12321222 （ 4-7） 式中 : 2 物料的密度 , 1.085g/cm32 1R 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑 , 400mm 1 R 3R 物料環(huán)內(nèi)半徑 , 300mm 3 R 轉(zhuǎn)鼓壁厚 , mm22 Z 加強(qiáng)箍系數(shù) ,Z=1 圓筒部分應(yīng)力 : M P ak 24.39)( 21t b.轉(zhuǎn)鼓錐體部分 空轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)鼓壁內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力 : 2211 910 Rq (4-8) MPa2.262 (4-9) 物料載荷離心力產(chǎn)生的鼓壁環(huán)向應(yīng)力 : MPrRR 26.11)c os2()(910 12321222 錐段應(yīng)力 : M P ak 43.39)( 21t 取其大者 MP aMP at 1 0 52.39 ,轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度滿足要求。 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 9 4.2 離心機(jī)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 離心機(jī)所需要的功率主要包括以下幾個(gè)方面的功率： (1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)部件所需的功率 Nl； (2)啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需的功率 N2； (3)克服支撐軸承摩擦所需的功率 N ； (4)克服轉(zhuǎn)鼓以及物料與空氣摩擦所需的功率 N4； (5)卸出物料 所需的功率肌。 a.啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率 G=7.85 103 /m3 (0.4122 0.42) 0.08 (0.3602 0.3482) 0.42 m3 7.85 103 /m3 (0.4722 0.4122) 0.012 2 7.85 103 /m3 0.4722 0.012 m3=108kg 離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)克服轉(zhuǎn)鼓的慣性力所需功 率 離心機(jī)起動(dòng)時(shí)間 30 240s jgtGRN204221 (4-10) 1N = 1202 0 0 0 21 5 0 04.010822 =21.48kw b.加入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需消耗的功率 懸浮液物料所消耗的功率 N2為沉渣和分離液所需功率之和 3 一般可取范圍為 1.1 1.2 2222121322 2204 RGrRGgtNj (4-11) N2 = 22221212221802 0 0 01.16021 5 0 0RGrRGs 0.004kw c.軸承及機(jī)械密封摩擦消耗的功率 軸承摩擦消耗的功率 N 3= g dPdPf 204 2211 (4-12) 式中 :f 軸承的摩擦系數(shù) (滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)范圍為 0.001 0.02) 主軸受到的總載荷為 : g emP20 1 kgf (4-13)式中 : 0m 轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的總質(zhì)量， kg e 轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的質(zhì)心對(duì)轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線的偏心距 ,m 800 型立式沉降離心機(jī) 10 對(duì)于間歇操作沉降離心機(jī)和連續(xù)操作過濾離心機(jī) e=1 10-3R 0m大約為 120kg e=1 10-3R kgNP 8.91016021500112032=120 3.5 421.82N N 3= g dPdPf 204 2211 = 20006082.12114030001.06021500 =0.044 kw 機(jī)械密 封摩擦消耗的功率 vPgfbDNbmm10204 (4-14) 式中 :mD 摩擦副窄環(huán)端面內(nèi)半徑， m； mb 摩擦副窄環(huán)端面寬度， m； 0f 密封端面的摩擦系數(shù)，一般可取為 0.02 0.2； bp 密封端面的比壓力， Pa； v 動(dòng)環(huán)線速度， m/s； vPg fbDN bmm102 04 4N 608.321 5 0 02501 0 0 0 1.08.03.7 0.475 kw d.離心機(jī)所需消耗總功率 4321 NNNNN = 21.48+0.004+0.044+0.47622 kw 4.3 電機(jī)的選用 電機(jī)的容量（功率）選用是否合適，對(duì)電機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電機(jī)不能保證工作工作裝置的正常工作，或電機(jī)因長期過載而過 早損壞；容量過大則電機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運(yùn)動(dòng)，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。所以 電機(jī)的選用（ IP44） Y200L 4，定功率 P=30kw ，步轉(zhuǎn)速 r=1470r/min。 4.4 帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 A.選擇 V帶型號(hào) a.確定計(jì)算功率 caP 查表得工作情況系數(shù) AK 1.4 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 11 PKP Aca =1.4 30=42 kw b.選擇 V 帶型號(hào) 按caP=42kw, 1n=1470r/min 查表選 C 型 V 帶 B.確定帶輪直徑1dd,2dd a.選擇小帶輪直徑2dd 參考圖及表選取小帶輪直徑2dd=400mm b驗(yàn)算帶速 10006022 ndv d= 10006047.153940014.3 =32.23m/s c確定主動(dòng)帶輪直徑1dd i=147047.1539=1.04 1d=i2dd=1.04 400=418.9mm 查表可知 1dd=425mm d.計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比 i i =4040=1 f驗(yàn)算從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速 2n 2n = 1n /i =1470/1=1470r/min %100147014701470 =0120 F.確定 V帶根數(shù) z A.確定額定功率0P 由 1dd=400mm，1n=1470r/min，2n=1470r/min，查表得單根 C 型 V 帶的額定功率為0P=15.53kw b.考慮傳動(dòng)比的影響，額定功率的增量 1P ，由表查得 1P =0.28kw c.確定 V帶的根數(shù) z Lca KKPP Pz 00 (4-17) 查表得K 1，查表 4.2 得 LK =0.99 Lca KKPP Pz 00 = 99.0128.027.15 42 kwkw kw=2.737 根 z 取 3根合適 G.計(jì)算單根 V帶初拉力0F 查表得 q =0.3kg 由式 20 15.2500 qvKvzPF ca (4-18) 0F= 223.323.015.2323.32 42500 smsmkw 271N H.計(jì)算對(duì)軸的壓力QF 2sin2 0 zFF Q =2178s in27142 3252N J.確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 ,繪制帶輪工作圖 4.5 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.5.1 選擇齒輪材料、熱處理方法、精度等級(jí)、齒數(shù) 考慮此設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊 ,故大 ,小齒輪均用 40Cr調(diào)質(zhì)處理后表面淬火 ,齒面硬度為 48 55HRC；因載荷平穩(wěn) ,齒輪速度不太 高 ,故初選 7級(jí)精度 ；閉式硬齒輪傳鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 13 動(dòng) ,考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性 ,齒數(shù)宜取多些 圖 4-1 斜齒輪結(jié)構(gòu)示意圖 因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速為 1470r/min 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為 1500r/min,旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓的差轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速的 0.5 4%.故在此取 2% 111 zzz zn (4-19) 該式變化后得 : 02 nzz 014702 zz 解之得 :z =37.38 z =38 確定齒輪的齒數(shù)分別為 :37,38,39； 按硬齒面齒輪 ,對(duì)稱安裝查表 6.5 得 ,選齒寬系數(shù)d=1；初選螺旋角 =20 4.5.2.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) F SaFadnt YYz YYKTm 3 221 c o s2 (4-20) a.試選載荷系數(shù)tK=1.5 b.齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 161 1055.9 nPT (4-21) 1T = 1470301055.9 6 N m c.大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 1limF 、 2limF 查圖 6.9 得 1limF = 2limF =380MPa d.應(yīng)力循環(huán)次數(shù) njLnN 11 60 =60 1470 1 10 300 24=6.350 910 uNN 12 =6.52 910 e.彎曲疲勞壽命系數(shù) 1FNK 、 2FNK 查圖得 1FNK =0.86； 2FNK =0.85 800 型立式沉降離心機(jī) 14 f.計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)FS=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)STY=2 則 FFSTFNF SYK 1lim11 =380 0.86 2/1.4=466.86MPa FFSTFNF SYK 1lim11 =380 0.85 2/1.4=461.43MPa g.查取齒輪系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 311 coszz v =37/ 20cos 3 =40 311 coszz v =38/ 20cos 3 =41.08 由表 6.4 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 1FaY=2.45，2FaY=2.48 1SaY=1.65，2SaY=1.67 h.計(jì)算大小齒輪的 FSaFaYY并加以比較 1 11FSaFaYY=86.466 65.145.2 =0.00866 2 22F SaFa YY=43.461 67.140.2 =0.00869 1 11FSaFaYY 2 22F SaFa YY 故按大齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) j .重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y 取Y=0.7, Y=0.86 B .設(shè)計(jì)計(jì)算 a.試算齒輪模數(shù)ntm ntm 3 22503.461388.067.140.286.07.020c o s10949.15.12 =1.307 b.計(jì)算圓周速度 v v =cos100060 11nzm nt = 20c o s100060 147038307.1 =3.939m/s c.計(jì)算載荷系數(shù) 查表得 AK =1；根據(jù) v =3.939m/s、 7 級(jí)精度 ,查圖得vK=1.12；斜齒輪K=1.2,查圖得K=1.24。則載荷系數(shù) KKKKK vA=1 1.12 1.2 1.24=1.667 d.校正并確定 nm 根 據(jù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜取 nm =6 C.計(jì)算齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 15 a.中心距 a 21c o s2 zzma n = 393820cos2 6 =239.36mm b.螺旋角 a zzm n 2a rc c o s 21 = 36.2392 38376arc c o s =19.95 c.兩分度圓直徑1d,2d cos 11zmd n = 95.19cos 376 =236.17mm cos 22zmd n = 95.19cos 386 =242.55mm d齒寬 1b , 2b 1b = 2b =60mm 4.5.3.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 HEHH uubdKTZZZZ 12 211 (4-22) A確定公式中各參數(shù)值 a大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 1limH 、 2limH 按齒面硬度查圖得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 1limH = 2limH =1170Mpa b接觸疲勞壽命系數(shù)1HNK、2HNK 查圖 6.6 得1HNK=0.89，2HNK=0.92 c計(jì)算許用接觸應(yīng)力 取安全系數(shù) HS =1，則 HHHNH SK 1lim11 =0.86 1170MPa =1006.2MPa HHHNH SK 2lim22 =0.85 1170Mpa =994.5Mpa 221 HHH =(1006.2+994.5)/2=1003.35Mpa d.點(diǎn)區(qū)域系 數(shù) HZ 查圖得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) HZ =2.48 f重合度系數(shù)Z Z=0.8 h螺旋角系數(shù)Z cosZ = 95.19cos =0.970 j.材料系數(shù) EZ 由表查得材料系數(shù) EZ =189.8 MPa B.校核計(jì)算 800 型立式沉降離心機(jī) 16 uubdKTZZZZEHH12211 (4-23) H=2.48 189.8 0.8 0.98703.1103.191.2656010949.1667.12 5 =204.20min0d=38 取mind=40mm 選擇滾動(dòng)軸承型號(hào) 查軸承樣本 ,選用型號(hào)為 7308C的角接觸球軸承 ,其內(nèi)徑 d=40mm,外徑 D=80mm,寬度 B=18mm 4.6.2 對(duì)該軸進(jìn) 行強(qiáng)度校核 A求軸上載荷 a.計(jì)算齒輪受力 齒輪分度圓直徑 cos22 mzd =6 39/cos15.9=242.49mm 圓周力 232 dTFt =2 1.746 105/242.49=1140.06N 徑向力 co stanntr aFF = 95.19c o s20ta n06.1140 =1141.7N 軸向力 tanta FF = 95.19tan06.1140 =1140.06 0.363=413.82N aF對(duì)軸心產(chǎn)生的彎矩 22dFM aa =413.82 242.49/2=50173.8N mm b.求支反力 軸承的支點(diǎn)位置 由 7208AC 角接觸球軸承查手冊(cè) a =18mm 齒寬中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離 1L 72m 齒寬中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離 2L 60/2+71=101mm 左支點(diǎn)水平面的 支反力 0 DM , 2111 LLFLF tNH =(101 1140.06)/(72+101) =666N 右支點(diǎn)水平面的支反力 0 DM , 1222 LLFLF tNH =(72 1140.06)/(72+101) =474N 左支點(diǎn)垂直面的支反力 2121 LLMFLF arNV =(101 1141.7+50173.8)/ (72+101) =957N 右支點(diǎn)垂直面的支反力 2112 LLMFLF arNV = (72 1141.7+50173.8)/ (72+101) =765N 800 型立式沉降離心機(jī) 18 右支點(diǎn)軸向反力aNV FF 1 B .繪制彎矩圖和扭矩圖 截面 C 處水平面彎矩 11 LFM NHH =666 72=47952N mm 截面 C 處垂直面彎矩 111 LFM NVV =957 72=68904 N mm 222 LFM NVV =765 101=77265 N mm 截面 C 處合成彎矩 222 121 6890447952 vH MMM =70552.8 N mm 222 222 7 7 2 6 54 7 9 5 2 vH MMM =90935.6 N mm C .彎扭合成強(qiáng)度校核 通過只校核軸上受到的最大彎矩 ,扭矩 ,抗拉的截面的強(qiáng)度 危險(xiǎn)截面 C 處計(jì)算彎矩 考慮啟動(dòng)、停機(jī)影響，扭矩為脈沖循環(huán)變應(yīng)力 , 6.0 , 222321 1 7 4 6 0 06.08.7 0 5 5 2 TMM ca =126302.6 N mm 截面 C處計(jì)算應(yīng)力 3401.06.126302 WM caca =19.7MPa 強(qiáng)度校核 45鋼調(diào)質(zhì)處理 ,由表查得 1 =60Mpa caS 疲勞強(qiáng)度合格 F. 抗拉強(qiáng)度校核 2 mRFc = 22601 5 0 035.025 mkg =206169.69N (4-26) 式中 :2f 沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁的摩擦系數(shù)，一般為 0.3 0.85 取2f=0.5 12 2 1 5 6.08.01 9 7 8 1.08.02 0 7 9.09 7 8 1.069.2 0 6 1 6 92 zF =241347.01N 2zFr (4-27) 45鋼 MPa190 M P a NFr z 190 01.2 4 1 3 4 72 =20.2mm 4.7 空心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.7.1 空心軸的設(shè)計(jì) 軸的材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì) A.確定輸出軸遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) a.確定電動(dòng)機(jī)額定功率 P和滿載轉(zhuǎn)速 1n 由 Y200L 4,查標(biāo)準(zhǔn) JB/T5274 1991 P=30kW, 1n =1470r/min b.確定相關(guān)件效率 帶輪效率 1 =0.94 斜齒輪嚙合效 率 2 =0.97 一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率3=0.98 電動(dòng)機(jī)空心軸總效率321 =0.94 0.97 0.98=0.89 c.輸出軸的輸出功率 PP 3 =30 0.89=26.7kW d.輸出軸的轉(zhuǎn)速 3n =1470 38/37=1500r/min f.輸出軸的轉(zhuǎn)矩 3T 33363 1055.9 nPT = 1 5 0 098.07.261055.9 6 =1.67 105N mm tgffFFcz222 1 c o ss inc o s 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 21 B軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4-3 軸的結(jié)構(gòu)示意圖 a.確定軸上零件的裝配方案 b.確定軸的最小直徑 mind ,軸端處僅受轉(zhuǎn)矩 ,直徑最小 a)估算軸的最小直徑 mind 45 鋼調(diào)質(zhì)處理 ,查表 11.3 確定軸的 A 值 ,A=133 144 43m in 11 nPAd (4-28) 式中： 空心軸的內(nèi)徑與外徑之比 43m i n 6.01 11 5 0 030144133 d =50.5 54.6mm 單鍵槽軸徑應(yīng)增大 5% 7%,即增大至 53.0 58.4 b）確定軸的最小直徑 mind 應(yīng)滿足 mind min0d=53.0 58.4mm 所以取 mind =60mm mmd 670 mmd 107min c)選擇滾動(dòng)軸承型號(hào) 查軸承樣本 ,選用型號(hào) 7224C 的角接觸球軸承 ,其內(nèi)徑 d=120mm,外徑D=215mm,寬度 B=40mm，選用型號(hào) 30224 的圓錐滾子軸承 ,其內(nèi)徑 d=120mm,外徑 D=215mm,寬度 B=40mm 4.7.2 對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核 A求軸上載荷 a計(jì)算齒輪受力 齒輪分度圓直徑 cos33 mzd =6 37/cos19.95=234.04mm 圓周力 800 型立式沉降離心機(jī) 22 332 dTFt =2 1.746 105/234.04=1492.05N 徑向力 co stanntr aFF = 95.19c o s20ta n05.1492 =577.73N 軸向力 tanta FF = 95.19tan05.1492 =1492.05 0.363=541.49N aF對(duì)軸心產(chǎn)生的彎矩 23dFM aa =541.49 234.04/2=63376.6N mm b求支反力 軸承的支點(diǎn)位置 由 30224 圓錐磙子軸承查手冊(cè) a =40mm 齒寬中點(diǎn)距上下支點(diǎn)距離 2L 72mm 齒寬中點(diǎn)距支點(diǎn)距離 3L 60/2+309=339mm 左支點(diǎn)水平面的支反力 0 DM , 3231 LLFLF tNH =(339 1492.05)/(72+339)=1230N 右支點(diǎn)水 平面的支反力 0 DM , 3231 LLFLF tNH =(72 1492.05)/(72+339) =261N 左支點(diǎn)垂直面的支反力 2121 LLMFLF arNV =(339 577.7+63376.6)/ (72+339) =1121N 右支點(diǎn)垂直面的支反力 2112 LLMFLF arNV = (72 577.7+63376.6)/ (72+339) =255N 右支點(diǎn)軸向 反力aNV FF 1 B. 繪制彎矩圖和扭矩圖 截面 C 處水平面彎矩 11 LFM NHH =1230 72=47952N mm 截面 C 處垂直面彎矩 111 LFM NVV =1121 72=68904 N mm 222 LFM NVV =765 101=77265 N mm 截面 C 處合成彎矩 222 121 6890447952 vH MMM =70552.8 N mm 222 222 7 7 2 6 54 7 9 5 2 vH MMM =90935.6 N mm C. 彎扭合成強(qiáng)度校核 通過只校核軸上受到的最大彎矩 ,扭矩 ,抗拉的截面的強(qiáng)度 危險(xiǎn)截面 C 處計(jì)算彎矩 考慮啟動(dòng)、停機(jī)影響，扭矩為脈沖循環(huán)變應(yīng)力 , 6.0 , 222321 1 7 4 6 0 06.08.7 0 5 5 2 TMM ca =126302.6 N mm 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 23 截面 C處計(jì)算應(yīng)力 3401.06.126302 WM caca =19.7MPa 強(qiáng)度校核 45鋼調(diào)質(zhì)處理 ,由表 11.2 查得 1=60Mpa caS 疲勞強(qiáng)度合格 F. 抗壓強(qiáng)度校核 2 mRFc = 22601 5 0 035.025 mkg =206169.69N 2 1 5 6.08.01 9 7 8 1.08.02 0 7 9.09 7 8 1.069.2 0 6 1 6 92 zF =241347.01N 45鋼 MPa190 M P a NFr z 102 01.2 4 1 3 4 72 =60.2mm 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 25 5.結(jié)論 800 型立式沉降離心機(jī)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較復(fù)雜的設(shè)計(jì)，它是以工廠現(xiàn)行生產(chǎn)的臥式沉