GDC956160工業(yè)對輥成型機(jī)的設(shè)計【8張圖紙】
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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第95頁1 概述1.1型煤發(fā)展方向1.1.1發(fā)展型煤產(chǎn)業(yè)的重要性 我國的礦物能源資源中,以煤最為豐富,全國第二次煤田預(yù)測資料數(shù)據(jù)顯示,埋深在l000m以內(nèi)的煤炭總資源量為26000億t。中國是世界上少數(shù)幾個一次能源以煤為主的國家之一。我國每年僅以燃燒方式消耗的煤就達(dá)11億t,占煤炭年總產(chǎn)量的80左右。在一次能源消費構(gòu)成中,煤約占75,而其中全國的工業(yè)鍋爐(約40萬臺)、工業(yè)窯爐(16萬座)年耗煤量就達(dá)4億t,占直接燃燒方式耗煤量的13還多。以上數(shù)據(jù)表明,煤炭是中國一次能源的支柱。據(jù)有關(guān)資料介紹,我國一次能源的資源結(jié)構(gòu)中,煤炭與石油、天然氣、水電及核電等相比,在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢將探明的一次能源保有儲量折算為標(biāo)煤計,煤炭占90以上。據(jù)一雜志介紹,全球陸地能源中,目前探明的石油和天然氣儲量在2020年前將基本開采殆盡,個別地區(qū)也至多延續(xù)到2060年,探明的鈾儲量也將在2030年前開采完畢。所以很多專家認(rèn)為,在未來的相當(dāng)長時間內(nèi)中國以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)不會有較大改變。 煤炭是我國一次能源的主要支柱,但煤炭資源又是有限的且不可再生的礦物資源,因此煤炭工業(yè)必須走可持續(xù)發(fā)展的道路。煤炭工業(yè)走可持續(xù)發(fā)展道路是指在確保為國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)提供品質(zhì)潔凈、數(shù)量充足的煤炭、煤制品的同時,要提高煤炭資源的利用率,保護(hù)我們賴以生存的地球大氣環(huán)境免受污染。型煤技術(shù)在近期內(nèi)是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的重要組成部分。1.1.2型煤產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的現(xiàn)狀 過去人們對型煤的認(rèn)識很浮淺,沒有從防治污染、發(fā)展工業(yè)、提高經(jīng)濟(jì)效益的高度上去認(rèn)識它的重要性。我國工業(yè)型煤的生產(chǎn)是從50年代開始的,當(dāng)時只能生產(chǎn)粘土煤球、紙漿煤球。60年代后,由于化肥廠生產(chǎn)的需要,氣化型煤得到開發(fā),把無煙煤粉成型用于中、小化肥廠造氣,替代無煙塊煤。“八五”期間,國家把型煤列為重點科研攻關(guān)項目,進(jìn)行了大量的實驗研究,型煤產(chǎn)業(yè)開始發(fā)展起來。從這時起,山西才開始起步研究,開發(fā)、生產(chǎn)型煤。近兩年內(nèi),從省會太原市到各地區(qū)都紛紛行動起來,研究型煤技術(shù)、設(shè)備、工藝、粘結(jié)劑等,并建了一些生產(chǎn)線。據(jù)不完全統(tǒng)計,全省有100余家型煤廠家,研制出的粘結(jié)劑也有150多種,型煤產(chǎn)品銷售到山西、山東、天津等地,用于化肥廠造氣和工業(yè)鍋爐、窯爐及民用燃燒。但由于粘結(jié)劑技術(shù)還不過關(guān)、機(jī)械設(shè)備還不配套、生產(chǎn)規(guī)模小等原因,致使型煤產(chǎn)業(yè)沒有大規(guī)模地發(fā)展起來。 我國型煤技術(shù)從民用型煤技術(shù)開始逐步發(fā)展,現(xiàn)已實現(xiàn)商品化,技術(shù)達(dá)到國際水平,工業(yè)燃料型煤日臻完善,工業(yè)原料型煤(氣化型煤)已有很大進(jìn)展。“九五”型煤技術(shù)攻關(guān)項目共12個子課題,從基礎(chǔ)理論、成型工藝參數(shù)、粘結(jié)劑和添加劑的優(yōu)化選擇、合理的工藝設(shè)計、成套設(shè)備的選型改進(jìn)與研制、計量定量的研制、型煤后處理以及型煤的質(zhì)量控制指標(biāo)和檢測方法研究等一系列成套型煤技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。這一攻關(guān)項目完成后將會大大提高我國工業(yè)型煤技術(shù)水平,逐步實現(xiàn)工業(yè)型煤的產(chǎn)業(yè)化、商品化。1.2國內(nèi)外型煤發(fā)展概況能源與環(huán)境是當(dāng)今世界的熱門課題,它不僅影響本國人民的生存與發(fā)展,也將對人類賴以生存和發(fā)展的地球產(chǎn)生影響。因此,中國在21世紀(jì)的能源發(fā)展既要保持需求、資源、財力等之間的平衡,也要保持能源生產(chǎn)、消費和生態(tài)之間的平衡。我國一次能源以煤為主的格局在相當(dāng)長的時期內(nèi)難以改變,未來能源環(huán)境問題突出。展望能源科技和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可能達(dá)到的水平,在相當(dāng)長的時期內(nèi)新能源和再生能源、水電和核電的發(fā)展與推廣尚不足以影響煤炭的主導(dǎo)地位。這種以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)的主要制約因素是大氣污染物排放量超過可接受的水平。出路在于發(fā)展以煤炭高效、潔凈利用為宗旨的潔凈煤技術(shù)。型煤是以煤炭高效潔凈利用為宗旨的潔凈煤技術(shù)之一。國內(nèi)外在型煤技術(shù)的研究、開發(fā)及應(yīng)用方面取得了一定的進(jìn)展。1.2.1國外型煤概況許多國家如德、日、前蘇聯(lián)、美、英、法、韓國等,都設(shè)有型煤研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠。在褐煤成型、型焦生產(chǎn)、鍋爐和機(jī)車型煤應(yīng)用等方面,取得了許多成果。早在1877年,德國就在萊葸礦區(qū)建成第一個褐煤磚廠。1979年東德生產(chǎn)褐煤磚4880萬t,西德617萬t,在黑水泵褐煤基地建立了l100萬t年的型煤廠。德國除褐煤無粘結(jié)劑高壓成型外,還采用三種熱壓成型工藝生產(chǎn)型焦,建有年產(chǎn)150萬t以上的熱壓型焦廠??甓鞴?KOPPERN)制造的對輥成型機(jī),其生產(chǎn)能力達(dá)150th,是世界上單機(jī)生產(chǎn)能力最高的。日本30年代從德國引進(jìn)型煤技術(shù),建成年產(chǎn)315萬t的型煤廠,供鐵路機(jī)車使用。1971年機(jī)車型煤用量占用煤總量的79,型煤廠有36座。1975年鐵路實現(xiàn)電氣化后,型煤技術(shù)轉(zhuǎn)向冶金、化工和民用等方面,成立了型煤研究室,保留21個型煤廠,總能力為140萬t年。日本研制成功的點火蜂窩煤和煤球,只要一根火柴就能點燃,使用十分方便。日本開發(fā)的輥壓造粒機(jī),成型壓力可達(dá)2tcm44tcm2,生產(chǎn)的無煙燃料生物質(zhì)型煤,含水量低,省去了干燥工序。英國自“倫敦?zé)熿F事件”后,研究開發(fā)了多種型煤工藝,制取無煙燃料供家庭炊事或取暖,成功地解決了煤煙污染。英國還有型焦生產(chǎn)廠,年產(chǎn)能力達(dá)100萬t,采用3種熱壓成型工藝生產(chǎn)型焦。美國采用FMC型焦工藝,用非煉焦煤制取冶金用焦,在懷俄明州建有研究基地和生產(chǎn)廠,研究了世界150個煤種,其中50個煤種已在中試廠生產(chǎn)出型煤產(chǎn)品。美國還生產(chǎn)燒烤型煤,以木炭和煤為主要原料壓制成型,供旅游野炊用。美國的燒烤用型煤每年銷量為74萬80萬t,少量從澳大利亞進(jìn)口。法國1861年就建有型煤廠,1976年生產(chǎn)能力達(dá)400萬t。目前有6個型煤廠,粘結(jié)劑采用煙煤瀝青或石油瀝青,型煤經(jīng)熱處理后成為無煙燃料。韓國擁有240家蜂窩煤廠,日產(chǎn)量達(dá)5萬余t,供取暖和炊事,1985年銷售量為2300萬t,預(yù)測到2000年將發(fā)展到3300萬t,而市場需求量約4400萬t,仍有缺口。國外型煤早已有成熟的技術(shù),聯(lián)合國能源組織把型煤視為節(jié)能減污的有效途徑予以推廣。70年代石油危機(jī)后,型煤科研工作進(jìn)一步得到重視,19691980年型煤發(fā)明專利每年為13項,19801983年增加到每年70多項。1989年亞太經(jīng)互會在菲律賓召開了主題為“型煤開發(fā)與環(huán)境效益”的煤炭利用專家會議。1992年聯(lián)合國召開環(huán)境與發(fā)展大會提出,在以煤炭為主要能源的國家,發(fā)展型煤是減少大氣污染、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。1963年世界型煤產(chǎn)量達(dá)到頂峰。隨著石油、天然氣、核電、水電、新能源及再生能源的產(chǎn)量不斷增加,工業(yè)發(fā)達(dá)國家減少了煤炭能源的用量,只占全部能源的2025,重點轉(zhuǎn)向粉煤流化床鍋爐的研究,減少了型煤的用量。1.2.2 國內(nèi)型煤概況 國外的型煤生產(chǎn)多采用無粘結(jié)劑高壓成型工藝或熱壓成型工藝,原因是所用原料多為變質(zhì)程度較輕的褐煤。我國的煤炭變質(zhì)程度較深宜采用粘結(jié)劑低壓成型,既可簡化成型工藝,也可降低生產(chǎn)成本。 60年代,為解決小化肥焦炭和無煙塊煤供應(yīng)不足的問題,國內(nèi)開發(fā)了多種型煤工藝,生產(chǎn)的型煤提供了全國化工業(yè)60的原料。目前,廣泛采用石灰碳化煤球造氣的化肥廠,全國約建有800套粉煤成型裝置。紙漿廢液粘土煤球和棒狀型煤,已在氮肥廠及其他行業(yè)的煤氣發(fā)生爐、工業(yè)窯爐推廣應(yīng)用。 70年代北京煤化所開發(fā)的腐植酸煤球已用于10余家小化肥廠;研究開發(fā)的優(yōu)質(zhì)化肥造氣用型煤,在韶山氨肥廠進(jìn)行了造氣工業(yè)性試驗,所用粘結(jié)劑來源廣、價廉、對煤種適應(yīng)性強(qiáng),且基本不增加灰分,型煤質(zhì)量好。該種型煤用于生產(chǎn)燃?xì)獾幕旌厦簹獍l(fā)生爐也很理想,湖南漣邵和寧夏大武口正籌建年產(chǎn)5萬t的生產(chǎn)線。北京煤化所研制鈣系復(fù)合粘結(jié)劑煤泥防水煤球,已成功地用于水煤氣兩段爐氣化,為我國每年生產(chǎn)的幾千萬噸煤泥的有效利用開辟了新的途徑。吉林梅河口玻璃廠用褐煤煤球造氣,氣化指標(biāo)優(yōu)于褐煤塊煤。合肥煤氣公司用工業(yè)廢液加改性粘土做粘結(jié)劑,研制了氣化型煤,在阜新33m兩段爐上,進(jìn)行了低負(fù)荷試驗,其質(zhì)量有待進(jìn)一步改進(jìn)。鞍山熱能研究院曾對冷壓成型熱氧處理工藝進(jìn)行研究,以焦油或焦油渣作粘結(jié)劑,在熱氧化處理溫度為160度350度條件下生產(chǎn)氣化型煤。工業(yè)型煤的開發(fā)與應(yīng)用遠(yuǎn)不及民用型煤。目前,工業(yè)型煤的應(yīng)用僅限于小氮肥廠的碳化煤球和小高爐型焦,生產(chǎn)規(guī)模亦不大;工業(yè)鍋爐、機(jī)車、窯爐用型煤在示范或商業(yè)性示范階段,雖然在礦區(qū)和城市建了許多型煤廠,但生產(chǎn)成本高,難以維持正常生產(chǎn)。工業(yè)型煤年產(chǎn)量約2200萬t,其技術(shù)還有一些不足,特別是粘結(jié)劑的開發(fā)還很薄弱。1.3對輥成型機(jī)的發(fā)展概況1.3.1對輥成型機(jī)的發(fā)展展?fàn)顩r對輥式輥壓成型機(jī)于19世紀(jì)下半葉在歐洲誕生。第一臺能夠成功運轉(zhuǎn)的輥壓成型機(jī)在1870年末期由比利時的Loiseau制造并被安裝在美國的里奇蒙得港的一家成型廠。然而,大多數(shù)早期的其他開發(fā)工作已在歐洲展開,并且在19世紀(jì)末在比利時、法國和德國巳達(dá)到非常高的應(yīng)用水平。表1表明了在德國產(chǎn)煤區(qū)硬煤成型的發(fā)展情況,從1900年一1910年的10年間其輥壓成型機(jī)數(shù)量成倍增長,到1910年達(dá)到243臺,年產(chǎn)型煤400萬t。 德國哈汀根魯爾的KOPPERN公司是從1898年開始制造輥壓成型機(jī)并至今仍在從事這項業(yè)務(wù)的為數(shù)不多的公司之一,該公司1901年制造出了它的第一臺用于硬煤成型的輥壓成型機(jī)。該機(jī)有一套旋轉(zhuǎn)布料裝置以穩(wěn)定兩個成型輥的人料,兩個成型輥由安裝在軸中心的寬大而堅固的正齒輪維持同步,兩個分離的壓輥具有相同的尺寸(直徑650mm,寬度280mm)。這樣一臺機(jī)器其壓輥轉(zhuǎn)速為65rpm,每h可生產(chǎn)6t相對小一些的(1550)g用于家庭取暖的硬煤型煤。在20世紀(jì)20年代早期,德國硬煤成型開始滑坡,二戰(zhàn)結(jié)束后煤炭成型又產(chǎn)生短期的復(fù)蘇,大型的成型機(jī)被投入使用。例如,在1956年,l3的成型機(jī)的產(chǎn)量是910年的成型機(jī)產(chǎn)量的2倍以上。此后不久,石油和天然氣在許多加熱用途方面顯然取代了煤炭,尤其是家庭取暖,因而在生產(chǎn)的煤炭成型廠的數(shù)量急劇萎縮。今天,在工業(yè)化國家里,大多數(shù)常規(guī)的煤炭成型廠業(yè)已停業(yè)并被拆除,其結(jié)果是,許多提供煤炭輥壓成型機(jī)的公司破產(chǎn)或開始生產(chǎn)其他用途的成型設(shè)備,但是,KOPPERN公司作為一個杰出的供應(yīng)商,至今仍在積極從事設(shè)計和制造輥壓成型機(jī)以及型煤設(shè)備。1.3.2對輥成型機(jī)的成型機(jī)理 煤炭的常規(guī)成型使用熱塑性粘結(jié)劑和塑性相當(dāng)好的人料,在物料進(jìn)入輥壓成型機(jī)的給料器之前,由混合物料散出的揮發(fā)物排放到臥式螺旋運輸中。適度溫?zé)?、可塑的煤和粘結(jié)劑的混合物的成型,更確切地講是使其具有一定的外形而僅僅是使其致密,因此,所需的單位壓力相對較低。例如所用的壓力除以輥寬被描述為kNcm,因此使用較小的軸承和使用較寬壓輥的成型機(jī)也有很大的生產(chǎn)能力。由于成型和型煤質(zhì)量隨壓輥的直徑增加而改善,機(jī)器的輥徑一般大于750mm,通常為l000mm或1400mm。決定型煤形狀的球窩是用電化學(xué)研磨法(ECM)加工的。這種加工技術(shù)可以任意選擇壓模的形狀和大小。粉煤成型,將6mm以下煤粉在機(jī)械外加粘結(jié)劑或快速加熱到膠質(zhì)狀態(tài)下加壓成具有一定形狀、盡寸、特定物理化學(xué)性能和不同用途產(chǎn)品的工藝過程。粉煤成型的產(chǎn)品稱型煤。傳統(tǒng)的粉煤成型是將粉煤加工成幾何形狀、尺寸和機(jī)械強(qiáng)度相近、貯存后質(zhì)量保持穩(wěn)定和型煤?,F(xiàn)代粉煤成型主要是“改變”粉煤的物理化學(xué)性質(zhì),使之成為優(yōu)質(zhì)的工業(yè)原料和潔凈的能源?,F(xiàn)代粉煤成型以煤化學(xué)和煤的機(jī)械加工工藝學(xué)為基礎(chǔ),以燃燒理論、煤的技術(shù)、傳熱學(xué)原理和環(huán)保工程等為指導(dǎo),以工業(yè)鍋爐和窯爐等相關(guān)行業(yè)的設(shè)備特性和工藝原理為依據(jù)。 成型機(jī)理:煤炭成型時,粘結(jié)劑與煤粒之間的作用是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。不僅與粘結(jié)劑和煤炭本息的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)有關(guān),而且和成型條件密切相關(guān)。由于煤具有以非極性表面為主,煤表面有一定粗糙度和孔隙、潤濕性差且疏水性強(qiáng)、成型時可利用煤本身的粘結(jié)性或外粘結(jié)劑,采用適宜的成型粒度、水分在一定的壓力作用下,克服煤的彈性,使煤粒之間互相靠近,產(chǎn)生塑性變形,并被此粘結(jié)成型。 成型工藝:成型原料性質(zhì)有同,成型時需要采用不同的成型工藝。煤炭成型按成型的工藝條件分為冷壓成型、熱壓成型和球團(tuán)成型。 冷壓成型是在型煤配合料溫度低于100的條件下成型的工藝,包括無粘結(jié)劑成型和粘結(jié)劑成型兩種工藝。是粉煤成型 的主要方法。型煤配合料是由粉煤、粘結(jié)劑和添加劑按比例配合成性能符合成型要求的物料。 無粘結(jié)劑成是不用粘結(jié)劑的成型工藝,按成型壓力大小可分為低壓成型、中壓成型和高壓成型。成型壓力小于50MPa的成型叫低壓成型,主要用于生產(chǎn)無煙煤濕棒作合成氨原料,也用于含泥頁巖的煤成型,這種成型方法未獲廣泛應(yīng)用;成型壓力為50100MPa的成型叫中壓成型,主要供無煙煤和泥炭配型叫高壓成型,主要用于年輕褐煤或中年褐煤的成型,是成熟的成型方法。粘結(jié)劑成型是在成型過程中外加粘結(jié)劑等添加劑的成型工藝。所使用的粘結(jié)劑包括有機(jī)物粘結(jié)劑、無機(jī)物粘劑和復(fù)合物粘結(jié)劑。包括物理成型和化學(xué)成型兩種。物理成型是粘結(jié)劑在成型過程中只起粘結(jié)作用。化學(xué)成型是粘結(jié)劑在成型和型煤固結(jié)過程中發(fā)生化學(xué)變化而起粘結(jié)作用,為石灰碳酸化型煤的成型方法。 熱壓成型是利用型煤配合料在高速加熱到大量形成膠質(zhì)體的溫度,膠質(zhì)體作粘結(jié)劑,在出現(xiàn)塑性變形進(jìn)以膠質(zhì)體作粘結(jié)劑加壓成型的工藝。這種成型方法多用來生產(chǎn)型焦。 球團(tuán)法成型是在粘結(jié)劑和水的作用下,型煤配合料無需加壓力,在圓盤式或滾筒式球團(tuán)成型機(jī)中滾動成型。成型產(chǎn)品是球團(tuán)。2.基本參數(shù)的確定2.1選擇電動機(jī)2.1.1選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式按工作條件和要求,選用一般用途的Y系列三相異步電動機(jī),為臥式封閉結(jié)構(gòu)。2.1.2選擇電動機(jī)的容量輥子轉(zhuǎn)速:n=810r/min輥子圓周速度:v=0.40.5m/s=n/30 v=rr= =478mm輥輪周長:L=3001.84mm型煤比重:1.35g/cm型球體積:505032=80000 mm單個煤球重量為:G=0.108kg型球分布個數(shù)N:N=540 個規(guī)定每個型球間隔為: 5.5mm輥子寬度:5010+50511+250=649.5mm總成型壓力:F=3064.95=1948.5KN輥子承受的合力矩:M=Fe =1948.550=97425Nm工作機(jī)所需的功率:P=式中 T=97425Nm n=10 r/min 代入上式得 P=KW電動機(jī)所需功率:P=P/從電動機(jī)到輥輪主軸之間的傳動裝置的總效率:=式中 =0.95 V帶傳動效率 =0.99 聯(lián)軸器效率 =0.98 軸承效率 =0.97 齒輪傳動效率代入上式得 =0.950.990.980.97 =0.73 =P/=102.0157/0.73=139.75kw選擇電動機(jī)額定功率PP,根據(jù)傳動系統(tǒng)圖和推薦的傳動比合理范圍,V帶傳動的傳動比24單級圓柱齒輪傳動比 36所以選擇Y315M2-4電動機(jī),額定功率160kw,滿載轉(zhuǎn)速1490 r/min。2.2計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比2.2.1傳動裝置的總傳動比=1492.2.2分配各級傳動比該傳動裝置中使用的是三級圓柱齒輪減速器,考慮到以下原則:1)使各級傳動的承載能力大致等(齒面接觸強(qiáng)度大致相等)2)使減速器能獲得最小外形尺寸和重量3)使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等,潤滑最為簡便選擇三級圓柱齒輪減速器的傳動比為49.6,根據(jù)經(jīng)驗高速級傳動比為低速級傳動比的1.31.4倍,因此粗略分配各級齒輪傳動比如下:=4.78 =3.67 =2.83輥輪的直徑為956mm,兩輥輪這間的間隙取1mm,所以兩輥輪的中心距為957mm 。則V帶傳動的傳動比為3。3.V帶設(shè)計計算3.1確定計算功率根據(jù)工作情況 查表12-12選擇工況系數(shù)設(shè)計功率 3.2選擇帶型根據(jù)和 選擇開口傳動15N窄V帶(有效寬度制)3.3確定帶輪基準(zhǔn)直徑小帶輪的基準(zhǔn)直徑 參考表12-19和圖12-4取 傳動比 =3取彈性滑動系數(shù) 大帶輪基準(zhǔn)準(zhǔn)直徑 取標(biāo)準(zhǔn)值 實際轉(zhuǎn)速 實際傳動比 3.4驗算帶的速度 3.5初定中心距 取3.6確定基準(zhǔn)長度 由表12-10選取相應(yīng)基準(zhǔn)長度 3.7確定實際軸間距 安裝時所需最小軸間距 張緊或補償伸長所需最大軸間距 3.8驗算小帶輪包角 3.9單根V帶的基本額定功率 根據(jù)和 由表12-17m查得15N型窄V帶。考慮傳動比的影響,額定功率的增量由表12-17m查得3.10V帶的根數(shù) 由表12-13查得由表12-16查得 根取9根3.11單根V帶的預(yù)緊力 由表12-14查得m=0.2kg/m =655.3 N3.12帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸小帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸由Y315M-2-4電動機(jī)可知,其軸伸直徑,長度,故帶輪軸孔直徑應(yīng)取,轂長應(yīng)小于.由表12-22查得,小帶輪結(jié)構(gòu)為實心輪 由V帶的實際傳動比,對減速器的傳動比進(jìn)行重新分配。 傳動裝置總傳動比 V帶傳動傳動比 則三級減速器的傳動比為 根據(jù)計算可知三級圓柱齒輪減速器的傳動比為47.6,根據(jù)經(jīng)驗高速級傳動比為低速級傳動比的1.31.4倍,因此粗略分配各級齒輪傳動比如下:=3.95 =3.674 =3.284.基本參數(shù)計算4.1各軸的轉(zhuǎn)速軸 軸 軸 軸 4.2各軸功率軸 = =軸 軸 軸 4.3各軸轉(zhuǎn)矩軸 軸 軸 軸 5.減速器設(shè)計計算5.1 I軸齒輪設(shè)計計算5.1.1選擇齒輪材料 小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 5662 大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 5662齒輪的疲勞極限應(yīng)力按中等質(zhì)量(MQ)要求從圖14-32和圖14-24中查得 參考我國試驗數(shù)據(jù)(表14-45)后,將適當(dāng)降低:5.1.2初定齒輪主要參數(shù)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度估算齒輪尺寸,計算模數(shù) 按表14-34,并考慮傳動比,選用小齒輪齒數(shù)=20,大齒輪齒數(shù) 圓整取 =79按表14-33,選齒寬系數(shù)由圖14-14查得大小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)(時) 由于輪齒單向受力,齒輪的許用彎曲應(yīng)力 由于,故按小齒輪的抗彎強(qiáng)度計算模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。則齒輪中心距 由于單件生產(chǎn),不必取標(biāo)準(zhǔn)中心距,取。準(zhǔn)確的螺旋角 工作齒寬 為了保證,取。齒輪圓周速度 按此速度查表14-78,齒輪精度選用8級即可,但為了提高傳動質(zhì)量,降低噪聲.采用滲碳淬火后磨齒工藝,取齒輪精度8-7-7(GB10095-1988)校核重合度縱向重合度 (圖14-8) 端面重合度 (圖14-3) 總重合度 5.1.3校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 分度圓上的切向力 由表14-39查得使用系數(shù) 動載荷系數(shù)式中 (表14-40)齒數(shù)比將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算式 齒向載荷分布系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù),根據(jù) 查表14-43 得節(jié)點區(qū)域系數(shù),按和查圖14-11 得材料彈性系數(shù)查表14-44 得重合度系數(shù) 查圖14-12 得螺旋角系數(shù) 查圖14-13 得 由于可取 計算接觸強(qiáng)度強(qiáng)度安全系數(shù) 式中各系數(shù)的確定計算齒面應(yīng)力循環(huán)數(shù) 按齒面不允許出現(xiàn)點蝕,查圖14-37 得壽命系數(shù) 潤滑油膜影響系數(shù) 查表14-47 得 齒面工作硬化系數(shù) 按圖14-39 查得尺寸系數(shù) 按,查圖14-40 得將以上數(shù)據(jù)代入計算式 由表14-49,按一般可靠度要求,選用最小安全系數(shù)。和均大于,故安全。表 1 軸齒輪基本參數(shù) 幾何尺寸分度圓直徑dd=mZ160632齒頂高h(yuǎn)aha=ha*m88齒根高h(yuǎn)fhf=(ha*+c*)m1010齒全高h(yuǎn)hf=(2ha*+c*)m1818齒頂圓直徑dada=(2ha*+Z)m176176齒根圓直徑dfda=(z-2ha*-2c*)m140612基圓直徑dbdb=dcosa=mzcosa150.4593.9齒距pp=3.14m25.1225.12齒厚ss=3.14m/212.5612.56齒槽寬es=3.14m/212.5612.56基圓齒距pbpb=pcosa23.623.6法向齒距pnpn=pb=cosa23.623.6頂隙cc=c*m22嚙合計算中心距aa=(d2+d1)396396傳動比i12i12=Z2/Z13.953.95 5.2軸齒輪設(shè)計計算5.2.1選擇齒輪材料 小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 5662 大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 5662齒輪的疲勞極限應(yīng)力按中等質(zhì)量(MQ)要求從圖14-32和圖14-24中查得 參考我國試驗數(shù)據(jù)(表14-45)后,將適當(dāng)降低:5.2.2 初定齒輪主要參數(shù)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度估算齒輪尺寸,計算模數(shù) 按表14-34,并考慮傳動比,選用小齒輪齒數(shù)=21,大齒輪齒數(shù) 選77按表14-33,選齒寬系數(shù)由圖14-14查得大小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)(時) 由于輪齒單向受力,齒輪的許用彎曲應(yīng)力 由于,故按小齒輪的抗彎強(qiáng)度計算模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。則齒輪中心距 由于單件生產(chǎn),不必取標(biāo)準(zhǔn)中心距,取。齒輪分度圓直徑 工作齒寬 為了保證,取。齒輪圓周速度 按此速度查表14-78,齒輪精度選用8級即可,齒輪精度8-7-7(GB10095-1988)校核重合度縱向重合度 (圖14-8) 端面重合度 (圖14-3) 總重合度 5.2.3校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 分度圓上的切向力 由表14-39查得使用系數(shù) 動載荷系數(shù)式中 (表14-40)齒數(shù)比將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算式 齒向載荷分布系數(shù) 齒向載荷分配系數(shù),根據(jù) 查表14-43 得節(jié)點區(qū)域系數(shù),按和查圖14-11 得材料彈性系數(shù)查表14-44 得重合度系數(shù) 查圖14-12 得螺旋角系數(shù) 查圖14-13 得 由于可取 計算接觸強(qiáng)度強(qiáng)度安全系數(shù) 式中各系數(shù)的確定計算齒面應(yīng)力循環(huán)數(shù) 按齒面不允許出現(xiàn)點蝕,查圖14-37 得壽命系數(shù) 潤滑油膜影響系數(shù) 查表14-47 得 齒面工作硬化系數(shù) 按圖14-39 查得尺寸系數(shù) 按,查圖14-40 得將以上數(shù)據(jù)代入計算式 由表14-49,按一般可靠度要求,選用最小安全系數(shù)。和均大于,故安全。表 2 軸齒輪基本參數(shù) 幾何尺寸 分度圓直徑dd=mZ210770齒頂高h(yuǎn)aha=ha*m1010齒根高h(yuǎn)fhf=(ha*+c*)m12.512.5齒全高h(yuǎn)hf=(2ha*+c*)m22.522.5齒頂圓直徑dada=(2ha*+Z)m230790齒根圓直徑dfda=(z-2ha*-2c*)m185745基圓直徑dbdb=dcosa=mzcosa197.3723.6齒距pp=3.14m31.431.4齒厚ss=3.14m/215.715.7齒槽寬es=3.14m/215.715.7基圓齒距pbpb=pcosa29.529.5法向齒距pnpn=pb=cosa29.529.5頂隙cc=c*m2.52.5嚙合計算中心距aa=(d2+d1)490490傳動比i12i12=Z2/Z13.673.675.3軸齒輪設(shè)計計算5.3.1選擇齒輪材料 小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 5662 大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 5662齒輪的疲勞極限應(yīng)力按中等質(zhì)量(MQ)要求從圖14-32和圖14-24中查得 參考我國試驗數(shù)據(jù)(表14-45)后,將適當(dāng)降低:5.3.2 初定齒輪主要參數(shù)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度估算齒輪尺寸,計算模數(shù) 按表14-34,并考慮傳動比,選用小齒輪齒數(shù)=21,大齒輪齒數(shù) 取56按表14-33,選齒寬系數(shù)由圖14-14查得大小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)(時) 由于輪齒單向受力,齒輪的許用彎曲應(yīng)力 由于,故按小齒輪的抗彎強(qiáng)度計算模數(shù) 按表14-2,取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。則齒輪中心距 由于單件生產(chǎn),不必取標(biāo)準(zhǔn)中心距,取。準(zhǔn)確的螺旋角 工作齒寬 為了保證,取。齒輪圓周速度 按此速度查表14-78,齒輪精度選用8級即可,齒輪精度8-7-7(GB10095-1988)校核重合度縱向重合度 (圖14-8) 端面重合度 (圖14-3) 總重合度 5.3.3 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 分度圓上的切向力 由表14-39查得使用系數(shù) 動載荷系數(shù)式中 (表14-40)齒數(shù)比將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算式 齒向載荷分布系數(shù) 齒向載荷分配系數(shù),根據(jù) 查表14-43 得節(jié)點區(qū)域系數(shù),按和查圖14-11 得材料彈性系數(shù)查表14-44 得重合度系數(shù) 查圖14-12 得螺旋角系數(shù) 查圖14-13 得 由于可取 計算接觸強(qiáng)度強(qiáng)度安全系數(shù) 式中各系數(shù)的確定計算齒面應(yīng)力循環(huán)數(shù) 按齒面不允許出現(xiàn)點蝕,查圖14-37 得壽命系數(shù) 潤滑油膜影響系數(shù) 查表14-47 得 齒面工作硬化系數(shù) 按圖14-39 查得尺寸系數(shù) 按,查圖14-40 得將以上數(shù)據(jù)代入計算式 由表14-49,按一般可靠度要求,選用最小安全系數(shù)。和均大于,故安全。表3 軸齒輪基本參數(shù) 幾何尺寸分度圓直徑dd=mZ272896齒頂高h(yuǎn)aha=ha*m1616齒根高h(yuǎn)fhf=(ha*+c*)m2020齒全高h(yuǎn)hf=(2ha*+c*)m3636齒頂圓直徑dada=(2ha*+Z)m304928齒根圓直徑dfda=(z-2ha*-2c*)m224848基圓直徑dbdb=dcosa=mzcosa252.5842齒距pp=3.14m50.2450.24齒厚ss=3.14m/225.1225.12齒槽寬es=3.14m/225.1225.12基圓齒距pbpb=pcosa47.2147.21法向齒距pnpn=pb=cosa47.2147.21頂隙cc=c*m44嚙合計算中心距aa=(d2+d1)584584傳動比i12i12=Z2/Z13.283.286 減速器軸的設(shè)計計算根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局,擬定軸上零件的布局和裝配方案,如圖示6.1軸的設(shè)計計算6.1.1選擇軸的材料該軸選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,其力學(xué)性能由表21-1查得 由表21-23查得6.1.2初步估算軸的的直徑 取最小軸徑為79mm6.1.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 1初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力,選取30000型圓錐滾子軸承,為了便于軸承的裝配,取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為22217型,其尺寸為,定位軸肩高度根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度軸段為d=79mm圓柱形軸伸,查表21-9,d=79mm的軸伸長。軸段直徑為,根據(jù)減速器與軸承端蓋的結(jié)構(gòu),確定端蓋總寬度為,。軸段安裝軸承,由于圓柱形軸伸的原因,采用雙列軸承,取,。軸段長度,。軸段軸肩長度,按齒輪距箱體內(nèi)壁這距離取,考慮到箱體的鑄造誤差,滾動軸承應(yīng)距箱體內(nèi)壁,取,。軸安裝軸承,6.1.4軸的受力分析作出軸的計算簡圖 軸受外力的計算軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 求支反力在水平面內(nèi)的支反力 由得 在垂直面內(nèi)的支反力 由得 彎矩和 合成彎矩M =1885473Nmm =505357Nmm扭矩T T=304958Nmm軸的強(qiáng)度計算按彎扭合成強(qiáng)度條件計算 當(dāng)量彎矩 安全 圖 26.1.5軸的強(qiáng)度計算按彎扭合成強(qiáng)度條件計算 當(dāng)量彎矩 安全 按安全系數(shù)校核計算 截面D為危險截面,其應(yīng)力幅為 式中 W為抗彎截面系數(shù) 考慮彎矩作用時的疲勞強(qiáng)度6.2軸的設(shè)計計算根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局,擬定軸上零件的布局和裝配方案,如圖示6.2.1選擇軸的材料 選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,其力學(xué)性能由表21-1查得 由表21-23查得6.2.2初步估算軸的的直徑 取軸徑為130mm6.2.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力,選取30000型圓錐滾子軸承,為了便于軸承的裝配,取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為30226型,其尺寸為。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度軸段安裝軸承,取,。軸段安裝齒輪,齒輪左端采用套筒定位,右端使用軸肩定位。取軸段直徑,齒輪寬度為112mm,為了全套筒端面可靠地壓緊齒輪,軸段長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度取。軸段軸環(huán),。軸段為齒輪軸寬度取,。軸段安裝軸承, 圖 36.2.4軸的受力分析軸受外力的計算軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 求支反力在水平面內(nèi)的支反力 由得 在垂直面內(nèi)的支反力 由得 彎矩和 合成彎矩M =1927566Nmm =2196153Nmm扭矩T T=1145207Nmm6.2.5軸的強(qiáng)度計算按彎扭合成強(qiáng)度條件計算當(dāng)量彎矩 安全按安全系數(shù)校核計算截面D為危險截面,其應(yīng)力幅為 圖 4式中 W為抗彎截面系數(shù) 考慮彎矩作用時的疲勞強(qiáng)度6.3 軸的設(shè)計計算根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局,擬定軸上零件的布局和裝配方案,如圖示6.3.1選擇軸的材料選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,其力學(xué)性能由表21-1查得 由表21-23查得6.3.2初步估算軸的的直徑 取軸徑為200mm6.3.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力,選取30000型圓錐滾子軸承,為了便于軸承的裝配,取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為30240型,其尺寸為。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度軸段安裝軸承,取,。軸段安裝齒輪,齒輪左端采用套筒定位,右端使用軸肩定位。取軸段直徑,齒輪寬度為200mm,為了全套筒端面可靠地壓緊齒輪,軸段長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度取。軸段軸環(huán),。軸段為齒輪軸寬度取,。軸段安裝軸承, 圖 56.3.4軸的受力分析軸受外力的計算軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 求支反力在水平面內(nèi)的支反力 由得 在垂直面內(nèi)的支反力 由得 彎矩和 合成彎矩M =6320768Nmm =5937115Nmm扭矩T T=6761183Nmm6.3.5軸的強(qiáng)度計算按彎扭合成強(qiáng)度條件計算 當(dāng)量彎矩 安全按安全系數(shù)校核計算截面D為危險截面,其應(yīng)力幅為式中 W為抗彎截面系數(shù) 圖 6考慮彎矩作用時的疲勞強(qiáng)度6.4軸的設(shè)計計算根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局,擬定軸上零件的布局和裝配方案,如圖示6.4.1 選擇軸的材料 選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,其力學(xué)性能由表21-1查得 由表21-23查得6.4.2初步估算軸的的直徑取軸徑為280mm6.4.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力,選取30000型圓錐滾子軸承,為了便于軸承的裝配,取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為32956型,其尺寸為。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度軸段安裝軸承,取,。軸段安裝齒輪,齒輪左端采用套筒定位,右端使用軸肩定位。取軸段直徑,齒輪寬度為192mm,為了全套筒端面可靠地壓緊齒輪,軸段長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度取。軸段軸環(huán),。軸段不作安裝,僅為結(jié)構(gòu)需要。,。軸段為安裝軸承及齒輪,。 圖 76.4.4軸的受力分析軸受外力的計算軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 求支反力在水平面內(nèi)的支反力 由得 在垂直面內(nèi)的支反力 由得 彎矩和 合成彎矩M =10130482Nmm扭矩T T=12472300Nmm6.4.5軸的強(qiáng)度計算按彎扭合成強(qiáng)度條件計算當(dāng)量彎矩 安全 圖 8 按安全系數(shù)校核計算 截面D為危險截面,其應(yīng)力幅為式中 W為抗彎截面系數(shù) 考慮彎矩作用時的疲勞強(qiáng)度7 減速器鍵的校核7.1 I軸鍵的校核I軸的伸出軸d=79mm,選用圓頭普通平鍵(C型),b=25mm,h=14mm,L=160mm,I軸傳遞的扭矩T=304958Nmm.當(dāng)鍵用45鋼制造時,主要失效形式為壓潰,通常只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計算.= 合格7.2軸鍵的校核II軸的鍵用于齒輪和軸的聯(lián)接,軸徑為d=136mm,選用選用圓頭普通平鍵(C型),b=40mm,h=22mm,L=100mm,II軸傳遞的扭矩T=1145207Nmm.= 合格7.3軸鍵的校核軸的鍵用于齒輪和軸的聯(lián)接,軸徑為d=206mm,選用選用圓頭普通平鍵(C型),b=50mm,h=28mm,L=185mm,II軸傳遞的扭矩T=4000518Nmm.= 合格7.4軸鍵的校核軸的鍵用于齒輪和軸的聯(lián)接,軸徑為d=286mm,選用選用圓頭普通平鍵(A型),b=63mm,h=32mm,L=180mm,軸傳遞的扭矩T=12472300Nmm.= 合格8 減速器軸承的校核8.1驗算軸承壽命計算軸承支反力 合成支反力 軸承的派生軸向力 軸承所受的軸向載荷 軸承的當(dāng)量動載荷 , , 軸承壽命 因,故按計算 查得, 8.2驗算軸承壽命計算軸承支反力 合成支反力 軸承的派生軸向力 軸承所受的軸向載荷 軸承的當(dāng)量動載荷 , 軸承壽命因,故按計算 查得, 8.3驗算軸承壽命計算軸承支反力 合成支反力 軸承的派生軸向力 軸承所受的軸向載荷 軸承的當(dāng)量動載荷 , 軸承壽命 因,故按計算 查得, 8.4驗算軸承壽命計算軸承支反力 合成支反力 軸承的派生軸向力 軸承所受的軸向載荷 軸承的當(dāng)量動載荷 , 軸承壽命因,故按計算 查得, 9.減速器箱體設(shè)計計算9.1 箱體設(shè)計箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座,應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。由于本設(shè)計中沖擊載荷不大,箱體采用灰鑄鐵鑄造箱體。為了便于軸系零件的安裝和拆卸,箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱座用普通螺栓聯(lián)接成一整體。軸承座的聯(lián)接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承座孔,座旁的凸臺應(yīng)有足夠的承托面,并保證旋緊螺栓時需要的扳手空間。為了保證箱體有足夠的剛度,在軸承座附近加支承肋。為了保證
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