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篩面的寬度和長度是篩分機很重要的一個工藝參數。一般說來,篩面的寬度決定著篩分機的處理能力,篩面的長度決定著篩分機的篩分效率,因此,正確選擇篩面的寬度和長度,對提高篩分機的生產能力和篩分效率是很重要的。
篩面的寬度不僅受篩分機處理能力的影響,還受篩分機結構強度的影響。寬度越大,必然加大了篩分機的規格,篩分機的結構強度上需要解決的問題越多也越難,所以篩面的寬度不能任意增加。目前我國振動篩的大寬度為3.6m;共振篩的大寬度為4m。
篩面的長度影響被篩物料在篩面上的停留時間。篩分試驗表明,篩分時間稍有增加,就有許多小于篩孔的顆粒,大量穿越篩孔面透篩,所以篩分效率增加很快。試驗結果表明,篩面越長,物料在篩面上停留的時間越久,所得的篩分效率越高。
但是隨著篩分時間的增長,篩面上的易篩顆粒越來越少,留下的大部分是“難篩顆粒”,即物料的粒度尺寸接近篩孔尺寸的這些顆粒。這些難篩顆粒的透篩,需要較長的時間,篩分效率的增加越來越慢。所以,篩面長度只在一定范圍內,對提高篩分效率起作用,不能過度加長篩面長度,不然會致使篩分機結構笨重,達不到預期的效果。
一般來說,篩面長度和寬度的比值為2~3。對于粗粒級物料的篩分,篩面長度為3.5~4m;對于中細粒級物料的篩分,篩面長度為5~6m;對于物料的脫水和脫介篩分,篩面長度為6~7m;預先篩分的篩面可短些,終篩分的篩面應長些。
各國篩分機的寬度和長度尺寸系列,多數采用等差級數。它特點是:使用比較方便,尾數比較整齊。但是由于等差級數的相對差不均衡,隨著數列的增長,相對差就會急劇下降,因此,在有的篩分機系列中,只能采用兩種級數公差。
這里選金屬絲編制篩面,取篩孔尺寸為8mm,輕型鋼絲直徑d為2mm,開孔率選取為64%,長、寬比取3:1。
圓振動篩處理量的計算:
公式近似計算[7]: (4-1)
式中: ——按給料計算的處理量(t/h);
M——篩分效率修正系數,見表4—10[7];M也可按以下公式計算:
M=
——篩分效率;
——單位面積容積處理量(/·h),見表4-11[7];
——篩面計算寬度(m);
=0.95B;
B——實際篩面寬度(m);
L——篩面工作長度(m);
——物料的松散密度(t/)。
經表4-10[7]和表4-11[7],取篩分效率為98%時的M為0.27,為1.1,為13.30/·h,Q=0.5T/h,根據實際要求取篩面長度為寬度的三倍,即:L=2B,=0.95B,則:
所以 B=
取篩面的寬為330mm,長為660mm,篩面的傾斜角為20°。如圖:
電動機的選取與計算
如何合理的選擇和計算篩分電動機的傳動功率,是有重要意義的。傳動功率選擇得合適,就能保證篩分機的正常運轉。篩分機電動機功率的計算,有數種不同的辦法,下面的計算公式是其中之一[7]。
P= (4-2)
式中 P——電動機的計算功率(KW);
——參振質量(kg);
——振幅(m);
n——振動次數(r/min);
d——軸承次數(m);
C——阻尼系數,一般取C=0.2;
f——軸承摩擦系數,對滾動軸承取f=0.005;
——傳動效率,取=0.95。
根據實踐經驗,一般按下列范圍選取振幅:
圓振動篩 =2.5~4mm
這里我們任取=3mm,n=600r/min,P=5kw,d=50mm;
試求=
計算得出參振質量太大,勢必造成制造成本增大,所以,不與采用,現將P取為0.5kw,計算得出為1500.9kg,比較適合。查機械設計課程設計手冊(表12-1)[1]
,選取電動機Y801-4型,功率P為0.55kw,轉速為1390r/min,質量m=17kg。如圖:
圖4-2 電動機
軸承的選擇與計算1.1軸承的選擇
根據振動篩的工作特點,應選用大游隙單列向心圓柱滾子軸承。
取軸承內徑d=50mm,振動篩振動時,軸及軸承將受到較大的徑向承載力,而軸向力相對而言比較小,因此這里采用圓柱滾子軸承。
當量動載荷P()的一般計算公式為
P=X (4-3)
式中,X、Y分別為徑向動載荷系數和軸向動載荷系數,其值見參考文獻[2]表13-5。由表所示:X=1,Y=0;
所以:P=
實際上,在許多支撐中還會出項一些附加載荷,如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸繞曲或軸承座變形產生的附加力等等。為了計及這些影響,可對當量動載荷乘上一個根據經驗而定的載荷系數,其值參見參考文獻[2]表13-6。故實際計算時,軸承的當量動載荷應為:
P=
取=1.2,故: P=
=1.2
=17.65kw
滾動軸承壽命計算:
軸承基本額定壽命 (4-4)
n代表軸承的轉速(單位為r/min),為指數,對于球軸承,=3,對于滾子軸承,=。查機械課程設計手冊得C=69.2KN。
=
=2639.8h
計算得出來的壽命符合設計要求,故軸承內徑d取50mm,查機械課程設計手冊可得:D=90mm,B=20mm。如圖:
圖4-3 軸承
1.2軸承的壽命計算
軸承的壽命公式為:
=() (6-4)
式中: 的單位為10r
——為指數。對于球軸承,=3;對于滾子軸承,=10/3。
計算時,用小時數表示壽命比較方便。這時可將公式(4.1)改寫。則以小時數表示的軸承壽命為: =() (6-5)
式中:
——基本額定動載荷=125.74KN
——軸承轉數
——當量動負荷
選取額定壽命為6000h。
將已知數據代入公式(4.2)得:
==15249h>6000h 滿足使用要求。
因此設計中選用軸承的使用壽命為15249小時。
帶輪的設計與計算
已知大帶輪的轉速為600r/min,電動機功率為P=0.55kw,轉速為1390r/min。
小帶輪==1390r/min,所以傳動比i=
這里取傳動比i為2.3,每天工作8小時。
4.4.1 確定計算功率
由表8-7查得工作情況系數=1.2,故
=P=1.2kw=0.66kw
4.4.2 選擇V帶的帶型
根據、由圖8-10選用A型。
4.4.3 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速v
1、初選小帶輪的基準直徑。由參考文獻[2]表8-6和表8-8,取小帶輪的基準直徑=80mm。
2、驗算帶輪v。按公式計算帶輪速度:
因為5m/s<v<30m/s,故帶速合適。
3、計算大帶輪的基準直徑。根據已知,計算大帶輪的基準直徑
=i=2.380mm=184mm
根據參考文獻[2]表8-8,圓整為=180mm。
4.4.4確定V帶的中心距和基準長度
1、初定=300mm,
由表8-2選帶的基準長度=1000mm。
2、計算實際中心距。
3、驗算小帶輪上的包角
4、計算帶的根數z
計算單根V帶的額定功率。
由和=1390r/min,查表8-4a得=0.8kw。
根據=1390r/min,i=2.3和A型帶,查表8-4b的=0.17kw。
查表8-5得=0.95,表8-2得=0.89,于是
計算V帶的根數z。
所以取一根帶。
計算單根V帶的初拉力的小值
由參考文獻[2]表8-3得A型帶的單位長度質量q=0.1kg/m,所以
應用
帶的實際初拉力>。
計算壓軸力
壓軸力的小值為
=192N
如圖:
圖4-4 大帶輪
4.5 彈簧的設計與計算
選取彈簧端部結構為端部并緊,磨平,支承圈為1圈;彈簧的材料為C級碳素彈簧鋼65Mn,彈簧的振動次數n=600r/min。
取彈簧絲直徑=4mm,旋繞比C=4.5,則得曲度系數
查表得,
F=
符合要求,取d=4mm,D=Cd=18mm,。如圖:
圖4-5 彈簧
彈簧驗算
1)彈簧疲勞強度驗算
由文獻[6],圖16-9,選取
所以有:
由彈簧材料內部產生的大小循環切應力:
可得: =
由文獻[6],式(16-13)可知:
疲勞強度安全系數計算值及強度條件可按下式計算:
式中:——彈簧材料的脈動循環剪切疲勞極限
——彈簧疲勞強度的設計安全系數,取=1.3-1.7
按上式可得: ==1.3
所以此彈簧滿足疲勞強度的要求。
2)彈簧靜應力強度驗算
靜應力強度安全系數計算值及強度條件為:
式中——彈簧材料的剪切屈服極限,
——靜應力強度的設計安全系數,=1.3-1.7
所以得: =1.3
所以彈簧滿足靜應力強度。
所以此彈簧滿足要求。
4.6 軸的設計與計算
4.6.1 求輸出軸上的功率、轉速和轉矩;
于是
4.6.2 初步確定軸的小直徑
初步估計軸的小直徑。選取軸的材料為45鋼,調質處理。根據參考文獻[2]表15-3,取,于是得:
由前面的軸承和皮帶輪確定軸小直徑,這里取輸出的小直徑,也就是安裝大帶輪處的直徑。
4.6.3 軸的結構設計
1)帶輪寬度
,所以取L=48mm,取軸套長度為16mm,因此。
初步選擇軸承蓋。軸肩高度h一般取為(0.07~0.1)d,這里軸承蓋的直徑,所以:
,,取=8mm,這里為M8螺釘。
, 取m=26mm。
所以。
取主偏心塊,
因此。
3)軸承長度選取。由前面軸承計算所知,軸承長度為20mm,所以。
,是箱體的長度,是箱體壁厚。所以
;
至此,已初步確定了軸的各段直徑和長度。如圖:
圖4-6 軸尺寸圖
4.6.4 軸上零件的周向定位
帶輪、主偏心塊與軸的周向定位采用平鍵連接。按由參考文獻[1]查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長為32mm,同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性,故選擇帶輪與軸的配合為H7/g6;同樣,主偏心塊與軸的連接,選用平鍵為,長為22mm,與軸的配合為H7/g6。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
確定軸上圓角和倒角尺寸
參考參考文獻[2]表15-2,取軸倒角為。
4.6.5 求軸上的載荷
圖4-6,受力分析及彎矩圖:
圖4-7
支反力:
彎矩M:
扭矩T:
4.6.6 按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時,通常只校核軸上承受大彎矩和扭矩的截面的強度。根據表中的數據,以及軸單向旋轉,扭轉切應力為脈動循環變應力,取,軸的計算應力:
前已選定軸的材料為45鋼,調質處理,由表15-1查得。因此<,故安全。
4.6.7 精確校核軸的疲勞強度
1)判斷危險截面
無鍵連接的軸部因只受扭矩作用,所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度,所以無需校核。
從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看,與主偏心塊連接的軸部應力集中為嚴重。
2)截面校核
抗彎截面系數
抗扭截面系數
截面彎矩M為
截面扭矩為
截面上的彎曲應力
截面上的扭轉切應力
軸的材料為45鋼,調質處理。有表15-1查得,,。
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及按參考文獻[2]附表3-2查取。因,,經插值后可查得
,
又由附圖3-1可得軸的材料敏性系數為
,
故有效應力集中系數按式(附表3-4)為
由附圖3-2的尺寸系數;由附圖3-3的扭轉尺寸系數。
軸按磨削加工,由參考文獻[2]附圖3-4得表面質量系數為
軸未經表面強化處理,即,則按公式得綜合系數為
又由及得碳鋼的特性系數
,取
,取
于是,計算安全系數值,按公式計算得
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