爐頂旋轉(zhuǎn)布料器設(shè)計(jì)
爐頂旋轉(zhuǎn)布料器設(shè)計(jì),爐頂,旋轉(zhuǎn),布料,設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：爐頂旋轉(zhuǎn)布料器設(shè)計(jì)
爐頂旋轉(zhuǎn)布料器設(shè)計(jì)
摘 要
布料器是爐頂設(shè)備的重要組成部分之一，它的工作狀況直接影響著爐料的分布。本文通過(guò)對(duì)爐頂旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)研究，根據(jù)已知參數(shù)，對(duì)各皮帶機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型。在布料系統(tǒng)的研究過(guò)程中，依次對(duì)可逆皮帶機(jī)、稱量皮帶機(jī)、混料皮帶機(jī)和大傾角皮帶機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算。詳細(xì)計(jì)算物料的橫截面面積、驅(qū)動(dòng)圓周力和電機(jī)功率，利用逐點(diǎn)計(jì)算各個(gè)滾筒的合張力以及傳動(dòng)滾筒的扭矩，計(jì)算出膠帶的最大張力和，并對(duì)整個(gè)皮帶系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了校核。本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)最理想的布料，并且操作靈活能滿足高爐生產(chǎn)需求。
本文簡(jiǎn)單介紹了布料器的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，依據(jù)布料器的運(yùn)行原理以及已知參數(shù)和計(jì)算出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，合理選擇皮帶機(jī)的膠帶、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。在皮帶機(jī)承載段部分，實(shí)現(xiàn)布料系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：布料系統(tǒng)；皮帶機(jī)；旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)
The Design of The Furnace Top Spin Cloth Feeder
Abstract
Distributor is an important part of the furnace top equipment, working conditions affect the charge distribution directly. In this paper, cloth roof rotation system research, based on the known parameters of each belt machine design, calculation and selection through. During the study the fabric system, turn on the reversible belt conveyor, belt conveyor weighing, mixing and large angle belt conveyor belt conveyor for analysis calculations. The detailed calculations of the cross-sectional area of the material, the driving motor power and the circumferential force is calculated for each aggregate tension roller and the drive torque of the drum by the use in the calculation of the maximum tension and tape, and the viability of the entire belt system were checked . This design enables the best fabrics, and operational flexibility to meet the needs of blast furnace production.
This paper briefly describes the structure and characteristics of the rotating distributor, the distributor based on the operation principle and the known parameters and calculate the various data, a reasonable choice of belt conveyor belt, drive motor. Belt bearing segment in part, to achieve safe and stable operation of the system fabric.
Keywords: feeding system; belt; rotating structure
主要符號(hào)表
B 輸送帶寬度(m)
D 滾筒直徑(m)
e 自然對(duì)數(shù)的底(1)
F 滾筒上輸送帶平均張力(N)
F1 滾筒上輸送帶緊邊張力(N)
F2 滾筒上輸送帶松邊張力(N)
FH 主要阻力(N)
g 重力加速度(m/s2)
H 輸送機(jī)卸料點(diǎn)與裝料點(diǎn)間的高度(m)
Im 輸送能力(kg/s)
L 輸送機(jī)長(zhǎng)度(頭尾滾筒中心差)(m)
Mmax 傳動(dòng)滾筒最大扭矩(kN·m)
PM 驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需運(yùn)行功率(kW)
Q 輸送機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力(t/h)
S 輸送帶上物料橫截面積(m2)
輸送帶速度(m/s)
輸送機(jī)在運(yùn)行方向上的傾斜角(°)
傳動(dòng)效率(1)
傳動(dòng)滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)(1)
被輸送散裝物料的堆積密度(kg/m3)
輸送帶在傳動(dòng)滾筒上的圍包角(rad)
目 錄
1 緒論 1
1.1課題背景 1
1.2課題的構(gòu)思和思路 1
1.3布料器簡(jiǎn)介 1
1.4布料器的設(shè)備組成 2
1.5國(guó)內(nèi)外布料器的發(fā)展概況 3
1.6主要設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 5
2 爐頂旋轉(zhuǎn)布料器設(shè)計(jì) 6
2.1布料器的運(yùn)行過(guò)程 6
2.2整體設(shè)計(jì) 7
2.3功能原理方案分析 7
2.4結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì) 7
3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.1齒輪傳送特點(diǎn) 12
3.1.1齒輪的類(lèi)型 12
3.1.2齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 14
3.1.3齒輪的傳動(dòng)類(lèi)型 14
3.1.4減少噪音方法 16
3.1.5齒輪的強(qiáng)度校核 17
3.2軸承的校核 18
3.3電動(dòng)機(jī)的選擇 18
4 皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1原始數(shù)據(jù)及工作條件 20
4.2計(jì)算步驟 20
4.2.1輸送帶上最大的物料橫截面積 20
4.2.2帶寬的確定 21
4.2.3輸送帶寬度的核算 22
4.3圓周驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 23
4.3.1計(jì)算公式 23
4.3.2主要阻力計(jì)算 23
4.3.3附加阻力計(jì)算 24
4.3.4主要特種阻力計(jì)算 25
4.3.5附加特種阻力計(jì)算 26
4.3.6傾斜阻力計(jì)算 27
4.4傳動(dòng)功率計(jì)算 27
4.4.1傳動(dòng)軸功率（）計(jì)算 27
4.4.2電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算 27
4.4.3電動(dòng)機(jī)與減速器的選型 28
4.5輸送皮帶張力的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
4.5.1輸送帶的不打滑條件的設(shè)計(jì)校核 29
4.5.2輸送帶下垂度的設(shè)計(jì)校核 30
4.5.3各特性點(diǎn)張力的設(shè)計(jì)計(jì)算 30
4.6傳動(dòng)滾筒、改向滾筒合張力計(jì)算 32
4.6.1改向滾筒合張力計(jì)算 32
4.6.2傳動(dòng)滾筒合張力計(jì)算 32
4.7傳動(dòng)滾筒的最大扭矩計(jì)算 32
4.8張緊力計(jì)算 33
4.9輸送帶的選擇計(jì)算 33
4.9.1織物芯輸送帶 33
4.9.2棍子載荷校核 34
5 總結(jié) 36
5.1發(fā)展趨勢(shì) 36
5.2存在問(wèn)題 36
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 41
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 42
附錄1 43
V
1 緒論
1.1課題背景
布料器是爐頂設(shè)備的重要組成部分之一，它的工作狀況直接影響著爐料的 分布。有鐘爐頂?shù)牟剂掀魇且唤M旋轉(zhuǎn)漏斗（內(nèi)、外漏斗組成），布料器的旋轉(zhuǎn)漏斗的密封不可靠，不是摩擦阻力大就是漏氣，維護(hù)工作量大，越來(lái)越不能滿足高爐的生產(chǎn)要求；無(wú)鐘爐頂?shù)牟剂掀魇怯尚行禽啘p速箱、氣密箱、布料溜槽和控制系統(tǒng)組成。無(wú)鐘爐頂有兩層密封閥，且不受原料的摩擦和磨損，壽命較長(zhǎng)；閥和閥座的重量和尺寸較小，易檢修；爐內(nèi)布料由布料器的旋轉(zhuǎn)溜槽來(lái)進(jìn)行，溜槽以高爐中心為中心做圓周方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又能改變角度，能夠?qū)崿F(xiàn)最理想的布料，并且操作靈活能滿足高爐生產(chǎn)需求。
1.2課題的構(gòu)思和思路
布料器由行星減速箱、氣密箱、布料溜槽和控制系統(tǒng)組成。氣密箱安裝在爐頂鋼圈上，受爐喉熱煤氣的威脅。布料溜槽位于爐喉料面之上，完全處于熱煤氣的工作環(huán)境中。行星減速箱只有兩個(gè)同心出軸伸入氣密箱內(nèi)需要“轉(zhuǎn)軸密封”，其余部分都處在大氣環(huán)境之中。氣密箱是布料器的主體部件，也是無(wú)鐘爐頂?shù)年P(guān)鍵部分，設(shè)計(jì)壽命應(yīng)該在一代爐齡。為了保證氣密箱內(nèi)的零部件正常工作，采用冷卻氣冷卻和密封，在承鋼我們都采用的是氮?dú)饷芊?。設(shè)有進(jìn)氣口和排氣縫。為了使排氣縫的寬度在運(yùn)轉(zhuǎn)中保持穩(wěn)定，氣密箱內(nèi)的零件的定心必須準(zhǔn)確，運(yùn)轉(zhuǎn)必須平穩(wěn)。必須采用結(jié)構(gòu)緊湊，支持牢靠。氣密箱的所有運(yùn)動(dòng)的零件都安裝在旋轉(zhuǎn)圓筒上，然后通過(guò)大軸承支持在中心圓筒上。
1.3布料器簡(jiǎn)介
布料器是將原料及固體燃料按要求分布于豎窯橫斷面上的布料裝置。布料器是豎窯生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。為了減少豎窯的周邊效應(yīng)、均勻料層阻力及組織合理的燃燒,按布料操作要求,塊度較大的原料布于窯的中心,較小的分布于窯的周邊,燃料在周邊分布較多,中心分布少些。中國(guó)耐火材料工業(yè)使用的布料裝置主要有旋轉(zhuǎn)式蝸殼布料器,回轉(zhuǎn)分級(jí)布料器,升降式布料器及雙層布料鐘等。一般用于直徑3～4m煅燒石灰的豎窯上。
物料進(jìn)入受料斗,料斗旋轉(zhuǎn)一定角度,然后料斗下部的電動(dòng)料鐘下行,將料加入窯內(nèi)。每批料分若干次加入,每次料斗均按一定的不同角度旋轉(zhuǎn)加料,經(jīng)過(guò)若干
1
循環(huán)從而獲得工藝要求的布料效果。
1.4布料器的設(shè)備組成
由受料斗及其傳動(dòng)裝置、料鐘及其升降裝置和蝸殼形布料器組成。
受料斗及其傳動(dòng)裝置：受料斗呈倒截圓錐形,由鋼板焊制并襯以耐磨襯板,支承在窯頂?shù)耐休伾稀鲃?dòng)裝置的小傘形齒輪與固定在受料斗下部的大傘形齒輪相嚙合,通過(guò)傳動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器及減速機(jī),帶動(dòng)受料斗與蝸形布料器一同旋轉(zhuǎn),每次所旋轉(zhuǎn)的角度不同,由主令控制器執(zhí)行,一般連續(xù)按15°、90°、180°及270°順序運(yùn)行,經(jīng)6個(gè)循環(huán)可布滿一周,獲得較好的布料效果。
料鐘及其升降裝置：料鐘由鑄鋼加工制成,要求與受料斗下口吻合,起密封作用。料鐘桿承受物料沖擊磨損,其上裝有可更換的護(hù)桿套管。料鐘到位時(shí)起密封作用,下降時(shí)則起分料作用。其升降行程可以調(diào)節(jié),執(zhí)行機(jī)構(gòu)分電動(dòng)與氣動(dòng)控制兩種,電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)裝置由主令控制器實(shí)現(xiàn),氣動(dòng)升降機(jī)構(gòu)則借氣缸行程調(diào)節(jié)。
布料器α角的測(cè)量：CR-α角校驗(yàn)儀。
隨著冶金工業(yè)的飛速發(fā)展，作為鋼鐵冶煉過(guò)程中的重要組成部分—冶煉爐也產(chǎn)生了幾次大的變革。從100m3~300m3的小高爐發(fā)展到1750m3~3800m3甚至到4200m3大型高爐，從最初的雙料鐘爐頂?shù)浆F(xiàn)在已經(jīng)普遍使用的無(wú)鐘爐頂。
無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備應(yīng)用于煉鐵高爐將煉鐵原料按照一定的制度裝入高爐內(nèi)并使之合理分布。布料器也稱氣密箱，是無(wú)料鐘設(shè)備的核心，用于完成溜槽的布料工藝要求。溜槽布料器的溜槽與高爐垂直中線擺角α角由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速機(jī)，鋼絲繩（或直接由數(shù)字缸）帶動(dòng)托圈，托圈的上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄轉(zhuǎn)化為布料溜槽的α角傾動(dòng)。
布料器溜槽的旋轉(zhuǎn)β角是由電機(jī)通過(guò)減速機(jī)經(jīng)齒輪副驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)套筒，實(shí)現(xiàn)布料溜槽旋轉(zhuǎn)。
α角傾動(dòng)和β角旋轉(zhuǎn)配合，可實(shí)現(xiàn)環(huán)形；螺旋；扇形；定點(diǎn)；中心加焦等方式，可將爐料布到爐喉斷面的任意位置，因此，α角的精度直接影響爐頂設(shè)備的調(diào)節(jié)性能，是一項(xiàng)重要參數(shù)。
由于溜槽在爐內(nèi)的特殊安裝方式，α角的校驗(yàn)是一項(xiàng)比較麻煩的工作。用常規(guī)機(jī)械測(cè)量方法很難保證精度。
在研制開(kāi)發(fā)并廣泛應(yīng)用冶金行業(yè)α角度儀，β角度儀的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要采用光機(jī)電一體化技術(shù)研制成功了“α角校驗(yàn)儀”實(shí)現(xiàn)了α角的高精度；非接觸式測(cè)量。
1.5國(guó)內(nèi)外布料器的發(fā)展概況
近年來(lái)，隨著鋼鐵企業(yè)的飛速發(fā)展，各種新工藝、新裝備也在各鋼鐵企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，尤其是高爐爐頂設(shè)備。高爐爐頂設(shè)備是高爐煉鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵和重要設(shè)備。隨著高爐容積大型化和爐頂壓力的不斷提高，鐘式已爐頂布料已不能滿足靈活布料和密封的需要。而無(wú)料鐘爐頂溜槽布料靈活，可以實(shí)現(xiàn)單環(huán)布料、多環(huán)布料、螺旋布料和定點(diǎn)布料；設(shè)備密封型好，是高爐爐頂裝料設(shè)備的重大變革。與傳統(tǒng)的“鐘式、鐘閥式”爐頂裝料設(shè)備相比，其具有密封可靠、布料靈活、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備在新建、大修改造中占絕對(duì)主導(dǎo)地位，無(wú)料鐘爐頂取代傳統(tǒng)的鐘式爐頂已成必然趨勢(shì)。
功率與重在無(wú)料鐘爐頂技術(shù)中，布料器是無(wú)料鐘爐頂設(shè)備的核心部件,它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)高爐的爐況穩(wěn)定、生產(chǎn)順行起著非常重要的作用。高爐布料器由鋼結(jié)構(gòu)的氣密箱外殼和內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、中心厚管、溜槽等構(gòu)成主體部分。目前，PW公司生產(chǎn)的PW型布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱在國(guó)內(nèi)得到廣泛的推廣和使用。PW公司生產(chǎn)的布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱有輕型的和重型兩種不同的規(guī)格,其傳動(dòng)形式是行星輪減速器傳動(dòng)。
國(guó)內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是我國(guó)超大型減速器(如水泥生產(chǎn)行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器)問(wèn)題更突出，我國(guó)的這種齒輪減速機(jī)產(chǎn)品多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)落后，產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢，而且使用壽命短，質(zhì)量較差，不能很好滿足生產(chǎn)工藝需要。國(guó)內(nèi)使用的大型減速器(500kw以上)，大多從國(guó)外(如丹麥、德國(guó)等)進(jìn)口。
縱觀現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)減速器行業(yè)的狀況，為了使行業(yè)能保持健康可持續(xù)的發(fā)展，在充分肯定行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步的同時(shí)，更應(yīng)看到問(wèn)題的存在，并積極研究相應(yīng)對(duì)策和措施，力爭(zhēng)在短的時(shí)間內(nèi)有更大的進(jìn)步。目前，國(guó)外減速裝置的行業(yè)最突出的問(wèn)題是，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新和管理水平低，企業(yè)管理模式是粗放型的，有相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍然是中低檔的，品牌的國(guó)際影響力極其缺乏。在此基礎(chǔ)上，促進(jìn)企業(yè)的并購(gòu)、整合，跨行業(yè)發(fā)展，盡快在市場(chǎng)上形成有影響力的品牌，有更大的規(guī)模和強(qiáng)度，具有較強(qiáng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和技術(shù)的企業(yè)集團(tuán)，使我們可以保持與國(guó)外同行的競(jìng)爭(zhēng)上有一定優(yōu)勢(shì)，并不斷繼續(xù)發(fā)展。
無(wú)料鐘爐頂是上世紀(jì)70年代初由盧森堡PW公司推出的新型高爐裝料裝置，它采用小直徑的上下密封閥實(shí)現(xiàn)爐頂煤氣密封，采用旋轉(zhuǎn)溜槽和料流調(diào)節(jié)閥門(mén)布料，隨后在世界各地迅速推廣。上世紀(jì)80年代后,PW公司又相繼推出了串罐式、串并罐式等無(wú)料鐘爐頂。通過(guò)三十多年的不斷完善和發(fā)展，無(wú)料鐘爐頂技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成功。無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備在新建、大修改造中占絕對(duì)主導(dǎo)地位，無(wú)料鐘爐頂取代傳統(tǒng)的鐘式爐頂已成必然趨勢(shì)。無(wú)料鐘爐頂布料器大致可分為并罐式、串罐式和串并罐式三種。其中被廣泛應(yīng)用的主要是并罐式和串罐式兩種，各有其特點(diǎn)。
在無(wú)料鐘發(fā)展的前幾十年都是并罐式無(wú)料鐘爐頂，采用兩個(gè)并列的上料罐分別向兩個(gè)稱量料罐內(nèi)裝料，其裝料能力大，但布料有蛇形偏析現(xiàn)象，設(shè)備部件多，設(shè)備重量也較大，加上需要兩套均排壓設(shè)施，因此投資相對(duì)較高。
串罐式的無(wú)料鐘將并罐的上料罐合二為一，由一個(gè)料罐單獨(dú)向稱量料罐內(nèi)裝料，它能有效地控制裝料過(guò)程的物料偏析，料罐稱量準(zhǔn)確，料閘可控性更佳，設(shè)備重量更輕，設(shè)備故障率較低，因此，在最近新建和改造的高爐上，較多地采用了串罐無(wú)料鐘爐頂。目前常用的無(wú)料鐘爐頂設(shè)備為串罐式，用于高爐爐頂受料、給料以及布料。布料工藝性好，可實(shí)現(xiàn)多環(huán)或任意點(diǎn)布料。本鋼已投產(chǎn)的6、7號(hào)高爐和正在建設(shè)的8號(hào)高爐均引進(jìn)PW新型串罐式無(wú)料鐘爐頂，是國(guó)內(nèi)最先引進(jìn)該裝備的鋼鐵企業(yè)之一，該裝備處于國(guó)際領(lǐng)先水平。從6、7號(hào)高爐的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看效果良好，優(yōu)勢(shì)盡顯。繼PW公司之后，中國(guó)、日本又相繼開(kāi)發(fā)了結(jié)構(gòu)、原理不同與PW型的無(wú)料鐘爐頂，但在大型高爐上，PW型無(wú)料鐘爐頂相對(duì)優(yōu)勢(shì)明顯一些。
在無(wú)料鐘爐頂技術(shù)中，布料器是無(wú)料鐘爐頂設(shè)備的核心部件,它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)高爐的爐況穩(wěn)定、生產(chǎn)順行起著非常重要的作用。高爐布料器由鋼結(jié)構(gòu)的氣密箱外殼和內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、中心喉管、溜槽等構(gòu)成主體部分。布料器安裝在爐頂鋼圈上,受到爐喉高溫料面、熱煤氣、粉塵的威脅,所以對(duì)其進(jìn)行冷卻和密封是保證布料器正常工作的必要手段。由于沒(méi)有鐘爐頂大小的時(shí)鐘布布料溜槽，因此無(wú)鐘爐頂布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱的關(guān)鍵部分，傳統(tǒng)意義上的取代經(jīng)銷(xiāo)商。與無(wú)鐘爐頂技術(shù)的發(fā)展，對(duì)斜齒輪箱分布設(shè)計(jì)，制造和應(yīng)用技術(shù)的不斷提高。
目前，PW型布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱出品公司PW在中國(guó)具有廣泛的推廣應(yīng)用。布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱PW公司生產(chǎn)的輕型及重型兩種不同規(guī)格，傳動(dòng)方式由行星差動(dòng)減速器驅(qū)動(dòng)。
自第一臺(tái)爐頂旋轉(zhuǎn)布料器在美國(guó)問(wèn)世至今的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，爐頂旋轉(zhuǎn)布料器技術(shù)的發(fā)展迅速，在近20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，大量使用了爐頂旋轉(zhuǎn)布料器，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。
從上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，特別是PC微機(jī)的發(fā)展日新月異的發(fā)展，硬件、軟件或設(shè)備，計(jì)算機(jī)芯片的集成度越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，且成本低，該原來(lái)可以實(shí)現(xiàn)大，介質(zhì)的功能可以在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)了,在美國(guó)首次推出的基于PC機(jī)的爐頂旋轉(zhuǎn)布料器。
1.6主要設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介
結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，通過(guò)查閱相關(guān)資料，溫習(xí)相關(guān)制圖軟件，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)；查閱爐頂旋轉(zhuǎn)布料器的設(shè)計(jì)相關(guān)信息，結(jié)合專業(yè)課程制定畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，搭建論文正文主體框架。根據(jù)爐頂旋轉(zhuǎn)布料器的系統(tǒng)參數(shù)及要求，擬定設(shè)計(jì)方案，選擇傳動(dòng)副，設(shè)計(jì)主要傳動(dòng)零件，繪制系統(tǒng)2D總裝配圖和主要零件圖；計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的重要數(shù)據(jù)；撰寫(xiě)論文，并對(duì)格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；按論文指導(dǎo)手冊(cè)的要求完成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部?jī)?nèi)容。
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2 爐頂旋轉(zhuǎn)布料器設(shè)計(jì)
2.1布料器的運(yùn)行過(guò)程
高爐爐頂布料齒輪箱的結(jié)構(gòu)和布料溜槽傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理如圖2.1所示，靈活性是無(wú)料鐘爐頂?shù)囊粋€(gè)顯著的特點(diǎn)，它可以根據(jù)不同的布料溜槽旋轉(zhuǎn)和傾斜，結(jié)合不同的組合形式，達(dá)到環(huán)形布料，螺旋式布料和扇形布料，為實(shí)現(xiàn)各種形式的布料，驅(qū)動(dòng)裝置也更為復(fù)雜，如圖2.1所示，主要由旋轉(zhuǎn)電機(jī)，傾動(dòng)電機(jī)，齒輪箱，減速箱，可分離也可同時(shí)運(yùn)行，以滿足不同布料的需求。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，傾動(dòng)電機(jī)不運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)齒輪1，2，3，4，10，11，13轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈固定在一起的旋轉(zhuǎn)圓筒和布料溜槽也一起旋轉(zhuǎn)。另一方面，齒輪1，2，3和行星輪8，9和系桿H和齒輪12，14，15。通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)齒圈13和15，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)是完全相同的，即齒圈13和15是同步的，沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么溜槽只有傾斜而沒(méi)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)不工作，傾翻電機(jī)工作時(shí)，通過(guò)渦輪5、渦桿6、中心齒輪7、行星齒輪8和9、齒輪12、雙聯(lián)齒輪14和15、齒輪16、渦輪渦桿17和18、齒輪19和20、系桿H以及耳軸，滑槽只有傾斜而沒(méi)有旋轉(zhuǎn)。當(dāng)兩個(gè)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，由于行星輪系的差動(dòng)，大齒圈13和14產(chǎn)生差動(dòng)，所以傳動(dòng)齒輪16和齒輪15產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滑槽同時(shí)旋轉(zhuǎn)和傾斜。
注：1-20均為齒輪，其中5，6，17，18為渦輪渦桿，
20為扇形齒輪，H為周轉(zhuǎn)輪系系桿
圖2.1 旋轉(zhuǎn)布料器工作原理圖
2.2整體設(shè)計(jì)
如圖2.2所示本課題設(shè)計(jì)的爐頂旋轉(zhuǎn)布料器整體效果
圖2.2 爐頂旋轉(zhuǎn)布料器整體效果圖
2.3功能原理方案分析
爐頂旋轉(zhuǎn)布料器采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，爐料先進(jìn)入皮帶機(jī)殼體內(nèi)的皮帶機(jī)上，皮帶機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而控制料均勻的布入爐內(nèi)。布料完成后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星齒輪減速器，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪運(yùn)作，大齒輪保證了皮帶機(jī)殼體的旋轉(zhuǎn)和固定料筒之間的相對(duì)圓周相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)料筒上方實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料。
2.4結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)
料筒使用的是管材結(jié)構(gòu)焊接部件，合理的選擇管材，能提高整個(gè)布料器的使用壽命，減少維修次數(shù)和時(shí)間。
a. 管材的分類(lèi)：
按生產(chǎn)的方法：
（1） 無(wú)縫管——熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管、頂管；
（2） 焊管。
1） 按工藝分——電弧焊管、電阻焊管（高頻、低頻）、氣焊管、爐焊管；
2） 按焊縫分——直縫焊管、螺旋焊管。
b. 按斷面形狀分類(lèi)：
（1） 簡(jiǎn)單斷面鋼管——圓形斷面鋼管、方形斷面鋼管、橢圓形斷面鋼管、三角形斷面鋼管、六角形斷面鋼管、菱形斷面鋼管、八角形斷面鋼管、半圓形斷面鋼圓、其他；
（2） 復(fù)雜斷面鋼管——不等邊六角形斷面鋼管、五瓣梅花形斷面鋼管、雙凸形斷面鋼管、雙凹形斷面鋼管、瓜子形斷面鋼管、圓錐形斷面鋼管、波紋形斷面鋼管、表殼斷面鋼管等。
c. 按壁厚分類(lèi)——薄壁鋼管、厚壁鋼管
d. 按口徑分類(lèi)——大口徑無(wú)縫鋼管、小口徑無(wú)縫鋼管
（1） 按壁厚可分為:薄壁鋼管、厚壁鋼管
（2） 按用途分類(lèi):
管道用鋼管、熱工設(shè)備用鋼管、機(jī)械工業(yè)用鋼管、石油、地質(zhì)鉆探用鋼管、容器鋼管、化學(xué)工業(yè)用鋼管、特殊用途鋼管、其他。
1） 管道用管。如：水、煤氣管、蒸汽管道用無(wú)縫管、石油輸送管、石油天然氣干線用管。農(nóng)業(yè)灌溉用水龍頭帶管和噴灌用管等。
2） 熱工設(shè)備用管。如一般鍋爐用的沸水管、過(guò)熱蒸汽管，機(jī)車(chē)鍋爐用的過(guò)熱管、大煙管、小煙管、拱磚管以及高溫高壓鍋爐管等。
3） 機(jī)械工業(yè)用管。如航空結(jié)構(gòu)管（圓管、橢圓管、平橢圓管），汽車(chē)半軸管、車(chē)軸管、汽車(chē)拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)管、拖拉機(jī)的油冷卻器用管、農(nóng)機(jī)用方形管與矩形管、變壓器用管以及軸承用管等。
4） 石油地質(zhì)鉆探用管。如：石油鉆探管、石油鉆桿（方鉆桿與六角鉆桿）、鉆挺、石油油管、石油套管及各種管接頭、地質(zhì)鉆探管（巖心管、套管、主動(dòng)鉆桿、鉆挺、按箍及銷(xiāo)接頭等）。
5） 化學(xué)工業(yè)用管。如：石油裂化管，化工設(shè)備熱交換器及管道用管、不銹耐酸管、化肥用高壓管以及輸送化工介質(zhì)用管等。
6） 其他各部門(mén)用管。如：容器用管（高壓氣瓶用管與一般容器管），儀表儀器用管、手表殼用管、注射針頭及其醫(yī)療器械用管等。
e. 按連接分類(lèi)：
鋼管按管端聯(lián)接方式可分為：光管（管端不帶螺紋）和車(chē)絲管（管端帶有螺紋）。
車(chē)絲管又分為：普通車(chē)絲管和管端加厚車(chē)絲管。加厚車(chē)絲管還可分為：外加厚（帶外螺紋）、內(nèi)加厚（帶內(nèi)螺紋）和內(nèi)外加厚（帶內(nèi)外螺紋）等地車(chē)絲管。 車(chē)絲管若按螺紋型式也可分為：普通圓柱或圓錐螺紋和特殊螺紋等地車(chē)絲管。
無(wú)縫鋼管是一個(gè)中空截面，周?chē)鷽](méi)有焊縫的鋼材。鋼管具有中空截面，作為輸送流體的管道，如石油，天然氣，煤氣，水及某些固體物料的管道等。與其他鋼材相比相比，在相同的彎扭強(qiáng)度，重量較輕，是一種經(jīng)濟(jì)型鋼，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件，如石油鉆桿，汽車(chē)傳動(dòng)軸，有支架施工，鋼車(chē)架。對(duì)鋼管制造環(huán)形件，可以提高材料的利用率，簡(jiǎn)化制造工序，節(jié)約材料和工時(shí)，如滾動(dòng)軸承套圈，千斤頂?shù)龋粡V泛應(yīng)用于鋼管的制造。鋼管還是各種常規(guī)武器不可缺少的材料。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為管及配件。由于在周長(zhǎng)相等的條件下，圓面積最大，用圓形管可以輸送的流體。此外，內(nèi)部或外部的徑向應(yīng)力下的圓截面，受力均勻，因此，絕大多數(shù)的鋼管為圓管。但是，圓管也有一定的局限性，如平面彎曲的條件下，對(duì)更好的側(cè)管，矩形管抗彎強(qiáng)度大，一些農(nóng)場(chǎng)的骨架，鋼木家具和使用方管、矩形管。異型鋼管根據(jù)不同用途的其他部分。
（1） 結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管（GB/T8162-1999）是用于一般結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的無(wú)縫鋼管。
（2） 流體輸送用無(wú)縫鋼管（GB/T8163-1999）是用于輸送水、油、氣等流體的一般無(wú)縫鋼管。
（3） 低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管（GB3087-1999）是用于制造各種結(jié)構(gòu)低中壓鍋爐過(guò)熱蒸汽管、沸水管及機(jī)車(chē)鍋爐用過(guò)熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋和冷拔（軋）無(wú)縫鋼管。
（4） 高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管（GB5310-1995）是用于制造高壓及其以上壓力的水管鍋爐受熱面用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和不銹耐熱鋼無(wú)縫鋼管。
（5） 化肥設(shè)備用高壓無(wú)縫鋼管（GB6479-86）是適用于工作溫度為40~400℃、工作壓力為10~30Ma的化工設(shè)備和管道的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼無(wú)縫鋼管。
（6） 石油裂化用無(wú)縫鋼管（GB9948-88）是適用于石油精煉廠的爐管、熱交換器和管道無(wú)縫鋼管。
（7） 地質(zhì)鉆探用鋼管（YB235-70）是供地質(zhì)部門(mén)進(jìn)行巖心鉆探使用的鋼管，按用途可分為鉆桿、鉆鋌、巖心管、套管和沉淀管等。
（8） 金剛石巖芯鉆探用無(wú)縫鋼管（GB3423-82）是用于金剛石巖芯鉆探的鉆桿、巖心桿、套管的無(wú)縫鋼管。
（9） 石油鉆探管（YB528-65）是用于石油鉆探兩端內(nèi)加厚或外加厚的無(wú)縫鋼管。鋼管分車(chē)絲和不車(chē)絲兩種，車(chē)絲管用接頭聯(lián)結(jié)，不車(chē)絲管用對(duì)焊的方法與工具接頭聯(lián)結(jié)。
（10） 船舶用碳鋼無(wú)縫鋼管（GB5213-85）是制造船舶I級(jí)耐壓管系、Ⅱ級(jí)耐壓管系、鍋爐及過(guò)熱器用的碳素鋼無(wú)縫鋼管。碳素鋼無(wú)縫鋼管管壁工作溫度不超過(guò)450℃，合金鋼無(wú)縫鋼管管壁工作溫度超過(guò)450℃。
（11） 汽車(chē)半軸套管用無(wú)縫鋼管（GB3088-82）是制造汽車(chē)半軸套管及驅(qū)動(dòng)橋橋殼軸管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋無(wú)縫鋼管。
（12） 柴油機(jī)用高壓油管（GB3093-86）是制造柴油機(jī)噴射系統(tǒng)高壓管用的冷拔無(wú)縫鋼管。
（13） 液壓和氣動(dòng)缸筒用精密內(nèi)徑無(wú)縫鋼管（GB8713-88）是制造液壓和氣動(dòng)缸筒用的具有精密內(nèi)徑尺寸的冷拔或冷軋精密無(wú)縫鋼管。
（14） 冷拔或冷軋精密無(wú)縫鋼管（GB3639-83）是用于機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓設(shè)備的尺寸精度高和表面光潔度好的冷拔或冷軋精密無(wú)縫鋼管。選用精密無(wú)縫鋼管制造機(jī)械結(jié)構(gòu)或液壓設(shè)備等，可以大大節(jié)約機(jī)械加工工時(shí)，提高材料利用率，同時(shí)有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
（15） 結(jié)構(gòu)用不銹鋼無(wú)縫鋼管（GB/T14975-1994）是廣泛用于化工、石油、輕紡、醫(yī)療、食品、機(jī)械等工業(yè)的耐腐蝕管道和結(jié)構(gòu)件及零件的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴(kuò)）和冷拔（軋）無(wú)縫鋼管。
（16） 流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管（GB/T14976-1994）是用于輸送流體的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴(kuò)）和冷拔（軋）無(wú)縫鋼管。
（17） 異型無(wú)縫鋼管是除了圓管以外的其他截面形狀的無(wú)縫鋼管的總稱。按鋼管截面形狀尺寸的不同又可分為等壁厚異型無(wú)縫鋼管（代號(hào)為D）、不等壁厚異型無(wú)縫鋼管（代號(hào)為BD）、變直徑異型無(wú)縫鋼管（代號(hào)為BJ）。異型無(wú)縫鋼管廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件、工具和機(jī)械零部件。和圓管相比，異型管一般都有較大的慣性矩和截面模數(shù)，有較大的抗彎抗扭能力，可以大大減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約鋼材。
本體的設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)布料器安裝在爐頂鋼圈上，受爐喉熱煤氣的威脅。布料溜槽位于爐喉料面之上，完全處于熱煤氣的工作環(huán)境中，所以，優(yōu)先選用無(wú)縫鋼管。
鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，具有如下特點(diǎn)：
（1） 可靠性高
鋼材在生產(chǎn)時(shí)，整個(gè)過(guò)程可嚴(yán)格控制，質(zhì)量比較穩(wěn)定，性能可靠，剛才組織均勻，接近于各相同性勻質(zhì)體;工程力學(xué)對(duì)材料性能與鋼才對(duì)物理力學(xué)特性做的基本假定有較好符合性；鋼結(jié)構(gòu)的工作性能在實(shí)際工作中比較符合現(xiàn)階段采用的理論計(jì)算結(jié)果，并且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，所以說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)有著較高的可靠性。
（2） 鋼結(jié)構(gòu)有著較高的材料強(qiáng)度，自重小
與其他材料相比，鋼材的重力密度雖然較大，但它有較高的強(qiáng)度和彈性模量，而且也有較高的強(qiáng)度與重力密度比，再同樣的受力條件下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積要小得多，結(jié)構(gòu)的自重小。鋼結(jié)構(gòu)的自重小，運(yùn)輸與安裝都比較方便，可有效減輕基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，將地基和基礎(chǔ)部分的造價(jià)減到最低。
（3） 鋼材的韌性和塑性好
鋼材的塑性好，鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)槌d和破裂，在一般情況下，故障通常有一個(gè)明顯的變形，容易被發(fā)現(xiàn)，可以及時(shí)采取補(bǔ)救措施，避免重大事故的發(fā)生。鋼結(jié)構(gòu)的韌性，對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)荷適應(yīng)性的鋼結(jié)構(gòu)的能量吸收能力強(qiáng)，具有良好的抗震性能。
（4） 鋼結(jié)構(gòu)制造方便，施工周期短
鋼結(jié)構(gòu)通常是專業(yè)制造工廠，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量高，質(zhì)量保證，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的工業(yè)化程度是最高的結(jié)構(gòu)。組件的制造完成后，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)的組裝結(jié)構(gòu)。組件可以方便地安裝螺栓連接，有時(shí)成較大的結(jié)構(gòu)，安裝在地面，然后提升。施工周期短，能盡快發(fā)揮投資的經(jīng)濟(jì)效益的作用，由于鋼結(jié)構(gòu)具有連接方便的特點(diǎn)，因此能加快重建和搬遷。
（5） 鋼結(jié)構(gòu)密封性好
鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接，可以制成水密性和氣密性較好的常壓和高壓結(jié)構(gòu)和管道等。
（6） 鋼材的耐蝕性較差
在一般環(huán)境下無(wú)腐蝕性介質(zhì)，普通鋼結(jié)構(gòu)先除銹，然后再涂合格鍍層，腐蝕不嚴(yán)重，所以鋼結(jié)構(gòu)本身維護(hù)成本較低。
3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1齒輪傳送特點(diǎn)
齒輪傳動(dòng)是利用兩個(gè)齒輪的相互嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種機(jī)械傳動(dòng)。具有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
齒輪傳動(dòng)是利用兩個(gè)齒輪的相互嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種機(jī)械傳動(dòng)。按齒輪軸線的相對(duì)位置的不同，齒輪傳動(dòng)可分為平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
齒輪傳動(dòng)是指用主、從動(dòng)兩個(gè)齒輪直接傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。在現(xiàn)有的機(jī)械傳動(dòng)中，應(yīng)用最廣的即為齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)可用來(lái)傳遞相鄰兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是：齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確，工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬(wàn)千瓦；速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門(mén)的設(shè)備，嚙合傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲。
3.1.1齒輪的類(lèi)型
a. 根據(jù)兩軸的相對(duì)位置和輪齒的方向可分為以下類(lèi)型：
（1）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)
（2）斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)
（3）人字齒輪傳動(dòng)
（4）錐齒輪傳動(dòng)
（5）交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)
b. 根據(jù)齒輪的工作條件可分為：
（1）開(kāi)式齒輪傳動(dòng)式齒輪傳動(dòng)，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤(rùn)滑
（2）半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，齒輪浸入油池，有護(hù)罩，但不封閉
（3）閉式齒輪傳動(dòng)，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內(nèi)，潤(rùn)滑條件良好，灰沙不易進(jìn)入，安裝精確
齒輪傳動(dòng)有良好的工作條件，是應(yīng)用最廣泛的齒輪傳動(dòng)。
齒輪傳動(dòng)按齒輪的外形可分為圓柱齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、非圓齒輪傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)。
按輪齒的齒廓曲線可分為擺線齒輪傳動(dòng)、圓弧齒輪傳動(dòng)和漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)等。由兩個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)稱為輪系。根據(jù)輪系中是否有軸線運(yùn)動(dòng)的齒輪可將齒輪傳動(dòng)分為普通齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)，輪系中有軸線運(yùn)動(dòng)的齒輪就稱為行星齒輪。齒輪傳動(dòng)按其工作條件又可分為閉式、開(kāi)式和半開(kāi)式傳動(dòng)。把傳動(dòng)密封在剛性的箱殼內(nèi)，并保證良好的潤(rùn)滑，稱為閉式傳動(dòng)，較多采用，尤其是速度較高的齒輪傳動(dòng)，必須采用閉式傳動(dòng)。開(kāi)式傳動(dòng)是外露的、不能保證良好的潤(rùn)滑，僅用于低速或不重要的傳動(dòng)。半開(kāi)式傳動(dòng)介于二者之間。
嚙合定律，齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性要求在輪齒嚙合過(guò)程中瞬時(shí)傳動(dòng)比i=主動(dòng)輪角速度/從動(dòng)輪角速度==常數(shù)，這個(gè)要求靠齒廓來(lái)保證。兩嚙合的齒廓和在任意點(diǎn)K接觸，過(guò)K點(diǎn)作兩齒廓的公法線，它與連心線交于C點(diǎn)。兩齒廓嚙合過(guò)程中保持接觸的條件是齒廓上的K點(diǎn)速度和齒廓上的K點(diǎn)速度在公法線方向的分速度相等，即==。由和分別向線作垂線交于和點(diǎn)。上式表明，兩輪齒廓必須符合下述條件：“兩輪齒廓不論在任何位置接觸，過(guò)接觸點(diǎn)的公法線必須過(guò)連心線上的定點(diǎn)C（節(jié)點(diǎn)）?！边@就是圓形齒輪的齒廓嚙合基本定律。能滿足該定律的曲線有很多，實(shí)際上還要考慮制造、安裝和承載能力等方面的要求，一般只采用漸開(kāi)線、擺線和圓弧等幾種曲線作齒輪的工作齒廓，其中大部分為漸開(kāi)線齒廓。
對(duì)漸開(kāi)線齒輪來(lái)說(shuō)分別是輪1和輪2的基圓半徑、。線是兩個(gè)基圓的內(nèi)公切線，即兩齒廓任意接觸點(diǎn)的公法線與其重合。因?yàn)閮苫鶊A在一個(gè)方向只有一條內(nèi)公切線，所以任意接觸點(diǎn)的公法線都通過(guò)定點(diǎn)C，這表明用漸開(kāi)線作齒廓符合齒廓嚙合基本定律。
以、為圓心過(guò)節(jié)點(diǎn)C所繪的兩個(gè)圓互稱節(jié)圓。輪1的節(jié)圓半徑，輪2的節(jié)圓半徑漸開(kāi)線齒輪具有下述特性：
（1） 是兩齒廓接觸點(diǎn)的軌跡，稱為嚙合線，它是一條直線。
（2） 過(guò)節(jié)點(diǎn)C作兩節(jié)圓的公切線tt，它與嚙合線間的夾角α′稱為嚙合角，它是常數(shù)。
（3） 齒面間的壓力總是沿著接觸點(diǎn)的公法線方向，所以漸開(kāi)線齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)齒面間的壓力方向不變。
（4） 傳動(dòng)比與兩輪基圓半徑成反比。齒輪制成后，基圓是確定的，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)中即使中心距與設(shè)計(jì)的有點(diǎn)偏差，也不會(huì)影響傳動(dòng)比，這一特性稱為傳動(dòng)的可分性，它對(duì)齒輪的加工、裝配及維修十分有利。
（5） 兩齒廓僅在節(jié)點(diǎn)C接觸時(shí)齒面間無(wú)滑動(dòng)，而在其他點(diǎn)接觸時(shí)齒面間皆有滑動(dòng)，且距節(jié)點(diǎn)愈遠(yuǎn)，滑動(dòng)愈大。
（6） 由于漸開(kāi)線齒輪可以和直線齒廓的齒條相嚙合，故它可以用直線齒廓的刀具展成加工，刀具容易制造，且加工精度可以高。
重合度：重合度是影響齒輪能否連續(xù)傳動(dòng)的重要參數(shù)。輪齒嚙合是由驅(qū)動(dòng)輪的齒根和從動(dòng)輪的齒頂接觸開(kāi)始的，即嚙合線與從動(dòng)輪的齒頂圓的交點(diǎn)A是嚙合的開(kāi)始點(diǎn)。隨著輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)著輪2旋轉(zhuǎn)，接觸點(diǎn)沿著嚙合線移動(dòng)，當(dāng)接觸點(diǎn)移到輪1的齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)E時(shí)，這時(shí)齒廓嚙合終止，兩齒廓開(kāi)始分離，E點(diǎn)是嚙合終止點(diǎn)，是實(shí)際嚙合線長(zhǎng)。如果前一對(duì)齒還在E點(diǎn)以前的D點(diǎn)接觸，后一對(duì)齒已于A點(diǎn)接觸，這時(shí)傳動(dòng)是連續(xù)的；如果前一對(duì)齒已于E點(diǎn)離開(kāi)，而后一對(duì)齒尚未進(jìn)入嚙合，這時(shí)傳動(dòng)就出現(xiàn)中斷。考慮齒輪的制造、安裝誤差及變形的影響，實(shí)際中常要求ε≥1.1～1.4。重合度愈大，傳動(dòng)愈平穩(wěn)。以上所述是指的圓柱齒輪的端面重合度，對(duì)斜齒圓柱齒輪尚有縱向重合度。
一對(duì)齒輪能夠正確的嚙合的條件是二者必須模數(shù)相等、壓力角相等。
3.1.2齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
針對(duì)齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是對(duì)于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計(jì)算方法及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，因此，齒輪的設(shè)計(jì)，通常只對(duì)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的保證和保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于大功率齒輪傳動(dòng)（如主傳動(dòng)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪驅(qū)動(dòng)），根據(jù)保證齒膠合準(zhǔn)則計(jì)算（參閱GB6413－1986）。至于抵抗其它失效能力，雖然一般不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取的措施，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力。
a. 閉式齒輪傳動(dòng)
通過(guò)實(shí)踐證明，在封閉的齒輪，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度。但對(duì)于齒面硬度，高強(qiáng)度、低鐵心齒齒輪（如用20、20Cr鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪）或材質(zhì)較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時(shí)，則視具體情況而定。
功率較大的傳動(dòng)，例如輸入功率超過(guò)75KW的閉式齒輪傳動(dòng)，發(fā)熱量大，易于導(dǎo)致潤(rùn)滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應(yīng)作散熱能力計(jì)算。
b. 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)
（3.1）
齒輪傳動(dòng)
開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但如前所述，對(duì)齒面抗磨損能力的計(jì)算方法迄今尚不夠完善，故對(duì)開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。為了延長(zhǎng)開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增大。
前已述之，對(duì)于齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
3.1.3齒輪的傳動(dòng)類(lèi)型
a. 圓柱齒輪傳動(dòng)
用于平行軸之間的傳動(dòng)，一般傳動(dòng)比單級(jí)可高達(dá)8、20、60，二級(jí)至45，三級(jí)至200，最大300。傳遞功率為100000千瓦，轉(zhuǎn)速100000轉(zhuǎn)每分，圓周速度可達(dá)300米/秒。單級(jí)效率為0.96~0.99。直齒圓柱齒輪傳動(dòng)適用于低速驅(qū)動(dòng)。斜齒輪傳動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)，適用于高速行駛。驅(qū)動(dòng)的雙螺旋齒輪傳動(dòng)適用于傳遞大功率、大扭矩。圓柱齒輪傳動(dòng)的嚙合形式有3種：外嚙合齒輪傳動(dòng)，由兩個(gè)外齒輪嚙合，兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)，由一個(gè)內(nèi)齒輪和小齒輪的嚙合，兩輪相同的轉(zhuǎn)向；齒輪齒條，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)直齒條，或者相反。
b. 錐齒輪傳動(dòng)
用于相交軸間的傳動(dòng)。單級(jí)傳動(dòng)比可到6，最大到8，傳動(dòng)效率一般為0.94～0.98。直齒錐齒輪傳動(dòng)傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米/秒。斜齒錐齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒輪承載能力較高，但制造較難，應(yīng)用較少。曲線齒錐齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳遞功率可到3700千瓦，圓周速度可到40米/秒以上。
c. 雙曲面齒輪傳動(dòng)
用于交錯(cuò)軸間的傳動(dòng)。單級(jí)傳動(dòng)比可到10，最大到100，傳遞功率可到750千瓦，傳動(dòng)效率一般為0.9～0.98，圓周速度可到30米/秒。由于有軸線偏置距，可以避免小齒輪懸臂安裝。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)和拖拉機(jī)的傳動(dòng)中。
d. 螺旋齒輪傳動(dòng)
用于交錯(cuò)間的傳動(dòng)，傳動(dòng)比可到5，承載能力較低，磨損嚴(yán)重，應(yīng)用很少。
e. 蝸桿傳動(dòng)
交錯(cuò)軸傳動(dòng)的主要形式，軸線交錯(cuò)角一般為90°。蝸桿傳動(dòng)可獲得很大的傳動(dòng)比，通常單級(jí)為8～80，用于傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1500；傳遞功率可達(dá)4500kw；蝸桿的轉(zhuǎn)速可到3萬(wàn)r/min；圓周速度可到70m/s。蝸桿傳動(dòng)工作平穩(wěn)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可以自鎖，但自鎖時(shí)傳動(dòng)效率低于0.5。蝸桿傳動(dòng)齒面間滑動(dòng)較大，發(fā)熱量較多，傳動(dòng)效率低，通常為0.45～0.97。
f. 圓弧齒輪傳動(dòng)
用凸凹圓弧做齒廓的齒輪傳動(dòng)?？蛰d時(shí)兩齒廓是點(diǎn)接觸，嚙合過(guò)程中接觸點(diǎn)沿軸線方向移動(dòng)，靠縱向重合度大于1來(lái)獲得連續(xù)傳動(dòng)。特點(diǎn)是接觸強(qiáng)度和承載能力高，易于形成油膜，無(wú)根切現(xiàn)象，齒面磨損較均勻，跑合性能好；但對(duì)中心距、切齒深和螺旋角的誤差敏感性很大，故對(duì)制造和安裝精度要求高。
g. 擺線齒輪傳動(dòng)
用擺線作齒廓的齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)齒面間接觸應(yīng)力較小，耐磨性好，無(wú)根切現(xiàn)象，但制造精度要求高，對(duì)中心距誤差十分敏感。僅用于鐘表及儀表中。
h. 行星齒輪傳動(dòng)具有動(dòng)軸線的齒輪傳動(dòng)
行星齒輪傳動(dòng)類(lèi)型很多，不同類(lèi)型的性能相差很大，根據(jù)工作條件合理地選擇類(lèi)型是非常重要的。常用的是由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒輪和行星架組成的普通行星傳動(dòng)，少齒差行星齒輪傳動(dòng)，擺線針輪傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。行星齒輪傳動(dòng)一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，輸入軸和輸出軸可在同一直線上。其應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。
3.1.4減少噪音方法
減速器通不過(guò)工廠測(cè)試，是一種間歇噪聲大的原因；ND6型精密聲級(jí)計(jì)測(cè)試，為72.3Db低噪聲（A），達(dá)到要求；82.5dB（A），達(dá)不到要求。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，測(cè)試和改進(jìn)分析，得出的結(jié)論是，必須對(duì)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合管理，才可有效降低齒輪傳動(dòng)噪聲。
a. 控制齒輪的精度：齒輪的基本精度要求：經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，齒輪的精度必須要控制在GB10995－887~8級(jí)，線速度高于20m/s齒輪，齒距的極限偏差、齒圈的徑向跳動(dòng)公差、齒向公差必須要穩(wěn)定，達(dá)到7級(jí)精度要求。在達(dá)到7級(jí)精度要求的情況下，齒部需要倒棱角，要嚴(yán)格防止齒根凸臺(tái)。
b. 控制齒輪材料的質(zhì)量：原材料的質(zhì)量高低是生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量高低的前提因素，現(xiàn)階段用量最大的制造齒輪的材料為40Cr和45鋼。無(wú)論原材料產(chǎn)自何處，原材料在加工前都要嚴(yán)格的檢驗(yàn)化學(xué)成分、測(cè)定晶粒度、評(píng)定純潔度。這樣可以及時(shí)調(diào)整防止熱處理變形，提高加工齒形的質(zhì)量。
c. 防止熱處理過(guò)程中的變形：齒輪坯料經(jīng)過(guò)粗加工后成為精鍛件，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以達(dá)到以下要求：
（1） 使鋼件軟化以便進(jìn)行后續(xù)切削加工；
（2） 消除皮料上的殘余應(yīng)力；
（3） 細(xì)化晶粒，改善晶粒組織以提高機(jī)械性能；
（4） 為最終能處理作好組織上的準(zhǔn)備。應(yīng)注意的是，在調(diào)質(zhì)或正火處理中，必須保持均勻的爐膛溫度，以及工位器具的采用，使均勻地對(duì)工件進(jìn)行加熱及冷卻，嚴(yán)禁成堆擺放。需要鉆孔減少齒輪的重量，應(yīng)安排熱處理后鉆孔。最終熱處理采用齒輪齒面高頻淬火使零件變形?。积X面高頻淬火具有高強(qiáng)度，硬度，耐磨性和疲勞極限，但是心部還是保持足夠的塑性和韌性。為了減少變形。齒面高頻淬火應(yīng)采用較低的淬火加熱溫度和較短的加熱時(shí)間，加熱均勻，緩慢冷卻。
d. 保證齒輪坯料的精度：齒輪上加工的孔的尺寸精度要求在孔公差值的中間值左右，定在±0.003~±0.005mm；如果超尺寸但又在孔的設(shè)計(jì)公差要求范圍內(nèi)，必須做出分類(lèi)，分別轉(zhuǎn)入切齒工序。齒坯的徑向跳動(dòng)及端面跳動(dòng)為6級(jí)，定在0.01~0.02mm范圍內(nèi)。
e. 齒輪切削加工措施：購(gòu)買(mǎi)的齒輪刀具必須進(jìn)行檢查，必須達(dá)到AA級(jí)的要求。齒輪刀具研磨后必須對(duì)刀具面的徑向性，相鄰高差，間距誤差，最大累積誤差、內(nèi)孔軸線平行度測(cè)試。在不影響齒輪強(qiáng)度的前提下，提高齒頂高系數(shù)，增加0.05~0.1m，提高刀具的齒頂高系數(shù)，避免齒輪干涉。M=1~2齒輪滾刀齒頂修圓，圓量R=0.1~0.15m。消除齒頂?shù)拿蹋纳讫X輪干涉。切齒設(shè)備每年需要做精度檢查，達(dá)不到要求，必須進(jìn)行修理。操作者還必須經(jīng)常自檢，特別是在機(jī)床主軸徑向間隙控制在0.01mm以下，刀軸徑跳5um以下，刀軸運(yùn)動(dòng)在8um以下。安裝精密刀具：刀具跳動(dòng)控制在3um以下，端面跳動(dòng)在4um以下。切削加工精度，芯棒直徑及間隙工件孔，須有1~4um的保證。絲桿必須在丙類(lèi)的頂級(jí)位置，螺紋磨床：垂直度≤3um，徑跳≤5um。螺母必須確保內(nèi)部線程和數(shù)據(jù)一旦夾緊墊圈的平行度≤3um。
f. 文明生產(chǎn)：齒輪傳動(dòng)噪聲超過(guò)30%源于毛刺、碰傷。在齒輪箱的裝配工廠，去除毛刺及磕碰損傷，是一種被動(dòng)的方法。齒輪軸，齒輪滾切加工后立即套上專用的塑料保護(hù)套進(jìn)入下一個(gè)階段，并且?guī)е哂刑厥獗Ｗo(hù)作用塑料套儲(chǔ)存和運(yùn)輸。珩磨，降低齒面粗糙度，去毛刺，并防止損壞，能有效降低齒輪噪聲。
g. 采取其他材料及熱處理，表面處理：
（1） 末冶金成型技術(shù)，成型后的齒輪高頻淬火。
（2） 球墨鑄鐵，齒輪加工，然后軟氮化處理。
（3） 采用40Cr材料，齒輪加工后，使用軟氮化或齒部鍍銅處理。綜合說(shuō)，要根治齒輪的傳動(dòng)噪聲，齒輪材料及熱處理是根本，保證齒輪的精度是關(guān)鍵，文明生產(chǎn)是基礎(chǔ)。
3.1.5齒輪的強(qiáng)度校核
根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)公式，齒面的接觸強(qiáng)度條件為
（3.2）
（3.3）
式中，、對(duì)應(yīng)高速級(jí)和低速級(jí)相應(yīng)的載荷系數(shù)；
為高速軸的轉(zhuǎn)矩；為中間軸的轉(zhuǎn)矩；
和對(duì)應(yīng)高速級(jí)和低速級(jí)相應(yīng)的齒寬系數(shù)；
和對(duì)應(yīng)高速級(jí)和低速級(jí)齒輪對(duì)相應(yīng)的端面重合度。
這些參數(shù)可以依據(jù)設(shè)計(jì)變量的值計(jì)算和查取出來(lái)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查取，40Cr鋼，即小齒輪材料的接觸疲勞度許用應(yīng)力，45鋼，即大齒輪的接觸疲勞度許用應(yīng)力。
根據(jù)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，小齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度條件為
（3.4）
大齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度條件為
（3.5）
式中、、分別為齒輪、的彎曲應(yīng)力；
、為高速級(jí)和低速級(jí)的螺旋角影響系數(shù)；
、——為齒輪、的齒形系數(shù)；
、——為齒輪、的應(yīng)力校正系數(shù)。
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查取，40Cr鋼，即小齒輪材料的彎曲疲勞度許用應(yīng)力，45鋼，即大齒輪的彎曲疲勞度許用應(yīng)力。
3.2軸承的校核
由于轉(zhuǎn)矩的大小是低速軸大于高速軸，同時(shí)低速軸和高速軸的直徑相差較小，所以只需校核高速軸的深溝球軸承。
由中心軸校核過(guò)程可知A,E兩處軸承的受力情況：
==480.1N （3.6）
=223.8N （3.7）
當(dāng)量動(dòng)載荷
又軸承的基本額定壽命 h
假設(shè)該貼標(biāo)機(jī) 預(yù)期壽命為10年，每天工作8小時(shí)，第年使有300天，在整個(gè)使用期限內(nèi)，行走時(shí)間約占60%，則總工作時(shí)間
=10300860%=14400h<故軸承壽命符合要求。
3.3電動(dòng)機(jī)的選擇
正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是：在電動(dòng)機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動(dòng)機(jī)功率。
本設(shè)計(jì)非連續(xù)制工作機(jī)械，而且起動(dòng)、制動(dòng)頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)工作特點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)工作制應(yīng)考慮選擇短時(shí)重復(fù)工作制和短時(shí)工作制，并優(yōu)先選用YZR(繞線轉(zhuǎn)子)、YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列專用電動(dòng)機(jī)。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；在工作條件較輕，接電次數(shù)較少時(shí)，亦可采用籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。對(duì)于小噸位驅(qū)動(dòng)，考慮到多方面因素，其電動(dòng)機(jī)工作制也允許選擇連續(xù)工作制。本設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)工作制度為斷時(shí)工作制，因此不用考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱計(jì)算。
機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需靜功率按下式計(jì)算：
（3.8）
式中—額定起升載荷（N）；
—自重（N），可?。剑?.02～0.04）；
—起升速度；
—機(jī)構(gòu)總效率。初步計(jì)算時(shí)，可?。?.85～0.9。
=6.311 （KN） （3.9）
計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率
考慮到工作環(huán)境，其系數(shù),
所以
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》應(yīng)選用：YZ系列三項(xiàng)異步電機(jī)，
型號(hào)：YZ160L—8， 效率：82.4%
額定電壓：380V, 基準(zhǔn)工作制為
額定功率：7.5KW， 轉(zhuǎn)速：705r/min
4 皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1原始數(shù)據(jù)及工作條件
參數(shù)和工作條件
（1） 輸送物料：硅石、焦炭、球團(tuán)
（2） 物料特性：
塊度：20～120mm
物料密度：0.65～2.6
（3） 工作環(huán)境：露天
（4） 輸送系統(tǒng)及相關(guān)尺寸：
運(yùn)距：1m 傾斜角：β=0°
最大運(yùn)量：30t/h 帶寬：B=650mm
上托輥間距 下托輥間距
DTⅡ(A)型固定式帶式輸送機(jī)是通用型系列產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于冶金、煤炭、交通、電力、建材、化工、輕工、糧食和機(jī)械等行業(yè)，輸送堆積密度為500～2500各種散裝物料和成件物品，適用環(huán)境溫度為-20°～40°。本設(shè)計(jì)選用DTⅡ(A)型固定式帶式輸送機(jī)。
初步確定輸送機(jī)布置形式，如圖4.1所示：
圖4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)圖
4.2計(jì)算步驟
4.2.1輸送帶上最大的物料橫截面積
為保證正常輸送條件下不撒料,輸送帶上允許的最大物料橫截面積按式(4.1)計(jì)算(按圖4.2)。
(4.1)
(4.2)
(4.3)
式中b——輸送帶可用寬度m，按以下原則取值：
b≤2m時(shí)，b=0.9b－0.05m；
b≥2m時(shí)，b=b－0.05m；
——中間輥長(zhǎng)度，m，對(duì)于一輥或二棍的托輥組，；
——物料的運(yùn)行堆積角，參考<>表2-1中數(shù)據(jù)酌定。
圖4.2 等長(zhǎng)三輥槽型截面
參考<>表3-2列出了不同帶寬時(shí)的S值,可直接查取。
4.
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