1、皮帶式渦流分選機構設計 2022 屆畢業(yè)論文（設計）論文（設計）題目 皮帶式渦流分選機構設計子課題題目 2022 年 5 月摘 要 隨著國內經濟建設的快速發(fā)展和現代科技的不斷進步，人們的生活質量有了明顯的提高，由于存在大量的電器設備，電氣火災的發(fā)生率也在增加，已經達到了 70%。通過快捷有效的方法來進行火災鑒定，找出是什么原因引起了火災，這對于減少電氣火災具有重要的意義。通過渦流分選裝置分離出火災現場金屬熔落物，能夠快速查明起火原因，因此對火災現場金屬熔落物分選裝置的研究是非常重要的。本研究論文通過文獻研究法和歸納總結法對皮帶式渦流分選機進行研究，研究的內容主要有以下幾個方面：分選機的原理，里

2、面包含渦流分選機的理論基礎，磁棍磁場強度計算模型，渦流分選機的工作原理；皮帶式渦流分選機結構與磁系設計，渦流分選機磁棍的輕量化設計以及渦流分選機磁系空間結構設計，還有渦流分選機的工作參數設計。得出根據裝置接料區(qū)域的水平位置，先確定傳送帶速度，再調整磁輥轉速，最后考慮裝置工作穩(wěn)定等綜合因素來確定適合的分選參數。關鍵詞：渦流分選機；磁系；磁輥Abstract With the rapid development of domestic economic construction and the continuous progress of modern science and technology

3、, peoples quality of life has been significantly improved, due to the existence of a large number of electrical equipment, the incidence of electrical fire is also increasing, has reached 70%.Through fast and effective methods to conduct fire identification, to find out what caused the fire, which i

4、s of great significance to reduce electrical fire.The metal melt in the fire site in the fire field is very important.This paper includes the theoretical principle of the vortex separator, the working principle of the structure and magnetic system, the lightweight design of the vortex separator and

5、the spatial structure design of the vortex separator.According to the horizontal position of the device feeding area, the conveyor belt speed is determined first, then the magnetic roll speed is adjusted, and finally the comprehensive factors of the device working stability are considered to determi

6、ne the suitable sorting parameters.Key words: eddy current sorter; magnetic system; magnetic roll目錄第一章 緒論11.1研究背景以及研究意義11.1.1研究背景11.1.2研究意義21.2研究內容以及研究方法21.2.1研究內容21.2.2研究方法21.3國內外研究現狀31.3.1國內研究現狀31.3.2國外研究現狀5第二章 分選機的原理92.1渦流分選機的理論基礎92.2磁輥磁場強度計算92.3渦流力計算92.4渦流分選機的工作原理10第三章 皮帶式渦流分選機結構設計113.1傳動方案的設計11

7、3.2擬定機械傳動方案12第四章 渦流分選機軸的計算175.2.1鏈傳動部分設計365.2.2軸系結構的相關設計395.2.3鍵的選擇和強度校核395.3減速器的選型405.3.1傳動比的分配405.3.2軸的轉速41第六章 渦流分選裝置參數設計426.1現有裝置的改進辦法426.2渦流分選裝置的工作參數分析436.2.1工作參數436.2.2工作參數優(yōu)化44第七章 結論46參考文獻47致謝48第一章 緒論1.1研究背景以及研究意義1.1.1研究背景 公安部消防局近年來的相關統計數據分析表明，我國發(fā)生電氣設備火災事故頻繁，因涉及各種電氣設備故障的原因而導致發(fā)生火災的起數一直居高不下，造成了大量

8、的生命財產損失。據不完全資料統計，我國每年至少發(fā)生40，000多起電氣火災，平均每天至少發(fā)生125起，占特、重大火災事故的60以上。2011年至2016年，我國共累計發(fā)生各類電氣火災52.4萬起，占到了全國火災發(fā)生總量的30以上，同時由電氣火災造成的傷亡數量也占到了全國火災傷亡總數的以上。此間共發(fā)生的起重特大火災中，電氣火災數量占到了70以上，給人民的生命和財產造成了巨大的損失。面對我國日益嚴峻的電氣火災安全形勢，有效地預防和控制類似電氣火災事故的再次發(fā)生，保障廣大人民群眾生命財產安全迫在眉睫。在此一大背景下，近年來，在國務院安委會統一決策部署下，多個重點省市紛紛啟動并開展各類電氣火災防范專項

9、整治工作，使得全社會對于電氣行業(yè)的安全意識明顯提高，安全用電管理常識進一步得到普及，極大地有效遏制了各類電氣火災安全事故的高發(fā)態(tài)勢。與此同時，高校、消防所等科研單位也在國家的鼓勵下開展了一系列電氣防火設備的相關研究和開發(fā)工作，其中取得的研究成果和技術創(chuàng)新無疑會使我國電氣火災形勢得到高效精準的防治，為國家減少生命財產損失，為社會的和諧進步做出貢獻。 電氣火災事故現場遺留下來的熔珠熔痕等金屬熔落物是目前調查電氣火災事故成因十分關鍵的物證。調查工作人員對電氣火災現場內的金屬熔落物的調查取證和成因鑒別結果雖然能夠充分說明電氣火災事故發(fā)生的原委，但由于火災現場內部環(huán)境條件十分復雜，經常還會遇到外部電能的

10、不繼釋放和燃燒物的內部熱能釋放同時交織在一起的特殊情況。這樣，熔珠熔痕等金屬熔落物往往就會混雜在一些焦炭、碎塊和其它雜質熔落物之中，不易被調查人員發(fā)現取證，大大增加了電氣火災事故原因認定的復雜程度。因此，電氣火災金屬熔落物證的樣品取樣和過程處理是十分重要的，只有保證了分選熔落物證的科學性和技術性，電氣火災物證鑒定分析的真實性和效率才有提及的可能。1.1.2研究意義 為有關部門及時準確鑒定物證、認定起火原因，要將火場搜集到的熔落物進行分離提純。目前調查人員大多采用人工篩選的方式對金屬熔落物進行分離提純，存在效率低、準確性差等不足，仍存在提升空間。閱讀相關資料后，發(fā)現選礦領域中已經對如何分選物料做

11、出了大量的研究工作，將其中的有關研宄成果引入到分選火場金屬熔落物渦流分選的問題中，有助于拓寬解決問題的思路，科學有效地解決該問題。其中固體物料分選的方法按照待分選的不同物料組分之間物理特性的差異主要分為磁選、電選、重選和浮選等方法。1.2研究內容以及研究方法1.2.1研究內容 本研究論文通過文獻研究法和歸納總結法對皮帶式渦流分選機進行研究，研究的內容主要有以下幾個方面：分選機的原理，里面包含渦流分選機的理論基礎，磁棍磁場強度計算模型，渦流分選機的工作原理；皮帶式渦流分選機結構與磁系設計，渦流分選機磁棍的輕量化設計以及渦流分選機磁系空間結構設計。1.2.2研究方法 文獻研究法：通過省市級圖書館和

12、知網萬方等互聯網平臺了解皮帶式渦流分選機的原理以及相關理論基礎，目前國內外的研究現狀，從中選出15-20篇作為本文的參考文獻。 歸納總結法：通過對以往文獻的研究，總結出渦流分選機結構與磁系設計，磁棍的輕量化設計以及空間結構設計等內容。1.3國內外研究現狀1.3.1國內研究現狀 國內對渦電流分選的研宄始于世紀年代，通過引進、消化已有的外國科研成果，開展了一系列研宄。 1994年，魏以和研宄報導了國外三類常用的渦流分選機，有“直線電機”型、“脈沖”揀選型和“滑道”式渦流分選機，并在他的研究分析中明確指出城市固體廢棄物的綜合回收和處理、工業(yè)固體廢棄物的回收和處理和冶煉鋁及其各種有色金屬鑄造業(yè)中型砂的

13、凈化回收與提純是其實際生產應用的主要發(fā)展方向。 1997年，李明德等人指出永磁材料的發(fā)展推動了永磁輥式渦流分選機的發(fā)展，對渦流分選的物理原理進行了深入的研宄，提出導體所受的排斥力由“機械力”和“成分力”組成，并詳細描述了新研制的永磁輥式渦電流分選機結構。 2005年，王全強等學者就渦電流操作參數對鋁分選的影響進行了研究，采用鋁、銅和塑料等標準樣品進行了試驗，考慮了顆粒的電導率和密度因素，得出了轉子電動機轉速、皮帶電動機轉速、給料速度等主要因素對渦流分選效率的影響規(guī)律。并且通過對試驗后的數據分析，建立了渦流分選效率的數學模型，為電子廢棄物的有效分選和綜合利用提供了堅實的理論指導。 2009年，劉

14、承帥設計了一種利用釹鐵硼材料作為分選磁源的皮帶式渦流分選機，他對這種渦流分選機的分選過程進行了深入的理論研究，主要針對了渦流力的分析，指出其中的磁轉力與哪些因素相關，并設計了皮帶式渦流分選機機械結構與磁系結構。設計了薄鋁片和塑料瓶碎片的小型實驗室試驗，試驗表明，該渦流分選機具有良好的分選效果。 2012年，阮菊俊在電子廢棄物回收領域使用了渦流分選設備，對不同形狀金屬鋁顆粒渦流分選理論和其影響參數的關系進行了深入研宄，建立了適用于圓形、矩形和三角形的鋁片顆粒感應渦電流大小的計算模型和渦流力的計算模型，提出了分離角這一概念，并使用這一概念仔細地分析了鋁片顆粒脫離磁輥表面脫離的現象，對不同形狀金屬顆

15、粒的脫離角大小進行了分析計算，通過實證，驗證了模型的準確性。 2013年，高鳳芬在我國有色金屬回收領域較早應用永磁輥式渦流回收分選機，從其依據的原理入手進一步地分析影響分選回收物料效果的一系列因素，提出了排斥力越大分選效果越好、給料要均勻、物料粒度范圍小分選效果好、擋板的位置分選時要注意調整并且擋板厚度越小越好等主要觀點。其中，高鳳芬認為排斥力的大小對于物料分選效果起著決定性的影響作用。 2015年，張書明對磁輥空載靜磁場和磁輥負載瞬態(tài)磁場分別進行了仿真，并對球形、圓柱形、長方體負銅塊電磁斥力和渦流分選距離、分離角進行了計算，分析了渦流分選的影響因素并給出電氣和機械結構的改進方案。同年，康健在

16、國內外相關的數學計算模型基礎上，確定研宄方案，然后對磁輥進行數值仿真，對不同條件下水平拋落距離和分離距離進行分析，得到最佳操作參數，在此條件下，對不同尺寸的顆粒進行實驗驗證，最后給出立式渦流分選裝置優(yōu)化設計方案。 2016年，阮菊俊等針對我國電子垃圾的回收現狀，研究渦流分離技術。總結了渦流分離的可控操作因素有給料速度、磁輥轉速、物料面積。分析了分選效率和分離角之間的關系。結合實驗給出最優(yōu)給料速度和物料磁極面積比。這對在電子垃圾回收中開發(fā)新型的有色金屬小顆粒渦流分選裝置具有一定的指導意義。 2017年，鄧少華推導出了渦流分選成分中的球形、方形、錐形物成分內部電渦流強度，計算了三種成分在分選過程中

17、所受到的電渦流斥力，分離角，并用模擬計算對建立的渦流斥力進行了驗證，從而篩選出影響渦流分選效果的主要影響因素。同年，盛金良針對渦流分選機磁輥結構設計問題，引入了徑極比的概念，通過有限元軟件對渦流分選機磁輥結構進行分析并通過數值分析給出了最佳設計方案，對分選機磁輥優(yōu)化有重要的指導意義，為分選機磁輥優(yōu)化提供了新思路。2018年，汪建新針對永磁筒式磁選機開放性磁路分布特性進行研究，借助有限元軟件建立了仿真模型，分析了磁系表面周向梯度變化規(guī)律，為分選機磁路設計及優(yōu)化提供了參考。 2019年，為解決電動汽車市場快速發(fā)展造成磷酸鋰鐵（）電池大量淘汰污染環(huán)境的問題，設計了一種綠色且完整的材料回收過程，經優(yōu)化

18、進料速度和磁輥旋轉速度參數后，渦流分離率達到100，并得到了極髙的廢舊的回收率。針對2至10的有色金屬顆粒，用位移間隔取代了脫離角度作為分離指標，改善了模型的直觀性。1.3.2國外研究現狀 1889年，愛迪生和馬克西姆各自分別提出交變磁場渦流分選機的概念，同年獲得了電磁分離器的專利。最初的設計是使用直流激勵的旋轉電磁鐵，結構笨重且分選效果差。 1969年，國外開始出現了從廢物中分選出有色金屬的永磁分選機器的相關專利。此后，德國和美國先后成功地研制了釹鐵硼永磁輥式渦流分選機，并很快在一些工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)得到了推廣和使用，這使得渦流分選技術在實際有色金屬選礦工程中的廣泛應用更推進了一步。 197

19、5年，描述一種關于利用永磁體從一些固體廢物中回收有色金屬的方法。永磁體被交替地鑲嵌在與平面成度角的一個傾斜面中。其中的導電粒子的偏轉距離是斜坡的長度和傾斜度，斜坡面上磁體的磁場強度，導電粒的電導率、密度、形狀、大小和初速度以及顆粒與坡道之間的滑動摩擦系數的函數。這種結構缺點是，粒子的初速度是改變固定磁場的頻率變化幅度和偏轉距離的唯一因素。 1988年，等人在一篇論文中討論了幾種利用磁鐵產生磁場的渦流分選裝置。在靜態(tài)磁選機中，粒子通過一個由穩(wěn)定坡道上的永磁體結構產生的交變磁場移動，而在動態(tài)磁選機中，磁選裝置安裝在兩個相同的、垂直的、平行的旋轉圓盤的內部。這種結構用于產生具有交變極性的周期可變磁場

20、。磁體的運動和粒子的運動都會引起作用在粒子上的磁場隨時間的變化。利用模型的擴展理論模型，計算了塊狀顆粒通過長條帶時的排斥力。質量因數描述了磁條的形狀對排斥力的貢獻，從而有助于在最低限度地使用昂貴的磁性材料的情況下開發(fā)磁選機。 1991年，等人在發(fā)表的一項研宄中考察了在傾斜平面上使用固定磁鐵來分離由洗刷器、硬幣、有色金屬混合物以及各種形狀和尺寸（）的絕緣子組成的混合物。這些混合物將以角喂送到場的邊界（，場為0.9T的磁場）。在沒有磁場作用時，所有物料均進入非導體收集器。在磁場的作用下，所有的鋁物料都進入了導體收集器。建立了二維模型來預測兩種模型元素（圓形和矩形）的運動。對于單一邊界系統，通過求解

21、運動方程，建立了運動軌跡的數學模型。 1995年，描述了一種利用用于產生分離的電磁場的螺線管。分離裝置由一個連接到高頻交流源的螺線管線圈組成。當自由落體粒子源靠近線圈端部時，線圈的交變磁場引起導電粒子中的渦流。線圈的非均勻交變磁場與粒子中的渦流相互作用，使電磁力沿線圈磁感應強度減小的方向作用于導電粒子。渦流和線圈的非均勻磁場之間的力相互作用導致導電粒子的偏轉。這種裝置的缺點是在低磁場強度區(qū)域會影響分離，通過增加電流來增加磁場強度，造成了電流的損耗，人們發(fā)現這種方法不實用。 1997年，等人通過多種策略（包括分析、數字和實驗技術）研宄了鋁易拉罐的分離，建立了二維參數有限模型并與實驗結果進行了比較

22、。實驗測量使用了個繞組的空氣線圈。在一個典型的實驗中，一個罐子被放在線圈的中間，膠帶用來防止罐子橫著滾動。頻率增加，直到可以實現轉動剝離。將模擬結果與實測結果進行比較，得到了令人滿意的結果。 1998年，荷蘭著名的代爾夫特理工大學的學者、和等人研究了電渦流分選的基本原理，其渦流分選力學模型也是后來學者引用最多的。該分選機模型通過計算有關分選機內部磁場轉矩的一階線性微分方程給了以分選機轉子軸線為中心軸的磁感應強度的柱坐標系方程。對非磁性介質的金屬顆粒在分選機磁場運動過程中的受力情況和其運動行為等數據進行了分析，得出了一些影響有色金屬分選效果的主要因素，仿真分析了金屬顆粒在渦流分選機上的運動過程軌

23、跡和圖形，并提出了通過試驗和模擬相結合的方法，驗證了模型的相對準確性，從而為電渦流分選的實際應用提供了理論依據。 2001年，和提出了一種新的渦流分選裝置，即立式轉鼓渦流分選機（）。這種設計包括一個垂直旋轉的磁鼓，上面覆蓋著具有交變磁極的永磁體，主要用來分選尺寸在之間的較小的有色金屬顆粒。通過實驗，給出了用水平滾筒渦流分離器分離毫米級顆粒的分級和回收率。垂直設計的優(yōu)點在于其效率接近于水平設計，且設備成本較低，缺點是中間產品必須通過分離過程重新傳遞。 2004年，、和等人通過數值仿真和實驗相結合的方式研究了傳統永磁輥式的拋出軌跡，考慮了不同類型顆粒相互碰撞對分選結果的影響，預測了顆粒間相互作用對

24、品位和回收率的影響。不過，這一模型的缺點是在低給料率的情況下，其預測很驗證與實際相一致。 2006年，瓦爾什等人用渦流分選機回收采自阿拉斯加的特定大小的天然砂金，采用試驗研宄的方法，固定皮帶速度和轉子轉速，調節(jié)分礦器位置，得到了分礦器最優(yōu)的位置參數。根據定性試驗研宄的結果，說明渦流分選技術可行。對回收銀和鉑也進行了試驗。 2016年，對沙粒中的金顆粒進行了潤流分選的模擬。首先用有限元方法模擬己有實驗研究成果的渦流分選機的特性，對從進料中回收的金顆粒在分選器附近產生的渦流進行了模擬。并研宄了永磁梯度場和磁鼓氣隙對磁力偏轉和偏轉距離的影響。提出了建模和仿真的磁場之間的相互作用和導電粒子的粒子將成為

25、未來的研宄工作。 2017年，西蒂米什瓦拉大學的和介紹了一種基于互補氣水法的渦流分選新技術。這種技術可以用于從非均質混合物中回收小于的有色金屬顆粒。該設備的主要部分是一個帶有四極交替排列的釹鐵硼永磁體的旋轉圓筒。文章提出并討論了廢液的分級、產率、分離效率與轉速的關系。同年，和檢驗了電動潤流分選設備（）從報廢太陽能電池板中回收有價值材料的效果。該渦流分選裝置無任何機械運動部件，可有效分選硅培和碲化鎘銀材料以應對目前和未來的挑戰(zhàn)。 2018年，注意到在整個廢料回收行業(yè)，渦流分選技術（）是用來分離非金屬物質中的非鐵磁性金屬。然而，到目前為止，渦流分選的物理理論通常局限在經驗近似和數值模擬。因此，他基

26、于圓柱形充磁方向不同的永磁體，介紹一種簡化的二維渦流分選模型。這種模型可以描述整個磁輥表面的磁場，若磁輥以恒定角速度旋轉，則可以用其力和力矩的公式描述相應的運動軌跡。同年，建立了渦流分選設備的解析模型，對渦流分選機主要元件磁輥磁塊解析方程的相關理論背景，邊界條件進行了詳細的推導，并采用數值仿真的方法對比磁輥磁場的分布，在驗證了磁場分布公式的合理性后，繼續(xù)給出瞬態(tài)磁場的計算公式，受力公式和運動軌跡方程。 第二章 分選機的原理2.1渦流分選機的理論基礎 研究火場金屬熔落物渦流分選技術的基本規(guī)律，要清楚地了解渦流分選機磁輥磁場理論的相關計算方程，其研究問題的核心就是工程電磁場理論。在進行數學分析與計

27、算工程中的電磁場問題時，也將應用到電磁場的基本方程即為麥克斯韋方程。在進行應用麥克斯韋方程的時候，我們通常假設其應用的場景為線性、各向同性的均勻介質中。2.2磁輥磁場強度計算 在1997年，Rem在極坐標下推導出了磁輥表面的磁感應強度計算公式：Br=n=02bn(r/Rdrum)2n+1k1sin2n+1k(drumt) （2-1） B=n=02bn(rRdrum)2n+1k1cos2n+1k(drumt) （2-2）Favg=3B030131qsinqsin(q)cscqcsc(q)x （2-3）2.3渦流力計算 渦流損耗與磁場交變頻率f、厚度d和最大磁感應強度Bm的平方成正比，E=-Ndd

28、t （2-4）式中：N是線圈的匝數 ddt是磁通量的變化率與材料的電阻率成反比。由此可見，要減少渦流損耗，首先應減小厚度，其次是增加渦流回路中的電阻，電工鋼片中加入適量的硅，制成硅鋼片，顯著提高電阻率。渦流的大小公式： =S(dB/dt) （2-5） 現象是在一根導體外面繞上線圈，并讓線圈通入交變電流，那么線圈就產生交變電流。由于線圈中間的導體在圓周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發(fā)生變化，所以在導體的圓周方向會產生感應電動勢和感應電流，電流的方向沿導體的圓周方向轉圈，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導體內部發(fā)生電流感應的現象稱為渦流現象。2.4渦流分選機的工作原理

29、渦流分選機的工作原理主要的依據是電磁感應定律和比奧薩伐爾定律。由傳送帶輥輪轉動帶動傳送帶轉動，使其上方的小熔珠能沿著傳送帶向收集盒方向水平移動。磁輥獨立于傳送帶輥輪進行轉動，由于不同金屬材料之間的電氣特性存在差異，磁輥上方會產生作用在不同種類材料的非鐵磁性熔珠上的不同的電磁斥力。不同電磁斥力使不同材料金屬熔珠的運動軌跡發(fā)生改變，從而實現了不同熔落物的分離?；蛘哒f，通過電磁線圈或永磁體產生存在梯度變化的磁場空間，通過自由落體或傳送帶等方式使待選金屬與磁極間產生沿磁場梯度變化方向的相對位移，在待選金屬上感應出電磁斥力，從而完成分選工作。電磁式金屬分選機按電磁激勵來源可分為電勵磁型和永磁型，按分選方

30、式可分為靜態(tài)性和動態(tài)型。圖2-1 渦流分選機工作流程圖第三章 皮帶式渦流分選機結構設計3.1傳動方案的設計 對渦流機傳動方案的要求：由于渦流機是運用渦流風機工作原理，葉輪上有數十片葉片組成，它類似龐大的氣輪機葉輪，當渦流風機的葉輪旋轉時，葉輪葉片中間的空氣受到離心力的作用，朝著葉輪的邊緣運動，在那里空氣進入泵體的環(huán)形空腔，然后又返回葉輪，重新從葉片的起點以同樣的方式又進行循環(huán)運動，由于空氣被均勻的加速，葉輪旋轉時所產生的循環(huán)氣流使空氣以螺旋線的形式竄出，所以空氣以極高的能量離開泵體，以供使用。(它所產生的壓力是同轉速直徑離心風機的12-17倍）。由此分析合理的傳動方案首先要做到實用性這是關鍵。

31、在考慮到制作的成本問題，在這同時應保證壽命的長短，傳動效率高，以及操作方便。大至可分為以下幾點:1)工作可靠、傳動效率高；2 )結構簡單、尺寸緊湊、重量輕；3)成本低、工藝性好；4)使用和維護方便1 .磁混 2.皮帶 3.傳動棍 4.振動給料器 5.機架圖3.1皮帶式渦流分選機外形結構圖3.2擬定機械傳動方案 械傳動裝置設計的任務是分析和確定傳動方案、選定電動機的型號、合理分配傳動比及計算機械傳動的運動和動力參數，為設計計算各級傳動零件準備條件。 一臺皮帶運動輸機，已知驅動卷筒所需的轉矩T4.8105Nmm，帶速=1.8m/s，滾筒直徑D=400mm，載荷平穩(wěn)，常溫單向連續(xù)運轉。試確定機械傳動

32、方案；選擇電動機；計算總傳動比并分配各級傳動比；計算各軸功率、轉速和轉矩 擬定傳動方案，應首先考慮電動機的同步轉速。相同容量的同類異步電動機，其同步轉速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min四種。電動機轉速越高，則極數越少，尺寸和重量越小，價格也越低，但機械傳動裝置的總傳動比增大，傳動級數要增多，傳動尺寸和成本都要增加。通常多用同步轉速為1500r/min和1000r/min兩類電動機。 選定同步轉速后，依據電動機的同步轉速nD及工作機的輸入轉速n，可確定傳動裝置的初估總傳動比it=nD/n 式(3-1)圖3-2 帶式運輸機的傳動方案 根據所需的it，并

33、考慮各類傳動機構i的合理范圍，擬定出幾種傳動方案進行分析比較。圖3-2所示的三種傳動方案中，圖3-2a為閉式雙級齒輪傳動，使用維護方便，適于在重載和惡劣條件下長期工作，但制造、裝配要求較高，成本較高；圖3-2b采用V帶傳動獲得較為緊湊的結構尺寸，又能發(fā)揮其緩沖、吸振，過載起安全保護作用的優(yōu)點，一般宜把帶傳動布置在高速級，該方案通常得到廣泛應用。但外廓尺寸一般較大，且不適于繁重和惡劣條件下工作；圖3-2c為電動機直接接在蝸桿減速器上，結構最緊湊，但在長期連續(xù)運轉條件下，由于蝸桿效率低，功率損失大。傳動方案遠不止上述三種，設計時應根據不同的性能要求和工作特點，選取合理的傳動方案。3.3選擇電動機

34、傳動方案確定后，根據工作機要求，選擇電動機的類型和型號。3.3.1電動機的類型選擇 根據工作條件，選用Y系列三相異步交流電動機(參考設計手冊)。3.3. 2電動機功率的選擇 電動機的功率選擇合適與否，對電動機的正常工作和經濟性都有影響。功率選得過小不能保證工作機正常工作，或使用電動機因超載而過早損壞；功率選得過大則電動機的價格高能力得不到充分發(fā)揮，而且因電動機經常不滿載運行，其效率和功率因數都較低而造成能自的浪費。對于載荷比較穩(wěn)定、長期運轉的機械，通常按照電動機的額定功率選擇，而不必校驗E動機的發(fā)熱和起動力矩。電動機所需輸出的功率P0(kW)由下式計算P0=P/ 式(3-2)式中， P為工作機

35、所需的功率； 為從電動機到工作機的總效率。工作機所需的功率P由工作機的工作阻力F(N)和運行速度v(m/s)或工作轉矩T(Nm)和轉速n(r/min)確定。可按下式計算：P=Fv/1000 或P=Tn/9550 式(3-3) 傳動方案確定后，可估算出傳動的總效率，然后確定電動機所需要的功率。 由運輸帶速度v、卷簡直徑D，得主動卷筒轉速即從動輪轉速為：n=601000vDr/min=85.94r/min 式(3-4)根據公式得主動卷筒軸需要的有效功率為：P=Tn/9550=4.810585.95/9550kW=4.32kW 式(3-5)經查閱資料取一對齒輪嚙合效率=O97(8級精度)、V帶傳動效

36、率b=O96滑動軸承效率s=O97、滾動動軸承效率x=O99、聯軸器效率c=O99。蝸桿傳動效率=O80(雙頭蝸桿)?？傂剩簣D3-2a=g2c3s2s=0.9720.9930.9920.97=0.868 式（3-6）圖3-2b=bgx2cs=0.960.970.9920.990.97=0.876 式（3-7）圖3-2c =nx2c2s=0.80.9920.9920.97=0.745 式（3-8） 電動機所需輸出的功率P。為圖3-2a P0= P/4.32/0.8684.977kW 式（3-9）圖3-2b P0= P/4.32/O.876=4.932kW 式（3-9）圖3-2c P0= P/4

37、.32/O.745=5.199kW 式（3-10）因載荷平穩(wěn)，所以電動機連續(xù)運轉，即電動機的額定功率P額應該略大于所需功率P0。經查電動機產品樣本得，取P額=5.5kW。由計算可見，本例方案a(圖3-2a)和b(圖3-2b)較好。因此，以下只計算方案b。 3.3.3電動機轉速確定 取帶傳動的傳動比ib=24，齒輪傳動的傳動比i=35，則傳動裝置的總傳動比為： i=ibi=(24)(35)=620 式(3-11)故得電動機的轉速范圍為: n0=i n=(620)85.94=515.6141718.8rmin 式(3-12)在上述轉速范圍內的常用同步轉速有1000rmin和1500rmin。經過查

38、電動機產品樣本選取Y132M一6型電動機，其額定功率P額=5.5kW，滿載轉速即主動輪轉速n0=1500rmin。3.4總傳動比及其分配3.4.1傳動裝置的總傳動比傳動比=從動輪齒數/主動輪齒數=主動輪轉速/從動輪轉速i=z2/z1=n0/ni=n0/n=1500/85.94=17.45 式(3-12) 3.4.2各級傳動比的分配若傳動裝置由多級傳動串聯而成，則其總傳動比為:i=i1i2i3.ik 式(3-13) 式中，i1、i2、i3ik為各級傳動的傳動比。 合理分配各級傳動比，可以減小傳動裝置的尺寸，減輕其重量，并改善潤滑狀況。分配傳動比應考慮以下幾點:1)各級傳動比應在常用范圍內； 2)

39、應注意使各級傳動件尺寸協調、結構勻稱、避免零件發(fā)生干涉； 3）為避免帶傳動的外廓尺寸大而不協調，取其傳動比ib=3，這樣齒輪傳動比為： ig=i/ib=17.45/3=5.82 式(3-14)第四章 渦流分選機軸的計算4.1軸的轉速、輸入功率與輸出轉矩4.1.1各軸轉速：電動機軸轉速：nm=n0=1450r/min高速級軸I轉速：n1=nm=1450r/min中間軸II轉速：n=2ROMAN2=n=1ROMANIi1=204.29r/min低速級軸III轉速：n=3ROMAN3=n=2ROMANIIi2=39.72r/min（1） 各軸輸入功率：高速級軸I：P1=Pmc=30.99=2.97K

40、W中間軸II：P2=P11g=2.970.970.99=2.85KW低速級軸III：P3=P22g=2.850.970.99=2.74KW上式中c為聯軸器效率，12為齒輪傳動效率，g為一對軸承的效率（2） 各軸輸出轉矩：高速級軸I：T1=9550P1n1=19.83Nm中間軸II：T2=9550P2n2=133.23Nm低速級軸III：T3=9550P3n3=658.79Nm3.1 齒輪設計3.4.1 高速級齒輪的計算齒輪類型、精度等級、材料根據工作機的傳動方案及該設備對齒輪傳動平穩(wěn)性沒有特殊要求的工作特點，選用直齒圓柱齒輪傳動，效率高且工作可靠，壓力角取20。材料選擇：由機械設計選得大齒輪的

41、材料為40鋼，經調質及表面淬火，齒面硬度為240HBS；小齒輪材料為40Cr，經過調質，齒面硬度為280HBS。由于采用表面淬火，輪齒的變形程度不大，不需要磨削，初選7級精度。試選小齒輪的齒數Z1=20，則大齒輪的齒數：Z2=Z1u=207=1403.4.1.1 按齒面接觸強度設計：d1t32KtT1du1uZEZHZH21) 確定公式內各計算數值1 載荷系數Kt=1.3；2 小齒輪傳遞的轉矩：T1=19.83Nm=1.983104Nmm；3 由機械設計表10-7選取齒寬系數中d=1；4 由表10-6查得材料的彈性影響系數：ZE=189.8Ma1/2；5 由式Z=43可計算接觸疲勞強度的重合度

42、系數：a1=arccosZ1cosZ1+2a=arccos20cos2020+21=31.321a2=arccosZ2cosZ2+2a=arccos140cos20140+21=22.111=Z1tan1tan+Z2tan2tan2=1.721Z=43=0.8726 由圖10-21e按齒面硬度中間值52HRC查得小齒輪和大齒輪接觸疲勞強度極限為Hlim1=600MpaHlim2=550Mpa7 計算應力循環(huán)次數：N1=60njL=60143012830015=6.178109n轉速，r/min；j齒輪轉過一圈應力變化次數；Lh時間，hN2=N1u=6.04810920140=8.8261088

43、 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數：KHN1=0.9，KHN2=0.95；9 計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數S=1，可得：H1=KHN1Hlim1S=0.96001=540MPaH2=KHN2Hlim2S=0.955501=523MPa取H1和H2中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應力即H1=H2=523Mpa10 算出齒輪分度圓直徑d1t：d1t32KtT1du1uZEZHZH2&=321.31.98310417+172.5189.80.875232=33.286mm2) 調整小齒輪分度圓直徑計算圓周速度v：v=d1tn1601000=2.49m/s齒輪寬b：b=dd1t

44、=133.286=33.286mm計算載荷系數：由表10-2查得使用系數KA=1；根據v=2.49m/s，7級精度，由機械設計圖10-8查得動載系數Kv=1.1；齒輪的圓周力：Ft1=2T1dt1=21.98310433.286=1.19103NKAFt1b=11.1910333.286=35.8N/mm100N/mm由表10-3查得接觸強度計算用齒間載荷分布系數KH=1.2；由表10-4插值法查得7級精度，小齒輪相對表示非對稱布置時，得齒向載荷分布系數KH=1.417；可求得載荷系數為：K=KAKVKHKH=11.11.21.417=1.87按實際的載荷系數矯正可得分度圓直徑：d1=d1t3

45、KKt=33.28631.871.3=37.575mm齒輪模數：m=d1z=37.57520=1.879mm3.4.1.2 按齒根彎曲強度設計mt32KT1Ydz12YFaYSaF1) 確定式中數值：試選KFt=1.3；計算彎曲疲勞強度重合度系數YY=0.25+0.75=0.25+0.751.721=0.686由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.85，KFN2=0.90；由機械設計表10-5查得齒形系數YFa1=2.83，YFa2=2.18；應力矯正系數YSa1=1.5，YSa2=1.83；由圖10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為：Hlim1=500MpaHlim

46、2=380Mpa取彎曲疲勞安全系數S=1.4，得F1=0.855001.4MPa=303.57MpaF2=0.903801.4MPa=244.19Mpa則可算得YFa1YSa1F1=2.831.5303.57=0.0140YFa2YSa2F2=2.181.83244.29=0.0163YFaYSaF=YFa2YSa2F2=0.0163代入給出公示有試算模數：mt321.31.9831040.08612020.0163=1.280mm2) 調整齒輪模數：圓周速度v：d1=mtz1=1.28020=25.6mmv=d1n1601000=25.61430601000=1.92m/s齒寬b：b=dd1

47、=125.6mm=25.6mm齒寬與齒高比b/hh=2+Cmt=21+0.251.280=2.88mmb=25.62.88=8.89計算實際載荷KF：根據v=1.92m/s，7級精度，查10-8的動載系數KV=1.08有：Ft1=2T1dt1=21.98310425.6=1.55103NKAFt1b=11.5510325.6=60.5N/mm100N/mm查表10-3的齒間載荷分配系數KF=1.2;查得KH=1.47，結合b/h=8.89查圖10-13得KF=1.34；則可得載荷系數為：KF=KAKVKHKH=11.081.21.34=1.74按實際載荷系數調整算出的齒輪模數：m=mt3KFK

48、Ft=1.28031.741.3=1.411mm對比計算結果，由于齒輪模數m的大小主要由彎曲強度確定的承載能力，齒面接觸疲勞強度所的承載能力僅與齒輪直徑有關，所以綜合得模數m=1.5mm，分度圓直徑取d1=33.286mm，則Z1=d1m=33.2861.5=22.19取整Z1=22，則大齒輪齒數：Z2=uZ1=722=1543.4.1.3 幾何尺寸匯總分度圓直徑：d1=mZ1=(1.522)mm=33mmd2=mZ2=(1.5154)mm=231mm中心距：a=d1+d22=33+2312=132mm齒輪寬度：b=dd1=133mm=33mm考慮到安裝誤差不可避免，為了齒寬b和節(jié)省材料，一般得小齒輪略為加寬（510）mm，即：b1=b+（510）mm=3848mm取整b1=40mm，大齒輪的齒寬即為設計齒寬。上述齒輪副的中心距不便于相關零件的設計和制造。為此，可以通過調整傳動比、改變齒數或變位法進行圓整。采用變位法將中心距就近圓整為a=135mm，可得出高速級齒輪的設計結果如下：小齒輪：Z1=22，b1=40mm，40Cr（調質）；大齒輪：Z2=154，b2=33mm，45鋼（調質）；中心距a=135mm，壓力角=20，7級設計精度。3.4.2 低速齒輪計算低速級齒輪的選擇與計算原理均同上高速級齒輪1) 齒輪類型、精度等級