单筒冷却机传动装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 单筒冷却机传动装置设计 摘 要 ： 冷却机 用于冷却烧出的高温熟料。通过将物料在筒体中回转前进与对流冷风产生热交换，达到冷却的目的。 本课题研究的主要内容包括主传动和辅助传动功率的设计计算；大齿圈和小齿轮副设计；减速装置的选择设计； 齿轮轴设计；齿轮与轴的强度校核； 相关传动装置的结构设计。 在本课题中 交流电动机改为直流调速电动机，看火工可以根据窑况、料层的厚薄以及二次风的温度进行手动调节单筒冷却机的转速以求获得合理的工况 , 为看火操作创造了有利条件。 加强大小齿轮罩壳的密封，保持润滑油的清洁 。 在运行到 800r/上 还没有引发共振时快速提速到900r/查调整好小齿轮和齿圈的间隙 ,平时加强系统维护 ,尽可能减少啮合冲击力 ,检查齿轮面并清洗换面。 冷却机中部直径大 ,可大大增加冷却容积 ;加以适当的主电机使冷却机体 转动加快 ,使熟料与空气得以充分热传递 。这个课题充分考察了4000t/对大产量冷却机传动的可靠性的设计。 关键词 ： 冷却机 ； 传动 ； 齿轮组 ； 齿轮罩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 of of is in m阿 it is of of is of of to a of It a To of of is In 00 r/00 r/is in an to in To of be It be to up at so is of 000 t / d is of s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1前 言 . 1 2 冷却机传动设计 . 2 . 2 . 2 . 2 . 3 3 传动装置总体设计 . 4 . 4 . 4 . 8 . 10 . 10 . 10 . 10 轮强度校核 . 11 齿面接触疲劳强度设计 . 11 核齿根弯曲 疲劳强度 . 13 . 13 . 13 4 其他 零件的设计 . 14 轮轴的设计 . 14 的材料及热处理 . 14 尺寸设计 . 14 上零件的周向固定 . 18 . 19 . 19 滑的作用，大致可归纳如下几点： . 19 . 19 . 20 . 20 5 结 论 . 21 参考文献 . 21 致 谢 . 23 附 录 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 前 言 本课题是 4000t/d 冷却机的设计， 课题来源：江苏鹏飞集团；本课题由 3 人进行，本人负责传动装置的设计。 传动装置是 冷却机 的重要组成部分之一。在传动设计中 ,必须对防雨 ,防尘 ,隔热和散热 ,以及润滑等方面采取可能完善的措施 ,为连续安全运转创造有利 条件 。 主电机应配有测速发电机 ,经常监测和显示窑速 ,保证精度 。冷 却机 筒体进出口都有高 温气体和炽热的物料通过 ,这决定了只能采用周边传动的方式 。 传动装置一般安装在接近筒体中部的托轮基础上 ,以减少末端轮带和托轮中心之间考虑膨胀的偏离量 ,并减轻筒体所受扭矩 ,这些设计原则对长 冷却机 尤为重要 。为避开温度高的烧成带 ,传动装置通常安装在窑尾第一档基础上 。 为了保证 冷却机 的长期安全运转，除了要求筒体直而圆和支承装置可靠外，传动平稳可靠也很重要。如果传动不稳，使筒体产生振动，易使耐火砖脱落，直接影响筒体的直和圆和支承装置的坚固性。在安装传动装置是要考虑以下几点因素 :主减速机与小齿轮的同轴度 ； 大齿圈与小齿轮的齿侧 间隙与齿顶间隙 ； 大齿圈与小齿轮的接触点 6。 本课题拟解决的问题： 原单筒冷却机的传动装置采用交流电动机，转速不可调，始终以全速运转。在产量低时，冷却机内料层薄，不利于二次风温的提取，给窑头操作造成了困难 。 单筒冷却机工作环境较差，粉尘浓度一般都很高，如果大小齿轮罩壳密封不良，就会渗入大量粉尘，使润滑油不能保持应有的清洁，势必加剧大小齿轮的磨损，使其寿命大大缩短 。 主电机运转到 800 900r/冷却机出现强烈振动 ,但主电机继续提速到 900r/上时 ,机组又趋于平衡 。 4000吨熟料冷 却需要筒体直径大 ,筒体长 会影响单筒冷却的冷却效率 。 解决方案及预期效果 ： 将交流电动机改为直流调速电动机，看火工可以根据窑况、料层的厚薄以及二次风的温度进行手动调节单筒冷却机的转速以求获得合理的工况 , 为看火操作创造了有利条件。 加强大小齿轮罩壳的密封，保持润滑油的清洁 。 在运行到 800r/00r/查调整好小齿轮和齿圈的间隙 ,平时加强系统维护 ,尽可能减少啮合冲击力 ,检查齿轮面并清洗换面。 冷却机中部直径大 ,可大大增加冷却容积 ;加以适当的主电机使冷却机体 转动加快 ,使熟料 与空气得以充分热传递 。 这样做 可以提高冷却机效率，并保持冷却机平稳运行。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 2 冷却机 传动 设计 单筒冷却机在 水泥 工业中应用历史最为悠久。过去都应用在湿法、半干法、干法长窑和中小型预热器窑上。 单筒冷却机具有设备简单、运转率高、动力消耗高、适用范围广、工艺布置灵活、操作容易、维护方便、没有废气排放（不需设收尘器）、投资省的优点。理应得到大力推广使用，尤其是中小型回转窑的新建或改造它应是设备的最佳选择。但是国内老式单筒冷却机存在扬料板寿命短，筒体散热损失大，出料温度 高，热效率低等问题。因此，当前新建厂尤其是大中型新型干法厂很少采用。通过分析国外单筒冷却机主要参数和筒内冷却装置后 ，发现国内单筒冷却机存在很多不合理的地方，如筒体长径比偏小、容积负荷偏大、冷却装置结构不合理等。 在国内，单筒冷却机较多地用于日产 1000t 以下的水泥熟料生产线，但在设备大型化过程中因受到热交换速率低等问题的制约，如熟料得不到应有的冷却，出机熟料温度高，入窑二次风温度偏低，筒体直径超过窑直径等，未能得到发展，而这些问题在设备规格较小时，由于筒体散热较大则可得到某种程度的缓解。在国外 ，单筒冷却机虽有用于日产 4000t 水泥熟料大型预分解窑生产线上的，但同样受到以上问题的困扰，所占冷却机市场份额仅为 5%左右，而且 90 年代以来新型蓖式冷却机几乎完全取代了其它形式的冷却机。 随着近年来单筒冷却机内部新型高效扬料装置的开发成功和内部耐火隔热材料的不断改善，单筒冷却机的热交换效率得到很大提高；增强了单筒冷却机对蓖式冷却机的竞争能力。国外已经出现了与 2000 3700t/至出现了规格为 52m 单筒冷却机，其产量为4500t/d。 本课题研究的主要内容包括主传动 和辅助传动功率的设计计算；大齿圈和小齿轮副设计；减速装置的选择设计；相关传动装置的结构设计。 动方案的 设计 动方式 单筒冷却机传动，主要分为两大类：机械传动和液压传动。机械传动又可分为单传动和双传动。目前绝大多数为机械传动。因为液压传动装置的零部件制造加工复杂，配合精度要求高，使用材料及油液价格较贵，容易产生漏油；维修技术水平要求较高，维修工作量较大；如维修或配件供应不及时，会使工作效率下降，影响筒体转速。 本课题使用 机械 传动，如 2所示，由电机 1 通过减速机 2 带动小齿轮 3 传动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 2筒冷却机传动装置 动特点 根据筒体运转特点，传动装置的电机应满足下述要求： 调速范围为 1:3 1:4； 我们采用直流电动机，它的调速范围广，可实现平滑无级调速，起动平稳，起动性能好，有利于实现自动化操作。当采用可控硅整流、直流电机调速系统时，其调速范围可达 1： 10以上，且起动快，维修量小。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 动功率计算 传动电机功率 正常运转的单筒冷却机 ，其功率包括提升物料到规定高度的负荷率和克服支承装置、密封装置、传动装置摩擦的功率。 筒体运转所必需的功率 9为： 21 （ 3 式中： 负荷功率； 克服支承装置等摩擦的功率； 总传动效率，考虑各级传动装置中摩擦所消耗的功率。 1 计算 当筒体运转时，物料在摩擦力作用下，与筒壁一起慢慢升起。当转到料层表面与水平夹角等于或略大于物料休止角时，则物料颗粒沿其料层表面滑落下来；又因 筒体 是倾斜布置的，故物料在筒中，还沿轴向翻滚前进。 如图 3料处于筒体 中心垂线的一侧， 物料重量，作用在弓形面积的重心 a 上，因此物料产生与 筒体回转方向相反的力矩。要将物料提升到一定高度，达到沿周向翻滚和沿轴向输送物料的目的，就必须克服由物料重量 起的反转力矩，这就是冷却机消耗的有效功率。 提升物料的有效功率为： Gm 筒内物 料总重量 ： 式中： 筒体各段物料所占弓形面积， 筒体各段与 m； 物料容量， KN/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 图 3效功率分析 物料弓形断面重心 m/s）的垂直分量为： =30 (3式中： n 筒体转速， r/ 物料休止角，度； 弓形截面重心到筒体中心的距离， m 。 根据几何知识可知： 2 33 (3式中： R 筒体净空半径， m。 弓形的弦所对应 中心角的一半，度； F 物料所占的弓形面积， 角可由下式求出： F=21（1802 (3又 F= (3则 =21（1802 (3为了计算方便，可以从 文献 7表 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 表 3度、填充率和角的关系 筒体斜度 填充率 角 50 48 46 44 注：角为筒内物料弓形端面积所对中心角的一半。 得 =46 把式（ 3（ 3（ 3入式（ 3得： （ 3 当筒体净空直径相同时 （ 3 式中： L 筒体总有效长度， m； 物料的容重； 对水泥干生 料 2kN/m 3 ；水泥生料浆 6Kn/m 3 ；水泥熟料 物料的自然休止角 ； 水泥熟料 =35。 得： =3 70 = 2 计算 摩擦功率主要消耗在以下三个方面： 耗：主要包括托轮轴与轴承之间的滑动摩擦及轮 带与托带间的滚动摩擦； 但其中最主要的是托轮轴与轴承之间的滑动摩擦消耗，而轮带与托轮的摩擦消耗以及密封件之间的摩擦消耗与前者比较是很小的，可忽略不计。传动装置的摩擦消耗可用传动效率来表达。现在只考虑第一项消耗的前提下，来推导摩擦功率消耗的公式。 由轮带的摩擦可知，摩擦功率为： 23 式中： 作用在某挡轮上的压力， 某挡轮轴颈的轴圆周线速度， m/s； f 托轮轴与轴承的摩擦系数 ； 一般取：稀润滑油 f=润滑油 f=动轴承 f= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 根 据式 S=Q 30Q=3 （ 3 某挡轮轴颈的圆周速度（ m/s）为： 02 02（ 0 ti 3 式中： 某托轮支点反力和轮带自重， 某挡轮带的外直径， m； 某挡托轮直径， m； 某挡托轮轴颈直径， m。 将式（ 3（ 3人式（ 3得： ti （ 3 当各档 ： 3 式中： Q 筒体回转部分总重， 将式（ 3（ 3人式（ 3得： 1 i ns i n f m （ 3 式（ 3，由于、及 物料休止角，在筒中各带中是不同的。在干燥带、分解带、，由于从物料中析出水蒸气几二氧化碳气体，使物料呈流态化，此时值较烧成带值小的多。故式（ 3算结果，误差较大。 为了应用式（ 3有所比较，先推荐“水泥工业设计院”建立在统计分析基础上的经验公式如下 ，以供参考。 单筒冷却机所需要的功率（ ： c（ ） n （ 3 式中： D 筒体直径， m； 钢板 平均厚度， m； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 L 筒长， m； n 筒体最高转速， r/ 系数，干法或湿法窑取 波尔窑或悬浮预热窑取 得： c（ ） n （ 3 =（ （ 70 3 =（ (（ 式（ 3（ 3式为单筒冷却机所需的功率，而实际选用的电机功率为： 3 式中： K 储备系数，可取 K= W) 考虑筒体内异常情况及筒体中心线弯曲及托轮调整不当等使功率增加的因素，选取主电机额定功率要留有较大余地。所以取电机功率 00 由 得电动机各技术参数，选取 1动机的技术参数见表 3 表 3 机的技术参数 型 号 1 定 功 率 900 额 定 转 速 750r/ 定 电 压 690 额 定 电 流 970A 调 速 范 围 750r/ 辅助传动电机功率 从（ 3（ 3式中可知：单筒冷却机所需的功率与其转速 理辅助传动电机功率也可以分别用上面两式计算，但实际上是不 适宜的。首先，因为辅助传动时，筒体转速极慢，每小时仅几转。在这样极低速度运转时，托轮轴承内不能形成润滑油膜，所以使摩擦系数增大，摩擦消耗功率增大；其次，物料在窑内的运动情况也有变化，使辅助传动功率增大；再者，一般辅助电机采用起动转矩较小的鼠笼型电机，也需要增大电机的容量。因此，辅助传动电机功率 按下式计算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 （ 3 式中： 主电机功率， 辅助电机传动时， 筒 窑体的转速， r/ n 主电机传动时， 筒 体的转速， r/ 系数，按统计一般取 2。 2）（ 633 739） * =（ (根据计算结果，选择 0 3第五卷 22得电动机各技术参数，选取 动机的技术参数见表 3 表 3助电动机型号及技术参数 型 号 定 功 率 90 定 转 速 750r/ 定 电 压 380V 通过对正常运转的电机进行实测，得知：单筒冷却机运转时的实际功率消耗仅为电机铭牌功率的 1/2 1/3左右。但是冷却机在起动时，却需要很大的功率，因为起动时要克服筒体回转部分的惯性力、托轮轴颈与轴瓦间的摩擦力矩（此时，托轮轴颈与轴瓦之间没有润滑油，所以摩擦系数很大），有时起动前筒内已经存有物料，故单筒冷却机是一种要求起动转矩大的设备。目前，有些厂采用滚动轴承来代替滑动轴承，对降低起动转矩，无疑是合理的。 同时，在选择电机容量时，也要考虑到电机的起动特性。在此，再次指出式（ 3（ 3仅供选择电动机容量之用，并不表示筒体实际运转功率消耗。 实际生产中，影响筒体功率消耗的因素是很多的，除与筒体内物料运动情况有关外，还与安装、调整、传动效率有关。如果筒体物料冷却量稳定不变而功率仍有所增加，其主要原因可能有以下几点： 成各支点受力分布不均匀，致使筒体径向变形增大。同时使托轮轴承磨损不均，这不仅要增加功率消耗，而且影响运转率。 筒体因受热不均匀而产生的热变形以及基础下沉不均等原因，造成筒体弯曲，从而产生了附加力矩，促使功率消耗增大。 起轮带与托轮表面滑动，使轴向推力增加，造成托轮上止推环与止推轴瓦间的摩擦力矩增大。 筒体体压在挡轮上的推力过大，导致挡轮中的摩擦力矩增大。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 齿圈与小齿轮 设计 比分配 由电机转速和筒体的工作转速可确定总速比 i=250。当传动方案确定后，应对各级速比的分配进行比较，然后选定最佳方案。冷却机的大小齿轮速比 i=5 8， 甚至可达 9 11。 考虑到小齿轮齿数奇数，大齿圈的齿数 四的倍数， Z2=i 设计冷却机的大小齿轮速比为： i=8 大齿圈转速 3转 /分，小齿轮转速 24转 /分；功率为 900千瓦。 大齿圈材料为火， 63 187。小齿轮为 55号锻钢，调质处理，硬度不低 201 使一对齿轮更好地跑合，并保证两者的磨损程度相近，应使小齿轮面高 于大齿圈的齿面硬度 40 70 A大齿圈分度圆直径 6 D 式中： D 筒体直径。 （ (m) 考虑以下因素： a齿圈与筒体间留有足够空间，以便弹簧板的安装； b 便于起吊减速机上盖； c适当加大其分度圆直径可减小大齿圈的圆周力。 所以取： 9200 (B齿数 小齿轮的齿数 17 23，优先采用奇数。为了便于安装和运输，大齿轮分为两半，用螺栓连接，则大齿圈的齿数 四的倍数。 小齿轮的齿数 3，大齿轮的齿数 Z2=i 8 23 184 C模数 m 初定 取模数趋向于“小模数、多齿数”的设计观点。因为模数小，可使大齿圈的质量小；齿数多，可使重叠系数大，运转平稳。此外，大小齿轮的速比大，利于减速机选型。通常取 m=20 50， 5 所以取 m= 200/184= 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 采用压力角为 20的标准或修正渐开线直齿轮 轮强度校核 齿面接触疲劳强度设计 16 2)( 121 (3式中 小齿轮分度圆直径， 节点区域系数； 材料系数，单位为 Z 重合度系数，一般可取Z= H 许用接触疲劳应力，单位为 d 齿宽系数，其d= 12/=取 载荷系数； 1T 小 齿轮的转矩； u 齿数比。 小齿轮转矩： 1T =610 （ 3 =610 900/24 =610 810 (N 安全系数由 16表 得 1失效概率考虑）。 应力循环次数： 1 60 （ 3 =60 24（ 1 300 24） =710 式中 1n 齿轮转速，单位为 r/ a 齿轮每转一转轮 齿同侧齿面啮合次数； t 齿轮传动的总工作时间，单位为 h，以每年 300天 24小时工作计算 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 查 16选取材料接触疲劳极限应力为 480H ， 410H 选取材料弯曲疲劳极限应力为 280F ， 200F 6712 （ 3 由 16图 弯曲疲劳安全系数为 试验齿轮的应力修正系数为取 8.1 )(1m i nl i P （ 3 )( 02m i nl i （ 3 )(3 8 01m i nl i （ 3 )(2m i nl i P （ 3 得代入 )213( ： )( 4 8 0 0 0 0 0 5 8(3 21 t 100060 111 t(m/s) （ 3 1Z 1V /100=m/s) （ 3 选取 K， K ， K， 1（ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 得 ： 7 70 3 tt (3)( 7 7/ 11 (350核齿根弯曲疲劳强度 外齿轮的复合齿形系数为 = )(400 M P a F 1212 P (3故满足要求。 速器的选型 高速轴许用功率： P=900 55照 文献 3主减速器型号： 入转速 750r/速比 高速轴为双轴伸，与低速轴同一侧轴伸 260 参照 文献 3选辅助减速器型号： 入转速 750r/比 18。 轴器的选择 由传递力矩： T=610 p/n=610 900/750=710 (N (3根据电动机轴大小和传递力矩得： 工作条件：多尘，振动不大，低速轴传动参考实际厂家的经验。故采用胶块联轴器。 膜片联轴器 齿联轴器 作条件：载荷大，冲击，需正反转，电机与减速器之间转速效率高。故选用弹性柱销联轴器。因为它弹性好，能缓和一部分冲击，补偿少量径向偏差。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 4 其他 零件的设计 轮轴的设计 的材料及热处理 由于设计是传递的功率不是太大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用材料 45钢，调质处理。 尺寸 设计 按扭矩初估轴的直径，查表 10 C=106虑倒安装皮带轮仅受扭矩作用，取 C=107，则 3(4式中： C 由轴承的材料和承载情况所确定的常数； P 轴的输出功率， n 轴的转速， r/各参数值为 C=107、 P=900n=24r/ 3=如图 4从左向右 6段。 轴段的直径就是 考虑到轴段上安装联轴器 ,因此 ,轴段的直径的确定应与联轴器型号的确定同时进行。这次设计选用的是 取轴段 1 的直径 420段上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列，即轴段 2的直径应与轴承的选择同时进行，取 440常同一根轴上的两个轴承取相同型号，故轴段 6的直径 440段上安装齿轮，为了便于安装， 略大于 480460 各轴段的长度 根据联轴器深度，查表得 540该齿轮用膨胀螺栓固定，所以无键槽，根据小齿轮齿 宽 920故取 据轴承大小，确定长度 2605段取 300 以上各轴段的长度主要根据轴上零件的毂长或轴上的零件配合部分的长度确定。另外，也要根据机体及轴承盖等零件有关。本设计中，综合考虑机体、转子、衬板、轴承座等因素的影响后，轴的具体设计尺寸如图 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图 4的结构尺寸 D、轴的强度计算 2 1） . 轴 的受力分析 a. 画轴的受力简图 图 4小齿轮轴所受载荷示意图以及它分析示意图 由所确定的轴的结构图确定出支梁的支撑距离 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 001 552 553 小齿轮受力分解为圆周力 向力 向力 后全部转动轴上 ,将其分解为水平力和垂直力。 齿轮上的圆周力 (图 4)( 5 58 (4径向力 (图 4-2 d ) )( (4轴向力 (4因为直齿圆柱齿轮F=0 轴上的负荷 (图 4)(521 (4)(52 (4)(521 (4)( 521 V (4总弯矩 ： H (8272822 (4扭矩 ： )( 计算扭矩 ： 22 ) (42828 ) )( 2） . 的强度按弯扭合成应力校核轴 强度即危险剖面剖面大承受最大计量弯矩的通常只校核轴上承受最进行校核时 )(,买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 )( 5 83 M P (4)(60 1 P 故 校核 安全 精确 校核 轴的疲劳强度 1(4 1(422(4式中 计算安全系数； S 只考虑弯矩时的安全系数； S 只考虑弯矩时的安全系数； 1 、 1 对称循环 应力时试件材料的弯曲、扭剪疲劳极限； K、 K 弯曲、扭剪时的有效应力集中系数； 、 弯曲、扭剪时的绝对尺寸系数； 、 弯曲、扭剪时的平均应力折算为应力幅的等效系数； a、a 弯曲、扭剪的应力幅； m、m 弯曲、扭剪的平均应力； 表面质量系数； S 许用疲劳强度 安全系数 。 抗弯剖面 模 量： 31.0 (4=10 （ 抗扭剖面 模 量： 32.0 (4买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 （ 作用于剖面右侧的弯矩 M ： 755400)( m m ) ( 54 0 0) 作用于剖面 6右侧的扭矩 T N 面上的弯曲应力： )(8 (4剖面上的扭转剪应力： )(8 (4剖面上由于轴肩而形成的理论应力为集中系数 T 及K ； K 绝对尺寸系数 ； 轴是车削加工 ,表面质量系数 代入式 (4 0 S(4代入式 (4S(4代入式 (40 2222 (4显然 ，故 b b 截面右侧安全 上零件的周向固定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 为保证良好对中性 ,带轮与轴选用 H7/轴器与轴选用 H7/轴承内圈配合的轴颈选用 轮及联轴器均采用 A 型普通平键联接，分别为键 56 32 79 及键 63 32 上倒角及圆角 为保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面 ,根据轴承手