机电一体化毕业设计（论文）-斗式提升机设计.doc

摘 要随着机械行业的不断发展，提升机在工业生产中起着至关重要的作用，提升机被广泛的运用，主要用在建筑、机械、矿山、水泥生产等。在很多领域都能见到它的身影。斗式提升机用来垂直提升经过破碎机的石灰石、煤、石膏、熟料、干粘土等块粒状物料以及生料、水泥、煤粉等粉状物料。提升机设计主要有减速机的设计、主要结构的设计、装料与卸料方式的设计、胶带的设计等等.其中减速机的设计主要有齿轮的设计、轴的设计以及强度校核，键的设计以及校核 关键词：减速机、斗式提升机、齿轮、轴、键.目 录1 绪论11.1概论11.2斗式提升机工作原理21.3斗式提升机主要结构21.4斗式提升机的特点22 传动方案的确定32.1传动方案的选用原则32.2传动方案的设计33 提升机的整体设计43.1电动机的选择43.2斗式提升机料斗以及牵引件的选取43.3斗式提升机装料与卸料方式43.4斗式提升机胶带的选取53.5斗式提升机的防逆转装置54 减速机的选取74.1轴的转速、功率及转矩74.2轴的设计计算74.2.1高速轴（齿轮轴）74.2.2中间轴84.2.3低速轴94.3齿轮的设计94.4键的选取及校核104.4.1高速轴键的选取及校核104.4.2中间轴键的选取及校核105 结论12致 谢13参考文献14 1 绪论1.1概论斗式提升机是垂直向上的输送设备，无论是块状、散状、还是粉状物料，只要让它输送，就是来者不拒。只要是气力提升泵能送到的高度，斗式提升机就能做到。斗式提升机具有输送物料的量大，并且运行平稳。我国最早的斗式提升机设计技术是从前苏联引进过来的。一直到80年代几乎没有太大的发展。自那以后，由于经济发展有了质的飞跃，以前的老式提升机不能满足当时的生产需要，因此一些国家重点项目以及中的工程从国外引来了斗式提升机的先进技术。从那以后环链（hl）型、板链（pl）型、胶带（d）型斗式提升机逐步取代了以前的设备，使我国斗式提升机技术有了一定的提高。但是由于技术的原因，还有材料等方面的原因，使我国的斗式提升机技术与国际水平仍有一定的差距。水泥生产是一个连续的工艺过程，由生料的制备、熟料的煅烧及水泥制备等主要环节组成。原料、半成品、成品的输送构成了这些主要环节的链接，也是影响水泥生产设备连续的安全运转的重要因素。斗式提升机是水泥厂中最常用的垂直输送机械，通常用来提升石灰石、煤、粘土、石膏、熟料、矿渣等块状、粒状物料，以及煤粉、水泥、生料等粉状物料，其结构简单紧凑、占地面积小、提升高度较大、密封性能也较好。斗式提升机的运转部件在工作过程中承受较大动载荷，且工作环境差、检查不方便，零部件的磨损较快，容易发生事故，维修工作量较大。因此，除了对斗式提升机的技术性能、结构设计和零部件的材质需求不断改进外，保证巡检、加强日常维护也是也是一项十分重要的工作。斗式提升机用来垂直提升经过破碎机的石灰石、煤、石膏、熟料、干粘土等块粒状物料以及生料、水泥、煤粉等粉状物料。根据料斗运行速度的快慢不同，斗式提升机可分为：离心式卸料、重力式卸料和混合式卸料等三种形式。离心式卸料的斗速较快，适用于输送粉状、粒状、小块状等磨琢性小的物料；重力式卸料的斗速较慢，适用于输送块状的，比重较大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。斗式提升机的牵引构件有环链、板链和胶带等几种。环链的结构和制造比较简单，与料斗的连接也很牢固，输送磨琢性大的物料时，链条的磨损较小，但其自重较大。板链结构比较牢固，自重较轻，适用于提升量大的提升机，但铰接接头易被磨损，胶带的结构比较简单，但不适宜输送磨琢性大的物料，普通胶带物料温度不超过60c，夹钢绳胶带允许物料温度达80c，耐热胶带允许物料温度达120c，环链、板链输送物料的温度可达250c 。1.2斗式提升机工作原理斗式提升机通常封闭于钢板壳体内，在无端胶带、无端环链或板链等环形牵引机构上，每隔一定距离安装一个钢制料斗，由驱动装置带动传动链轮转动环形牵引构件。安装在环形牵引构件上的料斗随之运行，不断地从提升机地步舀取物料，盛于斗内。当料斗上升到指定高度时，即料斗通过驱动轮时改变了运动方向，料斗内的物料受离心力或重力作用从料斗内卸出，从而达到提升物料的目的。1.3斗式提升机主要结构斗式提升机的主要结构包括封闭的胶带或链条和固定在它上面的料斗，牵引构件及料斗回绕在上部的驱动滚筒（或链轮）和下部的张紧滚筒（或链轮）。斗式提升机的运行部分和滚筒（或链轮）都安装在一个封闭的机壳内，机壳由上部（头部）、中间段和下部机座所构成，机壳的中间段可以是两个分支共有的，或者是每个分支各设一个管状外罩。为了方便观察与检修 ，在机壳的适当位置设有观察孔。装有料斗的牵引构件由驱动装置驱动，并由张紧装置张紧。在驱动装置上装有防止运行部分返回运动的逆止装置。物料由机壳下部的进料口装入各料斗，当料斗被提升至上部滚筒（或链轮）时，便卸入提升机的鞋料口。1.4斗式提升机的特点(1)驱动功率小,采用流入式喂料、诱导式卸料、大容量的料斗密集型布置.在物料提升时几乎无回料和挖料现象,因此无效功率少。 (2).提升范围广,这类提升机对物料的种类、特性要求少,不但能提升一般粉状、小颗粒状物料,而且可提升磨琢性较大的物料.密封性好,环境污染少。 (3)运行可靠性好,先进的设计原理和加工方法,保证了整机运行的可靠性,无故障时间超过2万小时。提升高度高.提升机运行平稳,因此可达到较高的提升高度。 (4)使用寿命长,提升机的喂料采取流入式,无需用斗挖料,材料之间很少发生挤压和碰撞现象。本机在设计时保证物料在喂料、卸料时少有撒落,减少了机械磨损。2 传动方案的确定2.1传动方案的选用原则由于设计是多种多样的，在满足需要功能外，还要考虑一下原则。1) 在保证满足功能的前提下，尽量减少机械运动链，以便减少成本，降低设备的自身重量。2) 当操作设备时，简单明了。3) 机械构件应该有很好的动力特性2.2传动方案的设计传动方案一般用机械简图来表示，反应各部件之间的关系。设计方案如下：电动机联轴器减速机联轴器滚筒胶带1电动机 2、4联轴器 3减速机 5滚筒 6胶带图2.2 传动方案图3 提升机的整体设计3.1电动机的选择由于滚筒直径d=350mm，滚筒速度v=0.8m/s,滚筒的圆周力f=4.9kn，按工作条件要求，电动机选用y系列的三相异步电动机。三相异步电动机的有效功率：p=fv=4.9x0.8=4.32knv带传送效率为1=0.95、齿轮效率为2=0.97、联轴器效率为3=0.98、滚筒效率为4=0.96、滚筒轴承的效率为5=0.97总=12345=0.950.970.980.960.97=0.841p电=p/总=4.320.841=5.14kw由公式nw=601000v/3.14350=43.68r/min，取带的传动比为2.4，齿轮的传动比为8.4，则推算出电动机的转速范围为：nd=i带i齿nw=2.48.443.68=880.59,所以电动机的转速范围为：880.59-8805.9符合这一条件的转速有1500r/min、1000r/min,根据资料查找，两种电动机的可选方案如下：表（31）序号电动机型号额定功率/kw同步转速r/min满载转速r/min总传动比1y132m-47.51500144030.142y160m-67.5100097020.13综上所述，选取y160m-6，额定功率7.5 kw，满载转速970r/min。电动机的满载转速为970r/min,那么机构的总传动比为i=n/nw=97043.68=22.21,所以取v带的传送比i带=2.22,那么齿轮的传动比i齿=i/i带=10。3.2斗式提升机料斗以及牵引件的选取料斗是斗式提升机的承载构件，通常是用厚度为2-6mm的钢板焊接或冲压而制成的。为了减少料斗边唇的磨损，在料斗边唇的外边焊接上一条附加的斗边。选用浅斗，运输能力25（m3/h）,料斗的间距为500mm，料斗宽为350mm。斗式提升机的牵引件采用胶带，型号为d350胶带式，提升高度在4-30m。3.3斗式提升机装料与卸料方式1）装料形式斗式提升机在尾部装载，一般有两种形式：a掏取式，由料斗在物料中掏去装载，。掏去装载主要用于输送粉末状物料、颗粒状物料。小块无摸琢性的散料。由于在掏取时不会产生很大的阻力，所以允许料斗的运行速度较高，为0.82m/s。b流入式，物料直接流入料斗内。流入式用于输送大块状和磨琢性大的物料。其料斗的布置很密，以防止物料在料斗之间散落。料斗的运行速度较低。图3.3.1掏取式 图3.3.2流入式2）、卸料形式按卸载性质不同可分为：离心式、离心重力式、重力式3.4斗式提升机胶带的选取斗式提升机的牵引胶带对运送物料有很大的影响，因此对牵引胶带有一定的要求。具体要求如下：1）具有足够的强度，能够承受较大的牵引力。2）具有良好的挠性，容易通过滚筒。3延伸性小，弹性高，对负载抵抗力良好，吸水性小。4）牵引胶带应具有一定的厚度，耐冲击、耐磨损、防腐蚀等性能。3.5斗式提升机的防逆转装置在斗式提升机的头部装上防逆转装置。当提升机工作中动力突然中断时，反转对提升机有非常的损害。动力中断后，斗式提升机由于自身重力的作用必然会发生逆转。物料会随着提升机的反转被卸到斗式提升机的底部，直至堆满卡住料斗。由于反转是一个加速过程，而后又被卡住，很容易扯掉料斗，使皮带损坏甚至断裂。所以可以采用棘轮机构来防止斗式提升机的逆转4 减速机的选取减速器是由封闭在箱体内的齿轮传动所组成的独立部件，为了提高电机的功率，原动机提供的回转速度一般比机械工作时所需的转速高，因此齿轮减速器常安装在原动机与工作机之间，用以较低输入的转速并相应的增大输出的转矩，在机械设备中被广泛采用。减速机主要由传动部件（齿轮），轴、轴承、箱体以及附件组成。4.1轴的转速、功率及转矩1）、分配齿轮的各级传送比高速级传动比为i1=1.3i齿=3.61, 两级圆柱齿轮减速机低速传动比i2=i齿/i1=103.61=2.77。2）、转速轴（高速轴）n1= nm/ i带=9702.22=436.9r/min轴（中间轴）n2= n1/ i齿=436.93.61=121.1r/min轴（低速轴）n3= n2/ i齿2=43.7r/min滚筒轴 n4= n3=43.7r/min3）、功率轴p1= pd1=5.140.95=4.88kw轴p2= p112= p125=4.880.970.97=4.59kw轴p3= p223= p225=4.590.970.97=4.32kw滚筒轴p4= p334= p235=4.320.980.97=4.11kw4）、扭矩t0=9550pd/nm=95505.14970=50.61n.mt1=9550p1/n1=95504.88436.9=106.67n.mt2=9550p2/n2=95504.59121.1=361.97n.mt3=9550p3/n3=95504.3243.7=944.07n.mt4=9550p4/n4=95504.1143.7=898.18n.m4.2轴的设计计算4.2.1高速轴（齿轮轴）n1=436.9r/min，p1=4.88kw，t1=106.67n.m1）、轴材料的选取40cr，调质2）、估算轴的最小直径选取轴的材料为40cr调质处理，可得a0=110，于是得，d=3pt=34.58436.9=24.7mm由于有键槽，所以dmin24.7（1+0.05）=25.8mm，所以取26mm。3）、确定轴承的类型由于是直齿轮，所以选用的轴承是深沟球轴承。根据轴的最小直径可以查得选用6037型轴承ddb=35mm80mm21mm。4）、确定各段轴的长度以及直径因为在d12段有联轴器，所以在此段加一个轴套，所以d12= dmin=26mm；23段为过渡段，所以d23=30mm；d34=35mm；45段有定位轴间，所以d45=44mm；56段位齿顶圆直径d56=80mm；d67= d45=44mm；在轴12段，因为有带轮相配合，所以l12=73mm；l23=70mm；34段位轴承段l34=21mm；45段上有齿轮，所以l45=145；l56=80mm；67段l67=15mm；78段有轴承，l78=21mm。4.2.2中间轴n2=121.1r/min，p2=4.59kw，t2=361.97n.m1）、轴材料的选取轴的材料为40cr，调质2）、估算轴的最小直径选取轴的材料为40cr调质处理，可得a0=110，d=3pt=34.59121.1=36.85mm所以dmin=40mm3）、确定轴承的类型由于是直齿轮，所以选用的轴承是深沟球轴承。根据轴的最小直径可以查得选用6038型轴承ddb=40mm90mm23mm。4）、确定各段轴的长度以及直径d12= d67=40mm；d23= d56=49mm；34段装齿轮d34=60mm；45段d45=70mm；l12=41mm，l23=117mm，l34=15mm，l45=72mm，l56=43.5mm4.2.3低速轴n3=43.7r/min，p3=4.32kw，t3=944.07n.m1）、轴材料的选取轴的材料为45钢，调质2）、估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢调质处理，可得a0=110，于是得dmin=36.58mm,所以dmin=40mm3）、确定轴承的类型由于是直齿轮，所以选用的轴承是深沟球轴承。根据轴的最小直径可以查得选用6038型轴承ddb=40mm90mm23mm。4）、确定各段轴的长度以及直径d12= d67=40mm；d23= d56=49mm；34段装齿轮d34=60mm；45段d45=70mm；l12=41mm，l23=117mm，l34=15mm，l45=72mm，l56=43.5mm4.3齿轮的设计1） 精度等级、材料和齿数a、z1z2采用齿轮传动，齿轮平稳，没有冲击b、精度等级选为7级c、小齿轮的材料选40cr（调质），硬度217286hbs，接触疲劳极限hlim为650750mpa，弯曲疲劳强度为560620mpa;大齿轮材料为45（调质），硬度为197286hbs，接触疲劳极限hli,550620mpa，弯曲疲劳强度为410480mpa表（11-1）d、初选z1 =24,z2=90e、 选螺旋角，初选为=142）按齿面接触强度设计由机械设计基础公式得其中k=1.6，t1=106.67n.m，ze=2.5，zh=188（表11-4），d=0.8（表11-6）,sh=1.1,sf=1.25（表11-5）所以有，h1= hlim1/sh=636mpa,h2= hlim2/sh=545mpaf1= fe1/sf=480mpaf2= fe2/sf=384mpa所以d168.5mm模数得，m=d1z1=68.524=2.85mm齿宽b=d1xd=68.5x0.8=54.8mm，取b2=60mm，b1=65mm按表4-1取m=3mm，则有实际的d1=24x3=72mm，d2=90x3=270mm中心距a得，a=d1+d22=171mm所以z1=24，z2=90，同理可得z3=24,z4=1104.4键的选取及校核4.4.1高速轴键的选取及校核1）、确定键的类型及尺寸根据齿轮精度的要求，应选用a型圆头普通平键。对于本轴上的键处轴径d=25mm，根据查表可得，键的截面尺寸为b=8mm，h=7mm，根据轴的长度，可确定键的长度为l=60mm。2）、强度的校核根据公式可得：许压应力为p=2t/dlkp, 其中式中t=106.67n.md=26mml=l-b=60-8=52mmk=0.5h=0.57=3.5由查得p=110mpaf=21066703.52652=45.085 mpap=110mpa，满足强度要求。4.4.2中间轴键的选取及校核1）、确定键的类型及尺寸根据齿轮精度的要求，应选用a型圆头普通平键。对于本轴上的键处轴径d=49mm，根据查表可得，键的截面尺寸为b=14mm，h=9mm，根据轴的长度，可确定键的长度为l= 60mm。2）、强度校核根据公式可得：许压应力为p=2t/dlkp, 其中式中t=361.97n.md=49mml1=l1-b=60-14=46mmk1=0.5h=0.59=4.5mm由查得p=110mpaf=23619704.54649=71.37mpap=110mpa，满足强度要求。5 结论本次毕业设计之后也就意味着大学生活的结束，这次毕业设计由于没有充足的时间，使设计中存在很多错