毕业设计（论文）-磨煤机的工作机理研究与结构设计.doc

毕业设计说明书摘 要本文主要设计的是用于沥青搅拌站的磨煤机。计算磨煤机所需要的功率和工作转速，从而可以进一步进行传动部件设计，具体有减速机的选择和电动机的选择以及相配套的联轴器的选择。主要对球磨机的筒体和支承装置设计，经过对载荷分布情况以及磨煤机工作原理等分析，改滑动轴承为滚动轴承，并通过使用通用件的方法，合理的降低了磨煤机的制造成本，符合企业的要求。根据传动的要求，合理设计磨煤机的传动装置，尽可能提高生产率，节约土地，降低生产成本，带来较好的经济效益。合理设计磨机的回转部分，如磨头、筒体、主轴承等，提高粉磨效率，达到高细、高产和低能耗运转的目的。关键词：磨煤机；滚动轴承；风扫磨煤机；磨头Abstract The main design issue is the drive ball mills for cement grinding the edge of the transmission design and supporting device and a feeding device designs. on the mill to a whole, has been the work of ball speed and the required power, which could further drive the design of components, specifically the motor selection and gear selection, as well as the associated matched axis device choice. Mainly on the supporting device and ball mill gear design, through to the ball millworks, as well as load distribution and other analysis, to simplify the structure of the supporting device, allowing a large ball bearing device can meet the production requirements and methods through the use of common parts, reasonable reduction in the mills manufacturing costs, in line with business requirements. According to transmission requirements, rational design of ball mill gear, as much as possible to reduce production costs, saving the land, bringing better economic benefits.Keywords：coal mill；rolling bearing；air swept coal mill；grindinghead目录引言1第一章 风扫磨煤机的工作原理与粉磨工艺21.1风扫磨煤机工作原理21.2粉磨工艺系统21.2.1 粉碎的意义及分类21.2.2 粉磨系统流程3第二章 风扫磨煤机的总体设计42.1 风扫磨煤机的主要参数计算42.1.1 风扫磨煤机的临界转速42.1.2 风扫磨煤机的理论适宜转速42.1.3 转速比52.1.4 磨机的实际工作转速52.1.5 磨机的功率52.1.6 磨机的生产能力72.1.7钢球大小的确定72.2减速器的选型与计算72.2.1传动比的确定72.2.2减速器的选择82.3风扫磨煤机的回转部分设计82.3.1 筒体的结构设计82.3.2磨门与人孔92.3.3筒体的基本要求和规定92.3.4筒体的计算102.3.5 中空轴的轴颈部分设计122.3.6 衬板的选型设计122.4与燃烧器连接部分主要器件的选型142.4.1 通风量的计算142.4.2 细粉分离器选型142.4.3 风机选型14第三章 主要零部件的强度计算163.1筒体强度计算163.1.1筒体作用力分布163.1.2筒体弯曲强度163.2中空轴193.3 磨头与筒体法兰的连接螺栓强度计算213.3.1剪切计算213.3.2挤压计算223.3.3受拉计算233.4大齿圈齿根弯曲疲劳强度计算243.5主轴承的选用及寿命8253.5.1轴承选型253.5.2轴承寿命计算26结论27参 考 文 献28致 谢30附录31引言建筑材料产品的生产，它的原料、燃料以及半成品都需要进行破碎与粉磨，其目的是使其物料的表面积增加,以达到提高物理作用的效果以及化学反应的速度,例如促进物料均匀混合 ,提高物料的流动性,方便贮存和运输,提高产量等等。改善并提高产品的质量与数量,降低生产成本,最终达到优质、高产、低能耗，这对于建材产品的生产具有重要意义。煤粉制备工艺的关键设备是磨煤机，它主要依靠的是工作表面或工作介质之间的相互挤压和摩擦进行粉碎。煤粉越细，那么表面积就越大，接触的空气机会就越多，挥发的也快，燃烧更加趋于完全。因此，磨煤机对煤粉燃烧器燃烧效率的提高，能源的高效清洁利用具有重要意义。因此，合理设计磨机的回转部分，如磨头、筒体、主轴承等，是提高粉磨效率，达到高细、高产和低能耗运转的关键。首先探究适用于沥青搅拌站加热装置煤粉燃烧器配套使用的磨煤机，然后进行磨煤机总体设计，确定磨机主要参数，设计磨机回转部件各个主要部件的结构参数，并对其进行强度校核，且对零部件进行改进优化，如改进球磨机滑动轴承为滚动轴承，改进中空轴结构，改进进料出料装置。降低煤的粉磨电耗，提高煤粉利用率，解决磨机粉磨效率低下，能量利用率低等各种问题，使其满足碾磨充分，磨煤出力高，运行平稳，噪音少，废料少等条件。第一章 风扫磨煤机的工作原理与粉磨工艺1.1风扫磨煤机工作原理原料通过喂料设备从进料装载进入到磨内，热风从进风管进入磨内，随着磨机筒体的连续旋转，煤与热风在风扫磨煤机内进行热交换，煤则在磨内被粉碎并且研磨，在煤被研磨的同时，细粉被磨内的热风通过出料装置带出磨机。风扫磨煤机是在球磨机机理的基础上改造过后的一种磨煤机。它比起一般球磨机，优点是对物料适应性强、粉碎比大、适应强。它的排料粒度为4900孔/平方厘米筛余7-10%，即用80m的方筛孔，筛余量不超过10%（90%以上为0.080mm）。当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，在煤被研磨的同时，细粉被通过磨内的热风，经由出料装置带出磨机。1.2粉磨工艺系统1.2.1 粉碎的意义及分类粉碎包括破碎和粉磨，大块物料破碎成小块物料称为破碎：小块物料磨成细粉称为粉磨。相应地完成这些作业的机械，称为破碎机械和粉磨机械，或统称为粉碎机械。粉碎作业的分类见表1-1。表1-1 粉碎作业的分类粉 碎破 碎破 碎 碎至100mm中 碎 碎至10030mm细 碎 碎至303mm粉 磨粗 磨 碎至30.1mm细 磨 碎至0.10.06mm超细磨 碎至205m物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果；几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输；物料经粉碎后，还可用于材料科学，环境保护和选矿等部门。在沥青混合料生产中，加热作业是很重要的过程。而煤的粉磨作业的情况直接关系着产品质量和产品成本。1.2.2 粉磨系统流程1.开路流程及其特点在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品的流程为开路流程，如图1-1所示。其优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简便。其缺点是：由于物料全部到达细度要求后才能出磨，已被磨好的物料会出现过粉磨现象，并形成缓冲大垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效率，增加了电耗。图1-1 粉磨系统流程2.圈路流程及其特点物料出磨后经过分级设备选出成品，合格的细粉为成品，而使粗粒返回磨内再粉磨的流程为圈路流程如图1-1。其优点是：可以及时将细粉排出、减少了过粉现象，使磨机产量提高，同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变的粒度。其缺点是：圈路流程复杂、设备多、投资大、厂房高、操作麻烦、维修工作量大。本设计选用的是开路流程。第二章 风扫磨煤机的总体设计2.1 风扫磨煤机的主要参数计算2.1.1 风扫磨煤机的临界转速当磨机筒体的转速达到某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角=0，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，脱离角=0，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速，由4 （2-1）式中：临界转速，；筒体有效半径，；磨机筒体有效直径, 。代入公式（2-1） 以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等因素有关。2.1.2 风扫磨煤机的理论适宜转速使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作风扫磨煤机的理论适宜转速。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角=5444时,研磨体具有最大的降落高度，对物 料产生粉碎功最大。将=5444代入式cos，可得理论适宜转速，由4 （2-2）代入公式（2-2） 2.1.3 转速比风扫磨煤机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比，由4 （2-3）上式说明理论适宜转速为临界转速的76%。一般磨机的实际转速为临界转速的7080%。2.1.4 磨机的实际工作转速 磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。本设计根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法，由5当D2.0时 （2-4）当1.8mD2.0时 （2-5）当1.8m （2-6）式中: 磨机的实际工作转速，；磨机的有效内径，；磨机规格直径，。代入公式（2-6）2.1.5 磨机的功率1魔机的装载量 式中： 磨体填充量，取32%。 研磨体容积，取4.5T/m.2魔机的功率影响磨机需用功率的因素很多，如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种，由4 （2-7） （2-8） （2-9）式中: 磨机需用功率，kW；磨机有效容积，m；磨机有效内径，m；磨机的适宜转速，r/min；研磨体装载量， t；磨机填充率（以小数表示）。选用公式（2-7）计算： kW磨机配套电动机功率计算=1.31.054.67=71.06kW式中: 与磨机结构、传动效率有关的系数，见表2-1，取1.3；电动机储备系数，在1.01.1间选取。表2-1 与磨机结构、传动效率有关的系数磨机形式干法磨中卸磨边缘传动1.31.4中心传动1.251.35查阅机械手册，选用电机型号为Y2-280S-4,额定功率为75kW，转速 n=1480r/min。2.1.6 磨机的生产能力磨机小时生产能力的计算影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面：粉磨物料的种类、物理性质和产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体的填充率和级配；磨机的操作等。常用磨机生产能力经验计算式为，由4 （2-10）式中: 磨机生产能力，t/h；磨机所需功率，kg/kW；单位功率生产能力，kg/kW；流程系数，开路取1.0；闭路1.151.5。代入公式（2-10） = 3.28t/h将一起考虑，干法开路长磨粉磨系统，值为5560。满足LB2000型沥青混凝土搅拌站对煤量的需求。2.1.7钢球大小的确定=81.8 取圆整85mm。最大粒度，20mm；平均球径要小，取用mm的钢球为15%,mm的钢球为25%，占30%,占30%。2.2减速器的选型与计算2.2.1传动比的确定大齿圈=125，小齿轮=22，二者传动比小齿轮转速减速器的传动比取=10.验算：实际磨煤机转速误差不大，符合转速要求。2.2.2减速器的选择由表14-2知，载荷分类为强冲击载荷，据表14-3查的工况系数，由式（14-1）知，计算输入功率为8由表14-8初选ZLY200，其额定输入功率=149kw。相对转速误差无需进行功率折算，因为，所以ZLY200型减速器满足强度要求。2.3风扫磨煤机的回转部分设计2.3.1 筒体的结构设计 1筒体的结构形式一般筒体都设计成整体式结构，因为整体式结构的制造综合偏差相对较小。且加工费用相对也低一些。大规格的筒体则往往会受运输条件和制造加工能力的限制，而不得不将筒体设计成“分段式” 结构。筒体段节之间一般采用带定位止口的法兰联接结构。筒体分段的另一种办法是现场焊接。本设计为小规格的风扫磨煤机，故采用整体式结构。2筒体与端盖的联接形式 筒体与磨头端盖的联接形式有以下三种：1）外接型法兰联接在磨机规格大型化之前，筒体采用外接型法兰与端盖相联接的结构被广泛应用，其特点是与磨头组装比较方便，但筒体外形直径大，切削加工面和材料消耗也比较大。2）内接型法兰联接内接型法兰联接是大中型磨体广泛采用的结构。其特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。3）无法兰联接无法兰联接实际上是将筒体和磨头端盖直接焊为一体的结构形式，焊接接头都是对接焊结构。从端盖结构的发展趋势来看，这种无法兰对接焊联接的 形式，将通用于各种规格和各种类型的磨体，因为它具有结构合理、制造简便和使用可靠等特点。本磨机为小型磨机，直径相对要小，故选用的是外接法兰联接。 2.3.2磨门与人孔磨门是为封闭人孔设置的，要求装卸方便、固定牢固。人孔的主要作用是：检修和更换磨体内的各种易损件，装卸研磨体以及对磨内物料的采样。1.磨门磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。1）内提式磨门内提式磨门有两种结构形式：一种是把磨门和磨门衬板铸造成一整体这种结构只适用于韧性高的耐磨材料，因为造型大而复杂，脆性材料容易断裂。另一种结构是把磨门和磨门衬板分开制造。磨门衬板用螺栓固定在型钢或铸钢制造的磨门上，然后用弓形架再把磨门固定在筒体上。2）外盖式磨门外盖式磨门的突出优点是磨门衬板和筒体衬板完全一样。本磨机选用的是外盖式磨门。2人孔1）内提式磨门的人孔内提式磨门的人孔有带补强板和不带补强板之分。2）外盖式磨门的人孔外盖式磨门的人孔，均须设置固定磨门的“人孔框”。人孔框同时也起到补强板的作用，与筒体的联接均采用铆钉铆接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四个孔角的圆角半径等，基本要求和内提式磨门的人孔相同。2.3.3筒体的基本要求和规定 1.钢板材质和厚度的选择筒体属于不更换的零件，要保证工作中安全可靠，并能长期连续使用。所以要求制造筒体的材料的金属材料的强度要高，塑性要好，且应具有一定的抗冲击性能。筒体是由钢板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒体的材料是普通结构钢板Q235，它的强度、塑性、可焊性都能满足这些要求，且易购到。钢板厚度采用20mm。2.筒体的有效内径和有效长度，由41）筒体的有效内径 （2-11） 式中:筒体的规格直径，m； 筒体的有效直径，m； 衬板平均厚度，m；一般取=0.05m。代入公式（4-1） m 2）筒体的有效长度 （2-12）式中: 筒体的规定长度，m；筒体的有效长度，m；、分别为端盖衬板、扬料装置的厚度,m；取0.28m。代入公式(2-12) m3.焊缝距各种孔边的最小距离焊缝不许通过筒体上的任何开孔。焊缝坡口边至孔边的最小距离为筒体厚度的2倍且不小于75mm为宜。当焊缝必须通过人孔加强板下面时，该焊缝必须全长磨平，磨平表面的粗糙度不应低于钢板表面的相应值。2.3.4筒体的计算1作用于筒体的总载荷Q，由4磨机运转时，作用于筒体的总载荷Q包括两部分，一部分是磨机回转部分的重力，另一部分是动态研磨体（包括物料）所产生的力P。1）磨机回转部分的重力 （2-13）式中:磨机回转部分的重力，N；磨机筒体的重力，N；磨机磨头的重力，N；磨机磨尾的重力，N；磨机衬板的重力，N；磨机隔仓板的重力，N；磨机大齿圈的重力，N. (2-14)代入公式(2-14)估算估值代入公式(2-13)2）动态研磨体所产生的力P磨机内研磨体在抛落状态运转时,研磨体所产生的力,主要有泻落部分面积的重力及部分的离心力和抛落部分面积的冲击力等三部分.一般情况下,动态研磨体由上述三部分力所产生的合力,只比静态研磨体的自重G大2%,即: P=1.02G (2-15)式中： P 动态研磨体产生的力,N.代入公式(2-15) P=1.026.959.8=6.95N3）粉磨物料的重力粉磨时研磨体和物料是混合在一起的,这部分物料重量约为研磨体重量的14%。即:=1.14G (2-16)式中: 粉磨物料的重力,N.代入公式(2-16)=1.146.959.8=7.76N4）磨机运转时,作用于筒体上的总载荷Q Q=+1.14P (2-17)代入公式(2-17)Q=17.63+1.146.95=2.555N2.边缘传动时大齿圈的圆周力，由5 (2-18)式中: 圆周力,N;N磨机需要的功率,kW;n磨机筒体的转速,r/min;大齿圈的节圆半径;m.代入公式(2-18)N2.3.5 中空轴的轴颈部分设计设计采用圈流磨，故中空轴轴颈为了方便滚动轴承的安装，安装轴承部分外径取710mm，其他地方取600mm；为了刚度的提高，内径取500mm。轴的长度2.3.6 衬板的选型设计 衬板的种类按工作表面形状分类比较直观，有以下类型：1. 压条衬板 由平衬板和压条衬班组成。压条上有螺栓孔，螺栓穿过螺孔将压条和衬板（衬板上无孔）固定在筒体内壁上。压条高出衬板，可增大对研磨体的提升作用，使研磨体具有较大的冲击研磨力。适用于分仓磨机的头仓，特别是入磨物料粒度大的头仓。2. 阶梯衬板 它的工作表面呈一倾角，安装后出现很多阶梯，可以加大对研磨体的推力。对同一层钢球的提升高度均匀一致，衬板表面磨损均匀，即磨损后表面形状改变不明显。适用于管磨机的一仓。3. 小波纹衬板 小波纹衬板具有较小的波峰和节距，提升系数小，开有锥形孔，适用于分仓磨机的细磨仓。4. 端盖衬板 衬板表面是光滑的，用螺栓固定在磨机端盖上，以保护端盖免受研磨体和物料的磨损。5. 锥面分级衬板 锥面分级衬板形状的主要特点是沿轴向具有斜度。在磨内安装方向是大端向着磨尾，也就是靠近料端直径大，出料端直径小。因分级衬板沿轴向具有斜度，能自动的使磨内钢球在粉磨过程中按物料粉磨规律发挥其作用。因而可增加有效容积，减少通风阻力，提高产量，降低电耗。6. 角螺旋衬板 一般是由平衬板、圆角衬板和金属衬架组合而成。在磨内安装后，使磨机的有效断面呈圆角正方形。相邻两圈衬板的方圆角互相错开一个角度，四个圆角分别构成断续内螺旋。使研磨体在磨内的循环次数增加，脱离角和降落区域得以改变，加强了研磨体和物料之间的冲击效能，提高了粉磨效率。7. 沟槽衬板 普通式衬板从宏观上看是一个大弧面，其半径与该磨机内空间的半径等值，从微观上看是一个平面。它与磨球及物料的接触为点接触。沟槽式衬板的工作表面，是由许多等弧面组成，分仓磨机的头仓（粗磨仓）为直弧面。这些弧面半径不依磨机直径的大小而变化，而是与磨球的直径有关，约R2555mm不等。磨球与衬板为弧线甚至弧面接触。接触的弧线长度可为整个磨球圆周长的1/41/3，弧度可达120。与点接触相比，其接触面积即研磨面积增加了几十倍。因此，整个磨机内的研磨空间就扩大了数倍乃至数十倍。另外，钢球在衬板上的排列为六方结构堆积，该结构配位数大，致密度高,球与球间的有效碰撞机会多。上述这一切为提高了粉磨效率,并节省电能奠定了基础。本设计中，选用锥面分级衬板。衬板的铺设如图2-1，衬板如图2-2。图2-1 衬板铺设图图图2-2 衬板2.4与燃烧器连接部分主要器件的选型2.4.1 通风量的计算磨内风速一般取34m/s,经验公式=式中： 球容比；D筒体有效直径，m； v磨内风速，取3m/s。2.4.2 细粉分离器选型选用西安天达能源设备技术有限责任公司生产的型号为TPRI-CY1450的细粉分离器，其通风量为1000015000m3/h,满足通风量要求。细粉分离器如图2-3。2.4.3 风机选型选用石家庄德协商贸有限公司的SYDF-A系列多翼式高效低噪声离心通风机，选用其5号机，转速960r/min，电机功率5.56KW，流量1451216135。风机如图2-4。图2-3 细粉分离器图2-4 风机第三章 主要零部件的强度计算3.1筒体强度计算 3.1.1筒体作用力分布筒体重力、衬板重力和隔仓板重力，均看作是沿筒体长度均匀分布，其单位长度上受力为q=N/2.5=动态研磨体产生的作用力 =式中： 为筒体单位长度上的受力，N/m；为研磨体产生的作用力，N； 为筒体及法兰总长，m。3.1.2筒体弯曲强度1.进料端主轴承的支反力= N2.出料端主轴承支反力=3.磨机筒体所受的最大弯矩= (3-1) 令，求得值=1.30m把代入式(3-1)得： 图3- 1 磨机筒体作用力分布4.磨机筒体所受的扭矩 (3-2)=5.磨机筒体所受当量弯矩 (3-3) = 式中：M筒体所受当量弯矩，；筒体所受最大弯矩，；筒体所受扭矩，；折合系数，取为0.5。6.磨机筒体抗弯断面模数 (3-4)式中:W筒体抗弯断面模数，；Re磨机筒体的外半径，；Ra磨机筒体的内半径，。 7. 磨机筒体所受的弯曲应力 = (3-5)式中:筒体所受的弯曲应力，；M筒体所受的当量弯矩，;W筒体抗弯断面模数，C筒体断面削弱系数，是由人孔和衬板螺栓孔所引起的，取C=0.8。 =8. 磨机筒体的许用弯曲应力 磨机筒体是在变载荷作用下长期连续工作，因此，筒体断面许用弯曲应力应按筒体材料的疲劳极限-1来确定。= (3-6) (3-7)许用弯曲应力，Pa；筒体材料的疲劳极限，Pa；筒体材料的屈服极限，Pa；筒体材料的抗拉强度极限，Pa；n安全系数，n=8.=计算筒体许用弯曲应力时，安全系数不应小于6，这是因为筒体是磨机的主要部件，它在整个使用期间是不更换的。其次，沿衬板之间的环向缝隙会造成在运动时物料磨损筒体内壁，使筒体厚度逐渐减薄。另外，磨门角处及螺栓孔均有应力集中产生。同时，筒体是由段节组成，应考虑钢板及焊缝的非均质性对强度的削弱。9. 验算磨机筒体的弯曲强度=1.070MPa=28.015 MPa 筒体强度满足要求。3.2中空轴材料为铸钢，磨机中空轴受弯曲和剪切作用，出料端所受的支反力较大，如图3.2所示1. 中空轴所受的弯矩=2095930.2=41918N/m式中:弯矩，Nm;出料端主轴承处的支反力，N；主轴承中心线到危险断面处的长度，。图3.2 中空轴2. 中空轴环状断面模数 (3-8) 式中:断面模数，;中空轴外径，;中空轴内径，。3.中空轴所受的弯曲应力 (3-9)式中:中空轴所受的弯曲应力，MPa;K应力集中系数，K=2.04.验算中空轴弯曲强度 (3-10) (3-11) (3-12)式中: 中空轴所受弯曲应力,Pa；中空轴许用弯曲应力，Pa；中空轴材料的疲劳极限，Pa；安全系数，取n=7筒体材料的屈服极限，=330 MPa；筒体材料的抗拉强度极限，=500MPa； =2.23Mpa =32.01Mpa中空轴的安全系数比较大，因为考虑到中空轴是重要零件，如损坏将引起事故和停产，且是长期连续运转，又是不更换的零件；同时还有一定的磨损。中空轴和端盖的过渡处，还容易受到铸造缺陷的影响。关于中空轴的剪切应力不需要验算，因计算结果远较许用值低。3.3 磨头与筒体法兰的连接螺栓强度计算3.3.1剪切计算螺栓的剪切是在磨机回转部分的重力和动态研磨体所产生的力以及电动机传动磨头时的圆周力的作用下发生。1.剪切力由图3-1中磨机筒体的剪力图来确定： =（209593-15000）+（15785-40000）=170378N 2. 剪切力由圆周力公式来确定： = =式中：，剪切力，；螺栓分布圆半径，； 磨机转速。3. 螺栓所受到的剪切合力P： =+=170378N+22015N =190593N磨头与筒体法兰连接螺栓中，承受剪切作用的是铰孔螺栓。由于铰孔及其螺栓均要求较高的制造精度，制造时比较费工，所以设计时，在保证安全使用的条件下，应尽量减少铰孔螺栓的数量，铰孔数量为总数的三分之一即36/3=12个，铰孔螺栓的剪切应力为： (3-13)式中: 铰孔螺栓的剪切应力，；螺栓所受到的剪切合力，；铰孔螺栓数；螺栓剪切面直径,；许用剪切应力,Pa，一般在动载荷时：(0.150.24)s 式中:s材料的屈服极限，Pa。螺栓材料为Q235，=235Mpa所以， =35.11Mpa =2350.2=47Mpa =35.11Mpa=47Mpa这部分计算中，没考虑螺栓所受拉应力对其影响；受载不均匀的影响；由于螺栓拧紧后，在连接面上产生的摩擦力矩等。这些影响，可粗略地认为互相抵消，而不另加考虑。3.3.2挤压计算挤压作用主要发生在铰孔螺栓承受剪切的同时，在其与被连接件之间产生挤压应力 (3-14)式中:挤压应力,Pa；d铰孔螺栓配合面的直径，m；铰孔螺栓承受的最大剪切应力，Pa；螺栓伸入铰孔的最小配合长度，m。（l=0.08m）所以 =9.56N/m=9.56MPa许用应力 3.3.3受拉计算1. 螺栓承受的最大总载荷Q在磨头和筒体法兰结合面弯矩的作用下，则螺栓承受着拉力P1；另外在安装时预先拧紧螺栓也要产生拉力，为此螺栓承受的总载荷Q为 (3-15)式中:Q螺栓承受的最大总载荷，N； 结合面处外载荷弯矩所引起的拉力，N；T螺栓拧紧后，所产生的剩余锁紧力，按经验数据选取T=(1.51.8)P1,N；C拧紧螺栓时，产生扭转切力的折算系数，一般取C=1.3。所以 由公式得 =2095930.381=79855Nm式中:处于弯曲中性轴最下缘位置的螺栓杆承受的拉力，N；连接螺栓总数；连接螺栓分布圆的半径，m；结合面处的外载荷弯矩；中空轴处的支反力，N；中空轴处支反力作用点到结合面的距离。2. 螺栓承受的拉应力p螺栓中的最大拉应力发生在有螺纹部分的危险断面上，其最大拉应力p为式中:螺栓承受的拉应力，Pa；Q螺栓承受的最大拉力，N；螺栓螺纹部分的内径，m；螺栓杆的许用拉应力，Pa。对于一般机器中承受拉力的紧固螺栓，在承受变载荷时，其许用拉应力为:碳素钢螺栓，直径d=1230mm时，p=0.12s;d=3060mm时，p=(0.120.08)s。合金钢螺栓，直径d=1230mm时，p=0.15s;d=3060mm时，p=(0.150.10)s。本设计选用的是碳素钢螺栓，直径d=1230mm，故p=0.12s。螺栓强度满足要求。3.4大齿圈齿根弯曲疲劳强度计算本机采用标注圆柱直齿轮，铸钢铸造，按高等教育出版社，机械零件第二版中的7-5节有关公式计算。1计算公式为 (3-16)式中： 扭矩 ；齿宽系数 ；m模数，m=20；齿数，125；KK=1.5。查表7-7得 所以 2.许用弯曲应力 (3-17)1）查表得K=1.52）查图7-16MQ线得 ，3）查图7-19 取 ; 4) 查表取 经计算强度足够。3.5主轴承的选用及寿命8为了降低风扫磨煤机电耗， 降低成本 ， 提高效率，本设计采用大型滚动轴承取代滑动轴承， 把风扫磨煤机的滑动摩擦改滚动摩擦 ， 以此来降低电耗。磨机回转部分由于受热膨胀，故采用一端固定另一端游离的固定方式。进料端为固定的一段，出料端为游离的一端。中空轴安装轴承部分的直径均为710mm。3.5.1轴承选型1安装大齿圈的一端设为出料端，为游离端，轴承所受承载力 选用轴承型号为FAGNU19/710NM轴承，内径710mm，外径950mm，宽度106mm，额定动载荷：2240000N，额定动载荷：4750000N，其为圆柱滚子轴承。2磨煤机另一端为进料端，为固定端，轴承所受承载力选用轴承型号为SYK619/710MA轴承，内径710mm，外径950mm，宽度106mm，额定动载荷：663000N，额定动载荷：1500000N，其为深沟球轴承。3.5.2轴承寿命计算1进料端轴承寿命:式中： 轴承基本额定寿命，h； C轴承额定动载荷，N； n轴的转速，r/min；轴承载荷，N；指数，对于球轴承，=3；对于滚子轴承=10/3。查机械设计表13-3知其为24h连续工作， 满足寿命2出料端轴承寿命:查机械设计表13-3知其为24h连续工作， 满足寿命结论煤粉磨过程的高效率、低能耗运行，一直是生产完企业追求的目标。本课题主要从开流磨机的基础上针对开流粉磨及设备作了一些设计，设计应用风扫磨煤机，各零部件尽可能选用通用件和新型材料，以最大幅度达到高产、提高粉磨效率，高细和低能耗运转。一般地，开流粉磨在近代的粉末系统设计中虽然已经很少采用，这是因为在相同条件下，圈流磨磨机产量能提高1520%，电耗降低10%。此外衬板球耗均降低。成品温度降低2040，产品细度也易于调整。但圈流磨设备环节多，投资大、厂房高、操作复杂。本设计的最大特点是在现有开流磨机的粉磨系统上，选型设计了选粉装置，既保持了开流系统流程简单，设备少，投资少，操作简便的优点，又发挥了圈流工艺的优点，提高了粉磨效率。此外，本设计将滑动轴承改用滚动轴承，降到了能耗，很大程度提高粉磨效率，且便于维修维护。参 考 文 献1 谢理，刘振东，郑树刚.一种新型滚动轴承在自磨机上的应用J.金属矿山，2008，（7）.2 王继杰.球磨机的研究进展及实用技术综述.咸阳陶瓷设计研究院.咸阳 7120003 刘景洲.水泥机械设备安装、修理及典型实例分析. 2002年4 王仲春.水泥工业粉磨工艺技术.中国建材工业出版社.2006年1月第一版5 褚瑞卿 建材通用机械与设备M.武汉：武汉工业大学出版社，1995.11. 6 汪澜.水泥工程师手册.中国建材工业出版社1997年12月7 朱昆泉.建材机械工程手册M武汉：武汉理工大学出版社，2000.8 张黎骅，郑严主编.新编机械设计手册.人民邮电出版社.2008.9 许林发 建筑材料机械设计M. 第一版. 武汉：武汉工业大学出版社，1997.10 吴宗泽 机械结构设计M. 第一版. 北京：机械工业出版社，1988.11 江旭昌 管磨机M北京：中国建材工业出版社，1992.12.12 刘建寿，赵红霞.水泥生产粉碎过程设备，武汉理工大学出版13 郑志祥. 机械零件,高等教育出版社，200014 Andrea Cortinovis. 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