具有竖直往复送料机构焙烧炉的结构设计论文

武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 1 - 目录 摘 要 1 ABSTRACT 2 第 1 章 绪论 3 1.1 课题设计背景及意义 3 1.2 焙烧炉的工作原理及其总体结构图 3 1.3 焙烧炉设计的主要内容及要求 6 第 2章 物料传送部分的方案设计 7 2.1 物料传送部分的方案分析 7 2.2 物料传送部分的方案选择 12 第 3章 传动系统的设计选择 14 3.1 工作条件要求 14 3.2 电动机的选择 14 3.3 减速器的选择 15 3.4 齿轮齿条的设计 18 3.5 键连接的选择 22 3.6 联轴器的选择 23 第 4 章 物料托盘和炉体的设计 25 4.1 物料托盘的现状及设计原则 25 4.2 物料托盘的布局设计 25 4.3 炉体的设计分析 27 4.4 物料托盘及炉体的选材 28 第 5 章 其它技术要求 30 总 结 31 致 谢 32 参考文献 33 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 1 - 摘要 往复送料机构焙烧炉是生产中常用的一种设备，对工业的发展起到了举足轻重的作用，因此对往复送料机构 焙烧炉的结构进行优化设计有着重要的实际意义。 为了对现有生产设备进行改造，消除存在的一些缺陷，尽可能大的提高企业的经济效益。本课题的研究以传统设备为出发点，对大学四年中学习的基本专业知识加以综合运用，然后根据传统设备存在的缺点和不足进行加工改进，通过对往复送料机构焙烧炉的传送方案、物料托盘的结构、焙烧炉炉体的结构等进行分析设计，确定出了合理的方案，对具有竖直方向往复送料机构焙烧炉的结构进行了更好更具有经济价值的优化设计。 关键词： 送料机构； 焙烧炉； 优化设计 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 2 - Abstract Reciprocating feed institutions roaster is commonly used in the production of a device that played a pivotal role in the development of the industry to optimize the design has an important practical significance, so the structure of the reciprocating feed mechanism roaster. Transformation to eliminate some of the shortcomings of existing production equipment, as large as possible to improve the economic efficiency of enterprises. The research of this subject as a starting point the traditional device, the integrated use of four years in college to learn the basic professional knowledge, and then based on the shortcomings and deficiencies of the traditional equipment for processing improvement, reciprocating feed mechanism roaster transmission programs, materials traystructure, the structure of the roaster furnace analysis and design, to determine a reasonable solution to optimize the design of better and more economic value with the vertical direction back and forth to send the structure of the feeding mechanism roaster. Keywords: Transmission scheme； vertical direction； feed mechanism 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 3 - 第 1 章 绪论 1.1 课题设计背景及意义 某企业的物料生产中有焙烧工序，采用普通金相加热炉手工操作进出料以及焙烧工作。此种操作存在劳动强度大、效率低、生产条件简陋、物料损失严重、污染工作环境等诸多问题，需要对设备进行优化改造。要求新设计的焙烧炉气流布置是顺着燃烧火焰以及热空气运动的竖直方向，焙烧炉焙烧金属时四周相对封闭，空气进风设计 在四周下部，炉体设计中适当加宽炉体尺寸，在原有操作物料情况下加大燃烧物料表面积、减小堆积厚度，物料燃烧过程平稳充分，物料燃烧过程中爆燃飞溅现象减少。炉门上设置观察孔，方便操作观察。焙烧炉连接烟道，将燃烧的热空气直接排出室外，改善了室内操作环境条件。烟道末端设置旋风分离器和折流板式高效粉尘回收装置，可以回收大部分（ 98%）火焰中的微小银屑。焙烧炉设置有机械操作的物料进出炉装置，装有物料的托盘放置在竖直进出焙烧炉的送料机构的支架上，机构由电动机驱动来进行送料工作，运动位置由限位开关控制，机构的主要运动件设置在炉 外，只有物料托盘部分在炉中高温区域，机械运动部分的平稳操作、运动可靠性容易得到保证。 目前，国内外现有的焙烧炉不能满足该企业的生产需求，成熟可以借鉴的案例不多，研究具有竖直往复送料机构焙烧炉的结构设计具有重要的应用价值，能够很好地推动石油化工行业的不断进步。 1.2 焙烧炉的工作原理及其结构简图 1.2.1 焙烧炉的工作原理 往复送料机构焙烧炉在结构功用上主要有实现往复送料和完成金属焙烧工作两大特点。它是以电动机为动力源，经过减速器进行减速，以达到合理的送料速度，选择可靠经济的传送方案，将装有颗粒状金属的 物料托盘送入焙烧炉中加以焙烧，以得到能满足企业要求的块状金属。其系统框图如下图 1-1： 图 1-1 系统框图 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 4 - 1.2.2 焙烧炉系统的结构简图 本课题的设计构想是以齿轮齿条的啮合传动作为物料传送的方案，通过电动机的正转反转来实现物料托盘的往复传送运动，组成稳定可靠机械系统。 图 1-1 部分（ I）和图 1-2 部分（ II）配合即为总体布局，系统总体结构如图 1-3。 图 1-1 部分 （ I） 图 1-2 部分（ II） 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 5 - 图 1-3 系统总体结构 其中： 1-旋风分离器； 2-物料托盘； 3-支架（用来固定焙烧炉炉体）； 4-矩形槽； 5-支架（用来约束齿条）； 6-防爆孔； 7-焙烧空间； 8-齿条； 9-联轴器； 10（ A） -圆柱直齿轮； 11-两级圆柱直齿轮减速器； 12-电动机。 系统安装说明： （ 1）电动机和减速器均固定于地面支撑台上，且圆柱直齿轮 10（ A)固定联结在减速器输出轴 III 上； （ 2）部分（ I）和部分（ II）处于垂直平面，与减速器的输出轴 III 轴固定联结的圆柱直齿轮 10（ A）与齿条啮合，使得 10（ A）转动时带动齿条上下往复运动； 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 6 - （ 3）支架卡在齿条的矩形槽上用来 约束齿条，使得齿条只能在支架竖直方向运动。 （ 4）图中黑色区域为零件焊接连接。 1.3 焙烧炉设计的主要内容及要求 1.3.1 设计的主要内容 本课题需要完成的设计是具有竖直方向往复送料机构焙烧炉的结构设计，其主要内容如下： （ 1）研究 竖直往复送料机构焙烧炉的结构， 设计合理的实施方案； （ 2）研究 竖直往复送料机构焙烧炉的结构 特点； （ 3）制定 竖直往复送料机构焙烧炉的 结构设计方案； （ 4）通过比较，设计动力方案； （ 5）实现功能优化设计方案； （ 6）完成 具有竖直往复送料机构焙烧炉的结构设计 。 1.3.2 设计的主要要求 （ 1）使用功能要求 所设计的焙烧炉设备应具有预定的使用功能。这主要靠正确的选择焙烧炉的工作原理，正确地设计或选用能够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。 （ 2）经济性要求 所设计的焙烧炉的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中。设计制造的经济性表现为设备的成本低；使用经济性表现为高生产率，高效率，较少的消耗能源、原材料和辅助材料，以及低的管理和维护费用等。 （ 3）劳动保护和环境保护要求 所设计的往复送料机构焙烧炉要符合劳动法规的要求，合理地 规定操作时的驱动力，操作方式要符合操作者的心理和习惯，使操作者有一个安全、舒适的环境，不易产生疲劳，这也有助于提高劳动生产率。同时，也要把环境保护提高到一个重要的位置，最大程度的改善焙烧炉及操作者周围的环境条件，对废气进行有效地治理等以满足环境保护法规对生产环境提出的要求。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 7 - 第 2 章 物料传送部分的方案设计 2.1 物料传送部分的方案分析 2.1.1 可行传送方案的分析 选择合理的传送方案是往复送料机构是否可靠和经济运行的重要问题。目前常用的能实现往复运动的传动系统主要有液压系统、气动系统和机械系统三大 类，它们在结构和应用上也都有各自的特点。 2.1.2 液压系统的特性分析 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、 执行元件 、控制元件、辅助元件（附件）和 液压油 。 系统在结构上包括信号控制和液压动力两部分，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作；液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不 同功能元件之间的相互关系。 液压源 含有液压泵、 电动机 和液压辅助元件； 液压控制 部分含有各种控制阀，其用于控制 工作油 液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达等。 在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流，如图（ 3）。 图 2-1 液压系统结构 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 8 - 液压系统（液压缸）的优缺点分别如下： 优点：（ 1）传动平稳、质量轻体积小、承载能力大、便于实现自动化； （ 2）液压传动易实现无极调速，能够自身润滑； （ 3）液压执行器的响应速度较高，能高速启动、制动与反向。 缺点：（ 1）以液压油为工作介质，不可避免的泄露； （ 2）油液受温度影响且 易污染会影响工作可靠性，发生故障不易检查和排除； （ 3）油液中有空气会引起工作机构的不均匀跳动。 2.1.3 气动系统的特性分析 一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成，其结构及信号流图如图 2-2。 图 2-2 气动系统的结构及其信号流图 （ 1）气动系统技术的应用 气动执行元件主要用于作直线往复运动。在工程实际中，这种运动形式较多，如许多机器或设备上的传送装置、产品加工时工件的进给、工件定位和夹紧、工件装配以及材料成型加工等都是直线运动形式。从技术和成 本角度看，气缸作为执行元件是完成直线运动的最佳形式。 （ 2）气缸的使用技术条件 一般情况下，气缸的工作压力在 0.15-1MPa 之间，其环境温度和介质温度为 5-70。气缸易受到辐射热影响，且缸内密封材料在高温下会软化，低温下会硬化脆裂。 （ 3）气缸对使用环境的要求 气缸在使用时主要有以下四个方面的注意事项及要求： 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 9 - 1)不要用于有腐蚀性气体、化学药品（如有机溶剂）、海水、水、及水蒸气的环境中或附着上述物质的场所； 2)不要用于有爆炸性气体的场所； 3)不要用于有振动和冲击的场所，不要用于周围有热源的场所； 4)在湿度大、粉尘多的场所使用，要采取必要的措施。 气动系统（气缸）的优缺点分别如下： 优点：（ 1）减少了物料的运送步骤，缩短了加工时间，操作简单； （ 2）工作压力较底，对气动元件材质请求不高，系统维护简单，不易梗塞，也不存在介质的蜕变、补充和改换，能够在恶劣环境中工作。 缺点：（ 1）对物料放置有很高的精度要求，造价高昂，一般的小型企业不采用； （ 2）工作效率和工作压力低，总推力不大，空气可紧缩性较大，运动速度稳定性较差。 2.1.4 机械系统的特性分析 能在竖直方向实现往复运动的机械传动方案有很多， 在本课题中我们只研究曲柄滑块机构和齿轮传动两种，其中齿轮传动实现往复运动是通过驱动电动机的正转反转来完成。 （ 1）曲柄滑块机构的定义 曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式，由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）连接而成的一种机构，是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副或转动副组成的机构。 （ 2）曲柄滑块机构的特性及应用 曲柄滑块机构常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动，或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。它具有运动副为低副，各元件间面接触，构成低副两元件的几何形状比较简单， 加工方便，易于得到较高的的制造精度等优点，因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。 （ 3）曲柄滑块机构的分类 根据结构特点，曲柄滑块机构可分为对心曲柄滑块机构 、偏置曲柄滑块机构 和偏心轮机构 三种。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 10 - 图 2-3 对心曲柄滑块机构 图 2-4 偏置曲柄滑块机构 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 11 - 图 2-5 偏心轮机构 （ 4）齿轮传动的特点 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的 机械传动 。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴 螺旋齿轮传动 。具有传动平稳， 传动比 精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等特点。 （ 5） 齿轮传动类型 齿轮传动的类型主要有：圆柱齿 轮传动、锥齿轮传动、双曲面齿轮传动、螺旋齿轮传动、蜗杆传动、圆弧齿轮传动、摆线齿轮传动、行星齿轮传动等。 （ 6）齿轮的工作条件 齿轮的工作条件可分为以下几种： 1）开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑； 2）半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭； 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 12 - 3）闭式齿轮传动，齿轮、轴和 轴承 等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，是应用最广泛的齿轮传动。 2.2 物料 传送部分的方案选择 2.2.1 确定往复传动方案 企业的经济效益是生存和发展的关键，保证设备的可靠性和安全性是至关重要的。 液压系统和气动系统虽然都可以很好的实现送料机构的往复运动，也有很多各自的优点。但是，金属焙烧炉的工作温度高达 500，在送料过程中亦可能产生冲击和振动，液压系统的传动介质液压油受温度的影响很大，在工作过程中也容易发生漏油现象，检查起来极其不方便；而且，气动缸在一般情况下的工作压力为 0.15-1MPa 之间，其环境温度和介质温度为 5-70，易受到辐射热影响，且缸内密封材料在高温下会软化。 所以，液压系统和气动系统均不适合用于金属焙烧炉往复送料机构的传送部分。 再者，对心曲柄滑块、偏置曲柄滑块和偏心轮机构虽然都不受以上因素的影响，并且结构紧凑，回转特性和动力平衡性好，但是曲柄滑块机构在实现往复运动时不能保持匀速运动，平稳性较差，不满足本课题设计的要求。 相反，齿轮传动具有传动平稳， 传动比 精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优点，很适合用作往复送料机构传送部分的设计 。本课题将选用圆柱直齿轮与齿条啮合传动，以电动机的正转反转来实现往复运动，此即为竖直往复送料机构传送部分的设计方案。 2.2.2 往复送料机构传送部分设计方案简图 根据企业的工作条件及其要求，以及前面章节对物料传送部分几种可行方案分析的优化选择，可确定往复送料机构传送部分设计方案简图如图 2-7。 图 2-6 齿轮齿条啮合图 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 13 - 图 2-7 传送部分设计方案简图 说明： 图 2-6中为齿轮与齿条啮合方式在水平面的示意简图， 图 2-7中 减速器的输出轴 III 轴 与圆柱直齿轮处于垂直平面。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 14 - 第 3 章 传动系统的设计选择 3.1 工作条件要求 本课题要求所设计的往复送料机构焙烧炉除了能按照需求完成物料的传送和焙烧工作，还有以下一些设计要求： （ 1）传动要平稳 在齿轮传动过程中，应保持瞬时传动比恒定不变，以保持传动的平稳性，避免或减少传动中的冲击、振动和噪声，并且物料托盘在上升过程中，以约 0.1m/s 的速度匀速进入炉体中。 （ 2）承载能力要大 要求齿轮的结构尺寸小、体积小、质量轻，而承受载荷的能力强，即强度高，耐磨性好，寿命长。 3.2 电动机的选择 3.2.1 选择电动机应考虑的问题 在选 择电动机时主要考虑以下几个方面的问题： （ 1）根据机械负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型； （ 2）根据负载转矩、速度变化范围的启动频繁程度等要求。考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率； （ 3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式； （ 4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型； （ 5）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能要求， 以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 15 - 3.2.2 电动机的选择 根据功率要求和经济要求，本传动系统选择 Y 系列（ IP44）三相异步电动机，其技术数据摘自（ ZBK22007-88）如表 3-1 所示： 表 3-1 选择电动机型号为 :Y801-4； 极数 :4 极； 额定功率 :0.55KW； 额定电压 :380（ V），额定转速 :1390r/min。 3.3 减速器的选择 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 16 - 3.3.1 减速器概述 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，它是一种相对精密的机械，用来降低转速和增大 转矩 ，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动 效率 ，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。 3.3.2 减速器的分类 按传动和结构特点可将减速器分为齿轮减速器（主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥 -圆柱齿轮减速器）、蜗杆减速器（主要有圆柱蜗杆减速器、环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器）、蜗杆齿轮减速器及齿轮 -蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器六类。 3.3.3 减速器的选择与电动机的关系 根据电动机的相关参数确定减速器有以下两个方面的标准要求： （ 1）以电动机的功率为标准，所选择的减速器的输入功率必需大于电动机的额定动率； （ 2）以电动机的转矩为标准，所选择的减速器允许输入的转矩必须大于电动机的转矩。 3.3.4 减速器的选择 参照表 3-2 的技术要求，本传动系统选用 LC 型立式两级硬齿面圆柱齿轮减速器（如图 3-1），根据功率要求确定型号为 LC75，其安装尺寸如表 3-3。该系列减速器是等效采用 HG5-746-78 标准的两级同轴式硬齿面圆柱齿轮立式减速器，允许正反两向运转，适用于各行业设备的减速装置，特别是搅拌减速装置，具有传动平稳、噪声低、效率高、承载能力强、结构紧凑、重量轻等特点。组合配套范围广，可配多种系列的电动机、无级变速器、机架、联轴器及轴封，以适应有防爆要求的场所及工艺参数多变的工艺要求。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 17 - 图 3-1 LC 立式减速器安装简图 表 3-2 减速器技术要求 减 速比 i 12 12 10 12 10 7.5 6 4.5 4 减速机型 号 输出轴许用 转矩/N m 输出转速n/r min-1 65 85 100 125 150 200 250 320 370 电机功率P/kW 8 极 6 极 4 极电机 750 r / min 1000 r / min 1500r / min P/n 代号 0.55 1 3 7 11 15 19 LC75 89.5 0.75 1/6 2/6 2 4 8 12 16 20 1.1 1/6 3/6 1 5 9 13 17 21 1.5 2/6 4/6 2 6 10 14 18 22 2.2 1/8 1/6 5/6 3 5 9 13 17 21 LC100 LC100A 328 3.0 2/8 2/6 5/6 4 6 10 14 18 22 4.0 3/8 3/6 6/6 1 7 11 15 19 23 5.5 4/8 4/6 7/6 2 8 12 16 20 24 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 18 - 7.5 1/8 1/6 8/6 3 5 8 12 16 20 LC125 LC125A 810 11.0 2/8 2/6 5/6 4 6 9 13 17 21 15.0 3/8 3/6 6/6 1 7 10 14 18 22 18.5 1/8 4/6 7/6 2 5 11 15 19 23 22.0 2/8 1/6 3/6 3 6 8 10 13 16 LC150 LC150A 2289 30.0 1/8 2/6 4/6 4 7 9 11 14 17 37.0 2/8 1/6 5/6 1 3 6 12 15 18 45.0 3/8 2/6 4/6 2 4 7 10 LC200A 3283 55.0 1/8 3/6 5/6 1 5 8 11 75.0 2/8 1/6 6/6 2 4 9 12 90.0 3/8 2/6 4/6 3 5 7 13 注： 1、表中 指 宜选用非直联式，尤其 LC200A、 LC250A、 LC325A 必须选用非直联型。 2、表中“”表 示非选择区，减速器允许正、反两个方向旋转。 3、 A 型为改进型，配有润滑油泵，采用喷油润滑以提高齿轮工作寿命。 LC150A、 LC200A、LC250A、 LC325A 型配有单独电动油泵，功率为 120W 三相电源，使用时需与电源连接。LC100A、 LC125A 型当转速 125r/min 时，配有单独电动油泵，功率为 90W，而转速 125r/min 时，为内部传动机构驱动，不另配电动油泵。 表 3-3 LC 立式减速器型号及安装尺寸 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 19 - 3.4 齿轮齿条的设计 3.4.1 齿轮分度圆直径的计算 已知圆柱直齿轮 的线速度 V=0.1m/s，参照图（ 10）选择电动机输出转速 N1=150n/min，减速器减速比 i=10，由 i=N1/N2 得： 减速器的输出轴 III 的转速 N2=N1/i=（ 150n/min） /10=15n/min=0.25n/s ； 由 V=R W ， W=2 N2知， V=2 N2 R，即 圆柱直齿轮的分度圆半径 R =V/（ 2 N2） =（ 0.1m/s） /（ 2 0.25m/s） =0.0637m=63.7mm； 所以，与齿条啮合的圆柱齿轮的设计分度圆直径为 d=127.4mm。 3.4.2 齿轮其它参数的计算 （ 1） 圆柱齿轮吃宽系数 d 如下图表 3-4 所示： 表 3-4 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 20 - 注： 1）大、小齿轮皆为硬齿面时， d 应取表中偏下限值；若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时， d 可取表中偏上限的数值； 2）括号内的数值用于人字齿轮，此时 b 为人字齿轮的总宽度； 3）金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时， d 可小到 0.2； 4）非金属齿轮可取 d=0.5 1.2。 （ 2）齿宽和模数的计算 由圆柱齿轮的齿宽 B=d d，取 d=1 得， 圆柱齿轮的齿宽 B=127.4 1=127.4mm， 按表 7-11（ 刘朝儒，吴志军，高政一，许纪旻 . 机械制图 . 北京：高等教育出版社，2006.）标准分化取 B=140mm。 齿轮的模数 m=d/z，取 z=20 得， 齿轮的模数 m=127.4/20=6.37， 按标准模数（ GB/T 1357-1987）圆整取 m=8， d=160mm。 （ 1）其他参数计算 齿顶高 ha=m=8mm 齿根高 hf=1.25m=1.25 8=10mm 齿顶圆直径 da=m(z+2)=8 (20+2)=176mm 齿根圆直径 df=m(z-2.5)=8 (20-2.5)=140mm 齿距 p=m =8 3.14=25.12mm 齿厚 s=m /2=（ 8 3.14） /2=12.56mm 下表 3-5 即为所设计计算的圆柱直齿轮几何参数。 表 3-5 齿轮几何参数 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 21 - 送料机为一般工作机器，速度不高，选用 7 级精度（ GB 10095-88）。在选材上，由表 10-1（ 1 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 . 8 版 . 北京：高等教育出版社， 2006.）选择齿轮材料为 40Gr，调质处理，硬度为 280 HBS。其零件图纸（部分参数）如图 3-2 所示。 图 3-2 齿轮零件图 说明： 齿轮相关设计参数在 上表中列出，具体设计要求见附加圆柱直齿轮加工图纸。内孔加工直径为 30mm，刚好与 LC75 立式减速器输出轴 III 轴配合，其他部分根据表中尺寸按国家标准齿轮生产制造。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 22 - 3.4.3 齿条的设计 齿条是一种用于平行轴传动的机构。它是通过与齿轮相啮合，齿轮作回转运动而齿条作直线移动。齿条与齿轮相比有以下三个主要特点： （ 1)齿条相当于齿数无穷多的齿轮，故齿轮中的圆在齿条中都变成了直线，即齿顶线、分度线、齿根线等。 （ 2）齿条的齿廓是直线，所以齿廓上各点的法线是平行的，又由于齿条作直线移动，故其齿廓上各点的压力角相同 ，并等于齿廓直线的齿形角 。 （ 3）齿条上各同侧齿廓是平行的，所以在与分度线平行的各直线上其齿距相等。 根据齿轮齿条的啮合特点 : (1) 齿轮的分度圆永远与其节圆相重合 ,而齿条的中线只有当标准齿轮正确安装时才与其节圆相重合。 (2) 齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角。 因此，取齿条的齿数 z= 200 ，压力角 = 200 齿条的模数 m=8 端面模数 mt = m = 8 端面压力角 t = tan =tan200 =0.364 齿距 Pn = m = 3.148 mm = 25.12 mm 法 向齿距 pb = pcos = 25.12cos200 =10.25mm 齿顶高系数 ha* = 1 顶隙系数 c* = 0.25 齿顶高 ha = ha* m = 1*8 mm = 8 mm 齿根高 hf=( ha* + c*) m = (1+0.25) 8 mm = 10 mm 齿全高 h =(2ha* + c*) m = （ 2+0.25） 8 mm = 18 mm 齿厚 s = m/2 = 25.12/2 mm = 12.56 mm 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 23 - 齿槽宽 e = s = 12.56 mm 由表 10-1（ 1 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 . 8 版 . 北京：高等教育出版社， 2006.）查得，齿条选用 7 级精度（ GB 10095-88），材料为 45 钢，调质处理，硬度 240 HBS。 3.5键联接的选择 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。 本课题中的减速器输出轴 III 轴与圆柱直齿轮相连的键连接选用普通平键连接，其主要尺寸如 表 3-6。普通平键的头型有圆头（ A 型）、平头（ B 型）及单圆头（ C 型）三种。平键的两侧面是工作面 ，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙，此处选用键的头型为圆头，材料为 45 钢。 表 3-6 普通平键的主要尺寸 轴 键 键 槽 公称直径 d 公称尺寸 b h 宽度 b 深度 半 径 r 公称尺寸 b 极限偏差 轴 t 毂 t1 较松键联接 一般键联接 较紧键联接 轴 H9 毂 D10 轴 N9 毂 Js9 轴和毂 P9 公称尺寸 极限偏差 公称尺寸 极限偏差 min max 22 30 8 7 8 +0.036 0 +0.098 +0.040 0 -0.036 +0.018 -0.018 -0.015 -0.051 4.0 +0.2 0 3.3 +0.2 0 0.16 0.25 键的长度 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45,50, 56, 系列 L 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 180 键的 选择包括类型的选择和尺寸的选择两个方面。键的类型应根据键的连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽 b键高 h 表示）与长度 L。键的截面尺寸 b h 按轴的直径 d 由标准中选定。键的长度 L 一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 24 - 于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂长度可以取为L（ 1.5 2） d ，这里的 d 为轴的直径。所选定的键长亦要符合标准规定的长度系列。 由于减速器输出轴轴径为 30mm，故 所选的普通平键的长度系列所应选的尺寸为L=56 mm 。 3.6 联轴器的选择 3.6.1 联轴器的种类 联轴器分为两类，一类是刚性联轴器，用于两轴对中严格，且在工作时不发生轴线偏移的场合。另一类是挠性联轴器，用于两轴有一定的限度的轴线偏移场合。挠性联轴器又可分为无弹性元件联轴器和弹性联轴器，两者既相似又有区别。 弹性联轴器：有弹性元件，能缓冲吸振，能补偿轴线偏移。 刚性联轴器：无弹性元件，不能缓冲吸振。根据能否补偿轴线偏移又可分为固定式刚性联轴器和可移式刚性联轴器。 3.6.2 联轴器的选择 根据工作条 件，本课题选择刚性联轴器。刚性联轴器有套筒联轴器和凸缘联轴器两种。 （ 1）套筒联轴器 该联轴器是最简单的联轴器，由连接两轴轴端的套筒和联结零件构成。结构简单，径向尺寸小，但对安装条件要求高，无缓冲吸振功能。 如图 3-3 所示，套筒联轴器由套筒和链接零件（销钉或键）组成。这种联轴器构造简单，径向尺寸小；但对两轴的轴线偏移无补偿作用，多用于两轴对中严格、低速轻载的场合。当用圆锥销作联接时，若按过载时圆锥销剪断进行设计，则可用作为安全联轴器。 图 3-4 套筒联轴器 （ 2）凸缘联轴器 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 25 - 凸缘联轴器是固定式联轴 器中应用最广的一种。两联轴器通过键与轴相联，再用螺栓将两半联轴器联成一体。结构简单，使用方便，能传递较大转矩，但无弹性，不能吸收吸振，安装时必须严格对中。适合载荷平稳场合。 如图 3-3所示，凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器和一组螺栓组成。这种联轴器有两种对中方式：一种是通过分别具有凸槽和凹槽的两个半联轴器的相互嵌合来对中，半联轴器采用普通螺栓联接；另一种是通过铰制孔用螺栓与孔的紧配合对中，当尺寸相同时后者传递的转矩较大，且装拆时轴不必作轴向移动。 图 3-5 凸缘联轴器 第 4 章 物 料托盘和炉体的设计 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 26 - 4.1 物料托盘的现状及设计原则 4.1.1 物料托盘的现状 物料托盘的结构设计直接关系到物料的燃烧程度，目前，该企业以及国内外市场上销售的焙烧炉设备中的物料托盘存在很多弊端。综合起来，有以下几个方面： 第一，物料燃烧不充分，损失严重，燃烧过程不平稳，爆燃飞溅现象严重； 第二，物料燃烧表面积不大，造成堆积现象； 第三，燃烧的热空气容易滞留室内，影响工作环境。 以上诸多不良因素均对企业的生产带来一定程度的影响，严重制约着企业的经济效益。 4.1.2 物料托盘的设计原则 新设计的物料托盘 ，应该解决企业原有焙烧设备存在的问题，并且最大程度提高生产效益，其结构设计大致有如下原则： （ 1）不仅要求物料能在焙烧炉中完成焙烧工作，得到能满足企业标准的块状金属，而且要求与焙烧炉配合时气流布置是顺着燃烧火焰以及热空气运动的竖直方向； （ 2）金属颗粒在炉体中焙烧时四周相对封闭，空气进风孔设计在炉体下部； （ 3）金属颗粒装入物料托盘中能增大其燃烧表面积，减少厚度堆积，减少物料燃爆飞溅； （ 4）易于观察金属的焙烧情况； （ 5）安全可靠、经济性好。 4.2 物料托盘的布局设计 4.2.1 物料托盘设计简图 综 合考虑物料托盘的设计准则及要求，其大致三视图可设计如图（ 2）所示。将物料托盘设计成抽屉样式，屉内用网状隔板分隔成相同的区域，抽屉底板四个方向分别各设有一个直径相同的通风孔。 4.2.2 可靠性分析 图 4-1 中的设计方案，既可以增大物料的燃烧面积，减少物料燃烧时堆积的现象，又可以满足当物料抽屉进入焙烧炉时四周相对封闭的要求，进而减少物料爆燃飞溅，使燃烧过程更平稳。再者，物料托盘底座设计四个通风孔，可以满足焙烧炉气流顺着燃烧火焰以及热空气运动的竖直方向流动。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 27 - 图 4-1 物料托盘结构三视图 4.3 炉 体设计分析 4.3.1 炉体设计要求 焙烧炉炉体主要包括炉壁、炉顶、炉底、炉门、附属设备及炉架等，对它的设计非常关键，主要有以下几方面的设计要求： （ 1）工作可靠，能满足生产的标准和相关技术要求； （ 2）具备较高的热效率和良好的可调节性； （ 3）操作安全，便于运输和维修。观察孔、防爆装置设计合理，安装位置恰当，且易损件便于维修更换； （ 4）炉体要有足够的机械强度，建设资金小，建设周期短。 4.3.2 焙烧炉炉体原结构存在的问题 从焙烧炉对金属焙烧工作的情况来看，主要存在劳动强度大、效率低、生产条件简陋、物 料损失严重、污染工作环境等诸多问题。其主要原因是炉体内气流布置不合理，炉体燃烧环境不封闭，炉体焙烧空间过小等。 4.4 新型焙烧炉的设计分析 4.4.1 炉体的设计 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 28 - 为了消除焙烧炉炉体原结构存在的问题，本课题将炉体的外观设计为矩形，加宽炉体的焙烧空间，炉体上方设置一防爆孔，其中一壁设计一观察孔，炉体下方物料箱体进口处的四个方向分别设计有一个通风孔，烟道末端连接一旋风分离器，其结构剖面简图如图 4-2 所示。 4.4.2 新型炉体的分析 （ 1） 防爆孔 炉体上方设计有防爆孔，可以平衡焙烧金属时炉体内外气压，防止爆炸隐患 ，保证了焙烧工作的安全性。 图 4-2 炉体设计简图 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 29 - 图 4-3 标准旋风分离器简图 （ 2）旋风分离器 旋风分离器设备（其结构简图如图 4-3 所示）的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。焙烧炉炉体连接烟道，将燃烧的热空气直接排出室外，改善了室内操作环境条件，同时旋风分离器也可以回收火焰中的大部分微小银屑，减少对外部环境的污染。 （ 3） 观察孔 设计观察孔可以让操作者随时观察炉体内金属的焙烧情况，使焙烧工作更加容易掌控。 4.3 物料托盘及炉体的选材 （ 1）物料托盘体和炉体的选材 由于焙烧炉的工作温度为 500，考虑到经济、可靠等因素，在这里选用 304 不锈钢作为抽屉式物料托盘以及焙烧炉炉体的制造材料，其在力学性能等方面都能满足设计的要求。 （ 2） 304 不锈钢概述 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 30 - 304 不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比 200 系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于 650。 304 不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，是应用最广泛的不锈钢、耐热钢，常用于食品生产设备、普通化工设备、核能等。 对氧 化性酸，在实验中得出：浓度 65%的沸腾温度以下的硝酸中， 304 不锈钢具有很强的抗腐蚀性；对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。 （ 3） 304 不锈钢的性能 304 不锈钢是应用最为广泛的一种铬 -镍不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度、加工性能、可焊性和机械特性。抗拉强度 b (MPa) 520，条件屈服强度 0.2 (MPa) 205，伸长率 5 (%) 40 ，断面收缩率 (%) 50 ，硬度 187HB； 90HRB； 200HV。 （ 4）网状隔板的选材 网状隔板用耐高温材料镍 铬合金丝编织而成。镍铬合金丝是由镍铬与铁、铝、硅、碳、硫等元素制作而成，具有较高的电阻率和耐热性，因其高温强度高、可塑性强等优点，广泛应用于工业电炉、家用电器、远红外装置，是电炉、电烙铁、电熨斗等的电热元件。 （ 5）观察孔的选材 观察孔处用石英玻璃镶嵌。石英玻璃具有极低的 热膨胀系数 ，高的耐温性，极好的化学稳定性，优良的电绝缘性，低而稳定的超声延迟性能，最佳的透 紫外光谱 性能以及透 可见光 及 近红外光谱 性能，并有着高于普通玻璃的 机械性能 。 一方面，石英玻璃可以承受 500以上的高温，不会因为温 度过高导致观察孔损坏或失效。另一方面，石英玻璃是透明的，很容易的观察到焙烧炉内金属燃烧情况，从而可以更好的对焙烧工作加以操作。 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计 (论文 ) - 31 - 第 5 章 其它技术要求 除了设计往复送料机构焙烧炉的总体结构、传动系统以及优化选择传送方案外，对各部件在安装、连接和防护等其他方面也有一些技术要求。 （ 1）齿轮润滑与防护 齿轮长时间处于露天环境下，当啮合齿面间落入磨料性物质（如沙粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而致报废，因此对齿轮采取有效地防护措施非常重要，本设计将在齿轮上半面安装防护罩。同时，为了防止齿轮发生齿面胶合失 效，应该采用抗胶合能力强的润滑油（如硫化油），或在润滑油中加入极压添加剂等以减轻齿面的胶合。 （ 2） 隔热 由于焙烧炉炉体的温度高约 500，所以为保证炉体的温度尽可能低的传递到齿轮等部件处，除炉体内镶一层隔热膜外，齿条上端与物料托盘连接部分的设计应考虑散热问题。翅片式散热器是在工业生产中使用较为广泛的一种换热设备，它通过在普通的基管上加装翅片来达到强化传热的目的。如果将齿条锯齿末端与物料托盘连接部分设计成翅片式散热器装置，就可以很好的解决炉体隔热问题，因此，本课题采用翅片式散热器原理进行散热。 （ 3） 零部件连接 金 属结构的连接主要有铆接、焊接、铆焊混合联接、螺栓联接等四种方法，由于齿条与物料托盘的体积相差太大，采用铆接和螺栓联接都不方便，可靠性差，所以本设计采用焊接技术将齿条的顶端与物料托盘、支架与炉体固定连接。支架和支架与地面均采用螺