振动给料机的设计.doc

振动给料机的设计前 言震动给料机广泛运用于广泛用于矿山、冶金、煤炭、建材、轻工、机械、粮食等行业中，用于把粉状、颗粒状等物料从贮料仓或其他贮料设备中均匀或定量的给到受料设备中。例如破碎机、分选设备、筛分设备、运输机械等输送散状物料机械设备。震动给料机还可用于自动配称、定量安装、自动控制的流程中，实现流水作业和自动化，目前市场出售的震动给料机种类虽然繁多，但是要满足不同层次和运作条件需求的产品就需要有更优化，更适合实际情况的产品。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:2215891151 目 录前 言11绪论11.1课题提出背景11.2突破重点12ZG系列电机振动给料机的特征概括12.1用途12.2特点12.3分类12.4主要的组成部分12.5选型说明13工作原理和结构分析23.1结构分析23.2工作原理24振动参数的确定24.1运动学参数24.2动力学参数35物料在槽体上运动情况分析45.1运动分析45.3物料平均速度76槽体尺寸参数的确定76.1给料能力与给料槽体尺寸的确定77悬挂设计97.1弹性元件的类型和用途97.2设计计算振动给料机的弹簧108振动电机的选取及其确定128.1激振力和功率128.2传动基础的动载荷13致 谢14参考文献15附录161绪论1.1课题提出背景目前震动给料机的运用越来越广泛，所涉及的行业和层面也越来越深入，针对于这种情况，特别提出了这次真对于家用小型震动给料机用于农用肥或者粮食，饲料等的均匀配料，实现小成本的轻型机械简洁快速配送，从而相当程度地减少家庭劳动者的工作量和劳动强度。1.2突破重点本次课题设计重点要解决的问题是振动方式的选择，震动的方式有很多种，例如纯机械振动，电磁振动，电机振动，电气震动等等，针对本次课题所针对市场消费主体和使用情况，以及经济性等因素，本次震动部件选择的是电机振动。对于电机的选择也是本次设计的重点和难点，其中对电机系数选择所需要进行的选择数据计算要求理论上计算正确，还要考虑实际工作情况个方面因素所带来的综合影响，最后选择出符合要求的电机类型和型。经设计计算，本次设计选用的是ZG系列电机。2ZG系列电机振动给料机的特征概括2.1用途ZG系列电机振动给料机广泛用于矿山、冶金、煤炭、火电、耐火、玻璃、建材、轻工、机械、粮食等行业中，用于把粉状、颗粒状及粉体物料从贮料仓或其他贮料设备中均匀或定量的给到受料设备中。例如向破碎机、分选设备、筛分设备、运输机械等输送散状物料。并可用于自动配称、定量安装、自动控制的流程中，实现流水作业自动化。2.2特点ZG系列电机振动给料机是一种新型给料设备，其它给料设备相比具有以下特点：（1）体积小、重量轻、结构简单、安装方便、维修少，费用低；（2）利用特制振动电机自同步原理，工作稳定、启动迅速，停车平稳；（3）物料按抛物线轨迹连续向前跳跃运动。因此给料槽磨损较小；（4）因为可以瞬时的改变和启闭料流，所以给料量有较高的精度；（5）本系列电机振动给料机不适合于有防爆要求的场合。2.3分类按照不同的分类方法，可以将振动给料机分成许多类型。按照物料输送方向的不同，可分为水平型振动给料机和垂直型振动给料机两大类。按照其驱动方式不同，可分为电磁、气力、液压和机械振动给料机；机械振动给料机使用较多，又可分为惯性振动给料机和偏心连杆振动给料机。2.4主要的组成部分（1）激振器-振动给料机的振源，它产生激振力的大小直接影响着承载体的振幅。（2）承载体-在振动过程中，将能量传给物料，又是参振质体，其质量是振动系统中的重要参数，承载体还必须具有足够的刚度和强度。（3）减振支承-既是整机的支承装置，又作减振用。2.5选型说明（1）使用条件 海拔不超过1000m；环境温度不超过，在环境温度为1525度时，周围介质的相对湿度不大于85%。（2）生产效率振动给料机的生产效率常以松散密度的河沙为标准物料，当所运物料的松散密度和粒度大于河沙时，其生产效率与松散密度成正比来计算，当所运物料的松散密度和粒度小于河沙时，其生产效率与松散密度成正比来计算成绩的0.80.9倍，当所运物料为颗粒或粉末状时，其生产效率与松散密度成正比来计算成绩的0.50.7倍。（3）物料的最大进料粒度一般情况下，为防止造成堵塞，物料的最大线形尺寸为槽宽的1/3 1/4尤其对封闭的槽体更要注意。（4）起跳频度所谓频繁起动，一般指每两次起动时间间隔小于2min，如果小于2min，应选择1号或2号的振动电机。3工作原理和结构分析3.1结构分析ZG系列电机振动给料机结构组成如下：图3-1 振动给料机的组成部分1给料槽 2传振体 3振动电机 4减震装置3.2工作原理ZG系列电机振动给料机给料过程是利用特制的振动电机驱动给料槽沿倾方作用周期直线往复振动来实现的，当给料槽振动的加速度垂直分量大于重力加速度时，槽中的物料将被抛起，并按照抛物线的轨迹向前跳跃运动1。抛起或下落在1/50秒内完成。由于振动电机的连续激振动，给料槽连续振动，槽中的物料则连续向前跳跃，以达到给料的目的。其给料过程如下图所示：槽体双振幅料槽静止点料槽位移上限物料平位移料槽位移下限振动方向振动电机 图3-2 给料过程4振动参数的确定说明：在重有色金属冶炼过程中，所产生的高温物料采用振动输送、筛分和给料，是行之有效的方法之一。它具有工作可靠，结构简单，能耗低等一系列优点。通常在工程设计中，除采用单质体振动设备外，还有采用双质体的呈抛掷状态的振动设备。振动参数有运动学参数和动力学参数2。4.1运动学参数运动学参数有激振频率、振幅、振动方向角、机械指数、抛掷系数和运动速度等。（1）振幅AA的取值范围因激振机构不同而异，通常对于惯性驱动机构（偏心块激振器）宜采用中频中幅，即A=0.5-6mm，我们在这里取5mm。（2）机械指数机械指数亦称动力强度指数，它是承载槽体运动的最大加速度与重力加速度的比值，即式中，为使设备运行可靠及延长其使用寿命，对于常用惯性振动设备取K=35，较为适当。由于机械指数受材料强度与起决定性作用的惯性力大小限制，所以本次设计选取机械指数K=4。输送物料的运动情况主要取决于垂直加速度的大小，槽体最大垂直加速度与重力加速度的比值称为抛料指数D。 (4-1) 抛料指数与机器指数有如下关系： (4-2)周期性跳跃过程的抛料指数D在1.03.3之间。（3）激振频率当机械指数K和振幅A值确定以后由求出激振频率。推荐取值范围为：相当于6001500次/min.有K=4,A=5mm得到 (4-3)（4）振动方向角振动方向角大小取决于设备用途和物料性质。为提高输送速度，最佳振动方向角与机械指数相对应：XXXXXXXXXX.此处删除无数+N个字，完整设计请加扣扣:2215891151对应物料开始出现抛掷运动瞬时，槽体振动的相位角称为抛始角，即：在该瞬时之前，物料和工作面沿着y方向是一起运动的；在该瞬时之后，物料抛离工作面，在重力作用下在空中做抛物运动，积分两次得到相对位移的表达式，当相对位移等于零时，物料重新落至槽体，抛掷运动终止。此时槽体的相角，称为抛止角。，称为抛离角。抛离角和抛始角的关系： (5-4)物料抛掷一次的时间与机体振动周期之比称为抛离系数： (5-5)抛离系数和抛掷指数D的关系： (5-6)的值可以根据给定D值按上式求得，也可以从图5-2中查得： 图5-2 抛掷指数D与抛离系数的关系当D1时，物料相对槽体的运动状态以抛掷运动状态为主，这样可以降低物料运动的阻力和减少物料对槽体的磨损，但抛掷运动过于激烈又易使物料破碎或使输送状态不稳。一般取1D3.3,因为在这样的条件下，在机体的一个振动周期内，物料完成一次抛掷运动工作状态稳定。因此说计算的D=2.83符合工作要求的3。5.2常用振动机的振动参数表5-1 振动参数惯性式激振形式弹性连杆式参数频率 12-16 17-2515-16振幅5-6.8-1.26-9方向角20-3025-3530-60多用45倾角3-80-100-105.3物料平均速度 (5-7)式中各影响系数可由表5-2查得：表5-2 倾角影响系数倾角-15-10-50510150.6-0.80.8-0.90.9-0.9511.05-1.11.3-1.41.5-2表5-3 料层厚度影响系数料层厚度薄料层中层厚度厚料层0.9-10.8-0.90.7-0.8表5-4 物料性质影响系数物料性质块状物料粒状物料粉状物料0.8-0.90.9-10.6-0.7表5-5 滑动运动影响系数抛掷指数D11.251.51.7522.531.181.161.151.1-1.151.05-1.11-1.051注物料平均运动速度是按抛掷运动进行计算的，在一个振动周期中除完成一次抛掷运动外还伴随着一定的滑行运动。由上表可选取参数为：。由上式可计算平均速度： m/s (5-8)6槽体尺寸参数的确定6.1给料能力与给料槽体尺寸的确定振动给料机的生产能力： (6-1)式中 h-料层厚度，m b 槽体的宽度，m 物料松散密度， 物料平均速度，m/s6.2槽体型式和刚度要求 （1）槽体的结构按槽体结构可分为单一型和组合型两类。常用断面形状为矩形、圆形，梯形。为了加强槽体刚度，常把槽体断面做成波折或弧形，并将槽体卷边。只有在输送物料，要求隔热、筛分、加热或冷却时，才采用组合型 。本次设计采用矩形槽。型式如图6-1：图6-1 矩形槽结构示意图槽体一般是用钢板焊接而成，分为敞口和封闭两种槽形2，也可以用管式输送槽。两台振动电机对称于输送槽的纵向对称平面，直接固定在给料机的两侧。两振动电机作同步反向运转，所产生的激振力垂直于两振动电机轴心线所形成的平面，使槽体沿激振力方向产生直线振动。该种振动给料机一般在远超共振状态下工作，隔振比为58。其安装方式有座式和吊式两种。主要特点是结构简单、安装、调试、维护方便。运行参数稳定、噪音低、传递给基础的动载荷小。并且由于振动电机激振力可以任意调节，因而可以方便的调节输送量。该种振动给料机的主要不足是单机输送距离不宜过长。双质体共振式振动给料机的特点是所需要激振力较小，通常为非振类振动给料机所需激振力的1/21/4，该类振动给料机的激振源在共振质体上的安装形式有多种。但总体外形结构均类似于偏心连杆振动给料机。又多数槽体是压制而成，一般采用Q235-A钢板，或采用16Mn低合金钢钢板，厚度3-8mm为减少惯性力应尽量减轻槽体质量，再用肋板加强。材质应用镇静钢，而不应用半镇静钢。否则，由于振动产生的载荷，在工作过程中焊缝很易断裂。当输送磨损性大的物料时，在槽体内侧和底部可加焊钢版，也可粘贴已成橡胶板或耐磨朔料板。当物料有腐蚀性时，可以喷镀一层金属材料，用耐热钢板或型钢。（2）槽体刚度计算计算槽体刚度，目的是测知它的固有频率。当激振频率接近或等于槽体的固有频率时，就会使槽体产生共振或接近共振，从而使槽体的弯曲振幅显著增大而加速槽体的破坏3。故设计槽体时，不仅应满足槽体的许用强度条件，更重要的是要使槽体具有能承受振动载荷所必须的刚度。也就是说，应使槽体的一阶弯曲振动的固有频率大大高于激振频率。为了获得尽可能高的一阶弯曲振动的固有频率，在结构设计时，应使槽体的质量小，惯性矩大，支承点距离短。为计算方便，将振动给料机的槽体的各个部位简化为四种典型力学模型:（1）均布载荷简支梁 对于较长的振动给料机，一般采用摆杆弹簧作为中间支承。这些摆杆弹簧在振动方向上是柔性的，而在垂直于振动方向上则是刚性的，在两摆杆簧间的槽体段可按此力学模型计算，其一阶固有频率为： （6-2）式中，E-弹性模量（）I-惯性矩（）-线质量（单位长度的质量）(kg/m)l-质点间距（m）n阶固有频率： （6-3）（2）一端悬臂的均布载荷简支梁 振动给料机的两端区段可按此力学模型计算，其一阶固有频率为： （6-4）式中的因数a可按表6-1选取表6-1 因数a1.00.750.50.330.20a1.51.92.52.93.1（3）有均布载荷，又有几种载荷的简支梁 此类的模型适用于装有传动部件或给料口的振动机区段，其一阶固有频率为： （6-5）式中，m-集中质量（kg）-线质量（kg/m）（4）由均布载荷又有集中载荷的悬臂梁 振动给料机始端有传动部件或给料口终端有排料口时，可按此力学模型计算，其一阶固有频率为： （6-6）通过以上的计算，可以确定较为合理的支承点间距，通常当机械指数时，l1000mm,当k4时l=1000mm2500mm。总之，支承点间距必须保证槽体有足够的动力刚度，因此必须使强迫振动频率远远低于槽体的一阶弯曲振动的固有频率，即当取时，则： （6-7）式中符号同（6-2-1）在实际的应用中，槽型影响物料的输送速度；在拱段上速度加快，在节点上则相反。故在节点上常会发生物料堵塞的现象。为了改善这种状况，摆杆弹簧应装在阻止槽体发生挠弯曲的位置上，也就是装在振动曲线的拱段上，而不应安装在振动曲线的节点处当振动给料机为多点驱动时，则这些驱动点应设置在振动曲线的节点上。(3)槽体尺寸的确定已知：Q=200，h=150m(有经验值得),1.6,振动给料机的高度和宽度比取0.30.5我们选取比值系数是：0.3。得到高度值是：0.33m。槽体内物料质量： (6-8) 式中-槽体长度，m。根据经验值确定：1.3m所以：7悬挂设计7.1弹性元件的类型和用途对于弹簧的选择可根据振动给料机的工作状态考虑，若处在近亚共振状态，则弹簧应选的硬些。使固有频率接近工作频率。若处在远共振状态工作，则弹簧应选择软些，使固有频率远离工作频率。弹性元件（弹簧）的类型很多，分类的方法也很多4。按用途分类振动机械中所采用的弹性元件按照用途可以分为三类：（1）隔振弹簧 隔振弹簧的作用是对振动机体产生弹性支承，使机体得以实现弹性振动，并减少传给机体或构架的动载荷。（2）主振弹簧主振弹簧的作用是使振动机在指定状态下工作。例如，振动机和其他一些近共振机械，通常选用强迫振动频率稍低于固有频率的近亚共振的状态，这时必须采用刚度适中的主振弹簧。7.2设计计算振动给料机的弹簧(1)振动系统的计算质量计算质量 (7-1)式中m-参振体质量，kg-物料的质量，kg-物料的参振系数； -各弹性元件的参振质量之和。(2)预估参振质量振动机械设计的主要困难就是未知量太多，首先遇到的问题是参振质量，甚至全未知，可以从运动学参数中确定。可以根据机体尺寸、振动参数、结构强度预估为500kg，受主振弹簧允许变形量的限制，根据经验值预估5(3)镉振弹簧刚度选取隔振弹簧的频率比,激振源频率，隔振弹簧总刚度为：，圆后得：隔振弹簧采用四角均匀布置，每角一只弹簧，一只弹簧的刚度为：等效阻尼系数：选取振动给料机的弹簧为圆柱螺旋弹簧，已知参振质体的总质量为m=868kg，振动频率，所需弹簧的总刚度，弹簧数量n=4,则单质弹簧的轴向刚度是：, ，在弹簧轴向方向的振幅A=0.005m弹簧轴向静形变。1）选择材料65Mn，按1类载荷考虑，载荷循环次数在106以上，即107，查表6-2和表6-4，得G=10GPa，根据表6-3，则2）选择旋绕比c=6.5。3）计算钢丝的直径6，按照式子（6-6）、式（6-7）、式（6-8）、式（6-9）计算、f、F、d取d=32mm。4）弹簧的中径，按式（6-8）计算。取。5）弹簧圈数，按式（6-9）计算取n=13，总圈数。6）弹簧节距，按式（6-7）计算。按手册查取：d=32mm、210mm、t=51mm、取t=50mm7）弹簧自由高度，按式（6-5）计算8）强度较核计算，按式（6-6）计算。因此，改用材料60Si2Mn,其。9）疲劳强度安全因数较核计算，查表1-6，当量质量 根据式（6-3），固有频率 按式（6-4）计算最大轴向载荷和最小轴向载荷：最小轴向载荷：根据表6-3和6-4得根据式（6-5）计算，疲劳强度安全系数为满足。经计算比较得：两种弹簧都符合设计要求，但橡胶弹簧更经济、合理、安装方便。因此吊挂应选用橡胶弹簧，弹簧型号为。8振动电机的选取及其确定8.1激振力和功率（）最大激振力之和 (8-1)式中-偏心块质量，kgr-偏心半径，m=12 KN.s/m因采用双轴自同步激振器，每一激振器振幅为P/2即15.5kn。激振器采用四片偏心块其每片偏心块的质量矩。(2)电功功率N振动阻尼所消耗的功率： (8-2)轴承摩擦所消耗的功率：总功率式中;-传动效率，一般取0.95;-轴承平均直径，;D、d-轴承的外径及内径，m;-滚动轴承摩擦因数，一般;-系数，对于双轴激振系统，振动阻尼所消耗的功率：轴承摩擦所消耗的功率：取轴承中径d=0.05m,0.007则总功率：取，则