干燥机组设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 碳纤维干燥致密化设备 干燥机（组）的结构设计 摘 要 碳纤维的品质在很大程度上取决于原丝。制造品质优异的原丝的主要制约因素有聚合体中共聚单体类型、纺丝方法及工艺、拉伸工艺、干燥致密化程度、上油工艺及油剂类型。 干燥致密化一般在上油后用热辊或热风进行干燥致密化。干燥致密化温度越低越好，但过低，油剂不能浸入，孔隙不能削减，长时间进行干燥致密化也不好，实质上干燥致密化温度在 110 190 的温度范围较好。 本干燥机（组）采用逐步升温的分段致密化工艺，先将水的为 100% 150% 的溶胀态纤维 在 100 300 的热辊上干燥到水 30% 以下，然后再用 110 140 的热辊将纤维干燥至水 2% 以下，这样对纤维进行缓慢的致密化，可防止产生皮芯结构，并可防止单丝间并丝。 本文介绍了制取高性能碳纤维原丝的关键设备之一 干燥机（组）的结构组成及研究概况，对主机主要零部件：辊筒轴部件、传动齿轮受力情况进行了分析研究；对辊筒轴及齿轮进行了强度校核；对轴承寿命进行了计算；对保温部件进行了方案比较和结构设计；对润滑部件进行了润滑方式的选择和润滑装置设计及计算。 本文完成了干燥机（组）的设计和计算的 整个过程，对碳纤维干燥致密化设备有了进一步的了解和一些创新。 关键词：碳纤维；干燥致密化；热辊，干燥机（组） 毕业设计（论文）外文摘要 江苏大学毕业设计 1 The construction design of the drier(set) Abstract The quality of carbon fiber is directly influenced by the quality of PAN precursor.The factors that restrict the quality of PAN precursor, such as the type of polymerization monomer in the polymer, spinning method and technique, tensile technique, compacting level by drying, oiling technique and the type of oil, must be paid great attention to prepare the PAN precursor with good properties. Compacting by drying turn to proceed with hot roller or hot breezes after oiling generally. Compacting by drying turn the temperature more low more good, but over low, oil cant dipping into it, or bore cleft cant cutting down, long hours proceeding compacting by drying turning is not better too, substantially compacting by drying turning temperature between 110 and 190 scope than good . Cent a hot roller for finely turning craft, first aqueous is between100% and 150% dissolving bulge appearance fiber between 100 and 300 that this drier(set) adoption gradually heat top dry arrive 30% of water below, then use the hot roller between 100 and 140 to o aridity fiber to below 2% of water , proceed the slow-moving and fine turning to the fiber like this, can prevent to produce the skin core construction, combining can prevent single silk turn to a bunch of silk. This paper introduced the composition and structure and the abstract of research about the the one of the original and silky key in carbon fiber in high performance equipmentses the construction of the drier(set). We do research on the main accessories of the host, such as the Roller stalk parts, the drive wheel geard of the power under stress.We check the intensity of the axle and the surface of the gear；Proceeded the calculation to the bearings life span. proceeded to the heat preservation parts the project compare to design with the construction；to lubricate the parts proceeded the choice of the lubrication method with lubricate to equip design and calculations. This paper completes the whole progress from the design and calculating about the drier(set). We now have a better knowledge and creative of the drier(set). Key words: carbon fiber；compacting；hot roller；dryer( set) 许静波：干燥机（组）设计 2 目 录 1、绪论 5 1.1碳纤维应用现状及其发展前景 5 1.2碳纤维后处理设备市场背景 5 1.3本课题研究的主要内容 6 2、干燥机总体设计 7 2.1拟订设计方案 7 2.1.1根据设计任务书及工艺要求简图尺寸确定设计方案 7 2.1.2确定干燥机结构形式及传动方式 8 2.2技术设计和工作设计 9 2.2.1根据拟定方案绘制总装图和各部件图 9 2.2.2主要零部件的设计及校核 9 2.2.2.1主机部件 9 （ 1）传动箱体 9 （ 2）传动轴 10 （ 3）干燥辊部件设计及校核 10 （ 4） 齿轮设计和强度校核 17 （ 5）轴承型号选择及寿命校核 18 2.2.2.2 保温 部件 18 （ 1）框架 18 （ 2）保温壁结构 18 （ 3）保温门 19 （ 4）导轨 19 2.2.2.3 润滑部件 19 （ 1）润滑方式及润滑装置的选择 19 （ 2）稀油集中润滑系统的设计计算 20 （ 3）油泵选择 21 （ 4）油箱设计 21 （ 5）过滤装置形式、选择及计算 22 江苏大学毕业设计 3 2.2.3电气控制 23 3、总结和展望 26 4、致谢 27 5、参考文献 28 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 GZ-0000 干燥机（组）设计 1、绪 论 1.1碳纤维应用现状及其发展前景 ： 碳纤维号称军民两用的材料之王：同钛、钢、铝等金属材料相比，在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等优点，广泛应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、 GOLF球棒等体育休闲领域 。 许静波：干燥机（组）设计 4 国际碳纤维供给难以满足旺盛的需求：飞机制造等军工领域、风力发电等工业领域是03年以来碳纤维需求快速增长的主要原因，同时由于碳纤维技术主要掌握在日本三大巨头之中，扩产估计要到 07年以后能够完成，碳纤维前景仍然看好。 我国碳纤维企业力争突破：我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口，但华皖碳纤维、少数科研院所及山东光威集团都力争在碳纤维生产方面获得突破。 吨净利 25 万元 碳纤维盈利分析：目前军工级碳纤维（ 3-6K）的售价为 200 万元 /吨，民用碳纤维（ 12K）的售价为 55 万元 /吨，而碳纤维的生产成本为 18 万元 /吨， 如以民用碳纤维为例，其毛利为 37 万元 /吨，即便加上 3 万吨的营业费用和 33%的所得税率，民用碳纤维的净利润也用 25 万元 /吨，如果考虑军品销价和 33%的所得税减免，则其吨净利将达到 170 万元 /吨。 为了摆脱长期受制于人的局面，提高新型复合材料领域的生产工艺和技术水平从而促进国防和民用工业的技术进步，近年来，国家有关部委已将碳纤维技术的产业化进程作为我国的一项战略任务，并列入“ 863”计划。上世纪 90 年代以来，国内陆续成立了几家碳纤维企业，致力于实现这一高技术材料的国产化，但到目前都没有突破性进展。 碳纤维，顾名 思义，纤维中碳的成份占有 90以上。从分子组成来看，是属于无机纤维。但目前主要通过有机高分子纤维后处理来获得驱逐，后处理过程主要是要驱逐非碳元素，使之形成高度结晶的石墨结构。对于高强度碳纤维 T800H、 T1000抗张强度达到 6 7GPa，模量达到 294GPa更是如此。有关聚丙烯睛原丝预氧化、碳化的过程比较复杂，研究的文献很多。但高性能碳纤维与原丝性能的关系文献中很少涉及，更没有高性能原丝买卖发生。但几乎达成一致的共识是：生产高性能碳纤维必须要有高性能原丝。同时可以认为进行超高分子量聚合体的制备及其干湿法细 旦高强 PAN基原丝的纺丝成形和后处理工艺研究是当务之急，问题的关键所在。 1.2碳纤维后处理设备市场背景： 当前，除极个别单位外，大多数准备引进项目的技术和设备水平属国际中下等，产品碳纤维也是这个档次，引进后的消化、吸收与创新是面临的重大课题。因此，在引进的同时应该组织自己的技术队伍，在消化吸收的基础上求创新。如果只是沿着别人的脚印前进，就永远是跟在别人后面，不会占据制高点。从大量国外资料可以清楚地看出，即使他们生产的碳纤维质量和产量占据世界榜首，但其新思维、新方法、新设备、新成果仍不断涌现，而不是墨守成规 。日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝公司的小丝束碳纤维产量占世界总产量的 74左右 (表 1)，而这 3个公司发表的专利也相当多。例如：东丽公司目前生产的碳纤维 T1000，抗拉强度最高 ( 7.02GPa)、单丝直径最细 (5.3um)，可代表世界先进水平，但公司最新专利报道，其实验室已研制出新一代碳纤维，抗拉强度已达到 9.03GPa，比 T1000提高了 28.6；单丝直径降到 3.2um，比 T1000细了 39.6。同时，该公司还开发截面形状为三叶形的 PAN原丝及碳纤维，以拓宽其用途。 基础研究是创新之源，已引起各 级领导和有关单位的重视，上下认识一致，有的已开始实施，这是提高我国碳纤维工业技术水平的关键之一。目前国家“ 863 计划”以及有关江苏大学毕业设计 5 部委都在关心我国碳纤维工业的发展及其产业化步伐，并给予强有力的支持。许多材料和设备专家也扎扎实实的做了大量工作。无疑，“十一五”将是我国碳纤维工业产业化的黄金时代。 1. 3本课题研究的主要内容： 碳纤维是适应宇航、航空、原子能等尖端工业技术发展的需要而研制开发的一种新材料，具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、耐腐蚀、高导电和热导、低热膨胀、自润滑和生物体相容性好等综合性 能，是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料组元，已成为开发各种高性能复合材料 (ACM)不可缺少的原料，是发达国家梦寐以求的第四代工业原材料。 目前碳纤维的制备方法可分为两种：一种是有机纤维前驱体法，另一种是气相生长法。当今工业化生产的主要是前者，由有机纤维（原丝）在一定的张力、温度下，经过一定时间的预氧化、炭化处理等过程制成。 本人所在单位为中国纺织机械协会会员厂之一，长期致力于化纤后处理设备的研究开发及制造。在碳纤维原丝设备的设计和制造加工上目前处于国内领先地位，先后为山东威海、吉林、安徽等地研究开 发了 21 辊联合牵伸机、蒸汽加热箱、热水牵伸机组、上油机、水洗机等碳纤维原丝制备设备，为碳纤维的研究开发作出了积极的贡献。 西安 CM 复合材料研究所是中国 HT 集团公司下属单位，为研制生产出高性能碳纤维，与我单位签定了部分碳纤维原丝制备设备研制协议，由我方根据其碳纤维生产工艺要求为其设计制造成套处理设备，干燥机是其中重要的配套设备之一。此次设计我参考了紧张热定型机和松弛热定型机等化纤后处理设备，结合碳纤维干燥和定型原理的特性，采用了不少新工艺和新方法，以满足碳纤维加工工艺要求。确保经过本干燥机处理后的碳纤 维含水量降低、温度升高、纤维内应力被清除、使用性能得到明显改善，实现碳纤维的干燥致密化，从而得到高强度的碳纤维，有利于后道处理工序的进行。 2.干燥机总体设计 2.1拟定设计方案： 2.1.1 根据设计任务书及工艺要求简图尺寸确定设计方案 2.1.1.1 机构的型式：在后处理联合机中，热辊干燥机是关键技术，涉及到干燥和定型效果，并直接影响到纤维的质量。因此确定设计方案十分重要，结合我厂多年生产化纤后处理设备的经验，根据设计任务书要求，并考虑到实际设备加工和制造及运输等诸多因素，采取将 26只干燥定型辊筒 分布于两台机上，一台九辊机，一台十七辊机，其中十七辊许静波：干燥机（组）设计 6 又一分为二，即由九辊 +八辊组成，通过装配结合在一起。 2.1.1.2 干燥辊的排列：辊筒布置和尺寸根据委托方提供的工艺要求确定。辊筒的排列有卧式和立式两种。卧式结构特点是操作简便。立式结构特点是占地面积较少。考虑到操作方便需要，因此采用卧式结构。 20十七辊干燥机 九辊干燥机图 1 干 燥 机 （ 组 ） 型 式 及 排 列720720(595)720(595)7201509150944327830408016822.1.1.3 干燥辊的加热：根据纤维的品种、旦数和加工速度等条件的不同，通常采取的加热方式有电加热、蒸汽加热或油加热等几种，根据厂方公用工程情况，采 用热水和蒸汽加热。由于蒸汽加热温度反应迅速，测量准确，所有辊筒设计均按采用蒸汽加热方式。蒸汽加热是利用其汽化热，当蒸汽压力不变时，汽化热高，温度稳定。辊筒内可通 0.02.5Mpa 的循环饱和蒸汽，调节蒸汽压力，以达到不同工艺温度要求，辊筒温度一般在 110180之间。蒸汽压力达到 2.5Mpa 时，辊筒温度达到最高为 180。可由温度检测系统测得并由温度显示器显示出来。蒸汽由进气管沿三个方向（ 120均分）进入辊筒内，沿辊筒母线迂回加热后由排气管排出。 2.1.1.4干燥辊的结构原理：通常采用的是虹吸原理。由 于虹吸弯管不能承受较大的冲击力，受到震动和机械应力后易变形，需要经常更换。同时虹吸管加热时辊筒表面因旋转造成辊筒表面温度不均匀，而影响碳纤维的干燥和定型效果，所以我采用了本厂最新研制的另一种加热方式 夹套式加热，即干燥辊为可拆式结构，用不锈钢无缝钢管制作，表面镀硬铬，借助法兰连接在辊轴上，当通入热水或蒸汽加热时，热水或蒸汽从辊轴内孔中的一无缝钢管进入，经内隔套加热辊内壁，然后从干燥辊轴孔内另一无缝钢管间隙内流出，由于辊筒轴与排气管之间有一空气隔层，以使蒸汽不与辊筒轴直接接触，不仅可以降低热量损失，还能降低 辊轴和箱提温度。由于辊轴回转，故在轴端进出水接头处采用新型旋转接头。这种加热方式可使辊筒表面温度恒定，误差可控制在 0.5。 江苏大学毕业设计 7 42 31图 2 辊 筒 空 气 隔 层1 - 进 气 2 - 排 气 3 - 空 气 隔 层 4 - 辊 筒 轴2.1.2 确定干燥机结构形式及传动方式： 干燥机组分为两台设备组成，各单机结构形式一致，以便于设计和制造，设计时将干燥机主要分为三大部分：主机部件、保温部件和润滑部件。 根据委托方要求和方便设备维修，确定传动方式为：电机 摆线针轮减速器 主机（传动轴 辊筒轴），这样使得主机的结构简化，便于制造和检修，摆 线针轮减速器系通用标准件，质量有可靠保证，减速系统出现故障可以直接通过更换减速器来完成，不会因本干燥机组维修停车而造成整条生产线的长时间停止运行，可以极大地提高生产效率。 许静波：干燥机（组）设计 8 45557952十七辊干燥机九辊干燥机蒸汽蒸汽回水 保温门电机带减速器电机带减速器保温门蒸汽回水蒸汽图 3 干 燥 机 结 构 型 式 及 传 动 方 式2.2、技术设计和工作设计： 2.2.1根据拟定方案绘制总装图和各部件图 干燥机（组） 总装图一张、九辊干燥机主机部件图一张、保温部件图一张、润滑部件图一张 ，十七 辊干燥机主机部件图一张、保温部件图一张、润滑部件图一张。 2.2.2主要零部件的设计及校核 2.2.2.1主机部件 ： （ 1） 传动箱体 参照同类牵伸机箱体和根据辊筒宽度确定箱体宽度，根据纤维工艺要求和辊筒排列尺寸确定箱体长度，根据丝束进出高度确定箱体高度。 箱体材料采用 Q235-A 钢板焊接，设有油标、放油螺塞，箱盖（加垫），设呼吸型加油孔及箱盖密封垫。箱体留有热油循环的进出口。箱体侧面有观察口（有机玻璃）。考虑可加工性，十七辊干燥机箱体结构一分为二，即八辊、九辊各一台，各用一台动力。安装时组合在一起，安装在调整垫铁上，垫铁上设有 U形槽安装孔（用于设备调整，调整距离 50mm）、高度微调孔 M12，调节高度 8mm。 江苏大学毕业设计 9 图 4 传 动 箱 体 结 构 示 意 图8801674880443216743730 4080（ 2） 传动轴：由于辊筒轴内要通蒸汽，所以轴后需要安装旋转接头或者其它接口部件，因此增加一传动轴，将动力传递至箱体内。考虑到使用寿命和加工方便，传动齿轮尺寸大小与干燥辊轴上齿轮大小保持一致，即速比 i=1： 1。 （ 3） 干燥辊部件设计及校核： 干燥辊结构：通常干燥辊多为悬臂式，也有采用双支承式的，考虑到实际操作和使用方便，选用悬臂式。 11108 975 631 2 4图 5 干 燥 辊 部 件 结 构1 - 旋 转 接 头 2 - 后 盖 3 - 隔 套 4 - 齿 轮 5 - 挡 油 环 6 -进 气 管 7 - 前 盖 8 - 出 水 管 9 - 轴 1 0 - 辊 筒 1 1 - 端 盖许静波：干燥机（组）设计 10 轴承：进口轴承，轴承公差等级 6级。 齿轮：硬面斜齿轮（ 45#），螺旋角 =15，制造精度 6级。齿轮传动噪音 50dB。（齿轮设计及强度校核略） 速比：箱体内 1： 1 （九辊配减速器 i=104，十七辊配减速器 i=121） 干燥辊尺寸： 600 0.03 400mm 1#机干燥辊内通 80， 0.3Mpa 热水， 2#机干燥辊内通 0.3Mpa 蒸汽。辊筒表面设计温度： 110 180 C。 结构：二进二出夹套式，外圆直槽通道夹层结构，旋转接头供水、汽并有回路。 运动精度：装配后辊部径向最大跳动 0.05mm 材料：辊部及辊侧面为 1Cr18Ni9Ti，轴件为 45。轴的辊颈部位 （辊的内侧面与传动箱体侧面之间的一段）焊接不锈钢夹套，夹套壁厚 2.5mm。靠近干燥辊一侧的轴承端盖也为不锈钢材料，主要是为了防锈防腐和美观。 表面处理：辊部表面镀硬铬后精磨并抛光处理，粗糙度 Ra0.2，感官镜面，铬层保留厚度 0.05mm。 辊筒呈悬臂式，通过双列向心球面滚子轴承（耐高温，大间隙）固定在箱体上。它包括封口法兰、内、外套、隔条、进出水法兰部分。内套由无缝钢管加工而成，外套采用不锈钢无缝钢管，两者过盈量为 0.30mm。由于无缝钢管与 20 钢的焊接性能好，封口法兰、隔条、进出水法兰均采用 20 钢。焊后 回火处理，以消除内应力，并进行气密试验，耐压2.5Mpa。辊筒外表面镀耐磨硬铬，镀层厚度为 0.07 0.08 mm。 600mm 表面抛光。 辊筒轴采用 45 钢，经调质处理达到 HB240 25，辊筒轴与辊筒采用大法兰连接，以便于拆卸。进、排气管与辊筒连接处采用聚四氟乙烯板进行密封。 受力分析： 丝束进入干燥机以后，经过最初几个干燥辊时，它会在辊筒表面打滑，随着干燥辊数的增加，打滑呈逐渐减小的趋势，最后以干燥辊的线速度同步前进。 在一般情况下，越在后面的干燥定型机构，其负载越大，所以在对辊轴进行受力分析时，选 择第二干燥机（十七辊）作为对象。下图为第二干燥机的受力图。丝束绕经第一个干燥辊后，其张力由 T0逐渐减小到 T1，绕经第二个干燥辊后，其张力由 T1逐渐减小到 T2由于张力渐次变小，所以在整个干燥辊筒中，前面两个受力较大。考虑到丝束与辊筒表面间存在相对的摩擦运动，丝束的张力可以用下式计算出来： T1=T0e- 式中： T0 第一牵伸辊前的丝束张力 1 第一牵伸辊后的丝束张力 e 2.718（自然对数的底） 摩擦系数 丝束与辊筒之间的包角 同理可得 T2=T1 e- 江苏大学毕业设计 11 T3=T2 e- 图 6 牵 伸 辊 受 力 图T 0T 1T 2T 3T 5T 4已知 T0=200Kg，取 0.23，经计算得 =2.705 则： T1=200 e-0.23 2.705 =200 0.537 =107.4（ Kg） 有： T2=107.4 e-0.23 2.705 =107.4 0.537 =57.7（ Kg） 强度计算 在设计干燥定型设备时，干燥辊是一个比较重要的部件，因为它是整个机器的核心，必须要对它的强度进行校核计算，同时也要对其挠度 进行校核。 以第二干燥机的第二个干燥辊为例，作用在干燥辊上的力有：丝束进、出牵伸辊时的张力 T1、 T2，牵伸辊外伸部分的重量 G等，其合力设定为“ P”。 其受力图如下所示。 许静波：干燥机（组）设计 12 1 0 1 5 4 2 55 4 0 1 9 1 4 9 6 . 57 3 11 2 2 7 . 52 1 2 . 5600170170图 7 干 燥 辊 受 力 图AF PBCPD E F用图解法，计算合力 P的值。 根据丝束绕经辊筒的前进路线，将辊筒所受的力作用点假想成 E 点，如牵伸辊受力图示，得出各作用力的方向与大小如下图所示。 对牵伸辊的受力进行合成， T1与 T2合力为 T， T 与 G 合力为 P， T1与 T2已通过计算得出，而辊筒重量约为 308Kg，可得 P=460Kg。 图 8 图 解 法 求 合 力 PTT 1PT 2G江苏大学毕业设计 13 C 处的弯矩 MC为： MC =P l2 =P 0.4965 =460 0.4965 =228.39 KG M =2238.22N m 注： l2为力 P作用点至截面 C的距离。 C 处的扭矩 TC为： TC=（ T1-T2）2Do=（ T1-T2） 0.6 2 =（ 107.4-57.7） 0.6 2 =14.91 KG M =146.12 N m 注： D0为干燥辊的直径。 C 处的等效弯矩 M为： M=（ MC+ MC2+TC2） 2 =（ 2238.22+ 2238.222+146.122） 2 =2240.6 N m C处的等效扭矩 T 为： T= MC2+TC2 = 2238.222+146.122 =2242.98 N M C处的弯曲应力及扭转应力分别为： =M/W =T/Wn 式中： W 抗弯断面模量，已知轴的直径为 0.17 米，内孔 0.06 米，其 值 W=Do32 (D04-d04) =17.032 (0.174-0.064) =4.75 10-4m3 Wn 抗扭断面模 量，其值 许静波：干燥机（组）设计 14 Wn=Do16(D04-d04) =17.016 (0.174-0.064) =9.5 10-4m3 则有： =2240.6（ 4.75 10-4） =4.71 106（ N/m2） =4.71 N/mm2 =2242.98（ 9.5 10-4） =2.36 106（ N/m2） =2.36 N/mm2 查表知，对于 45#钢： =54 N/mm2 =30 40N/mm2 根据计算所得的危险截面应力小于所用材料的许用应力，因此轴的强度足够。 挠度计算： 干燥辊外伸端的挠度，一般由以下四个部分的挠度迭加而成，即： a、由于载荷 P引起 D处的挠度 1为： 1= 6EJP（ x-l1） 2l1l2+3l2(x-l1)（ x-l1） 2 =6EJP（ 1.015-0.731） 2 0.731 0.4965+3 0.4965（ 1.015-0.731）（ 1.015-0.731） 2 查得弹性模量 E=2.1 1010Kg/m2； 而 惯性矩 J= (0.174-0.064) 64=4.04 10-5（ m4） X 支承 A至截面 D 的距离； l1 两支承间的距离； 代入，得 1=2.74 10-5（ m） 0.0274mm b、载荷 P 引起 D处的转角 1为： 1=（ P l22/2EJ） 1+32 21ll （22lL） 2 =(P 0.49652 2EJ) 1+32 0.49650.731（0.49652 0.425） 2 其中， L 为干燥辊长度， 代入，得 1=5.34 10-5 由于 转角 1而产生的形变增量 2为： 2= 1 L = 1 0.425 江苏大学毕业设计 15 =2.27 10-5（ m） =0.0227mm c、将干燥辊筒看成受均布载荷 P/L 的悬臂梁，干燥辊外伸端的挠度 3为： 3=P L3/8EJ =P 0.4253 8EJ 代入，得 3=0.0052mm d、作用在第二干燥辊和相邻各辊筒上的丝束张力差，产生齿轮 B上的各周向力。它们沿力 P方向的分力为 F，在点 D 产生的转角 2为： 2=14346EJl )l(lFl =F 0.54（ 0.191+0.54） 0.731 6EJ 通过图解法（见下图），求出 F的大小。 F=160.02 Kg 代入，得 2=1.69 10-5 由于转角 2而产生的形变量 4为： 4=- 2（ L+x l2） =- 2（ 0.425+1.015 0.4965） =-1.59 10-5（ m） =-0.0159mm T pT 2T 1图 9 T 1 、 T 2 在 合 力 P 上 的 分 力 T P牵伸辊外伸端的总挠度为： = 1+ 2+ 3+ 4 许静波：干燥机（组）设计 16 =0.0274+0.0227+0.0052-0.0159 =0.0394mm 一般情况下，在不计滚动轴承处的间隙时，辊长不超过 1 米的辊筒，其外伸端的最大挠度若小于 0.5 毫米，则符合要求。 通过以上计算，干燥辊部件的强度及挠度，均符合安全规范。 （ 4）齿轮设计和强度校核（参照机械设计 -高等教育出版社）： 计算齿轮的工作 转矩 T1： T1= T2=9.55 10611nP b=9.55 10612115007.5 0.99 =5.72 106N mm=5720 N m 齿轮材料 ：硬面斜齿轮（ 45#），螺旋角 =15。 s=539N/mm2 根据齿轮可能出现的最低硬度 HRC45，查机械设计附录图 8-1C的 M线，取 Hlim=970N/mm2 计算主要参数：因为辊间距已经由工艺限定，因此确定齿轮直径需要按照工艺尺寸计算，参考表 8-6，取 mn=6，齿数 Z1= Z2=d/m cos 112，齿宽 b1=b2=80 mm 精确计算两齿轮分度圆直径 d1=d2=695.7mm； 圆周速度 V=601000dn=0.46m/s 考虑到齿轮传动噪音 50dB，所以仍然采用 6级制造精度。 接触疲劳强度校核： 许用应力 Hp= HlimZNZWZfZx/SH 应力循环次数 N1= N2=20 300 8 60 1500=43.2 108 参照图 8-28， ZN1=ZN2=1；取 ZW=1， Zf=0.85， Zx=1， SH =1.05 故 Hp1= Hp2=785 N/mm2 接触应力 H= ZEZ ZHZ （ 12 TKKKK vA 112 ddb ）u 1u ZE=189.8N1/2/mm；ZH=2.47； KA=1.1；vz/100=0.46 112/100=0.52，由图 8-44， Kv=1.04；由图 8-16， K =1.27；由图 8-22， 1.01，得 Z =（ 1/ ） 1/2=0.995； Z =（ cos15）1/2=0.983。 H= 189.8 0.995 2.47 0.983 （ 5 7 2 0 0 027.106.11.12 7.6957.69580 ）1 11 =135.65 N/mm2 Hp，故安全。 弯曲疲劳强度校核 查附录图 8-2c 的 M线， Flim1= Flim2=235 N/mm2。 ZV1= ZV2=Z1/cos3 =112/ cos315 =124.27，由图 8-25及图 8-26， YF1= YF2=2.15， YS1= YS2=1.83。 Flim1/ YF1YS1= Flim2/ YF2YS2=235/2.15 1.83=59.73 许用应力 江苏大学毕业设计 17 Fp1= Fp2= Flim1YSTYN1Y YRYx/SF 由图 8-29， YST=2.0， YN1=1， Y =1， YR=1， Yx=1， SF=1.42。 Fp1= Fp2= Flim1YSTYN1Y YRYx/SF=235 2.0 1 1 1 1/1.42 =331 N/mm2 弯曲应力 F1= F2=（ 2KAKVK K T1/bd1mn） YFYSY Y KA=1.1； KV=1.04； K =1.06；由图 8-16， K =1.27； YF1=2.58；由图 8-26， YS=1.61；Y =0.25+0.75/ =0.99； Y =1- /120 =0.875 F1= F2=2 1.1 1.04 1.06 1.27 5720000/（ 80 695.7 6） 2.58 1.61 0.99 0.875=189.84 N/mm2 Fp1，故安全 通过以上计算，可以得出齿轮的强度完全符合使用要求。 （ 5）轴承型号选择及寿命校核：（参考资料：机械设计手册） 传动轴轴承： 选 3624 型轴承。轴承寿命校核（略） 干燥辊轴轴承：前轴承选 3534 型，后轴承选用 3528 型。考虑到前轴承受载最大，承受主要负荷，选择对其进行寿命校核。 查表 25-22 得 Cr=705000N， Cor=745000N。 由前计算结果知轴承承受的径向负荷 Fr=（ 2000 5720/695.7cos15） tan20 /cos15 +（ 460+210+135）9.8=14303N, 轴向负荷 Fa=（ 2000 5720/695.7cos15） tan15 =4561N。 考虑生产能力扩大提高空间，对所 有负荷均乘以 2.0 系数计算。 已知轴的转速 n=1500/121=12.4r/min。轴径 d=170mm，载荷平稳，要求轴承寿命为20 年（ 20 365 24=175200h），现校核轴承寿命。 因 Fa/ Cor=0.0124，由表 25-22 查得 e 0.20 由于 Fa/ Fr=4561/14303=0.32 e 0.20 由表 25-22 查得 X=0.56 Y=3.0 当量动负荷为 Pr=XFr+YFa=0.56 14303 2+3 4561 2=43386N 由表 25-11，当 n=12.4r/min， Cr/Pr=705000/43386=16.3 时，查得 L10h=300000 h 175200h 满足要求，故前轴承应用 3534 型轴承。 2.2.2.2 保温部件： （ 1） 框架：用 10#槽钢焊接而成，通过螺栓与传动箱体联接固定在一起。 （ 2） 保温壁结构：干燥室的各向保温壁为空心夹结构，内部加筋以增加整体强度，内衬保温材料 超细玻璃棉；保温壁内外表面由不锈钢板制造，内部支撑结构为碳钢材料。所有干燥辊均置于干燥室内，干燥室相对密闭，尤其保温部件与箱体衔接处均填上石棉布。靠近干燥辊一侧的传动箱体侧面有不锈 钢夹层结构的保温壁。干燥室的顶棚为保温许静波：干燥机（组）设计 18 结构，开有排气孔，并配闭合蝶阀。干燥室两侧面为不锈钢夹层保温结构，分别根据委托方要求开有进丝、出丝口，方便操作。 （ 3）保温门：干燥室正面设计为若干扇保温门，其中九辊为 5扇门、 17 辊为 8 扇门，门的运动方向与辊轴线方向一致，门的运动行程设计为 2000mm，闭合状态下门的内壁与干燥辊外侧面距离小于 120mm，这主要考虑到打开后箱内温度较高而操作人员需要到中间操作的状况，保温门上设有把手。 方案：轨道在地面上，门下装有滚轮，可沿轨道前后推拉 (图略 ) 。 方案：导轨在上面 ，门上方装滚轮，悬挂在顶架上，可沿轨道前后推拉。 1 2 3 4 5 6图 1 0 保温门结构1 - 门 2 - 导 向 滚 轮 3 - 支 架 4 - 拉 手 5 - 保 温 棉 6 - 调 节 螺 栓两种方案比较： 方案的优点是结构简单、成本较低，操作方便；缺点是轨道在地面上，操作人员在上面迅速行走不便，影响生产线运行，而且时间长了地面轨道上容易积累杂物，造成移动门开关困难。 方案的缺点是结构复杂些、成本增加，优点是同样操作方便。同时轨道在上方，不会影响到操作人员的行走、工作，且不容易有杂物进入。 两种方案比较，采取第种方案。 （ 4）导轨：考虑到距离较长，且所有保温门均悬挂在导轨上，因 此采用无缝钢管与矩形钢管联结在一起的焊接结构，无缝钢管起导向作用。矩形钢管起加强刚性和防止变形作用。 2.2.2.3 润滑部件 （ 1）润滑方式及润滑装置的选择： 由于稀油润滑一般来讲摩擦系数低，选择具有冷却作用，而且不必拆开机件就可更换江苏大学毕业设计 19 润滑油。考虑到干燥机温度高和委托方厂房的实际情况，采取两台设备共用热油冷却循环装置（稀油润滑站，含循环管路系统）一套，集中连续压力润滑方式。稀油润滑站外置，由油箱、油泵、过滤器、阀等组成，通过管子输送定量的润滑油到干燥机内各润滑点。 123678图 1 1 稀 油 润 滑 站 原 理 图1 - 油 箱 2 - 过 滤 器 3 - 透 气 孔 盖 4 - 电 动 机 5 - 齿 轮 油 泵6 - 溢 流 阀 7 - 单 向 阀 8 截 断 阀 9 - 单 向 节 流 阀出油口1出油口2出油口3回油口1回油口2回油口3排油口MM94 5（ 2）稀油集中润滑系统的设计计算： 润滑油的选择：由于循环润滑系统要求润滑油抗氧化安定性较高、机械杂质要少，以保证系统长期的清洁。根据设备的工作范围（运动速度、载荷大小、运动情况）、周围环境（温度、潮湿条件、尘屑状况）、摩擦副表面（间隙、加工精度、表面位置）等因素，通常选用普通国产机械油。国产机械油是一种工业用中质润滑油，广泛用于纺织工业的纱锭、各种机床及其它各种机械的润滑。根据润滑油泵类型可选用运动粘度 50 厘斯左右的50 #机械油： HJ-50 GB443-64 。但由于干燥机工作温度 较高，环境温度在 38-80之间，考虑到设备高温条件的状况，所以选用 4402-1 号热定型机润滑油，此润滑油具有良好的高温性能和材料适应性，无毒，不腐蚀金属，并可与酚醛石墨绸纹板匹配使用，在高温条件下结焦极少，适宜于印染工业热定型机的针链及其它类似机械的润滑，使用温度可达220 18。 耗油量 Q： Q= Q1+ Q2+ Q3 齿轮啮合处耗油量 Q1=yyyCS tKrC TT 1 齿轮传动摩擦损失所产生的热量 TS1=860（ 1- 1） N=860（ 1-0.98） 7.5=129（千卡 /小时 ） 箱体表面排散至周围空气中的热量 TC，根据散热表得 58 千卡 /小时； 润滑油的比热 Cy 0.45 千卡 /公斤度； 许静波：干燥机（组）设计 20 润滑油的重度 ry 0.88 公斤 /升； 润滑油的温升 t允许值取 14 度； 润滑油的利用系数 Ky 0.65。 因此 Q1=65.01188.045.0 581 2 9 =25.07 升 /小时 轴承耗油量 Q2=yyyS tKrC T2 轴承摩擦损失所产生的热量 TS2=860（ 1- 2） N=860（ 1-0.99） 7.5 =64.5（千卡 /小时） Q2=65.01188.045.0 5.64 =22.78 升 /小时 润滑油飞溅或搅动时的耗油量 Q3=yyyS tKrC T3 润滑油飞溅或搅动时产生的热量 TS3=860（ 1- 3） N =860（ 1-0.98） 7.5=129（千卡 /小时） Q3=65.01188.045.0 1 2 9 =45.56 升 /小时 所以耗油量 Q= Q1+ Q2+ Q3 =25.07 26+22.78 58+45.56 3 =2109.74（升 /小时） =35.16 升 /分 考虑到干燥辊轴内有蒸汽 通道，造成运行过程中温度升高，需要冷却降温，因此将计算出的耗油量 Q 乘以 1.5 的系数，即总耗油量为 52.74 升 /分。 油管直径及油流速度的确定（略） （ 3）油泵选择： 根据总耗油量 Q选择低压齿轮油泵，规格 Q=63 升 /分，工作压力 25 公斤 /厘米 2，配3.3KW 电机（ 1450r/min），可以确保设备的正常运行。 设计上，配两台齿轮油泵，其中一台辅助或备用。 （ 4）油箱设计： 油箱主要用途是贮油，同时起沉淀、散热和散发气体作用。 参照设计手册， Q=63 升 /分油泵通常配置油箱容量为 1.25m3，结合委托方提供油槽 基础尺寸参数： 3200 长（沿传动箱体长度方向） 1000 宽 800 深， “ 1000 宽”尺寸不允许变化，其长、高可自定 ，确定油箱尺寸： 2.8m 长 0.9m 宽 0.78m 高。 江苏大学毕业设计 21 1图 1 2 油 箱 结 构1 - 放 油 螺 塞 2 - 油 标 3 - 盖 板 支 座 4 - 滤 油 网 座 5 - 箱 体23 4 5油箱中设置有吸油滤油器，注油器也设有过滤装置。油箱底部作成适当斜度 5，安设放油塞，以方便清洗。油箱侧壁设计有油位指示计，指示油位高低。油箱上设有通气孔，保证在最大吸油量和回油量时能在正常气压下供油。吸油管与回油管远远隔开，吸油管离箱底距离 2倍管径，距箱边 3倍管径。 为防止回油时带入空气，回油管插入最低油面以下，距箱底距离 2倍管径，油的排口面向箱壁，管端斜切成 45。吸油侧和回油侧用隔板隔开，以分离回油带来的气泡与赃物。油箱内壁涂刷耐油涂料，以防锈、防冷凝水。 （ 5） 过滤装置形式、选择及计算： 过滤要求：一般过滤器的过滤精度可分为四类：粗的（ d 0.1毫米），普通的（ d 0.01毫米），精的（ d 0.005毫米），特精的（ d 0.001毫米）。为了避免由于相对运动引起杂质对零件的磨损，要求油液中的杂质必须小于油膜的厚度，而油膜的厚度取决于油的粘度、作用力及其产