回转窑改进设计毕业设计详解

1、风水冷却式回转窑，广泛用作水泥、镁砂和石灰石等块状和粉状材料的锻烧。其特 点是窑头处筒体采用可以喷入风水混合物的冷却筒和用集料包围窑头法兰以达到冷却 筒体、防止筒体和法兰被烧坏的目的。此风水冷却式回转窑具有结构简单合理、成本低、耐高温、寿命长等特点。1回转体设计1.1回转体说明部分1.1.1由L/D=48/3=16.查建材机械与设备下册 P67表18-5可知支点权取3.1.1.2支点位置的确定据建材机械与设备下册 P67窑头悬伸段t 1 /D w 1.5t 1w 1.5D 1.5 x 34.5m窑尾悬伸段t 2 /D 心 3t 2心 3D3x 39m烧成带t 3 /D=4.5 5.5t 3=（

2、4.5 5.5）D=13.5 16.5m参照同规格、同类型的窑 取 t 1 =3.5m t 2 =7.5m t 3 =18.5m1.1.3筒体钢板厚度的确定据建材机械与设备下册 P65图18-54轮带下筒体厚 S 1 =0.015D=0.045m过度段筒体厚 S 2 =0.01D=0.03m烧成跨跨间筒体厚 S 3 =0.007D=0.021m普通跨间筒体厚 S 4 =0.006D=0.018m参照同规格、同类型的窑 取 S 1 =40mm S 2 =25mm S 3 = S 4 =22mm1.1.4筒体材质的选择采用A3钢卷焊而成.1.1.5钢板宽度和长度的选择据建材机械手册第一卷 P3-8

3、4表3-1-43.选四种不同宽度的钢板:B1 =2.5m B2=2m B3 =1.5m B4 4=1m由筒体周长s=n D=3.14X 3=9.42m,每节筒体用两块长5m的钢板卷焊而成.1.1.6钢板的排列如图：钢板排列示意图*25严生亠舍萼_IMO2000*3 m2000*710001=201.1.7 垫板焊接在筒体上尺寸取宽 B =200mm厚S =40mm长1300mm或1100mm垫板间距200400mm.1.1.8筒体的结构筒体上没有挡砖圈，取样孔,档水圈，窑口护板，风冷套等各种附件.筒体为直筒式，在 窑尾做成锥形收口，以防回料.2筒体的计算2.1载荷的计算画载荷图,参考教材建材机

4、械与设备下册 P70例18-1取 大齿圈重P4=120KN, 窑尾集中载荷P5=50KN.另 q 1 =72.2KN/m,q2 =97.5KN/m,q3 =86KN/m,q =50.8KN/m,q5 =50.8KN/mn nnr7 Li；1-r143qla4inm2.2支点弯矩的计算 支点I的弯矩可由摇头悬伸段求出：M =-q 1 t 1 ( t 1 /2+ t 2 )- ?q 2 t 2=-72.2 X 3.0 X (3.0/2+0.5)-97.5 X0.5 2 /2=-445.3(KN m) 支点川的弯矩可由窑尾悬伸段求出：Mm =-?q5 t 5 -p 5 t 5 =-?X 50.8 X

5、 7.5 2-50 X 7.5=-1804(KN m) 支点U的弯矩由简化后的三弯矩方程式求出：Mn =(-6B 沖 -6A中-t 3Mi - t 4Mm )/2( t 3 +t 4 )=-6 X q3 /24 X t 3 -6 X P4 X (18.5-3) X 3 X (18.5+3) - 6t 4 卜 t 3 Mi - t 4 Mn /2( t 3 +t 4 )=- ? X 86 X 18.5 3-650.8/24 X 18.5 3+120 X 15.5 X 3 X 21.5 - (6 X18.5)-18.5 X (-445.3)-18.5 X (-1804)/2 X (18.5+18.

6、5 ) =-2452 (KN- m)2.3支反力的计算 支点I的反力RI ?0 =q1 t 1 +q2 t 2 =72.2 X 3+97.5 X 0.5=265.35(KN)R ? i可由t 3跨(I - n跨)求得，对静定基础上的n点取矩。Rl ? I X 18.5+M I -q 3 X 18.5 2/2-M n =0RI ? I =(-2452+445.3+86 X 18.5 2/2)/18.5=687(KN)由此 RI =Ri ?0 +RI ?I =265.35+687=952.35根据同样的道理，可求得Rn ,R川. R n ? =1/18.5(2452-445+86 X ?X 18.

7、5)=904(KN)2Rn ? n X 18.5+Mn -50.8 X ?X 18.5-120 X 3-Mm =0Rn ?n =Mn -Mn +360+8693=524.4(KN)Rn =Rn ?i + Rn ?n R川?n =(Mn -Mm +50.8 X ?X 18.5 2+120X 15.5)/18.5=535.4(KN)Rm ?m =50+7.5X 50.8=431(KN)Rm =Rm ? n +Rm ?m =535.44+431=966.4(KN)2.4求跨中最大弯矩 求i -n跨的跨中最大弯矩设该跨最大弯矩离支点I为x1 (m)M1 ?x2 =Rl ? I ?x1 -q3 ?x2

8、/2+M i当M1 ?x2为最大时，其一阶导数为零Mx I ?x2 =Rl ? I -q3 1 =01 =Ri ? i /q 3 =687/86=7.98(m)Ml ? 7.98 =687 X 7.98- ?X 86X 7.98 2-445.3=2298(KN m) 求n-m跨的跨中最大弯矩同理 x 2 = R n ? n /q 4 =524.4/50.8=10.32Mn ? 10.32 =524.4 X 10.32-2452-50.8 X ?X 10.32 2=254.6(K N m)将各支点弯矩，支点反力，跨中最大弯矩汇总列列表支点号支点弯矩(KN m)支点反力Rn(KN)跨内危险断面距

9、与支点座距离(m跨中最大弯矩)(KN m)Rn,n-1Rn,n RnI-445.3265.35687952.357.982298n-2452904524.41428.410.32254.6出-1804535.4431966.4有上表可知，I,川支反力相近，U点支反力最大。支点最大弯矩S跨中最大弯矩接近。因此在设计托轮装置时，可将I,川档托轮设计成相同尺寸，中档托轮设计成较 大尺寸。校核简体强度由于支点处钢板比基体钢板厚，故仅验算跨中最大弯矩。在I - U跨，钢板厚22mm该跨处于烧成带，该简体最高温度为 350C.由建材机械与设备下册 P69式(18-9) P70表18-7Kp =?X( 0.

10、75+0.71 ) =0.73(T = M ax/ WK T K S =(2298 X 1000 X 100)/( n /4) X 3002 X 2.2 X 0.73 X0.85=2383(N/ cm2)其中Wn /4 D 2 S , K S取0.85均由建材机械与设备下册 P69查得:(T=2000 2700(N/cm2)故筒体安全.筒体的弯矩图和剪力图如下1J7kS3轮带的设计据建材机械与设备下册 P47 P48轮带的断面形式采取实心矩形.轮带材质选用ZG45H ,HB=16旷 190.采用活装.3.1轮带尺寸的确定由建材机械也设备下册 P73表18-8轮带直径D 1 =(1.19 1.2

11、5) D =(1.19 1.25) X 3=3.57 3.75(m)取D 1 =3.7m由轮带下筒体钢板厚40mm垫板厚40mm轮带与垫板预留间隙6mm则轮带的截面高H为 H=3.7-3.0-2 X (0.04+0.04-0.006)- 2=0.264(m)轮带的平均直径D 1c =D 1 - H =3.7-0.264=3.436(m)由建材机械与设备下册P74式(18-15)和表(18-9),取E=2X 10 5MPa,Po=400MPa,Q =1.1 R n =1.1 X 1428.4=1571KN i=3.5得轮带宽度：B 1 =0.202Q i E(i+1)/Po2D 1 =0.202

12、 X 1571 X 10-3 X 2 X 105X (3.5+1)/(4X 102) 2 X 3.7=0.482(m)参照同类产品 B r1 =0.55m3.2弯曲应力和温度应力校核在支承处弯曲应力最大，弯曲应力c据建材机械与设备下册 P75内缘 c 150 210 =0.086Qi R 1c / Wx =(0.086 X 1571 X 10-3 X 2/3.436)/(6.4 X10-3)=36(MPa)外缘 c 150 210 =-0.08Qi R 1c /W=-36(MPa)弯曲应力合格(c =80MPa)其中 W=B H2/6=0.55 X 0.2642/6=6.4 X 10-3 (m

13、3)温度应力查建材机械与设备下册 P75取E=2X 1011 Paa =12X 10-6 1/C T B- T H=30CR 1 =D 1/2=1.85mR 2 =D 1c/2=1.718m由式(18-16)c 外=E a ( T b - T h )/3 ( R 1 +2R2 )/( R 1 +R 2 )=(200 X 10 9 x 12X 10-6) X 30/3(1.85+1.718 X 2)/(1.85+1.718)=36(MPa)c 内=-Ea ( T B - T H )/3 X (2 R 1 +R2 )/( R 1 +R2 )=(-200 X 109X 12X 10-6) X 30/

14、3 X (1.85 X 2+1.718)/(1.85+1.718)=-36(MPa)轮带弯曲应力与温度应力的合成据建材机械与设备下册 P75式(18-17)外缘 c =(0.066 Q iR 1c / W1 )+ c 夕卜=(0.066 X 1571 X 10-3 X 1.718)/6.4 X10-3+36=64(MPa)内缘 c =-(0.066 Q iR 1c / W1 )+ c 内=-(0.066 X 1571 X 10-3 X 1.718)/6.4 X10-3 -36=-64(MPa)弯曲应力与温度应力的合成亦合格(c =80MPa)3.3轮带的校核据建材机械与设备下册 P76式(18

15、-18)垂直方向直径减小值和水平方向直径增大值为： 1 =0.039 Q i R 1c /EJ=(0.039 X 1571 X 103X 1.718 3)/(200 X 10 9 X 83.3 X10-5)=2 X 10-3 (m) 2 =0.0481 Qi R 1c /EJ=(0.0481 X 1571 X 103X 1.718 3)/(200 X 109 X 83.3 X10-5)=2.15 X 10-3 (m)以上变形值没有超过许用的变形值 =2 R 1c /1000=2 X 1.718/1000=3436 X 10-3 (m)轮带合适轮带的椭圆度 3 = 1 + 2 =2X 10-3

16、+2.15 X 10-3 =4.15 X 10-3(m)3 2/1000 D 1c =2/1000 X 3.436=6.872 X 10-2(m)轮带刚度足够.2传动装置的设计2.1对传动装置的要求2.1.1合理选择窑的减速系统.2.1.2充分注意大速比大扭矩对零件的要求.2.1.3选择启动转矩大的电动机.2.1.4应设有辅助传动装置并单独配备一套电源或内燃机拖动，在主辅减速器间设有 离合器.2.1.5回转的转速能相应变化，且平滑无极变速.2.1.6设置制动器.2.2传动方式据建材机械与设备下册 P56参照同类产品，本设计采取半传动类的减速器传动 方式,这种方式较其他传动传动比较稳定.2.3计

17、算传动功率2.3.1据建材机械与设备P85公式(18-54) P83 表18-12,P34表18-3主传动功率(窑所需功率)Ne =kc (D-2 S )2.5 In其中 D=3m S =0.18m l=48m n=3.108r/min kc=0.048Ne =0.048 X (3-2 X 0.18) 2.5 X 48X 3.108=81.5KW配用电动机功率P86式(18-55)N=(1.15 1.35) X 81.5=94 110(KW)则本窑实际配用电动机功率为100KW能满足生产要求.2.3.2辅助传动电动机功率.建材机械与设备下册 P86式(18-56)Nf =Kf Ne nf/n其

18、中 Ne =81.5KW Kf =2 nf/n=0.0250.05Nf =2X 81.5 X (0.025 0.05)=4.075 8.15(KW)取 Nf =6.5KW233传动比的确定与减速器的选择 i 总=ri 电机 /ri 窑=1000/3.108=321.75 i G由设计指导书P7表4-2半传动长窑i G =68取iG=8 由i总=i减 i G得i 减=i 总 /i G =321.75/8=40.22由i减=40.22,n=1000r/min,N=100KW查机械设计手册第三卷P16-47表16-1-36 选择 ZSY315型减速器 i=40 n=1000r/min,P=108KW

19、由建材机械与设备下册P55辅助传动转速n辅=29r/h=0.03 0.15r/min 取 n 辅=0.15r/min小齿轮转速 n1 =0.15 x 8=1.2r/minn 电=i 减 n1 =40x 1.2=48r/min查机械设计手册第 5卷P23-71表23-1-58选YTC752型电动机N辅=70KW n 电=48r/mi n2.4大小齿轮的设计2.4.1材质的选择由于回转窑的大小齿轮在低转速，大功率,多粉尘，温度高的条件下工作，因此,对大 小齿轮的要求比一般传动机构中齿轮要求高大齿轮采用 ZG45Q ,正火处理HB=16187, 小齿轮采用锻钢50 # ,调质处理,其齿面硬度比大齿轮

20、高（4070）HB,大齿轮齿数取偶数 一般为90150,小齿轮齿数取奇数,一般为1826,大小齿轮传比动控制在i=57.5,最 高i=89.2.4.2确定齿数、模数、分度圆直径（Z 1、Z 2、m df） 由设计指导书 P8 D=3 4.46 X 1011x Nn kj kd (i G +1) /d 4.46 X 1011 X 81.5 X 0.98 X 1.075 X 1.1 X (8.11+1) / (49282X 3.108 X 420 2) =311 (mm取 B 2 =320mm小齿圈宽度 据设计指导书P9 B 1 =B 2 + (40-60)取 B 1 =B 2 +40=360mm

21、小齿轮采用正变位 书=0.4，大齿轮不变位。2.4.4齿轮齿圈的弯曲强度校核查机械零件P160式(8-7) P167式(8-16)c F =2KT 1 /bmd1 Y f Y S c F = c F lim/ S F limc F1 =310/1.00=310MPa c F2 =450/1.00=450MPa(T Flim 大齿圈为310MPa 小齿轮为450MPa S F均取1.00 齿型系数Y F 查机械零件P158图8-13由 Z 1 =19 X1 =0.4 取Y F1 =2.28Z 2 =154 X 2 =0 取 Y f =2.15 应力修正系数 查机械零件P159图8-14Y S1

22、=1.73 Z 1 =19 X1 =0.4Y S2 =1.84 Z 2 =154 X 2 =0 扭矩T 1 =9550N/n1 =81.5/25 X 9550=3.11 X 104 N- m 载数系数K据机械零件P152式(8-3) K =K a K V K B式中：K A 使用系数 查机械零件P152表8-5 K A =1.25K V 动载系数 查机械零件P153图8-7设计指导书P9取K V =1.1K B 齿面载荷分布系数 查机械零件P155表8-6非对称支承 K B =1.23+0.36 X (b/d 1 ) 2+0.61 X 10-3 b=1.81K =K A K V K B =1.

23、25 X 1.1 X 1.81=2.49因此 c F1 =2KT 1 /b 1 mdi Y F1 Y S1 =(2 X 2.49 X 3.11 X 10/360 X 32X 608)X 2.28 X 1.73=93MPaC F1 =310MPac F2 =2KT 1 /b2 m(2 Y F2 Y S2 =(2 X 2.49 X 3.11 X 10/360 X 32 X 928) X2.15 X 1.84=15MPavc F2 =450MPa小齿轮和齿圈的弯曲强度合格.3密封装置3.1对密封装置的要求3.1.1良好的密封性能，使漏风量减少到最少.3.1.2耐高温、耐磨损,使用寿命长.3.1.3适应筒体各方面的运动和变形.3.1.4结构简单，易于制造与维修.3.1.5保证窑头易于拉开.3.2窑尾密封结构原理本次设计密封装置采用径向接触式密封和轴向端面密封结合成的一种密封装置.径向接触式密封通常在竖直方向与窑中心线倾斜3.5 ,安装在窑的两侧，安装时要调好角度，尽量安装在摩擦圈一侧以利于平衡.当窑在转动时，会产生上窜下跳左右摇动 的现象,这时由于吊装装置给窑一个水平方向的分力和一个垂直向下的拉力，从而减小窑的摆动，以达到径向密封的目的.吊装装置的安装见下图：轴向接触式密封通过活动摩擦