皮带式涡流分选机构设计

1、皮带式涡流分选机构设计 2022 届毕业论文（设计）论文（设计）题目 皮带式涡流分选机构设计子课题题目 2022 年 5 月摘 要 随着国内经济建设的快速发展和现代科技的不断进步，人们的生活质量有了明显的提高，由于存在大量的电器设备，电气火灾的发生率也在增加，已经达到了 70%。通过快捷有效的方法来进行火灾鉴定，找出是什么原因引起了火灾，这对于减少电气火灾具有重要的意义。通过涡流分选装置分离出火灾现场金属熔落物，能够快速查明起火原因，因此对火灾现场金属熔落物分选装置的研究是非常重要的。本研究论文通过文献研究法和归纳总结法对皮带式涡流分选机进行研究，研究的内容主要有以下几个方面：分选机的原理，里

2、面包含涡流分选机的理论基础，磁棍磁场强度计算模型，涡流分选机的工作原理；皮带式涡流分选机结构与磁系设计，涡流分选机磁棍的轻量化设计以及涡流分选机磁系空间结构设计，还有涡流分选机的工作参数设计。得出根据装置接料区域的水平位置，先确定传送带速度，再调整磁辊转速，最后考虑装置工作稳定等综合因素来确定适合的分选参数。关键词：涡流分选机；磁系；磁辊Abstract With the rapid development of domestic economic construction and the continuous progress of modern science and technology

3、, peoples quality of life has been significantly improved, due to the existence of a large number of electrical equipment, the incidence of electrical fire is also increasing, has reached 70%.Through fast and effective methods to conduct fire identification, to find out what caused the fire, which i

4、s of great significance to reduce electrical fire.The metal melt in the fire site in the fire field is very important.This paper includes the theoretical principle of the vortex separator, the working principle of the structure and magnetic system, the lightweight design of the vortex separator and

5、the spatial structure design of the vortex separator.According to the horizontal position of the device feeding area, the conveyor belt speed is determined first, then the magnetic roll speed is adjusted, and finally the comprehensive factors of the device working stability are considered to determi

6、ne the suitable sorting parameters.Key words: eddy current sorter; magnetic system; magnetic roll目录第一章 绪论11.1研究背景以及研究意义11.1.1研究背景11.1.2研究意义21.2研究内容以及研究方法21.2.1研究内容21.2.2研究方法21.3国内外研究现状31.3.1国内研究现状31.3.2国外研究现状5第二章 分选机的原理92.1涡流分选机的理论基础92.2磁辊磁场强度计算92.3涡流力计算92.4涡流分选机的工作原理10第三章 皮带式涡流分选机结构设计113.1传动方案的设计11

7、3.2拟定机械传动方案12第四章 涡流分选机轴的计算175.2.1链传动部分设计365.2.2轴系结构的相关设计395.2.3键的选择和强度校核395.3减速器的选型405.3.1传动比的分配405.3.2轴的转速41第六章 涡流分选装置参数设计426.1现有装置的改进办法426.2涡流分选装置的工作参数分析436.2.1工作参数436.2.2工作参数优化44第七章 结论46参考文献47致谢48第一章 绪论1.1研究背景以及研究意义1.1.1研究背景 公安部消防局近年来的相关统计数据分析表明，我国发生电气设备火灾事故频繁，因涉及各种电气设备故障的原因而导致发生火灾的起数一直居高不下，造成了大量

8、的生命财产损失。据不完全资料统计，我国每年至少发生40，000多起电气火灾，平均每天至少发生125起，占特、重大火灾事故的60以上。2011年至2016年，我国共累计发生各类电气火灾52.4万起，占到了全国火灾发生总量的30以上，同时由电气火灾造成的伤亡数量也占到了全国火灾伤亡总数的以上。此间共发生的起重特大火灾中，电气火灾数量占到了70以上，给人民的生命和财产造成了巨大的损失。面对我国日益严峻的电气火灾安全形势，有效地预防和控制类似电气火灾事故的再次发生，保障广大人民群众生命财产安全迫在眉睫。在此一大背景下，近年来，在国务院安委会统一决策部署下，多个重点省市纷纷启动并开展各类电气火灾防范专项

9、整治工作，使得全社会对于电气行业的安全意识明显提高，安全用电管理常识进一步得到普及，极大地有效遏制了各类电气火灾安全事故的高发态势。与此同时，高校、消防所等科研单位也在国家的鼓励下开展了一系列电气防火设备的相关研究和开发工作，其中取得的研究成果和技术创新无疑会使我国电气火灾形势得到高效精准的防治，为国家减少生命财产损失，为社会的和谐进步做出贡献。 电气火灾事故现场遗留下来的熔珠熔痕等金属熔落物是目前调查电气火灾事故成因十分关键的物证。调查工作人员对电气火灾现场内的金属熔落物的调查取证和成因鉴别结果虽然能够充分说明电气火灾事故发生的原委，但由于火灾现场内部环境条件十分复杂，经常还会遇到外部电能的

10、不继释放和燃烧物的内部热能释放同时交织在一起的特殊情况。这样，熔珠熔痕等金属熔落物往往就会混杂在一些焦炭、碎块和其它杂质熔落物之中，不易被调查人员发现取证，大大增加了电气火灾事故原因认定的复杂程度。因此，电气火灾金属熔落物证的样品取样和过程处理是十分重要的，只有保证了分选熔落物证的科学性和技术性，电气火灾物证鉴定分析的真实性和效率才有提及的可能。1.1.2研究意义 为有关部门及时准确鉴定物证、认定起火原因，要将火场搜集到的熔落物进行分离提纯。目前调查人员大多采用人工筛选的方式对金属熔落物进行分离提纯，存在效率低、准确性差等不足，仍存在提升空间。阅读相关资料后，发现选矿领域中已经对如何分选物料做

11、出了大量的研究工作，将其中的有关研宄成果引入到分选火场金属熔落物涡流分选的问题中，有助于拓宽解决问题的思路，科学有效地解决该问题。其中固体物料分选的方法按照待分选的不同物料组分之间物理特性的差异主要分为磁选、电选、重选和浮选等方法。1.2研究内容以及研究方法1.2.1研究内容 本研究论文通过文献研究法和归纳总结法对皮带式涡流分选机进行研究，研究的内容主要有以下几个方面：分选机的原理，里面包含涡流分选机的理论基础，磁棍磁场强度计算模型，涡流分选机的工作原理；皮带式涡流分选机结构与磁系设计，涡流分选机磁棍的轻量化设计以及涡流分选机磁系空间结构设计。1.2.2研究方法 文献研究法：通过省市级图书馆和

12、知网万方等互联网平台了解皮带式涡流分选机的原理以及相关理论基础，目前国内外的研究现状，从中选出15-20篇作为本文的参考文献。 归纳总结法：通过对以往文献的研究，总结出涡流分选机结构与磁系设计，磁棍的轻量化设计以及空间结构设计等内容。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状 国内对涡电流分选的研宄始于世纪年代，通过引进、消化已有的外国科研成果，开展了一系列研宄。 1994年，魏以和研宄报导了国外三类常用的涡流分选机，有“直线电机”型、“脉冲”拣选型和“滑道”式涡流分选机，并在他的研究分析中明确指出城市固体废弃物的综合回收和处理、工业固体废弃物的回收和处理和冶炼铝及其各种有色金属铸造业中型砂的

13、净化回收与提纯是其实际生产应用的主要发展方向。 1997年，李明德等人指出永磁材料的发展推动了永磁辊式涡流分选机的发展，对涡流分选的物理原理进行了深入的研宄，提出导体所受的排斥力由“机械力”和“成分力”组成，并详细描述了新研制的永磁辊式涡电流分选机结构。 2005年，王全强等学者就涡电流操作参数对铝分选的影响进行了研究，采用铝、铜和塑料等标准样品进行了试验，考虑了颗粒的电导率和密度因素，得出了转子电动机转速、皮带电动机转速、给料速度等主要因素对涡流分选效率的影响规律。并且通过对试验后的数据分析，建立了涡流分选效率的数学模型，为电子废弃物的有效分选和综合利用提供了坚实的理论指导。 2009年，刘

14、承帅设计了一种利用钕铁硼材料作为分选磁源的皮带式涡流分选机，他对这种涡流分选机的分选过程进行了深入的理论研究，主要针对了涡流力的分析，指出其中的磁转力与哪些因素相关，并设计了皮带式涡流分选机机械结构与磁系结构。设计了薄铝片和塑料瓶碎片的小型实验室试验，试验表明，该涡流分选机具有良好的分选效果。 2012年，阮菊俊在电子废弃物回收领域使用了涡流分选设备，对不同形状金属铝颗粒涡流分选理论和其影响参数的关系进行了深入研宄，建立了适用于圆形、矩形和三角形的铝片颗粒感应涡电流大小的计算模型和涡流力的计算模型，提出了分离角这一概念，并使用这一概念仔细地分析了铝片颗粒脱离磁辊表面脱离的现象，对不同形状金属颗

15、粒的脱离角大小进行了分析计算，通过实证，验证了模型的准确性。 2013年，高凤芬在我国有色金属回收领域较早应用永磁辊式涡流回收分选机，从其依据的原理入手进一步地分析影响分选回收物料效果的一系列因素，提出了排斥力越大分选效果越好、给料要均匀、物料粒度范围小分选效果好、挡板的位置分选时要注意调整并且挡板厚度越小越好等主要观点。其中，高凤芬认为排斥力的大小对于物料分选效果起着决定性的影响作用。 2015年，张书明对磁辊空载静磁场和磁辊负载瞬态磁场分别进行了仿真，并对球形、圆柱形、长方体负铜块电磁斥力和涡流分选距离、分离角进行了计算，分析了涡流分选的影响因素并给出电气和机械结构的改进方案。同年，康健在

16、国内外相关的数学计算模型基础上，确定研宄方案，然后对磁辊进行数值仿真，对不同条件下水平抛落距离和分离距离进行分析，得到最佳操作参数，在此条件下，对不同尺寸的颗粒进行实验验证，最后给出立式涡流分选装置优化设计方案。 2016年，阮菊俊等针对我国电子垃圾的回收现状，研究涡流分离技术。总结了涡流分离的可控操作因素有给料速度、磁辊转速、物料面积。分析了分选效率和分离角之间的关系。结合实验给出最优给料速度和物料磁极面积比。这对在电子垃圾回收中开发新型的有色金属小颗粒涡流分选装置具有一定的指导意义。 2017年，邓少华推导出了涡流分选成分中的球形、方形、锥形物成分内部电涡流强度，计算了三种成分在分选过程中

17、所受到的电涡流斥力，分离角，并用模拟计算对建立的涡流斥力进行了验证，从而筛选出影响涡流分选效果的主要影响因素。同年，盛金良针对涡流分选机磁辊结构设计问题，引入了径极比的概念，通过有限元软件对涡流分选机磁辊结构进行分析并通过数值分析给出了最佳设计方案，对分选机磁辊优化有重要的指导意义，为分选机磁辊优化提供了新思路。2018年，汪建新针对永磁筒式磁选机开放性磁路分布特性进行研究，借助有限元软件建立了仿真模型，分析了磁系表面周向梯度变化规律，为分选机磁路设计及优化提供了参考。 2019年，为解决电动汽车市场快速发展造成磷酸锂铁（）电池大量淘汰污染环境的问题，设计了一种绿色且完整的材料回收过程，经优化

18、进料速度和磁辊旋转速度参数后，涡流分离率达到100，并得到了极髙的废旧的回收率。针对2至10的有色金属颗粒，用位移间隔取代了脱离角度作为分离指标，改善了模型的直观性。1.3.2国外研究现状 1889年，爱迪生和马克西姆各自分别提出交变磁场涡流分选机的概念，同年获得了电磁分离器的专利。最初的设计是使用直流激励的旋转电磁铁，结构笨重且分选效果差。 1969年，国外开始出现了从废物中分选出有色金属的永磁分选机器的相关专利。此后，德国和美国先后成功地研制了钕铁硼永磁辊式涡流分选机，并很快在一些工业发达国家和地区得到了推广和使用，这使得涡流分选技术在实际有色金属选矿工程中的广泛应用更推进了一步。 197

19、5年，描述一种关于利用永磁体从一些固体废物中回收有色金属的方法。永磁体被交替地镶嵌在与平面成度角的一个倾斜面中。其中的导电粒子的偏转距离是斜坡的长度和倾斜度，斜坡面上磁体的磁场强度，导电粒的电导率、密度、形状、大小和初速度以及颗粒与坡道之间的滑动摩擦系数的函数。这种结构缺点是，粒子的初速度是改变固定磁场的频率变化幅度和偏转距离的唯一因素。 1988年，等人在一篇论文中讨论了几种利用磁铁产生磁场的涡流分选装置。在静态磁选机中，粒子通过一个由稳定坡道上的永磁体结构产生的交变磁场移动，而在动态磁选机中，磁选装置安装在两个相同的、垂直的、平行的旋转圆盘的内部。这种结构用于产生具有交变极性的周期可变磁场

20、。磁体的运动和粒子的运动都会引起作用在粒子上的磁场随时间的变化。利用模型的扩展理论模型，计算了块状颗粒通过长条带时的排斥力。质量因数描述了磁条的形状对排斥力的贡献，从而有助于在最低限度地使用昂贵的磁性材料的情况下开发磁选机。 1991年，等人在发表的一项研宄中考察了在倾斜平面上使用固定磁铁来分离由洗刷器、硬币、有色金属混合物以及各种形状和尺寸（）的绝缘子组成的混合物。这些混合物将以角喂送到场的边界（，场为0.9T的磁场）。在没有磁场作用时，所有物料均进入非导体收集器。在磁场的作用下，所有的铝物料都进入了导体收集器。建立了二维模型来预测两种模型元素（圆形和矩形）的运动。对于单一边界系统，通过求解

21、运动方程，建立了运动轨迹的数学模型。 1995年，描述了一种利用用于产生分离的电磁场的螺线管。分离装置由一个连接到高频交流源的螺线管线圈组成。当自由落体粒子源靠近线圈端部时，线圈的交变磁场引起导电粒子中的涡流。线圈的非均匀交变磁场与粒子中的涡流相互作用，使电磁力沿线圈磁感应强度减小的方向作用于导电粒子。涡流和线圈的非均匀磁场之间的力相互作用导致导电粒子的偏转。这种装置的缺点是在低磁场强度区域会影响分离，通过增加电流来增加磁场强度，造成了电流的损耗，人们发现这种方法不实用。 1997年，等人通过多种策略（包括分析、数字和实验技术）研宄了铝易拉罐的分离，建立了二维参数有限模型并与实验结果进行了比较

22、。实验测量使用了个绕组的空气线圈。在一个典型的实验中，一个罐子被放在线圈的中间，胶带用来防止罐子横着滚动。频率增加，直到可以实现转动剥离。将模拟结果与实测结果进行比较，得到了令人满意的结果。 1998年，荷兰著名的代尔夫特理工大学的学者、和等人研究了电涡流分选的基本原理，其涡流分选力学模型也是后来学者引用最多的。该分选机模型通过计算有关分选机内部磁场转矩的一阶线性微分方程给了以分选机转子轴线为中心轴的磁感应强度的柱坐标系方程。对非磁性介质的金属颗粒在分选机磁场运动过程中的受力情况和其运动行为等数据进行了分析，得出了一些影响有色金属分选效果的主要因素，仿真分析了金属颗粒在涡流分选机上的运动过程轨

23、迹和图形，并提出了通过试验和模拟相结合的方法，验证了模型的相对准确性，从而为电涡流分选的实际应用提供了理论依据。 2001年，和提出了一种新的涡流分选装置，即立式转鼓涡流分选机（）。这种设计包括一个垂直旋转的磁鼓，上面覆盖着具有交变磁极的永磁体，主要用来分选尺寸在之间的较小的有色金属颗粒。通过实验，给出了用水平滚筒涡流分离器分离毫米级颗粒的分级和回收率。垂直设计的优点在于其效率接近于水平设计，且设备成本较低，缺点是中间产品必须通过分离过程重新传递。 2004年，、和等人通过数值仿真和实验相结合的方式研究了传统永磁辊式的抛出轨迹，考虑了不同类型颗粒相互碰撞对分选结果的影响，预测了颗粒间相互作用对

24、品位和回收率的影响。不过，这一模型的缺点是在低给料率的情况下，其预测很验证与实际相一致。 2006年，瓦尔什等人用涡流分选机回收采自阿拉斯加的特定大小的天然砂金，采用试验研宄的方法，固定皮带速度和转子转速，调节分矿器位置，得到了分矿器最优的位置参数。根据定性试验研宄的结果，说明涡流分选技术可行。对回收银和铂也进行了试验。 2016年，对沙粒中的金颗粒进行了润流分选的模拟。首先用有限元方法模拟己有实验研究成果的涡流分选机的特性，对从进料中回收的金颗粒在分选器附近产生的涡流进行了模拟。并研宄了永磁梯度场和磁鼓气隙对磁力偏转和偏转距离的影响。提出了建模和仿真的磁场之间的相互作用和导电粒子的粒子将成为

25、未来的研宄工作。 2017年，西蒂米什瓦拉大学的和介绍了一种基于互补气水法的涡流分选新技术。这种技术可以用于从非均质混合物中回收小于的有色金属颗粒。该设备的主要部分是一个带有四极交替排列的钕铁硼永磁体的旋转圆筒。文章提出并讨论了废液的分级、产率、分离效率与转速的关系。同年，和检验了电动润流分选设备（）从报废太阳能电池板中回收有价值材料的效果。该涡流分选装置无任何机械运动部件，可有效分选硅培和碲化镉银材料以应对目前和未来的挑战。 2018年，注意到在整个废料回收行业，涡流分选技术（）是用来分离非金属物质中的非铁磁性金属。然而，到目前为止，涡流分选的物理理论通常局限在经验近似和数值模拟。因此，他基

26、于圆柱形充磁方向不同的永磁体，介绍一种简化的二维涡流分选模型。这种模型可以描述整个磁辊表面的磁场，若磁辊以恒定角速度旋转，则可以用其力和力矩的公式描述相应的运动轨迹。同年，建立了涡流分选设备的解析模型，对涡流分选机主要元件磁辊磁块解析方程的相关理论背景，边界条件进行了详细的推导，并采用数值仿真的方法对比磁辊磁场的分布，在验证了磁场分布公式的合理性后，继续给出瞬态磁场的计算公式，受力公式和运动轨迹方程。 第二章 分选机的原理2.1涡流分选机的理论基础 研究火场金属熔落物涡流分选技术的基本规律，要清楚地了解涡流分选机磁辊磁场理论的相关计算方程，其研究问题的核心就是工程电磁场理论。在进行数学分析与计

27、算工程中的电磁场问题时，也将应用到电磁场的基本方程即为麦克斯韦方程。在进行应用麦克斯韦方程的时候，我们通常假设其应用的场景为线性、各向同性的均匀介质中。2.2磁辊磁场强度计算 在1997年，Rem在极坐标下推导出了磁辊表面的磁感应强度计算公式：Br=n=02bn(r/Rdrum)2n+1k1sin2n+1k(drumt) （2-1） B=n=02bn(rRdrum)2n+1k1cos2n+1k(drumt) （2-2）Favg=3B030131qsinqsin(q)cscqcsc(q)x （2-3）2.3涡流力计算 涡流损耗与磁场交变频率f、厚度d和最大磁感应强度Bm的平方成正比，E=-Ndd

28、t （2-4）式中：N是线圈的匝数 ddt是磁通量的变化率与材料的电阻率成反比。由此可见，要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流回路中的电阻，电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著提高电阻率。涡流的大小公式： =S(dB/dt) （2-5） 现象是在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变电流。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生变化，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电流感应的现象称为涡流现象。2.4涡流分选机的工作原理

29、涡流分选机的工作原理主要的依据是电磁感应定律和比奥萨伐尔定律。由传送带辊轮转动带动传送带转动，使其上方的小熔珠能沿着传送带向收集盒方向水平移动。磁辊独立于传送带辊轮进行转动，由于不同金属材料之间的电气特性存在差异，磁辊上方会产生作用在不同种类材料的非铁磁性熔珠上的不同的电磁斥力。不同电磁斥力使不同材料金属熔珠的运动轨迹发生改变，从而实现了不同熔落物的分离。或者说，通过电磁线圈或永磁体产生存在梯度变化的磁场空间，通过自由落体或传送带等方式使待选金属与磁极间产生沿磁场梯度变化方向的相对位移，在待选金属上感应出电磁斥力，从而完成分选工作。电磁式金属分选机按电磁激励来源可分为电励磁型和永磁型，按分选方

30、式可分为静态性和动态型。图2-1 涡流分选机工作流程图第三章 皮带式涡流分选机结构设计3.1传动方案的设计 对涡流机传动方案的要求：由于涡流机是运用涡流风机工作原理，叶轮上有数十片叶片组成，它类似庞大的气轮机叶轮，当涡流风机的叶轮旋转时，叶轮叶片中间的空气受到离心力的作用，朝着叶轮的边缘运动，在那里空气进入泵体的环形空腔，然后又返回叶轮，重新从叶片的起点以同样的方式又进行循环运动，由于空气被均匀的加速，叶轮旋转时所产生的循环气流使空气以螺旋线的形式窜出，所以空气以极高的能量离开泵体，以供使用。(它所产生的压力是同转速直径离心风机的12-17倍）。由此分析合理的传动方案首先要做到实用性这是关键。

31、在考虑到制作的成本问题，在这同时应保证寿命的长短，传动效率高，以及操作方便。大至可分为以下几点:1)工作可靠、传动效率高；2 )结构简单、尺寸紧凑、重量轻；3)成本低、工艺性好；4)使用和维护方便1 .磁混 2.皮带 3.传动棍 4.振动给料器 5.机架图3.1皮带式涡流分选机外形结构图3.2拟定机械传动方案 械传动装置设计的任务是分析和确定传动方案、选定电动机的型号、合理分配传动比及计算机械传动的运动和动力参数，为设计计算各级传动零件准备条件。 一台皮带运动输机，已知驱动卷筒所需的转矩T4.8105Nmm，带速=1.8m/s，滚筒直径D=400mm，载荷平稳，常温单向连续运转。试确定机械传动

32、方案；选择电动机；计算总传动比并分配各级传动比；计算各轴功率、转速和转矩 拟定传动方案，应首先考虑电动机的同步转速。相同容量的同类异步电动机，其同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min四种。电动机转速越高，则极数越少，尺寸和重量越小，价格也越低，但机械传动装置的总传动比增大，传动级数要增多，传动尺寸和成本都要增加。通常多用同步转速为1500r/min和1000r/min两类电动机。 选定同步转速后，依据电动机的同步转速nD及工作机的输入转速n，可确定传动装置的初估总传动比it=nD/n 式(3-1)图3-2 带式运输机的传动方案 根据所需的it，并

33、考虑各类传动机构i的合理范围，拟定出几种传动方案进行分析比较。图3-2所示的三种传动方案中，图3-2a为闭式双级齿轮传动，使用维护方便，适于在重载和恶劣条件下长期工作，但制造、装配要求较高，成本较高；图3-2b采用V带传动获得较为紧凑的结构尺寸，又能发挥其缓冲、吸振，过载起安全保护作用的优点，一般宜把带传动布置在高速级，该方案通常得到广泛应用。但外廓尺寸一般较大，且不适于繁重和恶劣条件下工作；图3-2c为电动机直接接在蜗杆减速器上，结构最紧凑，但在长期连续运转条件下，由于蜗杆效率低，功率损失大。传动方案远不止上述三种，设计时应根据不同的性能要求和工作特点，选取合理的传动方案。3.3选择电动机

34、传动方案确定后，根据工作机要求，选择电动机的类型和型号。3.3.1电动机的类型选择 根据工作条件，选用Y系列三相异步交流电动机(参考设计手册)。3.3. 2电动机功率的选择 电动机的功率选择合适与否，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选得过小不能保证工作机正常工作，或使用电动机因超载而过早损坏；功率选得过大则电动机的价格高能力得不到充分发挥，而且因电动机经常不满载运行，其效率和功率因数都较低而造成能自的浪费。对于载荷比较稳定、长期运转的机械，通常按照电动机的额定功率选择，而不必校验E动机的发热和起动力矩。电动机所需输出的功率P0(kW)由下式计算P0=P/ 式(3-2)式中， P为工作机

35、所需的功率； 为从电动机到工作机的总效率。工作机所需的功率P由工作机的工作阻力F(N)和运行速度v(m/s)或工作转矩T(Nm)和转速n(r/min)确定。可按下式计算：P=Fv/1000 或P=Tn/9550 式(3-3) 传动方案确定后，可估算出传动的总效率，然后确定电动机所需要的功率。 由运输带速度v、卷简直径D，得主动卷筒转速即从动轮转速为：n=601000vDr/min=85.94r/min 式(3-4)根据公式得主动卷筒轴需要的有效功率为：P=Tn/9550=4.810585.95/9550kW=4.32kW 式(3-5)经查阅资料取一对齿轮啮合效率=O97(8级精度)、V带传动效

36、率b=O96滑动轴承效率s=O97、滚动动轴承效率x=O99、联轴器效率c=O99。蜗杆传动效率=O80(双头蜗杆)。总效率：图3-2a=g2c3s2s=0.9720.9930.9920.97=0.868 式（3-6）图3-2b=bgx2cs=0.960.970.9920.990.97=0.876 式（3-7）图3-2c =nx2c2s=0.80.9920.9920.97=0.745 式（3-8） 电动机所需输出的功率P。为图3-2a P0= P/4.32/0.8684.977kW 式（3-9）图3-2b P0= P/4.32/O.876=4.932kW 式（3-9）图3-2c P0= P/4

37、.32/O.745=5.199kW 式（3-10）因载荷平稳，所以电动机连续运转，即电动机的额定功率P额应该略大于所需功率P0。经查电动机产品样本得，取P额=5.5kW。由计算可见，本例方案a(图3-2a)和b(图3-2b)较好。因此，以下只计算方案b。 3.3.3电动机转速确定 取带传动的传动比ib=24，齿轮传动的传动比i=35，则传动装置的总传动比为： i=ibi=(24)(35)=620 式(3-11)故得电动机的转速范围为: n0=i n=(620)85.94=515.6141718.8rmin 式(3-12)在上述转速范围内的常用同步转速有1000rmin和1500rmin。经过查

38、电动机产品样本选取Y132M一6型电动机，其额定功率P额=5.5kW，满载转速即主动轮转速n0=1500rmin。3.4总传动比及其分配3.4.1传动装置的总传动比传动比=从动轮齿数/主动轮齿数=主动轮转速/从动轮转速i=z2/z1=n0/ni=n0/n=1500/85.94=17.45 式(3-12) 3.4.2各级传动比的分配若传动装置由多级传动串联而成，则其总传动比为:i=i1i2i3.ik 式(3-13) 式中，i1、i2、i3ik为各级传动的传动比。 合理分配各级传动比，可以减小传动装置的尺寸，减轻其重量，并改善润滑状况。分配传动比应考虑以下几点:1)各级传动比应在常用范围内； 2)

39、应注意使各级传动件尺寸协调、结构匀称、避免零件发生干涉； 3）为避免带传动的外廓尺寸大而不协调，取其传动比ib=3，这样齿轮传动比为： ig=i/ib=17.45/3=5.82 式(3-14)第四章 涡流分选机轴的计算4.1轴的转速、输入功率与输出转矩4.1.1各轴转速：电动机轴转速：nm=n0=1450r/min高速级轴I转速：n1=nm=1450r/min中间轴II转速：n=2ROMAN2=n=1ROMANIi1=204.29r/min低速级轴III转速：n=3ROMAN3=n=2ROMANIIi2=39.72r/min（1） 各轴输入功率：高速级轴I：P1=Pmc=30.99=2.97K

40、W中间轴II：P2=P11g=2.970.970.99=2.85KW低速级轴III：P3=P22g=2.850.970.99=2.74KW上式中c为联轴器效率，12为齿轮传动效率，g为一对轴承的效率（2） 各轴输出转矩：高速级轴I：T1=9550P1n1=19.83Nm中间轴II：T2=9550P2n2=133.23Nm低速级轴III：T3=9550P3n3=658.79Nm3.1 齿轮设计3.4.1 高速级齿轮的计算齿轮类型、精度等级、材料根据工作机的传动方案及该设备对齿轮传动平稳性没有特殊要求的工作特点，选用直齿圆柱齿轮传动，效率高且工作可靠，压力角取20。材料选择：由机械设计选得大齿轮的

41、材料为40钢，经调质及表面淬火，齿面硬度为240HBS；小齿轮材料为40Cr，经过调质，齿面硬度为280HBS。由于采用表面淬火，轮齿的变形程度不大，不需要磨削，初选7级精度。试选小齿轮的齿数Z1=20，则大齿轮的齿数：Z2=Z1u=207=1403.4.1.1 按齿面接触强度设计：d1t32KtT1du1uZEZHZH21) 确定公式内各计算数值1 载荷系数Kt=1.3；2 小齿轮传递的转矩：T1=19.83Nm=1.983104Nmm；3 由机械设计表10-7选取齿宽系数中d=1；4 由表10-6查得材料的弹性影响系数：ZE=189.8Ma1/2；5 由式Z=43可计算接触疲劳强度的重合度

42、系数：a1=arccosZ1cosZ1+2a=arccos20cos2020+21=31.321a2=arccosZ2cosZ2+2a=arccos140cos20140+21=22.111=Z1tan1tan+Z2tan2tan2=1.721Z=43=0.8726 由图10-21e按齿面硬度中间值52HRC查得小齿轮和大齿轮接触疲劳强度极限为Hlim1=600MpaHlim2=550Mpa7 计算应力循环次数：N1=60njL=60143012830015=6.178109n转速，r/min；j齿轮转过一圈应力变化次数；Lh时间，hN2=N1u=6.04810920140=8.8261088

43、 由图10-19查得接触疲劳寿命系数：KHN1=0.9，KHN2=0.95；9 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，可得：H1=KHN1Hlim1S=0.96001=540MPaH2=KHN2Hlim2S=0.955501=523MPa取H1和H2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力即H1=H2=523Mpa10 算出齿轮分度圆直径d1t：d1t32KtT1du1uZEZHZH2&=321.31.98310417+172.5189.80.875232=33.286mm2) 调整小齿轮分度圆直径计算圆周速度v：v=d1tn1601000=2.49m/s齿轮宽b：b=dd1t

44、=133.286=33.286mm计算载荷系数：由表10-2查得使用系数KA=1；根据v=2.49m/s，7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数Kv=1.1；齿轮的圆周力：Ft1=2T1dt1=21.98310433.286=1.19103NKAFt1b=11.1910333.286=35.8N/mm100N/mm由表10-3查得接触强度计算用齿间载荷分布系数KH=1.2；由表10-4插值法查得7级精度，小齿轮相对表示非对称布置时，得齿向载荷分布系数KH=1.417；可求得载荷系数为：K=KAKVKHKH=11.11.21.417=1.87按实际的载荷系数矫正可得分度圆直径：d1=d1t3

45、KKt=33.28631.871.3=37.575mm齿轮模数：m=d1z=37.57520=1.879mm3.4.1.2 按齿根弯曲强度设计mt32KT1Ydz12YFaYSaF1) 确定式中数值：试选KFt=1.3；计算弯曲疲劳强度重合度系数YY=0.25+0.75=0.25+0.751.721=0.686由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85，KFN2=0.90；由机械设计表10-5查得齿形系数YFa1=2.83，YFa2=2.18；应力矫正系数YSa1=1.5，YSa2=1.83；由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：Hlim1=500MpaHlim

46、2=380Mpa取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得F1=0.855001.4MPa=303.57MpaF2=0.903801.4MPa=244.19Mpa则可算得YFa1YSa1F1=2.831.5303.57=0.0140YFa2YSa2F2=2.181.83244.29=0.0163YFaYSaF=YFa2YSa2F2=0.0163代入给出公示有试算模数：mt321.31.9831040.08612020.0163=1.280mm2) 调整齿轮模数：圆周速度v：d1=mtz1=1.28020=25.6mmv=d1n1601000=25.61430601000=1.92m/s齿宽b：b=dd1

47、=125.6mm=25.6mm齿宽与齿高比b/hh=2+Cmt=21+0.251.280=2.88mmb=25.62.88=8.89计算实际载荷KF：根据v=1.92m/s，7级精度，查10-8的动载系数KV=1.08有：Ft1=2T1dt1=21.98310425.6=1.55103NKAFt1b=11.5510325.6=60.5N/mm100N/mm查表10-3的齿间载荷分配系数KF=1.2;查得KH=1.47，结合b/h=8.89查图10-13得KF=1.34；则可得载荷系数为：KF=KAKVKHKH=11.081.21.34=1.74按实际载荷系数调整算出的齿轮模数：m=mt3KFK

48、Ft=1.28031.741.3=1.411mm对比计算结果，由于齿轮模数m的大小主要由弯曲强度确定的承载能力，齿面接触疲劳强度所的承载能力仅与齿轮直径有关，所以综合得模数m=1.5mm，分度圆直径取d1=33.286mm，则Z1=d1m=33.2861.5=22.19取整Z1=22，则大齿轮齿数：Z2=uZ1=722=1543.4.1.3 几何尺寸汇总分度圆直径：d1=mZ1=(1.522)mm=33mmd2=mZ2=(1.5154)mm=231mm中心距：a=d1+d22=33+2312=132mm齿轮宽度：b=dd1=133mm=33mm考虑到安装误差不可避免，为了齿宽b和节省材料，一般得小齿轮略为加宽（510）mm，即：b1=b+（510）mm=3848mm取整b1=40mm，大齿轮的齿宽即为设计齿宽。上述齿轮副的中心距不便于相关零件的设计和制造。为此，可以通过调整传动比、改变齿数或变位法进行圆整。采用变位法将中心距就近圆整为a=135mm，可得出高速级齿轮的设计结果如下：小齿轮：Z1=22，b1=40mm，40Cr（调质）；大齿轮：Z2=154，b2=33mm，45钢（调质）；中心距a=135mm，压力角=20，7级设计精度。3.4.2 低速齿轮计算低速级齿轮的选择与计算原理均同上高速级齿轮1) 齿轮类型、精度等级