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黃河科技學院畢業(yè)設計 第 VI 頁
對輥機框架系統(tǒng)
摘要
對輥機是一種重要的機械生產設備。它廣泛應用于工業(yè)生產的各個領域。對輥機系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：對輥機的框架系統(tǒng)設計、對輥機的主傳動系統(tǒng)設計、對輥機的間隙調整系統(tǒng)設計、對輥機的電氣系統(tǒng)系統(tǒng)設計。而幾乎在所有的機器設備中，機械裝置的本體結構設計是非常重要的組成部分之一，機械本體結構的質量、性能和壽命一定程度上影響著機器的性能和可靠性。所以有必要專門來研究對輥機的框架系統(tǒng)設計。
本文的對輥機框架系統(tǒng)設計由六大部分組成：
第一、輥筒部分的設計，它包括輥筒的具體設計、輥筒的材料選擇及尺寸確定。
第二、機架部分的設計，它包括支承件、機座及機架的具體設計。
第三、潤滑冷卻系統(tǒng)的設計，它包括齒輪、滾動軸承的潤滑以及密封方法的選取。
第四、除塵系統(tǒng)的設計，它包括現代除塵技術的概述及除塵器的選用。
第五、停車保險系統(tǒng)的設計，它包括停車保險裝置的具體設計及行程開關的選取。
第六、離合器操縱機構的設計。
關鍵詞：對輥機，框架系統(tǒng)，設計
Frame System Of The Roller Machine
Author：Chen Long
Tutor：Mu Guo Huo
Abstact
Roller machine is an important mechanical equipment. It is widely used in various areas of industrial production.The roller machine system includes the following aspects:the framework of system design of the roller machine,the main drive system design of the roller machine, the roll gap adjustment system design of the roller machine, the electrical system design of the roller machine. While almost all the machinery and equipment，body structure design of mechanical devices is a very important part of it，quality, performance and longevity of the mechanical body structure to some extent affected the performance and reliability of the machine. It is necessary to specifically to research on the framework of the roller machine system design
The frame system of the roller machine design consist of six large pieces.
First , roller part of the design includes the specific design of the roller, the roller's choice of material and the determine of size.
Second, the frame design includes the specific design of the bearing parts, frame and rack.
Third, lubrication and cooling system design include gear, lubrication of rolling bearings and sealing methods.
Fourth, the design of the dust removal system includes an overview of the technology of modern dust and dust collector selection .
Fifth, stop the design of the insurance system includes the selection of the specific design of the parking safety device and limit switch.
Sixth, the clutch operating mechanism also is designed.
Key words: Roller machine, Frame System, Design
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題背景及目的 1
1.2 整體概述 1
2 方案分析 4
2.1對輥機原理分析 4
2.2 控制系統(tǒng)分析 4
2.3框架設計的一般原則 4
2.3.1 機架設計的一般要求 5
2.3.2 機器零件的設計應考慮的結構工藝性 5
3 對輥機系統(tǒng)中重要零件的選用及強度校核 6
3.1選擇電動機型號 6
3.2齒輪的計算及強度校核 6
3.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數. 6
3.2.2 按齒面接觸強度設計 6
3.2.3 按齒根彎曲強度設計 8
3.2.4 幾何尺寸計算 9
3.3軸承的選擇及其壽命計算 9
3.3.1 選擇軸承的類型 9
3.3.2 軸承的壽命計算校核 9
3.4對輥機主動輥筒軸的設計計算 10
3.4.1 軸的結構設計 10
3.4.2 輥筒軸的設計要求 10
3.4.3 主動輥筒軸的設計及強度校核 11
3.5鍵聯(lián)接的選擇和強度校核 15
4 對輥機框架系統(tǒng)設計 16
4.1機器零件設計的一般步驟 16
4.2對輥機輥筒的設計要求 16
4.2.1 嚴格控制材料的跑偏 16
4.2.2 合理控制滾壓線速度之差 16
4.2.3 增設輔助成形輥輪 16
4.3對輥機機架部分的設計 17
4.3.1 支承件的設計要求 17
4.3.2 機架的設計要求 17
4.4對輥機潤滑冷卻系統(tǒng)的設計 18
4.4.1 齒輪的潤滑 18
4.4.2 滾動軸承的潤滑 18
4.4.3 密封方法的選取 19
4.5對輥機除塵系統(tǒng)的設計 19
4.5.1 密閉形式的選擇 19
4.5.2 設風口的位置及風速 19
4.5.3 選擇除塵器應考慮的因素 20
4.5.4 ?卸塵管和排污管的防漏風要求 20
4.5.5 除塵器的布置及通風機的選擇 20
4.5.6 除塵器的選用 21
4.6對輥機停車保險系統(tǒng)設計 22
4.6.1 行程開關的工作原理及特點 22
4.6.2 行程開關的選擇 22
4.7 對輥機的安裝與使用 22
4.7.1 安裝 22
4.7.2 使用與維護 24
5 創(chuàng)新設計及產品開發(fā) 25
5.1創(chuàng)新設計 25
5.2產品開發(fā) 25
5.2.1產品開發(fā)的意義 25
5.2.2新產品開發(fā)的步驟 25
結論 26
致 謝 27
參考文獻 28
黃河科技學院畢業(yè)設計 第 29 頁
1 緒論
機械制造業(yè)是一個國家最基礎的行業(yè),也決定了一個國家制造業(yè)的整體水平。機械制造業(yè)如何發(fā)展,這也決定著一個國家的經濟前途。機械制造業(yè)提供的裝備水平對國民經濟各部門的技術進步有著相當大的影響，其規(guī)模水平是衡量一個國家國民經濟實力和科學技術水平的重要尺度。因而，我國十分重視機械制造業(yè)的發(fā)展，對機械制造業(yè)提出了更多的要求，使其能夠更好地為各行各業(yè)提供高質量的機械產品[5]。
而隨著社會經濟的發(fā)展，產品的多樣化及對市場的快速反應成為企業(yè)能否在激烈的市場競爭中處于有利位置的必備能力，這就對企業(yè)的生產設備提出了更高的要求。如何更好地提高生產設備的柔性和效率，滿足產品的多樣化的需要，則是每個企業(yè)都要面臨著的一個重要問題。
1.1 課題背景及目的
中國是世界上少數幾個以煤炭為主要能源的國家之一，煤炭的生產量和消費量占世界首位。煤炭作為中國的主要能源及鋼鐵、化工領域的原料在相當長的時間內不會有大的改變，因此煤炭在中國國民經濟中的地位是舉足輕重的。然而，在中國的煤炭消耗中，煤炭的加工利用處于低水平階段，存在著高能耗、高污染、低效率的利用現狀，也產生一系列的環(huán)境污染問題，如:燃煤產生煙塵和S02排放量分別占80%和90% ，中國的大氣污染屬典型的煤煙型大氣污染。全國己有62.3%的城市S02年平均濃度超過國家二級標準，日平均濃度超過國家三級標準。S02排放量的持續(xù)增加使中國酸雨覆蓋面積占國土面積的40%，酸雨污染給森林和農作物造成的損失每年達數百億元。大氣中的S02的主要來源于高硫煤的使用，而中國的高硫煤約占總產量的10%,按每年10億噸的產量算，每年約有1億噸的高硫煤，而去硫的最基礎設備就是將硫及其伴生物從煤中的解離—也就是說要將煤充分破碎，破碎煤就需要破碎機，這是選擇本題的目的之一。其二如前所述，新的選煤技術和工藝需要新型的破碎機，否則影響新的選煤工藝和方法的技術水平。近三年來，選煤廠廣泛采用的各式破碎機由于結構與機理的原因，破碎后的產品或者過粉碎嚴重，排料粒度不能有效的控制，同時伴有大量粉塵或者破碎機的破碎強度低，不能適應含煤研石的煤炭破碎，且破碎后粒度不均勻，容易超粒，不但使得后續(xù)的洗選難度加大，分選效果變差，同時難以滿足目前市場的需要。由此造成的損失每年數億人民幣。為解決此問題，在國內的破碎機技術尚未滿足國內使用條件的技術下，目前大量從國外進口破碎機，如山西的平塑、安家?guī)X煤礦、神華集團的神木礦區(qū)、大柳塔選煤廠、貴州盤江集團的老屋基選煤廠、永城煤電集團、晉城無煙煤礦業(yè)集團等等，國外破碎機的價格是國內同類價格的6-8倍，如果研制的破碎機能替代進口產品，每年可為國家節(jié)約外匯至少1億美元。因此，無論從環(huán)保的角度、社會效益的角度、直接經濟效益的角度，還是解決生產實際問題的角度，研究新型的分級破碎機，具有較重大的現實意義。
在對輥機行業(yè)，對輥機械是一種應用十分廣泛的產品。為了不斷增大其應用范圍，常常需要將其框架系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、間隙調整系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，并改善其質量及性能?？紤]到現代動力機械行業(yè)的機械化程度的進一步加深，這類機械的需求量還會進一步擴大，如果能設計出一種功能更加完善的新型機械，并且各功能互不干涉，不僅能節(jié)省材料消耗，降低生產成本，還能方便加工操作，提高工作效率，這不僅對許多中小企業(yè)單位有強大誘惑，而且對大型生產單位也有一定的吸引力。如何才能高質量地設計出來，占領這個制高點，就要求我們能很快地理解掌握同類的產品，消化吸收，再加以綜合優(yōu)化，才能完成。我們要把這次畢業(yè)設計當成我們在工廠的一次考核，努力地去完成它，并且盡可能的高質量地完成。
1.2 整體概述
對輥機是一種重要的機械生產設備。它廣泛應用于工業(yè)生產的各個領域，諸如電力、水泥、建材、冶金等工作部門，多用來進行揉料、材料成型壓制以及對各種中等硬度的物料的粉碎上。輥式破碎機按輥子數目可分為單輥、雙輥、多輥幾種類型；按輥面形狀可分為光輥、齒輥。光輥主要適用于中等硬度礦石的中、細碎作業(yè)；齒輥適用于脆性和松軟物料的粗、中碎。輥式對輥機結構簡單、工作可靠、成本低廉，具有排料力度大小可調等優(yōu)點[4]。
一般說來，對輥機是由動力源、 減速裝置、傳動裝置、滾壓機構、壓力保持機構、間隙調整機構、安全防護機構等組成。受材料和制造技術的制約，目前主要采用金屬作為對滾機械的輥子材料[3]。而金屬輥子受熱處理技術的限制，硬度不強、耐磨性較差、不耐腐蝕、易生銹，特別是金屬磨損所帶來的雜質等缺陷，不可避免地影響上述行業(yè)高端產品的生產，成為嚴重制約精細化學工業(yè)制造、精密機械制造水平提高的關鍵因素之一。為解決上述問題，采用超硬的特種陶瓷材料替代對滾機械的金屬輥子，另一方面就是改善對輥機框架系統(tǒng)整體設計，重點在于改進潤滑冷卻系統(tǒng)、滾筒部分、離合器操縱機構，可大幅提高對輥機系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度以及耐磨性能，進而可將輥子的使用壽命延長十幾倍到幾十倍以上，而且有效避免了金屬雜質對相關產業(yè)發(fā)展的影響，促使產品質量大大提高，對提高我國制造業(yè)水平具有十分重大的意義。
因此設計制造出滿足生產使用要求以及結構工藝性要求的對輥機十分必要。這里，需要特別設計的對輥機系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：對輥機的框架系統(tǒng)設計、對輥機的主傳動系統(tǒng)設計、對輥機的間隙調整系統(tǒng)設計、對輥機的電氣系統(tǒng)系統(tǒng)設計[7]。
而幾乎在所有的機器設備中，機械裝置的本體結構設計是非常重要的組成部分之一，機械本體結構的質量、性能和壽命一定程度上影響著機器的性能和可靠性。所以下面有必要專門來研究對輥機的框架系統(tǒng)設計。對輥機的框架系統(tǒng)，其中包括：潤滑冷卻系統(tǒng)、除塵通風系統(tǒng)、停車保險部分、滾筒部分、離合器操縱機構、機架部分等六個部分。特別注意，對輥機的框架系統(tǒng)設計所涉及的知識較為廣泛，基本上涵蓋了機械設計、機械制造工藝學、機電傳動技術、金屬工藝學、工程材料學、材料成形技術、人機工程學等諸多學科。本篇主要從材料、傳動和制造工藝等方面論述了機械設計與制造的相關知識。對每個知識點都從其一般原則論述，概括地回答了機械設計與制造所遵循的一般原則和應注意的相關問題。
2 方案分析
2.1對輥機原理分析
對輥機兩個破碎輥在傳動裝置的驅動下相向轉動，固定輥1支承在固定軸承2上。移動輥3支承在移動軸承4上，安全裝置5(彈簧保護裝置或液壓缸保險裝置)頂住活動軸承，并用定位墊塊6調節(jié)兩輥的間隙，其最小距離也稱排料口寬度，用以控制破碎塊產品粒度。物料自兩輥上方加入，在輥子與物料間摩擦力作用下，物料被帶入兩輥之間，受擠壓破碎后，自下部排出(見圖2.1)。破碎后的粒度一般控制為80～120 mm。金屬礦山由于多使用光滑輥面，所以破碎作用主要是靠壓碎，并附帶有些研磨作用（當為齒面時則主要靠劈碎作用）。破碎后的物料借重力自行排出。這種破碎機的特點是由于物料通過兩個輥子中間時，只受壓一次，所以粉碎現象少[5]。
圖2.1 齒輥破碎機工作原理示意圖
１．固定輥 ?。玻潭ㄝS承 ?。常苿虞仭 。矗苿虞S承
５．安全裝置 ６．定位墊塊
2.2 控制系統(tǒng)分析
此對輥機包括三個電動機，一個主電動機通過制動器、減速器等中間裝置驅動滾筒轉動，兩輔助電機用與調整滾筒間隙，這樣可以大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和加工精度，控制也比較方便。
2.3框架設計的一般原則
2.3.1 機架設計的一般要求
1、結構合理，便于制造；
2、結構應使框架上的零部件安裝、調整、修理和更換都方便；
3、結構設計合理，工藝性好，還應使機架本身的內應力小，由溫度變化引 起的變形應力??；
4、耐腐蝕，抗振性能好；
5、使框架結構在服務期限內盡量減少修理[6]。
2.3.2 機器零件的設計應考慮的結構工藝性
1、在滿足整機工作性能的前提下，零件造型應盡量簡單，盡量減少加工表面數量和加工面積；盡量采用標準件，通用件和外購件；盡量統(tǒng)一成相同形狀和相同元素（如直徑、螺紋、鍵、齒輪模數等）[1]；
2、零件的結構工藝性必須全面考慮整機的工藝性，包括毛坯制造、切削加工、熱處理、裝配和維修等，盡可能使各個生產階段都有良好的工藝性；
3、在保證零件使用功能的前提下，盡量降低零件的技術要求，以使零件便于加工，符合經濟性要求；
4、盡量減少零件的機械加工余量，力求實現少或無切屑加工，以降低零件生產成本；
5、在保證零件力學性能要求的前提下，合理選擇成本較低的零件材料；
6、符合環(huán)境保護要求，給予更多的人文關懷。
3 對輥機系統(tǒng)中重要零件的選用及強度校核
3.1選擇電動機型號
按參考文獻[2]推薦的傳動比的合理范圍，取二級圓錐圓柱齒輪減速器傳動比I=6～10。取閉式齒輪傳動比I≤8，則總傳動比理時范圍為I=48～80。故電動機轉速的可選范圍為787.2～1552r/min，符合這一范圍的同步轉速有1000、1453和1500r/min. 電動機的容量主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變和變化很小的載荷長期連續(xù)運行的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機就不會過熱，通常不必效驗發(fā)熱和啟動力矩。根據容量和轉速，綜合考慮實用性和經濟性、查詢電機手冊選取電機轉速為1453r/min。
根據以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機型號為YR250S—4,其主要性能：額定功率：75kW，滿載轉速1453r/min，電機軸直徑D=65mm,質量440kg。
3.2齒輪的計算及強度校核
已知一對輥機閉式傳動裝置。輥筒軸輸入功率P=59.25kW，大齒輪轉速n=19.4r/min，齒數比u=6.0。工作壽命為15年（設每年工作300天），兩班制。
3.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數.
1、選用直齒圓柱齒輪傳動，因為對輥機輥筒為一般工作機器，速度較低，故可選用8級精度。
2、材料選擇：大齒輪材料選用ZG350經正火處理，其硬度為240HBS[3]；小齒輪材料也同樣選用ZG350經正火處理，其硬度為280HBS。選小齒輪z1=17，則大齒輪z2=z1×u=17×6=102
3.2.2 按齒面接觸強度設計
由參考文獻[1]公式10-9a進行試算，即
確定公式內的各計算數值：
試選載荷系數Kt=1.3
計算小齒輪傳遞的轉矩：由此前部分計算可得輥筒軸的轉矩T=29.17kNm
則小齒輪傳遞轉矩T1=T/u=29.17×103/6=4.86×106Nmm
另有小齒輪所在軸轉速n1=i×n=6×19.4=116.4r/min
由表10-7選取齒寬系數φd=1.0
由表10-6查得材料影響系數ZE=189.8MPa1/2
由圖10-21按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa；
大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=427MPa
由式10-13計算應力循環(huán)次數：
N1=60n1jLh=60×116.4×1×(2×8×300×15)=5.03×108
N2=N1/u=5.03×108/6=8.4×107
由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數KHN1=1.08；KHN2=1.15
計算接觸疲勞許用應力：
取失效率為1%，安全系數S=1。由式10-12得
[σH]1= KHN1σHlim1/S=1.08×600/1=648MPa
[σH]2= KHN2σHlim2/S=1.15×427/1=491.3 MPa
試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入[σH]中較小值
計算圓周速度V：
計算齒寬b: b=φdd1t=1.0×239.2=239.2mm
這里取b=240mm
計算載荷系數：根據V=1.46m/s、8級精度，參閱文獻[1]取KV=1.12；
在直齒輪傳動系統(tǒng)中，假設KAFt/b＞100N/mm,由表10-3查得KHα=KFα=1.2；
由表10-2查得使用系數KA=1；
代入數據得KHβ=1.12+0.18×（1+0.6×φd2）×φd2+0.23×10-3b=1.423
故載荷系數K=KAKVKHαKHβ=1×1.12×1.2×1.423=1.913
按實際載荷系數校正所算得的分度圓直徑：
由式10-10a得d1=d1t=272mm
計算模數m=d1/z1=272/17=16mm
3.2.3 按齒根彎曲強度設計
由文獻[4]表10-5得彎曲強度設計公式
確定公式內的各計算數值：
由圖10-20c查得小齒輪齒根彎曲疲勞強度極限σFE1=400MPa;
查得大齒輪齒根彎曲疲勞強度極限σFE2=300MPa
由圖10-18查取彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.92 KFN2=0.98；
計算彎曲疲勞許用應力：
取彎曲疲勞安全系數S=1.5
由式10-12得
計算載荷系數K= KAKVKFαKFβ=1×1.12×1.2×1.35=1.81
查取齒形系數及應力校正系數：由表10-5得YFa1=2.97 YFa2=2.20
YSa1=1.52 YSa2=1.80
計算兩嚙合齒輪的并比較其大小
故應將較大值0.021代入下面公式進行計算求解
取標準模數m=16mm
按齒面接疲勞強度算得的小齒輪分度圓直徑d1=272mm z1=17；
經分析，這樣設計出的齒輪傳動既滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊,避免材料浪費。
3.2.4 幾何尺寸計算
1、計算分度圓直徑 ：d1=mz1=16×17=272mm d2=mz2=16×102=1632mm；
2、計算中心距： a=(d1+d2)/2=952mm;
3、計算齒輪寬度: b=φd1×d1=1×272=272mm,
取B2=272mm,B1=278mm；
4、驗算 Ft=2T1/d1=2×4.86×106/272=3.57×104N，
又KAFt/b=1×3.573×104/272=131＞100N/mm，故所選系數合適。
3.3 軸承的選擇及其壽命計算
3.3.1 選擇軸承的類型
由于該設備在工作過程中，并沒有太大的沖擊力與瞬時過載現象，同時也沒有軸向力，所以在軸承的選擇上根據經驗選擇。此處所選軸承要求能承受較大的徑向載荷，具有較好的定心作用。結合上面已知條件，依據文獻可初選調心滾子軸承，其類型代號為22446。因支承跨距較大，故采用一端雙向固定，另一端游動的軸承組合方式[6]。
3.3.2 軸承的壽命計算校核
已知對輥機主動輥筒軸輸入扭矩T=29.17kNm，轉速n=19.4r/min，且軸承運轉時有中等沖擊。工作為2班制(一天運轉16h)，大修期為3年(每年按360天考慮)。其具體結構布置及載荷分布如圖3.1，圖3.2。
1、對輥機主動輥筒軸上的載荷分析如下
在V面內由ΣF=0，ΣM=0得：G1+G2-R1V-R2V+G3+G3=0；
G1×120+G2×615-R1V×960-R2V×2535+G3×2895=0
聯(lián)立解得R1V=3484N； R2V=5016N
同理在H面內也可由ΣF=0，ΣM=0得：Ft1+Ft2-R1H-R2H+Ft3=0；
Ft1×120+Ft2×615-R2H×960-R2H×2535+Ft3×2895=0
聯(lián)立解得R1H=273N；R2H=-71N 即R2H的方向與圖示方向相反。
綜之，R1=3495N；R2=5016N
由于初選的調心滾子軸承工作時不產生派生軸向力Fdi,，且外部軸向力為0，兩支承處軸承軸向力FA1=FA2=0。因FA/R=0≤e,所以可由文獻查取X=1.0，Y=0又由已知，此對輥機主要用來完成揉料混合等工作內容，故其載荷性質屬于中等沖擊，參閱文獻[4]表13-6可取載荷系數fP=1.5。所以兩支承處軸承動載荷分別為P1=fP×（X1R1+Y1FA1）=1.5×1.0×3495=5242N；P2=fP×（X2R2+Y2FA2）=1.5×1.0×5016=7524N
2、比較兩軸承承載大小
可知軸承2易發(fā)生失效破壞，所以只須對軸承2進行壽命計算。且由已知條件容易得到軸承預期計算壽命Lh=3×360×16=17280h
再依據文獻查得軸承的基本額定動載荷C=30500N。
由軸承壽命計算公式
因此所求取的L10=5.5×105＞17280h，故初選的調心滾子軸承22446滿足壽命要求。
3.4對輥機主動輥筒軸的設計計算
3.4.1 軸的結構設計
在設計軸的結構的過程中，主要取決于以下因素：
1、軸在機器中的安裝位置及形式；
2、軸上安裝的零件的類型、尺寸、數量以及軸連接的方法；
3、載荷的性質、大小、方向及分布情況；
4、軸的加工工藝等。
因此，軸的結構應滿足：軸和安裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。根據軸在機器上的作用及零件的安排，確定軸的結構。因為對輥機屬大型動力機械，且此輥筒軸主要用來完成各種不同成分混合揉料的，所以其結構相對復雜。由此可考慮將傳動軸與橡膠輥筒做成一體，以便于設計制造裝配,提高生產效率[10]。
3.4.2 輥筒軸的設計要求
在對對輥機主動輥筒軸設計的過程中，一般說來應滿足如下要求：
1、軸和軸上零件要有準確、牢固的工作位置；
2、軸上零件裝拆、調整方便；
3、軸應具有良好的制造工藝性等；
4、盡量避免應力集中；
5、軸的結構越簡單越合理；
6、裝配越簡單方便越合理；
7、合理選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強度和剛度。
3.4.3 主動輥筒軸的設計及強度校核
1、求對輥機主動輥筒軸上的功率P1和轉矩T
據文獻可查取二級圓柱齒輪減速器傳動效率η1=0.95，凸緣聯(lián)軸器傳動效率
η2=0.98，滾子軸承η3=0.98，工作機即輥筒傳動效率η4=0.96則
傳動總效率η=η1η22η35η4=0.95×0.982×0.985×0.96=0.79
則有P1=Pη=75×0.79=59.25kW
2、初步確定軸的最小直徑，按扭轉強度條件校核計算
先按下式估算軸的最小直徑。選取軸的材料為Q235。根據文獻[1]表15-3，取A0=132 [τT]=15MPa，于是得 （β取0.6）
但考慮到整機的結構與尺寸及性能的要求，取該軸的最小端直徑
φ=220mm 。
MPa，所以φ220的軸徑尺寸滿足扭轉強度要求。
3、按彎扭合成強度條件計算
（1）先求解主動輥筒軸上的各個載荷
由已知齒輪1 m1=20，z1=20；齒輪2 m2=18，z2=20；齒輪3 m3=16，z3=102
則有d1=400mm,d2=360mm,d3=1632mm 另由對輥機實際工作性能要求，可選定 齒輪1、齒輪2、齒輪2各質量分別有m1=155.3kg,m2=205.9kg,m3=501.3kg
取g=10N/kg，則有G1’=1553N，G2’=2059N，G3，=5013N
依據文獻可計算得：
同時也有
（2）通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上載荷、彎矩和扭矩均可按如下方法求得，因而便可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。其計算步驟具體如下：
a、作出軸的力學模型
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時常將軸上分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。待校核的輥筒軸的計算簡圖如圖3.1所示。
b、作出彎矩圖
根據簡圖3.1分別按水平面和垂直面計算各力產生的彎矩，并按計算結果分別作出水平面上的彎矩MH圖3.3和垂直面上的彎矩MV圖3.4；然后按式子
計算總彎矩并作出M圖3.7。
c、作出扭矩圖
扭矩圖如圖3.6所示。
d、校核軸的強度
已知軸的彎矩和扭矩后，便可針對某些危險截面作彎扭合成強度進行計算。按第三強度理論，計算應力
這里為考慮彎扭兩種循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數α，則計算應力為
，由于扭轉切應力為靜應力，故應取α=0.3。結合圖3.6、3.7,可知O3—O3截面為最危險處。參考文獻取[σ-1]=170MPa,則有如下計算：
所以該輥筒軸符合彎扭強度要求。
圖 3.1
圖3.2
圖 3.3
圖 3.4
圖3.5
圖 3.6
圖 3.7
3.4.3 擬定軸上零件的裝配方案
裝配方案已在裝配圖上給出，此種方案就是所選用的最佳裝配方案。根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：
1、根據其要滿足的工作狀況以及軸上零件布置，綜合考慮各種配合關系，取主動輥筒軸長度為L=3015mm；
2、根據安裝在主動輥筒軸上最左端的兩對嚙合齒輪的工作要求及裝配關系，這兩對嚙合齒輪在軸向上須留有一定的距離，取L1=285mm[6]，為了使嚙合齒輪在軸向上定位可靠，應安置符合一定規(guī)格要求的卡圈，具體尺寸詳見裝配圖明細表標注；
3、因為對輥機主動輥筒軸在工作時要轉動，且其支承跨距較大，為減小對輥機主動輥筒軸的彎曲變形，保證良好的工作性能，故采用一端雙向固定，另一端游動的軸承組合方式，取支承跨距L3=1480mm；
4、參考有關設計手冊，為了減小應力集中，取軸端倒角為345，軸肩處的圓角半徑為R=8mm。
3.5鍵聯(lián)接的選擇和強度校核
鍵是一種標準零件，通常用來實現軸與輪轂的之間的周向固定以傳遞扭矩，有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接、切向鍵聯(lián)接?？紤]到平鍵聯(lián)接具有結構簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，結合本次設計對輥機系統(tǒng)的工作環(huán)境及狀況，鍵聯(lián)接的選擇具體如下：
輥筒軸左邊一對齒輪輪轂與軸配合處選擇單圓頭平鍵聯(lián)接（C型）。由于該軸段處軸徑為，參閱文獻[1]可選取鍵的主要尺寸
而輥筒軸右邊一對齒輪輪轂與軸配合處選擇圓頭平鍵聯(lián)接（A型）。由于該軸段處軸徑為，參閱文獻可選取鍵的主要尺寸
這里只對第一對齒輪輪轂與軸配合處的單圓頭平鍵聯(lián)接進行強度校核：
則由普通平鍵聯(lián)接的強度條件可得
其中
所以，該配合處所選擇的單圓頭平鍵聯(lián)接強度符合要求。
4 對輥機框架系統(tǒng)設計
4.1機器零件設計的一般步驟
在對機器零件進行設計的過程中，一般來說要包含如下步驟：根據機器零件的設計使用要求，選擇零件的類型和結構。為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點、特性與使用范圍等，進行綜合對比并正確選用；根據機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷；根據零件的類型、結構和所受載荷，分析零件可能的失效形式，從而確定零根據零件的工作條件及對零件的特殊要求（例如高溫或在腐蝕性介質中工作等），選擇適當的材料；根據設計準則進行有關計算，確定出零件的基本尺寸；根據工藝性及標準化等原則進行零件的結構設計；細節(jié)設計完后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結構的合理性[5]。
4.2對輥機輥筒的設計要求
4.2.1 嚴格控制材料的跑偏
由于材料變形尺寸不對稱，各處受力不勻，再加上輥輪加工精度的累計誤差及輥輪間隙調整不盡一致等。所以在滾壓過程中加以控制非常必要。除確保理論設計中心基準面準確外，還必須保證輥輪的加工精度應在允許范圍內，尤其要注意熱處理后的輥輪變形等。
4.2.2 合理控制壓線速度之差
由于滾壓是一對對輥輪相互對壓而使其成形的，而同軸上的輥輪又是多體組合的各段的輥輪直徑又不等，各對輥輪的角速度是相同的，但軸上的變形量不一樣，每對輥輪上各變形點旋轉半徑也不一樣 ，其同軸的變形速度也就不一樣，如不加以控制這就使得帶鋼變形受到不等程度拉長，輕者增加摩擦與反摩擦力，消耗電機的有效動力，重者導致輥輪軸斷裂、產品報廢[6]。
4.2.3 增設輔助成形輥輪
對于封閉變形處，單靠主輥輪成形是不夠的，必須增添輔助輥輪 。另外，僅靠主輥輪成形會產生褶皺現象，嚴重影響工件的光潔，必須設輔助輪。本制件后端的輔助輥輪較多，在帶鋼快結束時的牽引動力不足，也是增設補充動力的輔助輥輪。
4.3對輥機機架部分的設計
4.3.1 支承件的設計要求
支承件是設備的基礎構件，包括床身、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等。這些件一般都比較大，所以也稱為大件。按構造方式可分為機箱類、箱殼類、機架類、平板類，它的主要作用是支承和安裝機器各部分零件，并承受各種靜態(tài)力（重力）及動態(tài)力（切削力）和保證各零部件之間相對位置精度和運動部件的運動精度。因此，支承件要有足夠的靜態(tài)剛度和較高的動態(tài)剛度，動態(tài)剛度在很大程度上反映了設計的合理性。所以支承件要有較好的動態(tài)特性。包括較大的位移阻抗和阻尼，與其它部件相配合使整機的各階段固有頻率不致與激振頻率相重合而產生共振，不會發(fā)生薄壁振動而產生噪聲等[7]。
支承件的設計首先要根據其使用要求進行受力分析，其次是根據所受的力和其它要求，并參考現有設備的同類型件，初步決定其形狀和尺寸。支承件的性能對整個設備的性能影響較大，支承件的重量占設備總重量的80%以上。因此，應該正確進行支承件的結構設計，并對主要支承件進行必要的驗算和試驗。使支承件能夠滿足它的基本要求，并在這個前提下盡量節(jié)約材料。
4.3.2 機架的設計要求
機座和機架等零件，在一臺機器的總質量中占有很大的比例，同時在很大程度上影響著機器的工作精度及抗振性能。所以正確選擇機座和機架等零件的材料和正確設計其結構形式及尺寸，是減小機器質量、節(jié)約金屬材料、提高工作精度、增強機器剛度及耐磨性等的重要途徑[8]。
機座和機架的一些結構尺寸，如壁厚、凸緣寬度、肋板厚度等，對機座和機架的工作能力、材料消耗、質量和成本，均有重大的影響。但是由于這些部位形狀的不規(guī)則和應力分布的復雜性，以前大多是按照經驗公式、經驗數據或比照現有的類試機件進行設計，而略去強度和剛度的分析與校核。這對那些不太重要的場合雖是可行的，但卻帶有一定的盲目性。因而對重要的機座、機架和箱體等，考慮到上述設計方法不夠可靠，或者資料不夠成熟，還需用模型或實物進行實測試驗，以便按照測定的數據進一步修改結構及尺寸，從而彌補經驗設計的不足。
另外還須指出，機器工作時總要產生振動并引發(fā)出噪聲，對周圍的人員、設備、產品質量及自然環(huán)境都會帶來損害與污染，因而隔振也是設計機座和機架時應該同時考慮的問題，特別是當機器運轉或往復運動速度較高以及沖擊嚴重時，必須通過阻尼或緩沖等手段使振動在傳遞過程中迅速衰減到實際工作允許的范圍內[9]。
4.4對輥機潤滑冷卻系統(tǒng)的設計
4.4.1 齒輪的潤滑
齒輪在傳動時，相嚙合的齒面間有相對滑動，因此就要發(fā)生摩擦和磨損，增加動力消耗，降低傳動效率。在輪齒嚙合面間加注潤滑劑，可以避免金屬直接接觸，減小摩擦損失，還可以散熱和防銹蝕。所以有必要對齒輪傳動加以潤滑，可以大為改善齒輪的工作狀況，確保運轉正常及預期的壽命。
通用的閉式齒輪傳動，其潤滑方法根據齒輪的圓周速度大小而定。當齒輪的圓周速度大小V＜12m/s時，常將大齒輪的輪齒浸入油池中進行浸油潤滑。這樣，齒輪在傳動時就把潤滑油帶到嚙合的齒面上，同時也將油甩到箱壁上借以散熱[1]。而針對本次的設計對象--對輥機，其輥筒軸轉速V=
由于對輥機輥筒軸的轉速較低，故可采用人工作周期性加油潤滑，且其潤滑劑牌號參照文獻[1]表10-11可選取150# 硫-磷型極壓工業(yè)齒輪油。
4.4.2 滾動軸承的潤滑
1、軸承潤滑的分類及其應用
潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類：
（1）油潤滑 油潤滑常用的潤滑方法主要有以下幾種：油浴潤滑、滴油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等。在高速高溫的條件下，通常采用油潤滑。
（2）脂潤滑 脂潤滑的潤滑膜的強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可維持相當長一段時間。對于一些不便經常添加潤滑劑的地方，或不允許潤滑油流失而致污染產品的工業(yè)機械來說，選擇脂潤滑方式十分適宜。且滾動軸承的裝脂量一般為軸承內部容積的1/3—2/3。
2、滾動軸承潤滑方式的選擇
dn=230×19.4=0.45×104mmr/min 參考文獻[1]表13-10，對輥機輥筒軸上所采用的一對調心滾子軸承選用脂潤滑方式。
4.4.3 密封方法的選取
選用凸緣式端蓋易于調整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現密封。軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑決定。
4.5對輥機除塵系統(tǒng)的設計
目前，我國工業(yè)除塵技術日臻完善，在國際市場上越發(fā)顯示出其強勁的發(fā)展態(tài)勢。而袋式除塵技術的發(fā)展尤其迅速 ,微細粒子控制、降低排塵濃度、降低造價、降低能耗、擴大應用領域 ,是總的發(fā)展趨勢。由于長袋脈沖袋式除塵器具有多種其它除塵裝置無可替代的優(yōu)良性能，因而在眾多機械、建筑、冶金、化工等領域得以大量推廣。
4.5.1 密閉形式的選擇
密閉是綜合防塵措施的關鍵環(huán)節(jié)之一。水力除塵、機械除塵和聯(lián)合除塵效果的好壞首先取決于揚塵地點的密閉程度。密閉得好，機械除塵的排風量就可大為減少；反之，即使增大機械除塵系統(tǒng)的排風量，也難以取得良好的效果。據調查，有的廠過去密閉不嚴，排風后粉塵仍大量外逸；加強密閉后，風量為原風量的L/8時，罩內仍有10Pa負壓，滿足了除塵要求。一般說來，大容積密閉罩比小容積密閉罩效果要好11]，特點是罩內容積大，可緩沖含塵氣流。減小局部正壓，這種密閉罩適用于含塵氣流速度大的設備或地點。??
???
4.5.2 設風口的位置及風速
????在密閉罩上裝設位置和開口面積適宜的吸風罩同除塵風管連接，使罩口斷面風速均勻，為了防止排風把物料帶走，還應對吸風口的風速加以控制。在吸風點的排風量一定的情況下，吸風口風速主要取決于物料的密度和粒徑大小以及吸風口與揚塵點之間的距離遠近等。為保證除塵系統(tǒng)的除塵效果和便于生產操作，對于一般除塵系統(tǒng)，設備能力應按其所聯(lián)接的全部吸風點同時工作計算，而不考慮個別吸風日的間歇修正。
4.5.3 選擇除塵器應考慮的因素
除塵器也稱除塵設備，是用于分離空氣中的粉塵達到除塵目的的設備。除塵器的種類繁多，構造各異，由于其除塵機理不同，各自具有不同的特點；因此，其技術性能和適用范圍也就有所不同。根據是否用水作除塵媒介，除塵器分為兩大類：干式除塵器和濕式除塵器。選擇除塵器時，除考慮所處理含塵氣體的理化性質之外，還應考慮能否達到排放標準、使用壽命、場地布置條件、水電條件、運行費、設備費以及維護管理等進行全面分析[10]。
4.5.4 卸塵管和排污管的防漏風要求
防止卸塵管和排污管漏風的措施，是在干式除塵器的卸塵管和濕式除塵器的污水排出管上，裝設有效的卸塵裝置。卸塵裝置(包括集塵斗、卸塵閥或水封等)是除塵設備的不可忽視的重要組成部分，它對除塵器的運行及除塵效率有相當大的影響。如果卸塵裝置裝設不好，就會使大量空氣從排塵口或排污口吸入，破壞除塵器內部的氣流運動，大大降低除塵效率。因此，條文規(guī)定在各分支管段上應設置調節(jié)閥門。在吸入段風管上，一般不容許采用直插板閥，因為它容易引起堵塞。作為調節(jié)用的閥門，無論是蝶閥、調節(jié)瓣或插板閥．都必須裝設在垂直管段上，如果把這類閥門裝在傾斜或水平風管上，由于閥板前后產生強烈渦流，粉塵容易沉積，妨礙閥門的開關，有時還會堵塞風管。
4.5.5 除塵器的布置及通風機的選擇
????在設計機械除塵系統(tǒng)時，大都把除塵器布置在系統(tǒng)的負壓段，其最大優(yōu)點是保護通風機殼體和葉片免受或減緩粉塵的磨損，延長通風機的使用壽命。由于某種需要也有把除塵器置于系統(tǒng)正壓段的，側如，采用袋式除塵器時，為了節(jié)省外部殼體的金屬耗量，避免因考慮漏風問題而增加除塵器的負荷，延長布袋的使用期限及便于在工作狀況下進行檢修等。有時把除塵器安裝在正壓段就具有一定的優(yōu)點。在這種情況下，應選擇排塵通風機[14]。由于同普通通風機相比．排塵通風機價格較貴，效率較低，能量消耗約增加25%以上；因此，設計時應根據具體情況進行技術經濟比較確定。
4.5.6 除塵器的選用
1、LPC系列長袋脈沖袋式除塵器的特點及應用
?LPC系列長袋脈沖袋式除塵器屬于新一代脈沖袋式除塵技術，不但具有噴吹脈沖除塵器的清灰能力強、除塵效率高、排放濃度低等特點，還具有穩(wěn)定可靠、能耗低、占地面積小的特點，特別適合處理生產中出現的大量的粉末、灰塵。LPC系列長袋脈沖袋式除塵器已經成為一種重要的生產過程設備，其核心就是濾料。由于除塵器的過濾作用，使含塵氣體中的粉塵分離出來，輸出潔凈的氣體，從而達到勞動保護，環(huán)境保護的目的。
2、LPC長袋脈沖袋式除塵器工作原理?
LPC長袋脈沖袋式除塵器主要由上箱體、中箱體、灰斗、卸灰系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾部分組成，并采用下進氣分室結構。粉塵及含塵煙氣由進風口經中箱體下部進入灰斗；部分較大的塵粒由于慣性碰撞、自然沉降等作用直接落入灰斗，其它塵粒隨氣流上升進入各個袋室。經濾袋過濾后，塵粒被阻留在濾袋外側，凈化后的氣體由濾袋內部進入箱體，再通過提升閥、出風口排入大氣?；叶分械姆蹓m定時或連續(xù)由螺旋輸送機及剛性葉輪卸料器卸出。隨著過濾過程的不斷進行，濾袋外側所附積的粉塵不斷增加，從而導致袋除塵器本身的阻力也逐漸升高。當阻力達到預先設定值時，清灰控制器發(fā)出信號，首先令一個袋室的提升閥關閉以切斷該室的過濾氣流，然后打開電磁脈沖閥，壓縮空氣由氣源順序經氣包、脈沖閥、噴吹管上的噴嘴以極短的時間（?0.065～0.085秒）向濾袋噴射。壓縮空氣在箱內高速膨脹，使濾袋產生高頻振動變形，再加上逆氣流的作用，使濾袋外側所附塵餅變形脫落。在充分考慮了粉塵的沉降時間（保證所脫落的粉塵能夠有效落入灰斗）后，提升閥打開，此袋室濾袋恢復到過濾狀態(tài)，而下一袋室則進入清灰狀態(tài)，如此直到最后一袋室清灰完畢?為一個周期[8]。?LPC長袋脈沖袋式除塵器是由多個獨立的室組成的，清灰時各室按順序分別進行，互不干擾，實現長期連續(xù)運行。上述清灰過程均由清灰控制器進行定時或定壓自動控制。
3、選型參數及選型原則?
（1）收塵器的主要技術參數為風量、氣體溫度、含塵濃度與濕度。根據工藝設計的風量、氣體?溫度、含塵濃度的最高數值，按略小于技術性能表中的數值為原則。其相對的收塵器型號，即為所需要的收塵器型號，采用的濾料則根據入口濃度、氣體溫度、濕含量確定。粉塵直徑可達到0.3-0.5μm；??
（2）當系統(tǒng)負壓超過6000Pa時，如選用時，需要事先說明，以便加強殼體強度和剛度；?
（3）可根據工藝需要設置收塵器灰斗卸料系統(tǒng)。
4.6對輥機停車保險系統(tǒng)設計
停車保險系統(tǒng)是一種重要的安全輔助裝置。在對輥機進行揉料的工作過程中，通過啟動保險裝置可實現急停操作，以減小失控的機械設備進一步危及人的生命和安全。因而從這一層面講，停車保險系統(tǒng)設計是對輥機框架設計中不可或缺的組成部分，它體現了一種人文關懷。為此設計出結構簡單、工作可靠、性能良好并且經濟性最優(yōu)的停車保險裝置已顯得十分必要。
4.6.1 行程開關的工作原理及特點
行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換[7]。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式：
1、直動式行程開關的組成：推桿、彈簧、動斷觸點以及動合觸點等。其觸點的分合速度取決于生產機械的運行速度，不宜用于速度低于0.4m/min的場所。 ?
2、滾輪式行程開關的組成：滾輪、轉臂、彈簧、套架、滑輪、壓板以及觸點等。當被控機械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時，撞桿轉向右邊，帶動凸輪轉動，頂下推桿，使微動開關中的觸點迅速動作。當運動機械返回時，在復位彈簧的作用下，各部分動作部件復位。 ?
4.6.2 行程開關的選擇
行程開關的主要參數有動作行程、工作電壓及觸頭的電流容量等。目前國內生產的行程開關主要有LXK3、3SE3、LS19、JLSK等系列產品。由于對輥機屬大型動力機械，為避免行程開關的觸點分斷太慢，故此處應采用有盤形彈簧機構瞬時動作的滾輪式行程開關LXK3。停車保險裝置的結構尺寸詳見裝配圖所示
4.7 對輥機的安裝與使用
4.7.1 安裝
對輥機的正確安裝，對保證設備正常運轉，減少故障有著重要的意義。對輥機的安裝可按下列順序進行：
(1)基礎承載能力的驗算。普通雙齒輥破碎機由于轉速低，振動相對減小，動載系數一般可取設備總重的3～4倍。
(2)檢查基礎螺栓位置與設備基礎螺栓孔的尺寸是否一致。
(3)安裝機架前，在機架與混凝土基礎之間墊以硬質方木或橡膠板，用以減小破碎機傳遞給基礎的振動負荷。然后，安放破碎機的底架并找正，用螺母擰在地腳螺栓上固定緊。
(4)安裝主動破碎輥，用螺栓固定軸承座。
(5)安裝從動齒輥移動架，然后將從動破碎輥軸承座放置在導向滑軌上。根據要求的排料粒度大小，選擇適當的墊片數量墊在移動軸承座的前面。
(6)擰緊絲桿螺母，正確調節(jié)液壓缸的預壓力。一方面氣液緩沖缸的預壓力應能壓緊破碎輥，保證均勻地破碎物料；另一方面在破碎機落人過硬的物料時，又有足夠的作用力推開破碎輥，以擴大排料口，排除礦物。
(7)變更破碎物料的強度、粒度或破碎比時，應重新調定緩沖缸的氮氣壓力。壓力的大小以滿足破碎輥壓緊力的需要為適度。過大的壓緊力會促使機件磨損加快和功率消耗增大。過小的壓緊力又將使破碎產物的超粒增多，并使括動破碎輥呈現頻繁的振跳現象。緩沖缸氮氣壓力的使用范圍為l.5～4 MPa。
(8)移動架上左右兩組氣液缸的壓縮度應該一致，其允許誤差不得超過±2 mm。
(9)為了得到均勻的、近似立方體的產品，在安裝時必須注意調整好輥齒的位置，使一個破碎輥的齒牙置于另一破碎輥的四個齒牙中間。也就是說，使之處于另一齒輥4個齒牙對角線的交點上。
(10)齒輥安裝后，兩齒輥不應有軸向串動。
(11)安裝后的固定軸承平不平行度不應大于o．5／]000。
(12)兩V帶輪軸的不平行度不大于0.5/1000，