單筒冷卻機傳動裝置設計,冷卻,傳動,裝置,設計 南通職業(yè)大學 08 屆畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 李玉強 所學專業(yè) 機電國貿(mào) 班 級 機外041 課題名稱 單筒冷卻機傳動裝置設計 工作內(nèi)容 （應完成的設計內(nèi)容、論文內(nèi)容） 1、傳動裝置設計總圖---------------------1張 2、傳動裝置零件圖-----------------------若干張 3、設計說明書-------------------------- 1份 4、翻譯一份本專業(yè)的外文資料； 5、盡量用AutoCAD等計算機繪圖軟件出圖。 工作要求 （設計應達到的性能、指標，論文質(zhì)量要求） 1、查閱、了解市場上單筒冷卻機的使用情況和工作原理。 2、設計的傳動裝置應滿足冷卻機的工作要求，結(jié)構(gòu)合理，性能可靠。 3、設計說明書內(nèi)容完整、正確。 4、英文資料翻譯語句通順、用詞恰當。 5、所有設計文件用電腦打印。 主要參考 資料 1、冷卻機相關資料 2、機械設計教材 3、機械設計手冊 4、機械工程及自動化簡明設計手冊 5、機械制圖教材 工作進度 要求 12.11～12.15 了解、熟悉設計要求，查閱、調(diào)研設計相關資料； 12.16～1.13 選擇并確定設計方案，計算、設計、繪制底稿圖； 1.14～1.19 完成底稿圖、整理說明書等；1.20～1. 21 初步審稿； 2.25～4.30完善和頂崗實習；5.1-5.15 審稿，指導答辯。 課題組 其他成員 指導教師 （簽名） 鄒建榮 教研室主任 （簽名） 部門批準 （蓋章） 簽發(fā)日期 注：本任務書一式三份，由指導教師填寫，教研室主任審核，系部批準后下發(fā)；學生、指導教師、系部各一份。 南通職業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 課題： 單筒冷卻機傳動裝置設計 系 科： 機械工程系 專 業(yè)： 機電一體化/工業(yè)外貿(mào) 班 級： 機 外 041 姓 名： 李 玉 強 指導教師： 鄒 建 榮 完成日期： 2008.5.9 畢業(yè)設計說明書 單筒冷卻機傳動裝置設計 摘 要：冷卻機用于冷卻燒出的高溫熟料。通過將物料在筒體中回轉(zhuǎn)前進與對流冷 風產(chǎn)生熱交換，達到冷卻的目的。本課題研究的主要內(nèi)容包括主傳動和輔助傳動功 率的設計計算；大齒圈和小齒輪副設計；減速裝置的選擇設計；齒輪軸設計；齒輪 與軸的強度校核；相關傳動裝置的結(jié)構(gòu)設計。在本課題中交流電動機改為直流調(diào)速 電動機，看火工可以根據(jù)窯況、料層的厚薄以及二次風的溫度進行手動調(diào)節(jié)單筒冷 卻機的轉(zhuǎn)速以求獲得合理的工況, 為看火操作創(chuàng)造了有利條件。加強大小齒輪罩殼 的密封，保持潤滑油的清潔。在運行到 800r/min 以上還沒有引發(fā)共振時快速提速 到 900r/min；檢查調(diào)整好小齒輪和齒圈的間隙,平時加強系統(tǒng)維護,盡可能減少嚙合 沖擊力,檢查齒輪面并清洗換面。冷卻機中部直徑大,可大大增加冷卻容積;加以適 當?shù)闹麟姍C使冷卻機體轉(zhuǎn)動加快,使熟料與空氣得以充分熱傳遞。這個課題充分考 察了 4000t/d 冷卻機傳動裝置設計的可行性，是對大產(chǎn)量冷卻機傳動的可靠性的設 計。 關鍵詞：冷卻機；傳動；齒輪組；齒輪罩 畢業(yè)設計說明書 1 Design of the Gearing of the Cooling Machine Abstract: Cooling machine is used for cooling the high temperature chamotte. Material in the cooling m阿chine exchanges heat with convective cold blast when it is advance reelingly. The research mainly consists of the design of the main device , accessory drive , big Gear and small gear, deceleration devices, gear shaft , gear shaft strength check-up and something else.In the topic,alternating current motor is instead of direct current speed regulating motor. Workers can adjust single-speed of cooling machine to a reasonable working under the conditions of the fire kiln, the thick layers and the secondary air temperature .It creates a favorable operating condition .To strengthen the size of the sealed gear and maintain the cleanliness of lubricants , is necessary. In operation to 800 r/min ,more resonance had not been triggered when accelerating to 900 r/min rapidly. Examining and adjusting small gear and big gear is in an effort to strengthen the system in peacetime maintenance .To minimize the impact of meshing and gear check for surface and surface cleaning .The created Cooler Central diameter , can be greatly increased cooling capacity. It will be appropriate to turn the main motor rotation speed up at the cooling body so that clinker and the air is full of heat transfer. This issue fully investigated the feasibility of 4000 t / d cooling Drive, is the design of the large cooling machine’s transmission reliability . Key word: Cooling machine; Drive; Gear; Gear enclosures. 畢業(yè)設計說明書 目 錄 1 前 言 .................................................................1 2 冷卻機傳動設計 .......................................................2 2.1 單筒冷卻機的發(fā)展概況及現(xiàn)狀 ..........................................2 2.2 傳動方案的設計 ......................................................2 2.2.1 傳動方式 ..........................................................2 2.2.2 傳動特點 ..........................................................3 3 傳動裝置總體設計 .....................................................3 3.1 傳動功率計算 ........................................................4 3.1.1 主傳動電機功率 ....................................................4 3.1.2 輔助傳動電機功率 ..................................................8 3.2 大齒圈與小齒輪設計 ..................................................9 3.2.1 速比分配 ..........................................................9 3.2.2 齒輪材料 .........................................................10 3.2.3 齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) .....................................................10 3.3 齒輪強度校核 ......................................................10 3.3.1 按齒面接觸疲勞強度設計 ..........................................10 3.3.2 校核齒根彎曲疲勞強度 ............................................13 3.4 減速器的選型 .......................................................13 3.4.1 聯(lián)軸器的選擇 .....................................................13 4 其他零件 的設計 ......................................................13 4.1 齒輪軸的設計 ......................................................14 4.1.1 軸的材料及熱處理 ................................................14 4.1.2 軸尺寸設計 ......................................................14 4.1.3 軸上零件的周向固定 ..............................................19 4.1.4 軸上倒角及圓角 ...................................................19 4.2 小齒輪傳動軸承的潤滑 ...............................................19 4.2.1 潤滑的作用，大致可歸納如下幾點： ................................19 4.2.2 軸承的潤滑方式 ...................................................19 4.2.3 大小齒輪的潤滑 ...................................................20 4.2.4 其他方面 .........................................................20 5 結(jié) 論 ...............................................................20 參考文獻 ..............................................................21 致 謝 .................................................................22 附 錄 .................................................................23 畢業(yè)設計說明書 1 1 前 言 本課題是 4000t/d 冷卻機的設計，課題來源：江蘇鵬飛集團；本課題由 3 人進 行，本人負責傳動裝置的設計。傳動裝置是冷卻機的重要組成部分之一。在傳動設 計中,必須對防雨,防塵,隔熱和散熱,以及潤滑等方面采取可能完善的措施,為連續(xù) 安全運轉(zhuǎn)創(chuàng)造有利條件。主電機應配有測速發(fā)電機,經(jīng)常監(jiān)測和顯示窯速,保證精度。 冷卻機筒體進出口都有高溫氣體和熾熱的物料通過,這決定了只能采用周邊傳動的 方式。傳動裝置一般安裝在接近筒體中部的托輪基礎上,以減少末端輪帶和托輪中 心之間考慮膨脹的偏離量,并減輕筒體所受扭矩,這些設計原則對長冷卻機尤為重要。 為避開溫度高的燒成帶,傳動裝置通常安裝在窯尾第一檔基礎上。為了保證冷卻機 的長期安全運轉(zhuǎn)，除了要求筒體直而圓和支承裝置可靠外，傳動平穩(wěn)可靠也很重要。 如果傳動不穩(wěn)，使筒體產(chǎn)生振動，易使耐火磚脫落，直接影響筒體的直和圓和支承 裝置的堅固性。在安裝傳動裝置是要考慮以下幾點因素:主減速機與小齒輪的同軸 度；大齒圈與小齒輪的齒側(cè)間隙與齒頂間隙；大齒圈與小齒輪的接觸點 [6]。 本課題擬解決的問題：原單筒冷卻機的傳動裝置采用交流電動機，轉(zhuǎn)速不可調(diào)， 始終以全速運轉(zhuǎn)。在產(chǎn)量低時，冷卻機內(nèi)料層薄，不利于二次風溫的提取，給窯頭 操作造成了困難。單筒冷卻機工作環(huán)境較差，粉塵濃度一般都很高，如果大小齒輪 罩殼密封不良，就會滲入大量粉塵，使?jié)櫥筒荒鼙３謶械那鍧?，勢必加劇大?齒輪的磨損，使其壽命大大縮短。主電機運轉(zhuǎn)到 800—900r/min 之間的某段轉(zhuǎn)速時,冷 卻機出現(xiàn)強烈振動,但主電機繼續(xù)提速到 900r/min 以上時,機組又趨于平衡。4000 噸熟料冷卻需要筒體直徑大,筒體長會影響單筒冷卻的冷卻效率。 解決方案及預期效果：將交流電動機改為直流調(diào)速電動機，看火工可以根據(jù)窯 況、料層的厚薄以及二次風的溫度進行手動調(diào)節(jié)單筒冷卻機的轉(zhuǎn)速以求獲得合理的 工況, 為看火操作創(chuàng)造了有利條件。加強大小齒輪罩殼的密封，保持潤滑油的清潔。 在運行到 800r/min 以上還沒有引發(fā)共振時快速提速到 900r/min；檢查調(diào)整好小齒 輪和齒圈的間隙,平時加強系統(tǒng)維護,盡可能減少嚙合沖擊力,檢查齒輪面并清洗換面。 冷卻機中部直徑大,可大大增加冷卻容積;加以適當?shù)闹麟姍C使冷卻機體轉(zhuǎn)動加快,使 熟料與空氣得以充分熱傳遞。這樣做可以提高冷卻機效率，并保持冷卻機平穩(wěn)運行。 單筒冷卻機傳動裝置設計 2 2 冷卻機傳動設計 2.1.單筒冷卻機的發(fā)展概況及現(xiàn)狀 單筒冷卻機在水泥工業(yè)中應用歷史最為悠久。過去都應用在濕法、半干法、干 法長窯和中小型預熱器窯上。 單筒冷卻機具有設備簡單、運轉(zhuǎn)率高、動力消耗高、適用范圍廣、工藝布置靈 活、操作容易、維護方便、沒有廢氣排放（不需設收塵器） 、投資省的優(yōu)點。理應 得到大力推廣使用，尤其是中小型回轉(zhuǎn)窯的新建或改造它應是設備的最佳選擇。但 是國內(nèi)老式單筒冷卻機存在揚料板壽命短，筒體散熱損失大，出料溫度高，熱效率 低等問題。因此，當前新建廠尤其是大中型新型干法廠很少采用。通過分析國外單 筒冷卻機主要參數(shù)和筒內(nèi)冷卻裝置后 ，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)單筒冷卻機存在很多不合理的地 方，如筒體長徑比偏小、容積負荷偏大、冷卻裝置結(jié)構(gòu)不合理等。 在國內(nèi)，單筒冷卻機較多地用于日產(chǎn) 1000t 以下的水泥熟料生產(chǎn)線，但在設備 大型化過程中因受到熱交換速率低等問題的制約，如熟料得不到應有的冷卻，出機 熟料溫度高，入窯二次風溫度偏低，筒體直徑超過窯直徑等，未能得到發(fā)展，而這 些問題在設備規(guī)格較小時，由于筒體散熱較大則可得到某種程度的緩解。在國外， 單筒冷卻機雖有用于日產(chǎn) 4000t 水泥熟料大型預分解窯生產(chǎn)線上的，但同樣受到以 上問題的困擾，所占冷卻機市場份額僅為 5%左右，而且 90 年代以來新型蓖式冷卻 機幾乎完全取代了其它形式的冷卻機。隨著近年來單筒冷卻機內(nèi)部新型高效揚料裝 置的開發(fā)成功和內(nèi)部耐火隔熱材料的不斷改善，單筒冷卻機的熱交換效率得到很大 提高；增強了單筒冷卻機對蓖式冷卻機的競爭能力。國外已經(jīng)出現(xiàn)了與 2000～3700t/d 配套的大型單筒冷卻機，甚至出現(xiàn)了規(guī)格為 φ6.0/6.5×52m 單筒冷卻 機，其產(chǎn)量為 4500t/d。 本課題研究的主要內(nèi)容包括主傳動和輔助傳動功率的設計計算；大齒圈和小齒 輪副設計；減速裝置的選擇設計；相關傳動裝置的結(jié)構(gòu)設計。 2.2 傳動方案的設計 2.2.1 傳動方式 單筒冷卻機傳動，主要分為兩大類：機械傳動和液壓傳動。機械傳動又可分為 單傳動和雙傳動。目前絕大多數(shù)為機械傳動。因為液壓傳動裝置的零部件制造加工 復雜，配合精度要求高，使用材料及油液價格較貴，容易產(chǎn)生漏油；維修技術水平 要求較高，維修工作量較大；如維修或配件供應不及時，會使工作效率下降，影響 筒體轉(zhuǎn)速。 本課題使用機械傳動，如 2-1 圖所示，由電機 1 通過減速機 2 帶動小齒輪 3 傳 畢業(yè)設計說明書 3 動。 圖 2-1 單筒冷卻機傳動裝置 2.2.2 傳動特點 根據(jù)筒體運轉(zhuǎn)特點，傳動裝置的電機應滿足下述要求： a.傳動比大； b.要求平滑無級調(diào)速，且調(diào)速范圍為 1:3～1:4； c.起動轉(zhuǎn)矩大； d.設有輔助傳動裝置。 我們采用直流電動機，它的調(diào)速范圍廣，可實現(xiàn)平滑無級調(diào)速，起動平穩(wěn)，起 動性能好，有利于實現(xiàn)自動化操作。當采用可控硅整流、直流電機調(diào)速系統(tǒng)時，其 調(diào)速范圍可達 1：10 以上，且起動快，維修量小。 單筒冷卻機傳動裝置設計 4 3.傳動裝置總體設計 3.1 傳動功率計算 3.1.1 主傳動電機功率 正常運轉(zhuǎn)的單筒冷卻機，其功率包括提升物料到規(guī)定高度的負荷率和克服支承 裝置、密封裝置、傳動裝置摩擦的功率。 筒體運轉(zhuǎn)所必需的功率 [9]為： N = （3-1）eη 21? 式中：N ——負荷功率；1 N ——克服支承裝置等摩擦的功率；2 η——總傳動效率，考慮各級傳動裝置中摩擦所消耗的功率。 A.負荷功率 N 計算1 當筒體運轉(zhuǎn)時，物料在摩擦力作用下，與筒壁一起慢慢升起。當轉(zhuǎn)到料層表面 與水平夾角等于或略大于物料休止角 θ 時，則物料顆粒沿其料層表面滑落下來； 又因筒體是傾斜布置的，故物料在筒中，還沿軸向翻滾前進。 如圖 3-1 所示，物料處于筒體中心垂線的一側(cè)，G 為物料重量，作用在弓形m 面積的重心 a 上，因此物料產(chǎn)生與筒體回轉(zhuǎn)方向相反的力矩。要將物料提升到一定 高度，達到沿周向翻滾和沿軸向輸送物料的目的，就必須克服由物料重量 G 引起m 的反轉(zhuǎn)力矩，這就是冷卻機消耗的有效功率。 提升物料的有效功率為： N = G v (3-2)1m0 筒內(nèi)物料總重量 G 為： G = F L r (3-3) n1i??i 式中：F ——筒體各段物料所占弓形面積，m ；i 2 L ——筒體各段與 F 相應的有效長度，m；i i ——物料容量，KN/m 。mr3 畢業(yè)設計說明書 5 ωθθθ α 圖 3-1 有效功率分析 物料弓形斷面重心 a 點出線速度 v （m/s）的垂直分量為：a v = v sinθ=R ωsinθ00 = R sinθ (3-4)3nπ 式中：n——筒體轉(zhuǎn)速，r/min； θ——物料休止角，度； R ——弓形截面重心到筒體中心的距離，m 。0 根據(jù)幾何知識可知： R = (3-5)032Fα 3sin 式中：R——筒體凈空半徑，m。 α——弓形的弦所對應中心角的一半，度； F——物料所占的弓形面積，m 。2 α 角可由下式求出： F= （ -sin2α） (3-6)п2180π α 又 F= ЛR (3-7)? 則 = （ -sin2α） (3-8)Л 1π α 為了計算方便，可以從文獻 [7]表 3-1 查得 α 值。 單筒冷卻機傳動裝置設計 6 表 3-1 斜度、填充率和 α 角的關系 筒體斜度 3.0% 3.5% 4.0% 4.5% 填充率 0.12 0.11 0.10 0.09 α 角 50° 48° 46° 44° 注：α 角為筒內(nèi)物料弓形端面積所對中心角的一半。 得 α=46° 把式（3-3） 、 （3-4） 、 （3-5）代入式（3-2） ，得： N =0.00873n D l sinθsin α （3-9）1 ni1??3i3 當筒體凈空直徑相同時 N =0.00873nD L r sinθsin α （3-10）13m3 式中：L——筒體總有效長度，m； r ——物料的容重； 對水泥干生料 r =12kN/m ；水泥生料漿 r =16Kn/m ；水泥熟料m3m3 r =14.5kN/m ；m3 θ——物料的自然休止角； 水泥熟料 θ=35°。 得： N = 0.00873nD L r sinθsin α13m3 =0.00873×3×5.6 ×70×14.5×sin35°×sin46° =343.95（KW） B.摩擦功率 N 計算2 摩擦功率主要消耗在以下三個方面： a.支承裝置的摩擦消耗：主要包括托輪軸與軸承之間的滑動摩擦及輪 帶與托帶間的滾動摩擦； b.傳動裝置的摩擦消耗； c.密封裝置中密封件之間的摩擦消耗。 但其中最主要的是托輪軸與軸承之間的滑動摩擦消耗，而輪帶與托輪的摩擦消 耗以及密封件之間的摩擦消耗與前者比較是很小的，可忽略不計。傳動裝置的摩擦 消耗可用傳動效率來表達。現(xiàn)在只考慮第一項消耗的前提下，來推導摩擦功率消耗 的公式。 由輪帶的摩擦可知，摩擦功率為： N =2 S fv （3-11）2 ni1??i 式中： S ——作用在某擋輪上的壓力，KN；i v ——某擋輪軸頸的軸圓周線速度，m/s； f——托輪軸與軸承的摩擦系數(shù)； 一般?。合櫥?f=0.018，干潤滑油 f=0.06，滾動軸承 f=0.005～0.01。 畢業(yè)設計說明書 7 根據(jù)式 S= = k 可知：αcos2Q3 S = = （3-12）i?0sIiQ 某擋輪軸頸的圓周速度（m/s）為： v = × = （n ）i602inπ eid2π Dtir2eid = （3-13）π tier 式中：Q ——某托輪支點反力和輪帶自重，KN；i D ——某擋輪帶的外直徑，m；r D ——某擋托輪直徑，m；ti d ——某擋托輪軸頸直徑，m。e 將式（3-12） 、 （3-13）代人式（3-11） ，得： N =0.0605nf （3-14）2 ni1??tierDdQ 當各檔 D /D 相同時，則：rit N =0.0605nfQ d （3-15）2tre 式中：Q——筒體回轉(zhuǎn)部分總重，kN。 將式（3-10） 、 （3-15）代人式（3-11） ，得： N = （3-16）eη 1 ???????dD 065.sin0873. etr3fQLrnDmαθ 式（3-16）中，由于 θ、α 及 f 所取數(shù)值與實際情況的出入，如物料休止角 θ，在筒中各帶中是不同的。在干燥帶、分解帶、 ，由于從物料中析出水蒸氣幾二 氧化碳氣體，使物料呈流態(tài)化，此時 θ 值較燒成帶 θ 值小的多。故式（3-16）計 算結(jié)果，誤差較大。 為了應用式（3-16）時有所比較，先推薦“水泥工業(yè)設計院”建立在統(tǒng)計分析 基礎上的經(jīng)驗公式如下，以供參考。 單筒冷卻機所需要的功率（kW）為： N =K （D-2 ） Ln （3-17）ec?5.2 式中：D——筒體直徑，m； ——鋼板平均厚度，m；? 單筒冷卻機傳動裝置設計 8 L——筒長，m； n——筒體最高轉(zhuǎn)速，r/min； K ——系數(shù)，干法或濕法窯取 K =0.048～0.056；立波爾窯或懸浮預熱窯c c 取 K =0.045～0.048。 得： N =K （D-2 ） Ln （3-18）ec?5.2 =（0.048～0.056）×（5.6-2×0.18） ×70×35.2 =（633.6～739.1）(kW) C.電機功率 N（KW） 式（3-16） 、 （3-17）兩式為單筒冷卻機所需的功率，而實際選用的電機功率為： N =KN （3-19）me 式中：K——儲備系數(shù)，可取 K=1.15～1.35。 N =1.2×739.1m = 886.98(KW) 考慮筒體內(nèi)異常情況及筒體中心線彎曲及托輪調(diào)整不當?shù)仁构β试黾拥囊蛩兀?選取主電機額定功率要留有較大余地。所以取電機功率 N =900kW。m 由 SIMENS 電動異步電機查得電動機各技術參數(shù)，選取 1LA4500-8 型號電動機， 電動機的技術參數(shù)見表 3-2。 表 3-2 ZSN4-315-12 電機的技術參數(shù) 型 號 1LA4500-8 額 定 功 率 900 額 定 轉(zhuǎn) 速 750r/min 額 定 電 壓 690 額 定 電 流 970A 調(diào) 速 范 圍 750r/min 3.1.2 輔助傳動電機功率 從（3-16）和（3-17）兩式中可知：單筒冷卻機所需的功率與其轉(zhuǎn)速 n 成正比。 按理輔助傳動電機功率也可以分別用上面兩式計算，但實際上是不適宜的。首先， 因為輔助傳動時，筒體轉(zhuǎn)速極慢，每小時僅幾轉(zhuǎn)。在這樣極低速度運轉(zhuǎn)時，托輪軸 承內(nèi)不能形成潤滑油膜，所以使摩擦系數(shù)增大，摩擦消耗功率增大；其次，物料在 窯內(nèi)的運動情況也有變化，使輔助傳動功率增大；再者，一般輔助電機采用起動轉(zhuǎn) 矩較小的鼠籠型電機，也需要增大電機的容量。因此，輔助傳動電機功率 N （kW）可按下式計算：f 畢業(yè)設計說明書 9 N =K N [6] （3-ffenf 20） 式中：N ——主電機功率，kW；e n ——輔助電機傳動時，筒窯體的轉(zhuǎn)速，r/min；f n ——主電機傳動時，筒體的轉(zhuǎn)速，r/min； K ——系數(shù)，按統(tǒng)計一般取 1.6～2。 f N =（1.6～2）×（633～739）*0.15/3 f =（50.64～73.9）(kW) 根據(jù)計算結(jié)果，選擇 N =90KW，由[3]第五卷 P22-38 表 22-1-15 查得電動機各f 技術參數(shù)，選取 Y315L-8 型號電動機，電動機的技術參數(shù)見表 3-3。 表 3-3 輔助電動機型號及技術參數(shù) 型 號 Y315L-8 額 定 功 率 90KW 額 定 轉(zhuǎn) 速 750r/min 額 定 電 壓 380V 通過對正常運轉(zhuǎn)的電機進行實測，得知：單筒冷卻機運轉(zhuǎn)時的實際功率消耗僅 為電機銘牌功率的 1/2～1/3 左右。但是冷卻機在起動時，卻需要很大的功率，因 為起動時要克服筒體回轉(zhuǎn)部分的慣性力、托輪軸頸與軸瓦間的摩擦力矩（此時，托 輪軸頸與軸瓦之間沒有潤滑油，所以摩擦系數(shù)很大） ，有時起動前筒內(nèi)已經(jīng)存有物 料，故單筒冷卻機是一種要求起動轉(zhuǎn)矩大的設備。目前，有些廠采用滾動軸承來代 替滑動軸承，對降低起動轉(zhuǎn)矩，無疑是合理的。同時，在選擇電機容量時，也要考 慮到電機的起動特性。在此，再次指出式（3-16） 、 （3-17）是僅供選擇電動機容量 之用，并不表示筒體實際運轉(zhuǎn)功率消耗。 實際生產(chǎn)中，影響筒體功率消耗的因素是很多的，除與筒體內(nèi)物料運動情況有 關外，還與安裝、調(diào)整、傳動效率有關。如果筒體物料冷卻量穩(wěn)定不變而功率仍有 所增加，其主要原因可能有以下幾點： a.由于托輪安裝的高度誤差和水平誤差，造成各支點受力分布不均勻，致使筒 體徑向變形增大。同時使托輪軸承磨損不均，這不僅要增加功率消耗，而且影響運 轉(zhuǎn)率。 b.由于筒體段節(jié)接口不規(guī)則，筒體因受熱不均勻而產(chǎn)生的熱變形以及基礎下沉 不均等原因，造成筒體彎曲，從而產(chǎn)生了附加力矩，促使功率消耗增大。 c.托輪軸中心線對筒體體軸線嚴重歪斜，引起輪帶與托輪表面滑動，使軸向推 力增加，造成托輪上止推環(huán)與止推軸瓦間的摩擦力矩增大。 d.由于運轉(zhuǎn)中托輪調(diào)整不當，使筒體體壓在擋輪上的推力過大，導致?lián)踺喼械?摩擦力矩增大。 單筒冷卻機傳動裝置設計 10 3.2 大齒圈與小齒輪設計 3.2.1 速比分配 由電機轉(zhuǎn)速和筒體的工作轉(zhuǎn)速可確定總速比 i=250。當傳動方案確定后，應對 各級速比的分配進行比較，然后選定最佳方案。冷卻機的大小齒輪速比 i=5～8，甚 至可達 9～11?？紤]到小齒輪齒數(shù)奇數(shù)，大齒圈的齒數(shù) Z 為四的倍數(shù)，Z =i×Z221 本設計冷卻機的大小齒輪速比為： i=8 3.2.2 齒輪材料 大齒圈轉(zhuǎn)速 3 轉(zhuǎn)/分，小齒輪轉(zhuǎn)速 24 轉(zhuǎn)/分；功率為 900 千瓦。大齒圈材料為 ZG310-570，正火，HB=163～187。小齒輪為 55 號鍛鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度不低 201 HB。為使一對齒輪更好地跑合，并保證兩者的磨損程度相近，應使小齒輪面高于大 齒圈的齒面硬度 40～70HB。 3.2.3 齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) A．大齒圈分度圓直徑 [6]d f d =（1.6～1.8）Df 式中： D——筒體直徑。 d =（1.6～1.8）×5.6f =（8.96～10.08）(m) 考慮以下因素： a．齒圈與筒體間留有足夠空間，以便彈簧板的安裝； b．便于起吊減速機上蓋； c．適當加大其分度圓直徑可減小大齒圈的圓周力。 所以取： d ＝9200 (mm)f B．齒數(shù) 小齒輪的齒數(shù) Z =17～23，優(yōu)先采用奇數(shù)。為了便于安裝和運輸，大齒輪分為1 兩半，用螺栓連接，則大齒圈的齒數(shù) Z 為四的倍數(shù)。2 小齒輪的齒數(shù) Z =23，大齒輪的齒數(shù) Z =i×Z ＝8×23＝1841 1 C．模數(shù) m 初定 d 后，選取模數(shù)趨向于“小模數(shù)、多齒數(shù)”的設計觀點。因為模數(shù)小，f 可使大齒圈的質(zhì)量小；齒數(shù)多，可使重疊系數(shù)大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。此外，大小齒輪的速 比大，利于減速機選型。通常取 m=20～50，m =65ax 所以取 m= d / Z =9200/184= 50f2 畢業(yè)設計說明書 11 D.齒形 采用壓力角為 20°的標準或修正漸開線直齒輪 3.3 齒輪強度校核 3.3.1 按齒面接觸疲勞強度設計 [16] (3-21)uKTZddHEt 12)(1 ????? 式中 —小齒輪分度圓直徑，mm；td1 —節(jié)點區(qū)域系數(shù)；HZ —材料系數(shù)，單位為 ；EMPa —重合度系數(shù)，一般可取 =0.85～0.92；? ?Z —許用接觸疲勞應力，單位為 Mpa；H? —齒寬系數(shù)，其 = =0.5～0.85；取 0.8d?d?12/B K—載荷系數(shù)； —小齒輪的轉(zhuǎn)矩；1T u—齒數(shù)比。 小齒輪轉(zhuǎn)矩： =9.55× （3-1T60nP 22） =9.55× ×900/246 =9.55× ×37.510 =3.58× (N·mm)8 安全系數(shù)由[16]表 9.15 查得 1.25（按 1％失效概率考慮） 。?FS 應力循環(huán)次數(shù)： （3-atnN160 23） =60×24×（1×300×24） =1.04× 7 式中 —齒輪轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；1n 單筒冷卻機傳動裝置設計 12 a—齒輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輪齒同側(cè)齒面嚙合次數(shù)； t—齒輪傳動的總工作時間，單位為 h，以每年 300 天 24 小時工作計算。 查[16]選取材料接觸疲勞極限應力為 ，480lim1?H?410lim2?H 選取材料彎曲疲勞極限應力為 ，2liFli2F （3-24）6712 3././ ???uN 由[16]圖 9.59 查得壽命系數(shù) 01,952?NY 接觸疲勞壽命系數(shù)為 ，8.1NZ. 接觸疲勞安全系數(shù)為 minHS 彎曲疲勞安全系數(shù)為 4.i?F 試驗齒輪的應力修正系數(shù)為 =2.0STY 試取 8.1?tK 許用接觸應力和許用彎曲應力： （3-)(4.5618.40][1minl1 MPaZSNH???? 25） （3-)(2.9.1][2minl2NH 26） （3-)(3805.4.80][1minl21 MPaYSNF???? 27） （3-)(425.91..12][2minl2NF 28） ：得代 入 )213(? )(9.10488.03512)4590.128(31 mdt ?????? 畢業(yè)設計說明書 13 (m/s) （3-307.1609421.30611 ????ndVt? 29） /100=0.30(m/s) （3-1ZV 30） 選取 ， ， ，1.?VK75.A02.??K1? （3-VA 31） 得： (mm) (3-32)3.10735.81231??tt dd (3-33))(8.462/./ mZm50經(jīng) 圓 整 取 3.3.2 校核齒根彎曲疲勞強度 外齒輪的復合齒形系數(shù)為 ;8.31?FSY95.2FS 重合度系數(shù) =0.7?Y (3-34)7.083528.0121311 ?????mZKTFSdF )(4][06.71MPaPa???? (3-35)][8.7.39.2212 FFSFY??? 故滿足要求。 3.4 減速器的選型 高速軸許用功率： P=900 0.95=855kw? 參照文獻[3]主減速器型號：ZSY500-31.5，輸入轉(zhuǎn)速 750r/min, 速比 31.5。 高速軸為雙軸伸，與低速軸同一側(cè)軸伸 260mm。 參照文獻[3]選輔助減速器型號：ZLY224-18 輸入轉(zhuǎn)速 750r/min,速比 18。 3.4.1 聯(lián)軸器的選擇 由傳遞力矩： 單筒冷卻機傳動裝置設計 14 T=9.55× ×p/n=9.55× ×900/750=1.146× (N·mm) (3-36)610610710 根據(jù)電動機軸大小和傳遞力矩得： a.電動機與減速器之間的聯(lián)軸器：TL10 彈性聯(lián)軸器 工作條件：多塵，振動不大，低速軸傳動參考實際廠家的經(jīng)驗。故采用膠塊聯(lián) 軸器。 b.減速器與小齒輪之間的聯(lián)軸器：膜片聯(lián)軸器 c.輔助電動機與減速器之間的聯(lián)軸器：斜齒聯(lián)軸器 ZLL2 工作條件：載荷大，沖擊，需正反轉(zhuǎn)，電機與減速器之間轉(zhuǎn)速效率高。故選用 彈性柱銷聯(lián)軸器。因為它彈性好，能緩和一部分沖擊，補償少量徑向偏差。 4 其他零件的設計 4.1 齒輪軸的設計 4.1.1 軸的材料及熱處理 由于設計是傳遞的功率不是太大，對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇常用材 料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 4.1.2 軸尺寸設計 A.初估軸徑 按扭矩初估軸的直徑，查表 10-2，得 C=106-107，考慮倒安裝皮帶輪僅受扭矩 作用，取 C=107，則 (4-1)3minPCd? 式中：C——由軸承的材料和承載情況所確定的常數(shù)； P——軸的輸出功率，KW； n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min. 各參數(shù)值為 C=107、P=900KW、n=24r/min，則 =358.14(mm)3minPCd? B.各段直徑的確定 如圖 4-1，從左向右 6 段。軸段①的直徑就是 d ,考慮到軸段①上安裝聯(lián)軸器,因min 此,軸段①的直徑的確定應與聯(lián)軸器型號的確定同時進行。這次設計選用的是 ZL20 型聯(lián)軸器。故取軸段 1 的直徑 d1＝420mm。軸段上安裝軸承，其直徑應既便于軸承 安裝，又應符合軸承內(nèi)徑系列，即軸段 2 的直徑應與軸承的選擇同時進行，取 d2＝440mm。通常同一根軸上的兩個軸承取相同型號，故軸段 6 的直徑 d6＝440mm。 軸段④上安裝齒輪，為了便于安裝，d 應略大于 d ，取43 d4＝480mm。d ＝d3＝460mm。5 畢業(yè)設計說明書 15 C.各軸段長度的確定 各軸段①的長度根據(jù)聯(lián)軸器深度，查表得 l ＝540mm。該齒輪用膨脹螺栓固定，1 所以無鍵槽，根據(jù)小齒輪齒寬 920mm，故取 l ＝950mm.L2 和 L6 根據(jù)軸承大小，確4 定長度 260mm。L3,L5 段取 300mm。 以上各軸段的長度主要根據(jù)軸上零件的轂長或軸上的零件配合部分的長度確定。 另外，也要根據(jù)機體及軸承蓋等零件有關。本設計中，綜合考慮機體、轉(zhuǎn)子、襯板、 軸承座等因素的影響后，軸的具體設計尺寸如圖 4-1 所示： 圖 4-1 軸的結(jié)構(gòu)尺寸 D、軸的強度計算 ??2 1）. 軸的受力分析 a. 畫軸的受力簡圖 單筒冷卻機傳動裝置設計 16 圖 4-2 小齒輪軸所受載荷示意圖以及它分析示意圖 a.軸上的反力和彎矩 由所確定的軸的結(jié)構(gòu)圖確定出支梁的支撐距離 [ [ [ mL40]1?mL75]2?mL75]3? 小齒輪受力分解為圓周力 Ft，徑向力 Fr，軸向力 Fa。然后全部轉(zhuǎn)動軸上, 將其分解為水平力和垂直力。 齒輪上的圓周力(圖 4-2d) (4-2))(102.6150.835.0/ 5NNdTFt ????? 徑向力(圖 4-2 d ) (4-3))(.25tgr?? 軸向力 (4-4)oFta??? 因為直齒圓柱齒輪 =0 ?F 軸上的負荷(圖 4-2) (4-5))(10.32/51 NFRtH?? 畢業(yè)設計說明書 17 (4-6))(1035.27102.621 85 mNLFMtH ?????? (4-7)6.521RrV (4-8))(.83. 75? ： 總 彎 矩 (4-9)m）NMVH ????????? (104.)103.8()1074.( 82722 ： 扭 矩 5mNT? ： 計 算 扭 矩 (4-10)22)9.0(TMca?? 288)105.314. ?? 562)(mN? 2）. 的 強 度按 彎 扭 合 成 應 力 校 核 軸 強 度即 危 險 剖 面剖 面大 承 受 最 大 計 量 彎 矩 的通 常 只 校 核 軸 上 承 受 最進 行 校 核 時 )(, (4-11))(68.150.21.033MPadMwcacac ????)(6][abca?? 故 安全校 核 精確 軸的疲勞強度校 核 (4-12)maKS????????1 (4-13)mak????1 單筒冷卻機傳動裝置設計 18 (4-14)2??SSca?? 式中 —計算安全系數(shù)；caS —只考慮彎矩時的安全系數(shù)；? —只考慮彎矩時的安全系數(shù)；? 、 —對稱循環(huán)應力時試件材料的彎曲、扭剪疲勞極限；1? 、 —彎曲、扭剪時的有效應力集中系數(shù)；?K 、 —彎曲、扭剪時的絕對尺寸系數(shù)；?? 、 —彎曲、扭剪時的平均應力折算為應力幅的等效系數(shù)；??? 、 —彎曲、扭剪的應力幅；a 、 —彎曲、扭剪的平均應力；m —表面質(zhì)量系數(shù)；? 許用疲勞強度安全系數(shù)。][S 抗彎剖面模量： (4-15)31.0dw? =1.52 （mm ）8?3 抗扭剖面模量： (4-16)32.T （mm ）8104.?3 作用于剖面Ⅵ右側(cè)的彎矩 ：M (4-17)75)(???Tca m) (N104.375 40)18.36.258???? 作用于剖面 6 右側(cè)的扭矩 T N mm8.? 剖面上的彎曲應力： (4-)(2105.438aMPW??? 15) 剖面上的扭轉(zhuǎn)剪應力： 畢業(yè)設計說明書 19 (4-16))(17.04.3/158.8aT MPW???? 剖面上由于軸肩而形成的理論應力為集中系數(shù) 及T?? ；70.1??K.? 絕對尺寸系數(shù) ；60.??.??? 軸是車削加工,表面質(zhì)量系數(shù) 95? 代入式(4-12)得 (4-18)2.06.0713???S 代入式(4-13)得 (4-19)4..95??? 代入式(4-14)得 (4-20)26.34.2.02???????S 顯然 ，故 b—b 截面右側(cè)安全??S? 4.1.3 軸上零件的周向固定 為保證良好對中性,帶輪與軸選用 H7/n6,聯(lián)軸器與軸選用 H7/k6,與軸承內(nèi)圈配 合的軸頸選用 h7。帶輪及聯(lián)軸器均采用 A 型普通平鍵聯(lián)接，分別為鍵 56×32 GB1095—79 及鍵 63×32 GB1096-79。 4.1.4 軸上倒角及圓角 為保證軸承內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面,根據(jù)軸承手冊推薦,取軸肩圓角半徑 為 5mm。為方便加工，其他軸肩圓角半徑均取為 5mm。根據(jù)標準 GB6403.4-1986,軸 的左右倒角均為 5×45°。 4.2 小齒輪傳動軸承的潤滑 冷卻機傳動裝置運轉(zhuǎn)的好壞不僅與結(jié)構(gòu)、加工制造的質(zhì)量和安裝的水平有關， 而且與潤滑和維護也有十分重要的關系。為了減少摩擦、降低磨損速度和提高傳動 效率，必須保證傳動軸承有良好的潤滑，以使提高回轉(zhuǎn)窯的工作效率和使用壽命。 4.2.1 潤滑的作用，大致可歸納如下幾點： a.減小摩擦系數(shù) 在兩摩擦幅之間加入潤滑劑，使之盡可能形成液體摩擦（采用動靜壓軸承或在 單筒冷卻機傳動裝置設計 20 潤滑油中加入添加劑） ，以降低摩擦系數(shù)，減少摩擦阻力，進而節(jié)省功耗。 b.減小磨損 當兩摩擦面完全被一層潤滑油墨隔開時，即可避免兩摩擦面互相擦傷、研 磨磨損和膠合。另外對于小于油膜厚度的粉塵進到軸承中，也不會擦傷摩擦表面。 同時由于潤滑油的保護作用，還可減輕摩擦表面的銹蝕。 c.降低溫度 良好的潤滑能有效地降低兩相互摩擦件之間的摩擦系數(shù)，減少了摩擦功耗，因 而也就減少了發(fā)熱。另一方面當潤滑油流過摩擦面時，帶走了一部分熱量。因此當 需要散熱時，可以通過供給大量的潤滑油的方法，帶走了一部分摩擦產(chǎn)生的熱量或 由其他熱源傳導的熱量。 d.緩和沖擊減輕振動 通過潤滑油的阻尼作用，可將機械振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛鸵褐械哪Σ翢岫⑹У簟?e.清洗摩擦面 當潤滑油流過摩擦表面時，將表面上的雜質(zhì)帶走，起到了清洗表面的作用。通 過以上的分析，潤滑是十分重要的。有很多水泥長的回轉(zhuǎn)窯主軸承，因落入雜質(zhì)或 因潤滑不良而磨損。主軸承一旦發(fā)生損壞，短則要用十幾個小時，長則幾天或十幾 天的時間才能修復，影響了生產(chǎn)。在水泥場中，主軸承燒壞是屬于重大設備事故。 為了解決主軸承潤滑問題，人們一直在尋找一種既簡單又能保證良好潤滑的潤滑方 式和潤滑結(jié)構(gòu)。 4.2.2 軸承的潤滑劑及選擇 小齒輪傳動軸承的潤滑方式很多，從便于維護和保養(yǎng)和簡化密封出發(fā)，絕大多 數(shù)都采用潤滑脂潤滑本設計所采用的潤滑脂潤滑。 潤滑脂的裝入量應適中，不宜過多或太少。過多容易引起軸承發(fā)熱，太少使?jié)?滑效果惡化，軸承容易過早磨損失效。一般情況下，潤滑脂的添加量應保持在軸承 空隙的 1/3～1/2 為一宜。 軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動軸承的主要依據(jù)。本設計中。 軸承主要承受徑向力及轉(zhuǎn)矩，不承受軸向力，且承受較大的載荷和沖擊，因此選用 調(diào)心滾子軸承。 4.2.3 大小齒輪的潤滑 大小齒輪的潤滑采用了最普遍的大齒圈帶油潤滑。就是將大齒圈的輪齒浸入到 油池中一定深度，通過大齒圈的轉(zhuǎn)動把潤滑油帶到齒輪的嚙合處，達到潤滑目的。 為了減少油的攪動和能量損失，輪齒浸入油中的深度不宜過大，一般等于一個齒高 或半個齒高。 4.2.4 其他方面 a．小齒輪應較大齒圈寬，其寬度差應大于筒體的竄動量。本設計大齒輪寬度 為 900mm，小齒輪寬度為 920mm。 b.安裝時，齒頂隙應在 0.25m+（2～3）mm 的范圍內(nèi)（m 為齒輪模數(shù)） ，以適應 畢業(yè)設計說明書 21 齒圈徑向跳動和熱膨脹的需要。本設計齒頂隙為 15mm。 5 結(jié) 論 冷卻機是熟料冷卻的重要裝置，本課題是對冷卻機傳動裝置的設計，由于冷卻 機筒體過熱，轉(zhuǎn)速較慢，提出機械邊緣傳動方案。本課題的設計先機確定冷卻機的 傳動方案，包括傳動方式的確定；其次是傳動部分的設計，包括傳動形式的確定， 電動機，減速器的選型，大小齒輪齒數(shù)的計算、齒形的設計，模數(shù)的計算，小齒輪 軸的設計，聯(lián)軸器的選擇等；然后就是對齒面強度和軸強度校核，大小齒輪、軸、 減速機的潤滑。 設計過程如下：首先確定出主電動機的功率，為主電機選型；根據(jù)主電機確定 輔電機。再確定總傳動比，設計大小齒輪，確定大小齒輪傳動比、齒數(shù)、模數(shù)、校 核。接著根據(jù)傳動比先確定主減速機的傳動比，確定主減速機；根據(jù)主減速機確定 輔助減速機；根據(jù)功率和軸伸尺寸確定聯(lián)軸器。下面設計齒輪軸，確定其結(jié)構(gòu)、尺 寸，再對軸強度進行校核。最后是對大小齒輪、軸等的保養(yǎng)，如何潤滑。 由軸與齒輪的強度校核得出軸和齒輪安全，電動機能適應突發(fā)功率升高，齒輪 設計完全遵照要求，聯(lián)軸器，減速機等按要求選型。此設計可以滿足 4000t/d 冷卻 單筒冷卻機傳動裝置設計 22 機傳動要求。 這次畢業(yè)設計使我將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解。 設計中的錯誤請老師批評指點。 參考文獻 [1] 葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊( 上冊)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001. 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[16] 吳克堅.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2003. 致 謝 一個學期的畢業(yè)設計業(yè)課程已經(jīng)結(jié)束。在這次設計過程中，雖然充滿了困難與 曲折，但我感到受益匪淺。本設計是對我四年來所學知識的一次大檢驗。通過這次 畢業(yè)設計我熟悉了解了建材機械設備的設計制造和應用，掌握了一些生產(chǎn)設備的設 計、選型和計算。從收集資料到分析解決問題，提出觀點，每一步都認真對待同時 使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化 了實際生產(chǎn)中的感性認識。 通過這次畢業(yè)設計，我基本上掌握了了解了水泥的生產(chǎn)流程，對回轉(zhuǎn)窯以及單 筒冷卻機的工作原理以及其工作特性有和全面了解，使我們知道怎樣將生產(chǎn)的問題， 在設計時進行解決，以及讓我了