（兩種原料）二元粉料配料稱量機的設(shè)計說明書,原料,二元,配料,稱量,設(shè)計,說明書,仿單 摘 要 在某中小型化學(xué)工廠生產(chǎn)的工藝流程中，有一道重要工序是“配料稱重”。需要對輸送給混料機的兩種粉狀原料——滑石粉和輕鈣粉按一定的比例稱量，要求配料比例準確，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。由于混料機是連續(xù)不停運轉(zhuǎn)，因而要求連續(xù)供料，所以配料稱量也必須連續(xù)不斷地進行。 過去都是使用人工稱量，用大桶供料，既占用人力，稱量也不太準確。為了解決這個難題。設(shè)計了這臺二元（兩種原料）粉料配料稱量機。滿足了工廠的 生產(chǎn)要求，也提高了自動化水平。 Abstract In a small and medium sized chemical plant production process, an important process is "weighing the ingredients". It is necessary to weigh talc powder and light calcium powder, two powdery materials sent to the mixing machine, in a certain proportion and require accurate proportion of ingredients to ensure the quality of products. Because the mixer runs continuously, continuous feeding is required, so the Batching weight must be continuously carried out. In the past, manual weighing and barrel feeding were used, which not only occupied manpower, but also was not accurate. To solve this problem. The weighing machine for binary powder (two kinds of raw materials) was designed. Satisfied with The Factory Production requirements have also improved the level of automation. II 目 錄 摘要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1 微機控制二元粉料配料稱重機發(fā)展的趨勢 1 1.2 基本內(nèi)容及需要解決的問題 1 1.3 課題情況綜述 1 1.4 設(shè)計工作的主要工作及任務(wù) 1 第二章 機器的總體設(shè)計 3 2.1 機器設(shè)計的計算條件 3 2.2 機器的總體設(shè)計 3 2.2.1 機器工作原理的設(shè)計 3 2.2.2 機器的組成 4 第三章 機器部件設(shè)計 5 3.1 料倉部件設(shè)計 5 3.1.1 料倉外形尺寸的確定 5 3.1.2 料倉部件的要求 6 3.2 進料閘閥部件設(shè)計 6 3.3 震動給料器部件設(shè)計 7 3.3.1震動發(fā)生機構(gòu)設(shè)計 7 3.3.2曲柄連桿機構(gòu)運動的分析計算 8 3.3.3 震動給料器對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量計算 14 3.3.4 震動給料器運轉(zhuǎn)的動力計算及減速器選型 18 3.3.5震動給料器的設(shè)計要點 20 3.4 隔振圈部件設(shè)計 21 3.5 料斗部件設(shè)計 21 3.5.1確定料斗的合理容積及外形尺寸 21 3.5.2 料斗部件的設(shè)計要點： 23 3.6 輸送管部件設(shè)計 23 3.7 機架部件設(shè)計 23 總結(jié) 24 致謝 25 參考文獻 26 第一章 引言 1.1 微機控制二元粉料配料稱重機發(fā)展的趨勢 在某中小型化學(xué)工廠生產(chǎn)的工藝流程中，有一道重要工序是“配料稱重”。需要對輸送給混料機的兩種粉狀原料——滑石粉和輕鈣粉按一定的比例稱量，要求配料比例準確，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。由于混料機是連續(xù)不停運轉(zhuǎn)，因而要求連續(xù)供料，所以配料稱量也必須連續(xù)不斷地進行。 過去都是使用人工稱量，用大桶供料，既占用人力，稱量也不太準確。為了解決這個難題。設(shè)計了這臺二元（兩種原料）粉料配料稱量機。滿足了工廠的生產(chǎn)要求，也提高了生產(chǎn)自動化水平。 1.2 基本內(nèi)容及需要解決的問題 機器選用的何種結(jié)構(gòu)形式、如何將粉料輸出，弄清機器的工作原理并確定最佳的工作方案，進行必要的力學(xué)計算。 1.3 課題情況綜述 在一般的配料機械的結(jié)構(gòu)形式中，大體可分為立式和臥式兩種。立式機為塔式結(jié)構(gòu)，原料從最高層處輸入，利用粉料自身的重量，在一層層向下流動時完成篩選、稱量、混合、輸出等工序。臥式機則是在原料的水平運動之中完成上述各工序。 這臺機器的設(shè)計，選擇的是立式結(jié)構(gòu)。因為該工廠的生產(chǎn)車間是一棟二層小樓房，配料稱量機的原料倉設(shè)在機器的頂部，可以設(shè)計得比二樓的樓板稍高，從二樓給機器加料非常方便。而且可以使用原料有自重的特點，使其依靠自身的重量向下流動，不需要設(shè)置輸送帶等機構(gòu)，所以占用的空間相對較小，制造費用較低。 1.4 設(shè)計工作的主要工作及任務(wù) 通過對課題任務(wù)書的仔細閱讀，并進行分析，可以確定本文的主要任務(wù)如下： 1)根據(jù)課題要求，對微機控制二元粉料配料稱重機現(xiàn)狀進行分析，確定其傳動方案，進行幾何計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定各零件的幾何參數(shù)和幾何尺寸，并對其進行強度校核等； 2)完成各個零件的總體裝配； 3)繪制主要零件圖和一張總體裝配圖，總圖紙量達3A0； 根據(jù)設(shè)計思路，本次設(shè)計需要完成的工作為： ①總體方案的設(shè)計②料倉部件的設(shè)計③進料閥閘部件的設(shè)計④震動給料器部件的設(shè)計⑤隔振圈部件的設(shè)計⑥料斗部件的設(shè)計⑦輸送管部件的設(shè)計⑧機架部件的設(shè)計。 38 第二章 機器的總體設(shè)計 2.1 機器設(shè)計的計算條件 1）額定輸送量：3t/h。 2）輸送量可調(diào)，調(diào)整范圍：2~4t/h。 3）兩種原料的配料比例： 滑石粉/輕鈣粉=3/2（重量比） 4）要求輸送量準確，比配準確（公差值見下項）。 5）機器運轉(zhuǎn)由微機控制，控制內(nèi)容與功能如下: ①控制每一料斗的裝料量，公差±2％。 ②控制每一分鐘的輸送量，公差±3％。 ③控制每個小時的輸送量，公差±4%。 ④控制兩種原料的配料比，每一料斗公差±2%。 6） 稱量機有良好的密封，粉料在密封的條件下稱量與輸送，以防止發(fā)生粉塵污染。 2.2 機器的總體設(shè)計 2.2.1 機器工作原理的設(shè)計 按照技術(shù)條件的規(guī)定需要，機器將處理的是兩種原料，而且兩種原料的配比要求規(guī)定十分嚴格，因此機器必須設(shè)置兩套獨立的系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)必須同步進行稱量工作，兩種粉料配比應(yīng)該符合要求，然后一同輸出。 稱量是在料斗中進行，有稱重傳感器分別測量兩個料斗中的粉料的凈重量當(dāng)每種粉料的重量達到設(shè)定的重量時，立即關(guān)閉其進料口。當(dāng)兩種粉料的重量都達到設(shè)定的重量值后并且進料閥都已關(guān)閉時，同時打開兩個料斗的出料口，兩種粉料同時進入輸送管之中，經(jīng)過初步的混合，然后輸送到進行下一步工序的機器中——混料輸送機?；炝陷斔蜋C安裝在出料口的正下方。 進料口和出料口的開啟和關(guān)閉，是有閥閘控制。進料口的閥閘進口大小可以調(diào)動，因此可以調(diào)整機器對粉料的輸送量。進料口的閥閘的開啟和關(guān)閉分兩步完成：當(dāng)料斗中的重量達不到設(shè)定重量的80%時，進料口完全開啟；當(dāng)重量值達到設(shè)定值時，進料口關(guān)閉80%，減小進料的速度，從而可以精確的控制粉料的重量；當(dāng)重量達到100%時，進料口這時完全關(guān)閉。 2.2.2 機器的組成 （1） 料倉部件 料倉是機器儲存原料的部件，分為兩個獨立的部分，分別儲存 兩種原料。料倉使用薄鋼板焊接而成。 （2） 進料閥閘部件 這個部件是由兩個閥閘組成，分別安裝在兩個料倉的下 方，因而閘閥的閘板實質(zhì)上是成為了料倉的底板，而且是可以任意開關(guān)的活動底板。 （3） 震動給料器部件 此部件也是由薄鋼板焊接的殼體，分成兩個部分，分別 安裝在兩個進料閥閘的下面，由鉸鏈經(jīng)擺臂定位。由電動機經(jīng)減速器，再由曲柄連桿驅(qū)動，使其繞鉸鏈左右擺動。當(dāng)進料閥閘打開時，可以使料倉中的原料順利的從中流下。 （4） 隔振圈部件 此部件安裝在震動給料器和料斗之間，其作用就是防止震動 給料器的震動傳遞給料斗，使其稱量不準確。 隔振圈也是薄鋼板焊接而成，安裝在機架上，用橡膠套與料斗連接，因而可以防止震動給料器的震動傳遞給料斗。 （5） 料斗部件 此部件的作用是稱量粉料的重量，是由薄鋼板焊接成，分為兩 件，其下部裝有稱重傳感器，可測量料斗中的粉料的重量。料斗底部裝有排料閥閘，閥閘打開時，經(jīng)過稱量的粉料可向下運輸。 （6） 輸送管部件 安裝在料斗的下方，其兩個接口分別與兩個排料口相連接。 兩種粉料的配比和重量都符合要求時，同時排進輸送管，在管中匯合，在流動中相互混合，起到初步混合作用。 （7）機架部件 此部件是機器的骨架，機器的其他部件都安裝到上面。 第三章 機器部件設(shè)計 3.1 料倉部件設(shè)計 3.1.1 料倉外形尺寸的確定 （1） 料倉總?cè)莘e的確定 根據(jù)技術(shù)條件的規(guī)定，額定輸送量為3t/h。設(shè)料倉的容積為此參數(shù)的1/6，則料倉的容積為3000kg/6=500kg。這是機器10min的輸送量。即料倉每10min需要加料一次。這樣的加料頻率安排工人加料是適宜的。 根據(jù)技術(shù)條件，兩種原料的重量比為 滑石粉/輕鈣粉=3/2 兩種原料分別裝在兩個料倉中，則各料倉的容積為： 滑石粉的料倉容積： W1=500kg×3/5=300kg 輕鈣粉的料倉容積： W2=500kg×2/5=200kg 因此計算出兩料倉的容積（m3），按下式計算： V=W/ρ 在此式中 W------粉料的額定容量（t） ρ------粉料的密度：滑石粉密度ρ1=0.982t/m3 輕鈣粉的密度ρ2=0.332t/m3。 代入上式有 滑石粉料倉的額定容積： V1=0.3/0.982m3=0.205m3 輕鈣粉料倉的額定容積： V2=0.2/0.332m3=0.602m3 料倉的容積必須有一定的余量，設(shè)余量為20％，則滑石粉料倉的容積為0.305m3×1.2=0.37m3，輕鈣粉料倉的容積為0.602m3×1.2=0.72m3。 （2）確定料倉的外形尺寸，其分為上下兩個部分：上部為矩形棱柱體， 這是料倉的主體；下部為平截棱錐體。其底部縮小的截面面積，便于與其他部 件相連接。為了防止粉料在棱錐體滯留，錐體的傾角應(yīng)大于粉料的安息角。通過 查找，粉末狀的物料的最大安息角為45°，故確定棱錐體的傾角應(yīng)大于50°。 為了減小機器的占地面積，在確定了料倉的外形尺寸是，盡量加大了舉行棱柱的高度尺寸。在進行機器的總設(shè)計時，已知工人的加料工作在二樓進行，因此加大高度尺寸符合要求。 最后確定料倉的外形尺寸為 長×寬×高=1350mm×1000mm×1000mm 3.1.2 料倉部件的要求 料倉分為左右兩個部分，分別儲存兩種原料，材料為2mm厚的鋼板。其上邊緣折彎處用螺栓與機架連接，使料倉固定。 在料倉1和料倉2的邊緣使用點電焊連接，防止工作是粉料從其邊緣縫隙外漏，造成粉塵污染。 在兩個料倉的下接口處，設(shè)有密封罩。通過密封罩，料倉部件與安裝在其下方的進料閥閘連接，并且使用卡箍、螺釘固定，防止粉塵外漏造成污染。 料倉無底板，以進料閥閘的閥板為底板。 3.2 進料閘閥部件設(shè)計 進料閘閥的功能有： 1）作為料倉的底板。閥閘打開時可以放料，閥閘關(guān)閉時可以儲料。 2）控制安裝在其下方的料斗的進料重量和進料速度。進料閥閘的開放度大小可以調(diào)節(jié)，開度大則進料快，開度小則進料慢。 設(shè)計要點如下： 1）進料閘閥，主要由閥座4和11及閘板17和18構(gòu)成。閘板在氣缸15的推動下，可在閥座的軌道上前后移動。 2）在閘板17和18的后半部分分別開著三個或兩個長方孔。當(dāng)閘板移動到前部位置時，長方孔處于閘閥通道的上方，于是閘閥處于開啟的狀態(tài)，由料倉流出的粉料通過長方孔向下流動，經(jīng)過振動給料器、隔震圈等部件而落入料斗中。當(dāng)閘板移動到后部位置時，閘板的無孔處將閥座的通道封閉，于是閘閥處于封閉狀態(tài)，料倉中的粉料不能流出，料斗停止進料。 3）調(diào)整氣缸的行程，可以使閘閥在開啟時使閘板停在不同的位置，從而改變長方孔的開度，因而改變粉料的流量，調(diào)節(jié)料斗進料的流速。 4）閥座的導(dǎo)軌面及壓板3和8的摩擦面利用油繩的毛細管的作用，實現(xiàn)無壓連續(xù)潤滑，因而可以防止油液過多污染粉料。 5）閘板17、和閥座4、11及壓板3、8的前后兩端結(jié)合面，采用橡膠條或氈條密封，防止粉料外漏。 6）閘閥的閥閘由底托16固定在機架部件31上，采用螺栓聯(lián)接。 7）氣缸15由氣缸支架9安裝在機架部件上，亦釆用螺栓聯(lián)接。 8）氣缸15在安裝時采用調(diào)整墊13和14控制其安裝精度．以保證閘板運動的迅捷。 9）閘板17與閥座4的配合及閘板18與閥座11的配合均為較嚴密的間隙配合。除必須保證加工的尺寸公差和形位公差外，安裝時也必須保證良好的裝配精度，否則氣缸將很難推動其運動。 10）進料閘閥與其上下部件使用柔性的密封罩連接。 3.3 震動給料器部件設(shè)計 3.3.1震動發(fā)生機構(gòu)設(shè)計 震動給料器部件的作用是通過震動使粉料順利流暢的從料倉流動到料斗之中去，因此此部件的設(shè)計的關(guān)鍵是震動發(fā)生機構(gòu)的設(shè)計。這里采用的是電動機---減速器---曲柄連桿機構(gòu)。 圖3-1 振動給料器傳動原理圖 在設(shè)計時，首先需要計算電動機在運轉(zhuǎn)時所要消耗的功率。震動給料器的運轉(zhuǎn)，是在曲柄連桿的驅(qū)動之下，使震動給料器繞中心反復(fù)左右擺動。當(dāng)曲柄AB繞其回轉(zhuǎn)中心A回轉(zhuǎn)一周時，在連桿BC的牽引下，震動給料器繞擺動中心D擺動一個往復(fù)，擺動角大約為±3°。 雖然擺動運動與剛體的回轉(zhuǎn)運動不同，是一種斷斷續(xù)續(xù)的往復(fù)運動，但運動時各質(zhì)點與擺動中心的距離保持不變，所以仍然屬于剛體的定軸轉(zhuǎn)動，剛體的轉(zhuǎn)動定律依舊適用，在擺動過程中，擺動機構(gòu)雖然受重力的影響，使負載力矩產(chǎn)生波動，但是由于擺動的角度很小，而擺動的半徑較大，所以影響可以忽略不計。 3.3.2曲柄連桿機構(gòu)運動的分析計算 根據(jù)上面的描述，剛體的轉(zhuǎn)動定律可以適用于震動給料器的擺動負載力矩的計算，但是要完成計算，還需要了解擺動的特性。故首先應(yīng)該對曲柄連桿機構(gòu)的運動進行分析，并運用相對圖解法求出震動給料器的質(zhì)心E點，在擺動過程中的每一個瞬間的速度和加速度。過程為： （1）確定各機構(gòu)部件的運動參數(shù)及尺寸 ① 曲柄的轉(zhuǎn)速：n=80r/min。 ② 曲柄的長度：LAB=10mm。 ③ 連桿的長度：LBC=100.5mm。 ④ 連桿的鉸接點C至振動給料器質(zhì)心E的距離：LCE=180mm。 ⑤ E點至擺動中心D點的距離：LDE=200mm。 （2）連桿與振動給料器的鉸接點C的運動分析與計算，當(dāng)曲柄AB的端點B，在動力的驅(qū)動下繞A點逆時針回轉(zhuǎn)時，連桿BC上的C點在B的帶動下也要一起運動，而且與B的距離保持不變，故C點對B點的相對運動也是以B點為中心的相對圓周運動。由理論力學(xué)可知，當(dāng)一剛體做平面運動時，其運動可視為剛體上的任意一點做牽引移動和該剛體繞這一點的轉(zhuǎn)動組成。因此，在構(gòu)件2上的任意一點C的速度VC，等于B點速度VB與C點對B點的相對速度VCB，的矢量和，故有下式： VC=VB+VCB 在式中 VC-----C點的絕對速度，方向垂直于CD，數(shù)值不確定； VB-----B點的絕對速度，方向垂直于AB，VB=ω1lAB ，其中：ω1（曲 柄AB的角速度）=（n×2π）/60=（80×2π）/60 rad/s=8.377rad/s； VCB----C點相對于B點的速度，方向垂直于BC，數(shù)值不確定。 由上式的已知量（數(shù)值和方向）可以作C點在運動時每一個位置的速度圖解， 從而求出速度的大小。 （3）C點的加速度分析及瞬時加速度的計算 由理論力學(xué)可知，當(dāng)構(gòu)件2作平面運動時，構(gòu)件上任一點C的加速度aC，應(yīng)等于構(gòu)件上任意一點B的加速度aB(即C點的牽引加速度)于C點對B點的相對加速度aCB（C點繞B點相對轉(zhuǎn)動時的線加速度）的矢量和。故有下式： aC=aB + aCB 式中 aC------C點的絕對線加速度，可以分解為法向量a1和切向分量a2； aB------B點的加速度，B點的運動為勻速圓周運動，故沒有切向加速度，只有向心加速度，方向由B指向A，aB=ω?2lAB=8.377 2×0.01m/s 2=0.7017m/s 2； aCB-----C點對B點的相對加速度，可分解為切向分量a3和法相分量a4。 則上式可分解為下式： a1+a2=a3+a4+aB 式中 a1-----C點的法向加速度，方向由C指向D，a1=ω?lCD，其中ω?（構(gòu)件3的角速度）=VC/lCD，式中VC由速度圖解可求，lCD= mm=269.1mm=0.2691m； a2-----C點的切向加速度，方向垂直于CD，數(shù)值不確定； aCB----C點對B點的相對加速度的切向分量，方向垂直于CB，數(shù)值不確定。 （5）用相對圖解運動法求出C在曲柄回轉(zhuǎn)一周時各位置的速度、加速度及角加速度。 首先確定制圖比例尺： 速度比例尺：μV=2×10﹣3（m/s）/mm。 加速度比例尺：μa=1×10﹣2(m/s2)/mm。 ① B點在B1出，Φ=0°，C點在C1處： 速度圖解如圖。制圖過程如下： 去任意一點p為極點，作直線pb代表vB，方向平行于vB，其長度為 pb=vB/μV=0.08377/（2×10﹣3）mm=41.88mm 再由b點作vB的方向線，再由p點作vC的方向線，兩條方向線相交于C點，矢量bc代表vCB，矢量pc代表VC。測量pc與bc的長度，bc=39.5mm，pc=5mm，由此得到 VCB=39.5×2×10﹣3m/s=0.079m/s VC=5×2×10﹣3m/s=0.01m/s 加速度圖解： 圖3-2 B點在1處 任取一點π為極點，作直線πb′與AB1平行，由B1指向A，代表aB。其長度為 πb′=aB/μa=0.7017/10﹣2mm=70.17mm 過b′點作b′n1與C1B1平行，代表anCB。其長度為 b′n1=anCB/μa=ω22lCB/μn 式中 ω2=VCB/lBC=0.079/0.1rad/s=0.79rad/s 則 b′n1=（0.792×0.1）/10﹣2mm=6.24mm 再由n1點作直線n1C′，與C1B1垂直，代表a′CB的方向線。由π點作矢量πn2，與C1D平行由C1指向D，代表anc。 anc=ω23lCD 式中 ω?=VC/LCD=0.01/0.2691rad/s 則 anc=0.03722×0.2691m/s2=3.716×10﹣4m/s2 故 πn=（3.716×10﹣4）/10﹣2mm=0.037mm 由上述數(shù)據(jù)知，可近似認為n2點與π重合。再由π點作n2C′直線與C1D垂直，代表了a′C n2C′與n1C′相交于C′。由于π點重合于C′點，則n2C′也代表aC。測量n2C′的長度，n2C′=92mm。則 aC=μan2C′=1×10﹣2×92m/s2=0.92m/s2 C1點的角加速度（β）的計算：β=a′C/lCD=0.92/0.2691rad/s2=3.42rad/s2 ②B點在B2處，φ=30°，C點在C2處： 速度圖解與加速度圖解如圖 圖3-3 B點在2處 得到計算結(jié)果： C2點的瞬時速度：VC=0.061m/s。 C2點的線加速度：aC=0.68m/s2。 C2點的角加速度：β=2.53rad/s2。 ③B點在B3處，φ=60°，C點在C3處： 速度和加速度圖解如圖。畫圖過程和計算過程跟前文相同。計算結(jié)果如下： C3點的瞬時速度vC=0.092m/s，C3點的線加速度aC=0.345m/s2，C3點的角加速度β=1.28rad/s2。 ④B點在B4處時，φ=90°，C點在C4處： 速度圖解和加速度圖解如圖。計算結(jié)果如下： C4點的瞬時速度：vC=0.102m/s C4點的線加速度：aC=0.04m/s2 C4點的角加速度：β=0.15rad/s2 ⑤B點在B5處，φ=120°，C點在C5處： 速度圖解和加速度圖解如圖 圖3-4 B點在3處（Φ=60°） B點在4處（Φ=90° ） B點在5處（Φ=120° ） 計算結(jié)果如下： C5點的瞬時速度：vC=0.092m/s C5點的線加速度：aC=0.32m/s2 C5點的角加速度：β=1.19rad/s2 ⑥B點在B6處，φ=150°，C點在C6處： 速度圖解和加速度圖解如圖。 圖3-5 B點在6處（Φ= 150°） 計算結(jié)果為： C6點的瞬時速度：vC=0.063m/s C6點的線加速度：aC=0.64m/s2 C6點的角加速度：β=2.38rad/s2 ⑦B點在B7處，φ=180°，C點在C7處： 速度圖解與加速度圖解如圖。 圖3-6 B點在7處（Φ= 180°） 計算結(jié)果為： C7點的瞬時速度：vC=0.012m/s C7點的線加速度：aC=0.955m/s2 C7點的角加速度：β=3.55rad/s2 ⑧數(shù)據(jù)對比： 由以上數(shù)據(jù)知，震動給料器在曲柄連桿的驅(qū)動之下，在C1、C7點的時候，運動速度最低，但這兩點的線加速度和角加速度是最大值；而在C4點時，其運動速度最大，但線加速度和角加速度的值最低。 震動給料器的運動特征和以上的參數(shù)特征是相吻合的。C1點和C7點的運動軌跡是C點的兩個極限位置，在這二點時，C點的運動方向?qū)l(fā)生180°的改變，在換向時，運動速度瞬間為零，但加速度達到最大值。 3.3.3 震動給料器對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量計算 要給震動給料器的動力進行計算，在計算完震動給料器的速度和加速度的分析計算之后，還需對震動給料器和其存儲的粉料在擺動的時候，對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量的計算。 由于機器的結(jié)構(gòu)設(shè)計還沒有進行，因此機器的轉(zhuǎn)動慣量不能精確計算，只能根據(jù)下圖粗略的估算出震動給料器的外形尺寸和質(zhì)量。但這種計算依舊能滿足動力計算的要求。 圖3-7 輕鈣粉給料器外殼轉(zhuǎn)動慣量計算簡圖 由于震動給料器的密度與要稱量的粉料的密度不同，所以要對其分別進行計算。 （1）輕鈣粉震動給料器殼體對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量的計算，計算簡圖如圖。將殼體分解為端板和側(cè)板兩部分，分別計算其對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量。計算過程如下： ①端板對通過其質(zhì)心的Z軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JZ=×M（a2+b2） 式子中 M-------端板質(zhì)量，設(shè)M=1.413kg a--------端板長度，設(shè)a=0.3m b--------端板的寬度，設(shè)b=0.3m 帶入公式有：JZ=1/12×1.413×（0.32+0.32）kg·m2=0.0212kg·m2 ②端板對擺動中心的W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算： 根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量平行軸定理，得到：JW=JZ+Md2，式子中 JZ-------端板對質(zhì)心軸Z的轉(zhuǎn)動慣量，JZ=0.0212kg·m2； M-------端板的質(zhì)量，M=1.413kg； d--------Z軸與W軸之間的距離，d=0.2m。 帶入公式有：JW1=(0.0212+1.413×0.22)kg·m2=0.0777kg·m2 ④側(cè)板對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JW=JZ′+Md2 式子中 JZ′------側(cè)板對Z′軸的轉(zhuǎn)動慣量，JZ′=0.01418kg·m2； M-------側(cè)板的質(zhì)量，M=1.89kg； d--------Z軸和W軸之間的距離，d=m=0.25m。 代入公式有：JW2=(0.01418+1.89×0.252)kg·m2=0.1323kg·m2=0.42kg·m2 圖3-8 滑石粉給料器外殼轉(zhuǎn)動慣量計算簡圖 ⑤輕鈣粉震動給料器殼體對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JW輕1=（JW1+JW2）×2=（0.0777＋0.1323）×2kg·m2=0.42kg·m2 （2）滑石粉震動給料器殼體對擺動中心W軸轉(zhuǎn)動慣量的計算，簡圖如圖。計算時也將其分為端板和側(cè)板兩個部分，分別計算其對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量。其計算過程為： ①端板對質(zhì)心軸Z軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JZ=M（a2+b2） 在式子中 M-------端板的質(zhì)量，M=0.71kg； a-------端板的長度，a=0.15m； B------端板的寬度，b=0.3m。 帶入公式有 JZ=×0.71×（0.152＋0.32）kg·m2=6.66×10﹣3kg·m2 ②端板對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JW1=JZ+Md2 在式子中 JZ-------端板對Z軸的轉(zhuǎn)動慣量，JZ=6.66×10﹣3kg·m2； M-----端板的質(zhì)量，H=0.71kg； D-----Z軸和W軸之間的距離，d=0.2m。 帶入公式有 JM=(6.66×10﹣3＋0.71×0.22）kg·m2=0.035kg ③側(cè)板對質(zhì)心軸Z′的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JZ＇=Mb2 式子中 M-------側(cè)板的質(zhì)量，M=1.89kg； b---------側(cè)板的寬度，b=0.3m。 帶入公式有：JZ′=×1.89×0.32kg·m2=0.01418kg·m2 ④側(cè)板對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JW2=JZ′＋Md2 在式子中 JZ′-------側(cè)板對Z′軸的轉(zhuǎn)動慣量，JZ′=0.01418kg·m2； M-------側(cè)板的質(zhì)量，M=1.89kg； d--------Z′軸與W軸的距離，d=m=0.214m。 帶入公式有：JW2=（0.01418＋1.89×0.2142）kg·m2=0.101kg·m2。 ⑤滑石粉震動給料器殼體對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量計算：JW滑1=（JW1＋JW2）×2=（0.035＋0.101）×2kg·m2=0.272kg·m2 圖3-9 給料器內(nèi)輕鈣粉轉(zhuǎn)動慣量計算圖 （3）震動給料器殼體里面儲存的輕鈣粉對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量的計算 由于重力的作用，輕鈣粉在震動給料器的殼體的狀態(tài)是流動狀態(tài)，因而不能用剛體的轉(zhuǎn)動慣量的計算方式計算其轉(zhuǎn)動慣量。但是，它的流量的值是一個定值，即在耽誤時間內(nèi)，粉料的流入值等于流出值，因而震動給料器里面的粉料質(zhì)量是一定的。而且粉料在質(zhì)量不變時，還隨著震動給料器的殼體的擺動而擺動，其擺動是應(yīng)克服的轉(zhuǎn)動慣量與相同質(zhì)量的剛體的轉(zhuǎn)動慣量相同。因而可用轉(zhuǎn)動慣量計算的一般公式來計算。 計算過程如下： ①輕鈣粉對其質(zhì)心軸Z的轉(zhuǎn)動慣量計算：JZ=M（a2+b2） 式子中 M-------輕鈣粉質(zhì)量，設(shè)M=12kg； a------兩側(cè)邊的間距，a=0.296m； b-----上下邊的間距，b=0.3m。 帶入公式有：JZ=×12×（0.2962＋0.32）kg·m2 ②輕鈣粉對對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量計算：JW輕2=JZ＋Md2 在式子中 d--------W軸和Z軸之間的距離，d=0.2m2。 帶入公式有：JW輕2=（0.178＋12×0.22）kg·m2=0.658kg·m2 （4） 震動給料器滑石粉對質(zhì)心軸Z的轉(zhuǎn)動慣量的計算： ①滑石粉對質(zhì)心軸Z的轉(zhuǎn)動慣量的計算 JZ=M（a2＋b2）式子中 M-------滑石粉質(zhì)量，M=18kg； a--------兩側(cè)邊的間距，a=0.146mm； b--------上下兩邊的距離，b=0.3m。 帶入公式有：JZ=×18×（0.1462＋0.32）kg·m2=0.167kg·m2 圖3-10 給料器內(nèi)滑石粉轉(zhuǎn)動慣量計算簡圖 ②滑石粉對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算：JW滑2=JZ＋Md2 在式子中 d------W軸到Z軸的距離，d=0.2m 帶入公式有：JW滑2=（0.167＋18×0.22）kg·m2=0.887kg·m2 （5） 震動給料器殼體及粉料對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量的計算 此轉(zhuǎn)動慣量為上面四個轉(zhuǎn)動慣量的和：ΣJW=JW輕1＋JW輕2＋JW滑1＋JW滑2=（0.42＋0.658＋0.272＋0.887）kg·m2=2.237kg·m2 3.3.4 震動給料器運轉(zhuǎn)的動力計算及減速器選型 根據(jù)前文的論述，震動給料器的擺動運動仍然是剛體的頂軸轉(zhuǎn)動，剛體轉(zhuǎn)的定律依舊適用，因此可用下式計算其轉(zhuǎn)動時的慣性力矩：M=Iβ 在式子中 M------震動給料器轉(zhuǎn)動時的慣性力矩； I-------震動給料器殼體及粉料擺動時對擺動中心W軸的轉(zhuǎn)動慣量，I=ΣJW=2.24kg·m2； β-------震動給料器殼體及其粉料的質(zhì)心E點的角加速度。根據(jù)“剛體轉(zhuǎn)動 時的各角量對于剛體內(nèi)任何一個質(zhì)點都是相同的”這一原理，E點與C點的角加 速度是相等的，故E點在各位置的β值等于下列各β的各值。 質(zhì)心E點的位置 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 角加速度β 3.42 2.53 1.28 0.15 1.19 1.38 3.55 將上列各值帶入公式有 質(zhì)心E點的位置 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 慣性力矩M/N·m 7.66 5.67 2.87 0.34 2.67 5.33 7.95 曲柄連桿在運轉(zhuǎn)的時候，除了要克服上述震動給料器的慣性力矩之外，還要克服震動給料器在擺動時，擺動鉸鏈處產(chǎn)生的摩擦力矩。此摩擦力矩按照下式計算：Mm=fNR 在式子中 Mm--------震動給料器擺動鉸鏈產(chǎn)生的摩擦力矩； f----------擺動軸襯的摩擦因數(shù)，摩擦副為淬火鋼的一個含油軸承， f=0.1； N- --------軸承孔承受的正壓力，即震動給料器殼體的自重，還有部分粉 料的重量及流動時產(chǎn)生的作用力，N=28kgf=274N； R- --------摩擦面半徑，即軸承內(nèi)孔半徑，設(shè)R=10mm=0.01m。帶入公式得： Mm=0.1×274×0.01N·m=0.274N·m 根據(jù)震動給料器的慣性力矩及摩擦力矩，可以求出曲柄AB的負載力矩。 圖3-11 曲柄力矩計算圖 根據(jù)理論力學(xué)的定義： 力F對于任意一個軸的力矩，等于這力在這軸的垂直面上的投影對該投影面和該軸交點之矩。曲柄AB的負載力矩的計算公式：MAB=lABsin 在式子中 MAB--------折算到曲柄AB的負載力矩； lab----------曲柄長度，lAB=10mm=0.01m； δ------曲柄與連桿的夾角； ME---------震動給料器擺動時質(zhì)心E的慣性力矩； Mm------震動給料器擺動時鉸鏈的摩擦力矩，Mm=0.274N·m ； lCD-------連桿與震動給料器的鉸點C到擺動中心D的距離，lCD=0.2691m； γ-----連桿與C、D點連線的夾角。 B、C、D點所在的位置 B1C1D B2C2D B3C3D B4C4D B5D5C B6C6D B7C7D 夾角δ 175° 143° 112°40 84° 57° 32° 5° 夾角γ 124° 121°40 122°40 125°40 130°40 135°40 140° 將各值帶入公式中計算有： 曲柄位置 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 曲柄負載力矩 0.031 0.158 0.126 0.028 0.121 0.158 0.041 根據(jù)上面的表格數(shù)據(jù)以及初步確定的曲柄轉(zhuǎn)速n=80r/min，可以選擇減速器的類型。為了簡化機器的傳動系統(tǒng)，首先確定選用臥式帶電動機的減速器，其輸出轉(zhuǎn)速為n=80r/min左右。電動機功率可按照下式進行初步計算：P= 在式子中 T-----負載力矩，T=0.16N·m ； n------減速器輸出轉(zhuǎn)速，n=80r/min。 帶入公式有：P== 但是由于要考慮到擺動系統(tǒng)的功率的損失、減速器自身的功率損失及動力計算的誤差，減速器電動機的輸入功率為Pr= 在式子中 η------傳動效率，取η=0.6； Kb--------計算不準確因素，取Kb=1.5。帶入公式有： Pr= 由上面計算的數(shù)據(jù)可知，選擇的是微型減速器。減速器的型號和參數(shù)如下： 型號：XWD0.09---0----1/17 結(jié)構(gòu)形式：臥式 電動機功率：0.09KW，同步轉(zhuǎn)速：1500r/min ，減速比：1:17，輸出轉(zhuǎn)矩：15N· m 3.3.5震動給料器的設(shè)計要點 設(shè)計要點： 1）振動給料器部件由機架支承，給料器殼體4和7經(jīng)擺動支架2和9，再經(jīng)擺動鉸鏈3安裝在機架12上。減速器13也安裝在機架上。 2）本部件用聯(lián)接套1和8與料倉部件和進料閘閥部件相連。用卡箍5和10緊固．可防止粉塵泄漏。 聯(lián)接套用聚氨酯制造，采用折疊結(jié)構(gòu)，可伸縮可扭曲，使給料器的擺動不受限制。 3）安裝時應(yīng)該保證兩件鉸鏈軸17的同軸度誤差小于0.03mm，用修配調(diào)整墊20的厚度來實現(xiàn)。 4）裝配時要保證傳功系統(tǒng)運轉(zhuǎn)輕快靈活．無過大的噪聲。 3.4 隔振圈部件設(shè)計 隔振圈部件：在最初的設(shè)計中是沒有的．后來考慮到振動給料器產(chǎn)生的振動對料斗部件的電子稱的稱重精度會造成不良的影響．才增加上去的。 隔振圈部件，安裝在振動給料器部件的下方，又處在料斗部件的上方。由于它是固定在機架上的，它與上述兩個部件都是用柔性零件一一用聚氨酪制造的密封單一一相連接，所以它能有效地將振動給料器產(chǎn)生的振動阻隔住，使振動不會傳到料斗部件上去。 隔振圈部件的主體是用薄鋼板制造的方框形零件。其下部裝有密封罩．與料斗相連。 3.5 料斗部件設(shè)計 3.5.1確定料斗的合理容積及外形尺寸 設(shè)計中首先應(yīng)考慮的是：技術(shù)條件中所規(guī)定的輸送效率必須得到滿足。此項要求是：額定輸送量為3t/h，并可在2一4t/h范圍內(nèi)調(diào)整。設(shè)計時系按最大輸送效率4/h來確定料斗的容積和外形尺寸的。設(shè)兩種粉料，每30s各輸送一料斗，則兩種粉料每小時的輸送次數(shù)應(yīng)按下式計算：n= 根據(jù)此數(shù)據(jù)可計算出料斗的合理容積和外形尺寸。計算過程如下： 1）根據(jù)兩種粉料的配比，計算兩種粉料每小時和每一料斗的輸送量： 兩種粉料的配比為：滑石粉/輕鈣粉=3/2 由此可以計算出，每一種粉料每一個小時的最大輸送量： 滑石粉每小時的輸送量：Q1=4t×=2.4t 輕鈣粉每小時的輸送量：Q2=4t×=1.6t 由以上數(shù)據(jù)可以計算出兩種粉料的每一料斗應(yīng)該具有的最大輸送量： 滑石粉每一料斗的最大輸送量：G1==0.02t=20kg 輕鈣粉每一料斗最大的輸送量：G2==0.0133t=13.3kg 2）根據(jù)料斗的輸送量，計算料斗的容積和外形尺寸： 料斗的容積即料斗中可以容納粉料的體積，可以按下式計算：V= 式子中 n-------料斗容積的余量因數(shù)，取n=1.45； G------每一料斗的最大輸送量：滑石粉料斗：G1=0.02t，輕鈣粉料斗G2=0.0133t； ρ-------粉料的密度：滑石粉密度：0.982t/m3，輕鈣粉密度：0.332t/m3。 帶入公式得： 滑石粉料斗的容積：V1= 輕鈣粉料斗的容積：V2= 確定料斗的外形尺寸，除了根據(jù)以上計算的料斗容積之外，還需要滿足以下幾點要求： 1）料斗上的接口的尺寸大小，要與隔振圈部件下接口的尺寸大小相同，以便于對接。接口尺寸為： 滑石粉料斗上接口尺寸：長度：400mm ，寬度：150mm 輕鈣粉料斗上接口尺寸：長度：400mm ，寬度：300mm 2）為了使料斗的外形較為美觀，料斗的下接口的尺寸應(yīng)與上接口的尺寸相同。 3）滑石粉料斗的高度和長度，應(yīng)與輕鈣粉料斗的高度和長度一致。兩者只是寬度不一樣，前者為后者的一半。 4）料斗的主體為矩形棱柱體，主體與下接口的連接部分為平截棱錐體。為了防止粉料在這里滯留，錐體的傾角應(yīng)該大于粉料的安息角，即大于45°，最好大于50°。 基于以上要求，確定料斗的外形尺寸大小為： 輕鈣粉料斗：長=500mm，寬=400mm，高=350mm 滑石粉料斗：長=500mm，寬=200mm，高=350mm 3.5.2 料斗部件的設(shè)計要點： l）料斗由2mm厚的鋼板制成．為矩形棱柱形殼體，外形簡單．制造容易． 2）料斗的下部為排料閘閥，其結(jié)構(gòu)與進料閘閥相同。這樣設(shè)計便于加工，并可減少設(shè)計的工作量。 3）在確定料斗的容積時，選擇了較大的余量因數(shù)（1．45）。這是為了使從進料閘閥落下來的粉料在較大的距離上產(chǎn)生間斷。為了調(diào)節(jié)進料的流量，進料閘閥并非全部打開，在閥座的前部（靠近氣缸處）．往往處于關(guān)閉狀態(tài)。所以落到料斗中的粉料．分布是不均勻的．后部多前部少。如果料斗容積余量因數(shù)較小，就會造成后部的粉料高出料斗的上接口．甚至與隔振問部件中的粉料相連，使稱重不準確。 4）粉料的重量/由稱重傳感器測量，由微機計算和控制。每一個料斗均由三件傳感器支承，三件傳感器呈三角形分布，即使粉料在料斗中分布不均，也不影響測重的準確性。 5）安裝時調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘3，使料斗的軸線處于垂直狀態(tài)。 6）料斗由定位銷軸定位，并防止其傾倒。 3.6 輸送管部件設(shè)計 輸送管部件的作用：是使兩種粉料任這里匯合，然后輸出一一輸送到混料機中。 輸送管部件的主要零件．均用Q235A鋼板制造。在各零件的連接處，用密 封墊密封．防止粉料外漏。為了保證粉料在管道中順利下滑，管道的軸線與垂直面的夾角取為30。輸送管部件安裝在機架上，用螺栓固定。 為了便于與混料機銜接，輸出管的外形設(shè)計成所謂“天方地圓”形，即上口為矩形，尺寸為400mm×263mm，下口為圓形，直徑為φ3mm。 3.7 機架部件設(shè)計 機架部件是機器的骨架，機器的全部零件均安裝在機架上。各零件的連接均為焊接，焊縫尺寸、方法、形狀未注。 總結(jié) 從去年1月份確定畢業(yè)論文題目到現(xiàn)在幾個月時間，給人的感覺是轉(zhuǎn)瞬即逝。從剛開始的茫然，不知該從何處下手，到后來慢慢通過查閱相關(guān)的資料，和老師的指導(dǎo)之后，就有了一些思路。 剛開始著手做畢業(yè)設(shè)計的時候，原以為留給我們的時間會很充足，但是事實上并不是這樣的。這期間還進行了畢業(yè)實習(xí)，和研究生的復(fù)試，中間確實花了好多時間在其他的時間上了，也有過擔(dān)心畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)不能按時完成。但隨著最后上交論文的時間日益臨近，壓力也進一步加大，也在規(guī)定的時間完成了任務(wù)。 當(dāng)初選擇指導(dǎo)老師的時候，我們正在進行畢業(yè)設(shè)計，那時我們都很忙碌，所以為了方便，我和同寢室的兩個同學(xué)商量后選擇了同一個老師，這樣我們能夠相互監(jiān)督，也可以相互請教。然而老師除了指導(dǎo)我們畢業(yè)論文還有很多其他的事情要做，所以也并沒有太多的時間跟我們見面。所以就指定了每個星期某幾天去找他，集中解決問題。僅僅剛開始的開題報告和外文的翻譯就花費了我們不少的時間，因為老師雖然給了我們一些資料，要求也清楚地給出了，但是畢業(yè)設(shè)計這種任務(wù)畢竟是第一次做，還好的是在規(guī)定的時間里完成這些。 之后是初步要確定具體的設(shè)計方案，我的課題是滾動軸承清洗裝置的設(shè)計。值得一提的是，在期間的研究生復(fù)試面試中，還問到了關(guān)于我的畢業(yè)設(shè)計的問題，幸運的是當(dāng)時我對設(shè)計的方案還有一些設(shè)計問題有了一定的了解，所以我的回答還是很令面試老師滿意的。當(dāng)時確定了兩個不同的方案，各有優(yōu)缺點，不知道該怎樣去選擇，最后經(jīng)過詢問老師之后終于確定了下來。之間也有一些其他的小問題，所幸的是都得到了很好的解決，之后一步步完成各種圖紙的繪制。 通過這次的畢業(yè)設(shè)計，讓我明白了更加認識到兩點：一是理論聯(lián)系實際的重要性；二是如何更好的將所學(xué)的各門功課融會貫通。畢業(yè)設(shè)計是我們畢業(yè)之前的最后一次學(xué)業(yè)任務(wù)，是對我們這四年所學(xué)知識的一次綜合檢驗，所以設(shè)計到的問題多是綜合性的，但是光只是看書上的理論是遠遠不夠的，還要根據(jù)實際生產(chǎn)中的要求來。不敢說是受益匪淺，但也絕對是頗有收獲。 致謝 我首先要感謝的是我的畢業(yè)設(shè)計老師左煒煒老師，正是他的辛勤的付出和指導(dǎo)，我才能寫出畢業(yè)論文。在畢業(yè)論文的撰寫過程中，我遇到的困難和疑惑，請教老師是總是能夠悉心指導(dǎo)，提出了很多有益的改善意見。 在這段時間，從對畢業(yè)設(shè)計的一無所知，查看相關(guān)資料和書籍，讓我的畢業(yè)設(shè)計在我的大腦中漸漸有了清晰的概念，使自己十分稚嫩的作品一步一步晚上起來，每一次改善和計算都是我學(xué)習(xí)的收獲。期望這次的經(jīng)歷能讓我在以后的學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)學(xué)習(xí)進步。 參考文獻 [1] 鞏云鵬、田萬祿等主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.沈陽：東北大學(xué)出版社?2000? 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