02-設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書格式

PAGEPAGE4XX型XX機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書北京XX200X年X月

第一章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1目的及意義1.2應(yīng)用范圍1.3基本參數(shù)及性能指標(biāo)要求1、基本參數(shù)-產(chǎn)量：120kg/h～240kg/h（顆粒產(chǎn)品最大直徑23mm）-整機(jī)質(zhì)量：≤600kg-適合于電動(dòng)機(jī)及柴油機(jī)兩種動(dòng)力輸入，且便于移動(dòng)轉(zhuǎn)移。2、性能指標(biāo)-能耗指標(biāo)：-噪聲：≤93dB（A）1.4設(shè)計(jì)計(jì)劃及進(jìn)度安排2007年6月～2007年12月：收集資料，知識(shí)產(chǎn)權(quán)咨詢及專利申報(bào)；2008年1月～2008年6月：設(shè)備方案論證、控制方案及樣機(jī)設(shè)計(jì)；2008年7月～2008年8月：配套技術(shù)研究及關(guān)鍵部件試制；2008年9月～2008年11月：樣機(jī)試制、樣機(jī)試驗(yàn)、調(diào)試；2008年12月：樣機(jī)試驗(yàn)、總結(jié)。第二章總體設(shè)計(jì)2.1技術(shù)要求及設(shè)計(jì)思想其特點(diǎn)是：2.2確定技術(shù)參數(shù)及工作原理2.2.1設(shè)備結(jié)構(gòu)組成2.2.2技術(shù)參數(shù)確定第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1如：壓縮成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)受力分析壓縮成型系統(tǒng)主要有主軸、環(huán)模和壓輥組成。顆粒在壓模與壓輥之間的擠壓下完成，其擠壓過(guò)程見下圖；圖3-1壓模與壓輥受力分析1.壓模2.壓孔3.壓輥根據(jù)物料在擠壓過(guò)程中所處的狀態(tài)不同，可將其分為三個(gè)區(qū)段:供料區(qū)、壓緊區(qū)和擠壓區(qū)。供料區(qū)：在此區(qū),物料除受離心力外，基本上不受外力作用，處于自然狀態(tài)。壓緊區(qū)：隨著模、輥的旋轉(zhuǎn)，物料受模、輥的擠壓作用，物料之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，空隙逐漸減小。在模、輥鍥形夾持下，物料向前移動(dòng)速度加快，即壓力逐漸加大，物料之間也產(chǎn)生一定的連接和變形，密度增大到接近1.0g/cm3.擠壓區(qū):在此區(qū),擠壓力急劇增大，物料間進(jìn)一步靠緊和鑲嵌，物料間的接觸面積增大和聯(lián)結(jié)增強(qiáng)。當(dāng)擠壓力增加到能夠克服?？讓?duì)料粒的摩擦力時(shí)，具有一定密度和聯(lián)結(jié)力的物料被擠進(jìn)?？祝?jīng)過(guò)?？滓欢伍L(zhǎng)度的飽壓形成顆粒。這一區(qū)段物料將產(chǎn)生彈性、塑性組合變形。壓出之后的物料密度可達(dá)0.8g/cm3～1.4g/cm3。為使物料在模、輥轉(zhuǎn)動(dòng)作用下壓制成顆粒，必須具備兩個(gè)條件：一是模、輥要把物料攫入變形區(qū)，二是壓輥對(duì)物料的擠壓力大于?？變?nèi)物料對(duì)料柱的摩擦阻力。在物料壓粒過(guò)程中，物料被模、輥攫入主要靠模、輥表面與物料的摩擦。為了便于研究，將變形區(qū)內(nèi)靠近攫入弧的一小段粉料做為脫離體來(lái)分析受力狀態(tài)。如下圖：圖3-2變形區(qū)一小段脫離體的受力分析引壓輥表面A點(diǎn)的切線和壓模內(nèi)表面A1點(diǎn)的切線交于C點(diǎn)，∠ACA1=α-β，稱為攫取角。從圖3-1可知，對(duì)物料作用有兩個(gè)力，壓輥壓力P和環(huán)模內(nèi)表面的反力R，阻礙物體進(jìn)入變形區(qū)的力為Psin(α-β)攫取物料的力為Fcos(α-β)+T=FPcos(α-β)+f1R欲使物料被攫入變形區(qū)而不被滑出，則必須滿足f1R+FPcos(α-β)≥Psin(α-β)（3-1）式中，f1=tgφ1壓模與物料間的摩擦系數(shù)f=tgφ帶槽溝壓輥與物料間的摩擦系數(shù)α物料對(duì)壓輥的包角β與壓輥壓模有關(guān)的角而R=Pcos(α-β)+fPsin(α-β)若f1=f整理后得到攫入條件（3-2）從（3-1）式可以看出，攫取角α-β與摩擦系數(shù)f成正比。物料的成分不同，摩摖系數(shù)也不同，因此其攫取角也不同。模孔中的物料在軸向壓應(yīng)力為，則根據(jù)沿孔向無(wú)變形和廣義胡克定律可求的物料徑向壓應(yīng)力（3-3）式中，——?？變?nèi)物料徑向應(yīng)力——物料的泊松比從上式可知，作用于物料在軸向壓應(yīng)力為作用于物料徑向壓應(yīng)力的倍。對(duì)任何物料＜0.5，故＞。壓模?？壮惺軓较驂毫ν?，同時(shí)還承受由徑向壓力而產(chǎn)生的切向摩擦力F（F=fP，f摩擦系數(shù)，P為徑向壓力）。沿?？兹〕鲆欢挝锪线M(jìn)行分析，如下圖圖3—3?？资芰Ψ治鼍C上所述，可得：1、增大摩擦系數(shù)f，減小模孔半徑r0，衰減速度加快，意味著物料在模孔內(nèi)的飽壓過(guò)程縮短，物料成型性變差。反之，減少摩擦系數(shù)f，增大?？装霃絩0，衰減速度減慢，表明物料在?？變?nèi)的飽壓過(guò)程延長(zhǎng)。由此得出：設(shè)計(jì)壓模時(shí)模孔r0不應(yīng)過(guò)小，同時(shí)將?？准庸す饣?，以減小摩擦系數(shù)f，提高成型性能。2、影響物料壓制過(guò)程的不只是摩摖系數(shù)f，反映物料縱橫向變形的物料泊松比也是一個(gè)重要的特性參數(shù)。3、壓模厚度H不是隨便選定的尺寸，其大小直接受?？装霃絩0所要求的顆粒密度以及物料特性的制約。試驗(yàn)表明，隨著?？咨疃龋磯耗：穸菻）增大，顆粒產(chǎn)量明顯降低，耗能增加，顆粒硬度提高，因?yàn)殡S著模孔深度加大而摩擦面成正比增加。為了獲取較好制粒性能，使產(chǎn)量和質(zhì)量處于最佳狀態(tài)，對(duì)每種物料都有比較適宜的長(zhǎng)徑比（?？咨疃菻與孔徑d的比值）。因此，根據(jù)玉米秸稈的特性和需要的加工產(chǎn)品的要求密度。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，確定?？字睆絛=23mm，?？咨疃菻=83mm。3.1.2環(huán)模的設(shè)計(jì)環(huán)模是成型系統(tǒng)的主要部件，其質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量和顆粒質(zhì)量有很大影響。環(huán)模的設(shè)計(jì)圖如下：圖3—4溝槽式環(huán)模設(shè)計(jì)圖1、環(huán)模直徑和環(huán)模有效壓制寬度以及壓輥直徑的確定a、環(huán)模直徑和有效寬度是環(huán)模的主要參數(shù)首先根據(jù)國(guó)內(nèi)外壓縮成型制粒機(jī)參數(shù)及優(yōu)先數(shù)列確定環(huán)模直徑為510mm;參考飼料加工機(jī)械顆粒成型機(jī)以及目前市場(chǎng)上使用的秸稈壓塊機(jī)的功耗，確定成型工段相對(duì)功率為12kW；根據(jù)等有效壓制面積等功率之比值(一般14cm2/kW～22cm2/kW),確定環(huán)模有效寬度23mm(有效寬度是指環(huán)模中間與壓輥接觸部分)。b、壓輥直徑的確定它是通過(guò)環(huán)模和壓輥之間相互的擠壓力，克服物料通過(guò)模孔的阻力，從而達(dá)到制粒的目的。相同環(huán)模下，壓輥直徑越大，環(huán)模和壓輥之間型成的三角擠壓范圍越大，越利于擠壓作用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定壓輥外徑與壓模內(nèi)徑比為0.475,再經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)圓整后確定壓輥直徑為110mm。2、與環(huán)?？紫嚓P(guān)的各參數(shù)的確定與作用a、環(huán)模壓縮比I=L/d，它是反映顆粒擠壓強(qiáng)度的一個(gè)指標(biāo)。壓縮比越大，擠出的顆粒越結(jié)實(shí)。所以環(huán)模?？譫確定，即在環(huán)模壓縮比I一定的條件下，環(huán)模的有效厚度L=I*d就確定了。b、環(huán)模工作面積S=π*D*H（3-4）環(huán)模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)功率和環(huán)模工作面積成正比，因此功率一定的制粒機(jī)，一般環(huán)模直徑D和環(huán)模有效寬度H成反比，由于本機(jī)器的產(chǎn)量要求，為保證環(huán)模出料均勻，選擇環(huán)模有效寬度為23mm，環(huán)模內(nèi)徑為344mm。c、環(huán)模開孔率ψ=S1/S（3-5）式中S1為所有孔的總面積，S1=,n為?？椎膫€(gè)數(shù)，r0為?？椎陌霃?。S為環(huán)模工作面積本設(shè)計(jì)采用的單排溝槽式?？椎闹睆綖?3mm，均部圓周41個(gè)。溝槽的寬度為23mm。由上面的公式可得到環(huán)模開孔率約為71%。d、粗糙度粗糙度也是衡量環(huán)模質(zhì)量的重要指標(biāo)。在同樣的壓縮比下，粗糙度越大，顆粒擠出阻力越大，出料越困難，過(guò)大的粗糙度也影響顆粒表面的質(zhì)量。但過(guò)低的粗糙度又會(huì)增加成本，在多次試驗(yàn)后最終確定粗糙度值為3.2μm。3.1.3主軸的設(shè)計(jì)根據(jù)軸的載荷情況可分為轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動(dòng)軸三類。轉(zhuǎn)軸承受彎矩和轉(zhuǎn)矩；心軸只承受彎矩，不傳遞轉(zhuǎn)矩；傳動(dòng)軸主要承受轉(zhuǎn)矩，不承受或只承受較小彎矩。由設(shè)計(jì)知主軸主要傳遞轉(zhuǎn)矩，為典型的傳動(dòng)軸。1、選擇軸的材料軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較小，所以應(yīng)用較為廣泛。45號(hào)鋼等優(yōu)質(zhì)中碳鋼是直軸最常用的材料。由于該軸主要承受轉(zhuǎn)矩，查手冊(cè)知選用45號(hào)鋼。2、計(jì)算軸徑該軸用圓鋼車制。因?yàn)閭鬟f轉(zhuǎn)矩主要靠軸的近表面材料，所以空心軸比實(shí)心軸在材料的利用上較為經(jīng)濟(jì)，但加工費(fèi)用較高。所以本軸仍采用實(shí)心軸。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算只需知道轉(zhuǎn)矩大小，方法簡(jiǎn)單。已知該軸主要是傳遞轉(zhuǎn)矩，可以只按軸所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：（3-6）式中：T――――軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N?mm，；WT――――軸的抗扭界面系數(shù)，mm3；P――――軸傳遞的功率，kW；12kWn――――軸的轉(zhuǎn)速，r/min；63.5r/min[]―――軸材料的許用切應(yīng)力，MPa。對(duì)實(shí)心軸，，則主軸軸徑選擇的計(jì)算公式為：（3-7）上式中：d――――軸的直徑，mm；T――――軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N?mm，；P――――軸傳遞的功率，kW；n――――軸的轉(zhuǎn)速，r/min；A――――系數(shù),；由各部分所承受的載荷確定各部分的尺寸。其中軸的輸出功率一端驅(qū)動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端驅(qū)動(dòng)環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)，其中驅(qū)動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)消耗的功率較大為PmPm=Pⅹ1/3=4kW（3-8）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1=960r/min。減速器減速比i=15.1則傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為，（3-9）則主軸徑為：（3-10）3、主軸的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)條件得知，該軸主要是傳遞轉(zhuǎn)矩。其詳細(xì)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。最小軸徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑，結(jié)合聯(lián)軸器的軸徑選此軸為40mm，結(jié)合軸各段的作用選擇各段的尺寸。安裝齒輪段的軸徑為50mm，長(zhǎng)度為25mm。參考軸承的規(guī)格確定軸承段的軸徑為45mm，長(zhǎng)度為68mm。軸承右端有軸肩故其軸徑為50mm，長(zhǎng)度為50mm。齒輪左端有軸肩定位故其軸徑為50mm，長(zhǎng)度為50mm。中間軸徑為47.5mm，長(zhǎng)度為70mm。圖3-10主軸設(shè)計(jì)圖3.1.4壓縮成型系統(tǒng)的校核壓縮成型系統(tǒng)的校核主要為?？讖?qiáng)度的校核和主軸的校核。1、?？讖?qiáng)度的校核由圖3—3?？资芰Ψ治鲋饔糜谖锪显谳S向壓應(yīng)力模孔徑向壓應(yīng)力?？浊邢蚰Σ亮粗笖?shù)規(guī)律沿?？组L(zhǎng)度變化。在壓模內(nèi)表面處達(dá)到最大值，以后逐漸衰減，到?？啄┒诉_(dá)到最小值。所以只要滿足物料作用于內(nèi)表面的軸向壓應(yīng)力和徑向壓應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力即可。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)所選?？妆诤駎滿足要求。2、主軸的校核主軸的校核首先判斷危險(xiǎn)截面，通過(guò)分析軸各段的受力以及自身的尺寸情況知中間段軸徑為47.5mm段為危險(xiǎn)截面，故只需校核此截面。主軸用45鋼，由于彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩較?。ㄖ皇茏灾氐膹澗兀?，且載荷平穩(wěn)，故取[]=45MPa。軸傳遞的轉(zhuǎn)矩P1――――軸傳遞給壓輥的功率，kW；n1――――壓輥軸的轉(zhuǎn)速，r/min；軸的抗扭界面系數(shù)截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為[]―――軸材料的許用切應(yīng)力，45MPa。所以軸的尺寸和材料滿足設(shè)計(jì)的要求。粉碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)粉碎機(jī)產(chǎn)量計(jì)算及基本參數(shù)確定粉碎機(jī)產(chǎn)量按照設(shè)計(jì)任務(wù)書，設(shè)備成品顆粒（顆粒產(chǎn)品最大直徑23mm）產(chǎn)量最大為240kg/h，因此，粉碎機(jī)的產(chǎn)量應(yīng)不小于300kg/h。顆粒成品的直徑為23mm，參考相關(guān)文獻(xiàn)，原料的粉碎粒度應(yīng)為成品直徑的0.5倍–0.8倍。考慮到田間作業(yè)，原料的均勻性非常差，秸稈根部與頂部的水份含量在收獲后的不同時(shí)間段差別非常大。這會(huì)對(duì)原料的成型造成影響，因此，原料的粉碎粒度應(yīng)減小，以減小由于水份含量不均對(duì)于成型的影響。因此，我們?nèi)≡戏鬯榱６刃∮诔善奉w粒直徑的0.5倍，即小于12mm。粉碎機(jī)的動(dòng)力消耗，參考JB/T9822–2008飼草粉碎機(jī)技術(shù)條件，在飼草含水率小于15%，篩孔直徑為3mm時(shí)，每千瓦小時(shí)的生產(chǎn)率應(yīng)該大于等于40kg；以及JB/T7144.1–1993青飼料切碎機(jī)技術(shù)條件，青貯玉米含水率大于或等于65%時(shí)，其單位長(zhǎng)度千瓦小時(shí)產(chǎn)量應(yīng)大于80kg。由于我們的設(shè)備工作時(shí)，原料的含水量在15%-25%。參考以上標(biāo)準(zhǔn)，我們的原料粉碎后平均粒徑在12mm左右，千瓦小時(shí)的粉碎產(chǎn)量應(yīng)不低于100kg。因此，每小時(shí)粉碎量為300kg時(shí)，可以確定粉碎機(jī)的動(dòng)力消耗在4kW·h左右。粉碎機(jī)確定根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算，選定由遼寧省鳳城市鳳志機(jī)械廠生產(chǎn)的93ZP-1.0型多功能粉碎機(jī)，僅選其工作部分，不包括動(dòng)力。其粉碎機(jī)的主要工作性能及技術(shù)指標(biāo)如下： 產(chǎn)品型號(hào)：93ZP-1.0型 產(chǎn)品名稱：多功能粉碎機(jī) 主軸轉(zhuǎn)速：800r/min 生產(chǎn)能力：≥300kg/h 適用動(dòng)力：4kW 該機(jī)型適用于農(nóng)作物秸稈、草類等的粉碎加工。農(nóng)作物秸稈的鍘切采用軸向喂料，物料由風(fēng)力輸送至貯料斗。調(diào)質(zhì)與輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)質(zhì)料斗設(shè)計(jì)調(diào)質(zhì)料斗的主要作用有兩個(gè)，一是對(duì)于水份含量過(guò)于低的物料再加入適量的水份后進(jìn)行攪拌，二是向壓縮環(huán)模中輸送物料，以保證環(huán)模中物料的數(shù)量與質(zhì)量。為了能使物料的水份含量能保持在一定范圍內(nèi)，在物料的水份含量不足時(shí)，可以人工向物料中加入一定的水份，然后經(jīng)過(guò)輸送螺旋適當(dāng)?shù)臄嚢杷腿雺耗な摇］斔拖到y(tǒng)設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)輸送量的計(jì)算，由于受設(shè)備空間所限，首先確定螺旋長(zhǎng)度與直徑，然后根據(jù)產(chǎn)量確定節(jié)距及螺旋葉片的傾角。其喂料量計(jì)算公式及基本參數(shù)如下：Q=47D2φsnγC(t/h)式中：D–螺旋直徑：0.247mφ–充滿系數(shù)：0.25s–螺旋節(jié)距：0.09mn–螺旋轉(zhuǎn)速：63.5r/minγ–物料容重：0.08t/m3C–傾斜輸送修正系數(shù)：1Q–產(chǎn)量(t/h)帶入以上數(shù)據(jù)，考慮到物料容重與水份含量有關(guān)，經(jīng)計(jì)算調(diào)制輸送器的輸送量為：Q=328(t/h)因此，調(diào)質(zhì)輸送機(jī)每小時(shí)的產(chǎn)量328公斤，能夠滿足設(shè)計(jì)要求的每小時(shí)240公斤的最大產(chǎn)量要求。第四章動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1總動(dòng)力的確定傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖。4.2主軸與總動(dòng)力軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.3變速箱設(shè)計(jì)1、變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)2、齒輪參數(shù)及傳動(dòng)比計(jì)算變速箱齒輪參數(shù)計(jì)算表名稱符號(hào)單位Z1Z2Z3Z4Z5Z6齒數(shù)Z204022794556模數(shù)M443333壓力角α°20°20°20°20°20°20°分度圓直徑dmm8016066237135168齒頂高h(yuǎn)amm443333齒根高h(yuǎn)fmm553.753.753.753.75齒頂圓直徑damm8816872243141174齒根圓直徑dfmm7015058.5229.5127.5160.5基圓直徑dbmm75.17169.1462.02222.71126.86157.87周節(jié)pmm12.5612.569.429.429.429.42齒厚smm6.286.284.714.714.714.71標(biāo)準(zhǔn)中心距Aamm120120151.5151.5151.5151.51）環(huán)模速度及傳動(dòng)比計(jì)算環(huán)模傳動(dòng)比環(huán)模速度n=960xi=150r/min2）壓輥傳動(dòng)比計(jì)算壓模傳動(dòng)比壓模轉(zhuǎn)速n=960xi=63.5r/min根據(jù)以上計(jì)算，確定環(huán)模的轉(zhuǎn)速為150r/min，