水平振动输送机的设计文档格式.docx

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目录

1.绪论 4

1.1振动机械的简介 4

1.1.1振动机械的组成 4

1.1.2振动机械的分类 5

1.1.3振动机械的应用 6

1.2水平振动输送机简介 7

1.3选题的背景及意义 8

1.3.1振动利用工程 8

1.3.2本课题的研究目的和意义 8

1.4水平振动输送机原理分析 9

1.5本章小结 11

2.动力学分析 12

2.1料槽的运动机理分析 12

2.2影响振幅的相关参数分析 13

2.2.1频率比的影响 13

2.2.2振幅比的影响 14

2.2.3初相位角的影响 14

2.2.4角速度的影响 15

2.3最优参数下的运动学仿真 17

2.4本章小结 17

3.惯性激振器的设计 18

3.1电动机的选择 18

3.2偏心块 18

3.3带传动的设计 18

3.3.1已知条件和设计内容 18

3.3.2设计步骤及方法 19

3.3轴的设计 23

3.3.1．主动低速轴的设计 23

3.3.2．从动低速轴的设计 25

3.3.3．高速轴的设计 25

3.4齿轮的设计 27

3.4.1已知条件和设计内容 27

3.4.2齿轮设计 28

3.5其余附件设计 30

3.5.1振动框架 30

3.5.2电机架 30

3.5.3加固板设计 30

3.6本章小结 31

4.悬挂系统 32

4.1悬挂基座 32

4.2悬挂螺杆组 32

4.3支撑小轮 33

5小车系统 34

5.1车架 34

5.2车轮 34

6总结与展望 35

6.1工作总结 35

6.2工作展望 35

致谢 36

参考文献 37

附录 39

1.绪论

1.1振动机械的简介

1.1.1振动机械的组成

振动机械是根据振动的原理来实现各类加工作业的一种机械设备，在20世纪后半叶，振动机械得到了飞速迅猛的发展。

如振动输送机、振动给料机、振动落砂机、振动破碎机、振动筛分机等均已广泛的应用于各行各业的实际生产中，在各工种的工序上发挥着重要作用。

振动机械主要可以分为三个组成部分：

（1）激振器

激振器是振动机械的动力源，它利用偏心块或者偏心轴的旋转来产生激振力，使振动载体获得一定形式和大小的周期性变化，从而使振动载体持续振动，实现物件或者物料的筛分、输送、成型、密实和土壤、砂石等的捣固等各种工作。

常见的激振器有气动式、液压式、惯性式、凸轮式、电磁式、弹性连杆式激振器等。

激振器能够产生各式各样的激振力，简谐的或者非简谐的、多项的或者单项的。

（2）振动载体或工作机体

振动载体在激振力的作用下做周期性振动，从而完成预定的工作过程。

如筛箱、槽、台面、平衡架体等都是振动载体。

（3）弹性元件或弹簧

有隔振弹簧、主振弹簧、连杆弹簧三种。

1）隔振弹簧支撑着振动载体，使振动载体实现所预想的振动，同时，隔振弹簧还能够减小传给结构架或基础的动载荷。

2）主振弹簧也叫做共振弹簧或者蓄能弹簧。

3）连杆弹簧用于传递振动机械中的激振力等。

实际中，一些振动机械中并没有弹性元件。

1.1.2振动机械的分类

分析振动机械，找出它们的共同特点与特性，对它们进行分类，以使振动机械得到更好更合理的应用。

振动机械的分类如图1.1所示。

图1.1振动机械的分类

这里只对惯性式振动机械做简单介绍，惯性振动机械是利用偏心块旋转产生的激振力工作的振动机械。

惯性振动机械主要由六部分组成，如图1.2所示。

图1.2惯性式振动机

1-激振器，2-工作机体，3-弹性元件，4-偏心块，5-主轴，6-轴承和轴承座

惯性振动机械由惯性激振器驱动，偏心块回转产生周期的离心惯性力，从而带动工作机体周期性振动。

偏心块的质量和偏心距决定了振动机体的振幅，偏心块的转速为振动机体的工作频率，改变传动机构的传动比或者改变电动机的转速，就可以改变振动机体的工作频率。

惯性振动机械包含下面几个特点：

（1）偏心块对振动载体具有附加质量。

（2）机械的工作频率远大于系统的自然频率。

（3）振动机体的惯性力与偏心块产生的离心力可以相互平衡。

（4）依据工艺的不同需求来调整振动机体的频率和振幅。

1.1.3振动机械的应用

近些年来，社会发展迅速，振动机械的技术也得到了很大的提高，在现代工业生产中得到了广泛的应用。

与其他形式的机械对照，振动机械具有较为明显的优点：

结构简单、重量轻、易制造、消耗金属量较少、低成本。

低能耗、易安装、易维修等。

振动机械的应用主要有以下七个方面。

（1）物料输送

振动机械运转时，可以使振动料槽或管体内的物料在预期的方向上进行抛掷或者滑行运动，以达到物料输送的要求。

利用管体输送有毒或有害的物料，可以避免工人的健康受到伤害，为生产制造提供了良好的环境；

同时，便于输送高温度的物料。

（2）物料的选别、冷却、脱水、筛分和干燥

振动机械运转时，振动作用促使物料匀称、松散的分布，此时，物料所受的作用力有：

重力、惯性力、摩擦力以及冲击力等，故该类机械能有效的实现物料在输送过程中的选别、冷却、脱水、筛分和干燥等工作。

（3）物件的清理、无聊的粉磨及工件的光饰

振动机械的振动加剧了研磨介质与物料（或物件）之间的相互撞击和摩擦，从而有效的实现物料的清理、粉磨以及工件的光饰。

（4）松散物料成型和紧实

振动机械中的物料容易成型和紧实，这是因为振动机械运转时，产生的振动大大降低了物料的内摩擦系数，增加了它的“流动性”。

（5）砂石或土壤的振捣、夯实和沉拔桩等

振动机械运转时，砂石、土壤和其他混合物之间的内摩擦力降低，从而使土壤对管、桩的阻力也减小，因而有效地完成了砂石或土壤的振捣、夯实和沉拔桩等工作，并且使工人的体力劳动也大大减轻。

（6）机器、仪器及零部件测试

利用激振器可以对物件进行振动试验；

利用振动试验台或者振动测量仪可以测定机器、仪器以及零部件的相关参数；

利用振动原理可以测试回转物件的动平衡。

（7）其他用途

此外，振动机械的振动还可以加快焊接构件和铸件的内部形变晶体重新排列，

缩短消除内应力的时间等。

由此可见，振动机械用途十分广泛，其种类将会不断增多，在以后的生产实际中将会发挥更大、更加有效的作用。

1.2水平振动输送机简介

振动输送是使物料在工作机体内作滑行或抛掷运动，达到输送或边输送边加工的目的。

振动输送主要用于输送块状粒状或粉状物料。

振动输送按驱动形式可分为：

1）弹性连杆式振动输送机，有弹性连杆驱动；

2）电磁振动输送机；

3）惯性式振动输送机。

惯性式振动输送机由惯性激振器激振。

目前普遍使用的主要有单轴惯性激振器和双轴惯性激振器。

单轴惯性激振器是利用一个带偏心块的轴使输送框架振动，其运动轨迹一般为圆形或椭圆形。

双轴惯性激振器是靠两根带偏心块的主轴作同步反向旋转而产生单向激振力，其运动轨迹为直线。

在惯性激振器中，物料的运动状态既有滑行运动又有抛掷运动，以抛掷运动为主。

1.3选题的背景及意义

1.3.1振动利用工程

振动与波是20世纪后半期发展起来的一种具有广泛应用价值的科学技术，目前还正处在迅速发展过程中，由于该种技术与工农业生产联系十分密切，能创造巨大的经济效益与社会效益，并能为人类生活提供良好的服务，现今已成为工农业生产与人民日常生活必要的机制。

由于“振动利用工程”牵涉面很广，涉及的领域及其相关的学科较多，应用范围及其分布十分零散。

因此，给它的系统和深入的研究带来较大难度，这也可能是目前其他国家未能对这一学科进行系统研究与总结的主要原因。

中国首先提出了“振动利用工程”学科的新概念，并进行了综合与总结。

通过对“振动利用工程”的研究，将该学科划分为：

线性与近似于线性振动的利用、非线性振动的利用、波及波能的利用、电磁振荡原理的应用，以及振动与波在生物工程和社会经济领域及气象学中的利用等，为“振动利用工程”学科构建起了理论框架。

图1.3线性与非线性振动与波的应用领域

1.3.2本课题的研究目的和意义

本课题是针对钢厂电炉改造的一种新工艺提出的。

现有的电炉加料系统首先把电炉盖打开加入原料再把炉盖合上，采用这种新工艺，在电炉的侧壁上开孔，通过振动输送机把原料直接送入炉体，省去了电炉盖打开、关闭的操作，不但节省了时间，提高了效率，而且使冶炼可以连续进行，也便于对整个冶炼过程进行自动控制。

传统的振动输送设备主要输送粒状、粉状、块度比较小的物料，主要采用抛掷运动为主来输送物料。

物料时而与槽底接触，时而与槽底脱离，即物料时而被槽体向前上方抛起，作抛物线运动，时而又落回槽底，物料每次被抛起之后都向前运动一个微小距离，从而实现物料的连续输送。

由于电炉冶炼的原料大部分是废钢、生铁等，块度大、质量大，采用抛掷运动产生的冲击载荷将会非常大，对结构强度、刚度、驱动功率等要求非常高，因此传统的单轴或双轴惯性激振系统不宜继续采用。

四轴惯性激振系统采用完全的滑行运动，物料始终保持与槽底相接触，在槽体的每一个振动周期中，物料沿槽体向前滑动一个微小距离。

因此在槽体以一定频率连续振动的情况下，可以将物料连续的从槽体中输送出去。

四轴惯性激振系统的振动输送机，目前国内只有在几个大钢厂有引进国外的设备采用，但是没有相关的设计资料，也没有厂家进行过设计、开发工作，因此对这种输送设备的研究具有很大的理论价值由于国内大部分钢厂的电炉都采用传统的工艺进行生产，采用新工艺引进这种输送设备的厂家不多，因此对此进行开发、研究具有广泛的实际应用的价值。

1.4水平振动输送机原理分析

当代社会工业生产水平发展迅速，如何尽可能的提高生产效率已成为普遍受关注的问题。

惯性水平振动给料机是基于物料滑移理论的用来进行物料输送的振动机械。

物料在滑移运动过程中始终与工作面保持接触，其工作噪声低，并且不易产生冲击。

惯性水平振动给料机开始工作时，四轴激振器运转，产生一个水平离心力，从而带动整个给料机的工作。

其主要组成包括：

机体、料槽、四轴激振器、悬挂装置（如图所示）。

四轴激振器的主轴两两等速，并且回转方向相反，其中一对为高速轴，一对为低速轴，主轴运转时，激振器竖直方向的力相消，水平方向的力叠加，从而产生一个水平方向的激振力，带动给料机在水平方向产生振动。

惯性水平振动给料机在运转时，物料与料槽一直处于接触状态，故物料实行完全的滑行运动。

当料槽和物料的加速度不同时，物料与料槽之间就会产生相对的滑行运动（正向滑动，反向滑动）。

惯性水平振动给料机振动一个周期，物料沿料槽向前滑动一定的距离，故当料槽持续振动时，物料将依次被输送出去。

图2.1惯性水平振动给料机输送物料示意图

如图2.1所示为在炼钢企业中，用惯性水平振动给料机为电弧炉输送物料的示意图，一对等速反向的低速轴通过一对大齿轮啮合实现，每一个大齿轮分别与一个小齿轮相啮合实现等速反向的高速轴，大齿轮和小齿轮的转动方向相反。

其输送物料的过程如下：

物料由落料竖井落入振动给料机的料槽中，料槽与激振器固连在一起，激振器运转时，产生的激振力带动料槽一起振动，从而使物料向着电弧炉方向运动，终落入电弧炉内，完成物料输送的过程。

水平振动式输送机由电机通过带传动带动四轴惯性激振器。

激振器工作时，相互啮合的齿轮带动大小不同的两组偏心块转动，在竖直方向上，各偏心块所产生的激振力相互抵消，合激振力为零；

在水平方向上，由于两组偏心块大小与偏心距不同，因而会产生一种具有特殊形式的激振力，使振动机体实现水平方向的慢进快退的振动形式，从而其框架上的物料随着料槽的振动逐渐向前滑动。

四轴惯性激振系统采用完全的滑行运动，物料始终保持与槽底接触，在槽体的每一个振动周期中，物料能够沿槽体向前滑动一个微小距离。

因此，槽体按一定频率周期性连续振动时，物料将从槽体中依此输送出去。

为了能形象的描述该振动输送机模型，建立如图1所示的简化模型。

该模型由以下几部分构成：

1）四轴激振系统，产生特殊形式的激振力；

2）输送料槽，承载物料并输送物料；

3）悬挂系统，支撑振动机体，提供一个二自由度的振动平面；

4）小车，支撑整个输送机系统，便于维护时的移动；

5）电机与带传动部分（图中略去），为激振器提供动力。

图2.2振动输送机示意图

1.5本章小结

本章主要从四个方面介绍了本次毕业设计所研究的对象，其中包含振动机械的简介、水平振动输送机的简介、本次设计的选题背景及意义和本次设计的输送机的原理分析。

通过以上几个方面，可以了解到水平振动输送机目前在国内的使用是非常稀少的，这方面的研究资料也是非常少的，所以做本方面的研究是非常有意义的。

本次设计，将针对此类振动输送机进行全方位的研究与分析，以确定出最合理的设计方案，以供后续参考。

2.动力学分析

2.1料槽的运动机理分析

如图1所示，该振动输送机的运动位移是由两组偏心块分别引起的低频振动与高频振动两组位移叠加而成，即

（2-1）

低频振动的位移为

（2-2）

式中分别为低频偏心块的质量与偏心距；

M为振动体总质量；

分别为低频振动的频率与时间。

上式中的负号表示偏心块运动方向与位移方向相反。

在这里，我们暂取高低频振动频率比为2，这样才能达到最大的差动效果（后面有验证）。

此时，高频振动的位移为

（2-3）

式中分别为高频偏心块的质量与偏心距；

分别为高频振动的初相角。

上式中的负号同样表示偏心块运动方向与位移方向相反。

将式（2-2）、（2-3）代入式（2-1）中，可得出振动合位移为

（2-4）

振动速度为

（2-5）

振动加速度为

（2-6）

由上式可看出，输送机振动的运动位移、速度及加速度，均由一次与二次谐波所组成。

它们的振幅均与偏心质量矩或成正，而与振动质量M成反比。

低频与高频偏心块产生的相对运动的激振力分别为

（2-7）

合成激振力为

（2-8）

2.2影响振幅的相关参数分析

根据对料槽运动的分析，影响料槽运动的主要参数有高低频轴频率比、高低频轴振幅比、初相位角。

下面我们逐一选取这几个参数的大小。

2.2.1频率比的影响

为了产生符合谐波，k2应取整数，那么式（2-6）代入k2可化为

（2-9）

使用软件MATLAB绘制加速度曲线（程序见附录），图2为k2分别取2、3、4时的加速度图（其中暂取相关参数如下：

）。

图2.3k2不同取值时的加速度曲线

由图2可看出，随着K2取值的不断增大，差动系数越来越小（正、反方向最大速度的比值），当K2=2时（图中红色曲线）差动系数最大，最能达到输送机要求的慢进快退的效果。

所以一般情况下选择高低频主轴的频率比为2是合理的。

2.2.2振幅比的影响

同样的，利用MATLAB软件绘制K1分别取0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4时的加速度曲线图，K2=2，其余同上。

图2.4K1取不同值时的加速度曲线

由图3可看出，在其他参数不变的情况下，增大K1会提高差动系数，但考虑到偏心轴受力的一致性问题，一般使高低频主轴受激振力一样。

即

（2-10）

为了使，根据式2-10可知，前面我们取K2=2，所以在这里我们K1取0.25最为合适。

2.2.3初相位角的影响

使用MATLAB绘制分别取情况时的加速度图（其他参数同上）。

图2.5取不同值时的加速度曲线

由图4可以看出，当时，加速度曲线的差动性最强。

即：

在其他参数相同的情况下，时每周期的相对滑行量最大，也就是说物料速度最快，效率最高。

2.2.4角速度的影响

当分别取时可得相应的加速度曲线如下：

图2.6不同角速度值对应的加速度曲线

对应的速度曲线如下：

图6不同角速度值对应的速度曲线

对应的位移曲线如下：

图2.7不同角速度值对应的速度曲线

根据以上位移、速度、加速度曲线图，可以看出，随着角速度值得增大，速度与加速度也随之增大，而振幅并不增加，故应根据需要选择合适的角速度值。

这里我们取。

2.3最优参数下的运动学仿真

根据上一节分析的结果，取相应的参数（），绘制对应的动力学曲线如下：

图2.8动力学曲线图

2.4本章小结

本章主要从理论上对输送机料槽的运动进行了运动学建模，并推导出了料槽运动的动力学公式，同时利用MATLAB对影响料槽运动的参数进行了优化分析，确定出了比较符合设计要求的差动性参数，为后续的设计打下了理论基础。

3.惯性激振器的设计

3.1电动机的选择

根据设计任务书给定参数，

（3-1）

由于高低频轴的转速比为1:

2，那么振动频率即为低速轴转动的频率，即

（3-2）

这里取带传动比为3，那么电动机转速为1080/min。

综上所述，电动机选择额定功率为55kw，额定转速为1000r/min。

在此工况下，频率

通过查阅机械设计手册电动机选取部分，我们选择YZRW280M型号起重冶金用型电机。

3.2偏心块

根据资料，估取整机质量约50t=50000kg，可根据公式

（3-3）

可计算出低频偏心轴的偏心质量矩为312.5kg·

m，再根据公式

（3-4）

高频轴的偏心质量矩为78.125kg·

m。

偏心块偏心距的确定