【導(dǎo)讀】高壓輥磨機(jī)作為一種高效、節(jié)能的粉磨設(shè)備在水泥行業(yè)中已得到了廣泛應(yīng)用，為解決實際開發(fā)設(shè)計和系列化定型設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題，本論文采用。備在金屬選礦行業(yè)推廣應(yīng)用的進(jìn)程奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。本論文主要敘述了高壓輥磨機(jī)的總體設(shè)計與三維建模分析。首先根據(jù)經(jīng)驗公式，設(shè)計完成給定任務(wù)量所需的高壓。輥磨機(jī)的各部分參數(shù)，如輥徑，輥寬、輥磨力，功率等參數(shù)。然后是結(jié)構(gòu)設(shè)計和整。最后進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸確定與標(biāo)準(zhǔn)件的選型。質(zhì)量，降低設(shè)計成本，而且為高壓輥磨機(jī)整個設(shè)備的設(shè)計提供了有效的解決途徑。

　　

【正文】 021mm 石油鉆桿接頭、打撈工具以及代替含鎳較高的調(diào)質(zhì)鋼使用。 在此，選用 42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，作為輥軸的材料。 初估 動輥軸 軸徑 根據(jù)公式： 3npAd? mm () 其中： P—— 軸傳遞的功率 kW n—— 軸的轉(zhuǎn)速 r/min d—— 所要計算的軸徑 mm A—— 與軸的材料及相應(yīng)的許用扭剪應(yīng)力 [? ]有關(guān)的設(shè)計系數(shù)，由表 613查得 A取 100 軸承減聯(lián)電 ??? 2PP ? =315? ? ? ? = 得， 3 ??d= 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求及實際工況，取最小軸徑 d=300mm。按理論上說，最小軸徑越大，越能保證其強(qiáng)度要求，從而加大軸的安全系數(shù)。但軸徑過大，會造成材料浪費、設(shè)備尺寸加大、設(shè)備成本增加，故滿足軸本身的強(qiáng)度、其它軸系零部件的要求及實際工況等綜合考慮的前提下，來確 定最小軸徑。 動輥軸的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運輸?shù)葪l件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)是盡量減小應(yīng)力集中，受力合理，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠，裝拆方便。對軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型與要求剛度大的軸，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。 由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素較多，故軸不可能有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，必須根據(jù)具體情況分析比較，確定方案。 軸的破壞多數(shù)屬于疲勞破壞。在軸的截面變化處 (如軸肩、鍵槽、環(huán)槽等 )，會沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 產(chǎn)生應(yīng)力集中，軸的疲勞破壞往往在此產(chǎn)生。因此在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)力求降低應(yīng)力集中。由于軸的表面應(yīng)力最大，提高軸的表面質(zhì)量也是提高軸的疲勞強(qiáng)度的有力措施。在結(jié)構(gòu)上為了保證軸的疲勞強(qiáng)度，在軸肩處的過渡圓角半徑不應(yīng)過小。 提高軸的表面質(zhì)量包括降低軸的表面粗糙度，對軸表面進(jìn)行處理，如熱處理、機(jī)械處理和化學(xué)處理等，都能達(dá)到提高軸的疲勞強(qiáng)度的目的。 在前面的總體設(shè)計計算里，已確定輥徑為 1200mm。為防止礦石顆粒的外溢，應(yīng)設(shè)有擋料裝置；考慮到工作環(huán)境，應(yīng)設(shè)有防塵裝置；由于軸承的負(fù)荷很大，兩個壓輥的平行度難以保證，以及定 位等要求，故采用內(nèi)圈錐度為 1： 12 的調(diào)心滾子軸承，以適應(yīng)壓輥在使用中產(chǎn)生的歪斜；另外輥軸需要緊固件及密封件等，其結(jié)構(gòu)形狀要適合這些元件的結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計成階梯軸，即軸徑尺寸從中間向兩端逐漸減小。 壓輥軸的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 圖 壓輥軸的結(jié)構(gòu)圖 軸承的選擇與校核 前面已確定選用調(diào)心滾子軸承，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)，確定軸承的具體型號為23280CAF3/W33 調(diào)心滾子軸承。它的主要特點是承載能力里大，額定動載荷比；主要承受徑向載荷，也能承受任一方向的軸向載荷，適于在重載和振動載荷下工作，不能 承受純軸向載荷；軸的外殼的軸向位移限制在軸向游隙范圍內(nèi)；調(diào)心性好，能補(bǔ)償同軸度誤差；極限轉(zhuǎn)速低，內(nèi)空錐度 1： 12。在普通車床的主軸頭沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 部軸承亦采用這種軸承來保證主軸的各項精度要求，可見選用此類軸承的合理性。 23280CAF3/W33 的主要參數(shù) : d D B=400mm 720mm 256mm， 基本額 定靜載荷 0rC =11300kN，基本額定動載 荷 rC =6150kN， e=，錐度 1:12， 1Y =， 2Y =， 0Y =。 徑向當(dāng)量動載荷： 當(dāng) Fa/Fr≤ e 時， Pr=Fr+ 1Y Fa （ ） 當(dāng) Fa/Fr＞ e 時， Pr=+ 2Y Fa （ ） ?)(60106 PCnLh ? （ ） 式中 ： hL —— 用小時表示的軸承基本額定壽命 ?—— 壽命指數(shù)（滾子軸承 ? =10/3） n—— 軸承內(nèi)外圈的相對轉(zhuǎn)速 r/min P—— 當(dāng)量動負(fù)荷 kN C—— 基本額定動負(fù)荷 kN 根據(jù)輥壓設(shè) 備的實際工作情況，軸承主要受液壓系統(tǒng)的推力作用，故可以粗略的按下面的方法取用。 徑向載荷： Fr=F/2=2500kN 軸向載荷： Fa=1/12 Fr= kN 由于 Fa/Fr=1/12e， 所以當(dāng)量動載荷 Pr=Fr+ 1Y Fa=2500+? =2937kN 則該軸承的使用壽命： 3106 )293 7615 0(206010??hL=9788h= 年 1 年 所以所選軸承合格。 動輥軸的校核 按此設(shè)備的 結(jié)構(gòu)設(shè)計安排，壓輥外側(cè)應(yīng)與 軸承座內(nèi)側(cè)留有足夠的空間，用以完成防塵裝置、端蓋等的安裝。根據(jù)實際設(shè)計要求及液壓缸外徑的限制，設(shè)計壓輥外側(cè)與軸承座內(nèi)側(cè)的距離 A=240mm，軸承座寬度為 350，由于軸承受力點一般選在軸沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 承中間，故取 C=175mm。 則此軸所受彎矩的力臂長： L=B/2+A+C=550/2+240+175=690mm 所受的扭矩： T=9550nP=9550?=138647N m 考慮到整個設(shè)備的實際工況等條件，動輥軸的變形主要是由 液壓推力的作用 產(chǎn)生的。故 動輥軸的受力圖、彎矩、扭矩圖如圖 所示。 圖 動輥軸的受力圖、彎矩、扭矩圖 若按許用彎曲應(yīng)力計算，則由于輥軸工作處軸徑 ? =710mm，軸徑很大，而在輥軸兩側(cè)，軸徑較小，所以計算時應(yīng)選輥軸邊緣計算。 軸所受的彎矩為： 水平方向： 1M = LF?2 = ? =1725 N m 垂直方向： 2M = 1M 沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 合成彎矩： 2221 MMM ?? =2440 N m 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度： 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。由于輥軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 ? = 軸的計算應(yīng)力： ? ?W TMca 22 ?? ?? = ? ?? ?322 ? ??= 前面已選定軸的材料為 42CrMo， 調(diào)質(zhì)處理，查表得， ? ?1?? =240 MPa。 因此 ca? ? ?1?? ， 故安全。 減速器的選擇與校核 減速器的 介紹 減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨立的封閉傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。在某些場合也用來增速，成為增速器。 減速器種類很多，按照傳動形式可分為齒輪減速器、 蝸桿 減速器和行星減速器以及它們他們互相組合起來的減速器；按照傳動級數(shù)可分 為圓柱齒輪減速器和圓錐齒輪減速器和圓錐 圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。 在此選用的ＸＧ型系列減速器主要用于水泥工業(yè)輥壓機(jī)主傳動減速裝置上。該系列減速機(jī)在多粉塵環(huán)境中能承受連續(xù)強(qiáng)沖擊、強(qiáng)振動的重載負(fù)荷，同時由于受輥壓機(jī)結(jié)構(gòu)限制，減速機(jī)必須做到體積小、重量輕。在此采用的行星傳動使傳動功率分流，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，在行星傳動核心技術(shù)─均載上取得突破，較好的解決了上述問題。 該系列減速器齒輪采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)合金鋼材料淬硬、精制而成。其性能特點如下：連續(xù)運轉(zhuǎn)、高承載能力、抗沖擊、抗震動 ；可正、反兩向運轉(zhuǎn)；傳動效率： ；輸入軸轉(zhuǎn)速≤ 1500r/min；環(huán)境溫度 10℃ — +40℃，低于 0℃時，啟動前潤滑油應(yīng)預(yù)熱；特別適用于嚴(yán)重沖擊，多粉塵及連續(xù)運轉(zhuǎn)的情況；正常使用壽命：不低于 50000小時；減速器輸出軸與工作機(jī)軸 采 用 伸 縮套聯(lián)結(jié)（無鍵可拆卸聯(lián)接方式），懸掛安裝。通過扭力支承桿保持平衡。裝配、調(diào)整、方便快速、簡單。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 減速器的選擇 此次設(shè)計選用的是 XGF38A— 49 行星齒輪減速器，公稱傳動比 i=49。 減速 器的校核 減速器選擇需要兩個條件： （ 1）強(qiáng)度條件 選擇減速器時必須首先滿足 傳動比的要求，然后按計算功率 CP 選擇型號規(guī)格。 由公式： CP =P AK AS = 39。1pP ? 1P 139。1nn 式中 P—— 傳遞的輸入功率 kW， P= 電聯(lián)軸器 P? = 315kW= AK —— 工況系數(shù)，見表 1840；取值為 2 1n —— 承載能力表中四檔轉(zhuǎn)速之一的入軸轉(zhuǎn)速 985r/min 1P —— 對應(yīng)與 1n 的許用輸入功率 kW，見表 18115 39。1n —— 要求輸入轉(zhuǎn)速， 985r/min 1`PP — — 對應(yīng)于 39。1n 的許用輸入功率 kW，是 AS —— 安全系數(shù)。因為本減速器失效僅引起單機(jī)停產(chǎn)所以取值為 即： Pc= 2 =? 985985 = 所以選用的減速器合理 （ 2）散熱條件 用下式驗算熱功率 Pt ： Pt =P 1321 GPfff ? 式中 1f —— 環(huán)境溫度系數(shù)，見表 1889 2f —— 負(fù)荷率系數(shù)，見表 1842 3f —— 公稱功率利用率系數(shù)，見表 18132 1GP —— 減速器熱功率，見表 18116 Pt = =? 沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 所以選用的減速器符合要求。 聯(lián)軸器的選用 選擇聯(lián)軸器的類型 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點： （ 1） 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 （ 2） 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸 ，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 （ 3） 兩軸相對位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬向聯(lián)軸器等。 （ 4） 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感， 而且容易老化。 5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器 (例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等 )，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動。 根據(jù)設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、與聯(lián)軸器聯(lián)接部件的軸徑和以上參考內(nèi)容，電動機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器采用 SWC225B2 整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器；減速器與輥軸之間采用 SH39071 標(biāo)準(zhǔn)脹 套聯(lián)軸器。現(xiàn)以十字軸式萬向聯(lián)軸器為例進(jìn)行校核。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 十字軸式萬向聯(lián)軸器的 校核 nPTkTTwc9550?? 式中： T—— 理論轉(zhuǎn)矩 N m cT —— 計算轉(zhuǎn)矩 N m wP —— 驅(qū)動功率 ， wP =315kW k—— 工況系數(shù)，查表 5222，取 k=4（重載荷沖擊） n—— 工作轉(zhuǎn)速， n=985r/min 故， nPT w9550? = 9853159550? =3054 N m 30544??? kTTc =12216 N m= N m 按公式： nc TT? ，對所選擇的聯(lián)軸器進(jìn)行強(qiáng)度校核。 已知聯(lián)軸器型號： SWC225B2， 查表 5219 得以下參數(shù)： 回轉(zhuǎn)直徑 —— D=225mm 公稱轉(zhuǎn)矩 —— nT =40 k N m 軸線折角 —— ?15?? 疲勞轉(zhuǎn)矩 —— fT =20 k N m 有， mNk 40mNk 2 1 ????? nc TT 所以所選擇的聯(lián)軸器滿足要求。 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 液壓缸的設(shè)計計算 根據(jù)設(shè)備的實際動作要求，液壓缸設(shè)計為單活塞桿液壓缸，工作時由油壓驅(qū)動，回程時靠液壓閥換向，油壓反向驅(qū)動，采用活塞液壓缸。 由前面的技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)可知，動輥的最大工作壓力 0F =5000kN， 則實際液壓缸的最大工作壓力：miFF ?0? ，其中 iF 為實際工作壓力， m? 為液壓缸機(jī)械效率，所以，沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 ?? mi FF ?= 在總體方案設(shè)計中已經(jīng)提出采用 4個液壓缸，所以一個液壓缸工作壓力為： iF = iF /4= 由所給技術(shù) 參考數(shù)據(jù)可知 0P 為 10～ 20MPa之間任意值，現(xiàn)初選壓力為 0P =20MPa。 根據(jù)