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1、 摘要：振动筛的研究不断地向着标准化、系列化、通用化发展，并引入现代化设计手段，采用新材料、新技术、新工艺，其目的在于不断扩大筛机应用领域，满足国民经济建设发展的需要，并担当对外出口的任务。目前，在我国，选矿设备的种类有很多，机械式的占绝大多数。随着选矿技术变得越来越成熟，新型的电磁振动式振筛机现在也得到运用。但不管对于实验室还是工地现场，机械式振筛机的运用占据了主要位置。而标准筛振筛机凭借其优良的工作性能和方便轻巧的优点也深受用户的喜爱，所以，对标准筛振筛机的研究与设计变得越来越重要。本文设计的振筛机主要由电机带动偏心轴运动，从而实现晒面的振动，完成原料的筛分过程。关键词：振动筛 筛箱 振动
2、电机指导老师签名：Standard sieve vibration sieve machines overall and the design of clamping deviceStudent name:xu lixuan Class:0781053Spervisor:luo haiquanAbstract:The shaker research unceasingly to the standardization, the seriation, the universalized development, and the introduction modernization design
3、method, uses the new material, the new technology, the new craft, its goal lies in unceasingly expands the sieve machine application domain, satisfies national economy construction the need to develop, and takes on the foreign exportation the duty. At present, in China, there are many kinds of proce
4、ssing equipment, the mechanic in a majority of cases. As processing technology becomes more and more mature, new electromagnetic vibration type vibration sieve machine now also get use. But whatever the lab or on site, mechanical vibration sieve machine using occupy the central position. While the s
5、tandard sieve vibration sieve machine with its excellent work performance and convenience lightweight advantages and deeply the users favorite, therefore, to standard sieve vibration sieve machine research and design becomes more and more important. This design by motor vibration sieve machine is ma
6、inly driven partiality axis movement, so as to realize the vibration, complete materials bask in the screening process. Keywords:the vibration screen the box screen the vibration electric machinery Signature of Supervisor: 毕业设计（论文）题 目：标准筛振筛机的总体及夹紧装置的设计 系 别 航空工程系专业名称 机械设计制造及其自动化班级学号 078105332学生姓名 徐立轩
7、指导教师 罗海泉二O一一 年五月 目录1 标准筛振筛机概述 51.1. 课题背景51.2. 标准筛振筛机的基本工作原理51.3. 标准试验筛的类型简介61.4. 标准筛振筛机使用过程中的工作和工况要求61.5. 设计任务72 标准筛振筛机的总体设计82.1. 总体位置方案的确定82.2. 电动机的选择93 紧机构的设113.1. 夹紧装置的基本结构 113.2. 夹紧装置的基本要求 113.3. 夹紧装置的计算 133.3.1. 夹紧装置受力分析 133.3.2. 离心力的计算 143.3.3. 圆筒剪切强度校核 154 振击机构的设计计算164.1. 打击轴的工作原理 164.2. 打击轴的
8、计算校核 164.2.1. 圆柱销的剪切应力校核 164.2.2. 打击轴的强度计算 175 偏心轴的设计计算 195.1. 大偏心轴的设计计算 195.1.1. 大偏心轴设计的主要内容及其选材 195.1.2. 大偏心轴的结构设计 195.1.3. 大偏心轴的校核计算 215.2. 小偏心轴的设计 275.2.1. 小偏心轴的设计要求 275.2.2. 小偏心轴的结构设计 286 托盘与托盘支承的设计 296.1. 托盘的设计 296.2. 托盘支撑的设计 297 箱体的设计347.1. 振筛机箱体设计的基本要求 347.2. 箱体的结构设计 348 标准零件的选择 378.1. 滚动轴承的
9、选用 378.1.1. 滚动轴承的确定 378.1.2. 轴承的寿命计算 388.2. 滑动轴承的确定 408.2.1. 轴承的选材 408.2.2. 轴套结构的确定 418.3. 键的选择 419 滑杆等非标准零件的选择 429.1. 双头螺杆的设计和选择 429.2. 滑竿的设计选择 429.3. 马蹄定位环的设计 4210 润滑与密封 4410.1. 润滑简介 4410.2. 轴承的润滑 4410.2.1. 滚动轴承的润滑 4410.2.2. 滑动轴承的润滑 4510.3. 润滑方式的选择 4510.4. 密封 4511 轴的工艺路线4611.1. 加工要求 4611.2. 零件各主要部
10、分的作用及技术要求 4611.3. 工艺分析 4611.4. 基准选择 4611.5. 工艺过程 46参考文献 49致谢50目录1 标准筛振筛机概述 51.1. 课题背景51.2. 标准筛振筛机的基本工作原理51.3. 标准试验筛的类型简介61.4. 标准筛振筛机使用过程中的工作和工况要求61.5. 设计任务72 标准筛振筛机的总体设计82.1. 总体位置方案的确定82.2. 电动机的选择93 紧机构的设113.1. 夹紧装置的基本结构 113.2. 夹紧装置的基本要求 113.3. 夹紧装置的计算 133.3.1. 夹紧装置受力分析 133.3.2. 离心力的计算 143.3.3. 圆筒剪切
11、强度校核 154 振击机构的设计计算164.1. 打击轴的工作原理 164.2. 打击轴的计算校核 164.2.1. 圆柱销的剪切应力校核 164.2.2. 打击轴的强度计算 175 偏心轴的设计计算 195.1. 大偏心轴的设计计算 195.1.1. 大偏心轴设计的主要内容及其选材 195.1.2. 大偏心轴的结构设计 195.1.3. 大偏心轴的校核计算 215.2. 小偏心轴的设计 275.2.1. 小偏心轴的设计要求 275.2.2. 小偏心轴的结构设计 286 托盘与托盘支承的设计 296.1. 托盘的设计 296.2. 托盘支撑的设计 297 箱体的设计347.1. 振筛机箱体设计
12、的基本要求 347.2. 箱体的结构设计 348 标准零件的选择 378.1. 滚动轴承的选用 378.1.1. 滚动轴承的确定 378.1.2. 轴承的寿命计算 388.2. 滑动轴承的确定 408.2.1. 轴承的选材 408.2.2. 轴套结构的确定 418.3. 键的选择 419 滑杆等非标准零件的选择 429.1. 双头螺杆的设计和选择 429.2. 滑竿的设计选择 429.3. 马蹄定位环的设计 4210 润滑与密封 4410.1. 润滑简介 4410.2. 轴承的润滑 4410.2.1. 滚动轴承的润滑 4410.2.2. 滑动轴承的润滑 4510.3. 润滑方式的选择 4510
13、.4. 密封 4511 轴的工艺路线4611.1. 加工要求 4611.2. 零件各主要部分的作用及技术要求 4611.3. 工艺分析 4611.4. 基准选择 4611.5. 工艺过程 46参考文献 49致谢501标准筛振筛机概述11 课题背景目前，在我国，选矿设备的种类有很多，机械式的占绝大多数。随着选矿技术变得越来越成熟，新型的电磁振动式振筛机现在也得到运用。但不管对于实验室还是工地现场，机I械式振筛机的运用占据了主要位置。而标准筛振筛机凭借其优良的工作性能和方便轻巧的优点也深受用户的喜爱，所以，对标准筛振筛机的研究与设计变得越来越重要。在选矿设备中，振筛机是一种很有代表性的选矿设备，其
14、广泛运用于试验室的选矿工作中。标准筛振筛机是与小200毫米试验筛配套使用，对颗粒物料进行分级筛分的专用设备，可代替人工筛分操作，并具有两种功能，一种为摇动和振击，另一种为纯摇动筛分。并广泛用于地质、冶金、化工、煤炭、国防、科研、砂轮制造、水泥生产等部门化验室对物料进行筛分分析。振击次数稳定可靠，装夹套筛方便灵活，夹紧牢靠，并能自动停车，根据用户需要，可筛分多种特性的产品每次开机五分钟，既方便又简单完成分级工作。1.2 标准筛振筛机的基本工作原理若不考虑电磁式标准筛振筛机，但就机械式振筛机而言，我们所设计的标准筛振筛机属于直线顶击式振筛机。它属于仿人工筛分功能机械，所以，它具有振击和摇动的功能，
15、正是在这种仿人工筛分的机械动作，是煤粒的筛分作业得以实现。标准筛振筛机直线顶击功能通过一对凸轮机构实现，而其摇动的机械动作，我们通过安装偏心轮来实现。本机结构主要由机座、筛与传动机构等部分组成。可配备专用夹具、即可装夹200试验筛，又可装75、 100套筛，装夹方便灵活，夹紧牢靠，并能自动停机。有的标准筛振筛机振击功能是通过两个电机实现振机筛分运动的，我们采用纯机械式传动，只要在传动结构上做些设计改进，就可以同时实现振击和筛分的双重功能， 既节省了设计成本，又使动作更稳定。其基本工作原理如图1. 1所示，煤流在振动和摇动的作用下，通过筛组从上往下流动，通过筛组时，我们可以根据要求得到几组不同粒
16、度值的煤粒。图1.1 筛分过程中煤流运动示意图1.3标准试验筛的类型简介试验筛式振筛机的很重要的附件，它就象计算机的软件一样，它的选择直接决定我们所要得到的煤样的粒度。200试验筛根据筛面材料分为金属丝编织网试验筛和金属穿孔板试验筛。金属丝编织网试验筛采用国家标准GB/T6003.1-1997 生产。其网孔基本尺寸为2.36mm-0.038mm，符合国际标准ISO3310-1：1990 R20/3，R20，R40/3 系列，筛网材质为黄铜、锡青铜、不锈钢。 金属穿孔板试验筛采用国家标准GB/T6003.2-1997，符合国际标准ISO3310-2：1990 R20/3、R20、R40/3 系列
17、，筛网材质为优质不锈钢，并采用数控冲压穿孔而成。借鉴进口试验筛的优点，在下筛框增加了密封胶圈，较好地解决了振筛机震筛时粉料漏失现象，减少了飞溅粉料溅入振筛机缝隙内磨损齿轮的机会，尽可能的延长振筛机的使用寿命。同时还能减小噪音，一定程度地改善了生产现场噪音条件。1.4标准筛振筛机使用过程中的工作和工况要求1.4.1必须均匀给料：给料量以满足设备处理为准。一次投料过多，阻碍物料在筛面上的正常运动，不但易使筛网疲劳变松，而且会大大降低物料处理量。一次性给予大量物料，会使本身处于不平衡运转的电机负荷骤然增加，而造成电机损坏、减低电机的寿命。如给料量达不到设备的处理能力，即浪费能源，又降低了产量。1.4
18、.2在有强大冲击力的给料方式，必须加装缓冲料斗，物料直接冲击网面，不但消耗振动源所产生的激振力，更易造成网面破损及筛网疲劳，而影响产量及筛分.过滤的质量。1.5设计任务本设计的题目是标准筛振筛机的总体设计和夹紧装置的设计,设计参数主要为：电动机额定功率 P=0.37KW摇动频率 w=221rad/min振击频率f=141次/min匹配筛具直径 200mm设计的主要任务是首先对振筛机的总体进行布局，合理化装配空间，并对摇动、打击、夹紧等机构或装置的工作原理进行系统分析,然后根据设计要求初歩拟定一个设计方案,然后对其主要部件进行受力分析并校核,从而确定一个更加科学的设计方案。2 标准筛振筛机的总体
19、设计 2.1总体位置方案的确定借鉴已有产品的结构特点，本设计大致整体结构没有作很大的变动，因为现有的产品在其各零部件的布置上以及总体尺寸的设计上有它的优点。总体位置方案:筛组由夹紧装置固定成一个部分,单独布置在箱体的外部,下面由托盘支撑与偏心盘联接起来,托盘支撑还能增强打击轴的打击力度.箱体内部依旧是布置振击部分和减速机构，并将其设计成不同的单元，这样能够更加有利于装配和维修。1.夹紧装置 2.摇动机构 3.上斜齿轮 4.机架 5.减速机构 6.下斜齿轮 7.振击机构图2.1 标准筛振筛机剖面图2.2电动机的选择根据设计任务要求，我们所使用的电机功率为0.37KW，这种电机属于微型电机，通过查
20、阅相关手册【9】，列举了功率为0.37KW，各种微型电机性能参数表（表2.1）表2.1 部分微型电机性能参数对比表9电机型号功率（P）额定电流(A)额定电压(V)电流频率(HZ)转速(r/min)功率因素cos启动转矩启动电流(A)最大转矩A02-71123700.95220/3805028000.82.262.4AO2-71243701.12220/3805014000.722.262.4B02-80123703.362205028000.771.1301.8B02-80243704.242205014000.641.2301.8C02-80123703.362205028000.772.8
21、2118C02-80243704.242205014000.642.5211.8通过仔细比较各种电机的优缺点，我们所选择电机的型号为A02-7124，转速为1400r/min 。因为它的转速相对来说比较慢，这有利于传动装置的设计，且其所承受的转矩较大，能更好地满足工作要求。在电动机的选择上,选择45号机座,此尺寸在各个方面都比较小，更加有利于振筛机的小型化设计,在图2.1中，列出了每个安装尺寸的位置，并在表2.2中列出了每个安装尺寸的数值。图2.1 A02系列 IMB3型驱动微型电机外形尺寸安装图表2.2 A02系列 IMB3型驱动电机的外形尺寸数值表机座号安装尺寸B3、B4、B14外形尺寸不
22、大于AA/2BCDEFGHABACAEHDL457135.5562892037.2901007001151503 夹紧装置的设计3.1夹紧装置的基本结构振筛机在工作过程中会遇到离心力和惯性力等各种力的作用，因此定位后必须夹紧。夹紧装置一般由夹紧机构和动力源组成。1、夹紧机构：接受和传递动力源的原始作用力，使其变为夹紧力的中间机构和夹紧元件称为夹紧机构。它直接与工件夹紧表面接触并完成夹紧任务。2、动力源：产生的原始作用力的部分，一般指机动夹紧。如气动、液动、电磁和电动等。如人的体力对工件的夹紧，则称为手动夹紧。3.2夹紧装置的基本要求3.2.1在不破坏工件精度，并保证加工质量的前提下，应尽量使夹
23、紧装置到：（1）夹紧作用准确、安全、可靠；（2）夹紧动作迅速、操作省力方便；（3）夹紧变形小；（4）结构简单，制造容易3.2.2确定夹紧力的基本原则1、夹紧力的方向选择：（1）夹紧力的方向应尽量垂直于主要定位基面；（2）夹紧力方向应尽量与切削力的方向一致2、夹紧力的作用点的选择：（1）夹紧力作用点应跟支承元件相对，否则工件容易变形不稳固； （2）夹紧力作用点应尽可能靠近加工面，以增强工件部位刚性，防止振动根据实际需要，我们列举了一些常用的夹紧机构，如表3.1所示。实际上我们的动力源为人力对夹紧机构所施的力，也是我们所称的手动夹紧。表 3.1类型动力源增力比主要参数特点斜契多数为气动、液压2-5
24、1、斜契角=5-152、行进比i1、能改变作用力的方向2、加紧行程较小3、与一般气动、液压部分连接，应大于自锁角螺旋多数为手动65-140选择螺纹直径一般M8-M241、增力比大2、自锁性好3、加紧行程受限制较小4、结构简单5、操作费事偏心多数为手动12-141、偏心距e一般取2-62、偏心外径D1、自锁性随偏心特性D/e变化，当D/e14时，与螺旋加紧相比，自锁性较差，适用与震动不大的工序2、加紧行程较小杠杆气动、液压、手动0.5-3杠杆比一般取0.5-31、本身无自锁性。因此必须与其他机构组合使用2、根据不同结构可以改变作用力的方向铰链气动、液压1.5-41、夹紧斜角102、加紧行程Sz3
25、、加紧储备S4、铰链臂长L1、能改变作用力的方向2、加紧行程易受限制3、同一机构夹紧力随夹紧斜角的变化而有较明显变化4、一般与气动液压部件连接3.3夹紧装置的计算3.3.1夹紧装置受力分析振筛机在工作工程中的，由于存在上下的振击运动，固定筛组也与托盘在夹紧机构的作用下固定成一体，并在打击轴的作用下沿着滑杆在作上下往复运动。当打击轴完成一个工作行程掉下的过程，固定筛组随其一同自由落下的那一瞬间，产生一个向上的惯性力，而这个惯性力所针对的重量体为装料的固定筛组和加紧机构的重量和（不包括下面的托盘。我们估计其最大的重量值为300N因此我们估计筛组自由下落时所产生的最大惯性力F1max=300N，如果
26、把惯性力等效成一种负载的话，那么这个负载的承载力为夹紧机构与夹紧支撑体(滑竿）的摩擦力。我们选择压杆，螺纹传动副和滑竿的材料都为45号钢，我们设计的压杆与滑竿接触处为一段圆弧面接触。图3.1 压块查阅相关资料，我们选定的钢-钢无摩擦润滑时的静摩擦系数为f=0.15因为接触面为圆弧面，因此其当量摩擦系数为：Fv=(1-/2)f (3.1)需要产生的摩擦力 F1=F1MAX=F2fv F2=F1fv/33000.15/3=667N在计算中，因为我们设计了三根滑竿，因此运算过程中乘了一个1/3。其中F2是产生摩擦力所需要的水平分力。所设计夹紧机构的水平力主要由一个类似楔块机构的的传动机构来实现，如图
27、所示，锥螺母相当于楔块1，压杆相当于楔块2，锥螺母与退拔螺母组成一个具有自锁功能的螺旋传动副。当锥螺母顺时针转动时，锥螺母则向上运动，从而其产生的水平力推动压杆向外运动通过压杆与滑竿的摩擦夹紧振动筛组。1.锥螺母 2，压杆3，滑杆图3.2 夹紧装置夹紧机构示意图设计锥面与水平方向的夹角为75。按照示意图，可以反过来推倒：F2=667N反作用力 F23=F32=F2=667N 摩擦力 f12=f21=F12f摩擦角 =arctan0.15=9.5水平力 F12cos15+f12cos75=F23=667N即 F2=F120.15cos75+F12cos15 （3.3) 解得 F12=1.01F2
28、=667N夹紧机构外壁对压杆产生的力可等效成一个摩擦力 fw=100N则 F12=F12+fw=767N由于楔块垂直方向的加紧力由螺纹结构提供，因此无须对楔块的自锁性进行校核。也就是说在螺旋传动下产生了 F12这一水平力，其受力的大小和受力的平衡都是螺旋副来保证的。螺旋副能够承受比较大的径向载荷和轴向载荷，且此处的螺杆没有转速要求，因此一般都能满足要求，我们这里选外螺纹直径为27的螺旋副传动。3.3.2离心力的计算在工作过程中，振筛机的转动速度比较快（设计要求为221rad/min)。而且在转动过程托盘和起上面夹紧机构固定的部分都构成一个整体，这个整体围绕一个中心以一定的半径作圆周运动。我们把
29、上面考虑成一个单独的质量体，其在作偏心运动时必将产生一个离心力，我们的设计部件必须不被这个离心力所破坏，我们考虑最危险的情况。偏心半径R=12.5mm根据经验估计上面部分的最大重量Fa=500N包括托盘，筛组，夹紧机构以及物料等。由离心力公式F3=Mv2/r,即F3=M2r=500/9.80.0125(2212/60)=519N由于上端转动组织的在转动时，产生的离心力可分担在滑竿上面，滑竿与筛组有6 个固定点，我们所求的力应该是平均到每个竿所受到的力。相对应的是滑竿又会对其起导向作用的夹紧机构圆筒产生剪切力，剪切力的大小则为离心力与压杆对滑竿的力之和。即 Fj=F12+F3/6=667+341
30、/6=724N3.3.3圆筒剪切强度校核在工作过程中，夹紧机构圆筒将会受到来自滑竿的剪切应力。脆性材料断裂时的应力是6 13 ，塑性材料达到屈服时的应力是屈服极限，这两者都是构件实效时的极限应力，为保证构件有足够的强度，在载荷作用下的构件的实际应力6显然要低于极限应力。选材为优质碳素结构刚45号钢。根据表5.1查手册1 s=353MP参考现有产品，初步设计圆筒的长度L=55mm，厚度W=6mm则园筒截面积As=556=330mm2剪切应力=724/(33010-6)=2.19MPa显然s,满足强度要求。4振击机构的设计计算4.1打击轴的工作原理振击机构是通过凸轮传动带动打击轴实现的，如图4.1
31、所示，打击轴1是通过一个销联接在上凸轮2空心轴部分的，当上凸轮轴2与下凸轮轴3产生相对转动时，由于凸轮传动作用使上凸轮向上运动一个行程，同时，打击轴是空套在上，下凸轮轴之间的，当上凸轮轴向上运动时，则通过销连接在上凸轮空心轴上的打击轴也要随之运动一个行程。从而完成打击作用。图4.1 振击结构示意图4.2打击轴的计算校核。4.2.1圆柱销的剪切应力校核10销的形式很多，主要可分为圆柱销、圆锥销、槽销与槽钉、弹性销、开口销和轴销等。根据设计要求，选用圆柱销，材料选用45号钢。图4.2 打击轴示意图如上图所示，我们设计销孔的直径为5mm，圆柱销选用540mm规格，其在向上打击的过程中，受到剪切，需对
32、其进行校核。计算公式：销剪切 =4F/d2 (4.1)其中F为圆柱销受到的剪切力。表4.1 销与销联接的许用应力表10许用应力钢，抗拉强度b(MPa)铸钢铸铁40050060070040506070-p65901051206050w558095105-表中数值对静载荷乘以1.4，对交变载荷乘以0.7表中 销剪切应力;p销压应力;w销弯曲应力取打击轴受到的轴向力为Fz=F=600N=（4600）/（510-3）2=30.57MPa而查表45号钢抗拉强度b=598MPa，所以我们选择=60MPa因此所选圆柱销满足强度要求4.2.2打击轴的强度计算根据总体尺寸和受力情况，我设计打击轴的打击轴打击端的
33、轴径为15mm，下端支撑端轴径为17.5mm，总长度为255mm。通过查阅材料手册,打击轴材料选择4 5号钢，其各性能参数为5偏心轴的设计计算5.1.2大偏心轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：1、轴在机器中的安装位置及形式：振筛机的大偏心轴需要安装到箱体的内部，通过箱体架的巧妙设计使其只有一端仲出箱体，而另一端固定在内部。2、轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；大偏心轴上需安装三个轴承，其中一个是在偏心轴端。轴上装有一个斜齿轮，会产生轴向力。由于影响轴的结构的因素很多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的
34、结构形式。设计时，必须针对不同情况而具体分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足轴上零件要有准确的工作位置，便于拆装和调整等等。这里设计的大偏心轴与其它一般的轴不同。常规的轴一般都是横向平躺着工作的， 而为了满足振筛机型能的要求，我们把振筛机的大偏心轴竖直放立，且为了满足结构要求，有一段还需要悬空。具体设置如下（1）装配方案：从大偏心轴的工作位置分析，其下端通过键联接装斜齿轮，中间装一对轴承，顶端因作偏心旋转运动而放置1轴承。（2）零件的轴向定位：两轴承采取套筒定位保持其相对间隔，向外通过箱体的机械结构固定。因为套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲
35、劳强度。且两轴承相距不大，仅相距20mm。轴的下端采用圆螺母与止动垫圈配合使用固定，因为圆螺母可承受较大的轴向力。（3）各轴段直径和长度的确定零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的大小形状便大体确定.各轴段所需的直径与轴上的载荷有关.初步确定轴的直径时,通常还不能知道只反力的作用点，不能决定弯矩的大小和分布的情况，因而不能按轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径.但在进行轴的结构设计前,通常已能求得轴所受的扭矩.因此,可按轴所受的扭矩初步来估算轴所受的直径,具体公式见公式5.4，将初步求出的直径做为承受扭矩的轴段的最小直径dmin，然后按照轴上零件的定位方案和装配要求，从dmin起逐一确定各段轴的直径。本次设计的大偏心轴是一根空心轴，所以我们估算的最小直径只能是等效换算成圆环的大小来设计。确定各轴段长度时，应尽可能使其结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配和调整要求。通过相关计算，计算的最小直径为12.8mm(5.1.3中有讲述）。根据此条件，选择推荐的轴径作为最小轴径。大偏心轴由于中间有打击轴通过，所以其必须设计成为空心轴，设计具体示意图如图5.1。图5
