砂石振動給料機(jī)設(shè)計

《砂石振動給料機(jī)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《砂石振動給料機(jī)設(shè)計（48頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

目錄緒論11 ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)的特征概括1.1用途21.2特點(diǎn)21.3分類21.4主要組成部分21.5選型說明32. 工作原理和結(jié)構(gòu)分析2.1結(jié)構(gòu)分析42.2工作原理43. 振動參數(shù)的確定3.1運(yùn)動學(xué)參數(shù)5 3.1.1振幅A5 3.1.2機(jī)械指數(shù)K5 3.1.3激振頻率63.1.4振動方向角63.1.5拋擲指數(shù)D63.2振幅64. 物料在槽體上的運(yùn)動情況分析4.1運(yùn)動分析94.2常有振動機(jī)的振動參數(shù)114.3物料的平均速度125. 槽體尺寸參數(shù)的確定5.1給料能力與給料槽體尺寸的確定145.2槽體型式和剛度要求145.2.1槽體的結(jié)構(gòu)145.2.2槽體剛度的計算155.2.3槽體尺寸的確定195.2.4物料的等效參振質(zhì)量和等效阻尼系數(shù)的確定196 懸掛設(shè)計（彈性元件選取和彈性系統(tǒng)的計算） 6.1彈簧元件的類型和用途21 6.2彈簧元件的組合剛度22 6.2.1螺旋彈簧23 6.3圓柱形螺旋彈簧的自振頻率26 6.3.1未受載荷的自振頻率26 6.3.2受載荷的彈簧自振頻率26 6.3.3圓柱螺旋彈簧的許用應(yīng)力27 6.3.4螺旋彈簧的校核計算28 6.4設(shè)計計算振動給料機(jī)的彈簧31 6.4.1振動系統(tǒng)的質(zhì)量計算317 振動電機(jī)的選取及其確定7.1激振力和功率35 7.2傳動基礎(chǔ)的動載荷368 安裝、使用及維護(hù)條件8.1安裝及調(diào)試378.1.1安裝前的準(zhǔn)備378.1.2安裝378.1.3試運(yùn)轉(zhuǎn)378.2操作使用要點(diǎn)38 8.3維護(hù)和檢修388.3.1日常維護(hù)388.3.2定期檢查398.3.3修理399 結(jié)束語4010 致謝4111 參考文獻(xiàn)42摘 要ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)是一種新型的運(yùn)輸設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于礦山、冶金煤炭、火電、耐火、玻璃、建材、輕工、化工、機(jī)械，糧食等各行各業(yè)中。本課題主要完成了ZG200型振動給料機(jī)的總體設(shè)計，包括機(jī)械的尺寸設(shè)計、機(jī)械的主要零件和組成部分在機(jī)體結(jié)構(gòu)上的位置設(shè)計、激振源的確定及計算、懸掛彈簧的設(shè)計和機(jī)械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析，包括機(jī)械運(yùn)動學(xué)參數(shù)的確定、物體在槽體上運(yùn)動情況的分析、動力學(xué)模型的確定等任務(wù)。另外本課題還介紹了它的安裝使用及維護(hù)等技術(shù)條件關(guān)鍵詞：振動給料機(jī) 總體設(shè)計 動力學(xué)分析Abstract ZG series of electrical vibration feeder is a new type of transport equipment. It widely used in mining, metallurgy, coal, thermal power, fire-resistant, glass, building materials, light industry, chemical industry, machinery, food, etc. in all walks of life. The completion of the main topics of vibration feeder ZG200 the overall design,including the size of mechanical design, mechanical parts and the main component of the body structure on the location of the design, and identify the source of excitation, the design and the hoisting of spring Dynamic Analysis of mechanical structure, including mechanical parameters of kinematics, object in the slot on the movement of an analysis of the situation, the dynamic model of the set tasks. . Also in this issue also introduced its installation and maintenance, and other technical conditions. Keywords: vibration feeder overall design dynamic analysis緒論本次設(shè)計是在畢業(yè)之前所有的專業(yè)課程結(jié)束的前提下進(jìn)行的，課題的提出是有老師下發(fā)設(shè)計題目，學(xué)生自主選擇的原則下進(jìn)行，經(jīng)學(xué)生和指導(dǎo)老師協(xié)商，確定為本次的設(shè)計認(rèn)務(wù)為ZG系列振動電機(jī)型振動給料機(jī)的設(shè)計，處理能力是每小時200噸。導(dǎo)師付靖老師從事振動給料機(jī)和篩分機(jī)設(shè)計工作多年，有較深厚的設(shè)計經(jīng)驗。新鄉(xiāng)-學(xué)校坐落的美麗的城市，在振動機(jī)械方面處于領(lǐng)先水平，并在這里起草了中國振動機(jī)械設(shè)計手冊的編制工作?；谝陨显颍覀儼旬厴I(yè)設(shè)計定格為振動機(jī)械的設(shè)計。本次設(shè)計是在專業(yè)課程結(jié)束的基礎(chǔ)上，對所學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用和總結(jié)，能夠用于實際的設(shè)計工作之中，為以后我們走向工作崗位打下堅實的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。本次設(shè)計主要完成振動給料機(jī)總體設(shè)計，包括機(jī)械的尺寸設(shè)計、機(jī)械的主要零件和組成部分及在機(jī)體上結(jié)構(gòu)位置設(shè)計、激振源的確定及計算（振動電機(jī)）、懸掛彈簧設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析，包括機(jī)械的運(yùn)動學(xué)參數(shù)確定（振動方向角、振幅、振動圓頻率等）、物體在槽體上的運(yùn)動情況分析、動力學(xué)模型確定及動力學(xué)分析、安裝、使用及維護(hù)、技術(shù)條件等任務(wù)。在設(shè)計過程中首先完成振動給料機(jī)的總體設(shè)計，依據(jù)處理量和工作原理，確定機(jī)械參數(shù)、槽體設(shè)計幾何尺寸、振動電機(jī)功率的計算和型號的選取、懸掛彈簧的設(shè)計和槽體、彈簧強(qiáng)度的校核；最后，完成振動給料機(jī)的安裝、使用、維護(hù)等技術(shù)條件的說明。1.ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)的特征概括1.1用途：ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)廣泛用于礦山、冶金、煤炭、火電、耐火、玻璃、建材、輕工、機(jī)械、糧食等行業(yè)中，用于把粉狀、顆粒狀及粉體物料從貯料倉或其他貯料設(shè)備中均勻或定量的給到受料設(shè)備中。例如向破碎機(jī)、分選設(shè)備、篩分設(shè)備、運(yùn)輸機(jī)械等輸送散狀物料。并可用于自動配稱、定量安裝、自動控制的流程中，實現(xiàn)流水作業(yè)自動化。1.2特點(diǎn)：ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)是一種新型給料設(shè)備，其它給料設(shè)備相比具有以下特點(diǎn)：（1）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、維修少，費(fèi)用低；（2）利用特制振動電機(jī)自同步原理，工作穩(wěn)定、啟動迅速，停車平穩(wěn)；（3）物料按拋物線軌跡連續(xù)向前跳躍運(yùn)動。因此給料槽磨損較??；（4）因為可以瞬時的改變和啟閉料流，所以給料量有較高的精度；（5）本系列電機(jī)振動給料機(jī)不適合于有防爆要求的場合。1.3 分類：按照不同的分類方法，可以將振動給料機(jī)分成許多類型。按照物料輸送方向的不同，可分為水平型振動給料機(jī)和垂直型振動給料機(jī)兩大類。按照其驅(qū)動方式不同，可分為電磁、氣力、液壓和機(jī)械振動給料機(jī)；機(jī)械振動給料機(jī)使用較多，又可分為慣性振動給料機(jī)和偏心連桿振動給料機(jī)。1.4 主要的組成部分：激振器-振動給料機(jī)的振源，它產(chǎn)生激振力的大小直接影響著承載體的振幅。承載體-在振動過程中，將能量傳給物料，又是參振質(zhì)體，其質(zhì)量是振動系統(tǒng)中的重要參數(shù)，承載體還必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。減振支承-既是整機(jī)的支承裝置，又作減振用。1.5 選型說明：（1）使用條件 海拔高度不超過1000m；環(huán)境溫度不超過，在環(huán)境溫度為時，周圍介質(zhì)的相對濕度不大于85%，周圍沒有嚴(yán)重腐蝕及影響電氣絕緣的介質(zhì)。（2）生產(chǎn)效率 振動給料機(jī)的生產(chǎn)效率常以松散密度1.6t%的河沙為標(biāo)準(zhǔn)物料，當(dāng)所運(yùn)物料的松散密度和粒度大于河沙時，其生產(chǎn)效率與松散密度成正比來計算，當(dāng)所運(yùn)物料的松散密度和粒度小于河沙時，其生產(chǎn)效率與松散密度成正比來計算成績的0.80.9倍，當(dāng)所運(yùn)物料為顆?；蚍勰顣r，其生產(chǎn)效率與松散密度成正比來計算成績的0.50.7倍。（3）物料的最大進(jìn)料粒度一般情況下，為防止造成堵塞，物料的最大線形尺寸為槽寬的1/3 1/4尤其對封閉的槽體更要注意。（4）起跳頻度 所謂頻繁起動，一般指每兩次起動時間間隔小于2min，如果小于2min，應(yīng)選擇1號或2號的振動電機(jī)。 2.工作原理和結(jié)構(gòu)分析2.1 結(jié)構(gòu)分析： ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)有給料槽1 傳振體2 振動電機(jī)3 減震裝置4 四部分組成。見圖2-1圖2-1 振動給料機(jī)的組成部分2.2工作原理ZG系列電機(jī)振動給料機(jī)給料過程是利用特制的振動電機(jī)驅(qū)動給料槽沿傾 方作用周期直線往復(fù)振動來實現(xiàn)的，當(dāng)給料槽振動的加速度垂直分量大于重力加速度時，槽中的物料將被拋起，并按照拋物線的軌跡向前跳躍運(yùn)動。拋起或下落在1/50秒內(nèi)完成。由于振動電機(jī)的連續(xù)激振動，給料槽連續(xù)振動，槽中的物料則連續(xù)向前跳躍，以達(dá)到給料的目的。其給料過程如圖2-1所示：圖2-2 給料過程3.振動參數(shù)的確定 說明：在重有色金屬冶煉過程中，所產(chǎn)生的高溫物料采用振動輸送、篩分和給料，是行之有效的方法之一。它具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，能耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。通常在工程設(shè)計中，除采用單質(zhì)體振動設(shè)備外，還有采用雙質(zhì)體的呈拋擲狀態(tài)的振動設(shè)備。振動參數(shù)有運(yùn)動學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)。3.1 運(yùn)動學(xué)參數(shù) 運(yùn)動學(xué)參數(shù)有激振頻率、振幅、振動方向角、機(jī)械指數(shù)、拋擲系數(shù)和運(yùn)動速度等。3.1.1 振幅AA的取值范圍因激振機(jī)構(gòu)不同而異，通常對于慣性驅(qū)動機(jī)構(gòu)（偏心塊激振器）宜采用中頻中幅，即A=0.5-6mm，我們在這里取5mm。3.1.2 機(jī)械指數(shù)K機(jī)械指數(shù)亦稱動力強(qiáng)度指數(shù)，它是承載槽體運(yùn)動的最大加速度 與重力加速度的比值，即式中 ，為使設(shè)備運(yùn)行可靠及延長其使用壽命，對于常用慣性振動設(shè)備取K=35，較為適當(dāng)。由于機(jī)械指數(shù)受材料強(qiáng)度與起決定性作用的慣性力大小限制。所以本次設(shè)計選取機(jī)械指數(shù)K=4。輸送物料的運(yùn)動情況主要取決于垂直加速度的大小。槽體最大垂直加速度與重力加速度的比值稱為拋料指數(shù)D。 拋料指數(shù)與機(jī)器指數(shù)有如下關(guān)系： 周期性跳躍過程的拋料指數(shù)D在1.03.3之間。3.1.3 激振頻率當(dāng)機(jī)械指數(shù)K和振幅A值確定以后由求出激振頻率。推薦取值范圍為：=1025Hz相當(dāng)于600-1500次/min.有K=4,A=5mm得到z3.1.4 振動方向角振動方向角大小取決于設(shè)備用途和物料性質(zhì)。為提高輸送速度，最佳振動方向角與機(jī)械指數(shù)相對應(yīng)：當(dāng)K=3時，當(dāng)K=4時，對于慣性驅(qū)動機(jī)構(gòu)或振動頻率大于1000次/min，取。本次設(shè)計取。由，K=4可得D=2.833.1.5 拋擲指數(shù)D它是承載槽體最大加速度垂直分量與重力加速度g之比即：式中是振動設(shè)備的傾角。為使輸送物料呈微拋物狀態(tài)滑行。一般取1D3.3。3.2 動力學(xué)參數(shù) 動力學(xué)是指振動力與運(yùn)動之間的關(guān)系。動力學(xué)參數(shù)通常有1：參振質(zhì)體的計算質(zhì)量.自振頻率.調(diào)諧比（頻率比）彈簧剛度.激振力.驅(qū)動功率和傳至基礎(chǔ)的振動力等。在滿足運(yùn)動學(xué)參數(shù)的前提下，根據(jù)設(shè)備振動系統(tǒng)模型受力狀況建立質(zhì)體振動微分方程，在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出振幅.自振頻率，確定調(diào)諧比和彈簧剛度，計算系統(tǒng)阻尼和功率消耗。在進(jìn)行彈性構(gòu)件.激振構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算功率消耗，并選擇電機(jī)。機(jī)械的主要零件.組成部分及在機(jī)體上的結(jié)構(gòu)位置如圖3-1圖3-1 振動給料機(jī)結(jié)構(gòu)圖 由兩臺振動電機(jī)驅(qū)動的雙電機(jī)自同步式振動給料機(jī)，目前有兩種結(jié)構(gòu)形式。下圖為雙機(jī)豎置式，即兩臺振動電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線均與水平面成一定角度。這種結(jié)構(gòu)形式的給料機(jī)其結(jié)構(gòu)原理是：相同大小的兩組偏心塊分別安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端，每臺給料機(jī)有兩臺相同規(guī)格型號的振動電機(jī)，根據(jù)一定的力學(xué)原理，實現(xiàn)反向等速回轉(zhuǎn)，可以產(chǎn)生周期性變化的定向激振力，使機(jī)器進(jìn)行振動，在振動作用下，物料將連續(xù)不斷的向排料口流動，從而完成輸送給料要求。力學(xué)原理如下所示，圖3-2-a所示為產(chǎn)生單向激振力的雙軸慣性激振器： 3-2-a 產(chǎn)生單向激振力的雙軸慣性激振器質(zhì)量為的兩偏心塊以的角速度的同步反向回轉(zhuǎn)，如果初相角對稱軸，則沿方向和方向的激振力為： 單向激振力作用于圖3-2-b所示： 振動機(jī)機(jī)體的質(zhì)心，將使機(jī)體產(chǎn)生沿s方向的直線振動。因阻尼系數(shù)，隔振彈簧沿s方向剛度，偏心質(zhì)量，在忽略阻尼、隔振彈簧和偏心塊質(zhì)量對振動影響的條件下，機(jī)體的振幅：A=-且 使兩偏心塊同步反向回轉(zhuǎn)的方法：（1）用傳動比為1的一對外嚙合齒輪強(qiáng)迫實現(xiàn)，機(jī)體振動的直線性很好；（2）激振器的兩軸分別由兩臺同型號的異步電動機(jī)帶動，必須保證無任何機(jī)械聯(lián)系，有力學(xué)的質(zhì)心守恒原理使兩軸制動保持反向同步回轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，但由于兩臺電機(jī)驅(qū)動力矩的差異和兩激振器回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩的不同，振動機(jī)的運(yùn)動軌跡可能出現(xiàn)輕微的橢圓。3-2-b單向激振力雙軸慣性振動機(jī)力學(xué)模型4. 物料在槽體上運(yùn)動情況分析4.1 運(yùn)動分析給料槽體做簡諧運(yùn)動，槽體內(nèi)的物料和槽體的受力情況如圖4-1所示：圖4-1 槽體受力圖根據(jù)出現(xiàn)滑行運(yùn)動的受力平衡條件可推出正向滑動（相對工作面沿x方向前進(jìn)）的條件為正向滑行指數(shù)：而反向滑動的條件是反向滑行指數(shù)：式中-槽面與水平面夾角； -振動方向角，即振動方向線與輸送槽面夾角； -靜摩擦角，； -物料與槽面摩擦賣弄的摩擦因數(shù)；按滑行原理工作的振動機(jī)械，大多采用.；對于少數(shù)振動機(jī)械，如槽式振動冷卻機(jī).低速振動篩，采用.狀態(tài)工作。對于物料運(yùn)動軌跡相對于槽面近于直線振動輸送機(jī)，即以滑行為主的輸送機(jī)，在設(shè)計中，首先根據(jù)工作要求.物料情況，選定.的具體數(shù)值，在進(jìn)行如下計算：（1） 振動方向角本次設(shè)計取45度。（2） 物料拋擲指數(shù)D 由公式可知得D=2.83。若給料槽體做簡諧運(yùn)動，由動力平衡方程可得：。 如果物料在輸送過程中被拋離了工作面，則瞬時正壓力N=0。工程上把的幅值和之比稱為物料拋擲指數(shù)D，即： 上式中 D=2.83、A=0.005m、=、=98.99。可得即槽體傾角為水平設(shè)置。 對應(yīng)物料開始出現(xiàn)拋擲運(yùn)動瞬時，槽體振動的相位角稱為拋始角，即：=。在該瞬時之前，物料和工作面沿著y方向是一起運(yùn)動的；在該瞬時之后，物料拋離工作面，在重力作用下在空中做拋物運(yùn)動，積分兩次得到相對位移的表達(dá)式，當(dāng)相對位移等于零時，物料重新落至槽體，拋擲運(yùn)動終止。此時槽體的相角，稱為拋止角。，稱為拋離角。拋離角和拋始角的關(guān)系：物料拋擲一次的時間與機(jī)體振動周期之比稱為拋離系數(shù)： 拋離系數(shù)和拋擲指數(shù)D的關(guān)系： 的值可以根據(jù)給定D值按上式求得，也可以從圖4-2中查得： 圖4-2拋擲指數(shù)D與拋離系數(shù)的關(guān)系當(dāng)D1時，物料相對槽體的運(yùn)動狀態(tài)以拋擲運(yùn)動狀態(tài)為主，這樣可以降低物料運(yùn)動的阻力和減少物料對槽體的磨損，但拋擲運(yùn)動過于激烈又易使物料破碎或使輸送狀態(tài)不穩(wěn)。一般取1D3.3,因為在這樣的條件下，在機(jī)體的一個振動周期內(nèi)，物料完成一次拋擲運(yùn)動工作狀態(tài)穩(wěn)定。因此說計算的D=2.83符合工作要求的條件。4.2 常用振動機(jī)的振動參數(shù) 表4-1振動參數(shù) 激振形式慣性式彈性連桿式用途輸送 篩分和給料成型密實落沙清理輸送篩分長距離上傾下傾參數(shù)頻率121625301516振幅5636350.81.251569方向角2030205020303060多用459025353060多用45傾角0-3-851512200100010010常用振動機(jī)的振動參數(shù)可由表4-1選取. 4.3 物料平均速度 式中各影響系數(shù)可由表4-2查得：表4-2 傾角影響系數(shù)傾角-15-10-50510150.6-0.80.8-0.90.9-0.9511.05-1.11.3-1.41.5-2料層厚度影響系數(shù)料層厚度薄料層中層厚度厚料層0.9-10.8-0.90.7-0.8注通常篩分為薄料層，振動輸送為中料層，振動給料為中厚或厚層。物料性質(zhì)影響系數(shù)物料性質(zhì)塊狀物料粒狀物料粉狀物料0.8-0.90.9-10.6-0.7滑動運(yùn)動影響系數(shù)拋擲指數(shù)D11.251.51.7522.531.181.161.151.1-1.151.05-1.11-1.051注物料平均運(yùn)動速度是按拋擲運(yùn)動進(jìn)行計算的，在一個振動周期中除完成一次拋擲運(yùn)動外還伴隨著一定的滑行運(yùn)動。由上表可選取參數(shù)為 =1；=0.8；=1；=1。由上式可計算平均速度 =0.21m/s。5.槽體尺寸參數(shù)的確定5.1 給料能力與給料槽體尺寸的確定振動給料機(jī)的生產(chǎn)能力： （5-1-1）式中 h-料層厚度，m b-槽體的寬度，m -物料松散密度， -物料平均速度，m/s5.2 槽體型式和剛度要求 5.2.1槽體的結(jié)構(gòu) 按槽體結(jié)構(gòu)可分為單一型和組合型兩類。常用斷面形狀為矩形、圓形，梯形。為了加強(qiáng)槽體剛度，常把槽體斷面做成波折或弧形，并將槽體卷邊。只有在輸送物料，要求隔熱、篩分、加熱或冷卻時，才采用組合型 。本次設(shè)計采用矩形槽。 型式如圖5-1： 5-1 矩形槽結(jié)構(gòu)示意圖槽體一般是用鋼板焊接而成，分為敞口和封閉兩種槽形2，也可以用管式輸送槽。兩臺振動電機(jī)對稱于輸送槽的縱向?qū)ΨQ平面，直接固定在給料機(jī)的兩側(cè)。兩振動電機(jī)作同步反向運(yùn)轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的激振力垂直于兩振動電機(jī)軸心線所形成的平面，使槽體沿激振力方向產(chǎn)生直線振動。該種振動給料機(jī)一般在遠(yuǎn)超共振狀態(tài)下工作。隔振比為58。其安裝方式有座式和吊式兩種。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便。運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定、噪音低、傳遞給基礎(chǔ)的動載荷小。并且由于振動電機(jī)激振力可以任意調(diào)節(jié)，因而可以方便的調(diào)節(jié)輸送量。該種振動給料機(jī)的主要不足是單機(jī)輸送距離不宜過長。雙質(zhì)體共振式振動給料機(jī)的特點(diǎn)是所需要激振力較小，通常為非振類振動給料機(jī)所需激振力的1/21/4，該類振動給料機(jī)的激振源在共振質(zhì)體上的安裝形式有多種。但總體外形結(jié)構(gòu)均類似于偏心連桿振動給料機(jī)。又多數(shù)槽體是壓制而成，一般采用Q235-A鋼板，或采用16Mn低合金鋼鋼板，厚度3-8mm為減少慣性力應(yīng)盡量減輕槽體質(zhì)量，再用肋板加強(qiáng)。材質(zhì)應(yīng)用鎮(zhèn)靜鋼，而不應(yīng)用半鎮(zhèn)靜鋼。否則，由于振動產(chǎn)生的載荷，在工作過程中焊縫很易斷裂。當(dāng)輸送磨損性大的物料時，在槽體內(nèi)側(cè)和底部可加焊鋼版，也可粘貼已成橡膠板或耐磨朔料板。當(dāng)物料有腐蝕性時，可以噴鍍一層有防腐性能的金屬或非金屬材料。當(dāng)輸送高于250的物料時，在無冷卻措施情況下，槽體應(yīng)采用耐熱鋼板或型鋼。5.2.2 槽體剛度計算 計算槽體剛度，目的是測知它的固有頻率。當(dāng)激振頻率接近或等于槽體的固有頻率時，就會使槽體產(chǎn)生共振或接近共振，從而使槽體的彎曲振幅顯著增大而加速槽體的破壞3。故設(shè)計槽體時，不僅應(yīng)滿足槽體的許用強(qiáng)度條件，更重要的是要使槽體具有能承受振動載荷所必須的剛度。也就是說，應(yīng)使槽體的一階彎曲振動的固有頻率大大高于激振頻率。為了獲得盡可能高的一階彎曲振動的固有頻率，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)使槽體的質(zhì)量小，慣性矩大，支承點(diǎn)距離短。 為計算方便，將振動給料機(jī)的槽體的各個部位簡化為四種典型力學(xué)模型如圖5-2所示：5-2 四種典型力學(xué)模型（1）均布載荷簡支梁（圖5-2-a）對于較長的振動給料機(jī)，一般采用擺桿彈簧作為中間支承。這些擺桿彈簧在振動方向上是柔性的，而在垂直于振動方向上則是剛性的，在兩擺桿簧間的槽體段可按此力學(xué)模型計算，其一階固有頻率為： （5-2-1）式中，E-彈性模量（） I-慣性矩（） -線質(zhì)量（單位長度的質(zhì)量）(kg/m) l-質(zhì)點(diǎn)間距（m） n階固有頻率： （5-2-2）（2）一端懸臂的均布載荷簡支梁（圖5-2-b）振動給料機(jī)的兩端區(qū)段可按此力學(xué)模型計算，其一階固有頻率為： （5-2-3）式中的因數(shù)a可按表5-1選取表5-1因數(shù)a1.00.750.50.330.20a1.51.92.52.93.1 （3）有均布載荷，又有幾種載荷的簡支梁（5-2-c）此類的模型適用于裝有傳動部件或給料口的振動機(jī)區(qū)段，其一階固有頻率為： （5-2-4）式中，m-集中質(zhì)量（kg） -線質(zhì)量（kg/m）（4）由均布載荷又有集中載荷的懸臂梁（5-2-d）振動給料機(jī)始端有傳動部件或給料口終端有排料口時，可按此力學(xué)模型計算，其一階固有頻率為： （5-2-5）通過以上的計算，可以確定較為合理的支承點(diǎn)間距，通常當(dāng)機(jī)械指數(shù)時，l1000mm,當(dāng)k4時l=1000mm2500mm總之，支承點(diǎn)間距必須保證槽體有足夠的動力剛度，因此必須使強(qiáng)迫振動頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于槽體的一階彎曲振動的固有頻率，即當(dāng)取時，則： （5-2-6）式中符號同（5-2-1）在實際的應(yīng)用中，除了出現(xiàn)一階彎曲振型還可能出現(xiàn)三階等高階的振型（圖5-3）這些振型曲線上的拱段和節(jié)點(diǎn)影響物料的輸送速度；在拱段上速度加快，在節(jié)點(diǎn)上則相反。故在節(jié)點(diǎn)上常會發(fā)生物料堵塞的現(xiàn)象。為了改善這種狀況，擺桿彈簧應(yīng)裝在阻止槽體發(fā)生撓彎曲的位置上，也就是裝在振動曲線的拱段上，而不應(yīng)安裝在振動曲線的節(jié)點(diǎn)處當(dāng)振動給料機(jī)為多點(diǎn)驅(qū)動時，則這些驅(qū)動點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在振動曲線的節(jié)點(diǎn)上。（a）(b)(c)圖5-3彈性彎曲振動的各階振型(a)一階振型(b)二階振型(c)三節(jié)振型圖5-3中，橫坐標(biāo)X為振動給料機(jī)（）在水平方向上的長度坐標(biāo)?？v坐標(biāo)Y為槽體的位移。振動給料機(jī)槽體可能出現(xiàn)的彈性彎曲的振動形態(tài)振型是各種各樣的。它們分別與各階固有頻率相對應(yīng)，也就是說每一個固有頻率有各自相對應(yīng)的振型。一階固有頻率對應(yīng)于一階振型，二階固有頻率對應(yīng)于二階振型，其余的以此類推。對于一階振型彈性彎曲振動曲線與靜止時的零線有兩個交點(diǎn)，此交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。對于二階、三階、四階振型分別有3、4、5個節(jié)點(diǎn)，圖中橫坐標(biāo)上各個節(jié)點(diǎn)處標(biāo)出的數(shù)值即為各種振型的各個節(jié)點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。振動給料機(jī)高度與寬度比：0.30.5。給料槽的結(jié)構(gòu)適應(yīng)工藝要求是振動給料機(jī)的重要特點(diǎn)，此外給料槽體還需進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的設(shè)計計算，要保證槽體在受到周期性的激振力時。具有足夠的剛度。當(dāng)激振力頻率接近或等于某一自振頻率時，會由于槽體本身的共振或接近共振， 使槽體產(chǎn)生較大的振幅而加速槽體的破壞并影響正常給料。因此，應(yīng)使槽體的一階彎曲自振頻率大大高于激振頻率。5.2.3槽體尺寸的確定已知：Q=200，h=150m(有經(jīng)驗值得), =1.6,振動給料機(jī)的高度和寬度比取0.30.5我們選取比值系數(shù)是：0.3得到高度值是：0.33m。槽體內(nèi)物料質(zhì)量： (kg)式中-槽體長度，m。根據(jù)經(jīng)驗值確定：1.3m 所以：5.2.4 物料的等效參振質(zhì)量和等效阻尼系數(shù)的確定運(yùn)動物料相當(dāng)有百分之幾參振，稱為等效參振系數(shù)或等效參振結(jié)算系數(shù)，物料對振動機(jī)體產(chǎn)生的阻尼用當(dāng)量阻尼系數(shù)表示。當(dāng)拋擲指數(shù)時，當(dāng)量阻尼系數(shù)在（0.16-0.18）之間變化。值與、有關(guān)，可以按圖5-4查得，表5-2 圖5-4 不同角時D-曲線表5-2不同拋擲指數(shù)的物料等效參振質(zhì)量折算系數(shù)和等效阻尼系數(shù)D1.752.002.252.502.753.003.2534.853026.3823.5821.3219.3817.92261.25289.2307.2333.2361.25379.74395.92-0.902-0.766-0.600-0.328-0.044-0.0020.360-0.014-1.805-1.608-1.040-0.00400.0050.2360.1920.1550.0920.0080-0.0860.66V0.726V0.71V0.66V00000.16V0.18V0.17V0.165V6.懸掛設(shè)計（彈性元件選取和彈性系統(tǒng)的計算）6.1 彈性元件的類型和用途：對于彈簧的選擇可根據(jù)振動給料機(jī)的工作狀態(tài)考慮，若處在近亞共振狀態(tài)，則彈簧應(yīng)選的硬些。使固有頻率接近工作頻率。若處在遠(yuǎn)共振狀態(tài)工作，則彈簧應(yīng)選擇軟些，使固有頻率遠(yuǎn)離工作頻率。彈性元件（彈簧）的類型很多，分類的方法也很多。1. 按用途分類振動機(jī)械中所采用的彈性元件按照用途可以分為三類4：（1）隔振彈簧 隔振彈簧的作用是對振動機(jī)體產(chǎn)生彈性支承，使機(jī)體得以實現(xiàn)彈性振動，并減少傳給機(jī)體或構(gòu)架的動載荷。（2）主振彈簧 主振彈簧的作用是使振動機(jī)在指定狀態(tài)下工作。例如，振動機(jī)和其他一些近共振機(jī)械，通常選用強(qiáng)迫振動頻率稍低于固有頻率的近亞共振的狀態(tài)，這時必須采用剛度適中的主振彈簧。（3）其他用途的彈簧 這類彈簧包括：導(dǎo)向彈簧、連桿彈簧等。導(dǎo)向彈簧的作用是起導(dǎo)向作用，使振動機(jī)體沿垂直于板簧中心線的方向運(yùn)動。連桿彈簧的作用是使系統(tǒng)實現(xiàn)彈性振動外，還傳遞給振動系統(tǒng)保持連續(xù)振動所需的激振力。 2. 按結(jié)構(gòu)形式分類彈簧的類型按照結(jié)構(gòu)形式來分，多達(dá)數(shù)十種。適用于振動機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式也很多，最常見的有以下幾種 （1）螺旋彈簧 圓斷面圓柱形螺旋彈簧是目前振動機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件。優(yōu)點(diǎn)是：制造方便，內(nèi)摩擦小，能耗較經(jīng)濟(jì)，在確定設(shè)計的情況下，具有較長的使用壽命。缺點(diǎn)是：體積較大；容易產(chǎn)生噪聲；調(diào)解剛度較不便；橫向剛度?。蝗菀资箼C(jī)體出現(xiàn)橫向搖晃。 除了采用圓截面的彈簧外，還有矩形截面的彈簧，以及采用圓截面塔形彈簧等。在小型機(jī)器中還采用拉力彈簧。 （2）板彈簧 在許多振動機(jī)械中，板彈簧作為導(dǎo)向桿使用，起到導(dǎo)向振動作用。在板彈簧電機(jī)振動給料機(jī)中，可以作為主振彈簧使用。 板彈簧的優(yōu)點(diǎn)是：增減板彈簧片數(shù)，便可調(diào)節(jié)彈簧的總剛度；能使機(jī)體實現(xiàn)定向振動。缺點(diǎn)是：加工量大，制造工藝要求比較嚴(yán)格，所占空間較大等。 （3）橡膠彈簧 在振動機(jī)械中，橡膠彈簧得到廣泛的應(yīng)用，它既可以作主振彈簧使用，也可以作隔振彈簧和傳動彈簧使用。既可在壓縮狀態(tài)下工作，也可在剪切狀態(tài)下工作。橡膠彈簧具有以下一些特點(diǎn)： 1）可以制成各種不同形狀和尺寸的制品。結(jié)構(gòu)緊湊，能有效的利用空間。 2）彈性模量較小，可以得到較大的彈性變形，容易實現(xiàn)理想的非線性振動特性。 3）形狀不受限制，3個方向上的剛度，可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)計。 4）具有較高的內(nèi)阻，對于突然沖擊和高頻率振動的吸收具有良好的效果。因此，采用橡膠彈簧的振動機(jī)啟動和停車通過共振區(qū)時，其振幅比螺旋彈簧振動機(jī)小得多，振幅比較穩(wěn)定，但能耗比金屬彈簧要大。 5）橡膠彈簧傳遞聲音的阻力比金屬大得多，所以隔音效果好，工作時噪音小。 6）相同結(jié)構(gòu)形式和尺寸的橡膠彈簧，可以通過改變橡膠的硬度，來得到不同的剛度。 7）同一橡膠彈簧，能夠同時承受多向載荷，因而可以使機(jī)器的結(jié)構(gòu)大為簡化。 8）安裝和拆卸方便。橡膠或橡膠金屬彈簧與金屬彈簧相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：可模壓成所需的形狀和尺寸。三個方向的剛度可隨意選擇，改變橡膠彈簧的內(nèi)部構(gòu)造，可以大幅度的改變剛度。此外，由于橡膠具有較大的內(nèi)阻力，因此在共振工作狀態(tài)時，振幅的穩(wěn)定程度較好。缺點(diǎn)是：工作溫度不超過50度，制品質(zhì)量不夠穩(wěn)定、壽命較短。 綜上所述：本次設(shè)計選取的彈簧為圓柱螺旋彈簧。6.2 彈性元件的組合剛度 在振動機(jī)械中，常常是由多個彈簧組合成一個彈簧組，應(yīng)將他們連結(jié)于一個或多個振動質(zhì)體上。無論是隔振彈簧、主振彈簧或是連桿彈簧，按照組合方式可分為以下四種：反接式、并聯(lián)式、串聯(lián)式和復(fù)合式。這些組合彈簧可以用一個等效彈簧來代替，等效彈簧的剛度即為組合彈簧的總剛度。本次設(shè)計使用并聯(lián)式，其圖如6-1所示和彈簧總剛度計算公式如6-2-1：圖6-1 等效彈簧簡圖 （6-2-1）當(dāng)時 式中 C-并聯(lián)式彈簧總剛度（N/m）; 、-彈簧1 、2 的剛度。 6.2.1 螺旋彈簧圓截面圓柱形螺旋彈簧（1） 軸向剛度 （6-2-2）式中 -圓截面圓柱形螺旋彈簧的軸向剛度（N/m）； G-彈簧鋼的切變模量（），見表1-4-7； d-彈簧鋼絲直徑（m）; -螺旋彈簧中徑（m）; n-螺旋彈簧的工作圈數(shù)。（2）徑向剛度 圖6-2為螺旋彈簧在軸向載荷F和徑向載荷作用下的變化情況。假定其上下支撐面始終保持水平，則彈簧的徑向剛度為： （6-2-3）式中 -彈簧的徑向剛度（N/m）；-圓截面圓柱形螺旋彈簧的軸向剛度（N/m）；-比例因數(shù)。圖6-2螺旋彈簧的軸向變形和徑向變形f-軸向變形 fr-徑向變形式中 H-彈簧的有效工作高度（m）； d-彈簧鋼絲直徑（m）； -彈簧在平衡狀態(tài)時，其上下支撐面間的距離（m）； - 螺旋彈簧中徑（m）； -軸向載荷影響系數(shù)； -軸向載荷（N）; -臨界軸向穩(wěn)定性載荷（N）；（3）結(jié)構(gòu)參數(shù)計算1）基本計算公式 螺旋彈簧的螺旋角，一般較?。ǎ虼?，可以導(dǎo)出圓截面螺旋彈簧只受軸向載荷F時的變形f和切應(yīng)力的兩個基本計算公式： = （6-2-4） （6-2-5）式中 -變形量（m）； c-彈簧旋繞比，； -曲度因數(shù)，或稱應(yīng)力修正因數(shù)。 （6-2-6）2）結(jié)構(gòu)參數(shù)計算公式 根據(jù)式（6-2-4）、式（6-2-5）兩個基本計算公式，可以導(dǎo)出彈簧鋼絲直徑d、有效工作圈數(shù)n的計算公式 （6-2-7） （6-2-8）式中 -螺旋彈簧的許用切應(yīng)力（MPa）; -圓截面圓柱形螺旋彈簧的軸向剛度（N/m） （N） （6-2-9） （6-2-10）式中 -彈簧的靜變形（m）； A-正常工作的振幅（m）; 參數(shù)d、n計算得出后，即可進(jìn)行其他參數(shù)的計算。 彈簧中徑 （6-2-11） 彈簧圈數(shù) （6-2-12）式中 -彈簧總?cè)?shù)； n-彈簧有效工作圈數(shù)； -彈簧支撐圈的圈數(shù)，可取=2; 彈簧的有效工作圈數(shù)，最小圈數(shù)為2，但一般不少于3圈。 彈簧節(jié)距t按下式計算 （6-2-13）式中 t-螺旋彈簧的節(jié)距（m） -彈簧的靜變形量 （m）; -余隙（m）； A-正常工作時的振幅（m）； -通過共振區(qū)時的振幅放大倍數(shù)，一般取=37。彈簧自由高度采用端部并緊、磨平結(jié)構(gòu)、 =2，則 （6-2-14）6.3 圓柱形螺旋彈簧的自振頻率彈簧的自振頻率與彈簧的剛度、質(zhì)量、支承載荷大小及支承情況有關(guān)。6.3.1未受載荷的自振頻率 兩端固定時彈簧的1階自振頻率 （6-3-1）式中 -彈簧的自振頻率（Hz）;一端固定，一端自由時，彈簧的1階自振頻率 （6-3-2）6.3.2受載時彈簧的自振頻率 在振動機(jī)械中，彈簧的承載參振質(zhì)量與其自身質(zhì)量相比，往往大很多，故此承載彈簧的自振頻率實質(zhì)是由該彈簧及參振質(zhì)組成的振動系統(tǒng)的固有頻率。可近似按下式計算 （6-3-3）式中 -彈簧軸向剛度（N/m）； -當(dāng)量質(zhì)量（kg），其值可按下表計算。表6-1彈簧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的剛度和當(dāng)量質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式剛度當(dāng)量質(zhì)量=6.3.3 圓柱螺旋彈簧的許用應(yīng)力圓柱螺旋彈簧的許用應(yīng)力按所受載荷情況分為3類。類： 變載荷，循環(huán)次數(shù)在以上。類：變載荷，循環(huán)次數(shù)在和受沖擊載荷的情況。類：變載荷，循環(huán)次數(shù)在以下。振動給料機(jī)的彈簧許用應(yīng)力應(yīng)按類載荷計算。常用彈簧材料的許用應(yīng)力及有關(guān)參數(shù)見表6-2表6-2 圓柱螺旋彈簧的許用應(yīng)力材料許用切應(yīng)力（MPa）許用彎曲應(yīng)力（MPa）切變模量G（GMPa）彈性模量E（GMPa）推薦硬度范圍HRC推薦使用溫度（）類型牌號類類類類類碳素彈簧鋼絲65；700.30.40.5.0.50.62565Mn;70Mn合金彈簧鋼絲60Si2Mn48064080080010008020060Si2MnA60Si2CrA65 Si2MnWA570760950950119060Si2CrVA6.3.4 螺旋彈簧的校核計算（1） 強(qiáng)度校核計算圓截面螺旋彈簧 螺旋彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)計算確定之后，還必須進(jìn)行強(qiáng)度校核，其切應(yīng)力應(yīng)小于材料的許用應(yīng)力，即： （6-3-4）式中 -材料的許用切應(yīng)力（Pa）；查表（6-2） -彈簧的最大切應(yīng)力（Pa）； a-彈簧動變形幅值（m）； -最大工作變形（m）；當(dāng)機(jī)器正常工作時，a即為機(jī)體的振幅A；（2） 強(qiáng)度安全因數(shù)的計算 振動給料機(jī)彈簧的最大工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)在106以上，所以選107，因此，應(yīng)進(jìn)行彈簧疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)的校核計算。其計算公式如下： （6-3-5）式中 -疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)； -疲勞強(qiáng)度許用安全因數(shù)，當(dāng)彈簧的設(shè)計計算和材料的試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確時，取=1.31.7，當(dāng)準(zhǔn)確性低時，取=1.8 2.2。 -脈動疲勞極限（Pa），按表1-4-8和表1-4-9選取。-最小工作應(yīng)力（Pa）,按式（6-3-6）計算；-最大工作應(yīng)力（Pa）,按式（6-3-7）計算。=（Pa） （6-3-6）=（Pa） （6-3-7） 式中 -平均載荷（N，）（N）； -載荷振幅（N），（N）； -強(qiáng)迫振動頻率（Hz）； -彈簧系統(tǒng)的自振頻率（Hz），按式（6-3-1）或（6-3-2）和（6-3-3）計算。根據(jù)/，可在圖6-3中差得值。它相當(dāng)于不同頻率的振動載荷所產(chǎn)生的共振對彈簧切應(yīng)力的影響。表6-3 脈動疲勞極限表載荷循環(huán)次數(shù)0.450.340.330.3表6-4序號鋼號熱處理制度力學(xué)性能，交貨狀態(tài)布氏硬度HBS淬火溫度淬火劑回火溫度屈服點(diǎn)抗拉強(qiáng)度伸長率（%）收縮率（%）165840油5008001000935熱軋285270830油4808501050830熱軋285375820油4809001100730熱軋302485820油48010001150630熱軋302565Mn830油5408001000830熱軋302655Si2Mn870油48012001300630熱軋302755Si2MnB870油48012001300630熱軋321860 Si2Mn870油48012001300525熱軋321960 Si2MnA870油44014001600520熱軋3211070 Si3MnA870油4301600180020熱處理3021160SiC2rA870油42016001800620熱處理3021265SiMnWA850油42017001900520熱處理302 /時 /時圖6-3 值6.4設(shè)計計算振動給料機(jī)的彈簧：6.4.1 振動系統(tǒng)的計算質(zhì)量計算質(zhì)量式中m-參振體質(zhì)量，kg -物料的質(zhì)量，kg -物料的參振系數(shù)； -各彈性元件的參振質(zhì)量之和，kg;（）預(yù)估參振質(zhì)量振動機(jī)械設(shè)計的主要困難就是未知量太多，首先遇到的問題是參振質(zhì)量，甚至、全未知，可以從運(yùn)動學(xué)參數(shù)中確定?？梢愿鶕?jù)機(jī)體尺寸、振動參數(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)估為500kg，受主振彈簧允許變形量的限制，根據(jù)經(jīng)驗值預(yù)估/=0.5,=0.5=0.5500=250kg（）鎘振彈簧剛度選取隔振彈簧的頻率比激振源頻率，隔振彈簧總剛度為：，圓后得：隔振彈簧采用四角均勻布置，每角一只彈簧，一只彈簧的剛度為：=/4=91kN/m等效阻尼系數(shù)：選取振動給料機(jī)的彈簧為圓柱螺旋彈簧，已知參振質(zhì)體的總質(zhì)量為m=868kg，振動頻率=1500r/min，所需彈簧的總剛度，彈簧數(shù)量n=4,則單質(zhì)彈簧的軸向剛度是：, =91kN/m，在彈簧軸向方向的振幅A=0.005m彈簧軸向靜形變。解：1）選擇材料65Mn，按1類載荷考慮，載荷循環(huán)次數(shù)在106以上，即107，查表6-2和表6-4，得G=10GPa，根據(jù)表6-3，則2）選擇旋繞比 c=6.5。3）計算鋼絲的直徑，按照式子（6-2-6）、式（6-2-7）、式（6-2-9）、式（6-2-10）計算、f、F、d m=30mm 取d=32mm4) 彈簧的中徑，按式（6-2-11）計算。 取=210mm5)彈簧圈數(shù)，按式（6-2-8）計算 取n=13總?cè)?shù)=n+2=156）彈簧節(jié)距，按式（6-2-13）計算。=51mm按手冊查取：d=32mm、=210mm、t=51mm、取t=50mm7) 彈簧自由高度，按式（6-2-14）計算 8）強(qiáng)度較核計算，按式（6-3-4）計算。 因此，改用材料60Si2Mn,其=480MPa9)疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)較核計算，查表1-4-6，當(dāng)量質(zhì)量 =6944kg根據(jù)式（6-3-3），固有頻率 = Hz =25Hz /=6.95，=5.95查圖6-3得， =0.2按式（6-2-9）計算最大軸向載荷和最小軸向載荷： N最小軸向載荷： N N N