干燥機組設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 碳纖維干燥致密化設(shè)備 干燥機（組）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 碳纖維的品質(zhì)在很大程度上取決于原絲。制造品質(zhì)優(yōu)異的原絲的主要制約因素有聚合體中共聚單體類型、紡絲方法及工藝、拉伸工藝、干燥致密化程度、上油工藝及油劑類型。 干燥致密化一般在上油后用熱輥或熱風(fēng)進行干燥致密化。干燥致密化溫度越低越好，但過低，油劑不能浸入，孔隙不能削減，長時間進行干燥致密化也不好，實質(zhì)上干燥致密化溫度在 110 190 的溫度范圍較好。 本干燥機（組）采用逐步升溫的分段致密化工藝，先將水的為 100% 150% 的溶脹態(tài)纖維 在 100 300 的熱輥上干燥到水 30% 以下，然后再用 110 140 的熱輥將纖維干燥至水 2% 以下，這樣對纖維進行緩慢的致密化，可防止產(chǎn)生皮芯結(jié)構(gòu)，并可防止單絲間并絲。 本文介紹了制取高性能碳纖維原絲的關(guān)鍵設(shè)備之一 干燥機（組）的結(jié)構(gòu)組成及研究概況，對主機主要零部件：輥筒軸部件、傳動齒輪受力情況進行了分析研究；對輥筒軸及齒輪進行了強度校核；對軸承壽命進行了計算；對保溫部件進行了方案比較和結(jié)構(gòu)設(shè)計；對潤滑部件進行了潤滑方式的選擇和潤滑裝置設(shè)計及計算。 本文完成了干燥機（組）的設(shè)計和計算的 整個過程，對碳纖維干燥致密化設(shè)備有了進一步的了解和一些創(chuàng)新。 關(guān)鍵詞：碳纖維；干燥致密化；熱輥，干燥機（組） 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 The construction design of the drier(set) Abstract The quality of carbon fiber is directly influenced by the quality of PAN precursor.The factors that restrict the quality of PAN precursor, such as the type of polymerization monomer in the polymer, spinning method and technique, tensile technique, compacting level by drying, oiling technique and the type of oil, must be paid great attention to prepare the PAN precursor with good properties. Compacting by drying turn to proceed with hot roller or hot breezes after oiling generally. Compacting by drying turn the temperature more low more good, but over low, oil cant dipping into it, or bore cleft cant cutting down, long hours proceeding compacting by drying turning is not better too, substantially compacting by drying turning temperature between 110 and 190 scope than good . Cent a hot roller for finely turning craft, first aqueous is between100% and 150% dissolving bulge appearance fiber between 100 and 300 that this drier(set) adoption gradually heat top dry arrive 30% of water below, then use the hot roller between 100 and 140 to o aridity fiber to below 2% of water , proceed the slow-moving and fine turning to the fiber like this, can prevent to produce the skin core construction, combining can prevent single silk turn to a bunch of silk. This paper introduced the composition and structure and the abstract of research about the the one of the original and silky key in carbon fiber in high performance equipmentses the construction of the drier(set). We do research on the main accessories of the host, such as the Roller stalk parts, the drive wheel geard of the power under stress.We check the intensity of the axle and the surface of the gear；Proceeded the calculation to the bearings life span. proceeded to the heat preservation parts the project compare to design with the construction；to lubricate the parts proceeded the choice of the lubrication method with lubricate to equip design and calculations. This paper completes the whole progress from the design and calculating about the drier(set). We now have a better knowledge and creative of the drier(set). Key words: carbon fiber；compacting；hot roller；dryer( set) 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 2 目 錄 1、緒論 5 1.1碳纖維應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景 5 1.2碳纖維后處理設(shè)備市場背景 5 1.3本課題研究的主要內(nèi)容 6 2、干燥機總體設(shè)計 7 2.1擬訂設(shè)計方案 7 2.1.1根據(jù)設(shè)計任務(wù)書及工藝要求簡圖尺寸確定設(shè)計方案 7 2.1.2確定干燥機結(jié)構(gòu)形式及傳動方式 8 2.2技術(shù)設(shè)計和工作設(shè)計 9 2.2.1根據(jù)擬定方案繪制總裝圖和各部件圖 9 2.2.2主要零部件的設(shè)計及校核 9 2.2.2.1主機部件 9 （ 1）傳動箱體 9 （ 2）傳動軸 10 （ 3）干燥輥部件設(shè)計及校核 10 （ 4） 齒輪設(shè)計和強度校核 17 （ 5）軸承型號選擇及壽命校核 18 2.2.2.2 保溫 部件 18 （ 1）框架 18 （ 2）保溫壁結(jié)構(gòu) 18 （ 3）保溫門 19 （ 4）導(dǎo)軌 19 2.2.2.3 潤滑部件 19 （ 1）潤滑方式及潤滑裝置的選擇 19 （ 2）稀油集中潤滑系統(tǒng)的設(shè)計計算 20 （ 3）油泵選擇 21 （ 4）油箱設(shè)計 21 （ 5）過濾裝置形式、選擇及計算 22 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 2.2.3電氣控制 23 3、總結(jié)和展望 26 4、致謝 27 5、參考文獻 28 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 GZ-0000 干燥機（組）設(shè)計 1、緒 論 1.1碳纖維應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景 ： 碳纖維號稱軍民兩用的材料之王：同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，在物理性能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飛機制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電葉片等工業(yè)領(lǐng)域、 GOLF球棒等體育休閑領(lǐng)域 。 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 4 國際碳纖維供給難以滿足旺盛的需求：飛機制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域是03年以來碳纖維需求快速增長的主要原因，同時由于碳纖維技術(shù)主要掌握在日本三大巨頭之中，擴產(chǎn)估計要到 07年以后能夠完成，碳纖維前景仍然看好。 我國碳纖維企業(yè)力爭突破：我國碳纖維現(xiàn)階段絕大部分依賴進口，但華皖碳纖維、少數(shù)科研院所及山東光威集團都力爭在碳纖維生產(chǎn)方面獲得突破。 噸凈利 25 萬元 碳纖維盈利分析：目前軍工級碳纖維（ 3-6K）的售價為 200 萬元 /噸，民用碳纖維（ 12K）的售價為 55 萬元 /噸，而碳纖維的生產(chǎn)成本為 18 萬元 /噸， 如以民用碳纖維為例，其毛利為 37 萬元 /噸，即便加上 3 萬噸的營業(yè)費用和 33%的所得稅率，民用碳纖維的凈利潤也用 25 萬元 /噸，如果考慮軍品銷價和 33%的所得稅減免，則其噸凈利將達到 170 萬元 /噸。 為了擺脫長期受制于人的局面，提高新型復(fù)合材料領(lǐng)域的生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平從而促進國防和民用工業(yè)的技術(shù)進步，近年來，國家有關(guān)部委已將碳纖維技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程作為我國的一項戰(zhàn)略任務(wù)，并列入“ 863”計劃。上世紀(jì) 90 年代以來，國內(nèi)陸續(xù)成立了幾家碳纖維企業(yè)，致力于實現(xiàn)這一高技術(shù)材料的國產(chǎn)化，但到目前都沒有突破性進展。 碳纖維，顧名 思義，纖維中碳的成份占有 90以上。從分子組成來看，是屬于無機纖維。但目前主要通過有機高分子纖維后處理來獲得驅(qū)逐，后處理過程主要是要驅(qū)逐非碳元素，使之形成高度結(jié)晶的石墨結(jié)構(gòu)。對于高強度碳纖維 T800H、 T1000抗張強度達到 6 7GPa，模量達到 294GPa更是如此。有關(guān)聚丙烯睛原絲預(yù)氧化、碳化的過程比較復(fù)雜，研究的文獻很多。但高性能碳纖維與原絲性能的關(guān)系文獻中很少涉及，更沒有高性能原絲買賣發(fā)生。但幾乎達成一致的共識是：生產(chǎn)高性能碳纖維必須要有高性能原絲。同時可以認(rèn)為進行超高分子量聚合體的制備及其干濕法細 旦高強 PAN基原絲的紡絲成形和后處理工藝研究是當(dāng)務(wù)之急，問題的關(guān)鍵所在。 1.2碳纖維后處理設(shè)備市場背景： 當(dāng)前，除極個別單位外，大多數(shù)準(zhǔn)備引進項目的技術(shù)和設(shè)備水平屬國際中下等，產(chǎn)品碳纖維也是這個檔次，引進后的消化、吸收與創(chuàng)新是面臨的重大課題。因此，在引進的同時應(yīng)該組織自己的技術(shù)隊伍，在消化吸收的基礎(chǔ)上求創(chuàng)新。如果只是沿著別人的腳印前進，就永遠是跟在別人后面，不會占據(jù)制高點。從大量國外資料可以清楚地看出，即使他們生產(chǎn)的碳纖維質(zhì)量和產(chǎn)量占據(jù)世界榜首，但其新思維、新方法、新設(shè)備、新成果仍不斷涌現(xiàn)，而不是墨守成規(guī) 。日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲公司的小絲束碳纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 74左右 (表 1)，而這 3個公司發(fā)表的專利也相當(dāng)多。例如：東麗公司目前生產(chǎn)的碳纖維 T1000，抗拉強度最高 ( 7.02GPa)、單絲直徑最細 (5.3um)，可代表世界先進水平，但公司最新專利報道，其實驗室已研制出新一代碳纖維，抗拉強度已達到 9.03GPa，比 T1000提高了 28.6；單絲直徑降到 3.2um，比 T1000細了 39.6。同時，該公司還開發(fā)截面形狀為三葉形的 PAN原絲及碳纖維，以拓寬其用途。 基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之源，已引起各 級領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)單位的重視，上下認(rèn)識一致，有的已開始實施，這是提高我國碳纖維工業(yè)技術(shù)水平的關(guān)鍵之一。目前國家“ 863 計劃”以及有關(guān)江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 部委都在關(guān)心我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強有力的支持。許多材料和設(shè)備專家也扎扎實實的做了大量工作。無疑，“十一五”將是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的黃金時代。 1. 3本課題研究的主要內(nèi)容： 碳纖維是適應(yīng)宇航、航空、原子能等尖端工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要而研制開發(fā)的一種新材料，具有高拉伸強度、高拉伸模量、低密度、耐高溫、抗燒蝕、耐腐蝕、高導(dǎo)電和熱導(dǎo)、低熱膨脹、自潤滑和生物體相容性好等綜合性 能，是理想的耐燒蝕、結(jié)構(gòu)和功能性復(fù)合材料組元，已成為開發(fā)各種高性能復(fù)合材料 (ACM)不可缺少的原料，是發(fā)達國家夢寐以求的第四代工業(yè)原材料。 目前碳纖維的制備方法可分為兩種：一種是有機纖維前驅(qū)體法，另一種是氣相生長法。當(dāng)今工業(yè)化生產(chǎn)的主要是前者，由有機纖維（原絲）在一定的張力、溫度下，經(jīng)過一定時間的預(yù)氧化、炭化處理等過程制成。 本人所在單位為中國紡織機械協(xié)會會員廠之一，長期致力于化纖后處理設(shè)備的研究開發(fā)及制造。在碳纖維原絲設(shè)備的設(shè)計和制造加工上目前處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，先后為山東威海、吉林、安徽等地研究開 發(fā)了 21 輥聯(lián)合牽伸機、蒸汽加熱箱、熱水牽伸機組、上油機、水洗機等碳纖維原絲制備設(shè)備，為碳纖維的研究開發(fā)作出了積極的貢獻。 西安 CM 復(fù)合材料研究所是中國 HT 集團公司下屬單位，為研制生產(chǎn)出高性能碳纖維，與我單位簽定了部分碳纖維原絲制備設(shè)備研制協(xié)議，由我方根據(jù)其碳纖維生產(chǎn)工藝要求為其設(shè)計制造成套處理設(shè)備，干燥機是其中重要的配套設(shè)備之一。此次設(shè)計我參考了緊張熱定型機和松弛熱定型機等化纖后處理設(shè)備，結(jié)合碳纖維干燥和定型原理的特性，采用了不少新工藝和新方法，以滿足碳纖維加工工藝要求。確保經(jīng)過本干燥機處理后的碳纖 維含水量降低、溫度升高、纖維內(nèi)應(yīng)力被清除、使用性能得到明顯改善，實現(xiàn)碳纖維的干燥致密化，從而得到高強度的碳纖維，有利于后道處理工序的進行。 2.干燥機總體設(shè)計 2.1擬定設(shè)計方案： 2.1.1 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書及工藝要求簡圖尺寸確定設(shè)計方案 2.1.1.1 機構(gòu)的型式：在后處理聯(lián)合機中，熱輥干燥機是關(guān)鍵技術(shù)，涉及到干燥和定型效果，并直接影響到纖維的質(zhì)量。因此確定設(shè)計方案十分重要，結(jié)合我廠多年生產(chǎn)化纖后處理設(shè)備的經(jīng)驗，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，并考慮到實際設(shè)備加工和制造及運輸?shù)戎T多因素，采取將 26只干燥定型輥筒 分布于兩臺機上，一臺九輥機，一臺十七輥機，其中十七輥許靜波：干燥機（組）設(shè)計 6 又一分為二，即由九輥 +八輥組成，通過裝配結(jié)合在一起。 2.1.1.2 干燥輥的排列：輥筒布置和尺寸根據(jù)委托方提供的工藝要求確定。輥筒的排列有臥式和立式兩種。臥式結(jié)構(gòu)特點是操作簡便。立式結(jié)構(gòu)特點是占地面積較少。考慮到操作方便需要，因此采用臥式結(jié)構(gòu)。 20十七輥干燥機 九輥干燥機圖 1 干 燥 機 （ 組 ） 型 式 及 排 列720720(595)720(595)7201509150944327830408016822.1.1.3 干燥輥的加熱：根據(jù)纖維的品種、旦數(shù)和加工速度等條件的不同，通常采取的加熱方式有電加熱、蒸汽加熱或油加熱等幾種，根據(jù)廠方公用工程情況，采 用熱水和蒸汽加熱。由于蒸汽加熱溫度反應(yīng)迅速，測量準(zhǔn)確，所有輥筒設(shè)計均按采用蒸汽加熱方式。蒸汽加熱是利用其汽化熱，當(dāng)蒸汽壓力不變時，汽化熱高，溫度穩(wěn)定。輥筒內(nèi)可通 0.02.5Mpa 的循環(huán)飽和蒸汽，調(diào)節(jié)蒸汽壓力，以達到不同工藝溫度要求，輥筒溫度一般在 110180之間。蒸汽壓力達到 2.5Mpa 時，輥筒溫度達到最高為 180?？捎蓽囟葯z測系統(tǒng)測得并由溫度顯示器顯示出來。蒸汽由進氣管沿三個方向（ 120均分）進入輥筒內(nèi)，沿輥筒母線迂回加熱后由排氣管排出。 2.1.1.4干燥輥的結(jié)構(gòu)原理：通常采用的是虹吸原理。由 于虹吸彎管不能承受較大的沖擊力，受到震動和機械應(yīng)力后易變形，需要經(jīng)常更換。同時虹吸管加熱時輥筒表面因旋轉(zhuǎn)造成輥筒表面溫度不均勻，而影響碳纖維的干燥和定型效果，所以我采用了本廠最新研制的另一種加熱方式 夾套式加熱，即干燥輥為可拆式結(jié)構(gòu)，用不銹鋼無縫鋼管制作，表面鍍硬鉻，借助法蘭連接在輥軸上，當(dāng)通入熱水或蒸汽加熱時，熱水或蒸汽從輥軸內(nèi)孔中的一無縫鋼管進入，經(jīng)內(nèi)隔套加熱輥內(nèi)壁，然后從干燥輥軸孔內(nèi)另一無縫鋼管間隙內(nèi)流出，由于輥筒軸與排氣管之間有一空氣隔層，以使蒸汽不與輥筒軸直接接觸，不僅可以降低熱量損失，還能降低 輥軸和箱提溫度。由于輥軸回轉(zhuǎn)，故在軸端進出水接頭處采用新型旋轉(zhuǎn)接頭。這種加熱方式可使輥筒表面溫度恒定，誤差可控制在 0.5。 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 42 31圖 2 輥 筒 空 氣 隔 層1 - 進 氣 2 - 排 氣 3 - 空 氣 隔 層 4 - 輥 筒 軸2.1.2 確定干燥機結(jié)構(gòu)形式及傳動方式： 干燥機組分為兩臺設(shè)備組成，各單機結(jié)構(gòu)形式一致，以便于設(shè)計和制造，設(shè)計時將干燥機主要分為三大部分：主機部件、保溫部件和潤滑部件。 根據(jù)委托方要求和方便設(shè)備維修，確定傳動方式為：電機 擺線針輪減速器 主機（傳動軸 輥筒軸），這樣使得主機的結(jié)構(gòu)簡化，便于制造和檢修，擺 線針輪減速器系通用標(biāo)準(zhǔn)件，質(zhì)量有可靠保證，減速系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以直接通過更換減速器來完成，不會因本干燥機組維修停車而造成整條生產(chǎn)線的長時間停止運行，可以極大地提高生產(chǎn)效率。 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 8 45557952十七輥干燥機九輥干燥機蒸汽蒸汽回水 保溫門電機帶減速器電機帶減速器保溫門蒸汽回水蒸汽圖 3 干 燥 機 結(jié) 構(gòu) 型 式 及 傳 動 方 式2.2、技術(shù)設(shè)計和工作設(shè)計： 2.2.1根據(jù)擬定方案繪制總裝圖和各部件圖 干燥機（組） 總裝圖一張、九輥干燥機主機部件圖一張、保溫部件圖一張、潤滑部件圖一張 ，十七 輥干燥機主機部件圖一張、保溫部件圖一張、潤滑部件圖一張。 2.2.2主要零部件的設(shè)計及校核 2.2.2.1主機部件 ： （ 1） 傳動箱體 參照同類牽伸機箱體和根據(jù)輥筒寬度確定箱體寬度，根據(jù)纖維工藝要求和輥筒排列尺寸確定箱體長度，根據(jù)絲束進出高度確定箱體高度。 箱體材料采用 Q235-A 鋼板焊接，設(shè)有油標(biāo)、放油螺塞，箱蓋（加墊），設(shè)呼吸型加油孔及箱蓋密封墊。箱體留有熱油循環(huán)的進出口。箱體側(cè)面有觀察口（有機玻璃）。考慮可加工性，十七輥干燥機箱體結(jié)構(gòu)一分為二，即八輥、九輥各一臺，各用一臺動力。安裝時組合在一起，安裝在調(diào)整墊鐵上，墊鐵上設(shè)有 U形槽安裝孔（用于設(shè)備調(diào)整，調(diào)整距離 50mm）、高度微調(diào)孔 M12，調(diào)節(jié)高度 8mm。 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 圖 4 傳 動 箱 體 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖8801674880443216743730 4080（ 2） 傳動軸：由于輥筒軸內(nèi)要通蒸汽，所以軸后需要安裝旋轉(zhuǎn)接頭或者其它接口部件，因此增加一傳動軸，將動力傳遞至箱體內(nèi)?？紤]到使用壽命和加工方便，傳動齒輪尺寸大小與干燥輥軸上齒輪大小保持一致，即速比 i=1： 1。 （ 3） 干燥輥部件設(shè)計及校核： 干燥輥結(jié)構(gòu)：通常干燥輥多為懸臂式，也有采用雙支承式的，考慮到實際操作和使用方便，選用懸臂式。 11108 975 631 2 4圖 5 干 燥 輥 部 件 結(jié) 構(gòu)1 - 旋 轉(zhuǎn) 接 頭 2 - 后 蓋 3 - 隔 套 4 - 齒 輪 5 - 擋 油 環(huán) 6 -進 氣 管 7 - 前 蓋 8 - 出 水 管 9 - 軸 1 0 - 輥 筒 1 1 - 端 蓋許靜波：干燥機（組）設(shè)計 10 軸承：進口軸承，軸承公差等級 6級。 齒輪：硬面斜齒輪（ 45#），螺旋角 =15，制造精度 6級。齒輪傳動噪音 50dB。（齒輪設(shè)計及強度校核略） 速比：箱體內(nèi) 1： 1 （九輥配減速器 i=104，十七輥配減速器 i=121） 干燥輥尺寸： 600 0.03 400mm 1#機干燥輥內(nèi)通 80， 0.3Mpa 熱水， 2#機干燥輥內(nèi)通 0.3Mpa 蒸汽。輥筒表面設(shè)計溫度： 110 180 C。 結(jié)構(gòu)：二進二出夾套式，外圓直槽通道夾層結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)接頭供水、汽并有回路。 運動精度：裝配后輥部徑向最大跳動 0.05mm 材料：輥部及輥側(cè)面為 1Cr18Ni9Ti，軸件為 45。軸的輥頸部位 （輥的內(nèi)側(cè)面與傳動箱體側(cè)面之間的一段）焊接不銹鋼夾套，夾套壁厚 2.5mm。靠近干燥輥一側(cè)的軸承端蓋也為不銹鋼材料，主要是為了防銹防腐和美觀。 表面處理：輥部表面鍍硬鉻后精磨并拋光處理，粗糙度 Ra0.2，感官鏡面，鉻層保留厚度 0.05mm。 輥筒呈懸臂式，通過雙列向心球面滾子軸承（耐高溫，大間隙）固定在箱體上。它包括封口法蘭、內(nèi)、外套、隔條、進出水法蘭部分。內(nèi)套由無縫鋼管加工而成，外套采用不銹鋼無縫鋼管，兩者過盈量為 0.30mm。由于無縫鋼管與 20 鋼的焊接性能好，封口法蘭、隔條、進出水法蘭均采用 20 鋼。焊后 回火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，并進行氣密試驗，耐壓2.5Mpa。輥筒外表面鍍耐磨硬鉻，鍍層厚度為 0.07 0.08 mm。 600mm 表面拋光。 輥筒軸采用 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理達到 HB240 25，輥筒軸與輥筒采用大法蘭連接，以便于拆卸。進、排氣管與輥筒連接處采用聚四氟乙烯板進行密封。 受力分析： 絲束進入干燥機以后，經(jīng)過最初幾個干燥輥時，它會在輥筒表面打滑，隨著干燥輥數(shù)的增加，打滑呈逐漸減小的趨勢，最后以干燥輥的線速度同步前進。 在一般情況下，越在后面的干燥定型機構(gòu)，其負(fù)載越大，所以在對輥軸進行受力分析時，選 擇第二干燥機（十七輥）作為對象。下圖為第二干燥機的受力圖。絲束繞經(jīng)第一個干燥輥后，其張力由 T0逐漸減小到 T1，繞經(jīng)第二個干燥輥后，其張力由 T1逐漸減小到 T2由于張力漸次變小，所以在整個干燥輥筒中，前面兩個受力較大?？紤]到絲束與輥筒表面間存在相對的摩擦運動，絲束的張力可以用下式計算出來： T1=T0e- 式中： T0 第一牽伸輥前的絲束張力 1 第一牽伸輥后的絲束張力 e 2.718（自然對數(shù)的底） 摩擦系數(shù) 絲束與輥筒之間的包角 同理可得 T2=T1 e- 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 T3=T2 e- 圖 6 牽 伸 輥 受 力 圖T 0T 1T 2T 3T 5T 4已知 T0=200Kg，取 0.23，經(jīng)計算得 =2.705 則： T1=200 e-0.23 2.705 =200 0.537 =107.4（ Kg） 有： T2=107.4 e-0.23 2.705 =107.4 0.537 =57.7（ Kg） 強度計算 在設(shè)計干燥定型設(shè)備時，干燥輥是一個比較重要的部件，因為它是整個機器的核心，必須要對它的強度進行校核計算，同時也要對其撓度 進行校核。 以第二干燥機的第二個干燥輥為例，作用在干燥輥上的力有：絲束進、出牽伸輥時的張力 T1、 T2，牽伸輥外伸部分的重量 G等，其合力設(shè)定為“ P”。 其受力圖如下所示。 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 12 1 0 1 5 4 2 55 4 0 1 9 1 4 9 6 . 57 3 11 2 2 7 . 52 1 2 . 5600170170圖 7 干 燥 輥 受 力 圖AF PBCPD E F用圖解法，計算合力 P的值。 根據(jù)絲束繞經(jīng)輥筒的前進路線，將輥筒所受的力作用點假想成 E 點，如牽伸輥受力圖示，得出各作用力的方向與大小如下圖所示。 對牽伸輥的受力進行合成， T1與 T2合力為 T， T 與 G 合力為 P， T1與 T2已通過計算得出，而輥筒重量約為 308Kg，可得 P=460Kg。 圖 8 圖 解 法 求 合 力 PTT 1PT 2G江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 C 處的彎矩 MC為： MC =P l2 =P 0.4965 =460 0.4965 =228.39 KG M =2238.22N m 注： l2為力 P作用點至截面 C的距離。 C 處的扭矩 TC為： TC=（ T1-T2）2Do=（ T1-T2） 0.6 2 =（ 107.4-57.7） 0.6 2 =14.91 KG M =146.12 N m 注： D0為干燥輥的直徑。 C 處的等效彎矩 M為： M=（ MC+ MC2+TC2） 2 =（ 2238.22+ 2238.222+146.122） 2 =2240.6 N m C處的等效扭矩 T 為： T= MC2+TC2 = 2238.222+146.122 =2242.98 N M C處的彎曲應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為： =M/W =T/Wn 式中： W 抗彎斷面模量，已知軸的直徑為 0.17 米，內(nèi)孔 0.06 米，其 值 W=Do32 (D04-d04) =17.032 (0.174-0.064) =4.75 10-4m3 Wn 抗扭斷面模 量，其值 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 14 Wn=Do16(D04-d04) =17.016 (0.174-0.064) =9.5 10-4m3 則有： =2240.6（ 4.75 10-4） =4.71 106（ N/m2） =4.71 N/mm2 =2242.98（ 9.5 10-4） =2.36 106（ N/m2） =2.36 N/mm2 查表知，對于 45#鋼： =54 N/mm2 =30 40N/mm2 根據(jù)計算所得的危險截面應(yīng)力小于所用材料的許用應(yīng)力，因此軸的強度足夠。 撓度計算： 干燥輥外伸端的撓度，一般由以下四個部分的撓度迭加而成，即： a、由于載荷 P引起 D處的撓度 1為： 1= 6EJP（ x-l1） 2l1l2+3l2(x-l1)（ x-l1） 2 =6EJP（ 1.015-0.731） 2 0.731 0.4965+3 0.4965（ 1.015-0.731）（ 1.015-0.731） 2 查得彈性模量 E=2.1 1010Kg/m2； 而 慣性矩 J= (0.174-0.064) 64=4.04 10-5（ m4） X 支承 A至截面 D 的距離； l1 兩支承間的距離； 代入，得 1=2.74 10-5（ m） 0.0274mm b、載荷 P 引起 D處的轉(zhuǎn)角 1為： 1=（ P l22/2EJ） 1+32 21ll （22lL） 2 =(P 0.49652 2EJ) 1+32 0.49650.731（0.49652 0.425） 2 其中， L 為干燥輥長度， 代入，得 1=5.34 10-5 由于 轉(zhuǎn)角 1而產(chǎn)生的形變增量 2為： 2= 1 L = 1 0.425 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 =2.27 10-5（ m） =0.0227mm c、將干燥輥筒看成受均布載荷 P/L 的懸臂梁，干燥輥外伸端的撓度 3為： 3=P L3/8EJ =P 0.4253 8EJ 代入，得 3=0.0052mm d、作用在第二干燥輥和相鄰各輥筒上的絲束張力差，產(chǎn)生齒輪 B上的各周向力。它們沿力 P方向的分力為 F，在點 D 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角 2為： 2=14346EJl )l(lFl =F 0.54（ 0.191+0.54） 0.731 6EJ 通過圖解法（見下圖），求出 F的大小。 F=160.02 Kg 代入，得 2=1.69 10-5 由于轉(zhuǎn)角 2而產(chǎn)生的形變量 4為： 4=- 2（ L+x l2） =- 2（ 0.425+1.015 0.4965） =-1.59 10-5（ m） =-0.0159mm T pT 2T 1圖 9 T 1 、 T 2 在 合 力 P 上 的 分 力 T P牽伸輥外伸端的總撓度為： = 1+ 2+ 3+ 4 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 16 =0.0274+0.0227+0.0052-0.0159 =0.0394mm 一般情況下，在不計滾動軸承處的間隙時，輥長不超過 1 米的輥筒，其外伸端的最大撓度若小于 0.5 毫米，則符合要求。 通過以上計算，干燥輥部件的強度及撓度，均符合安全規(guī)范。 （ 4）齒輪設(shè)計和強度校核（參照機械設(shè)計 -高等教育出版社）： 計算齒輪的工作 轉(zhuǎn)矩 T1： T1= T2=9.55 10611nP b=9.55 10612115007.5 0.99 =5.72 106N mm=5720 N m 齒輪材料 ：硬面斜齒輪（ 45#），螺旋角 =15。 s=539N/mm2 根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的最低硬度 HRC45，查機械設(shè)計附錄圖 8-1C的 M線，取 Hlim=970N/mm2 計算主要參數(shù)：因為輥間距已經(jīng)由工藝限定，因此確定齒輪直徑需要按照工藝尺寸計算，參考表 8-6，取 mn=6，齒數(shù) Z1= Z2=d/m cos 112，齒寬 b1=b2=80 mm 精確計算兩齒輪分度圓直徑 d1=d2=695.7mm； 圓周速度 V=601000dn=0.46m/s 考慮到齒輪傳動噪音 50dB，所以仍然采用 6級制造精度。 接觸疲勞強度校核： 許用應(yīng)力 Hp= HlimZNZWZfZx/SH 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1= N2=20 300 8 60 1500=43.2 108 參照圖 8-28， ZN1=ZN2=1；取 ZW=1， Zf=0.85， Zx=1， SH =1.05 故 Hp1= Hp2=785 N/mm2 接觸應(yīng)力 H= ZEZ ZHZ （ 12 TKKKK vA 112 ddb ）u 1u ZE=189.8N1/2/mm；ZH=2.47； KA=1.1；vz/100=0.46 112/100=0.52，由圖 8-44， Kv=1.04；由圖 8-16， K =1.27；由圖 8-22， 1.01，得 Z =（ 1/ ） 1/2=0.995； Z =（ cos15）1/2=0.983。 H= 189.8 0.995 2.47 0.983 （ 5 7 2 0 0 027.106.11.12 7.6957.69580 ）1 11 =135.65 N/mm2 Hp，故安全。 彎曲疲勞強度校核 查附錄圖 8-2c 的 M線， Flim1= Flim2=235 N/mm2。 ZV1= ZV2=Z1/cos3 =112/ cos315 =124.27，由圖 8-25及圖 8-26， YF1= YF2=2.15， YS1= YS2=1.83。 Flim1/ YF1YS1= Flim2/ YF2YS2=235/2.15 1.83=59.73 許用應(yīng)力 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 Fp1= Fp2= Flim1YSTYN1Y YRYx/SF 由圖 8-29， YST=2.0， YN1=1， Y =1， YR=1， Yx=1， SF=1.42。 Fp1= Fp2= Flim1YSTYN1Y YRYx/SF=235 2.0 1 1 1 1/1.42 =331 N/mm2 彎曲應(yīng)力 F1= F2=（ 2KAKVK K T1/bd1mn） YFYSY Y KA=1.1； KV=1.04； K =1.06；由圖 8-16， K =1.27； YF1=2.58；由圖 8-26， YS=1.61；Y =0.25+0.75/ =0.99； Y =1- /120 =0.875 F1= F2=2 1.1 1.04 1.06 1.27 5720000/（ 80 695.7 6） 2.58 1.61 0.99 0.875=189.84 N/mm2 Fp1，故安全 通過以上計算，可以得出齒輪的強度完全符合使用要求。 （ 5）軸承型號選擇及壽命校核：（參考資料：機械設(shè)計手冊） 傳動軸軸承： 選 3624 型軸承。軸承壽命校核（略） 干燥輥軸軸承：前軸承選 3534 型，后軸承選用 3528 型?？紤]到前軸承受載最大，承受主要負(fù)荷，選擇對其進行壽命校核。 查表 25-22 得 Cr=705000N， Cor=745000N。 由前計算結(jié)果知軸承承受的徑向負(fù)荷 Fr=（ 2000 5720/695.7cos15） tan20 /cos15 +（ 460+210+135）9.8=14303N, 軸向負(fù)荷 Fa=（ 2000 5720/695.7cos15） tan15 =4561N。 考慮生產(chǎn)能力擴大提高空間，對所 有負(fù)荷均乘以 2.0 系數(shù)計算。 已知軸的轉(zhuǎn)速 n=1500/121=12.4r/min。軸徑 d=170mm，載荷平穩(wěn)，要求軸承壽命為20 年（ 20 365 24=175200h），現(xiàn)校核軸承壽命。 因 Fa/ Cor=0.0124，由表 25-22 查得 e 0.20 由于 Fa/ Fr=4561/14303=0.32 e 0.20 由表 25-22 查得 X=0.56 Y=3.0 當(dāng)量動負(fù)荷為 Pr=XFr+YFa=0.56 14303 2+3 4561 2=43386N 由表 25-11，當(dāng) n=12.4r/min， Cr/Pr=705000/43386=16.3 時，查得 L10h=300000 h 175200h 滿足要求，故前軸承應(yīng)用 3534 型軸承。 2.2.2.2 保溫部件： （ 1） 框架：用 10#槽鋼焊接而成，通過螺栓與傳動箱體聯(lián)接固定在一起。 （ 2） 保溫壁結(jié)構(gòu)：干燥室的各向保溫壁為空心夾結(jié)構(gòu)，內(nèi)部加筋以增加整體強度，內(nèi)襯保溫材料 超細玻璃棉；保溫壁內(nèi)外表面由不銹鋼板制造，內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)為碳鋼材料。所有干燥輥均置于干燥室內(nèi)，干燥室相對密閉，尤其保溫部件與箱體銜接處均填上石棉布?？拷稍镙佉粋?cè)的傳動箱體側(cè)面有不銹 鋼夾層結(jié)構(gòu)的保溫壁。干燥室的頂棚為保溫許靜波：干燥機（組）設(shè)計 18 結(jié)構(gòu)，開有排氣孔，并配閉合蝶閥。干燥室兩側(cè)面為不銹鋼夾層保溫結(jié)構(gòu)，分別根據(jù)委托方要求開有進絲、出絲口，方便操作。 （ 3）保溫門：干燥室正面設(shè)計為若干扇保溫門，其中九輥為 5扇門、 17 輥為 8 扇門，門的運動方向與輥軸線方向一致，門的運動行程設(shè)計為 2000mm，閉合狀態(tài)下門的內(nèi)壁與干燥輥外側(cè)面距離小于 120mm，這主要考慮到打開后箱內(nèi)溫度較高而操作人員需要到中間操作的狀況，保溫門上設(shè)有把手。 方案：軌道在地面上，門下裝有滾輪，可沿軌道前后推拉 (圖略 ) 。 方案：導(dǎo)軌在上面 ，門上方裝滾輪，懸掛在頂架上，可沿軌道前后推拉。 1 2 3 4 5 6圖 1 0 保溫門結(jié)構(gòu)1 - 門 2 - 導(dǎo) 向 滾 輪 3 - 支 架 4 - 拉 手 5 - 保 溫 棉 6 - 調(diào) 節(jié) 螺 栓兩種方案比較： 方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，操作方便；缺點是軌道在地面上，操作人員在上面迅速行走不便，影響生產(chǎn)線運行，而且時間長了地面軌道上容易積累雜物，造成移動門開關(guān)困難。 方案的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜些、成本增加，優(yōu)點是同樣操作方便。同時軌道在上方，不會影響到操作人員的行走、工作，且不容易有雜物進入。 兩種方案比較，采取第種方案。 （ 4）導(dǎo)軌：考慮到距離較長，且所有保溫門均懸掛在導(dǎo)軌上，因 此采用無縫鋼管與矩形鋼管聯(lián)結(jié)在一起的焊接結(jié)構(gòu)，無縫鋼管起導(dǎo)向作用。矩形鋼管起加強剛性和防止變形作用。 2.2.2.3 潤滑部件 （ 1）潤滑方式及潤滑裝置的選擇： 由于稀油潤滑一般來講摩擦系數(shù)低，選擇具有冷卻作用，而且不必拆開機件就可更換江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 潤滑油?？紤]到干燥機溫度高和委托方廠房的實際情況，采取兩臺設(shè)備共用熱油冷卻循環(huán)裝置（稀油潤滑站，含循環(huán)管路系統(tǒng)）一套，集中連續(xù)壓力潤滑方式。稀油潤滑站外置，由油箱、油泵、過濾器、閥等組成，通過管子輸送定量的潤滑油到干燥機內(nèi)各潤滑點。 123678圖 1 1 稀 油 潤 滑 站 原 理 圖1 - 油 箱 2 - 過 濾 器 3 - 透 氣 孔 蓋 4 - 電 動 機 5 - 齒 輪 油 泵6 - 溢 流 閥 7 - 單 向 閥 8 截 斷 閥 9 - 單 向 節(jié) 流 閥出油口1出油口2出油口3回油口1回油口2回油口3排油口MM94 5（ 2）稀油集中潤滑系統(tǒng)的設(shè)計計算： 潤滑油的選擇：由于循環(huán)潤滑系統(tǒng)要求潤滑油抗氧化安定性較高、機械雜質(zhì)要少，以保證系統(tǒng)長期的清潔。根據(jù)設(shè)備的工作范圍（運動速度、載荷大小、運動情況）、周圍環(huán)境（溫度、潮濕條件、塵屑狀況）、摩擦副表面（間隙、加工精度、表面位置）等因素，通常選用普通國產(chǎn)機械油。國產(chǎn)機械油是一種工業(yè)用中質(zhì)潤滑油，廣泛用于紡織工業(yè)的紗錠、各種機床及其它各種機械的潤滑。根據(jù)潤滑油泵類型可選用運動粘度 50 厘斯左右的50 #機械油： HJ-50 GB443-64 。但由于干燥機工作溫度 較高，環(huán)境溫度在 38-80之間，考慮到設(shè)備高溫條件的狀況，所以選用 4402-1 號熱定型機潤滑油，此潤滑油具有良好的高溫性能和材料適應(yīng)性，無毒，不腐蝕金屬，并可與酚醛石墨綢紋板匹配使用，在高溫條件下結(jié)焦極少，適宜于印染工業(yè)熱定型機的針鏈及其它類似機械的潤滑，使用溫度可達220 18。 耗油量 Q： Q= Q1+ Q2+ Q3 齒輪嚙合處耗油量 Q1=yyyCS tKrC TT 1 齒輪傳動摩擦損失所產(chǎn)生的熱量 TS1=860（ 1- 1） N=860（ 1-0.98） 7.5=129（千卡 /小時 ） 箱體表面排散至周圍空氣中的熱量 TC，根據(jù)散熱表得 58 千卡 /小時； 潤滑油的比熱 Cy 0.45 千卡 /公斤度； 許靜波：干燥機（組）設(shè)計 20 潤滑油的重度 ry 0.88 公斤 /升； 潤滑油的溫升 t允許值取 14 度； 潤滑油的利用系數(shù) Ky 0.65。 因此 Q1=65.01188.045.0 581 2 9 =25.07 升 /小時 軸承耗油量 Q2=yyyS tKrC T2 軸承摩擦損失所產(chǎn)生的熱量 TS2=860（ 1- 2） N=860（ 1-0.99） 7.5 =64.5（千卡 /小時） Q2=65.01188.045.0 5.64 =22.78 升 /小時 潤滑油飛濺或攪動時的耗油量 Q3=yyyS tKrC T3 潤滑油飛濺或攪動時產(chǎn)生的熱量 TS3=860（ 1- 3） N =860（ 1-0.98） 7.5=129（千卡 /小時） Q3=65.01188.045.0 1 2 9 =45.56 升 /小時 所以耗油量 Q= Q1+ Q2+ Q3 =25.07 26+22.78 58+45.56 3 =2109.74（升 /小時） =35.16 升 /分 考慮到干燥輥軸內(nèi)有蒸汽 通道，造成運行過程中溫度升高，需要冷卻降溫，因此將計算出的耗油量 Q 乘以 1.5 的系數(shù)，即總耗油量為 52.74 升 /分。 油管直徑及油流速度的確定（略） （ 3）油泵選擇： 根據(jù)總耗油量 Q選擇低壓齒輪油泵，規(guī)格 Q=63 升 /分，工作壓力 25 公斤 /厘米 2，配3.3KW 電機（ 1450r/min），可以確保設(shè)備的正常運行。 設(shè)計上，配兩臺齒輪油泵，其中一臺輔助或備用。 （ 4）油箱設(shè)計： 油箱主要用途是貯油，同時起沉淀、散熱和散發(fā)氣體作用。 參照設(shè)計手冊， Q=63 升 /分油泵通常配置油箱容量為 1.25m3，結(jié)合委托方提供油槽 基礎(chǔ)尺寸參數(shù)： 3200 長（沿傳動箱體長度方向） 1000 寬 800 深， “ 1000 寬”尺寸不允許變化，其長、高可自定 ，確定油箱尺寸： 2.8m 長 0.9m 寬 0.78m 高。 江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 1圖 1 2 油 箱 結(jié) 構(gòu)1 - 放 油 螺 塞 2 - 油 標(biāo) 3 - 蓋 板 支 座 4 - 濾 油 網(wǎng) 座 5 - 箱 體23 4 5油箱中設(shè)置有吸油濾油器，注油器也設(shè)有過濾裝置。油箱底部作成適當(dāng)斜度 5，安設(shè)放油塞，以方便清洗。油箱側(cè)壁設(shè)計有油位指示計，指示油位高低。油箱上設(shè)有通氣孔，保證在最大吸油量和回油量時能在正常氣壓下供油。吸油管與回油管遠遠隔開，吸油管離箱底距離 2倍管徑，距箱邊 3倍管徑。 為防止回油時帶入空氣，回油管插入最低油面以下，距箱底距離 2倍管徑，油的排口面向箱壁，管端斜切成 45。吸油側(cè)和回油側(cè)用隔板隔開，以分離回油帶來的氣泡與贓物。油箱內(nèi)壁涂刷耐油涂料，以防銹、防冷凝水。 （ 5） 過濾裝置形式、選擇及計算： 過濾要求：一般過濾器的過濾精度可分為四類：粗的（ d 0.1毫米），普通的（ d 0.01毫米），精的（ d 0.005毫米），特精的（ d 0.001毫米）。為了避免由于相對運動引起雜質(zhì)對零件的磨損，要求油液中的雜質(zhì)必須小于油膜的厚度，而油膜的厚度取決于油的粘度、作用力及其產(chǎn)