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水磨粉雙滾筒干燥機總體設(shè)計及傳動裝置設(shè)計
摘 要：為解決小型水磨粉生產(chǎn)企業(yè)水磨粉干燥問題，設(shè)計雙滾筒干燥機代替噴霧干燥，從而減少熱量損失，提高效率。使之能夠滿足相關(guān)工業(yè)的發(fā)展要求。
滾筒干燥機是一種內(nèi)加熱傳導(dǎo)型轉(zhuǎn)動連續(xù)干燥設(shè)備。該課題主要設(shè)計內(nèi)容包括水磨粉雙滾筒干燥機總體設(shè)計及傳動裝置設(shè)計，可分為四方面：1)制定總體方案，確定滾筒配置型式及結(jié)構(gòu)方案；2)滾筒組件設(shè)計的有關(guān)計算、校核等；3)傳動裝置設(shè)計的有關(guān)計算、校核等；4)完成動力設(shè)計、運動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱工計算。
本課題考慮機器的結(jié)構(gòu)緊湊，首先確定了各級傳動型式，其次應(yīng)用現(xiàn)代CAD技術(shù)選定傳動零件，設(shè)計非標準件和設(shè)備總體結(jié)構(gòu)。運用AutoCAD繪制設(shè)備的總裝配圖、各個零件的零件圖和傳動路線圖，以指導(dǎo)各零件的加工和設(shè)備的設(shè)計，以此保證該設(shè)備運動平穩(wěn)，操作簡便，便于維修和調(diào)試，操作彈性大，適用性廣，熱效率高，干燥時間短。
關(guān)鍵詞：滾筒；傳動裝置；干燥機
The Design of the Overall and Transmission Device of Water Mill Double-Drum Dryer
Abstract:In order to solve water mills-dry problem of small water mill production enterprises, we design double-drum dryer which replaces spray drying, and reduce heat-loss and improve efficiency. Enable it to meet modern industrial development.
Drum dryer is a heat-conduction within the rotation for drying equipment. The main design elements of this device include the designs of water mills double-drum dryer and transmission device .Design includes four aspects: First, design the overall program and determine the allocation of drum patterns and structure. Second, design of drum components involves calculations, Check and so on .Third, design of transmission device involves calculations, Check and so on. Fourth, complete dynamic design, moving design, structural design, and thermal calculation.
Compact structure of the machinery was considered the design, above of all, determine Drive-level set pattern, then select transmission parts, design non-standard equipments and devise overall structure by use of modern CAD technology. Using AutoCAD to draw the total equipment assembly, maps of various parts and drive components roads, which can guide the processing of components and designing of equipment. These can ensure the smooth movement of equipment, easy to operate, easy to maintenance and debugging, operating flexibility, broad applicability, high thermal efficiency, and short drying time.
Keywords: drum; transmission device; Dryer
1.前言
1.1課題的來源
課題來源于：鹽城市成坤機械制造有限公司。本課題：水磨粉雙滾筒干燥機總體設(shè)計及傳動裝置設(shè)計，為解決小型水磨粉生產(chǎn)企業(yè)水磨粉干燥問題，設(shè)計雙滾筒干燥機并代替噴霧干燥，從而減少熱量損失，提高效率。使之能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。
1.2課題內(nèi)容
本課題的設(shè)計內(nèi)容為：
a.制定總體方案：確定滾筒配置型式及結(jié)構(gòu)方案。
b.滾筒組件設(shè)計：滾筒組件裝配圖；滾筒組件三維爆炸圖；有關(guān)計算、校核等。
c.傳動裝置設(shè)計：傳動裝置裝配圖、零件圖、有關(guān)計算、校核等。
d.完成動力設(shè)計、運動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱工計算。
e.繪制總裝配圖。
1.3課題要求
a.設(shè)備應(yīng)能滿足干燥要求，保證產(chǎn)量及含水率。
b.設(shè)備應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)筒單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整。
c.干燥強度應(yīng)盡可能大。
d.能源利用率應(yīng)盡可能高。
1.4干燥技術(shù)的國內(nèi)概況
近年來，隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對干燥設(shè)備的需求量越來越大，干燥設(shè)備的總體水平也不斷提高。常規(guī)干燥設(shè)備基本可以滿足生產(chǎn)的需要，并有部分機型出口到國外，這些可喜的成就是廣大工程技術(shù)人員長期努力的結(jié)果，干燥設(shè)備的進步表現(xiàn)在以下幾個方面：?
a.干燥設(shè)備的加工質(zhì)量 ?
從干燥設(shè)備的制造過程看，干燥設(shè)備的加工質(zhì)量受技術(shù)水平及應(yīng)用行業(yè)的制約。干燥設(shè)備的應(yīng)用行業(yè)很多，對設(shè)備質(zhì)量要求最高的是制藥行業(yè)。由于制藥行業(yè)的特殊性，對所用干燥設(shè)備的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及加工質(zhì)量都有具體要求，因此要求制造行業(yè)提供的設(shè)備加工質(zhì)量較高。其次是食品行業(yè)，食品行業(yè)對干燥設(shè)備及干燥系統(tǒng)有嚴格的衛(wèi)生指標要求，因此設(shè)備結(jié)構(gòu)及鋼材的處理標準較高。質(zhì)量要求相對不高的是化學工業(yè)生產(chǎn)中的部分設(shè)備。在所有行業(yè)中化學工業(yè)不論是設(shè)備的用量還是型式都最多最復(fù)雜，應(yīng)該說化工行業(yè)的干燥設(shè)備有特殊要求的也比較嚴格，但與上述兩個行業(yè)相比略低一些。?從最年幾年干燥設(shè)備總的質(zhì)量看，多數(shù)設(shè)備鋼板都經(jīng)過拋光處理，焊縫采用氬弧焊（不銹鋼），焊縫也經(jīng)過處理，有些工廠對直焊縫和環(huán)焊縫采用自動或半自動焊接，使設(shè)備質(zhì)量得到保證。
b.?干燥機的結(jié)構(gòu)?
隨著我國干燥設(shè)備的引進及國際間的技術(shù)交流，國外干燥設(shè)備機型都在不斷影響我國，最近幾年我國的新機型及新結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在以下幾種:①內(nèi)藏熱管式流化床干燥機?②管束干燥機??③閃蒸干燥機?④槳葉式干燥機?⑤盤式干燥機??⑥振動流化床干燥機⑧穿流回轉(zhuǎn)干燥機⑨旋轉(zhuǎn)氣流干燥機?。
c.裝備水平?
干燥設(shè)備的裝備水平主要指干燥系統(tǒng)的控制水平、附屬設(shè)備的配備、操作的方便程度和安全等級等?？v觀我國干燥設(shè)備的裝備水平，有了長足的進步。特別是大型的干燥系統(tǒng)更是如此。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
①控制系統(tǒng)的配備。自動、半自動控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，使勞動強度降低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。?
②計算機技術(shù)的應(yīng)用。大型系統(tǒng)中多數(shù)采用計算機技術(shù)進行系統(tǒng)參數(shù)的采集、處理和控制，使系統(tǒng)操作條件達到最優(yōu)。
③人性化設(shè)計。在設(shè)備設(shè)計的同時考慮操作者的習慣，維修時的方便程度。
④安全化設(shè)計。系統(tǒng)中有安全報警、險情排除功能，特別是易燃易爆物料的干燥都要考慮到這一點。?
⑤附屬設(shè)備。系統(tǒng)中的附屬設(shè)備也趨于合理，加熱、加料、氣固分離、產(chǎn)品的包裝設(shè)備與主機的配套關(guān)系達到最優(yōu)化。
而目前我國的干燥水平比起國外的先進國家還有一定的差距?，特別是大型的干燥設(shè)備的制造方面還有不小的差距。
1.5本課題要解決的主要問題和設(shè)計的總體思路
1.5.1需要解決的主要問題
通過現(xiàn)代CAD技術(shù)對傳動零件的選定，設(shè)計非標準件和設(shè)備總體結(jié)構(gòu)。運用AutoCAD繪制設(shè)備的總裝配圖、各個零件的零件圖和傳動路線圖，以指導(dǎo)各零件的加工和設(shè)備的設(shè)計。運用Pro/E進行該設(shè)備零件的三維實體建模，生成三維爆炸視圖，指導(dǎo)該設(shè)備的生產(chǎn)裝配。通過專業(yè)知識核實所設(shè)計的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)和各零部件是否合格，設(shè)計出水磨粉雙滾筒干燥機，使之符合生產(chǎn)需要。
1.5.2設(shè)計的總體思路
總體思路：進行熱工計算--滾筒直徑的設(shè)計計算--計算負載所需的驅(qū)動功率--選擇電機--確定傳動的方式，各級傳動比的分配--傳動裝置的參數(shù)計算--滾筒組件的校核--軸承的壽命計算。
將通過制定總體方案，完成動力設(shè)計、運動設(shè)計、結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及熱工計算，并利用二維三維軟件繪制總裝配圖，再根據(jù)的基本參數(shù)進行傳動系統(tǒng)設(shè)計，繪制傳動系統(tǒng)裝配圖，零件圖以及滾筒組件三維爆炸圖，利用所學知識進行有關(guān)的計算和校核等。
為了完成設(shè)備的設(shè)計，首先要對零件進行工藝分析,主要是結(jié)構(gòu)、尺寸精度、材料的分析；其次要根據(jù)基本參數(shù)進行設(shè)計；最后確定各個零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)備總體結(jié)構(gòu)，畫出各零部件、設(shè)備的二維或三維圖，運用Pro/E進行該設(shè)備零件的三維實體建模，生成三維爆炸視圖。
所設(shè)計的設(shè)備能夠準確的運動,保證傳動平穩(wěn)可靠，使用安全,易于維修，設(shè)計的設(shè)備應(yīng)能滿足干燥要求，保證產(chǎn)量及含水率，能源利用率應(yīng)盡可能高。本設(shè)計將為企業(yè)提供生產(chǎn)指導(dǎo)價值。
2.總體設(shè)計方案
2.1方案選擇
滾筒干燥器是通過轉(zhuǎn)動的圓筒，以熱傳導(dǎo)的方式，將附在筒體外壁的液相物料或帶狀物料，進行干燥的一種連續(xù)操作設(shè)備。設(shè)計該機器的用途是除去某些原料、半成品中的水分或溶劑，使物料便于包裝、運輸、貯藏、加工和使用。干燥機的組成部分包括（見圖2-1）：
a．滾筒(包括筒體、端蓋、端軸及軸承)。
b．布膜裝置(包括料槽、噴濺器、攪拌器、膜厚控制器)。
c．刮料裝置(包括刮刀、支承架、壓力調(diào)節(jié)器)。
d．傳動裝置（包括電動機、減速裝置和傳動件）。
e．進氣與排液裝置(包括進氣頭和管路附件)。
f．設(shè)備支架與密封罩。
g．干燥產(chǎn)品輸送和最后干燥器。
圖2-1 雙滾筒干燥機
1-密閉罩 2-進氣頭 3-刮料裝置 4-主動滾筒 5-布膜裝置 6-從動滾筒 7-螺旋輸送器 8-傳動裝置
圖2-2 雙滾筒干燥機頂部進料工作原理圖
圖2-1，2-2干燥機的結(jié)構(gòu)，采用頂部進料，這樣會干燥機的結(jié)構(gòu)增大。刮刀布置在滾筒的上側(cè)，刮刀的對滾筒的作用力和滾筒的重力疊加在一起。會減小軸承的壽命。
滾筒組件是干燥器的核心部件，滾筒組件設(shè)計的內(nèi)容包括滾筒型式的選擇、滾筒組件的強度和剛度計算，選擇合適的材質(zhì)后，確定相應(yīng)構(gòu)件的壁厚和結(jié)構(gòu)尺寸，并提出制造、加工和組裝的技術(shù)要求。
目前的滾筒按的材料和加工方法，分為鑄造滾筒與焊接滾筒兩類。
鑄造滾筒：筒體和端蓋、端軸均分別由澆鑄件經(jīng)加工和熱處理后組裝而成。鑄件的材料，常為鑄鐵和鑄鋼。這類滾筒筒體型原較厚(15-32mm)、重量大、熱組大、導(dǎo)熱性差。具有熱容量大，傳熱穩(wěn)定。良好的耐磨性和剛性等優(yōu)點，適用于要求供熱穩(wěn)定、無腐蝕性的物料干燥。
焊接滾筒：筒體由具有焊接件的板材卷焊之后，加工而成。材料一般為碳鋼和不銹鋼。端蓋和端軸的加工，可為焊接件、鍛件或鑄件。焊接型筒體具有壁薄、導(dǎo)熱性好、單件加工方便、適用材料廣、筒體的直徑與長度范圍大等特點，為各類物料干燥常用的滾筒型式。
根據(jù)工藝要求處理的物料量、濕含量指標，經(jīng)物料和熱量衡算，已知料膜干燥時間、蒸發(fā)強度和傳熱速率等設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定滾筒干燥面積。依據(jù)工藝設(shè)計的流程，設(shè)備和配套在廠房的配置要求、初步確定進料、布膜、出料和供熱的方式與布置。在以上條件下，做出干燥器的選型并計算筒體直徑、長度和轉(zhuǎn)速。在確定筒徑和轉(zhuǎn)速時，應(yīng)適當留有余地，以適應(yīng)物料干燥條件出現(xiàn)變化后的狀況。
確定料槽的外形尺寸，做出布料、刮料、成品輸送或最后干燥裝置，以及供熱介質(zhì)進出筒體方式的相對位置的斷面布置。
確定傳動方式、傳動級數(shù)和傳動件的型式．并初步估算傳動功率和傳動件的主要外形尺寸。在此基礎(chǔ)上，做出該筒組件的軸向布置(包括支承方式和各傳動件的相對位置)。并結(jié)合料槽、刮料、出料、供熱裝置的布置，進行綜合調(diào)整，使之緊湊、合理，滿足操作和檢修的要求。
根據(jù)蒸發(fā)物料的性質(zhì)和環(huán)境狀況，確定密封罩或排氣罩的外形尺寸、并做出相應(yīng)的布置。
確定干燥器各主要部件（滾筒組件和刮刀等）的材料。
2.2總體結(jié)構(gòu)確定
在考慮具體方案時，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，盡量降低成本。設(shè)備在滿足干燥要求的情況下，設(shè)備應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，熱量的利用率高，設(shè)備便于調(diào)試，設(shè)備應(yīng)便于維修。選用下部進料（見圖2-3）的方式比較好。這樣刮刀裝置也在下部，刮刀的頂緊力和滾筒的重力可以中和一部分，以減輕滾筒所受的外力，提高軸承的壽命。
圖2-3浸液式（下部進料）
圖2-8 滾筒組件裝配圖
1-進油軸 2-端蓋 3-小滾筒 4-孔板 5-大滾筒 6-排油軸
由于熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，在考慮滾筒的結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)該便于導(dǎo)熱油在筒體內(nèi)的傳輸，同時又要減輕筒體在工作過程中的重量，所以要把滾筒做成夾層的，這樣滾筒就需要采用焊接型式。如圖2-4所示
圖2-4 主視圖
圖2-5 左視圖
圖2-6
圖2-7
1-電動機 2-小帶輪 3-小鏈輪 4-支承軸承 5-大帶輪 6-減速器 7-旋轉(zhuǎn)接頭 8-小齒輪 9-傳動大齒輪 10-大鏈輪 11-外罩 12-積水堰 13-帶里座式外球面軸承 14-對滾齒輪 15-螺旋輸送器
16-料槽 17-刮刀 18-刮刀調(diào)節(jié)裝置 19-刮刀支承裝置 20-電液記位器 21-滾筒
雙滾筒干燥機的特點：
a.熱效率高。筒內(nèi)供給的熱量，除少量熱輻射和筒體的端蓋部分散熱損失外，大部分熱量用于濕分的氣化，熱效率可高達80%-90%。
b.干燥速率大。筒壁上濕料膜的傳熱與傳質(zhì)過程，由里至外，方向一致，溫度梯度較大。使料膜表面保持較高的蒸發(fā)強度，一般可達30Kg-70kg（㎡·h）。
c.產(chǎn)品的干燥質(zhì)量穩(wěn)定。滾筒供熱方式便于控制，筒內(nèi)溫度和間壁的傳熱速率能保持相對穩(wěn)定，使料膜能處于穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下干燥，產(chǎn)品的質(zhì)量可獲得保證。
d.適用范圍較廣。采用滾筒干燥的液相物料，必須具有流動性、粘附件和對熱的穩(wěn)定性。物料的形態(tài)可為溶液、非均相的懸浮液、乳濁液、溶膠等，對紙漿、紡織物、賽璐珞等帶狀物料，也可采用。
3.設(shè)計計算
3.1設(shè)計參數(shù)
物料產(chǎn)量：50kg/h，操作方式為間歇操作，每天工10小時，全年操作天數(shù)為300d。
物料性質(zhì)和工藝操作條件：料液濕含量（濕基），密度漿狀，流動性好，沉淀物不多。干燥產(chǎn)品為粉末狀，刮料點處濕含量，堆積密，安息角α=40°，比熱容料液溫度，刮料點處料溫。提供介質(zhì)為250℃導(dǎo)熱油，比熱容試驗提供在上述條件下的鋼制滾筒蒸發(fā)強度Rm=30Kg/(㎡·h)，干燥停留時間，轉(zhuǎn)速n=6r/min。
3.2熱工計算
干燥器產(chǎn)品的生產(chǎn)負荷： =50（kg/h）
蒸發(fā)水分量： （3-1）
式中， 料液濕含量； 刮料點處濕含量
由式（3-1）得
料液處理能力：=W+ （3-2）
由式（3-2）得=196（Kg/h）
干燥器的有效平均熱負荷：
查文獻[3]第288頁公式
Qm=0.278(Wγ+ –-W) （3-3）
式中，W 蒸發(fā)水分量；G2 干燥器產(chǎn)品的生產(chǎn)負荷； 產(chǎn)品比熱容； 刮料點處溫度
料液溫度； 濕基比熱容
由式（3-3）得Qm =75182（W/h）
干燥器的總負荷：
取滾筒式干燥器熱效率ηm=0.8，取輸出的導(dǎo)熱油的溫度為240℃計算。
查文獻[3]第233頁公式
（3-4）
=75182/0.8
=93980（w/h）
所需的熱油量（v/h）：
V= （3-5）
=12.17（）
式中 進出導(dǎo)熱油的溫度差(℃)； 導(dǎo)熱油的比熱容(KJ/(kg·℃))；
導(dǎo)熱油的密度(kg/)
3.3.滾筒干燥器干燥面積、筒體直徑、長度確定干燥面積
干燥面積Ay：
查文獻[3]第231頁公式：
Ay=W/Rm （3-6）
=146/30
≈4.9（㎡）
式中，W 蒸發(fā)水分量(kg)；Rm 蒸發(fā)強度(kg/㎡)
設(shè)計取Ay=5㎡
滾筒直徑和長度計算。
查文獻[3]第231頁公式
β=L/D （3-7）
式中，β 筒體的長徑比；L 滾筒的長度(mm)； D 滾筒的直徑(mm)
（3-8）
式中,D 滾筒的直徑（mm）；β 筒體的長徑比；Ay 干燥面積（㎡）
滾筒料膜有效干燥弧面角（°）；m 滾筒個數(shù)
設(shè)計保證滾筒料膜有效干燥弧面角ψ=270°，設(shè)取筒體的長徑比β=L/D=1、1.5、2，試算之。
方案a. β=L/D=1 L=1.03（m）
方案b. β=L/D=1.5 L=1.26（m）
方案c. β=L/D=2 L=1.45（m）
按上表計算結(jié)果，考慮筒體加工和受力情況，設(shè)計取β=L/D=2時計算參數(shù)。圓整取筒徑D=730mm，筒長L=1500mm。
3.4校核操作狀態(tài)下，滾筒平均干燥面積
設(shè)計采取直接浸液的布膜方式。在保證料膜有效干燥弧面角ψ>=270°條件下，確定刮料點位于第四象限內(nèi)，其夾角θ1=30°最大的浸液截面夾角α1=60°；最小的浸液深度h2=0.01m。
計算最大浸液深度h1：
查文獻[3]第261頁公式
（3-9）
式中，R 滾筒半徑（mm）； 最大的浸液截面夾角（°）
并根據(jù)h2=0.01mm,可計算最小的浸液截面夾角：
=26.89° （3-10）
滾筒在浸液h1高度時的干燥區(qū)料膜弧面夾角ψ1：
查文獻[3]第261頁公式： (3-11)
ψ1= 270°-0.5α1+θ1
=270°-0.5×60°+30°
=270°
式中， 最大的浸液截面夾角（°）
滾筒在浸液h2高度時的干燥區(qū)料膜弧面夾角ψ2：
查文獻[3]第261頁公式：
ψ2=270°-0.5×α2+30° （3-12）
≈286.6°
查文獻[3]第261頁公式
（3-13）
≈2.66（㎡）>2.5（㎡）
比設(shè)計的有效干燥面積增大=0.064倍，已滿足設(shè)計要求。
3.5滾筒干燥器功率計算
滾筒驅(qū)動狀態(tài)下的功率消耗，有刮刀和螺旋輸送干燥器的功率兩部分組成。
3.5.1刮刀消耗的功率
考慮筒體不長，設(shè)計采用單片刮刀。刮刀長度Ld=1500mm刮刀的頂緊力取，粉末固態(tài)膜剝離筒壁的作用力取。
刮刀材料設(shè)計取Q235C筒體材料設(shè)計取Q235A刮刀與筒體之間的摩擦系數(shù)。
計算滾筒的阻力矩：
查文獻[3]第241頁公式
（3-14）
=(1.5×1500×0.15+1×1500)×365
= 670687（N·mm）
式中， 刮刀的頂緊力（N）； 粉末固態(tài)膜剝離筒壁的作用力（N）
刮刀接觸筒體長度（mm）； 刮刀與筒體之間的摩擦系數(shù)
(3-15)
由式（3-15）得≈0.44kw
3.5.2螺旋輸送器干燥功率消耗
設(shè)計取由主動滾筒的驅(qū)動的鏈傳動計算：
物料的輸送量： Q=50/2=25Kg/h
水平輸送距離，按工藝布置要求Ls=2.5m,物料屬性按無磨蝕性粉狀物計，取阻力系數(shù)W0=1.2,設(shè)備系數(shù)取K=1.2
按標準型螺旋輸送器的軸功率計算式：
查文獻[3]第285頁
（3-16）
=1.2××(1.2×2.5+0)×0.001
=0.000245（KW）
3.5.3干燥器的驅(qū)動軸功率
（3-17）
式中， 鏈傳動效率 ； 對滾齒輪的嚙合效率
主動滾筒消耗的功率：
≈0.44kw
式中，n 滾筒的轉(zhuǎn)速r/min；
從動滾筒消耗的功率：
0.44kw
螺旋輸送器的計算軸功率：kw
將數(shù)據(jù)代入公式(3-17)計算
≈0.9kw
設(shè)計取作為設(shè)計依據(jù)
3.6傳動裝置設(shè)計
3.6.1電機功率和型號的確定
干燥器減速傳動裝置設(shè)計分為三級，其傳動效率
第一級：三角帶傳動效率
第二級：采用ZLY型減速器效率
第三級：滾筒端，直齒圓柱齒輪傳動效率
總效率： （3-18）
=0.96×0.96×0.98
=0.903
考慮到負荷的變化和滾筒操作的特殊情況，取設(shè)備系數(shù)k=1.5
電機功率: （3-19）
選取Y100L-6電動機，技術(shù)性能參數(shù)：；
3.6.2各級傳動形式確定及傳動比分配
（滾筒轉(zhuǎn)速n=6r/min）
總傳動比： （3-20）
=940/6
≈156.67
減速裝置的傳動比分配：
第一級：
第二級：
第三級：≈4.89 （3-21）
3.6.3 帶傳動的設(shè)計
A.選擇V帶型號
a)確定計算功率
查文獻資料[18]表4-6得工作情況系數(shù)
b)選擇V帶型號
按，，查文獻資料[18]圖4-1得,
選擇A型V帶
B.確定帶輪直徑、
a)選取小帶輪直徑
查文獻資料[8]圖4-11及表4-4，選取小帶輪直徑
b)驗算帶速
（3-22）
由式（3-22）得
在5～25m/s內(nèi)，合適。
c)確定從動帶輪直徑
查文獻資料[18]表4-4 選取
d)確定從動輪轉(zhuǎn)速
考慮到帶的滑動系數(shù)
=940×（1-0.02）×100/160=575.75
e）實際傳動比
=940/575.75=1.63
C.確定中心距和帶長
a)初選中心距
（3-23）
由式（3-23）得
取
b)求帶的計算基準長度
（3-24）
由式（3-24）得
查文獻資料[18]表4-2 選取
c)計算中心距
(3-25)
由式（3-25）得
d)確定中心距調(diào)整范圍
d.驗算小帶輪包角
（3-26）
由式（3-26）得
故，合適。
D.確定V帶根數(shù)Z
a)確定額定功率
由、及根據(jù)文獻資料[8]表4-5，得單根A型V帶的額定功率分別為0.83kw和0.97kw，用線性插值法求時的額定功率值
b)確定V帶根數(shù)
（3-27）查文獻資料[18]表4-7得
表4-8得 ，
表4-2得
由式（3-27）得
取Z=2根，合適
E.計算單根V帶初拉力
查文獻資料[8]表4-1得
（3-28）
由式（3-28）得
F.計算對軸的壓力
（3-29）
由式（3-29）得
G.確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
，采用實心輪結(jié)構(gòu)
，采用四孔板輪結(jié)構(gòu)
3.6.4齒輪設(shè)計與校核
A．傳動齒輪的設(shè)計與校核：
減速器輸出軸的最大功率：
（3-30）
由式（3-30）得 =1.5×0.96×0.96=1.3824kw
減速機出軸轉(zhuǎn)速(即小齒輪轉(zhuǎn)速)：
（3-31）
由式（3-31）得
輸出轉(zhuǎn)矩
（3-32）
由式（3-32）得
齒輪結(jié)構(gòu)選型：采用開式傳動漸開線直齒圓柱齒輪
齒輪的傳動比： （3-33）
由式（3-33）得≈4.8
為了便于齒輪的制造和加工，大齒輪的齒數(shù)不要超過100個，而且大齒輪的分度圓直徑要接近滾筒的直徑。
a.采用標準直齒圓柱齒輪，小齒輪采用45鋼調(diào)質(zhì)處理后表面淬火齒面硬度為45～50HRC。大齒輪的材料才用QT500-7,輪齒的齒面硬度為224～230HBS. 由于齒輪轉(zhuǎn)速不高，選7級精度，小齒輪的齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)=4.8×19=91.2，設(shè)計取=91。=91/19≈4.79開式軟齒面齒輪傳動,懸臂布置。查文獻[18]表6.5，取齒寬系數(shù)0.36。
b．按彎曲疲勞強度計算：
（3-34）
a）取載荷系數(shù) Kt=1.5
b）小齒輪的轉(zhuǎn)距 T1=922N·m
3）大小齒輪的彎曲疲勞強度 查文獻[18]圖6.9得
4）應(yīng)力循環(huán)系數(shù)N1=60nJLh （3-35）
由式（3-35）得N1=60×28.83×300×10×10=5.1×
N2= N1/i=1×
5）彎曲疲勞壽命系數(shù) 查文獻[18]圖6.7 KFN1=0.99，KFN2=1.25
6）計算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，應(yīng)力特征系數(shù)，
（3-36）
由式（3-36）得=0.99×2×380/1.4≈537.43MPa
1.25×2×160/1.4≈285.71MPa
7）查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
根據(jù)齒數(shù)，查文獻[18]表6.4查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
8）計算大小齒輪的并加以比較，大值代入公式計算
c．設(shè)計計算：
1）計算齒輪模數(shù)
由式（3-34）
2）計算圓周速度V
（3-37）
由式（3-37）得
3）計算載荷系數(shù) 查文獻[18]表6.2得 使用系數(shù) 1.0
根據(jù)V=0.094m/s，7級精度，查文獻[18]圖6.10
得動載荷系數(shù) 查文獻[18]圖6.13
得齒向載荷分布系數(shù).15
齒間載荷分配系數(shù)
則載荷系數(shù) （3-38）
由式（3-38）得
4）校正并確定模數(shù)
（3-39）
由式（3-39）得6.04mm 取
d. 計算齒輪傳動幾何尺寸
1）中心距a （3-40）
由式（3-40）得440mm
2）兩分度圓直徑 =8×19=152 mm
=8×91=728mm
3）齒寬 0.36×152=54.72mm 取56mm， mm
e. 校核齒面接觸疲勞強度
查文獻[18]第118頁公式
（3-41）
確定公式中各項參數(shù)值
1）大、小齒輪的接觸疲勞強度極限
按齒面硬度查文獻[18]圖6.8得，,
2）接觸疲勞壽命系數(shù)、 查文獻[18]圖6.6得=0.99，=1.03
3）計算許用接觸應(yīng)力 取安全系數(shù)
（3-42）
由式（3-42）得 =0.99×1150/1= 1138.5MPa
=1.03×523/1=538.69 Mpa
=538.69 MPa
4）材料系數(shù) 查文獻[18]表6.3得材料系數(shù)=181.4
校核計算
由式（3-41）得
≈515.5 MPa≤538.69 Mpa 接觸疲勞強度滿足要求。
f. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
小齒輪分度圓直徑,故采用實心式。
大齒輪，尺寸較大，采用孔板式。
B.對滾齒輪設(shè)計，校核和結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了便于齒輪的制造和加工，大齒輪的齒數(shù)不要超過100個，而且大齒輪的分度圓直徑要接近滾筒的直徑。
a.采用標準直齒圓柱齒輪，對滾齒輪的材料采用HT250，輪齒的齒面硬度為206～247HBS. 由于齒輪轉(zhuǎn)速不高，選7級精度，齒輪的齒數(shù)，傳動比大齒輪齒數(shù)，設(shè)計取。開式軟齒面齒輪傳動,懸臂布置.齒輪的分度圓直徑要取的較大==730mm寬系數(shù)0.08。
b．按彎曲疲勞強度計算：
1）取載荷系數(shù) Kt=1.5
2）小齒輪的轉(zhuǎn)距 T1=210.577N·m
3）大小齒輪的彎曲疲勞強度
查文獻[18]圖6.9得 ==79Mpa
4）應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
由式（3-35）得N1=60nJLh=60×6×300×10×10=
N2= N1/i=
5）彎曲疲勞壽命系數(shù) 查文獻圖6.7[18] KFN3=1.18，KFN4=1.18
6）計算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，應(yīng)力特征系數(shù)，則
由式（3-36）得=1.18×2×79/1.4≈109.96MPa
1.18×2×79/1.4≈109.96MPa
7）查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
根據(jù)齒數(shù)，查文獻[18]表6.4取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
≈2.228 =1.759
8）計算大小齒輪的并加以比較，大值代入公式計算
≈0.035
c．設(shè)計計算：
1）計算齒輪模數(shù)
由式（3-34）得≈10.2mm
2）計算圓周速度V
由式（3-37）得
3）計算載荷系數(shù) 查文獻[18]表6.2得 使用系數(shù) 1.0
根據(jù)V=0.094m/s，7級精度，查文獻[18]圖6.10
得動載荷系數(shù)1.0
查文獻[18]圖6.13得齒向載荷分布系數(shù).15
齒間載荷分配系數(shù)
則載荷系數(shù)
由式（3-38）得=1.0×1×1.15×1=1.15
4）校正并確定模數(shù)
由式（3-39）得9.34mm 取
d. 計算齒輪傳動幾何尺寸
1）中心距a
由式（3-40） 730mm
2）兩分度圓直徑 =10×73=730 mm
3）齒寬 0.08×730=58.4mm 取60mm， mm
e. 校核齒面接觸疲勞強度
（1）確定公式（3-41）中各項參數(shù)值
1）齒輪的接觸疲勞強度極限
按齒面硬度查文獻[18]圖6.8得， 350MPa
2）接觸疲勞壽命系數(shù)、 查文獻[18]圖6.6得==1.08
3）計算許用接觸應(yīng)力 取安全系數(shù)，則
由式（3-42）得 =1.09×350/1=381.5MPa
=1.09×350/1=381.5 MPa
4）材料系數(shù) 查文獻[18]表6.3得材料系數(shù)=146
校核計算
由式（3-41）得
≈101.73 MPa≤ 接觸疲勞強度滿足要求。
f. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 齒輪分度圓直徑, 尺寸較大，采用孔板式。
3.6.5鏈輪傳動的設(shè)計和結(jié)構(gòu)參數(shù)確定
A.選擇連鏈輪齒數(shù)
a.小鏈輪齒數(shù) 查文獻[18]表5.5，取
b.大鏈輪齒數(shù) =1.5×26=39
c.實際傳動比i i=39/26=1.5
B.初定中心距 取=32P
C.確定鏈節(jié)數(shù) 查文獻[18]第92頁公式
= （3-43）
由式（3-43）得=≈96.6 ?。ㄅ紨?shù)）
D.計算額定功率
a.工況系數(shù) 查文獻[18]表5.6，得
b.齒數(shù)系數(shù) 查文獻[18]表5.7，得
c.鏈長系數(shù) 查文獻[18]表5.8，得
d.排數(shù)系數(shù) 查文獻[18]表5.9，得（單排）
e.計算額定功率
查文獻[18]第93頁公式
（3-44）
由式（3-44）得1.13×kw
E.選定鏈條型號，確定鏈條節(jié)距P
根據(jù)，查文獻[18]圖5.10，選單排12A滾子鏈，P=19.05mm因點在曲線高峰值的左側(cè)，和所選系數(shù)，是一致的，所以不需從新計算值
F.驗算鏈速 v 查文獻[18]第88頁公式
（3-45）
由式（3-45）得=0.05m/s，合適
G..計算理論中心距a
查文獻[18]第95頁公式
（3-46）
由式（3-46）得a=622mm
H.結(jié)構(gòu)設(shè)計及潤滑方式選擇
小鏈輪d1=158.05mm,大鏈輪d2=236.75mm，均采用實心式，采用定期人工潤滑。
3.6.6軸的設(shè)計與校核
根據(jù)以上計算的筒體長度和直徑、傳動件的外形尺寸(直徑和輪殼寬度)、刮刀作用位置和減速傳動裝置，可預(yù)先進行滾筒組件受力的軸向和徑向位置的布置設(shè)計。
A.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu)，以及包括各軸段長度、直徑及其它細小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工藝以及其它一些要求。由于影響因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性。但是，不論具體情況如何，軸的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：
a.軸和軸上零件要有準確的工作位置；
b.軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；
c.軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；
d.軸的受力合理，有利于提高強度和剛度；
e.節(jié)省材料，減輕重量；
f.形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。
考慮到軸是和滾筒焊接在一起，為便于安裝和維修，把軸要設(shè)計成階梯軸。軸內(nèi)要通導(dǎo)熱油，所以軸要設(shè)計為空心軸。并且導(dǎo)熱油的流速控制在3.5m/s左右，先初步計算軸的孔徑計算
mm 設(shè)計取25mm
先按實心軸的最小直徑的計算公式進行計算，然后在估算，進行校核。
查文獻[18]第291頁公式 （3-47）
由式（3-47）得≈75.46mm，設(shè)計取
圖3-1 進油軸結(jié)構(gòu)
根據(jù)長動件的寬度和傳動件不能相互干涉，確定個傳動件見的軸向距離為200mm左右，具體的見圖3-1，3-2。
圖3-2排油軸的結(jié)構(gòu)
B.確定軸的受力
確定滾筒組件的受力參數(shù)對應(yīng)按實際配置的電動機功率作為依據(jù)。
a.傳動大齒輪對主動端軸的作用力
按配置的電機．允許傳遞的最大功率：
(3-48)
由式（3-48）得=1.5×0.96×0.96×0.98=1.35kw
大齒輪傳遞的員大扭矩
（3-49）
由式（3-49）
=2.14875×N·mm
節(jié)圓處的圓周力(節(jié)圓直徑):
Ft=2T/d (3-50)
由式（3-50）得=2×2.14875×/728≈0.59×N
作用于軸上的徑向力(標準直齒圓柱齒輪嚙合角＝20。)：
（3-51）
由式（3-51）得=5900×tg20°≈2147N
徑向水平分力；
（3-52）
由式（3-52）得=cos=2147×cos50°≈1380N
徑向垂直分力
（3-53）
由式（3-53）得=sin=2147×sin50°≈1644N
b. 螺旋輸送干燥器鏈傳動對主動端軸的作用力
=/＝0.245×/0.93=0.263× kw
-鏈傳動的效率，取0.93
傳遞的扭矩：
由式（3-48）得=418N·mm
鏈條工作拉力：
（3-54）
由式（3-54）=3.3N
徑向作用力：=1.15=1.15×3.3=3.8N
水平徑向分力：
由式（3-52）得=3.8×cos60°≈1.9N
垂直徑向分力：
由式（3-53）=6.9×sin60°≈3.3N
c.對滾齒輪的受力計算
由式（3-48）得
節(jié)圓處圓周力：由式（3-49）得=1919N
作用在軸上的徑向力：由式（3-50）得=689N
向徑水平力：由式（3-52）得
d.滾筒組件自重的計算
為確定滾筒支座反力可預(yù)先估算筒體組件的自重力。筒體部分：
(3-55)
由式（3-55）得=2611N
=1740N
端蓋部分：=304N
e.按實際配置電機功率計算允許刮刀對筒體的作用力
按配置電機的最大輸入功率，除去消耗于從動滾筒和螺旋干燥器的功率，則均可作為刮刀對筒體摩擦阻力的消耗。
刮刀對筒體允許的最大阻力矩：
--大鏈輪輸出的扭矩，=418N·mm
，--支承軸承處的摩擦阻力矩， ≈0.05
=214875-418-0.05×214875-700333=1.4134× N·mm
可估算刮刀對筒體允許的頂緊力：
查文獻[3]第290頁公式
（3-56）
由式（3-56）=6454N
在此種狀態(tài)下，筒體單位長度的頂緊力為：
相當于設(shè)計確定的操作條件下，的2.43倍。
按筒體允許的最大阻力矩狀況下計算，最大徑向力為：
==6454N
徑向水平分力：
（3-57）
由式（3-57）得=6454×cos30°≈5589N
徑向垂直分力 :
（3-58）
由式（3-58）得=6454×sin30°=3227N
f.軸承支承處支反力計算與彎矩
圖3-3 滾筒組件y軸方向的水平力
圖3-4 滾筒組件x軸方向的水平力
主動端軸的支座反力和作用力力向:
支座反力: （3-59）
≈-440N(力的方向與土示方向相反)
≈1323N
≈1473N
≈776N
由式（3-59）得≈1537N
≈1534N
a) 大齒輪安裝處的軸斷面
彎矩： =≈761N
扭矩：：=2.14875×N·mm
當量彎矩： （3-60）
由式（3-60）得==1860872 N·mm
b) 主動端軸承處的軸斷面：
彎矩：
≈401444 N·mm
扭矩：==2148750-418=2148332 N·mm
當量彎矩：
由式（3-60）得≈2627553 N·mm
C.軸的校核
a）傳動齒輪安裝處的軸徑：
35鋼的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 ，許用的彎曲應(yīng)力
軸的內(nèi)孔徑 ，
強度校核：
查文獻[18]第291頁公式 （3-61）
由式（3-61）得
≈21.18MPa＜，滿足要求。
查文獻[18]第307頁公式 （3-62）
由式（3-62）得
≈36.7＜，滿足要求
軸承支承處的強度校核：，
由式（3-61）得
≈9.5MPa＜=25，滿足要求
由式（3-62）得
≈18MPa＜，滿足要求。
3.6.7軸承的選擇和校核
選擇滾動軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)三方面進行考慮。
在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，適用于載荷較大或有沖擊的場合。球軸承適用于載荷較小、振動和沖擊力較小的場合。
當承受純徑向載荷時，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承；當承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用角接觸球軸承，或者將向心軸承和推力軸承進行組合，分別承受徑向和軸向載荷。
根據(jù)軸的應(yīng)用場合可知，軸主要受到的徑向力和軸向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點：可同時承受徑向負荷和軸向負荷，也可承受純軸向負荷。應(yīng)用場合：適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中調(diào)整游隙時。
主動端受力較大，校核此軸承。由于滾筒采用焊接的方式連接，同軸的誤差比較大，所以選用調(diào)心軸承，并且能夠滿足機器在運行過程中，軸在250℃高溫下能夠一端游動，以上二者結(jié)合，選取UC218(軸承座代號P218) 參數(shù)：
。軸承只承受徑力。
計算壽命：查文獻[18]第194頁公式：
（3-63）
由式（3-63）得=1054745576h
壽命滿足要求。
4.結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計是對我們大學四年學習的成果進行綜合性的考核，在本次的畢業(yè)設(shè)計中，查閱了許多的相關(guān)資料，通過對現(xiàn)有干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)進行分析，對每個結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的研究，掌握了設(shè)備的工作原理和總體的結(jié)構(gòu)。得知了現(xiàn)有干燥設(shè)備的不足，運用現(xiàn)有的知識，對滾筒的結(jié)構(gòu)進行了改進，使?jié)L筒在干燥過程中筒體表面的溫差不大。確定了設(shè)計方案，對水磨粉雙滾筒干燥進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，熱工計算，對傳動裝置進行了設(shè)計和校核，保證了該設(shè)備工作的可靠性，效率高，安全。但長期以來尚存在一個不足就是刮刀容易磨損，還需要對刮料裝置進一步改進。
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附 錄
1、裝配圖 GST50-00 A0
2、軸承座 GST50-03 A3
3、傳動系裝置部裝圖 GST50-08-00 A0
4、小鏈輪 GST50-08-01 A3
5、大鏈輪 GST50-08-02 A3
6、傳動大齒輪 GST50-08-03 A3
7、小帶輪 GST50-08-04 A3
8、大帶輪 GST50-08-05 A3
9、小齒輪 GST50-08-08 A3
10、對滾齒輪 GST50-08-12 A3
11、滾筒組件部裝圖 GST50-09-00 A2
12、進油軸 GST50-09-01 A3
13、滾筒端蓋 GST50-09-02 A4
14、大滾筒 GST50-09-03 A3
15、側(cè)蓋板 GST50-09-04 A4
16、小滾筒 GST50-09-05 A3
18、軸承蓋 GST50-12 A4
18、進油軸Ⅱ GST50-34 A3
19、排油軸Ⅱ GST50-35 A3
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