中心传动刮泥机设计Word下载.docx

1、5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类 论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代 写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技 术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用

2、 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它绪论1.1 刮泥机简介 在世界环境污染曰趋严重的今天，环境保护己成为当务之急。对污水进行有效处理 显得愈发重要，而如何选择污水处理设备成为污水处理厂建设中的关键之一。刮泥机是污水处理的关键设备之一， 十几年前随着污水处理厂整套设备的引进而进 入我国。刮泥机主要应用于城市生活污水处理厂、工业废水处理站、自来水厂的初沉池 和二沉池，各种处理工艺的污水厂，如常规活性污泥法、

3、A0工艺、氧化沟工艺都离不 开刮泥机，因此刮泥机是一种用途比较广泛的污水处理设备。我们在许多污水处理厂中 见到过不少形态各异的刮泥机，但不管它们的外形有多大的差异，都归为两大类型，即 中心传动刮泥机和周边传动刮泥机。周边传动刮泥机是把传动装置布置在沉淀池的边缘上，一般采用对称布置。所以， 需要在池子的两边各设置一套传动装置，两套机构同时绕池转动。另外周边传动刮泥机 在中心支墩上必须设置一个中心支座，其内部不仅需要有完成机械支持的机件，还必须 要有一个电刷完成交流电的传导之用。再有，周边传动刮泥机的两组轮子一般采用橡胶 轮或采用轨道式钢轮，由于较大直径的回转运动，橡胶轮应设计有一符合回转运动要求

4、 的倾角，目前国内所产的橡胶轮的强度与寿命较差，需要经常更换；轨道式钢轮要求在 池边铺设钢轨， 由于运动速度很快， 而且刮泥负荷较大的原因， 轮子打滑成为一大难题。 中心传动刮泥机是把所有的传动机构皆设置于池心支墩上，即电机、减速机及所有传动 部件都作用于中心支墩上，只需一套传动机构即可完成完整的传动动作。中心传动刮泥 机对电机没有同步的要求，也无需设置电刷。因为没有轮子，所以，也没有轮子打滑的 问题存在；不设轨道，所以对池边的十建施工的精度要求也不严格。周边传动刮泥机通常都是把主梁放置在中心支座与池边轮子之间，位于水面以上， 主梁上可走人。桁架是从主梁下部伸向池底，其下部安装刮泥板，随着整机

5、的旋转运动 完成刮泥和集泥工作。周边传动刮泥机由于主梁在水面以上，迎风面积较大，所以，设 计中必须考虑风载对整机工作的影响。中心传动刮泥机在池边与中心支墩之间架设置一个固定不动的工作桥， 既为检修之 用，又为电机、减速机等的支座固定之用。大齿圈固定在中心支墩上，其上联接主架， 随之转动，并带动了其下部所联的刮臂，从而使安装在刮臂下端的刮泥板完成刮泥和集 泥的工作。中心传动刮泥机的主架与刮臂皆采用桁架形式，用料较省。桁架部分几乎全 部在水中，水面以上没有较大的迎风面，因而风载的作用很小，在设计中可以不考虑， 但是其要求桁架对称性和平衡性很强，一般用于直径不大于 60m的沉淀池上，大于 60m时

6、应考虑容易加工的周边传动刮泥机。采用周边传动刮泥机时稳流筒都是固定在中心支墩上。 而在中心传动刮泥机的设计 中，因为桁架结构的要求，稳流筒必须固定在桁架上，并随桁架的转动而转动。与周边 传动刮泥机相比，它给整机增加了一定的负荷。但我们可以通过选择轻型材料，减小重 量，从而降低影响。下图为中心传动刮泥机和周边传动刮泥机的结构简图图 1.1 中心传动刮泥机结构简图图 1.2 全跨式周边传动刮泥机总体结构1- 刮板 ; 2-可动臂 ；3- 桥架 ；4- 旋转支承 5- 撇渣装置中心传动刮泥机刮泥机又可分为垂架式中心传动刮泥机和悬挂式中心传动刮泥机。 垂架式中心传动刮泥机主要由驱动装置、中心支座、中心

7、竖架、工作桥、刮臂桁架、刮 泥板及撇渣机构等部件组成。在沉淀池的中心位置设有兼有进水管道的立柱，柱管的下 口与池的进水管衔接，上口封闭作为中心支座的平台，管壁四周开孔出水，柱管大多为 钢筋混凝土结构， 也有采用钢管制成。 由于刮泥机的重量和旋转扭矩均有中心柱管承受， 也叫支柱式中心传动刮泥机。垂架式中心传动刮泥机的安装池径一般为 14 60米悬挂式中心传动刮泥机的结构形式比较简单，主要由户外式电动机，摆线针轮减速 机，链传动，涡轮减速器，传动立柱，水下轴承，刮臂及刮板等部件组成。整台刮泥机 的载荷都作用在工作桥的中心，悬挂式由此得名。该机一般用于池径小于 12米的圆形沉 淀池。如图所示，污水经

8、中心配水筒布水后流向周边溢水槽，随着流速的降低，污水中 的悬浮物被分离而沉淀于池底，有刮板将沉淀的污泥刮集到中心集泥槽后，靠静水压力 将其从污泥管中排出。图 1.3 垂架式中心传动刮泥机1-工作桥； 2-刮臂； 3-刮板； 5-刮板； 6-中心进水管； 7-摆线针轮减速机； 8-涡轮蜗杆减速器； 9-滚动轴承式图 1.4 悬挂式中心传动刮泥机总体结构二、设计及计算过程本次设计题目为 60米中心传动刮泥机设计。主要技术参数、指标：池径 60米、池 深46米、刮泥板外端线速度 35mmin、池底坡度1：10、刮泥功率约 4KW。根据 上述设计要求，本次设计决定采用垂架式中心传动刮泥机。池径 60

9、米、池深 46 米、刮泥板外端线速度 35mmin、池底坡度 1：2.1、确定电动机型号及减速装置1 、首先确定刮泥机刮臂线速度为 4m/s，查表 7-29 【1】知刮臂驱动转矩为 3912000N M（刮臂线速度为 3.05 4.6m/min ，载荷系数为 K=447N M,适用于初沉池固体 沉降）41刮泥功率 P=Mn =391200 30 60 =869.33wv4刮臂转速为： V=r =r 2 n n=2 r =2 3.14 30 =0.0212r/min1430设电动机满载转速为 1430r/min, 则总传动比为 i= 0.0212 =67453 由于该减速比较大故决定选用大减速比

10、减速装置， 如摆线针轮减速机和涡轮蜗杆减 速机等。结合本例暂定减速装置有摆线针轮减速机和蜗杆减速器构成。查表【 2】知单机摆线针轮减速机的效率为 90%95%暂定效率 4 90% ，蜗杆减 速器传动比为 5 60% ，联轴器、安全离合器效率为 1 99% ，轴承传动比为 2 98% ， 齿轮传动效率为 6 60% ，水下滑动轴承效率为 3 97% ，由于单机摆线针轮减速机 的减速比最大为 1：87，而二级摆线针轮减速机的最大减速比为 1:5133, 蜗杆减速器传 动比为 1:10 80, 故决定采用二级摆线针轮减速机。总效率 = 2 24 32 42 5 6 0.992 0.984 0.972

11、 0.92 0.6 0.4 0.3886P总= p 869.33 2.24kw 。故查表【 2】知电动机选用 Y100L2-4. 额定功率为总 0.3886 10003KW，同步转速为 1500r/min, 满载转速为 1430r/min. 经查资料知一级摆线针轮减速机的传动比为 9、11、17、21、23、25、 29、35、 43、47、59、 71、87，二级摆线针轮减速机的传动比为 99、 121、187、289、319、 385、 473、493、595、649、731、841、1003、1225、1505、1849、2065、2537、3045、3481、 5133暂选二级摆线针轮

12、减速机的传动比为 1849，则蜗杆减速器传动比为 67453i 蜗 36.481蜗 1849 查机械设计手册（电子版）选用摆线针轮减速机型号为 ZWD-A-8,蜗杆减速器型号 为CWS-500.2.2、 功率、转速及转矩计算：1、各轴转速计算：各轴输入功率计算：pd 2.24kwp1 2.24 1 2.24 0.99 2.218kw p2 p1 2 4 2.218 0.98 0.90 1.956p3 p2 2 1 4 1.956 0.98 0.99 0.90 1.708kwp4 p3 2 1.708 0.98 1.674p5 p4 2 5 1.674 0.98 0.60 0.984kwp竖架

13、p5 32 6 0.984 0.972 0.94 0.870kw各轴输入转矩计算：nmTd 95n50mpd 955104302.24 14.959N m9550p2 9550 1.956 24156.330N mn20.7732.3、轴承型号初定： 根据轴径及输入转矩信息，查机械设计手册（电子版）初定电动机与摆线针轮减速 机之间的轴承选用钢珠式安全离合器 , 摆线针轮减速机与蜗杆减速器之间用钟鼓齿形联 轴器GICL10。2.4、导流筒：为了避免中心配水时的径向流速过高造成短路而影响沉淀的效果， 一般在中心进水 配水管外设置导流筒改变出水流向，导流筒的水平截面积为水池横截面的 3%。本设计中

14、还在中心进水柱管的出水口外周加置扩散筒，使出水在导流筒内先形成水平切向流，然 后再变成缓慢下降的旋流。下图为扩散筒的结构。如图所示，扩散筒为中心柱管的同心 套筒，扩散筒的环面积略大于中心柱管的断面积，筒体高度比中心柱管的矩形出水口长 度长出 100mm左右，筒体下端为封板，封板的位置略低于中心柱管的出水口 ，然后在扩散筒体上相应开设 8个纵向长槽口，沿槽口设置导流板，使原水（污水）从扩散筒流出 后，沿切线方向旋转，以此改善沉淀效果。图 2.1 扩散筒1- 扩散筒； 2- 支撑； 3- 封板； 4- 进水柱管2.5、内啮合式滚动轴承传动机构及齿轮设计 本次设计的传动机构有户外式电动机直联的卧式二

15、级摆线针轮减速机、蜗杆减速 器、带内齿圈的滚动轴承式旋转支承依次传动扭矩，使悬挂在内齿圈上的中心竖架相应 旋转。下图为内啮合式滚动轴承传动机构图2.2 内啮合式滚动轴承传动机构为防止扭矩过载，在蜗杆减速器的蜗杆端部设置压簧式过力矩保护装置如图所示：图 2.3 压簧式过力矩保护装置1-行程开关； 2-压簧张力指示针； 3-顶针；4-压簧座；5-调整螺杆；6-锁紧螺母； 7-压簧座； 8-压簧、涡轮伸出轴主动齿轮设计：已知该轴输入功率 P 0.984kw，输入转矩 T=754090N m ，齿轮转速为 n=0.0212r/min, 齿数比为 1.1. 工作有振动，转向不变。1）选用直齿圆柱齿轮传动

16、（内啮合）2）由于刮泥机转速极低且为开式传动，故决定选用 7级精度（ GB10095 88）3）材料选择。 由表10-1选择主动齿轮为 ZG340-640,硬度为 229HBS,从动齿轮材料为 ZG310-570,硬度为 200HBS，二者材料硬度差为 29HBS.4）初选主动齿轮齿数为 Z1 19, 从动齿轮齿数为 Z2 212、按齿面接触强度计算由设计计算公式（ 10-9a）进行计算，即 d1t 2.323 KT1（1） 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数为 Kt 1.32）由表 10-7选取齿宽系数 d 0.513）由表 10-6查得材料的弹性影响系数 ZE Mpa24）由图10-2

17、1d按齿面硬度查得主动齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 490Mpa ，从动齿轮的解除疲劳强度极限 Hlim 2 470Mpa5）由式 10-13计算应力循环次数N1 60 jnl h 60 1 0.0212 （24 300 10） 915486）由图10-19取接触疲劳寿命系数 KHN1 1.61、 NHN2 1.59 H 1 K HN1 lim1 1.61 490 789Mpa7） 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数为 S=1.由式10-12得： H 2K HN2 lim2 1.59 470 747mPa（2） 计算1）试算主动齿轮分度圆直径 d1t ，代入 H 中较小的

18、值取 d1t 855mm2）计算圆周速度d1tn 3.14 855 0.0212 5V 1t 9.486 10 5m/ s 60 1000 60 10003）计算齿宽b d d1t 0.5 855 427.5mm4）计算齿宽与齿高之比齿高 h 2.25mt 2.25 45 101.25mmbh 427.5 4.22h 101.255）计算载荷系数根据 V 9.486 10 5 m/ s ， 7级精度，由图 10-8 查得动载系数 Kv 9.486 10 5直齿轮 KH K F 1由表10-2 差得使用系数 K A 1.50 由表10-4用插值法查得 7级精度、主动齿轮悬臂布置时 KH 1.32

19、0, 由 b 4.22 ，KH 1.320, 查图10-13得 K F 1.23. 故载荷系数K K AKVK H KH 1.50 9.486 10 5 1 1.32 1.88 10 46）按实际的载荷系数核正所得的分度圆半径，由式 10-10a得k 1.88 10 4d1 d1t 3 855 3 855mm 故d1仍可取 855mm1 1t kt 1.3d1m 1 45mmz1、按齿根弯曲强度计算 齿根弯曲疲劳强度的计算公式为 m 3 2kT12 （YF SF ）3 dZ12 F 1、确定公式内的各计算数值1）由图 10-20c查得主动齿轮的弯曲疲劳强度极限为 FE1 340Mpa ，从动齿

20、轮的弯曲疲劳强度极限为 FE2 325Mpa2）由图 10-18取弯曲疲劳寿命系数为 KFN1 1.15, KFN 2 1.133）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.5, 由式 10-12得 K FN 1 FE1 1.15 340 260.67Mp F1 260. 67Mp aS 1.5K FN 2 FE2 1.13 325 F2 FN 2 FE2 244.83Mp a S 1.54）计算载荷系数K KAKVKF KF 1.50 9.486 10 5 1 1.23 1.75 10 45） 查取齿形系数由表10-5查得 YF 1 2.85 YF 2 2.766）查取应力校正系数由表

21、10-5查得 YS 1 1.54 YS 2 1.567） 计算主从齿轮的 YF YS 应加以比较 F YF 1 YS 1 2.85 1.54 0.017 YF 2 YS 2 2.76 1.56 0.018 从动齿轮的数值 F 1 260.67 F 2 244.83较大。2、设计计算m 3 2KT12 （YF 2YS 2） 3 2 1.75 10 4 2754090 0.018 0.3d Z12 F 0.5 192故m取45也可以满足设计要求对比计算结果， 无论从满足齿面接触疲劳强度还是齿根弯曲疲劳强度的角度考虑模数 m取45都满足设计要求。故 Z1 21 Z2 21 m=45、齿轮几何尺寸计算

22、1）计算分度圆直径d1 m z1 45 19 855mm d2 m z2 45 21 945mm2）计算中心距3）计算齿轮宽度4）计算齿顶圆直径da1 d1 2ha*m 855 2 1 45 945mmda2 d2 2ha*m 945 2 1 45 855mm5）计算齿根圆直径d f1 d1 2（ha * c*）m 855 2 1.25 45 742.5mm df 2 d2 2（ha* c* ）m 945 2 1.25 45 1057.5mm因为 da1 945 1000B1 433 450 故将主动齿轮做成铸造齿轮。2.5 45 112.5mm以下为主动齿轮结构参数：B=433mm dh 1

23、90mm D1 1.6 190 304mmn 0.5mn 0.5 45 22.5mmH 152H1 0.8H 0.8 152 121.6mm c 30.4mm1 5 5 H 152S 25.3mm t 0.8e 0.8 90 72mm 66r 0.5c 0.5 30.4 15.2mm2.6、工作桥池上须设工作桥， 工作桥的一端固定在中心驱动机构的基座上另一端架设在沉淀池的池壁顶上。工工作桥作为检修管理的通道。下图为工作桥结构：图 2.4 工作桥结构2.7、中心传动竖架（1）中心传动竖架：是垂架式中心传动刮泥机传动扭矩的主要部件之一。竖架的 上端连接在旋转支承的齿圈上，竖架的下端二侧装有对称的刮

24、臂，并设有滑动轴承作径 向支承，刮板固定在挂泥架底弦。下图为竖架与内齿圈连接的结构：图 2.5 中心竖架与内齿圈连接的结构1- 内齿圈； 2- 连接螺栓； 3- 中心竖架2.8、中心竖架设计及校核 由于刮泥机的转速非常缓慢，中心竖架传递的扭矩较大。考虑到安装上的方便，中 心竖架一般都设计为横截面为正方形的框架结构竖架内力计算：根据经验公式知刮板与刮臂总重为 70000N，竖架承受总扭矩为 M n 391200N m 已知两个刮板与刮臂的总重力为 W 70000 N , 则每根竖架承受的载荷为W 70000W1 12500 N1 4 4M 391200由刮臂扭矩转化到竖架上端的水平推力为 2P1

25、, 则 P1 M n 391200 32600 N . 故1 1 4a 4 32P1 2 32600 65200 N . 将竖架简化为平面桁架。求支座 A、B、H的反力为：M h 0 RA a 2 p1 l W1 l 0X 0 RH 2P1 0 RH 2P1 65200N （ 压力）Y 0 RA RB 2W1 0 RB 2W1 RA 2 12500 （ 274650） 299650 N按A、B、C、D、E、F、G、H各节点逐段计算各杆件的内力，并将计算的结果直接标 注在简图上。节点 A: NAB 32600N NAC 274650 N节点 B: XBC 32600Nl 2.5YBC 1 X B

26、C 32600 27167 Na3NBC X BC2 YBC2 326002 271672 42436NNBD RB YBC 299650 27167 272483N节点C: NCD 32600NNCE 274650 27167 247483 N节点D: X DE 32600Nl3YDE 2 X DE 32600 32600 NNDE X DE2 YDE2 32600 2 2 46096 NNDF N BD YDE 272483 32600 239883N节点 E: NEF 32600NNEG NCE YDE 247483 32600 214883 N节点 F: XFG 32600Nl3 3.

27、5YFG 3 X FG 32600 38033NNFG X FG2 YFG2 32600 2 380332 50093NNFH NDF YFG 239883 38033 201850 N 节点 H: NGH 32600N图 2.6 中心竖架受力分析与计算简图a）竖架受力分析 （b） 竖架受力计算简图2.9、水下轴承设计水下轴承支承：中心竖架为一垂架式桁架，为保持旋转时的平稳，在竖架的下端安装4个轴瓦式滑动轴承， 沿中心进水柱管外圆的环圈上滑动， 以保证中心竖架的传动精度 下图为水下轴瓦的结构：图2.7水下滑动轴承2.10、刮臂设计（1）垂架式中心传动刮泥机刮臂的形式有悬臂三棱柱桁架结构和悬臂变

28、截面矩形桁架等。图 1为三角形截面的桁架结构，用于小直径的垂架式中心传动刮泥机。图 2为变截面矩形结构，用于大直径垂架式中心传动刮泥机。为了便于刮板的排列、安装和受力 平衡，通常多以对称形式布置两个刮臂，同时，刮臂的底弦应与池底坡面平行。刮臂承受刮泥阻力和刮臂、刮板等自重的作用。对悬臂式的刮臂桁架来说，既承受水平方向由刮泥阻力所产生的力矩，有承受竖直方向由刮臂自重所引起的弯矩。图 2.8 三角形桁架刮臂图 2.9 矩形桁架刮臂2.11、刮板设计沉淀池的集泥槽位于水池中心，当刮板旋转时刮板各点触及沉淀污泥后，使污泥受到刮板法向的推力和沿刮板的摩擦力的作用向水池中心移动。 对于中心进水的沉淀池来说，集泥大多集中在靠近中心导流筒的池底上，为提高刮泥的效率，最好是将刮板的形 状设计成对数螺旋线。直径小的刮泥机可以设计成两条对称排列的整体对数螺旋形刮 板。大直径的