选煤厂用磁选机总体结构设计.doc

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中文题目：选煤厂用磁选机总体结构设计
外文题目：THE DESIGN OF THE OVERALL STRUCTURE OF MACHINE WITH
MAGNETIC COAL PREPARATION PLANT

毕业设计（论文）共 66 页（其中：外文文献及译文33页） 图纸共10张
完成日期 2013年6月 答辩日期 2013年6月
摘要

磁选机是在产业界使用最广泛的、通用性高的机种之一，使用于再利用粉状粒体中的除去铁粉等，磁选机广泛用于资源回收，木材业、矿业、窑业、化学、食品等其他工场。
选煤厂用磁选机的目的是除去洗煤后的泥浆中所含的大量磁铁粉，使有用物质从泥浆中分离，并且得到重复利用。可见，磁选机对选煤厂回收再利用磁铁粉有着十分重要的作用，降低了选煤厂的生产成本而且节约了资源。
磁选机是一种产生强大磁场吸引力的设备，它能除将混杂在非磁性物料中的铁磁性杂质分离，以节省成本，节约资源。近年来，为满足工业生产的多种需要，研制开发出了大量的新型磁选机。
本文在已知的磁选机的基本结构的基础上，进行了选煤厂用磁选机的总体结构设计、重要部件的分析设计计算及校核、传动方案的分析和设计计算；进行了驱动装置中的减速器、电动机、弹性联轴器等的设计选用；同时对磁选机其他附件进行进一步的设计计算。说明书中的部分设计计算过程和结果对本设计方案的确定提供了充足的理论计算数据。
关键词：磁选机；选煤厂；结构；传动方案；轴

Abstract

Magnetic separator is the most widely used in industry, high universality, one of the models used in recycle powder granule of removing iron powder, magnetic separator is widely used in recycling, timber industry, mining, ceramics, chemical, food, and other works.
The coal preparation plant with the purpose of the magnetic separator is to remove coal washing mud contains a large number of magnetic powder, and make the useful substance from the mud, and get repeated use.Visible, magnetic separation machine for coal preparation plant recycling magnet powder has a very important role, reduce the production cost but also save the resources of coal preparation plant.
Develop a strong magnetic field magnetic separator is a kind of appeal of the equipment, it can in addition to the non-magnetic material will be mixed in ferromagnetic impurities separated, in order to save costs, save resources.In recent years, to meet the multiple needs of the industrial production, research and development of a lot of new type of magnetic separator.
Known magnetic separator is presented in this paper, on the basis of the basic structure of the coal preparation plant was carried out using magnetic separation machine overall structure design,analysis and design calculation and checking of important components, the analysis and design calculation of transmission scheme;carried on the driving gear of the reducer, motor, and elastic coupling design selection;and further design and calculation of magnetic separation machine accessories.
Manual part of the design and calculation process and results of this design provides ample theoretical calculation data.
Key words: Magnetic separator; Coal preparation plant; structure; transmission scheme;
shaft

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
目录

引言 1
1 选煤厂用磁选机重要部件的设计及选用 8
1.1 选煤厂用磁选机的组成及各零件的分析 8
1.1.1 磁系的设计和选择 8
1.1.2 非导磁不锈钢滚筒及其附件的分析与尺寸设计 8
1.2 轴的结构设计及尺寸确定 11
1.3 轴的强度校核 11
1.3.1 计算轴所承受的力 11
1.3.2 校核轴的强度 13
2 选煤厂用磁选机传动部分的设计及选用 16
2.1 传动方案的分析与选择 16
2.1.1电动机的选择 16
2.1.2 减速器的选择 17
2.1.3 链传动相关参数的选择 18
2.1.4 联轴器的选择 18
2.2链传动部分的设计计算 20
3 选煤厂用磁选机其他部分零件的设计及选用 24
3.1 防止轴转动的止动装置的设计 24
3.2 轴上套管的设计 24
3.3 磁选机槽体的设计 25
3.4 磁选机磁铁粉槽体的设计 26
3.5 磁选机上冲水管的设计 27
3.6 磁选机底座支架的设计 27
3.7 磁选机总体结构的布局 28
4 经济技术分析 30
5 结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录A 34
附录B 48

引言
近几年来，随着煤炭业的发展，人们对煤矿产品的质量要求也越来越高。对大多数煤矿产品而言，含铁杂质是其最主要同时也是最有害的杂质成份。这个行业非常需要合适的非金属矿除铁去杂的高效、低成本的相应分选设备。大量实践证明，采用磁选除铁的方式，是非金属除铁提纯最有效、费用最低、工艺流程最简单的方式，最为用户所接受。
磁选机是一种产生强大磁场吸引力的设备，它能除将混杂在煤炭中的铁磁性杂质清除， 以保证输送系统中的破碎机、研磨机等机械设备安全正常工作，同时可有效地防止因大、长铁件划裂输送机胶带的事故发生。
磁选机广泛用于冶金、矿山、选煤厂、电厂、陶瓷、建材、食品及饲料加工行业，在新兴的垃圾处理工业中，也需要磁选机回收废物中的钢铁。尤其在煤炭行业中，煤中混有的雷管、铁钉等铁杂质不仅影响安全生产，而且影响出口煤炭的质量和声誉；因此利用磁选机除铁这一环节就显得非常重要。近年来，为满足煤炭生产的多种需要，研制开发出了大量的新型磁选机。
在此背景下，本文着重对选煤厂用磁选机进行了总体结构设计。
磁选机按磁力来源不同，分为电磁磁选机和永磁磁选机。电磁磁选机实质上是一种直流电磁铁，其励磁线圈在通电过程中产生强磁场，将非磁性物料中的铁件吸起。永磁磁选机是以高矫顽力、高剩磁的稀土磁性材料钕铁硼和铁氧体组成磁源，以形成强力磁场，用于吸除铁磁性杂物，整机不通电，无能耗。
电磁磁选机按卸铁方式可分为自动卸铁和人工卸铁 2 种；按冷却方式可分为自然冷却式、强迫风冷式、水冷式等；此外还有超导式和振动式电磁磁选机。
（1）自然冷却式
采用内部充填导热硅脂 (或柏油、石英沙、桐酸树脂、环氧树脂等)，外部可加焊散热翼片。该种设备体积小、质量轻、结构简单，密封性能好，安装、使用和维修都很方便且价格便宜。能适应各种恶劣环境。其缺点有： 体积较小，励磁导线短，所产生的磁场较小；散热效果不好，长时通电后．磁感应强度衰减严重；无自卸皮带，间断作业。
（2）强迫风冷式
采用低噪声离心风机或轴流风机对电磁线圈进行强迫风冷。其优点是：本体外围有一套冷却线圈系统．其线圈绕组可以较多，散热效果得到改善，能获得较大磁场；一般备有自卸皮带清理杂质，可连续作业。其缺点是：由于仅靠本体两侧的风扇冷却，对线圈内部散热并不好．整体冷却效果不太理想， 内部温升大；长时间连续作业，磁感应强度易衰减；由于进出风口水气、灰尘、杂质等易进入造成堆积或积炭，难以清除，从而影响使用效果和寿命；体积较大，质量大，对安装、场地等要求较高。
（3）水冷式
水冷式电磁磁选机励磁导线中空，通过循环泵使去离子水在空心导线内循环，带走通电导线产生的热量。由于结构特殊，有以下优点：采用低电压、大电流方式进行励磁，磁感应强度高；内部温升小，长期运行、磁感应强度衰减小。缺点是：结构复杂，需配备辅助散热系统，如循环泵、散热器、泵压和水温报警装置等，占地面积大，安装工作量大；磁感应强度大，不易安装自卸皮带，杂质去除需断电；电器部分结构复杂，维修量大；成本较高；由于其冷却系统靠去离子水循环和风扇散热，而水的冰点又在0 ℃ ，故如果在我国北方使用，其散热系统无法过冬。若去离子水改成防冻液，又无法避免防冻液对空心导线的腐蚀。
（4）超导式电磁磁选机
该磁选机本体线圈采用铌钛超导线，线圈在-26℃低温环境下，当电流通过铌钛导线时，其电阻为零。电能全部转化为磁能，实现节能、强磁。其优点是磁感应强度大、梯度大、除净率高。缺点是超导材料稀贵，且都必须在很低的温度下工作，这低温的获得和保持需要昂贵的附属制冷设备和绝热设备。不能撞击，所以一般仅用于多道除铁的最后一道精细除铁。目前国内尚无厂家生产。
（5）振动式电磁磁选机
该机励磁线圈通入直流电后，在筛料网四周形成不均匀磁场区，当被处理的物料通过筛料网时，混杂在物料中的散铁颗粒被吸留住，而非磁性物料在振动电机的作用下均匀通过筛料网，达到除铁的目的．广泛应用于磨料、化工、耐火材料、玻璃和陶瓷等行业去除小颗粒或粉状非磁性原料(60~400目)中铁磁性杂质，有体积小，重量轻，效率高，安装、维修方便等优点。其主要形式有：(1)自然冷却振动式磁选机，其冷却方式同上所述自然冷却式电磁磁选机相同，其磁场性能较低；(2)双液冷却振动式磁选机，采用油冷加水冷方式进行冷却，其磁场性能较高，热态性能稳定，但价格也较贵。
我国稀土资源广泛。各种稀土永磁材料发展应用均十分迅速。永磁磁选机按卸铁方式可分为带式自动卸铁、板式人工卸铁、手动式卸铁和翻板式卸铁。另外还有管道式、隔栅式、栅格架式、通道式、永磁滚筒、转筒式等。
（1）带式永磁磁选机
带式永磁磁选机其特点是自动卸铁，磁场恒定，无冷热态变化，故障点少，在 l 200 mm 带宽以下应用较普遍，由于目前磁屏蔽技术发展还不过关，所以给制造、运输、安装、操作、维修均带来不少麻烦，如大块铁被吸上磁箱存在着既有可能甩不掉从而夹死皮带烧毁电机的问题，同时又难以清除，并有可能对磁块造成损坏，因而在大规格的应用上受到一定的限制。
（2）板式人工卸铁式永磁磁选机
在所有磁选机中最为简单，价格低，占用空间位置小，制造安装维修方便。按照配置方式大致可分为两种，即悬挂固定式和底部固定式。悬挂固定板式磁选机适于安装在胶带输料皮带机的上方，而底部固定板式磁选机适于装在下料斗或溜槽的下方。这种类型的除铁设备适于含铁杂质较小、较少的场合，而且输送料流厚度最好不超过 100 mm。该设备工作时，夹杂铁物直接被吸引在磁力板上，需进行定期人工卸铁，较为费力。
（3）手动式永磁磁选机
手动式永磁磁选机卸铁时采用摇手把利用刮板将铁件刮到磁场外的方式进行除铁，但一般还不能用于有较大铁件的场合。
（4）翻板式永磁磁选机
翻板式永磁磁选机卸铁时将磁系翻转约 90°，使铁磁性物质自动脱落，其外形有提升磁系脱离磁场(抽屉式) 的结构，其外形尺寸和带式相比长度较短，高度略高，操作较方便简单。
（5） 隔栅式永磁磁选机
一般为管状，采用挤压式磁场布置，既可用于干式除铁，又可制成湿式管道磁选机，主要用于化工料、纸浆、矿物等原料的除杂，磁场强度高、梯度大，但深度较小，均匀性较差。
（6）栅格架式永磁磁选机
这种磁选机采用多根磁棒间隔而成。由于栅格架上方安置了导流板，它可使物料中的夹杂铁受磁棒住的几率增大。为了使该装置适于不同的给料器，根据用户要求订制成圆形格架和方形格架。该装置于 12.5 mm 以下的物料除铁场合。
（7）永磁滚筒式磁选机
它主要由一个多极固定磁系和一个由非导磁材料制成的圆筒构成。固定磁系的包角为180°或者360°，圆筒围绕该磁系转动或者整个磁滚筒转动。一般可用来代替带式永磁磁选机主动轮，既可带动皮带送物料，同时又起到分选的作用，在钢厂钢渣回收用、矿山铁砂石粗选、非磁性物料除杂中起着重要作用，操作简单。该设备适于 50 mm 以下的粗颗粒物料输送过程中的除铁。
磁选设备的结构多种多样,分类方法也比较多。根据磁场强度分为弱磁场磁选机、中磁场磁选机、强磁场磁选机;根据选分介质分为干式磁选机、湿式磁选机;根据磁源分为永磁磁选机、电磁磁选机。
目前我国磁铁矿山主要采用永磁大块矿石干式磁选机进行预选,采用湿式永磁筒式磁选机进行粗选、扫选、精选和尾矿再选,选别设备正在向大型化、专用化、高效化发展。对强磁性铁矿石用永磁大块矿石干式磁选机进行预选,在国内的磁选厂得到了全面推广应用。在粗碎、中碎、细碎和入磨前采用块矿干式磁选机能将混入矿石中的废石抛出80%以上,增加了磨矿处理能力,提高了入磨矿石品位,降低了能耗。如鞍钢弓长岭矿业公司2000年9月开始分别在二选车间、一选车间选用安徽天源科技股份有限公司生产的CT2DG-1214N、CTDG-1220N型永磁大块矿石干式磁选机,其中CTDG-1220N型干式磁选机是目前国内处理能力最大、结构最新的干式磁选机,单机最大处理能力为1500t/h,最大入选矿块直径350mm,该项技术应用于生产后实现年增产铁精矿27.262万t,年新增效益5702.87万元。对于弱磁性铁矿石干式预选,近年来用强磁选设备代替重选设备,使预选指标得到了明显改善,如梅山铁矿选矿厂对20～2mm粒级物料用安徽天源科技股份有限公司研制的YCG-<350mm×1000mm粗粒永磁辊式强磁选机代替粗粒跳汰机,使尾矿品位由25%降低到10%～12%,粗精矿作业产率在70%以上,年经济效益在1000万元以上。与美国INPROSYS公司<300mm×1000mm双辊强磁选机相比,精矿品位高2.9个百分点,尾矿品位低1.02百分点,金属回收率高2.85个百分点。湿式筒式磁选机是强磁性铁矿石的主要选别设备,目前在给矿方式、磁系设计、槽体型式、传动机构以及大型化、专用化、高效化方面有很大进展。安徽天源科技股份有限公司生产的<1050系列湿式磁选机有低场强、中场强和高场强、不同磁系结构、槽体型式等多种设备,用于粗选、扫选、精选和尾矿再选。为了解决本钢歪头山铁矿选矿工艺流程优化(自磨机与球磨机2∶1)所需设备,安徽天源科技股份有限公司研制了XCTB1200mm×3200mm大处理量湿式筒式磁选机,与现场工程技术人员共同研究不断改进,已于2003年研制成功。经工业生产考核,单机处理量可达160t/h以上,在给矿铁品位29.34%,精矿铁品位47.38%,产率56.97%,铁回收率91.99%,尾矿铁品位5.46%,该设备也已经在其他选厂推广应用。北京矿冶研究总院目前最大规格的设备为<1050mm×3000mm,有用于预选粗选、精选及尾矿再选的BKY、BKC、BKJ、BKW型湿式筒式磁选机;包头新材料应用设计研究所生产的BX系列磁选机以磁力在径向分布较均匀、磁系包角大、磁极数多、特制的槽体结构等特点,近年来在磁选厂也开始推广应用。强磁性铁矿石的精选设备国内目前有低场强多极磁选机、磁聚机、磁选柱、立式脉冲振动磁场磁选机、低场强脉动磁选机、低场强自重介跳汰机等。它们的共同特点是利用弱磁场和重力场联合作用,使磁夹杂的脉石脱出,提高精矿铁品位,目前以低场强多极磁选机、磁聚机和磁选柱在生产中应用较多、精选效果好。细粒弱磁性铁矿石需用强磁选设备分选,目前国内铁矿选厂应用较多的是Shp型及SLon型2种该类设备最典型的代表是赣州有色冶金研究所研制成功的SLon系列立环脉动高梯度磁选机,它是一种适合于分选细粒弱磁性矿物的高效磁选设备,其转环立式旋转、反冲精矿、并配有脉动机构,具有富集比大、分选效率高、磁介质不易堵塞、对给矿粒度、浓度和品位波动适应性强、工作可靠、操作维护方便等优点。SLon磁选机最初在马钢总公司姑山铁矿分选细粒赤铁矿获得成功后,相继在梅山铁矿、齐大山铁矿、东鞍山选矿厂等大批红铁矿选矿厂得到了广泛推广应用。生产实践证明,SLon磁选机用于分选红铁矿,与平环强磁选机相比,在精矿铁品位不变的条件下,一般可使作业回收率提高10个百分点以上。该磁选机一般与后续的反浮选配合使用,为我国贫红铁矿选矿技术近几年取得突破性进展做出了突出贡献,已被业内公认为新一代高效湿式强磁选设备。
目前，随着科技的发展，处理量越来越大(已达 7 200 t/ h)、除杂要求也越来越高（除净率要求达98%以上），因而对磁选机提出了更高的要求。目前磁选机的发展方向主要有以下几个方面：
(1) 高磁场、高梯度根据磁力是磁场强度与磁场梯度的乘积的原理，采用多种聚磁方法和应用更好的材料，使磁选机在额定悬挂高度中心的磁场强度已达到90、120、150 m t，同时梯度也越来越大，所以磁力也越来越大。出现了超强磁磁选机，其磁力指数是常规磁选机的 4 倍多。
(2) 精细除铁由于原料在加工过程中难免混入一些细小铁件和设备磨损产生的细铁粉，有时还混有少量铁钛质矿物，而工业上对除杂要求却越来越高，要除去这部分较细的铁杂质就必须提高磁选机的除铁能力，向精细方向发展。
(3) 自动化控制过去磁选机的控制系统多采用断电器-接触器逻辑控制，其可靠性、灵活性、可维护性、自检能力、安全保障能力及通信能力等都不高。现在磁选机的控制系统往往采用 PLC 进行控制，不仅提高了自身的可靠性，减少维护量，而且可以方便地与其它自动控制系统联网，在上位机的统一管理下，进一步提高整个系统乃至企业生产工序的自动化程度。PLC 是一种数字式运算操作的电子系统，专门应用于工业环境下的生产现场，易与工业控制系统形成一个整体，监控能力强、易于扩展。目前控制要求越来越高，如采用以太网等，对 PLC 的配置也从简单化、小型化向复杂化、中型化发展。
(4)节能方面电磁磁选机是靠电流产生磁场，在使用过程中消耗大量电能，而且其散热系统也需要消耗能量。虽然永磁磁选机不需消耗电能，但是在某些行业电磁磁选机有不可替代的优势（如陶瓷厂 ），因此节能降耗就成了电磁磁选机的发展趋势。谭昆玲在分析了电磁磁选机的运行特点后，提出了一种技术方案，即当出现铁件时给激磁线圈加上 100% 的全额电压，当没有出现铁件，仅需保持已吸起的铁件不坠落阶段，加上10%左右的全额电压，使整个设备运行时基本处于冷态。这样既可解决线圈散热与密封之间的矛盾，也可大大提高出现铁件时的磁吸引力，降低生产厂家的钢材铁材消耗和综合成本，降低使用厂家的成本。
(5)开发大功率磁选机磁选机除铁能力的判定原来往往以磁场强度来表征。李勇 等人对磁选机的除铁能力进行了研究，认为影响除铁能力的因素除磁场强度外，更重要是磁选机的功率。因此，开发大功率磁选机以提高除铁能力，将是以后的发展方向。
(6) 研制新型电磁磁选机电源电源是电磁磁选机的主要构件之一，其性能决定了磁选机的运行状态和性能。尽管利用二极管和可控硅制造的磁选机电源具有制造工艺简单、成本低等优点，但其交流谐波分量大、功率因数低、相间容易不平衡和不宜于实现智能控制。高学朋 介绍了利用 IGBT 和 MOSFET设计制造的新型磁选机电源。它具有功率因数高，易于控制，成本低，节能和易于与其它智能设备连接等优点。同时，在设计中充分利用了电磁磁选机的电感量大，直流电阻小的电感特性，省去了中频变压器或滤波电感等一些常规电源必要的元器件，降低了成本，使之成为具有较高性价比的新型电磁磁选机电源。
本课题的主要研究内容
1、 完成选煤厂用磁选机的总体结构设计；
2、 编写设计说明书；
3、 绘制选煤厂用磁选机装配图；
4、 绘制选煤厂用磁选机其他重要零件的图纸。

1 选煤厂用磁选机重要部件的设计及选用
1.1 选煤厂用磁选机的组成及各零件的分析
该磁选机是由电动机、减速器、链传动装置、磁系、非导磁不锈钢滚筒、轴等部件组成。电动机、减速器和链传动装置在下一节的内容中会详细说明，现在对磁系、非导磁不锈钢滚筒和轴做进一步的分析。
1.1.1 磁系的设计和选择
（1）磁铁的选择
选煤厂用磁选机主要功能是从泥浆中把磁铁粉分离出来，以实现对磁铁粉的重复利用。在本设计利用磁铁对磁铁粉的吸引作用，来分离磁铁粉。磁系选用天然的磁铁作为吸附材料。为了节省材料而且便于拆装，把天然磁铁加工成如图1-1所示的形状。而且扇形磁铁要如图1-2所示分布在轴上。
（2）磁铁支架的设计
由于扇形磁铁要分布在轴上，且靠近滚筒，所以需要一个支架来实现，支架的材料选取灰铸铁，支架的结构如图1-3所示。
1.1.2 非导磁不锈钢滚筒及其附件的分析与尺寸设计
电机通过减速器，带动非磁滚筒作回转运动。非磁滚筒由厚度为5mm的不锈钢板卷焊成筒，其端部与一个外圆直径与滚筒内圆直径相等的法兰焊接。端盖为不锈钢材料，用不锈钢螺钉与法兰拧紧。
（1）非磁滚筒尺寸的选取
非磁滚筒由钢筒、端盖、法兰和圆螺栓、螺母等组成。非磁滚筒的外部钢筒用厚度为5mm的不锈钢板卷焊而成，钢筒和主轴之间的端盖为不锈钢件，钢桶和主轴之间的法兰为不锈钢件，且法兰与滚筒焊接在一起，再用不锈钢螺钉将法兰和端盖联接。选取非磁滚筒的直径为D=1000mm，长度L=2200mm。
（2）法兰尺寸的选取
与滚筒焊接的法兰选用不锈钢材料，其外径为990mm，内径930mm，厚度10mm。圆周上均匀分布8个螺纹孔，用于连接滚筒端盖，选用的螺栓为M10。法兰的结构如图1-4所示。
（3）端盖尺寸的选取
端盖选用不锈钢材料，其外径为990mm，厚度为10mm。端盖上与法兰上一样，加工8个相同的螺纹孔，两者之间放置一个密封圈，用于与法兰相连接。端盖的具体结构尺寸如图1-5所示。

图1-1 磁铁
Fig.1-1 magnet

图1-2 磁铁分布情况
Fig1-2 Magnet distribution

图1-3 磁铁支架的结构尺寸
Fig1-3 Magnet holder structure size

图1-4 法兰
Fig1-2 flange

图1-5 端盖
Fig1-5 end cover
1.2 轴的结构设计及尺寸确定
根据轴上磁铁的布置、拆装和定位的需要，在根据相似型号的磁选机的具体结构选择轴上各段直径、长度及结构，如图1-6所示。
按照轴的结构尺寸设计及以上关于磁铁和磁铁支架的尺寸设计，磁铁和支架均匀分布在方轴上，方轴两端的磁铁与方轴两端的距离均为10mm,并且每个磁铁支架之间距离10mm。根据这样的尺寸设计，此方轴上可以分布19组这样的磁铁支架。

图1-6 主轴
Fig1-6 principal shaft
1.3 轴的强度校核
由于此轴不发生转动，也就是说轴只承受弯矩，所以只校核此轴的抗弯强度和轴颈突变处的抗剪切强度是否合格即可。
1.3.1 计算轴所承受的力
查阅相关资料得知：
非导磁不锈钢的密度为 7.9g/cm3
天然磁铁的密度大约为 5g/cm3
Q235的密度为 7.0g/cm3
天然磁铁支架的质量

天然磁铁的质量

不锈钢滚筒的质量

法兰的质量

端盖的质量

1.3.2 校核轴的强度
轴的计算简图如图1-7所示：

图1-7 轴的计算简图
Fig1-6 The calculation diagram of shaft
（1）根据前边计算，此轴上的受力情况(轴的计算简图b）

（2）求垂直面内的支撑反力
由平衡方程：与得轴的A端和B端的支撑反力分别为：

（3）求C点的弯矩

（4）求D点的弯矩

（5）求E点的弯矩

（6）作弯矩图（轴的计算简图c）
此轴选用45钢，正火处理，查表可得：
45钢的弯曲疲劳极限 ，取安全系数
此轴的许用弯曲应力
由弯矩图可以看出来，轴上D点处所受的弯矩最大，所以应当验算D点的弯曲强度。
轴上的D点处的横截面为的正方形。
其抗弯截面系数为
此处的最大弯曲正应力
所以D点处的强度合格。
轴上E点处轴径较小，且横截面形状为圆形的轴抗弯能力差，故验算E点的弯曲强度。
轴上的E点处的横截面为的圆形。
其抗弯截面系数为
此处的最大弯曲正应力
所以在E点处轴的强度合格。
由于在轴径突变处，轴容易被剪断，故应该校核在轴径突变处的剪切强度，查表可得：
材料的屈服强度 ，取安全系数
此轴的许用切应力
在轴的左端由圆轴向方轴突变的横截面处的剪力

此处的剪应力
在轴的右端有圆轴向方轴突变的横截面处的剪力

此处的剪应力
所以在轴径突变处，轴的强度合格。

15

2 选煤厂用磁选机传动部分的设计及选用
2.1 传动方案的分析与选择
磁选机的动力部分是电动机，经过减速器将动力传递给小链轮，再由链传动带动滚筒的旋转，磁选机开始工作。综合考虑各方面因素，初步选定传动部分的参数如下。
2.1.1电动机的选择
选择电动机包括选择电动机类型、结构、功率、转速和型号。工业上一般采用三相交流电动机，Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等特点。一般用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所。适用于电源电压为380V无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、各种运输机、搅拌机、农业机械等。故在本输送机的设计中优先考虑。电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式。在此可选用封闭式的电动机。综合考虑各因素可选用Y系列全封闭式自扇冷式笼型三相异步电动机。
同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750 r/min 等几种。一般来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数少，外阔尺寸小、价格低；反之，转速愈低，外阔尺寸愈大，价格愈高。
由于工作机磁辊的转速很低，所以不易选用高速电动机，一般应选择同步转速为1000或1500 r/min 的电动机，这次选择同步转速为1000 r/min。
选择的原则：功率选得过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；功率选得过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，而且功率因数很低，造成浪费。
本次设计的是选煤厂用磁选机，动力部分的主体是一个三相异步电动机，经由一减速器后将动力输入给一个链传动结构，再由链轮带动滚筒做回转运动。此处选择非导磁不锈钢滚筒的直径为1000mm，由于电动机输出的功率主要是用于滚筒的转动，而滚筒转动过程中要克服其自重和钢管与轴之间的摩擦，滚筒的转速很小，所需的功率都不大。根据工作条件，选取链传动的主动轮的有效功率P=1.8kw。
传动装置的总效率 （2-1）
查表，确定各部分的效率如下：
弹性联轴器的效率
一对滚动轴承的效率
闭式齿轮传动的效率
故
所需电动机的输出功率
（2-2）
所以根据机械设计手册选定电动机的型号：Y112M-6。其主要性能数据列表如表2-1所示：
表2-1 电动机的主要性能参数表
Tab.2-1 Table of the main performance parameters of the motor
电动机的额定功率P0
2.2kw
电动机满载转速n0
940r/min
电动机轴伸直径D
28mm
电动机轴伸长度E
60mm
2.1.2 减速器的选择
减速器，又称减速箱，它是具有恒传动比i的独立的闭式传动部件，一般装设在机器的原动机与工作之间，用来降低转速并相应增大扭矩，在某些情况下，也有用来增高转速的称为增速器。
它可以分为卧式和立式，也可以分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器等，下面着重介绍圆柱齿轮减速器。
圆柱齿轮减速器：
当传动比在8以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器。大于8时，最好选二级和二级以上的减速器。二级和二级以上的圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。
展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边的轴承受力不等。
在分流式减速器中，由于齿轮两侧的轴承对称布置，而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开式好。这种减速器的高速级采用斜齿，一侧为左旋，另一侧为右旋，轴向力能抵消。
同轴式减速器输入段和输出段位于同一轴线上，故箱体长度较短。但是这种减速器的轴向尺寸和重量都较大，且中间轴较长，容易使载荷沿齿宽分布不均匀，而且高速级齿轮的承载能力也难于充分利用。
由于磁选机滚筒的转速很慢，此处选取滚筒转速，然而所选取的电动机的同步转速为，两者转速相差很大，所以需要在传动部分增加一个减速器以满足该磁选的工作要求。根据«机械设计手册»初步选定所用减速器为两级圆柱齿轮减速器（同轴式），以力求节约成本，同时使其得到合理利用。机型号为2215的双级减速器，其输出轴的轴伸直径为d=55(m6)mm，安装中心高度H0=160mm。选取减速器的相关参数如下：
传动比 ，一般使 （2-3）

（2-4）
选取 实际传动比
经过减速器后，输出转速为 （2-5）
2.1.3 链传动相关参数的选择
由以上计算可知，磁选机滚筒所需要的转速是12r/min，而经过减速器输出的转速是23.81r/min，所以还需要通过链传动减速。根据«机械设计手册»初步选定链传动的相关参数如下：
传动比 链轮的齿数 小链轮
经过链传动后，传动装置输出的转速为
（2-6）
2.1.4 联轴器的选择
联轴器是用作轴与轴之间的联接，使它们一起回转并传递转矩，联轴器在工作中始终把两轴联在一起，只有在机器停车后拆开联轴器，才能把两轴分离。例如，气轮机和发电机的联接，起重机绞车上的电动机和减速器的联接以及减速器和滚筒的联接均属此类。
用联轴器联接的两个独立部件的轴，由于它们是分装在不同的部件上，同时在制造和安装过程中不可避免地存在着误差，两轴线一般不能严格地处于同一直线上，因而出现相对位置偏差。根据对各种位移偏差有无补偿能力，联轴器可以分为刚性的（无补偿能力）和挠性的（有补偿能力）两大类，挠性联轴器，又可按其是否具有传递工作载荷的弹性元件而分为有弹性元件和无弹性元件的两个类别，有弹性元件的挠性联轴器则具有缓冲减振的能力。
由于在联轴器中装有弹性元件，因而可以补偿两轴偏移和位移，因而具有缓和冲击和吸收振动的能力。因而在频繁起动、受变载荷、高速运转、经常反向和两轴不便以严格对中的地方。最好采用弹性联轴器，而非金属弹性元件的联轴器在同样减振的能力下，更加便宜。
它的优点有：（1）具有弹性滞后特性，具有一定的消振能力；（2）单位重量的非金属材料所能储存的能量比金属材料大许多倍，缓冲性能较好；（3）使联轴器结构简单，价格便宜等。但由于强度较低，故联轴器尺寸较不宜用于温度较高场合。
弹性套柱销联轴器结构和凸缘联轴器相似，只是用套有弹性套的柱销代替了联接螺栓。这种联轴器主要用来联接起动频繁的和在变载荷下运转的轴。联轴器的工作环境温度应在－20℃～+50℃，且应确保无油质及其他有害于橡胶的介质和联轴器接触。
考虑到减速器高速轴轴伸与电动机轴伸之间要用联轴器进行连接，因高速轴的轴伸直径需要估算，所以进行以下计算。
电动机轴 功率 （2-7）
转速 （2-8）
转矩 （2-9）
减速器高速轴 功率 （2-10）
转速 （2-11）
转矩 （2-12）
按照转矩估算轴伸直径
（2-13）
取 P=P1=1.95kw n=n1=940r/min
代入上式中，得
因为电动机的轴伸直径dD=do=28mm，高速轴的轴伸直径，估算d≥1415mm，所以据此选择联轴器的型号为：TL3联轴器。根据联轴器孔径的要求，选择高速轴轴伸直径为d=18mm。
2.2链传动部分的设计计算
传动方案中最重要的部分就是链传动的部分。以下对链传动部分的参数进行