砂石振动给料机设计

目录绪论11 ZG系列电机振动给料机的特征概括1.1用途21.2特点21.3分类21.4主要组成部分21.5选型说明32. 工作原理和结构分析2.1结构分析42.2工作原理43. 振动参数的确定3.1运动学参数5 3.1.1振幅A5 3.1.2机械指数K5 3.1.3激振频率63.1.4振动方向角63.1.5抛掷指数D63.2振幅64. 物料在槽体上的运动情况分析4.1运动分析94.2常有振动机的振动参数114.3物料的平均速度125. 槽体尺寸参数的确定5.1给料能力与给料槽体尺寸的确定145.2槽体型式和刚度要求145.2.1槽体的结构145.2.2槽体刚度的计算155.2.3槽体尺寸的确定195.2.4物料的等效参振质量和等效阻尼系数的确定196 悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算） 6.1弹簧元件的类型和用途21 6.2弹簧元件的组合刚度22 6.2.1螺旋弹簧23 6.3圆柱形螺旋弹簧的自振频率26 6.3.1未受载荷的自振频率26 6.3.2受载荷的弹簧自振频率26 6.3.3圆柱螺旋弹簧的许用应力27 6.3.4螺旋弹簧的校核计算28 6.4设计计算振动给料机的弹簧31 6.4.1振动系统的质量计算317 振动电机的选取及其确定7.1激振力和功率35 7.2传动基础的动载荷368 安装、使用及维护条件8.1安装及调试378.1.1安装前的准备378.1.2安装378.1.3试运转378.2操作使用要点38 8.3维护和检修388.3.1日常维护388.3.2定期检查398.3.3修理399 结束语4010 致谢4111 参考文献42摘 要ZG系列电机振动给料机是一种新型的运输设备。它广泛应用于矿山、冶金煤炭、火电、耐火、玻璃、建材、轻工、化工、机械，粮食等各行各业中。本课题主要完成了ZG200型振动给料机的总体设计，包括机械的尺寸设计、机械的主要零件和组成部分在机体结构上的位置设计、激振源的确定及计算、悬挂弹簧的设计和机械结构的动力学分析，包括机械运动学参数的确定、物体在槽体上运动情况的分析、动力学模型的确定等任务。另外本课题还介绍了它的安装使用及维护等技术条件关键词：振动给料机 总体设计 动力学分析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绪论本次设计是在毕业之前所有的专业课程结束的前提下进行的，课题的提出是有老师下发设计题目，学生自主选择的原则下进行，经学生和指导老师协商，确定为本次的设计认务为ZG系列振动电机型振动给料机的设计，处理能力是每小时200吨。导师付靖老师从事振动给料机和筛分机设计工作多年，有较深厚的设计经验。新乡-学校坐落的美丽的城市，在振动机械方面处于领先水平，并在这里起草了中国振动机械设计手册的编制工作。基于以上原因，我们把毕业设计定格为振动机械的设计。本次设计是在专业课程结束的基础上，对所学习的理论知识应用和总结，能够用于实际的设计工作之中，为以后我们走向工作岗位打下坚实的理论基础和实践经验。本次设计主要完成振动给料机总体设计，包括机械的尺寸设计、机械的主要零件和组成部分及在机体上结构位置设计、激振源的确定及计算（振动电机）、悬挂弹簧设计、机械结构的动力学分析，包括机械的运动学参数确定（振动方向角、振幅、振动圆频率等）、物体在槽体上的运动情况分析、动力学模型确定及动力学分析、安装、使用及维护、技术条件等任务。在设计过程中首先完成振动给料机的总体设计，依据处理量和工作原理，确定机械参数、槽体设计几何尺寸、振动电机功率的计算和型号的选取、悬挂弹簧的设计和槽体、弹簧强度的校核；最后，完成振动给料机的安装、使用、维护等技术条件的说明。1.ZG系列电机振动给料机的特征概括1.1用途：ZG系列电机振动给料机广泛用于矿山、冶金、煤炭、火电、耐火、玻璃、建材、轻工、机械、粮食等行业中，用于把粉状、颗粒状及粉体物料从贮料仓或其他贮料设备中均匀或定量的给到受料设备中。例如向破碎机、分选设备、筛分设备、运输机械等输送散状物料。并可用于自动配称、定量安装、自动控制的流程中，实现流水作业自动化。1.2特点：ZG系列电机振动给料机是一种新型给料设备，其它给料设备相比具有以下特点：（1）体积小、重量轻、结构简单、安装方便、维修少，费用低；（2）利用特制振动电机自同步原理，工作稳定、启动迅速，停车平稳；（3）物料按抛物线轨迹连续向前跳跃运动。因此给料槽磨损较小；（4）因为可以瞬时的改变和启闭料流，所以给料量有较高的精度；（5）本系列电机振动给料机不适合于有防爆要求的场合。1.3 分类：按照不同的分类方法，可以将振动给料机分成许多类型。按照物料输送方向的不同，可分为水平型振动给料机和垂直型振动给料机两大类。按照其驱动方式不同，可分为电磁、气力、液压和机械振动给料机；机械振动给料机使用较多，又可分为惯性振动给料机和偏心连杆振动给料机。1.4 主要的组成部分：激振器-振动给料机的振源，它产生激振力的大小直接影响着承载体的振幅。承载体-在振动过程中，将能量传给物料，又是参振质体，其质量是振动系统中的重要参数，承载体还必须具有足够的刚度和强度。减振支承-既是整机的支承装置，又作减振用。1.5 选型说明：（1）使用条件 海拔高度不超过1000m；环境温度不超过，在环境温度为时，周围介质的相对湿度不大于85%，周围没有严重腐蚀及影响电气绝缘的介质。（2）生产效率 振动给料机的生产效率常以松散密度1.6t%的河沙为标准物料，当所运物料的松散密度和粒度大于河沙时，其生产效率与松散密度成正比来计算，当所运物料的松散密度和粒度小于河沙时，其生产效率与松散密度成正比来计算成绩的0.80.9倍，当所运物料为颗粒或粉末状时，其生产效率与松散密度成正比来计算成绩的0.50.7倍。（3）物料的最大进料粒度一般情况下，为防止造成堵塞，物料的最大线形尺寸为槽宽的1/3 1/4尤其对封闭的槽体更要注意。（4）起跳频度 所谓频繁起动，一般指每两次起动时间间隔小于2min，如果小于2min，应选择1号或2号的振动电机。 2.工作原理和结构分析2.1 结构分析： ZG系列电机振动给料机有给料槽1 传振体2 振动电机3 减震装置4 四部分组成。见图2-1图2-1 振动给料机的组成部分2.2工作原理ZG系列电机振动给料机给料过程是利用特制的振动电机驱动给料槽沿倾 方作用周期直线往复振动来实现的，当给料槽振动的加速度垂直分量大于重力加速度时，槽中的物料将被抛起，并按照抛物线的轨迹向前跳跃运动。抛起或下落在1/50秒内完成。由于振动电机的连续激振动，给料槽连续振动，槽中的物料则连续向前跳跃，以达到给料的目的。其给料过程如图2-1所示：图2-2 给料过程3.振动参数的确定 说明：在重有色金属冶炼过程中，所产生的高温物料采用振动输送、筛分和给料，是行之有效的方法之一。它具有工作可靠，结构简单，能耗低等一系列优点。通常在工程设计中，除采用单质体振动设备外，还有采用双质体的呈抛掷状态的振动设备。振动参数有运动学参数和动力学参数。3.1 运动学参数 运动学参数有激振频率、振幅、振动方向角、机械指数、抛掷系数和运动速度等。3.1.1 振幅AA的取值范围因激振机构不同而异，通常对于惯性驱动机构（偏心块激振器）宜采用中频中幅，即A=0.5-6mm，我们在这里取5mm。3.1.2 机械指数K机械指数亦称动力强度指数，它是承载槽体运动的最大加速度 与重力加速度的比值，即式中 ，为使设备运行可靠及延长其使用寿命，对于常用惯性振动设备取K=35，较为适当。由于机械指数受材料强度与起决定性作用的惯性力大小限制。所以本次设计选取机械指数K=4。输送物料的运动情况主要取决于垂直加速度的大小。槽体最大垂直加速度与重力加速度的比值称为抛料指数D。 抛料指数与机器指数有如下关系： 周期性跳跃过程的抛料指数D在1.03.3之间。3.1.3 激振频率当机械指数K和振幅A值确定以后由求出激振频率。推荐取值范围为：=1025Hz相当于600-1500次/min.有K=4,A=5mm得到z3.1.4 振动方向角振动方向角大小取决于设备用途和物料性质。为提高输送速度，最佳振动方向角与机械指数相对应：当K=3时，当K=4时，对于惯性驱动机构或振动频率大于1000次/min，取。本次设计取。由，K=4可得D=2.833.1.5 抛掷指数D它是承载槽体最大加速度垂直分量与重力加速度g之比即：式中是振动设备的倾角。为使输送物料呈微抛物状态滑行。一般取1D3.3。3.2 动力学参数 动力学是指振动力与运动之间的关系。动力学参数通常有1：参振质体的计算质量.自振频率.调谐比（频率比）弹簧刚度.激振力.驱动功率和传至基础的振动力等。在满足运动学参数的前提下，根据设备振动系统模型受力状况建立质体振动微分方程，在此基础上导出振幅.自振频率，确定调谐比和弹簧刚度，计算系统阻尼和功率消耗。在进行弹性构件.激振构件的结构设计，计算功率消耗，并选择电机。机械的主要零件.组成部分及在机体上的结构位置如图3-1图3-1 振动给料机结构图 由两台振动电机驱动的双电机自同步式振动给料机，目前有两种结构形式。下图为双机竖置式，即两台振动电机的转子轴线均与水平面成一定角度。这种结构形式的给料机其结构原理是：相同大小的两组偏心块分别安装在电机转子的两端，每台给料机有两台相同规格型号的振动电机，根据一定的力学原理，实现反向等速回转，可以产生周期性变化的定向激振力，使机器进行振动，在振动作用下，物料将连续不断的向排料口流动，从而完成输送给料要求。力学原理如下所示，图3-2-a所示为产生单向激振力的双轴惯性激振器： 3-2-a 产生单向激振力的双轴惯性激振器质量为的两偏心块以的角速度的同步反向回转，如果初相角对称轴，则沿方向和方向的激振力为： 单向激振力作用于图3-2-b所示： 振动机机体的质心，将使机体产生沿s方向的直线振动。因阻尼系数，隔振弹簧沿s方向刚度，偏心质量，在忽略阻尼、隔振弹簧和偏心块质量对振动影响的条件下，机体的振幅：A=-且 使两偏心块同步反向回转的方法：（1）用传动比为1的一对外啮合齿轮强迫实现，机体振动的直线性很好；（2）激振器的两轴分别由两台同型号的异步电动机带动，必须保证无任何机械联系，有力学的质心守恒原理使两轴制动保持反向同步回转，结构简单，但由于两台电机驱动力矩的差异和两激振器回转摩擦阻力矩的不同，振动机的运动轨迹可能出现轻微的椭圆。3-2-b单向激振力双轴惯性振动机力学模型4. 物料在槽体上运动情况分析4.1 运动分析给料槽体做简谐运动，槽体内的物料和槽体的受力情况如图4-1所示：图4-1 槽体受力图根据出现滑行运动的受力平衡条件可推出正向滑动（相对工作面沿x方向前进）的条件为正向滑行指数：而反向滑动的条件是反向滑行指数：式中-槽面与水平面夹角； -振动方向角，即振动方向线与输送槽面夹角； -静摩擦角，； -物料与槽面摩擦卖弄的摩擦因数；按滑行原理工作的振动机械，大多采用.；对于少数振动机械，如槽式振动冷却机.低速振动筛，采用.状态工作。对于物料运动轨迹相对于槽面近于直线振动输送机，即以滑行为主的输送机，在设计中，首先根据工作要求.物料情况，选定.的具体数值，在进行如下计算：（1） 振动方向角本次设计取45度。（2） 物料抛掷指数D 由公式可知得D=2.83。若给料槽体做简谐运动，由动力平衡方程可得：。 如果物料在输送过程中被抛离了工作面，则瞬时正压力N=0。工程上把的幅值和之比称为物料抛掷指数D，即： 上式中 D=2.83、A=0.005m、=、=98.99。可得即槽体倾角为水平设置。 对应物料开始出现抛掷运动瞬时，槽体振动的相位角称为抛始角，即：=。在该瞬时之前，物料和工作面沿着y方向是一起运动的；在该瞬时之后，物料抛离工作面，在重力作用下在空中做抛物运动，积分两次得到相对位移的表达式，当相对位移等于零时，物料重新落至槽体，抛掷运动终止。此时槽体的相角，称为抛止角。，称为抛离角。抛离角和抛始角的关系：物料抛掷一次的时间与机体振动周期之比称为抛离系数： 抛离系数和抛掷指数D的关系： 的值可以根据给定D值按上式求得，也可以从图4-2中查得： 图4-2抛掷指数D与抛离系数的关系当D1时，物料相对槽体的运动状态以抛掷运动状态为主，这样可以降低物料运动的阻力和减少物料对槽体的磨损，但抛掷运动过于激烈又易使物料破碎或使输送状态不稳。一般取1D3.3,因为在这样的条件下，在机体的一个振动周期内，物料完成一次抛掷运动工作状态稳定。因此说计算的D=2.83符合工作要求的条件。4.2 常用振动机的振动参数 表4-1振动参数 激振形式惯性式弹性连杆式用途输送 筛分和给料成型密实落沙清理输送筛分长距离上倾下倾参数频率121625301516振幅5636350.81.251569方向角2030205020303060多用459025353060多用45倾角0-3-851512200100010010常用振动机的振动参数可由表4-1选取. 4.3 物料平均速度 式中各影响系数可由表4-2查得：表4-2 倾角影响系数倾角-15-10-50510150.6-0.80.8-0.90.9-0.9511.05-1.11.3-1.41.5-2料层厚度影响系数料层厚度薄料层中层厚度厚料层0.9-10.8-0.90.7-0.8注通常筛分为薄料层，振动输送为中料层，振动给料为中厚或厚层。物料性质影响系数物料性质块状物料粒状物料粉状物料0.8-0.90.9-10.6-0.7滑动运动影响系数抛掷指数D11.251.51.7522.531.181.161.151.1-1.151.05-1.11-1.051注物料平均运动速度是按抛掷运动进行计算的，在一个振动周期中除完成一次抛掷运动外还伴随着一定的滑行运动。由上表可选取参数为 =1；=0.8；=1；=1。由上式可计算平均速度 =0.21m/s。5.槽体尺寸参数的确定5.1 给料能力与给料槽体尺寸的确定振动给料机的生产能力： （5-1-1）式中 h-料层厚度，m b-槽体的宽度，m -物料松散密度， -物料平均速度，m/s5.2 槽体型式和刚度要求 5.2.1槽体的结构 按槽体结构可分为单一型和组合型两类。常用断面形状为矩形、圆形，梯形。为了加强槽体刚度，常把槽体断面做成波折或弧形，并将槽体卷边。只有在输送物料，要求隔热、筛分、加热或冷却时，才采用组合型 。本次设计采用矩形槽。 型式如图5-1： 5-1 矩形槽结构示意图槽体一般是用钢板焊接而成，分为敞口和封闭两种槽形2，也可以用管式输送槽。两台振动电机对称于输送槽的纵向对称平面，直接固定在给料机的两侧。两振动电机作同步反向运转，所产生的激振力垂直于两振动电机轴心线所形成的平面，使槽体沿激振力方向产生直线振动。该种振动给料机一般在远超共振状态下工作。隔振比为58。其安装方式有座式和吊式两种。主要特点是结构简单、安装、调试、维护方便。运行参数稳定、噪音低、传递给基础的动载荷小。并且由于振动电机激振力可以任意调节，因而可以方便的调节输送量。该种振动给料机的主要不足是单机输送距离不宜过长。双质体共振式振动给料机的特点是所需要激振力较小，通常为非振类振动给料机所需激振力的1/21/4，该类振动给料机的激振源在共振质体上的安装形式有多种。但总体外形结构均类似于偏心连杆振动给料机。又多数槽体是压制而成，一般采用Q235-A钢板，或采用16Mn低合金钢钢板，厚度3-8mm为减少惯性力应尽量减轻槽体质量，再用肋板加强。材质应用镇静钢，而不应用半镇静钢。否则，由于振动产生的载荷，在工作过程中焊缝很易断裂。当输送磨损性大的物料时，在槽体内侧和底部可加焊钢版，也可粘贴已成橡胶板或耐磨朔料板。当物料有腐蚀性时，可以喷镀一层有防腐性能的金属或非金属材料。当输送高于250的物料时，在无冷却措施情况下，槽体应采用耐热钢板或型钢。5.2.2 槽体刚度计算 计算槽体刚度，目的是测知它的固有频率。当激振频率接近或等于槽体的固有频率时，就会使槽体产生共振或接近共振，从而使槽体的弯曲振幅显著增大而加速槽体的破坏3。故设计槽体时，不仅应满足槽体的许用强度条件，更重要的是要使槽体具有能承受振动载荷所必须的刚度。也就是说，应使槽体的一阶弯曲振动的固有频率大大高于激振频率。为了获得尽可能高的一阶弯曲振动的固有频率，在结构设计时，应使槽体的质量小，惯性矩大，支承点距离短。 为计算方便，将振动给料机的槽体的各个部位简化为四种典型力学模型如图5-2所示：5-2 四种典型力学模型（1）均布载荷简支梁（图5-2-a）对于较长的振动给料机，一般采用摆杆弹簧作为中间支承。这些摆杆弹簧在振动方向上是柔性的，而在垂直于振动方向上则是刚性的，在两摆杆簧间的槽体段可按此力学模型计算，其一阶固有频率为： （5-2-1）式中，E-弹性模量（） I-惯性矩（） -线质量（单位长度的质量）(kg/m) l-质点间距（m） n阶固有频率： （5-2-2）（2）一端悬臂的均布载荷简支梁（图5-2-b）振动给料机的两端区段可按此力学模型计算，其一阶固有频率为： （5-2-3）式中的因数a可按表5-1选取表5-1因数a1.00.750.50.330.20a1.51.92.52.93.1 （3）有均布载荷，又有几种载荷的简支梁（5-2-c）此类的模型适用于装有传动部件或给料口的振动机区段，其一阶固有频率为： （5-2-4）式中，m-集中质量（kg） -线质量（kg/m）（4）由均布载荷又有集中载荷的悬臂梁（5-2-d）振动给料机始端有传动部件或给料口终端有排料口时，可按此力学模型计算，其一阶固有频率为： （5-2-5）通过以上的计算，可以确定较为合理的支承点间距，通常当机械指数时，l1000mm,当k4时l=1000mm2500mm总之，支承点间距必须保证槽体有足够的动力刚度，因此必须使强迫振动频率远远低于槽体的一阶弯曲振动的固有频率，即当取时，则： （5-2-6）式中符号同（5-2-1）在实际的应用中，除了出现一阶弯曲振型还可能出现三阶等高阶的振型（图5-3）这些振型曲线上的拱段和节点影响物料的输送速度；在拱段上速度加快，在节点上则相反。故在节点上常会发生物料堵塞的现象。为了改善这种状况，摆杆弹簧应装在阻止槽体发生挠弯曲的位置上，也就是装在振动曲线的拱段上，而不应安装在振动曲线的节点处当振动给料机为多点驱动时，则这些驱动点应设置在振动曲线的节点上。（a）(b)(c)图5-3弹性弯曲振动的各阶振型(a)一阶振型(b)二阶振型(c)三节振型图5-3中，横坐标X为振动给料机（）在水平方向上的长度坐标。纵坐标Y为槽体的位移。振动给料机槽体可能出现的弹性弯曲的振动形态振型是各种各样的。它们分别与各阶固有频率相对应，也就是说每一个固有频率有各自相对应的振型。一阶固有频率对应于一阶振型，二阶固有频率对应于二阶振型，其余的以此类推。对于一阶振型弹性弯曲振动曲线与静止时的零线有两个交点，此交点称为节点。对于二阶、三阶、四阶振型分别有3、4、5个节点，图中横坐标上各个节点处标出的数值即为各种振型的各个节点离坐标原点的距离。振动给料机高度与宽度比：0.30.5。给料槽的结构适应工艺要求是振动给料机的重要特点，此外给料槽体还需进行强度和刚度的设计计算，要保证槽体在受到周期性的激振力时。具有足够的刚度。当激振力频率接近或等于某一自振频率时，会由于槽体本身的共振或接近共振， 使槽体产生较大的振幅而加速槽体的破坏并影响正常给料。因此，应使槽体的一阶弯曲自振频率大大高于激振频率。5.2.3槽体尺寸的确定已知：Q=200，h=150m(有经验值得), =1.6,振动给料机的高度和宽度比取0.30.5我们选取比值系数是：0.3得到高度值是：0.33m。槽体内物料质量： (kg)式中-槽体长度，m。根据经验值确定：1.3m 所以：5.2.4 物料的等效参振质量和等效阻尼系数的确定运动物料相当有百分之几参振，称为等效参振系数或等效参振结算系数，物料对振动机体产生的阻尼用当量阻尼系数表示。当抛掷指数时，当量阻尼系数在（0.16-0.18）之间变化。值与、有关，可以按图5-4查得，表5-2 图5-4 不同角时D-曲线表5-2不同抛掷指数的物料等效参振质量折算系数和等效阻尼系数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.悬挂设计（弹性元件选取和弹性系统的计算）6.1 弹性元件的类型和用途：对于弹簧的选择可根据振动给料机的工作状态考虑，若处在近亚共振状态，则弹簧应选的硬些。使固有频率接近工作频率。若处在远共振状态工作，则弹簧应选择软些，使固有频率远离工作频率。弹性元件（弹簧）的类型很多，分类的方法也很多。1. 按用途分类振动机械中所采用的弹性元件按照用途可以分为三类4：（1）隔振弹簧 隔振弹簧的作用是对振动机体产生弹性支承，使机体得以实现弹性振动，并减少传给机体或构架的动载荷。（2）主振弹簧 主振弹簧的作用是使振动机在指定状态下工作。例如，振动机和其他一些近共振机械，通常选用强迫振动频率稍低于固有频率的近亚共振的状态，这时必须采用刚度适中的主振弹簧。（3）其他用途的弹簧 这类弹簧包括：导向弹簧、连杆弹簧等。导向弹簧的作用是起导向作用，使振动机体沿垂直于板簧中心线的方向运动。连杆弹簧的作用是使系统实现弹性振动外，还传递给振动系统保持连续振动所需的激振力。 2. 按结构形式分类弹簧的类型按照结构形式来分，多达数十种。适用于振动机械的结构形式也很多，最常见的有以下几种 （1）螺旋弹簧 圆断面圆柱形螺旋弹簧是目前振动机械中应用最广泛的一种弹性元件。优点是：制造方便，内摩擦小，能耗较经济，在确定设计的情况下，具有较长的使用寿命。缺点是：体积较大；容易产生噪声；调解刚度较不便；横向刚度小；容易使机体出现横向摇晃。 除了采用圆截面的弹簧外，还有矩形截面的弹簧，以及采用圆截面塔形弹簧等。在小型机器中还采用拉力弹簧。 （2）板弹簧 在许多振动机械中，板弹簧作为导向杆使用，起到导向振动作用。在板弹簧电机振动给料机中，可以作为主振弹簧使用。 板弹簧的优点是：增减板弹簧片数，便可调节弹簧的总刚度；能使机体实现定向振动。缺点是：加工量大，制造工艺要求比较严格，所占空间较大等。 （3）橡胶弹簧 在振动机械中，橡胶弹簧得到广泛的应用，它既可以作主振弹簧使用，也可以作隔振弹簧和传动弹簧使用。既可在压缩状态下工作，也可在剪切状态下工作。橡胶弹簧具有以下一些特点： 1）可以制成各种不同形状和尺寸的制品。结构紧凑，能有效的利用空间。 2）弹性模量较小，可以得到较大的弹性变形，容易实现理想的非线性振动特性。 3）形状不受限制，3个方向上的刚度，可以根据实际需要进行设计。 4）具有较高的内阻，对于突然冲击和高频率振动的吸收具有良好的效果。因此，采用橡胶弹簧的振动机启动和停车通过共振区时，其振幅比螺旋弹簧振动机小得多，振幅比较稳定，但能耗比金属弹簧要大。 5）橡胶弹簧传递声音的阻力比金属大得多，所以隔音效果好，工作时噪音小。 6）相同结构形式和尺寸的橡胶弹簧，可以通过改变橡胶的硬度，来得到不同的刚度。 7）同一橡胶弹簧，能够同时承受多向载荷，因而可以使机器的结构大为简化。 8）安装和拆卸方便。橡胶或橡胶金属弹簧与金属弹簧相比具有以下优点：可模压成所需的形状和尺寸。三个方向的刚度可随意选择，改变橡胶弹簧的内部构造，可以大幅度的改变刚度。此外，由于橡胶具有较大的内阻力，因此在共振工作状态时，振幅的稳定程度较好。缺点是：工作温度不超过50度，制品质量不够稳定、寿命较短。 综上所述：本次设计选取的弹簧为圆柱螺旋弹簧。6.2 弹性元件的组合刚度 在振动机械中，常常是由多个弹簧组合成一个弹簧组，应将他们连结于一个或多个振动质体上。无论是隔振弹簧、主振弹簧或是连杆弹簧，按照组合方式可分为以下四种：反接式、并联式、串联式和复合式。这些组合弹簧可以用一个等效弹簧来代替，等效弹簧的刚度即为组合弹簧的总刚度。本次设计使用并联式，其图如6-1所示和弹簧总刚度计算公式如6-2-1：图6-1 等效弹簧简图 （6-2-1）当时 式中 C-并联式弹簧总刚度（N/m）; 、-弹簧1 、2 的刚度。 6.2.1 螺旋弹簧圆截面圆柱形螺旋弹簧（1） 轴向刚度 （6-2-2）式中 -圆截面圆柱形螺旋弹簧的轴向刚度（N/m）； G-弹簧钢的切变模量（），见表1-4-7； d-弹簧钢丝直径（m）; -螺旋弹簧中径（m）; n-螺旋弹簧的工作圈数。（2）径向刚度 图6-2为螺旋弹簧在轴向载荷F和径向载荷作用下的变化情况。假定其上下支撑面始终保持水平，则弹簧的径向刚度为： （6-2-3）式中 -弹簧的径向刚度（N/m）；-圆截面圆柱形螺旋弹簧的轴向刚度（N/m）；-比例因数。图6-2螺旋弹簧的轴向变形和径向变形f-轴向变形 fr-径向变形式中 H-弹簧的有效工作高度（m）； d-弹簧钢丝直径（m）； -弹簧在平衡状态时，其上下支撑面间的距离（m）； - 螺旋弹簧中径（m）； -轴向载荷影响系数； -轴向载荷（N）; -临界轴向稳定性载荷（N）；（3）结构参数计算1）基本计算公式 螺旋弹簧的螺旋角，一般较小（），因此，可以导出圆截面螺旋弹簧只受轴向载荷F时的变形f和切应力的两个基本计算公式： = （6-2-4） （6-2-5）式中 -变形量（m）； c-弹簧旋绕比，； -曲度因数，或称应力修正因数。 （6-2-6）2）结构参数计算公式 根据式（6-2-4）、式（6-2-5）两个基本计算公式，可以导出弹簧钢丝直径d、有效工作圈数n的计算公式 （6-2-7） （6-2-8）式中 -螺旋弹簧的许用切应力（MPa）; -圆截面圆柱形螺旋弹簧的轴向刚度（N/m） （N） （6-2-9） （6-2-10）式中 -弹簧的静变形（m）； A-正常工作的振幅（m）; 参数d、n计算得出后，即可进行其他参数的计算。 弹簧中径 （6-2-11） 弹簧圈数 （6-2-12）式中 -弹簧总圈数； n-弹簧有效工作圈数； -弹簧支撑圈的圈数，可取=2; 弹簧的有效工作圈数，最小圈数为2，但一般不少于3圈。 弹簧节距t按下式计算 （6-2-13）式中 t-螺旋弹簧的节距（m） -弹簧的静变形量 （m）; -余隙（m）； A-正常工作时的振幅（m）； -通过共振区时的振幅放大倍数，一般取=37。弹簧自由高度采用端部并紧、磨平结构、 =2，则 （6-2-14）6.3 圆柱形螺旋弹簧的自振频率弹簧的自振频率与弹簧的刚度、质量、支承载荷大小及支承情况有关。6.3.1未受载荷的自振频率 两端固定时弹簧的1阶自振频率 （6-3-1）式中 -弹簧的自振频率（Hz）;一端固定，一端自由时，弹簧的1阶自振频率 （6-3-2）6.3.2受载时弹簧的自振频率 在振动机械中，弹簧的承载参振质量与其自身质量相比，往往大很多，故此承载弹簧的自振频率实质是由该弹簧及参振质组成的振动系统的固有频率。可近似按下式计算 （6-3-3）式中 -弹簧轴向刚度（N/m）； -当量质量（kg），其值可按下表计算。表6-1弹簧系统结构形式的刚度和当量质量系统结构形式刚度当量质量=6.3.3 圆柱螺旋弹簧的许用应力圆柱螺旋弹簧的许用应力按所受载荷情况分为3类。类： 变载荷，循环次数在以上。类：变载荷，循环次数在和受冲击载荷的情况。类：变载荷，循环次数在以下。振动给料机的弹簧许用应力应按类载荷计算。常用弹簧材料的许用应力及有关参数见表6-2表6-2 圆柱螺旋弹簧的许用应力材料许用切应力（MPa）许用弯曲应力（MPa）切变模量G（GMPa）弹性模量E（GMPa）推荐硬度范围HRC推荐使用温度（）类型牌号类类类类类碳素弹簧钢丝65；700.30.40.5.0.50.62565Mn;70Mn合金弹簧钢丝60Si2Mn48064080080010008020060Si2MnA60Si2CrA65 Si2MnWA570760950950119060Si2CrVA6.3.4 螺旋弹簧的校核计算（1） 强度校核计算圆截面螺旋弹簧 螺旋弹簧结构参数计算确定之后，还必须进行强度校核，其切应力应小于材料的许用应力，即： （6-3-4）式中 -材料的许用切应力（Pa）；查表（6-2） -弹簧的最大切应力（Pa）； a-弹簧动变形幅值（m）； -最大工作变形（m）；当机器正常工作时，a即为机体的振幅A；（2） 强度安全因数的计算 振动给料机弹簧的最大工作应力循环次数在106以上，所以选107，因此，应进行弹簧疲劳强度安全因数的校核计算。其计算公式如下： （6-3-5）式中 -疲劳强度安全因数； -疲劳强度许用安全因数，当弹簧的设计计算和材料的试验数据准确时，取=1.31.7，当准确性低时，取=1.8 2.2。 -脉动疲劳极限（Pa），按表1-4-8和表1-4-9选取。-最小工作应力（Pa）,按式（6-3-6）计算；-最大工作应力（Pa）,按式（6-3-7）计算。=（Pa） （6-3-6）=（Pa） （6-3-7） 式中 -平均载荷（N，）（N）； -载荷振幅（N），（N）； -强迫振动频率（Hz）； -弹簧系统的自振频率（Hz），按式（6-3-1）或（6-3-2）和（6-3-3）计算。根据/，可在图6-3中差得值。它相当于不同频率的振动载荷所产生的共振对弹簧切应力的影响。表6-3 脉动疲劳极限表载荷循环次数0.450.340.330.3表6-4序号钢号热处理制度力学性能，交货状态布氏硬度HBS淬火温度淬火剂回火温度屈服点抗拉强度伸长率（%）收缩率（%）165840油5008001000935热轧285270830油4808501050830热轧285375820油4809001100730热轧302485820油48010001150630热轧302565Mn830油5408001000830热轧302655Si2Mn870油48012001300630热轧302755Si2MnB870油48012001300630热轧321860 Si2Mn870油48012001300525热轧321960 Si2MnA870油44014001600520热轧3211070 Si3MnA870油4301600180020热处理3021160SiC2rA870油42016001800620热处理3021265SiMnWA850油42017001900520热处理302 /时 /时图6-3 值6.4设计计算振动给料机的弹簧：6.4.1 振动系统的计算质量计算质量式中m-参振体质量，kg -物料的质量，kg -物料的参振系数； -各弹性元件的参振质量之和，kg;（）预估参振质量振动机械设计的主要困难就是未知量太多，首先遇到的问题是参振质量，甚至、全未知，可以从运动学参数中确定。可以根据机体尺寸、振动参数、结构强度预估为500kg，受主振弹簧允许变形量的限制，根据经验值预估/=0.5,=0.5=0.5500=250kg（）镉振弹簧刚度选取隔振弹簧的频率比激振源频率，隔振弹簧总刚度为：，圆后得：隔振弹簧采用四角均匀布置，每角一只弹簧，一只弹簧的刚度为：=/4=91kN/m等效阻尼系数：选取振动给料机的弹簧为圆柱螺旋弹簧，已知参振质体的总质量为m=868kg，振动频率=1500r/min，所需弹簧的总刚度，弹簧数量n=4,则单质弹簧的轴向刚度是：, =91kN/m，在弹簧轴向方向的振幅A=0.005m弹簧轴向静形变。解：1）选择材料65Mn，按1类载荷考虑，载荷循环次数在106以上，即107，查表6-2和表6-4，得G=10GPa，根据表6-3，则2）选择旋绕比 c=6.5。3）计算钢丝的直径，按照式子（6-2-6）、式（6-2-7）、式（6-2-9）、式（6-2-10）计算、f、F、d m=30mm 取d=32mm4) 弹簧的中径，按式（6-2-11）计算。 取=210mm5)弹簧圈数，按式（6-2-8）计算 取n=13总圈数=n+2=156）弹簧节距，按式（6-2-13）计算。=51mm按手册查取：d=32mm、=210mm、t=51mm、取t=50mm7) 弹簧自由高度，按式（6-2-14）计算 8）强度较核计算，按式（6-3-4）计算。 因此，改用材料60Si2Mn,其=480MPa9)疲劳强度安全因数较核计算，查表1-4-6，当量质量 =6944kg根据式（6-3-3），固有频率 = Hz =25Hz /=6.95，=5.95查图6-3得， =0.2按式（6-2-9）计算最大轴向载荷和最小轴向载荷： N最小轴向载荷： N N N