振动筛设计 2

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2024年4月7日发(作者：)

中国石油大学胜利学院 第I页

2YAH1548型圆振动筛设计

摘要

目前我国各种选煤厂使用的设备中,振动筛（筛分机）是问题较多、维修量

较大的设备之一。这些问题突出表现在筛箱断梁、裂帮、稀油润滑的箱式振动器

漏油、齿轮打齿、轴承温升过高、噪声过大等问题,同时伴有传动带跳带、断带

等故障。这类问题直接影响了振动筛（筛分机）的使用寿命,严重影响了生产。

2YAH1548型圆振动筛可以很好的解决此类问题，因此本次设计的振动筛为

2YAH1548型圆振动筛，该系列振动筛主要用于煤炭行业中物料分级、脱水、脱

泥、脱介等作业。其工作可靠，筛分效率高，但设备自身较重。设计分析论述了

设计方案，包括振动筛的分类与特点和设计方案的确定；对物料的运动分析；对

振动筛的动力学分析及动力学参数的计算；合理设计振动筛的结构尺寸；进行了

激振器的偏心块等设计与计算，包括原始的设计参数，电动机的设计与校核；进

行了主要零部件的设计与计算，皮带的设计计算与校核，弹簧的设计计算，轴的

强度计算，轴承的选择与计算，然后进行了设备维修、安装、润滑及密封的设计，

最后进行了振动筛的环保以及经济分析。

关键词：

振动筛；激振器；圆振动筛

中国石油大学胜利学院 第II页

Abstract

At present, China's coal preparation plant all the equipment used in

the shaker is more problems, maintenance of one of the larger equipment.

These issues in sieve outstanding performance me off beam, crack help,

lubrication oil dilute the box-type vibrator oil spills, fighting tooth

gear, bearing temperature rise too high, major issues such as noise,

accompanied by dancing with broken belts, such as fault zone. Such issues

directly affecting the life of the shaker, which has seriously affected

the production. 2YAH1548-round good shaker can solve such problems, so

this shaker designed for round 2 YAH1548-shaker, the series of major

shaker in the materials used in the coal industry classification,

dehydration, desliming, such as referrals from

Operations. Its reliable, efficient screening, but their heavy

equipment. Design analysis on the design options, including the

classification and shaker features and design programmes to be confirmed;

materials on the movement of the shaker and the dynamics of the parameters,

to design the structure of vibrating screen size; conduct The eccentric

block of the exciter, such as design and calculation, including the

original design parameters, motor design and verification; were the main

components of the design and calculation, belts and check the design and

calculation, the design of spring, the axis of Strength, the choice of

bearings and calculation and then proceed to the maintenance of equipment,

installation, lubrication and seal the design, a shaker final

environmental and economic analysis.

Key words

:

shaker; Vibrator; round shaker

中国石油大学胜利学院 第III页

目 录

摘要 ............................................................................................................. I

Abstract ...................................................................................................... II

1 绪论 ......................................................................................................... 1

1.1

前言

.................................................................................................. 1

1.2

背景

.................................................................................................. 1

1.2.1

振动筛的发展概况

.................................................................... 1

1.2.2

我国振动筛的发展概况

............................................................. 2

1.3

振动筛的分类

.................................................................................... 3

1.4

筛分机械发展方向

............................................................................. 4

2振动筛筛面物料运动理论 ..................................................................... 4

2.1

筛上物料的运动分析

.......................................................................... 4

2.2

正向滑动

........................................................................................... 6

2.3

反向滑动

........................................................................................... 7

2.4

跳动条件的确定

................................................................................ 7

2.5

物料颗粒跳动平均运动速度

............................................................... 8

3.振动筛的工作原理及结构组成 ............................................................. 9

3.1

圆振动筛的工作原理

.......................................................................... 9

3.2

振动筛基本结构

.............................................................................. 10

3.2.1

筛箱

....................................................................................... 10

3.2.2

激振器

................................................................................... 11

3.2.3

支承装置和隔振装置

.............................................................. 11

3.2.4

传动装置

............................................................................... 11

works的动画软件 ........................................................................ 11

4.1 solid works软件的前景..........................................................

5.振动筛参数计算 ................................................................................... 16

5.1

运动学参数的确定

........................................................................... 16

5.2

振动筛工艺参数的确定

.................................................................... 17

5.3

动力学参数

..................................................................................... 18

5.4

电动机的选择

.................................................................................. 18

5.4.1

电动机功率计算

..................................................................... 19

5.4.2

选择电机

................................................................................ 19

中国石油大学胜利学院 第IV页

5.4.3

电机的启动条件的校核

........................................................... 19

6主要零件的设计与计算 ....................................................................... 21

6.1

轴承的选择与计算

........................................................................... 21

6.1.1

轴承的选择

............................................................................ 21

6.1.2

轴承的寿命计算

..................................................................... 21

6.2

皮带的设计

..................................................................................... 22

6.2.1

选取皮带的型号

..................................................................... 22

6.2.2

传动比

................................................................................... 22

6.2.3

带轮的基准直径

..................................................................... 22

6.2.4

带速

....................................................................................... 22

6.2.5

确定轴间距和带的基准长度

.................................................... 22

6.3

轴的设计

......................................................................................... 24

6.3.1

轴的设计特点

......................................................................... 24

6.3.2

轴的常用材料

......................................................................... 24

6.3.3

轴的强度验算

......................................................................... 24

6.4

支承弹簧设计验算

........................................................................... 27

7振动筛的安装维护及润滑 ................................................................... 30

7.1

振动筛的安装及调试

........................................................................ 30

7.1.1

安装前的准备

......................................................................... 30

7.1.2

安装

....................................................................................... 30

7.1.3

试运转

................................................................................... 30

7.2

操作要点

......................................................................................... 31

7.3

维护与检修

..................................................................................... 31

7.3.1

维护

....................................................................................... 31

7.3.2

常见故障处理

......................................................................... 32

7.4

振动筛的轴承润滑的改进

................................................................. 32

7.4.1

措施

....................................................................................... 33

7.4.2

效果

....................................................................................... 33

8 设备的环保、可靠性和经济评价 ...................................................... 33

8.1

设备的环保

.................................................................................... 33

8.2

设备的可靠性

................................................................................. 33

8.2.1

可靠度的计算

......................................................................... 33

8.2.2

可靠度的计算

......................................................................... 34

8.3

设备的经济评价

.............................................................................. 34

8.3.1

投资回收期

............................................................................ 34

8.3.2

设备合理的更新期

.................................................................. 35

中国石油大学胜利学院 第V页

结束语 ....................................................................................................... 36

致谢 ........................................................................................................... 36

参考文献 ................................................................................................... 36

中国石油大学胜利学院 第1页

1 绪论

1.1前言

YA系列圆振动筛筛箱运动轨迹为圆，适用于煤、石灰石、碎石、砂砾、金属或

非金属矿石及其他物料的筛分。

从井下或露天采矿开采出来的或经过破碎的物料，是以各种大小不同的颗粒混合在

一起的。在选矿厂、选煤厂和其它的工业部门中，物料在使用或进一步处理前，常常需

要分成粒度相近的几种级别。物料通过筛面的过孔分级称为筛分。筛分所用的机械称为

筛分机械

。

在选矿厂和选煤厂中应用的筛分机械有很多种结构型式，如固定格筛、弧形筛、旋

流筛，滚轴筛，简筛、摇动筛，惯性振动筛和共振筛等。目前，由于惯性振动筛具有构

造简单、生产能力大，筛分效率高等优点，因而在选矿厂、选煤厂及其它工业部门中已

被广泛用于分级、脱水、脱介和脱泥作业。共振筛在生产实践中也取得较好的效果，但

因具有较大的冲击裁荷，故其机件(如横梁与侧板)容易损坏，须进一步研究和改进。随

着煤矿开采能力和入洗原煤量的提高,作为物料分级筛选的主要设备——振动筛也不断

向大型化发展。

1.2背景

1.2.1振动筛的发展概况

筛分设备在国外的发展已有300多年的历史，在此之前，物料的筛分主要采用人力

筛分，动力筛分最早也是摇动筛。大约100多年前就出现了惯性筛，最早的惯性筛是采

用柴油机带动的，主要用于物料的分级作业。

比较完善的振动惯性筛出现在19世纪初，主要是用于分级的圆振动筛（单轴振动

筛），随着选煤、选矿业的发展用于脱水的直线振动筛（双轴振动筛）逐渐发展起来。

单轴振动筛的发展经历了简单惯性式向自定中心式的发展过程。直线振动筛经历了

箱式振动器到双电机拖动的筒式振动器（自同步技术），目前为箱式振动器与侧帮式偏

心块单元体振动器（自同步技术）的并存时代。

现在振动筛轴承普遍采用了振动设备专用轴承，筛框的主要联接件采用了虎克铆钉

或高强螺栓，筛面采用了不锈钢筛面、聚鞍脂筛面等。筛框结构逐渐趋于合理，筛框受

力设计上逐步由静态动力设计向以模态分析为基础的现代动态设计阶段发展。

中国石油大学胜利学院 第2页

在振动筛的制造方面，主要焊接结构件均采用了去应力和喷丸处理，对筛框的形状

误差、主要构件的形位公差、粗糙度控制等方面的要求越来越严。

虽然筛分机的结构形式在发展过程中出现了许多种新型结构及筛分方法，但通过实

践证明，许多看似理想的结构型式被无情淘汰。因此，国际上一些筛分机制造厂家生产

的振动筛结构形式逐渐趋于近似，机型趋于稳定，人们已不在追求新、奇结构型式，而

把追求筛分机的可靠性指标放在首位，因此筛分机寿命普遍提高，正常使用寿命普遍达

到5年以上。

振动筛噪声指标是影响工人身体健康的一个主要指标。过去箱式振动器由于采用

齿轮传动，噪声通常达到90分贝以上，后来逐渐采用了自同步技术，噪声由原来的90

多分贝下降到85分贝左右。但自同步技术存在抛射角不稳定，工作频率不能有效调整

等因素，使得箱式振动器的振动筛不但没有被淘汰，甚至通过不断改进结构形式，提高

齿轮加工精度，改善齿面啮合状态等方法，而重新发展起来，噪声也从过去的90多分

贝下降至85分贝左右。

1.2.2我国振动筛的发展概况

国内振动筛的发展经历了五个阶段：

1.引进设备阶段：20世纪50年代左右，国内振动筛主要靠引进原苏联、波兰等国

的设备，面积一般在10平方米以下，如BHN、TYN-IIL、SXG-1（WK型）等。

2.初步开发阶段：从20世纪60年代，我国技术人员在引进国外振动筛的基础上，

研究开发了类似50年代进口的产品，如SZZ、SSZ圆、直线振动筛（单、双轴振动筛）

系列。

3.研究设计阶段：20世纪70年代，我国技术人员对选煤厂仍在使用的进口设备进

行了系统的调查研究，分析论证，并独立研制出了单轴，双轴系列振动筛，如DD、ZD、

DS、ZS系列圆、直线振动筛（单、双轴振动筛），并在选煤厂广泛使用，最大规格12

m

2

。

4.新产品开发与引进技术阶段：20世纪80年代，我国振动筛发展进入了一个全新

时期，相继开发的新型振动筛有ZD型等厚筛、旋转概率筛和概率筛等新品种。同时，

原鞍山矿山机械厂引进了美国RS公司的圆振动与直线振动筛系列产品，最大面积

14.4m2,基本满足了中小型选煤厂的生产需要，并在国内大量推广应用，唐山煤科院参考

德国KHD公司技术，研制开发了ZK、YK系列振动筛。85年左右，洛阳矿山机械厂也

引进了日本神户制钢的技术开始生产大型筛。

中国石油大学胜利学院 第3页

5.大型振动筛开发研制阶段：20世纪90年代，随着大型选煤厂生产需要，原来的

中小规格振动筛已满足不了生产需要，虽然洛矿引进了日本神户制钢大型筛技术，但并

没有成功推广应用，许多研究单位与制造单位也相继开发超过3米宽的大型振动筛，但

事故率高，不能被用户认可。说明大型筛的研制存在一定难度。为此，原煤炭部把“大

型直线振动筛的可靠性研究”列入国家“九五”科研攻关项目。原平顶山选煤设计院承

担了该项目，并首次研究成功2ZKP3660型大型直线振动筛，并于2000年投入使用，

可靠性指标达到了引进产品的水平。目前该系列产品已在国内大量推广，将逐步替代进

口产品。

2000年，平顶山选煤设计院研制出的自同步型2ZKZ3660大型直线振动筛也成功应

用于兖矿集团东滩煤矿选煤厂；2002年，山西赛德筛选技术设备有限公司研制开发了

JR3072香蕉筛，并形成了系列，投入实际运用，为取代大量进口的香蕉筛产品奠定了

技术基础。

我国的振动筛技术从无到有、从小到大。目前品种型号繁多，绝大部分中小型产品

基本能满足了用户要求，大型产品技术已趋于成熟，尚需在振动筛制造方面更进一步提

高。相信在不远的将来，振动筛大量进口的局面将结束。

目前我国各种选煤厂使用的设备中,振动筛是问题较多、维修量较大的设备之一。这

些问题突出表现在筛箱断梁、裂帮,稀油润滑的箱式振动器漏油、齿轮打齿、轴承温升过

高、噪声大等问题,同时伴有传动带跳带断带等故障。这类问题直接影响了振动筛的使用

寿命,严重影响了生产。

1.3振动筛的分类

1.按振动筛振动频率是否接近或远离共振频率分为共振筛和惯性振动筛。共振筛曾

一度崛起，受到各国普遍重视，发展很快；但在生产实践中，暴露出结构复杂、调整困

难、故障较多等缺点。而惯性振动筛由于激振器的结构简单，工作可靠，便于维修，从

而得到了广泛的使用。惯性振动筛是靠固定在其中部的带偏心块的惯性振动器驱动而使

筛箱产生振动。惯性振动筛按振动器的形式可分为单轴振动筛和双轴振动筛。

2.按振动筛按筛面工作时运动轨迹的特点，分为圆运动振动筛（简称圆振动筛）和

直线运动振动筛（简称直线振动筛）两大类。圆振动筛由于振动器安装的位置偏差，实

际筛箱运动轨迹一般为椭圆。即使直线振动筛，由于制造与设计偏差，通常筛箱的运动

轨迹也不完全是直线，只是接近直线振动。圆振动筛由于激振器是一根轴，所以又叫单

中国石油大学胜利学院 第4页

轴振动筛，直线振动筛激振器由两根轴组成，所以也称双轴振动筛。

3.当然振动筛还有其它许多分类方法，例如，按照支撑弹簧的结构不同，又有线形

弹簧振动筛和非线形弹簧振动筛。按支承装置安装位置不同，可分为座式振动筛和吊式

振动筛，按筛箱与水平面是否成一定角度安装，可分为水平筛和倾斜筛。按工作频率的

高低，可分为高频振动筛和低频振动筛等等。

1.4筛分机械发展方向

综合国内外筛分机械发展现状 ,筛分机械将向以下几个方向发展。

1.向大型化发展。工业的现代化进程促使企业规模增大 ,生产能力大大提高

2.向重型超重型筛发展。大的矿业工程需要处理大块物料 ,法国素梅斯塔公司生产

的振动棒可处理直径达1m以上的大块物料。

3.向理想运动轨迹振动筛发展。以提高各区段的筛分效率和整个筛机生产率为目标 ,

寻找一种以理想运动方式为基础的新型筛分机成为筛分设备发展的一个新方向。

4.向反共振振动筛发展。以减轻整机重量、降低成本、提高使用寿命和可靠性为目

标 ,提出新型的反共振振动筛机。

5.向标准化、系列化、通用化发展。这是便于设计、生产和降低成本的有效途径 ,

德国 KHD公司生产的USL 和USK筛机的侧板、筛板、横梁、传动轴均已实现标准化、

通用化 ,振动器也只有三种 ,同属德国的申克公司生产的冷、热烧结矿筛和等厚筛只有

两种标准，可见三化程度之高。

6.应用自同步技术。采用双电机自同步技术以代替齿轮强迫同步 ,可简化结构 ,降低

噪音 ,从而简化了机器润滑、维护和检修等经常性的工作 ,减少设备故障。

7.振动强度增大。筛机的振动过程逐渐强化 ,以取得较大的速度和加速度 ,从而提高

生产能力和筛分效率。

8.向空间发展。针对细物料 ,先后出现了旋流振动筛、锥型振动筛、蝶型振动筛、

旋转概率筛等 ,既减少占地面积 ,又提高生产能力和筛分效率。

9.向难筛分物料筛机发展。

10.共振筛系列发展停滞 ,惯性振动筛系列日益壮大。

2振动筛筛面物料运动理论

2.1筛上物料的运动分析

中国石油大学胜利学院 第5页

由文献[1]可知

关于筛上物料的分析，如图2.1所示：

ψ

α

图2.1 圆振动筛上物料运动

振动筛运动学参数（振幅、振次、筛面倾角和振动方向角）通常根据所选择的物料

运动状态选取。筛上物料运动状态直接影响振动筛的筛分效率和生产率，所以为合理地

选择筛子的运动参数，必须分析筛上的物料的运动特性。

圆振动筛的筛面做圆运动或近似于圆运动的振动筛，筛面的位移方程式可用下式来

表示：

xAcos(180



)Acos



Acos



t （2-1）

yAsin(180



)Asin



Asin



t （2-2）

式中: A——振幅;



——轴之回转相角，



=



t;



——轴之回转角速度；

t

——时间。

求上式中的x和y 对时间t的一次导数与二次导数，即得筛面沿x和y

方向上的速度和加速度：

v

X

A



sin



t （2-3）

v

y

A



cos



t （2-4）

中国石油大学胜利学院 第6页

a

X

A



2

cos



t （2-5）

a

y

A



2

sin



t （2-6）

由运动特征，来研究筛子上物料的运动学。物料在筛面上可能出现三种运动状态：

正向滑动、反向滑动和跳动。

2.2正向滑动

当物料颗粒与筛面一起运动时，其位移、速度和加速度与筛面的相等。筛面上质量

为

m

的物料颗粒动力平衡条件：

对质量为

m

的颗粒受力分析（如图2-1）：

1、物料颗粒重力：

Gmg

（2-7）

2、筛面对颗粒的反作用力，由Nmgcos



ma

y

mA



2

sin



t

可以得到：

Nmgcos



mA



2

sin



t

（2-8）

式中



为筛面倾角

3、筛面对物料颗粒的极限摩擦力为：

FfNf(mgcos



mA



2

sin



t)

（2-9）

式中

f

为颗粒对筛面的静摩擦系数。

颗粒沿着筛面开始正向滑动时临界条件：

mgcos



Fma

x

（2-10）

将

F

，

a

x

用已知式子（2-9）与（2-5）替代，且

ftg



（



为滑动摩擦角），

简化整理得：

cos(



k





)

式中，



k

为正向滑始角。

令

b

k

cos(



k





)

，则：

g

sin(







)

（2-11）

2

A



中国石油大学胜利学院 第7页

n

30

b

k

gsin(







)

（2-12）



2

A

式中

b

d

称为正向滑动系数。由上式得知，正向滑动系数

b

k

1

。

当

b

k

1

的时候，可以求得使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动时最小转数应该为：

N

min

30

gsin(







)

（2-13）

2



A

为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须取筛子转数

nn

min

。

2.3反向滑动

临界条件为：

mgsin



Fma

x

将

F

，

ma

x

用（2-9）与（2-5）替代，并简化后：

cos(



g

q





)

A



2

sin(







)b

q

式中：



q

——反向滑始角

b

q

——反向滑动系数

则可以得到：

n

30gsin(







)

b



2

A

q

由上式可以知道，反向滑动条件

b

q

1

。

当

b

q

1

时，可以求得使物料沿着筛面反向滑动的最小转数应该是：

n







)

min

30

gsin(



2

A

为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须使筛子转数

nn

min

。

2.4跳动条件的确定

颗粒产生跳动的条件是颗粒对筛面法向压力

N0

。

即

mgcos



ma

y

，或者是

gcos



A



2

sin



d

。

由此可以得到：

2-14）

2-15）

2-16）

2-17）

（

（

（

（

中国石油大学胜利学院 第8页

b

d

sin



d



式中：

b

d

——物料跳动系数



d

——跳动起始角

gcos



cos



1



（2-18）

2

A



kk

v

A



2

k

——振动强度，

k

g

k

v

—— 抛射强度，它表明物料在筛面上跳动的剧烈程度。

上式可以写成：

n

0



30

sin



d

gcos



30





2

A

b

d

gcos



（2-19）

2



A

当

b

d

1

时或者

kv1

，则颗粒出现跳动。

当

b

d

1

或

K

V

1

时，则可求得物料开始跳动时的最小转数为：

n

0min

30

gcos



（2-20）

2



Asin



为了使物料产生跳动，必须取筛子的转数

nn

0min

。

由于目前使用的振动筛采用跳动状态，因此要讨论跳动终止角，跳动角及运动速度。

2.5物料颗粒跳动平均运动速度

物料颗粒从振动相角



d

起跳，到振动相角



b

跳动终止时，沿

x

方向的位移为：

S



V

d

t

1

gsin



t

2

2

=

V

d



1gsin



2





（2-21）



2



2

式中

V

d

为物料颗粒起跳时沿

x

方向的运动速度：

V

d

V

x

A



sin



d

（2-22）

由此，则：

S



Asin



d



同一时间内,筛面位移为：

S

c

db

3

Acos



b

Acos



d

A[cos(



d





)cos



d

]

（2-24）

1



gsin



()

2

（2-23）

2



中国石油大学胜利学院 第9页

物料颗粒在每个循环中,对筛面的位移为：

Sxb

3

b

4

S



S

C

=

Asin



d





1gsin



2



A[cos(



d





)cos



d

]

（2-25）

2

2



当筛子在近似于第一临界转数下工作时,即



360

，则上式中方括号内的数值接近于

零。

故得到：

SAsin



d





物料跳动平均速度：

V

Sn1



[Asin



d

gsin



.()

2

]

（2-27）

602



1gsin



2



（2-26）

2

2



当



360

时,则

sin



d

tg



d

,

sin



0

,

1cos



0

,

因此, 式（2-40）可以化简为：

sin



d

tg



d



或者化简为：





2

（2-29）

sin



d

2



（2-28）

由式（2-42）和式（2-18）,可以将式（2-40）化简为:

V

An

(1k

v

tg



)

（2-30）

30

按照上式计算得的结果与实际相比,计算值较大,因为未考虑物料特点,摩擦和冲击等

因素.为此,上式应该乘以修正系数

k

0

,

k

0

0.130.15

,

所以：

Vk

0

An

(1k

v

tg



)

（2-31）

30

3.振动筛的工作原理及结构组成

3.1圆振动筛的工作原理

中国石油大学胜利学院 第10页

具有圆形轨迹的惯性振动筛为圆振动筛，简称圆振筛。这种惯性振动筛又称单轴振

动筛，其支承方式有悬挂支承与座式支承两种，悬挂支承，筛面固定于筛箱上 ，筛箱 由

弹簧悬挂或支承，主轴的轴承安装在筛箱上， 主轴由带轮带动而高速旋转。由于主轴

是偏心轴，产生离心惯性力，使可以自由振动的筛箱产生近似圆形轨迹的振动

YA型圆振动筛和一般圆振动筛很类似，筛箱的结构一般采用环槽铆钉连接。振动器

为轴偏心式振动器，用稀油润滑，采用大游隙轴承。振动器的回转运动，由电动机通过

一堆带轮，由V带把运动传递给振动器。

3.2振动筛基本结构

本次设计2YA1548型圆振动筛是由激振器、筛箱、隔振装置、传动装置等部分组成。

YA系列圆振动筛型号说明:

2 Y A H □ □

┬ ┬ ┬ ┬ ┬ ┬

│ │ │ │ │ │

│ │ │ │ │ └──────── 筛面长度dm

│ │ │ │ │

│ │ │ │ └────────── 筛面宽度dm

│ │ │ │

│ │ │ └─────────── 重型（轻型不写）

│ │ │

│ │ └───────────── 轴偏心振动器

│ │

│ └──────────────- 圆振动

│

└──────────────── 筛面层数（单层不写）

3.2.1筛箱

筛箱由筛框、筛面及其压紧装置组成。

1．筛面：为适应大块大密度的物料的筛分与煤矸石脱介的需要，振动筛的筛面需

要有较大的承载能力，耐磨和耐冲击性能。为减少噪声，提高耐磨性设计中采用成型橡

胶条，用螺栓固定在筛面拖架上。上层筛面采用带筐架的不锈钢筛面，下层筛面采用编

织筛网。其紧固方式是沿筛箱两侧板处采用压木、木契压紧。中间各块筛板之间则用螺

栓经压板压紧。

2．筛框：筛框由侧板、横梁等部分组成。侧板采用厚度为6—16mm的A5或20

中国石油大学胜利学院 第11页

号钢板制成。横梁常用圆形钢管、槽钢、方形钢管或工字钢制造。筛框必须要由足够的

刚性。筛框各部件的联接方式有铆接、焊接和高强度螺栓联接三种、

3.2.2激振器

圆振动筛采用单轴振动器，由纯振动式振动器、轴偏心式振动器和皮带轮偏心式自

定中心振动器。

3.2.3支承装置和隔振装置

支承装置主要是支承筛箱的弹性元件，有吊式和座式两种。振动筛的隔振装置常用的有

螺旋弹簧、板弹簧和橡胶弹簧。

3.2.4 传动装置

振动筛通常采用三角皮带传动装置，它机构简单，可以任意选择振动器的转数。

works软件

4.1 Solid works软件背景介绍

美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司

宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新

CAD/CAE/CAM/PDM系统，公司主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。 90年

代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机

卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平 台的三维CAD

系统，1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立Solid Works公司，并于

1995年成功推出了Solid Works 软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在Solid Works

软件的促动下，1998年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在UNIX操作

系统的 工作站CAD软件，也从1999年开始，将其程序移植到Windows操作系统中。

Solid Works软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，该系统在

1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名，从1995年至今，已经累计获得

十七项国际大奖 第一个基于Windows平台的三维机械CAD软件l 第一个创造了

Feature Manager特征管理员的设计思想l 第一个在Windows平台下实现的自顶向下的

设计方法l 第一个实现动态装配干涉检查的CAD软件l 第一个实现智能化装配的CAD

公司l 第一个开发特征自动识别Feature Works的软件公司l 第一个开发基于Internet

的电子图板发布工具(e Drawing)的CAD公司l 等等l 由于Solid Works出色的技术和

市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在

中国石油大学胜利学院 第12页

1997年由法国达索公司以三亿一 千万的高额市值将Solid Works全资并购。公司原来的

风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了

CAD行业的世 界纪录。并购后的Solid Works以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运

作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。

功能描述：

（1）、Top Down(自顶向下)的设计 自顶向下的设计是指在装配环境下进行相关

设计子部件的能力，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动

完全相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。 用

户可以在装配布局图做好的情况下，进行设计其它零部件，并保证布局图、零部件之间

全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、尺寸等自动更新，不需

要人工参与。

（2）、Down Top (自下向上)的设计 自下向上的设计是指在用户先设计好产品的

各个零部件后，运用装配关系把各个零部件组合成产品的设计能力，在装配关系定制好

之后，不仅做到尺寸参数全相 关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关，

并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。 用户可以在产

品的装配图做好后，可以设计其它零部件、添加装配关系，并保证零部件之间全自动完

全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、尺寸等自动更新，不需要人工参

与。

（3）、配置管理 在Solid Works 中，用户可利用配置功能在单一的零件和装配

体文档内创建零件或装配体的多个变种(即系列零件和装配体族)，而其多个个体又可以

同时显示在同一总装配体中。其它同类软件无法在同一装配体中同时显示一个零件的多

个个体，其它同类软件也无法创建装配体族。具体应用表现在：

1）．设计中经常需要修改和重复设计，并需要随时考查和预览同一零部件的不

同设计方案和设计阶段，或者记录下零部件在不同尺寸时的状态或不同的部件组合 方

案，而不同的状态和方案又可同时在一张工程图或总装配体内同时显示出来，因而Solid

Works 利用配置很好地捕捉了实际设计过程中的修改和变 化，满足了各种设计需求。

2）．特定的设计过程如钣金折弯的状态和零件的铸造毛坯还是加工后的状态可

从单一零件文档中浏览或描述在同一工程图中， 其它同类软件只有通过使用派生零件

的方法才能实现。

中国石油大学胜利学院 第13页

3）．图形显示和性能方面，利用配置功能Solid Works 可通过隐藏/显示和压缩

等手段实现同一部件的不同个体显示在同一总装配体中，而其它同类软件是无法做到

的，即在其它同类软件的装配体内，一个部件的所有实例必须是相同的。这将大大降低

显示性能。

4）．配置提供了便于创新的结构化平台，帮助工程师扩充功能达到了新的高度。

Solid Works 的管道设计模块就是利用配置管理的功能，工程师只 要通过简单的拖拉

操作即可实现自动找出与已有管接头尺寸完全配合的管道规格，而无须事先指定相应尺

寸规格的管道，也正是基于配置； Solid Works 方便地实现了有孔时自动从标准件库

中找到合适尺寸的螺栓与之配合，同时又找到相应规格的螺母和垫圈与螺栓配合； Solid

Works 之模具模块也是利用了配置来管理其模架库；Solid Works 还利用配置技术创

建了一基于INTERNET的三维产品目录 管理和交付服务的实时在线3D网站

(); Solid Works 中所提供高级功能如Smart parts,柔性化的子装 配以及交

替位置视图等也都是因为有了配置才有了实现的可能。其它同类软件的固有结构决定他

们不能支持功能强大的配置管理。

（4）．易用性及对传统数据格式的支持

1）．Solid Works 完全采用了微软Windows的标准技术，如标准菜单，工具条，

组件技术，结构化存取，内嵌VB(VBA)以及拖放技术 等。设计者进行三维产品设计的

过程自始至终享受着Windows系统所带来的便捷与优势。其它同类软件虽然也是与

Windows兼容的产品，但其仍无法真 正在整个系统内采用拖放技术，也无法在系统内

自动地进行VB编程和过程回放。

2）．Solid Works 完全支持dwg / dxf输入输出时的线型，线色，字体及图层。

并所见即所得地输入尺寸，使用一个命令即可将所有尺寸变为 Solid Works 的 尺寸

并驱动草图，而且可以任意修改尺寸公差和精度等。其它同类软件只能成组地输入尺寸，

因而这些尺寸无法被修改和变得象在原始 系统内那样灵活，这使得其它同类软件要想

利用已有工程图变得非常困难。

3）．Solid Works 提供各种3D软件数据接口格式，其中包括Iges、Vdafs、Step、

Para solid、Sat、STL、 MDT、UGII、Pro/E、Solid Edge、Inventor等格式输入为零件和

装配，还可输出VRML、Tiff、Jpg等等文件格式。

（5）．零部件镜像 Solid Works 中提供了零部件的镜像功能，不仅镜像零部件

中国石油大学胜利学院 第14页

的几何外形，而且包括产品结构和配合条件，还可根据实际需要区分是作简单的拷贝还

是自动生成零部件的对称件。这一功能将大大节约设计时间，提高设计效率。而其它同

类软件是没有这一重要功能的。

（6）装配特征 Solid Works 提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建和

记录特定的装配体设计过程。实际设计中，根据设计意图有许多特征是在装配环境下在

装 配操作发生后才能生成的，设计零件时无需考虑的。在产品的装配图作好之后，零

件之间进行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。

Solid Works 支持大装配的装配模式，拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、

编辑零件装配体透明的功能。

（7）工程图(Rapid Draft,剖中剖,交替位置视图) Solid Works 提供全相关的产品

级二维工程图，现实世界中的产品可能由成千上万个零件组成，其工程图的生成至关重

要，其速度和效率是各3D软件 均要面临的问题。Solid Works 采用了生成快速工程图

的手段，使得超大型装配体的工程图的生成和标注也变得非常快捷。

Solid Works 可以允许二维图暂时与三维模型脱离关系，所有标注可以在没有

三维模型的状态下添加，同时用户又可随时将二维图与三维模型同步。从而大大加速工

程图的生成过程。

SolidWorks 在已有配置管理的技术基础上提供了生成交替位置视图的功能，从

而在工程图中清晰地描述出类似于运动机构等的极限位置视图。其它同类软件是无法生

成这种视图的。因为其它同类软件没有配置管理，也就无法提供由此而创新出的各种功

能。

SolidWorks 提供GB标注标准，可以生成符合国内企业需要的工程图，用于指

导生产。

8．eDrawing SolidWorks 一向以创新领先而著称，其中eDrawing的出现就是

一个典型代表。长期以来，工程技术人员交换工程设计信息的主要方式就是二维工程图，

而要读懂一张复杂的产品工程图是一件非常费时费力的事。

eDrawing的出现使得工程师们交换设计信息变得便捷而又轻松，还是一张二维

工程图，却赋予了更多的智能和信息，轻松实现二维图纸三维看，而且以三维 动画方

式展现产品各个角度和剖面的细节，结构再复杂的产品也可让设计者在几分钟内了如指

掌。同时，所生成的电子文件体积小巧，便于传递。文档内还包含了免 费的浏览工具，

中国石油大学胜利学院 第15页

任何人可以在任何一台装有Windows系统的PC机上进行自由 地浏览，而无需任何

其他软件的支持。

低共振状态

：在这种情况下，可以避免筛子的起动和停车时通过共振区，从而能提

高弹簧的工作耐久性，同时能件小轴承的压力，延长轴承的寿命，并能减少筛子的能量

消耗，但是在这种工作状态下工作的筛子，弹簧的刚度要很大，因此，必然会在地基及

机架上出现很大的动力，以致引起建筑物的震振动。所以，必须设法消振，但目前尚无

妥善和简单的消振方法。

A

ω

A

图4.2 振幅和转子角速度的关系曲线

2.共振状态

共振状态：振幅A将变为无限大。但由于阻力的存在，振幅是一个有限的数值。当

阻力及给料量改变时，将会引起振幅的较大变化。由于振幅不稳定，这种状态没有得到

应用。

3.超共振状态

这种状态又分为两种情况：

（1）n稍大于

n

P

，因为

nn

P

，所以筛子起动与停车时要通过共振区。这种状态的其

它优缺点与低振状态相同。

（2）n＞＞np，即为远离共振区的超共振状态。从图可以明显地看出：转速愈高，机体

的振幅A就愈平稳，即振动筛的工作就愈稳定。这种工作状态的优点是：弹簧的刚度越

小，传给地基及机架的动力就愈小，因而不会引起建筑物的振动。同时，因为不需要很

ω

中国石油大学胜利学院 第16页

多的弹簧，筛子的构造也简单。目前设计和应用的振动筛，通常采用这种工作状态。为

了减少筛子对地基的动负荷，根据振动隔离理论，只要使强迫振动频率



大于自振动频

率



P

的五倍即可得到良好的效果，采用这种工作状态的筛子，必须设法消除筛子在起

动时，由于通过共振区而产生的共振现象。目前采用的消振方法如前所述。

5.振动筛参数计算

5.1运动学参数的确定

由文献[1]选取和计算振动筛运动学：

参数振动机械的工作平面通常完成以下各种振动：简谐直线振动、非简谐直线振动、

圆周振动和椭圆振动等。依赖上述各种振动，使物料沿工作面移动。当振动机械采用不

同的运动学参数（振幅、频率、振动角和倾角）时，便可使物料在工作面上出现下列不

同形式的运动：相对运动、正向滑动、反向滑动和抛掷运动。

1.抛掷指数

K

V

在一般的情况下 ，根据筛子的用途选取，圆振动筛一般取

K

V

=3～5，直线振动筛

宜取

K

V

=2.5～4；。难筛物料取大值，易筛物料取小值。筛孔小时取大值，筛孔大是取

小值。本次设计圆振动筛，选取

K

V

4

。

2.振动强度K

振动强度K的选择。主要受材料强度及其构件刚度等的限制，目前的机械水平K

值一般在3～8的范围内，振动筛则多取3～6。本次设计选择K=4。

3.筛面倾角

对于单轴振动筛的倾角为： 作预先分级用



15

0

~20

0

作最终分级用



12.5

0

~17.5

0

对于圆振动筛一般取

15

0

～

25

0

，振幅大时取小值，振幅小时取大值。

本次设计采用的圆振动筛取



20

0

。

4.筛箱的振幅

A

筛箱振幅

A

；是设计筛子的重要参数，其值必须适宜，以保证物料充分分层，减少

堵塞，以利透筛。通常取

A

=3～6mm，其中筛孔大者取大值，筛孔小者取小值。本次设

计选取

A

=5mm。

中国石油大学胜利学院 第17页

An

2

5.筛子的振动频率

n

：按照



v



和所确定的A值可以求解出频率值。

900000

900000

V

Cos



9000004cos20

0

n845rpm

（5-1）

55

6.振动强度校核：实际振动强度K按照下式计算：

An

2

K

S

K

（5-2）

5

910

An

2

5845

2

3.77K

，所以符合振动强度要求。 在本设计中

K

S



910

5

910

5

筛子的实际强度：

K

S

=3.77



K

；

即筛子的频率和振幅分别为：A=5

mm

；n=845

rpm

；

K

v

=4。

7.物料的运动速度

圆振动筛的物料运动速度计算：

VK

0

An

(1K

v

tan



)m/s

（5-3）

30

式中：取修正系数

K

0

≈0.1

。

V

0.1

5845

(14tan20



)

=0.033m/s

30

5.2振动筛工艺参数的确定

由文献[2]选取设计振动筛工艺参数：

1..振动筛的工艺参数包括筛面的长度和宽度、筛分效率。

筛面的长度和宽度

由公式：

Q

Fq

式中：Q——处理量，Q=375t/h

F——筛面的工作面积

q——单位时间处理量,q=50

t/hm

2

可得出F=7.5

m

2

,选取筛面长度L=4.8m，所以B=F/L=7.5/4.8=1.56m

2.筛分效率

在筛分作业中，筛分效率是衡量筛分过程的质量指标。筛什效率是指筛下产物重量

与原料中筛下级别(筛下级别是指原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料)重量的比值。筛

中国石油大学胜利学院 第18页

分效率一般以百分数表示。筛分效率可按下式计算：

E

100(a



)

(5-4)

a(100



)

式中

a

——原料中筛下产物含量的百分数；



——筛上产物中筛下级别含量的百分数；

将原科和筛上产物进行精确的筛分，根据筛分结果即可算出筛下级别含量

a

及



。

筛分所用筛面的筛孔尺寸和形状，应与测定筛分效率所用的筛子相同。

筛分机械的筛分效率与物料的粒度特性、物科的湿度、筛孔形状、筛面倾角、筛面长度、

筛面的运动特性及生产率等因素有关。不同用途的筛分机械对筛分效率有不同的要求。

表5.1 2YA1548型圆振动筛的运动学参数和工艺参数

名称

筛面长度

振动强度

筛面倾角

筛箱振幅

处理量

数值

4.8m

4

20

5mm

50t/h.m

2

名称

筛面宽度

抛射强度

振动方向角

筛子频率

物料运动速度

数值

1.56m

4

——

845rmp

0.033m/s

2

0

5.3动力学参数

振动器偏心质量及偏心距的确定：由文献[3]

工作时，弹簧刚度小，故振幅计算式中

K

值可以略。

对于单轴振动筛：

(Mm)Amr

（5-5）

式中M—振动机体质量，M=883.48kg

m —偏心块质量，

A—筛箱振幅，A=5mm

r —偏心距，r=24mm

负号表示

M与m

重心在振动中心的两个不同方向上。

由式（3-13）得，m=

MA

883.485

==91kg

Ar

524

5.4电动机的选择

中国石油大学胜利学院 第19页

5.4.1电动机功率计算

惯性振动筛的功率消耗主要是由振动器为克服筛子的运动阻力而消耗的功率

N

和克

服轴在轴承中的摩擦力而消耗的功率 来确定。

电机的功率为：



Mm



An

3



CA

N

177500



fd



千瓦 （5-6）

C0.2~0.3，抛掷指数较小时，C0.25

. 式中：

C

—

阻力系数，一般

d—轴承内圈直径，d0.1m

n—转动轴转数，n845rmp



—传动效率，



0.95

。

f—滚动轴承的摩擦系数

，

f0.001~0.003

。 这里对于滚子轴承选取

f0.002

。



662091



0.005845

3



0.250.0050.0020.1



N

=14.7KW

1775000.95

由上式可求N=14.7KW

5.4.2 选择电机

由文献[17]，选择传动电机型号为

Y160L—4型

，其额定功率为

15KW

，n

1460rmp

5.4.3电机的启动条件的校核

惯性振动筛起动时，电动机需克服偏心质量的静力矩和摩擦力矩，起动后由于惯性

作用，功率消耗较少，因而需选用高起动转矩的电动机。因此，按公式计算的功率，必

须按起动条件校核：

M

M

r



0

(5-7)

M

H

M

H

式中:

M

r

——电机的其动转矩；

M

H

——电机的额定转矩；

M

0

——振动筛偏心重量的静力矩与轴承的摩擦静力矩之和

M

H

=9550

15

N

=9550



=98.1 N·m (5-8)

1460

n

电

M

r

=

M

H



i





(5-9)

式中：

i

——速比

中国石油大学胜利学院 第20页



——起动力矩系数 取



=2.1

i

=

n

电

n

=

1460

=1.73 (5-10)

845

因此有

M

r

=

i





=1.73



2.1=3.63 (5-11)

M

H

M

0

'

(5-12)

M

0

=

i



式中

M

0

'

为偏心质量的静力矩与轴承的摩擦力矩之和

M

0

'

=

M

f总

+

M

j

式中

M

f总

为振动器上轴承的摩擦力矩

M

f总

=2M

f

M

f

=

fF

d

4

=0.002



91



0.058



(

3.14845

2

0.11

o

30

)



4

=2.27N·m

式中

F

0

mr



2

将

M

f

值带入公式(3.20)得

M

f总

=2



2.27=4.54 N·m

M

j

为静力矩

M

j

mrg

=91



0.024



9.8=51.72 N·m

将

M

f总

与

M

j

值带入公式(3.19)得

M

0

'

=4.54+51.72=56.26 N·m

将

M

56.26

0

'

值带入公式(3.18)得

M

0

=

1.730.95

=34.23N·m

M

0

M

=

34.23

H

98.1

=0.349

由于

M

r

M

=3.63,所以满足

M

r

M



M

0

,电机起动校核合格。

H

H

M

H

表5.2 电动机性能

型 号

Y200L—4型

转速

rmp

n1460rmp

功率

KW

15KW

(5-13)

(5-14)

(5-15)

(5-16)

(5-17)

中国石油大学胜利学院 第21页

6主要零件的设计与计算

6.1轴承的选择与计算

6.1.1轴承的选择

根据振动筛的工作特点，应选用大游隙单列向心圆柱滚子轴承。

按照基本额定动载荷来选取轴承

C

式中：

C

——基本额定动载荷来

P

——当量动载荷

Pmr



2

=91



0.024



(

2



845

2

)=17.1KN (6-2)

60

f

l

P

(6-1)

f

n

f

L

——寿命系数，

f

L

=2.3～2.8 本次设计选取

f

L

=2.5

33.3

10

f

n

——转速系数，

f

n

=（）=0.38 (6-3)

n

3

将数据带入公式(4.1) 得

C

=

2.5

17.1

=125.74KN

0.38

查文献[17]，选GB297—84，轴承型号3G3622，内径110mm，外径245mm。

6.1.2轴承的寿命计算

轴承的寿命公式为：

L

10

=(

式中:

L

10

的单位为10

6

r



——为指数。对于球轴承，



=3；对于滚子轴承，



=10/3。

计算时，用小时数表示寿命比较方便。这时可将公式(4.1)改写。则以小时数表示的

10

6

C



轴承寿命为：

L

h

=() (6-5)

60n

P

C



) (6-4)

P

式中：

C

——基本额定动载荷

C

=125.74KN

n

——轴承转数

P

——当量动负荷

中国石油大学胜利学院 第22页

选取额定寿命为6000h。

将已知数据代入公式(4.2)得：

10

6

125.74

10/3

()

=15249h>6000h 满足使用要求。 L

h

=

6084517.1

因此设计中选用轴承的使用寿命为15249小时。

6.2皮带的设计

6.2.1选取皮带的型号

带的设计功率

P

d

K

A

P

= 1.3



15 =19.5KW (6-6)

式中:

K

A

——工况系数，查[11,22-18]表22.1—9得

K

A

=1.3

P

——传递的额定功率，

P

=15KW

根据

P

d

=19.5KW，小轮转数

n

1

=1460rmp，查文献[16],[22-17]图22.1—1，选B型皮带。

6.2.2传动比

i

=

6.2.3带轮的基准直径

n

1

1460

==1.73 (6-7)

n

845

1．选择小带轮的基准直径

d

d1

：查文献[16],[22-31]表22.1—14和[22-17]图22.1—1

选取

d

d1

=224mm

2. 选择大轮的基准直径

d

d2

：

d

d2

=

i



d

d1

=1.73



224=388mm

查[11,22-31]表22.1—14取

d

d2

=400mm

6.2.4带速

带速常在

V

=5～25m/s之间选取

V

=

3.142241460

=17.12m/s (6-8)

601000

601000



d

d1

n

1

=

6.2.5确定中心距和带的基准长度

1.初定中心距 按0.7(

d

d1

+

d

d2

)





选取,因此有436.8





2.带的基准长度

L

d

0

0



2(

d

d1

+

d

d2

)



1280,选



0

=600mm。



(d

d2

d

d1

)

2

所需基准长度

L

d0

=2



0

+(

d

d1

+

d

d2

)+

2

4



0

中国石油大学胜利学院 第23页

带入数据得

L

d0

=1985.1 查文献[16],[22-13]表22.1—6选取基准长度

L

d

=2000mm

3.实际中心距





=



0

+

安装时所需最小中心距:

L

d

L

d0

20001985.1

=600+=607.45mm (6-9)

2

2



min

=



0.015L

d

=607.45-0.015



2000=577.45mm (6-10)

张紧或补偿伸长所需最大中心距:



max





0.03L

d

=607.45+0.03



2000=667.45mm (6-11)

4.小带轮包角



1



1

=180

0



5.单根带的基本额定功率

P

1

根据

d

d1

=224mm,n

1

=1460rmp，查文献[16],[22-25]表22.1—13f得

P

1

=7.47KW

考虑传动比的影响，额定功率的增量



P

1

由[机械设计手册第三卷,22-25]表22.1—13f查

得



P

1

=1.14KW

6.带的根数

Z

Z

=

d

d2

d

d1



57.3

0

=180

0



400224

57.3

0

=163.40

0

607.45

P

d

19.5

==2.4根

(P

1

P

1

)K



K

L

(7.471.14)0.960.98

取3根

式中：

K



——小带轮包角修正系数，查文献[16],[22-18]表22.1—10

K



=0.96

K

L

——带长修正系数，查[机械设计手册第三卷,22-19]表22.1—11

K

L

=0.98

7.单根带的预紧力

F

0

F

0

=500(

P

2.5

1

)

d

+

mV

2

(6-12)

K



ZV

式中

m

为带每米长的质量, 查文献[16],[22-19]表22.1—12查得

m

=0.17kg/m

F

0

=500(

2.519.5

1

)+0.17

(17.12)

2

=354.36N

0.96317.12

带的设计参数如表6.1所示。

中国石油大学胜利学院 第24页

表6.1 带的设计参数

皮带型号

最大轴间距

带的根数

小带轮直径

B型

577.45mm

3根

224mm

带轮轴间距

最小轴间距

预紧力

大带轮直径

607.45mm

667.45mm

354.36N

400mm

6.3轴的设计

6.3.1轴的设计特点

轴是组成机械的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通

过轴承和机架联接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动。所以，在轴的设计中，不

能只考虑轴本身，还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。

轴设计的特点是：在轴系零、部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用和支点间

的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中，必须把轴

的强度计算和轴系零、部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。

设计轴时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。

对于高速轴还应考虑振动稳定性问题。

6.3.2轴的常用材料

轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实

现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。

轴的常用材料是35、45、50、优质碳素钢，最常用的是45钢。对于受载较小或不

太重要的轴，也可用A

3

、A

5

等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受的限制，

以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢。

本次设计选用45优质碳素钢。

6.3.3轴的强度验算

由文献[14][17]对轴进行校核：

由图6.1并结合振动筛的工作特点对轴进行受力分析，其受力分析如图所示:

Pr=150kw，n=1460r/min。

求偏心轴的转速n

1

，带传动的传动效率



0.96

。

中国石油大学胜利学院 第25页

P

1

=Pr



1500.9614.4

kw

n

n

1

=

i

式中i—带的传动比，i=400/224=1.786

n

所以n

1

==1460/1.786=817.47r/min

i

T

1

=9550

Ft=2

P

1

14.4

9550168.2N•M

n

1

817.47

T

1

2168.2

3737.8N

d

1

0.09

由水平方向得：

Ft

Y

=F

NH

1

+F

NH

2

Ft

X=0

112

FtY1058

F

NH

2

=0

解得：F

NH

1

=3965.4N F

NH

2

=-277.6N

由垂直方向得：

Fv=mg=291.825

102918.25

N

Fv=F

NV

1

F

NV

2

F

NV

1

754F

NV

2

754

解得：

F

NV

1

F

NV

2

1459.1N

从偏心轴结构图以及弯矩图中可以看出偏心轴的中间表面C是该轴的危险截面。

中国石油大学胜利学院 第26页

图6.1

中国石油大学胜利学院 第27页

现将截面C处的M

H

M

V

及M列于下表6.2

表6.2

载荷

支反力

水平面H 垂直面V

F

NH

1

=3965.4N

F

NH

2

=-277.6N

F

NV

1

F

NV

2

1459.1N

弯矩M

总弯矩

T

M

H

=209.32N

•

M

M=（

M

H

2

M

V

=1108.18N

•

M

+ M

V

2

）=119.86 N

•

M

168.2

N

•

M

按弯扭合成应力校核轴的强度：

校核最危险截面C：



ca

[M

1

2

(2T)

2

]

取



0.6

W



ca

[M

1

2

(2T)

2

]

/W =

119.86

2

(0.6168.2)

2

/0.1175

3

0.3MPa

所以



ca

[



1

]60MPa

故轴的强度满足要求。

6.4支承弹簧设计验算

1、弹簧刚度计算

由文献[6]我们知道，选取弹簧刚度时，不仅要考虑使弹簧传给基础的动负荷不使建

筑物产生有害振动，而且还要必须考虑弹簧应该有足够的支承能力。弹簧刚度一般是通

过强迫振动频率



与自振频率



p

的比值来控制。通常吊式振动筛取频率比

z





5～6

，对于座式

z4～5

由此，对于单轴振动筛弹簧刚度计算公式：



p



p



2

(Mm)()

K(Mm)



2

（6-13）

p

z

取

z5

，再有n=845次/分，





所以：

2



n

88.5

次/分

60

中国石油大学胜利学院 第28页

K(662091)(

88.5

2

)2102489.2

N/m

5

2、计算弹簧钢丝直径

根据弹簧所受载荷特性要求，选取

60Si

2

Mn

钢丝。许用应力

[



p

]

根据文献[6]其中的

表16-2按

I

类载荷选取







480Mpa.

查得切变模量

G8010

3

Mpa，由文献[19]，查得



s

1200MPa

。

初步选取旋绕比

c8

。

F

2



F66209.8

8109.5

N

88

4c10.165

1.18

4c4c

曲度系数

k

d1.6F

2

kc







1.6

8109.51.188

12.63

mm

480

根据文献[6]中表16-5，选取d=16mm

。

3、计算弹簧中径

D=c



d=16



8=128mm

按文献[6]中表16-5，取系列值D=130mm

。

4、计算弹簧圈数和节距

f

0

0

，

f

2

7A707570105

mm

根据文献得[6]：

n

GD(f

2

f

0

)

80000130105

4.11圈

8F

2

c

4

88109.58

4

根据文献[6]表16-5，取n=5圈，由表25-11得弹簧的总圈数为：

n

1

n

0

2527

圈

由文献[6]表16-4得弹簧的节距：

p0.28D0.2813036.4

mm

5、求解弹簧的间距和螺旋角

由文献弹簧的间距：



pd36.41620.4

mm

中国石油大学胜利学院 第29页

由文献弹簧螺旋角：



arctan

p36.4

arctan5.1



D



130

6、弹簧验算

1）弹簧疲劳强度验算



200MPa

由文献[6],图16-9，选取



0

所以有：

F

1







d

3



0

8kD





16

3

200

81.18130

5504.95N

由弹簧材料内部产生的最大最小循环切应力：



max



可得：



max



8KD8KD

F



F

1

2min

33



d



d

81.18130

8KD

8109.5773MPa

=

F

2



d

3



16

3



min



8KD81.18130

F5504.95525MPa

2

33



d



16

由文献[6]，式（16-13）可知：

疲劳强度安全系数计算值及强度条件可按下式计算：

S

ca





0

0.75



min

S

F



max

式中：



0

——弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限

S

F

——弹簧疲劳强度的设计安全系数,取

S

F

=1.3-1.7

按上式可得：

S

ca





0

0.75



min

4800.75525

=

1.32

S

F

=1.3



max

773

所以此弹簧满足疲劳强度的要求。

2）弹簧静应力强度验算

静应力强度安全系数计算值及强度条件为：

S

Sca





s

S

s



max

式中



s

——弹簧材料的剪切屈服极限，



s

0.7



s

0.71200840MPa

S

S

——静应力强度的设计安全系数，

S

S

=1.3-1.7

中国石油大学胜利学院 第30页

所以得：

S

Sca



所以弹簧满足静应力强度。

所以此弹簧满足要求。



s

840

1.32S

s

=1.3



max

773

7振动筛的安装维护及润滑

7.1振动筛的安装及调试

7.1.1安装前的准备

振动筛在安装前，必须进行认真检查。由于制造的成品库存堆放时间较长，如轴承

生锈、密封件老化或搬运过程中损坏等，遇到这些问题时需要更换新零件。如激振器，

出厂前为防锈，注入了防锈油，正式投入运行前应更换成润滑油。安装前应该认真阅读

说明书，做好充分准备。

7.1.2 安装

安装支撑或吊挂装置。安装时，要将基础找平，然后按照支撑或吊挂装置的部件图

和筛子的安装图，顺序装设各部件。弹簧装入前，应按端面标记的实际刚度值进行选配。

将筛箱连接在支撑或吊挂装置上。装好后，按规定倾角进行调整。对于吊挂式的筛子，

应当时进行调整筛箱倾角和筛箱主轴的水平。一般先进行横向水平度的调整，以消除筛

箱的偏斜，水平校正后，再调整筛箱纵向倾角。隔振弹簧的受力应该均匀，其受力情况

可以通过测量弹簧的压缩量进行判断。给料端两组弹簧的压缩量必须一样，排料端两组

弹簧也应该如此。排料端和给料端的弹簧压缩量可以有所差别。安装电动机及三角胶带。

安装时，电动机的基础应该找平，电动机的水平需要校正，两胶带轮对应槽沟的中心线

当重合，三角带的拉力要求合适。按要求安装并固定筛面。检查筛子各连接部件(如筛

板子、激振器等)的固定情况，筛网应均匀张紧，以防止产生局部振动。检查传动部分

的润滑情况，电动机及控制箱的接线是否正确，并用手转动传动部分，查看运转是否正

常。检查筛子的如料、出料溜槽及筛下漏斗在工作时有无碰撞现象。

7.1.3 试运转

筛分机安装完毕,应该进行空车试运转，初步检查安装质量,并进行必要的调整。筛

子空车试运转时间不得小于8h。在此时间内，观察筛子是否启动平稳迅速，振动和运行

是否稳定，无特殊噪音，通过振幅牌观察其振幅是否符合要求。筛子运转时，筛箱振动

不应该产生横摆。如出现横摆，其原因可能是两侧弹簧高差过大、吊挂钢丝绳的拉力不

中国石油大学胜利学院 第31页

均、转动轴不水平或三角带过紧，应进行相应的调整。开车4h内，轴承温度溅增，然

后保持稳定。最高温度不超过75℃，温升不能超过40℃。如果开车后有异常噪音或轴

承温度急剧升高，应立即停机，检查轴是否转动灵活及润滑是否良好等，待排除故障后

再启动。开车24h后停机检查各连接部件是否松动，如果有松动，待紧固后再开车。试

车8h后无故障，才可对安装工程验收。

7.2操作要点

操作人员在工作前应阅读值班记录，并进行设备的总检查。检查三角带的张紧程度、

振动器中的油位情况，检查筛面张紧情况、各部螺栓紧固情况和筛面破损情况。筛子启

动应遵循工艺系统顺序。在筛子工作运转时，要用视、听觉检查激振器和筛箱工作情况。

停车后应用手接触轴承盖附近,检查轴承温升。筛子停车应符合工艺系统顺序。除特殊要

求外，严禁带料停车后继续向筛子给料。交接班时应把当班筛子技术情况和发现的故障

记入值班记录。记录中应注明零部件的损伤类别及激振器加、换油日期。筛子是高速运

动的设备，筛子运转时操作巡视人员要保持一定的安全距离，以防发生人身事故。

7.3 维护与检修

振动筛维护和检修的目的是了解筛子的全面情况，并以修理和更换损坏、磨损的零

部件的方法恢复筛子的工作能力。其内容包括日常维护、定期检查和修理。

7.3.1 维护

1.日常维护

日常维护内容包括筛子表面，特别是筛面紧固情况，松动时应及时紧固。定期清洗

筛子表面，对于漆皮脱落部位应及时修理、除锈并涂漆，对于裸露的加工表面应涂以工

业凡士林以防生锈。

2.定期检查

(1)周检：检查激振器、筛面、支撑装置等各部螺栓紧固情况，当有松动时应加以紧

固。检查传动装置的使用状况和连接螺栓的锁紧情况，检查三角带张紧程度，必要时适

当张紧。检查筛子时，须特别注意查看在飞轮上的不平衡重块固定得是否可靠,如固定不

牢,筛子运转时,不平衡重块就可能脱离飞轮，导致安全事故。

(2)月检:检查筛面磨损情况，如发现明显的局部磨损应采取必要的措施(如调换位置并重

新紧固筛面。检查整个筛框，主要检查主梁和全部横梁焊缝情况，并仔细检查是否有局

部裂缝。检查筛箱侧板全部螺栓情况，当发现螺栓与侧扳有间隙或松动时，应更换新的

中国石油大学胜利学院 第32页

螺栓。

3.修理

对筛子进行定期检查时所发现的问题，应进行修理。修理内容包括及时调整三角带

拉力，更换新带，更换磨损的筛面以及纵向垫条，更换减振弹簧，更换滚动轴承、传动

齿轮和密封，更换损坏的螺栓，修理筛框构件的破损等。筛框侧板及梁应避免发生应力

集中，因此不允许在这些构件上施以焊接。对于下横梁开裂应及时更换，侧板发现裂纹

损伤时，应在裂纹尽头及时钻5mm孔，然后在开裂部位加补强板。激振器的拆卸、修

理和装配应由专职人员在洁净场所进行。拆卸后检查滚动轴承磨损情况，检查齿轮齿面，

检查各部件连接情况，清洗箱体中的润滑回路使之畅通，清除各结合部上的附着物，更

换全部密封件及其他损坏零件。

维修时应特别注意：

(1)激振器及传动装置拆卸应由有经验的技术工人进行，严禁野蛮操作，防止损坏设

备。装配前应保持零件洁净。

(2)更换后的新筛网应每隔4~8h重新张紧一次，直到安全张紧为止。

7.3.2常见故障处理

筛分机在工作中常见的故障、原因及消除措施见表5.1。

表5.1 筛分机的常见故障及消除措施

常见故障 原因

筛孔堵塞

原料的水分高

筛分质量不好 筛子给料不均匀

筛上物料过厚

筛网不紧

消除措施

停机清理筛网

对振动筛可以调节倾角

调节给料量

减少给料量

拉紧筛网

7.4振动筛的轴承润滑的改进

传统的振动筛润滑方式为激振器轴承油浴润滑迷宫密封。设备运转2年后均出现轴

承座漏油问题，致使轴承缺油冒烟甚至损坏，严重影响了正常的生产。究其原因，主要

是环境粉尘较大造成密封板磨损。于是经测绘并结合设计规范重新制作了密封板。但由

于加工精度低，在运转时产生干涉，将间隙增大，则密封效果差。

中国石油大学胜利学院 第33页

7.4.1措施

经计算轴承速度系数，选用冷却效果较好的油浴润滑是合理的。但在实际使用过程

中，由于作业环境恶劣，加上备件制作和安装技术有限，不易密封何维护困难就成其致

命弱点。因此，我们对原振动筛轴承润滑方式进行了改造。具体做法是在原轴承座内端

增加一挡油盘，轴承座也密封板形成润滑油腔，实现脂润滑。为弥补脂润滑冷却不足，

本次设计选用能耐高温的钙钠基润滑脂（ZBE3600188）。

7.4.2效果

实践证明，振动筛经过改造后效果比较明显。这不仅确保了生产正常进行，而且避

免了备件大量浪费。

8 设备的环保、可靠性和经济评价

8.1 设备的环保

对于大型振动筛，由于它在操作中发生强烈的叫嚣声，这些噪声将直接影响到劳动

环境的安宁，因此必须设置消音器，以降低噪声的发散。

噪音是当今世界的第三大公害，仅次于大气污染与水源污染。长期生活、工作在噪

声中，会降低并危害人的工作能力并会给人的生理功能带来严重的危害，因此不允许在

超过90分贝的噪声环境中长期工作。

噪声主要是由于气体具有较高的压力或温度形成的。这是气体内能，在放散时这些

内能将随着气体释放出来，转变为气体的动能与声能，放散时会形成形成强烈的气流，

致使整个放散管道系统发生共鸣，形成强烈的噪音。消声装置的消声原理应是能够吸收

气体的内能，放散时能把人耳能听见的声音震动频率（20—20000赫）转变为人耳听不

见的次声频率或超声频率，以此减弱或消声，并能使强烈的气流经逐级减缓放散出去，

这样可以防止系统发生震动与共鸣。

8.2 设备的可靠性

8.2.1可靠度的计算

R(t)

—可靠度函数

R

t

e





t

（8.1）

式中：



—失效率，常数。取



＝

2.210

3

R(t)

＝

e



t

2200

中国石油大学胜利学院 第34页

R(500)

＝

e



500

2200

＝0.797

8.2.2可靠度的计算

机械设备的可靠性另一个指标使用寿命，即平均寿命。工作时间随机变量的期望值。

t



R(t)dt

（8.2）

0



式中：

t

—平均寿命

R(t)

—可靠性函数，机械设备是可修复系统，即在一次年修的平均

工作时间若

R(t)

＝

e





t

，



—常数。

t

＝





e





t

0

dt

＝

1





—设备的失效率，取



＝

2.210

3

t

＝

1

2.210

3

＝454.5h

若一次年修期间，预计定修24次。静t＝

24454.5

＝10908h

8.3设备的经济评价

8.3.1投资回收期

P

t



K

o

H

m

式中：

K

o

—总投资额

K

o

＝200万元

H

m

—年平均净收益

H

m

＝30万元

代入式8.4得：

P

200

t

=

30

=6.7年

P

c

—基准回收期，

P

c

10

年

P

t

<

P

c

故经济可行

投资回收期用平均年净收益来返本的总投资额。

（8.3）

中国石油大学胜利学院 第35页

投资回收期静态经济评价方法，设备投产后以每年取得的净收益，包括利润和设备

折旧费，将全部投资即固定资产投资和流动资金回收所需时间，以年为单位，从建设年



积累净现金流量开



上年份净现金流量的绝对值

算起。

P

t





（8.5）

1



当年净现金流量



始出现正值年份数



表8.1 设备工作状态表

单位：万元

时期（年）

建设期

年净收益

累积净收益

1

20

2

15

3

4

5

6

7

8

9

10

5

-30

8

-22

10

-12

15

3

15

18

20

38

20

58

25

83

-20

-35

P

t

61

12

15

＝5.8

年

中小企业冶金设备

P

c

8

年

P

t

<

P

c

经济上合理

8.3.2设备合理的更新期

设备是可修复设备，随着一次次年修它的性能总是逐渐下降，老化费用逐年增加，

若不计残值，可用低老化数值法计算设备合理更新期。因为年低老化增加值逐年增加，

如维护和修理费用燃料动力费超额支出，合理使用期为：

T＝

2K

0



（8.4）

式中：

K

0

—总投资额；

K

0

＝90万元；



—年低老化增加值；



＝0.9万元；

中国石油大学胜利学院 第36页

代入公式(8.6)得T=

290

＝14.1年

0.9

设备使用到14年时，费用最小，再继续使用则费用迅速增加，应该更新。

结束语

本次设计的2YA1548圆振动筛是在消化吸收国外先进技术基础上，自行设计的大

型振动筛。本次设计主要对圆振动筛的筛箱、激振器、支承隔振装置以及传动装置进行

了设计；对振动筛的动力学分析及动力学参数的计算；对电机的选择及校核；对主要零

件进行设计，通过校核均满足使用要求；对设备的环保及经济评价进行分析计算。

通过本次设计，对振动筛的知识有了深刻的认识，学会了如何大学期间所学到的知

识应用到实践当中，对今后的工作和学习有非常大的帮助。同时通过本次设计了解到，

我国的筛分技术在近几年有了长足的发展,很多单位已经掌握了筛分机械的设计理论和

方法 ,进行了很有成效的研制工作 ,解决了很多实际问题。可以说 ,我国的筛分技术目前

已接近世界先进水平 ,但仍有差距 ,还要努力。在今后 ,要做好以下几点工作:

1.研究先进筛分理论 ,发展新型筛分机械。

2.发展大、重、超重型筛分设备。

3.研究难筛分物料的筛分机械。

4.提高“三化”程度。

5.加强筛分设备关键技术的研究。

6.搞好引进与吸收工作。

致 谢

快三年时间，不知不觉就要过去了。在此，我衷心感谢三年来辛勤培育过我的老师。

在以后的工作岗位上，我也会不断努力，用自己的辛勤工作和不懈奋斗来回报母校和老

师们！

感谢我的辅导员老师——朱玉丽老师的谆谆教诲，感谢您在忙碌的教学工作和生活

中抽出时间来给我们解答各种问题，悉心指导，提出了许多宝贵意见。您严谨细致、一

丝不苟的作风一直是我们工作、学习中的榜样，您循循善诱的教导和不拘一格的思路给

予我无尽的启迪。感谢所有教过的或没教过我的全学院的老师，因为你们课堂上的指导

中国石油大学胜利学院 第37页

和课外的交流，我才可以学习到很多知识和做人的道理，为今后的人生做准备。 感谢

所有的舍友和身边的朋友，谢谢你们的鼓励和支持，从遥远的家乡来到这个陌生的城市

里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。感谢所

有的同学，因为你们的音容笑貌，我很快乐。感谢学校为我们提供环境优雅、气氛和谐

的学习场所和锻炼的舞台。 感谢所有应该感谢的人和事，是你们，让我成长。

此外老师细心的指导和平易近人的作风让我最感动，让我收获最大的是她对学问的一

丝不苟的态度和对知识精益求精的追求。每一个细微的知识都严格要求，使我能顺利完

成设计任务。

最后，衷心地感谢朱老师以及评阅设计和参加答辩的各位专家、教授。

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本文标签： 设计筛分物料筛面工作