圆振动筛设计
机械设计制造及其自动化张家良
指导老师李慧
摘要：本设计主要介绍了圆振动筛的分类与特点，通过对振动筛的动力学分析及动力学参数的计算，主要完成了圆振动筛的总体设计，电动机的选择以及传动方案的分析、比较与选择等内容。在此基础上，对振动筛的结构尺寸、激振器的偏心块、驱动轴的结构尺寸以及其他主要零部件的设计计算与校核，另对弹簧的、轴承等的选择进行了详细的计算和说明。
关键词：圆振动筛；激振器；设计
引言
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。
圆振动筛是一种做圆形振动、多层数、高效新型振动筛。圆振动筛采用筒体式偏心轴激振器及偏块调节振幅，物料筛淌线长，筛分规格多，具有结构可靠、激振力强、筛分效率高、振动噪音小、坚固耐用、维修方便、使用安全等特点，该振动筛广泛应用于矿山、建材、交通、能源、化工等行业的产品分级。
1振动筛筛面物料运动理论
1.1筛上物料的运动分析
由文献[1]可知
关于筛上物料的分析，如图1所示：
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。
图1 圆振动筛上物料运动
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：
ωϕϕcos cos )180cos(A A A x -=-=-︒=t （1）
ωϕϕsin sin )180sin(A A A y ==-︒=t （2）
式中：A ——振幅；
ϕ——轴之回转相角，ϕ=ωt ；
ω ——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：
ωωsin A v X =t （3）
ωωcos A v y =t （4）
ωωcos 2A a X =t （5）
ωωsin 2A a y -=t （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。
1.2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1）：
1）物料颗粒重力：
G mg = （7）
2）筛面对颗粒的反作用力，由2cos sin y N mg ma mA t αωω-==-
可以得到：
2cos sin N mg mA t αωω=- （8）
式中α为筛面倾角。
3）筛面对物料颗粒的极限摩擦力为：
2(cos sin )F fN f mg mA t αωω==- （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：
cos x mg F ma α-= （10）
将F ，x a 用已知式子（9）与（5）替代，且f tg μ=（μ为滑动摩擦角），
简化整理得： 2cos()sin()k g A ϕμμαω
-+=
- （11） 式中，k ϕ为正向滑始角。
令cos()k k b ϕμ-=+，则：
n =（12） 式中d b 称为正向滑动系数。由上式得知，正向滑动系数1k b <。
当1k b =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：
min N +=（13） 为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须取筛子转数min n n +>。
1.3反向滑动
临界条件为：
sin x mg F ma α+= （14）
将F ，x ma 用（9）与（5）替代，并简化后： 2cos()sin()q q g b A ϕμμαω
-=
+= （15） 式中：q ϕ——反向滑始角；
q b ——反向滑动系数。
则可以得到：
n =（16） 由上式可以知道，反向滑动条件1q b <。
当1q b =时，可以求得使物料沿着筛面反向滑动的最小转数应该是：
min n -= （17） 为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须使筛子转数min n n ->。
1.4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0N =。
即cos y mg ma α=，或者是2cos sin d g A αωϕ=。
由此可以得到： 2cos cos 1sin d d v
g b A k k ααϕω==
== （18） 式中：d b ——物料跳动系数；
d ϕ——跳动起始角； k ——振动强度，2
A k g
ω=； v k —— 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：
0n ==（19） 当1d b <时或者1kv >，则颗粒出现跳动。
当1=d b 或1=V K 时，则可求得物料开始跳动时的最小转数为： β
παsin cos 302min 0A g n = （20） 为了使物料产生跳动，必须取筛子的转数min 0n n >。
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。
1.5物料颗粒跳动平均运动速度
物料颗粒从振动相角d ϕ起跳，到振动相角b ϕ跳动终止时，沿x 方向的位移为：
2sin 21t g t V S d αδ+
=
