螺旋输送机设计.doc-资料库

毕业设计说明书第一章螺旋输送机的工作原理及其一般构造 1.1 螺旋输送机的工作原理螺旋输送机与一般的输送机械不同，它是属于不具有挠性牵引构件的输送设备。在工作时，启动电机，电机带动减速机低速轴转动，通过一级减速之后带动螺旋轴转动，带有螺旋叶片的转动轴在封闭的槽内旋转，使装入料槽的物料在自身重力及其对料槽的摩擦力的作用而不和螺旋轴一起转动，只沿料槽向前运移。其情况好象不能旋转的螺母沿着螺杆作直线运动一样。在垂直的螺旋输送机中，物料是靠离心力可对槽壁所产生的摩擦力而向上运动。不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的及大块的物料。输送过程中还可以对物料进行搅拌混合、加热和冷却。 2.2 螺旋输送机的一般结构螺旋输送机一般由螺旋轴、进料口、出料口，料槽、驱动装置等五个部分组成，其中螺旋轴是螺旋输送机的基本构件，它由轴和叶片组成，螺旋叶片多由钢板冲压而成，然后将它相互焊接在一起。螺旋的形状按输送物料的性质不同而有以下几种形式： 1.实体螺旋（见图 1.1a），是最常用的一种，适用于输送流动性好的，干燥的、小颗粒的或粉状的物料。考虑到水泥是一种粉末状，干燥小颗粒物质，故本设计的螺旋本体采用该种制法。 2.带式螺旋（见图 1.1b）适用于输送块状的或粘滞性的物料。 3.叶片螺旋（1.1c）和齿形螺旋(见图 1-1d),适用于输送容易被挤紧的物料和在输送过程中需要同时进行搅拌、混合的物料。图 1.1 螺旋形状 1

螺旋输送机的本体部分除了螺旋轴外还包括：料槽、底座、轴承，槽盖、端盖等部分。两端的轴承主要用于承受物料在输送过程对轴产生的附加轴向力。螺旋轴一般做成空心的，这样既可以减轻重量，又便于联接。但是做成空心的又会使轴的强度和刚度下降，要提高轴的强度和刚度要么选用较好的材料，而这样势必增加制造成本，要么通过增大轴的结构尺寸来达到提高强度和刚度的目的，这样不仅使得轴的结构显得臃肿影响输送效率，还会使制造材料增加，从而使制造成本增加，因此从经济性和工艺性的角度出发本设计选用实体螺旋轴。由于本螺旋输送机输送的距离较长，故将螺旋轴分三段制造，中间用吊环轴承支撑以改善其工艺结构和提高其刚度以减小轴因挠曲变形而带来能量消耗。吊环轴承装在沿轴向安装的支架上。由于中间安装的吊环轴承，使得螺旋轴在中间间断不联续，从而使得物料容易在中间轴承处堵塞，螺旋输送机不能正常工作，效率下降，所以吊环轴承沿轴向的尺寸应尽量做得小一些。为了减小阻力，中间轴承选用双列调心球轴承。为了防止物料进入轴承中，在吊环承体的两端加上挡盖，并同时给轴承装上润滑装置，本设计的中间轴承通过螺栓杆中间的孔向轴承家润滑油。为了减小制造成本，输送机的料槽采用铸铁制造。料槽的下半部分做成半圆形，上半部分做成直板式。料槽盖用螺栓跟料槽的凸沿联接。底座跟料槽分开制造，在安装时通过焊接将其与料槽焊在一起，用于支撑料槽。螺旋输送机的驱动装置由电机、减速器，联轴器三部分组成。根据本螺旋输送机的输送能力及输送长度要求，从《机械设计指导》中选择全封闭自冷式笼型三相异步电动机，其型号为 Y160M1-8，额定功率为 4W，额定转速为 750r/min。减速器的设计将在后面进行，这里就不多说。至于驱动装置中的联轴器，由于联接和传动的需要本设计中有两个联轴器，在这里由于减速机高速轴与电机之间传动的扭矩和动力较大，故由《机械设计手册》选用弹性联轴器 Q/2B121.2.00п 联轴器。减速机低速轴与螺旋轴之间采用刚性连接，由《机械设计手册》选用 HL3 型联轴器。螺旋输送机的进出料口也是本机械的一个重要组成部分，其安装布置比较灵活，可以根据现场需要灵活布置，进料口可以布置在机体的两端，由一端向另一端输送物料，也可以布置在机体的中间，由中间向两端输送物料。由于水泥从加工到包装一般是流水作业，故本机械将进料口和出料口分别布置在机体的两端。进出料口的结构如图 1-2a、b 所示。 ( a ) ( b ) 图 1-2 进出料口 2

毕业设计说明书第二章螺旋输送机的几种方案对比 2.1 两种方案的提出在生活中，常根据使用要求，经济条件，生产条件的不同将螺旋输送机设计成两种常用的结构，其中一种是不带减速机的螺旋输送机，另一种带有减速机的螺旋输送机，它们的传动方案如图 2-1、2-2 所示：减速器联轴器１电动机联轴器２输送机主体部分图 2-1 传动方案一联轴器１电动机输送机主体部分 2.2 两种方案的对比图 2-2 传动方案二方案二从结构上讲很简单，也很经济，但是它存在很多技术上的问题，比如说功耗大。由于螺旋轴与电机直接相连,转速高，承受的扭矩大，如果材料不够好或结构尺寸达不到要求很可能使机械在经历较短的工作时间后便失效，因此这种方案对轴的材料要求较高和尺寸要求较大，然而选用好的材料、增大轴的结构尺寸将使以经济为目的的设计陷入一个不能自拔的旋涡中。除此之外，由于本方案没有减速器，而螺旋轴实际工作需要的转速远低于电机转速，这样一方面会造成 3

功率的大量损耗，另一方面选择高速电机势必增加设计成本。本方案在经济条件不太好的情况下比较适用。因此当我们选用这样一种设计方案时，要综合考虑各个方面的因素，使设计在整体上达到最优，这样才能实现经济的目的。方案一在结构上由于多了一个减速器显得比方案二复杂一些，但正是由于它的加盟使得螺旋输送机在性能上较方案一有了很大的改善：1）减速机的引入使螺旋轴直接承受的扭矩减小了，这样有利于减小轴的结构尺寸，使输送机的结构更加紧凑，也有利于提高输送机的工作寿命。2）机械的传动更加平稳了，这样不仅有利于物料的连续输送，保证输送机的工作效率，还有利于减小输送机在输送物料过程中的阻力，减小输送机的功耗，使输送机更加经济。3）使电机的选择更加合理、经济。由于引入减速器之后，使得的我们对于需要的电机的选择更加科学，更加合理。通过以上比较及调研可见方案一比方案二要好，因此从经济性和适用性的角度出发本设计选用方案一作为设计方案。 2.3 螺旋输送机支撑设计从螺旋输送机的工作原理可知，由于物料在输送过程中要对轴产生附加的轴向力，而该轴向力通过轴作用在轴承上，因此在选用轴承时要考虑轴承既能承受径向力又要能承受轴向力，因此本设计选用角接触球轴承做为端面轴承。选择好了轴承又会遇到了一个安装的问题，如果轴承安装布置不好，它将直接影响螺旋轴的刚度，进而影响轴的寿命。轴承的布置有多种方式，而每种方式在特殊场合下对提高轴的刚度都是有利的。考虑到本设计中传动轴跟螺旋轴作成一体，为了提高螺旋轴的刚度将轴承布置成背对背的形式（见图 2-3），因为这样布置使得轴的悬伸量减小了，从而提高了轴的刚度。由于螺旋输送机输送的距离较长，为了便于制造和安装而将轴分三段制造，中间用吊环轴承支撑对于吊环轴承的情况在前面也有叙述，故此不再馁述。 2.4 螺旋输送机的驱动装置设计图 2-3 轴承安装方式本螺旋输送机的驱动装置包括三个部分：电机、减速器，联轴器。其中减速器采用标准直齿圆柱齿轮传动。由于直齿圆柱齿轮传动不会产生附加的轴向力，因此减小了螺旋轴的轴向串动，提高了轴的工作稳定性。另外由于直齿圆柱齿轮的设计简单易行，设计周期短，设计成本低，制造也很方便，因此在本设计中选用直齿圆柱齿轮传动是可取的。 4

毕业设计说明书联轴器用来连接电机与减速机及减速机与螺旋轴。减速机高速轴与电机之间用弹性较好，能缓冲减振，不要润滑的弹性圈柱销联轴器连接构造简单，减速机低速轴与螺旋轴之间用可移动的，成本低，能够传递大扭矩的刚性凸缘联轴器连接。 2.5 料槽的固定设计为了降低制造成本，料槽盖选用铸铁制造，料槽盖与料槽之间用螺钉固定，以便于及时打开对螺旋输送机进行清理。其固定如图 2-4 所示：这种设计结构简单，密封性也较好，只需要在料槽盖和料槽的凸沿上钻出一定数量的螺钉孔即可图 4-2 料槽的密封 5

第三章减速器的设计计算 3.1 减速装置运动参数和动力参数的计算 3.1.1 传动装置的总传动比及效率分配 (1) 传动装置的总传动比的选定通常情况下电动机的转速是比较高的，而螺旋轴实际需要的转速只有 60r/min，故减速器的传动比应该取的大一些，但同时又考虑到结构的紧凑性，故传动比不能选得太大，在这里我们取 I=8 (2) 各部分传动效率的由于联轴器上损失的能量并不多，故取两个联轴器的传递效率η1=0.98；滚动轴承的传递效率η2=0.99（一对）；齿轮传动由摩擦带来的能量损失相对较一些，故取η3=0.95；安装螺旋轴的角接触球轴承的传动效率η4=0.98； 3.1.2 减速器运动参数及动力参数的计算 0 轴—电机轴： 0 n  n 1  n i  3  60 8 480   r/min p  kW 0 3 T 0  9550  / P n 0 0  Ⅰ轴—高速轴： 1 n n 0  480 r/min 9550 3/ 480 59.7   N·m p 1 p  01  0   3 0.98 2.94  kW T 1  9550  / P n 1 1  9550 2.94 / 480 58.4   N·m Ⅱ轴—低速轴： 2 n n 3  60 r/min p 2 p  12  1  2.94 0.95 0.99   2  2.8 kW T 2  9550  / P n 2 2  9550 2.8/ 60   445.7 N·m Ⅲ轴—螺旋轴： 3 n  60 r/min p 3 p  23  2  2.8 0.98  2  2.7 kW T 3  9550  / P n 3 3  9550 2.7 / 60   436.8 N·m 传动机构的运动参数与动力参数列表： 6

毕业设计说明书轴名参数 r/min P（kW） T (N.m) 传动比 i 0 轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 480 3 59.7 480 2.94 58.4 8 60 2.8 445.7 60 2.7 436.8 效率η η1=0.98 η2=0.99 η3=0.95 η4=0.98 3.2 齿轮的设计计算 3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）齿轮类型：根据所设计的螺旋输送机的传动方案，选用闭式直齿圆柱齿轮传动，这样一方面是因为直齿圆柱齿轮传动效率高，可高达 99%以上，另一方面是因为直齿轮传动不会产生附加轴向力。（2）精度等级：由于螺旋输送机为一般机械，转速不高，故根据《机械设计》表 10-8 选取 7 级精度。（3）材料：由《机械设计》表 10-1 选取小齿轮的材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 号钢（调质）硬度为 240HBS，两者的硬度差为 40HBS。（4）齿数：由于才用的是闭式齿轮传动，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，小齿轮的齿数应取的大一些，故取 Z1=20，Z2=Z1*8=160。 3.2.2 按齿面接触强度计算（1）根据前面所选取的材料及齿轮的传动方式可知，该齿轮传动为软齿面闭式齿轮传动，故根据机械设计准则应先按齿面接触强度计算，然后再按齿根弯曲强 Z σ E H 度进行校核。由《机械设计》式 10-9a 有： d 1t  2.32 3 k T t 1 φ d u 1  u      式中： td1 —分度圆直径试算值，单位为 mm; tk —载荷系数; 1T —轴一上的扭矩,单位为 N.mm； u —传动比； d —齿宽系数； Ez —弹性影响系数； H —许用的接触应力，单位为 MPa; 2      （3-1） 7

1）确定公式内各参数的值 ① tk ：由于事先不知道使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数和齿向载荷分配系数，故试选 K=1.4。 ② 1T ：由前面的计算可知 T  1 58.4 10  3 N•mm ③ d ：根据齿轮在轴上的布置形式由《机械设计》表 10-7 选取齿宽系数 d =1； ④ Ez ：根据齿轮材料及配对齿轮的材料由《机械设计》表 10-6 查得材料的弹性影响系数 Ez =189.8 MPa1/2； ⑤ limH ：由《机械设计》图 10-21 按齿面硬度查得 ⑥ N：由《机械设计》式 10-3 有 N=60nj hL limH =600MPa； 2 limH =550MPa； 1 式中：N—应力循环次数； j—齿轮每转动一圈时，同一齿面啮合的次数； Lk—齿轮的工作寿命（单位为 h）；假定螺旋输送机的寿命为 20 年，每年工作 300 天，每天两班制，则有： N N 1 2   60  / iN 480   53.5  82(2  9 8/ 10 1  53.5  10 9 300 7.0   )20 9 10  ⑦ 接触疲劳寿命系数 HNK ：根据应力循环次数及齿轮材料查《机械设计》图 10-19 得 1HNK =0.94， 2HNK =0.97。 ⑧ 计算接触疲劳许用能力：取安全系数 S=1  1 HN 1  K   H  H s   H  H S 2）计算： K  HN 2  2  1  1 0.94 600 lim1   564 MPa 0.97 550 lim2   532.5 MPa ① 小齿轮分度圆直径 td1 ：将  H 中较小的值及上面各参数的值代入式 3-1: 8

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