螺旋輸送機的設計大學論文

臨沂大學機械工程學院2016屆本科畢業(yè)設計PAGE2016屆分類號:TH224單位代碼:10452畢業(yè)論文（設計）螺旋輸送機的設計 姓名學號年級2012專業(yè)機械設計制造及其自動化系（院）機械工程學院指導教師2016年4月10日PAGEI摘要螺旋輸送機的工作原理是利用電動機通過減速器和聯(lián)軸器帶動螺旋軸轉動,使物料在螺旋葉片的推動力作用下向前運動。螺旋輸送機能夠實現(xiàn)垂直、水平等方向的短距離輸送，其結構簡單、便于操作。本次畢業(yè)設計的任務是設計一臺水平輸送飼料的螺旋輸送機，輸送距離為50米，輸送量為1.5t/h。重點是研究螺旋輸送機的運輸裝置和驅動裝置，運輸裝置的合理設計與驅動裝置的合理選型可以大大提高螺旋輸送機的穩(wěn)定性、安全性以及工作效率。本次設計的基本思路是根據(jù)給定的條件計算出運輸裝置中各部分的尺寸，再確定出最小功率，然后選擇驅動裝置中的電動機、減速器和聯(lián)軸器，最后再校核螺旋軸、頭部軸承和尾部軸承等的強度。關鍵詞：螺旋輸送機；螺旋體；結構設計

AbstractTheprincipleofscrewconveyor’sworkingisthatthespiralconveyorisdrivenbyamotorthroughareducerandacoupling,sothatthematerialmovesforwardunderthedrivingforceofthespiralblade.Thescrewconveyorcanachieveit’sverticalandhorizontalshortdistancetransportationandit’sstructureissimpleandeasytooperate.Thegraduationdesign’staskistodesignahorizontalconveyingscrewconveyorforfeeding,andit’stransmissiondistanceis50metersandthetransportationcapacityis1.5t/h.Thepointisthescrewconveyor’stransportdeviceanddrivingdevice,becausethereasonabledesignofdrivingdeviceandtransportationdevicecangreatlyimprovethestabilityandsafetyandworkefficiencyofthescrewconveyor.Thebasicideaofthedesignisaccordingtothegivenconditionstocalculatethesizeofeachpartofthetransportationdevice,thendeterminetheminimumpowerandselectthemotor,reducerandcoupling,finallycheckthestrengthofscrewshaftandheadbearingandtherearbearing.Keywords:screwconveyor；leptospira；configurationdesign

目錄1緒論 11.1螺旋輸送機的概述 11.2螺旋輸送機的應用范圍及特點 11.3螺旋輸送機的分類及結構特征 12螺旋輸送機的相關介紹 22.1螺旋輸送機主要結構 22.2螺旋葉片 22.3螺旋主軸 32.4軸承 32.5螺旋機殼 43螺旋輸送機的選擇與設計 53.1螺旋輸送機的設計條件 53.2輸送物料的運動分析 53.3螺旋葉片的計算 73.4螺旋機殼內徑的選擇 83.5主軸軸徑的選擇 93.6進、出料口尺寸的計算 93.6.1進料口 93.6.2出料口 103.7支撐架的設計 113.8傳動功率的確定 114電動機和減速器的計算與選型 124.1電動機的計算與選型 124.2減速器的計算與選型 135主軸的應力分析與強度校核 155.1主軸的應力計算 155.2主軸的強度校核 176螺旋軸軸承的選擇與校核 186.1頭部和尾部軸承的選擇 186.2中間吊軸承 196.3軸承的強度校核 196.3.1頭部軸承的校核 206.3.2尾部軸承的校核 21參考文獻 22致謝 23PAGE251緒論1.1螺旋輸送機的概述經濟的快速發(fā)展對人工效率和相應輔助工具技術的發(fā)展不斷提出新的要求，為了提高人工效率、改善人工工作環(huán)境并實現(xiàn)生產過程的自動化，在生產過程中常采用自動化的螺旋輸送機實現(xiàn)顆粒狀物料的自動輸送以改變傳統(tǒng)的運輸模式。螺旋輸送機是一種適用于短距離輸送物料的連續(xù)運輸機械,在短途運輸中尤為廣泛使用。一般情況下，螺旋輸送機可以維持恒定的速度將物料運送到指定位置。螺旋輸送機根據(jù)用途的不同可以大致分為水平式和垂直式兩種類型,而水平式的螺旋輸送機較為常見。根據(jù)安裝方式的不同可以分為固定式和移動式兩種,實際生活中大多選用的是固定式的螺旋輸送機。1.2螺旋輸送機的應用范圍及特點一般螺旋輸送機對輸送的物料會有一定的要求。并不是所有的物料都可以通過螺旋螺旋輸送機來運送,如果需要運送的物料屬于粘度比較大的、容易發(fā)生變質的以及那些一接觸空氣就會出現(xiàn)結塊現(xiàn)象的物料,一般不建議使用螺旋輸送機來運送,它的適用性也僅限于顆粒狀物料和粉末狀的物料。螺旋輸送機在運行過程中,一般的工作環(huán)境溫度為室溫,對螺旋輸送機傾角的限定只要不超過20度就可以正常工作,輸送的距離一般受螺旋輸送機功率的影響,其運送距離一般不會超過70米。螺旋輸送機的構造比較簡單,而且在實際操作過程中還比較便捷安全,最大的優(yōu)點是它可以根據(jù)需求的不同,在運送物料的進程途中設置多個進料口和出料口以達到預期效果。它存在的缺陷還是比較明顯的,諸如較低的輸送物料量,構件經常出現(xiàn)嚴重磨損的想象,輸送距離短等。[1]1.3螺旋輸送機的分類及結構特征螺旋輸送機按照其使用范圍的不同可以分為水平固定式和垂直式兩種類型。其中最常用的一種形式是水平固定式螺旋輸送機，垂直式可以輸送的物料一般不得高于10米。本文研究的是水平固定式螺旋輸送機，其螺旋葉片的形狀為實體螺旋面型，且工作條件是水平輸送。螺旋輸送機由運輸裝置和驅動裝置兩部分組成。運輸裝置由螺旋軸、螺旋葉片、頭部軸承、尾部軸承、中間吊軸承、機殼、進、出料口及底座等組成。驅動裝置由電動機、減速器、聯(lián)軸器組成。[1]

2螺旋輸送機的相關介紹2.1螺旋輸送機主要結構圖1螺旋輸送機的整體結構如圖1所示為螺旋輸送機的主要結構示意圖，通過安裝于機殼內部的頭部軸承、尾部軸承和中間吊軸承支承著剛性螺旋體，形成了運輸裝置，通過電動機帶動螺旋體的轉動，進料口在機殼上側，出料口在機殼下側。沿著螺旋軸的軸徑方向可開設多個進料口和出料口，根據(jù)實際需要，可以選擇在機殼頭部或尾部安裝傳動裝置。[2]2.2螺旋葉片螺旋葉片有左旋和右旋兩種，如果想要實現(xiàn)在兩個不同方向上輸送物料，可以根據(jù)實際需要，以螺旋軸上某一點將螺旋體分成兩段，然后在左右兩段焊接旋向不同的螺旋葉片。螺旋體的主要尺寸有軸直徑d(mm)、螺旋葉片直徑D(mm)和螺距S(mm)。完整的螺旋葉片首先需要用1.5-4.0mm厚的鋼板沖壓形成帶有缺口的圓環(huán)，然后將圓環(huán)拉成像彈簧一樣的螺旋體，最后在螺旋軸上焊接一定數(shù)量的葉片。[3]圓環(huán)的尺寸如圖2，計算如下：（2-1）（2-2）（2-3）式中：R——圓環(huán)的外圓半徑；r——圓環(huán)的內圓半徑；——圓環(huán)的缺角；外螺旋線長度為：L=(πD)2+S2內螺旋線長度為：l=(πd)2+S

圖2螺旋葉片及下料尺寸最常用的螺旋輸送機是采用實體螺旋輸送機，一般用于小顆粒物料的輸送，并且物料必須干燥無粘性。當物料的粘性較大時，可以采用帶式螺旋輸送機，葉片式螺旋輸送機可用于輸送韌性較大的物料。螺旋輸送機的螺距長度按其類型不同可分為三種：LS型為D=（0.8-1）S；GX型為D=0.8S2.3螺旋主軸螺旋輸送機的主軸通常是由長2～4米節(jié)段的空心鋼管通過法蘭式連接而成，這樣可以在保證強度的同時減小重量，并且可以方便安裝。如圖3所示[1]1-主軸2-連接螺釘3-軸頭4-螺旋面5-襯套圖3螺旋輸送機軸2.4軸承對于在機殼內部安置的軸承，它的作用一般起支承螺旋體的作用。通常頭部用圓錐滾子軸承，尾部用調心球軸承。把圓錐滾子軸承安裝在軸承的頭部位置，也就是送料口的正前方，在送料過程中，軸承必須承受因為送料阻力導致的軸向力。一般情況下，因為軸承設計的比較長，為了更好的支撐螺旋軸，可以把吊軸承安置在每一段的中間，所以選用開式滑動軸承作為吊軸承來使用。[5]2.5螺旋機殼LS型螺旋輸送機的機殼一般采用薄鋼管制成，厚度為2～6mm。這類輸送機的外殼通常采用圓形外殼，用角鋼把每段機殼側壁的上端和端部進行焊接以達到加固的目的，從而確保輸送機的機殼具有足夠強的剛度。送料過程中需要確保具有一定的強度，所以使用鑄鐵制成支承腳安裝在輸送機機殼的底部。為了強化輸送機機構間剛度和連接的穩(wěn)固性，把送料槽的各部分橫向的接口和縱向邊緣都用角鋼進行焊接。在設計時，螺旋葉片的直徑不能超過輸送機機殼的內部直徑，因此這兩個部件之間需要留有一定的空間，這樣有助于減少能耗和降低不必要的磨損，通常間隙定為5.0～15mm。[6]

3螺旋輸送機的選擇與設計3.1螺旋輸送機的設計條件根據(jù)實際需求,本次任務是設計一臺水平輸送飼料的螺旋輸送機,其輸送距離為50m，輸送量為1.5t/h。3.2輸送物料的運動分析螺旋輸送機中運送的物料不會因為螺旋體的轉動而轉動,物料之所以會沿著既定的方向運行是由于螺旋葉片在旋轉過程中產生的導向推動力使物料沿著螺旋方向進行移動。送料過程中,在螺旋軸的驅動下物料的運動軌跡是直線復合式的運動,而不是純粹的在軸線上做直線運行。[7]展開螺旋升角α，則可以用一條直線來表示螺旋線，以A點為研究對象。受力分析如圖4所示。圖4物料顆粒受力分析圖由以上可知，物料顆粒A受到P1、P2的合力P合的作用，即具有水平方向的速度V軸，又具有垂直軸線方向的速度V圓，圖5物料顆粒速度分解圖設螺旋輸送機的轉數(shù)為n，則由幾何知識可知A的運動速度為：（3-1）由于（3-2）則（3-3）所以（3-4）將摩擦系數(shù)代入式3-4可得：V圓=2πrn60?sinα(sinα+μcosα)因為tanα=s2πr（3-所以sinα=s2πr1+(s2πr)2因此，將式3-7代入式3-5可得:V圓=sn60?s2πr式中:n——轉數(shù)(r/min);s——螺距(m)；μ——摩擦系數(shù)，μ=tanρ；r——物料顆粒A離軸線的距離(m)。若設V圓為因變量，r為自變量，對公式中的V圓求一階導數(shù)，并令dV圓dr=0就可以求出最大半徑為：r圓max=μ+1+μ物料顆粒的軸向輸送速度為：V軸=V合cosα+由3-3式可得：V合=2πrn60?sinα(cosα+μsinα)因為tanα=s2πr所以sinα=s2πr1+(s2πr)2，cosα=因此，將式3-14代入式3-12可得：V軸=V合由以上可知，當轉速一定時，只要把螺距s控制在某一范圍之內，物料就可以得到較好的軸向輸送速度。[8]3.3螺旋葉片的計算輸送量的計算公式為:Q=60φ?β0?k?r?n?D3[9其中:Q——輸送量（t/h）；Ψ——填充系數(shù)[9]；β0——傾斜系數(shù)[9]——r——物料容重（t/m3）；n——轉速（r/min）；D——螺旋直徑（m）。表1填充系數(shù)ψ[9]物料特性易流動,磨損很少少量磨損且為顆粒至小塊狀磨損性、侵蝕性大ψ0.450.330.15表2傾斜系數(shù)β0[9傾斜角0≦5≦10≦15≦20β1.00.900.800.700.65表3物料容重r及運行阻力系數(shù)λ[9]物料r（t/m3）λ灰與渣0.7-1.03燕麥、大麥、飼料0.81.9砂槳1.8-2.13設計條件Q=1.5t/h，結合上表可知：飼料特性為顆粒、少量磨損，且水平運送。所以β0取1.0；r取0.8；ψ取0.33；k取1.0。初選主軸轉速n為80r/min將Q=1.5t/h，ψ=0.33，β0=1.0，r=0.8t/m3，n=80r/min,k=1.0得：D=105.8mm圓整后D為100mm，再把D=100mm代入式3-16計算可得：n=94.7r/min，圓整后n為90r/min，取螺距l(xiāng)為100mm。3.4螺旋機殼內徑的選擇LS型螺旋輸送機的機殼一般采用薄鋼管制成，厚度為2～6mm。螺旋葉片與機殼的間隙通常定為5.0～20mm之間，間隙設計要求如表4所示，選取間隙為10mm，螺旋機殼內徑就為110mm，再取機殼厚度為5mm，則可得機殼外徑就為120mm。[10]如圖6所示。表4螺旋公稱直徑與機殼間隙[10]公稱直徑/（mm）螺旋直徑與機殼內徑的間隙/（mm）10010100-30012.5300-50015圖6螺旋輸送機機殼3.5主軸軸徑的選擇螺旋軸采用空心鋼管，其直徑一般在30mm～70mm之間。再計算出螺旋軸內徑為：d=0.2~0.35D[1]（3-1軸徑較大時，雖然可以確保物料傳輸過程中的強度，但是對輸送物料的有效面積會有一定的影響，所以應取：d=0.3D（3-18）d=0.3×100mm因此軸徑為30mm。主軸選用厚度為5mm的鋼管，則內徑為20mm。3.6進、出料口尺寸的計算螺旋輸送機的出料口、進料口是根據(jù)需要開設的，通常是從頭部出料，尾部進料，但是有時也可以從尾部出料，頭部進料，還可以根據(jù)需要從尾部進料，頭部和中部同時出料。3.6.1進料口進料口的結構設計如圖7所示，進料口的作用是連接進料漏斗和螺旋輸送機的運輸裝置，其大小只需保證螺旋輸送機在工作時有充足的物料進入螺旋體。[1]圖7進料口3.6.2出料口（1）出料口的結構出料口的結構設計如圖8所示，出料口是焊在機殼下方讓物料流出的裝置,在出料口處的機殼開孔時應注意機殼的內孔尺寸，其橫截面面積有一個最小值。[1]圖8出料口（2）出料口橫截面積的計算因為輸送量為Q=1.5t/h,而容重為r=0.8t/m3,所以物料的輸送量就可轉換為q=1.875m3/h；因此VV軸=S×n60式中：S——節(jié)距（m）；n——轉速（r/min）。所以軸向輸送速度為：V計算截面積得，s=qV軸（3-s=綜上可得，出料口的橫截面面積要大于0.0035m3.7支撐架的設計支撐架一般是用灰鑄鐵鑄造而成，安裝在螺旋軸外部。為了保證強度要求，設計時讓其中心線距離底座距離為200mm，壁厚8mm。[1]如圖9所示。圖9支撐架3.8傳動功率的確定螺旋輸送機正常運轉的功率可用以下公式計算：P0=Q×λ×L+H367+D×L20[1]式中：Q——輸送量；λ——阻力系數(shù)；L——總長度；H——垂直高度；D——直徑。代入數(shù)據(jù)：Q=1.5t/h,λ=1.9，L=50m，D=100mm，H=0?？傻茫琍04電動機和減速器的計算與選型4.1電動機的計算與選型從各方面考慮，電動機的功率是影響電動機型號選擇的重要因素。當電動機使用功率過大時，由于電動機不能正常滿載工作，導致傳動效率比較低，而且還增加了電動機不必要的能耗，在很大程度上造成無關浪費，電動機在小功率下運行時，難以保證電動機在正常轉速下工作，稍有不慎可能會使電機因為載荷過大而損毀。電動機在運行過程中,會伴隨著機械能轉化為內能致使電動機出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象,在很大程度上影響了電動機正常運行的效率。而電動機的發(fā)熱現(xiàn)象取決于電動機是否在額定功率下正常運行以及電動機工作時間的長短。一般條件下電動機在正常工作條件下,它的運行狀態(tài)可以大致分為短時運行、重復短時運行和長期連續(xù)運行這三種基本的運行類型。由上文的計算可知輸送物料所需要的功率為0.64Kw，螺旋軸的工作效率可取，閉式圓柱齒輪傳動，取，軸承選用滾動軸承，則取，而聯(lián)軸器可取、。[11]因此，總效率為:η總=η查閱相關資料[11]可知，所選取的齒輪和聯(lián)軸器等符合精度要求。計算總功率：P總=P0ηP因此可選用電動機功率為1.1。查閱相關資料，選擇Y90S-4型號電動機[11]。如表5所示。表5Y90S-4電動機的主要性能參數(shù)[11]電動機型號額定功率/（kw）滿載轉速/（r/min）電機軸直徑/（mm）質量/（kg）Y90S-41.1140024224.2減速器的計算與選型螺旋輸送機驅動裝置中的減速器通常采用圓柱齒輪減速器?？倐鲃颖葹椋篿=nmni輸入轉速1400r/min，傳遞功率1.1kw計算出功率：[13](4-5)其中:——減速器的傳遞功率；——工況系數(shù)，查閱相關資料可得；——對應輸入轉速的減速器機械強度折算許用公稱功率；——對應輸入轉速的減速器機械強度許用公稱功率；——輸入轉速；——承載能力表中靠近的轉速。根據(jù)i=15.56，，將i圓整為i=16，n1圓整為，并且知道P1c=1.1kw，查閱相關資料可得出低速級中心距為112mm，再根據(jù)中心距查閱相關資料即可選用減速器的型號為ZLY112-16-IJB/T8853-2001。[1綜上所述，選擇減速器型號為ZLY112-16-IJB/T8853-2001，此減速器公稱輸入轉速為1500r/min，輸出轉速為94r/min，輸入軸直徑為22mm，輸出軸直徑為38mm。[13]如表6所示。表6ZLY250減速器各尺寸大小[13]型號輸入轉速/（r/min）輸出轉速/（r/min）輸入軸直徑/（mm）輸出軸直徑/（mm）ZLY112-16-I1500942238電機軸的扭矩為：T=9550Pn[14]（T所以，聯(lián)軸器的轉矩為：Tc=KT其中：K為工況系數(shù)。查閱相關資料可知，螺旋輸送機的工況系數(shù)為1.4。[11]T根據(jù)以上計算可知，聯(lián)軸器的扭矩并不大，可以考慮選擇滾子鏈聯(lián)軸器，型號為GL2GB/T6069—2002，其軸孔直徑分別為22mm和24mm，公稱轉矩為Tn=63Nm。[T因此，聯(lián)軸器滿足要求。

5主軸的應力分析與強度校核5.1主軸的應力計算⑴計算主軸所受的彎矩此次設計的螺旋輸送機主軸全長50m，中間吊軸承的間距為2.5m，主軸在豎直方向的受力示意圖如圖10所示。圖10主軸豎直方向受力圖總重為：G=G1+G2+G3（5-1）其中：G1——殼體中物料的重量；G2——螺旋葉片的自重；G3——主軸的自重。由式2-4和2-5可知：外螺旋線的長度為：L=(3.14×100)2內螺旋線的長度為：l=(3.14×30)葉片寬：b=L-l2（5b=96.5(葉片厚選為3mm，螺距為100mm，50m的螺旋軸總共由500個螺旋葉片拉伸焊接。螺旋葉片的體積為：V螺旋葉片的自重為：G2主軸的自重為：G計算機殼中物料的總重G1(不包括螺旋葉片在機殼中所占的體積):G因此：G=G1+G2+G3=2592+8350+15001=25943N螺旋輸送機在安裝的時候間隔2.5米安裝一個支座,吊軸承是固定在機殼上面的,螺旋主軸每一段的彎矩也是相同的,所以只需要計算一段的彎矩,再求出最大值,進行校核。[14]根據(jù)圖10可得：F1+F2+F3+F解得：F=1235.4N主軸在第一段的彎矩為：M=F×S，查閱相關資料[14]可知，Mmax=F×S（5M⑵計算主軸所受的扭矩螺旋輸送機在輸送物料時受到較大的扭矩，螺旋葉片推動物料向前滑移，扭矩的計算公式為：T=9550Pn（5其中：P——主軸傳動的額定功率；n——主軸的轉速。T主軸各段的彎扭組合圖如圖11所示。圖11主軸彎扭圖5.2主軸的強度校核根據(jù)第三強度理論校核主軸的強度：σr3=1WMmax2+T2≤[σ-1而抗彎截面系數(shù)為：W=πD3(1-α4)其中：外徑D=30mm，內徑d=20mm，α=2由式5-6和式5-7可得：σr3因為主軸為16Mn鋼材質，其[σ-1]=350MPa[14所以，σ因此主軸選擇合適。由以上可知，主軸的扭矩為：T=67.9所以，聯(lián)軸器的轉矩為：Tc=KT（5-其中：K為工況系數(shù)。查閱相關資料可知，螺旋輸送機的工況系數(shù)為1.4。[11]T根據(jù)以上計算可知，聯(lián)軸器的扭矩并不大，且減速器輸出軸直徑為38mm,主軸直徑為30mm，可以考慮選擇滾子鏈聯(lián)軸器，型號為GL5GB/T6069—2002，其軸孔直徑分別為30mm和38mm，公稱轉矩為Tn=250Nm。[1T因此，聯(lián)軸器滿足要求。

6螺旋軸軸承的選擇與校核6.1頭部和尾部軸承的選擇物料輸送前方的一端安裝頭部軸承，一般采用圓錐滾子軸承，其結構如圖12所示；尾部軸承一般采用調心球軸承，其結構如圖13所示。[15]圖12頭部軸承和端部機架圖13尾部軸承和端部機架安裝軸承的軸肩直徑為30mm，通過查閱相關資料可知，頭部采用圓錐滾子軸承32006，尾部采用調心球軸承1206。[11]如表7所示。表7軸承相關系數(shù)[11]軸承型號內徑d/(mm)外徑D/(mm)寬度B/(mm)基本額定動載荷C/(kN)判斷系數(shù)e軸向動載荷系數(shù)Y3200630551735.80.431.4120630621615.80.24YY6.2中間吊軸承通常情況下,當螺旋軸較長時，為了保證輸送機頭部和尾部之間的同軸度，把吊軸承安裝在螺旋輸送機的頭節(jié)與中間節(jié)、中間節(jié)與尾節(jié)之間。而且安裝上的吊軸承可以盡可能的提高螺旋輸送機自身承載能力和承受在運行過程中產生的無關載荷。螺旋輸送機上所使用的吊軸承一般采用合金制件或鑄鐵制件,通常使用鋼板焊接效果比較好。[5]中間吊軸承結構如圖14所示。圖14中間吊軸承6.3軸承的強度校核本次設計的螺旋輸送機，用滑動軸承作為中間吊軸承，其強度很高，不需要校核。現(xiàn)在主要校核頭部軸承和尾部軸承，其受力圖如圖15所示。圖15頭部軸承和尾部軸承受力圖軸承在豎直方向所受的力為：F1=F2=F=1235.4而水平方向所受的力就為物料與機殼由于摩擦而產生的力，查閱有關資料可知，飼料與螺旋葉片鋼材之間的摩擦系數(shù)為:μ=0.3[16因此，總的摩擦力為：f=μ×G1f而F3+F4=f,F3=F4解得：6.3.1頭部軸承的校核用兩個型號為32006的圓錐滾子軸承作為頭部軸承?？拷舛说膱A錐滾子軸承主要承受水平方向的軸向力，而最內側的軸承主要起到保持平衡的作用，兩個軸承同時承受豎直方向的徑向力。在主軸靜止的情況下，軸承只承受豎直方向的徑向力，在主軸旋轉的情況下，軸承則要承受水平方向的軸向力和豎直方向的徑向力，因此，只需要對主軸轉動時外側的軸承進行校核。[1]水平方向的軸向載荷為：F豎直方向的徑向載荷為：Fr=0.5×F2（F而F查閱相關資料[12]可知，當FaPr=0.4Fr+YFa取Y