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圆柱型产品填充粉末料的自动机设计【5张图纸-2A0】【优秀】

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关键词：: 圆柱产品填充粉末自动机设计图纸优秀

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圆柱型产品填充粉末料的自动机设计

47页 22000字数+说明书+任务书+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】

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圆柱型产品填充粉末料的自动机设计开题报告.doc

圆柱型产品填充粉末料的自动机设计论文.doc

定量给料机A0.dwg

带式输送机A1.dwg

总装图A0.dwg

螺旋片A2.dwg

螺旋送料机A1.dwg

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摘要

　　　螺杆式粉末定量包装机的结构简单，不需要称重装置，充填效率高，应用十分广泛。螺杆式粉末定量包装机中的主要研究对象时螺杆，其主要原理为通过控制螺杆的旋转圈数或旋转时间来控制被充填物料的重量。

　　　本文结合粉末颗粒物料的运动物理性质，首先运用单质点法对粉末颗粒的下料过程利用数学表达式进行了描述，确定单个粒子的下料轨迹方程，并分析了粉末颗粒在xyz三个方向的速度及加速度的变化。研究了运动中的粉末颗粒的受力情况，以及粉末颗粒的受力与螺杆的几何参数关系。其次分析计算阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含物料容积的公式，阿基米德螺杆的轴向剖面是一个梯形，将整个梯形剖面分成两个三角形与一个矩形，利用积分方法分别求出它们的容积相加后即得整个螺杆导程内所包含粉末物料的容积。再次对螺杆充填的理论功率与实际功率做了分析，得到螺杆充填效率的表达式。为了得到较高的螺杆充填效率，综合考虑螺杆的几何参数和螺杆转速之间的关系。

关键词：螺杆式；定量包装机；颗粒物料；

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1课题的研究内容和意义1

1.2国内外的发展概况1

1.3课题研究目的和意义3

1.4 课题研究的主要内容3

2 粉末充填机总体设计方案5

2.1 引言5

2.2 粉末灌装工艺过程及可行性分析5

2.2.1工艺分析5

2.2.2总体布局5

2.3 总体传动系统6

2.3.1上料系统6

2.3.2计量充填系统6

2.3.3输送系统6

2.3.4自动控制系统6

2.4 粉末物料的基本性质6

2.5 同心旋转形成的涡旋机理6

2.5.1涡旋的定义6

2.5.2螺杆旋转形成的涡旋机理6

2.6 本章小结6

3 粉末颗粒下料的运动分析6

3.1 引言6

3.2 粉末颗粒运动轨迹方程6

3.2.1 研究方法6

3.2.2 速度分析6

3.2.3 轨迹方程6

3.3 粉末颗粒受力分析6

3.4 容积计算6

3.4.1 研究方法6

3.4.2 展开高度6

3.4.3 三角形区域的容积6

3.4.4 矩形区域的容积6

　　3.5 本章小结6

4 螺旋输送机结构设计6

4.1 螺旋输送机的简介6

4.2 旋输送机总体结构设计6

4.2.1 电机的选择6

4.2.2 输送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴6

4.2.3 螺旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择6

4.2.4螺旋叶片的表面展开尺寸6

4.3 驱动端装置设计6

4.3.1 驱动端轴的最小直径的确定6

4.3.2 驱动轴的结构设计6

4.4 中间轴承装置6

4.5 尾端装置的设计6

4.5.1计算轴的最小直径6

4.5.2 尾端轴的结构设计6

4.6 驱动装置和尾端装置轴的校核6

4.6.1 驱动装置的受力分析6

4.6.2 前端轴的校核6

4.6.3 尾端轴的校核6

5带式输送机结构简介6

5.1带式输送机的应用6

5.2带式输送机的工作原理6

5.3传动形式与驱动装置6

5.3.1 传动形式的选择6

5.3.2 驱动装置的选择6

6 结论与展望6

6.1总结6

6.2问题与展望6

致谢6

参考文献6

1 绪论

1.1课题的研究内容和意义

　　　最近几年，国内经济飞速发展，大力发展自主知识创新，对积极研发高速度高精度的新产品产生了重要的影响。我国在粉末定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动粉末定量充填包装机技术在我国从八十年代开始发展了将近二十年，发展逐渐壮大，在粉末定量充填的技术上发展已经趋于成熟，可自主生产，不再依赖于进口，但是生产规模较小，产品结构的设计和自主研发环节的能力非常薄弱[1]。之前由于我国经济发展较慢、技术水平不高，粉末定量包装行业长期处于生产效率低下的发展困境，大部分企业仍然是借鉴国外的先进技术和管理经验模式，以此降低生产成本，提高利润。

　　　但随着社会的进步，人民对生活水平要求也不断提高，生活品质也不断提高，尤其在我国进入WTO之后[2]，企业经济不断发展，各个企业面临相互间更大的竞争压力，因此在商品的包装方面，要求也越来越高。其中，比如，我们每天都用到的食盐、糖等日用品，还有洗衣粉、化肥等生产用品，以及病人经常用到的药品和营养食品等都是粉末状物料，粉末颗粒状物料与工农业生产和我们的日常生活密切相关，这些粉末料都需要按各种规格进行定量充填和包装。因此，大力发展粉末料的自动充填机对我国的经济发展有着战略意义。1.3课题研究目的和意义

　　　近年来，随着人民生活水平的不断提高及世界著名食品公司不断进入中国市场，我国奶粉和高质量、高营养的蛋白粉等粉料类食品消耗量与日俱增，粉料加工行业发展速度日益加快。与此相适应，人们越来越注重食品安全，包装塑料袋对人体危害较大，因此有着替代塑料袋包装趋势的铁罐包装逐渐拥有越来越高的市场占有率。传统的半自动灌装机多为台式机型，结构简单，只能实现称量过程自动化，其它过程都靠手工完成，生产效率低，经济利益也较低，只能用于小规模生产，不能满足大规模的生产要求。

　　　目前我国市场上的粉末罐装产品占有率逐年飙升，已经达到了百分之七十左右，面对如此多的罐装商品，罐装商品的质量和定量问题也同样值得关注。然而，有调查显示罐装商品的定量问题十分严重 [7]。一些较为贵重的罐装商品存在的问题更为严重，比如茶叶、奶粉等。为什么定量包装商品会存在如此严重的亏量，究其原因，除了有些生产企业投机取巧获取非法利润外，包装设备落后则是主要原因。

　　　我国的灌装机械行业，在经历了七十年代起步，八十年代发展和九十年代实现高速增长，在国家和有关政府主管部门的支持下，经过全行业的努力，初步形成了门类比较齐全、品种基本配套的产业。随着相关行业的迅速发展，已形成一批重点骨干企业，形成了一批既能满足国内需求，又有部分畅销国外的优势产品。

　　　最近几年，我国部分大型企业的定量包装技术有了较快的发展，但大多数中小型企业，依然存在生产设备差、生产技术水平低等现象，造成产品运行不稳定，产品质量得不到保障，产品性能单一，在国际市场上缺乏竞争力[8]。早在九十年代初期，发达国家的小称量定量包装机械发展迅猛，日本、德国、美国和意大利四国共同垄断了世界上大约四分之三的包装机械产品，技术含量也越来越高。我国虽然由于人口众多，发展成生产包装机械的大国，但并没有成为生产包装机械的强国，技术水平相对落后，在机械的设备、质量等很多方面跟发达国家还有一定的差距。因此我国面对如此严峻的发展形势，需要积极开发研究定量充填包装技术。本文即是对容积式定量充填包装技术常用的一种方式—螺杆式定量充填技术的研究。

1.4 课题研究的主要内容

　　　本课题针对粉末料利用螺杆充填下料的问题，主要研究分析螺杆的各个参数对充填的影响，找出粉末颗粒在螺杆下料过程中的运动轨迹，建立数学模型，对螺杆设计提供理论指导，还有粉末料的输送机的设计以及罐体输送机的设计。

　　　本课题具体研究内容如下：

　　（1）研究螺杆式充填机的总体设计结构，然后对关键结构进行设计计算。

　　（2）根据螺杆的受力情况及运动轨迹方程，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺杆转速范围及螺旋升角。

　　（3）对粉末料的送料机构进行设计，包括电机的选择以及驱动装置的设计。

　　（4）对圆柱型罐体输送机进行设计，即皮带输送机的设计。

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圆柱型产品填充粉末料的自动机设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目圆柱型产品填充粉末料的自动机设计 2、专题二、课题来源及选题依据随着国内各大企业的发展，包装机械的国内市场不断壮大，粉末包装机也加快了步伐，成为一种常用的先进设备，促进我国商品经济的发展，对人们的生活影响重大。最近几年随着包装技术的提升，粉末包装机的质量稳步提升，再上新台阶，对商品起到保护的作用。我国粉末包装机在市场中占有重要地位，但是暂时还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的粉末包装机，但是并没有从根本上改变设备的性能，无非是外型上发生了变化，内部还是原来的材料和装备，这种做法根本无法改变发展现状，想发展就必须彻底改变。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：研究粉末颗粒中的某一粒子在螺杆下料过程中的运动轨迹，通过数学方程描述其运动轨迹。建立数学模型，数学模型主要描述粒子在运动过程中的速度变化和加速度变化。根据螺杆的运动轨迹方程及受力情况，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺旋升角及螺杆转速范围。掌握总体传动方案的设计。将粉末颗粒物料假设为流体，研究螺杆充填的机理。四、接受任务学生：机械93 班姓名杨文浩五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目：圆柱型产品填充粉末料的自动机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923145学生姓名：杨文浩指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生“毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表”四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：圆柱型产品填充粉末料的自动机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923145 学生姓名：杨文浩指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：）2012年11月25日课题来源自拟科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义我国在定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动定量充填包装技术在我国发展了将近二十年，从八十年代开始，发展壮大，在定量充填的某些技术方面上发展比较成熟，但是国内的定量充填设备生产企业大部分以小规模为主，产品设备的设计和自主研发环节非常的薄弱。定量包装行业在过去长期处于一种生产效率低下、关键技术不高的状况，相当一部分企业的经验模式仍然是照搬照抄国外先进技术，以此降低生产成本。还有很多家庭作坊式的小企业依然依赖一套图纸生存，从不投资研发，这种单纯的追求降低成本的发展模式，导致同行业之间互相抄袭，没有自主知识产权，严重破坏国内市场秩序。因此，我们当前的任务比较艰巨，需要加大科研开发的力度，努力采用自动化控制技术和实现机电一体化作业，提高机器零件的加工工艺水平，尽量保证定量充填包装商品的准确度，加强包装新材料的研发和应用，保证被包装商品的卫生安全，注意减少对自然环境的破坏，注意包装材料的二次利用，开发出运行可靠、定量精确、生产效率高的自动定量充填机，改变整个定量包装机械行业的低水平发展，满足我国广大的市场需求，积极拓展更加广阔的国际市场。（2）粉末填充机的研究状况及其发展前景我国粉末包装机在市场中占有重要地位，但是暂时还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的粉末包装机，但是并没有从根本上改变设备的性能。改革开放以来,随着大量成套设备的引进及国际间经济技术交流活动的开展, 我国科技工作者对我国粉体包装机械给予了足够的重视。现在我国已经能自行设计制造出多种大、中、小型粉体包装机械。除了各种自动计量充填机外，自动制袋、自动上袋、封口或缝口、印字，集装等机械也造出了样机。有的小袋自动包装机质量很好，不仅能满足国内市场需要，而宜还能出口，在国际上受到了好评。有的包装机的技术性能已赶上当代国际先进水平。但总的来看，在这一领域我国与发达国家的差距还较大。研究内容研究粉末颗粒中的某一粒子在螺杆下料过程中的运动轨迹，通过数学方程描述其运动轨迹。建立数学模型，数学模型主要描述粒子在运动过程中的速度变化和加速度变化。根据螺杆的运动轨迹方程及受力情况，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺旋升角及螺杆转速范围。将粉末颗粒物料假设为流体，研究螺杆充填的机理。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）技术路线首先研究粉末颗粒中的某一粒子在螺杆下料过程中的运动轨迹，通过数学方程描述其运动轨迹，建立数学模型，数学模型主要描述粒子在运动过程中的速度变化和加速度变化。其次根据螺杆的运动轨迹方程及受力情况，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺旋升角及螺杆转速范围。（2）研究方法根据螺杆的运动轨迹方程及受力情况，对螺杆充填的效率进行分析。对实验数据进行分析处理，为粉末填充机的工作机构动力学模型、进行仿真与分析作了必要的准备。（3）可行性分析通过数学方程描述其运动轨迹，建立数学模型的方法运用成熟，因此是可行的。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年11月16日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料2012年11月20日-2013年1月20日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2013年1月25日-2013年2月10日：填写毕业实习报告。2013年2月20日-2013年3月10日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月19日-2013年3月30日：根据开题报告完成任务书。2013年4月1日-2013年4月30日：完成总装图及零件图的绘制。2013年4月30日-2013年5月25日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：我国市场前景广阔，产品质量性能逐渐满足要求，因此产品的发展必须由单纯的追求技术上的完善，转向产品外观质量的提高，放到与技术改进放到同等重要的位置，通过本课题的研究，产品必定以合理的色彩以及人性化的结构方式提高自己的附加值，吸引到更多地客户，加大自己产品的市场占有率，提高在行业中的竞争力。本文中对充填过程分析所使用的另外一个重要方法是流体力学法，因此了解粉末颗粒物料的基本性质对充填过程的分析还是有很大帮助的。特色或创新之处本课题采用实体建模的方式对设计结构进行强度分析。利用积分法对结构进行强度、刚度分析，其结构比常规的解析法更准确、可靠。已具备的条件和尚需解决的问题实验方案思路已经非常明确，已经具备建立仿真模型的能力。传动系统的研究还不够完善。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编号编号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：圆柱型产品填充粉末料的自动机设圆柱型产品填充粉末料的自动机设计计信机系系机械工程及自动化专专业业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚信信承承诺诺书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）圆柱型产品填充粉末料的自动机设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 93 学号： 0923145 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日摘摘要要螺杆式粉末定量包装机的结构简单，不需要称重装置，充填效率高，应用十分广泛。螺杆式粉末定量包装机中的主要研究对象时螺杆，其主要原理为通过控制螺杆的旋转圈数或旋转时间来控制被充填物料的重量。本文结合粉末颗粒物料的运动物理性质，首先运用单质点法对粉末颗粒的下料过程利用数学表达式进行了描述，确定单个粒子的下料轨迹方程，并分析了粉末颗粒在 xyz 三个方向的速度及加速度的变化。研究了运动中的粉末颗粒的受力情况，以及粉末颗粒的受力与螺杆的几何参数关系。其次分析计算阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含物料容积的公式，阿基米德螺杆的轴向剖面是一个梯形，将整个梯形剖面分成两个三角形与一个矩形，利用积分方法分别求出它们的容积相加后即得整个螺杆导程内所包含粉末物料的容积。再次对螺杆充填的理论功率与实际功率做了分析，得到螺杆充填效率的表达式。为了得到较高的螺杆充填效率，综合考虑螺杆的几何参数和螺杆转速之间的关系。关键词：关键词：螺杆式；定量包装机；颗粒物料；IAbstractThe powder quantitative packaging machine is simple, do not need weighing device and, with high filling efficiency,the application has been used widespread.The screw play an important role in powder quantitative packaging machine. The main principle is that it can control the filling material weight by controlling the lap or rotating time. Based on the basic physics of powder materials properties.Firstly,use the mathematical method to descript the powder particles blanking process, determine the trajectory equation of the single particle materials and analyses powder particles velocity in three directions, that is xyz velocity and acceleration of change.Studied the movement of powder particles between the stress of powder particles and the screw geometry parameter relation. Secondly,analysis and calculate the volume of the Archimedes screw Archimedes screw axial profile is a whole trapezoidal profile trapezoid, will be divided into two triangles and a rectangular,using integral method respectively and ask out their volume, and then adding them, the whole screw palpitations volume will be get. Thirdly, analysis the theory of power and actual power,getting auger filling efficiency of expression. In order to get a higher auger filling efficiency,need consider the relationship between the screw speed the screw geometric parameters.Key words: Screw; Quantitative packaging machine; Particulate materialII 目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录 .V1 绪论.11.1 课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.11.3 课题研究目的和意义.31.4 课题研究的主要内容.32 粉末充填机总体设计方案.52.1 引言.52.2 粉末灌装工艺过程及可行性分析.52.2.1 工艺分析.52.2.2 总体布局.52.3 总体传动系统.62.3.1 上料系统.62.3.2 计量充填系统.62.3.3 输送系统.62.3.4 自动控制系统.62.4 粉末物料的基本性质.62.5 同心旋转形成的涡旋机理.62.5.1 涡旋的定义.62.5.2 螺杆旋转形成的涡旋机理.62.6 本章小结.63 粉末颗粒下料的运动分析.63.1 引言.63.2 粉末颗粒运动轨迹方程.63.2.1 研究方法.63.2.2 速度分析.63.2.3 轨迹方程.63.3 粉末颗粒受力分析.63.4 容积计算.63.4.1 研究方法.63.4.2 展开高度.63.4.3 三角形区域的容积.63.4.4 矩形区域的容积.63.5 本章小结.64 螺旋输送机结构设计.6III4.1 螺旋输送机的简介.64.2 旋输送机总体结构设计.64.2.1 电机的选择.64.2.2 输送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴.64.2.3 螺旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择.64.2.4 螺旋叶片的表面展开尺寸.64.3 驱动端装置设计.64.3.1 驱动端轴的最小直径的确定.64.3.2 驱动轴的结构设计.64.4 中间轴承装置.64.5 尾端装置的设计.64.5.1 计算轴的最小直径.64.5.2 尾端轴的结构设计.64.6 驱动装置和尾端装置轴的校核.64.6.1 驱动装置的受力分析.64.6.2 前端轴的校核.64.6.3 尾端轴的校核.65 带式输送机结构简介.65.1 带式输送机的应用.65.2 带式输送机的工作原理.65.3 传动形式与驱动装置.65.3.1 传动形式的选择.65.3.2 驱动装置的选择.66 结论与展望.66.1 总结.66.2 问题与展望.6致谢.6参考文献.6无锡太湖学院学士学位论文01 绪论绪论1.1 课题的研究内容和意义课题的研究内容和意义最近几年，国内经济飞速发展，大力发展自主知识创新，对积极研发高速度高精度的新产品产生了重要的影响。我国在粉末定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动粉末定量充填包装机技术在我国从八十年代开始发展了将近二十年，发展逐渐壮大，在粉末定量充填的技术上发展已经趋于成熟，可自主生产，不再依赖于进口，但是生产规模较小，产品结构的设计和自主研发环节的能力非常薄弱1。之前由于我国经济发展较慢、技术水平不高，粉末定量包装行业长期处于生产效率低下的发展困境，大部分企业仍然是借鉴国外的先进技术和管理经验模式，以此降低生产成本，提高利润。但随着社会的进步，人民对生活水平要求也不断提高，生活品质也不断提高，尤其在我国进入 WTO 之后2，企业经济不断发展，各个企业面临相互间更大的竞争压力，因此在商品的包装方面，要求也越来越高。其中，比如，我们每天都用到的食盐、糖等日用品，还有洗衣粉、化肥等生产用品，以及病人经常用到的药品和营养食品等都是粉末状物料，粉末颗粒状物料与工农业生产和我们的日常生活密切相关，这些粉末料都需要按各种规格进行定量充填和包装。因此，大力发展粉末料的自动充填机对我国的经济发展有着战略意义。由于我们国家人口较多，对粉末充填包装商品的消耗量无疑是巨大的，而我国的包装产品发展与国外相比还有一定的差距，因此大多依赖进口，但如果单纯依靠先进的进口设备，成本就会增加，这使我国很多小包装生产企业都难以承受。因此，我们需要大力发展先进的包装科技，加强包装新材料的研发和应用，提高机器零件的加工工艺水平，保证定量充填包装商品的精度，注意减少对自然环境的破坏，保证被包装商品的卫生安全，开发出运行可靠、定量精确、生产效率高的自动定量充填机，提高整个粉末定量包装机械行业的发展水平，满足我国广大的市场需求，争取在广阔的国际市场中占有一席之地3。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况广阔的市场，繁华的街道，粉末包装机默默的为各行业提出最好的帮助。随着国际科技的发展，日新月异的产品陆续迈向了市场，包装设备也不例外，为适应市场的巨大变化，粉末包装机时刻站在市场的前列，不断创新，先从自身做起，重抓技术和产品质量，开拓先河4。目前，国内对塑料挤出机螺杆和食品挤压或者食品膨化螺杆研究较多，而对于充填螺杆的研究相对较少。螺杆的精确加工可以保证螺杆的精度，对充填精度的提高有很大帮助。改革开放以来，随着大量成套设备的引进及国际间经济技术交流活动的开展，我国科技工作者对我国粉体包装机械给予了足够的重视。现在我国已经能自行设计制造出多种大、中、小型粉体包装机械。除了各种自动计量充填机外，自动制袋、自动上袋、封口或缝口、印字，集装等机械也造出了样机。有的小袋自动包装机质量很好，不仅能满足国内市场需要，而宜还能出口，在国际上受到了好评。有的包装机的技术性能已赶上当代国际先进水平。但总的来看，在这一领域我国与发达国家的差距还较大。主要表现圆柱型产品填充粉末料的自动机设计1在5：1、科研水平低。我国对粉体物性的测试缺乏现代化的仪器设备，缺乏专业人才。开展学术研究和交流活动也较差。我们在研制这类机械时往往不得不用实际产品做试验，反复多次，费功、费时、费钱。效果还不理想，使产品的研制周期拖长。2、自动化程度低。近几年来，许多单位只着重进行了自动计量充填机的研制，缺乏对包装自动线的研制。3、设备成套性差。机械中的元件、器件或辅助机械往往配套难。如近年来引进了国外气缸制造技术但引进的气缸接口为英制螺纹，在国内难以选购到适合的气路接头。又如气缸用的关节轴承也难以选购到相配的产品。还有，有很多厂生产环带式热封机，但是很难找到能直接用在包装自动线上的热封机。4 、品种规格少。粉体的种类很多，物理性能差别很大，不可期望研制出一种万用型粉体自动计量充填机，只能针对具体对象采用具体的解决办法，以满足各类用户的不同需要。现在不仅品种少，规格也少，例如计量在 1 -10 k g 之内的粉体自动充填机国内还是空白。5、专业化程度差。现在有许多国产机型刚刚研制出样机，没有改进定型，没有专业化厂家生产，因此外形设计及制造工艺水平较低。6、设计方式落后。包装机械行业现在还没有普遍采用计算机辅助设计技术，设计周期长，对市场的应变能力差。7、元件器件质量差。国产元件、器件的质量一般都比进口件差，以电子秤用的称重传感器为例，国外的产品能用数年不坏，国产件则远不如它。8、产品的耐用性、可靠性有待提高。9、对自动包装机的使用管理方式也落后。国内用户仍然轻视包装作业，不设立专门的技术总管人员，硬将机电一体化的包装机分成几个部分交几个部门分别管理。而且维护人员往往不进行运行前的检查和调整，要等机器用坏了才来修理。这样的管理方式是很难保证机电一体化产品的正常运行的。为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过程结束。我国粉末包装机在市场中占有重要地位，但是暂时还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的粉末包装机，但是并没有从根本上改变设无锡太湖学院学士学位论文2备的性能，无非是外型上发生了变化，内部还是原来的材料和装备，这种做法根本无法改变发展现状，想发展就必须彻底改变。粉体是指固体仰料的粒度在 1mm 以下的集合体。在食品、化工、建材等许多行业中常常需要进行粉体或粉粒混合物的计量和包装作业二过去靠人工操作不仅劳动强度大，而且飞杨的粉尘污染环境，有损操作人员的健康，尤其是有毒性粉尘危害更加严重。况且人工操作时计量往往不准确，难免有些散失，有些较贵重的粉体因此造成的经济损失和能源消耗是相当大的。在发达国家中，随着生产的发展及科学技术的进步，这类作业已经实现了自动或半自动的机械化生产。国外的粉体自动计量充填机在朝着高精度，高速度、高自动化、高可靠性方向发展6。一方面不断改进已有机型，另一方面也在按市场需要研制新的机型.其重要的技术措施是尽量利用成功的经验，尽量采用先进技术开展科学研究，改进制造工艺，不仅追求优良的技术性能，而且外观质量和造型设计也很讲究。国外在包装机械设计中较普遍地运用了计算机辅助设计技术，再加上自成体系的标准化工作，所以对市场需求反应较灵活，能较快地设计并制造出新的机型以满足各类用户的不同需要。1.3 课题研究目的和意义课题研究目的和意义近年来，随着人民生活水平的不断提高及世界著名食品公司不断进入中国市场，我国奶粉和高质量、高营养的蛋白粉等粉料类食品消耗量与日俱增，粉料加工行业发展速度日益加快。与此相适应，人们越来越注重食品安全，包装塑料袋对人体危害较大，因此有着替代塑料袋包装趋势的铁罐包装逐渐拥有越来越高的市场占有率。传统的半自动灌装机多为台式机型，结构简单，只能实现称量过程自动化，其它过程都靠手工完成，生产效率低，经济利益也较低，只能用于小规模生产，不能满足大规模的生产要求。目前我国市场上的粉末罐装产品占有率逐年飙升，已经达到了百分之七十左右，面对如此多的罐装商品，罐装商品的质量和定量问题也同样值得关注。然而，有调查显示罐装商品的定量问题十分严重 7。一些较为贵重的罐装商品存在的问题更为严重，比如茶叶、奶粉等。为什么定量包装商品会存在如此严重的亏量，究其原因，除了有些生产企业投机取巧获取非法利润外，包装设备落后则是主要原因。我国的灌装机械行业，在经历了七十年代起步，八十年代发展和九十年代实现高速增长，在国家和有关政府主管部门的支持下，经过全行业的努力，初步形成了门类比较齐全、品种基本配套的产业。随着相关行业的迅速发展，已形成一批重点骨干企业，形成了一批既能满足国内需求，又有部分畅销国外的优势产品。最近几年，我国部分大型企业的定量包装技术有了较快的发展，但大多数中小型企业，依然存在生产设备差、生产技术水平低等现象，造成产品运行不稳定，产品质量得不到保障，产品性能单一，在国际市场上缺乏竞争力8。早在九十年代初期，发达国家的小称量定量包装机械发展迅猛，日本、德国、美国和意大利四国共同垄断了世界上大约四分之三的包装机械产品，技术含量也越来越高。我国虽然由于人口众多，发展成生产包装机械的大国，但并没有成为生产包装机械的强国，技术水平相对落后，在机械的设备、质量等很多方面跟发达国家还有一定的差距。因此我国面对如此严峻的发展形势，需要积极开发研究定量充填包装技术。本文即是对容积式定量充填包装技术常用的一种圆柱型产品填充粉末料的自动机设计3方式螺杆式定量充填技术的研究。1.4 课题研究的主要内容课题研究的主要内容本课题针对粉末料利用螺杆充填下料的问题，主要研究分析螺杆的各个参数对充填的影响，找出粉末颗粒在螺杆下料过程中的运动轨迹，建立数学模型，对螺杆设计提供理论指导，还有粉末料的输送机的设计以及罐体输送机的设计。本课题具体研究内容如下：（1）研究螺杆式充填机的总体设计结构，然后对关键结构进行设计计算。（2）根据螺杆的受力情况及运动轨迹方程，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺杆转速范围及螺旋升角。（3）对粉末料的送料机构进行设计，包括电机的选择以及驱动装置的设计。（4）对圆柱型罐体输送机进行设计，即皮带输送机的设计。 82 粉末粉末充填机充填机总体设计方案总体设计方案2.1 引言引言灌装机从整体结构上来分，主要有气流式灌装机和螺杆式螺旋下料灌装机。从其应用对象来分又有液体灌装机、粉料灌装机和大颗粒灌装机。各种灌装机的工作原理和结构都有其不同之处9。气流式灌装机，原理是利用真空吸取定量容积粉剂，再通过净化干燥压缩空气将粉剂吹入袋或瓶中。螺杆式灌装机，原理是通过控制螺杆的转速，来量取定量粉剂再装入袋或瓶中。2.2 粉末灌装工艺过程及可行性分析粉末灌装工艺过程及可行性分析 2.2.1 工艺分析工艺分析粉末灌装机是针对粉末颗粒进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、灌装材料和灌装过程作详细的分析和研究，并对单功能机的分析，进行扩展其功能，如扩展它的灌装尺寸范围、扩展它的灌装物件、扩展它的灌装材料、扩展它的灌装生产力等。这些扩展涉及到的主要部件的分析比较，以便得出可靠的机构。2.2.2 总体布局总体布局灌装工艺确定以后，要考虑如何实现这种灌装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排，它们又是怎样联系和形成一个完整的总体，这就是灌装机总体设计的任务。灌装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。粉末灌装机要求每分钟生产 15-20 盒。要实现这样高的灌装速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，用液压式或气动式控制机构稍微有点困难，因为液体粘度大，气体有很强的压缩性，当运动处于高速状态时惯性发热高、冲击大，液体还会因温度的升高而使粘度发生变化，影响生产运动的可靠性，所以一般只用于动作较慢的活塞往复运动机械。目前国内外在粉料灌装机中大多采用机械传动方式。因为机械传动机构能严格保证动作的可靠性10，并配合先进的微机控制技术和电子技术，能够实现比较复杂的生产动作，从而能进一步提高生产率。本文设计的粉末灌装机的操纵系统采用机械式控制系统，涉及有：链条传动，带(齿形带)传动，齿轮传动等传动机构。布局形式的选定，最主要根据灌装工艺的特点即决定于灌装的工艺性。布局式要便于灌装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据灌装工艺，碳粉灌装机布局形式宜采用立式布局，这样便于进料、送盒、灌装等。在设计中总体布局要求：(1) 在能满足生产设备多功能的基础上，保证传动结构设计简单；(2) 机械操作，操作简单，易上手；(3) 操纵手柄要安放在便于操作的位置；(4) 送料机构的摆放位置要方便安全；(5) 移动安装方便，外形简洁。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计52.3 总体传动系统总体传动系统 2.3.1 上料系统上料系统上料系统由贮料斗、提升螺杆、电机和支架组成11。上料系统的贮料斗为螺旋式，防止物料粘连，保证输送顺畅，容积大可贮藏一定量的物料，满足后期的连续化生产需要。螺杆提升物料，速度快，占地少。上料管与称料斗连接处采用软连接，防止上料系统振动对称量的影响，保证灌装系统的稳定性。软连接用帆布袋，可透气，能清洗。 1-上料系统 2-输送带 3-支架 4-称量灌装系统5-灌装口 6-电机 7-称料斗 8-控制柜图 2.1 全自动粉末灌装机结构示意图2.3.2 计量充填系统计量充填系统螺杆式充填系统主要由伺服电机、进料口、出料口、储料仓、螺杆、控制室等组成12，如图 2.2 所示。图 2.2 计量充填系统示意图无锡太湖学院学士学位论文6 螺杆计量装置是通过控制螺杆旋转的转数或时间来量取产品。螺杆每圈螺旋槽都有一定的理论容积，在物料的堆积密度恒定的前提下，只要准确地控制螺杆转数或更换螺杆，就能完成计量。为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过程结束。然后进行包装，当包装完毕后，再重复下一个同样的计量循环14。图 2.3 工作时序图2.3.2.1 螺杆叶片的形状螺杆叶片的形状螺杆根据螺旋叶片旋向的不同可分为左旋和右旋螺杆，也可以根据头数的不同分为单头、双头和三头螺杆。多头螺杆一般用于食品加工方面，比如食品的搅拌和混合等，本文中主要研究定量充填所用的螺杆，其中最常用的是单头右旋螺杆15。螺旋叶片的形式主要有以下几种，如图 2.4 所示，其中实体型螺杆是最常用的，它适用于输送流动性较好、干燥的、小颗粒或粉末状物料 16。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计7图 2.4 螺旋叶片形式2.3.2.2 螺杆充填机的特点螺杆充填机的特点对粉粒状物料进行自动定量充填包装，从定量原理的角度来看，主要有两种方式：容积式定量充填包装和称重式定量包装17。现在广泛应用能自动计量的机电秤和电子秤，其静态计量精度可达 0.05 %18，电子秤的分辨率还可高于此值 1 倍以上，并能采用减重式计量。电子秤可以自动调零，能打印输出计量结果，还能自动修正计量偏差，所以它不仅适用于不粘附的粉体及颗粒体，而且还适用于有些粘附力的粉体。不仅适用作有斗秤，而且适用作无斗秤。电子秤由于其传感器类型不同而有多种型式，如电阻应变片式、电容式、差动变压器式及振动弦式等，其中以电阻应变片式应用最为广泛。近十年来，国外的电子称量技术发展很快，逐步克服了性能不稳定、不可靠的缺点，在自动计量包装机械中大有取代其它秤的趋势。机电秤一般没有自动调零功能，不能自动扣除秤斗上粘附的粉体的重量，所以只适用于干燥的粘附性小、流勺性好的粉体及颗粒料。机电秤也可以作成无斗秤，但要求包装容器自重误差较小才好。机电秤的响应速度较快，抗干扰能力强，用户易于掌握和维修，因此机电秤在自动计量包装机械中仍然占有一定位置19。容积式定量充填包装是通过控制被充填物料的容积来实现定量充填的，它的优点是结构简单，不需要称重装置，成本较低，充填效率高，充填精度根据被充填物料的不同而有较大变动是其缺点，主要依赖于被充填物料视比重的稳定性、物料颗粒的大小均匀程度以及物料的吸湿性和松散程度等特性。与容积式定量充填相比，称重式定量充填是通过控制被充填物料的重量来保证充填的精度，结构相对较为复杂，成本也较高，利润较低，充填效率也低于容积式充填。目前称重式定量充填采用的秤主要有三种，分别是机械式杠杆秤、电子称和机械电子组合秤。为了提高定量精度和给料速度，根据给料方式的不同分为单级给料和多级给料。一般采用多级给料方式，即一边给料一边称重的动态称量。无锡太湖学院学士学位论文82.3.3 输送系统输送系统本设计采用皮带输送机，输送带初步设计长 4 米，左端连接上罐平台，灌装口位于整条带的中部，灌装口下方安装控罐机构，使空罐定位在灌装位置，定位完成后传感器传送信号，电机启动，称量螺杆旋转，开始下料灌装，旋转速度和时间由控制系统自动设置。灌装完成后，罐前行下一空罐进入灌装位置。 2.3.4 自动控制系统自动控制系统自动控制系统采用先进的可编程控制器自动控制生产全过程，液晶显示屏显示当前灌装状态，自动计数，按钮可以调整灌装速度、灌装容量。2.4 粉末物料的基本性质粉末物料的基本性质若想要分析某一种粉末在定量充填过程中的运动轨迹，首先要了解粉末料的基本物理性质，而其中最基本的一个性质是粉末的半径的物理性质。粉末颗粒的形状大小及颗粒分布状态对粉末充填的过程影响是极大的。如传统材料中的咖啡，粗细颗粒的分布、颗粒的大小形状对产品性能有着非常大的影响，例如医药行业中的某些药剂，可以通过改变药剂的颗粒大小来改变药剂的用量和吸收性。 2.5 同心旋转形成的涡旋机理同心旋转形成的涡旋机理 2.5.1 涡旋的定义涡旋的定义涡旋是指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象，是涡量聚集的涡结构，一般旋涡内部有一涡量的密集区，称为涡核，一群流体微团围绕涡核旋转。我国北航教授陆士嘉也指出，流体的本质运动就是涡，因为流体经不起搓，一搓就搓成了涡。这里所提到的“搓”是指流体在运动中所受到的剪切力20。德国物理学家、近代力学奠基人之一屈西曼，简单而又明了的说明了涡旋在流体运动中的重要性，即涡旋是流体运动的肌腱。陆教授指出了固体与流体的本质区别，也说明了流体运动中出现涡旋现象的原因。在螺杆式粉末定量包装机中，旋转的螺杆对储料器中粉末物料起到了“搓”的作用，使粉末物料的流动速度、运动密度等发生了变化，粉末物料的流动变为有旋流动，形成了流体运动中的漩涡。2.5.2 螺杆旋转形成的涡旋机理螺杆旋转形成的涡旋机理同心旋转的定义为两同心圆柱之间的相对旋转，螺杆式粉末定量包装机内部就属于同心旋转的范畴，从相对运动学的角度出发，由于螺杆与储料仓是同心的，虽然螺杆外围的储料仓是静止不动的，但当螺杆旋转时，螺杆与外部储料仓属于同心旋转。在不同的条件下同心旋转运动会产生结构各异的涡形，同心旋转最典型的的流动模型为两同心圆柱之间旋转形成的库埃特流，而库埃特流也是形成涡旋的典型流动方式21。典型的库埃特流实验的示意图如下所示，为内外圆柱的同心相对旋转。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计9 （a）旋转库埃特流；（b）同心圆筒间的泰勒涡图 2.5 旋转库埃特流实验示意图圆柱的内半径为 1R，以角速度 1 旋转，圆柱的外半径为 2R，以角速度 2 旋转22，经典的库埃特流模型为内外圆柱同心旋转，同时旋转的圆柱之间充满了一定黏性系数的流体。库埃特流模型规定，如果内外圆柱的长度远远大于内外圆柱之间的间隙，则内外圆柱两端的端部效应可以忽略，圆柱可以近似的被看成无限长。总上所述，同心旋转会形成涡旋运动，螺杆式粉末定量包装技术与同心旋转不同的是，充填螺杆代替库埃特流模型的内圆柱，储料器代替了库埃特流的外圆柱，这样就形成了同心旋转问题，螺杆充填机的螺旋叶片作用在粉末物料上，产生了螺杆充填机内的涡旋运动。2.6 本章小结本章小结本章分析了螺杆式充填机的功能:高速、多功能、范围大，提出灌装工艺路线图和合理的布局。其次主要研究了螺杆充填机中螺杆的运动机理及特点，以及螺杆叶片的形状对粉末下料时的影响。无锡太湖学院学士学位论文103 粉末颗粒下料的运动分析粉末颗粒下料的运动分析3.1 引言引言目前国内外粉末定量包装主要使用螺杆式定量充填包装机，利用螺杆的旋转下料，以及通过控制螺杆旋转圈数来得到可靠的计量精度。在使用螺杆定量充填的过程中，粉末颗粒的运动有一定的规律可循，并不是并非杂乱无章的。为了得到粉末颗粒在下料过程中的运动轨迹方程，在螺杆螺旋面的下方，取出单个粉末颗粒作为研究对象，研究一个单元体的运动轨迹方程。在螺杆充填下料过程中，并不是只有一个单元体在运动，它的运动情况必然受到其他粉末颗粒的影响，所以在研究某个单元体的运动时，需要适当的进行以下几个假设：（1）假设粉末颗粒在运动时与螺杆的螺旋面始终不粘，避免考虑颗粒与螺杆螺旋面因粘连问题而改变运动轨迹的情况；（2）假设粉末颗粒沿螺杆的径向方向被分成无数个小层，且各层之间无相对滑动现象，在研究过程中某个单元体受到其他粉末颗粒影响的情况就不必考虑；（3）假定粉末颗粒的运动方程是在螺杆以匀速旋转的情况下求解的，不必考虑螺杆速度不均匀时的状态。另外，在实际应用中，大多数用于定量充填的螺杆为阿基米德螺杆，本文也是以阿基米德螺杆为例进行分析23。3.2 粉末颗粒运动轨迹方程粉末颗粒运动轨迹方程粉末颗粒在螺杆旋转叶片的作用下，是沿着一定的轨迹进行运动的，是有规律可寻的。轨迹的定义是符合一定条件的动点所形成的图形，又或者说，符合一定条件的点的整体所组成的集合，叫做满足该条件的点的轨迹24。因此研究螺杆的充填规律，可以通过研究粉末颗粒在螺杆叶片作用下的运动规律，获得粉末颗粒运动轨迹方程。由于本文中研究的粉末颗粒运动特征是连续性的，所以此处研究的粉末颗粒运动轨迹即为粉末颗粒从起始位置到结束位置所经过的路线的空间特征。3.2.1 研究方法研究方法在螺杆叶片的正螺旋面下方，在螺杆螺旋面的边缘取某一单元体，命名为 A，如图 3.1所示。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计11 图 3.1 螺杆坐标系根据上面的假设情况，假设螺杆以角速度做稳定的匀速旋转，单元体 A 在螺旋面1的牵连作用下，只考虑螺杆在匀速状态下的情况，以稳定的角速度沿着螺杆旋转的方2向旋转。由于单元体 A 存在自身重力以及管壁对单元体的摩擦力作用，此处摩擦力不可忽略不计，因此导致螺杆旋转的角速度始终大于单元体 A 自身的角速度，这也是12螺杆叶片带动单元体 A 向下运动的主要因素25。为了方便计算研究，过 A 点作一平面 P，使平面 P 平行于 Z 轴，如图 3.1 所示，在 P 面上过 A 点做螺旋线的切线 T-T，再过 A 点沿螺旋面圆周方向作一水平线 L-L。 3.2.2 速度分析速度分析下面探讨粉末料运动速度与螺杆旋转速度的关系，之间究竟有何影响，为使研究方便，我们将平面 P 进行单独分析，以更好的获得实验研究结果。如图 3.2 所示：无锡太湖学院学士学位论文12 图 3.2 A 在 P 平面内的运动分析在图 3.2 中，可以仔细的观察出 T-T 线与 L-L 线的夹角是螺杆的螺旋升角，设螺杆的半径为，螺杆的导程为。在图 3.2 中1r0s sV11r 1 . 3 是单元体 A 在螺杆螺旋面上的重合点的速度，它的方向与 L-L 线一致，如图SV3.2。单元体 A 的速度与螺杆螺旋线的方向 T-T 一致，是相对于螺杆旋转的相对速度。TV然后综合速度合成原理，由相对速度和单元体 A 与螺杆螺旋面重合点的速度组成TVSV一个平行四边形，由此得出的大小与方向。AV在平行四边形中，是单元体 A 下降过程中的绝对速度，与水平线 L-L 的夹角AVAV为。将速度分别向水平方向和垂直方向上投影，水平方向上的分速度为，垂直方AVLV向上的分速度为，由图 3.2 可知：ZV 2121rcostanrsinALAZVVVV.23单元体 A 向下运动的有效速度在垂直方向上的速度分量，而在水平方向上的速度ZV分量是单元体 A 运动的水平速度。我们希望获得较高的充填效率，即同一时间内，充LV填的量越多越好，因此粉末颗粒在垂直向下方向的速度越大越好，而在水平方向上的ZV速度越小越好，水平方向上的速度会影响物料颗粒向下运动的速度，而且浪费了系LVLV统的部分能量26。在图 3.2 中，由式 3.1 和 3.2 可得：LSVV 2111rr3 . 3 即 214 . 3前面从理论上已经分析过单元体 A 的角速度小于螺杆旋转的角速度，这里从实际的速度分析中也能得到与之相同的结论，再一次验证了理论的正确性。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计13下面分析粉末颗粒在垂直方向上的速度与螺杆转速的关系，以及与螺杆几何参数ZV之间的关系。根据图 3.2 有： tanr21ZV5 . 3 又： cottan1cottancot2121212111rrrVrrZ6 . 3 121tan cot 7 . 3 11V tanrtan1tan cot1tan cotSZV8 . 3从上面的公式中可以看到物料颗粒垂直下降的有效速度与转速及螺杆几何参数的函数关系。 3.2.3 轨迹方程轨迹方程在图 3.1 所示的坐标系中，把单元体 A 的运动轨迹分解到各个坐标方向上，得出方程表达式为： 2tsztsinrytcosrx2121219 . 3其中：t为单元体 A 沿螺杆叶片旋转方向的时间；为单元体 A 运动的实际通过路程。1s因为单元体 A 的实际通过路程无法通过实验计算得出，所以单元体 A 在 Z 轴方向上的运动轨迹无法准确计算，因此需要把实际导程转换为已知量。实际导程如图 3.3 所示：图 3.3 实际导程单元体 A 的运动路线为： tan2s11r10. 3将式 3.10 代入式 3.9 后，可得出：无锡太湖学院学士学位论文14 tansincos212121trztrytrx11. 3 在前面公式的推导过程中，都假设和为常量。上述方程表达式为单元体 A tan2在螺旋充填过程中运动时的轨迹方程。已知了单元体 A 的轨迹方程，就可以很容易的求得单元体 A 的速度和加速度。很明显，对单元体的轨迹方程中的时间t进行分别求导，即可得出单元体在各个方向的速度为： x12212212sincostanyzdxVrtdtdyVrtdtdzVrdt 12. 3据速度合成公式，求出图 3.2 中速度：AV 222zyxAVVVV13. 3将式 3.12 代入式 3.13 后得： costan1tancossin2122122122212221rrrtrtrVA14. 3的方向在图 3-2 中与水平线 L-L 的夹角为角。AV再次分别对各个坐标方向上分速度中的t求导，即可求得单元体 A 的加速度： 0sincos22212221dtdVatrdtdVatrdtdVaZzyyxx15. 3 由合成定理得加速度的大小为： 2212222122221222sincosrrtraaaazyx16. 3 方向： 0,cosaazaz17. 3 从以上分析可以看出单元体 A 的加速度大小是个不变的量，而它的方向垂直于 Z轴，并且指向 Z 轴。3.3 粉末颗粒受力分析粉末颗粒受力分析上一节主要从速度与加速度方面分析了单元体 A 在下降过程中的运动情况，但若要圆柱型产品填充粉末料的自动机设计15最终根据粉末颗粒的运动情况进行螺杆的几何参数设计27，还需要考虑单元体 A 在下料过程中都受到哪些力的作用，以及这些力对单元体 A 究竟会产生哪些影响，对其运动轨迹又会有哪些影响，下面具体研究单元体 A运动过程中的受力情况。单元体 A 在运动过程中的受力情况如图 3.4 所示。图 3.4 单元体的受力分析由式 3.16 和质点达郎伯原理可知，设单元体 A 质量为 m，螺杆螺旋面对单元体 A正压力： 122rmNt18. 3其中：为单元体 A 在螺杆螺旋面圆周放上旋转的角速度；2 为螺杆的半径。1r 因为螺旋管壁表面并不是完全的绝对光滑，单元体接触螺旋管一定受摩擦力的影响，为了方便实验计算，因此设此摩擦力为，螺旋管壁与单元体 A 之间的摩擦系数为，aFaf则螺旋管壁对单元体 A 的摩擦力大小为： 122rmfFaa19. 3 另外，考虑螺杆的螺旋面对粉末颗粒也同样会产生摩擦力，设螺旋面与单元体 A 的之间的摩擦系数为，则螺杆螺旋面对单元体 A 的摩擦力作用大小可以表示为：tf tttNfF 20. 3 其中：摩擦力的方向与速度的方向相反，与水平方向的夹角为。tFTVN 是螺杆螺旋面对单元体 A 的正压力。在图 3.4 中，我们分析单元体 A 的受力情况，单元体 A 处于动力学平衡状态在四个力的共同作用下，将已知的四个力分别向 N-N 和 T-T 两个方向上分解投影，建立力无锡太湖学院学士学位论文16学平衡方程如下： 00TN21. 3 即 0sincos0cossinmgFFNmgFatta22. 3将式 3.20 代入式 3.22 即可得到： cossincossintatfFfmg23. 3然后将式 3.19 代入式 3.23 得： grffftat122cossincossin24. 3将式 3.24 变形后得： cossincossin221tatffrfg25. 3 式 3.25 中：常量有螺杆螺旋升角和螺杆的半径，以及螺旋管壁与单元体 A 之1r间的摩擦系数，而角度代表了粉末颗粒的充填速度，因此是变化的量。因此，式 af3.25 反映了螺杆转速对粉末颗粒向下运动速度的影响，粉末颗粒的下降随着螺杆的转速的增大，也在一定范围内相应的增大，当螺杆的螺旋升角以及半径确定以后，单元体 A下降的速度仅与螺杆的转速有关。3.4 容积计算容积计算 3.4.1 研究方法研究方法本文中主要研究阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含粉末物料容积的公式28。定量充填就是根据螺杆固定旋转圈数所决定的，为了准确的得到被充填物料的实际重量，在螺杆的实际应用中，首先要确定螺杆每转一圈所充填的物料体积是多少，然后乘以被充填物料的密度，最终确定螺杆每转一圈所充填物料的重量，从而确定所需要的螺杆旋转的圈数。阿基米德螺杆的轴向剖面如图 3.5 所示。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计17 图 3.5 阿基米德螺杆的轴向剖视面图 3.5 中，是螺杆的外半径，是螺杆轴的半径。从图中可以看出，螺杆的轴向1r2r剖面是一个梯形，上底边长为n，下底边长为m。为了计算螺杆运动一圈所包含的粉末物料的容积，将图 3.5 中的梯形分割成无数个无限小的面积，将所有的小面积与相应展开高度的乘积相加就是该导程所包含的粉末物料的容积。3.4.2 展开高度展开高度螺旋线的展开高度 H 随着半径的变化而变化，从图 3.5 中得到，要研究的处于梯形区域的半径是一个变化的值，不是恒定的，因此研究起来有些困难，它的最小值是螺杆的轴半径，最大值是螺杆的外径，因此螺旋线的展开高度是相对于每个无限小的面积2r1r上，螺旋线的展开长度。如图 3.6 所示。无锡太湖学院学士学位论文18图 3.6 展开后的螺旋线变化图依据图 3.6 可以得出H ： 22214rsH26. 3上式中的 H，是指螺杆半径 r 从螺杆轴的半径 r1 到螺杆的外半径的不断变化时，2r在其中的任意半径 r 处，所得到的螺旋线的展开长度。为了计算方便，为方便研究螺杆一个导程上的容积，我们将螺杆的梯形剖面分为两个部分，即为两个三角形和一个矩形，如图 3.7 所示：图 3.7 梯形剖面为了方便计算，在求螺杆每一个导程所输送的粉末物料容积时，可将其分开求解，螺杆沿Z轴方向的剖面被分成两个三角形ABF、CDE 和一个矩形 BCEF，先求出三角形ABF和CDE内的粉末物料的容积，再求矩形 BCEF 所包含粉末物料的容积，最后将三者圆柱型产品填充粉末料的自动机设计19结果加起来即为一个螺杆导程所输送的粉末物料的容积。 3.4.3 三角形区域的容积三角形区域的容积按图 3.8 在三角形区域对其建立直角坐标系，分析研究半径：图 3.8 建立的直角坐标系在上图所示坐标系中，把螺杆的半径 r 设为横坐标，它的变化范围设定为从螺杆的最小半径到螺杆的最大半径的范围内。把一个中间变量设为纵坐标 y，它可用我们之2r1r前的已知量或螺杆半径 r 来表示。在 ABF 中，整体计算有些麻烦，因此我们将其分解成无数块小面积，只取一小块面积进行分析研究，然后再利用积分方法求出整个三角形所包含的粉末物料的容积。 BUV 相似于三角形 ABF ，所以有： 2122rrrrnmy27. 3 得到： 2122rrrrnmy28. 3 求三角形 ABF 内的任意一处单位面积为：1S drrrrrnmydrS2121229. 3 前面已经计算过任意半径处所对应的螺旋线的展开高度为，所22214rsH以在一个导程内三角形 ABF 所包含粉末料的容积为： 122221212042rrdrrsrrrrnmV30. 3 因为在螺杆一个导程，所以整个三角形的所包含有两个三角形的粉末颗粒的容积为： 12222121214rrdrrsrrrrnmV31. 3将式 3.31 整理后得：无锡太湖学院学士学位论文20 1212222121222212114242rrrrdrrsrrrnmdrrsrrrnmV32. 3式 3.32 中，是个常数，设，令：2214ses2214 1222212142rrdrrsrrrnmp33. 3 12222121242rrdrrsrrrnmq34. 3则： 322212132rererrnmp35. 3 221122222121212lnlnrerrermn rqrrererrer3.36所以螺杆一个导程内，轴向剖面内三角形所包含的粉末颗粒的容积为： 221211222211212322321211lnln32rerrerererrrrrrrnmrererrnmqpV3.37 3.4.4 矩形区域的容积矩形区域的容积前面主要计算了在螺杆一个导程内，轴向剖面里面两个三角形区域所包含的粉末物料的容积，如果要计算整个轴向剖面粉末物料的容积，还需要计算出矩形部分 BCEF 所包装的粉末物料的容积，然后将两者相加即可。对矩形 BCEF 建立如图 3.9 所示的坐标系。图 3.9 矩形直角坐标系与前面的三角形求面积采用相同的方法，对于矩形BCEF，直接计算比较复杂，因此可以将矩形分成无数个小单位，求出一个小矩形的单位面积后，对其积分即可求得整个矩形的面积，在图3.9 中，矩形中一个单位的小矩形面积为：圆柱型产品填充粉末料的自动机设计21 ndrS 238. 3 的展开高度为：2S 22214rsH39. 3 12222124rrdrrsnV40. 3将式（3.40）整理后得： 12222rrdrrenV41. 3计算得出： 2222221121122lnlnVn rerrerererrer所以梯形剖面总的容积为: 3322121212222221122111212222211221122223lnlnlnlnmnVVVererrrmn rrerrerererrerrrn rerrerererrer3.423.5 本章小结本章小结本章为了得到粉末颗粒在下料过程中的运动轨迹方程，在螺杆螺旋面的下方，取出单个粉末颗粒作为研究对象，研究一个单元体的运动轨迹方程。先对其进行速度分析，然后得出运动轨迹方程，从而得到速度与加速度与螺旋旋转面的影响。再对其进行受力分析，对其进行容积计算，算出每个导程中梯形剖面所包含总的粉末物料的容积。无锡太湖学院学士学位论文224 螺旋输送机螺旋输送机结构设计结构设计4.1 螺旋输送机的简介螺旋输送机的简介螺旋输送机是利用电机带动螺旋回转，推移物料以实现输送目的的机械，它能水平、倾斜或垂直输送，具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易、便于封闭运输等优点。本课题重点研究在与驱动装置的合理选择，对驱动装置的合理给螺旋输送机的效率，稳定，安全性的提高大的作用29。一台螺旋输送机通常由驱动装置、头节、若干标准中间节、选配中间节、尾节、进料口、出料口等组成，除头节和选配中间节外，各节螺旋机及机壳均有互换性。螺旋机本体由头节、中间节、尾节三种组成。一般情况下，出厂总装时将中间节按长度长短依次排列，最长的中间节靠近头节，相同的中间节挨在一起。在头节内装有止推轴承承受轴向力，在中间节装有中间吊挂轴承支承螺旋轴。螺旋面的形式有实体螺旋和带式螺旋两种。各螺旋轴之间采用法兰式联接，制法）（S制法）（D保证了连接轴的互换性，便于维修。进料口是方形进料口，出料口有方形卸料口、手推式卸料口及齿条式卸料口。驱动装置有由型电动机和型减速器组成，即双型。按其装配方式的不同，2JQJZQJJ它分为右装和左装两种。螺旋输送机的形式，分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机两种型式。有轴螺旋输送机由螺杆，U 型料槽，盖板，进，出料口和驱动装置组成，一般还有水平式，倾斜式和垂直式三种:而无轴旋输送机则采用螺杆改为无轴螺旋，并在 U 型槽内装置有可换衬体，结构简单，物料由进料口输入经螺旋推动后由出料口输出，整个传输过程可在一个密封的槽中进行。我们平常所指的螺旋输送机都指有轴型式的螺旋输送机。而对许多输送比较困难的物料，人们一直在寻求一种可靠的输送方法，而无轴螺旋输送机则是一种较好的解决方法。螺旋输送机的优点主要是节能、降耗显著，其头部、尾部轴承移至壳体外30，具有防尘密封性好，噪声低，适应性强，操作维修方便进、出料口位置布置灵活等；缺点是动力消耗大，机件磨损快，物料在运输时粉碎严重。螺旋输送机是我国最早定型生产的通用性生产设备，它以输送粉状、粒状、小块状物料为主，不适宜输送易变质的，粘性的易结块的物料和大块的物料，因为这些物料容易粘在螺旋上而随之旋转，或在吊轴承处产生堵料现象，给物料输送过程带来很大的不便。4.2 旋输送机总体结构设计旋输送机总体结构设计首先对输送机作了简单的概述；接着分析了输送机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的输送机各主要零部件进行了校核。普通型输送机由六个主要部件组成：传动装置，机尾和导回装置，中部机架，拉紧装置以及胶带。最后简单的说明了输送机的安装与维护。常见的倾斜固定式螺旋输送机，其结构比较简单。主要由驱动装置，料槽，螺旋轴，驱动端轴承，中间吊挂轴承，尾部端轴承，进料口，卸料口等部分组成，如下图所示：圆柱型产品填充粉末料的自动机设计231.电动机 2.联轴器 3.蜗轮蜗杆减速器 4 .联轴器 5.驱动端轴承6.中间吊挂轴承 7.尾部端轴承 8.螺旋轴 9.进料口 10.卸料口图 4.1 螺旋输送机总体布置方式4.2.1 电机的选择电机的选择电动机类型和结构的选择：选择 Y 系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械31。电动机所需工作功率为：P dPWa (kw) (4.1)由电动机至输送机的传动总效率为：总=5根据机械设计课程设计10 表 2-2 式中：1、2、3、4、5 分别为联轴器1、滚动轴承（一对）、圆柱直齿轮传动、联轴器 2 和圆锥齿轮传动的传动效率。取 =0.99，0.99，0.97，0.93、50.99则：总=0.990.9940.970.990.93 =0.85所以：电机所需的工作功率： Pd=PW/总 (4.2) =5/ 0.85 =5.88 (kw) 输送机工作轴转速为： nW=（1-5%）（1+5%）65r/min 61.7568.25 r/min根据机械设计课程设计10 表 2-3 推荐无锡太湖学院学士学位论文24的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围 I=36。取开式圆锥齿轮传动的传动比 I1=23 。则总传动比理论范围为： Ia II1=618。故电动机转速的可选范为 Nd=Ia nW =(618)65 =3901170r/min (4.3)则符合这一范围的同步转速有：750、1000r/min 此选定电动机型号为 Y132M2-6。 4.2.2 输送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴输送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴（1）螺旋直径的确定按公式，得螺旋直径5 . 2CQKD 式中螺旋叶片直径（米）；D 物料的输送量（吨/时）；Q 物料的堆积比重（吨/米3）；水平输送时物料在输送机内的填充系数；表示物料综合特性的经验系数；K 倾斜向上输送时输送量的校正系数；(见表 2-2)C 由表 2-1，可以查得输送煤粉时:=0.0415；=0.4；=0.6； =75； KA由表 2-2，=0.8；将原始数据,ChTQ/12=0.0415=0.2170 (4.4)5 . 2CQKD5 . 28 . 06 . 04 . 012m 按表 2-3 将螺旋直径圆整为标准螺旋直径，=0.25m。D （2）螺旋轴转速的确定a)按公式带入螺旋直径，得螺旋轴转数：DAn = =150 (4.5)DAn 25. 075min/r把带入公式，校核填充系数=nD，nCsDQ247nCsDQ247=0.2837 (4.6)1506 . 08 . 025. 08 . 025. 047122此时=0.28370.350.45，所以降低螺旋机的转数为 n=120r/min ；再次校核填充系数=0.3546nCsDQ2471206 . 08 . 025. 08 . 025. 047122(0.350.45)，所以螺旋机的转数确定为 n=120r/min b)螺旋叶片螺距：S=0.8D=0.8250=200mm.圆柱型产品填充粉末料的自动机设计25输送机载荷的横断面积:F=0.01391805 (4.7)2DC4425. 014. 38 . 03546. 022m物料在输送时的运移速度: =0.4m/sv60ns602 . 0120因此，所选螺旋轴叶片直径 D=250mm, 螺旋轴转速 n=120r/min4.2.3 螺旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择螺旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择1）螺旋输送机的功率计算螺旋轴克服阻力所需功率:N = (4.8)00()367Qkw LH在公式中： N -螺旋轴所需之功率（千瓦）；0-功率备用系数；k-生产率（吨/时）；Q-物料总阻力系数；0L-输送机水平投影长度（米）H-输送机垂直投影长度(米)功率备用系数，考虑在低生产率时螺旋自重对功率的影响较大，以及为了计入空转k时的损失，一般取=1.21.4；k此时螺旋输送机倾斜向上输送，取“+” ；式中=1.2，取=1.3。0k带入公式计算得：N = =0.6914KW0oo12sin10cos10122 . 1367123 . 1按公式得驱动装置功率：=0.7355KW (4.9)N0N94. 06914. 0由于采用浮动联轴器将驱动装置与螺旋轴直接连接，在其轴上不存在有悬臂负荷，故只需校验转速比： =0.0058 (4.10)nN01206914. 0 由表 2-6 可知当=250时，=0.060。由于 0.00580.060，故是安全的。DmmnN2）驱动装置的型号选择由,查表 1-13,得驱动装置为:右装的KWN7355. 0min/120rn ，功率为的型电动机和型的减速器构成.2125 1JJKW10. 12JOJZQ 由，和选得的型号，从表 2-6 中便可查得，驱动装置的电动机min/120rn 2125 1JJ为，和减速器为，总传动比。4212JOmin/1500rn 2501JZQZ64.12i无锡太湖学院学士学位论文264.2.4 螺旋叶片的表面展开尺寸螺旋叶片的表面展开尺寸由计算得知螺旋叶片大圆直径，螺旋螺距， mmD250mmDS2002508 . 08 . 0螺旋叶片内径为 d=70mm，b=(D-d)/2=(250-70)/2=90mm。参考书得出:，D1=275mm，S=200mm，L=54mm，L=19mm，=4mm，d=70mm。所以叶mmD250片宽度 b=(D-d)/2=(250-70)/2=90mm。图 4.2 实体螺旋叶片展开图螺旋叶片计算公式，代入相关数据得222222222SDSdSdbr=52.14mm (4.11)2222222222007014. 300225014. 30020714. 390r按公式 9052.14142.14Rrbmm按公式 (4.12)ooooRRL7 .32614.14214. 308.810180SD1801802224.3 驱动端装置设计驱动端装置设计4.3.1 驱动端轴的最小直径的确定驱动端轴的最小直径的确定1）求出轴上功率 P.转速 n 和转矩 T，有之前计算得:p=0.7355kw.n=120r/min T=9.55 106=9.551060.7355/120=58.53 103npN mm2)初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理.根据表 15-3(机械设计)，取 A=112 于是得 =112=20.50mm (4.13)mindnPA3031207355. 0驱动端轴的最小直径，显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选联轴器的孔径与之相适应，故需同时选取联轴器型号联轴器的计算转矩 T =KT，查机械设计表 14-1.考虑到转矩变化不大，故取 K =1.5，则：圆柱型产品填充粉末料的自动机设计27 (4.14)1.5 58.53087.8TKTN4.3.2 驱动轴的结构设计驱动轴的结构设计(1)驱动轴如下图所示：图 4.3 驱动轴示意图1）根据要求确定轴的各段直径和长度。查螺旋输送机资料表 6-3-13 得知=40mm。半联轴器与轴配合的毂孔长 L=85mm。ad2）为了满足半联轴器的轴向定位要求，1 段右端需制出一轴肩，故取 2 段的直径=50mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度=70mm,现取=68mm。由装备图可以知道，2daL1L2 段是来安放挡圈，根据端盖挡圈尺寸及留余，取=73mm。2L轴的 3 段和 5 段都是安放轴承的，初步确定滚动轴承。因为轴承承受径向力和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴。参照工作要求并根据=50mm。由于驱动轴主要承受轴2d向力和不大的径向力，故选择对开的圆锥滚子轴承。查手册选取 0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30212，其尺寸为。mmmmmmTDd75.2311060故,而右段滚动轴承采用轴肩定位。由手册查 30212mmdd6053mmLL2353型轴承的定位轴肩高度，取，。mmh5 . 4mmd694mmL704轴的 6 段为安装端盖处，根据设计的端盖宽度，取=87mm。轴mmdd50266L的 7 段没有轴肩定位问题，考虑到与螺旋轴内孔配合，内孔还需要焊接一个套筒加强强度，故取.长度。mmd457mmL1007（2）轴上键槽和销孔的位置设计驱动轴、半联轴器与螺旋轴的周向定位均采用了平键连接，按,查机械设mmd401计手则得平键截面,驱动轴右端与螺旋轴采用方向相互垂直mmmmmmLhb56812的销轴联接，销孔直径为。124.4 中间轴承装置中间轴承装置中间轴承又称为吊挂轴承，因为它脱空悬置在槽顶的内壁板条或角钢上。由于它处于输送物料之中，一般都做称对开式滑动轴承，其轴承采用粉末冶金，巴氏合金，青铜，铸铁及其他的减磨材料，在个别情况下为了减少摩擦阻力。视需要也可以安装上滚动轴承，不过必须保证有可靠的密封，以防止微尘物料进入轴承。所有的中间轴承都是用固定在平盖板上方的油杯注油润滑，在紧靠轴承附近的平盖板上，开设有观察孔，以便于无锡太湖学院学士学位论文28观察轴承和消除轴承处因物料的堆积所引起的阻塞。GX 型螺旋输送机的中间轴承装置，如图所示，它是用粉末冶金材料作轴衬的一种对开式滑动轴承，且轴衬呈球面型，以利于自动调心。如下图所示为中间轴承装置。图 4.4 中间轴承示意图而中间轴由化工起重运输手册;螺旋输送机与斗式提升机表 1-37，查得。mmd50其他尺寸见装配图。螺旋轴呈螺旋输送机的回转部分，设计时可以采用实体螺旋，螺旋输送机的转轴一般采用钢管制成，在其两端头，焊偶连接法兰，结构如图 4.5。由前面的计算得 D=250mm.S=200mm。查考资料得,螺旋轴之间用对开式mmd50中间滑动轴承连接。4.5 尾端装置的设计尾端装置的设计4.5.1 计算轴的最小直径计算轴的最小直径由前知功率 P=0.7355=0.70kw,转速，扭矩 T=58.53N m，确定95. 0min/120rn 轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理，根据机械设计表 153，取,于是得1120A (4.15)mmnpAd16.2012070. 01123333min轴的最小直径显然是安装在法兰轴套处，取此处 d=45mm。4.5.2 尾端轴的结构设计尾端轴的结构设计1）装备方案如装备图所示：圆柱型产品填充粉末料的自动机设计29图 4.5 尾端轴示意图2）根据要求确定轴的各段直径和长度：轴的左端与螺旋轴钢管内孔相接，由于螺旋轴钢管外径为 70mm，钢管不能太厚，本次设计的钢管内径为 60mm，中间还要焊接一个加强套筒，因此取=45mm 确定=70mm，根据轴肩设计尺寸，参考驱动端端盖尺寸，1d1L选择=50mm，再由设计的端盖宽度确定=70mm，轴 3 段是轴承挡肩，取2d2L=62mm，=10mm,4 段轴安放轴承段，取=56mm,由此选取调心球轴承 1212。3d3L4d其尺寸,故取=18mm，轴最右端 6 段安装螺母mmmmmmTDd75.23110604L挡圈，采用螺母 M4810,因为有螺纹，需要车退刀槽 21，即=2mm，故=44mm，5L5d=48mm。6d3）轴上零件的周向定位螺旋轴钢管与轴的周向定位采用两个方向相互垂直的螺尾锥销固定，其尺寸为M12。4）确定轴上的圆角和倒角尺寸取轴端倒角为 2，各轴肩圆角统一取为 R2。o454.6 驱动装置和尾端装置轴的校核驱动装置和尾端装置轴的校核4.6.1 驱动装置的受力分析驱动装置的受力分析根据设计任务，螺旋输送机长度为 4m,为了制造,安装以及运输的方便,其槽体和螺旋轴均采取分节制造,查资料应分 5 节，头节长=1m,接着是=1.5m、=0.5m、0.51L2L3L4L米长的中间节，尾节长=1.5m。5L查表得每段重力大小： 11911.98,GNNG94.15212,NG66.12413NG94.15214NG42.18415 ,。g.3820.9187.71262.3155.1195KM总NG4.98038总分解为垂直于螺旋轴的力,平行于螺旋轴的力,为单位NG5.77916垂直NF6.51395q线载荷，物料阻力。mNvQq/3 .834 . 036. 01236. 0NqLF6 .999物受力图如图 4.6：无锡太湖学院学士学位论文30图 4.6 螺旋轴受力分析图由力平衡 : GFFFFFF654321 NGF99.995211 NGGF96.171622212 NGGF8 .138123223 NGGF8 .138124234 NGGF68.168125245 (4.16)NGF71.920256尾部轴承只受径向力，不受轴向力，NFFF6.123951物图 4.7 尾部轴承受力分析4.6.2 前端轴的校核前端轴的校核两轴承受径向力分别为 NF995.49721弯矩为 11146792FMLN mm圆柱型产品填充粉末料的自动机设计31按弯扭强度进行校核 (4.17)MPaWTMca14. 2)(2321 =275MpaMPaca2751ca1前端轴段径校核符合设计要求4.6.3 尾端轴的校核尾端轴的校核由于尾端轴承只承受径向力和扭矩作用，因此只对它进行扭转强度校核: ，即满足要求。34. 2tTtMPaWT无锡太湖学院学士学位论文325 带式输送机结构简介带式输送机结构简介5.1 带式输送机的应用带式输送机的应用带式输送机（直线式）用于物料的输送。采用不锈钢网带作为载体，适用于各种食品行业的烘干、去湿、冷冻等、热处理等；不锈钢制成，具有耐高温、便于清洗等特点；具体尺寸可以根据客户要求定做。带式输送机应用行业：食品、冶金、电力、煤炭、化工、建材、码头、粮食等。带式输送机结构形式有：水平直线输送、提升爬坡输送、转弯输送等多种形式，输送带上还可增设提升挡板、侧挡板等附件，能满足各种工艺要求。带式输送机输送机材质：有 A3 低碳钢、201 不锈钢、304 不锈钢等。 1 头部缩槽 2 机架 3 头部清扫器 4 传动滚筒 5 安全保护装置6 输送带 7 承载托辊 8 缓冲托辊 9 导料槽 10 改向托辊11 螺旋拉紧装置 12 尾架 13 空段清扫器 14 回程托辊 15 中间架16 电动机 17 展力耦合器 18 制动器 19 减速机 20 联轴器图 5.1 带式输送机的典型结构连续运输机可分为：(1)具有挠性牵引物件的输送机，如带式输送机，板式输送机，刮板，输送机，斗式输送机、自动扶梯及架空索道等；(2)不具有挠性牵引物件的输送机，如螺旋输送机、振动输送机等；(3)管道输送机(流体输送)，如气力输送装置和液力输送管道。其中带输送机是连续运输机中是使用最广泛的，带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护简便，适应于冶金煤炭，机械电力，轻工，建材，粮食等各个部门。本论文中设计的属于小型皮带式输送机。5.2 带式输送机的工作原理带式输送机的工作原理带式输送机又称胶带运输机，其主要部件是输送带，输送带兼作牵引机构和承载机圆柱型产品填充粉末料的自动机设计33构。带式输送机组成及工作原理，它主要包括一下几个部分：输送带、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。提高传动装置的牵引力可以从以下三个方面考虑32：（1）增大拉紧力。虽然增加初张力可使输送带在传动滚筒分离点的张力增加，但1S因增大必须相应地增大输送带断面，这样导致传动装置的结构尺寸加大，增加了使用1S成本。故设计时不宜采用。但在运转中由于运输带伸长，张力减小，造成牵引力下降，可以利用拉紧装置适当地增大初张力，从而增大，以提高牵引力。1S（2）增加围包角对需要牵引力较大的场合，可采用双滚筒传动，以增大围包角。0（3）增大摩擦系数其具体措施可在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的衬垫，以增大0摩擦系数。通过对上述传动原理的阐述可以看出，增大围包角是增大牵引力的有效方法。故在传动中拟采用这种方法。5.3 传动形式与传动形式与驱动装置驱动装置5.3.1 传动形式的选择传动形式的选择电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式， “单点”两字省略。单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。5.3.2 驱动装置的选择驱动装置的选择带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且不可避免地要带负荷起动和制动。电动机的起动特性与负载的起动要求不相适应在带式输送机上比较突出，一方面为了保证必要的起动力矩，电机起动时的电流要比额定运行时的电流大 67 倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网不因大电流使电压过分降低，这就要求电动机的起动要尽量快，即提高转子的加速度，使起动过程不超过 35s。驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由电动机、偶合器，减速器、联轴器、传动滚筒组成。驱动滚筒由一台或两台电机通过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。减速器有二级、三级及多级齿轮减速器，第一级为直齿圆锥齿轮减速传动，第二级为斜齿圆柱齿轮降速传动，联接电机和减速器的连轴器有两种，一是弹性联轴器，一种是液力联轴器。为此，减速器的锥齿轮也有两种；用弹性联轴器时，用第一种锥齿轮，轴头为平键连接；用液力偶合器时，用第二种锥齿轮，轴头为花键齿轮联接。传动滚筒采用焊接结构，主轴承采用调心轴承，传动滚筒的机架与电机、减速器的机架均安装在固定大底座上面，电动机可安装在机头任一侧。无锡太湖学院学士学位论文34带式输送机的驱动装置一般由电动机、减速器、液力偶合器（或梅花形弹性联轴器）、联轴器及逆止器或制动器组成。依减速器的形式不同可分为平行轴式、直交式和轴装式，如图 5.2 所示：图 5.2 带式输送机的驱动装置5.3.2.1 电机的选用电机的选用电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低于500r/min，因为功率一定时，电动机的转速低，其尺寸愈大，格愈贵，而效率较低。若电机的转速高，则极对数少，尺寸和重量小，格也低。设计皮带机所采拟采用 Y2-355M1-6型电动机，该型电机转矩大，性能良好，可以满足要求。5.3.2.2 减速器的选用减速器的选用本次设计选用 DBY 250-12.5 型二级硬齿面圆锥-圆柱齿轮减速器, 传动比为 12.5 第一级为螺旋齿轮、第二级为斜齿和直齿圆柱齿轮传动，其展开简图如图 5.3 所示：图 5.3 减速器示意图电动机和 I 轴之间，III 轴和传动滚筒之间用的都是联轴器，故传动比都是 1。圆柱型产品填充粉末料的自动机设计356 结论与展望结论与展望6.1 总结总结随着科学技术的发展，人们对螺旋输送的机理研究也越来越深入，本文结合粉末颗粒物料的基本物理性质，将粉末颗粒物料假设为流动的流体，螺杆式粉末定量包装机属于容积式定量充填的范畴，它的结构简单，充填效率较高，不需要称重装置，主要运用流体力学法和单质点法对粉末物料的充填过程进行了研究，总结一下本文的主要工作有：1、因为想要提高充填效率，首先确定某个单元体的下料轨迹方程，并分析了粉末颗粒在 3 个坐标轴方向的速度及加速度的变化。希望的充填效率是物料颗粒在垂直向下方向的速度越大越好，而在水平方向上的速度越小越好，水平方向上的速度会影响物料颗粒的向下充填，而且浪费能量。2、分析了螺杆式充填机的功能:高速、多功能、范围大，提出灌装工艺路线图和合理的布局。其次主要研究了螺杆充填机中螺杆的运动机理及特点，以及螺杆叶片的形状对粉末下料时的影响。3、对粉末物料颗粒的下料进行了数学上的分析，在螺杆的螺旋升角以及螺旋半径确定以后，结合粉末颗粒的受力分析，得出了粉末颗粒的运动轨迹方程，从而了解了粉末颗粒的速度与螺杆的几何参数关

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