建筑用垂直运输机设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

16 届毕业设计 建筑用垂直运输机设计 学生姓名 谢杰 学 号 8011212231 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 16 指导教师 王龙 日 期 塔里木大学机械电气化工程学院制 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 前 言 介绍螺 旋垂直运输机的工作原理，阐明了螺旋运输机设计参数的选择和确定原则及方法；通过整体与部分分离的原则，设计出了更方便和多角度选择的螺旋垂直运输机。 为了满足高水准建筑工程的需求，需要对原有的传动能力的运输机的多样性进行设计改进；通过对现有垂直运输机的分析了解与比较，发现现有垂直运输机存在安装繁杂，移动不便的缺点。为了优化垂直运输机，在运输机的下部设计添加了一个可以移动的平台。运输机的传动部分采用了一级圆柱斜齿轮进行传动，这使得运输机的减速器外形尺寸大大减小。 关键词： 建筑运输机；螺旋；垂直 目 录 1引言 . 1 . 1 . 1 . 3 2 螺旋垂直运输机的设计参数 . 4 . 4 旋轴转速 . 4 旋叶片直径 . 5 距 . 6 旋轴直径 . 7 旋叶片的三维图 . 8 图 2. 8 图 2. 8 3 减速器的设计 . 9 速器的选择 . 9 机的选择 . 9 轮参数计算 . 9 齿轮三维图 . 10 曲应力的验算 . 11 的转矩、转速计算 . 11 速器选择 . 11 出轴 . 11 出轴的三维图 . 12 的校核 . 12 弯矩、转矩合成强 度计算轴的受力 . 13 4 移动底座设计 . 16 5 运输机的维护与保养 . 17 总 结 . 18 致 谢 . 19 参考文献 . 20 1 工程概况 建筑用垂直运输机的出现是随着中国的建筑业发展而出现的，顺应发展的需要，随着建筑的建设，对运输机的需求量增大，对于运输机功能要求增多，垂直运输机的出现，是建筑业得以更加速的发展。 当前我国大力发展城市建设，各种建筑耗费大量的水泥，砂石，等建材，而且对于建材需求不再单一，对运输机质量和效率提出了严峻的考验。对比当今运输机的性能，不难发现人有许多不足之处需要改进，因此， 需要在原有垂直运输机的基础上，对原有的传动能力的运输机的多样性进行设计改进，以求来满足高水准的建筑工程要求，螺旋垂直运输机就此应运而生。 1 1 引言 螺旋运输机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机械。它是利用工作构件即螺旋体的旋转运动使物料向前运送，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一，在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用，已经遍及冶金、采矿、动力、建材、轻工、码头等一些重工业及交通运输等部门。主要是用来运送大宗散货物料，如煤、矿石、粮食、砂、化肥等。在水泥工 业部门，螺旋运输机主要用来输送水泥生产所需要的原料，同时还伴随进行一些工艺处理，如搅拌、混合等。螺旋运输机类型较多、结构差异大、设计参数多，并且各参数之间相互联系和相互影响， 使得设计和选择工作复杂、难度大，尤其是一些主要参数，如果选择和组合不当，将会严重影响螺旋运输机的生产效率和工作性能。 螺旋运输机主要有水平和垂直螺旋运输机，可分别沿水平、倾斜或垂直方向输送物料，这两种机型也是最常用的。螺旋运输机根据结构可分为双螺旋运输机和单螺旋运输机，后者使用较多。 水泥工业中的螺旋运 输机主要用于原料的输送和混合，一般采用实体螺旋叶片、中间吊挂轴承、等螺距的单头普通螺旋运输机。其结构如图 1示，它由一根装有螺旋叶片的转轴和料槽组成。 转轴通过轴承安装在料槽两端轴承座上，转轴一端的轴头与驱动装置相联。料槽顶面和槽底开有进、出料口。工作原理是：物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但是由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不会与螺旋叶片一起旋转而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴 向移动。 图 1螺旋运输机在输送物料过程时，物料的运动由于受旋转螺旋影响，它的运动并非是单纯的沿轴线作直线运动，而是在一复合运动中沿螺旋轴运动，作空间运动。设螺旋运输机的螺旋为标准等螺距等直径、螺旋面升角为的单头螺旋。当螺旋面升角在展开状态时，螺旋线用一条斜直线来表示。下面以距离螺旋轴线 为研究对象，进行运动分析 (图 2 旋转螺旋面作用在物料颗粒 ，由于物料与叶片的摩擦关系， 角的大小由物料对螺旋面摩擦角及螺旋面表面 粗糙程度决定，对于一般热压或用冷轧钢板拉制螺旋面，可忽略其表面粗糙程度对角的影响，即认为。 2 法向分力 1P ，和径向分力 2P 。物料颗粒 M 在 料槽中进行着一个复合运动，既沿轴向移动。又沿径向旋转，如图 1有轴向速度 1V ，又有圆周速度 2V ，其合速度为 V。 当螺旋体以角速度绕轴回转时，距 离螺旋叶片任一半径 r 处 O 点物料颗粒 M 的运动速度可由速度三角形求解。叶片上 O 点线速度 是物料颗粒 M 牵连运动速度，可用矢量 示，方向为沿 O 点回转切线方向；物料颗粒 M 相对于螺旋面的相对滑动速度，平行于 O 点的螺旋线切线方向，可用矢量 示。若不考虑叶片摩擦，则物料颗粒 M 绝对运动速度 V。应是螺旋面上 O 点的法线方向，可用矢量 于物料与叶片有摩擦，物料颗粒 点的运动速度 V 的方向应与法线偏转摩擦角。对 可的到物料颗粒自 V 和圆周速度 2V 。其中， 1V 就是料槽中物料轴向输送速度，而 2V 则是对物料输送的阻滞和干扰。 根据物料颗粒 得到物料轴向移动速度为： )1 由于 . n 所以 : )c c (10v r 60n 2 2 S60由于 : /1 2)2/(1 , 2/ (1所以 (1又可写成： 2v 2)2/(1 2/160 rS (1理可得圆周速度： 22 )2 /(12 /60 rS (1中： S 螺旋螺距， 120mm n 螺旋转速， 490r/f 物料与叶片问的摩擦系数， f 为叶片与物料的摩擦角， a 螺旋面升角， 所以由式 (1得 由式 (1式 (1可得出物料在料槽内轴向移动速度 1V 和圆周速度 2V 随半径 r 而变化曲线图 1图 1见， 2V 在螺旋轴后随半径的增加而减小，因此，物料在螺旋内的移动过程中会产生相对滑动， 1V 在半径长度范围内随半径的增加而增加。故此，靠近螺旋轴的物料的 2V 比塔里木大学毕业设计 3 外层的大，而 1V 却比外层的要小；反之，靠近螺旋外侧物料 1V 大、 2V 小。这将使内层物料较容易随螺旋轴转动，而 产生一个附加物料流。螺旋在一定转数之前，这种附加的物料流对物料运动影响并不显著。但是，当超过一定转数的时候，物料就将产生垂直于输送方向的跳跃和翻滚 ,起搅拌而不起轴向的推进作用。这不仅会降低物料输送效率，加速设备构件磨损，并且会增大螺旋功率的消耗。因此，为了避免这种现象产生，螺旋的转数不能超过它临界转速如图（ 1 图 1直运输机工作过程 运输机启动并且空载稳定运行后，先预热几分钟，并观察整机是否有无杂音，确定没有问题后，将需要运输的建筑材料从进料口送入，一次不要太多 以避免发 生意外；建筑物料随着电机带动的螺旋叶片的旋转而上升，最后再从卸料口出来，完成运输过程，示意图如 1 图 1输机工作示意图 塔里木大学毕业设计 4 2 螺旋垂直运输机的设计参数 送量 输送量是衡量螺旋运输机生产能力一个重要指标，一般根据生产的需要给定，但它与其他参数密切相关。在输送物料时，螺旋轴径所占据的截面虽然对输送能力有一定的影响，但对于整机而言所占的比例不大，因此，螺旋运输机的物料输送量可粗略按下式计算： Q 3600F 1V 式中： Q 螺旋输 送机输送量， t/h F 料槽内物料层横截面积， 2m ， F ，其中，为填充系数 (见表 2 D 为螺旋叶片的直径， 物料的单位容积质量， t/ 3m ，它同原料种类、湿度、切料的长度以及净化方式、效果等多种因素有关，其值查阅相关手册 倾斜输送系数，考虑螺旋运输机倾斜布置时对物料的输送效果影响，倾斜输送系数见表 2实际工作中，通常不考虑物料轴 向阻滞的影响，因此物料在料槽内的轴向移动速度 1V 0。 所以： Q 60D S n （ 2 由式 (2以看出，螺旋运输机物料输送量与 D、 s、 n、有关， Q 取 0.9 时，当物料输送量 Q 确定后，可以调整螺旋外径 D、螺距 S、螺旋转速 n 和填充系数等四个参数来满足 Q 的要求。 表 2斜输送系数 倾斜角度 倾斜输送系数 填充系数 0 1 5 0 0 0 旋轴转速 螺旋轴转速对输送量有较大影响。一般说来，螺旋轴转速加快，运输机的生产能力提高，转速过小则运输机的输送量下降。但转速也不宜过高，因为当转速超过一定极限值时，物料会因为离心力过大而向外抛，以致无法输送。所以还需要对转速 n 进行一定限定，不能超过某一极值。 当位于螺旋外径处的物料颗粒不产生垂直于输送方向的径向运动时，则它所受惯性离心力最大值与其自身重力之间应有如下关 系： 塔里木大学毕业设计 5 m 2 2 r/60 考虑到不同的输送物料影响 则 30/m 所以： 3030m a x （ 2 式中： K 物料的综合系数（见表 2 g 重力加速度， m/ 螺旋最大转速，即临界转速， r/ /230 ，则式（ 2转化为常见经验公式： (2式中： A 物料的综合特性系数，见表 2 因此，螺旋输送机螺旋转速应根据物料输送量、螺旋直径和物料特性而定，在满足输送量要求前提下，螺旋转速不宜过高，更不允许超过它的临界转速，即： 式中 式 2取 210时 n=490r/ 表 2料综合系数 物料块度 磨琢性 举例 填充系数 A 值 粉状 半磨琢 性 水泥、石灰 10 液状 磨琢性 混凝土、建材料 80 旋叶片直径 螺旋叶片的直径是螺旋输送机重要参数，直接关系到运输机生产量和结构尺寸。 一般根据螺旋运输机的生产能力、输送物料的类型、结构和布置形式确定螺旋叶片的直径。 将式 (2入式 (2并设 S 1k D ， 1k 为螺旋螺距与直径的比例系数，一般取 1k ，则式 (2： 52147 （ 2 所以： 521)47( D 塔里木大学毕业设计 6 令： 521)47 1( 则： 52)( 2 式中： K 物料综合特性系数 物料综合特性系数为经验数值。一般说来，根据物料的性质，可将物料分成 4 类。第 1 类为流动性好、较轻且无磨琢性的物料；第 2 类为无磨琢性但流动性较第 1 类差的物料；第 3 类为粒度尺寸及流动性同第 2 类接近，但磨琢性较大的物料；第 4 类为流动性差且磨琢强烈的物料。物料的 螺旋叶片的直径通常制成标准系列， D 100， 120， 150， 200， 250， 300， 400， 500和 600 目前发展到 D 1000大可达 1250据式（ 2算出来的 00 距 通常螺距应满足下列两个条件：即考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。 从图 1知，物料颗粒 ： )c o s ()c o s ( t 为使 0必须满足 /2 ，因为在 d/2 处的最大 (d 为螺旋轴直径 )， 小，所以许用螺距可由下式求得： d )2/ 或 若令 : 1 ，则 1 式中： f 物料与叶片问的摩擦系数 1K 螺旋轴直径系数 . 1K 当螺距增加时，虽然轴向的输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当分布情况；相反，当螺距较小时，速度各分量分布情况较好，但是轴向输送的速度却较小。在确定最大许用螺距时，必须满足第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理速度各分量间的关系基础上，即应使物料颗粒具有尽可能大轴向的输送 速度，同时又使螺旋面上各点轴向的输送速度大于圆周速度，即 2V 1V ，由此可得： 22 )2/(12/160)2/(1 2/60 rs （ 2 塔里木大学毕业设计 7 整理得： S 2 /4 )，因此在 2r 在螺旋外径处 )，故可将上式写成： D )4/ 所以螺距 )4/ta n(2/m a a x DS （ 2 物料摩擦系数同物料在料槽里的运动取向、运动速度、物料尺寸、湿度以及螺旋叶片材料及表面的状态等有关。 通常可按下式计算螺距： （ 2 对于标准的输送机，通常螺距为 1K 倾斜布置或输送物料流动性较差时 1K 垂直布置时， 1K 1K 由上可得 S=120 旋轴直径 根据物料的运动分析可知，要保证物料在料槽中的轴向移动，螺旋轴径处的轴向速度 1V 要大于 0，即螺旋内升角 2a /2，又因为 f， S/ d ，所以螺距与轴径之间的关系必须满足的条件之一是： （ 2 轴径与螺距的关系还应满足第二个条件：螺旋轴径处的轴向速度 1V 要大于圆周速度 2V ， 即 1V 2V ，由式（ 2理可得： 11（ 2 根据式 （ 2计算，当 S (1)d (；当 d/就是说，根据式 (2算得出的轴径特别大，这就必降低有效输送截面。为了保证足 够的有效输送截面，进而保证输送能力，就要加大结构，导致输送机结构粗大笨重，成本增加。 所以，螺旋轴径与螺距的关系应该是输送功能与结构的综合，在能够满足输送要求的前提内，应尽量使结构紧凑。由于螺旋输送机的填充系数低，只要保证靠近叶片外侧的物料具有大的轴向速度，且轴向速度大于圆周速度即可。 一般轴径计算公式为： d (0 2 0 35)D （ 2 取 d=50满足式 (2 塔里木大学毕业设计 8 旋叶片的三维图 图 2 图 29 3 减速器的设计 速器的选择 一般常用减速器有两种 :圆锥齿轮减速器 ,圆柱齿轮减速器 , 圆锥齿轮减速器的齿轮旋向相反 ,轴向力相互抵消 ,结构复杂。 圆柱齿轮减速器轴具有较大刚度 ,载荷沿齿宽均匀分布 , 高速级齿轮 ,承载力难以充分发挥 ,减速器在机器中的配置不灵活。 经比较根据实际情况 ,选择减速器采用一对圆柱直齿轮。 机的选择 在本设计中选用 Y 系列一般用途全封闭式鼠笼型 n=1460r/三相异步电动机 图 3轮参数计算 小齿轮材料用 40 ，调质处理，齿面硬度为 H 60 大齿轮材料用 40 钢，调质处理，齿面硬度为 H 60 查表得： 许用接触应力为： 222211/许用弯曲应力为： 222211/计算小齿轮上的名义转矩： 61161 塔里木大学毕业设计 10 选取载荷系数 K =选取齿宽系数a= 故用 500N /m m 带入 公式计算中心距（初步）： a 00336(336()1( 3 243 21 圆整取 a=154数取 1Z =24, 2Z = 11 2Z =整取 2Z =75 模数 5 422 21 ZZ m=3 中心 距 (实际 )a=2m( 2) =(24+75) =动比 (实际 ) i= 由此得高速级齿轮参数 (见表 3 表 3轮参数 高速级 低速级 模数 m 3 模数 m 3 齿数 24 齿数 75 分度圆直径 d 度圆直径 d 顶圆直径 顶圆直径 根圆直径 根圆直径 全高 全高 两齿轮三维图 塔里木大学毕业设计 11 图 3轮三维图 曲应力的验算 选取齿型系数 Y 力修正系数 Y 22232212 2 ； 12131111 2 经查表验算，满足齿轮弯曲疲劳强度要求。 的转矩、转速计算 输出轴 80, 速器选择 出轴 最小直径 (初定 )选用 材料 45 号钢 , 调质处理 , 取 A = 120 2 3m i n 因最小处有键槽 , 因此选用 0 ， 拟定轴上零件的装配方案如下图所示： 图 3确定轴各段直径和长度 (1)上起第一段，初选推力球轴承 51108， 1d =401L =14里木大学毕业设计 12 (2)上起第二段，初选深沟球轴承 310， 2d =502L =263)上起第三段，安装齿轮， 4d =604L =B+2=624)上起第四段，初选深沟球轴承 310，5d=50L=265)上起第五段，密封要求，6d=50L=966)上起第六段，7d=50L=257)上起第七段，花键8d=38L=60上，选用 ,深沟球轴承 6310 和推力球轴承 51208。 出轴的三维图 图 3三维图 的校核 1 键的选择 (初定 ) : 90,812 1 键的强度计算 : 查表得，许用挤压应力 p=120N /m m 2 pp k 24 /075(综上，该型号键符合要求。 2 键的选择 (初定 ) : 60,816 2 键的强度计算 : 查表得，许用挤压应力 pp k 24 /288(综上，该键也符合要求。 塔里木大学毕业设计 13 弯矩、转矩合成强度计算轴的受力 受力简图如下图所示： 图 3力简图 (1)确定作用在轴上的载荷： 大齿轮分度圆直径 27周力 : 6 651022 7 27 9. 8 422 3-径向力 : 1 0 0 8 N20o s 6 5c o s aF t 轴向力 : 758N 确定支点反作用力及弯曲力矩 支承反力 : 2665 1330N 截面 -（安装大齿轮 ）的弯曲力矩 b=60 54901N 承反力 : 1 . 1 . 210082 1 0 / 27582 1641 . 241 . 221 0/ 2758 21008 截面 -的弯曲力矩 M=b=62230N c= 里木大学毕业设计 14 合成弯矩 M= 829 8 6622 3 0549 0 1 222 575251717554901 222 上的扭矩 : T=279840 N 出轴的扭力弯矩图。从图中可以判断截面 -弯矩值最大，截面 -，所以对这两个危险截面进行计算。 计算截面 -、截面 -的直径 已知轴的材料为 45（调质热处理） ,其 B =6501b=60 0160/面 -处的当量弯矩 187292)2798402986)(M 22221 I N 面 -处的当量弯矩 6790012 7 9 8 0 0 22 N 轴截面 -处的直径 07 2 9 20 . 1 331有一个键槽，则增大 5%得 3460足设计要求； 轴的扭力弯矩图： 塔里木大学毕业设计 15 a)垂直面弯矩图 b)水平面弯矩图 c)合成弯矩图 d)转矩图 e)当量弯矩图 图 3力弯矩图 塔里木大学毕业设计 16 4 移动底座设计 通过观察螺旋垂直运输机的主题部分，同时考虑到移动底座必须具备固定、和移动的功能，那么移动底座就必须可以和运输机外壳进行拆装，所以移动底座可以设计成如图 4 图 4动底座三维图 图 4配三维图 塔里木大学毕业设计 17 5 运输机的维护与保养 (1)为保证机械设备经常处于良好 的技术状态，随时可以投入运行，减少机械磨损，提高机械完好率、利用率，降低机械运行和维修成本，确保生产安全，必须强化机械设备的维护保养工作； (2)定期给轴承点润滑油，每次使用完运输机后，需要对运输机进行清洗，以免运输管内壁上残留建筑材料，影响运输效率；减速箱定期更换机油。各个密封装置要定期检查，以免密封泄露。 (3)保养坚持推广以“清洁，润滑、调整、紧固、防腐”为主要内容的“十字作业法”，实行例行保养的定期保养制，严格按周期检查保养项目。 18 总 结 本次设计结合了专用的运输机使螺旋垂直运输机技术进一 步提高，更适合各种场合的情况。同时对运输机的传动，和运输效率进行了优化设计。在原有的运输机结构上，进行了改进创新，增加了运输机的类型。 同时，为了满足建筑业运输技术的发展也要求我们不断的提高创新精神并不断的开发研究，以达到更好的运输技术，以此提高该领域的水平。 通过本次设计并查阅相关资料，学习了螺旋输送的知识，并根据现代发展状况设计此运输机。详细说明了其工作原理、工作流程。通过本次设计，自己本