毕业设计（论文）-螺旋式压榨机的设计（全套图纸三维）.pdf

密级：密级： 学号：学号： 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ）本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 螺旋式压榨机的设计螺旋式压榨机的设计 学学 院：院： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名：学生姓名： 指导老师：指导老师： 完成日期：完成日期： 学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立 进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全 意识到本申明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名 （手写） ： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权江西科技学院江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。 本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上相应方框内打“” ） 学位论文作者签名（手写） ： 指导老师签名（手写） ： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 II 目录目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 产品概述 . 1 1.2 应用范围 . 1 1.3 主要特点： . 2 1.4 整体结构布局 . 7 第 2 章 主要机构的设计 . 9 2.1 工作原理 . 11 2.1.1 压榨原理 . 13 2.2 电机选型计算 . 15 2.2.1 电机的选型计算 . 14 2.2.2 轴承的设计计算 . 16 2.3 产品设计计算 . 16 2.3.1 技术参数计算. 17 2.3.2 卸料预压力计算 . 8 2.3.3 重要轴计算. 11 2.4 设备总体结构介绍. 15 2.4.1 设计软件介绍. 15 2.4.2 产品主体结构模型简介 . 15 第 3 章 产品使用说明书 . 17 3.1 用户须知 . 20 3.2 设备使用说明书 . 21 3.3 设备保养 . 22 3.4 设备维护须知。 . 24 第 4 章 总结 . 25 参考文献： . 26 致谢 . 27 III 摘要 本设计是针对螺旋式压榨机的设计，主要概述了螺旋压榨机的主体构造，对 螺旋式压榨机的上料、排渣、传动等机构进行了较为详细的设计。整个设计过程 中从电机选择到传动机构标准件选择都经过详细计算设计， 通过计算较为准确的 对电机进行确定选型，对结构尺寸进行了更为细致的验证。并且通过研究对市场 原有的螺旋压榨机进行了简单的改进使得设备更加适于人们的使用， 更加简单方 便。本设计包括对产品零部件材料的选择，对标准件可靠性的选择，以及设备使 用寿命的计算和对设备维护保养的时间计算，并简单的制作了操作手册。 关键词：螺旋式压榨机；螺旋压榨；主体构造 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 IV III Abstract This design is for the spiral press design. It mainly introduces the screw press main body structure, in a spiral pressing machine material, slag, transmission and other institutions for the detailed design. The whole design process from the motor selection to choose the standard transmission parts are after a detailed calculation of the design, by calculating accurately the motor determined the selection, the size of structure were more careful verification. And through the research on the market of the original screw press made a simple improvement makes the device more suitable for people to use, more simple and convenient. This design includes the choice of product parts and components, the choice of the reliability of the standard parts, as well as the equipment service life calculation and the time of maintenance of equipment maintenance, and simple production of the operation manual. Keywords: Screw press; screw press; main body structure 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 产品概述产品概述 螺旋式压榨机结构如图 1.1 所示。 主要组成包括交流电机、 涡轮蜗杆减速机、 螺旋压榨主传动轴、卸料机构等。本设备主要通过交流电机输出动力，通过涡轮 蜗杆减速机对电机输出的高速旋转进行减速增加扭矩， 实现压榨工艺需要的中速 高扭的要求，更加高效的实现压榨生产作业。 螺旋式压榨机主要用于对排水泵站、自来水厂中的拦污格子拦下的渣物进行 脱水和压缩；在造纸、酿酒、食品加工、屠宰业、皮革业、纺织业等工业废水废 渣的处理脱水、压缩有广泛的使用。螺旋压榨机的结构虽然简单但是在工业生产 制造中却发挥这不可或缺的作用。 在不断的生产使用中其结构会不断的被优化改 进，不断的被人们所使用。 本设计中的螺旋压榨机采用外罩和进料斗一体式设计，外罩可以有效的隔绝 压缩中飞溅的压缩液，并可以隔绝部分噪音，最大限度的保护生产工人的生产环 境的适宜性。本设计的螺旋压榨机建议使用膨胀螺丝固定于生产车间地面上，这 样可以减少生产中电机旋转带来的机体震动异响，以及机体的不稳定位移。并且 本设计的滤液槽被设计在机体的正下方，方便安装收集管。排渣机构被设计于设 备的最末端，并且由设计成斜坡状的钣金件将废料导出，废料导料槽可以很好的 将废料导到废料池中， 可以避免传统设计产品中废料容易混进压缩液中污染压缩 液的情况。 本设备属于小型化生产设备， 设备外形长 2170mm， 宽 600mm， 高 1650mm。 本设备适用于中小型企业单人工操作，电机功率 4kw，电机主轴输出转速 1440n/min；减速机减速比 1:30。 2 图 1.1 螺旋式压榨机示意图 1.2 应用范围应用范围 螺旋式压榨机主要用于给水工程中拦污格子拦下的渣污的压缩、脱水作业。 在其他行业也有部分使用，比如造纸业、制糖业、食品加工行业、酿酒行业、皮 革行业、屠宰行业、纺织印染、石油化工等行业。 螺旋式压榨机以其结构简单工作效率高，造价成本低等优点被各行各业所喜 爱，并被广泛使用。螺旋式压榨机可以用于一般温度的废渣的压缩脱水作业，对 于特殊行业废渣温度较高的情况下可以对螺旋杆的材质进行简单改进， 制作成耐 热隔热的压缩螺旋片，便可以适用于稍高温度的产品的压缩作业，但是对于极高 温或极低温的情况下螺旋式压榨机便不能胜任。 所以使用中请于生产厂家确认设 备可以承受的温度产品进行作业。 1.3 主要特点：主要特点： 本设备采用 Q235 材质的角钢进行焊接作业，Q235 的焊接性能优异，并且造 价成本相当低适用于设备的架台的制造。同时焊接框架吸波性好，能很好的吸收 由点解旋转产生的制动造成的震动。 本设备的外壳有工业级的不锈钢 304 折弯焊接而成，可以很好的防锈，并且 能够防止旋转过程中飞溅的压缩液溅到工人身上。 本设备驱动装置采用 220V 交流电机，该电机输出功率 4kw，排除传动过程 中损失的功率实际工作输出功率可达 3.5kw。本设备采用行业内性能较稳定的涡 3 轮蜗杆减速机，将电机输出的 1440n/min 的转速减低 30 倍。 本设备排废处采用可调节弹性机构，可以实现控压自动排废功能，这样既节 省工人操作工作， 并且换可以保证设备在任何状态下不会因为不及时卸料而造成 不必要的安全隐患和不可预测的危险。 本设备采用密封式设计，可以最大限度的保证设备运行中设备车间的整洁， 为操作人员提供一个健康卫生的工作环境。提高操作工的工作环境质量。 1.4 整体结构布局整体结构布局 一台完整的设备应该包括：动力部分、传动部分、生产部分、转送部分等。 螺旋式压榨机也不例外，本设计中的螺旋式压榨机主要包括动力装置、螺旋压榨 机构、进料排料机构等几部分。 动力部分主要包括一台 4.0kw 的交流电机， 一台 30:1 的减速机， 和其他一些 传动机构。交流电机采用国内标准的铜线电机，电机型号为 Y112M- 4，铜线电 机相对铝线电机价格能贵些但是其质量能比铝线电机好很多， 即使出现阻塞现象 也不会造成电机烧毁的情况。减速机采用蜗轮蜗杆减速机，其精度一般但是稳定 性比较好。 螺旋压榨部分主要包括一个螺旋式的主旋转轴，主旋转轴上焊接有螺旋压榨 条，螺旋压榨条采用 304 的不锈钢，采用氩弧焊焊接，保证螺旋条耐用性。 进料采用料斗进料，料斗大小设计合理，如果是流水式生产处理线作业的话 可以再加装自动化的上料装置； 压榨液出料机构采用渗透式结构将所有的压榨液 有效的收集起来并且预设有沉淀池，沉淀池设置过滤膜对压榨液进行二次过滤。 残渣处理机构设计成可调压力式的自动卸料机构， 可以根据不同的压榨产品进行 调节卸料压力，以最好的适用于各种行业的不同需求，并且还能起到保护设备的 作用。 设备采用一体机的形式将各个机构有序的整合在一台机架上，各部分分工明 确，工作流程连贯顺畅，虽紧密切合但是又不相互干涉。 4 第第 2 章章 主要机构的设计主要机构的设计 2.1 工作原理工作原理 2.1.1 压榨原理压榨原理 螺旋式压榨机主要压榨原理采用螺旋传动原理，将压榨料传送到压榨机的尾 端，随着设备的运行不断有压榨料被传送过来，随着传送料的不断堆积，尾部的 压榨料不断被累积，尾部的压力不断升高，压榨料的受力不断增大，压榨料内的 液体在压力下被挤压出来，这样就实现了压榨功能。螺旋压榨机受力最大的是螺 旋导料片，所以螺旋导料片质量的好坏完全决定了设备的可靠性，行业内大众化 的设计是将螺旋导料片焊接在螺旋主轴上， 这种设计比较简单价格低廉易于生产 制造。 还有一种设计是采用高级的四轴以上的机床加工中心进行一体式加工，并 且可以进行热处理表面处理。但是这种造价高昂，不经济，但是比焊机的设备耐 用，耐压。本设计中采用折中办法主旋转轴同样采用 304 不锈钢，但是对 304 的主轴进行回火处理，同时使用普通车床对主旋转轴车一圈螺旋槽与导料片配 合，装配式先将导料片插入到螺旋槽中，然后使用氩弧焊进行填料满焊，这样焊 接出来的产品耐压性能优越但是造价却没有加工中心制作的造价那么高昂。 2.1.2 排料机构原理 螺旋压榨机的排料机构由排料挡块和可调弹性卸料机构组成。排料挡块呈锥 形， 内部装有带法兰的直线轴承， 直线轴承可以很好的增加机构的卸料的流畅性， 保证可调弹性卸料机构能按照设计正常工作，不会造成压力超出预设值的情况。 可调弹性卸料机构由带旋钮的螺旋杆、矩形弹簧、挡块锁紧机构等组成。在压榨 不同的东西时可以根据东西的不同调节旋钮的旋进量的多少来设定压榨压力， 当 底部的压力达到预设压力时底部的压缩料就会推动排料挡块废料就会顺着排料 钣金槽排除，在排料口设置废料接收装置，随产出废料随着就运走。 2.2 电机选型计算电机选型计算 2.2.1 电机的选型计算电机的选型计算 已知旋转体，以及传动轴，轴承以及其他零部件的总重量 500KG,其他 重量约 100kg，我们取总重量为 600Kg，旋转体转动速度为 12r/min。即： NXmgG100010100=,具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 5 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 2 400 /min 0.005 电机 = Vl nr PB 3.负载转矩 0.3 10 200 0.005 1.73 . 220.9 = B gMP TLN m 式中： 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36 .=+=TMTL TS SNm S 为安全系数，这里取 1.35。 根据以上得出数据， 我们选用电机型号为 Y112M-4， 此电机厂家为机电产品。 根据电机的参数表如下： 6 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为 Y112M-4， 电机额定功率为 4KW，额定转矩为 26.75 N.m，最大转矩为 27N.m，额定转速为 1440r/min。 2.2.2 轴承的设计计算轴承的设计计算 已知轴承预计寿命 203658=58400 小时； (1）已知 n=458.2r/min 两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先两轴承为深沟球轴承 6208 型。 根据课本 P265（11- 12）得轴承内部轴向力 FS=0.63FR 则 FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取 1 端为压紧端 FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N； (3)计算当量载荷 P1、P2 根据课本 P263 表（11- 9）取 f P=1.5;根据课本 P262（11- 6）式得 P1=fp(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)轴承寿命计算 P1=P2 故取 P=750.3N； 深沟球轴承 =3； 7 2.3 产品设计计算产品设计计算 2.3.1 技术参数计算。技术参数计算。 功率计算：额定功率=输出功率减速机效率联轴器传递效率轴承效率 （1- 热损失率） 额定功率=4.0kw85%99%99%(1- 0.09)=3.3kw 主轴转速计算： 主轴转速=输出转速减速比 主轴转速=1440r/minX1/30=48r/min 压榨力 F(1)=F*cosa 螺旋角 a=30 压榨力 F（1）=2200N F=F(1)/cos30=14262.42N 螺旋扭矩=F*R 螺旋扭矩=14262.42*0.16=2281.9Nm 减速机扭矩=9550*电机功率/电机输出转数*减速比*使用系数 本处的减速机使用情况为具有中等冲击使用系数为 1.35 根据设计预设需要初步选定电机功率为 4kw 计算得出电机转速为：1430r/min 电机功率=扭矩9550电机功率输入转数速比使用系数 带入数据可得电机扭矩=2.2Nm 根据以上得出数据， 我们选用电机型号为 Y112M-4， 此电机厂家为机电产品。 根据电机的参数表如下： 8 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为 Y112M-4，电机额定功率为 4KW，额定转矩为 2.2N.m，最大转矩为 2.3N.m，额 定转速为 1440r/min。 根据计算所得数据电机选择使用 Y112M- 4 减速机选择：NMRV30 减速机。 2.3.2 卸料预压力计算。卸料预压力计算。 卸料机构预压力的调节设定是通过调节卸料机构上的矩形弹簧的压缩量来 设定的。根据预设条件里的额定压榨力为 2200N 进行反推计算过程如下。 弹簧压缩力计算公式： F=kS F 为弹簧压缩力；k 为弹性系数；S 为压缩量 预设定额定压榨力为 2200N，在额定压榨力下弹簧压缩量为 50mm，使用双 弹簧，计算可得： k=F/S k=2200/2/20mm=27.5N/mm 使用机械设计手册电子版计算结果如下： （1）设计要求： 安装载荷(要求) F1=600 (N) 安装高度 H1=55 (mm) 9 工作载荷(要求) F2= 1100 (N) 工作行程 h=20 (mm) 要求刚度 k=25 (N/mm) 载荷作用次数 N=10000 (次) 载荷类型 NType=类 （2）材料 材料名称 M_Name=油淬火回火碳素弹簧钢丝 A 类 切变模量 G=79000 (MPa) 弹性模量 E=206000 (MPa) 抗拉强度 b=1226 (MPa) 许用切应力 b=429.1 (MPa) （3）端部型式 端部型式 sType=N 压并圈取值范围 n2=3 压并圈数 n2=3 （4）弹簧基本参数 钢丝直径 d=8.0 (mm) 弹簧中径 D=32 (mm) 旋绕比 C=4 曲度系数 K=1.4 有效圈数 n=30 压并圈数 n2=3 弹簧总圈数 n1=33 实际刚度 k=41.15 (N/mm) （5）校核与分析 要求刚度 k=25 (N/mm) 实际刚度 k=41.15 (N/mm) 刚度相对误差 k=64.58 (%) 安装变形量 f1=14.58 (mm) 10 安装载荷(设计) F1=600 (N) 工作变形量 f2=26.73 (mm) 工作载荷(设计) F2=1100 (N) 试验变形量 fs=- 194.42 (mm) 最小变形比 f1/fs=- 0.07 弹簧特性(安装) Tf1=不满足要求 最大变形比 f2/fs=- 0.14 弹簧特性(工作) Tf2=不满足要求 最小切应力 min=133.69 (MPa) 最大切应力 max=245.1 (MPa) 切应力特性系数 =0.55 最大切应力比抗拉强度 max/b=0.2 弹簧疲劳强度 Tq=满足要求 稳定性要求 Tw=满足要求 安全系数 S=2.66 强迫机械振动频率 r=0 (Hz) 弹簧自振频率 n=92.71 (Hz) 是否为减振弹簧 JZ=否 承载 W= (N) 共振要求 Tg=满足要求 （6）其余尺寸参数 自由高度 H0=69.58 (mm) 安装高度 H1=55 (mm) 工作高度 H2=42.85 (mm) 压并高度 Hb=264 (mm) 试验高度 Hs=264 (mm) 节距 p=11.42 (mm) 螺旋角 =6.48127 (度) 弹簧材料展开长度 L=3317.52 (mm) 11 2.3.3 重要轴计算重要轴计算 本计算通过机械设计手册电子版计算得出，计算结果如下： 一、轴的总体设计信息如下： 轴的编号： 001 轴的名称：圆形截面阶梯轴 轴的转向方式：单向脉动 轴的工作情况：无腐蚀条件 轴 的 转 速 ： 45r/min 功率:3.3kW 转矩：700333.33Nmm 所设计的轴是实心轴 材料牌号：40Cr 调质 硬度(HB)：230 抗拉强度：750MPa 屈服点：550MPa 弯曲疲劳极限：350MPa 扭转疲劳极限：200MPa 许用静应力：300MPa 许用疲劳应力：194MPa 二、确定轴的最小直径如下： 所设计的轴是实心轴 A 值为： 99 许用剪应力范围：4052MPa 最小直径的理论计算值：41.44mm 满足设计的最小轴径：42mm 三、轴的结构造型如下： 轴各段直径长度： 长度 直径 80mm 45mm 100mm 50mm 轴的总长度：180mm 12 轴的段数：2 轴段的载荷信息： 直径 距左端距离 垂直面剪力 垂直面弯矩 水平面剪力 水平面弯矩 轴向 扭矩 50mm 130mm 0N 0Nmm 0N 0Nmm 27Nmm 轴所受支撑的信息： 直径 距左端距离 45mm 40mm 四、支反力计算 距左端距离 水平支反力Rh 水平支反转距Mh 垂直支反力Rv垂直支反转距 Mv 40mm 0N 0Nmm 0N 0Nmm 五、内力 x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 40 45 0 0 130 50 0 0 六、弯曲应力校核如下： 危险截面的 x 坐标：80mm 直径：45mm 危险截面的弯矩 M：27Nmm 扭矩 T：27Nmm 截面的计算工作应力：0MPa 许用疲劳应力：194MPa 80mm 处弯曲应力校核通过 危险截面的 x 坐标：80mm 直径：45mm 危险截面的弯矩 M：27Nmm 扭矩 T：27Nmm 13 截面的计算工作应力：0MPa 许用疲劳应力：194MPa 80mm 处弯曲应力校核通过 危险截面的 x 坐标：80mm 直径：45mm 危险截面的弯矩 M：27Nmm 扭矩 T：27Nmm 截面的计算工作应力：0MPa 许用疲劳应力：194MPa 80mm 处弯曲应力校核通过 结论：弯曲应力校核通过 七、安全系数校核如下： 疲劳强度校核如下： 危险截面的 x 坐标：80mm 直径：45mm 危险截面的弯矩 M：27Nmm 扭矩 T：27Nmm 有效应力集中系数（弯曲作用） ：2.05 （扭转作用） ：1.55 截面的疲劳强度安全系数 S：62284.85 许用安全系数S：1.9 80mm 处疲劳强度校核通过 结论：疲劳强度校核通过 静校核计算： 危险截面的 x 坐标：80mm 直径：45mm 危险截面的弯矩 M：27Nmm 扭矩 T：27Nmm 截面的静强度安全系数：142601.08 许用安全系数Ss：1.8 80mm 处静强度校核通过 14 结论：静强度校核通过 八、扭转刚度校核如下： 圆轴的扭转角：0() 许用扭转变形：0.65/m 扭转刚度校核通过 九、弯曲刚度校核如下： 挠度计算如下： x/mm i/mm 1 10 0 2 20 0 3 30 0 4 40 0 5 57.5 0 许用挠度系数：0.0035 最大挠度：0mm 弯曲刚度校核通过 九、弯曲刚度校核如下： 挠度计算如下： x/mm i/mm 1 10 0 2 20 0 3 30 0 4 40 0 5 57.5 0 许用挠度系数：0.0035 最大挠度：0mm 弯曲刚度校核通过 15 2.4 设备总体结构介绍设备总体结构介绍 2.4.1 设计软件介绍设计软件介绍 本设计使用 UG8.0 进行三维模型建模，UG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software 公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计 及加工过程提供了数字化造型和验证手段。 Unigraphics NX 针对用户的虚拟产品 设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG 同时也是用户指 南（user guide）和普遍语法（Universal Grammar）的缩写。 这是一个交互式 CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功 能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作 站，但随着 PC 硬件的发展和个人用户的迅速增长，在 PC 上的应用取得了迅猛 的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。 2.4.2 产品主体结构模型简介产品主体结构模型简介 模型结构如图 2.1，主体框架由 Q235 焊接而成，成本低廉焊接性能优越，并 且焊接后稳定性能好， 不易变形。 外壳和进料出料斗都采用 304 不锈钢焊接成型， 耐腐蚀耐磨损，表面光洁。卸料挡料块采用整体的 304 料机加工而成。 图 2.1 三维模型预览图 重要零部件