毕业设计（论文）-LS120型变频调速螺旋输送及成型机的设计.doc

密级： 学号：2011037705本科生毕业论文（设计）LS120型变频调速螺旋输送及成型机的设计学 院： 机械工程学院 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 11本机械工程1班 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 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 日学院本科生毕业论文（设计）摘要 本设计的设计对象为LS120型变频调速螺旋输送与成型机，概述了LS螺旋输送机的应用与特点，重点对其中的螺旋体、驱动装置以及主要部件作了较为详细的设计。在整个设计过程中，对螺旋叶片进行了材料的选择和相关参数的设计，对作为传动系统的螺旋体进行了设计与运动分析，对驱动装置中的电动机和减速器进行了合理的选取，最后对主要部件作了具体设计，包括进料口、出料口以及机筒结构的选型，并对螺杆与机筒进行了强度校核。同时，由于设计需要，在设计中不再进行悬挂轴承的设计。 电动机是通过螺旋输送及成型机的功率来计算选型，选用YT型同轴式减速器，轴按许用弯曲应力计算法校核轴径。关键词：变频调速；螺旋输送；成型机AbstractThe design of the design object model for LS120 frequency control of motor speed screw conveyor with molding machine, summarizes the application and characteristics of the LS screw conveyor, focusing on the helix, driving device and the detailed design of the main parts in details. In the entire design process, the choice of the spiral blade material and the design of the related parameters, helix, as the transmission system for the design and motion analysis, in the drive motor and reducer for the reasonable selection of, finally, the main components of the specific design, including the feed port and discharging port and barrel structure selection, and the screw and barrel intensity. At the same time, in order to simplify the design, undertake no longer hanging bearing design in the design. Motor was calculated through screw conveyor and forming machine of power selection, selection of YT type coaxial reducer, shaft according to the allowable bending stress calculation method to check the diameter of axle.Keywords: frequency control;screw conveyor;forming machineI目录第1章 绪论11.1 产品概述11.2 应用范围11.3 主要特点21.4 整机布置形式2第2章 主要构件的设计和选用32.1 工作原理32.2 螺旋体32.2.1 螺旋叶片32.2.2 螺旋轴62.2.3 压力的确定112.3 机槽12第3章 驱动装置的设计143.1 电机的选择143.1.1 功率的确定143.1.2 对螺杆转速的要求143.1.3 实现无级调速的方法143.2 减速器的选择15第4章 主要部件的设计164.1 进、出料口的选择164.2 叶片形式174.3 螺旋轴174.4 螺杆强度的校核174.4.1 轴的扭转强度174.4.2 轴的扭转刚度184.4.3 总轴向力184.4.4 螺杆的合成应力194.5 机筒结构的选择204.6 机筒的强度校核21第5章 结论23参考文献24致谢2525第1章 绪论1.1 产品概述螺旋输送及成型机的结构如图1.1所示。其主要组成结构包括：电动机、轴承箱、减速器和螺旋体（料槽、转动轴及螺旋叶片组成）。螺旋体由轴承箱支承，由驱动装置驱动。工作时，物料从进料口进入，由螺旋叶片推动作轴向移动，在叶片螺距减小的情况下由于堆积而产生成型压力，进而在出料口处简单成型至卸料排出。螺旋输送及成型机适宜于输送和成型粉状,颗粒状和小块物料。本产品在设计过程中，将螺距逐步减小，随着螺旋轴螺距的减小，输送机的输送能力降低，使物料堆积形成挤压力，从而进行简单成型。LS型螺旋输送及成型机采用国家标准ISO1050-75，设计制造按照标准LS螺旋输送机。LS型螺旋输送与成型机的直径共有12种规格，范围为100mm1250mm，又可以分为双驱动和单驱动两种形式，双驱动螺旋输送成型机每档0.5m，最大长度可以达到80m，特大型的为60m，其长度根据需要进行选定，而单驱动最大长度能达到40m，特大型的为30m。螺旋机的头部轴承位于轴承箱内，既减少了灰尘的侵入，又提高了螺旋机元器件的使用寿命。中间吊轴承设有防尘密封装置，密封件采用尼龙或塑料，因此密封性能较好。其结构为滚动和滑动可互换形式，耐磨性加强，寿命提高。根据不同的场合，滑动轴承的轴瓦有多种材料进行选择，例如尼龙、粉末冶金和巴氏合金等。由于LS型螺旋输送机的头部轴承移到了壳体外边，并在出料端增加了清扫装置，适应性更强，整机噪声更低，维修操作更加方便。图1.1 LS型螺旋输送及成型机的示意图1.2 应用范围LS型螺旋输送与成型机始终被广泛应用于化工、煤炭、建材、机械、粮食与食品行业等各个国民经济部门。倾斜角以不超过20为宜，其结构多适宜于对煤粉、沙粒、化肥、焦碳、灰渣、水泥、粮食等小块状、粉状和颗粒状物料的输送。对于上述物料，其温度以不超过 200为宜，由于粘性大或者易结块和变形的物料在运输过程中比较容易形成粘接甚至堆积，对螺旋轴的良性工作造成极大影响，因此不适宜运用螺旋输送机进行输送。螺旋输送及成型机机使用的环境温度通常为-2050；其中，水平型螺旋输送及成型机，其输送物料温度应小于200；输送机倾角一般应小于20；输送距离一般小于40m，最大不超过70m。对于垂直型螺旋输送与成型机，其输送的物料温度以不超过80为宜，垂直提升高度小于8m。1.3 主要特点1. 螺旋输送机应用范围很广，适用于输送粉状物料。2. 结构简单、成本低、尺寸小，操作安全方便，在使用过程中能密封,是一种理想的输送设备。3. 结构新颖，技术指标先进，密封装置阻力小，耐磨性能好，整机噪声低，密封性好。1.4 整机布置形式一台完整的螺旋输送与成型机通常由驱动部分、螺旋机本体以及进出装置三个部分组成。螺旋机本体包括头节、尾节和中间节。在实际生活中，通常按照其长度对中间节进行排列，相同则排列在一起，最长的中间节应该靠近头节部位。另外，如果有特殊的排列顺序可在订货开始就给出。机盖一般为瓦片式，与机壳通过盖扣相连接并夹紧，为了改进其密封性能，还可以在机盖与机壳间加一层防水粗纺布。进出装置包括四个部分，分别为进料口、齿条式出料口、手推式以及方形出料口。一般由用户自行焊接在螺旋机机体上。在进行进出料口的位置布置时，应该注意以下两点：一是要保证端部到料口的距离，二是要避免料口与底座、机壳连接法兰或吊轴承加油杯相触碰。 驱动装置通常有两种，分别是YTC齿轮减速电机和Y系列电动机+ZQ系列减速器。驱动装置的结构组成包括JZQ系列减速器、Y型电动机以及驱动装置架三个部分。头节前部置有承受物料轴向力的止推轴承，而中间节一般均设有吊轴承，尾节后部的底座和滚动轴承一方面可以补偿螺旋长度的误差，另一方面也可以起到支撑螺旋的作用。螺旋机的安装应按顺序进行，一般从头部开始。总体布置时应考虑到出料口的位置设定，一般情况下，出料口不宜设置在机壳法兰连接处或底座，进料口也不宜设置在吊轴承的上方。如果按照该原则设计的出料口影响了底座安排，使用者应该给出相应的螺旋机总图。 第2章 主要构件的设计和选用2.1 工作原理水平螺旋输送与成型机是一种常见的输送机械,在实际生活中都有比较广泛的应用。在螺旋叶片的旋转推动下，物料可以进行水平或倾斜方向的输送，其主要输送对象为小块状、粉状和颗粒状物料。水平螺旋输送与成型机的工作主要是靠带有螺旋叶片的转动轴在封闭料槽内旋转，物料进入时，由于自身重力和相互间的摩擦力作用，机槽下部堆积的物料在螺旋叶片的旋转推动下向前移动，而不会随螺旋体转动，以此达到物料输送的目的。2.2 螺旋体螺旋体一般由螺旋轴、轴上焊接的螺旋叶片和法兰三个部分构成。2.2.1 螺旋叶片按照输送工艺进行分类，大致可以分成如图2.1所示的四种，分别为齿式、桨式、带式及满面式。图2.1 螺旋叶片的型式(a)满面式 (b)带式 (c)桨式 (d)齿式根据各螺旋叶片的特点，初步选定结构较为简单的满面式螺旋叶片，以获得较好的输送效率。 根据D=120mm，初步计算螺旋轴直径： （2-1）取系数为0.35，得d=42mm根据原始数据，总长度为1500mm。选择输送段长度=700mm，压缩段长度=500mm，计量段长度=300mm.受螺旋直径、物料特性以及输送机的位置的影响，螺距s通常采用给定的标准值。此时 （2-2）因此，螺距s可写成通式s=kD。由于螺距由输送段到计量段逐步减小，分别取输送段k=1，压缩段k=0.9，计量段k=0.8。则螺杆由输送段到计量段的螺距分别为：螺旋升角可定义为叶片任意一点的切线与垂直叶片螺旋轴线的平面的夹角，其大小的确定可以参照式2-3。 (2-3)式中 s螺距,mD该点处螺旋线的直径,m因此，可以得到：式中 D螺旋体的外径,m根据设计要求，选定叶片材料为45号钢，其厚度为8mm，且采用左旋方式。因为使用过程中的叶片磨损较大，为提高其耐磨性，可进行相应的热处理。选择冷轧成型法制成叶片。对于非批量生产的加工下料，则多采用单个叶片焊接法。当D、S和d已知时，如图，下料公式为： (2-4) (2-5) (2-6)式中 b叶片宽度，mm，可取， L外螺旋线长度，mm， l内螺旋线长度，mm，式中所有符号如图所示：则 ：2.2.2 螺旋轴根据设计要求，选择轴的材料为38CrMoAlA，由空心钢管制成，相对于实心轴体，空心轴的重量以及所需的材料大大减少，而且连接更加方便。由于输送机的总体长度设计为1.5m，为方便制造与装配，中间去掉悬挂轴承也能满足要求。如图2.2所示，角的大小取决于螺旋表面粗糙度与物料对螺旋面的摩擦角的大小。对于加工较好或一般冲压而成的螺旋面，我们可以认定为。图2.2 螺旋面对物料颗粒的作用力 图2.3 物料的运动速度分解物料颗粒A在料槽中并非做单一的直线运动，而是一个复合运动，亦即具备轴向速度v轴与圆周速度v侧，二者的合成速度为v合，速度的分解图如2.3所示。若螺旋转速为n，则由图可得 （2-7）因为 （2-8）所以 （2-9）圆周速度为 (2-10) 以摩擦系数=tan代入上式，得到圆周速度: (2-11)由于以及、因此，可得出圆周速度的计算公式为： （2-12）式中 s螺旋螺距，m n螺旋转速，r/min r所研究物料颗粒距离轴线的半径，m面物料与螺旋面间的摩擦系数，面=tan对r求导，令其值，可得存在最大v圆值的半径： （2-13）据图2.3可得出轴向输送速度计算公式为： （2-14）为了获得较大的轴向速度并避免附加料流的产生，通常采用的弯曲母线螺旋面如图2.4所示。在工作过程中，水平方向与机槽底部偏向转动方向形成的物料面的夹角称为倒塌角，其位置大小如图2.5所示。在力学平衡状态下，当d时，物料下滑产生倒塌现象，并且也可能落到下一个螺距中形成附加料流。图2.4 弯曲母线螺旋面的形状及其速度曲线 图2.5 物料在料槽中的倒塌角因此，在输送机工作状态下，物料的倒塌角应该大于其转角，亦即： （2-15）式中 0物料静止状态下的内摩擦角（） d稳定工作状态下物料面的倒塌角（） 物料面转角（）在螺旋输送机工作状态下，物料的填充系数会影响其输送过程并增加其功效损耗，而同样的，螺距的大小以及螺旋面的样式布置都对物料面有极大的影响。输送粮食时，物料的堆积及滑移面如图2.6所示。因而，对于水平螺旋输送机来说，一般取物料的填充系数45。图2.6 不同填充系数情况下物料层堆积及滑移面（a）=5% （b） =13% (c) =40%填充系数主要与被输送物料的性质有关。输送大物料时，填充系数大概可取作0.15.输送散状固态物料时，最大填充系数为0.45.输送细小颗粒或块状物料，填充系数可取在0.3左右。从图2.3可得出物料颗粒A所受螺旋面在轴向方向上的作用力为 （2-16）为了使，则必须满足 （2-17）计算可知，当半径r=d/2（其中d为螺旋轴的直径）时轴向作用力最小，而螺旋升角最大。于是，最大许用螺距值可由下面两式求得： （2-18） （2-19）假定k1=d/D（D为螺旋的外径），则有： （2-20）根据条件v圆v轴，利用公式可得： （2-21） （2-22）此时D=2r（螺旋圆周处），可得： （2-23） 由此我们知道，较大的装满系数可以获得较小的螺距；反之，较小的装满系数需要较大的螺距值。物料最低跳跃高度决定螺旋最大许用转速。在计算设计过程中，通常采用式2-24中的经验公式来确定其最大值。 (2-24)式中 n螺旋轴的极限转速，r/min；物料特性系数，见表2-1 螺旋轴的标准转速需圆整为以下数据：190、150、120、90、75、60、45、35、30、20。 表2-1 螺旋输送机内的物料参数表2-2 螺旋输送机倾斜修正系数c则 圆整为90r/min。根据原始数据，输送部分的输送能力为501500kg/h,现初步选定输送段的生产能力=1200kg/h。由输送能力公式: (2-25)可得： (2-26) 式中 Q输送能力，t/h； D螺旋直径，m； n螺旋转速，r/min； 物料填充系数；C倾斜系数，C=1.0。则 圆整为45r/min。n1.1,校核时选用厚壁圆筒理论。机筒内壁受力分析如图4.5所示，根据材料力学及机筒几何尺寸可知，在内壁，径向及切向应力都达到最大值，即： （4-6） （4-7） （4-8） 式中 、分别为机筒内径与外径（毫米）。按第四强度理论最大变形能量理论计算，其强度条件为： 所以机筒强度足够。第5章 结论通过对螺旋输送机的学习与研究，对其结构和工作原理都有了更深的认识与理解，并在自己的努力下完成了相关的设计。在遵守前人的经验理论和保证其基本功能的同时，局部地进行了了一定的修改。毕业设计基本达到了预期的目标，实现了任务书的要求。为期两个月的毕业设计即将结束，回顾整个毕业设计的过程，感触颇多。相对于大学期间所学习的知识，这次对LS120型变频调速螺旋输送及成型机的设计使我对机械这一学科又有了新的认识，通过在图书馆借阅的资料以及知网上面查找到的论文，使我终于完成了本次毕业设计，这使我感受到付出之后得到收获的充实感。通过老师及同学的帮助让我顺利完成毕业设计，不仅是对我个人能力的提升，也是对大学四年所学的总结与回顾，同时也是对自己学习能力的检验。与此同时，理论知识也得以更加丰富，还培养了发现问题并解决问题的习惯。本次产品的设计结合了螺旋输送机以及挤出机的设计原理，采用了螺距逐步减小的方式进行对物料的输送以及压缩成型，由于本产品的产量以及输送长度较小，所要求产生的压力也较小，故电机功率选用2.2KW即可。同时，由于个人能力水平有限，论文中多有不足之处，敬请各位老师和