机械课程设计（论文）-螺旋输送系统的设计【全套图纸】.doc

吉林大学吉 林 大 学食 品 工 程 系 统设 计 说 明 书螺旋输送系统的设计作者姓名：班 级：学 号：导师姓名：2012 年 9 月目 录1 绪论 -31.1课程设计提出的背景及应用价-31.2 研究和使用现状-31.3 本设计的内容-42 总体方案的选择-52.1 方案的论证 -52.2方案的确定 - 53 设计计算-63.1输送机产量的确定-63.2输送机功率的计算-63.3电动机的选择-73.4计算传动装置的运动和动力参数-83.5传动件的设计计算-93.6轴的设计计算-113.7轴承的选型-143.8 键的选型-114 结构设计 . 124.1 机体主要部件的介绍-164.2输送机参数计算-164.3螺旋输送机机体的安装条件-18 总结-21参考文献 -22全套图纸，加153893706 1 绪论1.1课程设计提出的背景及应用价值本次课程设计题目为粉碎机系统的设计，本人在设计中承担的是螺旋输送机的设计。之所以选择此题目，是因为在现代饲料加工过程中，原料粉碎工序是饲料加工中非常重要的一个环节，粉碎工序的电耗约为总电耗的 50%70%。我国每年在饲料加工行业中粉碎加工总量将近3亿吨。饲料粉碎系统运行的好坏对饲料质量、饲料报酬、饲料加工成本的组成等有重要影响。而目前长期困扰饲料加工企业的主要问题是设计的粉碎系统不合理，在生产使用一段时间后，粉碎系统运转不正常，引起脉冲除尘器布袋严重堵塞，布袋透气效果降低，风网阻力增大，风机效率降低，粉碎机产量受到影响，降至额定产量的 75%左右，甚至更低，且易造成粉碎后物料温度过高，电机负荷增大，车间内粉尘增多，工作环境恶劣，严重影响了饲料企业的正常生产，特别是有一定温度和湿度的物料随气流直接吸附在布简上，不易掉落，造成整个系统阻力增大，管道堵塞，清理困难。与粉碎机配套使用的吸风系统是粉碎工序的重要组成部分，使用粉碎机的吸风系统有助于粉碎后物料通过筛孔，进入粉碎室的负压气流能将粉碎后的物料从粉碎室吸出，位于筛板和锤片工作区之间的物料能阻止物料随锤片的旋转，并借助负压气流的作用通过筛孔。及时把粉碎后的物料吸出筛孔，能减少锤片的工作阻力，减轻粉碎机电机的工作负荷。这样能降低能耗，提高单位电耗的产量，因此设计合理的粉碎系统是饲料行业节能减排、良性发展的迫切需要。1.2 研究和使用现状当今粉碎系统的辅助吸风装置的设计一般采用在粉碎机的机架平台下面设置一条料封绞龙，料封绞龙上面安置一个吸风罩，然后连接除尘器，有的饲料厂甚至没有安置吸风罩，直接将脉冲除尘器则放置在料封绞龙之上。这种辅助吸风装置在使用一段过程后，由于水蒸汽和灰尘的共同作用，使得脉冲除尘器布袋表面成糊状，导致除尘器严重堵塞，从而使风机的使用效率大大降低，粉碎机产量降至额定产量的70%左右。有的时候会导致粉碎机出现喷料，粉碎机内温度变高，电机负荷增大等现象;不但影响了生产的正常进行，而且会因为车间中粉尘密度的增大，从而存在粉尘爆炸的危险。即使更换了布袋以后，也用不了几天还会出现同样的问题，压缩空气通过脉冲电磁阀的喷吹对其也基本没有任何作用。目前饲料厂中，采用的粉碎机吸风方式有两种，一种是采用集中风网对锤片式粉碎机进行吸风，这种形式在一般用于中小型饲料厂，粉碎机采用喂料器喂料或手动喂料，在进料口的两侧存在允许有效气流涌入进风口，输送物料采用绞龙输送。主要的问题是:由于设计整个风网系统时，由于沉降室的吸风量较高，当沉降室与粉碎机组合在一起的时候，风网的吸风量主要来自沉降室，来自粉碎机的风量很小，甚至不能消除因粉碎机锤片旋转而产生的气流，从而出现反喷现象，使机内粉尘大量溢出以致使用者不得不用麻袋将粉碎机进口包住，因此基本上就不存在有效气流，粉碎机的产量自然就难以提高。另外一种是采用独立风网对锤片式粉碎机进行吸风。这种形式是目前饲料厂中比较常用的一种形式，但在这种形式中，存在的主要问题是往往会因为设计上的缺陷，在生产中会出现很多的问题。由于粉碎系统的相关组件设计的不合理，设计过程中没有有效地将粉碎过程中的水汽、灰尘等有效分离，使得当系统使用一段时间后，就会出现前面所说的除尘器表面堵塞的现象，从而导致风机的使用效率降低，粉碎机的产量也有所下降，甚至带来其他不安全的因素;还有由于风机的风量和风压选择不当，当料封绞龙的闭风效果不好时，会使得过多的外面的空气进入，从而使得作用与粉碎机的风压、风量减小，吸风效果会大大降低，粉碎机的产量也会随之降低。1.3 本设计的内容 本方案设计的是粉碎机里的螺旋输送机，包括电动机、减速器、联轴器、和输送机的设计。2 总体方案的选择2.1 方案的论证本设计对粉碎机采用辅助吸风装置的主要目的是提高粉碎机的产量，降低饲料的平均吨耗，吸风系统的原理是:在粉碎机工作时，使得粉碎机筛片上下形成压差，使粉碎室内符合要求的细粉饲料能够迅速地通过筛网，减少物料的过度粉碎，同时有效地防止了筛片的堵塞，提高了粉碎机每小时的产量;同时，由于气流从粉碎室经过筛片流出后，带走了粉碎室内粉碎时产生的水分和热量，有效地降地了粉碎室的温度，当然，辅助吸风量也不是越大越好，风量过大也会造成能量消耗的加大，饲料的水分过低等等，带来不必要的浪费和经济损失。通过试验证明，良好的辅助吸风装置不仅可以使粉碎机的产量提高，而且还可以避免筛片表面堵塞和结露现象，减少了能源的消耗。2.2方案的确定系统配置图如下，工作过程为：物料从螺旋加料器进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片的推力作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕着转轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不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，进入锤片式粉碎机，利用高速、旋转的锤片撞击作用使物料破碎，达到粒度要求的物料从排料口排出，由螺旋输送机输送，经由斗式提升机进入下一工序。含尘气体由旋风分离器圆筒上部的进气管切向进入，遇到旋风分离器内壁后向下作螺旋状运动。在惯性离心力作用下，颗粒被抛向旋风分离器的内壁而与气流分离，再沿壁面落至锥底的积灰口。净化后的气体在中心轴附近由下而上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。环境保护关系到人民身体健康和工农业生产，因而必须引起高度重视，因此控制含尘气体中粉尘的浓度，使其通过除尘器，除去粉尘。系统配置图 3设计计算3.1输送机产量的确定根据生产需要，本输送机的输送量在每小时1.5-1.6吨。3.2输送机功率的计算螺旋机的功率是由螺旋机构运行中所产生的阻力决定的。阻力包括以下几种：1）物料与螺旋壳体的磨擦力2）物料与螺旋叶片的磨擦力3）物料倾斜向上输送时的阻力4）物料被搅拌产生的阻力5）轴承的磨擦力6）物料悬挂轴承下的堆积阻力（对于长的需分节的螺旋机）由于这些阻力计算起来较抽象，一般按以下经验公式计算：N0=kQ/367(0L+H)N0螺旋轴上所需功率(kW)k功率贮备系数(1.21.4)Q输送量(t/h)0物料阻力系数 （水泥选3.2）L 螺旋机进出口水平投影长度(米)H 螺旋机进出口垂直投影长度(米)(向上输送时取正值, 向下输送时取负值)那么螺旋机驱动装置的额定功率为N=N0/减速机的传动效率代入数据可得NO=5 KW3.3电动机的选择1、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。 2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：da (kw) 由电动机至输送机的传动总效率为：总=45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、5.9则：总=0.990.9940.970.990.93 =0.85所以：电机所需的工作功率：Pd=/总 =5/ 0.85=5.88 (kw)3、确定电动机转速 输送机工作轴转速为： n【（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=3。取开式圆锥齿轮传动的传动比=3 。则总传动比理论范围为：a =18。故电动机转速的可选范为 Nd=a n =(618)65 =3901170r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000r/min，根据需要查询，可得Y132M2-6符合要求，其参数如下：方案电动机型号额定功率电动机转速 (r/min)电动机重量(N)参考价格传动装置传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y132M2-65.51000960800150012.422.84.443.4计算传动装置的运动和动力参数（一）确定传动装置的总传动比和分配级传动比由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、 可得传动装置总传动比为： ia= nm/ n=960/65=14.77总传动比等于各传动比的乘积分配传动装置传动比ia=i0i （式中i0、i分别为开式圆锥齿轮传动和减速器的传动比）2、分配各级传动装置传动比： 根据指导书P10表2-3，取i0=3（圆锥齿轮传动 i=23）因为：iai0i所以：iiai014.77/34.92四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，.以及i0,i1，.为相邻两轴间的传动比01，12，.为相邻两轴的传动效率P，P，.为各轴的输入功率 （KW）T，T，.为各轴的输入转矩 （Nm）n,n,.为各轴的输入转速 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数1、运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转速： 轴：n= nm=960（r/min）轴：n= n/ i=960/4.92=195.12r/min III轴：n= n 螺旋输送机：nIV= n/i 0=195.12/3=65.04 r/min（2）计算各轴的输入功率：轴： P=Pd01 =Pd1=5.880.99=5.821（KW）轴： P= P12= P23 =5.8120.990.97=5.581（KW）III轴： P= P23= P24 =5.5810.990.93=5.14（KW） 螺旋输送机轴：PIV= P25=5140.99099=5.04（KW）（3）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为： Td=9550Pd/nm=95505.88/960=58.5 Nm轴： T= Td01= Td1=58.50.99=57.9 Nm 轴： T= Ti12= Ti23 =57.94.920.990.97=273.56NmIII轴：T = T24=246.78 Nm螺旋输送机轴：TIV = T i025=790.94Nm（4）计算各轴的输出功率：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故：P=P轴承=5.8120.99=5.75KWP= P轴承=5.5810.99=5.523KWP = P轴承=5.140.99=5.09KWPIV= PIV轴承=5.040.99=4.99 KW（5）计算各轴的输出转矩：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：则：T= T轴承=57.90.99=57.32 NmT = T轴承=273.560.99= 270.82NmT = T轴承=246.780.99= 244.31NmTIV= TIV轴承=790.940.99=783.03 Nm综合以上数据，得表如下：轴名功效率P （KW）转矩T （Nm）转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴5.8858.596010.99轴5.8215.7557.957.329600.964.92轴5.5815.523273.56270.82195.120.98轴5.145.09246.78244.31195.1230.92输送机轴5.044.99790.94783.0365.043.5传动件的设计计算(一)、减速器内传动零件设计(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选主要参数 Z1=21 ，u=4.92 Z2=Z1u=214.92=103.32 取Z2=103由表10-7选取齿宽系数d=0.5（u+1）a=1.15（3）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1t2.32 确定各参数值1) 试选载荷系数Kt=1.32) 计算小齿轮传递的转矩T1=9.55106P/n1=9.551065/960 =4.97104Nmm3) 材料弹性影响系数由机械设计表10-6取 ZE=189.84) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。5) 由式1013计算应力循环次数N160n1jLh609601（283005）1.382109 N2N1/4.922.8108由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN10.94；KHN20.986）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，由式（1012）得H10.94600MPa564MPaH20.98550MPa539MPa（4）、计算1) 试算小齿轮分度圆直径d1t，代入H中较小值d1t2.32=2.32=56.2mm2) 计算圆周速度v=2.82m/s3) 计算齿宽b及模数mtb=dd1t=156.2mm=56.2mmmt=2.68 mmh=2.25mt=2.252.68mm=6.03mmb/h=56.2/6.03=9.324) 计算载荷系数K 已知工作有轻振，查表10-2取KA=1.25，根据v=2.82m/s,8级精度，由图108查得动载系数KV=1.5；大齿轮齿数 Z2=4.92.636=117.12，取Z2=180（7）、几何尺寸计算a) 计算分度圆直径d1=mZ=235=70 mm d2=mZ1=2180=360mmb) 计算中心距a=m （Z1+Z2）=2（35+180）/2= 215 mmc) 计算齿轮宽度b= d1d=70 取B2=70mm B1=80mm （8）、结构设计 大齿轮采用腹板式，如图10-39（机械设计）3.6轴的设计计算（一）、减速器输入轴（I轴）1、初步确定轴的最小直径选用45#调质，硬度217-255HBS轴的输入功率为P1=5.821 KW 转速为nI=960r/min根据课本P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=115d2、求作用在齿轮上的受力因已知道小齿轮的分度圆直径为d1=70mm而 Ft1=1654.285NFr1=Ft=602.11N圆周力Ft1，径向力Fr1的方向如下图所示。3、轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿段 6密封 盖7轴承端盖 8轴端挡圈 9半联轴器2）确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取=22mm，根据计算转矩TC=KATI=1.357.9=75.27Nm，查标准GB/T 50141986，选用YL6型凸缘联轴器，半联轴器长度为l1=52mm,轴段长L1=50mm右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取30mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=74mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6207型轴承，其尺寸为dDB=357217，那么该段的直径为35mm，长度为L3=20mm右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=45mm，长度取L4= 22.5mm右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为54mm，分度圆直径为50mm，齿轮的宽度为55mm，则，此段的直径为D5=54mm，长度为L5=55mm右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=45mm 长度取L6= 22.5mm 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=35mm，长度L7=20mm4、求轴上的的载荷1）根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =827.14N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0那么RA=RB =Fr/2=301.1N1） 作出轴上各段受力情况及弯矩图2） 判断危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=70.36Nm ,由课本表15-1有:-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1D43)=70.361000/(0.1453)=7.72-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=35.41000/(0.1243)=25.61 Nm40800结论:选用6208和6308深沟球轴承都可以满足轴承寿命的要求。故轴承的选择只要根据轴的直径来选择就可以。3.8 键的选型输入轴与联轴器1联接采用平键联接轴径d2=24mm L2=50mm T=51.68Nm查手册 选C型平键 GB1096-2003B键87 GB1096-79l=L2-b=50-8-2=40mm h=7mmp=4 T/（dhl）=457.91000/（8740）= 103.39Mpa 153030505070同轴度(mm)3.04.05.05.07. 螺旋机主轴与减速电器的同轴度应符合GB1184-80形状和位置工差,未注公差的规定附表4中10级的规定。8. 螺旋机的各底座在机壳装妥后，均应使之着实后再拧紧地脚螺钉。9. 所有联结螺钉均应拧紧至可靠的程度。10进出料口现场安装应使进出料口的法兰支承面与螺旋机的本体轴线平行，与相连接的法兰应紧密贴合，不得有间隙。11螺旋机装妥后应检查各存油处是否有足够润滑油，不够则加足之，其后进行无负载试车；在连续进行4小时以上试运转后，检查螺旋机装配的正确性，发现不符合下列条件的应即停车，处理后再运转，直至处于良好运行状态为止。(1) 螺旋机运转应平稳可靠，紧固件无松动现象。(2) 运转2小时后轴承温度30，润滑密封良好。(3) 减速器无渗油，无异常声，电器设备、联轴器安全可靠。(4) 空载运行功率额定功率30%。12机械密封出现故障的机会较多，比例较大，常见的损坏形式可分为腐蚀损坏、热损坏和机械损坏三种，由于机械密封特殊的结构形式和千差万别的工作环境，其腐蚀形态也存在多样性的特点。(1) 金属环腐蚀a表面均匀腐蚀 如果金属环表面接触腐蚀介质，而金属本身又不耐腐蚀，就会产生表面腐蚀，其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。金属表面均匀腐蚀有成膜和无膜两种形态，无膜的金属腐蚀很危险，腐蚀过程以一定的速度进行，这主要是选材错误造成的。成膜的腐蚀，其钝化膜通常具有保护作用的特性，但金属密封环所用材料，如不锈钢、钴、铬合金等其表面的钝化膜在端面摩擦中破坏，在缺氧条件下新膜很难生成，使电偶腐蚀加剧。b应力腐蚀破裂 金属在腐蚀和拉应力的同时作用下，首先在薄弱区产生裂缝，进而向纵深发展，产生破裂，称为应力腐蚀破裂。选用堆焊硬质合金及铸铁、碳化钨、碳化钛等密封环，容易出现应力腐蚀破裂。密封环裂纹一般是径向发散型的，可以是一条或多条。这些裂缝沟通了整个密封端面，加速了端面的磨损，使泄漏量增加。根据断裂力学的观念，材料内部原始裂纹尖端的应力场强因子K1=y1a(y系数)。在开始时由于应力1小于临界应力c， a小于临界裂纹ac，所以腐蚀作用时，由于原始裂纹a的腐蚀扩展，导致K1的增大。当经过一段时间后a=ac及K1=K1c时，断裂就发生了，只有当原始裂纹a足够小，以致于K1K1c(应力腐蚀破裂)时，材料不会发生应力腐蚀破裂。应力的存在。如果堆焊或加工中，残余应力、旋转离心力、摩擦热应力，引起金属环应力1大于2c，应力破坏就很难避免。材料。金属密封环材料强度、硬度指标越高，K1c越低，材料内气孔、夹渣、裂纹越多越长，越易发生应力腐蚀破裂。一般K1(应力腐蚀破裂)=(1/2-1/5)K1c，且随材料强度级别的提高，K1(应力腐蚀破裂)/K1c的比值下降。磨损。构件表面越光，应力腐蚀破裂敏感性越低。端面磨损使金属表面钝化膜破坏，光洁度降低，促使应力腐蚀破裂的发生。介质。应力腐蚀破裂，只发生于一些特定的“材料环境”体系。例如“奥氏体不锈钢cl”、“碳钢NO3”。温度。温度越高，氢扩散越快，应力腐蚀破裂加快。密封环端面剧烈摩擦，如果端面比压过大，表面光洁度低，冷却不够，表面润滑不好，摩擦热则加速应力腐蚀破裂的进行。(2) 非金属环腐蚀a石墨环的腐蚀用树脂浸渍的不透性石墨环，它的腐蚀有三个原因：一是当端面过热，温度180时，浸渍的树脂要析离石墨环，使环耐磨性下降；二是浸渍的树脂若选择不当，就会在介质中发生化学变化，也使耐磨性下降；三是树脂浸渍深度不够，当磨去浸渍层后，耐磨性下降。所以密封冷却系统的建立，选择耐蚀的浸渍树脂，采用高压浸渍，增加浸渍深度是非常必要的。b石墨环的氧化在氧化性的介质中，端面在干摩擦或冷却不良时，产生350-400的温度能使石墨环与氧发生反应，产生CO2气体，可使端面变粗糙，甚至破裂。非金属环在化学介质和应力的同时作用下，也会破裂。c聚四氟乙烯(F4)密封环的腐蚀 F4填充如玻璃纤维、石墨粉、金属粉等以提高其耐温性、耐磨性。填充F4环的腐蚀主要是指填充物的选择性腐蚀、溶出或变质破坏。例如在氢氟酸中，玻璃纤维分子热腐蚀，所以填充何物应视具体情况而定。(3) 辅助密封圈及其接触部位的腐蚀a辅助密封圈的腐蚀 橡胶种类不同，其耐蚀性亦不同。由于橡胶的腐蚀、老化，其失效的橡胶遭腐蚀后表面变粗糙