钢球分选机设计毕业论文

机械工程学院毕业设计（论文）第1页，共56页本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目钢球分选机设计设计（论文）题目来源工程实际设计（论文）题目类型工程设计类起止时间一、设计（论文）依据及研究意义：1依据：设计任务书的内容及要求。2意义：钢球是一种非常常见的机械产品，广泛应用于滚动轴承、滚珠丝杆等精密传动部件中。如今钢球已经基本实现了小工厂、高精度、大批量的生产。但是由于生产过程中产生的加工误差及各项加工环节中产生的其它误差，在使用同一批次制造的钢球时，需要对其进行筛选（筛选出尺寸一致的钢球使用），而在大多数情况下，这些筛选工作都是由人工完成的，劳动强度太大、误差率较高。所以设计小型且功率不大的电动钢珠分选机对这些小型机械加工厂具有非常积极的意义，可以降低工人的劳动强度，提高工厂的生产效率及产品质量。二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）设计的主要内容是对一台电动的钢球分选机进行产品开发设计，通过网上查找现有市场上的钢珠分选机的外形尺寸、功率、筛选形式等技术参数确定本设计中钢球分选机的结构方案和传动方案，主要是依据设计原理，设计出适用的结构，选择合适的电动机，完成对螺杆、V带、带轮、轴承、分选槽等相关零部件的选用和设计计算，并绘制机器装配图、主要零件图。最终完成一台功率5kw/h左右的电动钢球分选机的设计。技术方案为电机通过减速器减速后驱动带轮，带轮通过V带驱动螺杆运动，螺杆旋转推动钢球沿分选槽前进，当钢球的直径小于分选槽的宽度时，钢球落入箱体下部的收集器，从而将直径不同的钢球筛选出来，完成钢球的分选工作。三、设计（论文）的研究重点及难点：1、有关钢球分选机械的工作原理和结构特点。机械工程学院毕业设计（论文）第2页，共56页2、螺杆的转速、推力、分选槽的槽宽及受压变形对筛选工作的影响。3、各零部件的设计、选用和布局。4、无确切参照物，设计数据需要多次假设再反复论证推敲。四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：2009.12.282010.01.15收集相关资料，复习相关课本知识。2010.01.162010.01.22撰写开题报告。2010.01.232010.02.15方案论证及总体结构的布局设计。2010.02.162010.04.09机器装配图及主要零件图的绘制。2010.04.102010.05.20设计说明书的编写。2010.05.212010.05.28全面检查和修改毕业设计，定稿准备答辩。五、进行设计（论文）所需条件：1、各种参考资料和设计手册。2、装有Word等可用于完成毕业设计说明书的文字处理软件和装有AutoCAD、Pro/E、CAXA、SolidWorks等相关设计软件的计算机一台。3、图书馆、院阅览室、电子阅览室、机房、绘图工具设备及场所。4、老师的指导及同学的帮助。5、学院CAD/CAM中心提供上机及打印条件。机械工程学院毕业设计（论文）第3页，共56页六、指导教师意见：签名：年月日机械工程学院毕业设计（论文）第4页，共56页钢球分选机设计摘要：本次设计对钢球分选机进行了较全面的论述。首先，介绍了钢球分选机的发展现状、结构类型，并指出了市场上现有钢球分选机的优点和缺点；其次，分析了钢珠分选机的主要参数对其使用性能和输送能力的影响，以及工作过程中的钢球分选机的运动状态和受力情况；最后，根据钢球分选机的工作原理和设计任务书的要求独立设计一台钢球分选机。本次设计根据螺杆结构、输送量和输送路程设计出螺旋直径，计算出了分选功率并根据该功率选择了电动机、减速器和联轴器等，通过三维造型验证了机器总成后其空间结构的合理性，较好地解决了设计参数的选择和确定等问题，避免了以往只能依靠经验做设计时出现的各种不合理情况。本次设计还对钢球分选机的正确安装、正常使用和平时保养等进行了说明，整个设计综合运用了机械设计和制造方面的知识，对今后的学习和工作都有实际指导意义。关键词：钢球分选机；螺旋输送；设计机械工程学院毕业设计（论文）第5页，共56页ThedesignofsteelballsortingmachineAbstract:Thedesignofthesteelsortingmachinecomprehensivelydiscussed.First,introducesthedevelopmentstatusofseparatingmachine,steelstructureandtypes,andpointedouttheexistingsteelmarketadvantagesanddisadvantagesofsortingmachine,Secondly,analyzedthemainparametersofseparatingmachinesteelonitsperformanceandtransmissioncapacity,andtheinfluenceoftheprocessofseparatingmachineballmovementandforce,Finally,accordingtotheballsortingmachinedesignandworkingprincipleoftherequirementsoftheindependentdesignaballsortingmachine.Accordingtothestructure,designofscrewconveyorjourneydesignedthroughputandspiraldiameter,calculatedaccordingtothepowerseparatingpowerandchoosemotor,gearandcoupling,throughthree-dimensionalmodelingmachineassemblyverifiedaftertherationalityofthespacestructure,agoodsolutiontotheselectionofdesignparametersandavoidtheproblems,suchaspastexperiencedodesigncanonlyrelyontheunreasonablesituation.Thedesignofthesteeldistinguishingcorrectinstallationandmaintenanceofthenormaluseofpeace,whenthewholedesign,mechanicaldesignandmanufacturingknowledge,forfuturestudyandworkhaspracticalsignificance.Keywords:steelballsortingmachine；screwyconveyance；design机械工程学院毕业设计（论文）第6页，共56页目录1概述.11.1钢球分选机的发展现状11.2钢球分选机的基本类型及原理22系统总体方案设计.52.1本次设计的构想52.2本次设计的依据和原则62.3本次设计的特点63输送螺杆的相关设计.73.1输送螺杆的结构设计73.2输送螺杆的速度分析.113.3输送螺杆的输送量计算.154系统传动比的分配174.1传动装置的总传动比.174.2传动装置各级传动比的分配.175系统动力部分的设计.185.1电动机的选用及功率计算.18机械工程学院毕业设计（论文）第7页，共56页5.2减速器的选用.225.3轴承的选用及校核.245.4V带轮的设计与V带的选用.276系统结构部分的设计.286.1床身的结构设计.286.2键的选用306.3进、出料口的位置316.4系统的技术要求和操作规范.327主传动系统的润滑34参考文献.36谢辞.37附录.38机械工程学院毕业设计（论文）第8页，共56页随着我国精密制造技术的不断发展，钢球已广泛应用于滚动轴承、滚珠丝杆等精密传动部件中。钢球的生产也已经实现了高精度、大批量的生产模式。但是由于生产过程中存在的加工误差及各项加工环节中产生的其它误差，即使在使用同一批次生产出来的钢球时，也需要进行筛选（筛选出尺寸一致的钢球以供使用）。然而，在大多数情况下，这些筛选工作都是由人工完成的，劳动强度太大、误差率较高。并且，随着我国民营制造业的蓬勃发展，钢球的生产已经基本转移到生产规模铰小、生产成本较低，生产灵活性较大的各种小型机械制造企业。为了降低工人的劳动强度，提高钢球的分选精度和分选效率，并考虑到这些小工厂的生产条件简陋，厂房空间小，生产资料单一等特点，根据需要设计小体积、低功率、操作简单的电动钢球分选机（主要是根据直径将钢球进行分类存储）对这些小型机械制造企业具有非常积极的意义。1概述1.1钢球分选机的发展现状经过调研发现，现在市场上出现的分选技术，大致可以分为三类：1）空气分选法利用平风或者旋风的风能使物料逐级分层，再收集到不同的装置中。2）重力分选法利用物料本身的重力使物料逐级分层，再收集到不同机械工程学院毕业设计（论文）第9页，共56页的装置中。现在常见的有干式重力分选法和湿式重力分选法两种。3）筛分法筛分是将颗粒或粉体物料通过一层或几层带孔的筛面，使物料按宽度或厚度分成若干个粒级的过程。每一层筛面都可以将物料分成筛下物（也称筛过物）和筛上物（也称筛余物）两部分。随着各种新科学、新技术的发展，还出现了利用光电传感器检测物料的尺寸，外形等因素的光电式尺寸分选机。1.2钢球分选机的基本类型及原理考虑到钢球的质量和外形等特点，以及小型机械制造企业的现有条件，市场上出现的钢球分选机械大多采用的是筛分原理。常见的筛面基本运动形式如图1.1所示，有静止倾斜筛面、往复运动筛面、高速振动筛面、平面回转筛面和滚动旋转筛面等。图1.1筛面运动形式经过多年的发展和改进，钢球筛分机械逐渐形成了以下几种类型：1）溜槽：利用溜槽分选钢球，是一种最简单的分选钢球的办法。当钢球沿溜槽向下滚动时，完整的钢球落得较远，磨损后不完整的钢球下落较近，这样就可将不能再用的碎球剔除。溜槽的角度，必须选择恰当，一般在1215之间，过大或过小都会影响分选效果。利用溜槽并不能将大小球完全分离。2）回转式钢球分选机：主要利用转动筛和固定筛交叉程度不同所形成的出口大小来分选钢球。如转动筛和固定筛完全重合，出口开度最大（图1.2中a）；首尾交接时，出口闭合（图1.2中b）。分选时，先将出口调至最小，然后机械工程学院毕业设计（论文）第10页，共56页再逐步增大。图1.2卧式回转式钢球分选机这种分选机，可以将不同规格的钢球完全分离，只是每次调节出口开度时都必须停机调整，而且当机内大钢球存有一定量的时候，必须将出口调至最大，卸出钢球后，再重新装球进行分选。如图1.3所示，依照不同孔径筛筒的排列，筛筒有并列式、串列式和同轴式三种结构。图1.3筛筒排列形式并列式组合将筛孔规格不同的几个筛筒按筛孔大小依次顺序排列。每段筛筒的长度较大，筛理路程较长，钢球有更多且同样多的机会被筛孔度量。为节省占地面积，筛筒间可作垂直方向的排列。各段筛理能力均衡，适宜于粒径分布较为均匀的钢球的筛分。串列式组合将筛筒分成多段，筛孔由小到大，各段长度较短，筛理路程短，钢球不能得到充分筛理，影响筛选效率。适宜于小颗粒含量较多的钢球的筛分。机械工程学院毕业设计（论文）第11页，共56页同轴式组合将具有不同筛孔和筒径的筛筒由内向外排列，结构紧凑，但流量最大的内筛筒直径最小，筛理能力低，而且同一粒度的颗粒因穿过上一级筛孔的位置不同而不具有同样的筛理路程，故适宜于大颗粒较少钢球的分选。有些机型采用棱柱面筛筒，与圆柱面筛筒相比，钢球的流动状态更有利于筛理，但结构略显复杂，且工作时平稳性较差。3）立式回转钢球分选机：主要利用不同筛孔大小的几层筛板进行分选。这种分选机具有结构紧凑、物料提升次数少、筛面利用率高和操作管理较方便等特点，只是筛板的筛孔大小是固定的，在分选多种规格钢球时，需更换筛板。立式回转钢球分选机结构如图1.4所示。利用大小钢球自动分级的特性，使直径不同的钢球在筛面上充分分层，并配备大小适当的筛孔，使底层小钢球及时分出，从而达到大小钢球分离的目的。立式回转钢球分选机由进料装置、筛体、偏心回转机构和筛面角度调节机构等部件组成。筛体的固定方式分支撑式和悬吊式两类。图1.4立式回转钢球分选机4）分级漏板：分级漏板和立式回转分选机很相似，只是它固定不动，像溜槽一样利用漏板所具有的斜度使漏板上的钢球沿出球口卸出。分级漏板，容易制造，又不需要动力，分级效果也好。5）振动筛：振动筛是应用最广泛的筛选设备。主要由进料装置，筛体，振动装置和机架组成。进料装置由进料斗和流量控制活门构成，其作用是保证供料稳定并沿筛面均匀分布，提高筛分效率。进料量可以调节。流量控制活门有喂料辊和压力门两种结构。喂料辊进料装置喂料均匀，但结构复杂，一般在筛面较宽是才采用。压力门结构简单，操作方便，筛选设备多采用重锤式压力门。筛体是振动筛的主要工作部件，它由筛框、筛面、筛面清理装置、吊杆、隔振机构等组成。筛体内通常设多层筛面，因筛孔较小而易造成堵塞，为保证机械工程学院毕业设计（论文）第12页，共56页筛选效率，设置有筛面清理装置，图示振动筛采用的是橡胶材质的振球。隔振装置用来降低筛体的振动。筛体的工作效率一般在超共振频率区，在启动或停机过程中需要经过共振区。常用的隔振装置有弹簧式和橡胶缓冲器。这种振动筛的筛面作往复运动，因物料只是在筛面上滑动，故适宜于流动性较好的散粒体物料的分选。通过以上的研究，我们发现，筛分机械主要由进料装置，筛体，收集装置和机架组成。筛体是筛分机械的主要工作构件。筛体多为平面结构，少数为柱面（圆柱面或棱柱面）结构。按照制造工艺不同，筛体有冲孔筛、编织筛、栅筛等多种类型。为保障筛分过程的正常进行，钢球与筛面应保持足够的接触时间，以便于筛孔度量钢球，同时物料与筛面之间应形成相对运动，促使小于筛孔的钢球穿过筛孔。钢球在筛面上最大可能移动距离（称为筛程）越长，筛分效率越高；钢球沿筛面运动速度越快，越不易穿过筛孔，筛分效率越低；钢球沿垂直于筛面的运动速度越大，小钢球越易穿过筛孔，但动力消耗也相应增大。2系统总体方案设计2.1本次设计的构想在对任务书充分研究理解和对以上各种类型的钢球分选机进行充分认识后，本次设计提出了螺旋式钢球分选机的构想，该类型钢球分选机属于连续作业型，如图2.1所示，主要由螺杆、料斗、上盖、底座、传动装置、钢球收集器及机架组成。钢球分选机的主要部件为输送螺杆和四个与钢球直径相匹配的分选槽。输送螺杆由两端的轴承支承在底座上，作旋转运动。在螺杆的上方，设有上盖，在其下部，底座通过螺栓与上盖联接，底座底部开有四条分选槽。机械工程学院毕业设计（论文）第13页，共56页1-上箱体、2-端盖、3-下箱体、4-收集器、5-支架、6-电机、7-减速器、8-皮带、9-带轮、10-螺杆、11-料斗图2.1钢球分选机工作时，钢球由料斗进入螺杆的螺旋槽，在螺杆的推动下沿溜槽滑动，当钢球的直径小于分选槽的宽度时，既从分选槽中落入收集器中，从而实现对直径为10mm、15mm、20mm、25mm的四类钢球进行分选。分选速度可以通过调节螺杆的转速来设定。该分选设备设计合理、结构简单，可实现钢球在固定速度下进行分选。由于机体下部为密封体，作业时避免了灰尘飞扬，可显著地改善工人的作业环境，降低工人的劳动强度，大大提高分选效率，同时也提高了分选质量。2.2本次设计的依据和原则为了保证设计出来的钢球分选机能够完全满足任务书的要求，我们应该充分考虑该设备所需要具备的测量范围、分组间隔、分组数、分选效率、分选精度等技术参数。螺旋输送器的结构尺寸是由所设计的钢球分选机的分选精度和分选效率决定的。在本次设计中，需要确定的结构尺寸主要有分选槽的宽度、螺旋轴直径、螺旋叶片直径、螺距及螺旋轴的转速等，这些主要尺寸的确定直接影响钢球分选的精度和效率，正确地确定这些主要参数是整个设计的起点，。螺旋轴叶片直径越大或者螺距越大时，每个螺旋槽携带的钢球就越多，惯性就越大，还有可能出现钢球累积分层的现象，使得位于内层的钢球得不到分选。从而降低了钢球分选的效率，且增大了钢球的分选误差。螺旋轴叶片直径过小或节距过小时，螺杆的输送能力变小，分选效率降低。此外，节距过小，还会导致钢球在输送过程中因受到挤压而产生变形，使螺杆对钢球的适应性变差，从而进一步降低了分选的效率和精度。因此，合理地确定螺旋叶片的直径和螺距，可以有效地提高钢球分选机的机械工程学院毕业设计（论文）第14页，共56页分选效率和分选精度。2.3本次设计的特点本次设计充分考虑了现有分选机械的缺点与不足，控制了钢球在分选机中运动路径和运动速度，尽最大的可能保证了每一个钢球都能最多次数地被分选槽度量，从而保证了钢球的分选精度和分选质量。该钢球分选机还具有结构简单、横截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制造成本低、单位功率较大、维修简便等优点。同时，采用螺杆作为钢球的运载体，推动钢球在筒体内沿螺旋槽运动，大大缩短了分选槽的轴向尺寸，提高了空间利用率。3输送螺杆的相关设计3.1输送螺杆的结构设计螺杆是一种不具有挠性牵引性质的旋转机构，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械结构之一。它的广泛应用对于提高劳动生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化，都具有重要的现实意义。3.1.1输送螺杆的结构和特点螺杆是常用的输送机构之一，具有如下特点：结构简单，造价便宜；维护容易，操作安全；输送空间密闭，物料损耗少；外形尺寸矮小，布置紧凑，便于多点装料与卸料等。适于输送各种松散的粉粒状、小块状以及某些黏性不大的物料。本次设计中，螺杆主要用于钢球的排列和输送，其结构如图3.1所示。拟采用实体螺旋叶片、等螺距的单头普通螺杆。螺杆通过轴承安装在底座两端轴承座上，螺杆一端的轴头与驱动装置相联，在上盖和底座围成的圆筒内旋转。上盖顶部设有料斗和进料口，底座底部设有分选槽和出料口。机械工程学院毕业设计（论文）第15页，共56页图3.1输送螺杆的结构其工作原理是：钢球从进料口加入，当转轴转动时，钢球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钢球的摩擦力，带着物料绕轴转动，但由于本身的重力和料槽的摩擦力的作用，钢球才不与螺旋叶片一起旋转，而是在叶片法向推力的轴向分力的作用下，沿着分选槽轴向移动3.1.2输送螺杆的基本参数（1）设计参数的选取1)输送物料：钢球，无磨琢性和腐蚀性。2)输送量Q：正常工况设计要求8000kg/d，最大输送量按10000kg/d设计，每天操作时间按8h计算时，输送量Q为1250kg/h。3)物料的表观密度为7.9t/m3。4)输送温度：常温。5)输送长度650mm。6)输送高度160mm。（2）螺杆直径与转速的确定本次设计拟采用普通单线螺纹螺杆，其螺纹牙型为等边三角形，牙型角，该类型螺纹牙根部允许有较大的圆角，以减小应力集中。，承受冲击、60振动和变载荷的性能较好。机械工程学院毕业设计（论文）第16页，共56页图3.2输送螺杆截面通过以上分析，可得：mm（3-1）145sinxmm（3-2）ta()8y螺旋轴直径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了钢球的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与钢球的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴径与螺距之间的关系。根据钢球的运动分析，要保证钢球在料槽中的轴向移动，螺旋轴径处的轴向速度要大于0，即螺旋内升角1V（3-3）2/又因为，所以螺距与轴径之间关系必须满足的条tanftanSd件之一是：（3-4）f实践证明，对大多数螺旋输送机，一般其螺旋体的结构均能满足第一个条件要求但对螺旋体直径较小（例如D=100mm）的螺旋输送机，其不一定能满2足第一个条件的要求，因而在确定较小直径螺旋体的S和d时，必须进行这项验算工作。轴径与螺距的关系还应满足的第二个条件是：螺旋轴径处的轴向速度要1V大于圆周速度，即，由式（3-4）整理可得：2V12机械工程学院毕业设计（论文）第17页，共56页（3-5）1fSd:根据式（3-5）计算，当f取0.3，S=(0.81)D时，；当(0.47.59)dDf值增加时，d/D值还要增加。也就是说，根据式（3-5）计算得出的轴径相当大，这势必降低有效输送截面。为保证足够有效的输送截面从而保证输送能力，就得加大结构，使得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是输送功能与结构的关系，在满足输送要求的前提下尽可能使结构紧凑。由于螺旋输送机的填充系数较低，只要保证靠近叶片外侧的物料就有较大的轴向速度，且轴向速度大于圆周速度即可。一般轴径的计算公式为：d=(0.20.35)D(3-6)为了使钢球在螺旋槽中移动时，呈单层排列,达到较好的输送密封度。应让螺旋槽的深度尽量与钢球的直径相匹配。故选取螺旋轴的直径为mm,螺10d旋叶片的直径为mm。160D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600mm，目前发展到D=1000mm，最大可达1250mm。为限制规格过多过乱，国际标准化组织在系统研究、试验的基础上制订了标准草案，规定螺旋直径采用R10基本系列优先数系。筒体内径应稍大于螺旋叶片直径，两者之间有一定间隙，此间隙应越小越好，因为在输送过程中，钢球可能从间隙穿过，这样就会降低分选精度。本次设计中筒体拟采用铸造，筒体内径取mm，即筒体与螺旋叶片的单边间隙为5170Dmm。（3）螺距螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下钢球运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。输送量Q和直径D一定时，螺距改变，钢球运动的滑移面随着改变，这将导致物料运动速度分布的变化。通常螺距应满足下列两个条件：即考虑螺旋面与钢球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。机械工程学院毕业设计（论文）第18页，共56页从图2可知，钢球颗粒M所受螺旋面在轴向的作用力为tP（3-7）cos()cos()tPP为使，必须满足，因为在处的最大（d为螺0t/2min/2r旋轴直径），最小，所以许用螺距可由下式求得：t（3-8）maxmaxtn(/)/SdSdf或若令，则（3-1/kdD1kD9）式中，钢球与叶片间的摩擦系数；螺旋轴直径系数，f1k=0.30.6。1k另外，螺距的大小将影响速度各分量的分布。当螺距增加时，虽然轴向输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当的分布情况；相反，当螺距较小时，速度各分量分布情况较好，但是轴向输送速度却较小。当确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使钢球颗粒具有最合理的速度各分量间的关系的基础上，即应使钢球颗粒具有尽可能大的轴向输送速度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度。即，由此可得：21V（3-10）22/601()60()SnfrSnfr:整理得：，因此在处（在螺旋外径处），故可将2ta/4rD上式写成：（3-11）maxtn(/4)S所以螺距S应满足以下两个条件：max1/2tn(4)SkfD钢球的摩擦系数同物料在料槽里的运动取向、运动速度、物料的尺寸、湿度以及螺旋叶片材料及表面状态等有关。输送钢球的摩擦系数可参考连续运输机设计手册。通常可按下式计算螺距：（11）（3-1SKD机械工程学院毕业设计（论文）第19页，共56页12）对于标准的输送螺杆，通常有=0.81.0；当倾斜布置或输送钢球流动1K:性较差时；当水平布置时，=0.81.0。10.8K为了便于钢球灵活移动，及出料口的均匀布置，选取螺距为60mm。螺纹升角。2arctn.4Sd3.2输送螺杆的速度分析3.2.1螺杆的受力和轴向速度分析在输送过程中，由于受旋转螺旋的影响，钢球的运动并非是单纯的沿轴线作直线运动，而是沿螺旋轴作一个复合的空间曲线运动。设螺杆为标准的等螺距、等直径、螺旋面升角为的单头螺旋。当螺旋面的升角一定时，在展开状态时的螺旋线可以用一条斜直线来表示。下面以距离螺旋轴线处的钢球颗粒Mr作为研究对象，进行运动分析（图3.3）。螺杆旋转时，螺旋面作用在钢球颗粒上的力为P，由于钢球与叶片的摩M擦关系，P力的方向与螺旋面的法线方向偏离了角。角的大小由钢球对螺旋面的摩擦角及螺旋面的表面粗糙程度决定，对于车削处的螺旋面，可忽略其表面粗糙程度对角的影响，即认为=。P力可分解为法向分力P1和径向分力P2。钢球颗粒M在P力的作用下，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3.4所示，既有轴向速度V1，又有圆周速度V2，其合速度为V。机械工程学院毕业设计（论文）第20页，共56页图3.3物料受力分析图3.4钢球运动速度分析当螺旋体以角速度绕轴回转时，距离螺旋叶片任意半径r处的O点钢球颗粒M的运动速度可由速度三角形求解。叶片上O点的线速度V0就是钢球颗粒M牵连运动的速度，可用矢量OA表示，方向为沿O点回转的切线方向；钢球颗粒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AB表示。若不考虑叶片摩擦，则钢球颗粒M绝对运动的速度V0应是螺旋面上O点的法线方向，可用矢量OB表示。由于钢球与叶片有摩擦，钢球颗粒M自O点的运动速度V的方向应与法线偏转摩擦角。对V进行分解，则可得到钢球颗粒自O点移动的轴向速度V1圆周速度V2。其中，V1就是料槽中钢球的轴向输送速度，而V2则是钢球绕螺旋轴旋转的动力源。根据钢球颗粒M运动速度图的分析，可得到钢球轴向移动的速度为：（3-13）1cos():由于，1/cosnV0inV（3-14）10sco()而026tan6tSr:由于，2cos1/(/)/rSr所以（3-13）式又可写成：机械工程学院毕业设计（论文）第21页，共56页（3-15）12/60()SnfrV:同理可得圆周速度：（3-16）22/601()Snfr:式中，螺旋螺距（mm）；螺旋转速（r/min）；钢球与叶片间的Sf摩擦系数，为叶片与钢球的摩擦角（）；螺旋面升角（）。tanf查表可得，钢球与叶片间的摩擦系数=0.74。tanf解之得：=84.8mm/s2V则联立（3-14）（3-15）（3-16）式解之得：=100r/min=89.8mm/sn1V由式（3-14）及式（3-15），可得出钢球在料槽内轴向移动速度V1和圆周速度V2随半径r而变化的曲线图（图4）。由图4可见，V2在半径长度范围内是变化的，在螺旋轴后随半径的增加而减小，因此，钢球在螺旋内的移动过程中要产生相对滑动，V1在半径长度范围内也变化，并随半径的增加而增加。可见，靠近螺旋轴的钢球的V2比外层的大，而V1却比外层的要小，反之，靠近螺旋外侧的钢球的V1大V2小。这将使内层钢球较容易随螺旋轴转动，因而产生一个附加的钢球流。螺旋在一定的转数之前，这种附加的钢球流对物料运动的影响并不显著。但是，当超过一定的转数时，钢球就会产生垂直于输送方向的跳跃的翻滚，起搅拌而不起轴向的推进作用。这不仅会降低钢球的输送效率，加速设备构件的磨损，而且会增大螺旋功率的消耗。因此，为了避免这种现象的产生，螺旋的转数不得超过它的临界转速。机械工程学院毕业设计（论文）第22页，共56页图3.5螺旋面上速度的变化曲线3.2.2螺旋轴转速螺旋轴的转速对输送量有较大的影响。一般说来，螺旋轴转速加快，输送器的输送量提高，转速过小则使输送器的输送量下降。但转速也不宜过高，因为当转速超过一定的极限值时，物料会因为离心力过大而向外抛，使钢球在输送过程中所受的挤压力变大。所以还需要对转速进行一定的限制，不能超过该n极限值。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的最大值与其自身重力之间应有如下关系：（3-17）2maxrg即max2/60nr解之得：15.7in因此，螺旋输送机的螺旋转速应根据钢球输送量、螺旋直径和钢球的特性机械工程学院毕业设计（论文）第23页，共56页而定，在满足输送量要求的前提下，螺旋转速不宜过高，更不允许超过它的临界转速，即：式中，螺旋的实际转速（r/min）。maxnn所以，本次设计中取=100r/min。3.3输送螺杆的输送量计算3.3.1填充系数钢球在料槽中的填充系数对钢球的输送和能量的消耗由很大影响。当填充系数较小时，钢球堆积高度较低，大部分钢球靠近螺旋外侧，因而具有较高的轴向速度和较低的圆周速度，钢球在输送方向上的运动要比圆周方向显著得多，运动的滑移面几乎平行于输送方向，这时垂直于输送方向的附加钢球流减弱，能量消耗降低；相反，当填充系数较高时，钢球运动的滑移面很陡，其在圆周方向的运动将比输送方向的运动强，这将导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，填充系数适当取小值较有利，一般取。此外，倾斜角度的50%大小对填充系数也由一定的影响。各种物料的填充系数值可参考表3.1。表3.1倾斜输送系数3.3.2倾斜角度螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响，一般它是以一个影响系数的形式来体现的，倾斜输送系数见表1.螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料的输送效果。另外倾斜角度的大小还会影响填充系数，其对填充系数的影响如表1.倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。因此，在满足使用条件的前提下，螺旋输送机尽量避免倾斜布置，为了提高输送效率，倾斜角度也不宜太大，一般倾斜角度。若102机械工程学院毕业设计（论文）第24页，共56页一级不能满足要求，可采用多级倾斜布置，以减少损耗。为了便于钢球在圆筒中滑动，选取倾斜角度为2。3.3.3输送量输送量是衡量螺旋输送机能力的一个重要指标，一般根据生产需要给定，但它与其他参数密切相关。在输送钢球时，螺旋轴径所占据的界面虽然对输送能力有一定的影响，但对于整机而言所占比例不大，因此，螺旋输送机的钢球输送量可粗略按下式计算：（3-18）1360QFV:式中，螺旋输送机输送量（t/h）；料槽内钢球层横截面积（m2）；，其中，为填充系数，取0.3，为螺旋叶片直径2/4FDD（mm）；钢球的单位容积质量（t/m3），它同原料的种类、湿度、切料的长度以及净化方式、效果等多种因素有关，其值可查阅相关的手册；倾斜输送系数，考虑到螺旋输送机倾斜布置时对钢球的输送效果的影响，倾斜输送系数见表3.1。在实际工作中，通常不考虑钢球轴向阻滞的影响，因此钢球在料槽内的轴向移动速度。1/60VSn（3-19247QDSn:）由上式可以看出，螺旋输送机的钢球输送量与D、S、有关，n当钢球输送量Q确定后，可以调整螺旋外径D、螺距S、螺旋转速和填充系数四个参数来满足Q的要求。求解上式得：Q=9.1t/h。4系统传动比的分配4.1传动装置的总传动比传动装置的总传动比，根据电动机的满载转速和工作机所需转速按imnwn下式计算：=/=970/100=9.7（4-1）imnw机械工程学院毕业设计（论文）第25页，共56页4.2传动装置各级传动比的分配合理分配传动比，是传动装置设计中的一个重要问题，它将直接影响到传动装置的外廓尺寸、重量、润滑以及减速器的中心距等很多方面。对标准减速器，各级传动比按标准分配。总传动比为各级传动比的连乘积，即i（4-2）nii.21在本次设计中，要求有过载保护，故考虑在传动系统中采用带传动；又要求电动机轴与执行机构输入轴平行，且传动系统传动比较小，考虑采用单级圆柱齿轮传动。按表推荐的传动比范围，带传动比，圆柱齿轮传动比24bi:，则传动系统总传动比的范围35gi:（4-3）(24)3560bgi:为了使带传动的外廓尺寸不致过大，在选取标准减速器时，拟选用传动比为的ZDY型硬齿面圆柱齿轮减速器。故带传动比4gi9.7245bgi综上所述，各级传动装置的运动和动力参数如下：1）各轴转速减速器输出轴转速r/min（4-197024.5mgni4）螺旋轴转速r/min（4-12.045bni5）2）各轴功率电动机至螺旋轴的传动总效率包含减速器的效率和螺旋轴传动装置的效率两部分：减速器的效率包括两对滚子轴承的传动效率、一对圆柱齿轮的传动效率和一堆弹性联轴器的传动效率，即机械工程学院毕业设计（论文）第26页，共56页（4-6）2130.980.972螺旋轴传动装置的效率包括一级带传动效率，一对滚子轴承的传动效率，即（4-2127）0.9583则，减速器输出轴功率kw17.50926.nP螺旋轴功率kw2343）各轴转矩电动机轴转矩07.5950.89nmPTNm:减速器输出轴转矩116.21.4螺旋轴转矩22.950.0PTnNm:5系统动力部分的设计5.1电动机的选用及功率计算电动机一般由专业工厂按标准系列成批大量生产。在机械设计中，根据工作载荷（大小和性质）、工作要求（转速高低、允许偏差和调速要求、启动和反转频繁程度）、工作环境（尘土、金属屑、油、水、高温等）、安装要求尺寸、重量有无特殊限制等条件从产品目录中选择电动机。选择电动机包括选择电动机类型、结构形式、功率、转速和型号。5.1.1选择电动机的类型和结构形式电动机的类型和结构形式应根据电源种类（直流或交流）、工作条件（环境、温度等）、工作时间的长短（连续或间隙）、载荷的性质、大小、启动性能和过机械工程学院毕业设计（论文）第27页，共56页载情况等条件来选择。在本次设计中，对电动机的调速要求不高，负载较平稳，能够长期稳定工作，启动、制动频率较少，自动转矩不大，安装方式为卧式。通过查阅机械设计手册可以发现，Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便、较好的起动性能等优点，并且体积小、重量轻、外形美观。故可以按照工业上的一般标准采用具有封闭自扇冷式防护结构的三相异步交流电动机。5.1.2确定电动机的功率电动机的额定功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。所选功率小于工作要求时，不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载、发热而过早损坏；功率选得太大，则电动机价格高，能力又不能充分利用，且由于经常不在满载下运行，电动机的效率和功率因数都较低，造成很大的浪费。电动机的额定功率是连续运转下电动机发热不超过许用温度的最大功率，电动机功率的确定，主要与其载荷大小、工作时间长短、发热多少有关。对于长期连续工作、载荷较稳定的机械，可根据电动机所需要的功率来选择，而dP不必校验电动机的发热和启动力矩。选择时，应使电动机的额定功率稍大于e电动机的所需功率，即。对于间歇工作的机械，可稍小于。dPeded在本次设计中，电动机的功率包含传动功率、损耗功率和维持系统正常工作所需的提供给输送螺杆的驱动功率。其中，主要是提供给输送螺杆的驱动功率。输送螺杆的驱动功率，是用于克服钢球输送过程中的各种阻力消耗的能量，主要包括以下几个部分：1）使被运钢球提升高度H（水平或倾斜）所需的能量；2）被运钢球对圆筒壁和螺旋面的摩擦引起的能量消耗；3）钢球内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗；4）两端轴承处摩擦引起的能量损耗；5）皮带传递时损失的功率；机械工程学院毕业设计（论文）第28页，共56页6）减速器处消耗的功率。从另外的角度，也可以这样分：物料与料槽间摩擦消耗的功率；钢球与螺旋叶片间摩擦消耗的功率；轴承处摩擦消耗的功率；提升物料及物料颗粒间相互运动消耗的功率；传动系统消耗的功率。这样，螺旋输送机的电动机驱动功率，就由机构运动过程中所产生的阻力来决定。阻力主要由以下几个部分组成：1）钢球与料槽之间的摩擦阻力；2）钢球对螺旋的摩擦阻力；3）钢球倾斜向上输送时的阻力；4）皮带出动时的摩擦阻力；5）物料被搅拌所产生的阻力；6）轴承的摩擦阻力。在计算功率的时候，为简便起见，可以总结螺旋输送机功率为以下几个主要部分。即总的轴功率应包括物料运行需要功率，空载运转所需功率，P1P2P以及由于倾斜引起的附加功率三个部分，并且3；1/367PQL2/0DLsin/367QH(5-1)167/2P式中，螺旋输送机的驱动功率（kw）；输送量（t/h）；输送距L离（m）；倾斜高度（m）；螺旋外径（m）；物料运行阻力系数。H电动机驱动功率为：（5-2）PN式中，表示功率储备系数，一般取为1.21.4；电动机传动效率，一般为了方便取0.9计算。0.9对于本次设计的钢球分选机，由于整个系统连续作业，且自动化程度很高，任何一个部位发生故障都会影响整个系统的正常运转。因此，这种场合使用的输送机应有较大的功率储备。机械工程学院毕业设计（论文）第29页，共56页电动机所需的功率按如下的方法计算：电机功率的确定：（5-3）00/367()NkQLH:1.51.2460.8).或（w）式中：N0为螺旋轴所需功率，KW；k为功率备用系数，取1.3；Q为输送量，t/h；为物料总阻力系数，取1.2；L为输送器水平投影长度，取4.46m；H为输送器垂直投影高度，取0.686m。额定功率(5-4)0N/式中：N为驱动装置额定功率，kw；为驱动装置的总效率，一般取=0.920.96。:传动装置的总效率=(5-5)n.21=0.990.970.950.98=0.894通过理论公式计算，参照工程设计经验并考虑系统运行时的功率损耗和，最终取电动机的额定功率N为7.5kw。5.1.3确定电动机的转速和型号电动机的满载转速是指负荷相当于额定功率时的电动机转速，同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750等几种。一般来说，电min/r动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈贵。当输出转速高时，选用高速电动机较经济。但若输出转速要求较低时也选用高速电动机，则这时总传动比大，会导致传动装置结构复杂，造价较高。所以，在确定电动机转速时，应全面分析。为使传动装置设计合理，可以根据工作转速要求和各传动副的合理传动比范伟推算电动机转速的可选范围，即(5-6)123()dawnwniii机械工程学院毕业设计（论文）第30页，共56页式中，为电动机可选转速范围（r/min）；为传动装置总传动比的合理范dnai围；，为各级传动副传动比的合理范围；为工作机的转速1i23niwn（r/min）。在一般机械中用得最多的是同步转速为1500或1000的电动机。本mi/r设计要求输出轴的转速为100，所以选同步转速为1000的Y系列min/rn电动机。所选电动机的型号为Y160M-6。其各项参数如下：额定功率7.5kw；满载转速970r/min。5.2减速器的选用减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速以满足各种工作机的需要。减速器的种类很多，按照传动形式的不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照传动的布置形式又可以分为展开式，分流式和同轴式减速器。减速器的选用主要考虑承载能力，而减速器的承载能力受机械强度和热平衡许用功率两方面的限制。因此，减速器的选用必须通过以下两个步骤：1）选用减速器的公称输入功率，应满足：NP(5-7)12cASRK式中，计算功率，kw；1cP载荷功率，kw；2减速器公称输入功率，见表；N工况系数（即使用系数），见表；AK启动系数，见表；S可靠度系数，见表。R2）校核热平衡许用功率，应满足：(5-8)212312tGPfP、式中，计算热功率，kw；2tP机械工程学院毕业设计（论文）第31页，共56页减速器热功率，无冷却装置为，有冷却装置为；12GP、1GP2GP系数。3ff本次设计中，采用了V带传动，为轻微冲击，查表得=0.8，查表得启动AK系数和可靠度系数，=1，=1。按式计算，得出计算功率：SKRKSR1cP(5-9)12cANPP为满足减速器的机械强度，要求1c按i=4，n1=970r/min接近公称转矩1000r/min，查机械设计手册初选减速器型号为ZDY80.校核热平衡许用功率查表得，=1.35，=0.74（每天工作8小时），=1.1（1f2f3f）按式计算，得出热平衡许用功率：2/6.9/0.57NP2tP(5-10)21231tGPf、查表，对于ZDY80型，满足以上各项要求。由于齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而本次设计拟采用ZDY80-4-II型圆柱齿轮减速器，因此选定ZDY80-4-II型减速器。其主要安装尺寸如下：图5.1减速器安装尺寸机械工程学院毕业设计（论文）第32页，共56页表5.1减速器安装尺寸（mm）ABcHhn1m1m3L1L223515018210100401801201121285.3轴承的设计、选用及校核轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承（滑动轴承）和滚动摩擦轴承（滚动轴承）两大类。滚动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已标准化，选用、润滑、维护都很方便，因此在一般机器中应用较广。本次设计拟选用滚动轴承作为支撑部件，它是依