螺旋输送机的设计大学论文

临沂大学机械工程学院2016届本科毕业设计PAGE2016届分类号:TH224单位代码:10452毕业论文（设计）螺旋输送机的设计 姓名学号年级2012专业机械设计制造及其自动化系（院）机械工程学院指导教师2016年4月10日PAGEI摘要螺旋输送机的工作原理是利用电动机通过减速器和联轴器带动螺旋轴转动,使物料在螺旋叶片的推动力作用下向前运动。螺旋输送机能够实现垂直、水平等方向的短距离输送，其结构简单、便于操作。本次毕业设计的任务是设计一台水平输送饲料的螺旋输送机，输送距离为50米，输送量为1.5t/h。重点是研究螺旋输送机的运输装置和驱动装置，运输装置的合理设计与驱动装置的合理选型可以大大提高螺旋输送机的稳定性、安全性以及工作效率。本次设计的基本思路是根据给定的条件计算出运输装置中各部分的尺寸，再确定出最小功率，然后选择驱动装置中的电动机、减速器和联轴器，最后再校核螺旋轴、头部轴承和尾部轴承等的强度。关键词：螺旋输送机；螺旋体；结构设计

AbstractTheprincipleofscrewconveyor’sworkingisthatthespiralconveyorisdrivenbyamotorthroughareducerandacoupling,sothatthematerialmovesforwardunderthedrivingforceofthespiralblade.Thescrewconveyorcanachieveit’sverticalandhorizontalshortdistancetransportationandit’sstructureissimpleandeasytooperate.Thegraduationdesign’staskistodesignahorizontalconveyingscrewconveyorforfeeding,andit’stransmissiondistanceis50metersandthetransportationcapacityis1.5t/h.Thepointisthescrewconveyor’stransportdeviceanddrivingdevice,becausethereasonabledesignofdrivingdeviceandtransportationdevicecangreatlyimprovethestabilityandsafetyandworkefficiencyofthescrewconveyor.Thebasicideaofthedesignisaccordingtothegivenconditionstocalculatethesizeofeachpartofthetransportationdevice,thendeterminetheminimumpowerandselectthemotor,reducerandcoupling,finallycheckthestrengthofscrewshaftandheadbearingandtherearbearing.Keywords:screwconveyor；leptospira；configurationdesign

目录1绪论 11.1螺旋输送机的概述 11.2螺旋输送机的应用范围及特点 11.3螺旋输送机的分类及结构特征 12螺旋输送机的相关介绍 22.1螺旋输送机主要结构 22.2螺旋叶片 22.3螺旋主轴 32.4轴承 32.5螺旋机壳 43螺旋输送机的选择与设计 53.1螺旋输送机的设计条件 53.2输送物料的运动分析 53.3螺旋叶片的计算 73.4螺旋机壳内径的选择 83.5主轴轴径的选择 93.6进、出料口尺寸的计算 93.6.1进料口 93.6.2出料口 103.7支撑架的设计 113.8传动功率的确定 114电动机和减速器的计算与选型 124.1电动机的计算与选型 124.2减速器的计算与选型 135主轴的应力分析与强度校核 155.1主轴的应力计算 155.2主轴的强度校核 176螺旋轴轴承的选择与校核 186.1头部和尾部轴承的选择 186.2中间吊轴承 196.3轴承的强度校核 196.3.1头部轴承的校核 206.3.2尾部轴承的校核 21参考文献 22致谢 23PAGE251绪论1.1螺旋输送机的概述经济的快速发展对人工效率和相应辅助工具技术的发展不断提出新的要求，为了提高人工效率、改善人工工作环境并实现生产过程的自动化，在生产过程中常采用自动化的螺旋输送机实现颗粒状物料的自动输送以改变传统的运输模式。螺旋输送机是一种适用于短距离输送物料的连续运输机械,在短途运输中尤为广泛使用。一般情况下，螺旋输送机可以维持恒定的速度将物料运送到指定位置。螺旋输送机根据用途的不同可以大致分为水平式和垂直式两种类型,而水平式的螺旋输送机较为常见。根据安装方式的不同可以分为固定式和移动式两种,实际生活中大多选用的是固定式的螺旋输送机。1.2螺旋输送机的应用范围及特点一般螺旋输送机对输送的物料会有一定的要求。并不是所有的物料都可以通过螺旋螺旋输送机来运送,如果需要运送的物料属于粘度比较大的、容易发生变质的以及那些一接触空气就会出现结块现象的物料,一般不建议使用螺旋输送机来运送,它的适用性也仅限于颗粒状物料和粉末状的物料。螺旋输送机在运行过程中,一般的工作环境温度为室温,对螺旋输送机倾角的限定只要不超过20度就可以正常工作,输送的距离一般受螺旋输送机功率的影响,其运送距离一般不会超过70米。螺旋输送机的构造比较简单,而且在实际操作过程中还比较便捷安全,最大的优点是它可以根据需求的不同,在运送物料的进程途中设置多个进料口和出料口以达到预期效果。它存在的缺陷还是比较明显的,诸如较低的输送物料量,构件经常出现严重磨损的想象,输送距离短等。[1]1.3螺旋输送机的分类及结构特征螺旋输送机按照其使用范围的不同可以分为水平固定式和垂直式两种类型。其中最常用的一种形式是水平固定式螺旋输送机，垂直式可以输送的物料一般不得高于10米。本文研究的是水平固定式螺旋输送机，其螺旋叶片的形状为实体螺旋面型，且工作条件是水平输送。螺旋输送机由运输装置和驱动装置两部分组成。运输装置由螺旋轴、螺旋叶片、头部轴承、尾部轴承、中间吊轴承、机壳、进、出料口及底座等组成。驱动装置由电动机、减速器、联轴器组成。[1]

2螺旋输送机的相关介绍2.1螺旋输送机主要结构图1螺旋输送机的整体结构如图1所示为螺旋输送机的主要结构示意图，通过安装于机壳内部的头部轴承、尾部轴承和中间吊轴承支承着刚性螺旋体，形成了运输装置，通过电动机带动螺旋体的转动，进料口在机壳上侧，出料口在机壳下侧。沿着螺旋轴的轴径方向可开设多个进料口和出料口，根据实际需要，可以选择在机壳头部或尾部安装传动装置。[2]2.2螺旋叶片螺旋叶片有左旋和右旋两种，如果想要实现在两个不同方向上输送物料，可以根据实际需要，以螺旋轴上某一点将螺旋体分成两段，然后在左右两段焊接旋向不同的螺旋叶片。螺旋体的主要尺寸有轴直径d(mm)、螺旋叶片直径D(mm)和螺距S(mm)。完整的螺旋叶片首先需要用1.5-4.0mm厚的钢板冲压形成带有缺口的圆环，然后将圆环拉成像弹簧一样的螺旋体，最后在螺旋轴上焊接一定数量的叶片。[3]圆环的尺寸如图2，计算如下：（2-1）（2-2）（2-3）式中：R——圆环的外圆半径；r——圆环的内圆半径；——圆环的缺角；外螺旋线长度为：L=(πD)2+S2内螺旋线长度为：l=(πd)2+S

图2螺旋叶片及下料尺寸最常用的螺旋输送机是采用实体螺旋输送机，一般用于小颗粒物料的输送，并且物料必须干燥无粘性。当物料的粘性较大时，可以采用带式螺旋输送机，叶片式螺旋输送机可用于输送韧性较大的物料。螺旋输送机的螺距长度按其类型不同可分为三种：LS型为D=（0.8-1）S；GX型为D=0.8S2.3螺旋主轴螺旋输送机的主轴通常是由长2～4米节段的空心钢管通过法兰式连接而成，这样可以在保证强度的同时减小重量，并且可以方便安装。如图3所示[1]1-主轴2-连接螺钉3-轴头4-螺旋面5-衬套图3螺旋输送机轴2.4轴承对于在机壳内部安置的轴承，它的作用一般起支承螺旋体的作用。通常头部用圆锥滚子轴承，尾部用调心球轴承。把圆锥滚子轴承安装在轴承的头部位置，也就是送料口的正前方，在送料过程中，轴承必须承受因为送料阻力导致的轴向力。一般情况下，因为轴承设计的比较长，为了更好的支撑螺旋轴，可以把吊轴承安置在每一段的中间，所以选用开式滑动轴承作为吊轴承来使用。[5]2.5螺旋机壳LS型螺旋输送机的机壳一般采用薄钢管制成，厚度为2～6mm。这类输送机的外壳通常采用圆形外壳，用角钢把每段机壳侧壁的上端和端部进行焊接以达到加固的目的，从而确保输送机的机壳具有足够强的刚度。送料过程中需要确保具有一定的强度，所以使用铸铁制成支承脚安装在输送机机壳的底部。为了强化输送机机构间刚度和连接的稳固性，把送料槽的各部分横向的接口和纵向边缘都用角钢进行焊接。在设计时，螺旋叶片的直径不能超过输送机机壳的内部直径，因此这两个部件之间需要留有一定的空间，这样有助于减少能耗和降低不必要的磨损，通常间隙定为5.0～15mm。[6]

3螺旋输送机的选择与设计3.1螺旋输送机的设计条件根据实际需求,本次任务是设计一台水平输送饲料的螺旋输送机,其输送距离为50m，输送量为1.5t/h。3.2输送物料的运动分析螺旋输送机中运送的物料不会因为螺旋体的转动而转动,物料之所以会沿着既定的方向运行是由于螺旋叶片在旋转过程中产生的导向推动力使物料沿着螺旋方向进行移动。送料过程中,在螺旋轴的驱动下物料的运动轨迹是直线复合式的运动,而不是纯粹的在轴线上做直线运行。[7]展开螺旋升角α，则可以用一条直线来表示螺旋线，以A点为研究对象。受力分析如图4所示。图4物料颗粒受力分析图由以上可知，物料颗粒A受到P1、P2的合力P合的作用，即具有水平方向的速度V轴，又具有垂直轴线方向的速度V圆，图5物料颗粒速度分解图设螺旋输送机的转数为n，则由几何知识可知A的运动速度为：（3-1）由于（3-2）则（3-3）所以（3-4）将摩擦系数代入式3-4可得：V圆=2πrn60∙sinα(sinα+μcosα)因为tanα=s2πr（3-所以sinα=s2πr1+(s2πr)2因此，将式3-7代入式3-5可得:V圆=sn60∙s2πr式中:n——转数(r/min);s——螺距(m)；μ——摩擦系数，μ=tanρ；r——物料颗粒A离轴线的距离(m)。若设V圆为因变量，r为自变量，对公式中的V圆求一阶导数，并令dV圆dr=0就可以求出最大半径为：r圆max=μ+1+μ物料颗粒的轴向输送速度为：V轴=V合cosα+由3-3式可得：V合=2πrn60∙sinα(cosα+μsinα)因为tanα=s2πr所以sinα=s2πr1+(s2πr)2，cosα=因此，将式3-14代入式3-12可得：V轴=V合由以上可知，当转速一定时，只要把螺距s控制在某一范围之内，物料就可以得到较好的轴向输送速度。[8]3.3螺旋叶片的计算输送量的计算公式为:Q=60φ∙β0∙k∙r∙n∙D3[9其中:Q——输送量（t/h）；Ψ——填充系数[9]；β0——倾斜系数[9]——r——物料容重（t/m3）；n——转速（r/min）；D——螺旋直径（m）。表1填充系数ψ[9]物料特性易流动,磨损很少少量磨损且为颗粒至小块状磨损性、侵蚀性大ψ0.450.330.15表2倾斜系数β0[9倾斜角0≦5≦10≦15≦20β1.00.900.800.700.65表3物料容重r及运行阻力系数λ[9]物料r（t/m3）λ灰与渣0.7-1.03燕麦、大麦、饲料0.81.9砂桨1.8-2.13设计条件Q=1.5t/h，结合上表可知：饲料特性为颗粒、少量磨损，且水平运送。所以β0取1.0；r取0.8；ψ取0.33；k取1.0。初选主轴转速n为80r/min将Q=1.5t/h，ψ=0.33，β0=1.0，r=0.8t/m3，n=80r/min,k=1.0得：D=105.8mm圆整后D为100mm，再把D=100mm代入式3-16计算可得：n=94.7r/min，圆整后n为90r/min，取螺距l为100mm。3.4螺旋机壳内径的选择LS型螺旋输送机的机壳一般采用薄钢管制成，厚度为2～6mm。螺旋叶片与机壳的间隙通常定为5.0～20mm之间，间隙设计要求如表4所示，选取间隙为10mm，螺旋机壳内径就为110mm，再取机壳厚度为5mm，则可得机壳外径就为120mm。[10]如图6所示。表4螺旋公称直径与机壳间隙[10]公称直径/（mm）螺旋直径与机壳内径的间隙/（mm）10010100-30012.5300-50015图6螺旋输送机机壳3.5主轴轴径的选择螺旋轴采用空心钢管，其直径一般在30mm～70mm之间。再计算出螺旋轴内径为：d=0.2~0.35D[1]（3-1轴径较大时，虽然可以确保物料传输过程中的强度，但是对输送物料的有效面积会有一定的影响，所以应取：d=0.3D（3-18）d=0.3×100mm因此轴径为30mm。主轴选用厚度为5mm的钢管，则内径为20mm。3.6进、出料口尺寸的计算螺旋输送机的出料口、进料口是根据需要开设的，通常是从头部出料，尾部进料，但是有时也可以从尾部出料，头部进料，还可以根据需要从尾部进料，头部和中部同时出料。3.6.1进料口进料口的结构设计如图7所示，进料口的作用是连接进料漏斗和螺旋输送机的运输装置，其大小只需保证螺旋输送机在工作时有充足的物料进入螺旋体。[1]图7进料口3.6.2出料口（1）出料口的结构出料口的结构设计如图8所示，出料口是焊在机壳下方让物料流出的装置,在出料口处的机壳开孔时应注意机壳的内孔尺寸，其横截面面积有一个最小值。[1]图8出料口（2）出料口横截面积的计算因为输送量为Q=1.5t/h,而容重为r=0.8t/m3,所以物料的输送量就可转换为q=1.875m3/h；因此VV轴=S×n60式中：S——节距（m）；n——转速（r/min）。所以轴向输送速度为：V计算截面积得，s=qV轴（3-s=综上可得，出料口的横截面面积要大于0.0035m3.7支撑架的设计支撑架一般是用灰铸铁铸造而成，安装在螺旋轴外部。为了保证强度要求，设计时让其中心线距离底座距离为200mm，壁厚8mm。[1]如图9所示。图9支撑架3.8传动功率的确定螺旋输送机正常运转的功率可用以下公式计算：P0=Q×λ×L+H367+D×L20[1]式中：Q——输送量；λ——阻力系数；L——总长度；H——垂直高度；D——直径。代入数据：Q=1.5t/h,λ=1.9，L=50m，D=100mm，H=0。可得，P04电动机和减速器的计算与选型4.1电动机的计算与选型从各方面考虑，电动机的功率是影响电动机型号选择的重要因素。当电动机使用功率过大时，由于电动机不能正常满载工作，导致传动效率比较低，而且还增加了电动机不必要的能耗，在很大程度上造成无关浪费，电动机在小功率下运行时，难以保证电动机在正常转速下工作，稍有不慎可能会使电机因为载荷过大而损毁。电动机在运行过程中,会伴随着机械能转化为内能致使电动机出现发热现象,在很大程度上影响了电动机正常运行的效率。而电动机的发热现象取决于电动机是否在额定功率下正常运行以及电动机工作时间的长短。一般条件下电动机在正常工作条件下,它的运行状态可以大致分为短时运行、重复短时运行和长期连续运行这三种基本的运行类型。由上文的计算可知输送物料所需要的功率为0.64Kw，螺旋轴的工作效率可取，闭式圆柱齿轮传动，取，轴承选用滚动轴承，则取，而联轴器可取、。[11]因此，总效率为:η总=η查阅相关资料[11]可知，所选取的齿轮和联轴器等符合精度要求。计算总功率：P总=P0ηP因此可选用电动机功率为1.1。查阅相关资料，选择Y90S-4型号电动机[11]。如表5所示。表5Y90S-4电动机的主要性能参数[11]电动机型号额定功率/（kw）满载转速/（r/min）电机轴直径/（mm）质量/（kg）Y90S-41.1140024224.2减速器的计算与选型螺旋输送机驱动装置中的减速器通常采用圆柱齿轮减速器。总传动比为：i=nmni输入转速1400r/min，传递功率1.1kw计算出功率：[13](4-5)其中:——减速器的传递功率；——工况系数，查阅相关资料可得；——对应输入转速的减速器机械强度折算许用公称功率；——对应输入转速的减速器机械强度许用公称功率；——输入转速；——承载能力表中靠近的转速。根据i=15.56，，将i圆整为i=16，n1圆整为，并且知道P1c=1.1kw，查阅相关资料可得出低速级中心距为112mm，再根据中心距查阅相关资料即可选用减速器的型号为ZLY112-16-IJB/T8853-2001。[1综上所述，选择减速器型号为ZLY112-16-IJB/T8853-2001，此减速器公称输入转速为1500r/min，输出转速为94r/min，输入轴直径为22mm，输出轴直径为38mm。[13]如表6所示。表6ZLY250减速器各尺寸大小[13]型号输入转速/（r/min）输出转速/（r/min）输入轴直径/（mm）输出轴直径/（mm）ZLY112-16-I1500942238电机轴的扭矩为：T=9550Pn[14]（T所以，联轴器的转矩为：Tc=KT其中：K为工况系数。查阅相关资料可知，螺旋输送机的工况系数为1.4。[11]T根据以上计算可知，联轴器的扭矩并不大，可以考虑选择滚子链联轴器，型号为GL2GB/T6069—2002，其轴孔直径分别为22mm和24mm，公称转矩为Tn=63Nm。[T因此，联轴器满足要求。

5主轴的应力分析与强度校核5.1主轴的应力计算⑴计算主轴所受的弯矩此次设计的螺旋输送机主轴全长50m，中间吊轴承的间距为2.5m，主轴在竖直方向的受力示意图如图10所示。图10主轴竖直方向受力图总重为：G=G1+G2+G3（5-1）其中：G1——壳体中物料的重量；G2——螺旋叶片的自重；G3——主轴的自重。由式2-4和2-5可知：外螺旋线的长度为：L=(3.14×100)2内螺旋线的长度为：l=(3.14×30)叶片宽：b=L-l2（5b=96.5(叶片厚选为3mm，螺距为100mm，50m的螺旋轴总共由500个螺旋叶片拉伸焊接。螺旋叶片的体积为：V螺旋叶片的自重为：G2主轴的自重为：G计算机壳中物料的总重G1(不包括螺旋叶片在机壳中所占的体积):G因此：G=G1+G2+G3=2592+8350+15001=25943N螺旋输送机在安装的时候间隔2.5米安装一个支座,吊轴承是固定在机壳上面的,螺旋主轴每一段的弯矩也是相同的,所以只需要计算一段的弯矩,再求出最大值,进行校核。[14]根据图10可得：F1+F2+F3+F解得：F=1235.4N主轴在第一段的弯矩为：M=F×S，查阅相关资料[14]可知，Mmax=F×S（5M⑵计算主轴所受的扭矩螺旋输送机在输送物料时受到较大的扭矩，螺旋叶片推动物料向前滑移，扭矩的计算公式为：T=9550Pn（5其中：P——主轴传动的额定功率；n——主轴的转速。T主轴各段的弯扭组合图如图11所示。图11主轴弯扭图5.2主轴的强度校核根据第三强度理论校核主轴的强度：σr3=1WMmax2+T2≤[σ-1而抗弯截面系数为：W=πD3(1-α4)其中：外径D=30mm，内径d=20mm，α=2由式5-6和式5-7可得：σr3因为主轴为16Mn钢材质，其[σ-1]=350MPa[14所以，σ因此主轴选择合适。由以上可知，主轴的扭矩为：T=67.9所以，联轴器的转矩为：Tc=KT（5-其中：K为工况系数。查阅相关资料可知，螺旋输送机的工况系数为1.4。[11]T根据以上计算可知，联轴器的扭矩并不大，且减速器输出轴直径为38mm,主轴直径为30mm，可以考虑选择滚子链联轴器，型号为GL5GB/T6069—2002，其轴孔直径分别为30mm和38mm，公称转矩为Tn=250Nm。[1T因此，联轴器满足要求。

6螺旋轴轴承的选择与校核6.1头部和尾部轴承的选择物料输送前方的一端安装头部轴承，一般采用圆锥滚子轴承，其结构如图12所示；尾部轴承一般采用调心球轴承，其结构如图13所示。[15]图12头部轴承和端部机架图13尾部轴承和端部机架安装轴承的轴肩直径为30mm，通过查阅相关资料可知，头部采用圆锥滚子轴承32006，尾部采用调心球轴承1206。[11]如表7所示。表7轴承相关系数[11]轴承型号内径d/(mm)外径D/(mm)宽度B/(mm)基本额定动载荷C/(kN)判断系数e轴向动载荷系数Y3200630551735.80.431.4120630621615.80.24YY6.2中间吊轴承通常情况下,当螺旋轴较长时，为了保证输送机头部和尾部之间的同轴度，把吊轴承安装在螺旋输送机的头节与中间节、中间节与尾节之间。而且安装上的吊轴承可以尽可能的提高螺旋输送机自身承载能力和承受在运行过程中产生的无关载荷。螺旋输送机上所使用的吊轴承一般采用合金制件或铸铁制件,通常使用钢板焊接效果比较好。[5]中间吊轴承结构如图14所示。图14中间吊轴承6.3轴承的强度校核本次设计的螺旋输送机，用滑动轴承作为中间吊轴承，其强度很高，不需要校核。现在主要校核头部轴承和尾部轴承，其受力图如图15所示。图15头部轴承和尾部轴承受力图轴承在竖直方向所受的力为：F1=F2=F=1235.4而水平方向所受的力就为物料与机壳由于摩擦而产生的力，查阅有关资料可知，饲料与螺旋叶片钢材之间的摩擦系数为:μ=0.3[16因此，总的摩擦力为：f=μ×G1f而F3+F4=f,F3=F4解得：6.3.1头部轴承的校核用两个型号为32006的圆锥滚子轴承作为头部轴承。靠近外端的圆锥滚子轴承主要承受水平方向的轴向力，而最内侧的轴承主要起到保持平衡的作用，两个轴承同时承受竖直方向的径向力。在主轴静止的情况下，轴承只承受竖直方向的径向力，在主轴旋转的情况下，轴承则要承受水平方向的轴向力和竖直方向的径向力，因此，只需要对主轴转动时外侧的轴承进行校核。[1]水平方向的轴向载荷为：F竖直方向的径向载荷为：Fr=0.5×F2（F而F查阅相关资料[12]可知，当FaPr=0.4Fr+YFa取Y