GSGN大型污泥螺旋输送机的结构设计

GSGN大型污泥螺旋输送机的结构设计

摘要

通过电动机、减速器、螺旋体、机槽、机架和轴承组成GSGN大型污泥

螺旋输送机。其中，螺旋体由轴和叶片组成，是输送物料的核心部件。减速器

采用四行星太阳轮浮动结构，减小了结构尺寸，同时提高整个工作面的输送量，

提高了效率。在设计过程中，通过对传动部的轴、传动齿轮和轴承等部件进行

了设计计算、强度校核计算出相应的数值，通过绘图制备等完成了相关工作。

通过对专业知识的进一步学习，加深了对GSGN大型污泥螺旋输送机的

结构以及工作原理的了解。由它的结构决定的驱动方式为单端驱动。通过进行

相关数据的分析，从而确定输送机重要部分的尺寸，然后画出图形，完成此次

设计。

关键词：输送机；结构；设计

Abstract

TheGSGNlarge-scalesludgescrewconveyoriscomposedofmotor,reducer,

screw,slot,frameandbearing.Amongthem,thescrewbodyiscomposedofshaft

andblade,whichisthecorepartofconveyingmaterial.Thereduceradoptsthe

floatingstructureoffourplanetssolarwheel,whichreducesthestructuresize,

increasestheconveyingcapacityofthewholeworkingfaceandimprovesthe

efficiency.Inthedesignprocess,theshaft,gear,bearingandotherpartsofthe

transmissionaredesignedandcalculated,andthecorrespondingvaluesare

calculatedbystrengthchecking.Therelatedworkiscompletedbydrawingand

preparation.

Throughthefurtherstudyofprofessionalknowledge,deepenedtheunderstanding

ofthestructureandworkingprincipleofGSGNlarge-scalesludgescrewconveyor.

Thedrivingmodedeterminedbyitsstructureissingleendeddrive.Throughthe

analysisofrelevantdata,todeterminethesizeoftheimportantpartsofthe

conveyor,andthendrawagraphtocompletethedesign.

Keywords:conveyor;structure;design

目录

1概论.................................................................1

1.1GSGN大型污泥螺旋输送机的研究背景与意义......................1

1.2GSGN大型污泥螺旋输送机的特点.................................1

GSGN大型污泥螺旋输送机具有如下特点：.............................1

1.3国内外关于GSGN大型污泥螺旋输送机的研究现状................1

2GSGN大型污泥螺旋输送机工作过程分析..............................3

2.1GSGN大型污泥螺旋输送机的一般结构.............................3

2.2物料的运动分析和叶片的设计.....................................3

2.2.1物料的运动分析...............................................3

2.2.2叶片的设计...................................................7

3GSGN大型污泥螺旋输送机的相关设计计算...........................11

3.1GSGN大型污泥螺旋输送机的主要构件............................11

3.1.1螺旋体......................................................11

3.1.2轴承........................................................13

3.1.3机槽........................................................15

3.2输送量计算.....................................................16

3.3GSGN大型污泥螺旋输送机驱动功率..............................17

3.3.1输送物料所需功率...........................................17

3.3.2GSGN大型污泥螺旋输送机空载转动的驱动功率...............18

3.4电动机功率计算及其选用........................................18

3.5螺旋体轴的校核.................................................19

3.6联轴器的选用...................................................20

3.7螺旋体转速的校核..............................................21

4减速器的设计及其计算..............................................22

4.1传动方案的设计.................................................22

4.1.1总传动比及传动比分配.......................................22

（1）驱动链轮转速的计算.........................................22

4.1.2运动参数的计算.............................................24

4.2传动部弧齿锥齿轮设计计算....................................25

4.3中速级斜齿圆柱齿轮设计计算....................................30

4.4园环链链轮的设计计算..........................................36

5GSGN大型污泥螺旋输送机总体尺寸设计.............................39

5.1输送机外形及安装尺寸..........................................39

5.2附件尺寸.......................................................39

5.2.1进料口......................................................39

5.2.2出料口......................................................40

6结论...............................................................41

参考文献.............................................................42

1概论

1.1GSGN大型污泥螺旋输送机的研究背景与意义

GSGN大型污泥螺旋输送机是现代化生产不可缺少的重要机械设备之一。

广泛应用于粮食工业、建筑材料工业、机械制造业、交通运输业等国民经济各

部门中。

GSGN大型污泥螺旋输送机在农业机械上运用很广：作为输送部件或作搅

拌、挤压、揉碎等工序的工作部件；作为固定式或移动式的独立输送机具，在

打谷场、谷物粮食和饲料仓库、畜舍等用来运送松散物料⑴。

GSGN大型污泥螺旋输送机对于减轻繁重的体力劳动，提高生产效率，实

现高度机械化，都具有重要的现实意义⑵。

1.2GSGN大型污泥螺旋输送机的特点

GSGN大型污泥螺旋输送机具有如下特点：

（1）机器构件简单，工作原理为单纯的机械运动。

（2）机器工作性能稳定，不易产生故障，即使出现故障，维修也较简便。

（3）机器灵活性较高，适应多种不同的工作环境。

（4）机器可以适应密封性能好、运行平稳可靠、操作安全等要求。

（5）输送物料方便。只需把物料放入进料口。

（6）输送方向可逆向。只需改变螺旋轴的旋转方向即可实现双向运输。

（7）螺旋叶片和料槽在工作过程中由于物料的作用易于磨损而影响机器整体

使用寿命。

（8）机器运输作物，不存在物料对机器的腐蚀作用而影响机器的整体使用寿

命。

综上所述，GSGN大型污泥螺旋输送机机动性优良、制造成本低廉，容易被小

农经济接受。

1.3国内外关于GSGN大型污泥螺旋输送机的研究现状

GSGN大型污泥螺旋输送机是一种常见的不具有挠性牵引构件的连续输

送机，现在已经成为合理组织成批生产和机械化流水作业的基础，是现代化生

1

产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一⑶。在我国现代化

的发展和各工业部门机械化水平、劳动生产率提高中，GSGN大型污泥螺旋输

送机将发挥更大的作用。但是其输送效率却比较低，现在对于GSGN大型污

泥螺旋输送机存在的输送效率问题，越来越来受到各界的重视，而且国外也有

了很多的研究成果。在国内的研究成果相对于国外来比较，研究成功还比较少，

还不是很先进141o

2

2GSGN大型污泥螺旋输送机工作过程分析

2.1GSGN大型污泥螺旋输送机的一般结构

如图2-1所示为GSGN大型污泥螺旋输送机的装配图。驱动装置包括电机、

变速器和联轴器。电机由工作要求来确定相关电机参数继而确定其型号。变速

器通过定传动比确定型号。

头部和尾部主体部分基本相同，都有螺旋体和机槽。不同的地方是：头部

有前轴、首端轴承，机器外壳上设计了卸料口；尾部有尾轴、尾部轴承，机器

外壳上设计有进料口。

物料由进料口进入GSGN大型污泥螺旋输送机，沿轴向运动从卸料口排

出。

图2-1GSGN大型污泥螺旋输送机的结构

1.驱动装置2.头节3.标准节4.选配节5.尾节

2.2物料的运动分析和叶片的设计

2.2.1物料的运动分析

机器的螺旋体将物料不断向前推进而进行物料输送，物料受自身重力和与

机器内槽壁的相互摩擦力保证了物料持续向前推进。机器工作时，螺旋体叶片

3

推动物料的力可分解为轴向和径向，其中径向分力使物料有绕轴转动的趋势。

而与此同时物料本身的重力有阻止物料向上旋转的趋势，并且由于内壁对物料

的摩擦力也阻碍物料的径向运动。若机壳内壁对物料的摩擦力和物料自重一起

克服了螺旋叶片推动物料的法向分力，同时螺旋体叶片推动物料的力的轴向分

量克服了机壳内壁对物料的摩擦力，则所输送的物料只能轴向移动⑸。

设螺旋升角为a,螺旋线在展开状态时可视为一条斜直线。则旋转螺旋面

作用于半径为r处的物料颗粒A上的力为PM考虑摩擦力的存在，P合的方向

与螺旋线的法向方向并不重合，而是产生q）角夹角。再将此力十字分解为与叶

面相切的P切和与叶面垂直的P法，如图2-2所示。

图2-2螺旋面作用于物料颗粒上的力

为了便于分析输送物料的受力特性，假设其中A为一物料颗粒，则A因

为受到力P企而在机器中运动，图2-3为A运动的分析。即A的合成速度为v

4

合分解为圆周速度vIM和轴向速度V«,

假设电机带动螺旋体以n为转速运转稳定。分析A的运动状态，由图中

ABC图形可得

腺cosp=ABsina(2-1)

因为

,c2加72

AB=------(2-2)

60

所以

Ijiynsina

VA=-------*--------(3-3)

60cosp

圆周速度为

—+P)=警*则"2

(2-3)

60cosp

以摩擦系数口=tanp代入上式，得到圆周速度

Vjg=^^sina(sina+4cosa)

(2-4)

综上，可得物料颗粒的圆周速度计算公式

-sns+〃

602万

(2-5)

、2

+1

2巩

式中：s——螺旋的螺距(m)

n------螺旋的转速(r/min)

r——物料颗粒离轴线的半径(m)

口而——物料与螺旋面的摩擦系数(其中HiaEanp)

把上式对r求导，然后使对r的倒数为0,当在V圆值最大时，r值为

面+炉房

s(2-6)

2万

根据图2-3可得，物料颗粒根据上述速度分解，则轴向速度为:

5

一〃面2m

(2-7)

6°UV-1

图2-4中的横轴表示的是半径大小，纵轴表示的是速度，图中的曲线表明

随着输送物料距离螺旋轴的距离变化，输送物料的速度v倒和v地也跟随着变化。

且螺旋体的螺距不同曲线的形状也会有变化。图中在直线0m以右的半径r值

的输送物料，输送物料的圆周速度v圆会根据半径的改变而不同，即使在一定

的半径范围内也并不是恒定的。因此，机器在输送物料的过程中，由于物料间

的速度大小及方向都不同，因而产生相对滑动。机槽中输送的物料，物料距离

螺旋轴越远物料的圆周速度越小，而物料距离螺旋轴越远物料的轴向输送速度

越大。内层的物料圆周速度大轴向速度小，这就导致输送物料过程中内层的物

料绕轴速度更快，在物料运动的过程中部分物料跨过螺旋轴掉入下一个螺距

中，这种物料输送现象叫做附加料流。附加料流的存在不利于农业生产，降低

为了有效解决上述问题带来的不良影响，如图2-5叶片形式。这种螺旋体

叶片形式能有效的减少附加料流带来的不良影响。叶片与螺旋轴连接的地方并

不是垂直连接，有升角为正a,而叶片外侧有升角负a,如此的设计有效的把

6

内层的输送物料向叶片外侧推送，与此同时外缘的物料有向内侧移动的趋势，

同时也降低了机槽内壁对输送物料的摩擦力，从而减少了附加料流。有效避免

了附加料流降低了机器的输送效率，增加了输送成本，损耗更多的能量的弊端。

机器输送物料时，物料受自身重力、螺旋体叶片的作用力以及机槽内壁对

物料的摩擦力的综合作用，物料面并不是以水平形式存在的，物料面与水平面

会形成一定的夹角，这个夹角称为倒塌角（记为犯）。如图2-6所示，当物料

转角超过倒塌角时表面的物料由于受力不平衡而向下滑落，然后下层物料逐渐

上移，而重复向下滑落。在物料向下滑落的过程中部分物料跨过螺旋轴掉入下

一个螺距中，从而产生附加料流，降低了机器的输送效率，增加了输送成本，

损耗更多的能量。综上所述，为保证机器为高效的工作运转而需控制物料面的

转角，即

（P＜（pd=Diep。（2-8）

式中：（po----物料的内摩擦角（。）

（pd----物料面的倒塌角（°）

（P——物料面的转角（°）

2.2.2叶片的设计

为保障机器高效工作GSGN大型污泥螺旋输送机物料面的转角必须小于

7

物料的倒塌角。而GSGN大型污泥螺旋输送机物料面的转角不仅与对物料本

身的进料量要求有关，还需考虑螺旋体叶片的螺距大小以及形状。

生产中对GSGN大型污泥螺旋输送机进料量的要求直接影响输送效率。

其中进料量用填充系数V表示。

图2-7表示螺旋体转动而推送物料时，对物料进料量要求不同的情况下机

槽内物料的存在状态。当进料量较小时(假设为w=5%),如图2-7a,物料输

送量较小且物料堆积厚度小，物料圆周速度受物料自身重力和较小的机槽内壁

摩擦力作用，圆周速度很小，而叶片推力的轴向分力是物料轴向速度很大。这

是基本没有附加料流的现象产生。当进料量变大时(假设w=20%),如图2-7b。

物料输送量变大且物料堆积厚度变大，物料圆周速度受物料自身重力和较大的

机槽内壁摩擦力作用，圆周速度变大，而轴线方向的机槽对物料的摩擦力增大

加大了机器的工作功率，同时增大了附加料流⑺。当进料量很大(假设

7=50%),如图2-7c。

物料面接近螺旋轴所在的平面，物料圆周速度受物料自身重力和较大的机

槽内壁摩擦力作用，圆周速度明显加大，而轴线方向的输送速度降低，产生大

量附加料流。大大降低了机器的输送效率，增加了输送成本，损耗更多的电能，

不利于生产。

综上所述，GSGN大型污泥螺旋输送机输送物料的进料量并不是越大越

好，基于实际考量，农业输送物料的填充系数一般W<45%。填充系数由输送

物料的性质决定，当决定输送了主要的输送物料后，相应的填充系数也就决定

了。

悔移动施

图2-7不同填充系数时物料层堆积情况及其滑移面

(a).w=5%(b).w=20%(c).i|/=50%

8

螺距的大小在物料输送过程中也影响输送效率，若确定了填充系数，当螺

旋体螺距改变时，机槽内的物料面的存在形式也会改变。若改变输送物料也就

是改变填充系数，会导致输送物料各个层面的速度变化。因此，得出最合理的

叶片螺距尺寸应该考虑到叶片与物料之间的摩擦系数以及相关摩擦性能，还必

须考虑由于物料进料量的不同而造成物料各方向的受力大小不同。

图2-3中假设的存在一物料颗粒A,其受到螺旋叶片沿轴向的分力为

%=与cos（a+p）（2-9）

为使P驰>0，则要求cos（。+0）为正，其中。必须满足

71、

a<——p（2-10）

2

综上可知，叶片上的最小半径就是螺旋轴的半径，此时的a（螺旋升角）

最大，而叶片对物料的轴向分力P驰最小。根据以上分析，有以下公式

Smax«㈤12若一夕）（2-11）

<----

max

〃面

可得螺距的最大许用值。

把ki=d/D代入上式，有

兀K、D

螺距的最大许用值，应该使物料的运动状态在各方向的分量合理分配。也

就是说物料在输送过程中所具有的轴向速度应该尽可能的大从而提高输送效

率，同时应使物料的圆周速度尽可能低，以减少附加料流对能量的损耗。由图

3-2可知螺旋叶片螺距的改变会导致速度的分解的结果不同。若螺旋叶片螺距

变大，在物料的轴向输送速度变大的同时会导致圆周速度不符合要求，从而产

生附加料流。若螺旋叶片螺距变小，在物料运行速度分分布合理的同时物料的

轴向输送速度且减小了网。

由上文所分析输送物料在螺旋圆周处的速度分解，v圆Sv躺，通过计算得

9

ss

sn诟+"而工1一〃而乐

6o_6o2(2-14)

uy+iM+i

\l7rr)\17ir)

S<2m--~~=tanf--p\17ir

(2-15)

1+〃面(4U

又因为此时2r=D（螺旋圆周处），故得求螺距的条件为

S<V^--p\iD

(2-16)

(4)

综上分析可得：进料量较小则螺距选取较小值，进料量较大则螺距选取较

大值。

若螺旋体的转速低于一定值，则转速在该值内的改变对物料的运动并没有

明显的影响。如果转速超过这一定值，叶片对物料产生过大的切向力而导致物

料被抛起，使物料产生径向跳跃，由此降低输送效率。所以，在实践生产中，

螺旋的最大许用转速如下：

A

小=而（2-17）

式中:D—螺旋直径（m）。

A-物料特性系数。

10

3GSGN大型污泥螺旋输送机的相关设计计算

3.1GSGN大型污泥螺旋输送机的主要构件

3.1.1螺旋体

螺旋体包含螺旋叶片和螺旋轴。它在整个机器中起着至关重要的作用，物

料的不断向前推进就是螺旋体的功劳。物料受自身重力和与机器内槽壁的相互

摩擦力保证了物料持续向前推进。

（1）螺旋叶片

螺旋叶片为适应当今多元化的要求而形式多样。根据输送要求，此设计采

用满面式螺旋叶片。图3-1所示为满面式螺旋叶片。之所以称为满面氏是因为

螺旋叶片是连续的曲面形式，其一侧与螺旋轴密切粘合。满面式螺旋叶片制造

易于批量化生产从而成本低廉、输送能力强，特别适合输送五谷等细小颗粒的

农作物，是此设计最合理的叶片形式⑼。

此设计的螺旋叶片采用正螺旋面叶片。正螺旋面叶片的母线始终垂直于螺

旋轴。

11

图3-2满面式螺旋叶片的展开图

图3-2,取螺旋体外径D=400mm,则由螺旋轴直径

=(0.2-0.35)0(3-1)

综合实际，其中0.2为指定系数，可得螺旋轴直径d=90mm.

用s表示螺旋叶片的螺距，并在此处采用标准值。有

s=k*D(3-2)

其中系数k=0.8,带入上式得s=320mm

用a表示螺旋升角，螺旋升角是指螺旋轴向与螺旋叶片上某点的法线之间

的夹角。

a公式如下：

/§、

a=tan-1-^―(3-3)

其中：s——螺距(m)

Di——该点距离轴心距离的两倍(m)

综上，螺旋体的a外为14.3°。a内为51.8°。

由于外径(D)大于内径(d),就有aQa外。

12

由于螺旋体的叶片在工作时长时间与物料（五谷）相互摩擦而易于磨损，

且物料因为受重力作用而多作用于叶片外缘，从而导致叶片的外缘磨损较重，

为了保证机器合理的使用寿命，取叶片厚度6mm,并需要保证叶片的质量，

叶片需进行热处理，从而使叶片表面硬化，性能更优越。

（2）螺旋轴

机器螺旋体的轴用钢管制造。由于轴体在负载相同的情况下，选择空心钢

管比较科学且经济、减轻自重的同时又节省材料，而且两个构件之间的连接也

容易实现。综合实际情况的考量，螺旋体应制成4m的节段，使用时按实际要

求将所需节段数连接起来，选取螺旋轴直径90mm,厚度10mm。为保证机器

工作的可靠性，轴与轴之间的的连接需要强化，联接要求如图3-3所示。

图3-3螺旋输送轴的联接

如上图在联接处的钢管内需要放入一段直径为70mm的实心的铁棒以加

固螺旋轴，然后再在钢管连接处增加一个适当大小的套筒，然后用螺栓紧固。

综合考量，此设计的轴选择空心钢管比较科学且经济、减轻自重的同时又

节省材料，而且两个构件之间的连接也容易实现。且用45号钢作材料，此设

计中的螺旋体选用三段长4m的节段。

3.1.2轴承

轴承是GSGN大型污泥螺旋输送机中的重要零部件。它能保证螺旋体尽

可能减小阻力的旋转，减少电机的工作功率，增强机器工作效率。

GSGN大型污泥螺旋输送机中所使用的轴承有三种，头部轴承、尾部轴承

和中间悬挂轴承。

头部轴承安装于GSGN大型污泥螺旋输送机的靠近电机的一端。头部轴

13

承要同时承受径向载荷和轴向载荷，因此头部轴承应米用圆锥滚子轴承。螺旋

轴因为圆锥滚子轴承得安装而能够承受拉力，避免螺旋轴因为过长且高速旋转

而容易发生挠曲〔⑼。此设计轴承内径90mm,外径而0mm,根据GB/T297-1994

查表选取轴承代号30318。结构如图3-4。

图3-4头部轴承

尾部轴承主要承受径向载荷和少量的轴向载荷，应该采用调心球面轴承。

螺旋轴因为调心球面轴承的安装而能够承受拉力，避免螺旋轴因为过长、轴向

压力的存在且高速旋转而发生挠曲。此设计轴承内径90mm,外径190mm,根

据GB/T281-1994查表选取轴承代号1318。尾部轴承的结构如图3-5所示。

14

图3-5尾部轴承

由于GSGN大型污泥螺旋输送机的螺旋体过长且高速旋转而容易发生弯

曲，为了避免上诉不良影响，每隔2m左右应合理安装一个轴承对螺旋轴进行

紧固。在中间悬挂轴承处，叶片遇到固定中间轴承的支架，因此不可避免的需

要截断，为了避免物料在此处不连续的向前推进，中间轴承的尺寸应使叶片分

开的距离可能的小，保障机器的工作效率。中间悬挂轴承适宜采用滑动轴承，

轴承需要设计有润滑油杯，以便进行润滑"L滑动轴承半径35mm。如图3-6.

3-6滑动轴承

3.1.3机槽

GSGN大型污泥螺旋输送机的机槽根据外形的有U字型和圆筒型。U字

15

型槽体在农业生产中的运用是比较普遍的，U字型机槽特征为两侧壁平行且与

底部半圆相切，上端边沿焊有外缘水平钢板，用以适当密封机体以及增加机槽

的强度，也起到固定螺旋轴上的悬挂轴承的作用。机槽具有一定的长度，每节

需要设置支架支撑机体防止因重力变形而发生故障“21。

图3-7GSGN大型污泥螺旋输送机机槽形式

此设计机器的机槽采用最常用的U字型，又基于实际情况，农作物（主

要是五谷等粉末或细颗粒装物料）运输距离较长，这就要求机槽具有一定的长

度。考虑到制造安装方便的实际应用，机槽分为三节4、4、4m,且每节需要

设置支架支撑机体防止因重力变形而发生故障。

3.2输送量计算

假设螺旋体轴向投影面积为A,物料输送速度为v,机槽的填充系数为9。

由人=当一和丫=二（m/s）得出

460

2

Iv.=60x^（pDsn（3-4）

和

I,*=夕1卜=AH（ppD2sn（3-5）

式中：Iv--容积输送量（m'/h）

1,「质量输送量（〃〃）

16

P—堆积密度(t/疝)

D--螺旋体直径(机)

S--螺距(m)

n--GSGN大型污泥螺旋输送机转速，r/min

假定输送物料为面粉，则查表JB/T7679-95可知v=0.33,p=0.59代入上

式可得：

I„=47x0.33x0.42x0.355x95»84m3/h

I„,=0.59x84»50t/h

3.3GSGN大型污泥螺旋输送机驱动功率

GSGN大型污泥螺旋输送机的驱动功率为：

P=P“+PN(3-6)

式中：P"--机器输送物料所需的功率(kw)

P,v--机器空载时所需的驱动功率(kw)

3.3.1输送物料所需功率

若GSGN大型污泥螺旋输送机长度为L,其功率为b的计算公式如下：

P〃喝叱*

(3-7)

式中：P”--机器输送物料所需的功率(kw)；

机器输送量；(据式3-5可得1“,=50)

儿-运行阻力系数;

计算得：

c50x12x0.8…

P=----------=1.3(kw)(3-8)

H367

17

3.3.2GSGN大型污泥螺旋输送机空载转动的驱动功率

功率P,v的计算公式如下:

DL0.4x12…

Pn=—=---------=0.24(kw)(3-9)

.w2020

式中：P,v--GSGN大型污泥螺旋输送机空载的驱动功率(kw)

所以输送机的驱动功率为机器输送物料所需的功率与机器空载时所需的

驱动功率之和，计算如下:

P=Pw+Pv=1.3+0.24=1.54(kw)

3.4电动机功率计算及其选用

cKP

PM=一(3-9)

式中：驱动装置总效率

K--功率储备系数

P--输送机的驱动功率

上式中取〃=0.88,取K=1.2,并代入上式得:

八1.2x1.54.

P”=-----------=2.1(kw)

0.88

GSGN大型污泥螺旋输送机驱动电机已经系列化，相关工厂已经成批生产

电机。此设计所选用的驱动电机根据相关的物料输送要求以及相关参数要求,

最终选用YU2M-4型电机。

表3-1电动机参数

18

电动机型额定功率满载转速极数额定转矩最大转矩

号

Y112M-42.2kw1484r/min42.2kw2.2kw

3.5螺旋体轴的校核

许用弯曲应力计算、许用切应力计算、安全系数校核计算是轴的强度校核

常用的三种校核方法。这三种方法运用灵活。在此设计中按许用弯曲应力计算

就可以足够可靠。因此此处螺旋体螺旋轴的校核采用许用弯曲应力计算的方法

来进行校核[⑶。

每节螺旋轴的长度为4000mm,采用45钢制造，密度7.85g/cm3,螺旋轴

的校核计算如下：

由式(4-5)结果可知，机器输送物料所需的功率取=1.3(kw)o所以可得:

7;=9.55xl06^-=9.55xl06X—=13xlO4Nmm

n,95

式中：刀=螺旋轴所承受的转矩

螺旋轴采用密度为7.85g/cm3的45号钢制造，轴外径为90mm内径为

70mm的空心钢管，长度为10m。从而可计算螺旋轴的重量G：

G=mg=/?Dg=7.85x]0O0x；rxi2x(0.092.0.072)x9.8

G=773.4N

螺旋叶片的厚度为6mm,则螺旋叶片的重量大约为：

G=mg=pvg=7.85x乃x0.32x6xl0=133N

则7个螺旋叶片的总重量为133N*7=931N。

由表3-2查得：

b°b=70M£

许用应力：

19

应力校正系数:

a=^=—=0.571

-70

表3-2转轴的弯曲应力

材料，4“b+n'b-lV

400，130.70.40.

碳素钢“500，170.75.45-

600“200，95,55“

当量转矩

«T=0.571xll0000=62800N.mm

当量弯矩

M=7141OOOO2+627002=1412042N.mm

轴径

d=[1411393=624mm

V0.1x60

综上所述螺旋轴的轴径符合要求。

3.6联轴器的选用

用来连接两个机构并使其共同旋转以传递扭矩的机械零件。在负载较大、

效率要求较高的物料输送中，联轴器还可以起到缓冲、减振和提高轴系性能的

效果。联轴器连接主动轴和从动轴。联轴器已经标准化，根据电力机的综合因

素和耦合载荷类别，转速，工作环境，选择品种根据耦合耦合，支持诸如耦合

型选择的影响因素；根据相关工作要求及其工作参数，最后确定联轴器的型号

[I4]

为CH3-70O

具体选择时可考虑以下几点：

(1)能否适应相关工作环境。随着农业产业化的持续推进，农作物的输

送量持续增长，无论寒冷的东北，还是炎热的南方，都需要机器高效的工作。

(2)能否承受相关电机所产生的转矩。联轴器需要承受最大载荷下所需

20

的转矩，以保证正常的工作。

(3)两轴相对位移的大小和方向。

(4)联轴器工作的可靠性。为降低农业输送成本，必须要求机器寿命尽

可能的长，在恶劣的条件下任能高效工作。

(5)联轴器本身的成本。在能合理使用的前提下尽可能的廉价。

联轴器形式如下：

图3-8联轴器形式

3.7螺旋体转速的校核

据式(2-17)中螺旋的最大许用转速：

nmax=A/方

式中A——综合特性系数

数据代入得：方=75/而=119

综上所述，螺旋体的转速符合设计要求。

21

4减速器的设计及其计算

4.1传动方案的设计

根据设计参数，减速器采用三级圆锥-圆柱齿轮传动,减速器布置型式见

图4-1o

椅出轴

输入轴

图4-1减速器布置示意图

4.1.1总传动比及传动比分配

(1)驱动链轮转速的计算

利用下式计算链轮转速:

NP(4-1)

式中：〃一链轮转速，r/min；

v—圆环链链速，m/sov=1.5m/s.

N—链轮齿数，N=9；

尸一链轮节距，mm；

nc.180°

P=DoSm~^~

(4-2)

式中：°。一链轮节圆直径，mm。

计算链轮节圆直径：

22

Dq

(4-3)

式中：。一圆环链节距，mm。取P=137mm；

d—圆环链直径，mm。取d=38mm；

”—20

链轮节距角，2N2x9

代入式（4-3）得：

2

13738

D。+=788.99mm

.20°20

sincos"

22)

789mm

代入式（4-2）得:

1QA0

P=789xsin—=269.85mm

9

链轮转速:

60x1000x1.5

n=37.058r/min

9x269.85

总传动比:

n1484

=40.045

n37.058

（2）传动比分配:

减速器为三级展开式，其中=2481,，2=4.375,4=3.76

（3）传动比误差:

M-i_2.48x4.375x3.76-40.045_

=­U.UZ<U.UD

40.045

23

传动比分配符合要求。

4.1.2运动参数的计算

从减速器的高速轴开始各轴命名为I轴、II轴、III轴、IV轴。

(1)转速计算

n}=1484r/min

,l1484i•

n,.=—1•=-------=598.15r/min

"z,2.481

_136_72r/min

111=—=S'""

i24.375

〃川136.72„,QA,

nlv=—=---------=36.36r/min

Az33.76

(2)功率计算

勺==700x0.99x0.99=686.07kW

61==686.07x0.99x0.97=658.83kW

611=昂〃2〃3=658.83x0.99x0.97=632.68kW

%=昂1%〃3=632.68x0.99x0.97=607.56kW

(3)扭矩计算

.9550々9550x686.07，「旧7

T,=--------L=------------------=4415.07N-m

1n1484

I

T9550昂9550x658.83^

T,,=--------=---------------------=1i0n51i8o.8O11NT-m

nn598.15

9550^=9550x632.68=441932Nm

nm136.72

,955049550x607.56.XT

Tn=--------纥=-----------=159576.4N-m

“nK36.36

24

4.2传动部弧齿锥齿轮设计计算

已知参数："=1484r/min§=2.481

(1)选材料、热处理方法、定精度等级。

选小齿轮20GrMnTiHRC58-62

大齿轮20MnVBHRC56-62

大小齿轮均采用渗碳淬火

许用接触应力

□”]=落，ZM

J”min

接触疲劳极限为同

叫ni=160()N/mm2

6小=155()N/mm2

应力循环次数N

N=60勺./4=60x1484x1x(5x300x16)=2.14x109次

^1=2.14x109次

N

2=ix=2.14X109/2.5=0.85x108次

^2=0.85x108次

式中：〃—齿轮转速,r/min

/一齿轮每转一圈时同一齿面的啮合次数

4一齿轮的工作寿命,h

取Z2]=ZN2=1

S”min=1

贝|JEJ=]600xl/l[b〃2]=i550xl/l

25

则E，=1550N/mm2

（2）齿面接触疲劳强度设计计算

选用弧齿锥齿轮，即

4>965I町I

VVH2+］（1_0.5%）2%际］2

(4-4)

载荷系数K,取K=1.5

齿宽系数①R,取叫=°3

计算小轮大端分度圆直径

3

KT

4>965t

V»2+1(1-0.5。]2

1.5x4415.07

=965

V2.4812+1(1-0.5X0.3)2X0.3X16002

246.7mm

（3）主要几何尺寸计算

齿数乙，Z2

取4=27Z9=uZ]—2.481x27=67

实际齿数比"

Z67_cl

u=—2=—=2.74181

427

分锥角

777

8-arctan—=arctan—=21.95°

1X

Z267

2=90°—21.95°=68.05°

大端模数〃?

26

用凡空=9」4

Z,27

按标准取〃?=12mm

分度圆直径4，出

4=mZ]=12x27=324mm

d2=mZ2=12x67=804mm

变位系数X

xjX=-xt2=0.125

Xj=-x2=0.33

锥矩H

R-d\/.-324/、

"―-2sinG)-/(2xsin21.95j

=433.39mm

齿宽b

8=%