FG150螺旋洗砂机结构设计

目录

摘要...................................................I

Abstract.......................................................................................................II

引言...................................................1

1绪论...................................................2

1.1国内外洗砂机发展趋势..................................2

1.2研究的主要内容.......................................3

1.3研究的意义...........................................3

2FG-150螺旋式洗砂机的总体结构...........................4

2.1FG-150螺旋式洗砂机的基本设计和要求..................4

2.2FG-150螺旋洗砂机的参数..............................4

2.3整体方案设计.........................................4

3FG-150螺旋式洗砂机各部分结构设计.......................6

3.1螺旋输送装置的结构...................................6

3.2物料的运动分析和叶片的设计...........................6

3.2.1物料的运动分析....................................6

3.2.2叶片的设计........................................9

3.3螺旋输送装置的主要构件...............................12

3.3.1螺旋体...........................................12

3.3.2轴承.............................................14

3.3.3机槽.............................................16

3.4输送装置中输送量的计算..............................17

3.5螺旋输送装置功率计算.................................17

3.5.1输送物料所需功率.................................18

3.5.2螺旋输送装置空载转动时的功率.....................18

3.6电动机功率计算及选型.................................18

3.7螺旋体轴的校核计算...................................19

3.8联轴器的选用........................................20

3.9螺旋体转速的校核....................................21

3.10传动方案的设计.....................................21

3.10.1总传动比及传动比分配............................22

3.10.2运动参数的计算..................................23

3.10.3传动部弧齿锥齿轮设计计算........................24

3.10.4中速级斜齿圆柱齿轮设计计算......................29

3.10.5圆环链链轮的设计计算............................35

结论..................................................38

致谢..................................................39

参考文献..................................................40

本科论文

摘要

螺旋式洗砂机是一种用来将泥沙里面的人们所需要的砂石筛选出

来的机械。筛选出来的砂石再进行清洗，最后可以得到人们想要的砂。

螺旋洗砂机给人们带来很大的方便，它的洗砂能力强，本身的螺旋体

长，这样洗砂的行程长，密封性好，简单操作，处理简单，维修方便,

洗刷效率比人工效率高等特点。螺旋洗砂机在工作时主要通过电机驱

动主轴，主轴上安装螺旋叶片进行洗砂。螺旋叶片是旋转螺旋式的，

所以又称为螺旋洗沙。它的内部结构有驱动电机，中心轴，螺旋叶片

和支架组成；支架可以直接焊接在中心轴的外形架上。

目前国内外螺旋洗砂机的发展非常迅速，尤其是各种大型洗砂机

层出不穷，螺旋洗砂机本身是一种结合国内外技术进行改良的产品，

与传统洗砂机相比具有很大的优势。但目前的螺旋洗砂机存在着以下

缺点，比如说螺旋洗砂机的运转噪音比较大、效率不够高、产量不够

大、在洗刷过程中洗出来的沙子，砂石质量标准有待提高。本次设计

此基础上进行筛料口调整，排料开口调整等工艺改进外，还加大了螺

旋洗砂机的行程，使砂石在高速旋转中形成更细小的砂石，能够达到

更大产量的目的。

确定螺旋洗砂机基本结构后，确定它的设计路线，驱动系统，传

动系统，主轴计算，叶片合理计算，齿轮齿条，链轮链条设计计算。

确定工作运行路线，查阅资料从而得到合适的参数来进行初步设计。

详细地说明了该螺旋洗砂机的结构特点和整个洗砂过程中的原理，并

对该螺旋洗砂机中各部件进行设计、并对各个结构进行计算和校核，

已达到满足需求的目的。

关键词：洗砂机；螺旋叶片；齿轮传动；PLC控制

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Abstract

Spiralsandwasher.It'samachinethatsiftsoutthesandandgravel

thatpeopleneedinsidethesediment.Thesandisfilteredoutandcleanedto

getthedesiredsand.Thespiralsandwashingmachinebringsgreat

conveniencetopeople,itssandwashingabilityisstrong,thespiralitselfis

long,sothesandwashingstrokeislong,thesealingisgood,simple

operation,simpletreatment.Easymaintenance,washingefficiencyis

higherthanmanualefficiency.Thespiralsandwashingmachinemainly

drivesthespindlethroughthemotorwhenworking,andthespiralbladeis

installedonthespindletowashthesand.Thespiralbladeisrotatingspiral,

soitisalsocalledspiralsandwashing.Itsinternalstructureconsistsofa

drivemotor,acentralshaft,spiralbladesandabracket.Thesupportcanbe

directlyweldedtotheouterframeofthecentralshaft.

Atpresent,thedevelopmentofspiralsandwashingmachineathome

andabroadisveryrapid,especiallyavarietyoflargesandwashing

machinesemergeinendlessly,spiralsandwashingmachineitselfisa

combinationofdomesticandforeigntechnologytoimprovetheproduct,

comparedwiththetraditionalsandwashingmachinehasagreatadvantage.

Butthecurrentspiralsandwashingmachinehasthefollowing

disadvantages,suchasthespiralsandwashingmachineoperatingnoiseis

relativelylarge.Notefficientenough.Theoutputisnotlargeenough.Inthe

processofwashingoutthesand,sandqualitystandardstobeimproved.

Thisdesignonthebasisofthesievemouthadjustment.Besidesthe

adjustmentofdischargeopeningandothertechnologicalimprovements,the

travelofthespiralsandwashingmachineisalsoincreased,sothatthesand

andgravelcanformfinersandandgravelinthehigh-speedrotation,which

canachievethegoalofgreateroutput.

Afterdeterminingthebasicstructureofthespiralsandwashing

machine,determineitsdesignroute,drivesystem,transmissionsystem,

spindlecalculation,reasonablecalculationofblades,rackandpinion,

sprocketchaindesignandcalculation.Determinetheworkingroute,

consultthedatatogettheappropriateparametersforthepreliminarydesign.

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Thestructurecharacteristicsofthespiralsandwashingmachineandthe

principleofthewholesandwashingprocessaredescribedindetail,andthe

variouspartsofthespiralsandwashingmachinearedesigned,andthe

variousstructuresarecalculatedandchecked,soastomeetthe

requirements.

Keywords:sandwashingmachine;Spiralblade;Geardrive;PLCcontrol

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引言

进入到21世纪，随着科学技术发展，随着机械工厂设备的技术要

求的更新和国外先进技术的引入，对螺旋洗砂机来讲经历了一个很大

的变革；其中，对砂石筛选出来的质量提出了更高的需求。这对于洗

砂，筛砂工作来说，目前最好的设备还是螺旋洗砂机，因此本文设计

了一种新型的螺旋洗砂机。本次设计的螺旋洗砂机采用的是用PLC控

制系统来实现对整个机械的控制能够实现砂石的筛选，清洗工作。

旋洗砂机用于细粒度和粗粒度物料的洗选作业的机械设备叫通常

来说螺旋洗沙机可以完全的适用于建筑用砂、筑路用砂石，在这个行

业里尤为重要。螺旋洗砂机功率消耗小、洗净度高，密封结构好、全

封闭传动装置、可调式堰板，确保了产品高效、耐用，清洗、脱水效

果好，细粒产品保持稳定等特点

在机械整体构架，传动结构，电机驱动等方面综合考虑实现了低

成本、高效率、稳定性比较高的工作状态⑵；在螺旋叶片设计上，将螺

旋叶片安装在中心轴上，电机与中心轴之间用减速器进行连接，因固

体砂石颗粒的质量不同，在液体中沉降速度不同的原理进行清洗，进

行筛选。

随着当今社会的高速发展，在提高砂石清洗能力，筛选能力的同

时，还要提高资源利用效率。就根据当下的情况实际分析后考察洗砂

机的市场需求正在逐步的增多，洗砂机的地位在砂石生产过程中比重

和投资技术研究也越来越大成为不可忽视的关注点，聚集了行内很多

相关人员的关注与青睐。和传统的洗砂机设备相比，经过技术创新后

的洗砂机产品粒型好，运行成本低，性能突出，能有效减少对环境的

污染问题，总的来说洗砂机的投资前景还是不错的⑶。

所以通过上述所说和实际考察不难发现：在能够达到筛选砂石的

功能的同时还要提高得到砂石的质量，这样我们才能在未来的洗沙机

中占有一席之地才能在激烈的市场中保持恒久的活力才能使我们的产

品能打开更大的国门。因此，螺旋叶片的创新设计和其摩擦特性的创

新，是未来螺旋式洗沙机的发展方向。

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1绪论

1.1国内外洗砂机发展趋势

在我国的经济发展的高速时期，中国内需为主体的市场的情况没

变，所以说，国内所研发设计的洗砂机基本上都是国内的企业来进行

使用。为实现国际化的发展目标，沙石工业进入高速发展时期，随着

国家对于砂石工业的投资和对砂石市场的需求，我国对螺旋洗砂机的

要求就越来越高；随着先进技术的发展，对砂石的数量和质量提出更

高要求；螺旋洗砂机已经成为主要发展的方向和企业主要研发的机械。

目前，全国各地区企业家对砂石行业的发展前景以及矿物资源开

发利用有着非常好的憧憬。因此，在投资建设大中型洗砂机的同时，

根据行业发展趋势，国内的大部分企业都已开始进行洗砂机的研发，

并为了促进砂石工业高质量，高水平发展贡献自己的力量。洗砂机如

图1.1所示。

图1」洗砂机

本次设计的FG-150螺旋洗砂机，在工作的时候，驱动电机通过减

速器、齿轮传动减速后，带动主轴进行旋转，然后在主轴上安装螺旋

叶片，砂石在进给槽进入到清洗管道，砂石在叶片的不断旋转带动下

翻滚、相互研磨、相互碰撞，可以清洗掉砂石表面的尘土与表面的其

他杂质，还可以破坏掉砂石内部的结构，起到细碎砂石的目的。同时,

在洗槽中加水，形成水流，除掉杂质和异物，使其从洗槽出口排除，

完成清洗的工作。干净的沙子由刀片带走，在叶片边缘设计的排放孔

中穿过，进入到排放槽。得到了我们需要的砂石。从而达到了筛选砂

石和清洗砂石的目的。其工作现场如图1.2所示。

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图1.2工作现场

1.2研究的主要内容

本次设计的FG-150螺旋洗砂机，其主要研究内容是通过对砂石质

量的初步计算，能够确定洗砂机在正常工作期间，对每种机构的承受

负载与扭矩的要求；通过这些承受负载与扭矩的计算来选择合适的驱

动电机类型和每一种机构的设计方案，我们可以通过按下功能按钮来

通过PLC控制整个机器的运转，实现对砂石的筛选和清洗功能。

设计的主要内容包括：

(1)机械结构设计：机械总体结构设计部分包括螺旋洗砂机的主轴

结构、减速器结构、电机选型、螺旋叶片的设计和支架设计。

(2)控制部分的设计：控制部分采用PLC进行控制，PLC具有本

身具有开发比较简单、抗干扰性能力强、稳定、可靠、通用、方便、

体积小、维修方便、功耗低等优点；同时能够减少控制部分的设计，

减少了工人们进行控制的工作量。

1.3研究的意义

本次设计的螺旋洗砂机的研究意义有以下两个方面：

(1)国家发布了相关政策：对砂石行业进行了管理，关闭了一些不

规范的，不合格的小型采砂厂。因此急需要我们对螺旋洗砂机进行创

新，实现资源利用率较高，不会浪费资源，产生的噪音较小，不会引

起噪声污染。这有利于砂石行业的竞争，促进砂石行业的规模提高和

产业发展，有利于先进技术的研发。

(2)根据现有市场的调整和分析：市场上急需产量高、效率高、低

成本、稳定性、实用性好、低噪声污染的新型螺旋洗砂机。这样有利

于企业相互竞争也有益于增加国际市场的份额，提高国际竞争力，这

也将是未来的发展方向。

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2FG-150螺旋式洗砂机的总体结构

2.1FG-150螺旋式洗砂机的基本设计和要求

本次设计的FG-150螺旋洗沙机，原理是利用水的浮力，将砂石表

面的尘土、杂质异物分离，通过下料槽将砂石放进下料装置，下列装

置可以对砂石起到收集的作用；经过螺旋叶片的旋转，在水槽中加入

水流，可以起到清洗砂石，形成沉淀池的作用，水流可以过滤掉杂质

和异物。

螺旋洗沙机的水槽底部会形成沉淀池，本次设计的旋转头部会进

入到沉淀池里面，由电机驱动后会进行旋转，从而达到搅动沉淀池的

目的；然后用清水对沉淀池进行清洗，放掉多余的水后，即可得到我

们需要的干净的砂石。本次螺旋洗砂机是采用链条传动，将动力传输

到各个机构当中，驱动力均有电机提供。

2.2FG-150螺旋洗砂机的参数

z1

(

\砂石尺寸：。〜30mm。

z2

(

x石英砂密度：1.6g/cm\

z3

n

\生产能力：15〜200t/h。

z4

(

\封合幅面宽度：最大450mm。

/X

5J

VZ适用环境温度：0℃~35℃o

2.3整体方案设计

本次设计的FG-150螺旋洗砂机主要机构是主轴上安装螺旋叶片，

对砂石进行搅拌，利用砂石在水中的沉淀速度来进行砂石的筛选。传

动机构属于第二重要的设计部分，采用链传动设计，用PLC进行控制。

通过下料装置进行下料，砂石通过下料口之后进入到水槽中，经

过安装在主轴上的螺旋叶片旋转带动砂石使得砂石表面的尘土和异物

进行脱离，然后用水流进行冲洗，从而达到清洗的目的。螺旋洗砂机

与倾斜水箱的底部相接而形成沉淀池。本次设计中旋转头必须要伸入

到沉淀池中，通过电机驱动螺旋头，螺旋头进行旋转从而搅动沉淀池,

将清水注入到沉淀池中，进行第二次冲洗，再把多余的清洗水给放掉

之后得到的砂石就是我们所需要的分离出来的砂石。本次设计的螺旋

洗石砂机的主要核心构件是：槽体、减速机、电机、中心轴、螺旋叶

片、支架等。如下图2.1所示：

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图2.1整体机构简图

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3FG-150螺旋式洗砂机各部分结构设计

3.1螺旋输送装置的结构

电机、变速器和联轴器是螺旋输送机驱动装置的主要部分。电机

作为动力源由工作要求来确定。变速器通过定传动比确定型号。

头部和尾部结构基本相同，大部分类似。不同的地方是：头部有

前轴，机器外壳上设计了卸料口；尾部有尾轴、尾部球心滚动轴承，

机器外壳上设计有进料口也是其不同点。

3.2物料的运动分析和叶片的设计

3.2.1物料的运动分析

物料输送是由机器的螺旋体连续转动而带动，叶片的倾角以及材

料自身的重力作用下可以产生推动的分力，以确保材料的连续前进。

分析可以知道壳体内壁对材料的摩擦力和材料的自重共同克服了螺旋

叶片推动材料的法向分力，则螺旋力的轴向分力推动物料的刀片克服

了壳体内壁对物料的摩擦力，因此输送的物料只能轴向移动。

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P合。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（p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3.2

所示。

图3.3物料运动速度的分解

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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。

分析A的运动状态，由图中ABC图形可得

V介cos/?=ABs'ma(3-1)

因为

AB-----(3-2)

60

所以

_17jynsina

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

60cosp

圆周速度为

(3-4)

60cos/?

以摩擦系数N=tano代入上式，得到圆周速度

27r/n/.、

=-6；)sinc(sinc+//coscr)(3-5)

（以上为最终公式的推导过程，此处为最终公式，具体代入数据

计算在下文叶片设计中体现）

综上，可得物料颗粒的圆周速度为32.724"min。

(3-6)

式中：s-螺旋的螺距（团

〃一螺旋的转速（r/min）

r-物料颗粒离轴线的半径（m）

N面-物料与螺旋面的摩擦系数（其中〜=tanp）

把上式对r求导，然后使对厂的倒数为0,当在腺值最大时，r值为:

〃面+J1+〃加

5=46.17mm

2〃

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根据图3.3可得，物料颗粒根据上述速度分解，则轴向速度为:

丫轴~---------3^-58mm/s

60/sy

、2加J

图3.4中的，纵轴表示的是速度，横轴表示的是半径大小，从图中

的可以清楚的知道：输送物料的速度/和%随着输送物料距离螺旋轴

的距离的变化而变化。分析图可知道在直线Om以右的半径「，输送物

料的圆周速度唳会根据半径的改变而不同并不是恒定不变的。所以，

在输送物料的过程中，由于物料之间的速度和方向不同，机器会产生

相对滑动。

图3.4速度随半径变化曲线

综上所述，为了保证机器的高效运行，有必要控制物料表面的拐

角，即

（p＜（pd=O.7^o（3_7）

式中：外-物料的内摩擦角（°）

心-物料面的倒塌角（。）

（P-物料面的转角（。）

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图3.5弯曲母线螺旋面的形状及其速度曲线

图3.6物料在料槽中的倒塌角

3.2.2叶片的设计

为了使机器能够有效工作，物料表面的角应小于物料的塌陷角。

但是螺旋输送机的物料表面的角度色确定是比较复杂的不仅与物料本

要求有关，我们在设计的时候还需要考虑螺旋叶片的螺距和形状。

图3.7显示了当进料量较小时•（假设为V（物料填充系数）=5%）,

如图3.7a,输送量较小可以影响物料堆积厚度也会变小。可以清楚的

看出基本没有附加料流的现象产生。当进料量变大时（假设甲=20%）,

如图3.7b。有较大的运输物料的能力，但是物料堆积厚度也会想相应

的变大，但是圆周速度变大。机器槽沿轴向在材料上的摩擦力的增加

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会增加机器的工作能力并同时增加额外的材料流量。当进料量很大(假

设W=50%),如图3.7c。材料表面靠近螺旋轴所在的平面。物料的圆

周速度由于物料自身的重力和在机器凹槽内壁上的大摩擦力而明显增

加，但是，轴向上的输送速度下降，从而导致大量的附加物料流。机

器的传动效率大大降低，传动成本增加，更多的电能损失，不利于生

产。

总结起来，物料的进给速度越大，越会有更好的效果。基于现实

生产的考虑，我们通常选择填充系数要小于45%。

蝌秘妨制

图3.7不同填充系数时物料层堆积情况及其滑移面

(a)..=5%(b).甲=20%(c).\|/=50%

螺距也影响物料输送过程中的输送效率的一个非常重要的一个因

素。填充系数确定后，机器罐中材料表面的现在状态会随螺旋体的螺

距改变而改变。因此，叶片节距尺寸在本次毕业设计中还应考虑到叶

片与材料之间的摩擦系数以及相关的摩擦性能，以及喂料速度，材料

的性质都应该考虑。

图3.3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

，=4cos(a+0)(3.8)

为使P轴>0,则要求cos(a+p)为正，其中a必须满足

a<--p(3-9)

2

综上可知，螺旋轴的半径就是螺旋页的最小半径，此时的a最大,

从而叶片对物料的轴有最小分力P轴。根据以上分析，有以下公式

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Smax*欣tan[]-（3-10）

其乃为圆周率取3.14

〃为螺旋轴圆周

「为法线与合力夹角

故根据公式可得Smax<7itan^y一夕卜336mm

5max<—（3-11）

4面

其中〃面=tan,p=0.88

可得螺距的最大许用值。

把K|=d/。代入上式，有

Smax-兀K'D=321mm

〃面

最大允许的螺距值应使材料在各个方向上的运动状态具有合理分

布。从图3.9不难看出，速度分解的一个结果会跟随螺旋叶片螺距的变

化而变化。螺距如果变大，则材料的轴向输送速度将变大。螺旋叶片

的螺距变小，则材料的轴向输送速度降低，因而材料运行速度的分布

合理。由上文所分析输送物料在螺旋圆周处的速度分解，加二%,通

过计算得

§s

5〃2"+"面<1一"囱2初c1力

而匹⑵

S<=tan--p\17tr

1+〃面（4）（3-13）

又因为此时2r=。（螺旋圆周处），故得求螺距的条件为

S<tanf~~P(3-14)

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式中：D-螺旋直径04根

p-法线与合速夹角初始设取11.7。

由计算公式可知S<tan^~=435irun

在实践生产中，螺旋的最大许用转速如下：

A

"max=­T^

历(3-15)

式中：D一螺旋直径(a)

A-综合特性系数

其中查表可知A为75,。为0.4〃?计算可nmax=U9r/min

3.3螺旋输送装置的主要构件

3.3.1螺旋体

(1)螺旋体

螺旋体是含螺旋叶片和螺旋轴的统称，所以它在整个机器中起着

至关重要的作用，随着科技和工艺的不断发展材料也在不断发展从而

推动了螺旋线的发展。物料受离心力的作用以及叶片具有一定角度保

证了物料持续向前推进。

(2)螺旋叶片

根据输送要求和工作的实际情况，本次螺旋叶片采用满面式螺旋

叶片。图3.8所示为满面式螺旋叶片。和其它的叶片相比全面螺旋叶片

批量生产比较简单，所以有比较低的成本，但是输送能却并不弱，特

别对于细颗粒，例如沙子和砾石的运输，故本次毕业设计采用此设计

形式。

图3.8螺旋面(满面式)的形状

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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。

图3.9满面式螺旋叶片的展开图

图3.9,取螺旋体外径D=400mm,则由螺旋轴直径

2=(0.425—0.2)。(3-16)

综合实际，其中0.2为指定系数，可得螺旋轴直径1=90,皿。

用s表示螺旋叶片的螺距，并在此处采用标准值。有

s=kxD(3-17)

其中系数4=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'||(3-18)

其中：s---螺距(m)

2------该点距图轴心距禺的两倍(M

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综上，螺旋体的a外为14.3。。a内为51.8。。

由于外径(。)大于内径(d),就有a内〉a外。

由于实际工作中螺旋体的叶片与物料相互摩擦时间是最长的，所

以易于磨损，且由于叶片具有一定的角度在重力作用下会移动到边缘,

从而导致叶片的外缘磨损较重，通过上述分析可知为了保证机器合理

的使用寿命，本次毕业设计将取叶片厚度6mm。叶片需要热处理，叶

片表面硬化，性能将会变得更优越。

(3)螺旋轴

机器螺旋体的轴往往选用钢管材料，实验对比发现轴身承受相同

的载荷时，空心钢管会更加有优势、选择更加科学，可以节省很多材

料，综合实际情况并结合本次毕业设计考虑，螺旋体应制成4m的节段,

选取螺旋轴直径90mm,厚度10mm,使用时才拼接起来。联接要求如

图3.10所示。

如上图可知需要加一根70mm的铁棒在钢管内以加固螺旋轴。

综合考虑，用45号钢作材料，此设计中的螺旋体选用三段长4m

的节段。

3.3.2轴承

螺旋输送机中的一个非常重要零部件就是轴承，它能保证螺旋体

尽可能减少摩擦来工作用来增提高机器工作效率。

螺旋输送机中使用的轴承有三种，头部轴承，尾部轴承和中间悬

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挂轴承。

头部轴承通常被安装靠近电机的一端，头部轴承需要同时承受径

向载荷的能力和轴向载荷的能力，通过上述分析可知头部轴承可以圆

锥滚子轴承能比较符合预期；此设计轴承内径90mm,外径190mm,

根据GB/T297-1994查表选取轴承代号30318。结构如图3.11。

图3.11头部轴承

由于尾轴承主要的作用是要承受径向载荷和少量轴向载荷的，根

据以往的设计经验这里我们应采用调心球面轴承；由于调心球面轴承

的作用螺旋轴可以承受一定的拉力，避免螺旋轴因为比较过长的原因

以及轴向压力的存在的原因且高在比较高的速旋转而发生挠曲而不能

工作；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3.12所示。

图312尾部轴承

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根据实际情况可知螺旋输送机的螺旋体的长度比较长且在高速旋

转而非常容易发生弯曲变形，为了避免产生上诉不良的状态，所以我

们在设计的时候每隔2m左右安装一个轴承对螺旋轴进行紧固来达到

正常的运行状态；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⑴1。滑动轴承半径35mm,如图3.13。

图3.13滑动轴承

3.3.3机槽

螺旋输送机——机槽有U字型和圆筒型；工业生产以U字型槽体

为主要的，U字型机槽的特点结构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；机器的插槽有一定的长度，

每个部分都需要配备一个支架以支撑机身，以防止由于重力变形而导

致的故障。

图3.14螺旋输送机机槽形式

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此设计机器的机槽采用最常用的U字型，又基于实际情况，砂石

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4m、4m、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。

3.4输送装置中输送量的计算

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

数为夕。

7TD2sn

AA=----v=—

由4和60（加$）得出

乃2

=60x—（pDsn

4（3-19）

和

号=夕1“=47例£>2.（3-20）

式中：1,一容积输送量（小/力）

L”--质量输送量（〃〃）

P―堆积密度”//）

。--螺旋体直径（M

S―螺距（⑼

n--螺旋输送机转速（r/min）

假定输送物料为细砂，则查表JB/T7679-95可知w=0.33,p=1.6

代入上式可得：

I=47x0.33x0.42x0.355x95®843

Vfwfl，//f/L7

I,n=1.6x84«134.4

3.5螺旋输送装置功率计算

螺旋输送装置的电机驱动功率为：

P=P"+P'（3-21）

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式中：P“-机器输送物料所需的功率(kW)

灯-机器空载时所需的驱动功率(kW)

3.5.1输送物料所需功率

若螺旋输送机长度为L,其功率为p〃的计算公式如下:

乙=羔四=需(3-22)

式中：P〃-机器输送物料所需的功率(kW)；

1”「机器输送量;(据式3-20可得1/130)

几-运行阻力系数;

计算得:

k-…kW)

3.5.2螺旋输送装置空载转动时的功率

功率P,v的计算公式如下：

PN=崇吟…叱)

式中：P~-螺旋输送机空载的驱动功率(kW)

有上述式子可以知道机器输送物料所需的功率与机器空载时所需

的驱动功率之和为输送机的驱动功率，所以计算如下:

p=P,v+P”=3.4+0.24=3.M(kW)

3.6电动机功率计算及选型

cKP

PM=一(3-23)

7

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

本科论文

上式中取〃=0-88,取K=L2,并代入上式得:

n3.64x1.2...

P,„=---------=4.96(kW)

0.88

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Y132S-4型电机。

表3.1电动机参数

电动机型号额定功率满载转速极数额定转矩最大转矩

Y132S-45.5kW1440r/min42.22.3

3.7螺旋体轴的校核计算

轴的强度校核往往可以通过许用弯曲应力、许用切应力、安全系

数这三种方式来计算。根据设计的要求故在此设计中按许用弯曲应力

计算就可以足够可靠。本次设计采用弯曲应力来校核。

每节螺旋轴的长度为4000mm,采用45钢制造，密度7.85g/cm',

螺旋轴的校核计算如下：

由式结果可知，机器输送物料所需的功率P〃=3.4(kW)o所以可

得：

4=9.55x1()62L=3.6x104N-m

式中：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=pug=7.85xJQQOxx12x(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=pug=7.85x^x0.32x6xl0=133N

则7个螺旋叶片的总重量为133Nx7=931N。

由表3-2查得：

本科论文

b°b=70M£(3-24)

许用应力：

*=40例与(3-25)

应力校正系数：

。=久=丝=0.571

%,70

表3.2转轴的弯曲应力

碳素钢%b+ibJib

4001307040

5001707545

6002009555

当量转矩

aT=0.571x110000=628lON.mm

经查阅资料计算得当量弯矩

M=1411393N.mm

轴径

综上所述螺旋轴的轴径符合要求。

3.8联轴器的选用

联轴器主要用来连接两个机构使其能够正常工作用，在高负载和高

转速的物料运输中，联轴器还可以起到一定的缓冲作用来保证其正常

工作以提升系统性能。随着技术的发展联轴器目前已经基本实现标准

化；根据相关工作要求及其工作参数，最后确定联轴器的型号为

CH3-70o

具体选择时可考虑以下几点：

(1)能否适应多种多样的工作环境，随着砂石开采工业产业化

的持续推进，砂石的输送量持续增长，无论寒冷的东北，还是炎热的

南方，都需要机器高效的工作。

本科论文

(2)应保证能够承受所选电机所产生的转矩来保证正常的工作。

(3)应该考虑到两轴相对位移的方向以及移动的距离。

(4)联轴器的选择应该能使机械寿命长而且能在恶劣的环境下

工作而且需要尽量保持高效。

(5)在符合合理需求的前提下我们应该尽量降低成本。

联轴器形式如下：

图3.15联轴器形式

3.9螺旋体转速的校核

据式中螺旋的最大许用转速：

nmax=A/VD(3-26)

式中A——综合特性系数

数据代入得：«mav=A/VD=75/7o7=119r/min

综上所述，螺旋体的转速符合设计要求。

3.10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3.16,减速器与螺旋体之间采用链传动方式。

图3.16减速器布置不意图

本科论文

3.10.1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：

ri=更匕1000r/min(3-27)

NP

式中：n一链轮转速，r/min；

丫一圆环链链速，m/s,v=L5m/s；

N—链轮齿数，N=9；

P一链轮节距，mm；

二r.180°

P=D()sin-----

(3-28)

式中：D°一链轮节圆直径，mm。

计算链轮节圆直径：

(\2(\2

(3-29)

式中：P—圆环链节距，mm。取P=137mm；

d一圆环链直径，mm。取d=38mm；

c360“360

八u=------=-------=20

°—链轮节距角，2N2x9。

代入式得：

13738

4==788.99mm

近似DQ=789mm

代入式得:

本科论文

1on。

P=789xsin——=269,85mm

9

链轮转速:

〃=­=37.058r/min

9x269.85

总传动比:

n1440八

z==40.045

n37.058

(2)传动比分配:

减速器为三级展开式，其中2481,㈠4375,4=3.76。

(3)传动比误差计算与分析：

_2.48x4.375x3.76-40.()45_

=­U.UZ<U.UD

40.045

有上述计算结果可知道到传动比分配符合设计要求。

3.10.2运动参数的计算

从减速器的高速轴开始各轴命名为I轴、n轴、in轴、w轴。

(1)转速计算

勺=144()r/min

»i1440/•

〃][='=------=598.15r/min

"办2.481

〃=%=598-15=136.72r/min

111

z24.375

n136.72c­•

=—m=------=36.36r/min

“i33.76

(2)功率计算

6=27%=5500x0.99x0.99=5390.55W

昂==5309.55x0.99x0.97=5176.54W

Pm=4必小=5176.54x0.99x0.97=4971.03W

6V=/闵2〃3=4971.03x0.99x0.97=4773.68W

本科论文

(3)扭矩计算

空空=9550x5390.55=35.749N.m

n1440

工=幽色恒=82.648N-m

A598.15

9550^9550x4971.03-

T==347230N-m

m136.72

9550P9550x4773.68—

几=---------K=-------------------------=1253.8N-m

«iv36.36

3.10.3传动部弧齿锥齿轮设计计算

已知参数：勺=1484r/min&=2.481

(1)选材料、热处理方法、定精度等级。

本次毕业设计选择的小齿轮：20CrMnTiHRC58-62

本次毕业设计选择的大齿轮：20MnVBHRC56〜62

由于实际使用的场景大小齿轮均采用渗碳淬火

许用接触应力口”]

^Hmin

接触疲劳极限

b/ziimi=1600N/mm2

口2=155()N/mm2

应力循环次数N

M=60切4=60x1484x1x(5x300x16)=2.14x109次

M=2.14x109次

~=乂/£=214x109/2.5=0.85x108次

^=0.85x108次

式中："一齿轮转速,“min

本科论文

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

Zl

取Z/V1=N2=

S“min=1

则EJ=1600X1/1口〃』=1550x1/1

贝lj口=1550N/mm2

（2）齿面接触疲劳强度设计计算

选用弧齿锥齿轮，即

3

4>965I町一

VA/2+1(1-0.5^)2^[CT]2

WW(3-31)

载荷系数K,取K=L5

齿宽系数①R,取叫=°3

计算小轮大端分度圆直径

42965L,-------KI,[

丫+1(1-0.5%)2练[分]2

令1.5x4415.07

=963।I―/二

\V2.4812+1(1-0.5X0.3)2x0.3x16002

=246.7mm

（3）主要几何尺寸计算

齿数4,Z2

取4=27Z2=uZ,=2.481X27=67

实际齿数比〃

—=2.481

Z27

分锥角

本科论文

Z27

6X=arctan—=arctan—=21.95°

'Z267

心=90-21.95=68.05°

大端模数加

d.246.7…

m>—=--------=9.14

Z、27

按标准取加=12mm

分度圆直径4,出

4=mZ]=12x27=324mm

d2