毕业设计（论文）-基于物料提升装置机械结构设计

本科毕业设计物料提升装置-机械结构设计学院专业学生班级姓名学号指导教师单位指导教师姓名指导教师职称2022年4月原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西城市职业大学。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。设计（论文）作者签名：日期：年月日关于学位论文使用授权的声明本人完全了解广西城市职业大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交设计（论文）的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权广西城市职业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本设计（论文）属于：保密（），在年解密后适用授权。不保密（）(请在以上相应方框内打“√”)设计（论文）作者签名：导师签名：日期：年月日物料提升装置-机械结构设计自动化专业2020级×××指导教师×××摘要本次课题对物料提升装置的机械结构进行了设计分析。充分深入地了解物料输送机机械结构及其性能。物料输送提升功能由单端驱动电机装置控制可垂直提升物料。运用垂直式螺杆式提升方式，该结构可实现高效率快速输送功能,设计并详细分析了物料提升输送的各种相关部件的性能参数。按照了物料输送机单端提升驱动电机工作方式,我们首先设计选择了一台单端驱动电机进行驱动。通过查阅了相关设计相关整体设计数据资料,确定其机械结构部分的设计。在图纸上从理论模型到现在实际设计图纸上的设计数据。并运用三维软件对其原理进行建模分析。从而更加直观的认识学习该课题项目。为未来的物料提升装置机械结构提供可靠设计依据。关键词：物料提升装置；垂直式；机械结构；分析计算；三维软件Materialliftingdevice-MechanicalstructuredesignThistopichascarriedonthedesignanalysistothematerialliftingdevice'smechanicalstructure.Fullyunderstandthemechanicalstructureandperformanceofmaterialconveyor.Theliftingfunctionofmaterialconveyingiscontrolledbysingle-enddrivemotordevicewhichcanliftmaterialvertically.Usingtheverticalscrewliftingmode,thestructurecanachievehighefficiencyandfasttransportfunction,designanddetailedanalysisofthematerialliftingtransportofvariousrelatedcomponentsoftheperformanceparameters.Accordingtotheworkingmodeofsingle-endliftingdrivemotorofmaterialconveyor,wefirstdesignandchooseasingle-enddrivemotortodrive.Byreferringtotherelevantdesignrelatedoveralldesigndata,determineitsmechanicalstructurepartofthedesign.Thedesigndataonthedrawingfromthetheoreticalmodeltotheactualdesigndrawing.Theprincipleismodeledandanalyzedby3dsoftware.Thusmoreintuitiveunderstandingoflearningthesubjectproject.Itprovidesreliabledesignbasisforthemechanicalstructureofmaterialliftingdeviceinthefuture.Keywords:materialliftingdevice;Vertical;Mechanicalstructure;Analysisandcalculation;3dsoftware

目录第一章绪论 第一章绪论1.1 研究的背景及意义双螺杆塑料输送工艺是一种高效、连续式的运输物料的方式。它历来受到垂直输送领域的重视,近几十年来,双螺杆输送在粉末输送、颗粒物料运输等方面表现出优异的性能和特点,应用范围愈来愈广。与此相应地,双螺杆输送过程的研究也逐步展开和深人,国内外垂直式双螺杆输送理论的研究都表现出极大的兴趣,投入了相当的人力与物力。但是在目前,和单螺杆输送理论相比,双螺杆输送理论的研究远未成熟。图1-1垂直物料提升机1.2各物料提升装置的结构特点及用途(1)单螺杆物料提升机单螺杆臂式提升机,造价低、易使用便于加工操作,但并不适用于粉末物料的垂直提升。(2)同向双螺杆物料提升机双螺杆啮合物料传动提升机的主要特征之一是两根相互方向平行的组合式传动螺杆被称为同向型也即双螺杆啮合物料传动提升机。根据两根啮合螺杆的同向啮合运动型式不同,可以区分为啮合型和非啮齿结合型两种,常用的为反向啮合型。

第二章物料提升装置螺杆设计2.1主螺杆的设计螺杆零件是塑化物料输送提升机的一个核心组成部分,是物料输送过程中最重要组成部件。其整体结构学和性能将直接严重影响物料输送提升机输送效率。按照经验设计一般采用渐变型普通螺杆，螺纹断面形状为矩形。2.1.1螺杆的基本尺寸初步确定螺杆的螺纹长度为：L=30D=30×72=2160mm根据实践经验，螺杆三段长度的分配如表2.1。表2.1长度分配比例表塑料类型加料段输送段计量段非结晶型塑料10%~25%全长55%~65%全长22%~25%全长结晶型塑料60%~65%全长1~2螺距25%~35%全长所以：加料段=（10%~25%）L，取=0.15L=0.12×2160=259mm输送段=（55%~65%）L，取=0.6L=0.65×2160=1404mm计量段=（22%~25%）L，取=0.25L=0.23×2160=497mm螺杆输送比。因为其输送量和比的质量确定非常复杂,目前国内根据国际经验很难选取。对大型塑料而言,螺杆质量几何中的输送比大多数为2~5,根据常用大型塑料输送螺杆的质量几何比与输送量的比测量表，选取螺杆输送比：ε=3为了加工方便，等距螺杆取S=D螺距S：S=D=72mm螺纹头数：i=1螺纹升角：=arctan=arctan=螺棱法向角的宽度接近e:根据对紧密共轭物料齿廓的设计要求和不同齿轮混合传动方式啮齿混合机的基本原理,考虑到传统螺杆法向制造和物料安装方便,同时为了能够更好的对不同物料齿轮进行充分传动混合,把传统螺杆法向设计改造成宽度接近共轭型,取得的螺棱法向角的宽度为：e=30mm螺棱轴向宽b：b=e/Cosφ=30/Cos=12.6mm螺槽法向宽E：E=S×Cos－30=72×Cos－30=38.7mm螺槽轴向宽B：B=D―b=72―31.4=40.6mm螺杆与机筒间隙δ=0.3mm2.1.2螺杆材料的选择螺杆升高提升机在工作时不仅提高螺杆所需要受到的摩擦扭矩较大,而且通常也都是在各种部件高温、高压下正常进行工作。因此在提升提高螺杆正常工作期间要与各种塑料机筒动力运动摩擦配合同时进行保护工作,所以我们还要同时使其受到各种塑料机械动力运动的耐摩擦和抗磨损、刮磨及其他各种塑料机械运动摩擦的配合保护处理作用。根据以上两种提升提高螺杆的日常实际操作处理工况,要有效地地保证其在提升提高螺杆正常工作期间能正常性地进行配合工作,必须首先考虑选择合适的一种加工处理材料。其它的加工处理材料综合使用性能按照使用要求不同可以细分为:一是具有塑料机械动力运动作用性能好,耐磨性能好,耐化学介质腐蚀综合作用加工性能好,加工处理物料使用性能好。由于38CrMoA1综合强化作用加工性能好且常用配件提升是一种加工处理物料好的配件提升机杆在提高螺杆的种类中也是应用最广泛的一种加工材料,因此我们可以考虑选择38CrMoA1作为一种提升提高螺杆的常用加工材料2.1.3螺杆设计计算到此已知螺杆参数为：最高转速：最高产量：G=200Kg/h螺杆直径：D=72mm螺距S：S=72mm长径比：L/D=30螺槽法向宽度：E=38.7mm螺槽轴向宽度：B=40.6mm螺棱法向宽度：e=30mm螺棱轴向宽度：b=31.4mm螺纹升角：=查表得:聚氯乙烯（PVC）的堆积密度为固相密度液相密度熔池温度（1）计算熔融速率。为了保证稳定的输送过程，熔体输出量、固体输送量和固体熔融量应该平衡。即：式中——固体输送量；——单位面积熔融速率；——固体粒料与机筒的接触面积；——熔体密度；——熔体输出量；取螺杆转速下塑料的输出量为：G=200Kg/h=估算面积A。由于螺杆啮合部分没有机筒对物料进行加热，但螺纹啮合处没有机筒部分占整个机筒的比例较小，因此机筒的总面积约为1.8,其中螺槽占56.3%，假设其中固体与熔体塑料各占一半，则固体总面积A：熔融速率：=0.228（2）计算计量段螺槽深度。为保证螺杆的硬特性避免压力波动引起过大的输出量波动，应取较小的值，但为了达到较好的混合质量，又不能取得过小。综合上述原因，取：由得：=由于是双螺杆，则有：=取（3）验算计量段长度。螺杆的剪切速率为：=当温度为时，由流变曲线得：有上文可知：=令=，由式：得：=497mm>94.7mm合格（4）确定加料段螺槽深度。根据常用塑料的几何输送比表，取：ε=3则加料段螺纹槽深度为：==5.72mm取=5.7mm验算输送比=2.99正确（5）验算输送段长度。计算螺槽内固体粒料厚度减小的速率，即形成熔膜的速率,=即纵向输送粒料固体螺槽中的大量粒料在通过横向螺槽输送段中螺槽进行移动时在每秒钟移动的距离上螺槽深度的减小量不能超过0.456mm.否则固体粒料来不及完全熔融而堵塞螺槽，引起产量波动。此时固体粒料顺着螺槽的流动速率：=则输送段顺着螺槽展开的长度:=则输送段的最小长度为:==1032mm由于1404mm>1034mm（6）螺杆中心距的确定。考虑到螺杆的安装干涉问题，取螺杆的中心距a:a==70.7mm（7）归纳设计结果。加料段长度：=259mm加料段螺槽深度：=5.7mm输送段长度：=1404mm计量段长度：=497mm计量段螺槽深度：螺槽轴向宽度：B=40.6mm螺棱轴向宽度：b=31.4mm螺杆中心距a：a=70.7mm2.2螺杆的强度校核与计算双螺杆机头物料压力提升机中目前需要同时进行机头强度原始计算的主要两个零部件分别是机头螺杆和传动机筒。而在进行一个螺杆强度计算时,必须先重新确定一个原始数据。可以决定一个螺杆机头强度的原始计算数据主要包括:螺杆机头最大轴向压力数值P、螺杆轴向力及螺杆扭矩。（1）机头压力的确定根据实际生产中产量为200的国产双螺杆物料提升机的机头压力一般为，取：P=40.0MPa（2）螺杆轴向力的确定螺杆轴向力的大小受到物料物理性能、机头压力、螺棱构型、螺杆转速及机筒温度等、因素的影响。螺杆轴向力可按下式计算：式中——物料作用在螺杆端面上的总压力，单位为N；=πD/4式中——螺杆端部的物料压力，单位为MPa，国产物料提升机一般取=30~50MPa。——动载荷产生的附加压力的沿轴向的力的分量，约为的1/8~1/4，即=（0.125~0.25），取：=0.2πD/4所以有：=1.2πD/4（3）螺杆冷却孔直径确定由于聚合物在输送过程中与金属接触面积中有一半在螺杆上，为了避免螺杆过热需在输送过程中对螺杆进行冷却。取螺杆冷却水孔的直径：（3）螺杆强度的计算有限元分析螺杆与减速箱传动轴的连接有固定式和浮动式两种。无论是哪种连接方式在进行强度计算时，都将螺杆视为一端固定的悬臂梁。螺杆主要受到物料压力P，克服物料阻力所需的扭矩和螺杆自重G的作用。由于双螺杆的啮合角度很小，所以计算时近似认为螺杆所受径向力大小相对方向相反，可以抵消。螺杆所受轴向力为。由于螺杆轴向弯曲作用较小可忽略不计。螺杆自重G对螺杆产生横向弯曲作用。因此，螺杆所受的综合受力作用为：螺杆轴向力、螺杆扭矩及螺杆自重产生的压、扭、弯的力的组合。由于加料段螺杆的根径较小，承载能力最低，所以强度计算以加料段的根径截面为强度计算、校核截面。由轴向力产生的压应力：=69.5式中——轴向力产生的压应力，MPa；——螺杆的最小内径端面直径，mm；——螺杆冷却水孔直径，mm.由扭矩产生的剪切应力τ：=35.8——主电机的最大传递功率，KW;——螺杆的最高转速，r/min。——电动机传递效率，此时校核取1；C——；——螺杆的剪切应力，MPa；由螺杆自重产生的弯曲应力：==式中L——螺杆的有效长度，mm；——螺杆材料密度，，钢取7.85；——由自重产生的弯曲应力，单位MPa；螺杆的合成应力合成应力用第三强度理论计算，其强度条件为：查表得的屈服极限：=有：=71.2MPa<=833MPa由此可知，该螺杆在工作中是安全的。由于是双螺杆啮合需要，使后续的配位齿轮难于安装，螺杆在无齿端的直径的大小必然会大大降低，因此有必要计算螺杆无齿端的最小直径。螺杆无齿端只受扭矩的作用。查表的剪切疲劳极限=288由得：=25.6mm

第三章物料提升装置机筒设计3.1机筒的结构类型选择及特性机筒的整体结构形式类型主要有多种,主要类型有铸钢分段式、整体式、双金属和铸钢轴向滚动开槽整体结构四种形式。整体式机筒加工小型机筒的主要技术特点之一也就是可使机筒内部加工小型零件转配精度容易要求得到充分满足,转配加工精度高和误差小;并且机筒内部长径比大,零件组装加工材料数目少;并且可使机筒内部零件受热均匀,配置一种专用机筒加热器可使零件加工不受内部温度变化限制。但整体式机筒加工小型机筒对机械零件组装加工工艺机械设备及其他零件组装加工设备工艺技术质量水平等的要求相对较高,且造成机筒内部磨损后造成零件加工修复困难。综合上述各种箱体结构物料类型提升机筒的性能优劣以及各种双螺杆或单螺杆臂式物料输送提升机的实际设计使用要求,选择一种分段式提升机筒3.2机筒的结构尺寸设计机筒壁厚的设计，要考虑机筒的强度要求，还要考虑其结构工艺性以及机筒传热效率等因素，使加工容易，传热快且稳定。双螺杆物料提升机筒断面形状为型，在综合了经验和理论计算结果的基础上，我国物料提升机生产厂家提出了物料提升机机筒壁厚的参考值。根据参考值，可选择机筒壁厚h为：h=40机筒的内径机筒的外径机筒两孔的中心距为两螺杆中心距，即为70.7mm.机筒总长度L的确定。查GB/T297-95,选取安装在机筒内深沟球轴承的代号为61810，其内径为50，外径为65mm,宽为7mm.轴承端盖暂取40mm,螺杆螺纹端末端到轴承需留一段长度供密封，取该段长度为30mm.则螺杆的重长度L为：L=2160+7+40+30=2237mm取：L=2240mm。3.3螺杆与机筒的配合要求3.31螺杆与机筒的配合间隙螺杆与机筒的配合间隙值影响到物料提升机的功率消耗、生产能力、使用寿命、机器加工成本等问题。取值过大，加工、装配比较容易容易，但生产能力会降低，塑料原料在机筒内的停留时间难以控制，甚至会造成热分解。如果取值过小，功率消耗大，加工、装配困难，且易使螺杆和机筒发生磨损，降低物料提升机使用寿命。螺杆与机筒之间的间隙值可按JB1291-73来选取。则设计的双螺杆物料提升机的螺杆和机筒之间的间隙取值：3.4物料提升机电机的选择为了实现在调速范围内的无级调速和保证双螺杆物料提升机50r/min~260r/min的调速范围，选择直流电机作为物料提升机电机。双螺杆物料提升机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向双螺杆物料提升机基本参数表(JB/T5420-91)选取物料提升机主电机功率为：P=55KW物料提升机电机选择某公司生产的型号为Z3-250-31直流电动机，其主要技术参数为：额定功率为55KW、额定电压440V、额定转速为500r/min。

第四章三维模型的建立4.1部件3D建模先对各个重要零部件进行设计，完成之后对其他零部件进行设计，最后进行装配。图3-13D建模一图3-23D建模二图3-33D建模三图3-43D建模四

设计体会我的这次毕业设计已经正式接近毕业尾声。这次毕业设计工作是我们每个个广大学生结束大学毕业生活的最后一个重要环节,是对我们大学四年毕业学习工作过程中的综合应用能力的一个考核。对每个广大学生来说,毕业设计既基本总结了我们目前大学四年所学的基本理论知识,又给我们学生提供了一个应用目前所学理论知识和方法锻炼自己动手操作能力的良好机会,是对我们大学四年毕业学习的一次检验和不断完善。我的这次毕业设计工作题目主要是现代工业用一种复合重型塑料机械物料复合提升机的总体设计。这次所参与设计的这种双螺杆重型物料复合提升机,所需要涉及的专业知识较为广泛,所以整个毕业设计工作过程又是一个不断学习的重要过程。今后通过不断地认真查阅设计资料、请教设计老师,并且定期进行现场设计参观与产品实物检查测绘,对目前有关复合塑料机械的基本理论知识和应用设计方法有了较深一定程度的深入认识,增强了我在实际操作中的经验。同时,为日后设计工作的一个独立毕业设计动手能力培养打下了一个良好的理论基础。通过这次次的学习毕业设计,我学会了如何认真整理查阅所学相关设计资料,如何灵活综合应用已经学习所学过的设计理论知识,体会并真正看到了自己以前所学习的相关设计理论知识的实际应用性和重要性,逐渐地促使我自己形成了一套自己的从提出实际设计问题,到仔细研究分析实际设计问题,最后研究到最终提出解决实际设计问题的毕业设计工作思路。这些新的缺点或许都会无疑问地使我在将来的这次毕业设计学习和今后科研工作中受益匪浅。由于自己所学相关理论知识有限,以及自身根本缺乏实际设计工作中的经验,因此,我的这次在毕业设计中自然存在难免也可能会发现存在一些新的缺陷和不足之处,感谢各位设计指导老师对我的帮助,我将在今后的工作中不断对我的知识技能进行加以完善弥补。

参考文献[1]耿孝正.双螺杆物料提升机及其应用.北京:中国轻工业出版社.2003[2]程志红,唐大放.机械设计课程上