煤炭螺旋输送机的设计（含CAD图纸和说明书）
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煤炭螺旋输送机的设计（含CAD图纸和说明书）,煤炭,螺旋,输送,设计,CAD,图纸,说明书
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煤炭螺旋输送机的设计 摘 要：本设计主要介绍了螺旋输送机的选型设计过程,包括有电动机的选型、V带传动的设计、减速器的设计计算、螺旋输送机缸体及配套驱动装置的选用和螺旋输送机的安装与调整四大部分。而主要部分则是减速器部件的设计，输送缸体内螺旋直径及螺旋轴转速的计算和功率计算，求出所需的选型数据,然后以此选型数据为依据,以螺旋输送机设计手册为主,以其他相关工具书和资料为辅,选出符合要求的螺旋输送机的外形及安装尺寸、长度组合数据和主要组成部件的相关尺寸,以及相配套驱动装置的安装尺寸及其相关数据,最终完成该螺旋输送机的选型设计。 关键词：V带传动；减速器；螺旋输送机；配套驱动装置；The Design of The Screw Conveyor Of Coal Abstract:This design mainly introduces the selection and design process of screw conveyor in which four parts are included:motor selection,the design of V belt transmission ,the design calculation of gear reducer,the selection of screw conveyor and accessory drive cylinder body and the installation and adjustment of screw conveyor.In calculating, the screw diameter in the delivery cylinder and the rotate speed together with the power of spiral shaft will be chiefly concerned, so as to reach a collection of required data for model selection. Based on these data, with screw conveyor design manual as guidance and other related reference books and information as complement, the shape and mounting dimensions, the related data and size of the main components as well as the actuating devices that all conform to the requirements of screw conveyor will be worked out. Finally, the tutor will accomplish the model selection and design process of screw conveyor. Key words:V belt drive; Gear reducer; Screw conveyor of coal;Form a complete set of device drivers1 前言 螺旋输送机是运输矿产、饲料、粮油、建筑业中用途较广的一种输送设备。从输送物料的特性要求和结构的不同，螺旋输送机分为水平螺旋输送机和垂直式螺旋输送机、可弯曲螺旋输送机、螺旋管（滚筒输送机）输送机等，主要用于对各种粉状、颗粒状和小块状等松散物料的水平输送和垂直提升，不宜输送易变质、粘性大、易结块或高温、怕压、有较大腐蚀性的特殊材料。旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。螺旋输送机旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。 螺旋输送机与其它输送设备相比，具有整机截面尺寸小、密封性能好、运行平稳可靠、可中间多点装料和卸料及操作安全、维修简便等优点。1.1 输送机的历史和发展趋势 在中国古代已经有了高转筒车和提水的翻车，那时候人们已经有了利用外力代替人工搬运货物的理念。限于当时生产力的发展状况只能限制在水力为动力的条件下；到了17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，随着社会工业革命的发生和电力的产生，人类进入快速发展的时代，而各种现代结构的输送机也相继出现：1868年在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了管式输送机。到了二十世纪中期，随着信息技术的发展，特别是机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，输送机的性能更加完善，鞋机的行业更加广泛，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成企业内部、企业之间，甚至城市质检单物料搬运，成为了物料搬运系统机械化和自动化不可或缺的组成部分。 进入二十一世纪输送机将随着科学技术的发展不断地发展前进。未来的发展其实是：第一，大型化，包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面；第二，扩大输送机的使用范围，使其能在高温、低温、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料输送机；第三，使输送机的结构满足物料搬运系统自动化控制对单机的要求，如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等；第四，降低能量消耗以节约能源；第五，减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。1.2 螺旋输送机简介 螺旋输送机是一种不带挠性牵引的输送设备（图1.2），该螺旋输送机是烧煤炉的能源（煤粉）供输装置，将煤粉通过螺旋输送机输送到铝材成型机里面，给烧煤炉供料。它利用螺旋形状的旋转面推移物料来完成输送工作。工作中，物料像不旋转的螺母沿轴杆平移，使物料不与螺旋叶片一起旋转的力是物料自身的重量和机壳与物料的摩擦及物料间的摩擦。它主要用来输送各种粉尘状、粒状、小块状的物料，如化工原料、面粉、煤粉、烟尘、水泥、粮食等，在输送过程中还可对物料进行搅拌、混合、加热和冷却等工艺。输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直的输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。1.3 螺旋输送机主要特点 (1）承载能力大、安全可靠； (2）结构先进，适应性强、阻力小、寿命长、安装维修方便、保护装置齐全； (3）整机体积小、转速高、确保快速均匀输送； (4）密封性好、外壳采用无缝钢管制作，端部采用法兰互相连接成一体，刚性好； (5）料槽封闭、便于输送易飞扬、炽热及气味强烈的物料，减少对环境的污染； (6）可以在线路的任一点装载也可以进行多点装料和卸料，在输送过程中也可以进行混合，搅拌或冷却作业。1.4 螺旋输送机的结构特点 (1）螺旋轴与吊轴承、头、尾轴联接均采用嵌入舌式安装、拆卸，且安装与拆卸均不需轴向 移动，维修方便，芯轴长、吊挂少、故障点少； (2）采用变径结构，增大吊轴承处容积，避免吊轴承与物料接触，吊轴承寿命可达两年以上； (3）各传动部位均采用浮动连接方式，吊轴承为万向节结构，使螺旋体、吊轴承和尾部总成形成一个整体旋浮体，在一定范围内可随输送阻力自由旋转避让，不卡料、不堵料； (4）头尾轴承座均在壳体外，所有轴承采用多层密封和配合密封技术，轴承使用寿命长。1.5 螺旋输送机的运行原理 由带有螺旋片的转动轴在一封闭的料槽内旋转，使装入料槽的物料由于本身重力及其对料槽的摩擦力的作用，而不和螺旋一起旋转，只沿料槽向前移动，实现物料的输送。2 拟定设计方案2.1 传动方案的拟定 本传动装置用于带动螺旋输送机的输送主轴，如图1所示,选择电动机为动力源，提供动力，通过带传动装置减速下来，再传递到减速机的高速轴上，最后由减速机的低速轴输出，带动螺旋输送轴的运转。传动装置用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。由于螺旋输送机的扭矩和转速都很慢，所以采用了带传动和二级圆柱直齿轮减速器（展开式）减速，达到所需速度和扭矩，达到工作要求。图1 螺旋输送机方案图 Fig1 Screw conveyor scheme diagram 传动路线为：电机联轴器高速轴中速轴低速轴联轴器螺旋输送杠。2.2 工作参数的拟定 (1)螺旋筒轴上功率P=3.2kw，转速36 r/min； (2)工作情况：三班制，单向连续运转载荷； (3)使用折旧期：10年（一年以300天计）； (4)工作环境：室外灰尘较大，环境最高温度35 ； (5)动力来源：三相交流电压380 / 220 V； (6)检修间隔期：三年大修、二年中修、半年小修； (7)制造条件及生产批量：一般机械厂单件生产。3 电动机的选择3.1 类型和结构形式的选择 电动机是最常见的原动件，具有结构简单、工作可靠、控制简单和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构型式、容量（功率）和转速、确定其具体型号。电动机已经系列化、标准化，设计时应根据工作载荷、工作要求、工作环境、安装要求及尺寸重量的特殊限制等条件进行选择。工业上广泛应用三相交流电动机。从螺旋输送机中的传动装置来看，本次设计选择Y系列三相异步电动机电磁调速电动机。3.2 电动机功率的确定3.2.1 计算电动机所需功率 带传动效率：0.96； 每对轴承传动效率：0.99； 圆柱齿轮的传动效率：0.96； 联轴器的传动效率：0.99； 螺杆的传动效率：0.96；说明： 电机至工作机之间的传动装置的总效率。 所以，所选电动机功率定为。3.2.2 确定电动机转速 取V带传动比 ，二级圆柱齿轮减速器传动比。故电动机转速的可选范围是：符合这一范围的转速有：、。根据电动机所需功率和转速有4种适用的电动机型号表1 电动机各参数Table 1 The motor parameter电机型号额定功率满载转速额定转矩最大转矩质量Y160M1-847202.02.0118Y132M1-649602.02.073Y112M-4414402.22.243Y112M-2428902.22.245 因此综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第3种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y112M-4。4 V带的设计 由上述所得数据可知，该V带所需传递的功率 为3.75Kw，小带轮的转速 为1440 n/min，大带轮的转速 为411.43 n/min，传动比为3.5。4.1 确定计算功率 根据给定工作参数，取工况情况系数：，则计算功率为：4.2 V带的带型确定与带速的验算4.2.1 确定带轮的基准直径 根据所求和小带轮转速，结合参考文献机械设计图8-11选取普通V带的带型为A型，初取小带轮的基准直径为，则大带轮的直径，使带轮基准直径尺寸标准化，根据参考文献机械设计表8-8取。4.2.2 验算带速V 由已知小带轮基准直径及其转速，则V带的带速为： 经验算带速满足的要求。4.2.3 确定中心距a，并选择V带的基准长度 （1）根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，结合下式初步选定中心距。 （1）则初选中心距。 （2）计算相应的带长。 由参考文献机械设计书表8-2 选定V带基准长度。 （3）计算中心距a及其变动范围。传动的实际中心距为： 考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围则中心距的变动范围为。4.2.4 验算小带轮上的包角 由参考文献机械设计书式（8-7）可知，小带轮上的包角小于大带轮上的包角。又由式(8-6)可知，小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能在小带轮上发生。为了提高带传动的工作能力，应使4.2.5 确定带的根数Z 由小带轮的直径、转速、带型及传动比由机械设计书表8-4a和表8-4b分别查得单根带的基本功率和额定功率增量；再查表8-5和8-2得包角修正系数和带长修正系数，于是有 取。为了使各根V带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根。否则，应选择横截面积较大的带型，以减少带的根数。4.2.6 确定带的初拉力与压轴力 （1）确定带的初拉力由参考文献机械设计书表8-3得A型带的单位长度质量为，由式（8-6），并计入离心力和包角的影响，可得单根V带所需的最小初拉力为：应使该带的实际初拉力，对于新安装的V带，初拉力应为；对于运转后的V带，初拉力应为，此处为新安装V带，故初拉。 （2）确定压轴力为了设计带轮的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力,根据式（8-28），可知：式中，为小带轮的包角。4.3 V带轮的设计4.3.1 V带轮的材料 常用的带轮材料为HT150或HT200；转速较高时可以采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成；小功率时可采用铸铝或塑料。此处大小带轮均为A型V带轮，结合带轮运转速度以及其功率，该带轮材料选用HT150，且为铸造而成，在铸造的带轮的轮缘、腹板及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡产生。4.3.2 V带轮的结构尺寸 V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径为（为安装带轮的轴的直径，mm），可采用实心式；当时，可采用腹板式；当，同时时，可采用孔板式；当时，可采用轮辐式。 对于小带轮：即为电动机的机轴直径，已知电动机为Y112M型，则，又，故小带轮采用腹板式结构； 对于大带轮：，故大带轮采用轮辐式结构。两带轮结构示意图如图所示： 图2 大小带轮示意图Fig2 Schematic diagram of size pulleys5 确定传动装置的总传动比和分配传动比5.1 计算传动装置的动力参数 总传动比： 分配传动比：因为整个传动装置分为三级，所以各级平均传动比为：故取则，减速器总传动比为：,且有，取则有： 注：为带轮传动比，为高速级传动比，为低速级传动比。 将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴，依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率。 （1）各轴转速： （2）各轴输入功率： （3）各轴输入转矩：6 减速器的设计与计算6.1 减速器结构设计6.1.1 机体结构 减速器机体是用以支撑和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好润滑及密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的50%。因此，机体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、重量及成本等有很大的影响。机体材料用灰口铸铁（HT150或HT200）制造，机体的结构用剖分式机体，且减速器选用展开式二级圆柱齿轮减速器。6.1.2 铸铁减速器箱体主要结构尺寸 查阅参考文献机械设计课程设计手册书表11-1以及图（11-1、11-2）铸铁减速器箱体主要结构尺寸。6.1.3 减速器中各轴运动及动力参数计算 由上所述，各轴运动及动力参数见下表：表2 轴的参数Table 2 The parameters of the shaft轴名功率P（KW）转矩T（）转速r/minI轴3.683.56411.43II轴3.42317.67102.86III轴3.25875.5636.096.1.4 齿轮传动的设计与计算 直齿圆柱齿轮具有不产生轴向力的优点，但传动平稳性较差，在减速器中圆周速度不大的情况下才有直齿轮。1、高速级传动-I-II轴高速传动啮合的两直齿轮（传动比为4） （1）选择齿轮材料及精度等级和齿数 1）参见参考文献机械设计书图10-23所示的传动方案，选用二级直齿圆柱齿轮传动； 2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）； 3）材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为280 HBS； 大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。 4）标准齿轮不发生根切的最小齿数 为了避免产生根切现象，据参考文献机械原理式（10-19）可知： （2） 已知外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮，有，易知： 故选小齿轮齿数，大齿轮齿数。 （2）按齿面接触强度设计据参考文献机械设计，由设计计算公式（10-9a）进行计算，即 （3） 1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数。 计算各级齿轮副中大小齿轮传递的转矩 据参考文献机械设计表10-7选取齿宽系数。 据参考文献机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数 。 据参考文献机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接 触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。 据参考文献机械设计式（10-13）计算应力循环次数。 小齿轮： 大齿轮： 据参考文献机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数 。 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数，据参考文献机械设计，由式（10-12） 得： 2）计算 试算齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 计算圆周速度v。 计算齿宽b。 计算齿宽和齿高之比。 模数 齿高 故： 计算载荷系数。 由已知，7级精度，据参考文献机械设计书图10-8 查得动载系数；对于直齿轮，； 据参考文献机械设计表10-2查得使用系数； 据参考文献机械设计表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非 对称布置时，。 由，查参考文献机械设计图10-13得 ；故载荷系数： 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，据参考文献机械 设计式（10-10a)得 计算模数m。 （2）按齿根弯曲强度设计 据参考文献机械设计式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 （4） 1）确定公式内的各计算数值 据参考文献机械设计书图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强 度极限；大齿轮的弯曲强度极限； 据参考文献机械设计书图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ； 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数，据参考文献机械设计式（10-12）得 计算载荷系数。 查取齿形系数与应力校正系数。 据参考文献机械设计书表10-5查得 ,； ，。 计算大、小齿轮的，并加以比较。 ； 易知大齿轮的数值大。 2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而 齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可选取弯曲强度算得的模数并就近圆整为了标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算得小齿轮齿数大齿轮齿数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲 疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 （3）几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 2）计算中心距 3）计算齿轮宽度 故取，小齿轮宽度相对大一点，取。 （4）齿轮结构设计以大齿轮为例，因齿轮齿顶圆直径介于,故选用腹板式结构。2、低速级传动-II-III轴低速传动啮合的两直齿轮（传动比为2.9） （1）选择齿轮材料及精度等级和齿数 1）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）； 2）材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为280 HBS， 大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS； 3）标准齿轮不发生根切的最小齿数。 为了避免产生根切现象，据参考文献机械原理式（10-19）可知： 已知外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮，有，易知： 故选小齿轮齿数，大齿轮齿数。 （2）按齿面接触强度设计据参考文献机械设计，由设计计算公式（10-9a）进行计算，即 1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数。 计算各级齿轮副中大小齿轮传递的转矩 据参考文献机械设计表10-7选取齿宽系数。 据参考文献机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数 。 据参考文献机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接 触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。 据参考文献机械设计式（10-13）计算大小齿轮应力循环次 数。 据参考文献机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数 。 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数，据参考文献机械设计，由式 （10-12）得： 2）计算 试算齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 计算圆周速度v。 计算齿宽b。 计算齿宽和齿高之比。 模数 齿高 故 ： 计算载荷系数。 由已知，7级精度，据参考文献机械设计书图10-8查 得动载系数；直齿轮，； 据参考文献机械设计表10-2查得使用系数； 据参考文献机械设计表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对 称布置时，。 由，查参考文献机械设计图10-13得 ；故载荷系数： 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，据参考文献机 械设计式（10-10a)得 计算模数m。 （3)按齿根弯曲强度设计 据参考文献机械设计式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 1) 确定公式内的各计算数值 据参考文献机械设计书图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强 度极限；大齿轮的弯曲强度极限； 据参考文献机械设计书图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ； 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数，据参考文献机械设计式（10-12）得 计算载荷系数。 查取齿形系数与应力校正系数。 据参考文献机械设计书表10-5查得 ,； ，。 计算大、小齿轮的，并加以比较。； 易知大齿轮的数值大。 2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳 强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载 能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘 积)有关，可选取弯曲强度算得的模数并就近圆整为了标准值 ，按接触强度算得的分度圆直径，算得小齿轮齿数 对其取整，故，所以大齿轮齿数。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳 强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 （4)几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 2）计算中心距 3）计算齿轮宽度 取，小齿轮相对齿宽大一点，。6.1.5 轴的设计计算 （1）初步确定轴的最小直径据参考文献机械设计书式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。据表15-3，取，。高速轴I轴，考虑到所选电动机Y-112M输出轴直径，且由于联轴器、键槽的影响，并对其标准化，取。高速轴I轴一端与联轴器相连，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩，据参考文献机械设计表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准或机械设计手册，选用GYH3型凸缘联轴器，公称转矩为。半联轴器的孔径，半联轴器与轴配合的毂孔长度为。 中速轴II轴，对其标准化，取。 低速轴III轴，对其标准化，取。低速轴III轴输出端与联轴器相连，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩，据参考文献机械设计表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准或机械设计手册，选用GYS7型凸缘联轴器，公称转矩为。半联轴器的孔径，半联轴器与轴配合的毂孔长度为。 GYS7型凸缘联轴器的输出端与输送缸体的输入端的连接轴相连接，取名该连接轴为A轴，输送缸体输出端的固定轴为B轴，A轴、B轴分别位于输送缸体重螺旋轴的两端，其承受转矩等同于低速轴，故可知A轴、B轴的最小轴段直径为。 （2）初步选择轴承I轴高速轴选轴承为7207C；II轴中间轴选轴承为7208C；III轴低速轴选轴承为7213C；A轴输出端选取的轴承为7220C；B轴选取的轴承同A轴为7220C。 各轴承参数见下表：表3 轴承参数Table 3 Bearing parameters轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定/dDB动载荷静载荷7207C357217426530.520.07208C408018477336.825.87213C65120237411169.855.27220C10018034112168148128 （3）确定轴上零件的位置和定位方式：I轴：由于高速轴转速高，传动载荷不大时，为保证传动平稳，提高传动效率，将高速轴取为齿轮轴，使用角接触球轴承承载，一轴端连接电动机，采用刚性联轴器，对中性好。II轴：低速啮合、高速啮合均用锻造齿轮，低速啮合齿轮左端用甩油环定位，右端用轴肩定位，高速啮合齿轮左端用轴肩，右端用甩油环定位，两端使 用角接触球轴承承载。III轴：采用锻造齿轮，齿轮左端用甩油环定位，右端用轴肩定位，为减轻轴的重量采 用中轴颈，使用角接触球轴承承载，右端连接单排滚子链。A轴：输入端连接GYS7型凸缘联轴器，其输出端与螺旋轴焊接为统一的整体。B轴：输入端与螺旋轴焊接为统一整体，输出端用滚动轴承座固定。 （4）高速轴I轴的结构设计 1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径： a)由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径 尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为28mm。 b)考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达3.5mm，所以 该段直径选为35mm，该段安装轴承，故选7207C型轴承。 c)该段轴前一段需要安装轴承，考虑到定位轴肩高度应达3.5mm， 即该段直径定为42mm。 d)该段轴为齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经标准化，定为 46mm。 e)为了齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达6mm，所以该段直径 选为58mm。 f)轴肩固定轴承，取该段直径为48mm。 g)该段轴要安装轴承，直径定为35mm。 2)各段长度的确定： 各段长度的确定从左到右分述如下：a) 该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为，为了保证 轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段的长度应比略短一些，现取为。b) 该段安装轴承，且轴承选型为7207C，其轴承宽，则可取。c) 该段为安装轴承端与安装齿轮段的衔接段，无实际作用，故可取。d) 该段安装齿轮，齿轮的轮毂宽度，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短语轮毂宽度，故定该段长度为。e) 该段轴肩，选定其长度。f) 该段与c段作用相同，但考虑到轴在减速器箱体上轴承座的配合，故取。g) 该段与b段等同，取。 （5）中间轴II轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径： a)I段轴用于安装轴承7208C，故取直径为。 b)II段该段轴要安装小齿轮，考虑到轴肩要有的圆角，经度 计 算，直径定为。 c)III段为轴肩，相比较II段,取轴肩高度为,故该段直径为 。 d)IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为。 e)V段安装轴承，与I段相同直径为。 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：a) I轴段轴承安装轴承和挡油环，轴承7208C宽度，该段选为。b) II轴段安装小齿轮，小齿轮轮毂宽度为，考虑到齿轮齿宽的影响，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取该轴段长度为。c) III轴段为定位轴肩，定该轴段长度。d) IV轴段用于安装大齿轮，大齿轮轮毂宽度为，考虑到齿轮齿宽的影响，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取该轴段长度为。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为。 (6)低速轴III轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径a) I段轴用于安装轴承7213C，故取直径为。b) II段该段轴要安装大齿轮，考虑到轴肩要有的圆角，取轴肩高度为，经强度计算，将该轴段直径定为。c) III段为定位轴肩，取轴肩高度为，则该轴段直径为。d) IV段直径与II段相同，直径为。e) V段安装轴承，与I段相同直径为。f) VI段直径。g) VII轴段与联轴器相连接，从上可知，选取GYS7型联轴器，轴孔直径为，故取该轴段直径为。 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度a) I段轴承安装轴承和挡油环，7213C宽度，该段长度选。b) II段轴与大齿轮相配合，且大齿轮轮毂宽度为，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故去该轴段长度为。c) III段为定位轴肩，取该轴肩长度。d) IV段同II段，轴段直径相同，则可取该轴段长度为。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为。f) VI长度为。g) VII长度与联轴器有关，且联轴器为GYS7型凸缘联轴器，联轴器连接毂孔长度为，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段的长度应比轮毂长度稍短一些，则取该轴段长度为。（7）A轴的结构设计 1）A轴轴径的确定 a)该轴段与凸缘联轴器GYS7相连接，且该联轴器的孔径为， 故该段轴径为。 b)该轴段与轴承7220C相配合，通过查表可知该轴承的孔径为 ，则可确定该段轴径为。 c)此段需有一轴肩，以固定轴承与轴的配合，另一端与螺旋轴焊接， 螺旋轴外径为，则可取该段轴径为。 2）A轴各轴段长度的确定 a)凸缘联轴器GYS7的毂孔长度为，为保证轴端挡圈只压在 半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段的长度应比轮毂长度稍短一 些，则取该轴段长度为。 b)该轴段需与滚动轴承座间接配合，轴上分别有轴段端盖、轴段挡 圈、角接触轴承，通过设计计算，取该段长度为。 c)该段为轴肩段，且一端与螺旋轴焊接，故可取该段长度为。（8）B轴的结构设计 1）B轴轴径的确定 a)该轴段的一端与螺旋轴相焊接，一端固定轴承座，故需一轴肩， 同A轴，可取该段轴径为。 b)该轴段为B轴的输出端，为固定轴承与传动螺旋轴用，且知轴承 孔径为，则可知该段轴径为。 2）B轴各段长度的确定 a)该轴段为轴肩，同A轴，取该段长度为。 b)该轴段与与轴段挡圈，轴承相配合，且挡圈与轴承的长度均已确 定，则可定该轴段长度为。6.1.6 箱体内键联接的选择 参照上述得到的轴所承受的转矩以及轴与齿轮配合处的公称直径，据参考机械设计课程设计手册表4-1可选择出各轴所要求的连接键，且四个齿轮与相应轴配合，故需选择4个连接键，从上述材料可知，四个键所承受的转矩分别为，且各轴与齿轮配合段的公称直径分别为，。各轴内连接键的选择如下表：表4 连接键参数Table 4 Connecting key parameters代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴14950（圆头）46364.583.5662中间轴14945（圆头）46314.5317.6760低速轴201280（圆头）70666875.5672A轴201280（圆头）70666875.5672 由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。6.1.7 减速器附件的选择 (1)通气器： 由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5。 (2)油面指示器： 选用游标尺M16。 (3)起吊装置： 采用箱盖吊耳、箱座吊耳。 (4)放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M121.5。7 螺旋输送机的设计 螺旋输送机的具体设计包括： 根据输送条件和要求选择合适类型的螺旋输送机； 根据具体输送要求计算螺旋直径，选择螺旋类型和布置形式； 根据设计手册选择合适参数，确定输送机的外形和尺寸； 确定螺旋输送机的外形和尺寸； 确定螺旋输送机长度组合及各节重量。7.1 螺旋输送机的选型 设计螺旋输送机的系统时，要注意以下问题： 合理的转载方式，提出给料装置和卸料装置的要求。 输送机线路上输送机之间的相互关系。启动顺序是受料的输送机先驱动， 停车顺序是给料的输送机先停机，当各螺旋输送机的参数（如长度、驱动装置） 不同时，通过这一关系可以提出启动时间和停机时间的要求。 对于粉尘大的情况，要考虑采用合理的密封输送或者设置必要的除尘设备。 零部件的标准化和通用化及易损件的供货可能性。 A) 根据设计要求（输送物料为干燥煤碳），可选择螺旋输送机，水 平输送，如图3所示：图2 螺旋输送机简易传送图Fig2 Simple transfer diagram of screw conveyor B）选择螺旋输送机的布置形式 水平螺旋输送机根据螺旋轴的旋转方向，以及装料口与卸料口 位置等的不同，有4种常见的布置形式，如图4所示：图3 物料传送示意图Fig3 The diagram of Material transfer 根据实际的输送要求选择第一种布置形式。 C）螺旋轴由螺旋叶片与无缝钢轴组成 （1）制造方法 螺旋叶片一般由钢板冲压而成，然后焊接在无缝钢管上，且在各 叶片间加以焊接。 （2）螺旋的旋向、头数与母线 螺旋轴上螺旋叶片的旋向有左旋和右旋之分，物料的输送方向是由螺 旋叶片的旋向与螺旋轴的转向所确定的。螺旋头数分为单头、双头和三头,多头螺 旋主要用于需要完成搅拌及混合作业的输送装置中。螺旋面的母线通常采用垂直 于螺旋轴线的直线，这种螺旋叶片形式的螺旋称为标准形式螺旋。 （3）螺旋叶片的形状 螺旋叶片有实体式、带式、叶片式、齿轮式四种，如下图所示，应根据被输 送物料的种类、特性进行选用。实体式螺旋式是最常用的形式，适用于流动性好 的、干燥的、小颗粒或粉状的物料；带式螺旋适用于块状物料或具有一定粘性的 物料；叶片式与齿形式螺旋适用于易压实挤紧的物料。如水平螺旋输送机需对物 料进行搅拌、松散等要求的，应考虑选用叶片式和吃形式螺旋叶片输送机。 下图为螺旋面的形状： a)实体式；b)带式；c)叶片式；d)齿形式 图4 螺旋面形状Fig4 The shape of helical surface 根据已知条件及设计要求，此处选择水平螺旋输送机，实体式螺旋面的右旋单头螺旋。7.2 螺旋输送部件的设计7.2.1 螺旋输送机的主要参数计算 已知参数： 物料容重：； 物料温度：； 输送量： ； 水平输送长度：； 煤粉密度：。7.2.2 螺旋直径的确定 螺旋叶片直径是螺旋输送机的重要参数。直接关系到输送机的生产量和结构尺寸。可根据螺旋输送机的生产能力、输送物料类型、结构和布置形式确定螺旋叶片直径，根据参考文献输送机械手册第2 册计算公式： （5） 式中：螺旋输送机输送量，； 螺旋直径，； 物料特性系数，常用物料的K值见下表： 填充系数； 物料密度，； 倾角系数。 表5 物料属性与相关参数Table 5 Material properties and the related parameters 物料密度典型例子填充系数螺旋面式特性系数综合系数粉状面粉、石墨0.35-0.40实体0.041575粉状水泥、石膏0.25-0.30实体0.056535粉状谷物、木屑0.25-0.35实体0.049050粉状型砂、炉渣0.25-0.30实体0.060030 （1）填充系数及物料特性系数的确定 物料在料槽中的填充系数对物料的输送和能量的消耗有很大的影响。 当填充系数较小时，物料堆积高度较低，大部分物料靠近螺旋轴外侧，因而具有 较高的轴向速度和较低的圆周速度。物料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。这是垂直于输送机方向的附加物料流 减弱，能量消耗降低；相反，当填充系数较高时，物料运动的滑移面很陡。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，较有利于输送物料。据螺旋输送机的螺旋面 为实体型螺旋面，且输送物料为煤粉，据表5，易知的取值为，故取 ；物料特性系数。 （2）倾角系数的确定 因螺旋输送机为水平输送型输送机，故倾角为0，则据下表可知：表6 倾斜系数Table 6 Slope coefficient倾斜角/0C1.00.90.80.70.650.5根据已知参数，结合该表，可知倾斜系数为： （3）螺旋直径以及螺旋轴直径的计算 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻钢，有 的则直接用圆钢。由于碳钢相对合金钢廉价，对应力集中的敏感性低，且也可以 用热处理或者化学处理的办法来提高其刚度、耐磨性，以及抗疲劳强度，故采用 碳钢来制造轴，而碳钢轴最常用的的是45钢。 a) 螺旋直径的计算 根据上述公式可知： 由螺旋直径应圆整到标准系列，标准系列为：， ，。故经圆 整，且标准化后，取。 对所确定的螺旋直径还应按所输送物料的块度进行校核： 对于未分选的物料，要求： 对于分选的物料，要求： 式中：物料的平均块度；物料的最大块度。 b) 螺旋轴直径的计算 螺旋轴直径与螺旋直径有着直接的联系，且一般螺旋轴外径 的计算公式为：，取，代入螺旋直径可得螺旋轴径 ，从表2可知螺旋轴所承受的转矩为 ，且螺旋轴为无缝钢管，常用无缝钢管材质为20#优质碳钢， 参照参考文献机械设计常用元件手册可知20# 钢的许用扭转应力 ，又参照参考文献材料力学式（3.11）（3.14）、（3.15）可知 螺旋轴径与所承受的扭矩之间的关系： （6） （7） （8） 式中：，为螺旋轴即无缝钢管的内径,； 综合上述三式，可得 取,参照附表1，选取，满足要求。7.2.3 螺距与螺旋轴转速的确定 （1）螺距的计算 通常按下式计算螺距： 对于标准的螺旋输送机，的取值一般为。对于水平布置的螺 旋 输送机，可取值等于，那么螺距。 输送机载荷的横断面面积： （2）螺旋轴转速的确定 按公式，可计算出最大转速，式中为综合系数，在上 表（物料属性及相关参数表）中可得，则可知： 且已知螺旋轴转速，满足要求，且物料在输送时的运移速度：。7.2.4 实体型螺旋叶片的展开尺寸 将一个螺旋的标准型实体式螺旋面展开，其下料尺寸为： （9） （10） （11） 式中：螺旋轴外径，； 螺旋直径，； 螺距，； 螺旋面展开图圆环内径，； 螺旋面展开图圆环外径，； 展开圆环切除部分的周心角，。 综合上述所求参数数据，可求得上式中所求参数：图5 实体型螺旋叶片的展开图Fig5 The expansion plan of entity type spiral leaf 螺旋叶片的厚度，可根据物料性质和螺旋直径按下表选取：表7 螺旋叶片厚度Table 7 Helical blade thickness 输送物料 螺旋直径 煤粉 故取螺旋叶片厚度。7.3 螺旋输送机机体的设计7.3.1 机体主要部件的介绍 水平螺旋输送机如图7.1所示，其构造包括有半圆形的料槽、内部轴承，以及安装在轴承上的带螺旋叶片的转动轴。螺旋轴借助于驱动装置电动机而转动，物料通过装载漏斗装入料槽内，然后通过料槽端部的卸料孔将料排出。 螺旋轴的叶片选择的是实体型叶片，即螺旋面的母线是一垂直于螺旋轴线的直线。物料从进料口加入，当转轴转动时，物料收到螺旋叶片法向推力的作用，该推力可分解为轴的径向分力、轴向分力，以及叶片对物料的摩擦力，则物料有可能在该摩擦力的作用下随着螺旋轴一起转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦，可保证在物料充实料槽时比例合理的情况下不随螺旋叶片一起旋转，而是在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽做轴向移动。全叶式螺旋结构简单，输送效率高，且适于输送松散的物料。且叶片属于极易磨损的物件，需经常的制备与更换。通常先煨制成一个螺距的单节叶片，再在转轴上焊接成连续的螺旋叶片。 当螺距一定时，且由于螺旋外径远大于螺旋轴外径，易知在同 一螺旋面上个点的螺旋角度是不同的。因为 （12） （13） （14）故： 7.3.2 料槽的确定 螺旋输送机螺旋槽体的主要类型如图6所示： 图6 螺旋输送机螺旋槽体 Fig6 The screw tub of screw conveyor （a)角钢法兰的U形螺旋槽体； （b)折边法兰的U形螺旋槽体； (c)双折边法兰的U形螺旋槽体；（d)槽钢U形螺旋槽体； (e)活动底的U形螺旋槽体； (f) 折边法兰加宽的螺旋槽体；(g)标准管状槽体； (h) 折边法兰对开管状槽体； (i) 矩形槽体； (j) 带有夹套的槽体。 一般情况下，螺旋输送机料槽下半部分为U形槽体，且上半部分均有顶盖。必要时顶盖可制成防尘型。顶盖是由薄钢板制成，可以用螺旋同下半槽体连接，也可用弹簧卡子紧夹在螺旋槽体上。下面是几种常用槽体的简要介绍： 角钢法兰的U形螺旋槽体。角钢法兰的U形螺旋槽体是最常用的，顶部法兰是用重型结构角钢制作，并与螺旋槽体的上部边棱平焊而成。端面法兰用靠模焊接并保证与相邻的槽体端面对准。 标准管状槽体。管状槽体可以防尘、防雨水、刚度大并可使整个截面内均充满物抖。标准管状槽体是用钢板卷成并在接合处连续焊接。 折边法兰对开管状槽体。这种形式的槽体类似于角铁兰槽体，但法兰是由半圆形槽体的同一块钢板桥边加工制成，两个半圆形槽体用螺栓连在一起就构成了一个整的刚性的、重量轻的管状槽体。 矩形槽体。矩形槽体适合于磨琢性强的物料。允许物料直流在榴底，这样可以防止物料和槽底的直接摩擦。 据课题设计要求，该设计选用角钢法兰的U形螺旋槽体,且槽体厚度为。圆柱形槽体的轮廓内径应稍大于螺旋直径，保持一定的间隙，且间隙值一般取，此数值随着螺旋直径的增大而增大，螺旋和斜槽制造俞精确，装配得愈精确，间隙可以愈小，从而尽量减少机器的磨损及功率的消耗。至于与下半圆槽体相结合的顶盖，由各节段组成，并用螺钉式卡子或者螺栓加以固定，在很多情形中，实际上都必须具有严密封闭的料槽，为此，将其盖子放置在橡皮衬垫上，或者制成具有向下的凸缘形式，这个边缘镶入料槽构架上充有细砂的纵向沟槽内。7.4 进出料口的设计螺旋输送机的进出料口有方形进出料口、手推式进出料口和齿条式进出料口三种，结合本课题的要求，该设计选择方形进出料口,进料口如图7所示，出料口如图8所示。图7 进料口Fig7 Feed inlet 图8 出料口Fig8 Discharge hole7.5 输送缸体支架的设计缸体支架：顾名思义，对输送缸体起支撑作用，并固定两轴承座间间距，且支架所需材料必须满足承担一定重量的物料的能力。根据设计要求，以及输送缸体中各部件的设计和输送时缸体中物料的容量，综合这些因素，可知支架所承受的重量大概为，据参考文献机械设计课程设计手册，支架材料一般选用ZG230-400一般工程用铸造碳钢。结合两轴承座间距，以及轴承座底部尺寸，且轴承座直立在支架上，则可确定支架的大概轮廓尺寸，跟据设计要求，该支架设计如下图所示：图9 支架Fig9 bracket7.6 轴承的密封 由于物料充塞壳体，虽然通过设计反向螺旋使轴承周围的物料尽量减少，但不能很好的解决轴承的密封问题，所以在轴与轴承配合处加档油环来阻挡物料进入轴承，轴承外部的密封通过毡圈来实现。挡油环通过轴的轴肩和轴承内圈来实现其轴向定位，而毡圈的轴向定位通过轴承端盖来实现，滑动轴承由于结构的因素密封很困难，所以对轴配合处进行表面淬火来提高其耐磨性，通过增大耐磨性来减少密封要求。8 螺旋输送机机体的安装条件、使用及维护8.1 螺旋输送机的安装条件 螺旋输送机安装的正确性对日后其使用情况良好的先决条件之一，在使用地点的安装必须妥善操作，且满足个技术条件的要求，其所应注意的问题如下： (1）支撑螺旋输送机机体的基础至少应在螺旋输送机正式安装前20天浇灌而成，且其应能可靠地支撑输送机并保证在不同地基的情况能做相应的调整，以应对螺旋输送机应地基的某些缘故而产生下沉的问题，进而保证螺旋输送机在运转时具有足够的稳定性； (2）螺旋输送机在安装前必须将那些在运输中或卸箱时粘上的尘垢加以清洗； (3）螺旋输送机的螺旋直径与机壳槽体间的间隙应符合最小间隙规定，且取值一般介于； (4）螺旋输送机的各底座在机壳安装妥善后，均应使其安装位置无误后再拧紧地脚螺钉以将其固定； (5）进出料口现场安装时应使进出料口的法兰支承面与螺旋输送机的本体轴线平行，与相连接的法兰应紧密贴合，不得用间隙； (6）螺旋输送机安装完成后应检查各存油处是否有足够润滑油，再检查螺旋输送机装配的正确性，检查完后，进行无负载试车停车，连续进行4小时以上试车后，发现不符合下列条件的应立即，处理后再运转，直至出于良好运行状态为止。 螺旋输送机运转应平稳可靠，紧固件无松动现象； 运转2小时候轴承温度，润滑密封条件良好； 减速器无渗油，无异常声响，电器设备、联轴器安全可靠； 空载运行功率额定功率的。8.2 螺旋输送机的使用及维护 螺旋输送机是用来输送粉状、粒状、小块状物料的一般用途的输送设备，各种轴承均处于灰尘中工作，因此在这样工况条件下的螺旋输送机的合理操作与保养就具有更大的意义，螺旋输送机的操作和保养主要要求如下： (1）螺旋输送机应无负载启动，即在机壳内无输送物料时启动，启动后方能向螺旋机给料； (2）螺旋输送机初始给料时，应逐步增加给料速度至额定输送能力，给料应均匀，否则容易造成输送物料的级赛，驱动装置的过载，使整台机器过早损坏； (3）为了保证螺旋输送机无负载启动的要求，输送机在停车前应停止加料，等机壳内物料完全输送后再停止运转, (4）被输送的物料内部得混入坚硬的大块物料，避免螺旋卡死而造成螺旋输送机的损坏； (5）在使用中经常监测螺旋输送机机体各部位的工作状态，注意各紧固件是否松动，如果发现机件松动，则应立即拧紧紧固件，使之重新紧固； (6）应当也别注意螺旋管与连接轴肩的螺钉是否有松动，如发现此现象应立即停止，矫正后再云装； (7）螺旋运输机的机盖在机器运转时不应取下，以免发生事故； (8）螺旋运输机运转中发生不正常现象均应对其进行检查，并将该现象加以消除，不得强行运转； (9）螺旋运输机各运动部件应经常加润滑油，以保证其润滑要求，增加部件的使用寿命； 驱动装置的减速器应按其说明的要求加以润滑； 螺旋输送机机体两端轴承箱内用锂
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