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1、第一章 概論 1.1 螺旋輸送機(jī)的研究背景與意義 螺旋輸送機(jī)是現(xiàn)代化生產(chǎn)不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備之一。廣泛應(yīng)用于糧食工業(yè)、建筑材料工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)各部門中。 螺旋輸送機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上運(yùn)用很廣：作為輸送部件或作攪拌、擠壓、揉碎等工序的工作部件；作為固定式或移動(dòng)式的獨(dú)立輸送機(jī)具，在打谷場(chǎng)、谷物糧食和飼料倉庫、畜舍等用來運(yùn)送松散物料[1]。 螺旋輸送機(jī)對(duì)于減輕繁重的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)高度機(jī)械化，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 [2]。 1.2 螺旋輸送機(jī)的特點(diǎn) 螺旋輸送機(jī)具有如下特點(diǎn)： （1） 機(jī)器構(gòu)件簡單，工作原理為單純的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 （2） 機(jī)器工作性能穩(wěn)定，

2、不易產(chǎn)生故障，即使出現(xiàn)故障，維修也較簡便。 （3） 機(jī)器靈活性較高，適應(yīng)多種不同的工作環(huán)境。 （4） 機(jī)器可以適應(yīng)密封性能好、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、操作安全等要求。 （5） 輸送物料方便。只需把物料放入進(jìn)料口。 （6） 輸送方向可逆向。只需改變螺旋軸的旋轉(zhuǎn)方向即可實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)輸。 （7） 螺旋葉片和料槽在工作過程中由于物料的作用易于磨損而影響機(jī)器整體使用壽命。 （8） 機(jī)器運(yùn)輸作物，不存在物料對(duì)機(jī)器的腐蝕作用而影響機(jī)器的整體使用壽命。 綜上所述，螺旋輸送機(jī)機(jī)動(dòng)性優(yōu)良、制造成本低廉，容易被小農(nóng)經(jīng)濟(jì)接受。 1.3 國內(nèi)外關(guān)于螺旋輸送機(jī)的研究現(xiàn)狀 螺旋輸送機(jī)是一種常見的不具有撓性牽引構(gòu)件的

3、連續(xù)輸送機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)成為合理組織成批生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一[3]。在我國現(xiàn)代化的發(fā)展和各工業(yè)部門機(jī)械化水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率提高中，螺旋輸送機(jī)將發(fā)揮更大的作用。但是其輸送效率卻比較低，現(xiàn)在對(duì)于螺旋輸送機(jī)存在的輸送效率問題，越來越來受到各界的重視，而且國外也有了很多的研究成果。在國內(nèi)的研究成果相對(duì)于國外來比較，研究成功還比較少，還不是很先進(jìn) [4]。 第二章 螺旋輸送機(jī)工作過程分析 2.1 螺旋輸送機(jī)的一般結(jié)構(gòu) 如圖2-1所示為螺旋輸送機(jī)的裝配圖。驅(qū)

4、動(dòng)裝置包括電機(jī)、變速器和聯(lián)軸器。電機(jī)由工作要求來確定相關(guān)電機(jī)參數(shù)繼而確定其型號(hào)。變速器通過定傳動(dòng)比確定型號(hào)。 頭部和尾部主體部分基本相同，都有螺旋體和機(jī)槽。不同的地方是：頭部有前軸、首端軸承，機(jī)器外殼上設(shè)計(jì)了卸料口；尾部有尾軸、尾部軸承，機(jī)器外殼上設(shè)計(jì)有進(jìn)料口。 物料由進(jìn)料口進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，沿軸向運(yùn)動(dòng)從卸料口排出。 圖2-1 螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu) 1.驅(qū)動(dòng)裝置 2.頭節(jié)3.標(biāo)準(zhǔn)節(jié) 4.選配節(jié) 5.尾節(jié) 2.2 物料的運(yùn)動(dòng)分析和葉片的設(shè)計(jì) 2.2.1 物料的運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)器的螺旋體將物料不斷向前推進(jìn)而進(jìn)行物料輸送，物料受自身重力和與機(jī)器內(nèi)槽壁的相互摩擦力保證了物料持續(xù)向前推進(jìn)。機(jī)器工

5、作時(shí)，螺旋體葉片推動(dòng)物料的力可分解為軸向和徑向，其中徑向分力使物料有繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。而與此同時(shí)物料本身的重力有阻止物料向上旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，并且由于內(nèi)壁對(duì)物料的摩擦力也阻礙物料的徑向運(yùn)動(dòng)。若機(jī)殼內(nèi)壁對(duì)物料的摩擦力和物料自重一起克服了螺旋葉片推動(dòng)物料的法向分力，同時(shí)螺旋體葉片推動(dòng)物料的力的軸向分量克服了機(jī)殼內(nèi)壁對(duì)物料的摩擦力，則所輸送的物料只能軸向移動(dòng)[5]。 設(shè)螺旋升角為α，螺旋線在展開狀態(tài)時(shí)可視為一條斜直線。則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為r處的物料顆粒A上的力為P合?？紤]摩擦力的存在，P合的方向與螺旋線的法向方向并不重合，而是產(chǎn)生φ角夾角。再將此力十字分解為與葉面相切的P切和與葉面垂直的P法，如圖2-

6、2所示。 圖2-2 螺旋面作用于物料顆粒上的力 圖2-3 物料運(yùn)動(dòng)速度的分解 為了便于分析輸送物料的受力特性，假設(shè)其中A為一物料顆粒，則A因?yàn)槭艿搅合而在機(jī)器中運(yùn)動(dòng)，圖2-3為A運(yùn)動(dòng)的分析。即A的合成速度為v合分解為圓周速度v側(cè)和軸向速度v軸 。 假設(shè)電機(jī)帶動(dòng)螺旋體以n為轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。分析A的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由圖中ABC圖形可得 （2-1） 因?yàn)? （2-2） 所以

7、 （3-3） 圓周速度為 （2-3） 以摩擦系數(shù)μ=tan ρ代入上式，得到圓周速度 （2-4） 綜上，可得物料顆粒的圓周速度計(jì)算公式 （2-5） 式中：s——螺旋的螺距(m) n——螺旋的轉(zhuǎn)速(r/min) r——物料顆粒離軸線的半徑(m) μ面——物料與螺旋面的摩擦

8、系數(shù)（其中μ面=tanρ） 把上式對(duì)r求導(dǎo)，然后使對(duì)r的倒數(shù)為0，當(dāng)在v圓值最大時(shí)，r值為 （2-6） 根據(jù)圖2-3可得，物料顆粒根據(jù)上述速度分解，則軸向速度為： （2-7） 圖2-4中的橫軸表示的是半徑大小，縱軸表示的是速度，圖中的曲線表明隨著輸送物料距離螺旋軸的距離變化，輸送物料的速度v圓和v軸也跟隨著變化。且螺旋體的螺距不同曲線的形狀也會(huì)有變化。圖中在直線Om以右的半徑r值的輸送物料，輸送物料的圓周速度v圓會(huì)

9、根據(jù)半徑的改變而不同，即使在一定的半徑范圍內(nèi)也并不是恒定的。因此，機(jī)器在輸送物料的過程中，由于物料間的速度大小及方向都不同，因而產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。機(jī)槽中輸送的物料，物料距離螺旋軸越遠(yuǎn)物料的圓周速度越小，而物料距離螺旋軸越遠(yuǎn)物料的軸向輸送速度越大。內(nèi)層的物料圓周速度大軸向速度小，這就導(dǎo)致輸送物料過程中內(nèi)層的物料繞軸速度更快，在物料運(yùn)動(dòng)的過程中部分物料跨過螺旋軸掉入下一個(gè)螺距中，這種物料輸送現(xiàn)象叫做附加料流。附加料流的存在不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，降低了機(jī)器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的能量[6]。 圖2-4 速度隨半徑變化曲線 為了有效解決上述問題帶來的不良影響，如圖2-5葉片形式。這種螺旋

10、體葉片形式能有效的減少附加料流帶來的不良影響。葉片與螺旋軸連接的地方并不是垂直連接，有升角為正α，而葉片外側(cè)有升角負(fù)α，如此的設(shè)計(jì)有效的把內(nèi)層的輸送物料向葉片外側(cè)推送，與此同時(shí)外緣的物料有向內(nèi)側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)，同時(shí)也降低了機(jī)槽內(nèi)壁對(duì)輸送物料的摩擦力，從而減少了附加料流。有效避免了附加料流降低了機(jī)器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的能量的弊端。 機(jī)器輸送物料時(shí)，物料受自身重力、螺旋體葉片的作用力以及機(jī)槽內(nèi)壁對(duì)物料的摩擦力的綜合作用，物料面并不是以水平形式存在的，物料面與水平面會(huì)形成一定的夾角，這個(gè)夾角稱為倒塌角（記為φd）。如圖2-6所示，當(dāng)物料轉(zhuǎn)角超過倒塌角時(shí)表面的物料由于受力不平衡而向下滑

11、落，然后下層物料逐漸上移，而重復(fù)向下滑落。在物料向下滑落的過程中部分物料跨過螺旋軸掉入下一個(gè)螺距中，從而產(chǎn)生附加料流，降低了機(jī)器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的能量。綜上所述，為保證機(jī)器為高效的工作運(yùn)轉(zhuǎn)而需控制物料面的轉(zhuǎn)角，即 （2-8） 式中：φ0 ——物料的內(nèi)摩擦角（） φd ——物料面的倒塌角（） φ ——物料面的轉(zhuǎn)角（） 圖2-5 彎曲母線螺旋面的形狀及其速度曲線 圖2-6 物料在料槽中的倒塌角 2.2.2 葉片的設(shè)計(jì) 為保障機(jī)器高效工作螺旋輸

12、送機(jī)物料面的轉(zhuǎn)角必須小于物料的倒塌角。而螺旋輸送機(jī)物料面的轉(zhuǎn)角不僅與對(duì)物料本身的進(jìn)料量要求有關(guān)，還需考慮螺旋體葉片的螺距大小以及形狀。 生產(chǎn)中對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)料量的要求直接影響輸送效率。其中進(jìn)料量用填充系數(shù)ψ表示。 圖2-7表示螺旋體轉(zhuǎn)動(dòng)而推送物料時(shí)，對(duì)物料進(jìn)料量要求不同的情況下機(jī)槽內(nèi)物料的存在狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)料量較小時(shí)（假設(shè)為ψ=5%），如圖2-7a，物料輸送量較小且物料堆積厚度小，物料圓周速度受物料自身重力和較小的機(jī)槽內(nèi)壁摩擦力作用，圓周速度很小，而葉片推力的軸向分力是物料軸向速度很大。這是基本沒有附加料流的現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)進(jìn)料量變大時(shí)（假設(shè)ψ=20％），如圖2-7b。物料輸送量變大且物料堆積厚度

13、變大，物料圓周速度受物料自身重力和較大的機(jī)槽內(nèi)壁摩擦力作用，圓周速度變大，而軸線方向的機(jī)槽對(duì)物料的摩擦力增大加大了機(jī)器的工作功率，同時(shí)增大了附加料流[7]。當(dāng)進(jìn)料量很大（假設(shè)ψ=50％），如圖2-7c。 物料面接近螺旋軸所在的平面，物料圓周速度受物料自身重力和較大的機(jī)槽內(nèi)壁摩擦力作用，圓周速度明顯加大，而軸線方向的輸送速度降低，產(chǎn)生大量附加料流。大大降低了機(jī)器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的電能，不利于生產(chǎn)。 綜上所述，螺旋輸送機(jī)輸送物料的進(jìn)料量并不是越大越好，基于實(shí)際考量，農(nóng)業(yè)輸送物料的填充系數(shù)一般ψ＜45％。填充系數(shù)由輸送物料的性質(zhì)決定,當(dāng)決定輸送了主要的輸送物料后,相應(yīng)的填充系

14、數(shù)也就決定了。 圖2-7 不同填充系數(shù)時(shí)物料層堆積情況及其滑移面 (a).ψ=5﹪(b).ψ=20﹪(c).ψ=50﹪ 螺距的大小在物料輸送過程中也影響輸送效率，若確定了填充系數(shù)，當(dāng)螺旋體螺距改變時(shí)，機(jī)槽內(nèi)的物料面的存在形式也會(huì)改變。若改變輸送物料也就是改變填充系數(shù)，會(huì)導(dǎo)致輸送物料各個(gè)層面的速度變化。因此，得出最合理的葉片螺距尺寸應(yīng)該考慮到葉片與物料之間的摩擦系數(shù)以及相關(guān)摩擦性能，還必須考慮由于物料進(jìn)料量的不同而造成物料各方向的受力大小不同。 圖2-3中假設(shè)的存在一物料顆粒A，其受到螺旋葉片沿軸向的分力為

15、 （2-9） 為使P軸>0，則要求cos（+）為正，其中必須滿足 （2-10） 綜上可知，葉片上的最小半徑就是螺旋軸的半徑，此時(shí)的α（螺旋升角）最大，而葉片對(duì)物料的軸向分力P軸最小。根據(jù)以上分析，有以下公式 （2-11） （2-12） 可得螺距的最大許用值。 把k1=d/D代入上式

16、，有 （2-13） 螺距的最大許用值，應(yīng)該使物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在各方向的分量合理分配。也就是說物料在輸送過程中所具有的軸向速度應(yīng)該盡可能的大從而提高輸送效率，同時(shí)應(yīng)使物料的圓周速度盡可能低，以減少附加料流對(duì)能量的損耗。由圖3-2可知螺旋葉片螺距的改變會(huì)導(dǎo)致速度的分解的結(jié)果不同。若螺旋葉片螺距變大，在物料的軸向輸送速度變大的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致圓周速度不符合要求，從而產(chǎn)生附加料流。若螺旋葉片螺距變小，在物料運(yùn)行速度分分布合理的同時(shí)物料的軸向輸送速度且減小了[8]。 由上文所分析輸送物料在螺旋圓周處的速度分解，

17、v圓≤v軸，通過計(jì)算得 （2-14） （2-15） 又因?yàn)榇藭r(shí)2r=D（螺旋圓周處），故得求螺距的條件為 （2-16） 綜上分析可得：進(jìn)料量較小則螺距選取較小值，進(jìn)料量較大則螺距選取較大值。 若螺旋體的轉(zhuǎn)速低于一定值，則轉(zhuǎn)速在該值內(nèi)的改變對(duì)物料的運(yùn)動(dòng)并沒有明顯的影響。如果轉(zhuǎn)速超過這一定值，葉片對(duì)物料產(chǎn)生過大的切向力而導(dǎo)致物料被拋起，使物料產(chǎn)生徑向跳

18、躍，由此降低輸送效率。所以，在實(shí)踐生產(chǎn)中，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速如下： （2-17） 式中:D -- 螺旋直徑（m）。 A -- 物料特性系數(shù)。 第三章 螺旋輸送機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 螺旋輸送機(jī)的主要構(gòu)件 3.1.1 螺旋體 螺旋體包含螺旋葉片和螺旋軸。它在整個(gè)機(jī)器中起著至關(guān)重要的作用，物料的不斷向前推進(jìn)就是螺旋體的功勞。物料受自身重力和與機(jī)器內(nèi)槽壁的相互摩擦力保證了物料持續(xù)向前推進(jìn)。 （1）螺旋葉片 螺旋葉片為

19、適應(yīng)當(dāng)今多元化的要求而形式多樣。根據(jù)輸送要求，此設(shè)計(jì)采用滿面式螺旋葉片。圖3-1所示為滿面式螺旋葉片。之所以稱為滿面氏是因?yàn)槁菪~片是連續(xù)的曲面形式，其一側(cè)與螺旋軸密切粘合。滿面式螺旋葉片制造易于批量化生產(chǎn)從而成本低廉、輸送能力強(qiáng)，特別適合輸送五谷等細(xì)小顆粒的農(nóng)作物，是此設(shè)計(jì)最合理的葉片形式[9]。 圖3-1螺旋面(滿面式)的形狀 此設(shè)計(jì)的螺旋葉片采用正螺旋面葉片。正螺旋面葉片的母線始終垂直于螺旋軸。 圖3-2 滿面式螺旋葉片的展開圖 圖3-2，取螺旋體外徑D=400mm，則由螺旋軸直徑

20、 （3-1） 綜合實(shí)際，其中0.2為指定系數(shù)，可得螺旋軸直徑d=90mm. 用s表示螺旋葉片的螺距，并在此處采用標(biāo)準(zhǔn)值。有 s=k*D （3-2） 其中系數(shù)k=0.8，帶入上式得s=320mm 用α表示螺旋升角，螺旋升角是指螺旋軸向與螺旋葉片上某點(diǎn)的法線之間的夾角。 α 公式如下 ： （3-3） 其中：s——螺距（m） D1——該點(diǎn)距離軸心距離的兩倍（m） 綜上，螺旋

21、體的α外為14.3。α內(nèi)為51.8。 由于外徑（D）大于內(nèi)徑（d），就有α內(nèi)>α外。 由于螺旋體的葉片在工作時(shí)長時(shí)間與物料（五谷）相互摩擦而易于磨損，且物料因?yàn)槭苤亓ψ饔枚嘧饔糜谌~片外緣，從而導(dǎo)致葉片的外緣磨損較重，為了保證機(jī)器合理的使用壽命，取葉片厚度6mm，并需要保證葉片的質(zhì)量，葉片需進(jìn)行熱處理，從而使葉片表面硬化，性能更優(yōu)越。 （2） 螺旋軸 機(jī)器螺旋體的軸用鋼管制造。由于軸體在負(fù)載相同的情況下，選擇空心鋼管比較科學(xué)且經(jīng)濟(jì)、減輕自重的同時(shí)又節(jié)省材料，而且兩個(gè)構(gòu)件之間的連接也容易實(shí)現(xiàn)。綜合實(shí)際情況的考量，螺旋體應(yīng)制成4m的節(jié)段，使用時(shí)按實(shí)際要求將所需節(jié)段數(shù)連接起來，選取螺旋軸直徑

22、90mm，厚度10mm。為保證機(jī)器工作的可靠性，軸與軸之間的的連接需要強(qiáng)化，聯(lián)接要求如圖3-3所示。 圖3-3螺旋輸送軸的聯(lián)接 如上圖在聯(lián)接處的鋼管內(nèi)需要放入一段直徑為70mm的實(shí)心的鐵棒以加固螺旋軸，然后再在鋼管連接處增加一個(gè)適當(dāng)大小的套筒，然后用螺栓緊固。 綜合考量，此設(shè)計(jì)的軸選擇空心鋼管比較科學(xué)且經(jīng)濟(jì)、減輕自重的同時(shí)又節(jié)省材料，而且兩個(gè)構(gòu)件之間的連接也容易實(shí)現(xiàn)。且用45號(hào)鋼作材料，此設(shè)計(jì)中的螺旋體選用三段長4m的節(jié)段。 3.1.2 軸承 軸承是螺旋輸送機(jī)中的重要零部件。它能保證螺旋體盡可能減小阻力的旋轉(zhuǎn)，減少電機(jī)的工作功率，增強(qiáng)機(jī)器工作效率。 螺旋輸送機(jī)中所使用的軸承有三種，

23、頭部軸承、尾部軸承和中間懸掛軸承。 頭部軸承安裝于螺旋輸送機(jī)的靠近電機(jī)的一端。頭部軸承要同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，因此頭部軸承應(yīng)采用圓錐滾子軸承。螺旋軸因?yàn)閳A錐滾子軸承得安裝而能夠承受拉力，避免螺旋軸因?yàn)檫^長且高速旋轉(zhuǎn)而容易發(fā)生撓曲[10]。此設(shè)計(jì)軸承內(nèi)徑90mm，外徑190mm，根據(jù)GB/T 297-1994查表選取軸承代號(hào)30318。結(jié)構(gòu)如圖3-4。 圖3-4頭部軸承 尾部軸承主要承受徑向載荷和少量的軸向載荷，應(yīng)該采用調(diào)心球面軸承。螺旋軸因?yàn)檎{(diào)心球面軸承的安裝而能夠承受拉力，避免螺旋軸因?yàn)檫^長、軸向壓力的存在且高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生撓曲。此設(shè)計(jì)軸承內(nèi)徑90mm，外徑190mm，根據(jù)G

24、B/T 281-1994查表選取軸承代號(hào)1318。尾部軸承的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。 圖3-5 尾部軸承 由于螺旋輸送機(jī)的螺旋體過長且高速旋轉(zhuǎn)而容易發(fā)生彎曲，為了避免上訴不良影響，每隔2m左右應(yīng)合理安裝一個(gè)軸承對(duì)螺旋軸進(jìn)行緊固。在中間懸掛軸承處，葉片遇到固定中間軸承的支架，因此不可避免的需要截?cái)啵瑸榱吮苊馕锪显诖颂幉贿B續(xù)的向前推進(jìn)，中間軸承的尺寸應(yīng)使葉片分開的距離可能的小，保障機(jī)器的工作效率。中間懸掛軸承適宜采用滑動(dòng)軸承，軸承需要設(shè)計(jì)有潤滑油杯，以便進(jìn)行潤滑[11]?；瑒?dòng)軸承半徑35mm。如圖3-6. 圖3-6 滑動(dòng)軸承 3.1.3 機(jī)槽 螺旋輸送機(jī)的機(jī)槽根據(jù)外形的有U字 型和圓筒型

25、。U字型槽體在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用是比較普遍的，U字型機(jī)槽特征為兩側(cè)壁平行且與底部半圓相切，上端邊沿焊有外緣水平鋼板，用以適當(dāng)密封機(jī)體以及增加機(jī)槽的強(qiáng)度，也起到固定螺旋軸上的懸掛軸承的作用。機(jī)槽具有一定的長度，每節(jié)需要設(shè)置支架支撐機(jī)體防止因重力變形而發(fā)生故障[12]。 圖3-7螺旋輸送機(jī)機(jī)槽形式 此設(shè)計(jì)機(jī)器的機(jī)槽采用最常用的U字型，又基于實(shí)際情況，農(nóng)作物（主要是五谷等粉末或細(xì)顆粒裝物料）運(yùn)輸距離較長，這就要求機(jī)槽具有一定的長度?？紤]到制造安裝方便的實(shí)際應(yīng)用，機(jī)槽分為三節(jié)4、4、4m，且每節(jié)需要設(shè)置支架支撐機(jī)體防止因重力變形而發(fā)生故障。 3.2 輸送量計(jì)算 假設(shè)螺旋體軸向投影面積為A，物

26、料輸送速度為v，機(jī)槽的填充系數(shù)為。 由和 (m/s)得出 （3-4） 和 （3-5） 式中：Iv --容積輸送量(/h) --質(zhì)量輸送量() ρ --堆積密度(t/) --螺旋體直徑() --螺距(m) n --螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min 假定輸送物料為面粉，則查表JB/T 7679-95可知ψ=0.33，ρ=0.59代入上式可得： 3.3 螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)功率 螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為

27、： （3-6） 式中：--機(jī)器輸送物料所需的功率(kw) --機(jī)器空載時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)功率（kw） 3.3.1 輸送物料所需功率 若螺旋輸送機(jī)長度為L，其功率為的計(jì)算公式如下： （3-7） 式中：--機(jī)器輸送物料所需的功率(kw)； --機(jī)器輸送量; (據(jù)式3-5可得=50) --運(yùn)行阻力系數(shù)； 計(jì)算得： （kw） （3-8）

28、 3.3.2 螺旋輸送機(jī)空載轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)功率 功率的計(jì)算公式如下： (kw) 式中： --螺旋輸送機(jī)空載的驅(qū)動(dòng)功率(kw) 所以輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為機(jī)器輸送物料所需的功率與機(jī)器空載時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)功率之和，計(jì)算如下： (kw) 3.4 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及其選用 （3-9） 式中：--驅(qū)動(dòng)裝置總效率 --功率儲(chǔ)備系數(shù) --輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 上式中取，取，并代入上式得： （kw） 螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)已經(jīng)系列化，相關(guān)工廠已經(jīng)成批生產(chǎn)電機(jī)。此設(shè)計(jì)所選用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)相關(guān)的物料輸送

29、要求以及相關(guān)參數(shù)要求，最終選用Y112M-4型電機(jī)。 表3-1 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 極數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 Y112M-4 2.2kw 1484 r/min 4 2.2kw 2.2kw 3.5 螺旋體軸的校核 許用彎曲應(yīng)力計(jì)算、許用切應(yīng)力計(jì)算、安全系數(shù)校核計(jì)算是軸的強(qiáng)度校核常用的三種校核方法。這三種方法運(yùn)用靈活。在此設(shè)計(jì)中按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算就可以足夠可靠。因此此處螺旋體螺旋軸的校核采用許用彎曲應(yīng)力計(jì)算的方法來進(jìn)行校核[13]。 每節(jié)螺旋軸的長度為4000mm，采用45鋼制造，密度7.85g/cm，螺旋軸的校核計(jì)算如下： 由式（4-5）

30、結(jié)果可知，機(jī)器輸送物料所需的功率=1.3（kw）。所以可得： =9.5510=1310Nmm 式中：螺旋軸所承受的轉(zhuǎn)矩 螺旋軸采用密度為7.85g/cm的45號(hào)鋼制造，軸外徑為90mm內(nèi)徑為70mm的空心鋼管，長度為10m。從而可計(jì)算螺旋軸的重量G： G=mg=g=7.85100012（0.09- 0.07）9.8 G =773.4N 螺旋葉片的厚度為6mm，則螺旋葉片的重量大約為： G=mg=g=7.850.3610=133N 則7個(gè)螺旋葉片的總重量為 133N*7=931N。 由表3-2查得： 許用應(yīng)力：

31、 應(yīng)力校正系數(shù)： =0.571 表3-2 轉(zhuǎn)軸的彎曲應(yīng)力 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =0.571110000=62800N.mm 當(dāng)量彎矩 M==1412042N.mm 軸徑 d==62.4mm 綜上所述螺旋軸的軸徑符合要求。 3.6 聯(lián)軸器的選用 用來連接兩個(gè)機(jī)構(gòu)并使其共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在負(fù)載較大、效率要求較高的物料輸送中，聯(lián)軸器還可以起到緩沖、減振和提高軸系性能的效果。聯(lián)軸器連接主動(dòng)軸和從動(dòng)軸。聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)電力機(jī)的綜合因素和耦合載荷類別，轉(zhuǎn)速，工作環(huán)境，選擇品種根據(jù)耦合耦合，支持諸如耦合型選擇的影響因素；根據(jù)相關(guān)工作要求及其

32、工作參數(shù)，最后確定聯(lián)軸器的型號(hào)為CH3-70[14]。 具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)： （1） 能否適應(yīng)相關(guān)工作環(huán)境。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，農(nóng)作物的輸送量持續(xù)增長，無論寒冷的東北，還是炎熱的南方，都需要機(jī)器高效的工作。 （2） 能否承受相關(guān)電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器需要承受最大載荷下所需的轉(zhuǎn)矩，以保證正常的工作。 （3） 兩軸相對(duì)位移的大小和方向。 （4）聯(lián)軸器工作的可靠性。為降低農(nóng)業(yè)輸送成本，必須要求機(jī)器壽命盡可能的長，在惡劣的條件下任能高效工作。 （5）聯(lián)軸器本身的成本。在能合理使用的前提下盡可能的廉價(jià)。 聯(lián)軸器形式如下： 圖3-8 聯(lián)軸器形式 3.7螺旋體轉(zhuǎn)速的校核

33、 據(jù)式（2-17）中螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速： n= 式中 A——綜合特性系數(shù) 數(shù)據(jù)代入得： ==75/=119 綜上所述，螺旋體的轉(zhuǎn)速符合設(shè)計(jì)要求。 第四章 減速器的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 4.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，減速器采用三級(jí)圓錐-圓柱齒輪傳動(dòng)，減速器布置型式見圖 4-1。 圖4-1減速器布置示意圖 4.1.1 總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配 （1）驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算 利用下式計(jì)算鏈輪轉(zhuǎn)速： (4-1) 式中：—鏈輪轉(zhuǎn)速，r/min； —圓環(huán)鏈鏈速，m/s。； —鏈輪齒數(shù)，； —鏈

34、輪節(jié)距，mm； （4-2） 式中： —鏈輪節(jié)圓直徑，mm。 計(jì)算鏈輪節(jié)圓直徑： （4-3） 式中 ： —圓環(huán)鏈節(jié)距，mm。??； —圓環(huán)鏈直徑，mm。??； —鏈輪節(jié)距角，。 代入式（4-3）得： 近似 代入式（4-2）得： 鏈輪轉(zhuǎn)速： 總傳動(dòng)比： （2）傳動(dòng)比分配： 減速器為三級(jí)展開式，其中 ，，。 （3）傳動(dòng)比誤差： 傳動(dòng)比分配符合要求。 4.1.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸、Ⅱ軸

35、、Ⅲ軸、Ⅳ軸。 （1）轉(zhuǎn)速計(jì)算 （2）功率計(jì)算 （3）扭矩計(jì)算 4.2 傳動(dòng)部弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 已知參數(shù)： （1）選材料、熱處理方法、定精度等級(jí)。 選小齒輪 20GrMnTi HRC58～62 大齒輪 20MnVB HRC56～62 大 小齒輪均采用滲碳淬火 許用接觸應(yīng)力 接觸疲勞極限 N/mm2 N/mm2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =6014841(530016)=2.14109次 =2.14109 次 =2.14109/2.5=0.85108 次 =0.85108 次 式中

36、: —齒輪轉(zhuǎn)速, －齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)同一齒面的嚙合次數(shù) －齒輪的工作壽命,h 取 =1 則 =16001/1 =15501/1 則 =1550 N/mm2 （2）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 選用弧齒錐齒輪，即 （4-4） 載荷系數(shù),取 齒寬系數(shù),取 計(jì)算小輪大端分度圓直徑 （3）主要幾何尺寸計(jì)算 齒數(shù)， 取 實(shí)際齒數(shù)比 分錐角 大端模數(shù) 按標(biāo)準(zhǔn)取 分度圓直徑 變位系數(shù) 錐矩 齒寬 取 大端齒頂高 大端齒高

37、 大端齒根高 大端齒頂圓直徑: 齒根角 齒頂角 頂錐角 根錐角 外錐高 取 支撐端距H 弧齒厚 中點(diǎn)錐距 (mm) 銑刀盤名義直徑(mm) 取 則 則 當(dāng)量齒數(shù)， 端面重合度 取 則 齒線重合度 取 總重合度 4.3 中速級(jí)斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 已知參數(shù)： （1）選材料。 小齒輪 20GrMnTi HRC58～62 大齒輪 20MnVB HRC56

38、～62 （2）初步確定主要參數(shù) 1）中心距a（mm）。 取N/mm2 N/mm2 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 取 則 取K=2.7 圓整取 2)初步確定模數(shù)mn，齒數(shù)z，螺旋角β，分度圓直徑d，齒寬b。 取 取 則 中心距 取螺旋角 代入得 圓整后取 分度圓螺旋角 分度圓直徑（mm）。 齒寬,mm 圓整取 取 3)初定變位系數(shù) 當(dāng)量齒數(shù) 變位系數(shù)： 4）確定其他參數(shù) 齒頂高 齒根高

39、 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 斷面重合度 取 得： 縱向重合度 總重合度 (4)接觸強(qiáng)度的校核 分度圓上的圓周力 使用系數(shù) ,取 動(dòng)載系數(shù), 取 齒向載荷分布系數(shù), 取 齒向載荷分配系數(shù), 取 彈性系數(shù), 取 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ,取 重合度系數(shù) 螺旋角 計(jì)算接觸應(yīng)力 壽命系數(shù) =60598.151(530016) =8.61108次 取 最小安全系數(shù) . 取 潤滑劑系數(shù),取 速度系數(shù),取 大小齒輪的齒面粗糙度取為： 取 大小齒面都是硬齒

40、面取 尺寸系數(shù)取 許用接觸應(yīng)力 接觸強(qiáng)度判斷 接觸強(qiáng)度校核通過 齒根彎曲強(qiáng)度校核強(qiáng)度條件 計(jì)算齒根應(yīng)力 （4-5） 式中：彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù) 取 齒向載荷分布系數(shù),取 齒形系數(shù),取 應(yīng)力修正系數(shù),取 重合度系數(shù) 螺旋角系數(shù) 取 4.4 園環(huán)鏈鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)選用φ38137高強(qiáng)度圓環(huán)鏈，鏈輪齒數(shù)選。其基本幾何尺寸計(jì)算如下： 節(jié)圓直徑 取 頂圓直徑 鏈輪立環(huán)的立槽直徑 （4-6） 式中，圓環(huán)鏈最大外寬，取

41、代入式（4-6）： 鏈輪立環(huán)立槽寬度 對(duì)38137鏈條： 齒根圓弧半徑,mm 鏈輪中心至鏈窩底平面的距離,mm 圓整?。? 鏈窩長度 取 鏈窩中心距,mm 取 短齒厚度 齒形圓弧半徑,mm 立環(huán)槽圓弧半徑 短齒根部圓弧半徑，mm 鏈輪的制造應(yīng)按照規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和文件制造。 第五章 螺旋輸送機(jī)總體尺寸設(shè)計(jì) 5.1 輸送機(jī)外形及安裝尺寸 圖5-1螺旋輸送機(jī) 圖中具體尺寸見表5-1 表5-1 輸送機(jī)總體尺寸 代號(hào) H h1 l C3 B

42、 F P Q T1 T2 X d e 尺寸 355 224 4000 400 530 100 100 430 300 280 400 90 180 5.2 附件尺寸 5.2.1 進(jìn)料口 進(jìn)料口形狀見圖5-2，圖中具體尺寸見表5-2 圖5-2進(jìn)料口 表5-2進(jìn)料口尺寸 代號(hào) A*A’ B*B’ C*C’ δ n d 質(zhì)量（kg） 尺寸 400*400 500*500 456*456 4 8 12 5.0 5.2.2 出料口 出料口形狀見圖5-3，尺寸見表5-3。 圖5-3出料口 表5-3出料口尺寸

43、 代號(hào) A*A’ B*B’ C*C’ δ R n d 質(zhì)量（kg） 尺寸 400*400 500*500 456*456 4 216.5 8 12 8 結(jié)論 本設(shè)計(jì)的螺旋輸送機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、螺旋體、機(jī)槽、機(jī)架和軸承組成。其中，螺旋體由軸和葉片組成，是輸送物料的核心部件。減速器采用四行星太陽輪浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，減小了結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)提高整個(gè)工作面的輸送量，提高了效率。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)傳動(dòng)部的軸、傳動(dòng)齒輪和軸承等部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核,并完成了相關(guān)的繪圖工作。 通過對(duì)專業(yè)知識(shí)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，加深了對(duì)螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)以及工作原理的了解。由它的結(jié)構(gòu)決

44、定的驅(qū)動(dòng)方式為單端驅(qū)動(dòng)。通過進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，從而確定輸送機(jī)重要部分的尺寸，然后畫出圖形，完成此次設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1] 王文麗.螺旋輸送機(jī)在糧食鋼板倉中的改進(jìn)應(yīng)用[J].安陽大正鋼板倉有限責(zé)任公司，2014. [2] 劉海軍.螺旋輸送機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012. [3] 孫志才.螺旋輸送機(jī)封閉式拼接支承裝置設(shè)計(jì).吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2014. [4] 黃淑琴. 螺旋輸送機(jī)新型聯(lián)軸節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2014. [5] 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械

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