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畢業(yè)設(shè)計說明書
第一章 螺旋輸送機的工作原理及其一般構(gòu)造
1.1螺旋輸送機的工作原理
螺旋輸送機與一般的輸送機械不同，它是屬于不具有撓性牽引構(gòu)件的輸送設(shè)備。在工作時，啟動電機，電機帶動減速機低速軸轉(zhuǎn)動，通過一級減速之后帶動螺旋軸轉(zhuǎn)動，帶有螺旋葉片的轉(zhuǎn)動軸在封閉的槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使裝入料槽的物料在自身重力及其對料槽的摩擦力的作用而不和螺旋軸一起轉(zhuǎn)動，只沿料槽向前運移。其情況好象不能旋轉(zhuǎn)的螺母沿著螺桿作直線運動一樣。在垂直的螺旋輸送機中，物料是靠離心力可對槽壁所產(chǎn)生的摩擦力而向上運動。不宜輸送易變質(zhì)的、粘性大的、易結(jié)塊的及大塊的物料。輸送過程中還可以對物料進行攪拌混合、加熱和冷卻。
2.2螺旋輸送機的一般結(jié)構(gòu)
螺旋輸送機一般由螺旋軸、進料口、出料口，料槽、驅(qū)動裝置等五個部分組成，其中螺旋軸是螺旋輸送機的基本構(gòu)件，它由軸和葉片組成，螺旋葉片多由鋼板沖壓而成，然后將它相互焊接在一起。
螺旋的形狀按輸送物料的性質(zhì)不同而有以下幾種形式：
1.實體螺旋（見圖1.1a），是最常用的一種，適用于輸送流動性好的，干燥的、小顆粒的或粉狀的物料?？紤]到水泥是一種粉末狀，干燥小顆粒物質(zhì)，故本設(shè)計的螺旋本體采用該種制法。
2.帶式螺旋（見圖1.1b）適用于輸送塊狀的或粘滯性的物料。
3.葉片螺旋（1.1c）和齒形螺旋(見圖1-1d),適用于輸送容易被擠緊的物料和在輸送過程中需要同時進行攪拌、混合的物料。
圖1.1螺旋形狀
螺旋輸送機的本體部分除了螺旋軸外還包括：料槽、底座、軸承，槽蓋、端蓋等部分。兩端的軸承主要用于承受物料在輸送過程對軸產(chǎn)生的附加軸向力。螺旋軸一般做成空心的，這樣既可以減輕重量，又便于聯(lián)接。但是做成空心的又會使軸的強度和剛度下降，要提高軸的強度和剛度要么選用較好的材料，而這樣勢必增加制造成本，要么通過增大軸的結(jié)構(gòu)尺寸來達到提高強度和剛度的目的，這樣不僅使得軸的結(jié)構(gòu)顯得臃腫影響輸送效率，還會使制造材料增加，從而使制造成本增加，因此從經(jīng)濟性和工藝性的角度出發(fā)本設(shè)計選用實體螺旋軸。由于本螺旋輸送機輸送的距離較長，故將螺旋軸分三段制造，中間用吊環(huán)軸承支撐以改善其工藝結(jié)構(gòu)和提高其剛度以減小軸因撓曲變形而帶來能量消耗。吊環(huán)軸承裝在沿軸向安裝的支架上。由于中間安裝的吊環(huán)軸承，使得螺旋軸在中間間斷不聯(lián)續(xù)，從而使得物料容易在中間軸承處堵塞，螺旋輸送機不能正常工作，效率下降，所以吊環(huán)軸承沿軸向的尺寸應(yīng)盡量做得小一些。為了減小阻力，中間軸承選用雙列調(diào)心球軸承。為了防止物料進入軸承中，在吊環(huán)承體的兩端加上擋蓋，并同時給軸承裝上潤滑裝置，本設(shè)計的中間軸承通過螺栓桿中間的孔向軸承家潤滑油。為了減小制造成本，輸送機的料槽采用鑄鐵制造。料槽的下半部分做成半圓形，上半部分做成直板式。料槽蓋用螺栓跟料槽的凸沿聯(lián)接。底座跟料槽分開制造，在安裝時通過焊接將其與料槽焊在一起，用于支撐料槽。
螺旋輸送機的驅(qū)動裝置由電機、減速器，聯(lián)軸器三部分組成。根據(jù)本螺旋輸送機的輸送能力及輸送長度要求，從《機械設(shè)計指導(dǎo)》中選擇全封閉自冷式籠型三相異步電動機，其型號為Y160M1-8，額定功率為4W，額定轉(zhuǎn)速為750r/min。
減速器的設(shè)計將在后面進行，這里就不多說。至于驅(qū)動裝置中的聯(lián)軸器，由于聯(lián)接和傳動的需要本設(shè)計中有兩個聯(lián)軸器，在這里由于減速機高速軸與電機之間傳動的扭矩和動力較大，故由《機械設(shè)計手冊》選用彈性聯(lián)軸器Q/2B121.2.00п聯(lián)軸器。減速機低速軸與螺旋軸之間采用剛性連接，由《機械設(shè)計手冊》選用HL3型聯(lián)軸器。
螺旋輸送機的進出料口也是本機械的一個重要組成部分，其安裝布置比較靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場需要靈活布置，進料口可以布置在機體的兩端，由一端向另一端輸送物料，也可以布置在機體的中間，由中間向兩端輸送物料。由于水泥從加工到包裝一般是流水作業(yè)，故本機械將進料口和出料口分別布置在機體的兩端。進出料口的結(jié)構(gòu)如圖1-2a、b所示。
圖1-2進出料口
第二章 螺旋輸送機的幾種方案對比
2.1 兩種方案的提出
在生活中，常根據(jù)使用要求，經(jīng)濟條件，生產(chǎn)條件的不同將螺旋輸送機設(shè)計成兩種常用的結(jié)構(gòu)，其中一種是不帶減速機的螺旋輸送機，另一種帶有減速機的螺旋輸送機，它們的傳動方案如圖2-1、2-2所示：
圖2-1傳動方案一
圖2-2傳動方案二
2.2 兩種方案的對比
方案二從結(jié)構(gòu)上講很簡單，也很經(jīng)濟，但是它存在很多技術(shù)上的問題，比如說功耗大。由于螺旋軸與電機直接相連,轉(zhuǎn)速高，承受的扭矩大，如果材料不夠好或結(jié)構(gòu)尺寸達不到要求很可能使機械在經(jīng)歷較短的工作時間后便失效，因此這種方案對軸的材料要求較高和尺寸要求較大，然而選用好的材料、增大軸的結(jié)構(gòu)尺寸將使以經(jīng)濟為目的的設(shè)計陷入一個不能自拔的旋渦中。除此之外，由于本方案沒有減速器，而螺旋軸實際工作需要的轉(zhuǎn)速遠低于電機轉(zhuǎn)速，這樣一方面會造成功率的大量損耗，另一方面選擇高速電機勢必增加設(shè)計成本。本方案在經(jīng)濟條件不太好的情況下比較適用。因此當(dāng)我們選用這樣一種設(shè)計方案時，要綜合考慮各個方面的因素，使設(shè)計在整體上達到最優(yōu)，這樣才能實現(xiàn)經(jīng)濟的目的。方案一在結(jié)構(gòu)上由于多了一個減速器顯得比方案二復(fù)雜一些，但正是由于它的加盟使得螺旋輸送機在性能上較方案一有了很大的改善：1）減速機的引入使螺旋軸直接承受的扭矩減小了，這樣有利于減小軸的結(jié)構(gòu)尺寸，使輸送機的結(jié)構(gòu)更加緊湊，也有利于提高輸送機的工作壽命。2）機械的傳動更加平穩(wěn)了，這樣不僅有利于物料的連續(xù)輸送，保證輸送機的工作效率，還有利于減小輸送機在輸送物料過程中的阻力，減小輸送機的功耗，使輸送機更加經(jīng)濟。3）使電機的選擇更加合理、經(jīng)濟。由于引入減速器之后，使得的我們對于需要的電機的選擇更加科學(xué)，更加合理。通過以上比較及調(diào)研可見方案一比方案二要好，因此從經(jīng)濟性和適用性的角度出發(fā)本設(shè)計選用方案一作為設(shè)計方案。
2.3 螺旋輸送機支撐設(shè)計
從螺旋輸送機的工作原理可知，由于物料在輸送過程中要對軸產(chǎn)生附加的軸向力，而該軸向力通過軸作用在軸承上，因此在選用軸承時要考慮軸承既能承受徑向力又要能承受軸向力，因此本設(shè)計選用角接觸球軸承做為端面軸承。選擇好了軸承又會遇到了一個安裝的問題，如果軸承安裝布置不好，它將直接影響螺旋軸的剛度，進而影響軸的壽命。軸承的布置有多種方式，而每種方式在特殊場合下對提高軸的剛度都是有利的?？紤]到本設(shè)計中傳動軸跟螺旋軸作成一體，為了提高螺旋軸的剛度將軸承布置成背對背的形式（見圖2-3），因為這樣布置使得軸的懸伸量減小了，從而提高了軸的剛度。由于螺旋輸送機輸送的距離較長，為了便于制造和安裝而將軸分三段制造，中間用吊環(huán)軸承支撐對于吊環(huán)軸承的情況在前面也有敘述，故此不再餒述。
圖2-3軸承安裝方式
2.4 螺旋輸送機的驅(qū)動裝置設(shè)計
本螺旋輸送機的驅(qū)動裝置包括三個部分：電機、減速器，聯(lián)軸器。其中減速器采用標準直齒圓柱齒輪傳動。由于直齒圓柱齒輪傳動不會產(chǎn)生附加的軸向力，因此減小了螺旋軸的軸向串動，提高了軸的工作穩(wěn)定性 。另外由于直齒圓柱齒輪的設(shè)計簡單易行，設(shè)計周期短，設(shè)計成本低，制造也很方便，因此在本設(shè)計中選用直齒圓柱齒輪傳動是可取的。
聯(lián)軸器用來連接電機與減速機及減速機與螺旋軸。減速機高速軸與電機之間用彈性較好，能緩沖減振，不要潤滑的彈性圈柱銷聯(lián)軸器連接構(gòu)造簡單，減速機低速軸與螺旋軸之間用可移動的，成本低，能夠傳遞大扭矩的剛性凸緣聯(lián)軸器連接。
2.5料槽的固定設(shè)計
為了降低制造成本，料槽蓋選用鑄鐵制造，料槽蓋與料槽之間用螺釘固定，以便于及時打開對螺旋輸送機進行清理。其固定如圖2-4所示：這種設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，密封性也較好，只需要在料槽蓋和料槽的凸沿上鉆出一定數(shù)量的螺釘孔即可
圖4-2料槽的密封
第三章 減速器的設(shè)計計算
3.1減速裝置運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算
3.1.1 傳動裝置的總傳動比及效率分配
(1) 傳動裝置的總傳動比的選定
通常情況下電動機的轉(zhuǎn)速是比較高的，而螺旋軸實際需要的轉(zhuǎn)速只有60r/min，故減速器的傳動比應(yīng)該取的大一些，但同時又考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性，故傳動比不能選得太大，在這里我們?nèi)=8
(2) 各部分傳動效率的
由于聯(lián)軸器上損失的能量并不多，故取兩個聯(lián)軸器的傳遞效率η1=0.98；
滾動軸承的傳遞效率η2=0.99（一對）；
齒輪傳動由摩擦帶來的能量損失相對較一些，故取η3=0.95；
安裝螺旋軸的角接觸球軸承的傳動效率η4=0.98；
3.1.2 減速器運動參數(shù)及動力參數(shù)的計算
0軸—電機軸：r/min
kW
N·m
Ⅰ軸—高速軸： r/min
kW
N·m
Ⅱ軸—低速軸： r/min
kW
N·m
Ⅲ軸—螺旋軸： r/min
kW
N·m
傳動機構(gòu)的運動參數(shù)與動力參數(shù)列表：
軸名
參數(shù)
0軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
r/min
480
480
60
60
P（kW）
3
2.94
2.8
2.7
T (N.m)
59.7
58.4
445.7
436.8
傳動比i
8
效率η
η1=0.98
η2=0.99
η3=0.95
η4=0.98
3.2 齒輪的設(shè)計計算
3.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1）齒輪類型：根據(jù)所設(shè)計的螺旋輸送機的傳動方案，選用閉式直齒圓柱齒輪傳動，這樣一方面是因為直齒圓柱齒輪傳動效率高，可高達99%以上，另一 方面是因為直齒輪傳動不會產(chǎn)生附加軸向力。
（2）精度等級：由于螺旋輸送機為一般機械，轉(zhuǎn)速不高，故根據(jù)《機械設(shè)計》表10-8選取7級精度。
（3）材料：由《機械設(shè)計》表10-1選取小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45號鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，兩者的硬度差為40HBS。
（4）齒數(shù)：由于才用的是閉式齒輪傳動，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，小齒輪的齒數(shù)應(yīng)取的大一些，故取Z1=20，Z2=Z1*8=160。
3.2.2 按齒面接觸強度計算
（1） 根據(jù)前面所選取的材料及齒輪的傳動方式可知，該齒輪傳動為軟齒面閉式齒輪傳動，故根據(jù)機械設(shè)計準則應(yīng)先按齒面接觸強度計算，然后再按齒根彎曲強度進行校核。由《機械設(shè)計》式10-9a有： （3-1）
式中：—分度圓直徑試算值，單位為mm;
—載荷系數(shù);
—軸一上的扭矩,單位為N.mm；
u —傳動比；
—齒寬系數(shù)；
—彈性影響系數(shù)；
—許用的接觸應(yīng)力，單位為MPa;
1） 確定公式內(nèi)各參數(shù)的值
① ：由于事先不知道使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)和齒向載荷分配系數(shù)，故試選K=1.4。
② ：由前面的計算可知N?mm
③ ：根據(jù) 齒輪在軸上的布置形式由《機械設(shè)計》表10-7選取齒寬系數(shù) =1；
④ ：根據(jù)齒輪材料及配對齒輪的材料由《機械設(shè)計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8 MPa1/2；
⑤ ：由《機械設(shè)計》圖10-21按齒面硬度查得=600MPa；=550MPa；
⑥ N：由《機械設(shè)計》式10-3有N=60nj
式中：N—應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
j—齒輪每轉(zhuǎn)動一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；
Lk—齒輪的工作壽命（單位為h）；
假定螺旋輸送機的壽命為20年，每年工作300天，每天兩班制，則有：
⑦ 接觸疲勞壽命系數(shù)：根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)及齒輪材料查《機械設(shè)計》圖10-19得=0.94，=0.97。
⑧ 計算接觸疲勞許用能力：
取安全系數(shù)S=1
MPa
MPa
2） 計算：
① 小齒輪分度圓直徑：
將中較小的值及上面各參數(shù)的值代入式3-1:
② 圓周速度υ：
υ=m/s
③ 齒寬b:
mm
④ 齒寬與齒高之比（b/h）：
模數(shù)：mm
齒高：h=mm
b/h=114.4/12.9=8.89
⑤ 確定載荷系數(shù)K:
根據(jù)υ=1.8m/s及7級精度由《機械設(shè)計》圖10-8查得動載系數(shù)。假定N/mm，由《機械設(shè)計》表10-3查得。由《機械設(shè)計》表10-2查得使用系數(shù)。由《機械設(shè)計》表10-4查的精度等級，小齒輪相對于支撐對稱布置時：
由b/h=8.89及 查《機械設(shè)計》圖10-13得
載荷系數(shù)K=
⑥ 按實際載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑：
由《機械設(shè)計》式10-10a有：mm 。
⑦ 模數(shù)m:
mm ,根據(jù)《機械原理教程》表4-3取標準模數(shù)m=6mm。
3) 按齒根彎曲強度校核
① 計算
由《機械設(shè)計》式10-5a 有： （3-2）
式中：—齒根彎曲應(yīng)力；
—齒形系數(shù)；
—應(yīng)力校正系數(shù)；
式中其它參數(shù)同前。根據(jù)齒輪的材料由《機械設(shè)計》表10-5查得：齒形系數(shù)=2.80 ，應(yīng)力校正系數(shù)=1.55，將上面各參數(shù)代入公式3-2：
MPa
根據(jù)齒輪的材料由《機械設(shè)計》圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞極限=380MPa。由《機械設(shè)計》圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.88，=0.89。同時取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5。由《機械設(shè)計》式10-12有：
符合強度要求
3.2.3 齒輪幾何尺寸計算
取=20
分度圓直d:
mm
mm
中心距:
mm。
齒輪寬度：
mm,取 mm，mm。
3.2.4 驗算
N
N/mmN/mm，故符合要求。
3.2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖
1) 結(jié)構(gòu)設(shè)計
① 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計：由于小齒輪直徑mm<160mm，故將小齒輪作成實心式。其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：
圖3-1小齒輪
由于大齒輪的尺寸較大為節(jié)省材料將其做成腹板式，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：
圖3-2大齒輪
② 齒輪的幾何尺寸計算
小齒輪的幾何尺寸：mm
mm
mm ,取D=60mm
mm B=122mm(為倒角尺寸)
大齒輪幾何尺寸：
齒頂圓直徑： mm
齒根圓直徑： mm
分度圓直徑： mm
mm 取
mm
mm
mm
mm
mm
B=132mm
3.3減速器軸的設(shè)計
3.3.1 軸的材料選擇
考慮到經(jīng)濟性、耐磨性、抗疲勞、對應(yīng)力集中敏感性較低等因素從《機械設(shè)計》表15-1中選取45號鋼(調(diào)質(zhì))。
3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)及裝配
根據(jù)軸在減速器中的安裝位置及形式、軸上零件的類型及尺寸、軸的連接方式、軸的加工工藝及軸上載荷性質(zhì)、方向、分布情況將低速軸和高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3-3，3-4所示的形式：
圖3-3高速軸裝配
圖3-4低速軸裝配
3.3.3 各軸段直徑和長度的確定
1） 高速軸：
Ⅰ—Ⅱ段：①尺寸：取mm定位 該段用于安裝聯(lián)軸器，其右端用軸肩定位，左端用螺釘鎖定,取mm。②鍵的選擇：根據(jù)軸的直徑由《機械設(shè)計指導(dǎo)》表9-5查得鍵的尺寸為：mmmmmm。③長度：根據(jù)所選擇的鍵的長度結(jié)合聯(lián)軸器的安裝情況取mm。
Ⅱ—Ⅲ段:由于軸肩高度mm故取h=3mmmm ,取mm。
Ⅲ—Ⅳ段：該段用于安裝軸承。軸承的軸向定位方法：左端用端蓋，右端用套筒對其進行定位。取mm ，mm。
Ⅳ—Ⅴ段：①定位：該段用于安裝齒輪，齒輪的右端用軸肩定位，左端用套筒定位。②直徑：對于該軸段左端的軸肩,由于其高度mm,故取h=5mmmm③長度：根據(jù)=60mm由《機械設(shè)計指導(dǎo)》表9-25查得鍵的尺寸為：mmmmmm，故取mm。
Ⅴ—Ⅵ段：①直徑：對Ⅳ—Ⅴ段而言，Ⅴ—Ⅵ段左端軸肩的高度mm，h=6mmmm。②長度：由于軸環(huán)的寬度bmm,故取mm。
Ⅵ—Ⅶ段：該段為過渡軸段，取mm，mm。
Ⅶ—Ⅷ段：該段用于安裝軸承，軸承的左端用軸肩進行定位，右端用端蓋固定。取mm，mm。
2） 低速軸：
Ⅰ—Ⅱ段：①定位：該段用安裝軸承，軸承的右端用套筒進行定位，左用端蓋固定。②直徑與長度：取mm，根據(jù)這個尺寸由《機械設(shè)計指導(dǎo)》表10-1查得軸承寬度B=16mm,結(jié)合軸承的定位方式取mm。
Ⅱ—Ⅲ段：①定位：該段用于安裝大齒輪，齒輪的兩端均用套筒定位，齒輪的周向用平鍵定位。②直徑與長度：取mm，根據(jù)此值查《機械設(shè)計指導(dǎo)》表9-25得鍵的尺寸為：mmmmmm，結(jié)合齒輪的寬度及鍵的長度取mm。
Ⅲ—Ⅳ段：該段為過渡軸段，取mm，mm。
Ⅳ—Ⅴ段：①定位：該段用于安裝軸承，軸承的左端用軸肩定位，右端用端蓋定位。②直徑與長度：取mm，根據(jù)這個尺寸由《機械設(shè)計指導(dǎo)》表10-1查得軸承寬度B=16mm，故取mm。
Ⅴ—Ⅵ段：該段為過渡軸段，取mm，mm。
Ⅵ—Ⅶ段：①定位：該軸段用來安裝聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的左端用軸肩定位，右端用螺釘緊固。②直徑與長度：取mm，根據(jù)此尺寸查《機械設(shè)計指導(dǎo)》表9-25得鍵的尺寸：mmmmmm，故取mm。
3.3.4 軸上載荷的計算
1） 高速軸
① 繪制高速軸：
為了便于計算，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖如圖3-5所示：
3-5高速軸計算簡圖
② 在小齒輪上的力
N
N
③ 軸上載荷計算
力：N
N
N
N
彎矩M： N?mm
N?mm
N?mm
總彎矩： N?mm
N?mm
扭矩T： N?mm
現(xiàn)將危險截面C處的、及M的值列于下表：
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
NN
N N
彎矩
N?mm
N?mm
N?mm
總彎矩M
N?mm
扭矩T
T= N?mm
④ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
在進行軸的強度校核時，由于危險截面處的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力都是最大的，如果危險截面處滿足強度要求，則其它地方也是滿足的，因此只需要校核軸的危險截面C處強度即可。根據(jù)《機械設(shè)計》式15-5有軸的彎曲合成強度條件： （3-3）
式中: —軸的計算應(yīng)力，單位為MPa；
M —軸所受的彎矩，單位為N?mm；
T —軸所受的扭矩，單位為N?mm；
—對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa；
取并將上面表中數(shù)據(jù)M中較大的值代入公式3-3中有：
MPa
根據(jù)前面選定的軸的材料45號鋼（調(diào)質(zhì)處理）從《機械設(shè)計》表15-1中查得=60MPa,因此有，由此可知所設(shè)計的軸結(jié)構(gòu)和選用的尺寸都是合理的。
⑤ 繪制彎矩、扭矩圖
為了讀圖的方便，將彎矩圖、扭矩圖和軸的計算簡圖繪制在一起如圖3-6所示。
低速軸：根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出其計算簡圖如圖3-7所示：
3-6高速軸彎矩
2） 低速軸
①繪制低速軸的計算簡圖
為了便于計算，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖如圖3-7所示：
圖3-7低速軸計算簡圖
② 作用在大齒輪上的力
N， N
③ 軸上危險截面載荷的計算
力：N
N
N
N
彎矩M：N?mm
N?mm
N?mm
總彎矩: N?mm
N?mm
扭矩T： N?mm
現(xiàn)將危險截面B處的、及M的值列于下表：
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
N N
N N
彎矩M
N?mm
N?mm N?mm
總彎矩
N?mm
扭矩T
N?mm
④ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
由于低速軸B處的應(yīng)力最復(fù)雜，是該軸上的危險截面，在進行強度校核時只需要校核該處即可。根據(jù)《機械設(shè)計》式15-5有軸的彎曲合成強度條件：。取并將上表中總彎矩值代入該公式中有：。根據(jù)前面選取的軸的材料45號鋼（調(diào)質(zhì)處理）由《機械設(shè)計》表15-1查得=60MPa于是有，由此可見所設(shè)計的軸在結(jié)構(gòu)上和尺寸上均是可取的。
⑤ 繪制彎矩圖
根據(jù)前面的算的數(shù)據(jù)繪制低速軸的彎矩圖如圖3-8所示：
圖3-7低速軸彎矩
第四章 螺旋軸的設(shè)計計算
4.1螺旋軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1.1螺旋軸的材料
由于螺旋輸送機工作的環(huán)境惡劣，要求軸要有較高的耐磨性和強度、剛度，因此從《機械設(shè)計》表15-1中選用38CrMoAl(調(diào)質(zhì))。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于本螺旋輸送機輸送的距離較長，軸采用整體制造困難，也不經(jīng)濟，為了制造和裝配的方便，先將軸分三段制造，然后再它們連接起來。為了提高軸的剛度及消除因為連接帶來的不便，將動力軸跟螺旋軸做成一體，這樣不僅減少了中間連接，提高了軸的剛度，也可以減輕由于連接過多而使的物料輸送不連續(xù)的情 經(jīng)濟性、工藝性、適用性的角度出發(fā)，將軸的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4-1所示：
(a) 螺旋軸首節(jié)
（b）螺旋軸尾節(jié)
（c）螺旋軸中間節(jié)
圖4-1螺旋軸軸的結(jié)構(gòu)
4.2 螺旋軸尺寸設(shè)計
4.2.1 螺旋軸主要參數(shù)計算
已知：螺旋輸送機輸送能力為10t/h，輸送長度為12m,主要用于輸送水泥。
1） 螺旋葉片直徑D
由《輸送機設(shè)備維修問答》式7-1有： （4-1）
式中：Q—螺旋輸送機輸送能力，單位為t/h；
—物料綜合特性系數(shù)；
—充填系數(shù)；
—傾角系數(shù)；
—物料的堆積重度，單位為t/m3；
根據(jù)螺旋輸送機輸送的物料查《輸送機設(shè)備維修問答》式7-1、7-2、1-5得：
=0.3，=0.0565，=1.2 t/m3。由于選用的是臥式螺旋輸送機，故取=1。將Q=10t/h及以上各參數(shù)的值代入式4-1得：m，通過圓整取D=250mm。
2) 螺旋節(jié)矩S
由于采用的是實體螺旋，根據(jù)實體螺旋的經(jīng)驗公式有：。
3) 螺旋軸的轉(zhuǎn)速n
由《輸送機設(shè)備維修問答》式7-2有： （4-2）
式中：—經(jīng)驗系數(shù)，查《輸送機設(shè)備維修問答》表7-1得=35；
D —螺旋直徑，單位為mm；
將上面兩參數(shù)的值代入公式4-2得：r/min，故取標準值n=60r/min。
4） 驗證
由《輸送設(shè)備維修問答》式7-3有： （4-3）
式中：—充填系數(shù)；
—傾角系數(shù)（由于本螺旋輸送機采用水平布置，故=1）
Q —螺旋輸送機輸送能力，單位為t/h；
—物料的堆積重度，單位為t/m3；
D —螺旋葉片直徑，單位mm；
S —螺距，單位mm；
上述各參數(shù)的值代入式4-3得：mm<0.3mm，故符合要求。
5) 驅(qū)動功率P
由《輸送設(shè)備維修問答》式7-4有： （4-4）
式中: —機械效率：
W —阻力系數(shù)；
—輸送機水平投影長度，單位m；
H —出料口與進料口高度差，向上輸為正，向下輸為負，單位m；
由《輸送設(shè)備維修問答》表7-3查得=3.2，，將上面各參數(shù)的值代入式4-4得：kW，取P=3kW
6） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段直徑和長度
由前面計算可知螺旋葉片直徑D=250mm,根據(jù)經(jīng)驗公式有：D=4d（d為光軸的直徑）則mm，取d=62mm。
螺旋軸首節(jié)：
1―2段：①定位：為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，在該軸段的右端制出一軸肩，聯(lián)軸器的左端用螺釘鎖緊；聯(lián)軸器的周向用平鍵進行定位。②直徑和長度：取 mm，根據(jù)這個尺寸查《機械設(shè)計指導(dǎo)》表9-25得鍵的尺寸為：mmmmmm，故取mm。
2―3段：①定位：該段用于安裝軸承，軸承的右端用軸肩定位，左端用端蓋定位。②直徑和長度：取mm。由于該段上的軸承主要承受徑向力和軸向力，故選用角接觸球軸承。根據(jù)mm從《機械設(shè)計指導(dǎo)》表10-2中選用0組游隙,標準精度等級的角接觸球軸承—7010C，其尺寸為：mmmmmm，結(jié)合軸承的寬度和端蓋的厚度取mm。
3―4段：該段為過渡軸段，用于將螺旋實體與機器內(nèi)壁隔開，以免直接接觸發(fā)生摩擦而降低螺旋輸送機的壽命。取mm，mm。
4―5段：該段為實體螺旋部分，螺旋葉片焊接在光軸上，用于輸送物料，取其厚度mm。另外取mmm，mm。
5―6段：為了滿足右端吊環(huán)軸承的定位在該段制出一個軸肩，取mm，mm。
6―7段：為了便于安裝吊環(huán)軸承，提高連接的剛度，在該處制造一附加軸段，取mm，mm。
7―8段：該段用于軸與軸之間的連接，它是將直徑為62mm光軸沿著軸線方向切出一個厚度為30mm，長度為23mm的薄板，在板上鉆出一孔，用于螺栓連接。在連接時，將該段插入另一段軸的槽中，冉后用螺栓鎖緊。
螺旋軸中間節(jié)：
該軸段作為中間軸，為了便于連接要在軸的兩段制出連接軸肩，軸肩的兩端面制出深度為23mm的連接槽，軸肩上還要制出螺栓孔。左右兩段軸肩的寬度均為30mm,軸肩高度為5mm,故有mm，mm。對于螺旋實體部分取mm， mm。
螺旋軸尾節(jié)：
1―2段：該段用于軸與軸之間的連接，它是用直徑為62mm的軸切除材料后得的一個長度為23mm,厚度為30mm的薄板，并在薄板上鉆出一個直徑為13mm的孔，孔用于螺栓連接。連接時，將該段插入另一段軸的槽中，再用螺栓鎖定。
2―3段：該段用于安裝吊環(huán)軸承，其結(jié)構(gòu)與首節(jié)中的該部分結(jié)構(gòu)相同，取mm，mm,mm。
3―4段：該段為螺旋實體部分，螺旋葉片焊接在光軸上，用來輸送物料。由前面計算可知螺旋葉片的直徑D=250mm,現(xiàn)取光軸的直徑mm，長度mm，取螺旋葉片的厚度mm。
4―5段：為了避免螺旋與機殼因直接接觸而發(fā)生摩擦，在安裝軸承的軸段與螺旋實體之間制出一段過渡軸段，取mm， mm。
5―6段：該段用來安裝軸承，由于尾部軸承要承受較大的軸向力，故選用角接觸球軸承，軸承的左端用軸肩定位，右端用端蓋固定。取mm根據(jù)這個值查《機械設(shè)計指導(dǎo)》表10-2選用0組游隙，標準精度等級的角接觸球軸承7010C，其尺寸為：mmmmmm,故取mm。
4.3螺旋軸尾節(jié)的強度校核
4.3.1 繪制尾節(jié)計算簡圖
為了便于計算，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖繪制出軸的計算簡圖，如圖4-2所示：
圖4-2螺旋軸尾節(jié)計算簡圖
4.3.2 軸上載荷的計算
1） 作用于輸送機上的線性載荷
運移物料時加在軸上的線性載荷為： （4–5）
式中：Q—生產(chǎn)率，單位為t/h；
—物料運移速度，單位m/s；
q—線性載荷，單位為kgf/m；
∴物料加在螺旋輸送機上的線性載荷為：N/m。
2） 作用在螺旋軸上的軸向力
螺旋輸送機螺旋軸上的軸向力：P （4–6）
式中：P —物料輸送中產(chǎn)生的軸向力，單位為N；
q —物料加在輸送機上的線性載荷，單位為N；
—螺旋輸送機輸送物料的距離，單位為m；
—物料對料槽的折算摩擦系數(shù)；
由《輸送設(shè)備維修問答》查得=0.65，由于物料是從右往左輸送，根據(jù)作用力和反作用力的原理可知物料作用在螺旋軸上的力是向右的，故=12，將上面各參數(shù)的值代入公式4-6有N。
3） 軸上其它載荷的計算
垂直方向上：由于軸上的線性載荷關(guān)于B點對稱，故將其用作用在B點的一個集中力F來代替，則有：N。
由于A、C兩點關(guān)于B點對稱，故有：N。
水平方向上：
力:N
彎矩M:N?mm
N?mm
總彎矩: N?mm
扭矩T： N?mm
現(xiàn)將計算出來的危險截面B處的載荷列于下表：
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
4） 按彎扭合成校核
由于軸上的危險截面的應(yīng)力最復(fù)雜，也是軸上應(yīng)力最大地方，若能夠驗算出危險截面在工作時是安全的，則軸上其它地方也是安全的，故只需對軸上的危險截面進行校核。根據(jù)《機械設(shè)計》式15-5有： (4-7)
根據(jù)上表中總彎矩值代入式4-7并取，則危險截面處的計算應(yīng)力為：
MPa。根據(jù)前面選取的軸的材料由《機械設(shè)計》表15-1得軸的許用彎曲應(yīng)力為 MPa，故有，由此可知該軸段的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計是合理的。
5） 繪制軸的彎矩圖
為了看圖的方便，將該軸段的彎矩圖與軸的計算簡圖繪制在一起，如圖4-2所示。
圖4-2螺旋軸尾節(jié)彎矩
4.4螺旋輸送機首節(jié)強度校核
4.4.1 繪制軸的計算簡圖
為了計算的方便，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖繪制軸的計算簡圖如圖4-3所示：
4.4.2 軸上載荷的計算
通過分析可知該軸段上只存在線性載荷QL，兩端軸承的支撐反力及減速機低速軸傳來的扭矩T，軸自身的重力忽略不記。由于線性載荷關(guān)于C點對稱的，所可以將其用集中作用在C點的一個力F來代替。
垂直方向上：
力：由于B、D兩點關(guān)于C點對稱，故有N
水平方向上：由于水平方向上沒有力，故水平方向上的力為零。
彎矩M：
N?mm
N?mm
∵∴ N?mm
扭矩T： N?mm
將危險截面C處的載荷列于下表：
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
N
彎矩M
N?mm
總彎矩
N?mm
扭矩T
N?mm
4.4.3 按彎扭合成強度進行校核
進行強度校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)《機械設(shè)計》式15-5及上表中的數(shù)據(jù)，并取，軸的計算應(yīng)力：MPa，由前面的校核可知軸的許用彎曲應(yīng)力為：MPa，故安全。
4.4.4繪制軸的彎矩圖
軸的彎矩圖如圖4-4所示。
圖4-3首節(jié)計算簡圖
圖4-4螺旋軸首節(jié)彎矩
4.5螺旋軸中間節(jié)強度校核
4.5.1 繪制中間軸的計算簡圖
為了計算的方便，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖繪制其計算簡圖如圖4-5所示：
圖4-5螺旋軸中間節(jié)計算簡圖
4.5.2 軸上載荷的計算
為了便于計算，假定物料作用在該軸上的反力集中作用在尾節(jié)上，這樣一來作用在該軸段上力只有線性載荷及兩端中間軸承的支反力。由于線性載荷是均勻分布在軸上的，故可以用一個作用在軸的中點B的集中力F來替代線性載荷，則N。
垂直方：由于A、C兩點關(guān)于B點對稱，則有：N。
水平方向：由于水平方向沒有力，故水平方向上的力為零。
彎矩M：N?mm
總彎矩： N?mm
扭矩T： N?mm
將危險截面B處的載荷列于下表：
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
N
彎矩M
N?mm
總彎矩
N?mm
扭矩T
N?mm
4.5.3 按彎扭合成應(yīng)力校核
由于在該軸段上B點的彎矩和扭矩都是最大的，故只需對次處的強度進行校核。根據(jù)《機械設(shè)計》式15-5及上表中的數(shù)據(jù)，并取，則軸的計算應(yīng)力：MPa，由前面的計算可知軸的許用彎曲應(yīng)力：MPa∴，故是安全的。
4.5.4 繪制軸的彎矩圖
中間軸上的彎矩如圖4-6所 示。
圖4-6中間軸彎矩
第五篇 螺旋輸送機的潤滑與密封
5.1 螺旋輸送機的潤滑
為了提高螺旋輸送機工作效率，減小能量損失，減小摩擦，提高螺旋輸送機的使用壽命，需要對螺旋輸送機進行潤滑。螺旋輸送機的潤滑主要包括兩方面，即減速器的潤滑和螺旋輸送機本體的潤滑，下面分別就這兩方面的潤滑作出說明。
減速器的潤滑
齒輪的潤滑：齒輪在傳動時，相互嚙合的齒面間有相對運動，因此會發(fā)生摩擦和磨損，增加動力的消耗，降低傳動效率。特別是高速傳動，因為相對滑動而引起的能量損失更為嚴重。因此采用齒輪傳動時，有必要對其進行潤滑處理。在齒輪嚙合面間加注潤滑劑，不僅可以避免金屬直接接觸，減少摩擦損失，還可以散熱及防銹。因此對齒輪傳動進行適當(dāng)?shù)臐櫥梢源鬄楦纳讫X輪的工作情況，確保機器的正常運轉(zhuǎn)及預(yù)期壽面。
由于齒輪的圓周速度m/s<12m/s，故采用浸油潤滑。將大齒輪的輪齒浸在油池中，這樣在齒輪進行傳動時，通過大齒輪將油帶到嚙合面上，同時也將油甩到減速箱的內(nèi)壁的油槽上，這樣不僅可以循環(huán)潤滑，還可以借助于油的流動來散熱。大齒輪的浸油深度(大概一個齒高)如圖5-1所示：
圖5-1浸油潤滑
軸承潤滑:潤滑對于軸承來說具有重要意義，在軸承中加注潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起到散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動、防止銹蝕等作用。對于減速器高速軸上的軸承而言，由于，根據(jù)這個值及選用的角接觸球軸承從《機械設(shè)計》表13-10選用脂潤滑，潤滑脂選用鈉基潤滑脂。由于低速軸及螺旋輸送機本體部分螺旋軸上的軸承的轉(zhuǎn)速較低故也采用鈉基潤滑脂潤滑。
5.2螺旋輸送機的密封
減速器的密封：由于齒輪的圓周速度較低，故在動力輸入端及動力輸出端的軸承端蓋處采用粗羊毛氈圈密封，這樣可以防止?jié)櫥瑒┑耐庑?，確保軸承隨時處于潤滑狀態(tài)。
螺旋輸送機本體部分的密封：
①軸承的密封：對于動力輸入端的軸承采用毛氈圈進行密封；中間吊環(huán)軸承處的密封，用擋蓋將軸承密封在一型腔里，為了防止?jié)櫥偷男孤?，在軸承的外面套上迷宮圈進行密封。
②螺旋槽的密封：由于水泥是粉末狀物質(zhì)，如果不進行密封，很容易飛揚在空氣中，這樣將對工人的身體造成很大的傷害，因此螺旋輸送機必須進行很好的密封。為了防止水泥粉末泄漏在空氣中傷害工人的身體，故在螺旋槽上加上料槽蓋對料槽進行密封。
總 結(jié)
在經(jīng)過將近兩個月的奮戰(zhàn)后，我所設(shè)計的螺旋輸送機終于初見輪廓?；叵肫疬@兩個月，有困惑和迷茫，也有興奮與刺激。當(dāng)初次拿到這個設(shè)計題目時，腦子里對螺旋輸送機這個概念一片空白，當(dāng)時只是從字面上去理解這樣一個題目。為了從結(jié)構(gòu)上對螺旋輸送機有所了解，本人首先上網(wǎng)查了幾家螺旋輸送機生產(chǎn)商生產(chǎn)的螺旋輸送機模型，從這些生產(chǎn)商所生產(chǎn)的螺旋輸送機來看，大多都采用了前面提到的兩種方案中的第一種，這樣一來螺旋輸送機的設(shè)計方案在我的腦海里有了一個大概的輪廓。后來我又到圖書館查閱了一些螺旋輸送機有關(guān)資料，這又使我明白了在常用的設(shè)計方案還有另一種在結(jié)構(gòu)上更為簡單設(shè)計方案，通過對這兩種傳動方案的對比，再加上本人的改進，最終選定了前面的設(shè)計方案。
雖然已從總體上把握了輸送機的設(shè)計方案，但是當(dāng)涉及到一些細節(jié)時，問題還是不斷捆擾著我，比如說在設(shè)計螺旋軸時，在螺旋軸結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計上，我就曾修改過多次，第一次設(shè)計的方案由于沒有考慮制造的可行性及螺旋軸的剛度和強度等問題而設(shè)計成了整軸的形式。后來我及時的發(fā)現(xiàn)了這個問題，于是對軸的結(jié)構(gòu)進行修改，這一次我將螺旋軸分成三段，這樣就解決了前一種方案中制造難的問題，螺旋軸剛度、強度低等問題。但是在軸與軸的連接上我又遇到了方案的選擇問題：一種是將將動力軸與螺旋軸分開制造，另一種是將動力軸與螺旋軸制成一體。初看第一種方案仿佛要比第二種方案要好，其思路很清晰，就是將三段軸用兩段動力軸連在一起，但是通過我分析發(fā)現(xiàn)雖然在結(jié)構(gòu)上這種4方案是可取的，但是它只是從結(jié)構(gòu)去考慮了軸與軸之間的連接，而忽略了軸的連接剛度和物料輸送的連續(xù)性問題，而當(dāng)把動力軸與螺旋軸制為一體之后減少了軸與軸之間的連接次數(shù)，這樣不僅提高了軸的連接剛度，還提高物料輸送的連續(xù)性，從而保證了螺旋輸送機的工作效率，這樣經(jīng)過反復(fù)的對比，反復(fù)的修該，最終選定了后一種連接方案。通過這一次次反復(fù)的修改使我明白了任何一種好的設(shè)計方案都是出于反復(fù)的修改，這也使我名白了當(dāng)我們在設(shè)計一個機器的時候需要從諸多方面去考慮，不能單獨片面的考慮問題。比如說在設(shè)計這個螺旋輸送機時，不能一味的追求低成本，也不能一味地追求結(jié)構(gòu)簡單化，在考慮低成本，結(jié)構(gòu)簡單化的同時還應(yīng)考慮制造的可行性，工藝性，環(huán)保性等一系列的問題，也就是在優(yōu)化局部的同時還應(yīng)該考慮整體的優(yōu)化，只有這樣才能設(shè)計出一個最優(yōu)的方案來。
通過這次設(shè)計，我真正明白了團隊精神的重要要性，一個人不可能對所有知識都了解得很深，這樣在處理有些問題時只有借助于別人的力量才能解決。此次畢業(yè)設(shè)計將是我踏入社會處理問題的一次模擬演習(xí)，這將是我一生中不可多得的鍛煉機會，它教會了我當(dāng)遇到了問題時該怎樣處理，采用什么方法才是最好的，才能把問題做得最好。同時這次設(shè)計也陪養(yǎng)了我嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和敬業(yè)精神，這對我今后踏如工作崗位是一次很好的崗前培訓(xùn)，我會銘記在這次設(shè)計中積累的每
一點寶貴經(jīng)驗。
謝 辭
在這近兩個月的設(shè)計時間里，得到了范士娟老師和楊超老師的悉心指導(dǎo)。二位老師對工作認真負責(zé)的態(tài)度使我感受頗深，他們?yōu)槲医窈筇と牍ぷ鲘徫粯淞艘粋€好的榜樣。在這里我對二位老師在這兩個月里對我的細心指導(dǎo)和幫助表示衷心感謝。
通過這次設(shè)計，我不僅擴充了自己原有的專業(yè)知識，還學(xué)到了許多以前沒有接觸過的專業(yè)外的知識，更重要的是通過這次設(shè)計培養(yǎng)了我獨立思考問題、解決問題的能力，在這里我要感謝學(xué)院給了我這次鍛煉的機會。
由于本設(shè)計是屬于純機械設(shè)計，涉及到許多專業(yè)知識，如果以前沒有得到洪嫁娣教授的細心的輔導(dǎo)，在遇到這些專業(yè)問題時我就不能順利的解決，在這里我對洪老師表示由衷的感謝。
參考文獻
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附錄A
Basics of flexible screw conveyors
In basic form , a flexible screw conveyor consists of a spring steel or stainless steel flexible screw that is enclosed in s flexible or rigid plastic tube or a rigid steel tube (a small diameter ,plastic inner tube may also run the entire length of the flexible screw) and driven by an electric motor，normally located at the discharge end of the conveyor.
The intake end of the conveyor tube is typically equipped with a charging adapter-a U-shaped trough that connects to the outlet of a hopper or directly to the outlet of process equipment such as a bulk bag discharger,bag dump station,grinder, crusher ,screener, blender, reactor, or storage vessel.
The flexible screw passes through the charging adapter trough exposing a section of the screw to material flowing into the trough from above. When rotating the exposed section of screw feeds material into the outer tube where it is then propelled through the tube by the enclosed portion of the screw.
The screw automatically selfcenters within the tube providing clearance between the screw and tube wall a phenomenon resulting from the loose fit of a rotating flexible screw within a tube filled with bulk material This property affords sufficient space for particles to flow without damage depending on the fragility and size of particles being conveyed.
A removable cleanout cap covers the intake end of the conveyor tube Permitting rapid emptying and flushing of the tube as well as disassembly and washdown of components .
Because the intake end of the screw requires no bearing，and since the discharge end is coupled to the motor drive above and/or beyond the point at which material exits the discharge spout， material does not come in contact with seals or bearings. The flexible screw is therefore the only moving part contacting material.
Typical applications include conveying of materials between storage vessels，bulk bag dischargers，manual bag dump stations，drum dump stations，crushers，screeners，blenders，reactors，Packaging equipment，injection molding and extrusion machines and other Process equipment.
Capabilities
A flexible screw conveyor is your most likely choice if its list of distinguishing capabilities closely matches that of your requirements，or if an individual capability exclusive to a flexible screw solves an individual problem of key concern. CoMPare your needs with the following attributes。
one moving Part contacting material―The only moving part contacting material in a flexible screw conveyor is rugged flexible screw，which is directly driven by an electric motor. This simple design does not require the filters，cyclone separ