1、湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计煤炭螺旋输送机的设计THE DESIGN OF THE SCREW CONVEYER COAL学生姓名： 曾 毅 学 号：200841914707年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（7）班指导老师及职称：陈志亮 副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：20 年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献
2、的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文作者签名： 年 月 日目 录摘要.1关键词.11 前言.11.1 输送机的历史和发展趋势.21.2 螺旋输送机的介绍.3 1.3 螺旋输送机的主要特点.4 1.4 螺旋输送机的工作原理.42 螺旋输送机的主要参数设计.4 2.1 螺旋直径的计算.4 2.1.1 填充系数的确定5 2.1.2 倾角系数的确定5 2.1.3 螺距的确定6 2.2 转速的验算.72.3 螺旋轴直径的计算.82.4 功率计算及电动机选型.83 减速器
3、设计计算.10 3.1 减速器结构设计.10 3.2 轴承的选型.11 3.3 传动装置运动及动力参数计算.12 3.3.1 总传动比及各级传动比的分配12 3.3.2 各轴转速的计算123.3.3 各轴功率的计算123.4 V带的设计123.4.1 确定计算功率123.4.2 V带的带型确定与带速的验算133.4.3 传动中心距与V带的基准长度的确定133.4.4 小带轮上包角的验算133.4.5 V带根数Z的计算144 螺旋输送机机体的设计.13 4.1 机体主要部件的介绍.13 4.2 进出料口的设计.23 4.3 轴承的密封问题.245 螺旋输送机机体的安装条件、使用及维护.25 5.
4、1螺旋输送机机体的安装条件.25 5.2 螺旋输送机机体的使用及维护.30结论.32参考文献.32致谢.33 煤炭螺旋输送机的设计学 生：曾毅指导老师：陈志亮（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘要:本设计以建筑业为背景，对此工况下所要求的螺旋输送机结构进行设计与计算，对整个装置中的传动系统进行了运动力学分析及结构设计，对其驱动装置做了深入设计，并着重对其主要零部件进行了具体设计，包括螺旋输送机的螺旋直径，螺距，轴径进出料口，叶片形式，中间悬挂轴承，槽体，螺旋轴的计算选型。电动机是通过螺旋输送机的功率来计算选型。减速器中齿轮通过齿面接触疲劳强度来计算，通过齿根弯曲疲劳强度验算；轴按
5、许用弯曲应力计算法校核轴径。关键词：电动机；减速器；螺旋轴The Design of The Screw Conveyer CoalStudent:Zeng Yi Tutor:Chen Zhiliang(Oriental Science and Technology College of Hunan Agricultural University,Changsha410128)Abstract : This design to construction as the background, this required under the condition of the spiral conv
6、eyer structure for the design and calculation, the transmission system of the entire unit the movement mechanics analysis and structure design of the drive further design, and focuses on the main parts of the specific design, including screw conveyor spiral diameter, pitch, in and out of the materia
7、l trunnion mouth, leaf form, and the middle suspension bearing, tub, screw axis of the calculation of the selection. Motor is through the screw conveyor power to calculate selection. The speed reducer gear tooth surface through contact fatigue strength to calculate, through the tooth root bending fa
8、tigue strength check; Axis press allowable bending stress calculation method trunnion check.Keywords：motor; reducer; Screw axis1 前言 螺旋输送机是将物料沿一定线路进行输送的设备，目前的主要类型有带式输送机、链式输送机、螺旋输送机、刮板输送机、架空索道和斗式输送机等，主要应用于矿山、饲料、食品、化肥、冶金、建材等行业物料的输送。本课题所要设计的螺旋输送机是用于煤炭的输送、搅拌和调和。螺旋式输送机作为输送机这类产品中的主要产品其发展历史悠久伴随着现代信息技术的发展已经取
9、得很大的突破，产品发展已经日臻完善。螺旋输送机一般由输送机本体、进出料口及驱动装置三大部分组成；螺旋输送机的螺旋叶片有实体螺旋面、带式螺旋面和叶片螺旋面三种形式，其中，叶片式螺旋面应用相对较少，主要用于输送粘度较大和可压缩性物料，这种螺悬面型，在完成输送作业过程中，同时具有并完成对物料的搅拌、混合等功能。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。11.1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
10、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，随社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惯式输送机。到了二十世纪中期随着信息技术的发展，特别是周到机械制造、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，发展到了完成企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，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。 进入二十世纪输送机将随着科学
11、技术的发展不断地发展前进。未来的发展其实是，第一、将向大型化得方向发展。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。水力输送装置的长度已达440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送机”。不少国家正在探索长距离大运量连续输送物料更完善的输送机结构。第二、扩大输送机的适用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料输送机。第三、使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。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
12、以节约能源，已成为输送机领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里作为输送机选型的重要指标之一。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。11.2 螺旋输送机的介绍螺旋输送机俗称绞龙，LS型系列螺旋输送机是一种利用螺旋叶片的旋转,推动散料延着料槽向前运动的输送设备,适宜于输送粉状,颗粒状和小块物料。 LS型螺旋输送机等效采用ISO1050-75标准，设计制造符合ZBJ81005.12-88 LS螺旋输送机 专业标准。LS型螺旋输送机直径由100mm1250mm，共十二种规格,分为单驱动和双驱动两种形式，单驱动螺旋机最大长度可达40m(特大型30m)，双驱动螺旋机采用
13、中间断开轴结构，最大长度可达80m(特大型60m)，螺旋机长度每 0.5m 一档，可根据需要选定，螺旋机头部轴承、尾部轴承置于壳体外部减少了灰尘对轴承室的侵入提高了螺旋机关键件的使用寿命。中间吊轴承采用滚动、滑动可互换的两种结构，并设防尘密封装置，密封件用尼龙用塑料，因而其密封性好，耐磨性强，阻力小，寿命长。滑动轴承的轴瓦有粉末冶金、尼龙和巴氏合金等多种材料供用户根据不同的场合选用。滑动轴瓦有需加润滑剂的铸铜瓦，合金而磨铸铁瓦和铜基石墨少油润滑瓦。吊轴承机外侧置式油杯,便于集中加油润滑。进出料口位置布置灵活,并增设电动型出料口，便于自动控制，还可根据用户要求，配置测速报警装置。LS型螺旋输送机
14、与GX型相比，其头部、尾部轴承移至壳体外，出料端设有清扫装置，整机噪声低，适应性强，操作维修方便。2图1 螺旋输送机Figure 1 screw conveyor1.3 螺旋输送机主要特点 1. 承载能力大、安全可靠。 2. 适应性强、安装维修方便、寿命长。 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21.4 螺旋输送机工作原理物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用。该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋
15、转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。22 螺旋输送机的主要参数计算已知参数： 加料量：5T/h 物料密度：0.6T/m3 储料量:0.3T 最大输送倾角：302.1螺旋直径的计算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。一般根据螺旋输送机生产能力、输送物料类型、结构和布置形式确定螺旋叶片直径，其计算公式如下式所示： Q=47Dnsc(T/h)(1)式中：Q螺旋输送机输送量； D螺旋直径； n螺旋转速； s螺距； 填充系数见表1； 物料密度； c倾角系数。22.1.1 填充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
16、充系数较小时，物料堆积高度较低，大部分物料靠近螺旋外侧，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的多。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，根据其特性对照表1，选择谷物的填充系数，则：2=0.30表1物料属性和相关参数Table1 material attribute and parameters物料密度 典型例子 填充系数 螺旋面式 特性系数K
17、 综合系数粉状 面粉、石墨 0.35-0.40 实体 0.0415 75粉状 水泥、石膏 0.25-0.30 实体 0.0565 35粉状 谷物、木屑 0.25-0.35 实体 0.0490 50粉状 型砂、炉渣 0.25-0.30 实体 0.0600 30 2.1.2 倾角系数的确定 螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响。一般它是以一个影响系数的形式来体现的。倾斜输送系数见表2.螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料输送效果。因此，在满足使用条件的前提下，螺旋输送机尽量避免倾斜布置，而最好采用水平布置；若工
18、艺需要采用倾斜布置，为了提高输送效率。倾斜角也不宜太高，一般倾斜角为2030，若一级不能满足要求。可采用多级倾斜布置。以减少损耗。其经验数值如表2所示：3表2 倾斜系数表Table2 the sheet of inclination倾斜角 0 5 10 15 20 30C 1.0 0.9 0.8 0.7 0.65 0.5根据已知参数结合2可知倾斜系数为：C=0.62.1.3 螺距的确定 由于螺距的大小与螺旋叶片的形式有关，再加之螺旋叶片用S制法，所以就有如下的结论：3 t=D.(2)结合已知条件可以确定2-1式如下所示： 5=470.30.60.6Dn (3)由(3)式可以看出螺旋输送机的输送
19、能力与螺旋直径和转速有很大关系，其中特别是螺旋直径对输送机能力的影响更大，计算螺旋直径可以通过初选螺旋转速再计算出螺旋直径，根据长期的生产经验总结出了转速、螺旋直径和输送能力的匹配表，表3所示： 初选n=100 r/min代入（3） 算得D=0.214 圆整为215mm通过计算得到螺旋直径为D=215mm，螺旋也为215mm。4表3 螺旋直径输送量匹配表Table3 the sheet of screw diameters quantity delivered螺旋直径mm 100 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250螺距mm 100 160 200
20、 250 315 355 400 450 500 560 630转速r/min 140 112 100 90 80 71 63 50 40 32 25输送量 2.2 8 14 24 34 64 100 145 208 300 388转速 r/min 112 90 80 71 63 56 50 40 32 25 20 输送量 1.7 7 12 20 26 52 80 116 165 230 320转速 r/min 90 71 63 56 50 45 40 32 25 20 16输送量 1.4 6 10 16 21 41 64 94 130 180 260转速 r/min 71 50 50 45
21、40 36 32 25 20 16 13输送量 1.1 4 7 13 16 34 52 80 110 150 2002.2 转速的验算 螺旋轴的转速对输送量有较大的影响。一般来说，螺旋轴转速加快，输送机的生产能力提高，转速过小则使输送机的输送量下降。但转速也不宜过高，因为当转速少过一定的极限值时，物料会因为离心力过大而向外抛，以致无法输送。所以还需要对转速n进行一定的限定，不能超过某一极限值。如下式所示： nnmax（4）螺旋输送机的螺旋转速应根据物料输送机、螺旋直径和物料的特性而定，具体计算按下式:nmax=A/D1/2 .（5）式中A物料的综合特性系数，见表1。取A=50代入参数算得n=3
22、6r/min, 再比较初选转速和极限转速，满足转速条件。由此可知螺旋输送机的转速为n=36r/min. 42.3 螺旋轴直径的计算 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用扎制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性底，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。16螺旋轴径的大小与螺距有关。因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴劲与螺旋之间的关系。一般轴颈计算公式为： d=（0.2-0.3
23、5）D（6）取0.3代入螺旋直径计算可得螺旋轴直径为d=64.5mm，整圆为d=65mm，内径为40mm.42.4 功率计算及电动机选型 螺旋输送机的运动阻力有：物料与料槽之间的摩擦阻力、物料与螺旋之间的摩擦阻力、物料之间的摩擦阻力、各支承轴承的摩擦阻力以及物料倾斜向上输送时的重力沿输送机方向引起的阻力。前三项力总称物料阻力，后两项阻力为输送机空载运行阻力与提升阻力。螺旋输送机螺旋轴功率为克服上述三种阻力所需要功率之和。1）输送机克服物料运行阻力所需要的功率P（KW）,查螺旋机设计手册得 P1=QW。L/367 .(7) 式中：P1克服物料运行阻力的功率，KW； L输送长度，m； Q螺旋输送机
24、的运送量，t/h； W0物料运行阻力系数。 2）输送机空载运行的功率P2为： P2=DL/20.(8) 式中：D螺旋直径。3）输送机克服提升阻力所需的功率P3（kw）为： P3=QH/367.(9)LU型螺旋输送机所需轴功率P0为： P0=P1+P2+P3=Q(0L+H)/367+DL/20(KW).(10)式中： 0阻力系数见表4； L螺旋输送机长度； H倾斜布置时的垂直高度。4表4 物料属性Table4 matariel property 物料名称 煤粉 水泥 生料 碎石膏 石灰 松散度 0.6 1.25 1.1 1.3 0.9 填充系数 0.4 0.28 0.33 0.280.33 0.
25、250.3 0.350.4 阻力系数 1.2 2.2 1.8 2.5 1.6选用 0=1.8 L=5m 则： P0=0.211kw则电动力功率为: P=P0/(kw).(11):驱动装置总效率，一般取=0.850.9 取为0.87则： P=0.243kw根据机械设计手册差得选用型号为YUG63-71型电机，满载转速为960r/min,额定功率为3.2kw。53.减速器设计计算3.1 减速器结构设计（1）机体结构 减速器机体是用以支持和固定轴系的零件,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
26、本等有很大的影响。机体材料用灰铁(HT150或HT200)制造,机体的结构用剖分式机体。5（2）铸铁减速器机体的结构尺寸见下表:表5 铸铁减速器机体的结构尺寸(单位mm)Table 5 cast iron body structure size of gear reducer(Unit mm)名 称 符 号 减速器尺寸关系 尺寸选择机座壁厚 0.025a+18 8机盖壁厚 1 0.02a+18 9机座凸缘厚度 b 1.5 12机盖凸缘厚度 b1 1.51 13.5机座底凸缘厚度 b2 2.5 20地脚螺钉直径 df 0.036a+12 16地脚螺钉数目 n a250时，n=4 4轴承旁联接螺栓
27、直径 d1 0.75 df 12机盖和机座联接螺栓直径 d2 (0.50.6) df 8联接螺栓d2的间距 l 150200 175轴承端盖螺钉直径 d3 (0.40.5) df 7 (3) 倾斜角度螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响，一般它是以一个影响系数的形式来体现的，螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料的输送效果。另外倾斜角度的大小还会影响填充系数，倾斜角度对填充系数的影响如表1。倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。因此，在满足使用条件的前提下，在此选用水平布置，提高输送效率
28、即倾斜角度为零。5表6 c值Table 6 c value螺栓直径 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30C1min 13 16 18 22 26 34 40C2min 11 14 16 20 24 28 34沉头座直径 20 24 26 32 40 48 60注：多级传动时，a取低速级中心距。63.2 轴承的选型小齿轮轴上的轴承选用一对GB/T2766112的深沟球轴承。大齿轮轴上轴承选用两对GB/T2766308的深沟球轴承和一对GB3018208的推力球轴承。深沟球轴承结构简单。主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。高速装置中可代替推力轴承。摩擦系数小，极限转速高，
29、价廉。应用范围最广。推力球轴承只能受单向轴向载荷。回转时，因钢球离心力与保持架摩擦发热，故极限转速较低。套圈可分离。大轴上深沟球轴承的选择计算：（见文献1）由于刚开始轴承型号未定，C0r、e、X、Y值都无法确定，必须进行试算。以下采用预选轴承的方法。(轴承预期使用寿命=24000h) 6预选6208与6308两种深沟球轴承方案进行计算，由手册查得轴承数据如下：表7 轴承数据Table7 bearing data方案 轴承型号 Cr/N C0r/N D/mm B/mm N0/(r/min)1 6208 29500 18000 80 18 80002 6308 40800 24000 90 23
30、7000计算步骤与结果列于下表：表8 计算步骤Table8 calculation steps计算项目 计算内容 6208轴承 6308轴承Fa/C0r Fa/C0r=0/ C0r 0 0E 查表18-7 Fa/Fr Fa/Fr=0 Fa/Fre Fa/FreX、Y 查表18-7 X=1,Y=0 X=1,Y=0冲击载荷系数fd 查表18-8 1.2 1.2当量动载荷P P=fd(XFr+YFa) 994.66N 994.66N结论:选用6208和6308深沟球轴承都可以满足轴承寿命的要求。故轴承的选择只要根据轴的直径来选择就可以。63.3 传动装置运动及动力参数计算3.3.1 总传动比及各级传
31、动比的分配综上所述，可以算得实际总传动比为：因为总个传动装置分为三级，所以各级平均传动比为：选带传动传动为为：则两级圆柱齿轮减速器的总传动比：在两级圆柱齿轮减速器中满足=1.31.5，取则第一级齿轮传动比取：则第二级齿轮传动比为：此减速器从低速轴到高速轴有三轴：依次设为轴、轴、轴。3.3.2 各轴转速的计算第轴：第轴：第轴：3.3.3 各轴功率的计算第轴：第轴：第轴：3.4 V带的设计由上述所得数据可知，该V带所需传递的功率P为3.96kw，小带轮的转速为960r/min，大带轮的转速为320r/min,传动比为3。3.4.1 确定计算功率根据给定工作参数，取工况系数：1.3则计算功率为：3.
32、4.2 V带的带型确定与带速的验算 结合与，根据机械设计书图811可以选择V带的型号为A型，初取小带轮的基准直径，则大带轮的直径，为了带轮的标准化，由文献4中表88，取，则V带的带速为：经验算带速满足的要求。3.4.3 传动中心距与V带的基准长度的确定因为传动中心距一般取，初定中心距。则带所需的基准长度为：由机械设计书表82选带的基准长度则有实际中心距：中心距的变动范围为570658mm3.4.4 小带轮上包角的验算3.4.5 V带根数Z的计算由小带轮的直径、转速、带型及传动比由机械设计书表84a和表84b分别查得单根带的基本功率和额定功率增量；再查表85和82得包角修正系数和带长修正系统，于是有单根带的基本功率：则V带的根数，取4根。3.4.6 单根V带的初拉力与压轴力的计算由文献7中表83得A型带的单位长度质量为,所以 应该使带的实际初拉力则最小压轴力为：3.5 带轮的设计大小带轮都为A型带轮，都采用铸造获得，材料都选为HT150，在铸造的带轮的轮缘、腹板及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡现象；另外由上可知，小带轮的基准直径为，电动机轴的直径为,因为所以小带轮采用实心式；而大带轮的直径为所以采用轮辐式(如下图所示)
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