FG-150螺旋洗砂機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化專業(yè)

1、本科論文目 錄摘 要IAbstractII引 言11 緒 論21.1 國內(nèi)外洗砂機(jī)發(fā)展趨勢21.2 研究的主要內(nèi)容31.3 研究的意義32 FG-150螺旋式洗砂機(jī)的總體結(jié)構(gòu)42.1 FG-150螺旋式洗砂機(jī)的基本設(shè)計和要求42.2 FG-150螺旋洗砂機(jī)的參數(shù)42.3 整體方案設(shè)計43 FG-150螺旋式洗砂機(jī)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計63.1 螺旋輸送裝置的結(jié)構(gòu)63.2 物料的運(yùn)動分析和葉片的設(shè)計63.2.1 物料的運(yùn)動分析63.2.2 葉片的設(shè)計93.3 螺旋輸送裝置的主要構(gòu)件123.3.1 螺旋體123.3.2 軸承143.3.3 機(jī)槽163.4 輸送裝置中輸送量的計算173.5 螺旋輸送裝置功率

2、計算173.5.1 輸送物料所需功率183.5.2 螺旋輸送裝置空載轉(zhuǎn)動時的功率183.6 電動機(jī)功率計算及選型183.7 螺旋體軸的校核計算193.8 聯(lián)軸器的選用203.9 螺旋體轉(zhuǎn)速的校核213.10 傳動方案的設(shè)計213.10.1 總傳動比及傳動比分配223.10.2 運(yùn)動參數(shù)的計算233.10.3 傳動部弧齒錐齒輪設(shè)計計算243.10.4 中速級斜齒圓柱齒輪設(shè)計計算293.10.5 圓環(huán)鏈鏈輪的設(shè)計計算35結(jié) 論38致 謝39參考文獻(xiàn)40本科論文摘 要螺旋式洗砂機(jī)是一種用來將泥沙里面的人們所需要的砂石篩選出來的機(jī)械。篩選出來的砂石再進(jìn)行清洗，最后可以得到人們想要的砂。螺旋洗砂機(jī)給人們

3、帶來很大的方便，它的洗砂能力強(qiáng)，本身的螺旋體長，這樣洗砂的行程長，密封性好，簡單操作，處理簡單，維修方便，洗刷效率比人工效率高等特點(diǎn)。螺旋洗砂機(jī)在工作時主要通過電機(jī)驅(qū)動主軸，主軸上安裝螺旋葉片進(jìn)行洗砂。螺旋葉片是旋轉(zhuǎn)螺旋式的，所以又稱為螺旋洗沙。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有驅(qū)動電機(jī)，中心軸，螺旋葉片和支架組成；支架可以直接焊接在中心軸的外形架上。目前國內(nèi)外螺旋洗砂機(jī)的發(fā)展非常迅速，尤其是各種大型洗砂機(jī)層出不窮，螺旋洗砂機(jī)本身是一種結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)行改良的產(chǎn)品，與傳統(tǒng)洗砂機(jī)相比具有很大的優(yōu)勢。但目前的螺旋洗砂機(jī)存在著以下缺點(diǎn)，比如說螺旋洗砂機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音比較大、效率不夠高、產(chǎn)量不夠大、在洗刷過程中洗出來的沙子，

4、砂石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有待提高。本次設(shè)計此基礎(chǔ)上進(jìn)行篩料口調(diào)整，排料開口調(diào)整等工藝改進(jìn)外，還加大了螺旋洗砂機(jī)的行程，使砂石在高速旋轉(zhuǎn)中形成更細(xì)小的砂石，能夠達(dá)到更大產(chǎn)量的目的。確定螺旋洗砂機(jī)基本結(jié)構(gòu)后，確定它的設(shè)計路線，驅(qū)動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，主軸計算，葉片合理計算，齒輪齒條，鏈輪鏈條設(shè)計計算。確定工作運(yùn)行路線，查閱資料從而得到合適的參數(shù)來進(jìn)行初步設(shè)計。詳細(xì)地說明了該螺旋洗砂機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和整個洗砂過程中的原理，并對該螺旋洗砂機(jī)中各部件進(jìn)行設(shè)計、并對各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和校核，已達(dá)到滿足需求的目的。關(guān)鍵詞：洗砂機(jī)；螺旋葉片；齒輪傳動；PLC控制AbstractSpiral sand washer. Its a m

5、achine that sifts out the sand and gravel that people need inside the sediment. The sand is filtered out and cleaned to get the desired sand. The spiral sand washing machine brings great convenience to people, its sand washing ability is strong, the spiral itself is long, so the sand washing stroke

6、is long, the sealing is good, simple operation, simple treatment. Easy maintenance, washing efficiency is higher than manual efficiency. The spiral sand washing machine mainly drives the spindle through the motor when working, and the spiral blade is installed on the spindle to wash the sand. The sp

7、iral blade is rotating spiral, so it is also called spiral sand washing. Its internal structure consists of a drive motor, a central shaft, spiral blades and a bracket. The support can be directly welded to the outer frame of the central shaft.At present, the development of spiral sand washing machi

8、ne at home and abroad is very rapid, especially a variety of large sand washing machines emerge in endlessly, spiral sand washing machine itself is a combination of domestic and foreign technology to improve the product, compared with the traditional sand washing machine has a great advantage. But t

9、he current spiral sand washing machine has the following disadvantages, such as the spiral sand washing machine operating noise is relatively large. Not efficient enough. The output is not large enough. In the process of washing out the sand, sand quality standards to be improved. This design on the

10、 basis of the sieve mouth adjustment. Besides the adjustment of discharge opening and other technological improvements, the travel of the spiral sand washing machine is also increased, so that the sand and gravel can form finer sand and gravel in the high-speed rotation, which can achieve the goal o

11、f greater output.After determining the basic structure of the spiral sand washing machine, determine its design route, drive system, transmission system, spindle calculation, reasonable calculation of blades, rack and pinion, sprocket chain design and calculation. Determine the working route, consul

12、t the data to get the appropriate parameters for the preliminary design. The structure characteristics of the spiral sand washing machine and the principle of the whole sand washing process are described in detail, and the various parts of the spiral sand washing machine are designed, and the variou

13、s structures are calculated and checked, so as to meet the requirements.Key words: sand washing machine; Spiral blade; Gear drive; PLC control本科論文引 言進(jìn)入到21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，隨著機(jī)械工廠設(shè)備的技術(shù)要求的更新和國外先進(jìn)技術(shù)的引入，對螺旋洗砂機(jī)來講經(jīng)歷了一個很大的變革；其中，對砂石篩選出來的質(zhì)量提出了更高的需求。這對于洗砂，篩砂工作來說，目前最好的設(shè)備還是螺旋洗砂機(jī)，因此本文設(shè)計了一種新型的螺旋洗砂機(jī)。本次設(shè)計的螺旋洗砂機(jī)采用的是用PLC控制

14、系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對整個機(jī)械的控制能夠?qū)崿F(xiàn)砂石的篩選，清洗工作。旋洗砂機(jī)用于細(xì)粒度和粗粒度物料的洗選作業(yè)的機(jī)械設(shè)備1，通常來說螺旋洗沙機(jī)可以完全的適用于建筑用砂、筑路用砂石，在這個行業(yè)里尤為重要。螺旋洗砂機(jī)功率消耗小、洗凈度高，密封結(jié)構(gòu)好、全封閉傳動裝置、可調(diào)式堰板，確保了產(chǎn)品高效、耐用，清洗、脫水效果好，細(xì)粒產(chǎn)品保持穩(wěn)定等特點(diǎn)11。在機(jī)械整體構(gòu)架，傳動結(jié)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動等方面綜合考慮實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率、穩(wěn)定性比較高的工作狀態(tài)2；在螺旋葉片設(shè)計上，將螺旋葉片安裝在中心軸上，電機(jī)與中心軸之間用減速器進(jìn)行連接，因固體砂石顆粒的質(zhì)量不同，在液體中沉降速度不同的原理進(jìn)行清洗，進(jìn)行篩選。隨著當(dāng)今社會的高速發(fā)展，在

15、提高砂石清洗能力，篩選能力的同時，還要提高資源利用效率。就根據(jù)當(dāng)下的情況實(shí)際分析后考察洗砂機(jī)的市場需求正在逐步的增多，洗砂機(jī)的地位在砂石生產(chǎn)過程中比重和投資技術(shù)研究也越來越大成為不可忽視的關(guān)注點(diǎn)，聚集了行內(nèi)很多相關(guān)人員的關(guān)注與青睞。和傳統(tǒng)的洗砂機(jī)設(shè)備相比，經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新后的洗砂機(jī)產(chǎn)品粒型好，運(yùn)行成本低，性能突出，能有效減少對環(huán)境的污染問題，總的來說洗砂機(jī)的投資前景還是不錯的3。所以通過上述所說和實(shí)際考察不難發(fā)現(xiàn)：在能夠達(dá)到篩選砂石的功能的同時還要提高得到砂石的質(zhì)量，這樣我們才能在未來的洗沙機(jī)中占有一席之地才能在激烈的市場中保持恒久的活力才能使我們的產(chǎn)品能打開更大的國門。因此，螺旋葉片的創(chuàng)新設(shè)計和

16、其摩擦特性的創(chuàng)新，是未來螺旋式洗沙機(jī)的發(fā)展方向。1 緒 論1.1 國內(nèi)外洗砂機(jī)發(fā)展趨勢在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高速時期，中國內(nèi)需為主體的市場的情況沒變，所以說，國內(nèi)所研發(fā)設(shè)計的洗砂機(jī)基本上都是國內(nèi)的企業(yè)來進(jìn)行使用。為實(shí)現(xiàn)國際化的發(fā)展目標(biāo)，沙石工業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時期，隨著國家對于砂石工業(yè)的投資和對砂石市場的需求，我國對螺旋洗砂機(jī)的要求就越來越高；隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，對砂石的數(shù)量和質(zhì)量提出更高要求；螺旋洗砂機(jī)已經(jīng)成為主要發(fā)展的方向和企業(yè)主要研發(fā)的機(jī)械。 目前，全國各地區(qū)企業(yè)家對砂石行業(yè)的發(fā)展前景以及礦物資源開發(fā)利用有著非常好的憧憬。因此，在投資建設(shè)大中型洗砂機(jī)的同時，根據(jù)行業(yè)發(fā)展趨勢，國內(nèi)的大部分企業(yè)都已

17、開始進(jìn)行洗砂機(jī)的研發(fā)，并為了促進(jìn)砂石工業(yè)高質(zhì)量，高水平發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。洗砂機(jī)如圖1.1所示。圖1.1 洗砂機(jī) 本次設(shè)計的FG-150螺旋洗砂機(jī)，在工作的時候，驅(qū)動電機(jī)通過減速器、齒輪傳動減速后，帶動主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后在主軸上安裝螺旋葉片，砂石在進(jìn)給槽進(jìn)入到清洗管道，砂石在葉片的不斷旋轉(zhuǎn)帶動下翻滾、相互研磨、相互碰撞，可以清洗掉砂石表面的塵土與表面的其他雜質(zhì)，還可以破壞掉砂石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，起到細(xì)碎砂石的目的。同時，在洗槽中加水，形成水流，除掉雜質(zhì)和異物，使其從洗槽出口排除，完成清洗的工作。干凈的沙子由刀片帶走，在葉片邊緣設(shè)計的排放孔中穿過，進(jìn)入到排放槽。得到了我們需要的砂石。從而達(dá)到了篩選砂石

18、和清洗砂石的目的。其工作現(xiàn)場如圖1.2所示。圖1.2 工作現(xiàn)場1.2 研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計的FG-150螺旋洗砂機(jī)，其主要研究內(nèi)容是通過對砂石質(zhì)量的初步計算，能夠確定洗砂機(jī)在正常工作期間，對每種機(jī)構(gòu)的承受負(fù)載與扭矩的要求；通過這些承受負(fù)載與扭矩的計算來選擇合適的驅(qū)動電機(jī)類型和每一種機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案，我們可以通過按下功能按鈕來通過PLC控制整個機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對砂石的篩選和清洗功能。設(shè)計的主要內(nèi)容包括：(1) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計：機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計部分包括螺旋洗砂機(jī)的主軸結(jié)構(gòu)、減速器結(jié)構(gòu)、電機(jī)選型、螺旋葉片的設(shè)計和支架設(shè)計。(2) 控制部分的設(shè)計：控制部分采用PLC進(jìn)行控制，PLC具有本身具有開發(fā)比較簡

19、單、抗干擾性能力強(qiáng)、穩(wěn)定、可靠、通用、方便、體積小、維修方便、功耗低等優(yōu)點(diǎn)；同時能夠減少控制部分的設(shè)計，減少了工人們進(jìn)行控制的工作量。1.3 研究的意義本次設(shè)計的螺旋洗砂機(jī)的研究意義有以下兩個方面：(1) 國家發(fā)布了相關(guān)政策：對砂石行業(yè)進(jìn)行了管理，關(guān)閉了一些不規(guī)范的，不合格的小型采砂廠。因此急需要我們對螺旋洗砂機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)資源利用率較高，不會浪費(fèi)資源，產(chǎn)生的噪音較小，不會引起噪聲污染。這有利于砂石行業(yè)的競爭，促進(jìn)砂石行業(yè)的規(guī)模提高和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有利于先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)。(2) 根據(jù)現(xiàn)有市場的調(diào)整和分析：市場上急需產(chǎn)量高、效率高、低成本、穩(wěn)定性、實(shí)用性好、低噪聲污染的新型螺旋洗砂機(jī)。這樣有利于企業(yè)

20、相互競爭也有益于增加國際市場的份額，提高國際競爭力，這也將是未來的發(fā)展方向。2 FG-150螺旋式洗砂機(jī)的總體結(jié)構(gòu)2.1 FG-150螺旋式洗砂機(jī)的基本設(shè)計和要求本次設(shè)計的FG-150螺旋洗沙機(jī)，原理是利用水的浮力，將砂石表面的塵土、雜質(zhì)異物分離，通過下料槽將砂石放進(jìn)下料裝置，下列裝置可以對砂石起到收集的作用；經(jīng)過螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)，在水槽中加入水流，可以起到清洗砂石，形成沉淀池的作用，水流可以過濾掉雜質(zhì)和異物。 螺旋洗沙機(jī)的水槽底部會形成沉淀池，本次設(shè)計的旋轉(zhuǎn)頭部會進(jìn)入到沉淀池里面，由電機(jī)驅(qū)動后會進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到攪動沉淀池的目的；然后用清水對沉淀池進(jìn)行清洗，放掉多余的水后，即可得到我們需要的干

21、凈的砂石。本次螺旋洗砂機(jī)是采用鏈條傳動，將動力傳輸?shù)礁鱾€機(jī)構(gòu)當(dāng)中，驅(qū)動力均有電機(jī)提供。2.2 FG-150螺旋洗砂機(jī)的參數(shù)(1) 砂石尺寸：030mm。 (2) 石英砂密度：1.6g/cm。(3) 生產(chǎn)能力：15200t/h。(4) 封合幅面寬度：最大450mm。(5) 適用環(huán)境溫度：035。2.3 整體方案設(shè)計本次設(shè)計的FG-150螺旋洗砂機(jī)主要機(jī)構(gòu)是主軸上安裝螺旋葉片，對砂石進(jìn)行攪拌，利用砂石在水中的沉淀速度來進(jìn)行砂石的篩選。傳動機(jī)構(gòu)屬于第二重要的設(shè)計部分，采用鏈傳動設(shè)計，用PLC進(jìn)行控制。通過下料裝置進(jìn)行下料，砂石通過下料口之后進(jìn)入到水槽中，經(jīng)過安裝在主軸上的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)帶動砂石使得砂石

22、表面的塵土和異物進(jìn)行脫離，然后用水流進(jìn)行沖洗，從而達(dá)到清洗的目的。螺旋洗砂機(jī)與傾斜水箱的底部相接而形成沉淀池。本次設(shè)計中旋轉(zhuǎn)頭必須要伸入到沉淀池中，通過電機(jī)驅(qū)動螺旋頭，螺旋頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而攪動沉淀池，將清水注入到沉淀池中，進(jìn)行第二次沖洗，再把多余的清洗水給放掉之后得到的砂石就是我們所需要的分離出來的砂石。本次設(shè)計的螺旋洗石砂機(jī)的主要核心構(gòu)件是：槽體、減速機(jī)、電機(jī)、中心軸、螺旋葉片、支架等。如下圖2.1所示：圖2.1 整體機(jī)構(gòu)簡圖3 FG-150螺旋式洗砂機(jī)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 螺旋輸送裝置的結(jié)構(gòu)電機(jī)、變速器和聯(lián)軸器是螺旋輸送機(jī)驅(qū)動裝置的主要部分。電機(jī)作為動力源由工作要求來確定。變速器通過定傳動比

23、確定型號。頭部和尾部結(jié)構(gòu)基本相同，大部分類似。不同的地方是：頭部有前軸，機(jī)器外殼上設(shè)計了卸料口；尾部有尾軸、尾部球心滾動軸承，機(jī)器外殼上設(shè)計有進(jìn)料口也是其不同點(diǎn)。3.2 物料的運(yùn)動分析和葉片的設(shè)計3.2.1 物料的運(yùn)動分析物料輸送是由機(jī)器的螺旋體連續(xù)轉(zhuǎn)動而帶動，葉片的傾角以及材料自身的重力作用下可以產(chǎn)生推動的分力，以確保材料的連續(xù)前進(jìn)。分析可以知道殼體內(nèi)壁對材料的摩擦力和材料的自重共同克服了螺旋葉片推動材料的法向分力，則螺旋力的軸向分力推動物料的刀片克服了殼體內(nèi)壁對物料的摩擦力，因此輸送的物料只能軸向移動。設(shè)螺旋升角為，螺旋線在展開狀態(tài)時可視為一條斜直線。則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為r處的物料顆粒

24、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3.2所示。圖3.2 螺旋面作用于物料顆粒上的力圖3.3 物料運(yùn)動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。分析A的運(yùn)動狀態(tài)，由圖中ABC圖形可得 （3-1）因?yàn)?（3-2）所以 （3-3）圓周速度為 （3-4）以摩擦系數(shù)代入上式，得到圓周速度 （3-5）（以上為最終公式的推導(dǎo)過程，此處為最終公式，具體代入數(shù)據(jù)計算在下文葉片設(shè)計中體現(xiàn)）綜上，可得物料顆粒的圓周速度為。 （3-6）式中： -螺旋的螺距 -螺旋的轉(zhuǎn)速 -物料顆粒離

25、軸線的半徑 -物料與螺旋面的摩擦系數(shù)（其中）把上式對求導(dǎo)，然后使對的倒數(shù)為0，當(dāng)在值最大時，值為:根據(jù)圖3.3可得，物料顆粒根據(jù)上述速度分解，則軸向速度為：圖3.4中的，縱軸表示的是速度，橫軸表示的是半徑大小，從圖中的可以清楚的知道：輸送物料的速度和隨著輸送物料距離螺旋軸的距離的變化而變化。分析圖可知道在直線Om以右的半徑，輸送物料的圓周速度會根據(jù)半徑的改變而不同并不是恒定不變的。所以，在輸送物料的過程中，由于物料之間的速度和方向不同，機(jī)器會產(chǎn)生相對滑動。圖3.4 速度隨半徑變化曲線綜上所述，為了保證機(jī)器的高效運(yùn)行，有必要控制物料表面的拐角，即 （3-7）式中： -物料的內(nèi)摩擦角（） -物料面

26、的倒塌角（） -物料面的轉(zhuǎn)角（）圖3.5 彎曲母線螺旋面的形狀及其速度曲線圖3.6 物料在料槽中的倒塌角3.2.2 葉片的設(shè)計為了使機(jī)器能夠有效工作，物料表面的角應(yīng)小于物料的塌陷角。但是螺旋輸送機(jī)的物料表面的角度色確定是比較復(fù)雜的不僅與物料本要求有關(guān)，我們在設(shè)計的時候還需要考慮螺旋葉片的螺距和形狀。圖3.7顯示了當(dāng)進(jìn)料量較小時（假設(shè)為（物料填充系數(shù)）=5%），如圖3.7a，輸送量較小可以影響物料堆積厚度也會變小。可以清楚的看出基本沒有附加料流的現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)進(jìn)料量變大時（假設(shè)=20），如圖3.7b。有較大的運(yùn)輸物料的能力，但是物料堆積厚度也會想相應(yīng)的變大，但是圓周速度變大。機(jī)器槽沿軸向在材料上的

27、摩擦力的增加會增加機(jī)器的工作能力并同時增加額外的材料流量。當(dāng)進(jìn)料量很大（假設(shè)=50），如圖3.7c。材料表面靠近螺旋軸所在的平面。物料的圓周速度由于物料自身的重力和在機(jī)器凹槽內(nèi)壁上的大摩擦力而明顯增加，但是，軸向上的輸送速度下降，從而導(dǎo)致大量的附加物料流。機(jī)器的傳動效率大大降低，傳動成本增加，更多的電能損失，不利于生產(chǎn)。總結(jié)起來，物料的進(jìn)給速度越大，越會有更好的效果?；诂F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的考慮，我們通常選擇填充系數(shù)要小于45%。 圖3.7 不同填充系數(shù)時物料層堆積情況及其滑移面(a). (b). (c).螺距也影響物料輸送過程中的輸送效率的一個非常重要的一個因素。填充系數(shù)確定后，機(jī)器罐中材料表面的現(xiàn)在

28、狀態(tài)會隨螺旋體的螺距改變而改變。因此，葉片節(jié)距尺寸在本次畢業(yè)設(shè)計中還應(yīng)考慮到葉片與材料之間的摩擦系數(shù)以及相關(guān)的摩擦性能，以及喂料速度，材料的性質(zhì)都應(yīng)該考慮。圖3.3中假設(shè)的存在一物料顆粒，其受到螺旋葉片沿軸向的分力為 （3-8）為使，則要求為正，其中必須滿足 （3-9）綜上可知，螺旋軸的半徑就是螺旋頁的最小半徑，此時的最大，從而葉片對物料的軸有最小分力。根據(jù)以上分析，有以下公式 （3-10）其為圓周率取為螺旋軸圓周為法線與合力夾角故根據(jù)公式可得 （3-11）其中可得螺距的最大許用值。 把代入上式，有最大允許的螺距值應(yīng)使材料在各個方向上的運(yùn)動狀態(tài)具有合理分布。從圖3.9不難看出，速度分解的一個結(jié)

29、果會跟隨螺旋葉片螺距的變化而變化。螺距如果變大，則材料的軸向輸送速度將變大。螺旋葉片的螺距變小，則材料的軸向輸送速度降低，因而材料運(yùn)行速度的分布合理。由上文所分析輸送物料在螺旋圓周處的速度分解，通過計算得 （3-12） （3-13） 又因?yàn)榇藭r（螺旋圓周處），故得求螺距的條件為 （3-14） 式中： -螺旋直徑 -法線與合速夾角初始設(shè)取由計算公式可知 在實(shí)踐生產(chǎn)中，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速如下： （3-15）式中: -螺旋直徑 -綜合特性系數(shù)其中查表可知為，為計算可3.3螺旋輸送裝置的主要構(gòu)件3.3.1 螺旋體（1）螺旋體螺旋體是含螺旋葉片和螺旋軸的統(tǒng)稱，所以它在整個機(jī)器中起著至關(guān)重要的作用，隨著科

30、技和工藝的不斷發(fā)展材料也在不斷發(fā)展從而推動了螺旋線的發(fā)展。物料受離心力的作用以及葉片具有一定角度保證了物料持續(xù)向前推進(jìn)。（2）螺旋葉片根據(jù)輸送要求和工作的實(shí)際情況，本次螺旋葉片采用滿面式螺旋葉片。圖3.8所示為滿面式螺旋葉片。和其它的葉片相比全面螺旋葉片批量生產(chǎn)比較簡單，所以有比較低的成本，但是輸送能卻并不弱，特別對于細(xì)顆粒，例如沙子和礫石的運(yùn)輸，故本次畢業(yè)設(shè)計采用此設(shè)計形式。圖3.8螺旋面(滿面式)的形狀此設(shè)計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3.9 滿面式螺旋葉片的展開圖 圖3.9，取螺旋體外徑，則由螺旋軸直徑 （3-16）綜合實(shí)際，其中為指定系數(shù)，可得螺

31、旋軸直徑。用表示螺旋葉片的螺距，并在此處采用標(biāo)準(zhǔn)值。有 （3-17）其中系數(shù)，帶入上式得用表示螺旋升角，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。公式如下 ： （3-18）其中：螺距該點(diǎn)距離軸心距離的兩倍綜上，螺旋體的為。為。由于外徑大于內(nèi)徑，就有。由于實(shí)際工作中螺旋體的葉片與物料相互摩擦?xí)r間是最長的，所以易于磨損，且由于葉片具有一定的角度在重力作用下會移動到邊緣，從而導(dǎo)致葉片的外緣磨損較重，通過上述分析可知為了保證機(jī)器合理的使用壽命，本次畢業(yè)設(shè)計將取葉片厚度6mm。葉片需要熱處理，葉片表面硬化，性能將會變得更優(yōu)越。（3） 螺旋軸機(jī)器螺旋體的軸往往選用鋼管材料，實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)軸身承受

32、相同的載荷時，空心鋼管會更加有優(yōu)勢、選擇更加科學(xué)，可以節(jié)省很多材料，綜合實(shí)際情況并結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計考慮，螺旋體應(yīng)制成4m的節(jié)段，選取螺旋軸直徑90mm，厚度10mm，使用時才拼接起來。聯(lián)接要求如圖3.10所示。圖3.10螺旋輸送軸的聯(lián)接如上圖可知需要加一根70mm的鐵棒在鋼管內(nèi)以加固螺旋軸。綜合考慮，用45號鋼作材料，此設(shè)計中的螺旋體選用三段長4m的節(jié)段。3.3.2 軸承螺旋輸送機(jī)中的一個非常重要零部件就是軸承，它能保證螺旋體盡可能減少摩擦來工作用來增提高機(jī)器工作效率。螺旋輸送機(jī)中使用的軸承有三種，頭部軸承，尾部軸承和中間懸掛軸承。頭部軸承通常被安裝靠近電機(jī)的一端，頭部軸承需要同時承受徑向載荷

33、的能力和軸向載荷的能力，通過上述分析可知頭部軸承可以圓錐滾子軸承能比較符合預(yù)期；此設(shè)計軸承內(nèi)徑90mm，外徑190mm，根據(jù)GB/T 297-1994查表選取軸承代號30318。結(jié)構(gòu)如圖3.11。圖3.11頭部軸承由于尾軸承主要的作用是要承受徑向載荷和少量軸向載荷的，根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)這里我們應(yīng)采用調(diào)心球面軸承；由于調(diào)心球面軸承的作用螺旋軸可以承受一定的拉力，避免螺旋軸因?yàn)楸容^過長的原因以及軸向壓力的存在的原因且高在比較高的速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生撓曲而不能工作；此設(shè)計軸承內(nèi)徑90mm，外徑190mm，根據(jù)GB/T 281-1994查表選取軸承代號1318。尾部軸承的結(jié)構(gòu)如圖3.12所示。圖3.12 尾部

34、軸承根據(jù)實(shí)際情況可知螺旋輸送機(jī)的螺旋體的長度比較長且在高速旋轉(zhuǎn)而非常容易發(fā)生彎曲變形，為了避免產(chǎn)生上訴不良的狀態(tài)，所以我們在設(shè)計的時候每隔2m左右安裝一個軸承對螺旋軸進(jìn)行緊固來達(dá)到正常的運(yùn)行狀態(tài)；中間懸掛軸承適宜采用滑動軸承，軸承需要設(shè)計有潤滑油杯，以便進(jìn)行潤滑11?；瑒虞S承半徑35mm，如圖3.13。圖3.13 滑動軸承3.3.3 機(jī)槽螺旋輸送機(jī)機(jī)槽有U字型和圓筒型；工業(yè)生產(chǎn)以U字型槽體為主要的，U字型機(jī)槽的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)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)器的插槽有一定的長度，每個部分都需要配備一個支架

35、以支撐機(jī)身，以防止由于重力變形而導(dǎo)致的故障。圖3.14螺旋輸送機(jī)機(jī)槽形式此設(shè)計機(jī)器的機(jī)槽采用最常用的U字型，又基于實(shí)際情況，砂石運(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)4m、4m、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。3.4 輸送裝置中輸送量的計算假設(shè)螺旋體軸向投影面積為A，物料輸送速度為v，機(jī)槽的填充系數(shù)為。由和得出 （3-19）和 （3-20）式中：-容積輸送量()-質(zhì)量輸送量() -堆積密度 -螺旋體直徑 -螺距 -螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速假定輸送物料為細(xì)砂，則查表JB/T 7679-95可知=0.33，=1.6代入上式可得： 3.5

36、 螺旋輸送裝置功率計算螺旋輸送裝置的電機(jī)驅(qū)動功率為： （3-21）式中：-機(jī)器輸送物料所需的功率(kW)-機(jī)器空載時所需的驅(qū)動功率（kW）3.5.1 輸送物料所需功率若螺旋輸送機(jī)長度為L，其功率為的計算公式如下： （3-22）式中：-機(jī)器輸送物料所需的功率(kW)；-機(jī)器輸送量; (據(jù)式3-20可得=130)-運(yùn)行阻力系數(shù)；計算得： （kW） 3.5.2 螺旋輸送裝置空載轉(zhuǎn)動時的功率功率的計算公式如下： (kW)式中： -螺旋輸送機(jī)空載的驅(qū)動功率(kW)有上述式子可以知道機(jī)器輸送物料所需的功率與機(jī)器空載時所需的驅(qū)動功率之和為輸送機(jī)的驅(qū)動功率，所以計算如下： (kW)3.6 電動機(jī)功率計算及選型

37、 （3-23）式中：-驅(qū)動裝置總效率-功率儲備系數(shù)-輸送機(jī)的驅(qū)動功率上式中取，取，并代入上式得： （kW） 螺旋輸送機(jī)驅(qū)動電機(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)計所選用的驅(qū)動電機(jī)根據(jù)相關(guān)的物料輸送要求以及相關(guān)參數(shù)要求，最終選用Y132S-4型電機(jī)。表3.1 電動機(jī)參數(shù)電動機(jī)型號額定功率滿載轉(zhuǎn)速極數(shù)額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Y132S-45.5kW1440r/min42.22.33.7 螺旋體軸的校核計算軸的強(qiáng)度校核往往可以通過許用彎曲應(yīng)力、許用切應(yīng)力、安全系數(shù)這三種方式來計算。根據(jù)設(shè)計的要求故在此設(shè)計中按許用彎曲應(yīng)力計算就可以足夠可靠。本次設(shè)計采用彎曲應(yīng)力來校核。每節(jié)螺旋軸的長度為4000mm，

38、采用45鋼制造，密度7.85g/cm，螺旋軸的校核計算如下：由式結(jié)果可知，機(jī)器輸送物料所需的功率=3.4（kW）。所以可得：=3.610Nm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。從而可計算螺旋軸的重量G：G=mg=g=7.85100012（0.09- 0.07）9.8G =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個螺旋葉片的總重量為 133N7=931N。由表3-2查得： （3-24）許用應(yīng)力： （3-25）應(yīng)力校正系數(shù)：表3.2 轉(zhuǎn)軸的

39、彎曲應(yīng)力 碳素鋼 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =0.571110000=62810N.mm經(jīng)查閱資料計算得當(dāng)量彎矩 M=1411393N.mm軸徑 d=62.4mm綜上所述螺旋軸的軸徑符合要求。3.8 聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器主要用來連接兩個機(jī)構(gòu)使其能夠正常工作用，在高負(fù)載和高轉(zhuǎn)速的物料運(yùn)輸中，聯(lián)軸器還可以起到一定的緩沖作用來保證其正常工作以提升系統(tǒng)性能。隨著技術(shù)的發(fā)展聯(lián)軸器目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；根據(jù)相關(guān)工作要求及其工作參數(shù)，最后確定聯(lián)軸器的型號為CH3-70。具體選擇時可考慮以下幾點(diǎn)：（1） 能否適應(yīng)多種多樣的工作環(huán)境，隨著砂石開采

40、工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，砂石的輸送量持續(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） 應(yīng)保證能夠承受所選電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來保證正常的工作。（3） 應(yīng)該考慮到兩軸相對位移的方向以及移動的距離。（4） 聯(lián)軸器的選擇應(yīng)該能使機(jī)械壽命長而且能在惡劣的環(huán)境下工作而且需要盡量保持高效。（5） 在符合合理需求的前提下我們應(yīng)該盡量降低成本。聯(lián)軸器形式如下：圖3.15 聯(lián)軸器形式3.9 螺旋體轉(zhuǎn)速的校核據(jù)式中螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速：n= （3-26）式中 A綜合特性系數(shù)數(shù)據(jù)代入得： =75/=119r/min綜上所述，螺旋體的轉(zhuǎn)速符合設(shè)計要求。3.10 傳動方案的設(shè)計根據(jù)設(shè)計參數(shù)，減速器采用三級

41、圓錐-圓柱齒輪傳動，減速器布置型式見圖3.16，減速器與螺旋體之間采用鏈傳動方式。圖3.16減速器布置示意圖3.10.1 總傳動比及傳動比分配（1）驅(qū)動鏈輪轉(zhuǎn)速的計算利用下式計算鏈輪轉(zhuǎn)速： (3-27)式中：鏈輪轉(zhuǎn)速，r/min； 圓環(huán)鏈鏈速，m/s，；鏈輪齒數(shù)，；鏈輪節(jié)距，mm； （3-28）式中： 鏈輪節(jié)圓直徑，mm。計算鏈輪節(jié)圓直徑： （3-29）式中 ： 圓環(huán)鏈節(jié)距，mm。取；圓環(huán)鏈直徑，mm。取；鏈輪節(jié)距角，。代入式得：近似 代入式得：鏈輪轉(zhuǎn)速：總傳動比：（2）傳動比分配：減速器為三級展開式，其中 ，。（3）傳動比誤差計算與分析：有上述計算結(jié)果可知道到傳動比分配符合設(shè)計要求。3.10

42、.2 運(yùn)動參數(shù)的計算從減速器的高速軸開始各軸命名為軸、軸、軸、軸。（1）轉(zhuǎn)速計算（2）功率計算（3）扭矩計算3.10.3 傳動部弧齒錐齒輪設(shè)計計算已知參數(shù)：（1）選材料、熱處理方法、定精度等級。本次畢業(yè)設(shè)計選擇的小齒輪：20CrMnTi HRC5862本次畢業(yè)設(shè)計選擇的大齒輪：20MnVB HRC5662由于實(shí)際使用的場景大 小齒輪均采用滲碳淬火許用接觸應(yīng)力 （3-30） 接觸疲勞極限N/mm2N/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: 齒輪轉(zhuǎn)速,齒輪每轉(zhuǎn)一圈時同一齒面的嚙合

43、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)計計算選用弧齒錐齒輪，即 （3-31） 載荷系數(shù),取齒寬系數(shù),取計算小輪大端分度圓直徑（3）主要幾何尺寸計算齒數(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3.10.4 中速級斜齒圓柱齒輪設(shè)計計算已知參數(shù)：（1）選材料。 小齒輪 20GrMnTi HRC58

44、62大齒輪 20MnVB HRC5662（2）初步確定主要參數(shù) 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 初步確定模數(shù)mn，齒數(shù)z，螺旋角，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 初定變位系數(shù)當(dāng)量齒數(shù)變位系數(shù)： 確定其他參數(shù)齒頂高齒根高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(3) 接觸強(qiáng)度的校核分度圓上的圓周力使用系數(shù) ,取動載系數(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)螺旋角計算接觸應(yīng)力 壽命系數(shù)=

45、60598.151(530016)=8.61108次取最小安全系數(shù) .查的資料可知道 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)度條件計算齒根應(yīng)力 （3-33）式中：彎曲強(qiáng)度計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3.10.5 圓環(huán)鏈鏈輪的設(shè)計計算設(shè)計選用38137高強(qiáng)度圓環(huán)鏈，鏈輪齒數(shù)選。其基本幾何尺寸計算如下：節(jié)圓直徑取頂圓直徑鏈輪立環(huán)的立槽直徑 （3-34）式中，圓環(huán)鏈最大外寬，取代入式：鏈輪立環(huán)立槽寬度對38137鏈條：齒根圓

46、弧半徑鏈輪中心至鏈窩底平面的距離圓整?。烘湼C長度取鏈窩中心距 取短齒厚度 齒形圓弧半徑立環(huán)槽圓弧半徑短齒根部圓弧半徑鏈輪的制造應(yīng)按照實(shí)際生產(chǎn)需要和程序批準(zhǔn)加工工藝以及規(guī)定的程序規(guī)定程序進(jìn)行制造。效果如下圖3.17圖3.17圓環(huán)鏈鏈輪示意圖 結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計的課題FG-150螺旋洗砂機(jī)是主要的運(yùn)用場景是用于砂石的脫泥、細(xì)分作業(yè)和清洗作業(yè)；本次設(shè)計的FG-150螺旋洗砂機(jī)的優(yōu)勢在于螺旋體長適當(dāng)、符合當(dāng)下、結(jié)構(gòu)非常的簡單但卻有很高的處理能力、維修方便、 清洗干凈等；本次設(shè)計FG-150螺旋洗砂機(jī)的主要內(nèi)容包括機(jī)械設(shè)計部分和控制部分。在機(jī)械整體構(gòu)架，傳動結(jié)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動等方面綜合考慮實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率、穩(wěn)定性比較高的工作狀態(tài)；在螺旋葉片設(shè)計上，將螺旋葉片安裝在中心軸上，電機(jī)與中心軸之間用減速器進(jìn)行連接，因固體砂石顆粒的質(zhì)量不同，在液體中沉降速度不同的原理進(jìn)行清洗，進(jìn)行篩選。在電機(jī)與電氣控制方面，螺旋式洗砂機(jī)的動力源均為三向異步步進(jìn)電機(jī)，使得傳動精確，便于進(jìn)行控制，簡化程序編寫，使其控制穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)采用PLC控制器進(jìn)行控制，實(shí)用性強(qiáng)，可適用于復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，簡化機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得本此設(shè)計的機(jī)械動作靈活，提高使用效率和應(yīng)用的廣泛性。本次設(shè)計的螺旋式洗砂機(jī)通過典型機(jī)械結(jié)構(gòu)的相互配合以及與PLC控制器較好地搭配使用，使得此次設(shè)計的產(chǎn)品在理論上成為一款