LS260型无级变速螺旋输料器的设计--毕业论文.doc

南昌航空大学学士学位论文

毕业设计（论文）

题 目： LS260型无级变速螺旋输料器的设计

学 院： 航空制造工程学院
专业名称： 机械设计制造及其自动化
班级学号： 07031306
学生姓名： 董达利
指导教师： 张绪坤

二O一一 年 六月

II

LS260型无级变速螺旋输料器的设计
学生姓名：董达利 班级：070313
指导老师：张绪坤
摘要：

指导老师签名：

LS260-type continuously variable design of screw conveyor
Student name：Dong Dali Class：070313
Supervisor：Zheng Xukun
Abstract：

Keyword：continuously variable Screw conveyor Inverter
Signature of Supervisor：
目录
引 言 1
1 螺旋输送机概述 1
1.1 螺旋输送机的一般结构 3
1.2 螺旋输送机的类型 3
1.3 螺旋输送机的特点 4
1.4 螺旋输送机的研究现状 5
1.5 螺旋输送机的发展趋势 7
2 螺旋输送机的工作原理及主要构件的设计和选用 8
2.1 水平螺旋输送机的工作原理 8
2.2.螺旋体 8
2.2.1螺旋叶片 8
2.2.2螺旋轴 12
2.2.3 轴承 14
2.2.4 料槽 15
2.2.5驱动装置 19
3 水平螺旋输送机工作过程分析 21
4 总体设计 28
4.1被输送物料的名称及特性 28
4.1.1选型要求 28
4.2螺旋输送机的设计计算 28
4.2.1确定螺旋直径D 32
4.2.2 确定螺旋转速n 32
4.3 LS螺旋输送机的外形及安装尺寸 33
4.3.1安装尺寸 33
5 无级变速 36
5.1 变频器 36
5.1.1 变压变频的基本原则 39
5.1.2 变频器的原理 41
5.2 变频器的选型 42
5.2.1变频器的选用原则 42
5.3变频器优缺点 47
5.3.1变频器优点 47
5.3.2 变频器的缺点 48
参考文献 49
致谢 50

50
LS260型无级变速螺旋输料器的设计

引 言
进入到二十一世纪，我国的工业的发展势头非常的强劲，和其他行业如农业、金融业、交通业等的共同发展一起推动了我国在新世纪经济的发展.
螺旋输送机是一种常用的不有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一。它的广泛应用对于减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化，都具有重要的现实意义。
螺旋输送机在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用，己经遍及各个行业。在冶金、采矿、动力、建材、码头等一些重工业及交通运输等部门，主要是用来运送大宗散货物料，如煤、矿石、粮食、砂、化肥等:在机械制造部门，螺旋输送机是生产过程中组成现代化有节奏流水作业线的所必不可少的设备之一，随着生产节奏输送各种机械零部件、成品、半成品和小件的包装物料，实现车间运输和加工过程安装的机械化，并实现程序化和自动化:在粮食、轻纺织业、化工业、食品等工业部门，采用螺旋输送机往往不单纯是输送物料，同时还伴随进行某些工艺处理等。在大型工程项目上，如机场、港口等需要现代化物流输送系统的场合，螺旋输送机也都有广泛的应用。
现在,螺旋输送机已经成为合理组织成批生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国现代化的发展和各工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，螺旋输送机将发挥更大的作用。
本次课题是对无级变速螺旋输送机的研究，通过对变频器的引用，可以使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。这将是未来的发展趋势，而且会得到广泛的应用，所以值得去进行深入的研究。
1 螺旋输送机概述
螺旋输送机利用带有螺旋叶片的螺旋轴的旋转，是物料产生沿螺旋面的相对运动，物料受到料槽或输送管壁的摩擦力作用不与螺旋一起旋转，从而将物料轴向推进，实现物料的输送，在水平螺旋输送机中，料槽的摩擦力是由物料自身重力引起的；而在垂直螺旋输送机中，输送管壁的摩擦力主要是由物料旋转离心力所引起的。
螺旋输送机是一种连续运输机，是一种物料输送机械。输送机械有很多类型，由于连续运输机在工作原理、结构特点、输送物料的方法和方向以及其他一系列特性上各有不同，因此种类繁多。
连续运输机械按照用途分为通用输送机械、专用输送机械和辅助输送设备;按照输送的对象可分为输送散粒物料、输送成件物品和输送人员三类;按照安装形式可分为固定式，移动式和移置式三类;按照输送机的传动特点和结构形式的不同可分为有挠性牵引构件的和无挠性牵引构件的两类;按照连续输送机械输送机理可分为机械式和流体式两类;此外输送机械还可分为辊式、链式、轮式、胶带式、滑板式及悬挂式等多种。
具有挠性牵引构件的连续输送机，被运送物品放在牵引构件上或与牵引构件连接的承载构件上，利用牵引构件的连续运动使物品往特定方的方向进行运送。这类输送机械除了具有挠性牵引构件，承载构件，驱动装置，和张紧装置外，一般还具有装载，卸载，改向等装置。属于这类输送机械的有带式输送机，板式输送机，行车式输送机，自动扶梯，通用刮板输送机，埋刮板输送机，斗式输送机，斗式提升机，托架提升机，摇架提升机，悬挂输送机，推杆输送机，架空索道等。
不具有挠性牵引构件的连续输送机利用工作构件的旋转运动或往复运动，使物料沿封闭的管道或料槽向前运送。它们输送物料的原理各自根本不同，而且具有共性的部件较少。这类输送机械有螺旋输送机，滚珠输送机，振动输送机等。
螺旋输送机在我国研制较早，是一种重要而又具有代表性的旋转类型的连续运输机械。在各种不同类型的连续运输机械中，螺旋输送机是属于不具有挠性牵引构件的连续输送机，利用工作构件即螺旋的旋转运动,使物料向前运送。
螺旋输送机适用于短距离输送物料，应用螺旋输送机可以将物料在一定的输送线路上，从装载地点到卸载地点以恒定的或变化的速度进行输送，还可以形成连续的物流或脉动性的物流，即从最初的供料到最终的卸料之间可以形成一种物料的输送流程。
螺旋输送机可沿水平、倾斜或垂直方向上输送物料，主要分为水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机。这两种机型也是最常用的。螺旋输送机根据结构分为，双螺旋输送机和单螺旋输送机，后者使用较多。螺旋输送机的安装方式有固定式和移动式两种，大部分螺旋输送机采用固定式。
其他型式的螺旋输送机有很多种类，例如有垂直螺旋输送机，螺旋管输送机，可弯曲螺旋输送机，大倾角螺旋输送机，成件物品螺旋输送机，热交换式螺旋输送机，微粉螺旋输送机，新型冷却螺旋输送机，对转螺旋输送机，复式输送机，双向输送机，变螺距输送机，变直径输送机等。各种型式的螺旋输送机在工程实际中都得到了很广泛的应用。
1.1 螺旋输送机的一般结构
螺旋输送机的一般结构如图1-1所示。它由料槽、螺旋叶片和转动轴组成的螺旋体、两端轴承、中间悬挂轴承及驱动装置所组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。螺旋输送机工作时，物料由进料口进入料槽，在旋转螺旋叶片的推动下，沿着料槽作轴向移动，直至卸料排出。

图1-1 螺旋输送机一般结构
螺旋输送机的基本机型有水平螺旋输送机、垂直螺旋输送机以及处于两者之间的倾斜螺旋输送机。此外，还有许多其他型式的兼有工艺过程和特殊作用的螺旋输送机。
1.2 螺旋输送机的类型
1.2.1 水平螺旋输送机
螺旋轴线与水平面的夹角小于的为水平螺旋输送机，多采用“U”形槽体（也可采用圆筒槽体）、较低的螺旋转速及固定安装的结构，见图1-1。输送机工作时，物料从输送机的一端加入槽体，被输送到槽体的另一端或在任一希望的中间位置经槽体底部的开口卸出。
1.2.2 垂直螺旋输送机
螺旋轴线与铅垂线的夹角在±范围内的为垂直螺旋输送机，可垂直提升一般的散状物料，物料颗粒大小一般≤12mm。垂直螺旋输送机的槽体为封闭的圆筒，螺旋体的转动可采用底部驱动或顶部驱动。垂直螺旋输送机的优点是结构简单，所占空间位置小，制造成本底；缺点是输送量小，输送高度一般不超过8m。其结构如下图：

图1-2 垂直螺旋输送机
1.2.3 倾斜螺旋输送机
螺旋轴线与水平面的夹角大于，小于的为倾斜螺旋输送机，输送倾角≤20o的螺旋输送机，一般与水平螺旋输送机的结构相同。输送倾角为～的螺旋输送机，一般采用短螺距螺旋及圆筒壮槽体，螺旋体的转速也需增加，其结构如同垂直螺旋输送机。
1.3 螺旋输送机的特点
螺旋输送机的主要优点：承载能力大,安全可靠; 适应性强,安装维修方便、寿命长; 整机体积小、转速高、确保快速均匀输送; 出料端设有清扫装置，整机噪声低、适应性强，进出料口位置布置灵活，可以多点进料和多点卸料; 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;结构简单，制造成本较低;一台输送机可同时向两个方向输送物料，在输送过程中还可以进行物料的混合、搅拌、松散、加热和冷却等工艺过程。
螺旋输送机的主要缺点：在输送过程中，由于物料与机槽及螺旋体的摩擦以及螺旋体对物料的搅拌翻动，致使机槽和螺旋叶片易于磨损，同时对物料具有一定的破碎作用，且输送功率消耗较大。螺旋输送机对超载敏感，需要均匀进料，否则容易产生堵塞现象。当螺旋输送机倾斜或垂直布置时，其功率将大大下降；输送长度受到限制。
螺旋输送机适宜输送粉状、颗粒状和小块状物料，不适宜输送长纤维状坚硬大块状、易黏结成块及易破碎的物料（特殊型式的螺旋输送机也可以输送成件物品，如袋、包、箱等）。螺旋输送机主要用于距离不太长的水平输送或小倾角输送，少数情况亦用于大倾角和垂直输送。水平输送长度一般小于40m，最长不超过70m。倾斜输送高度一般不超过15m。垂直输送高度一般不大于8m。它的某些变形常被用作喂料、计量、搅拌、烘干、仁壳分离、卸料以及连续加压等设备。
1.4 螺旋输送机的研究现状
螺旋输送机的发展，分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机两种型式的发展过程。有轴螺旋输送机由螺杆，U型料槽，盖板，进，出料口和驱动装置组成，一般还有水平式，倾斜式和垂直式三种:而无轴旋输送机则采用螺杆改为无轴螺旋，并在U型槽内装置有可换衬体，结构简单，物料由进料口输入经螺旋推动后由出料口输出，整个传输过程可在一个密封的槽中进行。一般来讲，我们平常所指的螺旋输送机都指有轴型式的螺旋输送机。而对许多输送比较困难的物料，人们一直在寻求一种可靠的输送方法，而无轴螺旋输送机则是一种较好的解决方法。
螺旋输送机在我国研制较早，是一种重要而又具有代表性的旋转类型的连续运输机械。在各种不同类型的连续运输机械中，螺旋输送机是属于不具有挠性牵引构件的连续输送机，利用工作构件即螺旋的旋转运动，使物料向前运送.螺旋输送机适用于短距离输送物料，应用螺旋输送机可以将物料在一定的输送线路上，从装载地点到卸载地点以恒定的或变化的速度进行输送，还可以形成连续的物流或脉动性的物流，即从最初的供料到最终的卸料之间可以形成一种物料的输送流程。
螺旋输送机可沿水平、倾斜或垂直方向上输送物料，主要分为水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机。这两种机型也是最常用的。螺旋输送机根据结构分为，双螺旋输送机和单螺旋输送机，后者使用较多。螺旋输送机的安装方式有固定式和移动式两种，大部分螺旋输送机采用固定式。
其他型式的螺旋输送机有很多种类，例如有垂直螺旋输送机，螺旋管输送机，可弯曲螺旋输送机，大倾角螺旋输送机，成件物品螺旋输送机，热交换式螺旋输送机，微粉螺旋输送机，新型冷却螺旋输送机，对转螺旋输送机，复式输送机，双向输送机，变螺距输送机，变直径输送机等。各种型式的螺旋输送机在工程实际中都得到了很广泛的应用。
从17世纪中叶，开始应用架空索道输送散状物料，到1887年，螺旋输送机由阿基米德发明，后来得到改进，在工业上广泛用来输送散状、固体物料，随后经过了很长时间的发展过程，逐渐研制出了一系列的螺旋输送机，使得螺旋输送机有了长足的发展。
GX型螺旋输送机是出现较早的一种螺旋输送机，也是我国最早定型生产的通用性生产设备。它以输送粉状、粒状、小块状物料为主，不适宜输送易变质的，粘性的易结块的物料和大块的物料，因为这些物料容易粘在螺旋上而随之旋转，或在吊轴承处产生堵料现象，给物料输送过程带来很大的不便。GX型螺旋输送机的优点主要是节能、降耗显著，其头部、尾部轴承移至壳体外，具有防尘密封性好，噪声低，适应性强，操作维修方便，进、出料口位置布置灵活等;缺点是动力消耗大，机件磨损快，物料在运输时粉碎严重。
LS型螺旋输送机是在GX型输送机的基础上修改设计的新一代螺旋输送机， LS型螺旋输送机特点是结构新颖，性能可靠，技术指标先进，适用范围广泛，节能降耗显著。
另外 ，L S型螺旋输送机还有多种系列的输送机产品。LSS系列螺旋输送机、LSY型螺旋输送机、LSF系列螺旋输送机都是在LS型螺旋输送机的基础上逐渐发展形成的。
LSS系列水平螺旋输送机是一种固定装置的机械输送设备。LSY型是一种非基础固定式螺旋输送机，它可以实现水平、倾斜、垂直全方位和任意姿态的连续输送。它的实用性和先进性尤其体现于能适应山区、平原各种野外流动作业，也适用于化工、冶金工业企业和造纸、建筑工程等行业。
LSF系列螺旋输送机是在LS型螺旋机的基础上改进的，其结构新颖，技术指标先进。总体而言，该机头部和尾部轴承移到壳体外部，消除了由于密封不严漏料而降低轴承寿命的可能性:中间吊轴承采用滚动、滑动可以互换的两种结构，均设防尘密封装置，密封性强，耐磨性好;螺旋叶片的表面涂有耐磨材料，增强了叶片的耐磨性:传动部分采用摆线针轮减速机，使得整机噪音低，适应性强，操作维修方便。TLSS系列螺旋输送机具有结构简单、密封性能好，无粉尘、噪声低，能多点送料、卸料等特点，适用于各行业的粉状或颗粒的输送。该螺旋输送机横截面可设计成U形和圆形两种，圆形截面输送机还可作为垂直输送用。该机广泛用于面粉、粮油、饲料行业水平物料的输送，并可在其出料端增设料封装置，形成TLSSF型料封螺旋输送机，在进料口左侧或右侧增设吸风口，专门用于输送粉碎后的物料。在各种LS系列输送机的基础上，也研制出了一些其他系列和类型的螺旋输送机。
目前，我国与国外在螺旋输送机上的研究任然存在很大的差距，特别是在大型螺旋输送机的关键技术，控制系统，运输能力，使用寿命上。在螺旋输送机研究的道路上我们任然任重而道远。
1.5 螺旋输送机的发展趋势
纵观螺旋输送机的发展历程，可以预见未来的发展方向主要有以下几方面:
1.大运量 、高速度、长使用寿命。高速度即意味着高生产率，减少单位时间生产成本.磨损是限制螺旋输送机寿命的主要原因，减少物料与螺旋之间的摩擦系数，增加螺旋轴的耐磨性，改善物料的性能，可以较大程度提高输送机的使用寿命。
2.低能源 消耗及降低能量消耗.螺旋输送机的能源绝大部分都消耗在摩擦损失上。因此降低能源消耗是研究和设计螺旋输送机急待解决的难题和发展方向。
3.智能化发展。未来的螺旋输送机应与电脑密切联系，适合程序控制、智能操作。物料的装卸、机器安装与维护都应能实现智能化管理。
4.空间可弯曲输送。为了克服水平和垂直螺旋输送机由于构造上的限制而只能直线输送物料的不足，近年来出现了可弯曲螺旋输送机，弹簧输送机等。另外其他各种输送机也应为了实现空间、可弯曲输送研制新的机型。
5.组合复合化输送，向着大型化发展。使用螺旋输送机，结合各种连续输送机械，来完成复杂的物料输送。大型化包括大输送能力、单机长度和大输送倾角等几个方面。
6.扩大使用范围。目前，螺旋输送机的使用范围受到限制，要扩大其使用范围，研究能在高温、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、粘性物料的螺旋输送机。
7.环保意识设计，减少污染，实现绿色设计的目标。传统的连续运输机械是敞开状态下输送物料的，在输送粉状、颗粒状物料时，物料散落飞扬，严重影响周围的环境，特别是在输送水泥、化肥、矿石、煤炭、谷物等粉末易飞扬物料时尤显严重。为了解决这个问题，人们应当提前研制多种形式的环保型输送机，而螺旋输送机对于解决这个难题，无疑具有很大的优势和发展空间。

2 螺旋输送机的工作原理及主要构件的设计和选用
2.1 水平螺旋输送机的工作原理
水平螺旋输送机是一种常见的无挠性牵引构件的输送机械，也得到了很广泛的应用。它借助旋转的螺旋叶片将物料推移向前而进行输送，可在水平或倾斜方向上输送物料，主要用来输送粉、粒状散货物料。
水平螺旋输送机的工作是由带有螺旋片的转动轴在一封闭的料槽内旋转，当物料加入固定的机槽内时，由于物料的重力及其与机槽间的摩擦力作用，堆积在机槽下部的物料不随螺旋体转动，而只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，如同不旋转的螺母沿着转动的螺杆做平移运动一样,达到输送物料的目的.
水平螺旋输送机主要由封闭料槽、螺旋、驱动装置及轴承等构成,料槽采用带有平盖的半圆形断面，半圆部分的内径要比螺旋稍大，两者的间隙一般7-l0mm.料槽开有装载口和卸载口，为便于改变装料和卸料的位置，还设有中间装载口和中间卸载口，不用时将闸门关上。螺旋由电动机通过减速装置带动。螺旋支承在首尾端轴承和中间轴承上。物料卸载端的末端轴承为止推轴承，以承受作用在螺旋上的轴向力。中间轴承多为悬挂式。由于螺旋叶片在安置中间轴承处要间断，所以轴承的尺寸要尽量小，以使螺旋工作面的间隙尽可能小，便于物料顺利通过和减小物料通过螺旋间隙时的运行阻力。
使用螺旋输送机输送散粒物料，除磨损之外，螺旋输送机对超载很敏感，易产生堵塞现象。为了防止螺旋输送机过载，可使输送机进料段的螺旋叶片的螺距小于其他部分的螺距;防止过载的另一种方法是螺距相同，但采用两个或更多的进料口，都可以很好的决这个问题。
2.2.螺旋体
螺旋体是螺旋输送机上的主要构件，它是由螺旋轴和焊接在轴上的螺旋叶片组成。
2.2.1螺旋叶片
螺旋叶片一般由钢板冲压而成，然后焊接在无缝管轴上，且在各叶片间加以焊接。对于输送磨琢性较大的物料或者输送距离较短的输送机，螺旋而可采用由扁钢轧制而成或者铸铁铸造而成的节段套装在轴上而形成。根据输送工艺的要求，螺旋叶片有多种形式，常用的有实体式、带式、叶片式、和齿形式四种。如图下图2-1所示

图2-1螺旋叶片的形式
图2-1a所示为实体式螺旋叶片。螺旋叶片的一边紧贴在轴上，形成完整的螺旋面。这种叶片的构造简单，输送能力强，适宜输送散落性较好的、干燥的颗粒状或粉状物料，是使用最广泛的叶片形式。
图2-1b所示为带式螺旋叶片。螺旋叶片的一边通过杆件与轴相连，形成带式的螺旋面。这种叶片适宜输送小块状的或粘滞性的物料。由于粘性物料易于粘附在实面螺旋叶片及轴上，而带状叶片和轴之间留有空间，因此可避免物料粘附和堆积。这种叶片对物料有较强的搅拌作用，但生产率较低。
图2-1c和d所示为叶片式和齿形式，叶片与叶片之间留有空间，适用于易压实挤紧的物料。
实体式螺旋叶片构造简单，输送能力强，适宜输送散落性较好的、干燥的颗粒状或粉状物料，是使用最广泛的叶片形式。初步选用实体式螺旋叶片。
根据原始数据D=260mm，则初步计算螺旋轴直径
（2-1）
取系数为0.212，计算得d=55mm
螺旋叶片的螺距s可根据螺旋直径、输送机的布置形式、输送物料的特性、输送机的倾角以及填充率等因素确定：
（2-2）
式中：S——螺距
D——螺旋直径
——螺距系数，
当螺旋直径D<350mm时，取；当350mm<D<800mm时，取
；当D>800mm时，取。水平布置时取大值，倾斜布置时取小值，输送流动性好、磨琢性小的物料时取取大值，反之取小值，填充率较小时取大值，反之取小值。
所以取，计算得
螺旋叶片上任一点的法线与螺旋轴线的夹角称该点的螺旋升角。螺旋升角α由下式确定。
（2-3）
式中：S——螺距（m）
D1——该点所在螺旋线的直径（m）
所以，螺旋叶片的外侧升角α外和内侧升角α内分别为

式中：D1——螺旋体的外径（m）
d——螺旋轴的外径（m）
因为D1>d，故>，即螺旋叶片的外侧升角最小，内侧升角最大。
实体式螺旋叶片的展开图如下：

图2-2实体螺旋叶片展开图
根据螺旋叶片在转动轴上盘绕方向的不同，可将螺旋叶片分为左旋和右旋两种。一种简单判断螺旋旋向的方法如2-3图所示。面对螺旋叶片，如果螺旋叶片的边缘顺右臂倾斜则为右螺旋，顺左臂倾斜则为左螺旋。物料的输送方向是由螺旋叶片的旋向及转动轴的旋转方向来决定的。物料的输送方向可采用左、右手定则来判别。右螺旋用左手判别，左螺旋用右手判别。弯曲的四指表示轴的旋转方向，而拇指所指方向即为物料的输送方向。在同一轴上盘绕两种旋向的螺旋叶片，可同时进行两个方向的物料输送，如下图：

图2-3螺旋的旋向及输送机输送方向
在工业上螺旋输送机的螺旋叶片通常采用厚度为2mm～12mm的35号及45号钢制成。在使用过程中，螺旋叶片尤其是叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，可对其进行热处理，使叶片表面硬化。
螺旋输送体的形成通常是先用钢板制成分段螺旋叶片，再将分段的螺旋叶片彼此对焊在一起，并将其焊接固定在螺旋轴上，即组成螺旋体。螺旋体的制作方法主要有以下几种。
缠绕成形法：将带钢缠绕在螺旋形模具的空隙内强制成形。缠绕时叶片外缘容易产生裂纹，叶片横截面容易发生弯曲，而且每种规格的叶片都要有专用的模具。
冷轧成形法：将带钢通过冷轧机上一对锥形轧辊的辗压，形成连续多圈的环状件，再令其通过螺旋分导装置，则成为具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋叶片。这种方法制作的叶片其根部较厚，外边缘较薄。
拉制成形法：先将钢板冲裁成带缺口发平面圆环，再经过冲压或锤锻加工成一定螺距的螺旋叶片，然后将若干个这样的螺旋叶片焊接或铆接的、成一串连续的螺旋面。用此方法生产的螺旋叶片整体厚度相同，但制造效率低而劳动强度较大。
螺旋叶片的厚度δ可根据物料的性质和螺旋直径按如下表格选取：
表2-1螺旋叶片的厚度
输送物料

谷物
2～4

煤、建筑材料、矿石等
D=200mm～300mm

D=500mm～600mm
4～5

7～8
螺旋叶片我们一般采用右旋方式，由于输送物料假定为谷物，故叶片采用厚度为4mm的45号钢。
2.2.2螺旋轴
螺旋输送机的轴一般采用空心轴（钢管）制成。这是因为轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。为了便于制造和装配，螺旋体一般制成2～4m长的节段，使用时将各节段连接起来。在轴与轴的连接处和安装轴承处需使用一小段实心轴,即在联接处将实心轴伸入空心轴内，再在空心轴外面套一段长约150mm的套筒，然后再用螺栓按相互垂直方向对穿套筒与两轴紧固，如图2-4。当采用此种联结时，螺旋叶片应与套筒连接在一起。另一种联结方法是将实心轴伸入空心轴内，再用几只相适应的螺钉或销钉固定。此种方法主要用于快速螺旋输送机螺旋轴的连接。

图2-4 管形螺旋轴的连接
螺旋轴的直径d与所传递的扭矩有关。单纯输送粮食一般采用实体式螺旋叶片的输送机，其螺旋轴的直径常根据下述关系式确定。（摘自《机械设计》）
（2-4）
式中：D——螺旋直径（mm）。
当螺旋直径D较大时应取该范围的下限，反之取该范围的上限，但选用后仍应对轴的强度进行校核。几种常用螺旋轴的系列尺寸见下表2-1
表2-2 水平螺旋输送机螺旋体与螺旋轴的系列尺寸
螺旋体直径D(mm)
100
160
200
250
315
400
500
螺旋轴直径d(mm)
30
36
42
48
60
70
100
前面通过计算我们已得出所设计的螺旋输送机d=55mm。
在正常情况下冷轧钢的轴是可以满足的；当输送有腐蚀性或污染的物料也可采用不锈钢轴。输送机采用无润滑的铁制悬挂轴承时要用淬火的联结轴。而表面淬火的悬挂轴承要求配用表面淬火的轴。
根据介绍，我们设计的螺旋输送机的轴材料选用45号钢，采用空心轴（钢管）制成，这样轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。由于输送机总长度才3.m,故中间需要悬挂轴承就才能使轴满足要求。
需要对这根轴进行校核，悬挂轴承放在中间，根据轴的结构图做出其弯矩图和扭矩图，如图2-5。

图2-5 轴的弯矩图和扭矩图
从弯矩图和扭矩图中可知中间为危险截面，计算出危险截面的弯矩和扭矩，进行校核。
空心轴壁厚，。

由前面的总体计算我们可知，P=1.5KW，则轴的扭矩为：

所以轴的最大切应力为：
由于所选轴的材料的45钢，调质处理，查表可知最大切应力小于其值，所以改螺旋轴满足要求。
2.2.3 轴承
螺旋输送机的轴承根据其安装位置和作用，可分为首端轴承、末端轴承和中间悬挂轴承三种。
首端轴承，位于输送机的驱动端（卸料端）。首端轴承除了承受径向载荷外，还要承受轴向载荷，因此该端采用止推轴承。这样的布置可使螺旋轴承受拉力，其工作条件比承受压力好。因为轴向压力会使螺旋轴受压而发生挠曲。首端轴承的结构如2-4图所示。螺旋加料机和某些短的螺旋输送机也可采用加料端驱动，此时螺旋处于受压状态。

图2-6 首端止推轴承结构
末端轴承，通常采用双列向心球面轴承，主要承受径向载荷和少量的轴向载荷。首端和末端轴承常用凸缘安装式，轴承装于壳体两端的端盖外侧，以便检修和更换。
中间轴承是螺旋轴的中间支承，输送机对中间轴承的主要要求为：沿轴线方向的长度尺寸以及横向尺寸应尽可能小，以防止物料在轴承处堵塞，中间轴承一般采用由青铜以及巴氏合金等耐磨材料制成的滑动轴承，也可以采用尺寸紧凑的滚动轴承以减小阻力，其结构如图2-5。中间轴承座是悬置布置的，有焊接和铸造两种结构。

图2-7 中间轴承结构
2.2.4 料槽
水平螺旋输送机的料槽由薄钢板制成。料槽的形式主要有U字型和圆筒型两种，半圆形底面与平直的顶、侧面。在料槽外侧的纵向与横向应加焊角钢，以增强料槽的刚度并有利于料槽与盖子、与中间轴承座的连接以及各个节距之间的连接。带有角钢法兰的截面为U字型的钢制螺旋槽体是最常用的。
料槽钢板的厚度δ按螺旋直径以及被输送物料的磨琢性大小来确定。螺旋直径较小，输送磨琢性小的物料时，料槽厚度取为δ=2mm～3mm；螺旋直径大，输送磨琢性大的物料时，取δ=6mm～8mm。
料槽半圆形底部的内径应略大于螺旋直径，二者之间的间隙取为5mm～10mm，当螺旋直径较小时，物料粒度较小时，螺旋与槽壁的间隙取较小值，反之取大值。当螺旋和料槽的制造精度较高时，间隙取较小值。
若料槽总长度超过3.5m时，为了避免其弯曲下垂，应每隔2m～3m设置一支架承托。本设计输送机总长才3m,故不需要支架承托。折边法兰的U型槽体，顶部法兰是由同一块钢板折边加工而成的槽体，这样制成的槽体重量轻而坚固。活动底的U型槽体快速、方便地清理输送机内部的场合，该槽体由上部刚性的槽钢与下部半圆形截面槽体所构成，半圆形槽体的一边为铰接，另一边则采用弹簧卡子夹紧或其他形式的快开联结装置。带有夹套的槽体在其夹套上焊有换热介质的进出口管，这种槽体广泛用于加热、冷却或干燥被输送的物料。矩形槽体适合于磨琢性强的物料。允许物料滞留在槽底，这样可以防止物料和槽底的直接摩擦。
为了对料槽进行封闭，料槽上部安装有薄钢板制成的盖板。盖板用螺栓固定在槽体上端的角钢法兰上，或用弹簧卡子紧夹在槽体上。盖板可以开启，以便对机槽进行必要的检查。对要求防尘的顶盖还要在盖板下加垫密封。在盖板上开有进料口，在料槽底部开有卸料口，进料口和卸料口常做成方形（有时也采用圆形进料口），以便安装料管和平板闸门，如图2-6所示。闸门控制常用手推式、齿条式及电动推杆式几种。

图2-8螺旋输送料槽的形式
根据设计需要我们采用U字型。因为带有角钢法兰的截面为U字型的钢制螺旋槽体是最常用的。由于假定运输输送的为谷物，所以料槽由4mm的薄钢板制成，其两侧壁垂直，底部呈半圆形，两侧壁的上端边沿焊有纵向角钢，用以固定盖板及增强机槽的刚性，同时也用以固定悬挂轴承。其具体尺寸数据见总体设计。进、出料口一般在全机安装固定后，根据工艺需要现场开口焊接。注意不要进、出料口位置安排在两端的轴承处和中间悬挂轴承处. 螺旋输送机的料槽在进行安装时，一定要注意对中和找直，否则，工作时由于剧烈而周期的挠曲应力，会发生轴的断裂，轴承的使用寿命也将大大减弱.
固定进料时，可采用装料设施以便可靠地调节螺旋输送机的进料量。装料设施可采用管状槽体的螺旋给料机，使物料在预定速度下从料仓中将物料输出，或采用旋转叶轮给料机，以一定的转速排出物料，其给料量由转速确定。具有多点进料的螺旋输送机，必须有灵活可靠的进料调节装置。在给定时间里仅需打开一个进料口时，应限制闸门或开关装置在最大开度时不至于使输送机超载。当需要开启多个进料口同时进料时，必须小心地调节限制每一个进料口的流量，以使其总量不要超过输送机的设计能力。直接由固定储仓进料的螺旋输送机，若没有流量调节装置，则将大大地增加超载的危险。进料时由于物料块度或颗粒的惯性作用会产生冲击，有碰坏或磨损设备的可能，为此可在进口溜槽中安装折流挡板或缓冲腔来加以克服。
常用的螺旋输送机进料布置如图2-9所示

图2-9螺旋输送机的进料布置
标准卸料是最广泛采用的卸料布置，采用标准卸料口来约束物料的卸出并直接将物料送入后续的设备或储存装置。终端卸料的卸料口位于螺旋输送机槽体的最末端。闸板卸料采用手轮或链轮操纵的齿条及小齿轮平闸板，进行有选择地定量卸料、闸板的操作方向可与输送机的轴呈平行或垂直。无接管的卸料口是在输送机槽体底部直接开口。开底卸料是在输送机槽体的底部按任意要求的长度开口卸出物料，用于向料斗、料仓的卸料及布料。槽体端部卸料是指物料直接通过输送机槽体端部的开口卸出，螺旋由局部端板支承，轴承安装在端部的法兰上，当输送机填充系数超过0.45时将不能采用这种卸料方法。端部敞开卸料时，输送机尾节螺旋采用标准的悬挂轴承支承。
常用的螺旋输送机卸料布置见图2-10所示。

图2-10螺旋输送机的卸料布置
根据实际情况，选用标准的卸料布置，为防止物料满溢，在卸料口和槽体端部间装设一节与主螺旋呈相反方向的螺旋，以防止物料在最后卸料口前的堆积。
2.2.5驱动装置
螺旋输送机的驱动装置由电动机、减速器及联轴器组成。图2-9所示是水平螺旋输送机常见的几种传动布置形式。图2-9a所示的是电动机及减速器组合驱动方式，由Y型电机与ZQ型减速器组成，有左装和右装两种装配形式。图2-9b所示是电动机及轴装减速器组合驱动装置，电动机安装在托架上。螺旋输送机的速度可通过调节不同直径的三角皮带轮而改变。当螺旋输送机输送物料量比较稳定时，传动装置可直接连接到螺旋输送机的轴上，从而使结构紧凑，运行可靠，如图2-9c所示的齿轮减速电动机通过联轴器直接驱动的形式。如果螺旋输送机进料量不稳定，经常出现超载运行时，传动装置可采用链条或三角皮带与输送机的轴连接，如图2-9d所示螺旋输送机的传动轴通过链传动连到减速器，减速器可以装在各种不同的位置上，因此布置比较灵活。这种布置可以通过调换不同直径的链轮来改变输送机的速度使其满足操作要求。功率较大的螺旋输送机，可通过液力偶合器传动，这样既可均匀地吸收物料量波动的影响，又可以保护电动机及设备瞬时超载及停机的影响。
由于所设计的是LS型无级变速螺旋输送机，速度可以由变频器控制，考虑使其结构简单，因此我们选用齿轮减速电动机通过联轴器直接驱动的形式。

图2-11水平螺旋输送机传动布置形式
Y小型三相异步电动机为一般用途笼型封闭自冷式电动机，具有防尘或其他杂物侵入的特点，B级绝缘，可采用全压或者降压启动。常用于对启动性能、调速性能和转差率均无特殊要求的机器或设备，如金属切削机床、鼓风机、运输机械和农业机械。
表2-3 电动机型号及参数：

电动机
型号

额定功率
(KW)

满载转速
（）
启动
转矩
最大
转矩
额定
转矩
额定
转矩
Y90L-4
1.5
1400
2.2
2.2
Y100L-6
1.5
960
2.0
2.0
Y90S-2
2.2
2840
2.2
2.2
所以选取的电动机为Y100L-6.
Y系列三相异步电动机的外形和安装尺寸，安装图其参数如下：

图2-12 电动机外形和安装尺寸图
表2-4 电动机的外形和安装尺寸
电动机型号
极数
A
B
C
D
E
F
G
H
K
AB
AC
AD
HD
HB
L
Y90S
2
140
100
56
24
50
8
20
90
10
180
175
155
190
130
310
Y90L
4
140
125
56
24
50
8
20
90
10
180
175
155
190
155
355
Y100L
6
160
140
63
28
60
8
24
100
12
205
205
180
245
170
380
注：其中D的公差为：。
联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器，由于转速较小，冲击较小，但有轴向位移，所以选择十字滑块联轴器。十字滑块联轴器可以补偿安装以及运转时两轴间的相对位移。
由于轴的直径为55，所以根据轴径去选择联轴器。
3 水平螺旋输送机工作过程分析
3.1 物料的运动分析和叶片的设计
当螺旋升角为α并在展开状态时，螺旋线用一条斜直线表示。则旋转螺旋面作用于半径为r（距螺旋轴线之距离）处的物料颗粒A上的力为。由于摩擦的原因，之方向与螺旋线的法向方向偏离了φ角。此力可分解为切向分力当螺旋体传动时，进入料槽的物料受到螺旋叶片的法向推力，该推力的径向分量和叶片对物料的摩擦力将物料绕轴转动；而物料的重力和料槽对物料的摩擦力又阻止物料绕轴转动。当螺旋叶片对物料法向推力的轴向分量克服了料槽对物料的摩擦力及法向推力的径向分量，物料不和螺旋一起旋转，只沿料槽向前运移。其情况犹如被持住不能转动的螺母在旋转的螺杆上作直线运动一样。但是物料颗粒在输送过程中，其运动由