倾斜式10o螺旋输送机的设计及分析大学本科毕业论文.doc

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毕业设计
BACHELOR DISSERTATION

论文题目： 倾斜式（10º）螺旋输送机的设计及分析
学科专业：____ ______机械设计制造及其自动化_________________
作者姓名：______________ _________________________
导师姓名：____________ _________________________
完成时间：_ _____ _______ _____

倾斜式（10º）螺旋输送机的设计及分析
摘要
螺旋输送机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机，主要是用来运送大宗散货物料，如煤、矿石、粮食、沙、化肥、粮食等。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。
本设计以煤炭业为背景，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，进出料口，叶片形式，中间轴承，槽体，螺旋轴的计算选型。

关键词：螺旋输送机；电动机；减速器；螺旋叶片；螺旋轴

目录
第一章 前言 1
1.1螺旋输送机的技术现状和发展趋势 1
1.1.1国外螺旋输送机技术的发展现状 1
1.1.2国内螺旋输送机技术的发展现状 1
1.1.3国内外螺旋输送机技术的差距 2
1.1.4煤矿输送机技术的发展趋势 4
1.2螺旋输送机应用范围 5
1.3螺旋输送机工作原理和主要特点 5
1.3.1螺旋输送机的工作原理 5
1.3.2螺旋输送机的主要特点 6
1.4螺旋输送机整机布置形式 6
1.5螺旋输送机规格、技术参数 7
1.5.1LS型系列螺旋输送机型号规格 7
1.5.2螺旋输送机的技术参数 8
1.6本次设计给定的已知条件及任务书 9
1.6.1设备的工作条件 9
1.6.2原始数据 9
1.6.3任务书 9
第二章 传动装置的总体设计 10
2.1传动方案的选择 10
2.2电动机的选择 10
2.2.1选择电动机类型和结构形式 10
2.2.2选择电动机的容量 11
2.2.3确定电动机的转速 13
2.2.4选择电动机型号 13
2.3确定传动装置的传动比、各级运动参数与动力参数 14
2.3.1确定传动装置的传动比 14
2.3.2计算各级运动参数与动力参数 14
第三章 蜗轮蜗杆减速器设计 17
3.1设计闭式圆柱蜗杆传动 17
3.1.1选择材料及热处理方式 17
3.1.2选择蜗杆头数、蜗轮齿数 17
3.1.3按齿面接触疲劳强度确定模数和蜗杆分度圆直径 18
3.1.4计算传动中心距 19
3.1.5验算蜗轮圆周速度、相对滑动速度及传动效率 19
3.1.6计算蜗杆尺寸 19
3.1.7计算蜗轮尺寸 20
3.1.8蜗轮齿面接触疲劳强度校核 20
3.1.9热平衡计算 21
3.1.10选择精度等级和侧隙种类 21
3.2轴的设计计算 21
3.2.1蜗杆轴(输入轴)的设计计算 21
3.2.2蜗轮轴（输出轴）的设计计算 27
3.3键的选型及校核 34
3.3.1蜗杆轴与电动机轴的联接 34
3.3.2蜗轮轴与蜗轮的联接 34
3.3.3蜗轮轴与螺旋输送机主轴的联接 34
3.4轴承的选型及校核 35
3.4.1蜗杆轴上的轴承 35
3.4.2蜗轮轴上的轴承 36
第四章 螺旋输送机机体的设计 39
4.1机体主要部件的介绍 39
4.1.1螺旋输送机的组成 39
4.1.2螺旋输送机的布置形式 39
4.1.3机体主要部件介绍 39
4.2机体主要部件的设计计算 43
4.2.1螺旋轴的外径与内径 43
4.2.2螺旋叶片的设计 43
4.2.3进料口与出料口的设计 45
4.2.4支承轴承 45
4.2.5机体配套尺寸 45
第五章 螺旋输送机机体的安装条件、使用及维护 47
5.1螺旋输送机机体的安装条件 47
5.2螺旋输送机机体的使用及维护 49
结论 51
参考文献 53
致 谢 54

第一章 前言
1.1螺旋输送机的技术现状和发展趋势
1.1.1国外螺旋输送机技术的发展现状
螺旋输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是螺旋输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状螺旋输送机、空间转弯螺旋输送机等各种机型；另一方面是螺旋输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型螺旋输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了螺旋输送机动态分析与监控技术，提高了螺旋输送机的运行性能和可靠性。其关键技术与装备有以下几个特点：
⑴设备大型化。其主要技术参数与装备均向着大型化发展，以满足年产300-500万t以上高产高效集约化生产的需要。
⑵应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术，采用大功率软起动与自动张紧技术，对输送机进行动态监测与监控，大大地降低了输送带的动张力，设备运行性能好，运输效率高。
⑶采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术，使输送机单机运行长度在理论上已有受限制，并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。
⑷新型、高可靠性关键元部件技术。如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国FSW生产的FSW1200/（23）×400（600）工作面顺槽螺旋输送机就采用了液粘差速或变频调速装置，运输能力达3000 t/h以上，它的机尾与新型转载机（如美国久益公司生产的S500E）配套，可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高。
1.1.2国内螺旋输送机技术的发展现状
我国生产制造的螺旋输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，螺旋输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离螺旋输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离螺旋输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩螺旋输送机等均填补了国内空白，并对螺旋输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。
1.1.3国内外螺旋输送机技术的差距
（1）大型螺旋输送机的关键核心技术上的差距
①螺旋输送机动态分析与监测技术  
长距离、大功率螺旋输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型螺旋输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究螺旋输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体，长距离螺旋输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了螺旋输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型螺旋输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。
②可靠的可控软起动技术与功率均衡技术  
长距离大运量螺旋输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.3～0.1 m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离螺旋输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率螺旋输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率>500 kW时，可控CST软起动显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵，急需国产化。
（2）技术性能上差距
我国螺旋输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩螺旋输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。
①装机功率  
我国工作面顺槽可伸缩螺旋输送机最大装机功率为4×250 kW，国外产品可达4×970 kW，国产螺旋输送机的装机功率约为国外产品的30%～40%，固定螺旋输送机的装机功率相差更大。
②运输能力  
我国螺旋输送机最大运量为3000 t/h，国外已达5500 t/h。
③最大输送带宽度  
我国螺旋输送机为1400 mm，国外最大为1830 mm。
④带速  
由于受托辊转速的限制，我国螺旋输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。
⑤工作面顺槽运输长度  
我国为3000 m，国外为7300m。
⑥自移机尾  
随着高产高效工作面的不断出现，要求顺槽可伸缩螺旋输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国内自移机尾主要依赖进口，主要有2种：（a）随转载机一起移动的由英国LONGWALL公司生产的自移机尾装置。（b）德国DBT公司生产的自移机尾装置。前者只有一个推进油缸，后者则有2个推进油缸。LONGWALL公司生产的自称机尾用于在国内带宽1.2 m的输送机上，缺点是自移机尾输送带的跑偏量太小，纠偏能力弱，刚性差。德国生产的自移机尾在国内使用效果优于前者，水平、垂直2个方向均有调偏油缸，纠偏能力强。因此，前者还需完善，后者则需研制。但对自移机尾的要求是共同的，既要满足输送机正常工作时防滑的要求，又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移。
⑦高效储带与张紧装置  
我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。
⑧输送机品种  
机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（>+25°）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种螺旋输送机。
（3）可靠性、寿命上的差距
①输送带抗拉强度
我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。
②输送带接头强度  我国输送带接头强度为母带的50%～65%，国外达母带的70%～75%。
③托辊寿命
我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于螺旋输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h，国外托辊寿命5～9万h，国产托辊寿命仅为国外产品的30%～40%。
④输送机减速器寿命
我国输送机减速器寿命2万h，国外减速器寿命7万h。
⑤螺旋输送机上下运行时可靠性差
（4）控制系统上差距
①驱动方式  
我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等，控制精度较高。
②监控装置  
国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。
③输送机保护装置  
国外螺旋输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。
1.1.4煤矿输送机技术的发展趋势
（1）设备大型化、提高运输能力
   为了适应高产高效集约化生产的需要，螺旋输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10a内输送量要提高到3000～4000 t/h，还速提高至4～6m/s，输送长度对于可伸缩螺旋输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力螺旋输送机需加长至5000m以上，单机驱动功率要求达到1000～1500 kW，输送带抗拉强度达到6000 N/mm（钢绳芯）和2500 N/mm（钢绳芯）。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展，随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展，原有的可伸缩螺旋输送机，无论是主参数，还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩螺旋输送机，以提高我国螺旋输送机技术的设计水平，填补国内空白，接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含7个方面的关键技术：⑴螺旋输送机动态分析与监控技术；⑵软起动与功率平衡技术；⑶中间驱动技术；⑷自动张紧技术；⑸新型高寿命高速托辊技术；⑹快速自移机尾技术；⑺高效储带技术。
（2）提高元部件性能和可靠性
  设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使螺旋输送机的性能得到进一步的提高。
（3）扩大功能，一机多用化
   拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型螺旋输送机，如弯曲螺旋输送机、大倾角或垂直提升输送机等。
1.2螺旋输送机应用范围
螺旋输送机广泛应用于粮食工业、建筑材料工业、化学工业、机械制造业、交通运输业等国民经济各部门中。
螺旋输送机主要用于输送各种粉状、粒状、小块状物料，所输送的散粒物料有谷物、豆类、面粉等粮食产品，水泥、粘土、沙子等建筑材料，盐类、碱类、化肥等化学品，以及煤、焦炭、矿石等大宗散货。螺旋输送机不易输送易变质的、粘性大的、块度大的及易结块的物料。除了输送散粒物外，亦可利用螺旋输送机来运送各种成件物品。
螺旋输送机在输送物料的同时可完成混合、搅拌、冷却等作业。
在港口，螺旋输送机主要用于卸车、卸船作业以及仓库内散粒物料的水品和垂直输送。利用与物料直接接触的螺旋轴将物料逐层从车厢两侧卸下的螺旋卸车机在国内港口已有多年的成功使用经验。由水平螺旋输送机、垂直螺旋输送机以及相对旋转取料装置组成的螺旋卸船机，已经成为一种较为先进的连续卸船机型，日益广泛的应用于国内外散货专用码头。螺旋输送机除直接用于卸船作业以及输送物料外，常利用其裸露的螺旋具有耙集物料的功能而作为其他类型卸船机的取料装置。
1.3螺旋输送机工作原理和主要特点
1.3.1螺旋输送机的工作原理
螺旋输送机利用带有螺旋叶片的螺旋轴的旋转，使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。
1.3.2螺旋输送机的主要特点
（1）结构比较简单，成本较低。
（2）工作可靠，维护管理简便。
（3）寸紧凑，断面尺寸小，占地面积小。在港口的卸车卸船作业中易进出舱口、车厢。
（4）能实现密封输送，有利于输送易飞扬的、炽热的及气味强烈的物料，可减小对环境的污染，改善港口工人的作业条件。
（5）装载卸载方便。水平螺旋输送机可在其输送线路上的任一点装载卸载；对垂直螺旋输送机配置相对螺旋式取料装置可具有优良的取料性能；利用与物料堆直接接触的螺旋轴具有自动取料的能力可作为港口其他类型卸船机械的取料装置。
（6）能逆向输送，也可使一台输送机同时向两个方向输送物料，即集向中心或远离中心。
（7）单位能耗较大。
（8）物料在输送过程中易于研碎及磨损，螺旋叶片和料槽的磨损也较为严重。
1.4螺旋输送机整机布置形式
一台螺旋输送机通常由驱动装置、头节、若干标准中间节、造配中间节、尾节、进
料口、出料口等组成，除头节和选配中间节外，各节螺旋机及机壳均具有互换性。
螺旋机本体由头节、中间节、尾节三种组成。一般情况下,出厂总装时将中间节按长度长短依次排列,最长的中间节靠近头节，相同 长度的中间节则挨在一起，如果有特殊要求，则在订货时给出排列顺序。
  在头节内装有止推轴承承受轴向力，在中间节和尾节内装有用轴承支承螺旋轴，此外，在尾节内还装有可轴向移动的径向轴承以补 偿螺旋轴长度的误差和适应温度的变化。螺旋面的形式有实体螺旋（S制法）和带式螺旋（D制法）两种。各螺旋轴之间采用法兰式联接， 保证了联接轴的互换性，便于维修。
  机盖为瓦片式并用盖扣夹紧在机壳上，若需改进密封性能，用户可自行在机盖与机壳间加防水粗帆布。
进、出料装置有进料口,方型出料口，手推式出料口，齿条式出料口四种。由用户在使用现场在机体上开口焊接。布置进、出料口 位置时应注意保证料口至端部的距离，同时避免料口与吊轴承加油杯、机壳联接法兰、底座等相碰。
螺旋输送机的驱动装置由电动机、减速器、高速轴联轴器、低速轴联轴器、及驱动装置底座组成。头节前部装有止推轴承。可承受输送物料时产生的轴向力。标准中间节均设置一只吊轴承，尾节后部装有滚动（滑动）轴承和底座，用以支撑螺旋和补偿螺旋长度的误差，螺旋机安装时应从头部开始，按顺序进行。在总体布置时应注意进料口不应设置在吊轴承上方，出料口不应设在底座或机壳法兰连接处。如果因为开出料口影响底座的安排而不能遵循本原则时，使用单位应绘出螺旋机总图。
1.5螺旋输送机规格、技术参数
LS型螺旋输送机与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。因此，本次设计选择LS型螺旋输送机。
1.5.1LS型系列螺旋输送机型号规格
表1 LS型系列螺旋输送机型号规格
型号
螺旋公称直径D(mm)
螺距
S
(mm)
尺寸（mm）
名义主轴转速
(r/min)
h
h1
b
L
小
型
LS100
100
100
140
63
45
3500-40000
140
112
90
71
LS125
125
125
160
75
45
125
100
80
63
LS160
160
160
180
90
55
112
90
71
56
LS200
200
200
200
112
60
100
80
63
50
中
型
LS250
250
250
250
140
70
4000-80000
90
71
56
45
LS315
315
315
280
180
90
80
63
50
40
LS400
400
355
355
224
100
71
56
45
36
大
型
LS500
500
400
400
280
110
5500-80000
63
50
40
32
LS630
630
450
500
355
130
50
40
32
25
LS800
800
500
630
450
150
40
32
25
20
特大型
LS1000
1000
560
710
560
160
6000-60000
32
25
20
16
LS1250
1250
630
800
710
170
25
20
16
13
1.5.2螺旋输送机的技术参数
（1）输送量Q
输送量是衡量螺旋输送机能力的一个重要指标，一般根据生产需要给定，但它与其他参数密切相关。在输送物料时，螺旋轴径所占据的截面虽然对输送能力有一定的影响，但对于整机而言所占比例不大。
（2）螺旋轴转速n
螺旋轴的转速对输送量有较大的影响。一般说来，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，因为当转速超过一定的极限值时，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。
（3）螺旋叶片直径D
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。
（4）螺距h
螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。输送量Q 和直径D 一定时，螺距改变，物料运动的滑移面随着改变，这将导致物料运动速度分布的变化。通常螺距应满足下列两个条件：即考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。
（5）螺旋轴直径d
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径与螺距之间的关系。
（6）驱动功率P
螺旋输送机的驱动功率，是用于克服物料输送过程中的各种阻力消耗的能量，主要包括以下几个部分：使被运物料提升高度H( 水平或倾斜) 所需的能量；被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦引起的能量消耗；物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗；物料沿料槽运动造成在止推轴承处摩擦引起的能量消耗；中间轴承和末端轴承处摩擦引起的能量消耗。从另外的角度，也可以这样分：物料与料槽间摩擦消耗的功率；物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率；轴承处摩擦消耗的功率；提升物料及物料颗粒间相互运动消耗的功率。
1.6本次设计给定的已知条件及任务书
1.6.1设备的工作条件
载荷平稳，单向运转，每日工作一班，工作五年，允许螺旋运输机主轴转速误差小于5%。车间有三相交流电源。
1.6.2原始数据
（1）输送物料：干燥煤粉，堆积密度；（2）安装方式：倾斜放置（10度）即；（3）运输量: =25t/h；（4）运输长度：=10m。
1.6.3任务书
总体设计的任务：包括螺旋输送机的总体设计和部件设计，确定主要工作参数，设计时主要确定联轴器，螺旋轴的选择，蜗轮蜗杆减速器的传动比及其齿数和模数的确定，同时通过弯扭的合成确定各轴，并校核轴和轴承，根据运输的物料的密度，速度等各方面的因素确定螺旋轴的内外径，最后绘出总装图和部件图。

第二章 传动装置的总体设计
2.1传动方案的选择
机器一般有原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并借以改变运动的形式、速度大小和转矩大小。满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。
本次毕业设计采用的传动顺序为：电动机—联轴器—减速器—联轴器—螺旋运输机。如下图2.1所示：

图1 传动顺序
2.2电动机的选择
2.2.1选择电动机类型和结构形式
电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。
生产单位一般用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机有笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等，由于启动性能较好，也适用于某些要求启动转矩较高的机械，如压缩机等。在经常起动、制动和反转的场合（如起重机等），要求电动机转动惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR（绕线型）。电动机除按功率、转速排成系列之外，为适应不同的输出轴要求和安装需要，电动机机体又有几种安装结构形式。根据不同防护要求，电动机结构还有开启式、防护式、封闭式和防爆式等区别。电动机的额定电压一般为380V。
电动机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件来确定。
根据以上几点，本次毕业设计电动机选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。
2.2.2选择电动机的容量
螺旋输送机总的功率P包括：物料运行需要功率,空载运转所需功率, 以及由于倾斜引起的附加功率 三个部分。即：

则
式中, —螺旋输送机的驱动功率( kW) ；—输送量(t/h) ；—输送距离(m) ; —螺旋外径(m) ；—物料运行阻力系数，根据设计手册取；—倾斜角度(°)。
螺旋叶片直径由下列经验公式计算可得：

式中, —物料综合特性系数，由于是干燥煤粉，故由表2-1取；为填充系数, 见下表2，由于是干燥煤粉故取；—堆积密度，；—倾斜修正系数，由表3取。
表2 物料综合特性系数
物料的块度
物料的磨琢性
举例
填充系数φ
值
值
粉状
无磨琢性
面粉、米粉
0.40～0.50
0.0387
86
粉状
半磨琢性
水泥、石灰
0.30～0.40
0.0415
75
粒状
半磨琢性
小麦、玉米
0.25～0.30
0.0558
46
粒状
磨琢性
砂石、化肥
0.20～0.35
0.0632
28
块状
无磨琢性
豆粕、菜饼
0.30～0.35
0.0584
36
块状
半磨琢性
煤、矿石
0.15～0.20
0.0795
15
液状
无磨琢性
面浆、纸浆
0.55～0.60
0.0785
19
液状
磨琢性
混凝土、建材
0.50～0.55
0.0654
28

表3 螺旋输送机倾斜修正系数
倾斜角
0°
≤5°
≤10°
≤15°
≤20°

1.00
0.90
0.80
0.70
0.65

则计算可得，因为螺旋输送机的螺旋直径应根据标准系列进行圆整，故取，所以由表1选择螺旋输送机的型号为LS315—10；
则

则
对于电动机驱动功率为：

式中,—表示功率储备系数, 一般取为1.2～1.4；—电动机传动效率, ≤0.9, 一般为了方便取0.9计算。
则
2.2.3确定电动机的转速
螺旋输送机的螺旋轴工作转速（由经验公式计算）：

式中—物料的综合特性系数，由表2-1取；—螺旋叶片直径。

因此, 螺旋输送机的螺旋转速应根据物料输送量、螺旋直径和物料的特性而定, 在满足输送量要求的前提下, 螺旋转速不宜过高, 更不允许超过它的临界转速, 即:

式中, —螺旋轴的实际转速(r/min)。
根据设计手册，蜗轮蜗杆一级减速器传动比范围为，故电动机的转速为：

2.2.4选择电动机型号
根据所计算出的电动机容量以及电动机的转速范围 ，由设计手册选择电动机的型号为：Y112M-4，其主要性能如下表格所示：
表4 Y132M-4电动机的主要性能
型 号
额定 功 率 （kw）
额定负载
堵转电流 倍数

堵转转矩倍数
最大转矩倍数
转速 （r/min）
电 流
（380V时）
（A）
效率 (%)
功率 因 数
Y112M-4
4.0
1440
8.8
84.5
0.82
7.0
2.2
2.2
2.3确定传动装置的传动比、各级运动参数与动力参数
2.3.1确定传动装置的传动比
根据本章第一节中的计算数据：，以及运输量=25t/h（等同于29.41），由表1-1选用LS315，名义主轴转速为80的螺旋输送机，
则传动装置的传动比。
由蜗轮蜗杆一级减速器传动比范围为，故符合条件。
2.3.2计算各级运动参数与动力参数
本次毕业设计所设计的减速器是蜗轮蜗杆一级减速器，该类减速器的特点是:可以得到很大的传动比，结构紧凑；因为是线接触，故承载能力比较大；传动平稳无噪音；当蜗轮的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，机械具有自锁性，即只能有蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆，起到了安全保护作用。缺点是传动效率比较低，成本较高，蜗杆的轴向力较大。
轴承及联轴器效率的概率值查《机械设计手册》得：
滚动轴承（每对）： 0.98-0.995
弹性联轴器 ： 0.99-0.995
万向联轴器 ： 0.99
由《机械设计手册》查得：蜗杆传动一级减速器（双头）的一对蜗轮副的传动效率为：0.75~0.82。
（1）计算各轴的转速
电动机轴 ： ；
1轴 ： ；
2轴 ：；
主轴（螺旋轴） ：。
（2）各轴输入功率与输出功率
取，，，
①各轴输入功率计算
电动机轴 ：；
1轴 ：；
2轴 ：；
主轴 ：
②各轴输出功率计算
1轴 ：；
2轴 ：；
主轴 ：
（3）各轴输入转矩与输出转矩
电动机轴输出转矩 ：；
①各轴输入转矩
1轴 ：；
2轴 ：；
主轴 ：
②各轴输出转矩
1轴 ：；
2轴 ：；
主轴 ：
（4）运动和动力参数计算结果整理于下表：
表5 运动和动力参数计算
轴 名
功 率 (KW)
转 矩 （N·m）
转速
(r/min)
传动比
效 率
输 入
输 出
输 入
输 出
电动机轴

2.57

17.04
1440

1

0.99
1 轴
2.552
2.526
16.92
16.75
1440
18

0.8
2 轴
2.021
2.001
241.21
238.80
80

1

0.98
主 轴

1.981
1.961
236.41
234.05
80

第三章 蜗轮蜗杆减速器设计
本次毕业设计所设计的减速器是蜗轮蜗杆一级减速器（采用圆柱蜗杆传动），该类减速器的特点是:可以得到很大的传动比，结构紧凑；因为是线接触，故承载能力比较大；传动平稳无噪音；当蜗轮的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，机械具有自锁性，即只能有蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆，起到了安全保护作用。缺点是传动效率比较低，成本较高，蜗杆的轴向力较大。
3.1设计闭式圆柱蜗杆传动
3.1.1选择材料及热处理方式
考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度也不高，蜗杆选用45号钢制造，淬火处理，齿面硬度45~55HRC。
初估相对滑动速度：

故蜗轮轮缘选用铝青铜ZcuAl10Fe3，又因批量生产，采用金属模铸造。
3.1.2选择蜗杆头数、蜗轮齿数
根据设计手册可知，蜗杆头数通常取1-10，推荐=1、2、4、6；蜗轮齿数一般取为27-80。因此，根据第二章计算的传动比，由下表6可取，，即选择圆柱蜗杆头数为2（双头），蜗轮齿数为36。
表6 和的推荐值

5-6
7-13
14-27
28-80

6
4
2
1

30-36
28-52
28-54
28-80
3.1.3按齿面接触疲劳强度确定模数和蜗杆分度圆直径

（1）确定作用于蜗轮上的转矩

（2）确定载荷系数
由《机械设计手册》查的使用系数=1.0；假设蜗轮圆周速度，取动载荷系数；因工作载荷平稳，故取齿向载荷分布系数。所以

（3）确定许用接触应力
由设计手册查取基本许用接触应力：160Mpa；
应力循环次数：；
故寿命系数：；
所以：
（4）确定材料弹性系数

（5）确定模数和蜗杆分度圆直径
；
由设计手册“普通圆柱蜗杆传动的与搭配值”表，选取，。
3.1.4计算传动中心距
蜗轮分度圆直径，所以

圆整中心距，取，则变位系数

3.1.5验算蜗轮圆周速度、相对滑动速度及传动效率
圆周速度
显然，与原假设相符，取合适。
由，得，所以相对滑动速度：
显然，与原假设相符，所选材料合适。由，查设计手册得当量摩擦角，所以

与原来初取值相符。
3.1.6计算蜗杆尺寸
分度圆直径：

节圆直径：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

蜗杆螺旋部分长度：
，圆整取
3.1.7计算蜗轮尺寸
分度圆直径（节圆直径相同）：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

外圆直径：

蜗轮齿宽：
，圆整取；轮毂宽度。
3.1.8蜗轮齿面接触疲劳强度校核
蜗轮齿面接触疲劳强度计算公式：
所以符合要求。
3.1.9热平衡计算
所需散热面积：
取温油，周围空气温度，设通风良好，取散热系数，传动效率为，则：
若箱体散热面积不足此数，则需加散热片、装置风扇或采取其他散热冷却方式。
3.1.10选择精度等级和侧隙种类
因为这是一般动力传动，而且，故取8级精度，侧隙种类代号为c，即传动8c GB/T 10089-1988。
3.2轴的设计计算
3.2.1蜗杆轴(输入轴)的设计计算
已知条件：输入功率，输入转矩，转速，蜗杆分度圆