螺旋输送机传动装置设计.pdf

现代制造技术与装备2 0 0 7第1期 总第1 7 6期 螺旋输送机传动装置设计 王联奎 侯建华 菏泽学院机电工程系, 菏泽2 7 4 0 3 0 摘要螺旋输送机是利用电机带动螺旋回转, 推移物料以实现输送目的的机械, 它能水平、 倾斜或 垂直输送, 具有结构简单、 横截面积小、 密封性好、 操作方便、 维修容易、 便于封闭运输等优点。 关键词螺旋体减速器齿轮 D e s i g n o n G e a r i n g o f S c r e wT r a n s p o r t e r WA N GL i a n k u i , H O UJ i a n h u a M a c h i n e a n d E l e c t r o n i c D e p a r t m e n t , H e z e U n i v e r s i t y , H e z e 2 7 4 0 3 0 A b s t r a c t T h e s c r e wt r a n s p o r t e r i s a r e a l i z e t r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e , w h i c hi s u s i n g e l e c t r o m o t o r t o m a k e t h e s c r e wc i r c u m g y r a t ea n dp r o c e s s t h em a t e r i a l . I t c a nf e e dw h i c ht h el e v e l l e a na n dt h eu p r i g h t s t y l e , i t h a st h e a d v a n t a g e o f s i m p l e - f r a m e w o r k , s m a l l - c r o s s s e c t i o n , w e l l - a i r p r o o f e x p e d i e n c y - h a n d l e , e a s y - m a i n t a i na n de a s y t o o c c l u d e t r a n s p o r t s o o n . K e y w o r d s S c r e w,R e d u c e r,G e a r 1引言 随着科技的发展, 社会的进步, 物料输送行业迅 猛发展。用来运送物料的螺旋输送机, 以它优良的性 能赢得了越来越多厂家的喜爱。本文介绍一种结构 简单、 使用方便的螺旋输送机传动装置的设计。 2总体设计 总体设计简图 如图1 。 1、驱动装置2、联轴器3、 壳体4、 出料口5、 旋转螺旋轴 6、 中间吊挂轴承7、 支座8、进料口 图1螺旋输送机简图 2 . 1减速器的选择 常用减速器有两种 圆锥齿轮减速器, 圆柱齿轮 减速器, 圆锥齿轮减速器齿轮旋向相反, 轴向力相互 抵消, 结构复杂。 圆柱齿轮减速器轴具有较大的刚度,载荷沿齿 宽均匀分布, 高速级齿轮, 承载力难以充分发挥, 减 速器在机器中配置不灵活。 经比较并根据实际情况,减速器采用一对圆柱 齿轮, 一对圆锥齿轮。 2 . 2电机的选择 在本设计中选用Y系列一般用途全封闭式鼠笼 型n 1 0 0 0 r / m i n的三相异步电动机。 2 . 3螺旋体的选择 常用的螺旋输送机的结构形式有2种 2 . 3 . 1杆式腹部出土式 其螺旋叶片环绕于一根中心轴, 并焊成一体, 电 机通过减速机直接驱动中心轴使螺杆旋转,每分钟 理论排出量 V πd 0 2 - d g 2 4 t - 8n 式中d 0螺旋输送机叶片直径,m ; d g螺旋输送机芯杆直径,m ; t螺旋输送机的螺距,m ; n螺旋输送机转速,r / m i n . 2 . 3 . 2中空无杆式 其螺旋叶片为环状连续且中间没有芯杆,靠近 出土端的一段叶片外圆与螺杆套的内圆焊接在一 起。动力通过转动套带动螺杆旋转, 该结构由于没有 12345678 1 6 中心杆,可以输送少量的外形相对圆滑的直径略大 于一个螺距的块状物,其端面出土的形式也非常有 利于下一道运输设备的装载。 每分钟的理论出土量 V d e 2 t - δn 4 式中d e 螺旋输送机的叶片外径,m; δ螺旋叶片厚度,m。 出土量的影响因素 1 传动套的轴向尺寸是影响出土效果的一个 重要因素, 必须控制在合理的范围内, 从理论上讲, 这一段越短, 出土效果就越好, 可以根据螺旋输送机 的功率及单位面积焊缝强度来综合确定套的长度; 一 般可控制在L 0 . 6 5 ss为螺杆的螺距, 通常取S 0 . 8 D, D为螺杆的外径 。 2 倾角 安装角度 的变化也是影响出土量的 一个重要因素。在确定安装角度时, 一定要结合土质 情况综合考虑, 合理选择结构形式。 综上所述,并结合实际,螺旋机的螺旋体采用 “杆式腹部出土式” 。 2 . 4叶片的选定与设计 螺旋叶片是螺旋输送机的主要工作部件,一般 均采用单头, 其形状可分为实体型、 叶片型、 带型里 重点 和爪型等四种。 在本设计中选用实体形。 2 . 5齿轮参数计算 2 . 5 . 1高速级 小齿轮材料用4 0 C r钢,调质处理,齿面硬度为 H B 1 2 6 0 大齿轮材料用4 5号钢, 调质处理, 齿面硬度为 H B 2 2 2 0 σHl i m 1 7 0 0 N / m m 2 σHl i m 2 5 5 0 N / m m 2 σF l i m 1 2 6 0 N / m m 2 σF l i m 2 2 0 0 N / m m 2 许用接触应力为 [ σH 1] σHl i m 1 S H 7 0 0 1 . 1 6 3 6 N / m m 2 [ σH 2] σHl i m 2 S H 5 5 0 1 . 1 5 0 0 N / m m 2 许用弯曲应力为 [ σF 1] σF l i m 1y S T S F 2 6 0 2 1 . 3 4 0 0 N / m m 2 σF l i m 2y S T S F 2 0 0 2 1 . 3 3 0 8 N / m m 2 计算小齿轮上的名义转矩 T 1 9 . 5 5 1 0 6P1 n 1 9 . 5 5 1 0 6 5 . 7 1 4 4 0 3 . 7 8 1 0 4 N / m 选取载荷系数K 1 . 4, 选取齿宽系数ψa 0 . 4 因[ σH 1] [ σH 2], 故用[ σH 2] [ σH 1] 5 0 0 N / m m带入 公式计算 中心距 初步 a ≥i 1 K T 1 ψai 3 3 6 [ σH] 2 3 6 . 2 1 9 1 1 . 4 3 . 7 8 1 0 4 0 . 4 6 . 2 1 9 3 3 6 5 0 0 2 3 1 5 3 . 4 6 m 圆整取a 1 5 4 m m 齿数取Z 1 2 0, Z 2 i1Z1,Z2 1 2 4 . 3 8 圆整取Z 2 1 2 4 模数m 2 a Z 1 Z2 2 1 5 4 2 0 1 2 4 2 . 1 4 圆整取标准模数m 3 中心距 实际 a m 2 Z 1 Z2 1 . 5 2 0 1 2 4 2 1 6 m m 高速级传动比 实际i 1 Z 2 Z 1 6 . 2 由此得高速级齿轮参数 见表1 。 表1高速级齿轮参数 2 . 5 . 2低速级 小齿轮材料用4 0 C r钢,调质处理,齿面硬度为 H B 1 2 6 0 大齿轮材料用4 5号钢, 调质处理, 齿面硬度为 H B 2 2 2 0。由此得低速级齿轮参数 见表2 。 2 . 5 . 3两齿弯曲应力的验算 选取齿型系数Y F 1 2 . 6 2Y S 1 1 . 5 9 应力修正系数Y F 2 2 . 1 6Y S 2 1 . 8 1 高速级 σF 2 σF 1Y F 2YS 2 Y F 1YS 1 3 0 . 1 5 2 . 1 6 1 . 8 1 2 . 6 2 1 . 5 9 高速轴中间轴 模数m3模数m3 齿数2 0齿数1 2 4 分度圆直径d6 0 m m分度圆直径d3 7 2 m m 齿顶圆直径d a6 6 m m齿顶圆直径d a3 7 8 m m 齿根圆直径d f5 2 . 5 m m齿根圆直径d f3 6 4 . 5 m m 齿宽7 0齿宽6 5 齿全高6 . 7 5齿全高3 . 7 5 设 计 与 研 究 1 7 现代制造技术与装备2 0 0 7第1期 总第1 7 6期 表2低速级齿轮参数 中间轴低速轴 模数m3模数m3 齿数3 0齿数1 3 4 分度圆直径d9 0 m m分度圆直径d4 0 2 m m 齿顶圆直径d a9 6 m m齿顶圆直径d a4 0 8 m m 齿根圆直径d f8 2 . 5 m m齿根圆直径d f3 9 4 . 5 m m 齿宽1 0 5齿宽1 0 0 齿全高6 . 7 5齿全高6 . 7 5 3 2 . 8 3 N / m m 2 ≤[ σF 2] 低速级 σF 1 σF 12 K T 2YF 1YS 1 b m 2 Z 1 2 1 . 4 2 2 . 4 9 1 0 4 2 . 6 2 1 . 5 9 1 0 5 9 3 0 9 2 . 5 3 N / m m 2 ≤[ σF 1] σF 1 σF 1Y F 2YS 2 Y F 1YS 1 8 6 . 8 4 N / m m 2 ≤[ σF 2] 验算结果 齿轮弯曲强度满足要求。 2 . 6各轴的转矩、 转速计算 0轴 电动机轴 P 0 Pd 5 . 7 6 2 k w,n0 nm 1 4 4 0 r / m i n T 0 9 . 5 5 1 0 6P n 3 . 8 2 1 0 4 Nm m 1轴 高速轴 P 1 P0η1 5 . 7 k w, n 1 1 4 4 0 r / m i n T 1 9 . 5 5 1 0 6P n 3 . 7 8 1 0 4 Nm m 2轴 中间轴 P 2 P1η2η3 5 . 4 7 k w,n2 2 3 2 . 2 6 r / m i n T 2 9 . 5 5 1 0 6P n 2 2 . 4 9 1 0 4 Nm m 3轴 低速轴 P 3 P2η2η3 5 . 2 5 k w,n3 5 2 r / m i n T 3 9 . 5 5 1 0 6P n 9 6 . 4 1 0 4 Nm m 4轴 P 4 P3η3η4 4 . 4 9 k w n4 5 2 r / m i n T 4 9 . 5 5 1 0 6P n 9 0 . 7 3 1 0 4 Nm m 2 . 7联轴器的选择 2 . 7 . 1高速轴连轴器 T T 0 3 8 . 7 8 Nm 取KA 1 . 5则 T C A KAT 1 . 5 3 8 . 7 8 Nm 5 8 . 1 7 Nm 又由电动机输出轴直径3 8 m m 查G B 4 3 2 3 - 8 4,选用T L 6型弹性套柱销轴联轴 器。 2 . 7 . 2低速轴联轴器 T 9 6 4 Nm 取KA 1 . 5则 T C A KAT 1 . 5 9 6 4 1 4 4 6 Nm 查G B 4 3 2 3 - 8 4, 选用T L L 6型弹性套柱销轴联轴 器。 2 . 8减速器选择 2 . 8 . 1高速轴 最小直径 初定 选用材料4 5号钢, 调质处理, 取A 1 2 0 d m i n A P n 3 1 2 0 5 . 2 5 5 2 . 1 1 3 1 9 . 0 m m 因最小轴径处有键槽, 所以 d m i n 1 . 0 4, d m i n 1 9 . 7 6 m m 又因与联轴器T L 6配合使用, 因此d m i n 3 5 m m 2 . 8 . 2中间轴 最小直径 初定 选用材料4 5号钢, 调质处理, 取A 1 2 0 d m i n A P n 3 1 2 0 5 . 2 5 5 2 . 1 1 3 3 4 . 5 m m d m i n 1 . 0 4,dm i n 3 5 . 8 8 m m 由于中间轴装配有两个齿轮受力较大,所以取 d m i n 4 5 m m 2 . 8 . 3低速轴 最小直径 初定 选用材料4 5号钢, 调质处理, 取A 1 2 0 d m i n A P n 3 1 2 0 5 . 2 5 5 2 . 1 1 3 5 5 . 8 m m 因最小处有键槽, 所以 d m i n 1 . 0 4,dm i n 5 8 . 0 3 m m 又因与联轴器T L L 6配合使用, 因此选用 d m i n 6 5 m m 综上, 选用4 1 3型号的轴承。 2 . 8 . 4键的校核 高速轴键的校核 1键的选择 初定 联轴器选用A型键,b h 1 0 8,L 7 5 2键的强度计算 下转第2 4页 1 8 现代制造技术与装备2 0 0 7第1期 总第1 7 6期 查 表 得 , 许 用 挤 压 应 力[ σP] 1 2 0 N / m m 2 σP2 T d k L 2 3 . 7 8 1 0 4 3 5 8 2 7 5 - 1 0 8 . 3 N / m m 2 [ σP] 综上, 该型号键符合要求。 2 . 8 . 5中间轴键的选择及校核 1键的选择 初定 大齿轮用A型键,b h 1 6 1 0,L 5 2 小齿轮用A型键,b h 1 6 1 0,L 9 3 2键的强度计算 查表得, 许用挤压应力[ σP] 1 2 0 N / m m 2 σP2 T d k L 2 2 2 . 4 9 1 0 4 5 5 1 0 2 5 2 - 1 6 4 5 . 4 N / m m 2 [ σP] σP2 T d k L 2 2 2 . 4 9 1 0 4 5 5 1 0 2 9 3 - 1 6 2 1 . 2 N / m m 2 [ σP] 综上, 该型号键符合要求。 2 . 8 . 6低速轴键的选择及校核 1键的选择 初定 大齿轮用A型键,b h 2 2 1 4,L 8 8 联轴器用A型键,b h 1 8 1 1,L 1 3 5 2键的强度计算 查表得, 许用挤压应力 σP2 T d k L 2 9 6 . 4 1 0 4 7 5 1 4 2 8 8 - 2 2 5 5 . 6 N / m m 2 [ σP] σP2 T d k L 2 9 6 . 4 1 0 4 6 0 1 1 2 1 3 5 - 1 8 4 9 . 9 N / m m 2 [ σP] 该键符合要求。 参考文献 [ 1 ]杜君文主编, 机械制造技术装备及设计[ M ], 天津大学 出版社,1 9 9 8年8月第一版 [ 2 ]李学雷主编, 机械设计基础[ M ], 科学出版社,2 0 0 4年 1 1月第一版 [ 3 ]汪凯、 涂国芳.机械原理计算机辅助设计.广州 华南 理工大学出版社,1 9 8 9 [ 4 ]邢苏宁 李新平, 螺旋输送机的合理选型, 煤矿机械[ J ], 2 0 0 4 . 上接第1 8页 合格的工件。而在变压边力控制模式下, 压边力是 随着拉深的进行而逐渐减小的, 这样就既能保证材 料在拉深的初期不会起皱又使得压边圈下材料的 单位压边力不会随着拉深的进行变得太大, 因此在 拉深后期能够更有效的控制拉深过程中材料的流 动且降低了拉深力, 故而板料不会在凸模圆角处发 生破裂, 板料的极限拉深高度也得到提高, 工件可 以顺利拉深成形。可见, 下降型的变压边力模式能 够提高此锥形件的极限拉深高度, 降低拉深过程中 的成形力[ 6 ]。 3结论 本文通过对不同压边力模式下对锥形件拉深工 艺进行研究, 得出如下结论 1 板料在拉深成形过程中比较合适的压边力 不应是一个恒定数值,而应该是一个随凸模行程而 变化的量,下降的压边力控制曲线能使恒压边力时 不能完全拉深成形的圆锥形件被顺利拉深成形。 2 下降型的压边力控制模式中,在一定范围 内, 下降速度增大, 成形深度随之减小, 因此, 通过设 置合理的下降趋势,可以获得比恒压下更高的成形 深度, 使成形极限得到改善。 3 拉深成形后期,由于回弹等因素影响,法兰 区部分板料起皱趋势增强,因此在拉深成形后期,需 要使压边力数值稍微增加以避免拉深后期起皱。因 此采取先下降后上升的压边力控制比单纯下降型能 更好的使零件成形。 4 用数值模拟软件L S D Y N A - 3 D模拟结果的规 律与试验结果相同,模拟误差基本上在规定的范围 之内, 因此, 可以采用该模拟软件进行变压边力拉深 模拟试验, 以简化实际试验的步骤。 参考文献 [ 1 ]姜奎华.冲压工艺与模具设计[ M ] .北京机械工业出版社, 1 9 9 5 . 1 2 0 - 1 2 8 . [ 2 ]姜海峰等.变压边力拉深的原理及实验系统[ J ] .塑性工 程学报, 1 9 9 9 ,6 3 0 - 3 3 . [ 3 ]肖景容,姜奎华.冲压工艺学[ M ] .北京 机械工业出版社, 1 9 9 0 , 7 9 - 8 7 . [ 4 ]罗亚军等.板料拉深成形过程中的变压边力技术[ J ] .锻 压技术, 2 0 0 3 ,2 2 1 - 2 4 . [ 5 ]龚洪英等.变压边力控制与矩形件拉深成形特性的相关 性研究[ J ] .塑性工程学报, 2 0 0 5 ,6 5 0 - 5 4 [ 6 ]王作成等.圆锥形件变压边力拉深工艺的研究[ J ] .塑性 工程学报, 2 0 0 6 ,4 2 5 - 2 8 2 4