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本科生畢業(yè)設計題 目：粉料包裝機結構設計院 系： 機械工程學院 班 級： 機電 08-3 姓 名： 李華東 學 號： 10 指導教師： 劉玉波 教師職稱： 副教授 - 1 -摘 要粉料包裝機是實現薄膜材料包裝糧食等粉料產品的一種包裝設備，廣泛應用食品、化工等部門。隨著人們對包裝的需求多樣化、個性化，粉料自動包裝機的應用愈加普遍。目前國產的設備大多是對國外進口產品的簡單仿制，因此針對粉料自動包裝機關鍵部件給料機構、夾袋機構、輸送機構的深入研究，對原理、結構、運動、功能等分析，提供結構簡單可靠、操作方便、自動化程度高、用范圍廣的包裝機是很有必要的。本設計在分析粉料自動包裝機的包裝工藝和使用要求的基礎上，通過對關鍵部件的理論分析，提出一種實用、簡單、可靠和通用的傳動系統，將單一包裝尺寸拓展為袋長和產量可調的結構形式,對關鍵部件提出完整的設計方法，旨在滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。關鍵詞：包裝機；給料機構；夾袋機構；輸送機構- 2 -AbstractPowder packing machine is the realization of thin film materials such as packaging of food products as a powder packaging equipment, which is widely used in food, chemical industry and other departments. With the demand for packaging diversification, personalization, automatic powder packaging machine are used more and more widely. Most of the current China-made equipment is the simple imitation of imported products, thus the automatic powder packaging machine key components of feeding mechanism, bag clamping mechanism, conveying mechanism of in-depth study, on principle, structure, movement, functional analysis, to provide a simple and reliable structure, convenient operation, high degree of automation, with a wide range of packaging machines is necessary. Based on the analysis of automatic powder packaging machine packaging technology the use on the basis of the requirements and the key components of the theory analysis, we put forward a kind of practical, simple, reliable and universal transmission system, a single package dimensions to expand the bag length and output adjustable structure the structure to meet the packaging technology; for key parts of complete design method, designed to meet the needs of the market, to promote enterprise innovation pace.Keywords: packaging machine; feeding mechanism; clamping mechanism; transmission mechanism- 3 -目 錄摘 要 .- 1 -Abstract- 2 -目 錄 .- 3 -第 1 章 緒論 .- 1 -1.1 粉料自動包裝機的應用及適用范圍 - 1 -1.2 粉料自動包裝機的結構特點 - 1 -1.3 粉料自動包裝機的國內外發(fā)展情況 .- 1 -1.4 研究開發(fā)的內容與意義 - 2 -第 2 章 粉料自動包裝機總體設計 .- 3 -2.1 機械結構設計內容 - 3 -2.2 機械結構類型的選擇及對比 .- 3 -2.2.1 給料機構 .- 3 -2.2.2 充填計量機構 .- 6 -2.2.3 夾袋機構 - 8 -2.2.4 輸送機構 - 9 -第 3 章 螺旋給料計量機構結構設計 .- 12 -3.1 螺旋給料機構和計量機構主要參數 - 12 -3.1.1 輸送量 .- 12 -3.1.2 螺旋葉片直徑 .- 13 -3.1.3 螺旋軸轉速 .- 14 -3.1.4 螺距 .- 16 -3.1.5 螺旋軸直徑 .- 17 -3.1.6 傾斜角度 .- 18 -3.1.7 傳動功率 .- 18 -3.2 電機的選擇 - 20 -3.3 軸承的設計與選擇 - 21 -3.3.1 軸承選擇的原則 .- 21 -3.3.2 軸承的選用與配合 - 21 -3.3.3 軸承的校核 .- 22 -3.4 聯軸器的選擇 - 24 -- 4 -3.5 螺旋機體的安裝及使用 - 25 -第 4 章 夾袋機構的設計 .- 27 -4.1 機械結構設計 - 27 -4.2 氣動裝置的選擇 - 28 -第 5 章 輸送機構的設計 .- 29 -5.1 帶式輸送機概述 - 29 -5.2 輸送機各組成部分的確定 - 29 -5.2.2 滾筒的選擇 .- 31 -5.2.3 托輥的選擇 .- 33 -5.2.4 拉緊裝置的選擇 .- 35 -結 論 .- 38 -致 謝 .- 39 -參考文獻 .- 40 -- 1 -第 1 章 緒論1.1 粉料自動包裝機的應用及適用范圍現代經濟生活中，絕大多數產品都需要經過包裝成為商品，才能進入流通流域。而粉粒類產品的包裝要借助包裝技術及裝備。所以包裝設備在包裝過程中是不可或缺的工藝手段。粉料自動包裝機是包裝設備中較為重要的一種形式，可廣泛應用于一般粉料的自動包裝，尤其適用于大批量的糧食轉移、稱重、封口 、碼放等過程。利用小型自動包裝機械實現小麥、玉米等糧食類粉料的自動包裝是提高裝袋速度，減輕工人勞動強度的有效方法。1.2 粉料自動包裝機的結構特點粉料自動包裝機是將粉料包裝在筒式包裝材料里面，并自動封口，制作成枕形袋的包裝機。該機型自從出現至今，已經歷了數十年的考驗，仍然保持較強的生命力，它具有獨特的包裝形式，先進的包裝工藝，通用的包裝功能，巧妙的結構設計和美觀的總體造型，采用最普遍的塑編袋材料，也可使用新型紙袋等。作為一部比較成熟的包裝機，其主要由給料機構、計量機構、夾袋打包機構、輸送機構等組成。1.3 粉料自動包裝機的國內外發(fā)展情況粉料自動包裝機，最初是由美國于上世紀五十年代開發(fā)出來的產品。后來日本得到發(fā)展，并于上世紀六七十年代隨日本經濟高速發(fā)展，技術性能得到長足的進步。上世紀八十年代初，我國大量引進粉料自動包裝機并生產出自己的產品。以日清品牌為代表，主要針對方便面生產線配套使用。上世紀九十年代，這種機型開始大量用于糧食流通，同時派生出各種各樣的類似包裝機。隨著機電一體化的應用，粉料自動包裝也向著高速全自動模塊化的方向發(fā)展及創(chuàng)新?，F今國外開發(fā)的粉料自動包裝機已極其人性化:高速、節(jié)能、全自動、模塊化。- 2 -就國內外粉料自動包裝機的開發(fā)情況來看，主要從以下幾點進行:(l)不斷擴大其通用能力，以滿足多種屬性粉料的包裝。(2)高速全自動，配備微機控制系統，借助預先儲存的程序控制多臺伺服電機，分別驅動有關執(zhí)行機構。(3)參數化調整和設置，對主要操作部件(供送、袋成型、牽引、封切等)作適當調整有關工作參數，便可在較寬的尺寸范圍內，滿足不同品種不同尺寸的包裝。(4)模塊化結構設計，對供送、牽引、封切等主要部件進行相對獨立并又能較為自由組合的結構設計，以滿足臥式組合和立式組合的包裝機。1.4 研究開發(fā)的內容與意義根據包裝過程的需要和被包裝物的性狀特點，糧食類粉料自動包裝設備主要由下各系統組成：（1）給料系統；（2）計量系統；（3）夾袋系統；（4）機身；（5）氣壓傳動系統；（6）電氣控制系統組成。針對國內許多糧食部門對先進粉料自動包裝機的需求，本設計著重探討粉料自動包裝機的整體結構設計和模塊化結構，開發(fā)出具有包裝速度快，通用性好以及結構簡單可靠、操作方便、自動化程度高的新穎包裝機，對我國包裝行業(yè)發(fā)展有著積極的意義。- 3 -第 2 章 粉料自動包裝機總體設計2.1 機械結構設計內容粉料包裝機的機械結構部分主要包括給料機構、計量機構、夾袋機構和輸送機構的設計。2.2 機械結構類型的選擇及對比2.2.1 給料機構粉料是散（粒）體常見的狀態(tài)，散（粒）體是指固體的、片狀、顆粒狀、粉狀或具有不規(guī)則形狀的小塊物質，它們在包裝產品中占有較大的比例，有些物料可以設置滑道或導軌等借助重力實現供送，有些則需用與物料特性相適應的供送裝置來完成供送。散（粒）體物料供送裝置常見的有螺旋供送、振動供送、輸送帶及升降帶供送裝置等。1、螺旋給料機構圖 2-1 所示為螺旋給料機構示意，螺旋給料機主要由料斗、螺旋軸、殼體、排料口、軸承、軸承座等組成。螺旋輸送機俗稱絞龍，螺旋輸送機是一種利用螺旋葉片的旋轉,推動散料延著料槽向前運動的輸送設備,適宜于輸送粉狀,顆粒狀和小塊物料。螺旋輸送機直徑由 100mm～1250mm，共十二種規(guī)格,分為單驅動和雙驅動兩種形式，單驅動螺旋機最大長度可達 40m(特大型 30m)，雙驅動螺旋機采用中間斷開軸結構，最大長度可達 80m(特大型 60m)，螺旋機長度每 0.5m 一檔，可根據需要選定，螺旋機頭部軸承、尾部軸承置于殼體外部減少了灰塵對軸承室的侵入提高了螺旋機關鍵件的使用壽命。螺旋機廣泛使用在各種工業(yè)部門,如建材、冶金、化工、電力、煤炭、機械、輕工、糧食及食品行業(yè),輸送粉狀、顆粒狀、小塊狀物料,如水泥、煤粉、糧食、化肥、灰渣、沙子、焦炭等。螺旋輸送機對輸送物料的要求，粉狀、粒狀和小塊狀物料，如：水泥、煤粉、糧食、化肥、灰渣、砂子等，物料溫度不得超過 200℃，螺旋機不宜輸送易變質的、粘性大的、易結塊的物料。因為這些物料在輸送時會粘結在一螺旋- 4 -上，并隨之旋轉而不向前移動，或者在吊軸承處形成物料的積塞而使螺旋機不能正常工作。圖 2-1 螺旋供送裝置2、振動式給料機構振動供送裝置有電磁振動式和機械式振動兩類，適用于形狀輕巧光滑的硬質或軟的物料，如藥片、膠囊、電子元件等。圖 2-2 直槽式電磁振動供送裝置- 5 -其中電磁振動裝置可分為直槽式和圓盤式兩種。圖 2-2 所示為直槽式電磁振動供料裝置，激振電磁鐵驅動主振平板彈簧支承的工作料槽作定向強迫振動，當槽體向前振動時，依靠物品與槽體間的摩擦力，槽體將運動能量傳遞給物品，使其作與槽體振動方向相同的加速運動；當槽體向后振動時，物品因慣性自用仍向前運動，離開槽吳三桂作前拋運動，拋出一一距離后仍落回到槽體上，如此往復向前運動。圖 2-3 圓盤式電磁振動供送裝置123456圖 2-4 輸送帶 式供送裝置- 6 -3、輸送帶給料機構圖 2-4 所示為水平輸送帶供送裝置。撓性輸送帶 4 繞在各輥上，由主動輥2 驅動。物料自裝料裝置 5 處送到卸料裝置 1 處卸出。帶式輸送裝置的各輥軸軸承都采用滾動軸承，以減小運轉中的摩擦阻力和功率消耗。如果將運行方向相同但速度不同的兩條輸送帶串聯，可實現周期間歇性供料或是密集集合供料；如果速度相同但轉向相反的兩條輸送帶并列組合，可夾持成件物品進行輸送，適用于裝箱機等物料或物件供送。 4、齒鼓輪給料機構圖 2-5 所示為齒鼓輪供送裝置。人工定向或自動定向后的物料在于料斗內，經過齒鼓輪的旋轉一一被送入下部的輸送帶上。適合于圓桿形硬質物料。經過對比發(fā)現螺旋供送裝置優(yōu)于其他的供送裝置，故選用螺旋供送裝置。圖 2-5 齒鼓輪供送裝置2.2.2 充填計量機構充填機是將包裝物料按預定量充填到包裝容器內的機器。其種類很多，按計量方式不同，可分為容積式充填機、稱重式充填機和計數充填機；按充填物的物理狀態(tài)可分為粉料充填機、顆粒物料充填機、塊狀物料充填機、膏狀物料- 7 -充填機、液體灌裝機；按功能可分為制袋充填機、成型充填機、公完成充填功能的充填機等；按產品的受力方式不同分為推入式充填機、拾放式充填機、重力式充填機等。計量充填是包裝產品的一個的重要的工序，計量充填機械是包裝機械的重要組成部分。在古代，勞動人民就會利用一定容積的料斗量取谷物或稻米等，也能使用杠桿秤來稱量物品，但使用的計量充填工具都很簡單；到了近代，特別是 21 世紀初以來，隨著微型計算機以及各種高新技術運用到包裝工業(yè)中，各種先進的計量充填機械應運而生，并且向著自動化、智能化、多樣化的方向發(fā)展。圖 2-6 螺桿式計量機構- 8 -計量充填機械可作為單機單獨使用，也可與其他包裝機械組成機組聯合工作。由于充填產品的性質、狀態(tài)以及要求的計量精度或充填方式等不同，采用的計量充填機械也各式各樣，但一般都由物料供送裝置、計量裝置、下料裝置等組成。根據計量充填機械所采用的計量原理不同，可分為容積式充填機、稱重式充填機、計數式充填機三種類型。1、容積式充填機螺桿式充填計量機是容積式充填機的一種，其可用于粉料的充填計量。螺桿式充填機是通過控制螺桿旋轉垢轉數或時間來量取產品， 并將其充填到包裝容器內的機器。該機械利用螺桿螺旋槽的容腔來計量物料，由于螺桿的每個螺距都有理論容積，因此只要準確控制螺桿的轉數或旋轉時間，就能獲得較為精確的計量值。該機結構緊湊、無粉塵飛揚并可通過改變螺桿參數來擴大計量范圍，應用范圍較廣，主要用于流動性良好的粉料或小顆粒狀物料或在出料口容易結塊而不易落下的物料計量充填，不適用于充填易碎顆粒物料閾密度變化較大的物料。圖 2-6 所示為螺桿式充填機。料斗 1 進料，由旋轉的供料螺桿 2 以恒速供送也物料，當物料量達到要求后來，螺桿 2 停止轉動，物料停止流下；容器到位后，閘門 6 打開，充填計量螺桿 5 轉動將物料計量充填到下方的包裝容器內；攪拌器 4 使物料在料斗內能不停轉動，避免物料結塊；充填完畢后，螺桿5 停止轉動，閘門 6 關閉。 3、計數式充填機計數式充填機是將產品按預定數目充填到包裝容器內的機器，包括單件計數、多件計數充填朵和定時充填機。該機可對預先就具有或經過整理后才具有的規(guī)則而下整齊排列物品的計數充填，也可以對雜亂無序的物品進行計數充填。經過對比后發(fā)現，計數式充填機只適用于計件包裝機械，稱重式充填機適用于流動性好的物料的包裝，螺桿式充填機最適合于流動性不太好的粉料充填。2.2.3 夾袋機構夾袋機構是工業(yè)夾具的一種，夾具是一種裝夾工件的工藝裝備,它廣泛地應用于機械制造過程中的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。- 9 -在金屬切削機床上使用的夾具統稱為機床夾具。在現代生產中,夾具是一種不可缺少的工藝裝備,它直接影響著工件的加工精度勞動生產率和產品的制造成本等。夾袋機構的動力源可分為電動、液動、氣動。電動形式的動力源便于控制；液動形式的動力源具有功率比較大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現直線運動等優(yōu)點；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結構簡單等優(yōu)點，并易與微電子、電氣技術相結合，形成自動控制系統。但是液動傳動與氣動傳動相比，其傳動速度比較低，不適合應用于需要快速的反應的工況。另外，液壓技術存在滲漏、維護性差等缺點。綜上所述考慮到氣動傳動的節(jié)能、無污染、低成本、快速反應等優(yōu)點，選用氣動傳動作為夾袋機構的動力驅動源。2.2.4 輸送機構輸送機構是包裝機械的輔助機構。輸送機指將被包裝產品、包裝容器或包裝件自動地從一道包裝工序送到另一道工序所用的機器。輸送機構是為完成特定的物料輸送而按一定模式由若干輸送機和電氣控制設備等構成的系統。該系統主要包括起重、輸送、裝卸、儲存等一系列的作業(yè)環(huán)節(jié)或工序。在現代的產品制造、包裝過程中，輸送機起著將各生產、包裝設備聯結起來的作用，其作用是無法替代的。不論哪種類型的輸送機，也不管輸送機是屬于生產流水線的輸送方式還是簡單的搬運方式，輸送機的主要功能都是將物品從某處移送到另一處。設計或選擇輸送機的主要依據是效能高、維護方便、工作可靠。除此之外，不要考慮材料、生產率、傳動形式、速度范圍以及輸送機傳送不同形式、不同規(guī)格的物品的適用性和與生產線的其他設備配套的能力。輸送機可以設計成任何一種形式，以滿足特定輸送工作的要求，比如斗式提升機用以一個一個地單獨裝載物品，并沿既定的路線輸送，由于每個料斗都安裝在傳動鏈上，因此斗式料斗的裝料和卸料與特定的生產過程是同步進行的。在長臂式輸送機上，安裝在鏈條上的長臂用以將大型物件以步進方式輸送到不同的包裝工位，以便裝運，送往倉庫或商場。但不管如何，輸送要都必須滿足特定產品的輸送要求。1、輸送機構的分類- 10 -2、輸送機構的特點輸送機構 特點 缺點 是否符合要求重力式輸送裝置依靠物件自身的重力或慣性力以克服滑槽或滑道的接觸摩擦阻力而實現輸送只能向下輸送，且運動穩(wěn)定性差否動力式輸送裝置不僅可以向下輸送，而且可以沿水平和向上輸送，輸送速度可調節(jié)需動力傳動，有能耗和能量損失 是3、選擇合適的輸送機輸送機 特點 是否符合設計要求帶式輸送機 結構簡單，工作可靠，造價低廉，適 是滑槽重力式輸送裝置重力滾道帶式輸送機鏈式及板鏈式輸送機輸送機構動力式輸送裝置其他類型輸送機- 11 -應性強，可輸送袋、盒、箱等產品鏈式及板鏈式輸送機 直接承載大型箱體之類的物件，不適宜輸送袋裝產品否其他類型輸送機 利用物品本身的特性比如磁性而采用特種傳輸形式否- 12 -第 3 章 螺旋給料計量機構結構設計3.1 螺旋給料機構和計量機構主要參數3.1.1 輸送量輸送量是衡量螺旋輸送機能力的一個重要指標，一般根據生產需要給定，但它與其他參數密切相關。在輸送物料時，螺旋軸徑所占據的截面雖然對輸送能力有一定的影響，但對于整機而言所占比例不大，因此，螺旋輸送機的物料輸送量可粗略按下式計算：Q= 1360FV???式中 Q——螺旋輸送機輸送量(t/h)；F——料槽內物料層橫截面積(m2)， F=φ π/4 ，其中， φ 為填充系2D數，見表3-1， D 為螺旋葉片直徑(mm)；λ ——物料的單位容積質(t/ )，它同原料的種類、濕度、切料的長度3m以及凈化方式、效果等多種因素有關，其值查閱相關的手冊；ε ——傾斜輸送系數，考慮到螺旋輸送機傾斜布置時對物料的輸送效果的影響，傾斜輸送系數見表3-1。在實際工作中，通常不考慮物料軸向阻滯的影響，因此物料在料槽內的軸向移動速度 ≈ Sn/60。所以 Q= 由上式可以看出，，螺旋輸1V247DSn?????送機的物料輸送量與 D、 S、 n、 φ 、 λ 、 ε 有關，當物料輸送量 Q 確定后，可以調整螺旋外徑 D、螺距 S、螺旋轉速 n 和填充系數 φ 四個參數來滿足 Q 的要求。根據原始數據可以算得螺旋輸送機的輸送量為0.4t/h。表3-1 傾斜輸送系數傾斜角度/ °0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90傾斜輸送系數 ε1 0.97 0.94 0.92 0.88 0.82 0.76 0.70 0.64 0.58 0.52 0.46- 13 -填充系數φ0.5 0.46 0.46 0.42 0.40 0.38 0.36 0.35 0.35 0.32 0.32 0.30表3-2 物料綜合特性系數物料的塊度 物料的磨琢性 舉例 填充系數 φ K 值 A 值粉狀 半磨琢性 石灰 0.3～0.4 0.0415 75粉狀 磨琢性 硫鐵礦粉 0.25～0.3 0.0565 35粉狀 無磨琢性 鋸木屑 0.25～0.35 0.0490 50粉狀 磨琢性 爐渣粒 0.25～0.3 0.0600 30小塊狀 a60 mm 半磨琢性 塊煤 0.2～0.25 0.0600 30大塊狀 a60 mm 磨琢性 硫鐵礦石 0.125～0.2 0.0795 153.1.2 螺旋葉片直徑螺旋葉片直徑是螺旋輸送機的重要參數，直接關系到輸送機的生產量和結構尺寸。一般根據螺旋輸送機生產能力、輸送物料類型、結構和布置形式確定螺旋葉片直徑。設 S= D， 為螺旋螺距與直徑的比例系數，一般取1K=0.8，則1K52147QAD?????- 14 -52147QDKA????????????令 則52147KA???????52????????式中 K——物料綜合特性系數。物料綜合特性系數為經驗數值。一般說來，根據物料性質，可將物料分成4 類。第1 類為流動性好、較輕且無磨琢性的物料；第2 類為無磨琢性但流動性較第1 類差的物料；第3 類為粒度尺寸及流動性同第2 類接近，但磨琢性較大的物料；第4 類為流動性差且磨琢強烈的物料。各種物料的 K值見表3-2。查表3-2取K為0.0415， 為0.52t/ ,給料螺旋的傾斜輸送系數 為1、填?3m?充系數 為0.5，計量螺旋的傾斜輸送系數 為0.46、填充系數 為1.代入公式???可得到給料螺旋葉片直徑為193.4mm，圓整為200mm; 計量螺旋葉片直徑為161mm,圓整為160mm。3.1.3 螺旋軸轉速圖 3-1 螺旋面上速度的變化曲線螺旋軸的轉速對輸送量有較大的影響。一般說來，螺旋軸轉速加快，輸送- 15 -機的生產能力提高，轉速過小則使輸送機的輸送量下降。但轉速也不宜過高，因為當轉速超過一定的極限值時，物料會因為離心力過大而向外拋，以致無法輸送。所以還需要對轉速 n 進行一定的限定，不能超過某一極限值。當位于螺旋外徑處的物料顆粒不產生垂直于輸送方向的徑向運動時，則它所受慣性離心力的最大值與其自身重力之間應有如下關系： 2maxrg??即 2 π r/60 ≤n考慮到不同的輸送物料的影響則 ≤ Kax30r?r所以 m2gD??式中 K——物料的綜合系數，見表3-2 ；g—— 重力加速度(m/ ) ；2s—— 螺旋的最大轉速，即臨界轉速(r/min)。maxn令 ，則得到常見的經驗公式：30Ag??= maxnA式中 A——物料的綜合特性系數；D——螺旋葉片直徑。查表 3-2,A 可取 75,由上節(jié)的計算知給料螺旋的葉片直徑為 200mm，計量螺旋葉片直徑為 160mm。代入數據可得到給料螺旋軸最大轉速 =167.7 maxnr/min，計量螺旋軸最大轉速 =187.5r/min。maxn因此，螺旋輸送機的螺旋轉速應根據物料輸送量、螺旋直徑和物料的特性而定，在滿足輸送量要求的前提下，螺旋轉速不宜過高，更不允許超過它的臨界轉速，即：n ≤ max式中 n——螺旋的實際轉速(r/min)。圓整為下列轉速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190 。故取螺旋轉速為n=150inr。minr- 16 -3.1.4 螺距螺距不僅決定著螺旋的升角，還決定著在一定填充系數下物料運行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。輸送量 Q 和直徑 D 一定時，螺距改變，物料運動的滑移面隨著改變，這將導致物料運動速度分布的變化。通常螺距應滿足下列兩個條件：即考慮螺旋面與物料的摩擦關系以及速度各分量間的適當分布關系兩個條件，來確定最合理的螺距尺寸。物料顆粒 M 所受螺旋面在軸向的作用力 Pt 為Pt=Pcos(α +β ) ≈ Pcos(α +ρ )為使 Pt0，必須滿足 α ， 整理可得：1V2V12fSd????當 f 取0.3， S=(0.8～1) D 時， d ≥ (0.47～0.59) D；當f 值增加時， d/D 值還要增加。為保證足夠有效的輸送截面從而保證輸送能力，就得加大結構，使得輸送機結構粗大笨重，成本增加。所以，螺旋軸徑與螺距的關系應是輸送功能與結構的關系，在滿足輸送要求的前提下盡可能使結構緊湊。由于螺旋輸送機的填充系數較低，只要保證靠近葉片外側的物料具有較大的軸向速度，且軸向速度大于圓周速度即可。- 18 -一般軸徑計算公式為：d =(0.15～0.25) D 對于給料螺旋軸徑的計算，系數取0.16可得軸徑為32mm,計量螺旋軸徑系數取0.18后圓整為30mm.3.1.6 傾斜角度螺旋輸送機的傾斜角度對于螺旋輸送機輸送過程的生產率和功率消耗都有影響，一般它是以一個影響系數的形式來體現的，傾斜輸送系數見表1。螺旋輸送機輸送能力將隨著傾斜角度的增加而迅速降低，同時，螺旋輸送機布置時傾斜角度也將影響物料的輸送效果。另外傾斜角度的大小還會影響填充系數，其對填充系數的影響如表1。傾斜角度越大，允許的填充系數越小，螺旋輸送機的輸送能力越低。因此，在滿足使用條件的前提下，螺旋輸送機盡量避免傾斜布置，最好采用水平布置；若工藝需要采用傾斜布置，為了提高輸送效率，傾斜角度也不宜太大，一般傾斜角度 γ =10～20°。若一級不能滿足要求，可采用多級傾斜布置，以減少損耗。3.1.7 傳動功率螺旋輸送機的驅動功率，是用于克服物料輸送過程中的各種阻力消耗的能量，主要包括以下幾個部分：1、使被運物料提升高度 H( 水平或傾斜) 所需的能量；2、被運物料對料槽壁和螺旋面的摩擦引起的能量消耗；3、物料內部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗；4、物料沿料槽運動造成在止推軸承處摩擦引起的能量消耗；5、中間軸承和末端軸承處摩擦引起的能量消耗。從另外的角度，也可以這樣分：物料與料槽間摩擦消耗的功率；物料與螺旋葉片間摩擦消耗的功率；軸承處摩擦消耗的功率；提升物料及物料顆粒間相互運動消耗的功率。這樣，螺旋輸送機的電動機驅動功率，就由機構運動過程中所產生的阻力來決定。阻力主要由以下幾個部分組成：1、物料與料槽之間的摩擦阻力；2、物料對螺旋的摩擦阻力；3、物料傾斜向上輸送時的阻力；- 19 -4、物料懸掛軸承下的堆積阻力；5、物料被攪拌所產生的阻力；6、軸承的摩擦阻力。在計算功率的時候，為簡便起見，可以總結螺旋輸送機功率為以下幾個主要部分。即總的軸功率 P 應包括物料運行需要功率 ，空載運轉所需功率 ，1P2P以及由于傾斜引起的附加功率 三個部分，并且3=QLμ /367；1P=DL/20；2=QHsinβ /367；3所以 P= + +123=QLμ /367+DL/20+QHsinβ /367 式中 P——螺旋輸送機的驅動功率(kW)；Q——輸送量 (t/h)；L——輸送距離(m)；H——傾斜高度(m)；D——螺旋外徑(m)；μ ——物料運行阻力系數。表3-3 物料運行阻力系數物料 物料運行阻力系數糧食，谷物，鋸木屑，面粉 1.2棉子，麥芽，糖塊，石灰粉 1.5純堿，塊煤，食鹽 2.5卵石，砂，水泥，焦碳 3.2爐灰，石灰，砂糖，礦砂 4.0- 20 -電動機驅動功率為：PN???式中 ξ —— 表示功率儲備系數，一般取為1.2～1.4 ；η ——電動機傳動效率， η ≤0.9，一般為了方便取0.9 計算。對于給料螺旋，查表3-3取μ為1.2，代入Q=0.4t/h,L=0.6m,H=0,D=0.2m，ξ =1.3，η =0.9可以得到電動機驅動功率N=9.04W；同理對于計量螺旋，代入Q=0.4t/h,L=0.4m,H=0.4,D=0.16m，ξ =1.3，η =0.9可以得到電動機驅動功率N=6W.3.2 電機的選擇驅動機構是各種機械的重要組成部分。包裝機械屬于功率較小的機械，另外，螺旋給料機械的轉速低，螺旋計量機械需要精確定位，根據工作條件：室內常溫、少量灰塵，啟動頻繁，故選擇步進電機作為驅動機構。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)執(zhí)行元件。在非超載情況下，電機的轉速、停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數目。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性誤差而無累計誤差的特點，使其在速度、定位等控制領域應用得非常廣泛。本設計將采用步進電機。因為它具有結構簡單、運行可靠、使用維修方便、調速性好、能精確定位、反應快速、穩(wěn)定性好等特點。 PT??式中 P——螺旋軸所需電動機驅動功率（ w）——螺旋軸轉動角速度（rad/s）?表 3-4 電機參數表電機型號 相數步距角（。 ）相電流（A）保持轉矩(Nm)轉動慣量（）2gcm?重量（Kg）56BYG250B 20.9/1.8 2.4 0.65 180 0.48- 21 --0241 2由上一節(jié)計算知給料螺旋軸所需電動機驅動功率為 9.04w,螺旋軸轉動角速度為 15.7rad/s,代入公式可以得到所需步進電機的力矩為 0.58Nm；同理計量螺旋軸所需步進電機的力矩為 0.38Nm。由此給料螺旋軸和計量螺旋軸的驅動電機均選擇森創(chuàng)步進電機，其相關參數如表 3-4 所示。3.3 軸承的設計與選擇3.3.1 軸承選擇的原則在選軸承方面，我們一般根據以下幾個方面的因素來選擇軸承類型。1、軸承所受載荷的大小和方向軸承所受載荷的大小、方向和性質是選擇軸承類型的主要依據。當軸承承受大載荷時，應優(yōu)先選用滾子軸承；承受小載荷時應優(yōu)先選用球軸承。當承受徑向載荷時，一般選用向心軸承；當承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承；當既承受徑向又承受不大軸向載荷時，可選用深溝球軸承或接觸角不大的向心推力軸承；當既承受徑向載荷又承受較大的軸向載荷時，可選用接觸角較大的向心推力軸承，也可選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結構。2、軸承的傳遞球軸承比滾子軸承有較高的極限速度，故高速時應優(yōu)先選用球軸承。因為超輕、特輕、輕系列的軸承外徑尺寸相對較小，離心慣性力小，故適于高速時選用；而重系列及特重系列的軸承只適于低速時選用。推力軸承的極限轉速較低，故只適用低速。除此之外，保持架的材料和結構對軸承能承受的轉速也有較低的影響，實體保持架所能承受的轉速要高些。3、軸承中心線當軸的中心線與軸承中心線不重合或軸的彎曲變形大時,應采用由一定調心能力的調心軸承。如 10000、20000 型等。4、裝拆方便當軸承座沒有剖分面而必須沿軸線安裝和拆卸軸承部件時,可優(yōu)先選用內、外圈可分離的軸承。如 N0000、30000 型等。5、經濟性經濟性公差等級越高，軸承越貴，所以選用高公差等級軸承必須慎重。- 22 -3.3.2 軸承的選用與配合1、軸承的選擇綜合設計要求，考慮到給料螺旋機構主要承受徑向載荷，選擇軸承為角接觸球軸承（7305B 型）GB/T292-2007。對于計量螺旋機構來說，其正常工作是對徑向軸向的位移要求較高，由于其主要承受軸向力且螺旋安置的方式為豎直的，故選擇軸承為圓錐滾子軸承（32306 型）GB/T297-1994。2、軸承的尺寸（1）給料螺旋軸上的軸承軸承類型：角接觸球軸承 軸承內徑：25mm軸承外徑：62mm 軸承寬度：17mm基本額定載荷： =26.2kNrC=15.2kN0（2）計量螺旋軸上的軸承軸承類型：圓錐滾子軸承 軸承內徑：30mm軸承外徑：72mm 軸承寬度：27mm基本額定載荷： =81.5kNrC=96.5kN03.3.3 軸承的校核對于給料螺旋軸其主要受徑向力，軸向力很小，所選軸承基本額定動載荷=26.2kN，基本額定靜載荷 =15.2kN。對于球軸承：rC0C＝ N21211NVrF?? 45792.68.32??N479547902?- 23 -圖 3-2 軸承受力分析圖計算軸承的派生軸向力： rdeF?195.0270Ca?d1 Nr 841???eF2 6.4.29571??da所以軸承 1 被擠壓，軸承 2 被放松。N.06.49??Fd.52?era?7.1r ?186.0492對軸承 1 ＝0.44 ＝1.12XY對軸承 2 ?2??arpFf???- 24 -??Np 8.64517.2.4579.01?????N182p?按軸承 2 受力大小分析并驗算軸承壽命：軸承預計壽命 hLh3600?????????261pcnLh ????????35.7198. 02hL?軸承壽命符合要求。計量螺旋軸兩端軸承主要承受軸向力，其校核計算照此符合要求。3.4 聯軸器的選擇本次驅動裝置的設計中，較多的采用聯軸器，這里對其做簡單介紹。聯軸器是機械傳動中常用的部件。它用來把兩軸聯接在一起，機器運轉時兩軸不能分離；只有在機器停車并將聯接拆開后，兩軸才能分離。聯軸器所聯接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而是存在著某種程度的相對位移。這就要求設計聯軸器時，要從結構上采取各種不同的措施，使之具有適應一定范圍的相對位移的性能。根據對各種相對位移有無補償能力（即能否在發(fā)生相對位移條件下保持聯接的功能） ，聯軸器可分為剛性聯軸器（無補償能力）和撓性聯軸器（有補償能力）兩大類。撓性聯軸器又可按是否具有彈性元件分為無彈性元件的撓性聯軸器和有彈性元件的撓性聯軸器兩個類別。剛性聯軸器有套筒式、夾殼式和凸緣式等。凸緣聯軸器是把兩個帶有凸緣的半聯軸器聯成一體，以傳遞運動和轉矩。凸緣聯軸器的材料可用灰鑄鐵或碳鋼，重載時或圓周速度大于 30m/s 時應用鑄鋼或碳鋼。由于凸緣聯軸器屬于剛性聯軸器，對所聯兩軸的相對位移缺乏補償能力，故對兩軸對中性的要求很高。當兩軸有相對位移存在時，就會在機件內引起附加載荷，使工作情況惡化，這是它的主要缺點。但由于構造簡單、成本低、可傳遞較大轉矩，故當轉速低、無沖擊、軸的剛性大、對中性較好時亦常采用。鑒于凸緣聯軸器的這些特點，選用其連接給料螺旋機構和電機。撓性聯軸器主要包括無彈性元件的撓性聯軸器、有彈性元件的撓性聯軸器。無彈性元件的聯軸器因具有撓性，故可補償兩軸的相對位移。但因無彈性元件，- 25 -故不能緩沖減振。常用的有十字滑塊聯軸器、滑塊聯軸器、十字軸式萬向聯軸器、齒式聯軸器、滾子鏈聯軸器。有彈性元件的撓性聯軸器因裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲存的能量愈多，則聯軸器的緩沖能力愈強；彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時零件間的摩擦功愈大，則聯軸器的減振能力愈好。常用的梅花形彈性聯軸器、彈性柱銷聯軸器、彈性套柱銷聯軸器。彈性套柱銷聯軸器的構造與凸緣聯軸器相似，只是套有彈性套的柱銷代替了聯接螺栓。因為通過蛹狀的彈性套傳遞轉矩，故可緩沖減振。這種聯軸器制造容易，裝拆方便，成本較低，但彈性套易磨損，壽命較短。他適用于聯接載荷平穩(wěn)、需正反轉或起動頻繁的傳遞中小轉矩的軸。綜合考慮選擇彈性套柱銷聯軸器應用于計量螺旋端部軸的連接。根據本次設計需要所選用的聯軸器如表 3-5 所示：表 3-5 聯軸器參數聯軸器類型 型號 公稱扭矩TN（ N?m）許用轉速[n] r/min 轉動慣量2mkg?重量 kg凸緣聯軸器 GYH2 63 10000 0.0015 1.72彈性套柱銷聯軸器 LT3 31.5 4700 0.0025 2.203.5 螺旋機體的安裝及使用螺旋機構安裝的正確性是以后使用情況良好的先決條件之一，其在使用地點的安裝必須妥善地進行，并滿足技術條件的要求。1．螺旋機安裝基礎至少應在螺旋機正式安裝以前 20 天澆灌完成,該基礎應能可靠地支承輸送機并保證不同地基過小而發(fā)生螺旋機下沉和額外的變化,保證螺旋機在運轉時具有足夠穩(wěn)定性。2．螺旋機在安裝以前必須將那些在運輸中或卸箱時粘上的塵垢的機件加以清洗3．相鄰機殼法蘭應連接平整、密合，機殼內表面接頭處錯位偏差不超過2mm。4．螺旋體外徑與機殼間的間隙應符合表 3－6 規(guī)定，最小間隙不得少于表中規(guī)定數值的 60%，需要大間隙，按用戶要求制作。