0单轴面筋脱水机论文解析

福建工程学院毕业设计（论文）1Fujian University of Technology本科生毕业论文单轴面筋脱水机结构设计院 系：机械与汽车工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：_ 陈泽熹_学 号：3130111209扌旨导教师：_ 刘斌彬_二一五年六月福建工程学院本科毕业设计（论文）作者承诺保证书福建工程学院毕业设计（论文）2本人郑重承诺： 本篇毕业设计（论文）的内容真实、可靠。如 果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。学生签名：年 月 日福建工程学院本科毕业设计（论文）指导教师承诺保证书本人郑重承诺：我已按有关规定对本篇毕业设计（论文）的选题与 内容进行了指导和审核，且提交的毕业设计（论文）终稿与上传至“大 学生论文管理系统”检测的电子文档相吻合，未发现弄虚作假、抄袭 的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。指导教师签名：年 月 日目录摘要.51 引言.71.1 选题背景. 71.2 毕业设计的目的.71.3 毕业设计的任务 .82 单轴面筋脱水机结构设计.92.1 单轴面筋脱水机的工作原理 .92.2 面筋脱水机的类型.9福建工程学院毕业设计（论文）32.3 单轴面筋脱水机的结构简图. 113 脱水环节设计 .113.1 螺旋叶片参数的确定 .113.1.1 螺旋叶片选型.113.1.2 螺旋叶片直径的确定 .113.1.3 螺旋输送机的极限转速的确定 . 143.1.4 验算生产率及充填系数 书.153.1.5 螺旋轴轴径初选 .163.1.6 实体式螺旋叶片的展开尺寸 . 163.1.7 螺旋面厚度S取值.173.1.8 螺旋升角的计算.173.1.9 压缩比的计算.183.1.10 空余体积的计算.193.1.11 锥形螺旋轴螺距数目与锥度的确定 .193.1.12 自创 proe 测绘法定 6 个变螺距.203.2 螺旋轴参数的确定 . 233.2.1 驱动轴所需功率计算.233.2.2 螺旋轴材料的选择.233.2.3 螺旋轴轴径选择.243.2.4 绞龙螺旋轴的受力分析 .253.3 螺旋轴的强度校核 . 263.3.1 由扭矩 T 产生的剪应力. 263.3.2 由轴向力产生的压缩应力.263.3.3 由螺旋轴自重 G 产生的弯曲应力 .273.3.4 螺旋轴的合成应力Z.283.4 自创进料口计算.294 轴承的选择及校核计算.304.1 轴承的选择.304.2 轴承的组合结构设计.304.3 轴承的润滑与密封.324.4 轴承的校核计算. 324.4.1 寿命计算.324.4.2 静载荷计算.334.4.3 许用转速验算. 345 减速环节的设计.355.1 电动机的选择.355.2 所要设计减速器示意图 .365.3 减速器设计计算.365.3.1 电动机部分.365.3.2 传动比的分配.365.3.3 计算各轴转速.365.3.4 计算各轴功率.37福建工程学院毕业设计（论文）45.3.5 计算各轴转矩.375.4 带轮的传动设计.375.4.1 确定计算功率 Pc.375.4.2 选取 V 带型号.375.4.3 确定带轮基准直径 ddl, dd2.375.4.4 验算带速 V.375.4.5 确定 V 带的基准长度和传动中心距 .375.4.6 验算主动轮上包角a1.375.4.7 确定 V 带的根数 z.385.4.8 计算 V 带合适初拉力 F0 及作用在带轮轴上的压力 FQ.385.4.9 确定带轮结构类型. 385.4.10 确定主动轮结构尺寸 . 385.5 齿轮传动设计计算.395.5.1 选择齿轮材料及精度等级.395.5.2 按齿轮抗弯强度设计.405.5.3 验算齿面接触强度. 405.5.4 验算精度.405.5.5 小齿轮的结构设计 .405.5.6 齿廓图. 415.6 主动轴的设计计算. 425.6.1 选择轴的材料，确定许用应力 .425.6.2 按抗扭强度计算轴的直径.425.6.3 齿轮上作用力的计算 .425.6.4 画轴的草图.425.6.5 画出轴的受力图 . 425.6.6 水平支反力，画出水平面弯矩图.435.6.7 计算垂直面支反力，画垂直弯矩图 .435.6.8 画合成弯矩图.435.6.9 画转矩图.435.6.10 计算当量弯矩.445.6.11 校核强度.445.7 单轴面筋脱水机结构总装图.45总结.46致谢语.46参考文献.47制造业发展中的脱水机摘 要：随着国内外市场对谷朊粉需求量的增加，人民生活质量的提高，越来越多的人对小麦制品有了更多的要求，从而推动了机械制造行业的发展。好的机械设备将生产出好的福建工程学院毕业设计（论文）5产品。而好的单轴面筋脱水机将为后续的干燥造粒节约大半的时间。高效的生产恰恰符合了人们快的生活节奏。从三维软件PROEWildfire 的使用到二维 CAD 的运用，从机械设计基础到机械制图，制造业与机械这些学科的关联日益密切，正因此孕育出了各种脱水机的设计理念与图纸。从最初的电机、联轴器、支承、绞龙及其壳体方案的确立，到加进变速环节，即 带轮传动与齿轮传动后普适脱水机的诞生，无不给人们的生活带来了很多便利。传统的面筋脱水机一般是在一根轴上安装几片浆叶，按主轴的安装形式， 可分为立式和卧式两种，立式脱水机机对面筋的拉伸作用较强，适应于调制韧性面团，卧式脱水机对面筋的拉伸作用较弱。适用于调制酥性面团。而卧式面筋脱水机主要是指绞龙壳体轴线与绞龙回转轴线都处于水平 位置，它的特点是，结构简单，制造成本低，卸料清洗方便，所以在食品加工中，如面筋、 饼干、糕点及一些饮食行业的面食中得到了广泛的应用。关键字：面筋、脱水机、变速环节、卧式福建工程学院毕业设计（论文）6DEWATERING MACHINE CHINE IN THE DEVELOPMENT OFMANUFACTURING INDUSTR YAbstract:With the in crease of domestic and intern ati onal market dema nd for wheat glute n, theimproveme nt of peoples life quality, more and more people have more request for wheat products, soas to promote the development of the mechanical manufacturing industry. Good mechanical equipment will produce good products. And good glute nmach ine is provided for the subseque ntdrying granulation to save most of the time. Efficient manufacturing is precisely what the people fastrhythm of life. Design process with the aid of the topic, I review previously learned kno wledge, aga infrom the 3 d software Wildfire use to the use of 2 d CAD, from mecha ni cal desig n basis to the mechani cal draw ing, the fusion of the discipli ne mon ths fin ally made as see n below gluten machine of thistype. It is from the original motor, coupling, bearing, twisted dragon and the establishment of housingscheme, the teacher guidanee, in variable speed link, n amely the pulley tran smissi on and gear transmissi on after forming in the end. Traditi onal glute n dehydrator are typically in stalled on a shaft in acouple of the blades, accord ing to the in stallati on of the spin dle form, can be divided into vertical andhoriz on tal two kin ds, vertical dryer mach ine tensile effect of gluten is stronger, adapted to themodulation toughness dough, horizontal machine is provided with weak gluten stretching function.Suitable for modulation cake dough. And horiz on tal glute n dryer mai nly refers to the twisted axisdrago n shell and twisted drago n rotary axis are in a horizontal position, its characteristic is, simplestructure, low manufacture cost, uni oadi ng convenient clea ning, so in the food process ing, such asglute n, cookies, cakes and some of the food in dustry has bee n widely used in the pasta.Key words: single shaft, gluten, DEWATERING machine, variable speed, horizontal, PROE Wildfire福建工程学院毕业设计（论文）71 引言1.1 选题背景小麦中分离出来的高蛋白聚合物-谷朊粉，是在食品、粮食工业、和饲料 等生产制造业领域一种理想的天然添加剂。比如在食品工业的水面筋、油面筋、 古老肉、素鸡、罐头、火腿肠等。其制取工艺可分为 5 个部分，即面筋分离部- 纤维分离部分-淀粉分级- 精制部分- 谷朊粉和淀粉的烘干部分。其中，脱 水机是谷朊粉烘干之前最重要的一环。针对目前国内小麦淀粉和谷朊粉的加工工 艺过程，多采用进口或国内不完善的设备，不是资金昂贵就是设备达不到生产要 求。未能正常地实现淀粉与谷朊粉的现代化生产工艺，造成资金的外流与资源的 浪费。现根据所收集的有关资料设计单轴面筋脱水机这一设备。1.2 毕业设计的目的此课题的设计的主要目的在于让我们懂得综合运用所学的理论知识并将其合理巧妙地应用于专业技能上，这就要求我们了解并掌握机械设计基础， 要具备 较全较新的机械专业知识，改变传统的设计思想与理念，既懂得一般的程序、规 范和方法，也要懂得创新。在设计过程中遇到的问题要及时反馈和查阅相关资料， 对于那些计算的设计过程，更是要保证计算数据的准确，同时也要考虑设计的情 况能否符合实际运用中的要求。本设计对于单轴面筋脱水机结构、 传动方案及主 要机械结构，是对我们这两年来的本科学习的一次综合性检验，又是理论与实际相互结合的一次训练。我已努力通过这一次的毕业设计提升了自己各方面能力， 而且能够灵活地去查找并运用有关机械手册，并使自己的CAD 制图和 proe 等软件的使用更加的熟练。本论文设计的单轴式变螺距结构脱水机结构主要由电动机、带轮、齿轮、铰龙及其外壳、机架等部分组成。脱水的基本原理该设备采用变速电机做为驱动动 力，结构紧凑，铰龙叶片采用变螺距结构，与铰龙壳体高度双重产生压缩比，推 挤物料前进压缩，由嵌有透孔筛板的渗水壳排出水分，脱水后的物料经出料口落 料。渗水壁壳及筛板采用对开式螺栓紧固结构， 便于维护拆装。进料口及渗水壁 下部均设有引流壳体。在挤压过程中物料体积逐段缩小， 充分排出积水，形成松 散、低含水量的理福建工程学院毕业设计（论文）8想状态。为下一步的干燥造粒打下基础。1.3 毕业设计的任务设计内容：1）、拟定合理的设计方案；2）、完成该装置的主体结构设计；3）、对主要零部件进行强度分析； 提交材料要求：1）、设计说明书 1 份（不少于 8000 字）；2）、非标零件图纸若干；3）、装配图 1 张；4）、根据英文参考文献完成英文翻译一份；福建工程学院毕业设计（论文）92 单轴面筋脱水机结构设计2.1 单轴面筋脱水机的工作原理单轴面筋脱水机是利用螺旋轴在固定的圆筒形滤鼓（斜槽）内旋转，使湿面 筋在滤鼓内轴向推进中受挤压而脱水、 浓缩。螺旋轴是脱水环节中主要的工作机 构。其在与面筋的摩擦力及各种阻力下工作，主要失效形式表现为为磨损，。若设 计不当,容易因强度不够而破坏的。螺旋轴设计计算时，要根据面筋脱水机的生产 能力和所处的工作环境来选择材料和结构，并进一步确定螺旋叶片大径与轴径、压缩比、螺距等系列参数，最后还要进行部分危险截面与构件的受力分析和强度 校核。螺旋轴的根据其实现的作用的不同可以分为输送段、压缩段和出料段（以下设计简化为出料口）三个区段。其中，输送段起到计量和喂料的作用，它的设计确定了给料的能力。起先湿面筋从进料口以一定的供料量由泵打入， 到达机内的 滤鼓和螺旋轴之间的间隙处，然后湿面筋被输送段强行推进到压缩段，压缩段的 长度较长，此段设计成定外径、变根径和变螺距的结构，因此压缩段起到输送、压 缩物料进行脱水的作用。物料再向前进入出料段，物料在出料段进一步受到均匀 压缩,最后将料定压、定量地由出口挤出。出料段由装料小车在下方接脱水后的 面筋，由人工或自动感应重量装置进行自动装料并在控制程序的作用下，实现装料，位移，卸料的循环过程。2.2 面筋脱水机的类型面筋脱水机根据螺旋轴的有无可以分为有轴螺旋脱水机和无轴螺旋脱水机 两种。有轴螺旋脱水机由 U 型斜槽，盖板，螺旋杆，进、出料口以及驱动装置六 大块组成。而无轴脱水机是在 U 型槽内装置可换衬体，并将螺旋杆改为无轴螺旋 而制成的，结构相对比较简单。 无轴螺旋脱水机与传统有轴螺旋脱水机相比,转 距大，能耗低，排料口不堵塞，环保性能好。与有轴螺旋输送机相比，重量和成 本都会减少不少。但对于压缩性的面筋来讲，它易变形，变螺距与压缩比的缺点 是不可变力。故 通常，我们所说的面筋脱水机都是指有轴的脱水机而根据其输送挤压物料安装形式的不同，又可以分为倾斜式（2-2-1 ）、垂福建工程学院毕业设计（论文）10直式（2-2-2 ）和水平式（2-2-3 ）三种类型其中，倾斜式脱水机由于面筋与水的分离部分设计需要严格的密封性，且由于对称性较差，不但设计麻烦，且容易造成人工误差，故在实际中很少采用；而 垂直式脱水机，现多采用离心的原理，在加料环节，容易因为加料不均匀，而因 偏重造成机器振动过大，不易用于连续作业的面筋脱水。本论文设计的单轴面筋 脱水机属于水平式的脱水机，常被称作卧式或普通的脱水机，其倾角为0，它是最具代表性的一种脱水机，其结构也是所有螺旋输送机结构的基础。 其中的压 缩段，常用的有等距变深螺旋，等深变螺距螺旋，和变深变距螺旋三种类型。其 中，等距变深螺旋是从压缩段起始第一个螺旋到最后一个螺旋间，螺旋轴呈现锥度变化,这种形式不仅加工方便，还能使螺旋面具有一定的光洁度；等深变螺距是 指螺旋轴压缩段直径不变，螺距压缩段第一个螺距开始至压缩段末端是从宽逐渐图（2-2-2 ）垂直式福建工程学院毕业设计（论文）11变窄。该形式在轴径较大时，会因出口端面筋层太厚，易造成内外干度不均匀。变 深变距螺旋是前面二者的结合体，故其具有前两种螺旋轴的特点，虽然加工比较麻烦，但可以获得比只收敛螺距或减小螺槽深度具有更大优点。本论文设计即采 用这种形式的螺旋。2.3 单轴面筋脱水机的结构简图单轴面筋脱水机由脱水环节、 支承环节、 驱动环节和减速环节这四个大环节 组成，其中脱水环节是整个设计的重点。由于对于机械，简单实用是它的优点，而且越简单，出错的可能性就越小，故本次单轴面筋脱水机的结构简图如图（2-3） 所示：图（2-3）单轴面筋脱水机的结构简图1脱水环节徴9旋盖式福建工程学院毕业设计（论文）123 脱水环节设计3.1 螺旋叶片参数的确定3.1.1 螺旋叶片选型脱水机绞龙部分的螺旋是输送与挤压共有的基本构件。其分类与选用如表（3-1-1）：表 3-1-1 螺旋叶片分类按旋向右旋（普通的形式）左旋按线型单线双线三线等实际生产中一般较常使用较少使用，只在卸车机中用。按输送挤压物料的种类实体带式叶片式齿形1a耳IT用于粉状物料或流动性好的干燥小颗粒物料用于块状的或粘滞性的物料用于压缩性的物料而对于挤压面筋，最常用的是实体式的螺旋叶片，其又被称作全 叶式的螺旋。这里设计的绞龙螺旋部分，便采用实体式。3.1.2 螺旋叶片直径的确定由于， 湿面筋具有一定的粘性， 所以其螺旋直径可初步按下式计算:(3.1)福建工程学院毕业设计（论文）13式中二一输送能力，t/h ；福建工程学院毕业设计（论文）14K 物料特性系数，常用物料的 K 值见非标准机械设备设计 手册表 3-1-2 ；填充系数，见表 3-1-2；-物料的堆积比重（t/m3）；C倾斜系数，见表 3-1-3；表 3-1-2 螺旋形状应用举例物料块度螺旋形式填充系数2特性系数 K综合系数 A面团状全叶式、带式的0.200.400.071020表 3-1-3 螺旋输送机倾斜修正系数 C倾斜角30 5 10 1530t/h 符合生产要求。综上所述，我们可以得到螺旋轴叶片直径 D=500mm0.5m）,螺距 S=400mm螺旋轴转速 n=30r/min （亦即 0.5s/min ）。3.1.5 螺旋轴轴径初选d=（0.20.35）D 取 d= （0.2 +0.35 ） D/2=0.55X500 2 =137.5mmd 值取整为 140mm3.1.6 实体式螺旋叶片的展开尺寸(3.5 )nS60m/s(3.6)止福建工程学院毕业设计（论文）18图（3-1-6 ）实体式/全叶式螺旋叶片的展开图福建工程学院毕业设计（论文）19全叶式叶片下料钢板圆周的大小，可用如下方法确定：L=+S5）（ 3.7）（m）（ 3.8）代入数值，得L= * （0.5 二）2+0.42=1.621m22=* （ 0.14 二）+0.4 =0.595m又 di=- - - (D-d )vl -VlD-d)（3.10）式中：螺旋面展开图圆环内径， mDL螺旋面展开图圆环外径，m代入数值，得 di=_0.595(0.5-0.14) =0.553mJ1.621 -70.595D=-1.62!(0.5-0.14) =0.913m4621 - 0.595要对钢板圆周进行下料，首先要分析 DL 和 d 的大小，然后再依照展开圆环 切除部分的周心角a切开，最后再冲压使其成为单个的叶片。兀DLL0 913兀一1 621a的大小为：二L360=哼 360=156.55HDL0.913 兀3.1.7 螺旋面厚度S取值厚 48mm 勺薄钢板经冲压而成型为螺旋轴的叶片，接着焊接到螺旋轴上，且 在相互之间也逐一焊接。对输送磨损性大和粘性大的物料，螺旋面用扁钢轧成或 用铸铁铸成。直径 D500mr 为偏大值，物料为柔性，故螺旋面厚度S取 8mm螺旋的叶片一般那是做成标准形式的，即螺旋面的母线是一垂直于螺旋轴线的直线。螺距 h 一定时，在同一螺旋面上各点的螺旋角明显是不一样的，因为其螺旋外径 D 远大于其内径 do3.1.8 螺旋升角的计算：(3.9 )DL=福建工程学院毕业设计（论文）20螺旋升角可以根据螺纹升角公式计算出来：福建工程学院毕业设计（论文）21:：ret：n（3.11 ）江 d在计算螺旋内升角时，d 等于螺旋轴直径 d ;当计算螺旋外升角时，d 等于 螺旋直径 D，而计算螺旋叶片中间的升角时，d 则等于。2所以，可以计算出螺旋叶片的内升角为：0.4用内-匚 ret：n=42.29n 0.14螺旋叶片的外升角为：A0.4:-外=：rct、m=14.29螺旋叶片中间处的螺旋升角为:中V：.（O.5O.I4）/2=21.7。3.1.9 压缩比的计算压缩比是螺旋轴进料处第一导程与最后一个导程的空余体积比，脱水机理论压缩比公式：雹；(3.12 )Vn式中：VI第一个导程空余体积，Vn 最后一个导程空余体积。因为湿面筋的含水量一般为 38%r70%而脱水后面筋极限含水量理论值为14%亦即脱水率分别为 24%56%则设所需设计的压缩比为 x: 1y: 1。有: 7=24% 山=56%xy1 1解得：x=-=1.316，y=- =2.273。故所设计的压缩比；可整合为：；=2.3 :0.760.441。用 proe 螺旋扫描的方法，绘制，得到轴径为 140mm 螺旋叶片直径为 500mm 螺距为 400mm 勺输送端的一部分如下：福建工程学院毕业设计（论文）22图（3-1-9 ）螺旋叶片图（3-1-10 ）螺旋叶片（消隐）福建工程学院毕业设计（论文）233.1.10 空余体积的计算由空余体积计算公式：V+6也-6叫+d；-龙）（3.13）式中：Sn螺距，S叶片厚度；D2大端螺旋轴叶片直径（500mm, D大端轴直径；di小端轴直径，d2小端叶片直径（500mm。可算得螺旋轴进料处第一导程空余体积Vi= ：(400-8)(5002-1402+500 500-140 140+5002-1402)=70934648.84mm3= 1270.93(dm3)验算：自创法测等螺距输送端第一导程空余体积：利用proe 软件，在轴端绘制底径为 500mn 高 100mm 的圆柱，测其体积（分析-测量-体积）。将其高变成 500mm由 119103457-48168809=70934648mm3=70.93(dm 说明公式与自创法合理,可采用。故 V 仁 70.93dm3 3.1.11 锥形螺旋轴螺距数目与锥度的确定在螺旋辊直径和压缩比一定的条件下，螺距数多，压缩段长，即长径比大，结果增加物料在压缩段内停留时间，使湿面筋逐步压缩和逐渐排出水。同时对面筋送进量波动的缓冲能力增加。但是长径比太大会使面筋产生过压打滑，内摩擦力增加引起末端阻力增大，使电耗增加，而且使面筋发热，甚至过干引起堵塞。因此长径 比（增加一个螺距） 的圆柱时， 再测其体积二者的体积变化量即为求。图如下:图（3-1-11 ）拉伸前图（3-1-12 ）拉伸后模型体穆福建工程学院毕业设计（论文）24不能太大，但太短又容易跑料。锥形螺旋轴的长径比一般为 45,螺距的数目为 67 个。又因为所要设计的面筋脱水机的压缩比较小， 为 2.3,故压缩段选用螺 距数目为 6。（为了传输与压缩的平稳，螺旋轴锥度选用 1:25。）3.1.12 自创 proe 测绘法定 6 个变螺距因为压缩比；=2.3 : 1,Vi=70.93dm3，为了传输与压缩的平稳，各压缩段内；相对于V1的变化应该是等差的。其各不同螺距内体积理论变化值如下表：表 3-1-12各螺距内体积理论变化值VnV1V2V3V4V5V6V7体积值 170.9358.2849.4642.9637.9734.0230.81体积变化12.658.826.54.993.953.211:11.217:11.434:11.651:11.868:12.085:12.302:1名变化0.2170.2170.2170.2170.2170.217V2段螺距选择与 V2体积变化如下:表 3-1-13第二螺距及相应体积理论变化值螺距选择 S2350340330圆柱高 mm904125490412449041234测得总体积 dm331.1037.2931.1037.1131.1036.93V2(dm3)61.8760.0758.264过程记录：螺距 400mm 的终止长度定为 904mm，故当压缩段螺距选 350mm时，测绘用圆柱高值由 904mm 变为 1254mm，体积由 311020861 变为 372888636，此时 V2=61.87dm3;螺距选择 340mm 时，体积由 311027472 变 为 371094759mm3,此时 V2=60.07dm3;螺距选择 330mm 时，体积由 311033171 变为 369297508，此时V2=58.264dm3。与理论值相近，可采用。故 S2=330mm V3段螺距选择与 V3体积变化如下：表 3-1-14第三螺距及相应体积理论变化值螺距选择 S3300290280286圆柱高 mm12341534123415241234151412341520测得总体积 dm336.93 42.1136.9341.9436.9341.7636.9341.87V3(dm3)51.8350.0948.3449.392871234152136.93 U1.8849.56具体数值组：369269017 , 421102221 ; 369269233 , 419355413 ;369268437 , 417605513 ; 369269038 , 418655826 ; 369269102 , 418830769福建工程学院毕业设计（论文）25由上表可知，当螺距选Sa=286mm 时，V3=49.39 与理论值更接近，可采用。V4段螺距选择与 V4体积变化如下:表 3-1-15第四螺距及相应体积理论变化值螺距选择 S4250251258圆柱高 mm15201 17701520177115201778测得总体积 dm341.8746.0341.8746.0541.87 146.17V4（dm3）41.6541.8243.00具体数值组：418650193, 460299714; 418650906, 460469799; 418655584,461659426 由上表可知， 当螺距选 S=258mn 时， V4=43.00 与理论值接近， 可采 用。 （注：观察螺距栏与体积 U 栏的情况，可以发现 S 从 350 开始每减少一个 毫米，V 从 0.18 渐渐变为 0.17，而且还在逐渐减小，故后期表格中 S 的初选值 可以此为依据，如下面 Ss初选值可约等于 258-V4-V5=258-43.00-37.97=228.41，故选 230）0.170.17V5段螺距选择与 V5体积变化如下:表 3-1-16第五螺距及相应体积理论变化值螺距选择 S5230237236圆柱高 mm177820081778201517782014测得总体积 dm349.8646.1746.1749.9746.17 J49.96V5（dm3）36.9238.0737.91具体数值组：461658987, 498583766; 461667473, 499736523; 461666295,499571956 由上表可知，当螺距选 S=236mn 时，V5=37.91 与理论值更接近，可采用。（S 初选值可约等于 236-空凶=236-（ 37.91-34.02 ） 0.16=211.69 ,0.16故选 212）V6段螺距选择与 V6体积变化如下:福建工程学院毕业设计（论文）26表 3-1-17第六螺距及相应体积理论变化值螺距选择 S6212218220圆柱高 mm201422262014223220142234测得总体积 dm349.9653.2349.9653.3349.9653.36V6（dm3）32.7433.6934.00具体数值组：499562783, 532304195; 499573379, 533260616; 499576815,533579104 由上表可知，当螺距选 S=220mm 寸，V6=34.00 与理论值接近，可采用。（S7初选值可约等于 220-（ V6-V7）0.156=220-（ 34.00-30.81）0.156=199.55，故选 200）V7段螺距选择与V体积变化如下：表 3-1-18 第七螺距及相应体积理论变化值螺距选择 S7200208圆柱高 mm2234243422342442测得总体积 dm353.3656.3253.3653.33V7（dm3）29.6730.88具体数值组：533553949，563222722 ; 533571977，564453449。由上 表可知，当螺距选 S7=208mm 时，V7=30.88 与理论值接近，可采用。综上可得脱水机绞龙螺距 Sn、各导程内空余体积 Vn、各导程内压缩情况； 表 3-1-19螺距及相应空余体积值SnS1S2S3S4S5S6S7螺距400330286258236220208VnV1V2V3V4VsV6V7体积值70.9358.2649.3943.0037.9134.0030.88Z1:11.217:11.436:11.650:11.871:12.086:12.300:1名变化0.2170.2190.2140.2210.2150.214综上，可绘得轴如下图:图（3-1-13 ）光轴福建工程学院毕业设计（论文）27图（3-1-14 ）螺旋轴图（3-1-15 ）螺旋轴（消隐）3.2 螺旋轴参数的确定3.2.1 驱动轴所需功率计算脱水机螺旋轴上所需功率：No=KQ 止 _H）/367（ 3.14）式中：Q输送量，t/h , Q=30t/h ;K 功率备用系数在 2.73.4 之间选取，此处选 3.1 ,（因压缩段功率 变化，有所调整）0物料的阻力系数，由物料的阻力系数表，湿面筋粘性较大，0=5；L 脱水机螺旋部分水平投影长度，L 目前约为 2.7m；H脱水机螺旋部分倾斜布置时，其在垂直平面上投影的高度m 水平布置时 H=0.故 N0=KQ（0L_H） /367=3 30 （5 2.7 _ 0） “ 367=3.42kw又因为额定功率：N =N0一 =3.42 ：一 0.8=4.275kw式中： 一一驱动装置的总效率，一般在 0.8 到 0.9 之间，此处取 0.8 ;综上，可选用 4.3kw 以上的电动机。但考虑脱水机下料的不均匀性，一般选福建工程学院毕业设计(论文)常见的 5kw 型电机。322 螺旋轴材料的选择脱水机绞龙螺旋轴的材料除了要求满足强度和刚度外，还应具备良好的耐磨 性。螺旋轴从结构上大致可以分成铸造、焊接两种。铸造是一般采用铸钢与球墨铸铁这两种拆料。其中的铸钢，像ZG270-500,不仅具有良好的铸造性能而且切削性能也很优异，强度跟塑性都还可以，通常情况下比较大的螺旋脱水机的设计都会优先考虑铸钢。焊接结构是指分别对轴与螺旋叶片进行加工，加工步骤完成后再焊在一 起。它具有加工方便，成本低等特点但由于螺旋叶片厚度通常不改变，在压缩段后 程螺旋叶片磨损不慢，因而对螺旋轴的使用寿命影响较大。焊接结构的材料一般 采用 45 号钢和 40Cr钢。45 号钢的切削加工性能较好,成本较低,而耐磨性和耐 腐蚀性较低。40Cr 钢的强度比 45 号钢高 20%加工后进行表面淬火，其硬度可达 HRc45 ,为提高其耐磨性,压缩段螺旋工作面和出料段表面应喷焊 23mm 厚的 耐磨硬质合金，喷焊后的表面硬度可达HRC52-58;本次设计采用焊接法，材料 为 40Cr，经调制处理3.2.3 螺旋轴轴径选择由 表 3-2-3 查得轴的材料、热处理方法及材料的主要力学性能 为：表 3-2-3 轴的材料性能毛坯直径(mm)硬度(HB)抗拉强度极 限Z( MPa )屈服点ZsMPa弯曲疲劳 极限Z-1MPa扭转疲劳 极限n-1MPa101-300241-286686490343181根据 P291 表 15-2 几种常见材料的n和 A 值公式初步算轴径，由于材料为 40Cr，由表 38.3-2表 3-2-4 轴的材料允许应力轴的材料40Cr41Cr18Ni9Tin/Nmm-2355515-25A97112148-125注：当弯矩相对较小或只受转矩时，n取较大值，A 取较小值； 反之n取较小值，A 取较大值。所以脱水机选取 A=97，n= 45， 则得：24福建工程学院毕业设计（论文）29=973V(3.42 “ 30)=45.04为了减轻机器重量及降低制造成本，螺旋轴可以是实心的或空心的，这里采 用空心轴，因为它在承受相同扭矩的情况下空心材料所用的材料较少， 而且抗扭 能力更好，相互间的连接更为方便。初步设计采取空心轴方式。内、外径比为 1： 1.25。由机械零件设计手册 第 13 章表 3-2-5 空心轴计算系数 b轴内径/轴外径1/41/31/21/1.61/1.41/1.25b0.99610.98770.93750.8470.730.59对于空心轴须将实际传递的功率 P 除以空心轴计算系数 b 后由上式得：d=47.04/0.59=76.34mm；按上式计算的轴径、未考虑键槽对轴强度的影响，若当 d24000h4.4.2 静载荷计算X0, Y0查手册 X0=0.6，Y0=0.5当量静载荷：Por1=XoFr1YoFa1=0.6 1838+0.5 593=1400NPor1= Fr1两者取大值 ；Por2=X0Fr2Y0Fa2=0.6 1079+0.5 233 二 1838NPor2= Fr2两者取大值 ；安全系数 Sb查表得So=2.5计算额定静载荷Cor1-So Rr1Cor1=4598N因为Por1- For2，只计算轴承 1 ,得，C0r1 -C0r14.4.3 许用转速验算载荷分布系数 f1P1. 一=0.064查图得 f11= 116670n6670 連】3=72090h305000 !福建工程学院毕业设计（论文）39Cr135200P2=1295=0.036查图得 f12 =1Cr235200载荷分布系数 f2Fa1 二593=0.032查图得 f21=0.96Fr1183840福建工程学院毕业设计（论文）Fa2一233= 0.22查图得 f22= 1.0Fr21079许用转速：N =f11f21N0=1 0.96 8000=7680NN2=fi2f22No=1 1 8000=8000N均大于许用转速结论：所选用轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。福建工程学院毕业设计（论文）415 减速环节的设计5.1 电动机的选择选择电动机的额定功率要等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求 则不能保证工作机正常工作，或使电动机长期过载发热而过早损坏； 容量大，则 增加成本，并且由于效率和功率因数低而造成浪费。对于市面上常见的卧式脱水 机这种类型，现在普遍都是使用 YCT 系列电磁调整异步电动机，故本设计也采用 它进行驱动和后面减速环节的计算。YCT 系列电磁调整异步电动机有两个滑机械硬性的旋转部分组成。异步电动直接拖动铸钢电枢旋转，内部有励磁线圈的磁极与输出轴相联， 通以直流电流时 产生磁通。由于磁场及感应电流的作用在输出轴上产生转矩。在某一负载时，磁极的励磁电流越大转速越高，其自然机械特性较软，适用于有张力要求的收卷装 置。为得到较硬的机械特性，可把 YCT 电磁调速异步电动机与测速发电机、JD 型控制器相配套，组成闭环控制的交流无级调速装置， 适用于恒转矩或变转矩无 级调速，如带式输送机等摩擦负荷以及纺织、印染、冶金、造纸，也适用于风机 水泵的调速节能。型号含义：Y C T交蛙电机一 电斑调速 -图（5-1-1）电机型号含义因为之前计算得螺旋轴所要的额定功率为4.275kw，所以考虑到功率损失和传动中的效率应该选大些功率的电机。查螺旋运输设计手册，选定电机为型号为：YCT200-4A-5KW 电磁调速电机。它是采用改变励磁电流大小的方 法来调节输出转速的一种调速电机，由全国统一设计的最新产品，具有效率 高，噪音低、振动小、调速范围广、无失控区，具有速度负反馈等优点，功160 - 4 A翻电机功率档机座申心髙福建工程学院毕业设计（论文）42率等级和安装尺寸符合 JB/T7123-93 及 IEC 标准、被国家计经委、财政部、 机电部、中国工商银行联合列为第六界、第七界、第十界节能产品。表 5-1-1 电机的基本参数型号额定功率kW调速范围，r/mi n额定转矩，N. m转速变化率，S%重量，kgYCT200-4A5.5125-125036.13%248图（5-1-2）电机模型图查表得电机轴的相关尺寸参数为：E=80 D=38 F=10; G=335.2 所要设计减速器示意图（设计结果为一级圆柱斜齿轮减速器）5.3.1 电动机部分见选择电机部分，因为电动机型号：YCT200-4An 在 125 到 1250 之间，令:n满载=341r/min5.3.2 传动比的分配因为螺旋轴转速:E C W8_ 料2_福建工程学院毕业设计（论文）43n 螺旋轴=30r/min，故 i总=门满载/n滚筒=11.37，查表取 i=3,则 i齿=11.37/3=3.79，故 i带=3 , i齿=3.79533 计算各轴转速no= n满载=341r/minn= n满载/i带=341/3=113.67r/minn=n 螺旋轴=30r/min5.3.4 计算各轴功率P0= Pd=2.969 kwPi=F0n带=2.969*0.96=2.85kwPn=Pin轴承n齿轮=2.74kw5.3.5 计算各轴转矩To=955O Po/n满载=9550*2.969/341=83.15N mmTi=9550R/ni=9550*2.85/113.67=239.44N mmTn=9550Pn/nn=9550*2.74/30=872.23N mm5.4 带轮的传动设计5.4.1 确定计算功率 Pc查机械设计基础 P143 表 11-7 得 KA=1.2 则 Pc=KA- Pd=1.2*2.969=3.564kw5.4.2 选取 V 带型号根据 Pc, n由教材 P143图 11-6 选用 A 型 V 带5.4.3 确定带轮基准直径 dd1, dd2由表 11-8，图 11-6 选 dd1=80mm 故 dd2=i带 dd1(1- ) =235.2mm由表 11-8 取 dd2=236mm故：dd1=80mm dd2=236mm5.4.4 验算带速 VV=ndd1n/60*1000=5.945m/s 在 525m/s 范围内，带速符合5.4.5 确定 V 带的基准长度和传动中心距由机械设计基础 P144 公式 11-4 得0.7 (dd计 dd2)a02(dd1+ dd2)即 221.2mmg1205.4.7 确定 V 带的根数 z由 n1, dd1查教材 P141表 11-3 得 P=0.81kw查机械设计基础 P141表 11-4 得 P0=0.17查机械设计基础 P142 表 11-6 得 KL=0.975查机械设计基础表 11-5 得 K=0.954.故 z=Pc/ (P0+AR) KKL,3.91 (根)故：取 z=4 根05.4.8 计算 V 带合适初拉力 F。及作用在带轮轴上的压力 FQ查机械设计基础 P136 表 11-1 得 q=0.1kg/m一 一2由机械设计基础 P145公式 11-9 得 V 带初拉力：F=500Pc(2.5/Ka-1 )/zv+qv =125.05N则带轮轴上压力 FQ=2Fzsina1/2=988.04N故：F=125.05N; FQ=988.04N5.4.9 确定带轮结构类型由于 dd1=80mrfi于小直径故主动轮采用实心式；dd2=236mrfi于中等直径，故 从动轮采用腹板式5.4.10 确定主动轮结构尺寸由机械设计基础 P148,表 11-9 得：bd=11, h=12, ha=2.75 , e=15, f=10 , ho=12,6 =20, =34; B= (z-1 ) e+2f=3*15+2*10=65mm da1=dd1+2ha,=85.5mm；轴选用钢 45 依书 P21915-2 公式及表得：ds1=c(p/n)取 c=110Mpa 则ds1=110(2.969/1420)1/3=14.065mm 故可取 ds1=20mmL=(1.52)d,取 70mm 故：主动轮：bd=11, h0=12, ha=2.75 , e=15; f=10; ho=12;=10 ; B=65mm福建工程学院毕业设计(论文)45da1=85.5mmd=20mm L=70mm综上，得小带轮的结构示意图如下：福建工程学院毕业设计（论文）46图（5-4-1 ）小带轮草图得大带轮的结构示意图如下:图（5-4-2）大带轮草图故，可得设计后的小带轮与大带轮三维图如下:图（5-4-3）小带轮左、大带轮右三维模型福建工程学院毕业设计（论文）475.5 齿轮传动设计计算5.5.1 选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用 45 钢，调质，齿面硬度为 230MP大齿轮选用 45 钢正火，齿面 硬度为 190MPa 由表 12-2 选 9 级精度5.5.2 按齿轮抗弯强度设计(1)转矩：Ti=9.55*106Pni=5.75*10A4N mm(2)载荷系数：查表 12-4 取 k=1.1(3)齿数 Z,螺旋角B和齿宽系数书 a：小齿轮的齿数 Z1=20,则大齿轮齿数Z2=i齿Z1=3.79*20=75.8 取 76,初选螺旋角B=15, ZV1= z1/cos3p=22.192ZV2= Z2/ cos3p=84.33，由表 12-25 查得齿形系数 治=2.82 YF2=2.23 取书d=0.4 故：p=15; Z1=20;乙=76;书d=0.4(4) 许用弯曲应力ZF由图 12-26 查得ZFiim1=190MPaZFiim2=170MPa 由表 12-5 查得 S=1.35ZF1=ZFiim1/1.35=140.74MPa;ZF2=ZFim2/1.35=130.77MPa因 W/ZF1WZF2故将 YF1/ZF1代入(12-34)计算 m=3.2kT 1cos2p/ 书a(u+1)Z2ZF11/3=1.4875mm 由表 12-1 取 m=2mm故：ZF1=140.74MPa ZF2=130.77MPQm=2mm(5) 确定中心距及螺旋角中心距 a=m( Z1+Z2) /2cosp=2* (20+76) /2cos15 =99.5mm 螺旋角p=arcosm (Z1+ Z2) /2a=15.24 ，齿宽 b=d a=0.4*99.5=39.8 经圆整后取 b 仁 50mmb2=45mm故：a=99.5mmp=15.24 ; b 仁 50mm b2=45mm5.5.3 验算齿面接触强度由图 12-23 查得ZHiim1=570MPa,ZHim2=530MPs 由表查得 SH=1.05ZH1=ZHiim1/SH=542.86MPa ZH2=ZHiim2/SH=504.76MPaZH=305 (u+1)3KT/ubd21/3=656.388MPa902MPa故：齿面安全。5.5.4 验算精度福建工程学院毕业设计（论文）48齿轮的圆周速度：V=nd1n1/60*1000=1.0274m/s福建工程学院毕业设计（论文）49由表 12-2 可知，选 9 级精度是合适的5.5.5 小齿轮的结构设计由上得 bi=50, b2=45, zi=20mm Z2=76mmB=15.24 , m=2mm 分度圆直径：di=mz= mnzi/cos B =41.458mm 取 di=45;d2=157.54 取 158;齿顶高：ha1= mn=2mm;齿根高：hf1=1.25mn=2.5mm全齿高：h1= ha1+ hf1=4.5mm 顶隙：C1= ha1-hf1=0.5mm齿距 p=二m=6.28mm端面齿厚：s=0.5 二 m=3.14mm实心式齿轮齿轮轴 e=C（P/n）=（107-118）（2.74/124.88）=3033m m,考虑到键槽对轴的削落，将直径增大 3 %-5%，取为 30.9-34.65mm。由设计手册取 dD=35mm5.6.3 齿轮上作用力的计算14苗顶髙山,2齿报高伽 齿顶圆图（5-5-1 ）小齿轮0.齿顶髙42 l齿根高棟祷f齿顶囲鮎42. 29世朋40曲祀卩轮翻曲面齿宽R応.2850齿胞卩轮酩曲血齿宽B50158基霽148,47世税同153图（5-5-2 ）大齿轮故，可得设计后的小齿轮与大齿轮三维图如下:图（5-5-3 ）小齿轮图（5-5-4 ）大齿轮福建工程学院毕业设计（论文）51齿轮所受的转矩 T=9.55*106pn/nn=2.1*105N- mm 分度圆直径 d=45mm 从动轮的压力角a=20,螺旋角B=15.24 0圆周力 Ft=2T/d=2328.2N径向力 Fr=Ftanan/cosB=882.7N轴向力 Fa=FtanB=679.05N故：T=2.1*105N- mm Ft=2328.2N; Fr=882.7N; Fa=679.05N5.6.4 画轴的草图I；丨图（5-6-1 ）主动轴其中，两支乘为 6307 深沟球轴承，查表得：内径 35 外径 80 厚度 215.6.5 画出轴的受力图（TAL J图（5-6-2 ）主动轴受力图5.6.6 水平支反力，画出水平面弯矩图福建工程学院毕业设计（论文）52图（5-6-3 ）主动轴水平面弯矩图水平面支反力：FAH=FBH=F/2=1164.1N取两轴承间 L=200mmC-C 截面处的水平面弯矩为：MCH=1164.1*200/2=116410N mm5.6.7 计算垂直面支反力，画垂直弯矩图图（5-6-4 ）主动轴垂直面弯矩图垂直面支反力为 FAV*200-Fr*100+Fa*d/2=0,其中 d=180mm 故 FAV=135.8N,FBV=746.9N,C-C 截面的左侧垂直面弯矩：MCV左=135.8*200/2N.mm=13580N.mmC-C 截面的右侧垂直面弯矩：MCV右=746.9*200/2N.mm=74690N.mm5.6.8 画合成弯矩图图（5-6-5 ）合成弯矩图Mc 左= :（MCH+MCV左）2=117199 N - mmM右=（MCH+MCV右）1/2=138311 N - mm5.6.9 画转矩图图（5-6-6 ）转矩图T=209537 N - mm5610 计算当量弯矩福建工程学院毕业设计（论文）53因减速器单向运转，故取系数:=0.6，由图可知:C-C、D-D 截面最危险，MC=【Me 右+ (aT)22=186911.8 N mmMD=aT=125722.3 N mm5.6.11 校核强度ZeC=Mc/Wz=13.8MPaZ-1b=60MPaZeD=MD/Wz= MD/0.1dd3=43.6MPaZ-1b=60MPa故：轴的强度足够。图（5-6-7 ）减速环节三维模型福建工程学院毕业设计（论文）545.7 单轴面筋脱水机结构总装图图（5-7-1）主视图图（5-7-2）斜侧图图（5-7-3）俯瞰图福建工程学院毕业设计（论文）55总结在选择此课题之前，对于单轴面筋脱水机的了解，还只是停留在表面阶段， 并没有深入去研究和学习其内部结构，也没有想到自己参与到设计内部结构过程 当中。但是经过半个多学期时间的学习，我最终还是在老师的指导与对手头所有 资料细致的的分析与对比下，完成了对单轴面筋脱水机整体结构的设计， 从二维 到三维，从机械设计到机械制图，这是个点动成线的过程。从最简易的单轴面筋脱水机发展至今，经历了无数次的设计、创新和修改， 旨在满足当前生产力发展的要求以及更高层次的要求。无论如何脱水机的设计， 都需要遵循一定的方法和规则。在设计脱水机之前，首先应该了解当前市场主流 脱水机厂商的设计理念，对于脱水机原理与结构要有大概了解