粉料包装机结构设计

本科生毕业设计题 目：粉料包装机结构设计院 系： 机械工程学院 班 级： 机电 08-3 姓 名： 李华东 学 号： 10 指导教师： 刘玉波 教师职称： 副教授 - 1 -摘 要粉料包装机是实现薄膜材料包装粮食等粉料产品的一种包装设备，广泛应用食品、化工等部门。随着人们对包装的需求多样化、个性化，粉料自动包装机的应用愈加普遍。目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制，因此针对粉料自动包装机关键部件给料机构、夹袋机构、输送机构的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、自动化程度高、用范围广的包装机是很有必要的。本设计在分析粉料自动包装机的包装工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将单一包装尺寸拓展为袋长和产量可调的结构形式,对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。关键词：包装机；给料机构；夹袋机构；输送机构- 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 录摘 要 .- 1 -Abstract- 2 -目 录 .- 3 -第 1 章 绪论 .- 1 -1.1 粉料自动包装机的应用及适用范围 - 1 -1.2 粉料自动包装机的结构特点 - 1 -1.3 粉料自动包装机的国内外发展情况 .- 1 -1.4 研究开发的内容与意义 - 2 -第 2 章 粉料自动包装机总体设计 .- 3 -2.1 机械结构设计内容 - 3 -2.2 机械结构类型的选择及对比 .- 3 -2.2.1 给料机构 .- 3 -2.2.2 充填计量机构 .- 6 -2.2.3 夹袋机构 - 8 -2.2.4 输送机构 - 9 -第 3 章 螺旋给料计量机构结构设计 .- 12 -3.1 螺旋给料机构和计量机构主要参数 - 12 -3.1.1 输送量 .- 12 -3.1.2 螺旋叶片直径 .- 13 -3.1.3 螺旋轴转速 .- 14 -3.1.4 螺距 .- 16 -3.1.5 螺旋轴直径 .- 17 -3.1.6 倾斜角度 .- 18 -3.1.7 传动功率 .- 18 -3.2 电机的选择 - 20 -3.3 轴承的设计与选择 - 21 -3.3.1 轴承选择的原则 .- 21 -3.3.2 轴承的选用与配合 - 21 -3.3.3 轴承的校核 .- 22 -3.4 联轴器的选择 - 24 - 4 -3.5 螺旋机体的安装及使用 - 25 -第 4 章 夹袋机构的设计 .- 27 -4.1 机械结构设计 - 27 -4.2 气动装置的选择 - 28 -第 5 章 输送机构的设计 .- 29 -5.1 带式输送机概述 - 29 -5.2 输送机各组成部分的确定 - 29 -5.2.2 滚筒的选择 .- 31 -5.2.3 托辊的选择 .- 33 -5.2.4 拉紧装置的选择 .- 35 -结 论 .- 38 -致 谢 .- 39 -参考文献 .- 40 - 1 -第 1 章 绪论1.1 粉料自动包装机的应用及适用范围现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过包装成为商品，才能进入流通流域。而粉粒类产品的包装要借助包装技术及装备。所以包装设备在包装过程中是不可或缺的工艺手段。粉料自动包装机是包装设备中较为重要的一种形式，可广泛应用于一般粉料的自动包装，尤其适用于大批量的粮食转移、称重、封口 、码放等过程。利用小型自动包装机械实现小麦、玉米等粮食类粉料的自动包装是提高装袋速度，减轻工人劳动强度的有效方法。1.2 粉料自动包装机的结构特点粉料自动包装机是将粉料包装在筒式包装材料里面，并自动封口，制作成枕形袋的包装机。该机型自从出现至今，已经历了数十年的考验，仍然保持较强的生命力，它具有独特的包装形式，先进的包装工艺，通用的包装功能，巧妙的结构设计和美观的总体造型，采用最普遍的塑编袋材料，也可使用新型纸袋等。作为一部比较成熟的包装机，其主要由给料机构、计量机构、夹袋打包机构、输送机构等组成。1.3 粉料自动包装机的国内外发展情况粉料自动包装机，最初是由美国于上世纪五十年代开发出来的产品。后来日本得到发展，并于上世纪六七十年代随日本经济高速发展，技术性能得到长足的进步。上世纪八十年代初，我国大量引进粉料自动包装机并生产出自己的产品。以日清品牌为代表，主要针对方便面生产线配套使用。上世纪九十年代，这种机型开始大量用于粮食流通，同时派生出各种各样的类似包装机。随着机电一体化的应用，粉料自动包装也向着高速全自动模块化的方向发展及创新。现今国外开发的粉料自动包装机已极其人性化:高速、节能、全自动、模块化。- 2 -就国内外粉料自动包装机的开发情况来看，主要从以下几点进行:(l)不断扩大其通用能力，以满足多种属性粉料的包装。(2)高速全自动，配备微机控制系统，借助预先储存的程序控制多台伺服电机，分别驱动有关执行机构。(3)参数化调整和设置，对主要操作部件(供送、袋成型、牵引、封切等)作适当调整有关工作参数，便可在较宽的尺寸范围内，满足不同品种不同尺寸的包装。(4)模块化结构设计，对供送、牵引、封切等主要部件进行相对独立并又能较为自由组合的结构设计，以满足卧式组合和立式组合的包装机。1.4 研究开发的内容与意义根据包装过程的需要和被包装物的性状特点，粮食类粉料自动包装设备主要由下各系统组成：（1）给料系统；（2）计量系统；（3）夹袋系统；（4）机身；（5）气压传动系统；（6）电气控制系统组成。针对国内许多粮食部门对先进粉料自动包装机的需求，本设计着重探讨粉料自动包装机的整体结构设计和模块化结构，开发出具有包装速度快，通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新颖包装机，对我国包装行业发展有着积极的意义。- 3 -第 2 章 粉料自动包装机总体设计2.1 机械结构设计内容粉料包装机的机械结构部分主要包括给料机构、计量机构、夹袋机构和输送机构的设计。2.2 机械结构类型的选择及对比2.2.1 给料机构粉料是散（粒）体常见的状态，散（粒）体是指固体的、片状、颗粒状、粉状或具有不规则形状的小块物质，它们在包装产品中占有较大的比例，有些物料可以设置滑道或导轨等借助重力实现供送，有些则需用与物料特性相适应的供送装置来完成供送。散（粒）体物料供送装置常见的有螺旋供送、振动供送、输送带及升降带供送装置等。1、螺旋给料机构图 2-1 所示为螺旋给料机构示意，螺旋给料机主要由料斗、螺旋轴、壳体、排料口、轴承、轴承座等组成。螺旋输送机俗称绞龙，螺旋输送机是一种利用螺旋叶片的旋转,推动散料延着料槽向前运动的输送设备,适宜于输送粉状,颗粒状和小块物料。螺旋输送机直径由 100mm1250mm，共十二种规格,分为单驱动和双驱动两种形式，单驱动螺旋机最大长度可达 40m(特大型 30m)，双驱动螺旋机采用中间断开轴结构，最大长度可达 80m(特大型 60m)，螺旋机长度每 0.5m 一档，可根据需要选定，螺旋机头部轴承、尾部轴承置于壳体外部减少了灰尘对轴承室的侵入提高了螺旋机关键件的使用寿命。螺旋机广泛使用在各种工业部门,如建材、冶金、化工、电力、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业,输送粉状、颗粒状、小块状物料,如水泥、煤粉、粮食、化肥、灰渣、沙子、焦炭等。螺旋输送机对输送物料的要求，粉状、粒状和小块状物料，如：水泥、煤粉、粮食、化肥、灰渣、砂子等，物料温度不得超过 200，螺旋机不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。因为这些物料在输送时会粘结在一螺旋- 4 -上，并随之旋转而不向前移动，或者在吊轴承处形成物料的积塞而使螺旋机不能正常工作。图 2-1 螺旋供送装置2、振动式给料机构振动供送装置有电磁振动式和机械式振动两类，适用于形状轻巧光滑的硬质或软的物料，如药片、胶囊、电子元件等。图 2-2 直槽式电磁振动供送装置- 5 -其中电磁振动装置可分为直槽式和圆盘式两种。图 2-2 所示为直槽式电磁振动供料装置，激振电磁铁驱动主振平板弹簧支承的工作料槽作定向强迫振动，当槽体向前振动时，依靠物品与槽体间的摩擦力，槽体将运动能量传递给物品，使其作与槽体振动方向相同的加速运动；当槽体向后振动时，物品因惯性自用仍向前运动，离开槽吴三桂作前抛运动，抛出一一距离后仍落回到槽体上，如此往复向前运动。图 2-3 圆盘式电磁振动供送装置123456图 2-4 输送带 式供送装置- 6 -3、输送带给料机构图 2-4 所示为水平输送带供送装置。挠性输送带 4 绕在各辊上，由主动辊2 驱动。物料自装料装置 5 处送到卸料装置 1 处卸出。带式输送装置的各辊轴轴承都采用滚动轴承，以减小运转中的摩擦阻力和功率消耗。如果将运行方向相同但速度不同的两条输送带串联，可实现周期间歇性供料或是密集集合供料；如果速度相同但转向相反的两条输送带并列组合，可夹持成件物品进行输送，适用于装箱机等物料或物件供送。 4、齿鼓轮给料机构图 2-5 所示为齿鼓轮供送装置。人工定向或自动定向后的物料在于料斗内，经过齿鼓轮的旋转一一被送入下部的输送带上。适合于圆杆形硬质物料。经过对比发现螺旋供送装置优于其他的供送装置，故选用螺旋供送装置。图 2-5 齿鼓轮供送装置2.2.2 充填计量机构充填机是将包装物料按预定量充填到包装容器内的机器。其种类很多，按计量方式不同，可分为容积式充填机、称重式充填机和计数充填机；按充填物的物理状态可分为粉料充填机、颗粒物料充填机、块状物料充填机、膏状物料- 7 -充填机、液体灌装机；按功能可分为制袋充填机、成型充填机、公完成充填功能的充填机等；按产品的受力方式不同分为推入式充填机、拾放式充填机、重力式充填机等。计量充填是包装产品的一个的重要的工序，计量充填机械是包装机械的重要组成部分。在古代，劳动人民就会利用一定容积的料斗量取谷物或稻米等，也能使用杠杆秤来称量物品，但使用的计量充填工具都很简单；到了近代，特别是 21 世纪初以来，随着微型计算机以及各种高新技术运用到包装工业中，各种先进的计量充填机械应运而生，并且向着自动化、智能化、多样化的方向发展。图 2-6 螺杆式计量机构- 8 -计量充填机械可作为单机单独使用，也可与其他包装机械组成机组联合工作。由于充填产品的性质、状态以及要求的计量精度或充填方式等不同，采用的计量充填机械也各式各样，但一般都由物料供送装置、计量装置、下料装置等组成。根据计量充填机械所采用的计量原理不同，可分为容积式充填机、称重式充填机、计数式充填机三种类型。1、容积式充填机螺杆式充填计量机是容积式充填机的一种，其可用于粉料的充填计量。螺杆式充填机是通过控制螺杆旋转垢转数或时间来量取产品， 并将其充填到包装容器内的机器。该机械利用螺杆螺旋槽的容腔来计量物料，由于螺杆的每个螺距都有理论容积，因此只要准确控制螺杆的转数或旋转时间，就能获得较为精确的计量值。该机结构紧凑、无粉尘飞扬并可通过改变螺杆参数来扩大计量范围，应用范围较广，主要用于流动性良好的粉料或小颗粒状物料或在出料口容易结块而不易落下的物料计量充填，不适用于充填易碎颗粒物料阈密度变化较大的物料。图 2-6 所示为螺杆式充填机。料斗 1 进料，由旋转的供料螺杆 2 以恒速供送也物料，当物料量达到要求后来，螺杆 2 停止转动，物料停止流下；容器到位后，闸门 6 打开，充填计量螺杆 5 转动将物料计量充填到下方的包装容器内；搅拌器 4 使物料在料斗内能不停转动，避免物料结块；充填完毕后，螺杆5 停止转动，闸门 6 关闭。 3、计数式充填机计数式充填机是将产品按预定数目充填到包装容器内的机器，包括单件计数、多件计数充填朵和定时充填机。该机可对预先就具有或经过整理后才具有的规则而下整齐排列物品的计数充填，也可以对杂乱无序的物品进行计数充填。经过对比后发现，计数式充填机只适用于计件包装机械，称重式充填机适用于流动性好的物料的包装，螺杆式充填机最适合于流动性不太好的粉料充填。2.2.3 夹袋机构夹袋机构是工业夹具的一种，夹具是一种装夹工件的工艺装备,它广泛地应用于机械制造过程中的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。- 9 -在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中,夹具是一种不可缺少的工艺装备,它直接影响着工件的加工精度劳动生产率和产品的制造成本等。夹袋机构的动力源可分为电动、液动、气动。电动形式的动力源便于控制；液动形式的动力源具有功率比较大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。但是液动传动与气动传动相比，其传动速度比较低，不适合应用于需要快速的反应的工况。另外，液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。综上所述考虑到气动传动的节能、无污染、低成本、快速反应等优点，选用气动传动作为夹袋机构的动力驱动源。2.2.4 输送机构输送机构是包装机械的辅助机构。输送机指将被包装产品、包装容器或包装件自动地从一道包装工序送到另一道工序所用的机器。输送机构是为完成特定的物料输送而按一定模式由若干输送机和电气控制设备等构成的系统。该系统主要包括起重、输送、装卸、储存等一系列的作业环节或工序。在现代的产品制造、包装过程中，输送机起着将各生产、包装设备联结起来的作用，其作用是无法替代的。不论哪种类型的输送机，也不管输送机是属于生产流水线的输送方式还是简单的搬运方式，输送机的主要功能都是将物品从某处移送到另一处。设计或选择输送机的主要依据是效能高、维护方便、工作可靠。除此之外，不要考虑材料、生产率、传动形式、速度范围以及输送机传送不同形式、不同规格的物品的适用性和与生产线的其他设备配套的能力。输送机可以设计成任何一种形式，以满足特定输送工作的要求，比如斗式提升机用以一个一个地单独装载物品，并沿既定的路线输送，由于每个料斗都安装在传动链上，因此斗式料斗的装料和卸料与特定的生产过程是同步进行的。在长臂式输送机上，安装在链条上的长臂用以将大型物件以步进方式输送到不同的包装工位，以便装运，送往仓库或商场。但不管如何，输送要都必须满足特定产品的输送要求。1、输送机构的分类- 10 -2、输送机构的特点输送机构 特点 缺点 是否符合要求重力式输送装置依靠物件自身的重力或惯性力以克服滑槽或滑道的接触摩擦阻力而实现输送只能向下输送，且运动稳定性差否动力式输送装置不仅可以向下输送，而且可以沿水平和向上输送，输送速度可调节需动力传动，有能耗和能量损失 是3、选择合适的输送机输送机 特点 是否符合设计要求带式输送机 结构简单，工作可靠，造价低廉，适 是滑槽重力式输送装置重力滚道带式输送机链式及板链式输送机输送机构动力式输送装置其他类型输送机- 11 -应性强，可输送袋、盒、箱等产品链式及板链式输送机 直接承载大型箱体之类的物件，不适宜输送袋装产品否其他类型输送机 利用物品本身的特性比如磁性而采用特种传输形式否- 12 -第 3 章 螺旋给料计量机构结构设计3.1 螺旋给料机构和计量机构主要参数3.1.1 输送量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，因此，螺旋输送机的物料输送量可粗略按下式计算：Q= 1360FV式中 Q螺旋输送机输送量(t/h)；F料槽内物料层横截面积(m2)， F= /4 ，其中， 为填充系2D数，见表3-1， D 为螺旋叶片直径(mm)； 物料的单位容积质(t/ )，它同原料的种类、湿度、切料的长度3m以及净化方式、效果等多种因素有关，其值查阅相关的手册； 倾斜输送系数，考虑到螺旋输送机倾斜布置时对物料的输送效果的影响，倾斜输送系数见表3-1。在实际工作中，通常不考虑物料轴向阻滞的影响，因此物料在料槽内的轴向移动速度 Sn/60。所以 Q= 由上式可以看出，螺旋输1V247DSn送机的物料输送量与 D、 S、 n、 、 、 有关，当物料输送量 Q 确定后，可以调整螺旋外径 D、螺距 S、螺旋转速 n 和填充系数 四个参数来满足 Q 的要求。根据原始数据可以算得螺旋输送机的输送量为0.4t/h。表3-1 倾斜输送系数倾斜角度/ 0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90倾斜输送系数 1 0.97 0.94 0.92 0.88 0.82 0.76 0.70 0.64 0.58 0.52 0.46- 13 -填充系数0.5 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 物料综合特性系数物料的块度 物料的磨琢性 举例 填充系数 K 值 A 值粉状 半磨琢性 石灰 0.30.4 0.0415 75粉状 磨琢性 硫铁矿粉 0.250.3 0.0565 35粉状 无磨琢性 锯木屑 0.250.35 0.0490 50粉状 磨琢性 炉渣粒 0.250.3 0.0600 30小块状 a60 mm 半磨琢性 块煤 0.20.25 0.0600 30大块状 a60 mm 磨琢性 硫铁矿石 0.1250.2 0.0795 153.1.2 螺旋叶片直径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。设 S= D， 为螺旋螺距与直径的比例系数，一般取1K=0.8，则1K52147QAD- 14 -52147QDKA令 则52147KA52式中 K物料综合特性系数。物料综合特性系数为经验数值。一般说来，根据物料性质，可将物料分成4 类。第1 类为流动性好、较轻且无磨琢性的物料；第2 类为无磨琢性但流动性较第1 类差的物料；第3 类为粒度尺寸及流动性同第2 类接近，但磨琢性较大的物料；第4 类为流动性差且磨琢强烈的物料。各种物料的 K值见表3-2。查表3-2取K为0.0415， 为0.52t/ ,给料螺旋的倾斜输送系数 为1、填3m充系数 为0.5，计量螺旋的倾斜输送系数 为0.46、填充系数 为1.代入公式可得到给料螺旋叶片直径为193.4mm，圆整为200mm; 计量螺旋叶片直径为161mm,圆整为160mm。3.1.3 螺旋轴转速图 3-1 螺旋面上速度的变化曲线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- 15 -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。当位于螺旋外径处的物料颗粒不产生垂直于输送方向的径向运动时，则它所受惯性离心力的最大值与其自身重力之间应有如下关系： 2maxrg即 2 r/60 n考虑到不同的输送物料的影响则 Kax30rr所以 m2gD式中 K物料的综合系数，见表3-2 ；g 重力加速度(m/ ) ；2s 螺旋的最大转速，即临界转速(r/min)。maxn令 ，则得到常见的经验公式：30Ag= maxnA式中 A物料的综合特性系数；D螺旋叶片直径。查表 3-2,A 可取 75,由上节的计算知给料螺旋的叶片直径为 200mm，计量螺旋叶片直径为 160mm。代入数据可得到给料螺旋轴最大转速 =167.7 maxnr/min，计量螺旋轴最大转速 =187.5r/min。maxn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：n max式中 n螺旋的实际转速(r/min)。圆整为下列转速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190 。故取螺旋转速为n=150inr。minr- 16 -3.1.4 螺距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。物料颗粒 M 所受螺旋面在轴向的作用力 Pt 为Pt=Pcos( + ) Pcos( + )为使 Pt0，必须满足 ， 整理可得：1V2V12fSd当 f 取0.3， S=(0.81) D 时， d (0.470.59) D；当f 值增加时， d/D 值还要增加。为保证足够有效的输送截面从而保证输送能力，就得加大结构，使得输送机结构粗大笨重，成本增加。所以，螺旋轴径与螺距的关系应是输送功能与结构的关系，在满足输送要求的前提下尽可能使结构紧凑。由于螺旋输送机的填充系数较低，只要保证靠近叶片外侧的物料具有较大的轴向速度，且轴向速度大于圆周速度即可。- 18 -一般轴径计算公式为：d =(0.150.25) D 对于给料螺旋轴径的计算，系数取0.16可得轴径为32mm,计量螺旋轴径系数取0.18后圆整为30mm.3.1.6 倾斜角度螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响，一般它是以一个影响系数的形式来体现的，倾斜输送系数见表1。螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料的输送效果。另外倾斜角度的大小还会影响填充系数，其对填充系数的影响如表1。倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。因此，在满足使用条件的前提下，螺旋输送机尽量避免倾斜布置，最好采用水平布置；若工艺需要采用倾斜布置，为了提高输送效率，倾斜角度也不宜太大，一般倾斜角度 =1020。若一级不能满足要求，可采用多级倾斜布置，以减少损耗。3.1.7 传动功率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：1、使被运物料提升高度 H( 水平或倾斜) 所需的能量；2、被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦引起的能量消耗；3、物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗；4、物料沿料槽运动造成在止推轴承处摩擦引起的能量消耗；5、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。这样，螺旋输送机的电动机驱动功率，就由机构运动过程中所产生的阻力来决定。阻力主要由以下几个部分组成：1、物料与料槽之间的摩擦阻力；2、物料对螺旋的摩擦阻力；3、物料倾斜向上输送时的阻力；- 19 -4、物料悬挂轴承下的堆积阻力；5、物料被搅拌所产生的阻力；6、轴承的摩擦阻力。在计算功率的时候，为简便起见，可以总结螺旋输送机功率为以下几个主要部分。即总的轴功率 P 应包括物料运行需要功率 ，空载运转所需功率 ，1P2P以及由于倾斜引起的附加功率 三个部分，并且3=QL /367；1P=DL/20；2=QHsin /367；3所以 P= + +123=QL /367+DL/20+QHsin /367 式中 P螺旋输送机的驱动功率(kW)；Q输送量 (t/h)；L输送距离(m)；H倾斜高度(m)；D螺旋外径(m)； 物料运行阻力系数。表3-3 物料运行阻力系数物料 物料运行阻力系数粮食，谷物，锯木屑，面粉 1.2棉子，麦芽，糖块，石灰粉 1.5纯碱，块煤，食盐 2.5卵石，砂，水泥，焦碳 3.2炉灰，石灰，砂糖，矿砂 4.0- 20 -电动机驱动功率为：PN式中 表示功率储备系数，一般取为1.21.4 ； 电动机传动效率， 0.9，一般为了方便取0.9 计算。对于给料螺旋，查表3-3取为1.2，代入Q=0.4t/h,L=0.6m,H=0,D=0.2m， =1.3， =0.9可以得到电动机驱动功率N=9.04W；同理对于计量螺旋，代入Q=0.4t/h,L=0.4m,H=0.4,D=0.16m， =1.3， =0.9可以得到电动机驱动功率N=6W.3.2 电机的选择驱动机构是各种机械的重要组成部分。包装机械属于功率较小的机械，另外，螺旋给料机械的转速低，螺旋计量机械需要精确定位，根据工作条件：室内常温、少量灰尘，启动频繁，故选择步进电机作为驱动机构。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环执行元件。在非超载情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数目。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性误差而无累计误差的特点，使其在速度、定位等控制领域应用得非常广泛。本设计将采用步进电机。因为它具有结构简单、运行可靠、使用维修方便、调速性好、能精确定位、反应快速、稳定性好等特点。 PT式中 P螺旋轴所需电动机驱动功率（ w）螺旋轴转动角速度（rad/s）表 3-4 电机参数表电机型号 相数步距角（。 ）相电流（A）保持转矩(Nm)转动惯量（）2gcm重量（Kg）56BYG250B 20.9/1.8 2.4 0.65 180 0.48- 21 -0241 2由上一节计算知给料螺旋轴所需电动机驱动功率为 9.04w,螺旋轴转动角速度为 15.7rad/s,代入公式可以得到所需步进电机的力矩为 0.58Nm；同理计量螺旋轴所需步进电机的力矩为 0.38Nm。由此给料螺旋轴和计量螺旋轴的驱动电机均选择森创步进电机，其相关参数如表 3-4 所示。3.3 轴承的设计与选择3.3.1 轴承选择的原则在选轴承方面，我们一般根据以下几个方面的因素来选择轴承类型。1、轴承所受载荷的大小和方向轴承所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。当轴承承受大载荷时，应优先选用滚子轴承；承受小载荷时应优先选用球轴承。当承受径向载荷时，一般选用向心轴承；当承受纯轴向载荷时，一般选用推力轴承；当既承受径向又承受不大轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的向心推力轴承；当既承受径向载荷又承受较大的轴向载荷时，可选用接触角较大的向心推力轴承，也可选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构。2、轴承的传递球轴承比滚子轴承有较高的极限速度，故高速时应优先选用球轴承。因为超轻、特轻、轻系列的轴承外径尺寸相对较小，离心惯性力小，故适于高速时选用；而重系列及特重系列的轴承只适于低速时选用。推力轴承的极限转速较低，故只适用低速。除此之外，保持架的材料和结构对轴承能承受的转速也有较低的影响，实体保持架所能承受的转速要高些。3、轴承中心线当轴的中心线与轴承中心线不重合或轴的弯曲变形大时,应采用由一定调心能力的调心轴承。如 10000、20000 型等。4、装拆方便当轴承座没有剖分面而必须沿轴线安装和拆卸轴承部件时,可优先选用内、外圈可分离的轴承。如 N0000、30000 型等。5、经济性经济性公差等级越高，轴承越贵，所以选用高公差等级轴承必须慎重。- 22 -3.3.2 轴承的选用与配合1、轴承的选择综合设计要求，考虑到给料螺旋机构主要承受径向载荷，选择轴承为角接触球轴承（7305B 型）GB/T292-2007。对于计量螺旋机构来说，其正常工作是对径向轴向的位移要求较高，由于其主要承受轴向力且螺旋安置的方式为竖直的，故选择轴承为圆锥滚子轴承（32306 型）GB/T297-1994。2、轴承的尺寸（1）给料螺旋轴上的轴承轴承类型：角接触球轴承 轴承内径：25mm轴承外径：62mm 轴承宽度：17mm基本额定载荷： =26.2kNrC=15.2kN0（2）计量螺旋轴上的轴承轴承类型：圆锥滚子轴承 轴承内径：30mm轴承外径：72mm 轴承宽度：27mm基本额定载荷： =81.5kNrC=96.5kN03.3.3 轴承的校核对于给料螺旋轴其主要受径向力，轴向力很小，所选轴承基本额定动载荷=26.2kN，基本额定静载荷 =15.2kN。对于球轴承：rC0C N21211NVrF 45792.68.32N479547902- 23 -图 3-2 轴承受力分析图计算轴承的派生轴向力： rdeF195.0270Cad1 Nr 841eF2 6.4.29571da所以轴承 1 被挤压，轴承 2 被放松。N.06.49Fd.52era7.1r 186.0492对轴承 1 0.44 1.12XY对轴承 2 2arpFf- 24 -Np 8.64517.2.4579.01N182p按轴承 2 受力大小分析并验算轴承寿命：轴承预计寿命 hLh3600261pcnLh 35.7198. 02hL轴承寿命符合要求。计量螺旋轴两端轴承主要承受轴向力，其校核计算照此符合要求。3.4 联轴器的选择本次驱动装置的设计中，较多的采用联轴器，这里对其做简单介绍。联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能） ，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。刚性联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器联成一体，以传递运动和转矩。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于 30m/s 时应用铸钢或碳钢。由于凸缘联轴器属于刚性联轴器，对所联两轴的相对位移缺乏补偿能力，故对两轴对中性的要求很高。当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时亦常采用。鉴于凸缘联轴器的这些特点，选用其连接给料螺旋机构和电机。挠性联轴器主要包括无弹性元件的挠性联轴器、有弹性元件的挠性联轴器。无弹性元件的联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，- 25 -故不能缓冲减振。常用的有十字滑块联轴器、滑块联轴器、十字轴式万向联轴器、齿式联轴器、滚子链联轴器。有弹性元件的挠性联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储存的能量愈多，则联轴器的缓冲能力愈强；弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大，则联轴器的减振能力愈好。常用的梅花形弹性联轴器、弹性柱销联轴器、弹性套柱销联轴器。弹性套柱销联轴器的构造与凸缘联轴器相似，只是套有弹性套的柱销代替了联接螺栓。因为通过蛹状的弹性套传递转矩，故可缓冲减振。这种联轴器制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。他适用于联接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中小转矩的轴。综合考虑选择弹性套柱销联轴器应用于计量螺旋端部轴的连接。根据本次设计需要所选用的联轴器如表 3-5 所示：表 3-5 联轴器参数联轴器类型 型号 公称扭矩TN（ Nm）许用转速n r/min 转动惯量2mkg重量 kg凸缘联轴器 GYH2 63 10000 0.0015 1.72弹性套柱销联轴器 LT3 31.5 4700 0.0025 2.203.5 螺旋机体的安装及使用螺旋机构安装的正确性是以后使用情况良好的先决条件之一，其在使用地点的安装必须妥善地进行，并满足技术条件的要求。1螺旋机安装基础至少应在螺旋机正式安装以前 20 天浇灌完成,该基础应能可靠地支承输送机并保证不同地基过小而发生螺旋机下沉和额外的变化,保证螺旋机在运转时具有足够稳定性。2螺旋机在安装以前必须将那些在运输中或卸箱时粘上的尘垢的机件加以清洗3相邻机壳法兰应连接平整、密合，机壳内表面接头处错位偏差不超过2mm。4螺旋体外径与机壳间的间隙应符合表 36 规定，最小间隙不得少于表中规定数值的 60%，需要大间隙，按用户要求制作。