板栗螺旋翻炒裝置設(shè)計(jì)計(jì)算案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u24818板栗螺旋翻炒裝置設(shè)計(jì)計(jì)算案例綜述 1266661.1設(shè)計(jì)條件 1116901.2螺旋葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 154771.2.1螺旋葉片直徑 162571.2.2螺距 3306631.2.3殼體的內(nèi)徑 368511.2.4螺旋軸的軸徑 3162651.2.5螺旋軸轉(zhuǎn)速 5301991.2.6螺旋面葉片的下料 5150041.2.7傳動(dòng)功率 7292601.3電動(dòng)機(jī)的選擇 7169131.4減速器的選擇 859391.5傳動(dòng)皮帶設(shè)計(jì) 840131.6頭軸的尺寸設(shè)計(jì) 10120431.7軸的校核 1095341.8鍵的選擇與校核 131.1設(shè)計(jì)條件翻炒速度為20kg/h；水平輸送，運(yùn)輸長度為2.4m。1.2螺旋葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.2.1螺旋葉片直徑螺旋軸的轉(zhuǎn)向是其關(guān)鍵因素，一般根據(jù)轉(zhuǎn)向可以分為兩種，向左旋轉(zhuǎn)和向右旋轉(zhuǎn)。材料的進(jìn)給是通過螺桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺桿軸的旋轉(zhuǎn)而決定的。根據(jù)傳動(dòng)動(dòng)力的不同，可以設(shè)計(jì)為單頭的傳動(dòng)螺旋和多頭的傳動(dòng)螺旋。多頭的傳動(dòng)螺旋在物料運(yùn)輸、攪拌等場景中非常重要，能夠得到了廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中可以實(shí)現(xiàn)物料的快速運(yùn)輸，但是這種結(jié)構(gòu)的加工成本較高，如果對(duì)輸送效率并沒有嚴(yán)格的要求，可以多選用單頭的傳動(dòng)裝置。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的翻炒裝置的整機(jī)結(jié)構(gòu)并沒有嚴(yán)格的要求，同時(shí)，其結(jié)構(gòu)的可靠性及加工成本是首要考慮的因素，因此，可以選用右旋的單頭式結(jié)構(gòu)，能夠滿足使用要求。葉片根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)的不同，可分為四種類型：實(shí)心結(jié)構(gòu)形式、皮帶結(jié)構(gòu)形式、葉片結(jié)構(gòu)形式和齒輪結(jié)構(gòu)形式，必須結(jié)合運(yùn)輸介質(zhì)的種類和特性進(jìn)行選擇。立體靜力學(xué)螺旋法是最多應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備的方法，可以采用于循環(huán)性好、介質(zhì)材料較干的、小尺寸的物質(zhì)；皮帶結(jié)構(gòu)形式可以應(yīng)用在具有粘度較大的塊狀材料或物質(zhì)；葉片結(jié)構(gòu)形式和齒輪結(jié)構(gòu)形式可以應(yīng)用在物料的防止輸送過程中易壓壞的物質(zhì)。此外，如果水平的傳動(dòng)設(shè)備也可以采用葉片結(jié)構(gòu)形式和齒輪結(jié)構(gòu)形式，可以起到一定程度攪拌作用。

需要結(jié)合本項(xiàng)目的運(yùn)輸物料的板栗的結(jié)構(gòu)特性，本項(xiàng)目主要是實(shí)現(xiàn)物料的翻炒功能，可以采用實(shí)心結(jié)構(gòu)形式的葉片.

根據(jù)公式（4-1）可以計(jì)算得出式中——葉片直徑；——設(shè)備設(shè)計(jì)的工作能力；——填充密度；——填充計(jì)算參數(shù)；——特性參數(shù)；——角度計(jì)算參數(shù)；運(yùn)輸板栗時(shí):=0.0415；=0.35～0.4，此處取=0.4；=0.6；取=1.0；同時(shí)，取,一般來說，這種螺旋輸送機(jī)構(gòu)的尺寸都是50mm的倍數(shù)較為合理，根據(jù)結(jié)構(gòu)D=400mm。

在設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)的時(shí)候，不僅需要考慮系統(tǒng)的輸送能力，而且，還需要考慮系統(tǒng)是否能夠完成物料的運(yùn)輸特性，因此，本項(xiàng)目完成輸送系統(tǒng)的研究需要遵循以下公式：輸送機(jī)的外徑還需要大于物料的最小尺寸的8~10倍：D≥(8～10)由于本項(xiàng)目輸送的材料為板栗，其尺寸較小，顯然筒體外徑能夠滿足關(guān)系。1.2.2螺距在設(shè)計(jì)螺桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系的時(shí)候，需要分析螺桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)能力，需要設(shè)計(jì)合理的螺距，這是關(guān)乎到螺桿的傳動(dòng)能力的關(guān)鍵因素，需要結(jié)合螺桿的特性，輸送物質(zhì)的材料及輸送系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力，選擇合適的螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)及螺距，才能夠滿足要求，一般是可以根據(jù)下式選擇較為合適的數(shù)據(jù)。通用的螺桿傳送設(shè)備，其螺距可以根據(jù)下式完成計(jì)算。（4-2）其中，S為設(shè)計(jì)的螺旋機(jī)構(gòu)的螺距，D為筒體的內(nèi)徑，K為螺距計(jì)算參數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際傳輸?shù)奈锪?、擺放的姿態(tài)、傾斜的角度的確定，一般可以在0.8~1中確定，而本項(xiàng)目研發(fā)的設(shè)備其屬于通用設(shè)備，其螺距可以選擇400mm，滿足設(shè)計(jì)要求。1.2.3殼體的內(nèi)徑通過下表可以確定，不同的筒體外徑需要對(duì)應(yīng)不同的間隙，因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，為12.5mm，則殼體的內(nèi)徑表4-1螺旋外徑與料槽間隙螺旋公稱直徑10012516020025031540050063080010001250名義間隙7.51012.515201.2.4螺旋軸的軸徑螺旋軸的直徑取決于螺距.由于這兩方面都影響了葉片的上升角度，需要結(jié)合物料的輸送速度和工況載荷的不同的因素，綜合考慮螺旋軸的軸徑選型和變化，同時(shí)，這個(gè)特性參數(shù)也影響了材料的速度。在傳送物料的過程中，葉片保持轉(zhuǎn)速不變的勻速旋轉(zhuǎn)，能夠計(jì)算得出，其葉片的線速度可以通過下式確定其線性速度可以用矢量OA來解釋，方向可以用切向旋轉(zhuǎn)的方向來解釋；分析其內(nèi)部物質(zhì)在輸送的滑動(dòng)，能夠由AB矢量來描述。其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如下圖所示：圖4-2物料的速度分析可見，為保證槽內(nèi)材料的能夠沿著輸送機(jī)的軸線方向移動(dòng)，能夠確定軸線速度的分量要大于0，可以確定夾角，考慮到在軸底部的速度較小，可以確定，帶入并整理得出：（4-3）同時(shí)，還需要考慮其圓周速度的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，能夠得出由圖2-2知，（4-4）將帶入計(jì)算得出由第二條件得出因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以得出:d=(0.2～0.35)D，在此取d=0.2D即d=0.2400=80mm1.2.5螺旋軸轉(zhuǎn)速分析旋轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)軸的速度，需要考慮轉(zhuǎn)軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)過程中，物料要能夠完成平穩(wěn)的輸送，同時(shí)，還不能夠速度過大，造成物料的揚(yáng)起，無法完成螺旋輸送的目的，因此，可以確定最大轉(zhuǎn)速可以通過下式計(jì)算拿得出，取流動(dòng)系數(shù)為30.（4-5）取轉(zhuǎn)速為40r/min，把帶入公式，因此，可以確定：其中t=S=0.4m（4-6）輸送機(jī)載荷的橫斷面面積:（4-7）物料在輸送時(shí)的運(yùn)移速度:（4-8）故:所選螺旋軸葉片直徑D=400mm,螺旋軸轉(zhuǎn)速n=40r/min1.2.6螺旋面葉片的下料 圖4-3螺旋葉片的展開圖可以通過下式完成計(jì)算（4-9）已知上式中h=S由同心圓的關(guān)系可知（4-10）（4-11）（4-12）將L，l，，h帶入得到如下結(jié)果：其中帶入得到本設(shè)計(jì)的下料尺寸為1.2.7傳動(dòng)功率 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率一般是指在滿載工況下，需要螺旋輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)并能夠帶動(dòng)物料完成直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)所需功率，可以通過下式完成計(jì)算：（4-13）式中，——輸送量, ——阻力系數(shù)——螺旋輸送機(jī)長度(m)，——螺旋輸送機(jī)直徑(m)，——傾斜布置時(shí)的垂直高度(m)，將Q=20，,L=2.4,D=0.4,H=0帶入得到電動(dòng)機(jī)的功率（4-14）式中為驅(qū)動(dòng)裝置的總效率，一般取0.85～0.9,此處設(shè)計(jì)取則電動(dòng)機(jī)功率1.3電動(dòng)機(jī)的選擇驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源是采用電能的供電方式，機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源可以選取氣動(dòng)、液壓及電能三種動(dòng)力方式，而電能是最常用的供電方式，這種供電方式不需要像氣動(dòng)和液壓外接動(dòng)力源，就可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)的高效工作，因此，本項(xiàng)目采用電機(jī)作為動(dòng)力源。由于電機(jī)是目前機(jī)械設(shè)備最常用的驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)，機(jī)械設(shè)備的使用場景變化較多，因此，隨著電機(jī)的發(fā)展，電機(jī)的種類也較多，驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照供電的電源方式可以分為直流電機(jī)、交流電機(jī)，按照是否能夠準(zhǔn)確停止，可以分為同步電機(jī)、異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等多種型號(hào)。隨著自動(dòng)化發(fā)展，直流電機(jī)市場占有率逐步提高，直流電機(jī)具有體積小、成本低、供電電源要求低、能夠應(yīng)用電池供電等多種優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化、機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)械等場景。交流電機(jī)是通過交流電的供電方式，其對(duì)停止位置并沒有要求，電機(jī)為持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率較大，為戶外運(yùn)行，采用交流電供電較為方便，因此，選用較為常用的三相異步電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)的成本較低，運(yùn)行較為可靠，在中大型設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。電機(jī)型號(hào)為Y112M-4，其同步轉(zhuǎn)速為1440r/min,功率為4KW。1.4減速器的選擇由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比較大，因此，選用蝸輪蝸桿減速器，機(jī)械傳動(dòng)方式比較多其中使用最廣泛為蝸輪蝸桿，通常情況下會(huì)使用在傳動(dòng)比比較大的減速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，其中蝸輪和低速端連接在一起，蝸桿與高速端連接在一起，實(shí)現(xiàn)直角傳動(dòng)。通常情況下，擁有較大的減速比的減速器可利用齒輪減速器，但是齒輪減速器會(huì)增加整個(gè)機(jī)械的體積，減少機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的緊湊性。此類傳動(dòng)形式優(yōu)勢比較多，比如整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比相對(duì)較大、可垂直性傳動(dòng)等。采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式不僅可以提高機(jī)械運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，還可以減少安裝步驟，缺點(diǎn)就是蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率相對(duì)來說比較低，通常情況下只能達(dá)到70%，這類傳動(dòng)形式會(huì)產(chǎn)生大量的熱，倘若無法使用正確的方式進(jìn)行散熱，減速箱內(nèi)部機(jī)構(gòu)會(huì)因?yàn)檫^熱造成熱磨損。由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，螺旋軸轉(zhuǎn)速為40r/min，得到傳動(dòng)比（4-15）選擇的減速器型號(hào)CW100-12.5-IF，減速比12.5，最大功率為6.81KW。二級(jí)傳動(dòng)比采用V形帶傳動(dòng)方式，計(jì)算V形帶的傳動(dòng)比。取2.9。1.5傳動(dòng)皮帶設(shè)計(jì)根據(jù)上述設(shè)計(jì)，傳動(dòng)比為2.9?？紤]到驅(qū)動(dòng)功率P1=4kw，能夠確定計(jì)算功率（4-16）進(jìn)而，可以確定查找V形帶的選型表格，確定采用B型皮帶。同時(shí)，考慮到傳動(dòng)帶型號(hào)、傳動(dòng)功率及電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)，確定小帶輪的尺寸為dd可以計(jì)算得出，小帶輪的線速度為（4-17）確定大帶輪的尺寸（4-18）由于V形帶是遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)方式，一般兩個(gè)帶輪的布置需要遵循，根據(jù)上式的范圍，初定400mm將初定中心距代入下式，可以計(jì)算帶長:（4-19）進(jìn)而，得出Ld=1200mm由于基準(zhǔn)帶長不同于計(jì)算帶長，需要對(duì)中心距完成修正（4-20）計(jì)算皮帶包角（4-21）兩個(gè)帶輪的角度較為合適。計(jì)算每根皮帶能夠傳動(dòng)的最大功率查參考文獻(xiàn)[15]表8-4，表8-5得P0ΔPkαkL（4-22）根據(jù)負(fù)載功率，可以計(jì)算皮帶根數(shù)（4-23）取5根。實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要設(shè)置張緊力(F0計(jì)算壓軸力(F0p1.6頭軸的尺寸設(shè)計(jì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸上面主要布置傳動(dòng)帶輪、軸承等零件，根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，對(duì)其合理化布置，可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表估算軸的最小直徑（4-26）左側(cè)軸徑上面安裝了聯(lián)軸器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置要求，這個(gè)軸徑的長度需要比聯(lián)軸器長度略長，軸徑需要和減速器軸徑直徑相同，。右側(cè)軸肩的高度，取a=3.5mm則。由于安裝雙軸承則軸環(huán)高度取5mm，寬度，此處加大寬度，取。1.7軸的校核本文分析的軸的材料為45鋼，具有較高的強(qiáng)度及較為低廉的制造成本，被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，同時(shí)，這種鋼材的表面硬度較低，其使用一般需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，增加鋼材的耐用性，其強(qiáng)度為根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，輸送的量為20kg/h,輸送距離為2.4m，螺距S=0.4m，v=40r/min,計(jì)算得出（4-27）確定載荷均布載荷（1）畫軸的受力簡圖本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸兩側(cè)分別布置了軸承，這種受力狀況是最常遇見的轉(zhuǎn)軸的力學(xué)狀態(tài)，兩側(cè)軸承固定在軸承支座內(nèi)部，通過所學(xué)的力學(xué)知識(shí)，能夠?qū)⑤S承視為轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)固定支撐點(diǎn)，在軸承處的受力轉(zhuǎn)矩為0。通過本項(xiàng)目的轉(zhuǎn)軸的實(shí)際受力狀態(tài)，轉(zhuǎn)軸兩端為固定支點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸主要受力為兩個(gè)支點(diǎn)之間，受力狀態(tài)與簡支梁相符，因此，可以采用簡支梁受力模型對(duì)其進(jìn)行分析。圖4-4受力簡圖（2）求支反力并畫出彎矩圖 可以計(jì)算得出其均布分力垂直面內(nèi) （4-28）解得截面C處彎矩（4-29）截面E處彎矩（4-30）截面F處彎矩（4-31）截面G處彎矩截面H處彎矩截面D處彎矩由前面可知在中間點(diǎn)的彎矩最大（4-32）帶入得水平面內(nèi)不受力或受力可以忽略，故不予分析，垂直面彎矩圖如圖4-5所示。圖4-5彎矩圖（4）繪制扭矩圖（4-33）圖4-6扭矩圖（4）繪制當(dāng)量彎矩圖 計(jì)算各支點(diǎn)的作用力并不能有效地反映出轉(zhuǎn)軸的實(shí)際載荷作用情況，一般需要計(jì)算轉(zhuǎn)軸的較為薄弱處的彎矩，通過彎矩能夠較為明晰地計(jì)算得到轉(zhuǎn)軸是否能夠滿足要求，采用材料力學(xué)所學(xué)知識(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)軸的受力情況，可以完成各個(gè)不同截面的彎矩狀態(tài)。本文分析的轉(zhuǎn)軸在實(shí)際使用過程中為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要綜合考慮其彎矩和扭矩的受力， C截面（4-34） 中間截面 將以