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鋼球分選機(jī)設(shè)計(jì)
摘要：本次設(shè)計(jì)對(duì)鋼球分選機(jī)進(jìn)行了較全面的論述。首先，介紹了鋼球分選機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)類型，并指出了市場(chǎng)上現(xiàn)有鋼球分選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；其次，分析了鋼珠分選機(jī)的主要參數(shù)對(duì)其使用性能和輸送能力的影響，以及工作過(guò)程中的鋼球分選機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況；最后，根據(jù)鋼球分選機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求獨(dú)立設(shè)計(jì)一臺(tái)鋼球分選機(jī)。
本次設(shè)計(jì)根據(jù)螺桿結(jié)構(gòu)、輸送量和輸送路程設(shè)計(jì)出螺旋直徑，計(jì)算出了分選功率并根據(jù)該功率選擇了電動(dòng)機(jī)、減速器和聯(lián)軸器等，較好地解決了設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和確定等問題，避免了以往只能依靠經(jīng)驗(yàn)做設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)的各種不合理情況。
本次設(shè)計(jì)還對(duì)鋼球分選機(jī)的正確安裝、正常使用和平時(shí)保養(yǎng)等進(jìn)行了說(shuō)明，整個(gè)設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面的知識(shí)，對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作都有實(shí)際指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：鋼球分選機(jī)；螺旋輸送；設(shè)計(jì)
The design of steel ball sorting machine
Abstract : The design of the steel sorting machine comprehensively discussed. First, introduces the development status of separating machine, steel structure and types, and pointed out the existing steel market advantages and disadvantages of sorting machine, Secondly, analyzed the main parameters of separating machine steel on its performance and transmission capacity, and the influence of the process of separating machine ball movement and force, Finally, according to the ball sorting machine design and working principle of the requirements of the independent design a ball sorting machine.
According to the structure, design of screw conveyor journey designed throughput and spiral diameter, calculated according to the power separating power and choose motor, gear and coupling, through three-dimensional modeling machine assembly verified after the rationality of the space structure, a good solution to the selection of design parameters and avoid the problems, such as past experience do design can only rely on the unreasonable situation.
The design of the steel distinguishing correct installation and maintenance of the normal use of peace, when the whole design, mechanical design and manufacturing knowledge, for future study and work has practical significance.
Key words : steel ball sorting machine；screwy conveyance；design
目 錄
1 概述……………………………………………………………………………..…1
1.1 鋼球分選機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………1
1.2 鋼球分選機(jī)的基本類型及原理……………………………………………2
2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………..5
2.1 本次設(shè)計(jì)的構(gòu)想……………………………………………………………5
2.2 本次設(shè)計(jì)的依據(jù)和原則……………………………………………………6
2.3 本次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)……………………………………………………………6
3 輸送螺桿的相關(guān)設(shè)計(jì)………………………………………………………….7
3.1 輸送螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………7
3.2 輸送螺桿的速度分析……………………………………………………..11
3.3 輸送螺桿的輸送量計(jì)算…………………………………………………..15
4 系統(tǒng)傳動(dòng)比的分配……………………………………………………………17
4.1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比……………………………………………………..17
4.2 傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比的分配……………………………………………..17
5 系統(tǒng)動(dòng)力部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………...18
5.1 電動(dòng)機(jī)的選用及功率計(jì)算………………………………………………..18
5.2 減速器的選用……………………………………………………………..22
5.3 軸承的選用及校核………………………………………………………..24
5.4 V帶輪的設(shè)計(jì)與V帶的選用……………………………………………..27
6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………...28
6.1 床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………..28
6.2 鍵的選用 …………………………………………………………………30
6.3 進(jìn)、出料口的位置…………………………………………………………31
6.4 系統(tǒng)的技術(shù)要求和操作規(guī)范……………………………………………..32
7 主傳動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑……………………………………………………………34
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………...36
謝辭………………………………………………………………………………….37
附錄……………………………………………………………………………..…...38
隨著我國(guó)精密制造技術(shù)的不斷發(fā)展，
鋼球已廣泛應(yīng)用于滾動(dòng)軸承、滾珠絲桿
等精密傳動(dòng)部件中。鋼球的生產(chǎn)也已經(jīng)
實(shí)現(xiàn)了高精度、大批量的生產(chǎn)模式。但
是由于生產(chǎn)過(guò)程中存在的加工誤差及各
項(xiàng)加工環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的其它誤差，即使在
使用同一批次生產(chǎn)出來(lái)的鋼球時(shí)，也需
要進(jìn)行篩選（篩選出尺寸一致的鋼球以供使用）。然而，在大多數(shù)情況下，這些篩選工作都是由人工完成的，勞動(dòng)強(qiáng)度太大、誤差率較高。并且，隨著我國(guó)民營(yíng)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼球的生產(chǎn)已經(jīng)基本轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)規(guī)模鉸小、生產(chǎn)成本較低，生產(chǎn)靈活性較大的各種小型機(jī)械制造企業(yè)。
為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鋼球的分選精度和分選效率，并考慮到這些小工廠的生產(chǎn)條件簡(jiǎn)陋，廠房空間小，生產(chǎn)資料單一等特點(diǎn)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)小體積、低功率、操作簡(jiǎn)單的電動(dòng)鋼球分選機(jī)（主要是根據(jù)直徑將鋼球進(jìn)行分類存儲(chǔ)）對(duì)這些小型機(jī)械制造企業(yè)具有非常積極的意義。
1 概述
1.1 鋼球分選機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的分選技術(shù)，大致可以分為三類：
1） 空氣分選法 利用平風(fēng)或者旋風(fēng)的風(fēng)能使物料逐級(jí)分層，再收集到不同的裝置中。
2） 重力分選法 利用物料本身的重力使物料逐級(jí)分層，再收集到不同的裝置中?，F(xiàn)在常見的有干式重力分選法和濕式重力分選法兩種。
3） 篩分法 篩分是將顆?；蚍垠w物料通過(guò)一層或幾層帶孔的篩面，使物料按寬度或厚度分成若干個(gè)粒級(jí)的過(guò)程。每一層篩面都可以將物料分成篩下物（也稱篩過(guò)物）和篩上物（也稱篩余物）兩部分。
隨著各種新科學(xué)、新技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了利用光電傳感器檢測(cè)物料的尺寸，外形等因素的光電式尺寸分選機(jī)。
1.2 鋼球分選機(jī)的基本類型及原理
考慮到鋼球的質(zhì)量和外形等特點(diǎn)，以及小型機(jī)械制造企業(yè)的現(xiàn)有條件，市場(chǎng)上出現(xiàn)的鋼球分選機(jī)械大多采用的是篩分原理。常見的篩面基本運(yùn)動(dòng)形式如圖1.1所示，有靜止傾斜篩面、往復(fù)運(yùn)動(dòng)篩面、高速振動(dòng)篩面、平面回轉(zhuǎn)篩面和滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)篩面等。
圖1.1 篩面運(yùn)動(dòng)形式
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和改進(jìn)，鋼球篩分機(jī)械逐漸形成了以下幾種類型：
1） 溜槽：利用溜槽分選鋼球，是一種最簡(jiǎn)單的分選鋼球的辦法。當(dāng)鋼球沿溜槽向下滾動(dòng)時(shí)，完整的鋼球落得較遠(yuǎn)，磨損后不完整的鋼球下落較近，這樣就可將不能再用的碎球剔除。溜槽的角度，必須選擇恰當(dāng)，一般在12~15°之間，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響分選效果。利用溜槽并不能將大小球完全分離。。
2） 回轉(zhuǎn)式鋼球分選機(jī)：主要利用轉(zhuǎn)動(dòng)篩和固定篩交叉程度不同所形成的出口大小來(lái)分選鋼球。如轉(zhuǎn)動(dòng)篩和固定篩完全重合，出口開度最大（圖1.2中a）；首尾交接時(shí)，出口閉合（圖1.2中b）。分選時(shí)，先將出口調(diào)至最小，然后再逐步增大。
圖1.2 臥式回轉(zhuǎn)式鋼球分選機(jī)
這種分選機(jī)，可以將不同規(guī)格的鋼球完全分離，只是每次調(diào)節(jié)出口開度時(shí)都必須停機(jī)調(diào)整，而且當(dāng)機(jī)內(nèi)大鋼球存有一定量的時(shí)候，必須將出口調(diào)至最大，卸出鋼球后，再重新裝球進(jìn)行分選。
如圖1.3所示，依照不同孔徑篩筒的排列，篩筒有并列式、串列式和同軸式三種結(jié)構(gòu)。
圖1.3 篩筒排列形式
并列式組合將篩孔規(guī)格不同的幾個(gè)篩筒按篩孔大小依次順序排列。每段篩筒的長(zhǎng)度較大，篩理路程較長(zhǎng)，鋼球有更多且同樣多的機(jī)會(huì)被篩孔度量。為節(jié)省占地面積，篩筒間可作垂直方向的排列。各段篩理能力均衡，適宜于粒徑分布較為均勻的鋼球的篩分。
串列式組合將篩筒分成多段，篩孔由小到大，各段長(zhǎng)度較短，篩理路程短，鋼球不能得到充分篩理，影響篩選效率。適宜于小顆粒含量較多的鋼球的篩分。
同軸式組合將具有不同篩孔和筒徑的篩筒由內(nèi)向外排列，結(jié)構(gòu)緊湊，但流量最大的內(nèi)篩筒直徑最小，篩理能力低，而且同一粒度的顆粒因穿過(guò)上一級(jí)篩孔的位置不同而不具有同樣的篩理路程，故適宜于大顆粒較少鋼球的分選。
有些機(jī)型采用棱柱面篩筒，與圓柱面篩筒相比，鋼球的流動(dòng)狀態(tài)更有利于篩理，但結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜，且工作時(shí)平穩(wěn)性較差。
3） 立式回轉(zhuǎn)鋼球分選機(jī)：主要利用不同篩孔大小的幾層篩板進(jìn)行分選。這種分選機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、物料提升次數(shù)少、篩面利用率高和操作管理較方便等特點(diǎn)，只是篩板的篩孔大小是固定的，在
分選多種規(guī)格鋼球時(shí)，需更換篩板。
立式回轉(zhuǎn)鋼球分選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1.4
所示。利用大小鋼球自動(dòng)分級(jí)的特性，
使直徑不同的鋼球在篩面上充分分層，
并配備大小適當(dāng)?shù)暮Y孔，使底層小鋼球
及時(shí)分出，從而達(dá)到大小鋼球分離的目
的。立式回轉(zhuǎn)鋼球分選機(jī)由進(jìn)料裝置、
篩體、偏心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和篩面角度調(diào)節(jié)機(jī)
構(gòu)等部件組成。篩體的固定方式分支撐
式和懸吊式兩類。 圖1.4 立式回轉(zhuǎn)鋼球分選機(jī)
4） 分級(jí)漏板：分級(jí)漏板和立式回轉(zhuǎn)分選機(jī)很相似，只是它固定不動(dòng)，像溜槽一樣利用漏板所具有的斜度使漏板上的鋼球沿出球口卸出。分級(jí)漏板，容易制造，又不需要?jiǎng)恿?，分?jí)效果也好。
5） 振動(dòng)篩：振動(dòng)篩是應(yīng)用最廣泛的篩選設(shè)備。主要由進(jìn)料裝置，篩體，振動(dòng)裝置和機(jī)架組成。
進(jìn)料裝置由進(jìn)料斗和流量控制活門構(gòu)成，其作用是保證供料穩(wěn)定并沿篩面均勻分布，提高篩分效率。進(jìn)料量可以調(diào)節(jié)。流量控制活門有喂料輥和壓力門兩種結(jié)構(gòu)。喂料輥進(jìn)料裝置喂料均勻，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般在篩面較寬是才采用。壓力門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，篩選設(shè)備多采用重錘式壓力門。
篩體是振動(dòng)篩的主要工作部件，它由篩框、篩面、篩面清理裝置、吊桿、隔振機(jī)構(gòu)等組成。篩體內(nèi)通常設(shè)多層篩面，因篩孔較小而易造成堵塞，為保證篩選效率，設(shè)置有篩面清理裝置，圖示振動(dòng)篩采用的是橡膠材質(zhì)的振球。
隔振裝置用來(lái)降低篩體的振動(dòng)。篩體的工作效率一般在超共振頻率區(qū)，在啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)共振區(qū)。常用的隔振裝置有彈簧式和橡膠緩沖器。
這種振動(dòng)篩的篩面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因物料只是在篩面上滑動(dòng)，故適宜于流動(dòng)性較好的散粒體物料的分選。
通過(guò)以上的研究，我們發(fā)現(xiàn)，篩分機(jī)械主要由進(jìn)料裝置，篩體，收集裝置和機(jī)架組成。篩體是篩分機(jī)械的主要工作構(gòu)件。篩體多為平面結(jié)構(gòu)，少數(shù)為柱面（圓柱面或棱柱面）結(jié)構(gòu)。按照制造工藝不同，篩體有沖孔篩、編織篩、柵篩等多種類型。
為保障篩分過(guò)程的正常進(jìn)行，鋼球與篩面應(yīng)保持足夠的接觸時(shí)間，以便于篩孔度量鋼球，同時(shí)物料與篩面之間應(yīng)形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，促使小于篩孔的鋼球穿過(guò)篩孔。鋼球在篩面上最大可能移動(dòng)距離（稱為篩程）越長(zhǎng)，篩分效率越高；鋼球沿篩面運(yùn)動(dòng)速度越快，越不易穿過(guò)篩孔，篩分效率越低；鋼球沿垂直于篩面的運(yùn)動(dòng)速度越大，小鋼球越易穿過(guò)篩孔，但動(dòng)力消耗也相應(yīng)增大。
2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 本次設(shè)計(jì)的構(gòu)想
在對(duì)任務(wù)書充分研究理解和對(duì)以上各種類型的鋼球分選機(jī)進(jìn)行充分認(rèn)識(shí)后，本次設(shè)計(jì)提出了螺旋式鋼球分選機(jī)的構(gòu)想，該類型鋼球分選機(jī)屬于連續(xù)作業(yè)型，如圖2.1所示，主要由螺桿、料斗、上蓋、底座、傳動(dòng)裝置、鋼球收集器及機(jī)架組成。
鋼球分選機(jī)的主要部件為輸送螺桿和四個(gè)與鋼球直徑相匹配的分選槽。輸送螺桿由兩端的軸承支承在底座上，作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在螺桿的上方，設(shè)有上蓋，在其下部，底座通過(guò)螺栓與上蓋聯(lián)接，底座底部開有四條分選槽。
1-上箱體、2-端蓋、3-下箱體、4-收集器、5-支架、
6-電機(jī)、7-減速器、8-皮帶、9-帶輪、10-螺桿、11-料斗
圖2.1 鋼球分選機(jī)
工作時(shí)，鋼球由料斗進(jìn)入螺桿的螺旋槽，在螺桿的推動(dòng)下沿溜槽滑動(dòng)，當(dāng)鋼球的直徑小于分選槽的寬度時(shí)，既從分選槽中落入收集器中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑為5mm、8mm、10mm、12mm的四類鋼球進(jìn)行分選。分選速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速來(lái)設(shè)定。
該分選設(shè)備設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)鋼球在固定速度下進(jìn)行分選。由于機(jī)體下部為密封體，作業(yè)時(shí)避免了灰塵飛揚(yáng)，可顯著地改善工人的作業(yè)環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高分選效率，同時(shí)也提高了分選質(zhì)量。
2.2 本次設(shè)計(jì)的依據(jù)和原則
為了保證設(shè)計(jì)出來(lái)的鋼球分選機(jī)能夠完全滿足任務(wù)書的要求，我們應(yīng)該充分考慮該設(shè)備所需要具備的測(cè)量范圍、分組間隔、分組數(shù)、分選效率、分選精度等技術(shù)參數(shù)。
螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)尺寸是由所設(shè)計(jì)的鋼球分選機(jī)的分選精度和分選效率決定的。在本次設(shè)計(jì)中，需要確定的結(jié)構(gòu)尺寸主要有分選槽的寬度、螺旋軸直徑、螺旋葉片直徑、螺距及螺旋軸的轉(zhuǎn)速等，這些主要尺寸的確定直接影響鋼球分選的精度和效率，正確地確定這些主要參數(shù)是整個(gè)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，。
螺旋軸葉片直徑越大或者螺距越大時(shí)，每個(gè)螺旋槽攜帶的鋼球就越多，慣性就越大，還有可能出現(xiàn)鋼球累積分層的現(xiàn)象，使得位于內(nèi)層的鋼球得不到分選。從而降低了鋼球分選的效率，且增大了鋼球的分選誤差。
螺旋軸葉片直徑過(guò)小或節(jié)距過(guò)小時(shí)，螺桿的輸送能力變小，分選效率降低。此外，節(jié)距過(guò)小，還會(huì)導(dǎo)致鋼球在輸送過(guò)程中因受到擠壓而產(chǎn)生變形，使螺桿對(duì)鋼球的適應(yīng)性變差，從而進(jìn)一步降低了分選的效率和精度。
因此，合理地確定螺旋葉片的直徑和螺距，可以有效地提高鋼球分選機(jī)的分選效率和分選精度。
2.3 本次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
本次設(shè)計(jì)充分考慮了現(xiàn)有分選機(jī)械的缺點(diǎn)與不足，控制了鋼球在分選機(jī)中運(yùn)動(dòng)路徑和運(yùn)動(dòng)速度，盡最大的可能保證了每一個(gè)鋼球都能最多次數(shù)地被分選槽度量，從而保證了鋼球的分選精度和分選質(zhì)量。
該鋼球分選機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、橫截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制造成本低、單位功率較大、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，采用螺桿作為鋼球的運(yùn)載體，推動(dòng)鋼球在筒體內(nèi)沿螺旋槽運(yùn)動(dòng)，大大縮短了分選槽的軸向尺寸，提高了空間利用率。
3 輸送螺桿的相關(guān)設(shè)計(jì)
3.1 輸送螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
螺桿是一種不具有撓性牽引性質(zhì)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運(yùn)輸不可缺少的重要機(jī)械結(jié)構(gòu)之一。它的廣泛應(yīng)用對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)物料輸送過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
3.1.1 輸送螺桿的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
螺桿是常用的輸送機(jī)構(gòu)之一，具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜；維護(hù)容易，操作安全；輸送空間密閉，物料損耗少；外形尺寸矮小，布置緊湊，便于多點(diǎn)裝料與卸料等。適于輸送各種松散的粉粒狀、小塊狀以及某些黏性不大的物料。
本次設(shè)計(jì)中，螺桿主要用于鋼球的排列和輸送，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。擬采用實(shí)體螺旋葉片、等螺距的單頭普通螺桿。。螺桿通過(guò)軸承安裝在底座兩端軸承座上，螺桿一端的軸頭與驅(qū)動(dòng)裝置相聯(lián)，在上蓋和底座圍成的圓筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)。上蓋頂部設(shè)有料斗和進(jìn)料口，底座底部設(shè)有分選槽和出料口。
圖3.1 輸送螺桿的結(jié)構(gòu)
其工作原理是：鋼球從進(jìn)料口加入，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼球受到螺旋葉片法向推力的作用，該推力的徑向分力和葉片對(duì)鋼球的摩擦力，帶著物料繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于本身的重力和料槽的摩擦力的作用，鋼球才不與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，而是在葉片法向推力的軸向分力的作用下，沿著分選槽軸向移動(dòng)
3.1.2 輸送螺桿的基本參數(shù)
（1） 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取
1) 輸送物料：鋼球，無(wú)磨琢性和腐蝕性。
2) 輸送量Q：正常工況設(shè)計(jì)要求8000 kg/d，最大輸送量按10000 kg/d設(shè)計(jì)，每天操作時(shí)間按8 h 計(jì)算時(shí)，輸送量Q為1250 kg/h。
3) 物料的表觀密度為7.9 t/m3。
4) 輸送溫度：常溫。
5) 輸送長(zhǎng)度650 mm。
6) 輸送高度160 mm。
（2） 螺桿直徑與轉(zhuǎn)速的確定
本次設(shè)計(jì)擬采用普通單線螺紋螺桿，其螺紋牙型為等邊三角形，牙型角，該類型螺紋牙根部允許有較大的圓角，以減小應(yīng)力集中。，承受沖擊、振動(dòng)和變載荷的性能較好。
圖3.2 輸送螺桿截面
通過(guò)以上分析，可得：
mm （3-1）
mm （3-2）
螺旋軸直徑的大小與螺距有關(guān)，因?yàn)閮烧吖餐瑳Q定了螺旋葉片的升角，也就決定了鋼球的滑移方向及速度分布，所以應(yīng)從考慮螺旋面與鋼球的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適當(dāng)分布來(lái)確定最合理的軸徑與螺距之間的關(guān)系。
根據(jù)鋼球的運(yùn)動(dòng)分析，要保證鋼球在料槽中的軸向移動(dòng)，螺旋軸徑處的軸向速度要大于0，即螺旋內(nèi)升角
（3-3）
又因?yàn)椋?，所以螺距與軸徑之間關(guān)系必須滿足的條件之一是：
（3-4）
實(shí)踐證明，對(duì)大多數(shù)螺旋輸送機(jī)，一般其螺旋體的結(jié)構(gòu)均能滿足第一個(gè)條件要求但對(duì)螺旋體直徑較?。ɡ鏒=100mm）的螺旋輸送機(jī)，其不一定能滿足第一個(gè)條件的要求，因而在確定較小直徑螺旋體的S和d時(shí)，必須進(jìn)行這項(xiàng)驗(yàn)算工作。
軸徑與螺距的關(guān)系還應(yīng)滿足的第二個(gè)條件是：螺旋軸徑處的軸向速度要大于圓周速度，即，由式（3-4）整理可得：
（3-5）
根據(jù)式（3-5）計(jì)算，當(dāng)f取0.3，S=(0.8~1)D時(shí)，；當(dāng)f值增加時(shí)，d/D值還要增加。也就是說(shuō)，根據(jù)式（3-5）計(jì)算得出的軸徑相當(dāng)大，這勢(shì)必降低有效輸送截面。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(jié)構(gòu)，使得輸送機(jī)結(jié)構(gòu)粗大笨重，成本增加。所以，螺旋軸徑與螺距的關(guān)系應(yīng)是輸送功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在滿足輸送要求的前提下盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。由于螺旋輸送機(jī)的填充系數(shù)較低，只要保證靠近葉片外側(cè)的物料就有較大的軸向速度，且軸向速度大于圓周速度即可。
一般軸徑的計(jì)算公式為：
d=(0.2~0.35)D (3-6)
為了使鋼球在螺旋槽中移動(dòng)時(shí)，呈單層排列,達(dá)到較好的輸送密封度。應(yīng)讓螺旋槽的深度盡量與鋼球的直徑相匹配。故選取螺旋軸的直徑為 mm ,螺旋葉片的直徑為 mm 。
螺旋葉片的直徑通常制成標(biāo)準(zhǔn)系列，D=100、120、150、200、250、300、400、500和600mm，目前發(fā)展到D=1000mm，最大可達(dá)1250mm。為限制規(guī)格過(guò)多過(guò)亂，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在系統(tǒng)研究、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上制訂了標(biāo)準(zhǔn)草案，規(guī)定螺旋直徑采用R10基本系列優(yōu)先數(shù)系。
筒體內(nèi)徑應(yīng)稍大于螺旋葉片直徑，兩者之間有一定間隙，此間隙應(yīng)越小越好，因?yàn)樵谳斔瓦^(guò)程中，鋼球可能從間隙穿過(guò)，這樣就會(huì)降低分選精度。本次設(shè)計(jì)中筒體擬采用鑄造，筒體內(nèi)徑取 mm ，即筒體與螺旋葉片的單邊間隙為5 mm。
（3） 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(shù)下鋼球運(yùn)行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過(guò)程。輸送量Q和直徑D一定時(shí)，螺距改變，鋼球運(yùn)動(dòng)的滑移面隨著改變，這將導(dǎo)致物料運(yùn)動(dòng)速度分布的變化。通常螺距應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件：即考慮螺旋面與鋼球的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系兩個(gè)條件，來(lái)確定最合理的螺距尺寸。
從圖2可知，鋼球顆粒M所受螺旋面在軸向的作用力為
（3-7）
為使，必須滿足，因?yàn)樵谔幍淖畲螅╠為螺旋軸直徑），最小，所以許用螺距可由下式求得：
（3-8）
若令，則 （3-9）
式中， ——鋼球與葉片間的摩擦系數(shù)；——螺旋軸直徑系數(shù)，=0.3~0.6。
另外，螺距的大小將影響速度各分量的分布。當(dāng)螺距增加時(shí)，雖然軸向輸送速度增大，但是會(huì)出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r；相反，當(dāng)螺距較小時(shí)，速度各分量分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。當(dāng)確定最大的許用螺距時(shí)，必須滿足的第二個(gè)條件是建立在使鋼球顆粒具有最合理的速度各分量間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，即應(yīng)使鋼球顆粒具有盡可能大的軸向輸送速度，同時(shí)又使螺旋面上各點(diǎn)的軸向輸送速度大于圓周速度。即，由此可得：
（3-10）
整理得：，因此在處（在螺旋外徑處），故可將上式寫成：
（3-11）
所以螺距S應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：
鋼球的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運(yùn)動(dòng)取向、運(yùn)動(dòng)速度、物料的尺寸、濕度以及螺旋葉片材料及表面狀態(tài)等有關(guān)。輸送鋼球的摩擦系數(shù)可參考連續(xù)運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)。
通?？砂聪率接?jì)算螺距： （11） （3-12）
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的輸送螺桿，通常有=0.81.0；當(dāng)傾斜布置或輸送鋼球流動(dòng)性較差時(shí)；當(dāng)水平布置時(shí)，=0.81.0。
為了便于鋼球靈活移動(dòng)，及出料口的均勻布置，選取螺距為60 mm。螺紋升角。
3.2 輸送螺桿的速度分析
3.2.1 螺桿的受力和軸向速度分析
在輸送過(guò)程中，由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響，鋼球的運(yùn)動(dòng)并非是單純的沿軸線作直線運(yùn)動(dòng)，而是沿螺旋軸作一個(gè)復(fù)合的空間曲線運(yùn)動(dòng)。設(shè)螺桿為標(biāo)準(zhǔn)的等螺距、等直徑、螺旋面升角為的單頭螺旋。當(dāng)螺旋面的升角一定時(shí)，在展開狀態(tài)時(shí)的螺旋線可以用一條斜直線來(lái)表示。下面以距離螺旋軸線處的鋼球顆粒M作為研究對(duì)象，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析（圖3.3）。
螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋面作用在鋼球顆粒上的力為P，由于鋼球與葉片的摩擦關(guān)系，P力的方向與螺旋面的法線方向偏離了角。角的大小由鋼球?qū)β菪?
面的摩擦角及螺旋面的表面粗糙程度決定，對(duì)于車削處的螺旋面，可忽略其表面粗糙程度對(duì)角的影響，即認(rèn)為=。P力可分解為法向分力P1和徑向分力P2。鋼球顆粒M在P力的作用下，在料槽中進(jìn)行著一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，既沿軸向移動(dòng)，又沿徑向旋轉(zhuǎn)，如圖3.4所示，既有軸向速度V1，又有圓周速度V2，其合速度為V。
圖3.3 物料受力分析 圖3.4 鋼球運(yùn)動(dòng)速度分析
當(dāng)螺旋體以角速度繞軸回轉(zhuǎn)時(shí)，距離螺旋葉片任意半徑r處的O點(diǎn)鋼球顆粒M的運(yùn)動(dòng)速度可由速度三角形求解。葉片上O點(diǎn)的線速度V0就是鋼球顆粒M牽連運(yùn)動(dòng)的速度，可用矢量OA表示，方向?yàn)檠豋點(diǎn)回轉(zhuǎn)的切線方向；鋼球顆粒M相對(duì)于螺旋面的相對(duì)滑動(dòng)速度，平行于O點(diǎn)的螺旋線切線方向，可用矢量AB表示。若不考慮葉片摩擦，則鋼球顆粒M絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度V0應(yīng)是螺旋面上O點(diǎn)的法線方向，可用矢量OB表示。由于鋼球與葉片有摩擦，鋼球顆粒M自O(shè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度V的方向應(yīng)與法線偏轉(zhuǎn)摩擦角。對(duì)V進(jìn)行分解，則可得到鋼球顆粒自O(shè)點(diǎn)移動(dòng)的軸向速度V1圓周速度V2。其中，V1就是料槽中鋼球的軸向輸送速度，而V2則是鋼球繞螺旋軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源。
根據(jù)鋼球顆粒M運(yùn)動(dòng)速度圖的分析，可得到鋼球軸向移動(dòng)的速度為：
（3-13）
由于，
（3-14）
而
由于，
所以（3-13）式又可寫成：
（3-15）
同理可得圓周速度：
（3-16）
式中，—螺旋螺距（mm）；—螺旋轉(zhuǎn)速（r/min）；—鋼球與葉片間的摩擦系數(shù)，，為葉片與鋼球的摩擦角（）；—螺旋面升角（）。
查表可得，鋼球與葉片間的摩擦系數(shù) =0.74。
解之得： =84.8 mm/s
則聯(lián)立（3-14）（3-15）（3-16）式解之得：
=100 r/min =89.8 mm/s
由式（3-14）及式（3-15），可得出鋼球在料槽內(nèi)軸向移動(dòng)速度V1和圓周速度V2隨半徑r而變化的曲線圖（圖4）。由圖4可見，V2在半徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)是變化的，在螺旋軸后隨半徑的增加而減小，因此，鋼球在螺旋內(nèi)的移動(dòng)過(guò)程中要產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，V1在半徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)也變化，并隨半徑的增加而增加。可見，靠近螺旋軸的鋼球的V2比外層的大，而V1卻比外層的要小，反之，靠近螺旋外側(cè)的鋼球的V1大V2小。這將使內(nèi)層鋼球較容易隨螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因而產(chǎn)生一個(gè)附加的鋼球流。螺旋在一定的轉(zhuǎn)數(shù)之前，這種附加的鋼球流對(duì)物料運(yùn)動(dòng)的影響并不顯著。但是，當(dāng)超過(guò)一定的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，鋼球就會(huì)產(chǎn)生垂直于輸送方向的跳躍的翻滾，起攪拌而不起軸向的推進(jìn)作用。這不僅會(huì)降低鋼球的輸送效率，加速設(shè)備構(gòu)件的磨損，而且會(huì)增大螺旋功率的消耗。因此，為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)不得超過(guò)它的臨界轉(zhuǎn)速。
圖3.5 螺旋面上速度的變化曲線
3.2.2 螺旋軸轉(zhuǎn)速
螺旋軸的轉(zhuǎn)速對(duì)輸送量有較大的影響。一般說(shuō)來(lái)，螺旋軸轉(zhuǎn)速加快，輸送器的輸送量提高，轉(zhuǎn)速過(guò)小則使輸送器的輸送量下降。但轉(zhuǎn)速也不宜過(guò)高，因?yàn)楫?dāng) 轉(zhuǎn)速超過(guò)一定的極限值時(shí)，物料會(huì)因?yàn)殡x心力過(guò)大而向外拋，使鋼球在輸送過(guò)程中所受的擠壓力變大。所以還需要對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行一定的限制，不能超過(guò)該極限值。
當(dāng)位于螺旋外徑處的物料顆粒不產(chǎn)生垂直于輸送方向的徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則它所受慣性離心力的最大值與其自身重力之間應(yīng)有如下關(guān)系：
（3-17）
即
解之得：
因此，螺旋輸送機(jī)的螺旋轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)鋼球輸送量、螺旋直徑和鋼球的特性而定，在滿足輸送量要求的前提下，螺旋轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高，更不允許超過(guò)它的臨界轉(zhuǎn)速，即： 式中，——螺旋的實(shí)際轉(zhuǎn)速（r/min）。
所以，本次設(shè)計(jì)中取 =100 r/min 。
3.3 輸送螺桿的輸送量計(jì)算
3.3.1 填充系數(shù)
鋼球在料槽中的填充系數(shù)對(duì)鋼球的輸送和能量的消耗由很大影響。當(dāng)填充系數(shù)較小時(shí)，鋼球堆積高度較低，大部分鋼球靠近螺旋外側(cè)，因而具有較高的軸向速度和較低的圓周速度，鋼球在輸送方向上的運(yùn)動(dòng)要比圓周方向顯著得多，運(yùn)動(dòng)的滑移面幾乎平行于輸送方向，這時(shí)垂直于輸送方向的附加鋼球流減弱，能量消耗降低；相反，當(dāng)填充系數(shù)較高時(shí)，鋼球運(yùn)動(dòng)的滑移面很陡，其在圓周方向的運(yùn)動(dòng)將比輸送方向的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，這將導(dǎo)致輸送速度的降低和附加能量的消耗。因而，填充系數(shù)適當(dāng)取小值較有利，一般取。此外，傾斜角度的大小對(duì)填充系數(shù)也由一定的影響。各種物料的填充系數(shù)值可參考表3.1。
表3.1 傾斜輸送系數(shù)
3.3.2 傾斜角度
螺旋輸送機(jī)的傾斜角度對(duì)于螺旋輸送機(jī)輸送過(guò)程的生產(chǎn)率和功率消耗都有影響，一般它是以一個(gè)影響系數(shù)的形式來(lái)體現(xiàn)的，傾斜輸送系數(shù)見表1.螺旋輸送機(jī)輸送能力將隨著傾斜角度的增加而迅速降低，同時(shí)，螺旋輸送機(jī)布置時(shí)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(huì)影響填充系數(shù)，其對(duì)填充系數(shù)的影響如表1.傾斜角度越大，允許的填充系數(shù)越小，螺旋輸送機(jī)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(jī)盡量避免傾斜布置，為了提高輸送效率，傾斜角度也不宜太大，一般傾斜角度。若一級(jí)不能滿足要求，可采用多級(jí)傾斜布置，以減少損耗。
為了便于鋼球在圓筒中滑動(dòng)，選取傾斜角度為 2o。
3.3.3 輸送量
輸送量是衡量螺旋輸送機(jī)能力的一個(gè)重要指標(biāo)，一般根據(jù)生產(chǎn)需要給定，但它與其他參數(shù)密切相關(guān)。在輸送鋼球時(shí)，螺旋軸徑所占據(jù)的界面雖然對(duì)輸送能力有一定的影響，但對(duì)于整機(jī)而言所占比例不大，因此，螺旋輸送機(jī)的鋼球輸送量可粗略按下式計(jì)算：
（3-18）
式中，——螺旋輸送機(jī)輸送量（t/h）；——料槽內(nèi)鋼球?qū)訖M截面積（m2）； ，其中，為填充系數(shù)，取0.3， 為螺旋葉片直徑（mm）； ——鋼球的單位容積質(zhì)量（t/m3），它同原料的種類、濕度、切料的長(zhǎng)度以及凈化方式、效果等多種因素有關(guān)，其值可查閱相關(guān)的手冊(cè)；——傾斜輸送系數(shù)，考慮到螺旋輸送機(jī)傾斜布置時(shí)對(duì)鋼球的輸送效果的影響，傾斜輸送系數(shù)見表3.1。
在實(shí)際工作中，通常不考慮鋼球軸向阻滯的影響，因此鋼球在料槽內(nèi)的軸向移動(dòng)速度 。
（3-19）
由上式可以看出，螺旋輸送機(jī)的鋼球輸送量與D、S、、、、有關(guān)，當(dāng)鋼球輸送量Q確定后，可以調(diào)整螺旋外徑D、螺距S、螺旋轉(zhuǎn)速和填充系數(shù)四個(gè)參數(shù)來(lái)滿足Q的要求。求解上式得：Q=9.1 t/h。
4 系統(tǒng)傳動(dòng)比的分配
4.1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比
傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)所需轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算：
=/=970/100=9.7 （4-1）
4.2傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比的分配
合理分配傳動(dòng)比，是傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題，它將直接影響到傳動(dòng)裝置的外廓尺寸、重量、潤(rùn)滑以及減速器的中心距等很多方面。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)減速器，各級(jí)傳動(dòng)比按標(biāo)準(zhǔn)分配。
總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積，即
（4-2）
在本次設(shè)計(jì)中，要求有過(guò)載保護(hù)，故考慮在傳動(dòng)系統(tǒng)中采用帶傳動(dòng)；又要求電動(dòng)機(jī)軸與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入軸平行，且傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比較小，考慮采用單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。按表推薦的傳動(dòng)比范圍，帶傳動(dòng)比，圓柱齒輪傳動(dòng)比，則傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比的范圍
（4-3）
為了使帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致過(guò)大，在選取標(biāo)準(zhǔn)減速器時(shí)，擬選用傳動(dòng)比為的ZDY型硬齒面圓柱齒輪減速器。故帶傳動(dòng)比
綜上所述，各級(jí)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如下：
1） 各軸轉(zhuǎn)速
減速器輸出軸轉(zhuǎn)速 r/min （4-4）
螺旋軸轉(zhuǎn)速 r/min （4-5）
2） 各軸功率
電動(dòng)機(jī)至螺旋軸的傳動(dòng)總效率包含減速器的效率和螺旋軸傳動(dòng)裝置的效率兩部分：
減速器的效率包括兩對(duì)滾子軸承的傳動(dòng)效率、一對(duì)圓柱齒輪的傳動(dòng)效率和一堆彈性聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率，即
（4-6）
螺旋軸傳動(dòng)裝置的效率包括一級(jí)帶傳動(dòng)效率，一對(duì)滾子軸承的傳動(dòng)效率，
即 （4-7）
則，減速器輸出軸功率 kw
螺旋軸功率 kw
3） 各軸轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩
減速器輸出軸轉(zhuǎn)矩
螺旋軸轉(zhuǎn)矩
5 系統(tǒng)動(dòng)力部分的設(shè)計(jì)
5.1 電動(dòng)機(jī)的選用及功率計(jì)算
電動(dòng)機(jī)一般由專業(yè)工廠按標(biāo)準(zhǔn)系列成批大量生產(chǎn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，根據(jù)工作載荷（大小和性質(zhì)）、工作要求（轉(zhuǎn)速高低、允許偏差和調(diào)速要求、啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)頻繁程度）、工作環(huán)境（塵土、金屬屑、油、水、高溫等）、安裝要求尺寸、重量有無(wú)特殊限制等條件從產(chǎn)品目錄中選擇電動(dòng)機(jī)。
選擇電動(dòng)機(jī)包括選擇電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)形式、功率、轉(zhuǎn)速和型號(hào)。
5.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式
電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類（直流或交流）、工作條件（環(huán)境、溫度等）、工作時(shí)間的長(zhǎng)短（連續(xù)或間隙）、載荷的性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能和過(guò)載情況等條件來(lái)選擇。
在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求不高，負(fù)載較平穩(wěn)，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，啟動(dòng)、制動(dòng)頻率較少，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，安裝方式為臥式。通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以發(fā)現(xiàn)，Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、較好的起動(dòng)性能等優(yōu)點(diǎn)，并且體積小、重量輕、外形美觀。故可以按照工業(yè)上的一般標(biāo)準(zhǔn)采用具有封閉自扇冷式防護(hù)結(jié)構(gòu)的三相異步交流電動(dòng)機(jī)。
5.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的功率
電動(dòng)機(jī)的額定功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。所選功率小于工作要求時(shí)，不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱而過(guò)早損壞；功率選得太大，則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，能力又不能充分利用，且由于經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都較低，造成很大的浪費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)的額定功率是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不超過(guò)許用溫度的最大功率，電動(dòng)機(jī)功率的確定，主要與其載荷大小、工作時(shí)間長(zhǎng)短、發(fā)熱多少有關(guān)。對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)工作、載荷較穩(wěn)定的機(jī)械，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需要的功率來(lái)選擇，而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)力矩。選擇時(shí)，應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的額定功率稍大于電動(dòng)機(jī)的所需功率，即≥。對(duì)于間歇工作的機(jī)械，可稍小于。
在本次設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)的功率包含傳動(dòng)功率、損耗功率和維持系統(tǒng)正常工作所需的提供給輸送螺桿的驅(qū)動(dòng)功率。其中，主要是提供給輸送螺桿的驅(qū)動(dòng)功率。
輸送螺桿的驅(qū)動(dòng)功率，是用于克服鋼球輸送過(guò)程中的各種阻力消耗的能量，主要包括以下幾個(gè)部分：
1） 使被運(yùn)鋼球提升高度H（水平或傾斜）所需的能量；
2） 被運(yùn)鋼球?qū)A筒壁和螺旋面的摩擦引起的能量消耗；
3） 鋼球內(nèi)部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗；
4） 兩端軸承處摩擦引起的能量損耗；
5） 皮帶傳遞時(shí)損失的功率；
6） 減速器處消耗的功率。
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；鋼球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(yùn)動(dòng)消耗的功率；傳動(dòng)系統(tǒng)消耗的功率。
這樣，螺旋輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，就由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的阻力來(lái)決定。阻力主要由以下幾個(gè)部分組成：
1） 鋼球與料槽之間的摩擦阻力；
2） 鋼球?qū)β菪哪Σ磷枇Γ?
3） 鋼球傾斜向上輸送時(shí)的阻力；
4） 皮帶出動(dòng)時(shí)的摩擦阻力；
5） 物料被攪拌所產(chǎn)生的阻力；
6） 軸承的摩擦阻力。
在計(jì)算功率的時(shí)候，為簡(jiǎn)便起見，可以總結(jié)螺旋輸送機(jī)功率為以下幾個(gè)主要部分。即總的軸功率應(yīng)包括物料運(yùn)行需要功率，空載運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率，以及由于傾斜引起的附加功率三個(gè)部分，并且
；；；
(5-1)
式中，—螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率（kw）；—輸送量（t/h）；—輸送距離（m）；—傾斜高度（m）；—螺旋外徑（m）；—物料運(yùn)行阻力系數(shù)。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為：
（5-2）
式中，—表示功率儲(chǔ)備系數(shù)，一般取為1.2~1.4；—電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)效率，，一般為了方便取0.9計(jì)算。
對(duì)于本次設(shè)計(jì)的鋼球分選機(jī)，由于整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)作業(yè)，且自動(dòng)化程度很高，任何一個(gè)部位發(fā)生故障都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，這種場(chǎng)合使用的輸送機(jī)應(yīng)有較大的功率儲(chǔ)備。
電動(dòng)機(jī)所需的功率按如下的方法計(jì)算：
電機(jī)功率的確定：
（5-3）
式中：N0為螺旋軸所需功率，KW；k為功率備用系數(shù)，取1.3；Q為輸送量，t/h；為物料總阻力系數(shù)，取1.2；L為輸送器水平投影長(zhǎng)度，取4.46 m；H為輸送器垂直投影高度，取0.686 m。
額定功率 (5-4)
式中：N為驅(qū)動(dòng)裝置額定功率，kw；η為驅(qū)動(dòng)裝置的總效率，一般取
η=0.920.96。
傳動(dòng)裝置的總效率 = (5-5)
=0.99×0.97×0.95×0.98
=0.894
通過(guò)理論公式計(jì)算，參照工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并考慮系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的功率損耗和，最終取電動(dòng)機(jī)的額定功率N為 7.5 kw。
5.1.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和型號(hào)
電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速是指負(fù)荷相當(dāng)于額定功率時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，同一功率的異步電動(dòng)機(jī)有同步轉(zhuǎn)速3000、1500、1000、750 等幾種。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對(duì)數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價(jià)格愈低；反之，轉(zhuǎn)速愈低，外廓尺寸愈大，價(jià)格愈貴。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速高時(shí)，選用高速電動(dòng)機(jī)較經(jīng)濟(jì)。但若輸出轉(zhuǎn)速要求較低時(shí)也選用高速電動(dòng)機(jī)，則這時(shí)總傳動(dòng)比大，會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。所以，在確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)全面分析。
為使傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)合理，可以根據(jù)工作轉(zhuǎn)速要求和各傳動(dòng)副的合理傳動(dòng)比范偉推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即
(5-6)
式中，為電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍（r/min）；為傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍；，，為各級(jí)傳動(dòng)副傳動(dòng)比的合理范圍；為工作機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。
在一般機(jī)械中用得最多的是同步轉(zhuǎn)速為1500或1000的電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)要求輸出軸的轉(zhuǎn)速為100，所以選同步轉(zhuǎn)速為1000的Y系列電動(dòng)機(jī)。所選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160M-6 。其各項(xiàng)參數(shù)如下：額定功率7.5 kw；滿載轉(zhuǎn)速970 r/min。
5.2 減速器的選用
減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速以滿足各種工作機(jī)的需要。減速器的種類很多，按照傳動(dòng)形式的不同可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)減速器；按照傳動(dòng)的布置形式又可以分為展開式，分流式和同軸式減速器。
減速器的選用主要考慮承載能力，而減速器的承載能力受機(jī)械強(qiáng)度和熱平衡許用功率兩方面的限制。因此，減速器的選用必須通過(guò)以下兩個(gè)步驟：
1） 選用減速器的公稱輸入功率，應(yīng)滿足：
(5-7)
式中，——計(jì)算功率，kw；
——載荷功率，kw；
——減速器公稱輸入功率，見表；
——工況系數(shù)（即使用系數(shù)），見表；
——啟動(dòng)系數(shù)，見表；
——可靠度系數(shù)，見表。
2） 校核熱平衡許用功率，應(yīng)滿足：
(5-8)
式中，——計(jì)算熱功率，kw；
——減速器熱功率，無(wú)冷卻裝置為，有冷卻裝置為；
——系數(shù)。
本次設(shè)計(jì)中，采用了V帶傳動(dòng)，為輕微沖擊，查表得=0.8，查表得啟動(dòng)系數(shù)和可靠度系數(shù)，=1，=1。按式計(jì)算，得出計(jì)算功率：
(5-9)
為滿足減速器的機(jī)械強(qiáng)度，要求
按i=4，n1=970 r/min 接近公稱轉(zhuǎn)矩1000 r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》初選減速器型號(hào)為ZDY80.
校核熱平衡許用功率
查表得，=1.35，=0.74（每天工作8小時(shí)），=1.1（）按式計(jì)算，得出熱平衡許用功率：
(5-10)
查表，對(duì)于ZDY80型，滿足以上各項(xiàng)要求。
由于齒輪減速器的特點(diǎn)是效率及可靠性高，工作壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，因而本次設(shè)計(jì)擬采用ZDY80-4-II型圓柱齒輪減速器，因此選定ZDY80-4-II型減速器。其主要安裝尺寸如下：
圖5.1 減速器安裝尺寸
表5.1 減速器安裝尺寸（mm）
A
B
c
H
h
n1
m1
m3
L1
L2
235
150
18
210
100
40
180
120
112
128
5.3 軸承的設(shè)計(jì)、選用及校核
軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（滾動(dòng)軸承）兩大類。滾動(dòng)軸承由于摩擦系數(shù)小，起動(dòng)阻力小，而且它已標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便，因此在一般機(jī)器中應(yīng)用較廣。
本次設(shè)計(jì)擬選用滾動(dòng)軸承作為支撐部件，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。
5.3.1 軸承的選擇和組合設(shè)計(jì)
軸承的選定是在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本確定后進(jìn)行的。因此，軸承類型的初步選擇是根據(jù)軸頸尺寸和安裝空間確定的。一般來(lái)說(shuō)，軸頸尺寸較小時(shí)，選用各種球軸承；軸頸尺寸較大時(shí)，選用各種滾子軸承。然后再根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的軸承的承載能力、速度特性、運(yùn)轉(zhuǎn)精度等方面的因素最終確定軸承的具體型號(hào)。
本次設(shè)計(jì)中的螺旋軸是鋼球分選機(jī)的主軸，主要承受的是軸自身的重力、外力作用下的彎曲應(yīng)力和不平衡作用力等徑向作用力。而且，不需要很精確的軸向定位，工作溫度也不高，在這種工作條件下的軸的最佳支承是采用雙支點(diǎn)各單向固定的支承。
根據(jù)軸的強(qiáng)度計(jì)算可得，兩軸的軸頸部位的直徑為80mm，為了克服在鋼球的輸送過(guò)程中螺旋軸受到的阻力，螺旋軸的小端選用型號(hào)為6016的深溝球軸承，大端選用型號(hào)為30216的圓錐滾子軸承。為滿足低噪聲要求，除保證內(nèi)外圈具有較高的形狀精度和尺寸精度外，還應(yīng)選擇合適的游隙數(shù)值，以使軸承在工作中接近零游隙狀態(tài)。
5.3.2 軸承的校核計(jì)算
（1） 危險(xiǎn)軸承的確定
軸承的校核計(jì)算主要是校核軸承的使用壽命能否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。滾動(dòng)軸承主要的失效形式為滾動(dòng)體或內(nèi)外道上的點(diǎn)蝕破壞，通常在選擇軸承時(shí)主要考慮的軸承的特性是軸承的基本額定壽命（即按一組軸承中10%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，或90%的軸承部發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)）和基本額定動(dòng)載荷（所謂軸承的基本額定動(dòng)載荷就是使軸承的基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值），
綜合各方面的因素考慮，最后確定需要進(jìn)行校核計(jì)算的軸承對(duì)為軸Ⅰ上的軸承對(duì)。
（2） 軸承的校核計(jì)算過(guò)程
軸承對(duì)的受力情況如圖5.2所示。
圖5.2 輸入軸軸承受力圖
1) 求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為水平平面（圖5.3）和垂直平面（圖5.4）的兩個(gè)平面力系。由力分析可知：
圖5.3 輸入軸水平平面受力圖
圖5.4 輸入軸垂直平面受力圖
（5-11）
（5-12）
（5-13）
（5-14）
（5-15）
（5-16）
2) 計(jì)算兩軸承的軸向力、
對(duì)于6200系列軸承，軸承派生軸向力，其中為軸承靜載荷校核的判斷系數(shù)，其值由的大小來(lái)確定，但現(xiàn)軸承軸向力未知，先取，由此可估算
（5-17）
（5-18）
根據(jù)參考資料查得軸承的基本額定載荷，而軸承在無(wú)外加軸向力作用，因此有，，，則
（5-19）
（5-20）
根據(jù)參考資料[1]中的表20.3-6進(jìn)行插值計(jì)算，得，。再計(jì)算
（5-21）
（5-22）
同樣有，
（5-23）
（5-24）
3) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
由于軸承無(wú)外加軸向力作用，因而軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷，為載荷系數(shù)，因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，查參考資料中表20.3-9得，，取。則有：
（5-25）
（5-26）
4) 驗(yàn)證軸承壽命
因，所以按軸承A受力大小驗(yàn)算
（5-27）
顯然軸承滿足設(shè)計(jì)的要求。
5.4 V帶輪的設(shè)計(jì)與V帶的選用
帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪）和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶輪.帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。
5.4.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)本次設(shè)計(jì)的構(gòu)想，為了盡量減少鋼球分選機(jī)所占的空間，也是由于減速器輸出的轉(zhuǎn)速較高，且減速器的主軸與螺旋軸的中心距較大，傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了帶傳動(dòng)。而V帶傳動(dòng)具有當(dāng)量摩擦因數(shù)大、傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、大多數(shù)V帶已標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，因此，本次設(shè)計(jì)中的帶傳動(dòng)擬采用V帶傳動(dòng)。
帶傳動(dòng)的主要失效形式為打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是：在保證不打滑的條件下，帶傳動(dòng)具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。
5.5.2 V帶輪的設(shè)計(jì)
常用的帶輪材料為HT150或HT200。轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成，小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。本次設(shè)計(jì)擬采用的帶輪材料為HT150.
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。
根據(jù)輪輻形式的不同，V帶輪可以分為實(shí)心式、腹板式、孔板式和橢圓輪輻式。
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑相關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)，可采用實(shí)心式；當(dāng)mm時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)mm，同時(shí)mm時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)mm時(shí)，可采用輪輻式。本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了兩級(jí)帶傳動(dòng)，第一級(jí)為減速器與螺旋軸之間的減速傳動(dòng)，第二級(jí)為兩個(gè)螺旋軸之間的同速傳動(dòng)
根據(jù)減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速、螺旋軸的轉(zhuǎn)速，和帶傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比計(jì)算可得，本次設(shè)計(jì)中的各帶輪的基本尺寸如下：
第一級(jí)帶傳動(dòng)：
小帶輪：mm，mm，mm
大帶輪：mm，mm，mm
第二級(jí)帶傳動(dòng)：
因?yàn)榇思?jí)傳動(dòng)為同速傳動(dòng)，不需要改變螺旋軸的轉(zhuǎn)速，故此級(jí)傳動(dòng)中的兩個(gè)帶輪的尺寸是相同的，均為：mm，mm，mm
5.5.3 V帶的選取
V帶的選取根據(jù)減速器的輸出轉(zhuǎn)速和傳遞功率等各方面因素確定。普通V帶常選的截面形式為A型，傳動(dòng)基準(zhǔn)長(zhǎng)度取1800mm。為保證帶的穩(wěn)定性，根據(jù)單根V帶的基本額定功率和所需傳遞的總功率確定每級(jí)V帶的根數(shù)為在z=2根。
6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)
6.1 床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為保證床身的剛度和強(qiáng)度，在選擇型材的過(guò)程中綜合了床身外觀設(shè)計(jì)的考慮，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》和JB/T5000.3-1998規(guī)定選擇寬為40 mm的等邊角鋼。其截面形狀及尺寸如圖6.1所示。