LS螺旋输送机设计说明书

LS型螺旋输送机

设 计 说 明 书

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目 录

1 绪论 ............................................................................................................................................. 1 1.1 螺旋输送机产品概述 .......................................................................................................... 1 1.2 螺旋输送机应用范围 .......................................................................................................... 1 1.3 螺旋输送机主要特点 .......................................................................................................... 2 1.4 螺旋输送机工作原理 .......................................................................................................... 2 1.5 螺旋输送机整机布置形式 .................................................................................................. 2 1. 6 螺旋输送机规格、技术参数 .............................................................................................. 6 2.电动机的计算选型 ..................................................................................................................... 9 2.1 电动机的选择 ...................................................................................................................... 9 2.2 传动装置的运动和动力参数的计算 ................................................................................ 10 3.减速器设计计算 ....................................................................................................................... 13 3.1 齿轮设计 ............................................................................................................................ 13 3.3 减速器结构设计 ................................................................................................................ 19 3.3 轴设计 ................................................................................................................................ 20 3.4 轴承的选型 ........................................................................................................................ 25 3.5 键的选型 ............................................................................................................................ 26 4.螺旋输送机机体的设计 ........................................................................................................... 30 4.1 机体主要部件的介绍 ........................................................................................................ 30 4.2 机体主要部件的选择计算 ................................................................................................ 39 5.螺旋输送机机体的安装条件、使用及维护 ........................................................................... 45 5.1 螺旋输送机机体的安装条件 ............................................................................................ 45 5.2 螺旋输送机机体的使用及维护 ........................................................................................ 47 结论 ............................................................................................................................................... 49 参考文献 ....................................................................................................................................... 50

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1 绪论

1.1 螺旋输送机产品概述

螺旋输送机俗称绞龙，LS型系列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。

LS型螺旋输送机等效采用ISO1050-75标准，设计制造符合ZBJ81005.1～2-88《 LS螺旋输送机 》专业标准。LS型螺旋输送机直径由100mm～1250mm，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。中间吊轴承采用滚动、滑动可互换的两种结构，并设防尘密封装置，密封件用尼龙用塑料，因而其密封性好，耐磨性强，阻力小，寿命长。滑动轴承的轴瓦有粉末冶金、尼龙和巴氏合金等多种材料供用户根据不同的场合选用。滑动轴瓦有需加润滑剂的铸铜瓦，合金而磨铸铁瓦和铜基石墨少油润滑瓦。吊轴承机外侧置式油杯,便于集中加油润滑。进出料口位置布置灵活,并增设电动型出料口，便于自动控制，还可根据用户要求，配置测速报警装置。

LS型螺旋输送机与GX型相比，其头部、尾部轴承移至壳体外，出料端设有清扫装置，整机噪声低，适应性强，操作维修方便。

图1－1 LS型螺旋输送机的示意图

1.2 螺旋输送机应用范围

LS型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,适用于水平或小于20°倾角,输送粉状、颗粒状、小块状物料,如水泥、

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煤粉、粮食、化肥、灰渣、沙子、焦炭等。

LS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。

LS螺旋机的工作环境应在-20℃~50℃之间，允许稍微倾斜使用，最大倾角不得超过20℃。

1.3 螺旋输送机主要特点

1. 承载能力大、安全可靠。

2. 适应性强、安装维修方便、寿命长。 3. 整机体积小、转速高、确保快速均匀输送。

4. 密封性好、外壳采用无缝钢管制作，端部采用法兰互相连接成一体，刚性好。

1.4 螺旋输送机工作原理

物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用。该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。

1.5 螺旋输送机整机布置形式

一台螺旋输送机通常由驱动装置、头节、若干标准中间节、造配中间节、尾节、进 料口、出料口等组成，除头节和选配中间节外，各节螺旋机及机壳均具有互换性。

螺旋机本体由头节、中间节、尾节三种组成。一般情况下,出厂总装时将中间节按长度长短依次排列,最长的中间节靠近头节，相同 长度的中间节则挨在一起，如果有特殊要求，则在订货时给出排列顺序。

在头节内装有支推轴承承受轴向力，在中间节和尾节内装有用轴承支承螺旋轴，此外，在尾节内还装有可轴向移动的径向轴承以补 偿螺旋轴长度的误差和适应温度的变化。螺旋面的形式有实体螺旋（S制法）和带式螺旋（D制法）两种。各螺旋轴之间采用法兰式联接， 保证了联接轴的互换性，便于维修。

机盖为瓦片式并用盖扣夹紧在机壳上，若需改进密封性能，用户可自行在机盖与机壳间加防水粗帆布。

进、出料装置有进料口,方型出料口，手推式出料口，齿条式出料口四种。由用户在使用现场在机体上开口焊接。布置进、出料口 位置时应注意保证料口至端部的距离，同时避免料口与吊轴承加油杯、机壳联接法兰、底座等相碰。

驱动装置有ZQ系列减速器+Y系列电动机，YTC齿轮减速电机两种。

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驱动装置由Y型电动机、JZQ系列减速器及驱动装置架组成。头节前部装有止推轴承。可承受输送物料时产生的轴向力。标准中间节均设置一只吊轴承，尾节后部装有滚动(滑动)轴承和底座,用以支撑螺旋和补偿螺旋长度的误差,螺旋机安装时应从头部开始,按顺序进行。在总体布置时应注意进料口不应设置在吊轴承上方，出料口不应设在底座或机壳法兰连接处。如果因为开出料口影响底座的安排而不能遵循本原则时，使用单位应绘出螺旋机总图。

地脚螺栓安排尺寸见表1－1

表1－1 地脚螺栓安排尺寸 规格 A LS 100 160 LS 160 180 LS 200 200 LS 250 250 LS 315 300 LS 400 320 LS 500 400 LS 630 500 LS 800 630 LS 1000 710 LS 1250 800

驱动装置的配置见表1－2

表1－2 驱动装置的配置 规格 转速(r/min) 输送量(m3/h) 驱动装置 电动机型号 Y90L-4-1.5 100 13 Y100L1-4-2.2 Y100L2-4-3 Y112M-4-4 LS200 80 63 50 10 8 6.2 Y100L1-4-2.2 Y100L2-4-3 Y90L-4-1.5 Y100L1-4-2.2 Y90L-4-1.5 Y100L1-4-2.2 Y100L1-4-2.2 90 22 Y100L2-4-3 Y112M-4-4 Y132S-4-5.5 Y100L1-4-2.2 LS250 71 18 Y100L2-4-3 Y112M-4-4 Y132S-4-5.5 Y90L-4-1.5 56 14 Y100L1-4-2.2 Y100L2-4-3 减速器型号 ZQ25-i6-I ZQ25-i6-I ZQ35-i6-I ZQ35-i6-I ZQ35-i5-I ZQ35-i5-I ZQ25-i4-I ZQ35-i4-I ZQ35-i3-I ZQ35-i3-I ZQ25-i6-I ZQ25-i6-I ZQ35-i6-I ZQ35-i6-I ZQ35-i5-I ZQ35-i5-I ZQ35-i5-I ZQ40-i5-I ZQ25-i4-I ZQ35-i4-I ZQ35-i4-I 许用长度(m) 16 23 30 35 27 35 25 35 27 35 14 19 25 35 14 21 28 35 14 21 29 3

续表1－2 规格 转速(r/min) 56 LS250 输送量(m3/h) 14 驱动装置 电动机型号 Y112M-4-4 Y90L-4-1.5 45 11 Y100L1-4-2.2 Y100L2-4-3 Y100L1-4-2.2 Y112M-4-4 80 31 Y132S-4-5.5 Y132M-4-7.5 Y160M-4-11 Y100L1-4-2.2 Y100L2-4-3 63 24 Y112M-4-4 Y132S-4-5.5 LS315 Y132M-4-7.5 Y90L-4-1.5 Y100L1-4-2.2 50 19 Y100L2-4-3 Y112M-4-4 Y132S-4-5.5 Y100L-6-1.5 Y112M-6-2.2 40 15.4 Y132S-6-3 Y132M1-6-4 Y132M2-6-5.5 Y132M1-6-4 Y132M2-6-5.5 71 LS400 62 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 Y180L-6-15 Y200L1-6-18.5 56 49 Y132S-6-3 Y132M1-6-4 减速器型号 ZQ35-i4-I ZQ35-i3-I ZQ35-i3-I ZQ35-i3-I ZQ35-i5-I ZQ35-i5-I ZQ40-i5-I ZQ40-i5-I ZQ50-i5-I ZQ35-i4-I ZQ35-i4-I ZQ35-i4-I ZQ40-i4-I ZQ40-i4-I ZQ35-i3-I ZQ35-i3-I ZQ35-i3-I ZQ40-i3-I ZQ40-i3-I ZQ35-i4-I ZQ35-i4-I ZQ40-i4-I ZQ40-i4-I ZQ40-i4-I ZQ35-i7-I ZQ35-i7-I ZQ40-i7-I ZQ40-i7-I ZQ50-i7-I ZQ50-i7-I ZQ35-i6-I ZQ35-i6-I 许用长度(m) 35 17 25 35 8 15 20 27 35 9 13 18 25 35 8 12 17 23 30 10 15 20 27 35 8 12 16 24 32 35 8 10 4

续表1－2 规格 转速(r/min) 输送量(m3/h) 驱动装置 电动机型号 Y132M2-6-5.5 减速器型号 ZQ40-i6-I ZQ40-i6-I ZQ50-i6-I ZQ50-i6-I ZQ40-i4-I ZQ40-i4-I ZQ50-i4-I ZQ65-i4-I ZQ65-i4-I ZQ40-i3-I ZQ40-i3-I ZQ40-i3-I ZQ50-i3-I ZQ65-i3-I ZQ65-i3-I ZQ40-i6-I ZQ40-i6-I ZQ50-i6-I ZQ50-i6-I ZQ65-i4-I ZQ65-i4-I ZQ40-i5-I ZQ50-i5-I ZQ65-i5-I ZQ65-i5-I ZQ65-i5-I ZQ40-i3-I ZQ50-i3-I ZQ50-i3-I ZQ65-i3-I ZQ65-i3-I ZQ65-i3-I 许用长度(m) 14 19 26 35 10 14 19 26 35 9 13 17 24 32 35 8 11 16 22 27 33 8 13 20 27 34 8 11 15 21 30 35 56 49 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 Y180L-6-15 Y132M1-6-4 Y132M2-6-5.5 45 LS400 39 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 Y180L-6-15 Y112M-6-2.2 Y132S-6-3 36 31 Y132M1-6-4 Y132M2-6-5.5 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 Y132M2-6-5.5 Y160M-6-7.5 63 98 Y160L-6-11 Y180L-6-15 Y180M-4-18.5 Y180L-4-22 Y132M2-6-5.5 Y160M-6-7.5 LS500 40 62 Y160L-6-11 Y180L-6-15 Y200L1-6-18.5 Y132S-6-3 Y132M1-6-4 32 50 Y132M2-6-5.5 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 Y180L-6-15 5

续表1－2 规格 转速(r/min) 输送量(m3/h) 驱动装置 电动机型号 Y132M2-6-5.5 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 减速器型号 ZQ40-i5-I ZQ50-i3-I ZQ65-i5-I ZQ65-i5-I ZQ65-i5-I ZQ65-i5-I ZQ75-i5-I ZQ75-i5-I ZQ50-i4-I ZQ65-i4-I ZQ65-i4-I ZQ65-i4-I ZQ65-i4-I ZQ75-i4-I ZQ50-i3-I ZQ65-i3-I ZQ65-i3-I ZQ65-i3-I ZQ75-i3-I ZQ75-i3-I ZQ50-i2-I ZQ65-i2-I ZQ65-i2-I ZQ65-i2-I ZQ75-i2-I 许用长度(m) 4.5 7 11 15 19 22 29 35 9 14 19 24 29 35 9 12 18 24 30 35 8 11 15 22 30 50 140 Y180L-6-15 Y200L1-6-18.5 Y200L2-6-22 Y225M-6-30 Y250M-6-37 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 40 LS630 112 Y180L-6-15 Y200L1-6-18.5 Y200L2-6-22 Y225M-6-30 Y132M2-6-5.5 Y160M-6-7.5 32 90 Y160L-6-11 Y180L-6-15 Y200L1-6-18.5 Y200L2-6-22 Y132M1-6-4 Y132M2-6-5.5 25 77 Y160M-6-7.5 Y160L-6-11 Y180L-6-1.5 1.6 螺旋输送机规格、技术参数

规格：LS100，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250

长度从4m到70m，每隔8.5m一档,当长度超过35m时,采用双端驱动,选型时应符合标准公称长度,特殊需要可在选配节中另行提出。

选型计算 计算输送量：

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Q?60???0?k?r?n?D3

式中: Q—输送量 t/h

ψ—物料填充系数,选用见表1－4 β0—倾斜系数,选用见表1－5

K—螺距与直径比例系数,由选定规格的螺旋输送机计算求值 r—物料容重 t/m3 见表1－6 n—转速 r/min d—螺旋直径m

LS型螺旋输送机规格、技术参数表：

表1－3 LS型螺旋输送机规格、技术参数 规格型号 螺旋直径 螺 距 n Q n Q n Q n Q 100 100 100 140 2.2 112 1.7 90 1.4 71 1.1 160 160 160 112 7 90 6 71 5 50 3.1 200 200 200 100 13 80 10 63 8 50 6.2 250 250 250 90 22 71 18 56 14 45 11 315 315 315 80 31 63 24 50 19 40 15.4 400 400 355 71 62 56 49 45 39 36 31 500 500 400 63 98 50 78 40 62 32 50 630 630 450 50 140 40 112 32 90 25 77 800 800 500 40 200 32 160 25 126 20 102 1000 1000 560 32 280 25 220 20 176 16 140 1250 1250 630 25 380 20 306 16 245 13 198 注：1、n—转速r/min（偏差允许在10%范围内）

2、输出量Q—m3/h

表1－4 物料填充系数ψ 物料特性 φ 易流动,磨损很少 0.45 少量磨损且为颗粒至小块状 磨损性、侵蚀性大 0.33 0.15

表1－5 倾斜系数β0

倾斜角 β0 0? 1.0 ≦5? 0.90 ≦10? 0.80 ≦15? 0.70 ≦20? 0.65

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若干散料的容重r及运行阻力系数入（总阻力系数）

表1－6 物料容重r

物 料 灰 与 渣 褐 煤 赤 铁 矿 重矿石(Cw-p6) 轻 矿 石 燕麦、大麦 石 墨 生 石 灰 干 石 灰 土 豆 砾 石 焦 炭 原 煤 分 先 煤 粘土:潮湿的泥土 面 粉 灰 泥 岩 砂 桨 玉米、黑麦、稻谷 砂 小 麦 水 泥 r（t/m3） 0.7~1.0 1.1~1.3 1.4 2.0~2.5 1.25~2.0 0.5 0.4~0.6 0.9 0.5 0.7 1.5~1.8 0.5 0.8 0.9 1.8 0.5 1.6~1.9 1.8~2.1 0.5~0.7 1.4~1.7 0.8 1.0~1.3 λ 3 2.2 2.2 2.2 2.2 1.9 1.9 2.2 1.9 1.9 3 3 2.2 1.9 1.9 1.9 2.2 3 1.9 3 1.9 1.9

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2. 电动机的计算选型

2.1 电动机的选择

（1）选择电动机类型和结构型式

电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。

生产单位一般用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机有笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等，由于启动性能较好，也适用于某些要求启动转矩较高的机械，如压缩机等。在经常起动、制动和反转的场合（如起重机等），要求电动机转动惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR（绕线型）。电动机除按功率、转速排成系列之外，为适应不同的输出轴要求和安装需要，电动机机体又有几种安装结构形式。根据不同防护要求，电动机结构还有开启式、防护式、封闭式和防爆式等区别。电动机的额定电压一般为380V。

电动机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件来确定。

（2）选择电动机的容量

电动机的容量（功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率应数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。

电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短，停歇时间长）和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和起动转矩，其计算方法可参看有关电力拖动的书籍。

由于水泥螺旋输送机的工作环境是常温,有灰尘,用的是三相交流电,电压为380V。根据以上两点和机械设计手册，选用Y132M-4型号的电动机。

Y132M-4电动机的主要性能如下表格所示：

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表2－1 Y132M-4电动机的主要性能 型 号 额 满载时 流效功 最大转矩定 转 速 电起 动转矩率 起动电流 额定电流 额定转矩 2.2 功 率 r/min kw Y132M-4 7.5 1140 （380V） 率 A 15.4 % 87 应 数 -------------- -------------- --------------

额定转矩 2.2 0.85 7.0

2.2 传动装置的运动和动力参数的计算

因为设计减速器时要求传动比为4.67，所以选用一级直齿圆柱齿轮传动的减速器就可满足条件。该类减速器的特点是承载能力和速度范围大、传动比恒定、外廓尺寸小、工作可靠、效率高、寿命长。制造安装精度要求高、噪声较大、成本较高。

连接顺序

1.发动机——2平键——3.减速器——4.花键——5.螺旋轴输送机 轴承、齿轮、等的效率查机械设计手册得： 滚动轴承（每对） 0.98~0.995 滑动齿轮（每对） 0.97~0.99 弹性联轴器 0.99~0.995 齿轮联轴器 0.99 万向联轴器 0.97~0.98 具有中间可动元件的联轴器 0.97~0.99 一对齿轮（开式） 0.94~0.96 一对齿轮（闭式） 0.96~0.99 计算传动装置各轴的运动和动力参数： （1） 各轴转速

1 轴 n1=nm=1440r/min 2 轴 n2=n1/i =1440/4.67 =308.35r/min

主轴 n3=n2=308.35r/min

（2） 各轴输入功率

1 轴 P1?P额·η

联

10

=7.5×0.99

=7.43KW

2 轴 P2=P1·η轴承1·η轴承2·η齿轮 =7.43×0.98×0.99×0.96 =6.91KW

主轴 P3=P2·η联

=6.91×0.99

=6.84KW

（3） 各轴输出功率

?=P1·η轴承 1 轴 P1 =7.43×0.98 =7.28KW

2 轴 P2??P2·η轴承 =6.91×0.98 =6.77KW

主轴 P3??P3·η轴承 =6.84×0.98 =6.71KW

（4） 各轴输入转矩

电动机的输出转矩 Td=9550×Pd/nm =9550×7.5/1440 =49.74N·m

1 轴 T1?Td·η联 =49.74×0.99 =49.24N·m

2 轴 T2?T1·i·η轴承1·η轴承2·η齿轮

11

=49.24×4.67×0.98×0.99×0.96

=214.07N·m

主轴 T3?T2·η联

=214.07×0.99

=211.93N·m

（5） 各轴输出转矩

1 轴 T1?=T1·η轴承

=49.24×0.98

=48.26N·m

2 轴 T2?=T2·η轴承

=214.07×0.98

=209.79N·m

主轴 T3??T3·η轴承

=209.79×0.98 =207.69N·m

运动和动力参数计算结果整理于下表：

表2－2 运动和动力参数计算 轴 名 功 率P (KW) 输 入 电动机轴 1 轴 7.43 7.28 49.24 48.26 1440 4.67 2 轴 6.91 6.77 214.07 209.79 308.35 主 轴 6.84 6.71 211.93 207.69 308.35 1 0.99 0.93 输 出 7.5 转 矩 T（N·m） 输 入 输 出 49.74 转速 n (r/min) 1440 1 0.99 传动比 效 率

12

3.减速器设计计算

3.1 齿轮设计

齿轮材料应具备下列条件：1）齿面具有足够的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力；2）在变载荷和冲击载荷下有足够的弯曲疲劳强度；3）具有良好的加工和热处理工艺性；4）价格较低。

因此，采用合金钢、硬齿面齿轮是当前发展的趋势。采用硬齿面齿轮时，除应注意材料的力学性能外，还应适当减少齿数、增大模式，以保证轮齿具有足够的弯曲强度。

设计的该螺旋输送机的预期使用寿命10年，每年300个工作日，在使用期限内，工作时间占20%。

根据以上几点，我选择齿轮的材料为20CrMnTi，渗碳淬火处理，硬度56HRC~62HR平均取为60HRC。齿数比u=i=4.67计算步骤如下：（见文献[1]P233）

计算项目

齿面接触疲劳强度计算

1. 初步计算

转矩T1

齿宽系数ψd

解除疲劳极限σ

初步计算的许用接触应 力[σH] Ad值

Hlim

计算内容

T1=49.24N·m

由图12－13,取ψd=0.5

由图12－17c [σ

H1]≈0.9σHlim1

计算结果

T1=49240N·mm ψd=0.5 σσ

Hlim1=1650Mpa Hlim2=1400Mpa

[σ[σ

式(12.15)

H1]=1485Mpa H2]=1260Mpa

=0.9×1650 [σ

由表12－16,取Ad=85

H2]≈0.9σHlim2

=0.9×1400

Ad=85

13

表3－1 齿轮传动参数表

(单位㎜) 名称 中心距 传动比 模数 啮合角 齿数 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽 符号 a i m α z d da df b 10 40 48 30 30 小齿轮 大齿轮 114 4.67 4 20° 47 188 192 179 20 3.3 减速器结构设计

（1）机体结构

减速器机体是用以支持和固定轴系的零件,是保证传动零件的啮合精度,良好润滑及密封的重要零件,其重量约占减速器总重量的50%。因此,机体结构对减速器的工作性能,加工工艺,材料消耗,重量及成本等有很大的影响。

机体材料用灰铁(HT150或HT200)制造,机体的结构用剖分式机体。 （2）铸铁减速器机体的结构尺寸见下表:

表3－2 铸铁减速器机体的结构尺寸

(单位mm) 名 称 机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 机盖和机座联接螺栓直径 联接螺栓d2的间距 轴承端盖螺钉直径 符 号 δ δ1 b b1 b2 df n d1 d2 l d3 减速器尺寸关系 0.025a+1≥8 0.02a+1≥8 1.5δ 1.5δ1 2.5δ 0.036a+12 a≤250时，n=4 0.75 df (0.5～0.6) df 150～200 (0.4～0.5) df 尺寸选择 8 9 12 13.5 20 16 4 12 8 175 7 19

续表3－2 名 称 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 d1 d2 d3至外机壁距离 d1 d2至凸缘边缘距离 轴承旁凸台半径 外机壁至轴承座端面距离 大齿轮顶圆与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 轴承端盖凸缘厚度 凸台高度 轴承旁联接螺栓距离 轴承端盖外径 符 号 d4 d c1 c2 R1 l1 Δ1 Δ2 t h s D2 减速器尺寸关系 (0.3～0.4) df (0.7～0.8) d2 见表4 见表4 c2 c1+c2+（8～12） >1.2δ >δ (1～1.2)d3 根据低速轴承外径确定 尽量靠近 轴承孔直径+（5～5.5）d3 尺寸选择 6 6 11 50 10 10 7 D2 D+40

表3－3 c值 螺栓直径 C1min C2min 沉头座直径 M8 13 11 20 M10 16 14 24 M12 18 16 26 M16 22 20 32 M20 26 24 40 M24 34 28 48 M30 40 34 60 注：多级传动时，a取低速级中心距。

3.3 轴设计

小齿轮的轴设计为齿轮轴，轴的材料为20CrMnTi。 小轴如下图：

20

图3－1 小齿轮轴

大齿轮的轴如下图所示，轴的材料为40Cr。

图3－2 大齿轮的轴

（见文献[1]P316）

估算轴径d（选择轴的材料为40Cr,其抗拉强度σb=980MPa,屈服点强度 σs=785MPa）

21

d?A3

Pn6.91 308.35d?28.76d?1023根据设计准则，可得如下轴的结构草图 1. 计算齿轮受力

大齿轮直径 齿轮受力： 转矩 圆周力 径向力 轴向力 画小齿轮轴受力图 2. 计算支承反力

水平面反力 垂直面反力

水平面受力图

d2=188mm

T2=21407N·mm

Ft ?2T2d?2?21704188?2277.34N 2

Fr= Ft·tanα=2277.34×tan20°

=828.88N

因为直齿轮传动，所以Fa=0

见图b

FR1?×75+Fr×33=0 FR1?=－364.71N

方向向上为正，“－”号表示力方向向下Fr×42－FR2?×75=0

FR2?=464.15N

FR1??×75－Ft×33=0

FR1??=1002.04N

Ft×42－FR2??×75=0

22

见图c

垂直面受力图

见图e

图3－3 弯矩图

画轴弯矩图

水平弯矩图

23

见图d Mxy

垂直弯矩图

见图f Mxz

合成弯矩图

见图g M=

＝Mxy2?Mxz2 15317.822?42085.682 3. 画轴转矩图

轴受转矩

4. 许用应力

许用应力值

应力校正系数

当量转矩 当量弯矩

5. 校核轴径

齿根圆直径

＝44786.61 N·mm

T=T2=21407 N·mm

用插入法查表得：[σ

0b]=140MPa [σ-1b]=82.5MPa

α=

[?-1b]???82.50b?140?0.59

αT=0.59×214070

=126150.06N·mm

在小齿轮中间截面处

MIV?=

M222???T??44786.612?126150.062 =133864.40 N·mm

df2=d2－2(ha+c)mn =188－2(1+0.25)×4 =178mm

24

轴径

MⅣ’133864.40dⅣ?3?30.1???1b?0.1?82.5

?25.32?df2 所以轴径检验合格

3.4 轴承的选型

小齿轮轴上的轴承选用一对GB/T276－6112的深沟球轴承。

大齿轮轴上轴承选用两对GB/T276－6308的深沟球轴承和一对GB301－8208的推力球轴承。

深沟球轴承结构简单。主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。高速装置中可代替推力轴承。摩擦系数小，极限转速高，价廉。应用范围最广。

推力球轴承只能受单向轴向载荷。回转时，因钢球离心力与保持架摩擦发热，故极限转速较低。套圈可分离。

大轴上深沟球轴承的选择计算：（见文献[1]P360）

由于刚开始轴承型号未定，C0r、e、X、Y值都无法确定，必须进行试算。以下采用预

选轴承的方法。(轴承预期使用寿命Lh?=24000h)

预选6208与6308两种深沟球轴承方案进行计算，由手册查得轴承数据如下：

表3－4 轴承数据 方案 1 2 轴承型号 6208 6308 Cr/N 29500 40800 C0r/N 18000 24000 D/mm 80 90 B/mm 18 23 N0/(r/min) 8000 7000 计算步骤与结果列于下表：

表3－5 计算步骤 计算项目 计算内容 6208轴承 Fa/C0r e Fa/Fr X、Y 冲击载荷系数fd 当量动载荷P Fa/C0r=0/ C0r 查表18-7 Fa/Fr=0 查表18-7 查表18-8 P=fd(XFr+YFa) 式(18.5) =1.2(1×828.88+0) 25

计算结果 6308轴承 0 -- Fa/Fr≤e X=1,Y=0 1.2 994.66N 0 -- Fa/Fr≤e X=1,Y=0 1.2 994.66N

续表3－5

计算项目 计算额定动载荷Cr? 3计算内容 计算结果 6208轴承 7578.78N 6308轴承 7578.78N Lh'nCr'?P16670?P3 式(18.8) 24000?308.3516670查手册 基本额定动载荷Cr 29500>Cr? 40800>Cr? 结论:选用6208和6308深沟球轴承都可以满足轴承寿命的要求。

故轴承的选择只要根据轴的直径来选择就可以。

3.5 键的选型

（1）小齿轮轴与电动机的联接，选平键。 键的校核：

已知轴直径d=42mm，键的尺寸为b×h×l=12×8×63mm,传递的扭转力偶矩Me=49.74N.m,键的许用应力[τ]=100Mpa,许用压强[σbs]=35Mpa.

首先校核见的剪切强度。将平键沿n-n截面分成两部分，并把n-n以下部分和轴作为一个整体来考虑。因为假设在n-n截面上切应力均匀分布，故n-n截面上的剪力Fs为：

Fs=Aτ=blτ 式(3.1) 对轴心取矩，由平衡方程?M0?0,得 Fs?故有

dd?bl???Me 式(3.2) 22??2Me2(49.74N?m)??3.13?106pa?3.13Mpa?[?] ?93bld12?63?42?10m

图3－4 键受力图

26

可见平键满足剪切强度条件。

其次校核键的挤压强度。考虑键在n-n截面以上的部分的平衡，在n-n截面上的剪力Fs= blτ，右侧面上的挤压力为

F=Abs?bs?hl?bs 式(3.3) 2投影于水平方向，由平衡方程得

h Fs=F 或 bl?=l?bs 式(3.4)

2由此求得

2b?2(12?10?3m)(3.13?106pa)?bs???9.39?106pa?9.87Mpa?[?bs] ?3h8?10m故平键也满足挤压强度要求。

（2）大齿轮轴与大齿轮的联接，选平键。 键的校核：

已知轴直径d=40mm，键的尺寸为b×h×l=12×8×28mm,传递的扭转力偶矩Me=214.07N.m,键的许用应力[τ]=100Mpa,许用压强[σbs]=100Mpa.（与键有相对滑动的键槽经表面硬化处理，[σbs]可提高2~3倍。）

首先校核见的剪切强度。将平键沿n-n截面分成两部分，并把n-n以下部分和轴作为一个整体来考虑。因为假设在n-n截面上切应力均匀分布，故n-n截面上的剪力Fs为：

Fs=Aτ=blτ

图3－5键受力图

对轴心取矩，由平衡方程?M0?0,得

ddFs??bl???Me

2227

故有

??2Me2(214.07N?m)??31.86?106pa?31.86Mpa?[?] ?93bld12?28?40?10m可见平键满足剪切强度条件。

其次校核键的挤压强度。考虑键在n-n截面以上的部分的平衡，在n-n截面上的剪力Fs= blτ，右侧面上的挤压力为

F=Abs?bs?hl?bs 2投影于水平方向，由平衡方程得

h Fs=F 或 bl?=l?bs

2由此求得

2b?2(12?10?3m)(31.86?106pa)?bs???95.58?106pa?95.58Mpa?[?bs] ?3h8?10m故平键也满足挤压强度要求。

（3）大齿轮轴与螺旋输送机的联接，用花键。

花键联接的类型和尺寸通常根据被联接件的结构特点、使用要求和工作条件选择。为避免键齿工作表面压溃（静联接）或过度磨损（动联接），应进行必要的强度校核计算，计算公式如下：

静联接：?p?动联接：P?2T≤[?p] 式(3.5)

?zhldm2T≤[P] 式(3.6)

?zhldm式中：T――传递转矩（N.mm）；

ψ――各齿间载荷不均匀系数，一般取ψ=0.7~0.8，齿数多时取偏小值； Z――花键的齿数； l――齿的工作长度（mm）；

?m,?d?30?h――键齿工作高度（mm）；渐开线形花键h??

??0.8m,?d?45dm――平均直径（mm），dm=d. 该花键的许用应力[σ静联接时：

p]=120Mpa,

许用压强[P]=10Mpa.T=211.93N.mm,取ψ

=0.8,Z=19,l=60mm,h=2mm,dm=38mm.

?p?2T2?(211.93N?mm)==6.12?106pa=6.12Mpa≤[?p] ?9?zhldm0.8?19?2?60?38?10可见花键满足剪切强度的要求。

28

动联接时：

P?2T2?(211.93N?mm)==6.12?106pa=6.12Mpa≤[P] ?9?zhldm0.8?19?2?60?38?10故花键也满足挤压强度的要求。

29

4.螺旋输送机机体的设计

4.1 机体主要部件的介绍

水平螺旋输送机如图4.1所示，其构造包括有半圆形的料槽2和在其内安置的装在轴承3上的、带螺旋叶片的转动轴1。螺旋借助于驱动装置而转动，物料通过装载漏斗6装入料槽内，而在卸料孔8或9处进行卸料。若需要在线路中间处卸料时，则在卸料口处装设能关闭的闸门。

图4－1水平螺旋输送机

1---转轴；2---料槽；3---轴承；4---末端轴承；5---首端轴承；6---装载漏斗； 7---中间装载口； 8---中间卸载口；9---末端卸载口；10---驱动装置

螺旋轴的叶片大部分都由厚4~8mm的薄钢板冲压而成，然后焊接到轴上，并在相互间加以焊接，其厚度的选取，可参考表4－1。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。

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。从图4-2可看出，当螺距h一定时，由于螺旋外径D远大于其内径d，因而在同一螺旋面上各点的螺旋角显然是不同的。因为

tan?t?tan?l?h ?Dh ?dD>d 所以?t??l

30

表4－1 螺旋面厚度δ 输送物料 谷物 煤、建筑材料、 矿石等 D=200~300mm D=500~600mm δ(mm) 2~4 4~5 7~8

图4－2 全叶式螺旋叶片展开图

全叶式叶片下料钢板圆周的大小，可用如下方法确定。

L?(?D)2?h2 （m） l?(?d)2?h2 （m）

由于螺旋线L和l在平面上是圆心角相同的两条同心圆弧，若此两圆弧的直径为DL和dl,则

DLL? 式(4.1) dll由于DL=2b+dl,代人式(4.1)则有：

l(2b?dl)?dl?L2bl?l?dl?dl?L2bl?dl(L?l)dl?2blL?l

根据DL和dl的大小，可以对钢板圆周进行下料，然后再根据圆心角α切开，冲压或单个的叶片，α的大小为：

31

???DL?L?360? 式(4.2) ?DL输送机的螺旋可以是右旋(普通的形式)或左旋的，单线、双线或三线的。实际上一般都是做成单线的，很少用双线和三线，后者只在卸车机中采用。根据披运物料的种类，螺旋选用下列结构的一种：当输送流动性好的干燥小颗粒物料或粉状物料时，宜于采用全叶式叶片的螺旋(图4－3a)，当输送块状的或粘滞性的物料时，宜用带式螺旋(图4－3b)，当输送有压缩性的物料时，则用叶片式的(图4－3c)或齿形(图4－3d)螺旋。

图4－3螺旋叶片形状

a全叶式；b带式；c叶片式；d齿形

螺旋轴可以是实心的或管形的，管形轴在强度相同情况下的重量要小得多，并且相互间的连接更为方便。

图4－4管形螺旋轴各节段的联接

1---管形轴；2---螺旋面；3---衬套；4---圆轴；5---螺钉

为了便于制造和装配，有螺旋面的轴1是由2~4m的各个节段装配而成。在采用管形轴的情况下，各个节段是利用由穿透螺钉5所固定的插入衬套3和圆轴节段4连接起来(图4－4)，这些圆轴也被用作中间轴承和末端轴承的颈部。各个节段的这种连接方式的优点是结构简单而紧凑。但是，它的缺点是更换个别节段时的拆卸和安装工作比较复杂。

在决定联接轴及螺旋轴或管的类型及尺寸时，主要考虑的是所选用的轴能否经受住传

32

递包括超载在内的所需功率。在正常情况下冷轧钢的轴是可以满足的；由于扭矩的原因可用高强度的轴；当输送有腐蚀性或污染的物料时也可采用不锈钢轴。输送机采用无润滑的铁制悬挂轴承时要用淬火的联接轴。而表面淬火的悬挂轴承要求配用表面淬火的轴。 在螺旋输送机的设计中常常要求在其头部及尾部设置轴的防尘密封。密封压差及槽体端部密封用来防止槽体里的灰尘或粉尘进入轴承和防止水分沿轴进入槽内。

螺旋槽体端部的密封座由灰口铁制或。设置在巴氏合金、滚珠轴承或青钢轴瓦与槽体端板之间。密封盖由灰口铁制或的对开法兰沿着转动的钢轴压入填充物。 为使漏入的灰尘减到最少，列出以下备种不同的设计方法：

设置的轴封远离固体物料的进、出料口，可大大简化轴的密封，以防止因物料的休止角而使物料压在密封上。

应用充气填料箱式的密封装置，清洁的气体送入箱壳内通过密封能有效地防止从输送机飞离的灰尘进入轴承。

在螺旋输送机的尾端(非传动端)采用槽体端部盲板支承内悬挂轴承(如果可以装这种内悬挂轴承的话)，就可以完全不用轴封。

由于外悬臂传动荷载使传动轴弯曲这使轴的密封问题更为困难。有两种方法可将轴的弯曲限制到最小；其一是在传动端采用的双轴承；其二是采用套轴式的齿轮减速箱(无输出轴减速器)。

图4－5采用滚动轴承的中间轴承

水平螺旋输送机除在两端装有轴承外，一般还需要安装中间轴承。中间轴承从上部悬置在横向板条上，板条则固定在料槽的凸绦或它的加固角钢上。因此，这种轴承也称为悬置轴承。由于螺旋叶片在悬置轴承处应该间断，所以轴承沿轴线方向的厚度应尽可能地加以限制，以保证前后两螺旋叶片的间断尽可能小，否则螺旋中断距离增加。通常，采用青

33

铜、减摩铸铁、巴氏合金或其他减摩材料制成的滑动轴承，为了减小阻力，也可以采用滚动轴承——球面双列滚珠轴承(图4－5)，滚珠轴承采用可靠的密封装置，以防止输送物料时微小颗粒的落入。同时，密封装置不应使轴承体的直径和长度增加很大。在各种情况下，轴承都是用固定在料槽盖上方的管子内的油杯以润滑脂进行润滑。

几种典型的铸造及焊接结构的中间轴承如图4－6所示。

图4－6几种典型的中间轴承

当输送磨损性较大的物料时，接近中间轴承前的螺旋面承受的推力较大。所以，最好将该部分的螺旋面加厚。

中间轴承的间距是受螺旋轴的垂度限制的，为了避免轴过分的弯曲，在螺旋直径D＝ 200~300mm时，取其间距l?＝2~2.5m； 当螺旋直径D较大时，则取l?＝2.5~3m，甚至可取4m。

首端轴承是位于物料运移前方的一端，且为止推式(图4－7)，以承受物料运动阻力所 产生的轴向力。在这种情况下，螺旋轴的全部长度上都受到拉伸作用，因此，它的工作条件要比轴向压缩的情况有利。

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图4－7首端止推轴承

螺旋输送机悬挂轴承用的典型轴瓦材料有：软金属、青铜及巴氏合金等，硬质合金及硬铁；耐磨材料；木材，实体的或层压的塑料。

对用于有磨琢性的物料常常采用硬铁轴瓦，一般都是采用布氏硬度超过400的铸造白口铁。淬火的钢制联接轴一般常采用冷加工，低碳钢的轴要渗碳及热处理达到洛氏硬度50~60。

为解决磨损的问题，可采用各种热处理合金，也可以通过气焊或电弧焊在零件表面堆焊硬质合金。已经获得专利的硬质合金对开式轴瓦也用于在轴承面沿轴堆焊。这种在软质基体上加上一层硬质碳化物及硼化物的材料结构可以得到很好的金届对金属耐磨损性能。

螺旋输送机螺旋槽体的主要类型列于图4－8中。大部分截面为“U”形的钢制槽体，长度为3000或3660mm。根据使用要求可以提供各种尺寸、厚度的螺旋槽体，可用平法兰或角铁法兰联接。法兰联接不但可以防尘而且更为经济，因此尽可能制成带有兰的槽体。 一般，螺旋槽体均有顶盖。必要时顶盖可制成防尘型。顶盖是由薄钢板制成，可以用螺栓连接也可以用弹簧卡子紧夹在螺旋槽体上。下面介绍螺旋槽体的主要类型，见图4－8。

角钢法兰的“U”形螺旋槽体 角钢法兰的U形螺旋槽体是最常用的。顶部法兰是用重型结构角钢制作并与螺旋槽体的上部边棱平焊而成。端面法兰用靠模焊接并保证与相邻的槽体端面对准。

折边法兰的“U”形螺旋槽体 顶部法兰是由同一块钢板折边加工而成的槽体。这样制成的槽体重量轻而坚固。端面法兰用靠模焊接并保证与相邻的槽体端面对准。

双折边法兰的“U”形螺旋槽体 顶部法兰是由同一块钢板经双折边加工而成的槽体。这大大增加了槽体的强度与刚度。当与带法兰的顶盖连接时并加以适当的衬垫材料，可做到有效的防尘密封。

槽钢“U”形螺旋槽体 槽钢“U”形螺旋槽体适用于输送机支承间距要求长的场合。槽体的上边由结构槽钢制成，可用螺栓或弹簧卡子与下部半圆形截面的槽体连在一起。

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活动底的“U”形螺旋槽体 这种类型的螺旋槽体适用于要求快速、方便地接触到输送机内部的场合。活动底的U形螺旋槽体由上部刚性的槽钢与下部半圆形截面槽上体所构成，半圆形截面槽体的一边为铰接面，另一边则采用弹簧卡子夹紧或其他形式能快速打开的连接装置。

折边法兰加宽的螺旋槽体 这种类型槽体主要用于粘滞的或轻度粘稠的物料，常与带式输送机一起应用。顶部的法兰是由和槽体同一块钢板折边加工而成。端面法兰用靠模焊接并保证与相邻的槽体端面对准。

标准管状槽体 管状槽体可以防尘、防雨水、刚度大并可使整个截面内均充满物抖。标准管状槽体是用钢板卷成并在接给处连续焊接。

折边法兰对开管状槽体 这种形式的槽体类似于角铁法兰槽体，但法兰是由半圆形槽体的同一块钢板桥边加工制成，两个半圆形槽体用螺栓连在一起就构成了一个完整的刚性的、重量轻的管状槽体。

矩形槽体 矩形槽体适合于磨琢性强的物料。允许物料滞留在榴底，这样可以防止物料和槽底的直接摩擦。

带有夹套的槽体 这种形式的槽体由加工好的夹套连续地焊接在普通结构的槽体上，其上焊有换热介质的进出口管。这种槽体广泛用于加热、冷却成干燥物料。夹套中的隔板使循环水较好地分配面强化热交换效果。

图4－8 螺旋输送机螺旋槽体的形式

(a)角钢法兰的U形螺旋槽体； (b)折边法兰的U形螺旋槽体； (c)双折边法兰的U形螺旋槽体； (d)槽钢U形螺旋槽体；

(e)活动底的U形螺旋槽体； (f)折边法兰加宽的螺旋槽体； (g)标准管状槽体； (h)折边法兰对开管状槽体； (i)矩形槽体； (j)带有夹套的槽体。

料槽圆柱形的轮廓内径制成稍大于螺旋的直径，用以形成二者的间隙，间隙值一般取为7~10mm，此数值随着螺旋直径的增大而增大，螺旋和料槽制造得愈精确，装配得愈淮确，间隙可以愈小，从而尽量减小物料的磨碎及功率的消耗。

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料槽的可拆式盖子是由各个节段组成，并用螺钉式卡于加以固定，在很多情形中，实际上都必须具有严密封闭的料槽，为此，将其盖子放置在橡皮衬垫上，或者制成为具有向下突出的边缘，这个边缘镶入料槽构架上的充有细砂的纵向沟槽内。

水平螺旋输送机的进料口开在机槽的盖上，常做成方孔，以便安装料斗或料仓，卸料口开在机槽底部，有时沿长度方向开数个孔，以便在中间卸科。卸料口也开成方孔，便于安装平板闸门。进料与卸材的四种组合形式见图4－9。

图4－9进、卸料形式

螺旋输送机输送物料时，螺旋在一定的转数之前，对物料颗粒运动的影响并不显著。但是，当超过一定的转数时，物料颗粒便开始产生垂直于输送方向沿径向的跳跃，不仅扰动飞扬，而且冲撞剧烈，磨损增加。若转速太低则运输量不大。因此，螺旋转速根据输送量和物料的特性而定，应在保证一定输送量的条件下，不使物料受太大的力而被抛起，以致降低输送效率，所以实际转速与最大转速之间有一定的关系，即：

2 ?s2?R≤?max 式(4.3) ?R?g即： 2?Rns≤gR 2?Rns=kgR 螺旋输送机的最大输送能力见表4－2 ns?式中：A?kg2?R?A ) 式(4.4) (r/minDg2??k----常数，称为无聊综合特性系数。见图4－4。

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D----螺旋外径 （m）

表4－2 螺旋输送机的最大输送能力 螺旋直径 煤粉 螺旋最大转速（r/min） 最大输送能力 （t/h） 150 200 250 300 400 500 600 190 150 150 120 120 90 90 4.5 8.5 16.5 23.3 54 79 139 90 75 75 60 60 60 45 水泥 螺旋最大转速（r/min） 最大输送能力 （t/h） 4.1 7.9 15.6 21.2 51.0 84.8 134.2 90 75 75 60 60 60 45 水泥生料 螺旋最大转速（r/min） 最大输送能力 （t/h） 3.6 7.0 13.8 18.7 45.0 74.5 118 注：表列螺旋输送机的转数和输送能力均为最大值，选型时应通过计算确定转数和实际输送能力。

求得的螺旋轴转速，应圆整为表4－3所列的螺旋轴标准转速。

表4－3 螺旋输送机螺旋轴转速系列(r/min) 20 30 35 45 60 75 90 120 150 190 螺旋直径的确定：

因为：Q=47 k1AψcρD2.5 9 （t/h） 式(4.5) 所以：D?2.51Q 式(4.6) ?47k1A?c?1令： K?2.5 47k1AQ D?K?2.5 (m) 式(4.7)

4?c?

式中，K值见表4－4。

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