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1、 1引言 螺旋输送机俗称“绞龙”，是一种无挠性牵引构件的连续输送设备，它借助旋转螺旋输送叶片的推力将物料沿着机槽进行输送。螺旋输送机被广泛地使用在各种工业部门，如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。螺旋输送机对输 滚动，滑轮轴承互换结构，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，出料端设有清扫装置，整机噪声低，适应性强，操作维修方便，进出料口位置布置灵活。 LS型螺旋输送机的特点及应用范围: LS型螺旋输送机是采用国际标准产品,等效采用ISO10
2、50-75标准,设计制造符合ZBJ1005.1-2-88专业标准。其技术指标先进，结构新颖，是我国九十年代替代GX型螺旋输送机的换代产品。 LS型螺旋输送机与GX型相比，其头部、尾部轴承移至壳体外，吊轴承采用滚动，滑轮轴承互换结构，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，出料端设有清扫装置，整机噪声低，适应性强，操作维修方便，进出料口位置布置灵活。 LS型螺旋输送机的应用范围：螺旋机被广泛地使用在各种工业部门，如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。 LS
3、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℃。 2 螺旋输送机主要构件的设计和选用 2.1螺旋输送机的一般结构 螺旋输送机的一般结构如图1-1所示。它由料槽、螺旋叶片和转动轴组成的螺旋体、两端轴承、中间悬挂轴承及驱动装置所组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由
4、驱动装置驱动。螺旋输送机工作时，物料由进料口进入料槽，在旋转螺旋叶片的推动下，沿着料槽作轴向移动，直至卸料排出。 螺旋输送机的基本机型有水平螺旋输送机、垂直螺旋输送机以及处于两者之间的倾斜螺旋输送机。此外，还有许多其他型式的兼有工艺过程和特殊作用的螺旋输送机。 2.1.1螺旋输送机的类型 1. 水平螺旋输送机 水平螺旋输送机多采用“U”形槽体（也可采用圆筒槽体）、较低的螺旋转速及固定安装的结构，见图1-1。输送机工作时，物料从输送机的一端加入槽体，被输送到槽体的另一端或在任一希望的中间位置经槽体底部的开口卸出。 2. 倾斜螺旋输送机 输送倾角≤20o的螺旋输送机，一般与水平
5、螺旋输送机的结构相同。输送倾角为20o—90o的螺旋输送机，一般采用短螺距螺旋及圆筒壮槽体，螺旋体的转速也需增加，其结构如同垂直螺旋输送机，如图1-2。 3. 垂直螺旋输送机 垂直螺旋输送机可垂直提升一般的散状物料，物料颗粒大小一般≤12mm。垂直螺旋输送机的槽体为封闭的圆筒，螺旋体的转动可采用底部驱动或顶部驱动。垂直螺旋输送机的优点是结构简单，所占空间位置小，制造成本底；缺点是输送量小，输送高度一般不超过8m。 2.1.2螺旋输送机的特点 螺旋输送机的主要优点：结构简单，制造成本较低，易于维修，机槽密闭性较好，可以多点进料和多点卸料，一台输送机可同时向两个方向输送物料
6、在输送过程中还可以进行物料的混合、搅拌、松散、加热和冷却等工艺过程。 螺旋输送机的主要缺点：在输送过程中，由于物料与机槽及螺旋体的摩擦以及螺旋体对物料的搅拌翻动，致使机槽和螺旋叶片易于磨损，同时对物料具有一定的破碎作用，且输送功率消耗较大。螺旋输送机对超载敏感，需要均匀进料，否则容易产生堵塞现象。当螺旋输送机倾斜或垂直布置时，其功率将大大下降；输送长度受到限制。 螺旋输送机适宜输送粉状、颗粒状和小块状物料，不适宜输送长纤维状、坚硬大块状、易黏结成块及易破碎的物料（特殊型式的螺旋输送机也可以输送成件物品，如袋、包、箱等）。螺旋输送机主要用于距离不太长的水平输送，或小倾角输送，少数情况亦用于
7、大倾角和垂直输送。水平输送长度一般小于40m，最长不超过70m。倾斜输送高度一般不超过15m。垂直输送高度一般不大于8m。它的某些变形常被用作喂料、计量、搅拌、烘干、仁壳分离、卸料以及连续加压等设备。 2.2螺旋输送机的主要构件 2.2.1螺旋体 螺旋体是由螺旋轴和焊接在轴上的螺旋叶片组成。 根据输送工艺的要求，螺旋叶片有多种形式，常用的有满面式、带式、齿式、和桨式四种。如图2-1所示 图2-1a所示为满面式螺旋叶片。螺旋叶片的一边紧贴在轴上，形成完整的螺旋面。这种叶片的构造简单，输送能力强，适宜输送散落性较好的、干燥的颗粒状或粉状物料，是使用最广泛的叶片形式。 最常用
8、的螺旋叶片为正螺旋面（又称直母线螺旋面）。正螺旋面的母线是一条垂直于螺旋轴的直线。当该直线绕轴线作均匀转动且沿轴向作匀速直线运动时，所形成的曲面为等距正螺旋面。若该直线沿轴向变速移动，所形成的曲面为变距螺旋面。当母线与轴线不垂直时所形成的螺旋面称为非正螺旋面（又称弯曲母线螺旋面）。采用母线为曲线的螺旋叶片可以提高螺旋输送机的输送效率，但是由于此种叶片难以制作，因而很少采用。 图2-1b所示为带式螺旋叶片。螺旋叶片的一边通过杆件与轴相连，形成带式的螺旋面。这种叶片适宜输送小块状的或粘滞性的物料。由于粘性物料易于粘附在实面螺旋叶片及轴上，而带状叶片和轴之间留有空间，因此可避免物料粘附和堆积。这种
9、叶片对物料有较强的搅拌作用，但生产率较低。 满面式螺旋叶片构造简单，输送能力强，适宜输送散落性较好的、干燥的颗粒状或粉状物料，是使用最广泛的叶片形式。初步选用满面式螺旋叶片。 根据原始数据D=500mm，则初步计算螺旋轴直径 取系数为0.2，计算得d=100mm 螺旋叶片的螺距s可根据输送机的布置形式、输送物料的特性以及螺旋直径来选取，通常采用推荐的标准值。当采用标准螺旋直径时， 因此，螺距s可写成通式s=kD。取k=0.8，计算得s=400mm 螺旋叶片上任一点的法线与螺旋轴线的夹角称该点的螺旋升角。螺旋升角α由下式确定。 式中：s——螺距（m） D1——该点所
10、在螺旋线的直径（m） 所以，螺旋叶片的外侧升角α外和内侧升角α内分别为 式中：D——螺旋体的外径（m） d——螺旋轴的外径（m） 因为D>d，故α内>α外，即螺旋叶片的外侧升角α外最小，内侧升角α内最大。图2-2是满面式螺旋叶片的展开图。 根据螺旋叶片在转动轴上盘绕方向的不同，可将螺旋叶片分为左旋和右旋两种。一种简单判断螺旋旋向的方法如2-3图所示。面对螺旋叶片，如果螺旋叶片的边缘顺右臂倾斜则为右螺旋，顺左臂倾斜则为左螺旋。物料的输送方向是由螺旋叶片的旋向及转动轴的旋转方向来决定的。物料的输送方向可采用左、右手定则来判别。右螺旋用左手判别，左螺旋用右手判别。弯曲的四指表示
11、轴的旋转方向，而拇指所指方向即为物料的输送方向。如图2-3所示。在同一轴上盘绕两种旋向的螺旋叶片，可同时进行两个方向的物料输送。 在工业上螺旋输送机的螺旋叶片通常采用厚度为2mm——12mm的35号及45号钢制成。在使用过程中，螺旋叶片尤其是叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，可对其进行热处理，使叶片表面硬化。 螺旋输送体的形成通常是先用钢板制成分段螺旋叶片，再将分段的螺旋叶片彼此对焊在一起，并将其焊接固定在螺旋轴上，即组成螺旋体。螺旋体的制作方法主要有以下几种。 缠绕成形法：将带钢缠绕在螺旋形模具的空隙内强制成形。缠绕时叶片外缘容易产生裂纹，叶片横截面容易发生弯曲，而且每种规
12、格的叶片都要有专用的模具。 冷轧成形法：将带钢通过冷轧机上一对锥形轧辊的辗压，形成连续多圈的环状件，再令其通过螺旋分导装置，则成为具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋叶片。这种方法制作的叶片其根部较厚，外边缘较薄。 拉制成形法：先将钢板冲裁成带缺口发平面圆环，再经过冲压或锤锻加工成一定螺距的螺旋叶片，然后将若干个这样的螺旋叶片焊接或铆接的、成一串连续的螺旋面。用此方法生产的螺旋叶片整体厚度相同，但制造效率低而劳动强度较大。 根据实际需求，螺旋叶片我们采用左旋方式，叶片采用厚度为8mm的45号钢制成。在使用过程中，因叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，对螺旋叶片进行热处理。 螺旋输送
13、机的轴一般采用空心轴（钢管）制成。这是因为轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。为了便于制造和装配，螺旋体一般制成2——4m长的节段，使用时将各节段连接起来。在轴与轴的连接处和安装轴承处需使用一小段实心轴，其联接方法如2-4图所示。即在联接处将实心轴伸入空心轴内，再在空心轴外面套一段长约150mm的套筒，然后再用螺栓按相互垂直方向对穿套筒与两轴紧固。当采用此种联结时，螺旋叶片应与套筒连接在一起。另一种联结方法是将实心轴伸入空心轴内，再用几只相适应的螺钉或销钉固定。此种方法主要用于快速螺旋输送机螺旋轴的连接。 螺旋轴的直径d与所传递的扭
14、矩有关。单纯输送砾石一般采用满面式螺旋叶片的输送机，其螺旋轴的直径常根据下述关系式确定。（摘自《机械设计》） 式中，D——螺旋直径（mm）。 当螺旋直径D较大时应取该范围的下限，反之取该范围的上限，但选用后仍应对轴的强度进行校核。几种常用螺旋轴的系列尺寸见下表2-1 表2-1 水平螺旋输送机螺旋体与螺旋轴的系列尺寸 螺旋体直径D(mm) 100 160 200 250 315 400 500 螺旋轴直径d(mm) 30 36 42 48 60 70 100 式中：φ0——物料
15、在静止状态时的内摩擦角（º） φd——螺旋输送机稳定工作时物料面形成的倒塌角（º） φ——物料面的转角（º） 3.1.2叶片的设计 在螺旋输送机工作过程中，物料面的转角与填充系数即进料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有关。 螺旋输送机工作时，机槽中物料的填充系数ψ（即进料量）影响输送过程和能量消耗。图3-6是输送砾石时，对于不同填充系数的物料层堆积的情况及其滑移面。当装满系数较小时（即ψ=5％），物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有较低的圆周速度，物料运动的滑移面几乎平行于输送方向，见图3-6a。物料颗粒在轴向的运动
16、要比圆周方向显著得多。所以，这时垂直于输送方向的附加料流很少，单位能量消耗也较低。但是，当填充系数提高（ψ=13％或ψ=40％）时，则物料的滑移面将变陡，见图3-6b、c。此时，物料在圆周方向的运动加强，在输送方向的运动减弱，附加料流增大，导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，对于水平螺旋输送机来说，物料的填充系数并不能无限增加，一般取填充系数ψ＜45％。各种散粒物料的填充系数可参考化学工业出版社出版的1999版《运输机械设计选用手册下册》P335表15-1。 图3-6 填充系数主要与被输送物料的性质有关。输送细粉、易流动且没有磨琢性或有轻微磨琢性的散状固体物料时（如面粉、谷物
17、等），填充系数可达到0.45；如果被输送的物料易于粘结或具有中等程度磨琢性的细粒或小块，则填充系数限制在0.3左右。如果与此同时物料还有一定程度的磨琢性，螺旋的转速就要减少。对于磨琢性的及大物料（如矿石等），填充系数将进一步地限制，大约只能取0.15。 螺距的大小也直接影响物料的输送过程，如果填充系数不变，当螺距不同时，则物料的滑移面亦随之改变。如果改变了填充系数，则必导致物料运动速度分布的变化。所以，应从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等两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。 从图3-2可得出物料颗粒A所受螺旋面在轴向方向上的作用力为 为了使P轴>0，则必须满足
18、 根据前面的讨论得知，最小的半径r=d/2（其中d为螺旋轴的直径）初所得的螺旋升角α是最大的，则轴向输送方向的作用力P轴最小。根据这个条件，最大的许用螺距值应由下面两式求得 若以k1=d/D（D为螺旋的外径）代入上式，则得 确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理的速度各分量间的关系的基础上。亦即应使物料颗粒具有尽可能大的轴向输送速度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度，如图3-2所示。螺距的大小将影响速度各分量的分布。当螺距增加时，虽说轴向输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当的分布情况；相反，当螺距较小时，速度各分量的分布情况
19、较好，但是轴向输送速度却较小。于是，根据在螺旋圆周处的v圆≤v轴的条件，并利用公式可得 又因为此时2r=D（螺旋圆周处），故得求螺距的第二个条件为 分析了填充系数及螺距对物料输送过程的影响后，可以指出，对于较大的装满系数，应取最小的螺距值；反之，对于较小的装满系数，螺距可偏于取最大值。 由前述知，在螺旋面同一母线上各点的升角α不同。叶片外缘点处升角α外最小，向内升角逐渐增大，至叶片内缘点处即靠近螺旋轴处的升角α内最大。由此得知，螺旋叶片同一差别越大，各点处物料转角φ的差别越大，在较大的半径范围内物料转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。从螺距对物料运输速度各分量分布的影响
20、也可知，螺距增大，在靠近螺旋轴处物料的v圆显著增加，且在较大的半径范围内v圆>v轴，使较多物料的转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。 图3-7a绘出了水平螺旋输送机的容积生产率V与螺旋轴直径d、物料与螺旋叶片摩擦系数tanφ1间的关系。该图是在螺旋直径D保持不变时，s/D=1的情况绘制的。由图可知，水平螺旋输送机的容积生产率是随螺旋轴直径d及物料与叶片间的摩擦系数f1=tanφ1的增大而下降的。而图3-7b则绘出了水平螺旋输送机的容积生产率与s/D的比值及物料与螺旋叶片间的摩擦系数的关系。由图可知，s/D比值的适宜范围是0.8—1.25，在此范围之外，生产率则明显下降；此外，物料与螺旋叶片
21、间摩擦系数的大小对产量也有较大的影响，特别是当s/D比值较大时，随着f1=tanφ1的增大，产量下降得很厉害。例如，当s/D=2时，若f1=0.3，则V=950；若f1=0.9，则V=0，即此时物料只随螺旋叶片转动而其轴向运动停止。因此，除适宜选择s/D比值外，还应恰当地选择螺旋叶片的材料及其光滑程度，以尽量减小物料与螺旋叶片间的摩擦系数。 通过以往试验得知，螺旋在一定的转速内，对物料颗粒运动的影响并不显著。但是当超过一定的转速时，物料受到过大的切向力而被抛起，开始产生垂直于输送方向的径向跳跃，从而对输送过程产生不利影响。因此，螺旋的最大许用转速应根据被输送物料的最低跳跃高度来确定。
22、但是，由于至今尚缺乏有关各种物料的许用最低跳跃高度的资料，因此在实用计算中，用下列经验公式来确定螺旋的最大许用转速： 式中，D 螺旋直径（m） A 物料特性系数，由化学工业出版社出版的1999版《运输机械设计选用手册下册》P335表15-1查出 从式可知，螺旋的最大许用转速是螺旋输送机直径的函数，同时也和输送物料性质及填充系数有关。在满足输送量要求的情况下，应选用较低的转速，以减小物料对螺旋叶片及机壳磨损，延长使用寿命。 4总体设计计算 4.1原始资料 4.1.1被输送物料的名称及特性 （1）物料：面粉 （2）面粉为干的、无磨琢性、无腐蚀
23、物料 4.1.2选型要求 （1）输送能力Q=40 t/h （2）水平输送，输送长度L为19 米 4.2螺旋输送机的设计计算 由于该机用于纯运输，因而选用实体螺旋面型叶片；根据选型要求，确定该机为LS型螺旋输送机 4.2.1确定螺旋直径D 式中 Q 输送能力 K 物料特性系数，常用物料K值见表5-1 Ψ 填充系数，见表5-2 C 倾角系数，见表5-3 表5-1常用物料 物料的粒度 物料的磨琢性 物料的典型例子 特性系数 K 综合系数 A 粉状 无磨琢性 半磨琢性 面粉、石墨、石灰、纯
24、碱 0.0415 75 粉状 磨琢性 干炉粉、水泥、石膏粉、白粉 0.565 35 粉状 无磨琢性 半磨琢性 谷物、锯木屑、泥煤 0.0490 50 粒状 磨琢性 造型土、型砂、沙成粒的炉渣 0.0600 30 固体 粘性、易结块 含水的糖、淀粉质的团 0.010 20 表5-2填充系数 物料特性 易流动，磨损很少 少量磨损且为颗粒至小块状 磨损性、侵蚀性大 ψ 0.45 0.33 0.15 表5-3倾角系数 倾斜度 0o ≦5o ≦10o ≦15o ≦20o C 1.0 0.90 0.80
25、0.70 0.65 4.2.2确定螺旋转速n 螺旋转速在满足输送能力的条件下不宜过高，以免物料受过大的切向力而被抛起，以致无法向前输送。因此。螺旋轴转速n不能超过某一极限转速nj 式中 A——物料综合系数 根据要求计算出来的转速n圆整为下列转速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min，并且要用螺旋直径D和转速n圆整后的数值，对填充系数Ψ进行验算。 圆整n=45 r/min，验算Ψ。 4.2.3功率的计算 螺旋输送机所需轴功率 P0={}+(DL/20) (kw) 式中 Q —输送量，t/h
26、—阻力系数，见表5-4 L—螺旋输送机长度，m D—螺旋输送机直径，m H—倾斜布置时的垂直高度，m 表5-4物料阻力系数 物料特征 物料的典型例子 物料阻力系数 ωo 干的，无磨琢性 粮食、谷物、锯木屑、煤粉、面粉 1.2 湿的，无磨琢性 棉子、麦芽、糖块、石英粉 1.5 半磨琢性 纯碱、块煤、食盐 2.5 磨琢性 卵石、砂、水泥、焦炭 3.2 强磨琢性或粘性 炉灰、造型土、石灰、硫、砂糖 4.0 P0= =(1368/3
27、67)+(7.6/20) ≈3.73+0.38 =4.11 kw 电动机功率P可按下式计算：P=P0/ (kw) 式中 —驱动装置总效率，一般取=0.85~0.9，这里取=0.88 P=4.11/0.88≈4.67 (kw) 4.2.4电机的选择 方案 平动 机型号 额定功率(kw) 电动机转速 电机质量 总传动比 同步 满载 1 Y132M-4 7.5 1500 1440 81
28、 41.14 2 Y160L-8 7.5 750 720 145 20.57 5总体尺寸设计 5.1LS螺旋输送机的外形及尺寸 图5-1 表5-5 摘自《运输机械设计手册》 规格 h h1 l C3 B F L0 P Q T1 T2 X Y d e LS100 140 63 2500 100 180 50 1000～ 3000 60 190 120 110 232 170 25 42 LS
29、125 160 75 2500 130 210 50 1000～3000 60 220 130 130 252 170 30 58 LS160 180 90 2500 160 244 50 1000～3000 60 250 150 150 254 176 35 58 LS200 200 112 2500 200 304 50 1000～3000 60 285 180 180 285 182 40 82 LS250 250 140 3000 250 356 50 1000～3500 6
30、0 330 210 220 292 188 50 82 LS315 280 180 3000 320 420 100 1000～3500 60 380 250 250 322 190 60 105 LS400 355 224 3000 400 530 100 1000～3500 60 430 300 280 406 212 70 140 LS500 400 280 4000 500 632 100 1500～5000 100 500 360 340 441 218 80 170 LS
31、630 500 355 4000 630 768 150 1500～5000 100 570 430 420 528 240 100 210 LS800 630 450 4000 800 998 150 1500～5000 100 710 530 520 542 260 120 210 LS1000 710 560 4500 1000 1212 200 1500～5500 100 810 640 630 616 272 140 250 LS1250 800 710 4500 1250 14
32、62 200 1500～5500 100 1000 880 760 671 284 170 300 5.1.1长度与组合 其组合为：头节L01=3m选1个，中间节的标准节L02=3m选3个，中间节的选配节L02=2m选2个，尾节L03=3m选1个。 5.2附件尺寸 5.2.1进料口 见下图5-2，表5-6 图5-2 表5-6 摘自《运输机械设计手册》 型号规格 A × A' B × B' C × C' T1 δ n d 质量 kg LS100 10
33、0×100 160×160 136×136 120 2 4 10 0.7 LS125 125×125 185×185 161×161 130 2 4 10 0.8 LS160 160×160 220×220 196×196 150 3 8 10 1.1 LS200 200×200 280×280 248×248 180 3 8 10 1.6 LS250 250×250 330×330 298×298 210 3 8 12 2.8 LS315 315×315 395×395 363×363 250
34、3 8 12 3.4 LS400 400×400 500×500 456×456 300 4 8 12 5.0 LS500 500×500 600×600 558×558 360 4 8 12 8.3 LS630 630×630 730×730 688×688 430 5 16 14 10.2 LS800 800×800 960×960 888×888 530 5 16 14 16.6 LS1000 1000×1000 1160×1160 1090×1090 640 6 20 18 29.9 LS
35、1250 1250×1250 1410×1410 1338×1338 880 6 22 18 53.8 5.2.2出料口 图5-3 表5-7 摘自《运输机械设计手册》 型号规格 A × A' B × B' C × C' T2 δ R n d 质量 kg LS100 100×100 160×160 136×136 110 2 59.5 4 10 0.8 LS125 125×125 185×185 161×161 130 2 74.5 4 10
36、 1.0 LS160 160×160 220×220 196×196 150 3 93 8 10 1.3 LS200 200×200 280×280 248×248 180 3 113 8 10 2.2 LS250 250×250 330×330 298×298 220 3 138 8 12 4.5 LS315 315×315 395×395 363×363 250 3 171.5 8 12 6.7 LS400 400×400 500×500 456×456 280 4 216.5 8 12
37、8.7 LS500 500×500 600×600 558×558 340 4 267.5 8 12 16.6 LS630 630×630 730×730 688×688 420 5 335 16 14 24.4 LS800 800×800 960×960 888×888 520 5 421 16 14 42.4 LS1000 1000×1000 1160×1160 1090×1090 630 6 526 20 18 88.6 LS1250 1250×1250 1410×1410 1338×1338 76
38、0 6 651 22 18 120.2 6用solidworks对一个主要零件进行有限元分析 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元，有限元分析是将物体划分成有限个单元，这些单元之间通过有限个节点相互连接，单元看作是不可变形的刚体，单元之间的力通过节点传递，然后利用能量原理建立各单元矩阵；在输入材料特性、载荷和约束等边界条件后，利用计算机进行物体变形、应力和温度场等力学特性的计算，最后对计算结果进行分析，显示变形后物体的形状及应力分布图。 Solidworks该软件采用了有限元素方法 (FEM)。FEM 是一种用于分析工程设计的数字方法。FEM 由于其
39、通用性和适合使用计算机来实现，因此已被公认为标准的分析方法。FEM 将模型划分为许多称作单元的简单小块形状，从而有效地用许多需要同时解决的小问题来替代一个复杂问题。 零件的CAD模型 划分为小块(单元)的模型 单元共享被称为节的共同点，将模型划分为小块的过程称为网格化。对于所有可能的支持情形和载荷情形，每个单元的行为都是非常清楚的，有限元素方法使用具有不同形状的单元。单元中任意一点的响应都是从单元节处的响应插入的，每个节均由许多参数完整描述，具体取决于所用的分析类型和单元。例如，节的温度完整描述了
40、节在热分析中的响应。对于结构分析，节的响应通常由三个平移和三个旋转操作完整描述，这些就称作自由度 (DOF)，使用 FEM 进行分析就称作有限元素分析 (FEA)。 四面单元。红点代表节。单元的边线可以是曲线，也可以是直线 该软件会生成控制每个单元的行为的方程式，其中考虑了每个单元与其它单元之间的联系，这些方程式将响应与已知的材料属性、约束和载荷相关联，接下来，该程序将这些方程式组织成一大组需同时求解的代数方程式，然后求解未知量。例如，在应力分析中，解算器找到每个节上的位移，然后该程序计算应变，并最终计算出应力。 COSMOSWorks是一个与 SolidWorks完全集成的
41、设计分析系统，它提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。COSMOSWorks凭借着快速解算器的强有力支持，使得您能够使用个人计算机快速解决大型问题。COSMOSWorks提供了多种捆绑包，可满足您的分析需要，它节省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可大大缩短产品上市时间。 进行分析所需的步骤取决于算例类型。可以执行以下步骤来完成算例： 1、生成算例并定义其分析类型和选项。网格定义了可供使用的单元类型。 2、如果需要，请为算例定义参数。参数可以是模型尺寸、材料属性、力值或任何其它输入。 3、定义材料属性。如果在 CAD 系统中定义了材料属性，则
42、不需要执行这一步,疲劳算例和优化算例使用参考的算例来获得材料定义。 4、指定约束和载荷。您可以使用参数而非数值。疲劳算例和优化算例使用参考的算例来获得约束和载荷。掉落测试算例不允许定义在设定过程之外指定的约束和载荷。 5、对于使用曲面的外壳网格，请使用外壳。 6、对于横梁网格（结构构件）算例，请定义横梁。 7、对于混合的网格算例，请定义外壳和实体。 8、定义全局、零部件和局部接触设定。您也可以使用查找相触面组功能查找接触面。 9、网格化模型，以便将模型划分为许多称作单元的小块。疲劳算例和优化算例使用参考算例中的网格。 10
43、如果需要，可以定义多达 100 个设计情形。 11、运行算例或设计情形。 12、查看结果。 下面以头轴为例来描述在螺旋输送机的设计过程中的有限元分析（静态）过程： 1、 定义算例类型为静态 2、 定义材料属性为普通碳钢 3、 定义约束类型为固定，部位如轴承对它的约束 4、 划分网格 5、 定义输入扭矩和反作用扭矩为872.233N٠m 6、 单击运行按钮让其进行分析 分析结果如下： 图6-1有限元静态分析结果应力图 图6-2有限元静态分析结果应变图 为了更加清楚地看到各点应力变化情况，我们使用软件中的探测功能对头轴取点如下图：
44、 图6-3对头轴取点探测 其结果如下： 图6-4对头轴取点探测结果 从上图可以看出，在轴上各点处的应力基本一样，而在螺栓孔处和靠近轴肩处应力变得较大，这是应力集中的结果。通过应力图6-1可知，从轴的有键槽端到有螺栓孔端的应力基本是呈直线增大趋势，有键槽端最小，有螺栓孔端最大；通过应变图6-2可知，从轴的有螺栓孔端到轴中间，应变逐渐变小，在轴肩处达到最大，从轴肩再到有键槽端应变又逐渐变小。 7结论 通过前期对毕业课题的研究与分析，使我对LS螺旋输送机的结构、工作原理、制造等有了新的认识。也通过理论与实践的结合，亲手设计了一款螺旋输送
45、机。在遵守前人的经验理论和保证其基本功能，现有的技术手段的同时，本设计在局部地方稍做了一定的修改。毕业设计基本达到了预期的目标，实现了任务书的要求。 为期三个月的毕业设计也接近尾声，回顾整个毕设过程，我觉得受益匪浅。在对LS400水平螺旋输送机的设计过程中，理论与实际相结合，加深了理论知识的理解，实现了理论在实际上的应用。这次毕业设计是对以前学到的专业知识做进一步的系统的复习和总结，比如加深了我对轴类零件的设计和轴承、电机等零部件选用方法的了解，这次毕业设计也是对自己的工作和学习能力的检验。在设计的过程中自己充分感受到了实际工作中的艰辛，但与此同时，也获益良多，这次毕业设计不仅使自己巩固了以
46、前所学的知识，也使自己开阔了视野，接触到了更为丰富的理论知识，也使自己敢于、乐于与钻研更高深的知识，为以后的工作打下了坚实的基础。在这次设计中，使我对自己的能力有了更好的了解。重要是在这次设计中，锻炼了本人的毅力、恒心，进一步地端正了自己的学习和工作态度，使我意识到，只有具有了严谨的治学态度和虚心的精神才能在学术上更上一层楼。 在设计中本人认真复习了有关的专业知识，螺旋输送机是自己原先在课堂上从未接触的，因此向封立耀指导老师询问和自己查找了许多相关资料。设计过程中本人曾经多次遇到疑难问题，但在封老师的认真指导和启发下，都一一得到了解决，使我能顺利地、准时完成毕业设计。 设计的产品需要通过使
47、用来对其设计思路、产品质量来进行检测。当然，作为设计者我认为在以下几个方面有待改进：1、LS型螺旋机现行产品标准与结构尺寸版本较多，应进一步统一与完善。例如同一机型除主要性能参数外，应从用户使用出发，对机壳、叶片、头尾轴承型号及金属板厚度作出限制和规范，提高机组使用寿命；2、通过一定的措施，取消中间悬挂轴承，以避免中间悬挂轴承处出现的物料堆积现象，从而提高输送能力；3、应根据输送不同物料来配置螺旋叶片材料和相应热处理工艺规范，克服叶片磨损问题，现行LS型螺旋叶片普遍采用的Q235钢板不能满足多种输送材料的要求。由于本人能力限制，设计中难免有许多不足之处，希望各位老师同学予以批评指正。
48、 参考文献 【1】孙桓等.机械原理.高等教育出版社，2001 【2】濮良贵等.机械设计.高等教育出版社，2001 【3】《运输机械设计选用手册》编委会.运输机械设计选用手册.化学工业出版社，1999 【4】李启炎．Solidworks 2003三维设计教程．机械工业出版社，2003 【5】徐灏等.机械设计手册.机械工业出版社，1995 【6】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New York:McGraw-Hill Book Company,1980
49、 致谢 在本次毕业设计过程中，从选题，方案论证，到课题的分析以及论文撰写都是在封立耀老师的悉心指导下完成的。封立耀老师常常在百忙之中抽出时间耐心细致地指导；对我遇到的许多问题不厌其烦的进行讲解，和我们在一起解答我们的问题，直至我们弄懂后，方才离开。 三个月来，封立耀老师一直是耐心讲解，认真细致的查看设计的方案。他的严谨治学的态度，渊博的知识，认真负责的工作态度，以及富有远见的见解和宝贵的经验对我产生了深刻的影响，并激励我在今后的学习和工作中不畏艰难，锐意进取。值此成文之际，谨向我的指导老师封立耀表达深深的敬意和衷心的感谢。 同时在设计过程中，也得到了同组同学的帮助，在此，对所有帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢！ 值此毕业之际，向南昌航空大学科技学院所有辛勤工作的老师也致以最深切的敬意！ 29
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