電動(dòng)螺旋葉片拉伸機(jī)的設(shè)計(jì)及計(jì)算

■黃淑琴 閔杭臨

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇泰州225300；2.泰州海鋒機(jī)械制造有限公司，江蘇泰州225300）

螺旋輸送機(jī)由于占地面積小,生產(chǎn)效率高,能進(jìn)行任何角度的輸送，為飼料生產(chǎn)廠家廣泛利用[1]。在輸送物料過程中，螺旋葉片與物料摩擦，極易磨損。如從生產(chǎn)廠家購買螺旋葉片，往往費(fèi)用較大，為便于用戶自制螺旋葉片，李正峰等(2009)[2]介紹了一種手動(dòng)螺旋葉片拉伸機(jī)，該機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，不需能源，但每次只能加工一片葉片毛坯，工作效率較低，另外手工操作，拉力小，只能加工直徑300 mm以下的螺旋葉片。為克服上述缺點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)螺旋葉片拉伸機(jī)。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1 電動(dòng)螺旋葉片拉伸機(jī)示意

如圖1所示，電動(dòng)螺旋葉片拉伸機(jī)包括4個(gè)沿圓周均勻分布的螺旋葉片拉伸裝置。電機(jī)與蝸輪蝸桿減速機(jī)的輸入軸相連，輸出軸上安裝大齒輪，大齒輪與4個(gè)螺桿下端的小齒輪嚙合，構(gòu)成分路傳動(dòng)的定軸輪系。螺旋管的管壁上傾斜地開有導(dǎo)向槽，螺旋管內(nèi)螺桿與螺母形成螺旋傳動(dòng)，螺母外徑與螺旋管內(nèi)壁之間留有5 mm間隙。螺母上有一活動(dòng)牽頭，活動(dòng)牽頭可在導(dǎo)向槽內(nèi)移動(dòng)。另外，螺旋管上下兩端安裝行程開關(guān)，用于控制活動(dòng)牽頭的極限位置[3]。

2 工作原理

圖2為螺旋葉片毛坯示意。先在切割好的螺旋葉片毛坯內(nèi)徑兩端鉆出工藝孔，將螺旋葉片毛坯的一端套進(jìn)螺旋管，其中一工藝孔和固定牽頭相連，而另一工藝孔和活動(dòng)牽頭相連。電機(jī)開啟后，大齒輪驅(qū)動(dòng)4個(gè)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與小齒輪同軸的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母做直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)活動(dòng)牽頭在導(dǎo)向槽內(nèi)牽引葉片毛坯內(nèi)徑向外端緩緩拉開，內(nèi)徑邊緣圍繞螺旋管外壁上，達(dá)到設(shè)定位置，活動(dòng)牽頭與上行程開關(guān)相碰，上行程開關(guān)發(fā)出信號，控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，即完成螺旋葉片拉制過程。卸下拉制完成的螺旋葉片，然后通過開關(guān)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，則螺母向下移動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)牽頭下移，與下行程開關(guān)相碰后，下行程開關(guān)發(fā)出信號，控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，即完成一個(gè)工作循環(huán)[3]。

圖2 螺旋葉片下料

3 實(shí)例計(jì)算

以φ200的螺旋葉片拉伸為例進(jìn)行計(jì)算。

3.1 螺旋葉片下料尺寸計(jì)算

采用吳淑芳(2008)[1]介紹的方法計(jì)算螺旋葉片下料尺寸。已知螺旋直徑D=200 mm，螺旋軸直徑d=57 mm，螺距P=160 mm，葉片厚度δ=4 mm。

3.2 螺旋葉片工藝孔的位置確定

在螺旋葉片形成過程中，其內(nèi)孔處截面受壓變形，從內(nèi)孔越向外沿伸,螺旋線就越長。螺旋曲面由壓縮向拉伸轉(zhuǎn)變過渡中,沿葉片寬度方向必然存在一中性面,實(shí)踐證明，此中性面位于由內(nèi)至外邊緣的處。

螺旋葉片工藝孔應(yīng)設(shè)在受力變形最小的位置。根據(jù)以上分析可知，工藝孔距圓心半徑,計(jì)算得rn=56 mm。

3.3 螺旋傳動(dòng)參數(shù)確定

對于螺旋葉片拉伸機(jī)，由于傳遞功率較小且間歇工作，可根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]所提供的公式計(jì)算螺旋傳動(dòng)參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，螺旋管外徑為57 mm，內(nèi)徑為50 mm，據(jù)此選擇梯形螺紋參數(shù)，螺桿公稱直徑d=28 mm，螺距P=3 mm，螺紋中徑d2=26.5 mm。

螺旋副在裝配完成后，如不受外力矩作用，無論所受軸向載荷有多大，螺旋副都不會(huì)松脫，則稱此螺旋副具有自鎖性能。對于螺旋葉片拉伸機(jī)應(yīng)驗(yàn)算其自鎖性能。自鎖條件為：

pv——當(dāng)量摩擦角，pv=arctanfv。fv為當(dāng)量摩擦系數(shù)，梯形螺紋fv=1.035f，摩擦系數(shù)f=0.11～0.17。

計(jì)算螺旋升角Ψ=2.06°,當(dāng)量摩擦角pv=6.5°～9.98°，滿足自鎖條件[2]。

3.4 電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)的選擇

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，螺桿的轉(zhuǎn)速在20～40 r/min為宜，為此選擇功率為1.5 kw、轉(zhuǎn)速為940 r/min的Y100L-6型號的電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)比為1∶50的WPO120的蝸輪蝸桿減速機(jī)。

3.5 分路傳動(dòng)輪系計(jì)算

通過中心軸上的一個(gè)大齒輪與周邊幾個(gè)小齒輪嚙合分別把動(dòng)力傳給多個(gè)葉片拉伸裝置，從而實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)。

由于考慮到葉片與葉片之間的相互干涉問題以及便于葉片的安裝與拆卸，且葉片的最大展開外徑為227 mm。為避免葉片與葉片之間的干涉問題，應(yīng)留有10～15 mm的距離。如圖3所示。也就是說4個(gè)螺旋管之間的距離L要大于等于237 mm。

圖3 待拉制螺旋葉片位置

如圖3所示中心大齒輪與四個(gè)小齒輪中心距

為滿足上述要求，初選模數(shù)m=2.5 mm，Z1=100；Z2=35；

分度圓直徑：d1=mZ1=100×2.5=250 mm

經(jīng)校核，滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

由于采用冷拉成型法，加工葉片時(shí)不需加溫,節(jié)約能源。同時(shí)在拉伸過程中,葉片內(nèi)徑緊貼在螺旋管壁上,通過相互擠壓摩擦,使切割后殘留的毛刺自行脫落,內(nèi)徑弧線光滑,不再需要車削加工,達(dá)到了提質(zhì)降耗的目的。使用該設(shè)備可拉制直徑大于300 mm的螺旋葉片，自動(dòng)化程度高，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,特別適合用戶維修螺旋輸送機(jī)使用。