水泥攪拌裝置設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 1 目 錄 摘 要 .1 Abstract .2 1.引言 .7 1.1 背景技術(shù) .8 1.2 水泥攪拌機(jī)的功能以及原理 .8 1.3 我國水泥攪機(jī)的現(xiàn)狀及種類 .8 1.3.1.1 鼓筒 式 .9 1.3.1.2 盤式 .9 2.整體方案的分析和確定 . 10 2.1 攪拌機(jī)的選型 . 10 2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 . 12 2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析 . 12 2.4 最終方案的確定 . 13 3. 電動(dòng)機(jī)及減速器的選型 . 14 3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 . 14 3.2 傳動(dòng)比的分配 . 16 3.3 計(jì)算傳動(dòng)裝配的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) . 16 3.4 減速器的選擇 . 17 4.鏈接部分以及其他零件設(shè)計(jì) . 20 4.1 主要部分連接固定設(shè)計(jì) . 20 4.2 卸料裝置 . 21 4.3 攪拌軸的設(shè)計(jì)及其結(jié)果驗(yàn)證 . 22 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) .25 致謝 .26 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 1 摘 要 混凝土攪拌機(jī)就是把具有一定配合比的砂、石、水泥和水等物料攪拌成均勻的符合質(zhì)量要求的混凝土的機(jī)械。本文主要體現(xiàn)的是小型水泥攪拌機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度的校核過程。 關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)分析、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、二級減速器； 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 2 Abstract Concrete mixer is to have a certain mix of sand , stone, cement and water into a uniform mixing of materials meet the quality requirements of concrete machinery. This paper reflects a small cement mixer drive mechanism analysis and design as well as the intensity of the process of checking Key words： Institutional analysis、 Transmission design、 Two reducer 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 3 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 4 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 5 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 6 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 7 1.引言 攪拌機(jī)在化工、建筑、食品、環(huán)保等工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。從其操作的作用來看，攪拌可以促使兩種或兩種以上的物料相互分散，充分接觸，進(jìn)而達(dá)到密度場、濃度場、溫度場的均勻一致。 本次設(shè)計(jì)的水泥攪拌主要考慮的是機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，還有主軸、齒輪尺寸的選擇以及強(qiáng)度校核，以及電動(dòng)機(jī)功率的選擇，傳動(dòng)比的分配，各個(gè)零件之間的鏈接以及匹配，還有如何上料卸料等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次綜合性的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中需要結(jié)合大學(xué)四年中所學(xué)的相關(guān)課程的知識，并且在課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上拓展開來，綜合 所學(xué)的知識來考慮各種問題。首先的能夠分析課題最后想出方案實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和最后的攪拌動(dòng)作，然后使用 CAD 繪圖繪制正確的水泥攪拌機(jī)的裝配圖、零件圖。最終能過清楚表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖。但由于專業(yè)知識的缺乏，能力有限，要想設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的水泥攪拌難以實(shí)現(xiàn)，所以我設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)屬于日常比較簡單的直立式小型攪拌機(jī)。如果在繪圖和尺寸計(jì)算上有問題，希望老師給予指出和指導(dǎo)。 設(shè)計(jì)中查閱了大量的文獻(xiàn)資料以及各類有關(guān)的書籍，并且得到了指導(dǎo)老師大力支重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 8 持與幫助，在此深表謝意。 1.1 背景技術(shù) 水泥攪拌機(jī)是建筑設(shè)備的重要組成部分，由于建筑事業(yè)越 來越產(chǎn)業(yè)化，對攪拌機(jī)的要求也越來越高，傳統(tǒng)攪拌機(jī)效率低，運(yùn)輸不便，上料出料麻煩，攪拌量過于有限，沒有自動(dòng)化控制系統(tǒng)，供水量不便于把握等一系列的不足，以及很難滿足當(dāng)今建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在的建筑事業(yè)越來越對新型攪拌越來越渴求。隨著科技水平的進(jìn)步，發(fā)達(dá)國家看到了水泥攪拌機(jī)落后的現(xiàn)在，正在極力推進(jìn)攪拌機(jī)產(chǎn)業(yè)變革，正極力研究新型攪拌機(jī)，比如高效攪拌機(jī)、新型立式可升降泥漿攪拌機(jī)、移動(dòng)式自裝料混凝土攪拌機(jī)等。 1.2 水泥攪拌機(jī)的功能以及原理 水泥 攪拌機(jī)是用來混合各種砂漿、物料、 水泥、 粘合劑的攪拌設(shè)備，可廣泛應(yīng)用在建筑砂 漿混合、膩?zhàn)臃刍旌?、干粉涂料混合等領(lǐng)域。砂漿攪拌機(jī)的工作原理砂漿攪拌機(jī)的核心攪拌部件是兩個(gè)轉(zhuǎn)子與螺旋帶，在砂漿攪拌機(jī)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)、方向相反 。 攪拌機(jī)內(nèi)的物料在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中還伴隨有自身的滾動(dòng)翻轉(zhuǎn)。攪拌機(jī)兩個(gè)轉(zhuǎn)子分別帶動(dòng)物料轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，存在有交叉重疊區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)物料，無論形狀大小，都會(huì)因受到相互交錯(cuò)剪切的力而處于瞬間的失重狀態(tài)。砂漿攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，可以達(dá)到令物料全方位連續(xù)循環(huán)翻動(dòng)而快速混合的效果 .攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)砂漿攪拌機(jī)為臥式筒體攪拌設(shè)備，內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)反方向轉(zhuǎn)子和內(nèi)外兩層的螺旋帶，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)令砂漿攪拌機(jī)獲得了更佳的物料混合效果、更好的運(yùn)行穩(wěn)定性和更長的使用壽命。攪拌機(jī)的螺旋帶上可以安裝刮板，以適應(yīng)粘稠、糊狀物料的攪拌工作 。 1.3 我國水泥攪拌機(jī)的現(xiàn)狀及種類 我國水泥攪拌主要以錐形反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)和各類攪拌車為主，反轉(zhuǎn)出料型是筒體兩端都敞著，一端正轉(zhuǎn)進(jìn)料，攪拌也正轉(zhuǎn)，一端反轉(zhuǎn)出料，這是目前國內(nèi)主要的自落式機(jī)重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 9 型，經(jīng)常能在小型建筑工地上見到。 根據(jù)攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的定位方式不同，可以將間歇式攪拌機(jī)分為水平式、傾斜式（鼓筒式攪拌機(jī)）、垂直式（盤式或鍋式攪拌機(jī)）。 1.3.1 間歇式攪拌機(jī) 1.3.1.1 鼓筒式 鼓筒式攪拌機(jī)拌筒截面見圖 1-1，攪拌葉片固定在可旋轉(zhuǎn)的鼓筒內(nèi)壁，鼓筒旋轉(zhuǎn)的過程中提升物料，攪拌筒每轉(zhuǎn)一圈，被葉片提升到一定高度的物料將自落回拌筒底部，如此循環(huán)。主要有 3 類：非翻轉(zhuǎn)式鼓筒、反轉(zhuǎn)鼓筒、翻轉(zhuǎn)式鼓筒。非翻轉(zhuǎn)式鼓筒是固定的，骨料從投料端投入，從卸料端卸出，見圖 1-1。反轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)與非傾翻式攪拌機(jī)相似，不同之處是，反轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)的入料與卸料口是統(tǒng)一的。反轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)一般用于攪拌小于 1m3的混凝土；翻轉(zhuǎn)式鼓筒攪拌機(jī)的 圖 1-1 鼓筒式攪拌機(jī) 鼓筒傾角是可以變 化的。攪拌過程中鼓筒軸線一般與水平線成 15傾角，而在卸料時(shí)鼓筒軸線向水平線負(fù)方向傾斜。傾翻式攪拌機(jī)是實(shí)驗(yàn)室和施工現(xiàn)場攪拌小批量（小于 0.5m3）混凝土最常用的機(jī)型。 1.3.1.2 盤式 盤式攪拌機(jī)工作原理基本一致：物料在拌筒內(nèi)受旋轉(zhuǎn)葉片作用進(jìn)行攪拌，刮料葉片將拌筒內(nèi)壁上的粘料刮去。圖 1-2 給出了不同形式葉片和拌筒的組合情況，一種情況是葉片旋轉(zhuǎn)軸線與拌筒的軸線是重合的（單漿攪拌機(jī) )；另一種情況是攪拌機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)軸線與拌筒的軸線有偏距 (行星式攪拌機(jī)和逆流式攪拌機(jī) )，這時(shí)葉片既繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又繞拌筒中心線旋轉(zhuǎn)；還有一種情況是 2 根軸同步反向旋轉(zhuǎn) (雙軸攪重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 10 拌機(jī) )，在靠近拌筒內(nèi)壁附近的葉片與軸線成一定角度，作用是將拌筒內(nèi)壁上粘結(jié)的物料刮去，并推向拌筒中心，以便與攪拌葉片產(chǎn)生沖擊 4。 圖 1-2 盤式的不同葉片組合 1.3.2 連續(xù)式攪拌機(jī) 連續(xù)式攪拌機(jī)工作過程中骨料被持續(xù)加入拌筒以恒定速率進(jìn)行攪拌、卸料。通常具有螺旋帶狀的攪拌葉片，鼓筒向下傾斜，朝向卸料端，攪拌時(shí)間取決于拌筒傾角（通常取 15）。適用于工作時(shí)間短、卸料時(shí)間長、施工現(xiàn)場偏遠(yuǎn)并且運(yùn)輸量較小的情況，主要用于低坍落度混凝土 (如路面攤鋪 )。 2.整體方案的分析和確定 2.1 攪拌機(jī)的選型 常見的水泥攪拌機(jī)主要有兩種形式： 一、直立式小型攪拌機(jī)，如圖 2-2所示。 圖 2-2 直立式小型攪拌機(jī) 該攪拌機(jī)體型小，造價(jià)便宜，適用于小型建筑工程，但由于攪拌量有限，生產(chǎn)效率低，重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 11 上料不方便，一般不在大型建筑工地使用。 二、錐型反轉(zhuǎn)出料移動(dòng)式水泥攪拌機(jī)。如圖 2-3 圖 2-3 錐型反轉(zhuǎn)出料移動(dòng)式水泥攪拌機(jī) 本機(jī)的主要特 點(diǎn)有上料方便，攪拌量大，便于運(yùn)輸，適用于大型建筑工程，但供水控制也不方便，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。 綜上結(jié)合自身能力以及專業(yè)知識考慮，我所選擇要設(shè)計(jì)的是第一種直立式小型攪拌機(jī)。但同于第一種小型立式水泥攪拌機(jī)有一個(gè)致命的缺點(diǎn) -底部容易堆積，于是通過結(jié)構(gòu)改良，設(shè)計(jì)了一種，適合小型規(guī)模生產(chǎn)的立式水泥攪拌機(jī)。裝配圖如下圖 2-4 。 圖 2-4 小規(guī)模立式水泥攪拌機(jī)裝配圖 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 12 2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 直立式小型攪拌機(jī)是一個(gè)組成比較簡單的水泥攪拌機(jī)，它主要有以下幾個(gè) 部分組成：攪拌鍋、腳架、電動(dòng)機(jī)、減速器、皮帶輪、皮帶、聯(lián)軸器及攪拌葉片。所以其傳動(dòng)部分的主要電動(dòng)機(jī) 皮帶輪 帶 皮帶輪 減速器 主軸 攪拌葉片。以這樣的一個(gè)傳動(dòng)過程最終實(shí)現(xiàn)攪拌動(dòng)作，其傳動(dòng)簡單高效。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比較高，功率較大，所以在整個(gè)傳動(dòng)過程中一定得有個(gè)減速器，對于減速器我們大家多知道有一級減速器和多級減速器，考慮到我所設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大概是 1440 轉(zhuǎn)每分鐘，最終要達(dá)到主軸轉(zhuǎn)速 30 來轉(zhuǎn)左右，所以減速器應(yīng)該選擇渦輪蝸桿傳動(dòng)或二級減速器，對于渦輪蝸桿傳動(dòng)，考慮到對于攪拌機(jī)的變速不太適 合，所以我選擇二級減速器，二級減速器常見的主要有直齒圓柱齒輪二級減速器、斜齒圓柱齒輪二級減速器。兩者之間的區(qū)別在于斜齒圓柱齒輪的穩(wěn)定性較好，傳動(dòng)平穩(wěn)，但考慮到對于水泥攪拌機(jī)沒那么高的要求，所以我選擇了用直齒圓柱齒輪二級減速器，然后直齒圓柱齒輪二級減速器于主軸之間采用常用的聯(lián)軸器鏈接，以下就是水泥攪拌機(jī)的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖 ；如圖 2-5 所示。 圖 2-5 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖 2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析 水泥攪拌機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要的就是鋼管和攪拌葉片，通過電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)最終使攪拌葉片轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對混凝土的攪拌。所以對于攪拌機(jī)的葉片主要考 慮的問題就是空間分布問重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 13 題以及葉片的強(qiáng)度問題，還有問了實(shí)現(xiàn)攪拌葉片的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，還得考慮到鏈接以及一些安裝問題。對于葉片的空間位置關(guān)系，我采用是 90夾角的空間位置關(guān)系，然后每個(gè)離攪拌軸圓心的半徑不一樣，使其能達(dá)到充分?jǐn)嚢璧男Ч?。如圖 2-6： 圖 2-6 攪拌葉片、葉片與連桿的連接 另外為了有足夠的強(qiáng)度和剛度及連接方便連桿采用方形鋼，葉片與連桿之間采用螺釘連接，四個(gè)連桿分別固定在兩個(gè)圓盤上，同樣采用螺釘連接。如圖： 2-7 圖 2-7 連桿與旋轉(zhuǎn)盤的固定 當(dāng)然除了空間分布、剛度以及連接固定，執(zhí)行件的轉(zhuǎn) 速也是很重要的，這就需要電動(dòng)機(jī)、減速器和皮帶之間來調(diào)節(jié)。 2.4 最終方案的確定 經(jīng)過對水泥攪拌機(jī)的類型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析，最終我擬定了 如下方案： 方案 1：電動(dòng)機(jī) 皮帶輪 二級圓柱齒輪減速器 攪拌軸，電動(dòng)機(jī) 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 14 首先通過皮帶輪一級減速，再通過減速器經(jīng)過二級減速將動(dòng)力以及轉(zhuǎn)矩傳送到攪拌軸上。 方案 2：電動(dòng)機(jī) 二級圓錐齒輪減速器 攪拌軸，使用減速器直接 減速將動(dòng)力以及轉(zhuǎn)矩傳送到攪拌軸上。 首先，已知各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比 u，圓錐齒輪傳動(dòng)單級傳動(dòng)比 u 常用 2-3；圓柱直齒輪傳動(dòng)單級傳動(dòng)比 u常用 2-5；皮帶輪 單級傳動(dòng)比 u 常用 2-4。然后估算電動(dòng)機(jī)至攪拌軸之間的傳動(dòng)比，初選同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min 的原動(dòng)機(jī)，攪拌軸轉(zhuǎn)速為 30r/min，則 u=1000/30=33.3。 方案 1使用皮帶輪進(jìn)行一級減速，使用二級圓柱齒輪減速器二級減速，電動(dòng)機(jī)軸與攪拌軸雖然在同一方向上，但電動(dòng)機(jī)不直接連接減速器，同樣可以避免安裝分布范圍過大。同時(shí)其傳動(dòng)比 u最大為 4 5 5=100，大于本次設(shè)計(jì)所需要的最大傳動(dòng)比。 方案 2中只使用二級圓錐齒輪減速器，第二級使用圓柱齒輪傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)在于圓錐齒輪具有換向性，避免了電動(dòng)機(jī)軸與攪拌軸在同一方向上，避免造成安裝分布范圍過大。其傳動(dòng)比 u 最大為 3 5=15，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 33.3。 綜上考慮，選擇方案一是比較合理的，多級減速避免了一次性速度變化過大，而且使用二級減速器照樣可以達(dá)到電動(dòng)機(jī)、主軸和減速器在同一方向上，只要到時(shí)候電動(dòng)機(jī)豎直放置即可。 3. 電動(dòng)機(jī)及減速器的選 型 3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 按工作條件和工作要求選用一般用途的 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 計(jì)算電機(jī)所需功率 dP ： 查手冊第 3頁表 1-7： 1 帶傳動(dòng)效率： 0.96 2 每對軸承傳動(dòng)效率： 0.99 3 圓柱齒輪的傳動(dòng)效率： 0.96 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 15 4 聯(lián)軸器的傳 動(dòng)效率： 0.993 5 葉片傳動(dòng)效率： 0.96 (1)攪拌軸的輸出功率 初選電動(dòng)機(jī)為 P=5KW KWKWw 52.496.099.096.05.5 23221 (2) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 Pd /wd pP 傳動(dòng)裝置的總效率81.05423421 則 Pd = Pw / =4.52 / 0.81KW=5.5KW (3)電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇 由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) P272 表 22-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率 PW =5.5KW （ 4）確定電機(jī)轉(zhuǎn)速：取 V帶傳動(dòng)比 i=2 4,二級圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比 i=8 40所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍是： m i n/7 8 0 04 8 0)4084230in rn （）（總主軸電動(dòng)機(jī) 符合這一范圍的轉(zhuǎn)速有： 750、 1000、 1500、 3000 根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需功率和轉(zhuǎn)速查機(jī)械 設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)第 272 頁表 22-1有 4種適用的電動(dòng)機(jī)型號如下表： 表 3-1 5.5KW 攪拌機(jī)的不同型號 方案 電動(dòng)機(jī)型號 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 r/min 額定轉(zhuǎn)速 r/min 重量 總傳動(dòng)比 1 Y132S1-2 5.5KW 3000 2900 64Kg 96.7 2 Y132S-4 5.5KW 1500 1440 68Kg 48 3 Y132M2-6 5.5KW 1000 960 84Kg 32 4 Y160M2-8 5.5KW 750 720 119Kg 24 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 、重量、和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見第 2種方案比較合適，因此選用電動(dòng)機(jī)型號為 Y132S-4。 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 16 3.2 傳動(dòng)比的分配 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1440r/min，最終主軸轉(zhuǎn)速 30r/min，所以總的傳動(dòng)比 4830/1 4 4 0/ 軸nni r/min 由于 V帶傳動(dòng)比 i=2-4，所以取 3帶vi 則減速器的總出動(dòng)比： 163/48i/i v1 帶i 一級變速的傳動(dòng)比 7.44.112 ii 二級變速的傳動(dòng)比 4.37.4/16/213 iii 以上就是整個(gè)攪拌機(jī)傳動(dòng)比的分配。 3.3 計(jì)算傳動(dòng)裝配的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) (1)各軸轉(zhuǎn)速 假設(shè)電動(dòng)機(jī)軸為 0軸，減速器高速 1軸，中間軸為 2軸，低速軸為 3 軸，攪拌軸4軸。各軸轉(zhuǎn)速為 no =1440r/min n1= no /i1 =1440/3=480r/min n2= n1/i2=480/4.7=102.1/min n3= n2/ i3 =102.1/3.4=30.02r/min n4 = n3=30.02r/min (2)軸輸入的轉(zhuǎn)矩 按電動(dòng)機(jī)額定功率計(jì)算軸輸入的功率 P0 =Pd =5.5KW P = P0 1=5.5 0.99=5.45kw 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 17 P2 =5.45 0.97 =5.28kw p3 =5.28 0.98=5.17kw P4 = P3=5.17kw 軸轉(zhuǎn)矩： mdd nPT 9550 5.36/9550 00 npT d N M 5.1 0 8/9 5 5 0 111 npT N M 8.493/9550 222 npT N M 6.1 6 4 4/9 5 5 0333 npTN M T4 = T3 =1664.6N M 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如下表： 表 3-2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表 項(xiàng)目 電動(dòng)機(jī)軸 減速器輸入軸 中間軸 輸出軸 攪拌軸 轉(zhuǎn)速 r/min 1440 480 102.1 30.02 30.02 功率 kw 5.5 5.45 5.28 5.17 5.17 轉(zhuǎn)矩 N M 36.5 108.5 493.8 1644.6 1644.6 傳動(dòng)比 i 3 4.7 3.4 1 效率 0.99 0.97 0.99 0.99 3.4 減速器的選擇 3.4.1減速器的分析 減速 器 是專用的是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，它利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu) 。而之前分析過了本次用于水泥攪拌重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 18 機(jī)的是二級圓柱齒輪減速器，其主要的組成有減速器箱體、高速軸、中間軸、低速軸、高速軸大齒輪、 高速軸小齒輪、低轉(zhuǎn)速軸大齒輪、低轉(zhuǎn)速軸小齒輪。 3.4.2選擇減速器應(yīng)注意得問題 1、盡量選用接近理想減速比： 減速比 =輸入轉(zhuǎn)速 /輸出轉(zhuǎn)速； 2、扭矩計(jì)算：對減速機(jī)的壽命而言，扭矩計(jì)算非常重要，并且要注意加速度的最大 。轉(zhuǎn)矩值 (TP)，是否超過減速機(jī)之最大負(fù)載扭力； 3、減速機(jī)的適用性很高，工作系數(shù)都能維持在 1.2 以上，但在選用上也可以根據(jù)自己的需要來決定； 4、輸入軸 直徑 不能大于提供的最大使用軸徑； 5、根據(jù)選擇的機(jī)型號、負(fù)載轉(zhuǎn)距、傳動(dòng)比、輸出轉(zhuǎn)速確定所需的電機(jī)規(guī)格 ； 規(guī)格選擇要滿足強(qiáng)度、熱平衡、軸伸部位承 受徑向載荷等條件。具體選擇時(shí)從以下幾點(diǎn)考慮： 按機(jī)械功率或轉(zhuǎn)矩選擇規(guī)格（強(qiáng)度校核） 通用減速器和專用減速器設(shè)計(jì)選型方法的最大不同在于，前者適用于各個(gè)行業(yè)，但減速只能按一種特定的工況條件設(shè)計(jì)，故選用時(shí)用戶需根據(jù)各自的要求考慮不同的修正系數(shù)，工廠應(yīng)該按實(shí)際選用的電動(dòng)機(jī)功率（不是減速器的額定功率）打銘牌；后者按用戶的專用條件設(shè)計(jì)，該考慮的系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)一般已作考慮，選用時(shí)只要滿足使用功率小于等于減速器的額定功率即可，方法相對簡單。 通用減速器的額定功率 一般是按使用（工況）系數(shù) KA=1（電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)，工作機(jī)載荷平穩(wěn)，每天工作 310h，每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù) 5 次，允許啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為工作轉(zhuǎn)矩的 2 倍），接觸強(qiáng)度安全系數(shù) SH 1、單對齒輪的失效概率 1 ,等條件計(jì)算確定的。 所選減速器的額定功率應(yīng)滿足 PC=P2 KA KS KR PN 式中 PC 計(jì)算功率（ KW）； PN 減速器的額定功率（ KW）； P2 工作機(jī)功率（ KW）； KA 使用系數(shù)，考慮使用工況的影響； KS 啟動(dòng)系數(shù)，考慮啟動(dòng)次數(shù)的影響； 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 19 KR 可靠度系數(shù)，考慮不同可靠度要求。 目前世界各國所用的使用系數(shù)基本相同。雖然許多樣本上沒有反映出 KS KR 兩個(gè)系數(shù)， 但由于知己（對自身的工況要求清楚）、知彼（對減速器的性能特點(diǎn)清楚），國外選型時(shí)一般均留有較大的富裕量，相當(dāng)于已考慮了 KR KS 的影響。 由于使用場合不同、重要程度不同、損壞后對人身安全及生產(chǎn)造成的損失大小不同、維修難易不同，因而對減速器的可靠度的要求也不相同。系數(shù) KR 就是實(shí)際 需要的可靠度對原設(shè)計(jì)的可靠度進(jìn)行修正。它符合 ISO6336、 GB3480 和 AGMA2001 B88（美國齒輪制造者協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）對齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法的規(guī)定。目前，國內(nèi)一些用戶對減速器的可靠度尚提不出具體量的要求，可按一般專用減速器的設(shè)計(jì)規(guī)定（ SH 1.25，失效概率 1/1000），較重要場合取 KR=1.25=1.56 左右。 因此本次設(shè)計(jì)中 PC= P2 KA KS KR=1.1 2 0.8 1.25=2.2 KW PN 故選取額定功率為 2.2 KW 的減速器。 .熱平衡校核 通用減速器的許用熱功率值是在特定工況條件下（一般環(huán)境溫度 20，每小時(shí) 100 ,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、功率利用率 100），按潤滑油允許的最高平衡溫度（一般為 85）確定的。條件不同 時(shí)按相應(yīng)系數(shù)（有時(shí)綜合成一個(gè)系數(shù)）進(jìn)行修正。 所選減速器應(yīng)滿足 Pct=P2 KT KW KP Pt 式中 Pct 計(jì)算熱功率（ KW）； KT 環(huán)境溫度系數(shù)； Kw 運(yùn)轉(zhuǎn)周期系數(shù)； Kp 功率利用率系數(shù)； Pt 減速器許用熱功率（ KW）。 因此本次設(shè)計(jì)中 PCt=P2 KT KW KP=1.1 0.9 1 1.5=1.485 KW .校核軸伸部位承受的徑向載荷 通用減速器常常須對輸入軸、輸出軸軸伸中間部位允許承受的最大徑向載荷給予限制，應(yīng)予校核，超過時(shí)應(yīng)向制造廠提出加粗軸徑和加大軸承等要求。 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 20 4.鏈接部分以及其他零件設(shè)計(jì) 4.1 主要部分連 接固定設(shè)計(jì) 水泥攪拌機(jī)是一個(gè)裝配體，其主要由攪拌機(jī)機(jī)架、攪拌葉片、主軸、減速器、電動(dòng)機(jī)、皮帶輪。每個(gè)部分多是按照一定的要求連接固定的，最終達(dá)到整個(gè)攪拌機(jī)實(shí)現(xiàn)攪拌動(dòng)作。所以只有合理的設(shè)計(jì)各部分的連接和固定才能實(shí)現(xiàn)攪拌動(dòng)作。機(jī)械鏈接有兩大類：一類是機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件可以有相對運(yùn)動(dòng)的鏈接，稱為機(jī)械鏈接，如機(jī)械原理課程中討論的各種運(yùn)動(dòng)副；另一類則是在機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件間不允許產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)的鏈接，稱為機(jī)械靜鏈接。 那么個(gè)部分怎么連接的呢，下面來依次分析，首先攪拌葉片與主軸之間采用的是螺紋連接，如圖 4-1 圖 4-1 主軸與旋轉(zhuǎn)裝置的鏈接 這樣既可以方便安裝拆卸，也有很強(qiáng)的預(yù)緊防松作用。 主軸與減速器的鏈接方式，由于是兩個(gè)豎直軸之間的鏈接，所以我們采用聯(lián)軸器鏈接，但由于機(jī)器的工況各異，因而對聯(lián)軸器提出了各種不同的要求，如傳遞轉(zhuǎn)矩的大小、轉(zhuǎn)速高低、扭轉(zhuǎn)剛度變化的情況、體積大小、緩沖吸震能力等，為了適應(yīng)不同的要求，聯(lián)軸器有很多類型，那到底選擇哪個(gè)呢，綜合考慮我選用的是凸緣聯(lián)軸器， 如圖 4-2 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 21 圖 4-2 聯(lián)軸器簡圖 上下聯(lián)軸器之間采用的雙頭螺柱鏈接，軸與聯(lián)軸器之間采用鍵鏈接。 考慮到機(jī)架是不需要拆卸 的，而且還需要很強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度所以機(jī)架采用的是焊接，其他部分采用螺紋鏈接。 4.2 卸料裝置 攪拌機(jī)的卸料裝置主要采用的是手搖方式，通過手柄搖動(dòng)使閥門打開如下圖狀態(tài)，然后使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)把混泥土轉(zhuǎn)出攪拌鍋，從而實(shí)現(xiàn)卸料的過程，手柄與閥門之間采用螺母鏈接固定。 圖 4-4卸料裝置 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 22 4.3 攪拌軸的設(shè)計(jì)及其結(jié)果驗(yàn)證 4.3.1攪拌軸外形結(jié)構(gòu)裝配方案設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置和形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向、及分布情況；軸的加工工 藝等；由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨其具體情況的不同而異，軸是沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對不同的情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的位置：軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 圖 4-6攪拌軸 根據(jù)傳動(dòng)簡圖，攪拌軸上裝有聯(lián)軸器，軸承端蓋，軸承，旋轉(zhuǎn)盤依次從軸的右端向左端安裝，擋油環(huán)左軸承從左向右裝入。軸與聯(lián)軸器之間采用鍵鏈接，所以在軸上挖鍵槽，同樣軸上端也挖有鍵槽便于與攪拌鋼管之間的固定，同時(shí)為了防止鋼管上下跳 動(dòng)，軸上還有螺紋預(yù)緊。 4.3.2攪拌軸的材料選擇 和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-1 選擇 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 217-255HBS,由機(jī)械設(shè)計(jì)表 15-3查得 45 號鋼取 Ao=112,由 P = 5.17kw, n = 30.02r/min 式中： p-軸所傳遞的功率， KW N-軸的轉(zhuǎn)速， r/min A-由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù) 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 23 得 d 56.72mm 軸最小端安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)償軸的可能位移，選用彈性柱銷聯(lián)軸器，查 GB5014-85 選用 HL3 彈性柱銷聯(lián)軸器，標(biāo)準(zhǔn)孔徑 d=60mm，即軸伸端 直徑d1=60mm。 如圖 4-6，從左到右長度分別為 L1 到 L7,直徑分別為 D1 到 D7。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩TkT aca 。 nPT 9550000 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 14-1 查得 Ka=1.7 得 T=2795968N.mm 按照計(jì)算的轉(zhuǎn)矩 Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014-2003 或手冊，選用聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩 2800000N.mm 聯(lián)軸器的孔徑 d=60mm，故取 D1=60mm，半聯(lián)軸器的長度L=100mm 1）為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，第 1 軸端需制出軸肩，故取第 2端的直徑D2=80mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑 D=80mm，半聯(lián)軸器與軸配合的縠孔長度 L=45mm，為了保證軸擋位圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故第一段的長度 L1 應(yīng)比 L 稍短，取 L1=42mm。 2） 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受 有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) D3=60mm，由軸承產(chǎn)品目錄中的初步選擇取 0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度的單列圓錐滾子軸承 30209，其尺寸為 d*D*T=60 85 20.75,所以D3=60mm， L3=20.75mm。 3） 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行定向定位。由手冊上查的 30209 型的定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取 D4=72mm，考慮的攪拌機(jī)攪拌鍋的高度以及上面蓋板的厚度等，取 L4=270mm。 4） 因?yàn)檩S套的高度為 15mm，直徑為 45mm，所以 D5=80mm， L5=15mm。 5） 因?yàn)樯陷S承蓋的高度為 25mm，滾子軸承的高度為 20mm，上蓋板與軸承蓋的距離為 30mm，所以 L6=75mm， 直徑等于軸承直徑，所以 D6=40mm。 7）最后一段存在軸肩定向定位，由于軸肩定向高度 2.5mm，所以取 D7=35mm， 考慮到上蓋板高度，螺母的高度等取 L7=62mm 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 24 4.3.3輸出軸的強(qiáng)度校核 計(jì)算攪拌架受力 轉(zhuǎn)矩 T4=9550* P / n =388.8 N M 攪拌架切向力 Ft1=2T1/d1=2 388.8/60 10-3N=1296N 攪拌架徑向力 Fr1=Ft1 tan =1296 tan20N=71.3N 攪拌架軸向力 Fx= Ft1tan =0 軸的受力簡圖 如圖 5(a) 計(jì)算支承反力 如圖 5(b)及 （ d） 水平平面 ： Fh1=( F d/2+65Fr)/125=37.1N Fh2 = Fr - Fh1 =71.3-37.1=34.2N 垂直平面 ： Fv = Fv = Ft1 /2=1296/2=648N 繪制彎矩圖 水平平面彎矩圖 如圖 5(c) b 截面 Mhb1=65 Fh1=2411.5N mm Mhb2=Mbh1-F d/2= 2411.5 N mm 垂直平面彎矩圖 如圖 5(e) Mvb=65Fv =65 648=42120 N mm 合成彎矩圖 如圖 5(f) Mb1=42188.9N mm Mb2= Mb1=42188.9N mm 繪制轉(zhuǎn)矩圖 如圖 5(g) T4 = T3 =388800N mm 繪制當(dāng)量彎矩圖 如圖 5(h) 單向運(yùn)轉(zhuǎn) ，轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)， =0.6 T=0.6 388800=233280N mm b 截面 Mb1=237064 N mm Mb2=237064 N mm a 截面和 I截面 Mea=Met= T=0.6 388800=233280N mm 重慶理工大學(xué) 水泥攪拌裝置設(shè)計(jì) 25 分別校核 a和 b截面 da=56.72mm db=72mm 考慮鍵槽， da=105% 56.72=59.2mm， db=80mm