混凝土攪拌機(jī)傳動(dòng)及卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目 錄摘要1關(guān)鍵詞11 前言21.1研究的目的與意義21.2國(guó)內(nèi)為研究現(xiàn)狀32 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1 擬定傳動(dòng)方案42.2 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)62.2.1 電動(dòng)機(jī)容量62.2.2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速62.3減速器傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)72.3.1 確定傳動(dòng)方案72.3.2主要參數(shù)確定92.3.3柔輪設(shè)計(jì)132.3.4鋼輪的設(shè)計(jì)152.3.5齒廓嚙合干涉驗(yàn)算172.3.6波發(fā)生器的計(jì)算192.3.7 柔性軸承的壽命計(jì)算212.3.8 傳動(dòng)效率計(jì)算212.3.9 低速軸設(shè)計(jì)233 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)233.1 確定計(jì)算功率Pca243.2 選擇V帶的帶型243.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d0并驗(yàn)算帶速v243.4 確定v帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld253.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角253.4.7 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)264.附件設(shè)計(jì)264.1潤(rùn)滑與密封274.1.1 潤(rùn)滑：274.2.2 軸承的密封275卸料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)275.1對(duì)卸料系統(tǒng)的要求275.2 確定卸料系統(tǒng)的控制方式275.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖285.4計(jì)算和選擇液壓元件285.4.1計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷F285.5液壓泵的計(jì)算305.5.1確定液壓泵的實(shí)際工作壓力305.5.2確實(shí)液壓泵的流量305.5.3確定液壓泵電機(jī)的功率315.5.4選擇控制元件315.5.5油管及其他輔助裝置的選擇315.5.6 查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù)315.5.7 確定郵箱容量315.5.8液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算326總結(jié)33參考文獻(xiàn)34致謝35混凝土攪拌機(jī)傳動(dòng)及卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文通過研究混凝土攪拌機(jī)的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀，比較國(guó)內(nèi)和國(guó)外混凝土攪拌機(jī)的技術(shù)差別，自主研究和改進(jìn)當(dāng)前的缺陷和不足。本文通過對(duì)三一重工和中聯(lián)重科及國(guó)內(nèi)外其他公司相關(guān)產(chǎn)品資料研究，借鑒其長(zhǎng)處，改善其不足和缺陷。本文中主要對(duì)攪拌機(jī)的方案，傳動(dòng)系統(tǒng)和卸料進(jìn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)和描述，從而達(dá)到所需要求。關(guān)鍵詞：減速箱；軸；齒輪；液壓；The Design of Transmission Systems and Dischare Sytems of Concrete Mixing PlantStudent:Hong jiayuan Tutor:Quan Lazhen(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract:The paper is a diquistion of concrete mixing machine fron history and world circs at present time.The comparatitvly of mising machine technology fron inland and abrod,finding the limitation to develop the technology.standying the imformation oi SANY Company to learn strongpoint and improve the short.So in this paper,the main mixer in the programme,off-loudin and transmission system to regulate the design and description.To achieve the necessary requirements.Key words: Transmission;Axes;Gear;Hydraulic pressure1 前言1.1研究的目的與意義目前我國(guó)的混凝土攪拌機(jī)主機(jī)基本上依靠國(guó)外進(jìn)口，國(guó)內(nèi)技術(shù)水平參差不齊，只有部分產(chǎn)品接近國(guó)際先進(jìn)水平，但是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)缺乏，基于商品混凝土的大力推廣應(yīng)用，雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)使用與各類混凝土攪拌站或攪拌樓，因?yàn)樗臄嚢韫β蚀?、攪拌容積大、攪拌效率高等特點(diǎn)，現(xiàn)在被廣大的商品混凝土行業(yè)專家所接受，所以開發(fā)本類混凝土攪拌機(jī)是符合市場(chǎng)要求和必須的。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（2）雙臥軸強(qiáng)制式混凝土卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.2國(guó)內(nèi)為研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)初，由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的鼓筒式混凝土攪拌機(jī)已經(jīng)開始出現(xiàn)使用。50年代后，強(qiáng)制攪拌機(jī)和自落式攪拌機(jī)等相繼出現(xiàn)問世并獲得發(fā)展。前者適合干硬性混凝土，后者適合塑性混凝土。發(fā)展到現(xiàn)在，出現(xiàn)了星式攪拌機(jī)、立式攪拌機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、防險(xiǎn)攪拌機(jī)、單軸攪拌機(jī)。雙軸攪拌機(jī)、防滑攪拌機(jī)等等。而目前的攪拌站、攪拌樓、攪拌車都是在此基礎(chǔ)上改造和改進(jìn)而來的。為了確?；炷恋臄嚢栀|(zhì)量，要求混凝土混合料混合攪拌均勻，攪拌時(shí)間短，卸料快，殘留少，污染低和耗能少。影響混凝土攪拌機(jī)攪拌質(zhì)量的因素:攪拌機(jī)的加料容量與攪拌筒幾何容積的比率，攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，混合料的加料過程與加料位置，攪拌速度和葉片襯板的磨損狀況，攪拌葉片的質(zhì)量和排列的幾何角度等等。所以這些是目前主要的研究方向。在這里面包括了環(huán)保要求的設(shè)計(jì)方向。下圖為此次研究的仿物圖，此課題研究的是傳動(dòng)和卸料系統(tǒng)。圖1 攪拌示意簡(jiǎn)圖Fig1 Agitation station hint diagranm2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 擬定傳動(dòng)方案圖2:傳動(dòng)方案1Fig.2：Transmission scheme1圖3：傳動(dòng)方案2Fig.3 Transmission scheme2方案一如圖一，方案二如圖二。方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總傳動(dòng)比比較大，但沿齒寬載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度；方案二結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，用于大功率、大傳動(dòng)比變載荷時(shí)，故選方案二。2.2 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)按工作要求和工作條件，選用一般用途的Y（IP44）系三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。2.2.1 電動(dòng)機(jī)容量1）攪拌軸機(jī)工作機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩TW和轉(zhuǎn)速Nw TW=3000Nm (1) 2) 電動(dòng)機(jī)輸出功率Pd Pd= (2)傳動(dòng)裝置的總效率=1233245式中，1 2為從電動(dòng)機(jī)至攪拌軸之間的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率。由教材表2-4查得：V帶傳動(dòng)1=0.96；滾動(dòng)軸承2=0.99；諧波齒輪傳動(dòng)3=0.97；彈性聯(lián)軸器4=0.99；攪拌軸滾動(dòng)軸承5=0.99，則 =0.960.9930.9620.990.99=0.83 (3)故 Pd= =11.35KW (4)C、電動(dòng)機(jī)額定功率Ped由課程設(shè)計(jì)教材第二十章表20-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率Ped=15KW 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 為了便于選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，先推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍。由表課程設(shè)計(jì)教材表2-1查V帶傳動(dòng)常用傳動(dòng)比i1=24，諧波齒輪傳動(dòng)比i2=50500，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為nd=nwi1i2=300030000rmin故選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160M2-22.3減速箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)2.3.1 確定傳動(dòng)方案諧波齒輪相比傳統(tǒng)減速器具有傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高，減速器尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)考慮到以上綜合因素故選擇諧波齒輪減速器。其原理如下圖。傳動(dòng)就其本質(zhì)來說, 是屬Z-X-V 型行星齒輪傳動(dòng)。其工作原理如圖4所示, 它是由三個(gè)元件組成的, 即波發(fā)生器、柔輪和剛輪。其中任何一件均可固定不動(dòng), 其余兩件作為輸入件和輸出件它可作為減速器使用, 也可作為增速器使用。通常, 剛輪為內(nèi)齒輪, 固定不動(dòng); 波發(fā)生器為橢圓凸輪( 或雙滾輪) , 作輸入軸; 柔輪為外齒輪, 作輸出軸; 而且大都采用2波傳動(dòng), 即波發(fā)生器轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn), 柔輪變形兩次; 也即剛輪與柔輪的齒數(shù)差為2。若將波發(fā)生器裝在柔輪中, 將使柔輪變?yōu)闄E圓形, 此時(shí), 處于長(zhǎng)軸的齒將與剛輪齒接觸嚙合, 而處于短軸的齒則與剛輪齒脫開。當(dāng)波發(fā)生器回轉(zhuǎn)時(shí), 將迫使柔輪齒依次同剛輪齒嚙合, 由于相差2 齒, 故發(fā)生器轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn), 將使柔輪在相反方向轉(zhuǎn)過2 齒, 從而獲得減速運(yùn)動(dòng)。圖4工作原理Fig4 Working principle本設(shè)計(jì)采用鋼輪固定不動(dòng)，波發(fā)生器作輸入軸，柔輪作輸出軸。柔輪的結(jié)構(gòu)型式主要有杯形、環(huán)形和鐘形三種。經(jīng)常采用的是杯形柔輪,本設(shè)計(jì)也采用了杯形柔輪，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。 圖5 柔輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig5 Flexible wheel Structure diagram杯形柔輪雖然工藝性較差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接方便，剛性好，傳動(dòng)精度高。波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)型式主要有雙滾輪式、四滾輪式、偏心盤式、柔性軸承凸輪式等。經(jīng)常采用的是柔性軸承凸輪式或雙滾輪式波發(fā)生器。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6 凸輪式和雙滾輪式波發(fā)生器Fig6 Cam and Double wheel Wave generator柔性軸承凸輪式波發(fā)生器能全面控制柔輪變形, 承載能力大, 剛度好, 適于標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)。雙滾輪式波發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制造方便, 但承載能力低, 適于單件生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用凸輪式波發(fā)生器。本設(shè)計(jì)的主要性能指標(biāo)為：傳動(dòng)比100、輸入轉(zhuǎn)速3000r/min、輸入轉(zhuǎn)矩3000Nm。單級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比為100，能夠滿足傳動(dòng)比要求，且結(jié)構(gòu)建效率較高，所以本設(shè)計(jì)采用單級(jí)傳動(dòng)。綜上所述，傳動(dòng)方案采用雙滾輪波發(fā)生器，鋼輪固定，波發(fā)生器輸入，柔輪輸出的單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)。如圖圖7 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig 7 Structure diagram2.3.2主要參數(shù)確定（1）傳動(dòng)比的計(jì)算及鋼輪柔輪的齒數(shù)確定傳動(dòng)比計(jì)算公式：= (5) 傳動(dòng)比：=-80鋼輪齒數(shù)：z2=81柔輪齒數(shù)：z1=80（2）柔輪和剛輪的材料選擇柔輪材料：在諧波齒輪傳動(dòng)中，柔輪是在反復(fù)彈性變形的的狀態(tài)下工作的，即要承受狡辯彎曲應(yīng)力，又要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，工作條件惡劣，因此應(yīng)使用疲勞極限350MPa和調(diào)制硬度280320HBS的合金鋼制造柔輪。另外根據(jù)承受載荷情況的不同，所選的柔輪材料也應(yīng)有區(qū)別。根據(jù)設(shè)計(jì)力學(xué)材料性能要求柔輪的材料選擇為38CrMoAlA剛輪材料：鋼輪的應(yīng)力狀態(tài)大大低于柔輪。因此剛輪可以此用普通結(jié)構(gòu)鋼，例如45、40Cr等。亦可用鑄鐵件與箱體鑄在一起，材料應(yīng)選用搞強(qiáng)度的鑄鐵或球墨鎂鑄鐵等。鑄鐵剛輪與鋼制柔輪形成減摩副，可以減輕表面磨損。本設(shè)計(jì)采用45作為剛輪材料，剛輪與箱體采用連接件鏈接。凸輪輪材料凸輪材料無需要求，常用45鋼，調(diào)制處理。（3）波發(fā)生器的形式及幾何參數(shù)，確定原始曲線方程波發(fā)生器是迫使柔輪產(chǎn)生預(yù)期變形規(guī)律的元件。常用的機(jī)械波發(fā)生器有滾輪式，偏心盤式和凸輪式，其中凸輪式柔輪變形全部控制，承載能力較大，剛度較好，精度也較高。是目前國(guó)內(nèi)外最通用的結(jié)構(gòu)。所以本設(shè)計(jì)選取凸輪式波發(fā)生器。如下圖：圖8 凸輪波發(fā)生器Fig 8Cam-wave generator凸輪形式主要有標(biāo)準(zhǔn)橢圓凸輪，此種凸輪加工簡(jiǎn)單方便，為目前最常用的一種凸輪；以四力作用下圓環(huán)變形曲線為廓線的橢圓凸輪，此種凸輪的加工雖較前者復(fù)雜，但只要改變角，便可獲得所需之各種凸輪性狀，當(dāng)=時(shí)，柔輪中峰值力克達(dá)到最小；雙偏心圓弧凸輪，此種凸輪加工方便，嚙合區(qū)較大，但柔輪中的應(yīng)力較大。本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓凸輪形式。圖9 凸輪輪廓線Fig 9 Cam contour凸輪長(zhǎng)半軸：a=0.5（）+ 凸輪短半軸：b= (6)考慮補(bǔ)償波發(fā)生器徑向尺寸鏈總的間隙量 柔性軸承內(nèi)徑凸輪廓線方程：= (7)輪波發(fā)生器的原始曲線可看作凸輪廓線的外等距曲線。計(jì)算得：（mm）a=54.4b=50.56（4）傳動(dòng)模數(shù)確由于諧波齒輪傳動(dòng)兩輪的齒數(shù)均很多，故輪齒嚙合時(shí)很接近于面接觸，因此齒面磨損可由工作表面的比壓來控制。于是，齒面比壓p為： P= (8)式中： 用在柔輪上的轉(zhuǎn)矩（Nm） 柔輪分讀遠(yuǎn)直徑 齒廓工作段高度，其精確值應(yīng)由集合計(jì)算確定，近似取=m，其中 =1.41.6，m為模數(shù) 齒寬系數(shù)，=b/，一般取0.10.2，b為齒寬 當(dāng)量與沿齒廓工作段高度接觸的全齒合工作齒數(shù)，=0.25 嚙合齒數(shù)站總齒數(shù)的百分?jǐn)?shù)，一般取=0.30.5K計(jì)算載荷系數(shù)，當(dāng)靜載荷時(shí)，卻K=0.1，工作中有沖擊和震動(dòng)時(shí)，取K=1.151.5 許用比壓。齒圈材料，且在潤(rùn)滑條件下工作時(shí)，對(duì)不同鋼種及熱處理?xiàng)l件，可取=2040N/，當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，值應(yīng)適當(dāng)降低，對(duì)塑料齒圈，。在計(jì)算時(shí)，齒面磨損條件往往用來大致確定傳動(dòng)模數(shù)，由式（2.3-1）得m (9)取=80，K=1.5，=40Nm，=0.4，=0.1，=30N/按公式（2.5-2）求得m1.8，本設(shè)計(jì)取模數(shù)為1.9。（5）諧波齒輪減速器的主要幾何參數(shù)計(jì)算選定主要嚙合參數(shù)（，）漸開線諧波齒輪傳動(dòng)嚙合參數(shù)合理選擇所遵循的基本原則是：在保證傳動(dòng)不發(fā)生嚙合干涉的情況下，獲得較大的嚙合深度和嚙合區(qū)，切保證有合理的嚙合側(cè)隙。因而在齒形確定之后，影響傳動(dòng)性能的參數(shù)主要是基準(zhǔn)齒形角，變?yōu)橄禂?shù)、，徑向變形量系數(shù)和齒廓工作段高度。1) 本設(shè)計(jì)取齒形基準(zhǔn)角=的漸開線齒形，同時(shí)采用適當(dāng)?shù)淖兾幌禂?shù)來防止干涉。2）變位系數(shù)從增大嚙入深度和嚙合區(qū)的觀點(diǎn)出發(fā)，變位系數(shù)應(yīng)選大些，但其極限受齒頂變尖的限制。現(xiàn)設(shè)定柔輪用滾刀加工，剛輪用用插刀加工，則對(duì)于采用非標(biāo)準(zhǔn)柔性軸承的凸輪波發(fā)生器，圓盤波發(fā)生器和滾輪波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng)，柔輪和剛輪的變位系數(shù)可大致?。?=（1.35-）/（0.85-0.04） (10) =+（-1） 對(duì)于采用標(biāo)準(zhǔn)柔性軸承的凸輪波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng)，取 =/m (11)式中：徑向變形量系數(shù) 柔性軸承外徑（mm） 齒頂高系數(shù) S柔輪齒圈壁厚（mm） C徑向間隙系數(shù)。3）徑向變形量系數(shù)：徑向變形量系數(shù)定義為=/m（其中為柔論的最大徑向變量）在其他條件不變時(shí)，增加，可使嚙合深度增加大，所需的變位系數(shù)減??；但此時(shí)嚙合區(qū)縮小，柔輪中的應(yīng)力增大。一般取=0.91.1。在動(dòng)力傳動(dòng)中，亦可?。?=0.89+8+2/m (12) 而/m=Tb/（+4（i-60） 式中：空載時(shí)在嚙合區(qū)應(yīng)保證的間隙（mm） T輸出力矩（Nmm） b柔輪齒圈寬度（mm） 柔輪光滑圓柱部分的壁厚（mm） G剪切彈性模量（N/）由于本設(shè)計(jì)為非動(dòng)力傳動(dòng)，所以直接取=1.04）齒廓工作段高度：通常，齒廓工作段高度隨的增加而增加。一般取=（1.31.6）mm，或推薦安下式確定： =m (13)本設(shè)計(jì)取=1.0，=1.5m=2.85,再由式（7）、(8)、（9）求得： =0.8 =0.8應(yīng)該指出，和的選擇是相互關(guān)聯(lián)的，因而最合理的值應(yīng)該用優(yōu)化的方法確定。2.3.3柔輪設(shè)計(jì)分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 式中：柔輪齒上漸開線起始圓直徑 (14)由上式求得：=152 =157.05 =150.29杯形柔輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接方便，剛性好，傳動(dòng)精度高。在相同直徑的柔輪中，比別的結(jié)構(gòu)形式的柔輪承載能力大。是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。如下圖：圖10 柔輪Fig10 Flexible wheel幾何尺寸：d= S=（0.010.03） 當(dāng)i150；或者載荷大時(shí)，即T/0.3MPa時(shí)取大值，反之取小值。推薦最佳壁厚系數(shù)為0.0125，即 S=0.0125 =（0.60.9）s 帶輸出軸的整體式柔輪部分尺寸與普通杯形柔輪相同，適用于小直徑的輪。環(huán)形柔輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，軸向尺寸較小，但扭轉(zhuǎn)剛度、傳動(dòng)精度，承載能力等于杯形柔輪相比，有所降低。嚙合輸出柔輪的承載能力約降低1/3左右。幾何尺寸：L=2(b+c+f)+a 尺寸c、b同上，尺寸f由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定 a (15) 滾刀外圓半徑 h柔輪全齒高密封柔輪，A-A面和底部需進(jìn)行強(qiáng)度校核，多用于密閉諧波齒輪傳動(dòng)。幾何尺寸：s 常取s=0.0125 = d= 本設(shè)計(jì)采用杯形柔輪，按幾何計(jì)算公式求得起集合尺寸為：=144S=0.125=1.8 =（0.60.9）s=1.2 2.3.4鋼輪的設(shè)計(jì) 分度圓直徑= 齒頂圓直徑= 齒根圓直徑=2（+）式中：剛輪齒上漸開線終止圓直徑 =2 插削剛輪時(shí)的切齒嚙合角 插削剛輪時(shí)的切齒中心距 剛輪基準(zhǔn)半徑 ，插齒刀的頂元和基圓半徑由上式得：=153.9 =151.5 =158.5常用的剛輪結(jié)構(gòu)主要有環(huán)狀和帶凸緣的兩種。環(huán)狀剛輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本低，故通用性廣；帶凸緣的剛輪可利用凸緣徑向定位，因而安裝定位比環(huán)狀剛輪靈活、方便，但加工略較復(fù)雜。剛輪齒寬一般比柔輪齒寬大25mm，剛輪齒圈的厚度應(yīng)保證有一定的徑向剛度。環(huán)狀剛輪和帶凸緣的剛輪結(jié)構(gòu)尺寸的推薦值見下表：(mm)表1環(huán)狀剛輪的結(jié)構(gòu)尺寸Table 1 Circulardrumstructuresize機(jī)型AGQ2593463.5M332104363.5M340115164.5M450126264.5M460147565.5M5801810066.5M61002412069M812028150611M1016038195613M1220040240618M162555295621M18表2 帶凸緣剛輪的結(jié)構(gòu)尺寸Table 2 Flangeddrumstructure size機(jī)型bcAGQ32,40821250443863.5501432070605463.5601632285756764.580203261101009065.51002543313512011066.51203043817015013569160405502151951776112005066226524021861125060672330290272614本設(shè)計(jì)選擇帶凸緣的剛輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)之前計(jì)算的剛輪輪齒的幾何尺寸，從表4.1.2中選擇型號(hào)160的剛輪。圖11 剛輪Fig 11 Rigid wheel2.3.5 齒廓嚙合干涉驗(yàn)算及其他保證正常工作性能條件驗(yàn)算（1）齒廓嚙合干涉驗(yàn)算根據(jù)大量的計(jì)算和使用時(shí)間證明，齒廓重疊干涉大多都發(fā)生在柔輪齒頂與剛輪齒廓嚙合之處，因而只需驗(yàn)算柔輪齒頂與剛輪齒廓干涉與否即可。設(shè)柔輪齒頂坐標(biāo)為（，以=為半徑作弧與相鄰剛輪齒廓相交，即得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)（）當(dāng)嚙合處在第一相線時(shí)，嚙合位置不放生干涉的條件為： -，-0 (16)其中點(diǎn)，的坐標(biāo)為： = 式中 柔輪和剛輪的分度圓半徑（mm） 柔輪變形前的中線圓半徑（mm） 原始曲線的極半徑進(jìn)行齒廓嚙合干涉驗(yàn)算時(shí)，理論上講，此驗(yàn)算應(yīng)在全嚙合范圍內(nèi)進(jìn)行。但是根據(jù)大量計(jì)算可知，對(duì)于1的傳動(dòng)，只需驗(yàn)算三個(gè)位置即可；而對(duì)于1的傳動(dòng)，則驗(yàn)算三個(gè)位置。若驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)有干涉現(xiàn)象，則需要相應(yīng)的增大或，或減小，重新計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)算，沒有干涉現(xiàn)象，嚙合參數(shù)無需改動(dòng)。（2）保證傳動(dòng)正常工作性能的條件驗(yàn)算為保證傳動(dòng)正常工作性能，除保證無嚙合干涉的條件以外，還要滿足如下條件：不產(chǎn)生渡曲線干涉： 為保證傳動(dòng)的承載能力，其最大嚙入深度不應(yīng)小于m 0.5（ (17)保證有一定的頂隙 0.5（ (18) 齒廓工作段高度不應(yīng)超過允許的極限值 m（0.5 (19)齒頂不變尖 ，式中：，柔輪和剛輪的齒頂厚。帶入數(shù)據(jù)驗(yàn)算，均滿足要求。2.3.6波發(fā)生器1）本設(shè)計(jì)采用內(nèi)、外環(huán)為等壁厚的柔性軸承，這種柔性軸承的外環(huán)兩端可倒角，以改善柔輪齒圈的應(yīng)力集中。同時(shí)在承載時(shí)柔輪內(nèi)壁不會(huì)因?yàn)榕まD(zhuǎn)變形翹曲使軸承劃傷柔輪內(nèi)壁。其幾何尺寸： 常取 柔性周琛外徑 鋼球直徑 鋼球數(shù) 滾道深度 外環(huán)滾道半徑 內(nèi)環(huán)滾道半徑 B柔性軸承寬度 柔性軸承內(nèi)徑 我國(guó)生產(chǎn)的諧波齒輪減速器用柔性球軸承規(guī)格以標(biāo)準(zhǔn)化，在齒輪手冊(cè)列出供選擇，本設(shè)計(jì)根據(jù)柔輪尺寸選擇型號(hào)2000921AKT2的柔性求軸承。其外形尺寸（mm）和額定值如下： 外徑D=145 內(nèi)徑d=105 寬度B/C=24 最大徑向變形1.1 輸入轉(zhuǎn)速3000r/min 輸出力矩800Nm通過給出的數(shù)據(jù)求得其他結(jié)構(gòu)尺寸： =2.9 =21 0.79 2）保持器：保持器多采用尼龍整體式保持器，我國(guó)在一些大功率動(dòng)力諧波傳動(dòng)中，還有用黃銅的分離塊式保持器。概括說來，在設(shè)計(jì)保持器時(shí)，應(yīng)注意當(dāng)柔性套在凸輪上變形時(shí)后，要求保持器內(nèi)徑不應(yīng)與柔性軸承內(nèi)環(huán)變形后處于長(zhǎng)軸處的外表面相碰（或只允許在長(zhǎng)軸處兩端表面各一點(diǎn)接觸）。而保持器的外徑不應(yīng)與柔性軸承外環(huán)變形后短軸處的內(nèi)表面相碰（或只允許在短軸處兩端各一點(diǎn)接觸，即四點(diǎn)定位）。此時(shí)，保持器的孔徑應(yīng)不干涉柔性軸承球的運(yùn)動(dòng)軌跡，且應(yīng)有一定間隙。常見的保持器結(jié)構(gòu)：A型保持器，此種保持器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，裝拆方便，但徑向無法定位，有游動(dòng)摩擦現(xiàn)象。B型柱面定位保持器，此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，為國(guó)內(nèi)外通用結(jié)構(gòu)之一。C型球面定位保持器，此種結(jié)構(gòu)效率高、強(qiáng)度好。但保持器的制造復(fù)雜（模具的設(shè)計(jì)制造要求精度高）。目前我國(guó)通用諧波齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列中柔性軸承的保持器采用了此種。D型保持器四點(diǎn)定位保持器，此種結(jié)構(gòu)采用四點(diǎn)（長(zhǎng)、短軸各兩點(diǎn)）定位，消除了保持器徑向游動(dòng)，減小內(nèi)外環(huán)的摩擦，因此提高了和運(yùn)動(dòng)精度。本設(shè)計(jì)采用C型球面定位保持器。2.3.7 柔性軸承的壽命計(jì)算對(duì)于凸輪波發(fā)生器用的柔性球軸承，由于其鋼球的直徑與座圈滾道曲率半徑間的集合關(guān)系與一般的滾動(dòng)軸承相類似，因而柔性軸承的額定動(dòng)載荷仍可按一般滾動(dòng)軸承的公式計(jì)算。利用一般滾動(dòng)軸承額定動(dòng)載荷的計(jì)算關(guān)系，將鋼球直徑的值代入，并取鋼球數(shù)為23及（式中取決于零件的幾何關(guān)系，制造精度和材料品質(zhì)的系數(shù)），參照式（63.2.3-2），可得出柔性球軸承的壽命計(jì)算式：當(dāng)時(shí) (20)當(dāng)時(shí) (21)柔輪分度圓直徑輸入轉(zhuǎn)矩代入數(shù)據(jù)，求得6.64h2.3.8 傳動(dòng)效率估算 諧波齒輪傳動(dòng)的效率，最可靠的確定辦法是實(shí)測(cè)，由于計(jì)算確定的值只可能是近似的。這是因?yàn)椋簻p速器的具體情況，其細(xì)微差別很大；計(jì)算模型總是加以簡(jiǎn)化的；摩擦因數(shù)不易選準(zhǔn)，等等。實(shí)際情況比簡(jiǎn)化了的計(jì)算要復(fù)雜得多，有些影響因素，難于列入計(jì)算式。但是，估算還是必要的。根據(jù)理論分析和實(shí)測(cè)表明，諧波齒輪傳動(dòng)的效率與如下眾多的因素有關(guān)，如：1） 傳動(dòng)比2） 輪齒嚙入深度3） 波數(shù)4） 鋼、柔輪齒槽寬窄的比列5） 齒形角（或變位系數(shù)）6） 滾動(dòng)和華東摩擦系數(shù)7） 回差值8） 柔輪的最大徑向變形量和柔輪的彎曲剛度9） 轉(zhuǎn)速10)負(fù)載大小11)減速器的結(jié)構(gòu)和加工精度12）潤(rùn)滑劑的種類、有無攪油損失，等等。上述諸多因素中，4）、7)、9)、11）、12）在計(jì)算式中未加考慮。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于常用的單級(jí)和復(fù)式諧波齒輪減速器，不論波發(fā)生器的類型和具體結(jié)構(gòu)如何，其效率均統(tǒng)一近似的用一套公式計(jì)算。對(duì)于杯形柔輪，其變形力（滾輪式）可近似按下式計(jì)算： (22)式中 J。 齒圈段界面的慣性矩，考慮到輪齒的影響。以齒槽厚度增大6%8%作為光滑圓環(huán)段來計(jì)算，即，而=（1.061.08）s； 簡(jiǎn)體光滑部分的界面慣性矩。取光滑簡(jiǎn)體長(zhǎng)的1/3作為圓環(huán)長(zhǎng)來計(jì)算，即； 相當(dāng)于光滑簡(jiǎn)體的圓環(huán)長(zhǎng)度剛輪固定的減速傳動(dòng) (23) (24)式中： f滑動(dòng)摩擦因素，f=0.050.1（根據(jù)潤(rùn)滑劑的種類及齒面加工精度適當(dāng)選擇）； 當(dāng)量滾動(dòng)摩擦因素，??； R剛輪在平均齒高處的圓周半徑（mm） 剛輪齒平均高度處的漸開線壓力角 低速軸上的轉(zhuǎn)矩（Nm） i傳動(dòng)比的絕對(duì)值。帶入數(shù)據(jù)求得傳動(dòng)效率2.3.9 低速軸的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軸只承受扭矩，故最小軸徑的計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： (25)式中： 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa） T軸所承受的扭矩（Nmm） 軸的抗扭界面系數(shù)（ n軸的轉(zhuǎn)速，r/min P軸傳遞的功率（kW） d計(jì)算截面處軸的直徑（mm） 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）本設(shè)計(jì)軸的材料采用45鋼，調(diào)制處理，其材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為2545MPa。由上式求得最小軸徑為60.68mm。3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1 確定計(jì)算功率Pca由參考文獻(xiàn)1表8-7查得工作情況系數(shù)KA=1.2，故 18 kw3.2 選擇V帶的帶型 根據(jù)Pca，n0由參考文獻(xiàn)圖8-11選用B型。3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd0并驗(yàn)算帶速v1） 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1.由參考文獻(xiàn)表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=200mm.驗(yàn)算帶速v。按參考文獻(xiàn)式（8-13）驗(yàn)算帶的速度V = （26）因?yàn)?msv30ms，故帶速合適。2） 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑根據(jù)參考文獻(xiàn)式（8-15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2= = 3200 = 600 mm3.4 確定v帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld根據(jù)參考文獻(xiàn)式（8-20），初定中心距a0=800mm。同理由參考文獻(xiàn)式（8-22）計(jì)算所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度（+）+ （27） 2906 由參考文獻(xiàn)8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2800mm。按參考文獻(xiàn)式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距a。 a= + = (800 + )mm (28) =747 mm確定中心距變化范圍 = a 0.015 Ld=740 - 0.015 2800 = 705 mm = a +0.03 Ld=740 + 0.03 2800 = 831 mm則得中心距變化范圍為705831mm。3.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角180-（dd2-dd1）=180-(600-200) (29)3.6 計(jì)算帶的根數(shù)z 計(jì)算單根V帶的額定功率Pr由dd1=200mm和n1=970rmin，據(jù)參考文獻(xiàn)表8-4a得： P0=3.82KW根據(jù)n1=970rmin，i1=3和B型帶，參考文獻(xiàn)表8-4b得：P0=0.31 KW查參考文獻(xiàn)表8-5得：K=0.92查參考文獻(xiàn)表8-2得：KL=1.05故：Pr=(P0+ P0)KKL=3.99kw計(jì)算V帶的根數(shù)Z Z = = (30)取五根。3.7 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1） 帶輪的材料選擇 選擇原則: 常用的帶輪材料為鑄鐵，牌號(hào)為HT150或HT200.轉(zhuǎn)速較高時(shí)采用鑄鋼或者鋼板沖壓后焊接而成，小功率時(shí)可以采用鑄鋁或是塑料。根據(jù)n0=970r/min，故選擇帶輪材料為鑄鋼。2） 帶輪的結(jié)構(gòu)形式V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。其形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān):當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為dd22.5d 采用實(shí)心式。（其中d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為dd2300 mm 時(shí)采用腹板式；當(dāng)帶輪的直徑為dd2300 mm 且D1 d1100mm 時(shí)，采用孔板式（其中D1為輪輻直徑，d1為輪轂直徑）：當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為dd2300mm ,故選用輪輻式結(jié)構(gòu)。 3） V帶傳動(dòng)的張緊 根據(jù)實(shí)際要求，本設(shè)計(jì)采用定期張緊裝置。即定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的初拉力使帶重新張緊。4.附件設(shè)計(jì) 包括窺視孔及窺視孔蓋、通氣器、軸承蓋、定位銷、啟箱螺釘、油標(biāo)、放油孔及放油螺塞、起吊裝置。4.1潤(rùn)滑與密封4.1.1 潤(rùn)滑： 齒輪采用浸油潤(rùn)滑。參考課程設(shè)計(jì)教材。當(dāng)齒輪圓周速度v12m/s時(shí)，圓柱齒輪浸入油的深度約一個(gè)齒高，三分之一齒輪半徑，大齒輪的齒頂?shù)接偷酌娴木嚯xh3060mm。參考課程設(shè)計(jì)教材。軸承潤(rùn)滑采用潤(rùn)滑脂，潤(rùn)滑脂的加入量為軸承空隙體積的，采用稠度較小潤(rùn)滑脂。4.2.2 軸承的密封 軸承的密封裝置時(shí)為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并且阻止?jié)櫥瑒┑牧魇?。在次選用接觸式密封。因?yàn)楦鬏S承采用的是飛濺的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，所以選用氈圈油密封較好，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但摩擦較大。5卸料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1對(duì)卸料系統(tǒng)的要求 當(dāng)混凝土攪拌完畢時(shí)，需要將卸料門慢慢打開將混凝土完全卸出，減小混凝土對(duì)卸料系統(tǒng)的沖擊；混凝土卸料完畢時(shí)，需要將卸料門迅速關(guān)閉，提高生產(chǎn)效率，并且當(dāng)攪拌主機(jī)在攪拌混凝土?xí)r需要卸料門關(guān)好，并且有一定的密封性能。5.2 確定卸料系統(tǒng)的控制方式 根據(jù)攪拌系統(tǒng)卸料要求，混凝土攪拌完畢，將卸料板慢慢的打開進(jìn)行卸料，減小混凝土對(duì)卸料系統(tǒng)的沖擊；混凝土卸料完畢時(shí)，需要將卸料門迅速關(guān)閉，提高生產(chǎn)效率，因此整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行就是一個(gè)慢進(jìn)快退的工作循環(huán)，本設(shè)計(jì)采用液壓傳動(dòng)方式，選用液壓缸做執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 卸料門的開閉式卸料門的圓周運(yùn)動(dòng)，卸料時(shí)卸料門所受壓力角大，因此采用定量齒輪泵；由于攪拌和卸料是兩個(gè)完全的過程，在攪拌時(shí)卸料門是關(guān)閉的，當(dāng)混凝土攪拌完畢時(shí)將卸料門打開完成卸料，因此采用手動(dòng)控制的方式?？刂圃且粋€(gè)三位四通具有M型機(jī)能的換向閥，而當(dāng)混凝土在攪拌時(shí)需要將卸料門關(guān)閉，并且要保證有一定的壓力保證它的密封性能，因此液壓泵在工作時(shí)對(duì)系統(tǒng)部產(chǎn)生任何壓力作用，采用兩個(gè)液壓控制單向閥分別控制液壓缸的兩個(gè)進(jìn)油（出油）管來完成系統(tǒng)的這一要求。5.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)控制的是卸料門開與閉，而且兩動(dòng)作的速度不相同，因此在卸料門打開時(shí)在液壓系統(tǒng)流量一定的情況下從液壓缸的無桿腔進(jìn)油，它的工作原理是高壓慢進(jìn)，不但可以克服混凝土對(duì)卸料板的摩擦，而且還可以將卸料門慢慢的打開；卸料門需要關(guān)閉時(shí)基本上是在無摩擦的情況下運(yùn)行的，因此從液壓缸的有桿腔進(jìn)油，它的工作原理是低壓快退，完全符合卸料系統(tǒng)的要求。圖12 液壓原理圖Fig12 The Priciple of Hydraulic5.4計(jì)算和選擇液壓元件5.4.1計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷F根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，液壓缸所受的總機(jī)械載荷為：-混凝土對(duì)卸料板的磨擦力-回油背壓形成的阻力-密封阻力的計(jì)算因?yàn)樾读习鍨榛⊙b卸料板故 (31)可以將混凝土看成無限小的立方體作用有卸料板上，該立方體的寬度為dl，長(zhǎng)度為卸料板長(zhǎng)度L，高為h所以查表所得混凝土的密度為，磨擦系數(shù)=3得當(dāng)卸料板旋轉(zhuǎn)45度時(shí)液壓缸所受的負(fù)載最大，因?yàn)槟ゲ亮鶠樾读习宓那邢蛄?，根?jù)力矩平衡條件 (32)即1860300所以 (33)活塞直徑因差動(dòng)比為1：2所以活塞桿直徑d=0.7D=0.766=46.2mm取標(biāo)準(zhǔn)直徑d=50mm，D=70mm，則工作壓力：考慮到液壓系統(tǒng)中的壓力損失，今取5.5液壓泵的計(jì)算5.5.1確定液壓泵的實(shí)際工作壓力 (34)-沿程和沿路壓力損失，可估為（0.5 1.5）Mpa，取1Mpa，因此，可確實(shí)液壓泵的實(shí)際工作壓力為1.5Mp5.5.2確實(shí)液壓泵的流量-卸料板打開時(shí)所需最大的流量之和由此可得按壓力為2.8Mpa，流量為7.3可選用BBXQA型齒輪泵，其額定壓力為3Mpa排量為12m/r。5.5.3確定液壓泵電機(jī)的功率最大工進(jìn)時(shí)所需功率-一個(gè)液壓缸最大工進(jìn)速度下所需流量-液壓泵實(shí)際工作壓力，2.8Mpa-液壓泵總數(shù)效率，取=0.85.5.4選擇控制元件根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣品本中選取控制元件規(guī)格。方向控制閥：按P=2.8MPa，q=3.7L/min，按定時(shí)兼手動(dòng)控制方向閥4WMM10MV/23(滑閥機(jī)能M型) 液壓?jiǎn)蜗蜷y：按P=2.8MPa，q=3.7L/min，選擇SVG10 溢流閥的選擇：DBDHHG10P 液壓泵的選擇：P=2.8MPa，q=3.7L/min，可選用BBXQA型齒輪泵，其額定壓力為3Mpa，排量為12ml/r5.5.5油管及其他輔助裝置的選擇5.5.6 查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù) 液壓泵的出口流量以7.37L/min計(jì)，選取通徑85.5.7 確定郵箱容量一般取流量的35倍，取5倍，有效容積V=57.37L=36.85L5.5.8液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸的主要尺寸的確定液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、缸的長(zhǎng)度L、活塞桿直徑d以及缸筒壁厚等。缸筒內(nèi)徑由以上確定D=70mm，活塞桿直徑d=50mm，缸的長(zhǎng)度根據(jù)活塞行程確定。 缸筒壁厚的確定初步確定缸筒壁厚=6mm因?yàn)镈/=11.710，按薄壁進(jìn)行校核。試驗(yàn)壓力，取=1.5=1.52.8MPaD缸筒內(nèi)徑；缸筒材料許用應(yīng)力，=/n，一般去安全系數(shù)n=5，缸筒材料選用HT250故=50MPa將數(shù)值帶入上式的：=2.94 (35)故符合要求。液壓缸其他部位尺寸的確定活塞寬度B=（0.61.0）D，取B=50mm；導(dǎo)向長(zhǎng)度H+=+=49.15mm，取H=50mm5.6 卸料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)卸料口開口的角度為50，為保障卸料口完全打開，卸料轉(zhuǎn)過的角度必須大于50。選擇卸料版旋轉(zhuǎn)角度為60。6總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我充分認(rèn)識(shí)到，這次設(shè)計(jì)其實(shí)是綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他先修課程的知識(shí)，分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)知識(shí)的過程。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我逐步樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)了我分析和解決問題的能力。通過設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)設(shè)計(jì)資料，使我進(jìn)行了全面的機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。另外通過本次設(shè)計(jì)使我領(lǐng)悟出機(jī)械設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程為：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖設(shè)計(jì)、零件工作圖設(shè)計(jì)、編寫設(shè)計(jì)說明書。如果隨意打亂這個(gè)過程則在設(shè)計(jì)過程中肯定會(huì)多走彎路。在設(shè)計(jì)過程中我們?cè)讵?dú)立完成的同時(shí)，要時(shí)刻跟指導(dǎo)老師溝通和請(qǐng)教，要掌握設(shè)計(jì)進(jìn)度，認(rèn)真設(shè)計(jì)。每個(gè)階段完成后要認(rèn)真檢查，有錯(cuò)誤的要認(rèn)真修改，精益求精。畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段是相互聯(lián)系的。設(shè)計(jì)時(shí)，零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸不是完全由計(jì)算確定的，還要考慮結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟(jì)性以及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等要求。由于影響零、部件尺寸的因素很多，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，考慮的問題要更全面和合理，故后階段設(shè)