畢業(yè)論文-機(jī)械設(shè)計制造及其自動化

機(jī)架的設(shè)計3機(jī)架的設(shè)計3.1機(jī)架設(shè)計的主要內(nèi)容(1)機(jī)架結(jié)構(gòu)方案的確定(2)機(jī)架上所有部件之間相互位置的確定(3)機(jī)架上所有部件與機(jī)架的連接方式及安裝位置(4)機(jī)架外形尺寸的確定(5)機(jī)架鋼結(jié)構(gòu)的選材，機(jī)架穩(wěn)定性的校核(6)完成機(jī)架總成圖及零部件圖。機(jī)架是整個機(jī)械的基石，其上各部件的相互位置影響著機(jī)架的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，攪拌桶是整個機(jī)械最重要的部分，將其放在中間的位置，減速箱包括帶輪、聯(lián)軸器放在攪拌桶一側(cè)，電氣箱放在另一側(cè)。為了節(jié)約材料和使結(jié)構(gòu)緊湊，必須選定一個合理的尺寸。最后還必須針對受力合理選擇材料并對穩(wěn)定性進(jìn)行校核使其滿足要求。3.2底架的設(shè)計3.2.1機(jī)架設(shè)計的一般要求(1)機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。(2)結(jié)構(gòu)合理，便于制造。(3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝，調(diào)整，修理和更換都方便。(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，有溫度變換引起的變形應(yīng)力小。(5)抗振性能好。(6)耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少維修。3.2.2底架的材料選擇在材料的選擇及鋼結(jié)構(gòu)的選擇一般應(yīng)考慮以下幾個因素：(1)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，如連接方式，方法，結(jié)構(gòu)的重要性及其受力特點(diǎn)。(2)載荷的性質(zhì)，例如主要受的是動載荷還是靜載荷等情況。(3)結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境及條件：如所處的溫度高低以及浸蝕的情況等。由于攪拌機(jī)機(jī)架承重比較大，所以選用強(qiáng)度良好的Q235碳素鋼來設(shè)計制造機(jī)架。受彎構(gòu)件的截面形式有工字鋼，槽鋼，彎曲薄壁鋼，組合梁等，在攪拌機(jī)機(jī)架中，載荷作用點(diǎn)接近扭轉(zhuǎn)中心，能保證截面不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)等一些情況，所以采用槽鋼來焊接底架，其中有一些焊件考慮其受力很小用角鋼代替，槽鋼能起到節(jié)省材料的目的。3.2.3底架的大體尺寸底架的總長度2800㎜，總寬度為1680㎜，為使制造節(jié)省材料，整機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，放置攪拌筒的兩根槽鋼長度方向的距離為1300㎜，背對背放置，寬度方向兩根槽鋼面對面放置兩背面之間的距離為1680㎜，其他的槽鋼間距具體尺寸如圖3.1所示。圖3.1清砂機(jī)機(jī)架底架3.2.4確定攪拌筒偏離機(jī)架底架重心的距離在整個底架上，電機(jī)減速箱安裝在一側(cè)，從各部件的自重考慮，不對稱的安裝造成整個底架失穩(wěn)的趨勢，所以攪拌筒的安裝位置中心必須偏向機(jī)架底架中心線，以保證整機(jī)在工作和運(yùn)輸時具有良好的穩(wěn)定性。利用攪拌筒對中心線的力矩來平衡，考慮此方法會引起底架在長度方向的加長，空間體積太大，不便于運(yùn)輸，利用移動左右支腿（長度方向）的方法更加簡便。計算整機(jī)的重心位置：由查閱有關(guān)資料及手冊，可將各部件坐標(biāo)，重量歸納如下表：表3.1各部件重心及坐標(biāo)部件名稱攪拌筒減速器電機(jī)電器箱帶輪聯(lián)軸器質(zhì)量Kg1400415.5174263042.46坐標(biāo)mm010801015-10201306852重心坐標(biāo)：===203.16㎜即整機(jī)重心在偏離攪拌筒中心線右側(cè)203.16mm，大概整機(jī)的重心坐標(biāo)為203.163.2.5底架所受各力的分析計算經(jīng)分析：底架示意圖上槽鋼AB受力最大，所以校核時按AB受力來設(shè)計。槽鋼AB所受的力的形式有：支腿在兩端的支持力,，攪拌筒支承壓力，,減速箱結(jié)構(gòu)包括聯(lián)軸器，帶輪的簡化重量，電器箱的壓力。由于整機(jī)重心位置偏移量不是很大，只有203.16mm，無須將支腿向中間靠近。其它部件自重作用點(diǎn)及尺寸可由底架圖可知，可將AB看做受彎梁，其受力如下圖3.2圖3.2計算支承壓力，的大小其中G=+=1400+500×2.3×(1+10%)=2665kg攪拌筒底架支撐對如下圖3.3所示:圖3.3M,N兩點(diǎn)為攪拌筒及料在左右支承中心，，為P,T兩點(diǎn)的受力，且=，左右支承受力簡圖如圖3.4下所示：圖3.4=0-1095=0=/1680=868.5kg所以==868.5kg(2)計算減速器結(jié)構(gòu)對槽鋼AB的壓力F3由于皮帶輪與槽鋼的距離比較遠(yuǎn)，同時聯(lián)軸器重43kg，皮帶和帶輪合重35kg，減速器的重量為415kg，由于皮帶輪好聯(lián)軸器的重量相近，可假設(shè)三者之和的作用中心為,合計重量為=503kg，受力示意圖如下圖3.5：圖3.5根據(jù)平衡條件1150-×450/1150=0代入數(shù)據(jù)得：=196.83㎏(3)計算電器箱對槽鋼AB的壓力F7電器箱對槽鋼AB的壓力為，電器箱的重量為26㎏，由底架各部件相對位置尺寸確定，電器箱的位置為，受力示意圖如下圖3.6：圖3.61680–G(1680–205)=0=26×（1680-205）/1680=22.83㎏所以，F(xiàn)7=22.83kg(5)計算槽鋼AB的總受力根據(jù)槽鋼AB的受力情況求二支承力，，總示意圖如圖3.7所示：圖3.7由=0，列出力矩平衡式：·395+2025·+2415·=·2800==801.3㎏=-=1985.4-801.3=1184.1㎏3.2.6求各點(diǎn)的力矩因?yàn)閷⒉垆撘暈槭軓澚?，則求各力的彎矩，彎矩?zé)o論在指定截面的左側(cè)或右側(cè)，向上的外力產(chǎn)生正的彎矩，向下的彎矩產(chǎn)生負(fù)的彎矩。=0g=9.8N/㎏=·395=1184.1×395=467719.5×9.8=4583651.1N/㎏=4583.7KN·mm=·795-400·=1184.1×795-400×22.83=932.2KN·mm=·（2800-2025）-·（2415-2025）=801.3×（2800-2025）-196.83×(2415-2025)=544.2KN·mm=·(2800-2415)=801.3×385=308.5KN·mm=0由以上的彎矩計算結(jié)果可以畫出AB槽鋼的受力彎矩圖，該槽鋼的受力彎矩圖如下圖3.8所示：圖3.8由上示彎矩圖可以看出，最大彎矩為=4583.7KN·mm.3.2.7選材由以上計算可知，最大彎矩為=4583.7KN·mm，此點(diǎn)C為危險點(diǎn)，C的截面為危險截面，所以按Mc設(shè)計。所選材料為普通碳素鋼Q235，查《機(jī)械設(shè)計手冊》可知其屈服極限=225N/,由于比重較大，而且工作環(huán)境較差，攪拌時的振動較大，以及上面不可避免的要打孔，將會有應(yīng)力集中現(xiàn)象。為了保證工作和運(yùn)輸?shù)陌踩x取安全系數(shù)=1.8，則有：[]===125N/（由《材料力學(xué)》可知對型材可取=1.5～2.5）截面系數(shù)===36.67，根據(jù)《材料力學(xué)》上冊附錄Ⅱ表3查取截面系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值=87.1，選取槽鋼型號為熱軋普通型槽鋼[14b，[14b的有關(guān)數(shù)據(jù)如下圖3.9：圖3.9槽鋼14b3.2.8底架的校核（1）校核AB槽鋼①校核其強(qiáng)度表3.2[14b的尺寸類型尺寸（㎜）理論重量（㎏/m）hbdtr[14b1406089.59.54.751.6716.733由《機(jī)械設(shè)計手冊》取相關(guān)數(shù)據(jù)：b=60㎜，h=140㎜，t=9.5㎜，一根截面對稱的梁，載荷作用在其最大剛度平面內(nèi)，當(dāng)載荷較小時，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。由于外界各種因素會使梁產(chǎn)生微小的側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，在外界影響消失后，梁仍能恢復(fù)原來的彎曲和扭轉(zhuǎn)，沒有喪失繼續(xù)承擔(dān)載荷的能力。但這時如果外界載荷稍微增大一些，梁的變形就會急劇增加，并導(dǎo)致梁的破壞，這種情況表示梁喪失了整體穩(wěn)定性。梁維持其穩(wěn)定性能承擔(dān)的最大載荷或最大彎矩稱為臨界彎矩。對于軋制槽鋼簡支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，不論載荷的形式和載荷作用點(diǎn)在截面高度上的位置如何均可按下式計算：=（公式出自《鋼結(jié)構(gòu)》附錄）式中h—槽鋼的截面高度b—槽鋼的翼緣高度t—槽鋼的平均腿厚度—材料的屈服極限對此槽鋼進(jìn)行校核：==0.86566（注：=225Mpa由《材料力學(xué)》表2-1中查出）=0.86566>0.6,應(yīng)由其相對應(yīng)的來代替。按《鋼結(jié)構(gòu)》附表查出相應(yīng)的值。=1.1-+=1.1-+=0.72則有==77.40<[]=125N/,即AB槽鋼單獨(dú)受力的整體穩(wěn)定性滿足要求，強(qiáng)度滿足要求。并且AB槽鋼在底架中并不是計算的簡支梁，而是和許多焊接件焊接后構(gòu)成底架，使底架的整體穩(wěn)定性得到進(jìn)一步加強(qiáng)，所以穩(wěn)定性完全可以得到保證，強(qiáng)度滿足要求。為使槽鋼穩(wěn)定性更好，在槽鋼兩翼之間間隔的焊接了一些加強(qiáng)筋。②校核AB槽鋼的剛度校核了槽鋼的強(qiáng)度后，在工程應(yīng)用中，對受彎桿件還應(yīng)有剛度要求，即要求其變形不能太大，每個力作用在槽鋼上都可以簡化成下圖圖3.10，分別求其作用下槽鋼的撓度。圖3.10由公式=注：公式出自《材料力學(xué)》上冊表6-1續(xù)表E—鋼材的彈性模量I—截面對主軸的慣性矩Q235碳素鋼取E=206×N/(《鋼結(jié)構(gòu)》表2-6)有如下計算：==-0.16×㎜==-2.25×㎜==2.24×㎜==-0.51×mm==+++=（0.16+2.25+2.24+0.51）×=5.16×㎜因?yàn)椴牧系脑S用撓度為～之間，則取[]===5.6㎜,因?yàn)?5.16×㎜<5.6㎜，因此剛度達(dá)到要求，并且此槽鋼并不是簡支梁，且不可能產(chǎn)生各力最大撓度的重合情況，所以受力表示實(shí)際撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用撓度，此剛度達(dá)到要求，安全可靠。（2）其他槽鋼的校核經(jīng)估算和分析，其他槽鋼所承受的載荷最大也不會超過AB槽鋼，故以校核完成，其他的不必再校核，進(jìn)行其他的剛度、穩(wěn)定性和強(qiáng)度的校核。對于其他槽鋼，由于其所受彎矩小于槽鋼AB,則其強(qiáng)度均可以保證。支腿安裝于槽鋼Ⅰ、Ⅱ上，槽鋼Ⅱ受力很小，，所以不易產(chǎn)生抗剪切現(xiàn)象，而槽鋼Ⅰ受力很大，易發(fā)生剪切變形，所以要對此槽鋼進(jìn)行抗剪校核。由上述受力計算可知：=1184.1㎏，=801.3㎏由公式(公式出自《材料力學(xué)》上冊P180)其中Q—橫截面上的剪力b—截面寬度，b=60㎜—槽鋼截面對主軸的慣性矩—槽鋼截面上距中心軸為y的槽線以外部分的面積對中心軸的靜矩。=6×0.8×+×0.8×=273.64==44.11N/mm2由《機(jī)械設(shè)計手冊》可查得Q235的抗剪強(qiáng)度f=115N/，由于孔等會引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，取安全系數(shù)n=1.5，則[]=115/1.5=76.7N/,因?yàn)?44.11N/mm2<[]=76.7N/，所以在抗剪強(qiáng)度上，[14b滿足抗剪要求，安全可靠。3.3支腿的設(shè)計支腿選用Q235的等邊角鋼，四根槽鋼分別安裝在槽鋼Ⅰ、Ⅱ上，各前支腿和后支腿之間用螺栓聯(lián)結(jié)，選用等邊角鋼L110×110×10，兩后支腿之間同樣的用螺栓聯(lián)結(jié)，前支腿之間無角鋼聯(lián)結(jié)，以便于出料及把卸出的料運(yùn)走。為了增加整機(jī)的穩(wěn)定性，還在底架槽鋼和支腿之間用斜支撐進(jìn)行聯(lián)結(jié)。選用等邊角鋼L110×110×10，聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)如下圖3.11所示：圖3.111.支腿2.斜支撐3.底架槽鋼3.3.1校核支腿的穩(wěn)定性支腿在整機(jī)工作時受到整機(jī)振動的影響，并承受底架上各部件的自重，為了簡化計算，根據(jù)支腿在整機(jī)中的受力情況可以將其簡化為兩端固定（底面腳板在工作時要固定）的受壓桿件考慮，如下圖3.12所示：圖3.12按長度1575㎜校核，在四個支腿中，由估算可知，支腿受到的最大壓力=801.3㎏=7852.74N考慮到底架上各部件的影響，取底架上各部件的總重為，由于焊接在槽鋼上的兩前支腿承重較大，故設(shè)兩前支腿承重Q=(×9.8)+=（×2089×9.8）+7852.74=14608.6N計算長度系數(shù)取，由于壓重較大切工作環(huán)境差，攪拌時有振動以及上面不可避免的要打孔，將有應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生。為了保證安全，取安全系數(shù)=1.5,可查的Q235的屈服極限=225N/，=150N/，方能滿足條件，A為截面面積，所選等邊角鋼為L110×110×10，由《機(jī)械設(shè)計手冊》第3篇可查得A=21.261,=3.38㎝（為截面對主軸的回轉(zhuǎn)半徑）。長細(xì)比===23.29，對于受壓桿件[]=150～200,取[]=150，則<[],剛度滿足要求。由《機(jī)械設(shè)計》表6-2查出=120～150Mpa，取=135Mpa。由《材料力學(xué)》公式(14.8)求出===122.72因?yàn)橛?lt;，所以不能用歐拉公式計算臨界壓力，查《材料力學(xué)》上冊P162得Q235的a=304Mpa，b=1.12Mpa，由公式==61.61這是用直線公式的最小柔度。<，所以只能按壓縮的強(qiáng)度計算。要求，=6.87Mpa<=235Mpa因此，支腿的強(qiáng)度完全滿足要求?？刹槌鱿鄳?yīng)的穩(wěn)定系數(shù)=0.976（由《鋼結(jié)構(gòu)》附錄三可查得），所以==7.1N/<[]=150N/,則強(qiáng)度滿足要求，安全可靠。3.3.2局部穩(wěn)定性的校核翼緣寬厚比，因?yàn)?lt;30，故取=30。應(yīng)滿足下式：（此公式由《鋼結(jié)構(gòu)》書中P118查得）==40.88因?yàn)?11<40.88，所以局部穩(wěn)定性可以得到保證。綜上各步計算、分析和校核，選取Q235碳素鋼的熱軋等邊角鋼L110×110×10完全能滿足使用要求。3.4電機(jī)底架的設(shè)計為了防止皮帶過松而引起皮帶打滑現(xiàn)象（注：電機(jī)到減速器采用帶傳動），皮帶設(shè)置張緊裝置。由于移動電機(jī)比較困難，所以本設(shè)計采用不移動電動機(jī)的位置來實(shí)現(xiàn)皮帶的張緊。電機(jī)的底架由兩根角鋼焊接與底架槽鋼上，，角鋼長度為490㎜，電機(jī)底板長450㎜，寬度為300㎜，將電機(jī)底板焊接在底架上，電動機(jī)底板上開四個槽，電動機(jī)可通過在槽中的移動來實(shí)現(xiàn)皮帶的張緊。在電動機(jī)底板上焊接固定兩個螺母，要移動電機(jī)時，首先將法蘭上的螺母擰松打開放松螺母，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)螺釘將會頂這電動機(jī)移動，將電動機(jī)移動到所需位置時，擰緊放松螺母，再擰緊法蘭上的螺母，抵緊電機(jī)，以防止電機(jī)的移動。其結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.13所示：圖3.131.焊接固定螺母（與放松螺母用螺釘聯(lián)結(jié)）2.底架鋼板3.5減速器底板的設(shè)計由于攪拌筒軸中心高為500㎜，減速器中心高為280㎜，因?yàn)槎咝枰３值雀?，所以將減速器底板設(shè)計成220㎜，長寬490㎜×350㎜，安裝時將此底架支承用以鋼板焊接在底架的槽鋼上，在鋼板上打相應(yīng)位置的螺栓孔。另外，由于帶輪是聯(lián)結(jié)減速器輸入軸與電動機(jī)輸出軸的部件，則考慮減速器底板、電動機(jī)底板在底架上的相對位置，必須保證準(zhǔn)確、密切的相對位置關(guān)系。具體尺寸如下圖3.14所示：圖3.14減速器底板將此板焊接在底架的機(jī)架上，并在其上打出相應(yīng)位置的螺栓孔，以安裝減速器，將減速器用螺栓聯(lián)結(jié)在底架機(jī)架上。4設(shè)計總結(jié)4設(shè)計總結(jié)畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生專業(yè)知識深化和系統(tǒng)提高的重要過程，是對學(xué)生實(shí)踐能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng)新精神的綜合訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生探求真理的科學(xué)精神、科學(xué)研究方法和優(yōu)良的思想品質(zhì)等綜合素質(zhì)的重要途徑。通過本次清砂機(jī)的設(shè)計，加深了我對專業(yè)知識的理解和應(yīng)用，同時，也彌補(bǔ)了以前的知識漏洞，鞏固了知識的積累。更好的利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。在老師的指導(dǎo)下，自己的各方面能力有了全面提高。機(jī)架是整機(jī)的基礎(chǔ)，要求設(shè)計時確定其與其余各部件的安裝位置與尺寸關(guān)系，通過全面的設(shè)計計算，校核整個機(jī)架的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。整個底架由槽鋼，角鋼和鋼板以焊接或螺栓聯(lián)結(jié)而形成，因而要求有相關(guān)的材料力學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)的知識。通過這次畢業(yè)設(shè)計，不僅對JS500清砂機(jī)有了完整的了解，而且學(xué)會了解決一些工程技術(shù)問題的方法，對自己有很大幫助，為我即將走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)，同時開闊了自己的視野，對機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品及知識有了更多的了解。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]陳宜通.混凝土機(jī)械.中國建材工業(yè)出版社，北京，2002.6[2]劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社，北京，1992.9[3]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2000[5]臧宏琦王永平.機(jī)械制圖.西北工業(yè)大學(xué)出版社，西安，2001[6]王玉.機(jī)械精度設(shè)計與檢測技術(shù).國防工業(yè)出版社，北京，2005.8[7]張家旭張慶芳.鋼結(jié)構(gòu).中國鐵道出版社，北京，2003.[8]璞良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計.高等教育出版社，北京，2000[9]畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書.青島海洋出版社，青島，2002[10]機(jī)械基礎(chǔ).中國勞動出版社，北京，1998[11]機(jī)械制造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1999[12]化工輕工設(shè)備基礎(chǔ).科技大學(xué)出版社，成都，1988[13]液壓傳動.機(jī)械工業(yè)出版社，北京，2001[14]過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2001[15]工程材料.化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2001[16]理論力學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室，哈爾濱，2002.5[17]宋子康蔡文安.材料力學(xué).同濟(jì)大學(xué)出版社，上海，1988[18]R.Sonnenberg,Concretemixersandmixsystems,Concr.PrecastPlantTechnol.64,88-89(1998)[19]Y.CharonnatandH.Beitzel.RILEMTC150ECM:Efficiencyofconcretemixers;report:efficientcyofconcretemixersto-wardsqualificationofmixers,Mater.Struct.(Suppl.196)28-32(1997).附錄附錄圖紙清單圖名圖號圖幅QS總裝配圖QS100.00A0QS大蓋QS100.3A3QS機(jī)架QS100.4A3QS大帶輪QS100-2A4QS小帶輪QS100-5A4QS減速機(jī)墊板QS100-4A3QS電機(jī)墊板QS100-6A3QS攪柄QS100-17A4QS第一葉片QS100-21A4QS葉片QS100-22A4QS機(jī)箱QS100.1A3QS連接角鋼QS100.1.1A4QS角鋼QS