搅拌机课程设计

机电工程学院课程设计题 目： 搅拌机的课程设计 专 业： 能源与动力工程 年 级： 13 级 学 号： 2013311916 姓 名： 尹 俊 指导教师： 张毅杰老师 日 期： 2015.7.14 2题 目： 搅拌机的课程设计 目录方案1 构简介-32 设计数据-3设计过程1.连杆机构运动分析-42.飞轮的设计-73.电动机的选择-84.计算蜗杆涡轮运动参数-95.选择联轴器-96.轴计与强度计算-127.带传动与以及齿轮减速器设计与计算-17心得体会-19参考资料-193方案1机构简介搅拌机常用于化学工业和食品工业中，对拌料进行搅拌工作。如图 99(a)所示，电动机经过齿轮减速(图中只圆出齿轮副 zlz2)，带动曲柄 2 顺时针方向回转、驱使曲柄摇杆机构(1234)运动；同时通过蜗轮蜗杆带动容器绕垂直轴缓慢转动。当连杆 3 运动时，固联在其上的拌勺 E 即沿图中虚线所示轨迹运动而将容器中的拌料均匀搅动。为了减小机器的速度波动，在曲柄轴 A 上安装一调速飞轮。工作时，假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力按直线变化，如图 99(b)所示。42设计数据设计数据见表 98设计过程：(一)连杆机构的运动分析5曲柄位置图的做法，如下图所示：取摇杆在左极限位置时所对应的曲柄作为起始位置 1，按转向将曲柄圆周分为十二等分，得 12 个位置。并找出连杆上搅拌勺的各对应点 E1，E 2，E 12，绘出正点轨迹。按搅拌勺的运动轨迹的最低点向下量 40mm 定出容器地面位置，再根据容器高度定出容积顶面位置。并求出搅拌勺 E 离开及进入容器所对应两个曲柄位置 8和 11.1、 设计方案及过程选第二组数据（X=535MM, Y=420MM,LAB=245MM,LBC=590MM, LCD=420MM,LBE=1390MM）进行设计。（1）作搅拌勺运动轨迹首先，做出摇杆在左极限位置（即 AB 和 BC 杆共线时）所对应的曲柄位置 1，然后按转向将周做十二等分，的十二个位置。再根据其他各干的长度找出连杆上长度找出连杆上搅拌勺 E 的个对应点，绘出正点轨迹，按搅拌勺的运动轨迹的最低点向下量 40mm 定出容器地面位置再根据容器高度定出容器顶面位置。容器顶面位置与搅拌勺 E 离开及进入容器时所对应的曲柄位置。如下图所示：（2）作构件两个位置的运动简图6根据设计要求，选择 3 和 8 位置作为构件的运动简图。先对应上图分别作出在位置 3 和 8 的曲柄 AB，然后分别以 B 为圆心，BC 长为半径和以 D为圆心，DC 长为半径画圆弧，两圆弧的交点即为 C 点位置。延长 BC 画虚线只 E 点使 BE 长为 1390mm,即作出了构件在位置 3 和 8 的运动简图，如下图所示：（3）作构件处于位置 3 和 8 时的速度多边形和加速度多边形a.对 3 位置 C,E 点进行速度分析和加速度分析1.速度分析如右图所示，选取速度比例尺 Uv=0.025m/s/mm 对于 C 点 V C = VB + VCB方向： CD AB BC大小： ？ ？=2rad/s V B= 2LAB=1.54m/sVC=UVLPC=0.02559=1.47M/S VCB=UVLBC=0.02519.5=0.49M/S 3=VCB/LBC=0.83rad/s对于 E 点： V E = VB + VEB方向： ？ AB BE大小： ？ VEB = 3LBE =1.15M/S VE = UVLPE=1.625M/S2加速度分析VBVCVE7如图所示，选取加速度比例尺 UA=0.1M/S2/MM 对于 C 点： A C = ANC + ATC = AB + ANCB + ATCB方向： AC CD BA CB BC大小： ？ ？ 4=VC/LCD=3.51rad/s anc= 42lcd=5.18m/s2 ab = 22LAB=9.67M/S2 ancb= 32LBC=0.41M/S2ac =ua 61mm =6.1m/s2 atcb = ua 40mm =4.0m/s2 a2 =atcb/Lbc = 6.78rad/s对于 E 点： a E = ab + aneb + ateb方向： ？ BA EB EB大小： ？ Ab = 22 LAB = 9.67M/S2 ANEB = 32 LAB =0.96M/S2 ATEB = A3 LEB =9.42M/S2 AE =UA 37MM = 3.7M/S2b. 对 8 位置 C 、 E 点进行速度分析和加速度分析1 速度分析AebAnebAcAtcbAncbAb AcAeAb8如下图，取速度比例尺 UV=0.025m/s/mm对于 C 点： V C = VB + VCB方向： CD AB BC大小： ？ ？ 2= 2rad/s VB = 2LAB =1.54M/S VC = UV LPC = 0.02518M/S =0.45M/S VCB = UV LBC = 0.02566M/S =1.65M/S 3 = VCB/LBC =2.8rad/s对于 E 点： V E = VB + VEB方向： ？ AB BE大小： ? VEB = 3LBE = 3.89M/S VE = UV LPE = 2.45M/S2、 加速度分析如下图所示：选取比例尺 UA =0.1M/S2/MM VEPVCVBbceAncb9 4 = VC /LCD= 1.07rad/s anc= 4LCD =0.48M/S AB = 22LAB =9.67M/S2 ANCB= 32LBC=4.663M/S2AC=UA 50MM =5.0M/S2 ATCB=UA 12MM=1.2M/S2 A3=ATCB/LBC=2.03rad/s对于 E 点：如下图 AE = AB + AnEB + ATEB方向： ? BA EB EB大小： ? AB = 22 LAB = 9.67M/S2 AnEB = 32LEB =10.89M/S2 ATEB = A3LEB = 2.83M/S2AtcbAbAtc AncAcAnebAbAeAteb10AE = UA 11MM = 1.1M/S（二）飞轮的设计选杆件材料为优质碳素结构钢，其密度 =7.85 kg/ ,又取杆件103 3的截面直径 d=50mm,且转动惯量 =m 2再根据运动方程式 = 可得:12212=1(2+2)=0.05679kg ， =0.3283rad/s, =5.9351rad/s. 2 = =0.9970 J 12（ 22）= =3.29585rad/s12（ +） /( ) =0.58567 kg ，( = ),取 2 2 17=0.58567kg 2由 =4g ，取 D=0.3m，则 =260.2978N，又由 =DHb，可取2 H=b=0.03m，则 =76756.83N/ .3飞轮尺寸如下图：（三）选择电动机1、选择电动机11按已知工作要求和条件选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机. 选取 Y160L-8 以下是其详细参数Y160L-8 的主要性能参数额定功率 edP/kw同步转速n/(r 1min)满载转速n/(r 1in)电动机总重/N启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩7.5 750 720 1421 2.0 2.0根据已知条件，搅拌机的搅拌力矩和转速 ，得，得 P 搅=3.94kw35n107搅搅搅搅 PT查机械设计手册可得 联轴器效率 1n=0.99 ，滚动轴承效率 2n=0.98 ，双头蜗杆效率 3n=0.8 ，转油润滑效率 4=0.96 转盘摩擦 =0.895则 64.08909802工作机要求的电动机输出功率为：wdpnk16.4.093于是可得： kPd5.716.根据设计要求：i= .213搅n（四）计算蜗杆涡轮运动参数1、各轴转速 12蜗杆轴 n1=720r/min ， 齿轮轴 n2=720/21.4=33.6r/min ，工作轴 n3= n2=33.6r/min 2、各轴的输入功率蜗杆轴 p1= 12dPn=5.97kw， 齿轮轴 p2=p1 34n=4.49kw ， 工作轴 p3=p2 1n=3.94.kw 3、各轴的转矩 电机输出转矩 dT=9550 dwPn =95506.16/750Nm=78Nm蜗杆输入转矩 1= d2=780.990.98 Nm =76Nm蜗轮输入转矩 2T= i 34=7621.40.980.80.89Nm =1225 Nm 工作机输入转矩 = 12n=12250.990.980.89Nm=1060Nm （五）选择联轴器1 联轴器（蜗杆）的选择 1.1 类型选择 为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。 1.2 载荷计算 查机械设计手册可得工作情况系数 KA=1.5。计算转距 Tca Tca=KAT=1.576Nm =114Nm 1.3 型号选择 选用 LT 型弹性套柱销联轴器。选择 d1=d2=35mm1.4 校核许用转距和许用转速 查机械手册，选 LT5 联轴器 GB/T 4323-2003。许用转距T=400Nm，许用转速n=8000r/min。 13因 Tca45HRC,可查表得蜗轮基本许用应力为 =268 。HaMP应力循环次数 N 74.21702 10.6j0hLn寿命系数 987KHV于是， = =0.911 268=244 aP1.3.5 计算中心距232)(HPEZKTa m175249.1605.103 ）（取中心距 a=200mm。i=21.4，查表取模数 m=8mm，分度圆直径 =80mm,1d,从图表中可以查的接触系数 =2.74，因为 d2,且与轴承内径标准系列相符，故取 d3=55mm.( 轴承型号选 30211)轴段 4 安装蜗轮，此直径采用标准系列值，故取 d4=60mm 轴段 5 为轴环，考虑蜗轮的定位和固定取 d5=70mm轴段 6 考虑左端轴承的定位需要，根据轴承型号 30211 查得 d6=60mm轴段 7 与轴段 3 相同轴径 d7=55mm3.2 确定各段长度为了保证蜗轮固定可靠，轴段 4 的长度应小于轮毂宽度 2mm，取 L4=60mm为了保证蜗轮端面与箱体内壁不相碰及轴承拆装方便，蜗轮端面与箱体内壁间应有一定间 隙，取两者间距为 23mm为保证轴承含在箱体轴承孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面与箱体内壁的距离为 2mm .根据轴承宽度 B=21mm，取轴段 7 长度 L7=28mm，因为两轴承相对蜗轮对称，故取轴段 3 长度为 L3=28 mm。为了保证联轴器不与轴承盖相碰， 取 L2=22+46=68mm。根据联轴器轴孔长度，取 L1=90mm。因此，定出轴的跨距为 L=（10+25+60+23+10）=128mm.（一般情况下，支点按照轴承宽度中点处计算）21蜗轮轴的总长度为 Lo=130+68+90+10=298mm。3.4 蜗轮轴的强度校核由于其受力分析与蜗杆轴基本相似，在这里过程省略。蜗轮的分度圆直径 d=328mm； 转矩 T =1225Nm2蜗轮的切向力：Ft= NdT74691038523蜗轮的径向力 Fr=Fttan =7469tan20=2718N蜗轮轴向力 Fa=Fttan =7469tan11.3=1492N转矩 m125NT求当量弯矩因为单向传动，转矩为脉动循环变化，故折算系数 =0.6,危险截面 L4 段任a意处 A 点的当量弯矩为: 222 156.03.1)(aTMecc=747Nm计算截面 A 处的直径，校验强度 mecda 4.51.0741.033 因此处有一键槽，故将轴径增大 5%，即：d= ,在设计结构中，此处设定的是 60mm，所以强度足够。ma9.53.d（七）带传动与齿轮减速器运动从参数计算一、传动比的分配1、总传动比：i 总 =n 电动 /n 筒 =960/76.4=12.572、分配各级伟动比（1） 据指导书 P7 表 1，取齿轮 i 齿轮 =6（单级减速器 i=36 合理）22（2） i 总 =i 齿轮 I 带 i 带 =i 总 /i 齿轮 =12.57/6=2.0951、计算各轴转速（r/min）nI=n 电机=960r/min nII=nI/i 带 =960/2.095=458.2(r/min)、 nIII=nII/i 齿轮=458.2/6=76.4(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=P 工作 =2.4KW、P II=PI 带 =2.40.96=2.304KW 、P III=PII 轴承 齿轮 =2.3040.980.96 =2.168KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551062.4/960=23875Nmm 、T II=9.55106PII/nII=9.551062.304/458.2=48020.9Nmm 、T III=9.55106PIII/nIII=9.551062.168/76.4=271000Nmm二、传动零件设计 1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通 V 带截型查手册得：k A=1.2 、P C=KAP=1.23=3.9KW 、查手册得：选用 A 型 V 带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速推荐的小带轮基准直径为 75100mm ， 则取 dd1=100mmdmin=75 、d d2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm，取 dd2=200mm实际从动轮转速 n2=n1dd1/dd2=960100/200=480r/min转速误差为：n 2-n2/n2=458.2-480/458.2 =-0.0481200（适用）（5）确定带的根数=0.95KW，P 1=0.11KW，K=0.96，K L=0.96由公式得：=P C/P=PC/(P1+P 1)KK L =3.9/(0.95+0.11) 0.960.96 =3.99(6)计算轴上压力由课本 P70 表 5-1 查得 q=0.1kg/m，由式（5-18）单根 V 带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV 2=5003.9/45.03(2.5/0.96-1)+0.15.032N =158.01N用在轴承的压力 FQ，由公式的：24FQ=2ZF0sin 1/2=24158.01sin167.6/2=1256.7N2、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40Cr 调质，齿面硬度为 240260HBS。大齿轮选用 45 钢，调质，齿面硬度 220HBS；根据课本 P139 表 6-12 选 7 级精度。齿面精糙度 Ra1.63.2m(2)按齿面接触疲劳强度设计由 d176.43(kT 1(u+1)/ du H2)1/3 ，定有关参数如下：传动比 i 齿 =6 取小齿轮齿数 Z1=20。则大齿轮齿数：Z 2=iZ1=620=120实际传动比 I0=120/2=60，动比误差：i-i 0/I=6-6/6=0%2.5% 可用，数比：u=i0=6 d=0.9(3)转矩 T1T1=9.55106P/n1=9.551062.4/458.2=50021.8Nmm(4)载荷系数 k查表取 k=1(5)许用接触应力 H H= HlimZNT/SH 由表查得： HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa根据公式计算应力循环次数 NLNL1=60n1rth=60458.21(163658)=1.28109NL2=NL1/i=1.28109/6=2.14108由图查得接触疲劳的寿命系数：Z NT1=0.92 ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可 靠度要求选取安全系数 SH=1.025 H1= Hlim1ZNT1/SH=5700.92/1.0Mpa=524.4Mpa H2= Hlim2ZNT2/SH=3500.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT 1(u+1)/ du H2)1/3=76.43150021.8(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模数：m=d 1/Z1=48.97/20=2.45mm根据表取标准模数：m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据公式式: F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSa H确定有关参数和系数,度圆直径：d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.5120mm=300mm齿宽：b= dd1=0.950mm=45mm 取 b=45mm b1=50mm(7)齿形系数 YFa和应力修正系数 YSa根据齿数 Z1=20,Z2=120 由表查的：Y Fa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.83(8)许用弯曲应力 F根据公式： F= Flim YSTYNT/SF由表查得： Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa 由图查得：Y NT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数 YST=2 一般可靠度选取安全