毕业设计（论文）-小型混凝土搅拌机结构设计【全套图纸】.pdf

i 摘 要 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相扩散， 从而达 到均匀混合；也可以加速传质和传热过程。在工业生产中，搅拌操 作是从工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理、建筑 等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。本文就以建筑为中心设 计一款小型混凝土搅拌机。 本设计的小型混凝土搅拌机是强制式搅拌机中的一种，搅拌非 常均匀，质量好，生产效率高，成本低。其主要组成结构包括：电 动机、带传动、减速器、链传动、搅拌结构及机架等。主要设计计 算内容是小型混凝土搅拌机搅拌装置的设计及其校核，搅拌轴的连 接及强度校核，各部分在机架中的安装位置设计已达到小巧方便的 设计要求。 本设计完成了总体结构的拟定，通过设计计算和校核，确定了 各组成部分的结构尺寸和形状，实现了混凝土搅拌的功能。 ii 关键词：搅拌机；立轴；混凝土；搅拌装置；传动系统 abstract mixing can make two or more different materials in the spread of each other, so as to achieve the smooth; mix also can accelerate and mass and heat transfer process. in industrial production, stirring, from the start of the industrial operation, around food, fibre, paper making, oil, water treatment, construction and so on, as part of the process and has been widely used. this essay, taking construction as the center design a small concrete mixer for reference. the design of small concrete mixer is a compulsory mixer, the mixing is very uniform, good quality, high efficiency and low cost. its composition include: motor, belt drive, gear reducer, chain drive, mixing structure and rack. calculate the content of the main design is the design and checking of the small concrete mixer, agitator, stirring shaft connection and strength check all parts of the installation location in the rack has been designed to achieve compact and iii convenient design requirements the design is completed the overall structure of the formulation, design calculation and verification to determine the structure size and shape of the various components of the concrete mixing. key words: mixer; vertical shaft; concrete; mixing unit; transmission system 目 录 摘 要 . i abstract . ii 第 1 章 绪论 1 1.1 研究的目的意义 . 1 1.1.1 混凝土的组成 2 1.1.2 搅拌的任务 . 2 1.1.3 搅拌机设计的意义 3 1.2 国内外混凝土搅拌机的发展状况 3 1.3 设计内容 4 1.4 设计任务书 5 1.4.1 设计的依据及要求 5 1.4.2 产品的用途及使用范围 . 5 第 2 章 总体设计方案 . 6 iv 2.1 总体方案设计 . 6 2.1.1 混凝土搅拌机种类和功能比较 6 2.1.2 混凝土搅拌机的结构型式选择 7 2.2 总体结构及工作原理 7 2.2.1 结构组成及工作原理 . 7 2.2.2 主要技术参数 8 第 3 章 主要结构设计与计算 9 3.1 主要工作部件的设计 9 3.1.1 搅拌装置的设计 9 3.1.2 机架的设计 . 9 3.2 传动系统的设计 . 10 3.2.1 传动比分配及电动机选型 . 10 3.2.2 v 带传动的设计 11 3.2.3 减速器选型 . 18 3.2.4 链传动的设计 19 3.3 主轴设计与计算 . 21 3.3.1 轴的计算过程 21 3.3.2 键与轴承的选择 22 3.3.3 轴的强度校核 23 3.3.4 轴承组合的设计 27 第 4 章 结论 28 致 谢 29 参考文献 . 30 v contents abstract ii the first chapterintroduction . 1 1.1 the purpose of the research significance 1 1.1.1 the composition of the concrete . 2 1.1.2 mixing task 2 1.1.3 the significance of the mixing machine design 3 1.2 the development situation of concrete mixer at home and abroad . 3 1.3 design content 4 1.4 the design plan descriptions of the 5 1.4.1 the design basis of and requirements 5 1.4.2 the use of the products and use scope . 5 chapter 2 the overall design scheme . 6 2.1 the general scheme design. 6 vi 2.1.1 concrete mixer type and functional comparison . 6 2.1.2 the structure of the concrete mixer type choice . 7 2.2 the overall structure and the work . 7 2.2.1 structure and working principle 7 2.2.2 the main technical parameters 8 chapter 3 the main structure design and calculation 9 3.1 the design of the main working parts . 9 3.1.1 the design of the device . 9 3.1.2 frame design . 9 3.2 the design of the drive system . 10 3.2.1 transmission ratio allocation and motor selection . 10 3.2.2 v belt transmission design 11 3.2.3 reducer selection . 18 3.2.4 recommends the design 19 3.3 spindle design and calculation . 21 3.3.1 axis calculation . 21 3.3.2 key and bearing choice 22 3.3.3 axis of intensity 23 3.3.4 bearing the design of the combination 27 chapter 4 conclusion 28 thanks 29 reference 30 1 第 1 章 绪论 1.1 研究的目的意义 近年来随着我国经济建设及科学技术的高速增长，基本建设规 模不断扩大，建设队伍不断增加，大城市基础建设、房地产开发业 的迅猛发展，推动了混凝土生产产量的迅速提高，机械设备在建设 施工中的地位也日益显著。加强施工队伍的装备，是改善施工条件， 提高施工速度、工程质量和经济效益的保障 1。 混凝土生产是改变传统的现场分散搅拌混凝土的生产方式，实 现建筑工业化的一项重要改革。混凝土的商品化生产因其生产的高 度专业化和集中化等特点大大提高了混凝土工程质量，节约原材料， 加快，提高劳动生产率，减轻劳动强度，同时也因其节省施工用地， 改善劳动条件，减少环境污染而使人类受益。 由于混凝土机械的工作对象是砂石、水泥等混合料，且用量大， 工作环境恶劣。因此，现代混凝土施工机械已经在向高技术、高效 能、多品种、自动化和智能化的方向发展，以改善工作条件及提高 生产率。 由 于这 些搅拌 输送机全部都是利用单运动方式,因而普遍存在 拌和物料不充分,搅拌效果不太理想；另外,其噪音也较大,特别是在 煤炭行 业的 工业型 煤等新工艺上使用的搅拌 输送机,根本满足不了 其工艺 设计 要求 而严重制约了其新技术新工艺的推广使用,因而急 需一种结构新颖、效果明显的全新机型的搅拌机来逐步代替旧式搅 拌机,并且也可广泛地使用于其他行业。 搅拌是混凝土生产工艺过程中极重要的一道工序，所以应尽可 能的使处在搅拌过程中的拌合料各组分的运动轨迹在相对集中区域 内互相交错穿插，在整个拌合料体积中最大限度的产生相互摩擦， 并 尽 可 能 提 高 各 组 分 的 体 积 参 与 运 动 的 次 数 和 运 动 轨 迹 的 交 叉 频 率，为混凝土拌合实现宏观和微观匀质性创造最有利的条件，因此 混凝土施工应向机械化和自动化方向发展 2。 小型混凝土搅拌机的设计，是为了满足市场需求，完善产品的 系列，适应小型建筑施工和实验室工作的要求。它是在封闭的环境 2 中，实现对物料的搅拌和输送，搅拌及输送效果良好，对环境污染 少，能够改善施工现场施工条件，保障施工人员身心健康，降低工 人的施工强度，提高工作效率，减少施工中对环境的破坏。 1.1.1 混凝土的组成 混凝土作为当今最大宗的建筑材料，广泛地用于工业、农业、 交通、国防、水利、市政和民用等基本建设工程中，在国民经济中 占有重要地位。一般混凝土指水泥混凝土而言，它是由水泥和砂、 石集料，加水按规定的配合比，经过搅拌、浇注和凝结而成的一种 人造石材。其中，水泥和水起胶凝作用，砂、石起骨架填充作用， 水泥浆包裹在砂的表面，并填充到砂的空隙成为砂浆，砂浆又包裹 在石子的表面，也能填充石子的空隙。当水泥浆硬化后，就将砂、 石集料颗粒牢固地粘结成一个整体，使混凝土具有一定的强度和其 他许多重要性能 3。 1.1.2 搅拌的任务 强度是混凝土最主要的力学性能，混凝土强度主要取决于混合 料间的界面结构。 一般认为混凝土搅拌的主要任务是； l.组分均匀分布，达到宏观及微观上的匀质； 2.破坏水泥粒子团聚现象，使其各颗粒表面被水浸润，促使弥散 现象的发展； 3.破坏水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹层， 促进水泥颗粒与 其他物料 颗粒的结合，形成理想的水化生成物； 4.由于物料表面常覆盖上一薄层灰尘及粘土，有碍界面结合层 的形成，故应使物料颗粒间多次碰撞和互相摩擦，以减少灰尘薄膜 的影响 5； 5.提高混合料各单元体参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率， 以加速达到匀质化。 3 1.1.3 搅拌机设计的意义 由以上分析可以给合理的搅拌机理一个解释：应尽可能使处在 搅拌过程中的混合料各组分的运动轨迹在相对集中区域内互相交错 穿插，在整个混合料体积中最大限度地产生相互摩擦，尽可能提高 各组分参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，为混合料实现宏观 和微观匀质性创造最有利的条件。强制式混凝土搅拌机一般筒身固 定，搅拌机片旋转，对物料施加剪切、挤压、翻滚、滑动、混合使 混凝土各组分搅拌均匀。 因此，为了获得搅拌均匀的混凝土，混凝土搅拌机必须具备下 列条件： （1）能对混凝土各种组分均匀搅拌，并使水泥浆或沥青均匀包 裹骨料表面; （2）能将搅拌后的混凝土均匀的卸出; （3）搅拌和出料的时间短; （4）占地面积小; （5）功率消耗小，符合环保要求。 而影响混凝土搅拌质量的与搅拌机有关的主要因素有: （1）混凝土搅拌机的结构形式和它的搅拌速度; （2）混凝土搅拌机出料容量与搅拌筒几何容积的比率，即容积 利用系数; （3）搅拌叶片和衬板的磨损状况; （4）各种混合材料的加料顺序。 （5）搅拌时间 4。 1.2 国内外混凝土搅拌机的发展状况 在搅拌机出现的时期，是以自落式搅拌的形式出现。随着对混 凝土要求的不断增多，出现了强制式搅拌机。强制式搅拌机又可分 为立轴式和卧轴式两类。国内几乎都是这两种形式的搅拌机 5。 立轴式搅拌机，又称涡浆式强制搅拌机，这种搅拌机的形式是 在固定放置的圆盘中央，装有一个由减速机驱动的转子臂架，在臂 架上装有搅拌叶片和内外壁铲刮叶片，依靠各组搅拌叶片不同的安 4 装位置和安装角度便能对在圆盘和转子之间环形工作容积的物料进 行剧烈搅拌 6。 卧轴式搅拌机又称圆槽式搅拌机，是七十年代发展起来的一种 新型搅拌机，它可分为单轴式和双轴式，这种形式的搅拌机兼有自 落和强制两种搅拌的机能，搅拌叶片的线速度比涡浆式小，因而耐 磨性要比涡浆式小高 7。 单卧轴搅拌机是由德国 elba 公司研制生产。它具有结构紧凑、 消耗功率小、叶片衬板耐磨性好，能满载启动和具有搅拌轻质混凝 土能力的优点。我国也向该公司引进了样机。 双卧轴搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的 新机型。国外从二十世纪四十年代后期开始在美国和德国出现，但 因轴端密封技术的不成熟，其发展基本处于停顿状态。直到七十年 代初，由于这项技术得到突破，双卧轴搅拌机在不少国家右重新发 展起来，目前已形成系列产品。我国于二十世纪八十年代初研制成 功，但发展迅速，在产品规格和产品数量上，都远远超过了其它机 型 15。 搅拌机构是双卧轴搅拌机的核心部分，混凝土搅拌质量的好坏， 生产率的高低，使用维修费用的多少都与它有关。搅拌机构是由水 平安置的双圆槽形伴筒、两根按相反方向转动的搅拌轴和其上安装 的搅拌叶片组成的。搅拌叶片的作用半径是相互交叉的，叶片与轴 中心线成一定角度，当搅拌轴转动时，叶片一方面带动混和料在两 个拌筒内轮番地作圆周运动，上下翻滚，同时在搅拌叶片相遇或重 叠的部分，混和料在两轴之间的共域相互交换；另一方面推动混和 料沿着搅拌轴方向，不断地从旋转平面向另一个旋转平面运动 8。 1.3 设计内容 1.搅拌机的结构方案分析与总体设计 本搅拌机的结构是由机架、搅拌装置、传动系统所主成。 机架 是整个设备的支撑部分，由槽钢和钢管焊接而成。搅拌装置由搅拌 筒、搅拌轴、搅拌铲片所主成，搅拌铲片固定在搅拌臂上，并且与 搅拌轴主成一体，搅拌铲与搅拌筒底间隙可微量调整。传动系统由 电动机、减速器、带传动、链传动所组成。 5 2.搅拌装置的设计 搅拌装置是安装在轴套上的铲片式叶片，叶片随轴的旋转而转 动，对筒内物料进行搅拌，是物料混合均匀，搅拌臂向上伸出，可 起到搅拌上方物料的作用。 3.传动系统的设计 传动系统是由v带传动和链传动来传递运动的。电动机输出转速 通过v带传动传递到减速器，减速器又通过链传动将转速传递给搅拌 机的主轴，主轴带动轴套转动，从而使搅拌叶片旋转，来完成搅拌 的工作。 1.4 设计任务书 1.4.1 设计的依据及要求 目前在我国已有混凝土搅拌机种类很多，但是根据搅拌原理和 搅拌机结构形式、搅拌物料的不同，对搅拌机的要求也不尽相同， 参照已有搅拌机的结构型式和工作原理，由于搅拌机工作的对象是 砂石等建筑材料，为了延长搅拌机的寿命，轴承处的密封很重要， 搅拌质量要好，设计结构合理，使用维修方便，接地稳固，根据这 些依据和要求设计了该混凝土搅拌机。 1.4.2 产品的用途及使用范围 由于我国建筑行业的高速发展，推动了混凝土生产的迅速提高， 所以混凝土机械在施工中的地位日益显著。 混凝土搅拌机的用途就是机械化的拌制混凝土，适用于建筑科 研、检测中心、大专院校及混凝土构件、施工单位试验室、可搅拌 普通混凝土和轻质混凝土，也可用到其它行业试验室对不同物料进 行搅拌。 6 第 2 章 总体设计方案 2.1 总体方案设计 2.1.1 混凝土搅拌机种类和功能比较 混凝土搅拌机主要由拌筒、加料和卸料机构、供水系统、原动 机、传动机构、机架和支承装置等组成。 从其运动方式及其主要结构上来看， 它们可分为两大类型:一种 形式为单运动的轴式传动轴上（有单轴和双轴）安装各式各样的搅 拌叶片（有长锥形、螺旋形等） ，并利用叶片来搅拌物料；而另一类 则是通过钢齿轮传动带动某一形状的筒体（有圆锥体、圆柱体等） 的自身旋转而使物料产生搅拌效果。 按工作性质分间歇式（分批式）和连续式；按搅拌原理分自落 式、强制式和连续式；按安装方式分固定式和移动式；按出料方式 分倾翻式和非倾翻式；按拌筒结构形式分梨式、鼓筒式、双锥、圆 盘立轴式和圆槽卧轴式等 9。 自落式搅拌机 有较长的历史，早在 20 世纪初，由蒸汽机驱动 的鼓筒式混凝土搅拌机已开始出现。50 年代后，反转出料式和倾翻 出料式的双锥形搅拌机以及立筒式搅拌机等相继问世并获得发展。 自落式混凝土搅拌机的拌筒内壁上有径向布置的搅拌叶片。工作时， 拌筒绕其水平轴线回转，加入拌筒内的物料，被叶片提升至一定高 度后，借自重下落，这样周而复始的运动，达到均匀搅拌的效果。 自落式混凝土搅拌机的结构简单，一般以搅拌塑性混凝土为主 10。 连续式混凝土搅拌机 装有螺旋状搅拌叶片，各种材料分别按配 合比经连续称量后送入搅拌机内，搅拌好的混凝土从卸料端连续向 外卸出。这种搅拌机的搅拌时间短，生产率高、其发展引人注目。 强制式搅拌机 从 20 世纪 50 年代初兴起后，得到了迅速的发展 和推广。最先出现的是圆盘立轴式强制混凝土搅拌机。这种搅拌机 分为涡桨式和行星式两种。19 世纪 70 年代后，随着轻骨料的应用， 出现了圆槽卧轴式强制搅拌机，它又分单卧轴式和双卧轴式两种， 7 兼有自落和强制两种搅拌的特点。其搅拌叶片的线速度小，耐磨性 好和耗能少，发展较快。强制式混凝土搅拌机拌筒内的转轴臂架上 装有搅拌叶片，加入拌筒内的物料，在搅拌叶片的强力搅动下，形 成交叉的物流。这种搅拌方式远比自落搅拌方式作用强烈，主要适 于搅拌干硬性混凝土 11。 2.1.2 混凝土搅拌机的结构型式选择 立轴式搅拌机的搅拌工作主要靠叶片对物料的强制式的搅拌作 用使物料拌和均匀。另外立轴搅拌机的拌筒中央部分有一轴套，用 于放置搅拌装置，连接传动装置，结构紧凑，传动装置下置，润滑 性能好。 卧轴式搅拌机，拌筒内径做的都比较大，骨料被抛向拌筒外壁， 产生混凝土离析，加水量不易控制，搅拌力小，使物料结团结仓。 综合比较，立轴搅拌机的结构简单，易于控制与操作。故本次 设计的是一台小型立轴式搅拌机。 2.2 总体结构及工作 2.2.1 结构组成及工作原理 本设计混凝土搅拌机的主要组成部分为：传动部分、搅拌部分、 机架等。 整体结构如图 2- 1 所示： 本设计的工作原理是：电动机通过带传动带动减速器，减速器 与搅拌轴通过链传动带动轴的旋转，轴上安装有搅拌叶片随轴转动 对物料进行搅拌作用。 8 图 2-1 总体结构示意图 1.主动链轮 2.电动机 3.主动带轮 4.从动带轮 5.减速器 6.筒体 7.从动 链轮 8.搅拌体 9.搅拌轴 10.圆锥滚子轴承 11.机架 12.出料抖 2.2.2 主要技术参数 搅拌机主要技术参数见表 2- 1。 表 2- 1 技术参数表 项目 数据 进料容量 80l 最大出料容量 50l 搅拌筒内径 800mm 搅拌叶片转速 30r/min 叶片距筒底的间隙 小于5mm 拌料粒径 530mm 电动机功率 4kw 9 第 3 章 主要结构设计与计算 3.1 主要工作部件的设计 3.1.1 搅拌装置的设计 立 轴 强 制 式 搅 拌 机 是 借 助 于 搅 拌 叶 片 对 物 料 进 行 强 制 导 向 搅 拌。 其 搅拌 叶片 绕垂直轴旋转;搅拌叶片的形式可以是 铲片式, 也 可以是螺旋带式。 普通的立轴强制搅拌机的铲片式叶片表面形状一般为平面, 在 搅拌过程中, 物料对平面叶片的运动阻力很大, 混合搅拌的功率消 耗高。 平面铲片对物料只有推动作用, 没有翻动效果，所以搅拌混合效率 较低。 搅 拌叶 片安装 角也是搅拌机的 主要结构 和工作参数之一,对搅 拌质量 和搅 拌效率 都有着直接的影响,由于叶片安装角与其他搅拌 机参数相互关联，每一个参数的变化都会引起搅拌机性能的变化。 叶片安装角是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间的夹角。 叶片安装的定性分析：当安装角过小时叶片主要带动混合料围 绕搅拌轴转动而缺乏必要的轴向运动，搅拌叶片变成与轴平行的一 块平板不起搅拌作用；当安装角过大时叶片推动混合料的横向运动 就很弱，叶片就成为与搅拌轴垂直的平板一样也丧失了搅拌功能。 因此，搅拌叶片一定要相对于搅拌轴成一定角度安装,使混合料 的横向和轴向运动都较大，达到搅拌的最大效率。本次设计的搅拌 机采用的叶片安装角为 45 度 12。 3.1.2 机架的设计 筒体由热压钢板卷曲焊接而成,在筒体上端有盖，筒底部有卸料 口，当需要卸料时转动料门手柄，使料门打开，拌合物即沿出料口 10 卸下。搅拌筒的内径为 d=800mm，筒体高 h=310mm，筒壁厚 3mm。 机架是混凝土搅拌机的主要支撑部件，他是承担所有来自电动 机、减速器、筒体和轴的应力。机架是搅拌机的稳固是搅拌机工作 稳定运转平稳的基础。因此，机架无论是从结构还是材料上都应该 采用坚固的稳定的结构。机架的支腿是用钢管和槽钢焊接在筒底来 起到支撑作用的 13。 3.2 传动系统的设计 3.2.1 传动比分配及电动机选型 本搅拌机体积比较小，结构比较简单，结构要紧凑。电动机的 转速为 1440r/min 而搅拌轴的转速是 30r/min，所以搅拌机的总传动 比为 48。各级出动比分配为：带传动的传动比是 2，减速器的传动 比是 12，链传动的传动比是 2。 图 2- 1 叶片安装角 由于搅拌机从结构上看，主要靠电动机的旋转，带动减速器的转 11 动，进而带动搅拌轴的旋转。因此，电动机是整个装置的动力元件。 在搅拌过程中，由于混凝土在不断地搅拌过程中消耗动力，所以， 混凝土搅拌机的生产能力决定着电动机的功率 14。 而此混凝土搅拌机所需的功率为kw4， 综合考虑暂选带动机型号 为4-m112y， 其 额 定 功 率 为kw4， 转 速 n 为1140 /minr， 额 定 转 矩 .2kw2，最大转矩.3kw2。 3.2.2 v 带传动的设计 带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮（主动带 轮和从动带轮）和传动带。 主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将 运动和动力通过传动带传递给从动轮。 带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震等特点， 在近代机械中广泛应用。 按照工作原理的不同，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传 动。在摩擦型带传动中，根据传动带的横截面形状不同，又可分为 平带传动、圆带传动、v 带传动和楔带传动。本次毕业设计选用的 是 v 带传动。 v 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时， v 带的两侧和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，v 带传动允许的传动比大，结构紧凑 15。 1.设计计算 （1）确定计算功率，查机械设计书表87-查得工况系数 a k =1.1 由公式： caa pkp= 代入数据得 ca p =1.14=4.4kw，又因为转速为r/min1140故由参考 文献6图8 11-可以选择 v 带型号为 a 型。 12 （2）确定带轮的基准直径 d d 并验算带速 v 初选小带轮的直径 1d d 根据 v 带带型选取小带轮直径 1d d 又因为 1d d min d=mm75，故取 小带轮直径 1d d =mm90 验算带速，验算带的速度 v= 1 1 60 1000 d d np = 90 1440 60 1000 p 6.78m/sm/s = 带速一般为m/s52=v， m/s25m/s78. 6m/s5，故带速适合。 计算大带轮的基准直径 2d d 计算大带轮的基准直径 2d d： v 带的传动比 1 2 5i =，取 1 2i = 。 则： 2d d= 1d id=mm180902=。 圆整 2d d=mm180 确定 v 带的中心距 a和基准长度 d l ： 12012 0.7()2() dddd ddadd+ 初定中心距 0 a =mm500。 0 2 2d1d 2d1d00d 4 dd dd 2 2l a a ）（ ）（ + + p 13 mm1031mm 1200 8100 270 2 3002 += p 选带的基准长度 d l =mm1400按参考文献6式 (823)-计算实际中 心距 a: 0 0 2 dd ll aa - + 1400 1427.95 500 2 - =+mm486 中心距的变化范围: min max 0.015 0.03 d d aal aal = - = + 计算得:mm294mm281a。 验算小带轮上的包角 121 57.3 180() o o dd dd a a - 57.3 180(18090) 486 o o =-16990 oo 满足 v 带包角要求。 计算带的根数 z，计算单根 v 带的额定功率 r p ： 由mm90d 1d =和r/min1440 1= n，得kw060 . 1 p0= 根据1440r/min 1= n， 1 i =2 和 a 型带查表84b-得kw17 . 0 p0=d， 0.97ka=，由表82-得0.96 l k =，于是： 00 () rl ppp k k a =+d(1.06040.17) 0.97 0.96=+1.1457kw= 计算 v 带根数 z: ca r p z p = 4.4 1.1457 =3.84= 取 4 根 v 带。 14 计算单根 v 带的初拉力的最小值 0min ()f， 由表 8- 3 得 a 型带的单 位长度质量m/kg1 . 0q =,所以： 2 0min (2.5) ()500 ca kp fqv k zv a a - =+ () n55.132n78 . 6 1 . 0 78 . 6 497 . 0 4 . 497 . 0 -5 . 2 500f 2 min0 = + =）（ 应使带的实际拉力 00min ()ff。 计算压轴力，压轴力的最小值为 1 min0min ()2 ()sin 2 p fz f a = 169 2 3 sin132.55 2 o = n1096= 。 2.带轮的结构 （1）v 带轮的设计要求 带轮的各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷 分布较为均匀，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均 匀，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，轮槽工 作面要精细加工，以减少带的磨损。 （2）v 带轮材料的选择 因为 v 带轮的转速m/s6 . 9v则m/s5 . 2v，转速较低，因此材料通 常采用铸铁，常用材料为 ht150 或 ht200。 （3）带轮的结构与尺寸 带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择带轮的结构形 式，根据带的型号来确定带轮轮槽的尺寸。设计如下： 当2.5 d dd（d轴径）时，可用实心式；当mm300dd时，可采 用 腹 板 式 ； 当mm300dd同 时mm100d-d 11 时 ， 可 采 用 孔 板 式 ； 当 mm300dd时可采用轮辐式。 （4）v 带轮的轮槽 v 带轮的轮槽与所选的 v 带的型号相对应，v 带绕在带轮上以 15 后发生弯曲变形，使 v 带工作面的夹角发生变化，为了使 v 带的工 作面与带轮的轮槽工作面紧密结合，将 v 带轮轮槽的工作面的夹角 做成小于 40o。 表 3 带轮参数 项目 符号 y z a b spy spz spa spb 基准宽度 p b 5.3 8.5 11.0 14.0 基准线上槽深 度 mina h 1.6 2.0 2.75 3.5 槽间距 e 80.3 120.3 150.3 190.4 第一槽对称面 至端面的距离 f 71 81 2 1 8+ - 2 1 12.5+ - 最小轮缘厚 min d 5 5.5 6 7.5 带轮宽 b (1)2bzef=-+ 外径 w d 2 wa ddh=+ v 带轮安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮的外圆，也不 应与轮槽底部接触，为此规定了轮槽基准直径到外圆和底部的最 小高度 mina h和 minf h。 轮槽工作表面粗糙度为 1.6mm 或 3.2mm 。 主动带轮计算： 根据mm90dd=， 第一槽对称面至端面的距离： 16 mm10 2 1 + - =f， 槽 间 距 ：mm3 . 015=e， 基 准 线 上 槽 深 度 ： mm75 . 2 h min = a ，mm7 . 8h min = f ，最小轮缘厚：mm6= min d，基准宽： mm 0 . 11bd=。 取mm3=ha，mm9= f h，mm6=d 轮缘宽度： (1)2bzef=-+(4 1) 152 10=- + mm65= (1) /2fbze=-65(4 1) 15/2=- =10mm。 在总要求范围内。 槽宽： 0 2tan(/2) da bbhj=+112 3tan17o=+ +mm83.12=。 顶圆直径： 1 2 ada ddh=+902 3=+ mm96=。 根据电动机轴径：mm70 1= d，轴伸长度：mm80e =。 1 (1.8 2)dd=mm764 .683828 . 1=）（， 取mm70 1= d，取轮缘宽;mm80el=。而 1 902.5 d dd= 减，所以采用腹板式。 3.2.3 减速器选型 由于混凝土搅拌机在搅拌时， 为了使混凝土搅拌的比较均匀， 搅拌轴的转速不宜过快，但考虑到生产力，搅拌轴的转速又不可 以太慢。综合考虑，有根据搅拌轴的实际转速为 30r/min。查参 考文献6选择减速器为蜗杆减速器。型号为 whx16，该减速器 18 传 动 比12.5i =， 又 因 为 大 带 轮 转 速 2 n =720r/min主 轴 转 速 3 n =30r/min。 减速器尺寸：中心距：mm160=a，中心高：h=125 mm； 最大外形尺寸：l=336 mm，b=190 mm，h=148 mm； 主动轴： 1 d =40 mm ， 1 l =82 mm； 被动轴： 2 d =65 mm， 2 l =70 mm。 通过以上计算可知传动装置的总传动比48i = 在整个过程中电动机与减速器之间采用的是 v 带传动， 减速 器与搅拌轴之间采用链传动连接，轴上有一对轴承，查参考文献 6得如下表： 表 4 各传动部件的传动效率 类别 传动形式 效率（%） 带传动 v 带传动 0.96 轴承 滚动轴承 0.98 链传动 双排链 0.99 减速器 蜗杆减速器 0.95 从而可计算出从电动机至搅拌机主轴传递的总效率为 h= v h h hh 带轴承链传动减速器=0.96 0.98 0.99 0.95 =0.885 则主轴功率： d pph=4 0.885 =3.54kw 19 3.2.4 链传动的设计 链传动是一种挠性传动，他又链条和链轮组成，通过链轮轮齿 与链条节的啮合来传递运动和动力，链传动在机械制造中广泛应用。 链传动主要用在要求工作可靠，两舟相距较远，低速重载，工 作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合 16。 链条按用途不同可分为传动链、输送链和起重链。在一般机械 传动中，采用的是传动链。 传动链又可分为短节距精密滚子链、齿形链等。其中滚子链常 用于传动系统的低速级。 滚子链的结构是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板所组成， 内链板与套筒之间，外链板与销轴之间为过盈配合；滚子与套筒之 间，套筒于销轴之间为间隙配合。 考虑到我国链条的生产历史和现状，以及国际上许多国家的链 节距均用英制单位，我国链条标准 gb/t1243- 1997 中规定节距用英 制折算成米制的单位 17。 链轮的结构小直径的链轮可制成整体式；中等尺寸的链轮可制 成孔板式；大直径的链轮，常可将齿圈用螺栓连接或焊接在轮毂上。 链轮的材料：链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度，由于小链 轮的轮齿啮合次数比大链轮多，所受到的冲击也大，故小链轮应采 用较好的材料制造。本次设计采用滚子链传动。 滚子链传动的设计计算： 1.选择链轮齿数 取小链轮齿数17z1=，大链轮的齿数为34172zz 12 =i。 2.确定计算功率 得1.0 a k =,由图9 13-查得1.52 z k =，用双排链，则计算功率为 89 . 0 p k kk p= p za ca 3.选择链条型号和节距 根据89 . 0 p= ca ，可选16a。查表9 1-，链条节距为mm 7 . 12=p。 20 4.计算链节数和中心距 初 选 中 心 距()()mm635381mm 7 . 1250305030 0 =pa。 取 mm381 0 =a。相应的链长节数为 22 01221 0 0 2 780173434 1725.4 2()()87.16 2225.422780 p ap l pa zzzz pp +- +- =+=+ 取链长节数88 p l =节。 得到中心距计算系数24907. 0 1= f，则传动的最大中心距为 ()()mm375mm6633-1102 7 . 1224907 . 0 zz-l2 21p1 +=+=pfa 5.计算链速 v，确定润滑方式 m/s4318 . 0 100060 7 . 123360 100060 z1 = = = pn v 查m/s4318. 0=v和链号16a，查图9 14-可知采用定期人工润滑。 （6）计算压轴力 p f 有效圆周力为：n7225 4318 . 0 891 . 2 10001000 e = v p f 链轮水平布置时的压轴力系数1.15 fp k=,则压轴力为： n8308722515 . 1 fk efpp =f 21 3.3 主轴设计与计算 3.3.1 轴的计算过程 1.初步估算轴的直径 选 取 45 号 钢 作 为 搅 拌 机 主 轴 的 材 料 ， 调 制 处 理 ， 查 表 得 =640 2 mm/n，由表查得材料的许用应力： 2 mm/n60=s，由公 式 mm 3 n p ad 式中 p 轴传递的功率，kw； n轴的转速，r/min； a取决于轴材料的许用扭矩切应力 t t 的系数。 查表得知 a=115。 计算轴的最小直径并加大 00 3已考虑键槽的影响。 则： 3 min 3.54 11556.45 30 dmm= 在轴的最细部分轴的直径取 60mm。 （2）轴结构的设计 确定各轴段直径和长度 图 3 轴的结构件图 22 第一段轴的直径取mm60 1= d，根据搅拌机的结构不需要轴的 长度太长取为mm70 1= l。所以第二段轴的直径应比第一段轴的直 径稍大一些，根据实际情况取第二段轴的直径mm70 2 =d。因为要 考虑到轴承的安装，联轴器与轴承盖之间还要有一定空隙，第二 段轴的长度取为。mm74 2 =l根据轴承的安装尺寸以及轴承的定位 要求，确定第三段轴的直径为mm60 3 =d，由于搅拌机的搅拌轴总 长度比较长，为使平衡性和轴的安全系数高，取第三段轴的长度 mm60 3 =l。又因为第四段轴上要安装第二个轴承，所以第四段轴 的直径应和第二段轴的直径相同，mm70 4 =d。该段轴的上方要安 装搅拌机的筒体，此处轴段长度适中即可，取mm74 4 =l。最后一 段轴上要安装搅拌装置，根据搅拌机的筒体结构，取这一段轴的 直径mm60 5 =d，长度.mm100 5 =l 至此，轴的各段直径和长度已基本确定。 3.3.2 键与轴承的选择 为满足轴上零件的周向定位要求，链轮与轴采用平键连接，根 据轴段的公称直径选第一段轴与从动链轮之间的键按mm60 1= d，平 键截面d，bh=18 11，键长mm56=l。减速器低速轴伸出段与主动 链 轮 相 连 ， 其 中 的 键 由 减 速 器 轴mm65 2 =d，mm70 2 =l选 择 ， 则 选 bh=18 11mm，长mm56=l。减速器高速轴与主动带轮连接处的键 根据 d1=40mm，l1=82mm，选bh=12 8，长70lmm=。电动机伸出 轴与主动带轮连接处的键由电动机轴 d0=38mm，80emm=选择此处 的键为选bh=10 8，长 l=65mm。 与搅拌装置连接处的轴段也是用键将轴与轴套连接的。这一段轴 段较长为了稳固采用两个键连接。由 d5=60mm，l5=60mm 选择键， 键宽b键高h18 11=，键长 l=56mm 键槽用键槽铣刀加工。 轴承的选择：初步选择滚动轴承，因为轴承要既能承受径向力 又能承受轴向力的作用，根据这些要求选用圆锥滚子轴承，参照工 作要求，并根据 d2=70mm 由 gb/t297- 1995 轴承产品目录中初步选 23 取圆锥滚子轴承型号 30214。尺寸为70 125 26.25dd t=。圆锥滚 子轴承的定位是由过度配合来保证的，此处选轴承的直径尺寸公差 为6m。 确定轴上圆角和倒角尺寸。 参考文献6表152-，取轴端倒角 2 45o。各轴肩处的圆角半径见 图 3- 3。 3.3.3 轴的强度校核 求轴上的载荷：搅拌轴受到扭转作用而发生扭转，轴上各段都有 受到力矩的影响，选择其中受力较大，应力较集中的截面 18。 1.受力分析 轴上传递的转矩： mn53.26 d 9550 d d = n p t mn99.1126 d =itth 所受圆周力： n27.11 200 99.112622 t = = d t f 所受的轴向力：因为轴是竖直的所以轴向力0fa= 径向力： tan cos t r f f a b = 20oa=，8 0634 o b= n79.28 34068cos 20tan t r = = f f 2.计算支反力 1223 () nht flf ll =+ 24 223nht flf l = 23 2 2 () t nh f ll f l + = 11.27 (60.999.9) 60.9 + =29.76n 3 1 2 t nh f l f l = 11.27 99.9 60.9 =18.49n 2 223 () nvr flf ll =+ 123nvr flf l = 23 2 2 () r nv f ll f l + = 28.79 (60.999.9) 60.9 + =76n 3 1 2 r nv f l f l = 28.79 99.9 60.9 =47.23n 23hnh mfl=50.65 99.9=2973mn 23vnv mfl=129.39 99.9=7592.4mn 22 hv mmm=+ 22 29737592.4=+=8154mn 按弯矩扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强 度。根据参考文献6式 (5 15)-及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭 转切应力为脉动循环应变力，取0.6a=，轴的计算应力： w tm 2 ca 2 ）（+ = 22 3 () 0.1 mt d a+ = 22 3 8154(0.6 1126.99) 0.1 60 + = =0.379mpa 表 3-3 危险截面载荷值 载荷 水 平面h 垂直面v 25 支反力()f n 1 18.49 nh f= 2 29.76 nh f= 1 47.23 nv f= 2 76 nv f= 弯矩()m n mm 2973 h m= 7592.4 v m= 扭矩()t n m 1126.99 总弯矩 8154 之前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得mpa60 1 = - 。因此 1 ca ss - ，所以此轴是安全的。 26 图 3-4 受力分析图 27 3.3.4 轴承组合的设计 轴承组合的设计应从结构上保证轴系的固定、游动和游隙的调 整。常用的结构有两端固定和一端固定、一端游隙两种 19。 （1）因为本次搅拌机设计的是悬臂轴，采用两端固定的结构。 这种结构在轴承支点跨距小于 300mm 时， 常用两端固定的轴系结构， 用端盖顶住两轴承外圈的外侧，内侧采用轴肩定位，其结构简单， 但应留有适量的轴向间隙，避免工作中因轴系热伸长而引起的热应 力，并保证轴承灵活运转。 为便于加工和装配，取用的轴承外径相同，并采用套杯结构。 （2）润滑和密封 轴承的润滑： 润滑分为脂润滑和油润滑。 由于搅拌机的转速较低， 可采用脂润滑。脂润滑的结构简单，易于密封。 轴