S114型辗轮式混砂机刮板优化设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买 设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 单位代码 密 级 公 开 学 号 学士学位论文 碾轮式混砂机刮板优化设计 论文作者： 指导教师： 学科专业： 提交论文日期： 论文答辩日期： 学位授予单位： 中 国 重 庆 2015 年 12 月 毕业设计说明书提交日期 址： 机电学院 I 目 录 摘要 . I . 绪论 . 2 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 2蹍轮式混砂机的总体设计 . 4 . 6 . 7 3机械传动 机构 的设计 . 8 计 计算 . 9 . 9 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 9 . 12 . 9 . 11 . 12 . 16 . 12 . 13 . 14 . 错误 !未定义书签。 . 15 . 16 4辗轮式混砂机刮板的设计 . 7 . 22 . 7 . 24 结 论 . 18 谢 . 18 参考资料 . 19 第 1 页 共 23 页 摘要 :机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对辗轮式混砂机刮板进行改良和优化是当务之急。生产辗轮式混砂机刮板的企业，必须充分考虑到在辗轮式混砂机刮板运行中可能出现 的问题，尽量使辗轮式混砂机刮板的使用寿命越来越长，从而来减少不必要的成本的浪费，国内 辗轮式混砂机刮板 的研发及制造要与全球号召的优质耐磨、成本低廉主题保持一致。 本次设计在题目是辗轮式混砂机刮板的优化设计，目前，国内辗轮式混砂机刮板的研发也在向朝着结构多样化、功能复合化、成本低廉化的方向发展。 关键词： 机械产品 ; 辗轮式混砂机 ; 刮板 ; 制造 ; 主题 第 2 页 共 23 页 is an of a of of s be of In s by of at a of it is to of to in to to of & D to a in is at of is 第 3 页 共 23 页 第一章 绪论 机械工业是国民的工业部， 混砂机是铸造车间手工或机械化造型线各类型 (芯 )砂混制的专用设备。亦可用于耐火材料、化工、玻璃、陶瓷等行业混合粉粒状物料。 本次的设计来源于生产实际，为保证铸造车间混制型砂及型砂、化工、轻工、建筑材料等行业中混制粉粒 状物料的要求，设计混砂机的传动部分，要求达到如下目的：（ 1）综合运用机械和电器知识；（ 2）齿轮传动的设计；（ 3）轴的设计与校核；（ 4）混砂机总体结构的设计分析与计算。 根据国内制造水平，混砂机减速机多采用圆锥 +二级渐开线圆柱齿轮软齿面减速机，也有采用行星和摆线针轮行星减速机。目前，德国、美国、瑞士、日本等国家从 混砂机减速机均采用圆锥 +二级渐开线圆柱齿轮硬齿面减速机。这种减速机体积小，寿命长，可满足混砂机传动装置的要求，但存在以下问题： (1)结构复杂 ； (2)造价高 ； (3)难于制造，安装、 调试要求高 ； (4)由于减速机为立式，圆柱齿轮为水平放置，难于润滑，必须配备润滑系统，因此，运行维护不便。辗轮式混砂机主要由辗压机构、刮板、传动装置、辅助装置等组成，其中传动装置是混砂机的心脏，是其重要部份之一。传动装置由电机、联轴器和减速机组成，电机一般采用 Y 系列四级电机。而设计减速机时，必须充分考虑混砂机的工作条件，如砂处理工部灰尘多，减速机一般安装在混砂机底盘下面，安装位置小，维修困难大等。减速机设计是否合理，制造和安装是否达到技术要求，对混砂机的使用效果关系极大。因此在设计时，除了满足传动比及承载能力 等要求外，要全面地考虑制造、安装、使用和维修问题，力求做到技术上先进，经济上合理。 减速机作为混砂机的主要传动机构，其性能的好坏直接影响混砂机的效率、混砂质量及混砂机各项技术性能的发挥。 设计的参考方案有： A混砂机采用双辗轮。双碾轮混砂机具有辗压、搓擦和搅拌作用，型砂质量好；具有中等碾压力、中等圆周线速度；每只碾轮的重量是一次加料量的 碾轮，增加了单位时间辗压和搓擦的面积 (单位宽度面积上碾压力也进一步降低）；出砂门尺寸加大，快速卸砂；一般采用回转雾化喷水装置、弹簧加减压机构。减少了设 备体积，提高了生产效率，具有噪声低使用寿命长安装简便维修方便等优点 2。 B采用辗轮 +中等速度的转子。在辗轮混砂机的基础上将其中的一个辗轮改为转 第 4 页 共 23 页 子，同时利用刮板和辗轮、刮板和高速旋转的固定转子的双重作用，对物料进行混合、剪切和搓擦作用，使型砂质量进一步提高，同时也有松散作用。但这种混砂机结构较复杂，制造、维护都不如辗轮混砂机简单。 C采用转子混砂机。无辗轮，完全利用高速转子强化撮擦，有松砂功能，高速、高效、高性能，以适应各种高压高速造行线的生产。转子混砂机是依靠高速旋转的转子及低速刮板的共同作用 ，将粘土高速剪切、撮擦并均匀涂覆在粒砂表面，其成膜速度比辗轮混砂机快 1 倍以上。适用于粘土砂的混制，尤其适用于潮模单一砂，也可用于普通水玻璃背砂的混制。但因其造价高，应用受到一定的限制。 依据经济实用的原则和适用的场合综合考虑，决定采取第一种设计方案，即采用双辗轮混砂机构，设计立式减速机构。 我国生产的辗轮式混砂机结构简陋，混砂效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的辗轮式混砂机的 总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，辗轮式混砂机的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的辗轮式混砂机势在必行！ 相信此种辗轮式混砂机的出现将会大大提高混砂效率和质量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。 随着国际标准化（ 实施，世界辗轮式混砂机以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础 ,19世纪 80年代，美国的 过几年的运行，为该公司创造了不菲的 利润。继美国 国的 入了相当大的人力和精力来开发研制混砂机，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行辗轮式混砂机的研发工作。现在国外等著名辗轮式混砂机的品牌中，都有辗轮式混砂机的销售，全世界辗轮式混砂机的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，辗轮式混砂机的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场。 目前国外特别是美国正在考虑发展辗轮式混砂机的功率最大化，产能最优化的问题。自“九五” 期间辗轮式混砂机的开发和研制已经被列入美国的重大科 第 5 页 共 23 页 技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的辗轮式混砂机。 目前辗轮式混砂机容易出现故障的核心问题在于它的刮板的设计和材料的选取以及强度的校核部分，多年来，各大辗轮式混砂机生产企业都着重对辗轮式混砂机的刮板进行优化设计和改良，传统的辗轮式混砂机刮板的产品图如下图 1、图2所示： 图 1 图 2 本次设计主要针对 蹍轮式混砂机刮板 进行设计， 从 蹍轮式混砂机 的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： 第 6 页 共 23 页 （ 1）通过网络和图书馆查找各种关于 蹍轮式混砂机 的相关资料，对 蹍轮式混砂机刮板 进行方案的比较和预定。 （ 2）分析 蹍轮式混砂机刮板 的结构与参数 （ 3）确定设计总体方案 （ 4）确定具体设计方案 （ 5） 蹍轮式混砂机图纸 的绘制。 （ 6）说明书的整理 第二章 蹍轮式混砂机的总体设计 该机由机体、传动机构、混辗机构三大部分组成。 机盘由机盆、出砂门、手动杆等组成。 围圈与底盆螺钉紧 固在一起形成混制型砂的机盆。内圈圆角铁底板在磨损以后可拆开螺栓更换新的。混制好的型砂由此门卸出，它由手动杆来完成。 电动机 由刚性联轴器与减速器输入联接，经过三级变速由输出轴即主轴带动十字头做逆时针旋转。紧固在十字头上的曲臂、辗轮、内外刮砂板随同十字头一起回转而辗轮还同时绕辗轮轴自转。 为三级传动的减速器，固定在混砂机底盘上。由电动机借助刚性联轴器带动两锥齿轮完成第一级传动，再通过齿轮轴齿轮和另一齿轮的啮合带动另外一对斜齿轮完成第三级传动。 齿轮箱侧壁装有长形油标，用来观察注入减速箱内油面的高低。 混辗机构 装在传动机构的主轴上，在主轴上装置着该机构的十字头，在十字头两边装有两个曲臂拖动的两个辗轮，内外刮砂板也均装在十字头上。 型砂的辗压、搓揉全靠此部分的重量给型砂以压力来完成的。辗轮借以辗轮轴联接在曲臂上，曲臂轴又将曲臂和十字头连接在一起，当十字头转动时带动辗轮一起绕主轴回转，由于和型砂的摩擦辗轮也做自转。曲臂可绕曲臂轴转动，以便辗轮可随砂层厚度的变化自由起落。辗轮与底板保持一定间隙，由调节螺栓来控制，以免辗碎型砂。刮砂板的作用是在混制型砂时，将型砂搅和并聚集在辗轮之下，卸料时将型砂刮至出砂门卸出，内刮砂板和 外刮砂板由刮砂板臂紧固在十字头上。 第 7 页 共 23 页 本次设计的题目是 过查找相关设计资料和对 辗轮式混砂机进行市场调研，确定了该 辗轮式混砂机的总体方案，具体方案图如下图所示： 第三章 机械传动机构的设计 轮传动设计计算 1初步计算 （ 1）材料选择 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用 40质），硬度24186均取为 280齿轮用 45 钢（调质），硬度 22986均取为 240齿轮精度为 7级。 （ 2）节锥角的计算 1i （ 1 o tc o t a r r c （ 2 54676706222290 （ 由文献 2表 3314 可知， 62222c o i n 12c o ss i 12m i n oa （ 式中， 1 取小齿轮齿数 301 z ， 第 8 页 共 23 页 （ 取大齿轮齿数 502 z 。 （ 3）根据工作条件的要求，大端模数为 12m （ （ 4）齿轮分度圆的直径 360301211 （ 6 0 0501222 （ （ 5）锥距 （ （ 6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献 3表 910 可知， 齿顶高 12121* aa （ 齿顶圆直径 382062222co 111 aa （ 610546767co 222 aa （ 齿根高 af （ 齿轮基圆直径 Rm （ 5 2 Rm （ （ 7）齿宽 第 9 页 共 23 页 由文献 2表 3314 可知， （ （ 8）节圆周速度 311 m/s （ 速级直齿圆柱齿轮的设计 择齿轮材料 考虑到该减速器功率不大，故大小齿轮都选用 45钢，调质处理，齿 面硬度分别为 220260软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，初选 7 级精度，小齿轮齿数 231 z ，大齿轮齿数， 取 1242 z 。按软齿面非对称安置查表 齿宽系数 0.1d齿面接触疲劳强度计算 （ 5 A. 确定公式中 各参数 a. 载荷系数 初选 .5 b. 小循环传递转矩 103 c. 材料系数 M p 9Z E d. 小、大齿轮的接触疲劳强度极限 齿面硬度，查得： 600 ， 560 e. 应力循环次数 902 7 01014 4 260 8912 f. 按接触疲劳寿命系数 得： g. 确定许用接触应力 取安全系数 第 10 页 共 23 页 6 0 0 M p H l i 1 5 6 0 M p H l i m 2 B. 设计计算 a. 试计算小齿轮分度圆直径 2 m 02 9 8 . 8 21 . 231t b. 计算圆周速度 v 1 9 m 0 060 4 4 0 060 1t c. 计算载荷系数 K 查得：使用系数 ，根据 v=m/s,7 级精度查得：动载荷系数 图得： d. 校正分度圆直径 4 m 2 0 3 C. 计算齿轮传动的几何尺寸 a. 计算模数 1 按标准取模数 m=4 b. 两分度圆直径 d2 223411 9 61 2 4422 c. 中心距 a 9 4221 d. 齿宽 b d 0521 e. 齿高 h 第 11 页 共 23 页 核齿根弯曲疲劳强度 321 12 （ 4 A. 确定公式中各参数值 a. 小、大齿轮的弯曲疲劳强度极限 取 40 20 b. 弯曲疲劳寿命系数 c. 许用弯曲应力 取弯曲疲劳安全系数 力修正系数 M p 8 i M p i d. 齿形系数 得： f. 计算小、大齿轮的 Y 与 221 Y ，并加以比较，取其 中大值代入公式计算： 0 1 4 7 1 F Y 0 1 3 9 9 1 F Y 小齿轮的数值大，应按照大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度。 B. 校核计算 13231 7 82 弯曲疲劳强度足够。 C小、大齿轮的结构设计及绘制齿轮零件图 6， 7， 8， 9 大齿轮：齿顶圆直径大于 500 ，故选用轮辐式结构，结构尺寸按推荐公 式计算，大齿轮零件工作图见图 6 第 12 页 共 23 页 图 4大齿轮 速级斜齿圆柱齿轮的设计 轮材料的选择 考虑此减速器要求结构紧凑，故小、大齿轮均用 40质处理后表面淬火。因载荷平稳、齿轮速度不高，故初选 7 级精度，闭式硬齿面齿轮传动，考虑传动平稳，齿数宜取多些，选 5,1=25=82。按硬齿面齿轮，非对称安装，选齿宽系数 d=选螺旋角 13 ，按齿根弯曲疲 劳强度设计。 定公式中个参数值 3 121 co （ 4 A. 载荷系数 初选 . 小齿轮传递的转距 103 C. 小、大齿轮的弯曲疲劳强度极限 图 ： 80 D. 应力循环次数 81 hn 782 N 第 13 页 共 23 页 E. 弯曲疲劳寿命系数 查得： . 计算许用弯曲应力 取弯曲疲劳安全系数 力修正系数 ，则 M P i M P i G. 查取齿形系数和应力校核系数 根据当量齿数 s 03311 s 03322 由表查取齿形系数和应力校正系数 . 计算小、大齿轮的 F Y ，并加以比较 0 0 8 3 5 9 1 F Y 0 0 7 9 7 7 2 F Y 1 11 F Y 2 22 F Y 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计 I. 重合度系数 螺 旋角系数 取 设计计算 a. 试计算齿轮模数 023 第 14 页 共 23 页 o o 11 b. 计算载荷系数 查得 ，根据 V=m/s,7 级精度，查得： 齿轮传动取 得 载荷系数 5 7 A 3 核齿面接触疲劳强度 m=3,1,4, 两齿轮材料均选用 45,表面淬火， 4855 查得： M P 5011702 预期齿轮寿命 5 年，每天工作 12 小时，工作载荷为轻微冲击，则 818216 0 6 0 * 1 * 5 2 0 * ( 5 * 3 0 0 * 1 2 ) 5 . 6 1 6 * 1 0/ 2 . 7 2 1 6 * 1 0N a n i 查机械设计基础图，得： Y (1)验算齿面接触疲劳强度 载荷系数，取 K=得： M 接触应力为 ： 232212 1 . 5 5 . 5 6 4 7 1 0 3 . 0 61 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 8 1 7 2 . 0 7 92 4 7 8 2 . 0 6H E Zb d a i i i i (2)验算齿根弯曲疲劳强度 第 15 页 共 23 页 取 K=表： Y 用弯曲应力 ： m Y 弯曲疲劳强度的最小安全系数，取 F 则： 1 3 5 0 0 . 9 2 2 5 7 . 61 . 2 5F M P a 2 3 5 0 0 . 9 8 2 7 4 . 41 . 2 5F M P a 1 1 11 2212000 2 0 0 0 1 . 5 5 . 5 6 4 7 2 . 6 8 1 . 5 62 4 3 2 61 2 . 4 2 8F a S Y Yb m a 2221112 . 4 6 1 . 6 8 1 2 . 4 2 8 1 2 . 2 8 52 . 6 8 1 . 5 6F a S a S P 由上述计算可知，均满足要求 。 算齿轮传动几何尺寸 a. 中心距 a n 7822513co co 21 圆整为 a=330 mm b. 螺旋角 = 3302 822562a r c c o s 21 a 两分度圆直径 d2 n s 256co s 11 n s 826co s 22 d. 齿宽 b2 d 第 16 页 共 23 页 051 取 252 301 轮结构设计及绘制齿轮零件图 大齿轮：齿顶圆直径大于 400 小于 1000 选用轮辐式结构，结构尺寸按荐用公式计算。 图 4 大齿轮 第四章 辗轮式混砂机刮板的设计 混砂机的碾盘底板、碾盘外圈均加防磨护板提高碾压、磨削物料效果和整机的使用寿命。碾轮在碾盘上的高度可以自动调节，当遇到难以碾碎的物料和过厚的料层 时碾轮自动升起以保安全。用途：铸造车间混制型芯砂等，可用于玻璃、陶瓷、化工、建材、型等行业颗粒或粉状物料的混制。 根据刮板的用途，我们确定优化设计后的刮板的产品零件图如下图所示： 第 17 页 共 23 页 辗轮式混砂机的刮板的作用是用来刮砂用的，由于长时期运作，其材料固有的耐磨性能就决定了该 辗轮式混砂机刮板的使用寿命和刮砂质量，故通过查询相关的材料力学方面的资料，选择 20后通过调质处理来提高它的耐磨性能。 传统的刮板如文章 上面的图片所示，本次设计的刮板采用的创新后的接头，通过螺栓使刮板固定在辗轮式混砂机的内部，这样的好处是一可以方便调整刮板的角度，二是当刮板到了一定的使用寿命需要更换的时候。只需要拧开螺丝就可以了，这样一来使得刮板的更换变得方便、快捷。 第 18 页 共 23 页 结论 通过本次毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是 过 初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 第 19 页 共 23 页 参考资料： 1 颉建新 1120辗轮式混砂机 J. 中国铸造装备与技术 ,2001,(1):442 徐锦康主编 . 机械设计 M等教育出版社， 2004、 4. 3 李柱国主编 . 机械设计与理论 M. 北京：科学出版社， 2003（ 21世纪高等院校教材） . 4 徐灏主编 . 新编机械设计手册 M械工业出版社， 1995. 5 岑军健主编 上册 M防工业出版社， 1999， 1. 6 成大先主编 . 机械设计手册 减（变）速器电机与电器 M. 北京：化学工业出版社， 2004. 7 王旭，王积森主编 . 机械设计课程设计 M. 北京工业出版， 8 徐灏主编 . 新编机械设 计手册 M.