毕业设计（论文）-S114辗轮式混砂机刮板优化设计（全套图纸）.pdf

单位代码 密 级 公 开 学 号 学士学位论文学士学位论文 S114 型碾轮式混砂机刮板优化设计型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 2016.4.20 地址：机电学院 I 目目 录录 摘要. I ABSTRACT . II 1 绪论 . 2 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.2 本课题研究的内容 . 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 2.1 辗轮式混砂机主要结构及工作原理 . 6 2.2 辗轮式混砂机总体方案设计 . 7 3 机械传动机构的设计 . 8 3.1 齿轮传动设计计算 . 9 3.1.1 按接触疲劳强度设计计算 . 9 3.1.2 有关参数修正 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.3 弯曲疲劳强度校核计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2 高速级直齿圆柱齿轮的设计 . 9 3.2.1 选择齿轮材料 . 12 3.2.2 按齿面接触疲劳强度计算 . 9 3.2.3 校核齿根弯曲疲劳强度 . 11 3.3 低速级斜齿圆柱齿轮的设计 . 12 3.3.1 齿轮材料的选择 . 16 3.3.2 确定公式中个参数值 . 12 3.3.3 设计计算 . 13 3.3.4 校核齿面接触疲劳强度 . 14 3.3.5 校核计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3.6 计算齿轮传动几何尺寸 . 15 3.3.7 齿轮结构设计及绘制齿轮零件图 . 16 4 辗轮式混砂机刮板的设计 . 7 4.1 蹍轮式混砂机刮板的形状的确定 . 22 4.2 辗轮式混砂机刮板材料的确定 . 7 4.3 辗轮式混砂机刮板的创新设计 . 24 结 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 II 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考资料. 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 1 页 共 19 页 摘要摘要: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：关键词：机械产品 ; 辗轮式混砂机 ; 刮板 ; 制造 ; 主题 第 2 页 共 19 页 Abstract:Machinery industry is an important industry of a country, the development of the machinery industry has been affecting the development of the national economy, humans progress can not be separated from the development of the mechanical industry. In the global economic development environment, Chinas various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. Under the impetus of new market demand, it is urgent to improve and optimize the scraper of wheel type sand mixing machine. Production wheel rolling mixed sand scraper machine enterprises must give full consideration to the mixed sand scraper conveyor running in the rolling wheel, try to make the wheel rolling type mixed sand scraper machine service life have become more and more long, to reduce the waste of unnecessary costs and domestic wheel rolling mixed sand scraper machine R wheel type sand mixing machine ; manufacturing ; theme 第 3 页 共 19 页 第一章第一章 绪论绪论 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 S1110 到 S1130 型混砂机减 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 0.40.8 倍宽碾轮，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 19 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。 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 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（SIO）的实施，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 HUGER 公司将新开发的辗轮式混 砂机成功投入市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国 HUGER 公司之后，德国的 DESTO 公司也看到了混砂机的利润所在，投入了相当大的人力 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 19 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 1.2 本课题研究的内容 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 19 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 第二章第二章 蹍轮式混砂机的总体设计蹍轮式混砂机的总体设计 2.1 辗轮式混砂机主要结构及工作原理 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 19 页 2.2 辗轮式混砂机总体方案设计 本次设计的题目是 S114 型辗轮式混砂机刮板的优化设计，通过查找相关设计 资料和对 S114 型辗轮式混砂机进行市场调研，确定了该 S114 型辗轮式混砂机的 总体方案，具体方案图如下图所示： 第三章第三章 机械传动机构的设计机械传动机构的设计 3.1 齿轮传动设计计算 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 40Cr(调质），硬度 241HB286HB，平均取为 280HB，大齿轮用 45 钢（调质），硬度 229HB286HB,平 均取为 240HB。选齿轮精度为 7 级。 （2）节锥角的计算 1 cot=i （3.11） 1 06222266 . 1 cotcot o =arciarc （3.12） 2 54676706222290 ooo = （3.13） 由文献2表3314可知， 8 . 15062222cos 20sin 12 cos sin 2 2 1 2 min = = oa a h z （3.14） 式中， a h 齿顶高系数，1= a h。 取小齿轮齿数30 1= z， 第 8 页 共 19 页 8 . 493066 . 1 12 = izz （3.15） 取大齿轮齿数50 2 =z。 （3）根据工作条件的要求，大端模数为 12=m （3.16） （4）齿轮分度圆的直径 3603012 11 = mzdmm （3.17） 6005012 22 = mzdmm （3.18） （5）锥距 86.349 2 600 2 360 22 222 2 2 1 = + = + = dd Rmm （3.19） （6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献3表910可知， 齿顶高 12121 * =mhh aa mm （3.20） 齿顶圆直径 382062222cos122360cos2 111 =+=+= o aa hddmm （3.21） 610546767cos122600cos2 222 =+=+= o aa hddmm （3.22） 齿根高 ()() 4 . 14122 . 01 * =+=+=mchh af mm （3.23） 齿轮基圆直径 ()()95.31328 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm ddmm （3.24） ()()52828 . 0 5 . 016005 . 01 22 = Rm ddmm （3.25） （7）齿宽 第 9 页 共 19 页 由文献2表3314可知， 96.9786.34928 . 0 =Rb R mm （3.26） （8）节圆周速度 48.10 1060 55636014 . 3 1060 33 11 = = = nd v m/s （3.27） 3.2 高速级直齿圆柱齿轮的设计 3.2.1 选择齿轮材料 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 220HBS、260HBS，属软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，初选 7 级 精度，小齿轮齿数23 1 =z，大齿轮齿数， 2 . 124234 . 5 12 =zuz，取124 2 =z。 按软齿面非对称安置查表 6.5，取齿宽系数0 . 1= d 3.2.2 按齿面接触疲劳强度计算 3 2 H E d 1 1t Z u 1uKT 32 . 2 d （5-5） A. 确定公式中各参数 a. 载荷系数 Kt 初选 Kt=1.5 b. 小循环传递转矩 T1 T1=298.82103 mmN c. 材料系数 ZE Mpa 8 . 189ZE= d. 小、大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1、Hlim2 按齿面硬度，查得： 600Mpa Hlim1 = ， 560Mpa Hlim2 = e. 应力循环次数 9 h11 10273 . 1 1630010144260jL60nN= 89 12 10357 . 2 4 . 510273 . 1 uNN= f. 按接触疲劳寿命系数 KHN1、KHN2 查得：KHN1=0.90，KHN2=0.95 g. 确定许用接触应力 H1、H2 取安全系数 SH=1 第 10 页 共 19 页 600Mpa90 . 0 SK HHlin1HN1H1 = 560Mpa95 . 0 SK HHlim2HN2H2 = B. 设计计算 a. 试计算小齿轮分度圆直径 d1 52mm.94 532 8 . 189 4 . 5 14 . 5 0 . 1 10298.821.5 32 . 2 d 3 2 3 1t = + = b. 计算圆周速度 v 19mm . 2 100060 44252.9414 . 3 100060 nd v 11t = = = c. 计算载荷系数 K 查得：使用系数 KA=1，根据 v=2.19 m/s,7 级精度查得：动载荷系数 Kv=1.05， 查图得：K=1.15 则208 . 1 15 . 1 05 . 1 1kkkk va = d. 校正分度圆直径 d1 94mm.875 . 11.20852.94kkdd 33 t1t1 = C. 计算齿轮传动的几何尺寸 a. 计算模数 82 . 3 2394.87Zdm 11 = 按标准取模数 m=4 b. 两分度圆直径 d1、 d2 mmzmd92234 11 = mmzmd4961244 22 = c. 中心距 a ()mmzzma2942 21 =+= d. 齿宽 b mmdb d 92920 . 1 1 = ()mmbb105 21 += e. 齿高 h mmmh9425. 225. 2= 第 11 页 共 19 页 3.2.3 校核齿根弯曲疲劳强度 FSaFa d F YY mz KT = 32 1 1 2 （4-6） A. 确定公式中各参数值 a. 小、大齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim1、Flim2 查取 Flim1=240 Mpa Flim2=220 Mpa b. 弯曲疲劳寿命系数 KFN1、KFN2 取 KFN1=0.84 KFN2=0.89 c. 许用弯曲应力 F1、F2 取弯曲疲劳安全系数 SF=1.4，应力修正系数 YST=2.0,得 MpaSYK FFSTFNF 2884 . 12400 . 284 . 0 1lim11 = MpaSYK FFSTFNF 71.2794 . 12400 . 289 . 0 2lim22 = d. 齿形系数 YFa1、YFa2和应力修正系数 YSa1、YSa2 查得：YFa1=2.69 YFa2=2.16 YSa1=1.575 YSa2=1.81 f. 计算小、大齿轮的 F2Fa2Fa1 YY与 221FFsFs YY，并加以比较，取其 中大值代入公式计算： 01471 . 0 288 575 . 1 69 . 2 1 21 = = F FaFa YY 01398 . 0 71.279 81 . 1 16 . 2 2 21 = = F FsFs YY 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 1 32 3 1 65.74 4230 . 1 575 . 1 69 . 2 1028.2982 FF MPa= = F1=74.65F1 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 6-3。 第 12 页 共 19 页 图 4-3 大齿轮 3.3 低速级斜齿圆柱齿轮的设计 3.3.1 齿轮材料的选择 考虑此减速器要求结构紧凑，故小、大齿轮均用 40Cr 调质处理后表面淬火。 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 Z1=25,Z2= 1 Zu=3.2825=82。按硬齿面齿轮，非对称安 装，选齿宽系数d=0.8；初选螺旋角 =13，按齿根弯曲疲劳强度设计。 3.3.2 确定公式中个参数值 3 1 2 1cos 2 F SaFa d nt YY z YYKT m （4-7） A. 载荷系数 Kt 初选 Kt=1.5 B. 小齿轮传递的转距 T1=1534.49103 mmN C. 小、大齿轮的弯曲疲劳强度极限 Flim1、Flim2 查图 6.9 得：Flim1=Flim2=380 MPa D. 应力循环次数 8 1 10362 . 2 300101826060= h njLN 78 2 102 . 728 . 3 10362 . 2 =N 第 13 页 共 19 页 E. 弯曲疲劳寿命系数 查得： KFN1=0.89 KFN2=0.92 F. 计算许用弯曲应力 取弯曲疲劳安全系数 SF=1.4，应力修正系数 YST=2，则 MPaSYK FFSTFN 14.4834 . 1380289 . 0 1lim11 = MPaSYK FFSTFN 43.4994 . 1380292 . 0 2lim22 = G. 查取齿形系数和应力校核系数 根据当量齿数 62.2613cos25cos 033 11 =ZZV 33.8713cos82cos 033 22 =ZZV 由表查取齿形系数和应力校正系数 YFa1=2.58 YSa1=1.598 YFa2=2.205 YSa2=1.777 H. 计算小、大齿轮的 F SaFa YY ，并加以比较 0085 . 0 14.483 598 . 1 58 . 2 1 11 = = F SaFa YY 0078 . 0 43.499 777 . 1 205 . 2 2 22 = = F SaFa YY 1 11 F SaFa YY 2 22 F SaFa YY 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计 I. 重合度系数 Y及螺旋角系数 Y 取 Y=0.7， Y=0.86 3.3.3 设计计算 a. 试计算齿轮模数 mnt 59 . 3 14.483 598 . 1 58 . 2 258 . 0 86 . 0 7 . 013cos1039.15345 . 12 3 2 023 = nt m 第 14 页 共 19 页 sm nzm v nt /393 . 0 13cos100060 822559 . 3 14 . 3 cos100060 0 11 = = = b. 计算载荷系数 查得 KA=1，根据 V=0.393 m/s,7 级精度，查得：KV=1.07；斜齿轮传动取 K =1.2；查得 K=1.23,则载荷系数 579 . 1 23 . 1 2 . 107 . 1 1= KKKKK VA mmKKmm tntn 65 . 3 5 . 1579 . 1 59 . 3 33 = 3.3.4 校核齿面接触疲劳强度 m=3,Z1=41,Z2=74, 两齿轮材料均选用 45,表面淬火，4855HRC。 查得： MPa MPa FF HH 350 1170 2lim1lim 2lim1lim = = 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 8 1 8 21 6060*1*520*(5*300*12)5.616*10 /2.7216*10 Nant NNi = = 查机械设计基础图，得： 98 . 0 ,92 . 0 03 . 1 ,96 . 0 21 21 = = NN NN YY ZZ (1)验算齿面接触疲劳强度 载荷系数，取 K=1.5 查得：MPaZZZ EH 8 . 189,88 . 0 , 5 . 2= 接触应力为： 2 3 2 21 2 1.5 5.5647 103.06 189.8 2.5 0.88172.079 24 782.06 HEH KT u Z Z