毕业设计（论文）-树脂磨料双锅（上锅）逆流式混料机设计.doc

机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 树脂磨料双锅（上锅）逆流式混料机设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 机制F0901 指导教师： 李玉林 2013 年 5 月 24 日目 次1.双锅逆流式混料机概述11.1.双锅逆流式混料机的简述11.2.双锅逆流式混料机的基本结构12.电动机、减速器以及液压缸的选择22.1电动机的类型和结构选择22.2电动机的选择42.3减速器的简介62.4选择减速器62.5液压缸的选择63.选择合适的轴63.1轴的简述和材料的选择63.2上锅锅体翻转轴的设计73.3.上锅锅体翻转轴的计算与校核83.4料叉支架轴的设计133.5料叉支架轴的计算与校核134.轴承的简介与选择174.1轴承的简介174.2轴承的校核184.3 轴承的润滑与密封205.键的选取21设计总结23致谢24参考文献2511.双锅逆流式混料机概述1.1.双锅逆流式混料机的简述混料机将各种原料均匀混合，适宜混合粉末状树脂材料。许多塑料和磨具制造厂使用双锅混料机进行原料混合。质量是企业生存的根基，原材料混合是产品加工的第一道工序，其混合是否均匀影响到成品的使用性能，因此很多厂家选择混合质量高的设备，双锅混料机达到了他们满意的要求。目前我国还出于经济建设时期，塑料和磨具产品的需求还很大，国家投入了大量资金进行产品开发，双锅混料机将有很大的应用空间。双锅混料机分为上锅和下锅两部分，部分原料经过上锅搅拌均匀以后，倒入下锅，加入所需原料搅拌，从而得到混合均匀的原料，工作时，混料锅和料叉同时逆向转动，可以高效的将原料搅拌均匀。许多磨具企业都选择双锅混料机进行原料混合，双锅混料机可以高效的把材料搅拌的十分均匀，从而保证成品的加工质量，提高产品的使用性能。1.2.双锅逆流式混料机的基本结构双锅逆流式混料机主要由上下锅两部分组成，上下锅结构类似，都是由底座，锅体，锅体支架，料叉，料叉支架，刮刀，液压系统，电力控制系统组成底座和锅体支架都是焊接件，由钢板焊接而成，中间用T型钢焊接加固，防止机架因受力而变形，锅体是由卷板机将钢板卷制成筒状，焊接成型。锅体以及料叉的反转是由液压系统完成的，由液压缸推动锅体实现树脂磨料的倾倒，当锅体和料叉翻转到一定的角度，电器系统自动控制，停止翻转，完成混料任务。1.2.1上锅支架部分支架由多块大小不同的钢板焊接在一块，钢板焊接形成整体框架，主要起支撑作用，T形梁增加整体的刚度，减少因受力而产生的变形。 1.2.2锅体支架部分锅体支架也是由多块大小不同的钢板焊接在一块，形成锅体翻转架，沿锅体架主轴旋转，旋转角度95度。1.2.3锅体部分锅体部分包括电动机、减速器、法兰、挡圈和锅体。锅体是圆桶形，上端开口，根据设计要求的120L产品混合，上锅只混合部分原料，设定锅体直径900mm，深400mm，厚度15mm。锅体由涡轮蜗杆减速器带动。1.2.4料叉部分 料叉部分由料叉棒、料叉座、减速器、电动机组成，还有一个固定的刮刀，刮去粘在锅上的混合料，解决了混合料粘锅的问题。料叉在涡轮蜗杆减速器的带动下逆时针转动，料叉顶端距锅底5mm以内防止混合料粘在锅底上。1.2.5液压缸 双锅混料机中用了三个液压缸，料叉架翻转液压缸和两个锅体翻转液压缸。当混合料混合完毕，料叉架翻转液压缸伸出，推动料叉架翻转，为锅体翻转提供空间，锅体翻转液压缸伸出，推动锅体翻转，将混合料倒到下锅中。2.电动机、减速器以及液压缸的选择2.1电动机的类型和结构选择我们国家的电动机型号的编制方法是按照国家标准电动机生产型号编制方法实行的，由生产代号，规格代号，特殊环境代号补充代号等按顺序排列组合而成。产品代号由类型代号，特点代号，设计序号和励磁代号组成，规格代号包括基座号或者中心高尺寸基座长度代号，功率转速电压等级极数等；特殊环境代号标示电动机的使用环境；补充代号不常使用。我过生产的异步电动机种类较多，应用广泛。由于工作的需要，双锅逆流式混料机需要用三项交流异步电动机作为动力源，考虑到混料时，环境中灰尘比较多，电动机要求的防尘侵入，当选用封闭式的电动机；根据混料机料叉和锅底架的情况，在卧式电动机和立式电动机中我们选择使用立式电动机；因为上过逆流式混料机对电动机的调速性能，起步性能，转差率等都没有特殊要求，综合考虑锅体和料叉都选用封闭式Y系列三相异步电动机提供动力。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。一、控制精度不同 有一些高性能的步进电机步距角更小。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证对于带17位编码器的电机而言，它的驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即它的脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能(FFT)，可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环。 基于上述伺服电机和步进电机的比较，我们又考虑到本设备的具体要求选择三相交流异步电动机。工作环境中灰尘量较大，要求电动机具有防止灰尘及其它杂物侵入的特点，电动机的防护方式选用封闭式。2.2电动机的选择选择电动机时，电动机的额定功率要略大于工作所需要的功率，倘若容量小于工作时所需要的功率，则不能保证混料机的正常工作，或者长时间使用机器是容易导致发热损坏机器；假如选择的电动机的容量过大，则会增加成本，并且由于效率和功率因数低而造成浪费。需要电动机功率是： (kw) (1)式中： 混料机机要求的电动机的输出功率，kw 混料机所需输入功率，即主轴动力，kw混料机与电动机之间传动装置的总传动效率加入原料后锅体转动所需功率Pw=3.5 kw；搅拌时料叉所需功率Pw=2.6kw=* (2)式中：-减速器的传动效率-联轴器的传动效率；由参考文献【1】表1-7可得：= 0.9；= 0.99；将以上参数代入公式（2）计算得：=0.9*0.99=0.891将计算结果代入(1)式可得：锅体电动机=3.00.891=3.37（kw）料叉电动机根据双锅逆流式混料机的工作功率要求和参考国内外同类产品的技术标准，给出120L混料机的混料锅锅体电动机的n=1440r/min 和实际所需电机功率 P=3.37kw ，料叉所用电动机n=1440r/min和实际所需使手机功率P=2.8kw。选Y系列三相异步电机，考虑到功率损失和传动中的效率应该选大些功率的电机 所以选定锅体电机为：Y112M P=4kw n1=1440r/min；料叉电动机Y110L P=3kw n2=1440r/min电机的基本参数如表2.1: 型号额定功率（KW）满载转速（r/min）额定转矩Nm最大额定矩Nm质量kgY112M414402.22.343Y110L314402.22.338 表2.1电动机外型如图2.2所示图2.2 电动机2.3减速器的简介减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机和工作机之间作为减速器的传动装置；由于其结构紧凑、效率较高、传递运动准确、使用维护简单，可成批生产。根据双锅逆流混料机结构的需要，选择已有的标准件涡轮蜗杆减速器，由于它具有以下特点：蜗轮蜗杆传动的两轮啮合齿面间为线接触，能获得比交错轴斜齿轮机构更好的啮合效果，传动比和承载能力也更高。 2.4选择减速器首先我们选择传动比，要满足混料锅的使用要求：涡轮蜗杆的传动比系列：8,10，12.5,16,20,25,31.5，40，50，63,80经过查资料并计算得120L混料锅的锅体与料叉速比为5：4时混料效果好锅体减速器传动比定为50 ， 可知锅体转速V=1440/50=28.8r/min料叉减速器传动比定为40 ， 算出料叉转速V=1440/40=36r/min2.5液压缸的选择根据该机器的生产状况可以推断出，料叉的液压缸伸出臂的直径选成40mm，而齿轮泵液体的压力设为100kg/cm,由于锅体较重，翻转国体液压缸伸出臂直径选为50mm，齿轮泵液压还定位100kg/cm3.选择合适的轴3.1轴的简述和材料的选择根据轴的受载情况，可分为：心轴（只受弯矩）、转轴（同时承受弯矩和扭矩）和传动轴（主要承受扭矩，不承受或者承受较小的弯矩）。 根据结构形状，轴又可分为：光轴和阶梯轴；实心轴和空心轴；圆形截面轴和非圆形截面轴。轴的常用材料是优质中碳钢，其中以45钢最为常用。对于受载较小或者不甚重要的轴可采用A3、A5等普通的碳素钢；对于某些具有特殊要求的轴（例如花键轴、齿轮轴、装有滑动轴承的高速轴）可用合金钢。采用热处理（如调质、表面淬火、渗碳、渗氮等）和表面强化处理（如喷丸、滚压）可以提高轴的疲劳强度和耐磨性，渗氮和可以提高轴的耐蚀性。 制造轴的毛坯一般用圆钢棒料或者锻坯。当毛坯的直径较小时或者阶梯轴的直径变化不大时，可用圆钢棒料制造。对于重要的， 大直径的或者阶梯轴变化较大的轴，常采用锻坯。对于形状复杂的轴，可采用铸造。基于此，我本次的设计是有六根轴即混料锅翻转轴、料叉架翻转轴、液压缸1上下的心轴和液压缸2上下的心轴，按照轴的传动功率和所承受的载荷来讲，我选用45钢。制造轴的材料主要有碳素钢和合金钢两大类，常见的优质碳素钢有30，40,45,50,钢，其中45钢应用居多。常用的合金钢有20Cr,40Cr,35SiMn以及35CrMo等。设计时，轴的结构应满足以下条件，首先，轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；其次，轴上的零件应该便调整和拆装；然后，轴应该具有良好的制造工艺性；最后，保证轴的受力合理，提高轴的刚度和强度。在满足使用条件的前提下，轴的结构越简单，轴的工艺性越好。此次设计，共有六根轴，分别是混料锅的翻转轴，料叉支架的翻转轴，以及液压缸的上下心轴，根据工作的载荷和传动的功率，用45钢做材料即可。3.2上锅锅体翻转轴的设计3.2.1上锅锅体翻转轴的结构上锅锅体翻转的结构根据设计要求，中间粗细一致，两端安装轴承，液压缸推动锅体架翻转，锅体架带动主轴沿主轴轴线旋转，由于旋转速度不高，轴的结构设计相对简单。3.2.2轴的材料与热处理因为设计要求承受载荷不是很大，锅体翻转开始轴要受一定的冲击载荷和振动载荷，因此轴的材料为45钢加调质处理。3.2.3混料锅锅体翻转轴的技术要求调质处理HB=220-240 ，倒角为，未注尺寸偏差精度是IT12。 3.3.上锅锅体翻转轴的计算与校核简支轴，动力由液压缸输入，画出轴的结构草图并设计校核该轴材料45钢，轴径为d，取A0=115，由选定的液压缸知其P是1.8，n为5r/min考虑到工作需要保证轴的刚度适当增加轴径，取d=80。（）画出锅体翻转轴的参考直径（）结构设计的过程（）完成锅体翻转轴的结构草图（）轴在液压缸作用时轴受力图（）轴向受力根据轴的受力分析，锅体翻转轴几乎不受水平方向的力，所以轴向的受力可视为零。（）轴的径向受力（）轴所受的水平面弯矩图同样道理，根据轴的受力分析，该轴不受轴向力，因此轴向弯矩是零。（）轴所受径向弯矩如图所示锅体翻转轴材料选用45钢，轴的计算步骤如下所示。（1）支反力水平面支反力 得 得 垂直面支反力 f2x510+f4x1170=f3x1020 得 f4=2641N 660x400+f1x1020=f3x150 得f1=-1893 力方向向上（2）利用安全系数法运算校核翻转轴的强度判断危险截面 初步分析危险截面为液压缸顶端处 轴材料选45钢调质，可得， 脉动循环疲劳极限为 等效系数 液压缸顶端对应的轴部分弯矩 弯曲应力幅 弯曲平均应力 扭转切应力 扭转切应力幅和平均切应力 应力集中系数有效应力集中系数 用插值法查得，表面状态系数 尺寸系数 ，安全系数弯曲安全系数 扭转安全系数 复合安全系数 因此，该锅体翻转轴安全。3.4料叉支架轴的设计根据设计要求，料叉支架轴的结构简单，中间粗细一致，两端安装轴承，由液压缸推动料叉支架翻转，料叉支架带动料叉支架轴延轴线转动，因为转动速度不大，所以料叉支架轴的结构设计相对简单。由于要求料叉支架轴承受的载荷不是很大，在翻转开始的时候轴收到一定冲击载荷和振动载荷，轴的材料还选用45钢做调制处理。调质处理HB=220-240，倒角 。 3.5料叉支架轴的计算与校核该轴为简支轴，动力由轴的液压缸的一端输入，画出轴的结构草图且设计校核该料叉支架轴，材料为45钢，轴径为d，取A0=115，选定的液压缸知其P为1.05，n为5r/min考虑到工作需要为保证正常的工作应增加轴径，取d=62。（）画出料叉支架轴的参考直径（b）完成料叉支架轴的结构草图（c）在液压缸作用时该轴的受力情况如图所示（d）料叉支架轴的轴向受力根据受力分析，该轴几乎不受水平方向的力，所受力可以省略掉，故轴向的受力为零。（e）该轴径向受力情况（f）水平面的弯矩图同理，根据此轴的受力分析，料叉支架轴不受轴向力，所以轴向弯矩图零。（g）轴所受的径向弯矩图计算步骤列于下表。（1）支反力水平面支反力 得 得 垂直面支反力 Gx630+f3x1175=f2x630 得 f3=1608.5N 545x3000+f1x1175=f2x545 得f1=1591.5N（2）应力许用应力值 用插入法查得，应力校正系数 （3）校核轴的强度校核时我们只需看危险截面是否满足轴径条件，假如危险截面满足条件，那么其他的轴径肯定也满足； 如图我们可知轴的最大危险截面是液压缸顶端部分，所以我们只需校核危险截面即可。按第3强度理论校核，根据机械设计（第八版）设计计算公式15-5 (1) 即可满足条件。式中，-轴的计算应力，MP； M-轴所受弯矩，N； T-轴所受扭矩，N； W-轴的抗弯截面系数，；其中，轴的抗弯截面系数计算公式由机械设计（第八版）表15-4查得。 (2)带入数值计算可得W=23832.8将上述计算数值代入式（1）计算得所以料叉支架轴的强度满足机器所需的条件4.轴承的简介与选择4.1轴承的简介轴承是用来支承轴的部件，也用来支撑轴上有回转零件，滚动轴承的失效形式有：疲劳点蚀、塑性变形、磨损等。选用轴承时应考虑轴承所受负荷的大小、方向及性质；轴向固定型式；调心要求，转速与工作环境；经济性和其它特殊要求。考虑到我们的设计的混料机上锅所传动的载荷比较小，转速较低，旋转精度要求也不高，所以我们选取一般的比较常用的轴承。最终我们所选用的轴承类型为：料叉翻转轴上的轴承6011GB276-89深沟球轴承，锅体支架翻转轴上的轴承为6016GB276-89深沟球轴承，混料锅下部安装的推力轴承为51220GB/T301-1995 标准上所限定的载荷要求，实际载荷小于许用载荷4.2轴承的校核锅翻转轴的轴承校核 锅翻转轴所选的深沟球轴承型号为：6015GB276-89，常温下工作时，校核轴承强度。4.1 锅翻转轴轴承受力图其计算系e=0.22,=3.0,=4.5,=2.9,基本额定载荷=200kN，=215kN,采用脂润滑其极限转速为2000r/min.本次混料机的使用寿命为25000h.。 基本额定动载荷可以按以下的式子计算： C=其中：C基本额定动载荷计算值，N； P当量动载荷，按式计算，为轴承所受的径向载荷，轴向的动载荷，X为径向动载荷系数，Y为轴向动载荷系数； 寿命因数，按参考文献【2】表7-2-8选取； 速度因数，按参考文献【2】表7-2-9选取； 力矩载荷因数，力矩较小时=1.5,力矩较大时=2; 冲击载荷因数,按参考文献【2】表7-2-10选取; 温度系数,按参考文献【2】表7-2-11选取;轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷;从表查得=1.25,=0.355,=1.5,=1.5（中等冲击）,=1.0；因为轴向载荷=0，即，所以当量动载荷即，为了计算轴承的使用寿命时在相同条件下比较，需要把实际工作的载荷转化为当量动载荷作用下，轴承受命与实际联合载荷下轴承寿命 =215KN 所以此轴承选择的合适，可以满足工作的要求。料叉架轴的轴承校核料叉架转轴所选的深沟球轴承型号为：6011GB276-89，按照常温下工作，校核轴承强度。4.1 料叉架轴轴承受力图其计算系e=0.22,=3.0,=4.5,=2.9,基本额定载荷=200kN，=215kN,采用脂润滑其极限转速为2000r/min.滚动轴承的预期使用寿命的推荐值：每天工作8小时的机械，满载荷使用的情况下，如机床，工程机械、印刷机械，分离机等机械的预期使用寿命约为2000030000。而本次混料机的使用寿命为25000h.。 基本额定动载荷可以按以下式子计算： C=其中：C基本额定动载荷计算值，N； P当量动载荷，按式计算，为轴承所受径向载荷，轴向动载荷，X为径向动载荷系数，Y为轴向动载荷系数； 寿命因数，按参考文献【2】表7-2-8选取； 速度因数，按参考文献【2】表7-2-9选取； 力矩载荷因数，力矩较小时=1.5,力矩较大时=2; 冲击载荷因数,按参考文献【2】表7-2-10选取; 温度系数,按参考文献【2】表7-2-11选取;轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷;经表查得=1.25,=0.355,=1.5,=1.5（中等冲击）,=1.0；因为所受的轴向载荷=0，即，所以当量动载荷即，为计算轴承寿命时在相同条件下比较，需要把实际工作的载荷转化为当量动载荷作用下，轴承受命与实际联合载荷下轴承寿命 =215KN 所以此轴承选的合适，可以满足工作的要求。4.3 轴承的润滑与密封润滑的作用是减少摩擦、降低温升和防止腐蚀。润滑不良会使轴承温升剧增，加速轴承的磨损，影响混料机 轴部件的正常工作。润滑剂的选用和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷，良好的润滑可以降低轴承温度，延长寿命。滚动轴承可以用润滑脂或润滑油来润滑。速度较低时温升较低，可用脂润滑；速度较高时用油润滑较好。润滑脂的粘度大，不易流失，因此不需要经常更换，密封也较简单。但摩擦阻力大，机械效率低，流动性差，导热系数小。特别适用于锅体下端推力轴承，可防止漏油。如转速较低则使用时间还可以更长。密封的作用主要是防止灰尘、屑末等进入轴承，以减少腐蚀和磨损；也可防止润滑油外漏，保护环境，避免污染。密封分为接触式密封和非接触式密封两类。前者有摩擦和磨损，发热严重，一般宜用于低速主轴。后者制成迷宫式和间隙式，发热很小，应用广泛。为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的间隙大小应加以限制。用脂润滑的轴承，密封主要是防止外界异物进入，可采用间隙式或迷宫式密封装置。为迷宫式密封，它是在组件的转动部分和固定部分之间作成复杂而曲折的通道。主轴组件的密封作用是防止灰尘，削末和切血液进入轴承，减少轴承的腐蚀和磨损，防止润滑油外漏，保护环境，避免污染，密封分为接触式密封盒非接触试密封两类，接触式密封有摩擦和磨损，发热严重，主要用于低速主轴。而非接触试密封分为迷宫式和缝隙式，发热很小，应用广泛。为了保证密封作用，旋转部分与固定部分之间径向间隙应该小于0.2-0.3mm，还要有回油孔，以防止漏油。脂润滑密封主要是防止外界义务进入，采用间隙式或者迷宫式的密封装置，或者油沟式，既在盖内腔中车出梯形或者半圆形假面的环形油槽填满润滑脂可起到密封的作用。5.键的选取双锅逆流式混料机上锅上有两处用到普通平键的地方，分别是料叉减速器与料叉架之间以及锅底减速器与锅底法兰之间单圆头普通平键键槽的剖面尺寸及公差，标准为摘自GB 1096-79单位 (mm)：料叉减速器与料叉架之间轴公称直径d=50，锅底减速器与锅底法兰之间轴公称直径d=55d5058 mm键公称尺寸bh=16x10mm键槽宽度公称尺寸b=16键槽宽度极限偏差较松键联结轴H9=+0.0430键槽宽度极限偏差较松键联结毂D10=+0.120+0.050键槽宽度极限偏差一般键联结轴N9=-0.000-0.043键槽宽度极限偏差一般键联结毂Js9=0.0215键槽宽度极限偏差较紧键联结轴和毂P9=-0.018-0.061键槽深度轴t公称尺寸=6.0键槽深度轴t极限偏差=+0.20键槽深度毂t1公称尺寸=4.3键槽深度毂t1极限偏差=+0.20键槽半径r最小=0.25键槽半径r最大=0.40设计总结 三个月的毕业设计生活转眼就接近尾声了，经过这三个月的实践学习，我对专业知识的理解上了一个新的台阶，期间经历了一系列的问题困难，使我们从中受益匪浅。我的课题是一百二十升双锅逆流式树脂磨料混料机上锅设计，老师带领我们到第二砂轮厂实地参观，了解树脂磨料混