机械毕业设计水泥搅拌装置设计（含全套CAD图纸） .pdf

本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 目 录 摘 要.1 abstract.2 1.引言.3 1.1 背景技术.3 1.2 水泥搅拌机的功能以及原理.4 1.3 我国水泥搅机的现状及种类.4 1 . 3 . 1 . 1 鼓筒式 .4 1 . 3 . 1 . 2 盘式.5 2.整体方案的分析和确定.6 2.1 搅拌机的选型.6 2.2 传动机构分析.7 2.3 执行机构分析.8 2.4 最终方案的确定.9 3. 电动机及减速器的选型.10 3.1 电动机的选型.10 3.2 传动比的分配. 11 3.3 计算传动装配的运动和动力参数.12 3.4 减速器的选择.13 4.链接部分以及其他零件设计.15 4.1 主要部分连接固定设计.15 4.2 卸料装置.17 4.3 搅拌轴的设计及其结果验证.17 5.毕业设计总结 .21 致谢.22 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 摘 要 混凝土搅拌机就是把具有一定配合比的砂、石、水泥和水等物料搅拌成均 匀的符合质量要求的混凝土的机械。本文主要体现的是小型水泥搅拌机的传动 机构的分析设计以及强度的校核过程。 关键词：机构分析、传动设计、二级减速器； 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 abstract c o n c r e t e m i x e r i s t o h a v e a c e r t a i n m i x o f s a n d , s t o n e , c e m e n t a n d w a t e r i n t o a u n i f o r m m i x i n g o f m a t e r i a l s m e e t t h e q u a l i t y r e q u i r e m e n t s o f c o n c r e t e m a c h i n e r y . t h i s p a p e r r e f l e c t s a s m a l l c e m e n t m i x e r d r i v e m e c h a n i s m a n a l y s i s a n d d e s i g n a s w e l l a s t h e i n t e n s i t y o f t h e p r o c e s s o f c h e c k i n g k e y w o r d s ：i n s t i t u t i o n a l a n a l y s i s 、 t r a n s m i s s i o n d e s i g n 、 t w o r e d u c e r 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 1.引言 搅拌机在化工、建筑、食品、环保等工业生产中应用极为广泛。从其操作的作用 来看，搅拌可以促使两种或两种以上的物料相互分散，充分接触，进而达到密度场、 浓度场、温度场的均匀一致。 本次设计的水泥搅拌主要考虑的是机构传动的设计，还有主轴、齿轮尺寸的选择以及 强度校核，以及电动机功率的选择，传动比的分配，各个零件之间的链接以及匹配， 还有如何上料卸料等。 毕业设计是一次综合性的设计。 设计中需要结合大学四年中所学的相关课程的知 识，并且在课程设计的基础上拓展开来，综合所学的知识来考虑各种问题。首先的能 够分析课题最后想出方案实现传动和最后的搅拌动作， 然后使用 c a d 绘图绘制正确的 水泥搅拌机的装配图、零件图。最终能过清楚表达自己的设计意图。但由于专业知识 的缺乏，能力有限，要想设计一个复杂的水泥搅拌难以实现，所以我设计的搅拌机属 于日常比较简单的直立式小型搅拌机。如果在绘图和尺寸计算上有问题，希望老师给 予指出和指导。 设计中查阅了大量的文献资料以及各类有关的书籍， 并且得到了指导老师大力支 持与帮助，在此深表谢意。 1.1 背景技术 水泥搅拌机是建筑设备的重要组成部分，由于建筑事业越来越产业化，对搅拌机 的要求也越来越高， 传统搅拌机效率低， 运输不便， 上料出料麻烦， 搅拌量过于有限， 没有自动化控制系统，供水量不便于把握等一系列的不足，以及很难满足当今建筑产 业的发展，现在的建筑事业越来越对新型搅拌越来越渴求。随着科技水平的进步，发 达国家看到了水泥搅拌机落后的现在，正在极力推进搅拌机产业变革，正极力研究新 型搅拌机，比如高效搅拌机、新型立式可升降泥浆搅拌机、移动式自装料混凝土搅拌 机等。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 1.2 水泥搅拌机的功能以及原理 水泥搅拌机是用来混合各种砂浆、物料、水泥、粘合剂的搅拌设备，可广泛应用 在建筑砂浆混合、腻子粉混合、干粉涂料混合等领域。砂浆搅拌机的工作原理砂浆搅 拌机的核心搅拌部件是两个转子与螺旋带， 在砂浆搅拌机运行时， 两个转子同时转动、 方向相反。搅拌机内的物料在旋转运动的过程中还伴随有自身的滚动翻转。搅拌机两 个转子分别带动物料转动时，存在有交叉重叠区域，在这个区域内物料，无论形状大 小，都会因受到相互交错剪切的力而处于瞬间的失重状态。砂浆搅拌机的转子运动， 可以达到令物料全方位连续循环翻动而快速混合的效果. 搅拌机的结构特点砂浆搅拌 机为卧式筒体搅拌设备，内部设有两个反方向转子和内外两层的螺旋带，这种设计结 构令砂浆搅拌机获得了更佳的物料混合效果、更好的运行稳定性和更长的使用寿命。 搅拌机的螺旋带上可以安装刮板，以适应粘稠、糊状物料的搅拌工作。 1.3 我国水泥搅拌机的现状及种类 我国水泥搅拌主要以锥形反转出料搅拌机和各类搅拌车为主， 反转出料型是筒体两端 都敞着，一端正转进料，搅拌也正转，一端反转出料，这是目前国内主要的自落式机 型，经常能在小型建筑工地上见到。 根据搅拌机旋转轴的定位方式不同， 可以将间歇式搅拌机分为水平式、 倾斜式 （鼓 筒式搅拌机） 、垂直式（盘式或锅式搅拌机） 。 1 . 3 . 1 间歇式搅拌机 1 . 3 . 1 . 1 鼓筒式 鼓筒式搅拌机拌筒截面见图 1 - 1 ，搅拌叶片固定在可旋转的鼓筒内壁，鼓筒旋转 的过程中提升物料，搅拌筒每转一圈，被叶片提升到一定高度的物料将自落回拌筒底 部，如此循环。主要有 3 类：非翻转式鼓筒、反转鼓筒、翻转式鼓筒。非翻转式鼓筒 是固定的，骨料从投料端投入，从卸料端卸出，见图 1 - 1 。反转式搅拌机与非倾翻式 搅拌机相似，不同之处是，反转式搅拌机的入料与卸料口是统一的。反转式搅拌机一 般用于搅拌小于 1 m 3的混凝土；翻转式鼓筒搅拌机的 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 图 1 - 1 鼓筒式搅拌机 鼓筒倾角是可以变化的。搅拌过程中鼓筒轴线一般与水平线成 1 5 倾角，而在卸料 时鼓筒轴线向水平线负方向倾斜。倾翻式搅拌机是实验室和施工现场搅拌小批量（小 于 0 . 5 m 3 ）混凝土最常用的机型。 1 . 3 . 1 . 2 盘式 盘式搅拌机工作原理基本一致：物料在拌筒内受旋转叶片作用进行搅拌，刮料叶 片将拌筒内壁上的粘料刮去。图 1 - 2 给出了不同形式叶片和拌筒的组合情况，一种情 况是叶片旋转轴线与拌筒的轴线是重合的（单浆搅拌机) ；另一种情况是搅拌机的叶 片旋转轴线与拌筒的轴线有偏距( 行星式搅拌机和逆流式搅拌机) ， 这时叶片既绕自身 轴线旋转，同时又绕拌筒中心线旋转；还有一种情况是 2 根轴同步反向旋转( 双轴搅 拌机) ，在靠近拌筒内壁附近的叶片与轴线成一定角度，作用是将拌筒内壁上粘结的 物料刮去，并推向拌筒中心，以便与搅拌叶片产生冲击 4 。 图 1 - 2 盘式的不同叶片组合 1 . 3 . 2 连续式搅拌机 连续式搅拌机工作过程中骨料被持续加入拌筒以恒定速率进行搅拌、卸料。通常 具有螺旋带状的搅拌叶片， 鼓筒向下倾斜， 朝向卸料端， 搅拌时间取决于拌筒倾角 （通 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 常取 1 5 ）。适用于工作时间短、卸料时间长、施工现场偏远并且运输量较小的情 况，主要用于低坍落度混凝土( 如路面摊铺) 。 2.整体方案的分析和确定 2.1 搅拌机的选型 常见的水泥搅拌机主要有两种形式： 一、直立式小型搅拌机，如图 2 - 2 所示。 图 2 - 2 直立式小型搅拌机 该搅拌机体型小， 造价便宜， 适用于小型建筑工程， 但由于搅拌量有限， 生产效率低， 上料不方便，一般不在大型建筑工地使用。 二、锥型反转出料移动式水泥搅拌机。如图 2 - 3 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 图 2 - 3 锥型反转出料移动式水泥搅拌机 本机的主要特点有上料方便，搅拌量大，便于运输，适用于大型建筑工程，但供水控 制也不方便，传动结构复杂，造价高。 综上结合自身能力以及专业知识考虑，我所选择要设计的是第一种直立式小型搅拌 机。但同于第一种小型立式水泥搅拌机有一个致命的缺点- 底部容易堆积，于是通过 结构改良，设计了一种，适合小型规模生产的立式水泥搅拌机。装配图如下图 2 - 4 。 图 2 - 4 小规模立式水泥搅拌机装配图 2.2 传动机构分析 直立式小型搅拌机是一个组成比较简单的水泥搅拌机，它主要有以下几个部分组成： 搅拌锅、脚架、电动机、减速器、皮带轮、皮带、联轴器及搅拌叶片。所以其传动部 分的主要电动机皮带轮带皮带轮减速器主轴搅拌叶片。 以 这样的一个传动过程最终实现搅拌动作， 其传动简单高效。 由于电动机的转速比较高， 功率较大，所以在整个传动过程中一定得有个减速器，对于减速器我们大家多知道有 一级减速器和多级减速器，考虑到我所设计的搅拌机的电动机转速大概是 1 4 4 0转每 分钟，最终要达到主轴转速 3 0来转左右，所以减速器应该选择涡轮蜗杆传动或二级 减速器，对于涡轮蜗杆传动，考虑到对于搅拌机的变速不太适合，所以我选择二级减 速器， 二级减速器常见的主要有直齿圆柱齿轮二级减速器、 斜齿圆柱齿轮二级减速器。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 两者之间的区别在于斜齿圆柱齿轮的稳定性较好，传动平稳，但考虑到对于水泥搅拌 机没那么高的要求，所以我选择了用直齿圆柱齿轮二级减速器，然后直齿圆柱齿轮二 级减速器于主轴之间采用常用的联轴器链接，以下就是水泥搅拌机的机构传动简图; 如图 2 - 5 所示。 图 2 - 5 机构传动简图 2.3 执行机构分析 水泥搅拌机的执行机构主要的就是钢管和搅拌叶片， 通过电动机的带动最终使搅拌叶 片转动实现对混凝土的搅拌。 所以对于搅拌机的叶片主要考虑的问题就是空间分布问 题以及叶片的强度问题，还有问了实现搅拌叶片的平稳转动，还得考虑到链接以及一 些安装问题。对于叶片的空间位置关系，我采用是 9 0 夹角的空间位置关系，然后 每个离搅拌轴圆心的半径不一样，使其能达到充分搅拌的效果。如图 2 - 6 ： 图 2 - 6 搅拌叶片、叶片与连杆的连接 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 另外为了有足够的强度和刚度及连接方便连杆采用方形钢， 叶片与连杆之间采用螺钉 连接，四个连杆分别固定在两个圆盘上，同样采用螺钉连接。如图：2 - 7 图 2 - 7 连杆与旋转盘的固定 当然除了空间分布、刚度以及连接固定，执行件的转速也是很重要的，这就需要电动 机、减速器和皮带之间来调节。 2.4 最终方案的确定 经过对水泥搅拌机的类型、传动机构和执行机构的分析，最终我拟定了 如下方案： 方案 1 ：电动机皮带轮二级圆柱齿轮减速器搅拌轴，电动机 首先通过皮带轮一级减速， 再通过减速器经过二级减速将动力以及转矩传送 到搅拌轴上。 方案 2 ：电动机二级圆锥齿轮减速器搅拌轴，使用减速器直接 减速将动力以及转矩传送到搅拌轴上。 首先，已知各种传动的传动比 u ，圆锥齿轮传动单级传动比 u 常用 2 - 3 ；圆柱直 齿轮传动单级传动比 u 常用 2 - 5 ；皮带轮单级传动比 u 常用 2 - 4 。然后估算电动机至 搅拌轴之间的传动比， 初选同步转速为 1 0 0 0 r / m i n 的原动机， 搅拌轴转速为 3 0 r / m i n ， 则 u = 1 0 0 0 / 3 0 = 3 3 . 3 。 方案 1 使用皮带轮进行一级减速，使用二级圆柱齿轮减速器二级减速，电动机轴 与搅拌轴虽然在同一方向上，但电动机不直接连接减速器，同样可以避免安装分布范 围过大。同时其传动比 u 最大为 455 = 1 0 0 ，大于本次设计所需要的最大传动比。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 方案 2 中只使用二级圆锥齿轮减速器，第二级使用圆柱齿轮传动。优点在于圆锥 齿轮具有换向性，避免了电动机轴与搅拌轴在同一方向上，避免造成安装分布范围过 大。其传动比 u 最大为 35 = 1 5 ，远远小于 3 3 . 3 。 综上考虑，选择方案一是比较合理的，多级减速避免了一次性速度变化过大，而 且使用二级减速器照样可以达到电动机、主轴和减速器在同一方向上，只要到时候电 动机竖直放置即可。 3. 电动机及减速器的选型 3.1 电动机的选型 按工作条件和工作要求选用一般用途的 y 系列三相异步电动机， 它为卧式封闭结 构。 计算电机所需功率 dp ： 查手册第 3 页表 1 - 7 ： 1 带传动效率：0 . 9 6 2 每对轴承传动效率：0 . 9 9 3 圆柱齿轮的传动效率：0 . 9 6 4 联轴器的传动效率：0 . 9 9 3 5 叶片传动效率：0 . 9 6 ( 1 ) 搅拌轴的输出功率 初选电动机为 p = 5 k w kwkww52. 496. 099. 096. 05.5 2 3 2 21 = ( 2 ) 电动机的输出功率 p d / wd pp = 传动装置的总效率 81. 0 54 2 3 4 21 = 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 则 pd = p w / = 4 . 5 2 / 0 . 8 1 k w = 5 . 5 k w ( 3 ) 电动机额定功率的选择 由机械设计课程设计p 2 7 2 表 2 2 - 1 选取电动机额定功率 p w = 5 . 5 k w （4 ） 确定电机转速： 取 v 带传动比 i = 24 , 二级圆柱齿轮减速器传动比 i = 84 0 所以 电动机转速的可选范围是： min/7800480)4084230inrn=（）（ 总主轴电动机 符合这一范围的转速有：7 5 0 、1 0 0 0 、1 5 0 0 、3 0 0 0 根据电动机所需功率和转速查机械设计课程设计第 2 7 2 页表 2 2 - 1 有 4 种适 用的电动机型号如下表： 表 3 - 1 5 . 5 k w 搅拌机的不同型号 方案 电动机型号 额定功率 同步转速 r / m i n 额定转速 r / m i n 重量 总传动比 1 y 1 3 2 s 1 - 2 5 . 5 k w 3 0 0 0 2 9 0 0 6 4 k g 9 6 . 7 2 y 1 3 2 s - 4 5 . 5 k w 1 5 0 0 1 4 4 0 6 8 k g 4 8 3 y 1 3 2 m 2 - 6 5 . 5 k w 1 0 0 0 9 6 0 8 4 k g 3 2 4 y 1 6 0 m 2 - 8 5 . 5 k w 7 5 0 7 2 0 1 1 9 k g 2 4 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第 2 种方案比较合适，因此选用电动机型号为 y 1 3 2 s - 4 。 3.2 传动比的分配 电动机转速 1 4 4 0 r / m i n ，最终主轴转速 3 0 r / m i n ，所以总的传动比 4830/1440/= 轴 nnir / m i n 由于 v 带传动比 i = 2 - - - 4 ，所以取3= 带v i 则减速器的总出动比： 163/48i/iv 1 = 带 i 一级变速的传动比7 . 44 . 1 12 =ii 二级变速的传动比4 . 37 . 4/16/ 213 =iii 以上就是整个搅拌机传动比的分配。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 3.3 计算传动装配的运动和动力参数 ( 1 ) 各轴转速 假设电动机轴为 0 轴，减速器高速 1 轴，中间轴为 2 轴，低速轴为 3 轴，搅拌轴 4 轴。各轴转速为 no = 1 4 4 0 r / m i n n1= no / i1 = 1 4 4 0 / 3 = 4 8 0 r / m i n n2= n1/ i2= 4 8 0 / 4 . 7 = 1 0 2 . 1 / m i n n3= n2/ i3 = 1 0 2 . 1 / 3 . 4 = 3 0 . 0 2 r / m i n n4 = n3= 3 0 . 0 2 r / m i n ( 2 ) 轴输入的转矩 按电动机额定功率计算轴输入的功率 p 0= pd= 5 . 5 k w p= p 01= 5 . 5 0 . 9 9 = 5 . 4 5 k w p 2= 5 . 4 5 0 . 9 7 = 5 . 2 8 k w p 3 = 5 . 2 8 0 . 9 8 = 5 . 1 7 k w p 4 = p 3= 5 . 1 7 k w 轴转矩： m d d n p t9550= 5 . 36/9550 00 =npt d n m 5 .108/9550 111 =nptn m 8 .493/9550 222 =nptn m 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 6 . 1644/9550 333 =nptn m t4 = t3 = 1 6 6 4 . 6 n m 运动和动力参数结果如下表： 表 3 - 2 运动和动力参数表 项目 电动机 轴 减速器输入 轴 中间轴 输出轴 搅拌轴 转速 r / m i n 1 4 4 0 4 8 0 1 0 2 . 1 3 0 . 0 2 3 0 . 0 2 功率 k w 5 . 5 5 . 4 5 5 . 2 8 5 . 1 7 5 . 1 7 转矩 n m 3 6 . 5 1 0 8 . 5 4 9 3 . 8 1 6 4 4 . 6 1 6 4 4 . 6 传动比 i 3 4 . 7 3 . 4 1 效率 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 9 3.4 减速器的选择 3 . 4 . 1 减速器的分析 减速器是专用的是一种动力传达机构，它利用齿轮的速度转换器，将马达的回转 数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。而之前分析过了本次用于水泥搅拌 机的是二级圆柱齿轮减速器， 其主要的组成有减速器箱体、 高速轴、 中间轴、 低速轴、 、 高速轴大齿轮、高速轴小齿轮、低转速轴大齿轮、低转速轴小齿轮。 3 . 4 . 2 选择减速器应注意得问题 1 、尽量选用接近理想减速比： 减速比= 输入转速/ 输出转速； 2 、扭矩计算：对减速机的寿命而言，扭矩计算非常重要，并且要注意加速度的最大。 转矩值( t p ) ，是否超过减速机之最大负载扭力； 3 、减速机的适用性很高，工作系数都能维持在 1 . 2以上，但在选用上也可以根据自 己的需要来决定； 4 、输入轴直径不能大于提供的最大使用轴径； 5 、根据选择的机型号、负载转距、传动比、输出转速确定所需的电机规格； 规格选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。具体选择时从以下几 点考虑： 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 按机械功率或转矩选择规格（强度校核） 通用减速器和专用减速器设计选型方法的最大不同在于，前者适用于各个行业，但减 速只能按一种特定的工况条件设计， 故选用时用户需根据各自的要求考虑不同的修正 系数，工厂应该按实际选用的电动机功率（不是减速器的额定功率）打铭牌；后者按 用户的专用条件设计，该考虑的系数，设计时一般已作考虑，选用时只要满足使用功 率小于等于减速器的额定功率即可，方法相对简单。 通用减速器的额定功率一般是按使用（工况）系数 k a = 1 （电动机或汽轮机为原动机， 工作机载荷平稳，每天工作 3 1 0 h ，每小时启动次数5次，允许启动转矩为工作转 矩的 2倍） ，接触强度安全系数 s h 1 、单对齿轮的失效概率1 , 等条件计算确定 的。 所选减速器的额定功率应满足 p c= p2kakskrp n 式中 pc计算功率（k w ） ； pn减速器的额定功率（ k w ） ； p2工作机功率（k w ） ； ka使用系数，考虑使用工况的影响； ks启动系数，考虑启动次数的影响； kr可靠度系数，考虑不同可靠度要求。 目前世界各国所用的使用系数基本相同。虽然许多样本上没有反映出 k s k r 两个系 数， 但由于知己（对自身的工况要求清楚） 、知彼（对减速器的性能特点清楚） ，国外选型 时一般均留有较大的富裕量，相当于已考虑了 k r k s 的影响。 由于使用场合不同、重要程度不同、损坏后对人身安全及生产造成的损失大小不 同、维修难易不同，因而对减速器的可靠度的要求也不相同。系数 k r 就是实际需要 的可靠度对原设计的可靠度进行修正。 它符合 i s o 6 3 3 6 、 g b 3 4 8 0 和 a g m a 2 0 0 1 b 8 8（美 国齿轮制造者协会标准）对齿轮强度计算方法的规定。目前，国内一些用户对减速器 的可靠度尚提不出具体量的要求，可按一般专用减速器的设计规定（s h 1 . 2 5 ，失效 概率1 / 1 0 0 0 ） ，较重要场合取 k r = 1 . 2 5 = 1 . 5 6 左右。 因此本次设计中 pc= p2kakskr= 1 . 120 . 81 . 2 5 = 2 . 2 k w pn 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 故选取额定功率为 2 . 2 k w 的减速器。 . 热平衡校核 通用减速器的许用热功率值是在特定工况条件下（一般环境温度 2 0 ，每小时 1 0 0 , 连续运转、功率利用率 1 0 0 ） ，按润滑油允许的最高平衡温度（一般为 8 5 ）确 定的。条件不同 时按相应系数（有时综合成一个系数）进行修正。 所选减速器应满足 pc t= p2ktkwkppt 式中 pc t计算热功率（k w ） ； kt环境温度系数； kw运转周期系数； kp功率利用率系数； pt减速器许用热功率（k w ） 。 因此本次设计中 pc t= p2ktkwkp= 1 . 10 . 911 . 5 = 1 . 4 8 5 k w . 校核轴伸部位承受的径向载荷 通用减速器常常须对输入轴、 输出轴轴伸中间部位允许承受的最大径向载荷给予 限制，应予校核，超过时应向制造厂提出加粗轴径和加大轴承等要求。 4.链接部分以及其他零件设计 4.1 主要部分连接固定设计 水泥搅拌机是一个装配体，其主要由搅拌机机架、搅拌叶片、主轴、减速器、电动机、 皮带轮。每个部分多是按照一定的要求连接固定的，最终达到整个搅拌机实现搅拌动 作。 所以只有合理的设计各部分的连接和固定才能实现搅拌动作。 机械链接有两大类： 一类是机器工作时，被连接的零件可以有相对运动的链接，称为机械链接，如机械原 理课程中讨论的各种运动副；另一类则是在机器工作时，被连接的零件间不允许产生 相对运动的链接，称为机械静链接。 那么个部分怎么连接的呢，下面来依次分析，首先搅拌叶片与主轴之间采用的是螺纹 连接，如图 4 - 1 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 图 4 - 1 主轴与旋转装置的链接 这样既可以方便安装拆卸，也有很强的预紧防松作用。 主轴与减速器的链接方式，由于是两个竖直轴之间的链接，所以我们采用联轴器 链接，但由于机器的工况各异，因而对联轴器提出了各种不同的要求，如传递转矩的 大小、转速高低、扭转刚度变化的情况、体积大小、缓冲吸震能力等，为了适应不同 的要求，联轴器有很多类型，那到底选择哪个呢，综合考虑我选用的是凸缘联轴器， 如图 4 - 2 图 4 - 2 联轴器简图 上下联轴器之间采用的双头螺柱链接，轴与联轴器之间采用键链接。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 考虑到机架是不需要拆卸的， 而且还需要很强的强度和刚度所以机架采用的是焊 接，其他部分采用螺纹链接。 4.2 卸料装置 搅拌机的卸料装置主要采用的是手摇方式，通过手柄摇动使阀门打开如下图状态，然 后使电动机反转把混泥土转出搅拌锅，从而实现卸料的过程，手柄与阀门之间采用螺 母链接固定。 图 4 - 4 卸料装置 4.3 搅拌轴的设计及其结果验证 4 . 3 . 1 搅拌轴外形结构装配方案设计 轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置和形式；轴上安装的零件的类 型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向、及分布情况；轴的 加工工艺等；由于影响轴的结构因素较多，且其结构形式又要随其具体情况的不同而 异， 轴是没有标准的结构形式。 设计时， 必须针对不同的情况进行具体的分析。 但是， 不论何种具体条件，轴的结构应该满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置：轴上 的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 图 4 - 6 搅拌轴 根据传动简图，搅拌轴上装有联轴器，轴承端盖，轴承，旋转盘依次从轴的右端向左 端安装，挡油环左轴承从左向右装入。轴与联轴器之间采用键链接，所以在轴上挖键 槽， 同样轴上端也挖有键槽便于与搅拌钢管之间的固定， 同时为了防止钢管上下跳动， 轴上还有螺纹预紧。 4 . 3 . 2 搅拌轴的材料选择 和结构设计 由机械设计表 1 0 - 1 选择 4 5 号钢，调质处理，硬度 2 1 7 - 2 5 5 h b s , 由机械设计 表 1 5 - 3 查得 4 5 号钢取 a o = 1 1 2 , 由 p = 5 . 1 7 k w , n = 3 0 . 0 2 r / m i n 式中：p - - 轴所传递的功率，k w n - - 轴的转速，r / m i n a - - 由轴的许用切应力所确定的系数 得 d 5 6 . 7 2 m m 轴最小端安装联轴器，考虑补偿轴的可能位移，选用弹性柱销联轴 器，查 g b 5 0 1 4 - 8 5 选用 h l 3 弹性柱销联轴器，标准孔径 d = 6 0 m m ，即轴伸端直径 d 1 = 6 0 m m 。 如图 4 - 6 ，从左到右长度分别为 l 1 到 l 7 , 直径分别为 d 1 到 d 7 。联轴器的计算转矩 tkt aca =。 n p t9550000= 由机械设计表 1 4 - 1 查得 k a= 1 . 7 得 t = 2 7 9 5 9 6 8 n . m m 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 按照计算的转矩 t ca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准 g b / t 5 0 1 4 - - 2 0 0 3 或手册， 选用联轴器转矩 2 8 0 0 0 0 0 n . m m 联轴器的孔径 d = 6 0 m m ，故取 d 1 = 6 0 m m ，半联轴器的长度 l = 1 0 0 m m 1 ）为了满足联轴器的轴向定位要求，第 1 轴端需制出轴肩，故取第 2 端的直径 d 2 = 8 0 m m ；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 d = 8 0 m m ，半联轴器与轴配合 的縠孔长度 l = 4 5 m m ，为了保证轴挡位圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故 第一段的长度 l 1 应比 l 稍短，取 l 1 = 4 2 m m 。 2 ）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆 锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d 3 = 6 0 m m ，由轴承产品目录中的初步选择取 0 基本 游隙组、标准精度的单列圆锥滚子轴承 3 0 2 0 9 ，其尺寸为 d * d * t = 6 08 52 0 . 7 5 , 所以 d 3 = 6 0 m m ，l 3 = 2 0 . 7 5 m m 。 3 ）右端滚动轴承采用轴肩进行定向定位。由手册上查的 3 0 2 0 9 型的定位轴肩高 度 h = 2 . 5 m m ，因此取 d 4 = 7 2 m m ，考虑的搅拌机搅拌锅的高度以及上面盖板的厚度等， 取 l 4 = 2 7 0 m m 。 4 ）因为轴套的高度为 1 5 m m ，直径为 4 5 m m ，所以 d 5 = 8 0 m m ，l 5 = 1 5 m m 。 5 ）因为上轴承盖的高度为 2 5 m m ，滚子轴承的高度为 2 0 m m ，上盖板与轴承盖的距 离为 3 0 m m ，所以 l 6 = 7 5 m m ， 直径等于轴承直径，所以 d 6 = 4 0 m m 。 7 ）最后一段存在轴肩定向定位，由于轴肩定向高度 2 . 5 m m ，所以取 d 7 = 3 5 m m ， 考虑到上盖板高度，螺母的高度等取 l 7 = 6 2 m m 4 . 3 . 3 输出轴的强度校核 计算搅拌架受力 转矩 t 4 = 9 5 5 0 * p/ n = 3 8 8 . 8 n m 搅拌架切向力 ft 1= 2 t1/ d1= 23 8 8 . 8 / 6 01 0 - 3 n = 1 2 9 6 n 搅拌架径向力 fr 1= ft 1t a n= 1 2 9 6t a n2 0n = 7 1 . 3 n 搅拌架轴向力 fx= ft 1t a n= 0 轴的受力简图 如图 5 ( a ) 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 计算支承反力 如图 5 ( b ) 及（d ） 水平平面：fh 1= ( f d / 2 + 6 5 fr) / 1 2 5 = 3 7 . 1 n fh 2 = fr - fh 1 = 7 1 . 3 - 3 7 . 1 = 3 4 . 2 n 垂直平面：fv = fv = ft 1 / 2 = 1 2 9 6 / 2 = 6 4 8 n 绘制弯矩图 水平平面弯矩图 如图 5 ( c ) b 截面 mhb1= 6 5 fh 1= 2 4 1 1 . 5 n m m mhb2= mbh1 -fd / 2 = 2 4 1 1 . 5 n m m 垂直平面弯矩图 如图 5 ( e ) m v b = 6 5 fv = 6 56 4 8 = 4 2 1 2 0 n m m 合成弯矩图 如图 5 ( f ) mb 1= 4 2 1 8 8 . 9 n m m mb 2= mb 1= 4 2 1 8 8 . 9 n m m 绘制转矩图 如图 5 ( g ) t4 = t3 = 3 8 8 8 0 0 n m m 绘制当量弯矩图 如图 5 ( h ) 单向运转，转矩为脉动循环，= 0 . 6 t = 0 . 63 8 8 8 0 0 = 2 3 3 2 8 0 n m m b 截面 mb 1= 2 3 7 0 6 4 n m m mb 2= 2 3 7 0 6 4 n m m a 截面和 i 截面 me a= me t= t = 0 . 63 8 8 8 0 0 = 2 3 3 2 8 0 n m m 分别校核 a 和 b 截面 da= 5 6 . 7 2 m m db= 7 2 m m 考虑键槽，d a = 1 0 5 %5 6 . 7 2 = 5 9 . 2 m m ，d b = 8 0 m m 。实际直径为 6 0 m m 和 8 0 m m ，强度足够， 设计无需修改。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 图 4 - 7 轴的强度校核 5