机电产品创新设计

1、机电产品创新训练任务书姓名： 学号： 指导老师： 时间：学院：飞行器工程学院目录1、引言 32、创新方案的提出 4-53、产品概念以及原理介绍 5、产 品 原 理 图 -6、零、部件草图 - -6-9- 204、产品具体参数及结构计算 9-195、实训总结与心得 6、参考资料及文献 7、附录：运动简图1. 引 言-21为期两周机电产品创新实训拉开了帷幕， 我们小组经过三次小组 会议讨论， 总共规划了三种方案， 经过与老师的讨论和论证， 最 终确定创新产品为“多功能行星轮搅拌机” 。经过分工与讨论， 初步确定了机构的原理图，并且设计出了整套传动机构的方案， 并且论证了其可行性，符合机电产品创新设

2、计要求。小组成员：组长： 组员：2. 方案提出：在现今日益发展当今社会， 到处林立着高楼大厦， 而在混凝土结 构中，混凝土的制造工艺和水平，往往直接影响着房屋结构的质量， 而在混凝土的制造中，混凝土搅拌机的性能，起着决定性的作用。一方面，旧式搅拌机在结构设计上有很多不合理之处： 1 ) 结构 型式过于粗糙， 传动支架与上横梁采用灰口铸铁， 这种薄壁支架强度 低，在复杂的施工现场极易在碰撞中断裂， 没有配件则整机瘫痪。 2 ) 皮带轮安装在传动支架内部轴承座与上横梁之间， 而上横梁与支撑架 为螺栓连接， 这种不稳定的支架结构对设备损害极大， 两轴承之间的 纵向位移将使轴卡死或损失动力能。 对于常

3、规单铲叶片式搅拌机， 在 冲击载荷大和单纯双螺带式搅拌装置中易出现“ 抱轴”现象，这会 会严重影响电动机的工作，甚至出现烧毁电动机的事故。另一方面， 尽管搅拌机的种类繁多， 但目前使用最多的是带有一 个或两个固定在垂直轴上的三叶螺旋桨搅拌机。 这种螺旋桨搅拌机旋 转时，形成沿搅拌容器的内壁由下向上和中心由上向下的连续翻转液 流同时悬浮体还进行旋转运动。搅拌机运行时，在螺旋桨与搅拌容 器的底部之问， 构成一个搅拌强度最小的区域因此， 需要较长时间才 能达到必要的混合质量， 从而浪费了电能， 降低了搅拌机的工作效率。所以在这基础上，我们创新开发了“新型多功能行星轮式搅拌 机”，这种新式搅拌机主搅拌

4、轴由行星轮带动，可根据需要选用单个 或者多个搅拌轴（即加装行星轮） ，可以达到充分混合物料的目的， 而另一个创新之处， 在于利用电动机输出的动能， 链接到一个竖直方 向上的副搅拌机构， 可以最大限度的减小搅拌低强度区域， 最大限度 的使物料混合均匀。3. 产品概念及原理依据GBJ107-87混凝土强度检验评定标准，混凝土的标号和强 度必须达到一定要求，这就决定了混凝土搅拌机的结构和混合效果。 所以我们为了使混凝土的搅拌效果更加合理均匀，并且能够符合 GBJ107-87的要求，在现有的搅拌机基础上，改进设计了此款新型多 功能行星轮式搅拌机。产品的设计理念是基于在充分利用电动机动能的情况下，使得搅

5、 拌效果达到最大化，并且能够有效的避免“抱轴”现象的出现，而且 能够在副搅拌机构的辅助下， 更加充分的将混凝土搅拌均匀。 此产品 不仅可以很好的利用能源， 而且能将混凝土的生产提高效率， 在同等 条件和水品下，能够加工质量更加优良的混凝土。. 产 品 原 理 图零、部件草图（1）V 带：（小带轮工程图） （ 大带轮工程图 ）（ 2）蜗杆传动装置：（蜗杆工程图） （蜗轮工程图） （3）行星轮：4. 产品具体参数及结构计算： 一、输入机构：（电动机的选用） 电机频率： 40Hz 电机额定电流：电机工作电压： 380V电机转速： 2400r/min电机功率：二、主搅拌机构设计：（ 一 ） 行星轮设计

6、尺寸：电动机功率Pi=,转速ni=2400 r/min，载荷平稳单向回转。1. 根据行星轮系中心轮 1 与行星架 H 的相对转速关系：ni=N=2400r/min 同时 nh=1/4N（即 ni=4n）（n1-n H）/（n 3-n H）=-z 3/z 1 令 n1=4nH， n3=0， z1=30, 得 z3=90。2. 根据行星轮同轴条件 mz3/2=mz2+mz1/2由 Zi=30,Z3=90 得 Z2=303. 根据行星轮系中心轮1与行星轮2的相对转速关系:(ni-nH)/(n 2-n h)=-z 2/z 1代入 zi =30,Z2=30,ni=4nH得，n2=-2nHnH =600r

7、/min,方向与ni相同n2=1200r/min，方向与ni相反4. 模数的确定：(1) 选择材料及确定需用应力：1 轮用 40MnB调质，齿面硬度 241286HBS Hiim1 730MPa， fe1 600MPa2 轮用 40MnB调质，齿面硬度 241286HBS Him2 730MPa，fe2 600MPa3 轮用 ZG35SiMn齿面硬度 241269HBS Hlim3 620MPa， fe3 510MPa 由表 11-5，取 S=，S二，(2) 按齿面接触强度设计：设齿轮按6级精度制造。取载荷系数K=，齿面系数 d=, 1齿轮上 的转矩664Ti=X 10 X P/n 1=X 1

8、0 X 2400N m=X 10 N m取 Ze=1883 2 1.3 4.18 104 218822.56640.8暂取 d1=105mm又齿数乙=15,模数 m=d 1/z 1=105/15=齿宽 b= ddi=x 105mm=84mn取 bi=84mm b2=84mmd1=105mm,d2=105mm中心距 a 1，2=d1+d2/2=105mm又 z3=90， m=， d3=mz3=315mm中心距 a 2,3=(d2+d3)/2=210mm(3) 验算轮齿弯曲强度齿形系数 YFa1=， YSa1=Y Fa2=， YSa2=YFa3= ， YSa3=由式( 11-5)2(T F1= (

9、T F2=2KTYFalYSal/bm Zl=2 xxx 104xx( 84xx 30) MPa=v t Fi=480MPaT F3=T F2YFa3YSa3/YFa1YSa1=xxx= v T F3=408MPa(4) 齿轮的圆周速度v=n dn/60 x 1000=x 105x 2400/60 x 1000m/s=s对照表 11-2 可知选用 6 级精度是合宜的*ha=ha m hf=( h a +c)m*又 ha =， c =得 h a=m, h f = dai=di+2ha=105+2x =112mmdfi =di-2hf=x =da2=105+2x =112mmdf2 = x =da

10、3=315+2X =322mmdf3 = x =（二）搅拌刀头的选用：根据使用功能的不同，可以选用多种不同的刀头，以实现多功能的 效果：如图所示：三：副搅拌机构设计：（一）、V带结构设计1、带型的确定由Pc 10.5Kw, ni 2400r/min,在结合表13-5，选取B型带确定带轮得基准直径di并验算带速V（1）、初选小带轮得基准直径d1.由书本表13-9可知d1应不小于125mm现取d1 = 140mm再由表13-9 取d2=425mm（2）、验算带速vdg140 2400由 V _17.6m/s60 1000 60 1000在5: 25m/s之间，因此符合要求2、确定中心距，确定中心距

11、 a 和基准长度 Ld（1）、 a0 1.5 d1 d2 1.5 140 425 847.5mm取 a0 850mm 且符合 0.7 d1 d2 a0 2 d1 d2 由式（ 13-2 ）得带长查表 13-2 ，对 B 带选用 Ld 2800mm（ 3）、 验算小带轮上的包角（ 4）、 确定带得根数 z由 n1 2400r /min ， d1 140mm查表 13-3 得 P0 3.70Kw , 且 i=3故查 13-5 得 P0 0.76Kw 再由 163o查表 13-7 得 K 0.95查表 13-2 得 K L 1.05取代根数 Z=3综上所述：d1d2Ld140425280094533

12、轴的设计轴的材料的选择轴选用 45 号钢轴尺寸的选择轴径 dmin 1103vP/n x =110x 3800x =取 ds=30mm4带轮结构设计带轮材料的选择：v=s120故 选取 腹板式结构及尺寸如下：f=14 =34o ha=4 e= hf=11b0=15 h=11 dh=60 d r=100大轮： d2=425350故 选取 轮辐式结构及尺寸如下：f=14 =38o ha=4 e= hf=11b0=15 h=11 dh=60 d r=375(二)涡轮蜗杆结构设计电动机功率Pi = ,转速ni=800r/min，传动比i=25，载荷平稳单 向回转。1 、选择材料并确定其许用应力蜗杆用4

13、5钢，表面淬火，硬度为4555HRC蜗轮用ZCuAI10Fe3, 砂模铸造。(1) 许用接触应力，查表12-4得(T H=200MPa;(2) 许用弯曲应力，查表12-6得(T F=80MPa2、选择蜗杆头数 z1 并估计传动效率由 i=25 查表 12-2，去 zi=2，贝卩 Z2二izi=25X 2=50;由zi=2查表12-8，估计 0.8。3. 确定蜗轮转矩 T24. 确定使用系数 kA 、综合弹性系数 zE取kA二；取ze=150 (钢配锡青铜)5确定接触系数 zP假定 d1/a=, 由图 12-11 的 zP=6. 计算中心距 a7. 确定模数m蜗杆头数Z2,蜗杆直径系数q,蜗杆导

14、程角丫，中心 距 a 等参数由式 12-10 得d i = x m=(2a-di) /z 2=(2 x /50mm=由表 12-1 ,若取 m=8m,mq=10, d1=80mm,由式( 12-4 )a= (q+Z2)=x 8x( 10+50) mm=240mm导程角 arctan0.2 11.3099o8. 校核弯曲强度( 1 )蜗轮齿形系数由当量齿数3 3zv=z2/ ( cos ) 3=50/( ) 3=53查图 11-8 得 YFa2=( 3) 蜗 轮齿根弯曲应力弯曲强度足够圆柱蜗杆传动各几何尺寸： 齿顶高，齿根高： ha=m=4mm hf=蜗 杆 齿 顶 圆 直 径 ， 蜗 轮 喉

15、圆 直 径 ： da1=m(q+2)=96mm, da2=m(z2+2)=416mm齿根圆直径： df1 =m=, d f2=m=蜗杆轴向齿距：Rd=R2=R= n m=径向间隙 c=中心距 a=240mm(三)槽轮的主要参数是槽数 Z 和拔盘圆销数 K 为了让槽轮在开始和终止转动时的瞬时角速度为零， 以避免圆销和槽 发生撞击，圆销进入或脱落径向槽的瞬时，槽的中心线应相互垂直。设Z为均匀分布的径向槽数目，则槽轮 2转过2 2=2 n /Z弧度时， 拔盘 I 的转角 2 i二 n -2 2= n -2n /Z=90在一个运动循环内，槽轮 2 的运动时间 T1 对拔盘 I 的运动时间 T 之 比T

16、称为运动特征性系数。当拔盘 I 等速转动时，这个时间之比可用转角 之比来表示。t =tm/t=2 i/2 n = (z-2) /2z=1/4设均匀分布的圆销数目为 K则一个循环中，槽轮2的运动时间为只有 一个圆销时的K倍，t =K (z-2) /2zv 1,所以 Kv2z/ (z-2) =4 一次满足条件 附图：副搅拌机构：5. 实训总结与心得： 此次多功能搅拌机的设计涉及到行星轮， V 带，蜗杆传动以及间歇 机构等机械结构。 这个实践一开始时我们想到了一个行星轮的减速装 置，利用行星轮控制正反转， 后来发现想要实现这一方面的问题有些 困难。于是进行了一些拓展思考， 最终将方案定为搅拌机方面的

17、创新， 在装置中连接一个间歇机构实现搅拌机内搅拌物品的上下翻转， 这样 就加上了一个 V 带传动，一个蜗杆传动以及一个槽轮机构利用这些 机构实现了所设计搅拌机的上下翻转功能， 这样一个可以在 xoy 平面 做旋转的同时实现在 xoz 平面旋转的新型搅拌机就出世了。同时在这次实践中我获益颇多：首先此次创新设计拓展了自己的 知识面，也培养了我们敢想，敢说，敢做的意识，这些对自己的创新 思维有着很大的帮助， 对于创新思维有着一些浅显的认识， 自己也能 够做出一些简单的创新！同时对一些简易的机械机构都有了一些了 解，并掌握了这些机构各自在机械中的具体作用， 在具体的设计过程 中进一步加深了对所学课程的一些理解， 对行星轮及蜗杆机构各尺寸 参数的选取都能明了。 对于书本上讲解不怎么详细的间歇机构也有了 一定的了解！ 由于时间的关系可能各机构间的衔接还略有不足。 这次 创新实践在各组员之间的配合完成了， 我觉得这很好的培养了我们