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： 2011.01.11 学院：飞行器工程学院目录1、引言 2、创新方案的提出 3、产品概念以及原理介绍3.1 、产 品 原 理 图 3.2 、零、部件草图 34-55- -6- -6-99-194、产品具体参数及结构计算-215、实训总结与心得 6、参考资料及文献 - 207、附录：运动简图1.引言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

2、，符合机电产品创新设计要求。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

3、失动力能。 对于常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

4、种新式搅拌机主搅拌轴由行星轮带动，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

5、的情况下，使得搅 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。3.1.产品原理图翻料棒装料斗PZ/ILXJI3.2零、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:行星架秤行星轮2固定轮3人阳轮14. 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：19.2A电机工作电压：380V电机转速：24

6、00r/mi n电机功率：10.5KW二、主搅拌机构设计：（一）行星轮设计尺寸：电动机功率R=10.5kW,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：n1=N=2400r/min 同时 nh=1/4N（即 n1=4n）（n1-nH）/（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mz/2=mz2+mz/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 2z 1代入 zi=30

7、,Z2=30,ni=4nH得，n2=-2nH nH =600r/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 h 730MPa， fe1 600MPa2 轮用 40MnB调质，齿面硬度 241286HBS Him2 730MPa，f 600MPa3 轮用 ZG35SiMn齿面硬度 241269HBS Hlim3 620MPa， fe3 510MPa由表 11-5，取 Sh=1.1，S=1.25，H1H2汙罟MPa 664MPaH3竺MPa1.1564MPaF1F2旦 MP

8、a 480MPaSF1.25彳0 MPa 408MPa1.25(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=1.3，齿面系数 d=0.8 , 1齿轮上的转矩664T1=9.55 X 10 X P/n1=9.55 X 10 X 10.5/2400 N m=4.18 X 10 N m取 Ze=1882KTi u 1 di :2ZeZh321.3 4.18 104 2 188 66420.8=52.5mm 暂取 d1=105mm又齿数乙=15,模数 m=d 1/z 1=105/15=3.5mm齿宽 b= dd1=0.8 x 105mm=84mm取 b1=84mm b2=84mm

9、d1=105mm,d=105mm中心距 a 1, 2=d1+d2/2=105mm又 Z3=90, m=3.5mm d3二mz=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=2.6，Ysa1=1.63Y Fa2=2.6，Ysa2=1.63YFa3=2.23，Ysa3=1.8由式(11-5)2(T F1= (T F2=2KTYFa1YSa1/bm Z1=2 x 1.3 x 4.18 x 104x 2.6 x 1.63/ (84x 3.5 2x 30) MPa=14.9MPa v t F1=480MPa(T F3= (T F2YFa3YSa

10、3/YFalYsa1=14.9 X 2.23 X 1.8/2.6 X 1.63MPa=14.1MPa v t F3=408MPa(4 )齿轮的圆周速度v=n dini/60 X 1000=3.14 X 105X 2400/60 X 1000m/s=13.2m/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*=1.0，c*=0.25 得 h a=m, h f=1.25mda1=d1+2ha=105+2X 3.5mm=112mmdf1 =d1-2hf=105-2.5 X 3.5mm=96.25mmda2=105+2X 3.5mm=112mmd

11、f2 =105-2.5 X 3.5mm=96.25mmda3=3 1 5+2X 3.5mm=322mmdf3 =315-2.5 X 3.5mm=306.25mm(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：:副搅拌机构设计:卞 n1- Fi ftih（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di.由书本表13-9可知di应不小于125mm现取d1 = 140mmd2 i d1 13 140 (1 0.02)

12、 411.6mm再由表13-9 取d2=425mm(2) 、验算带速vdg140 2400由 V 口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 a和基准长度Ld(1 )、a0 1.5 d d21.5140 425847.5mm取 a850mm且符合0.7d1d2a0 2 d1 d2由式(13-2)得带长L 2a。d1 d2d1 d224a2610mm查表13-2，对B带选用Ld2800mmLd La a0945mm2(3) 、验算小带轮上的包角o d1 d257.3 o o .1180-163120 (合适)(4) 、确定带得根

13、数z由 n12400r / min ， d1140mm查表 13-3 得 P。3.70 Kw ,且 i=3 故查 13-5 得 F00.76Kw再由 163o查表13-7得K 0.95查表 13-2 得 Kl 1.05PcPPoKKL取代根数Z=3di 140d2425综上所述:Ld 2800a 9453. 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 11039/n x 1.03=110 x 3V10.6/800X 1.03mm=26.0mm取 ds=30mm4. 带轮结构设计带轮材料的选择：v=17.6m/s120故 选取 腹板式结构及尺寸如下：f=14 =34o h

14、a=4 e=19.5 hf=11b0=15 h=11 d h=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=19.5 hf=11b0=15 h=11 d h=60 d r=375(二) 涡轮蜗杆结构设计电动机功率 P1=10.5kW ，转速 n1=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45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=80

15、MPa2、选择蜗杆头数 z1 并估计传动效率由 i=25 查表 12-2，去 Z1=2，贝卩 Z2二iz1=25X 2=50;由Z1=2查表12-8，估计0.8。3. 确定蜗轮转矩 T2T2 9.55 106P9.55 106P 丄n2n19.55 106 10.5 0.8 竺“ mm 8002506875 N mm4. 确定使用系数kA、综合弹性系数Ze取kA=1.1 ;取ze=150 (钢配锡青铜)5. 确定接触系数zp假定 di/a=0.4,由图 12-11 的 Zp=2.86. 计算中心距aa2506875150 2.8 mm200236.73mm7. 确定模数m,蜗杆头数Z2,蜗杆直

16、径系数q,蜗杆导程角丫，中心 距a等参数由式12-10得d 1 0.68a0.875 =0.68 x 236.730.875mm=82mmm=(2a-d1)/z 2=(2 x 236.73-82)/50mm=7.8mm由表 12-1，若取 m=8mmq=10, d=80mm由式(12-4)a=0.5m (q+Z2) =0.5 x8x( 10+50) mm=240mm236.73mm导程角arcta n0.2 11.30998.校核弯曲强度(1)蜗轮齿形系数由当量齿数33Zv=Z2/ (cos ) =50/ (COS11.3099 ) 3=53查图 11-8 得 YFa2=2.35(3) 蜗轮齿

17、根弯曲应力(5J YFa2d1d2mcosMPa1.53 1.1 2506875 2.3580 400 COS11.309979MPa F 80MPa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 h=1.2m=4.8mm蜗杆齿顶圆直径，蜗轮喉圆直径：da1=m(q+2)=96mm,da2=m(z2+2)=416mm齿根圆直径：df1 =m(q-2.4)=60.8mm, d f2 =m(z2-2.4)=380.8mm蜗杆轴向齿距：Fa1=R2=R= n m=25.13mm径向间隙 c=0.20m=1.6mm 中心距a=240mm(三) 槽轮的主要参数是槽数Z和拔盘圆销数

18、 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Ti对拔盘I的运动时间T之 比T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，