多功能涂料搅拌机设计

1、第1章绪论建筑涂料对建筑物不仅起装饰和保护作用，并有质轻、安全、施工简便、工效高、工期短、维修更新方便，造价较低等优点，在建筑工程、市政建设、工业建设中，是一类应用十分广泛的建筑装饰材料。建筑涂料是涂料工业的重要组成部分，其品种繁多，主要包括内。外墙涂料，地面涂料、顶棚涂料、门窗涂料、防火涂料以及其他功能性的涂料等。它发展品种的多少、质量的优劣，档次的高低，对美化城乡居民住宅，改善城乡环境有着十分重要的意义。随着中国涂料生产能力的提高，加之采用建筑涂料进行外墙装饰的高级饭店、重要工程和民用住宅小区日渐增多，并开始形成大面积应用之势；这就给生产涂料加工机械的企业带来了商机。也不列外的多功能涂料生

2、产设备的需求也会随着市场而加大，并且对它的性能要求更高，这就有利于新的更完善的产品的问世创造了有利的条件。多功能涂料生产设备有着广阔的发展空间，不仅仅是市场推动其发展，而且新材料、新工艺的产生，必将对化工设备要求更高，所以对多彩涂料生产设备的研究和创新有着重要的意义。1.1 毕业设计的目的经过对本课题的研究与分析，本毕业设计的目的大致如下：(1)综合运用机械设计课程和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固加深和拓宽所学的知识。(2)通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。(3)通过设计计算、绘图以及

3、运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。1.2 毕业设计的内容设计一台用于生产乳胶漆和多彩涂料的生产设备，完成总装图和规定的零部件图，并写出说明书。设计要求：方案可行，结构合理，经济实用。1.3 毕业设计中应注意的问题在进行毕业设计的过程中，有以下几个问题值得注意:(1)机械设计毕业设计是在教师指导下由我们自己独立完成的，也是对我们进行的第一次较全面的设计训练。我们应明确设计任务，掌握设计进度，认真设计。每个阶段完成后要认真检查，提倡独立思考，有错误要认真修改，精益求精。(2)毕业设计进程的各阶段是相互联系的。设计时，零部件的结构尺寸不是完全由计算确定的，

4、还要考虑结构、工艺性、经济性以及标准化、系列化等要求。由于影响零部件结构尺寸进行必要的修改。所以，毕业设计要边计算、边绘图，反复修改，设计计算和绘图交替进行。(3)学习和善于利用长期以来所积累的宝贵设计经验和资料，可以加快设计进程，避免不必要的重复劳动，是提高设计质量的重要保证，也是创新的基础。然而，任何一项设计任务均可能有多种决策方案，应从具体情况出发，认真分析，既要合理的吸取，又不可盲目的照搬、照抄。(4)在设计中惯彻标准化、系列化与通用化可以保证互换性、降低成本、缩短设计周期，是机械设计应的原则之一，也是设计质量的一项评价指标。在毕业设计中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规范，尽量采用

5、标准件，并应注意一些尺寸需圆整为标准尺寸。同时，设计中应减少材料的品种和标准件的规格。17第2章方案拟定2.1设计思想设计的产品应满足如下条件：制造一个由电动机驱动，搅拌轴转速范围在3,01000r/min,而且有无级调速控制装置和升降装置；搅拌容器的容积在0.20.5m,有加热功能，卸料方便。整台多彩涂料生产设备要有经济使用，工作时能稳定，操作方便等特点。本课题是多功能涂料搅拌机设计，主要部分是丝杠式升降和高速传动部分。因此，首先要解决的是丝杠和锥齿轮部分的设计计算和校核。它应是整个毕业设计的重点和难点。利用人操作摇杆带动锥齿轮转动从而带动丝杠上升或下降，从而达到搅拌轴的上升或下降。初次验算

6、功率能否满足要求载荷M三100KG升降时间tM150s计算功率P时考虑到操作者的功率所能达到的值。取M-100KGm=120Kg,t-150s1P=FVt=：1001209.818W150人的功率值P1:人站在工作台上摇动摇柄，v<1m/s,作用力=100N取'=0.5m/sPi=Fi9.80.5=49W所以，PiP满足要求。2.2方案的初步确定：万案一：电动机驱动带轮，通过v带传递到搅拌轴；安装有变频调速控制柜，实现了搅拌轴的转速变化（范围在01000r/min）;与方案二不同的是利用锥齿轮的转动带动丝杠的上下移动，通过安装导套实现对平台的升降（范围0.51m）;其它装置基本相

7、同。由于不同涂料的分散时温度不同，在搅拌容器的搅拌桶上安装热电偶，热电偶对油加热同时通过温度计的指示控制加热的温度。万案一：与方案一不同的是利用手动油压泵给液压千斤顶注油实现搅拌叶的升降（范围0.51m）,在顶的柱塞安装导向装置和锁紧装置。其它装置基本相同。对两个方按比较：方案（一）结构简单，利用传统的丝杠传动，易生产、替换等，便于一人单独操作，但不易自动化。方案（二）液压系统传动动作比较平稳，惯性小，液压件能自行润滑，使用寿命长，而且易转型为自动化，但结构复杂，需要大量材料。综合具优缺点，采用方案一。第3章多功能涂料生产设备结构设计和各部分的功能3.1 设计内容多功能涂料生产设备的具体结构设

8、计包括传动机构，操纵机构，润滑与密封机构，机体及联接件的结构设计与布置。根据计算得出的液压控制图，绘制装配图和零件图。多功能涂料生产设备的结构设计应满足如下要求：(1)所设计的结构应满足作用性能上和联系尺寸上的要求：作用性能包括几何精度，刚度，抗震性，噪声，传动效率以及操作能否省力方便等。联系尺寸包括技术参数安装尺寸和轮廓尺寸。(2)所设计的结构应满足结构工艺性的要求，包括毛坯铸造、锻、铸、焊，工艺性和热处理、工艺性，机械加工工艺性，装配工艺性，以及检验、调整、维修的方便性。(3)所设计的结构应遵守标准化和通用化原则。3.2 设计方法3.2.1 装配草图设计的目的。本课题的目的基本上可以总结成

9、以下几点：(1)检验传动轴件及选择结构方案。(2)检验传动设计的结果中有无相互干涉、碰撞或其它不合理的情况，以便于工作及时纠正。(3)确定大小锥齿轮的齿数，模数以及分析锥齿轮受力情况和锥齿轮的校核。3.2.2 装配草图的一般设计方法和步骤对课题进行研究分析，可以得出装配草图的一般设计方法与步骤如下：(1)仔细阅读同类机械参考图纸和图册，不但要看懂图纸的表达的主要结构，更应分析结构的性能，工艺性，使用和维护方式等。(2)分析和确定所设计部件的结构方案，如锥齿轮的结构和安装方法。(3)在图纸上准确画出装配草图，并标出主要尺寸和零件之间在相对位置尺寸，细微的尺寸可以不标出。3.3 绘制正式的装配图各

10、部分结构反复推敲修改验算后确定其方案，装配图中画出各个机构及其零件的细致结构；有关尺寸和公差配合等加深后标注。部件装配图上，应标出下列几种尺寸。(1)部件的参数尺寸；(2)部件的安装尺寸和外廓尺寸；(3)配合尺寸；(4)零件间的主要定位尺寸和相对位置尺寸；(5)轴向尺寸。具体标注见装配图3.4各部分的功能多功能涂料生产设备是建筑涂料加工的工具，具有结构简单，安装方便等特点。多功能涂料生产设备主要由四部分组成：传动机构，升降机构，搅拌容器和加热装置。根据课题要求设计的生产设备，搅拌轴采用悬臂结构。但运转时由于搅拌流体形成的推力以及轴本身及搅拌器等附件质量不均匀性产生的离心力的联合作用，会使搅拌轴

11、挠度过大，引起轴的摆动，影响轴承的摆动。所以将电机和搅拌轴，搅拌器位于支撑机构采用对称布置，以减小搅拌轴的挠度，增加传动的平稳性。3.4.1 传动机构搅拌设备传动装置机构包括电动机，联轴器，搅拌轴，机架和变频控制箱等。通过带传动将电机的运动传至搅拌轴，通过突缘法兰带动搅拌器的运转。该传动机构采用电动机驱动，通过带轮传动到轴R上；轴R通过联轴器与搅拌杆联接，实现了对涂料液体的搅拌。带轮传动结构简单，经济使用，拆卸方便适合此产品。3.4.2 升降机构根据课题的要求，采用手动控制搅拌轴的升降丝杠升降机构采用锥齿轮传动带动丝杠的升降，这是区别各种电机升降的主要特征。人摇动手柄，带动锥齿轮转动，再利用锥

12、齿轮带动丝杠的上下移动，最后使传动工作台能够自由的上下移动，升降的高度范围限制在一米以内。3.4.3 搅拌器和加热装置反应釜即是搅拌器，釜体的结构形式为立体圆筒形，其高径比值主要依据操作时容器装液高径比以及装料系数大小而定。容器装掖高径比又视容器内物料性质，搅拌特征和就搅拌器层数而异，一般取11.3,最大可达6。且釜底选为椭圆底，因为这样有益于物料加热时受热的均匀。从上面的芳香彩色花纹涂料的配方可以看出对环境没有什么影响，而且被搅物料对空气中的尘埃的落入没有什么影响所以釜体上部可以建造成敞口型的。由于传统搅拌器制作复杂，成本高，故在这次的毕业设计中采用锯齿型搅拌器，类似与涡轮式搅拌器。具有较大

13、的剪切力，可以使流体微团分散的很细，以及促进良好的传热，传质和化学反应。材料选用的碳素钢应符合GB699,GB700,GB3274的规定搅拌容器是通过钢板的焊接而成的一个类似缸体的桶，但不同的是它有加热装置直插式电热偶。加热的电热偶采用铜一康铜热电偶，热电极丝的均匀性好，稳定性高，灵敏度好，价格低廉。由于设计初衷仅采用电热丝进行加热，为方便起见，选用方型整体夹套，因为制造成本比较低，而且可以有一个很大的选择的余地。夹套肩与筒体的连接采用封口环；夹套底与封头连接采用封口环。各种碳钢夹套的适用温度和压力范围均完全符合要求。第4章传动类型选择、计算和结构设计4.1 电动机的选择根据电源和工作机安装工

14、作条件，为了适应不同粉刷墙体宽度的需要，需要电动机具有多级速度。选用YVP系列变频调速三相异步电动机。对于同一型号不同功率和尺寸的电动机，由于混涂料为流体。所需功率小，考虑到结构需要。选用YVP-801-4型变频调速三相异步电动机。具体外形和安装尺寸见资料7P.252表3。相关参数见表2.1表2.1YVP-801-4型变频调速三相异步电动机参数型号额定功率(kw)额定电流(A)额定输出转矩(N.m)额定转数(r/min)重量(kg)YVP-90L-41.54.12.21400274.2 传动类型选择，传动件的计算和设计根据使用要求，技术条件及工作环境等情况，初步确定为带轮传动。带轮与其他传动方

15、式具有结构简单、传动平稳、造价低廉、缓冲吸震以及适应于两轴中心距较大的场合等特点，在机械中广泛应用。4.3 带轮设计4.3.1 与电动机连接的带轮设计4.3.1.1 确定计算功率Pca由表8-6中查出工作情况系数Ka=1.2,故Pca=KaP=1.21.5=1.8kW4.3.1.2 择窄v带型根据计算功率Pca和小带轮转速n1由图8-8选定带型为SPZ型。4.3.1.3 定带轮基准直径由表8-3和表8-7取主动轮基准直径dd1=112mm根据式（8-15）,从动轮基准直径dd2。dd2=iXdd1=1.17*0加=130.2mm根据表8-7,取dd2=131mm,4.3.1.4 按式（8-13

16、）验算带的速度3.14 112 140060 1000=5.8m/s < 35m/s-ddiniv=601000结论：带的速度合适4.3.1.5 确定窄v带的基准长度和传动中心距根据0.7x（dd1+dd2）<a0<2（dd1+dd2）,初步确定中心距a0=430mm.-）根据式（8-20）计算带所需要的基准长度Ld:2'n/、（dd2+dd1）Ld=2a0+（dd1+dd2）+24a0=600+273+25.2=898.2mm由表8-2选带的基准长度Ld=900mm按式（8-21）计算实际中心距a_Ld-L'da=a0+=430+0.9mm=431mm4.3

17、.1.6 轮上的包角由式（8-6）得：0dd2-dd1srl。o131112K._o._oou1=18047.5=180>57.5=177>120a301主动轮上的包角合适。4.3.1.7 窄v带的根数z由式（8-22）知：z=1.02P0二18=1.8（P0：F0）KaKl（1.60.09）0.991.031.76由n1=1400r/min、dd1=112mm、i=1.17,查表8-5c和表8-5d得P0=1.6kwAP=0.09kwKa=0.99Kl=1.03从经济角度考虑可是用单根带Z=1。4.3.1.8 计算预紧力F0由式（8-23）知:F0=500Pca( 25 vz K

18、a2-1)+qv查表8-4得q=0.07kg/m,故:1.82.5oF0=1500Mm-11+0.07x5.8=232.76+2.35=236.11N1x5.810.99!4.3.1.9工作在轴上的压轴力Fpa.1770Fp=2Zfosin曳=2X1>236.11Sin17=472.05Np224.3.2与搅动轴连接的带轮设计4.3.2.1 确定计算功率Pca由表8-6中查出工作情况系数Ka=1.2,故Pca=KaP=1.21%=1.8kW4.3.2.2 选择窄v带型根据计算功率Pca和小带轮转速n1由图8-8选定带型为SPZ型4.3.2.3 确定带轮基准直径由表8-3和表8-7取主动轮

19、基准直径dd1=150nlm根据式（8-15）,从动轮基准直径dd2:dd2=idd1=1.2150mm=180.6mm根据表8-7,取dd2=180nm4.3.2.4 按式（8-13）验算带的速度二dd15 v =60 1000_ 3.14 150 1200一 60 1000=7.41m/s < 3 5 m/s带的速度合适。4.3.2.5 确定窄v带的基准长度和传动中心距a。:根据0.7Xdd2+dd1）<a0<2>（dd2+dd1）,初步确定中心距a0=470nlm.,根据式（8-20）计算带所需要的基准长度Ld:=2a0 + 2 (dd2 dd1)+(dd2 dd

20、1)24a0=1032+405+35=1472nlm由表8-2选带的基准长度Ld=1400mm按式（8-21）计算实际中心距a:a = a。 +Ld-L'd-=470+14mm=484mm4.3.2.6 算主动轮上的包角a1:由式(8-6)得0dd2-dd1l。0180-150ooo0f1=180->57.5=180X57.5o=177.4>120a484主动轮上的包角合适。4.3.2.7 计算窄v带的根数z:由式（8-22）知P0(P0R)KaKl1.8(1.700.10)0.990.961.81.71=1.05其中由n=1200r/min、dd1=150mm>i=

21、1.20,查表8-5c和表8-5d得P0=1.70kwAP=0.10kW;经济角度考虑可是用单根带Z=14.3.2.8 计算预紧力F°:由式(8-23)知：F0=500PL(25-1)+qv2vzKa查表8-4得q=0.07kg/m,故:=194.83 + 3.83 = 198.66N5001.825-10.077.42IL17.410.964.3.2.9 工作在轴上的压轴力Fp：a.17740FP=2ZF0sina1=2XX98.66Sin=397.21N22第5章传动丝杠副设计计算螺旋传动是利用丝杠和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运

22、动和动力。其结构简单且易于自锁，因而广泛应用于螺旋压力机，千斤顶等螺旋设备上。根据丝杠和螺母的相对运动关系，螺旋传动的常用运动形式，主要有以下两种：一种是丝杠传动，螺母移动，多用于机床的进给机构中；另一种是螺母固定，丝杠传动并移动，多用于螺旋起重器或螺旋压力机中。见下图：根据实际情况，以及设计思想，应选图b）。因为这样有利于整个结构趋与简单以及使结构更加紧凑和整车的重量减轻。5.1螺纹的类型螺旋传动按其用途不同，可分以下三种类型：（1）传力螺旋它以传递动力为主，要求以较小的传距产生较大的轴向推力，用以克服工件阻力，若各种起重或加压装置的螺旋。这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为间歇性工作

23、，每次的工作时间较短，工作速度也不高，而且通常需有自锁能力。（2）传导螺旋它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷，如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋常需在较长的时间内连续工作，工作速度较高，因此，要求具有较高的传动精度。（3）调整螺旋它用以调整，固定零件的相对位置，如机床，仪器及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺旋不经常传动，一般在空载下调整。螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，又可分为滑动螺旋，滚动螺旋和静压螺旋。滑动螺旋结构简单，易于制造，易于自锁，但其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率底，磨损快，传动精度底等。相反，滚动螺旋和静压螺旋的摩擦阻力小，传动效率高，但结构复杂，特别是静压螺旋还需要

24、供油系统。因此，只有在高精度，高效率的重要传动中才宜采用。5.1.1选材丝杠与螺母的材料除应具备足够的强度外，还要求有较好的耐磨性和良好的工艺性。螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损（它与材料、润滑和工作表面的压强有关），其他失效形式是螺纹牙折断或剪断，丝杠断裂，长螺杆受压失稳等。螺纹副的材料要求有足够的强度、耐磨性以及底的摩擦系数。查阅参考文献10：选取螺杆材料为45号中碳钢，螺母选用耐磨铸铁。5.1.2计算、确定螺纹中径d2磨损通常发生在螺母上，一般用限制接触处的压强来进行耐磨性计算:p一（二d2hz）'p式中：F为轴向载荷；d2为螺旋中径；h为螺纹工作高度（对于本课题的梯形螺纹,h=

25、0.5p,p为螺距），z为旋合的螺纹圈数，z=H/P,H为螺母高度；p为许用压强。（1）计算螺纹中径d2取F（值F=H/d2,为螺母高径比），对磨损后间隙不能调整的整体试螺母，可取F=1.21.5;对于间隙可作调整的剖分螺母，取F=2.53.5该螺旋传动采用剖分螺母，取F=2.8梯形螺纹的中径：d2 - 0.8 >p查阅查阅参考文献10,取P=8MPa,有:d2 -0.8400002 8=40mm（2）查阅有关设计手册，确定梯形螺纹的标准值查表可取：螺纹中径d2=46mm,外螺纹大径d=50mm,螺距P=8mm,螺纹小径d1=41mm。（3）确定螺母的尺寸和螺纹的圈数计算螺母高H=Fd2

26、=2.8'46=128.8mm,取H=600mm,查表得：D2=65mm；D4=74mm；D1=91mm圈数过多不起作用，因载荷在螺纹各圈中的分布是不均匀的：z=H/<20则螺纹的圈数为:z = %=12%=15 圈5.1.3 螺母螺纹牙强度校验因螺母的材料性能一般低于丝杠，螺纹牙的弯曲和剪切破坏多半发生在螺母上，所以只对螺母螺纹牙进行弯曲和剪切强度校核。校验强度时，可将螺母的螺纹牙展开成悬臂粱，得到弯曲和剪切强度条件分别为。(1)弯曲强度条件为3Qh二db2z式中：b为螺纹牙的根部厚度，对梯形螺纹b=0.65P=0.65'8=5.2mm；h为工作高度，梯形螺纹有h=0.

27、5P=0.5'8=4mm；z为螺纹的圈数为70圈。查参考文献10,得到：铸铁螺母sb=50 MPa,则有:= 7.53MPa3Qh340000422=TT2二dbz二505.215由于二i=7.53MPa<sb=50MPa,所以弯曲强度条件满足。(2)剪切强度条件为9”二dbz式中：b为螺纹牙的根部厚度，对梯形螺纹b=0.65P=0.65'8=5.2mm；h为工作高度，矩形螺纹和梯形螺纹都有h=0.5P=0.5'8=4mm；z为螺纹的圈数为15圈。参考文献10得到：铸铁螺母t=40MPa,则有:Q二 dbz40000二 50 5.2 15= 3.26 - =40M

28、Pa所以剪切强度条件满足5.1.4 丝杆螺纹牙强度校验由于丝杆材料为45号中碳钢，螺母材料为耐磨铸铁，螺纹副连接机构的材料不相同，因螺母的材料性能一般低于螺杆，所以只对螺母螺纹牙进行弯曲和剪切强度校核，当螺母螺纹牙进行弯曲和剪切强度达到设计要求时，丝杆螺纹牙强度也一定能达到要求。5.1.5 螺纹副自锁条件校核有自锁性要求的螺纹副，螺纹的开角九应满足:nP=arctanv-d2式中：灯为当量摩擦角；f为螺旋副的摩擦因子，参考文献10:得f=0.15;P为螺纹牙型半角，P=15°当量摩擦角为：v=arctan(f.cos：)=arctan(0.15COS153)=8.83螺纹的开角九为:

29、一一nP一一8”与=arctan=arctan3.17二d2二46由于Z<*v,所以螺纹副能够自锁。5.2丝杆的强度校核丝杆在轴向载荷F的作用下产生压缩应力或拉伸应力，在转距T的作用下产生扭转应力。根据第四强度理论，可求得螺杆危险剖面的当量应力，并列出强度条件为：一(4：；)2%；L式中：T为丝杆的扭矩；。为丝杆材料的许用应力，查参考文献10:得螺杆材料的许用应力为50-60N/mm2,取。=55N/mm2;丝杆的扭矩为：1人T=Fd2tan('v)/2=4000046tan(3.17*8.83)1=1.9105N2则丝杆强度条件:4F2T244000021.910522二e二,

30、(一2)3(3)=(2)3(3)=38.3N/mme。20.2d；一二4120.2413由于。e=38.3N/mm2sb=55N/mm2,所以螺杆强度条件满足。5.2.1 丝杆的稳定性校核受压的长丝杠有可能失稳，因而要对丝杆的稳定性进行校核。校验丝杆稳定性安全系数Scr的条件式为；ciScr=Qcr,Q-2.5L4式中：临界压力Qcr取决于丝杆的材料、长径比九二史，l为丝杆的最大工作长度；i为i危险剖面的惯性半径，u为长度系数。1、计算柔度l=mci(1)长度系数丝杠一端固定，一端自由，因此取m=2(2)(3)丝杠最大工作长度l由设计条件定，l=1000mm丝杠危险截面惯性半径&41i

31、=-=10.25mm(4)计算l受力长度 lc = l +80= 1000+80= 1080 mml =80=210.710.252、计算临界载荷(1)弹性模量E(2)对于钢，参考文献6得:危险截面惯性矩52E=2.1 10 N / mm = Pd14I =643= 1.4?105 mm464(3)因为 l =210.7,所以按公式=曙计算Qcr3.142 仓忆1 105 仓 1.4 105(2 1080)2=6.2? 104(4)稳定条件q3 (取安全系数s=3) s6.2' 104 c .4 =2.1? 104>Q3因此，符合稳定条件，故螺杆的稳定性足够。5.2.2螺母旋合圈

32、数校核圈数过多不起作用，要校核螺母旋合圈数，条件为:z - 兀dih p44Q二 dh pz=15,则:40000八一-9.7二4148由于9.715圈，所以螺母旋合圈数符合条件。5.2.3螺母外部尺寸的计算螺母的外部尺寸的计算就是要确定螺母的外径、厚度，需计算外径D和突缘强度来决定Di,然后在校验螺母的强度是否满足设计的要求。由于螺母悬置部分受到拉中、扭转，为使计算简单，可以将F增大20%30%,按抗拉强度计算；d= (1.2 L 1.3)Fp(D2- d2)/4? d故：D?(1.531.66)d2式中s螺母材料的许用拉中应力(MPa)查阅参考文献10：取s=0.83sb=0.83'

33、;55=45.65MPaD炒Jl.66"000+502=64.03,41.5取D=65mm1、计算D1按经验公式取HD尸(1.31.4)Da=3D1=1.4D=1.4'65=91mm考虑到结构上的需要，取D1=90mma=!2°=40取a=40mm32、各强度的较核(1)校验凸缘支承表面上的挤压应力，强度条件为4Fs=sp22p(D1-D)4, 40000式中，螺母材料的挤压应力为sp=(1.51.7)sb=1.6'55=88MPa=12.6<sps=p22p3.14?(912652)螺母的强度条件满足设计需要。(2)校验根部弯曲强度强度条件为SbSb

34、 =M=DW pDa /6Sb_1.5F(D1- D)2p Damsb1.5? 40000(91 65)3.14 创65 402=4.78 N/mm<sb螺母的强度条件满足设计需要(3)校验根部剪切强度 强度条件为QpDaQt式中，t为螺母材料的剪切应力，查参考文献10:得t=40MPa40000t=4.89MPa<tp创6540通过验证，螺母的设计合格第6章圆锥齿轮传动系统的设计计算本课题关于对多功能涂料生产设备的设计，在传动系统方面的设计利用了直齿圆锥齿轮的传动。齿轮机构用以传递空间任意两轴之间的运动和动力，它具有传递功率范围大、效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠的特

35、点。是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。6.1 圆锥齿轮机构的结构特点、应用圆锥齿轮用来传递两相之间的运动和动力，其轮齿分布在圆锥面上。齿形从大端到小端逐渐减小。对应于圆锥齿轮机构中的各有关圆柱，圆锥齿轮机构有分度圆锥、基圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥和节圆锥等。因为圆锥齿轮的轮齿是分布在圆锥面上的，所以很显然齿轮两端尺寸的大小是不同的。而为了计算和测量的方便，通常圆锥齿轮大端的参数为标准值，即大端的模数按下表6.1选取，其压力角一般为20度。表6.1锥齿轮模数（摘注GB12368-90）11.1251.251.3751.51.7522.252.52.7533.253.544.555.566.5

36、78910一对圆锥齿轮两轴之间的夹角可根据传动的需要来决定，一般机构中多采用夹角为90度的传动，即直齿圆锥齿轮传动。圆锥齿轮传动可分为外啮合、内啮合、平面啮合等几种，其轮齿有直齿、斜齿、曲齿等多种形式。其中，直齿圆锥齿轮机构的齿向与锥面母线方向一致，其设计、制造和安装均较简便，故应用最为广泛；曲齿圆锥齿轮机构由于传动平稳、承载能力强，常用于高速重载的传动中，如汽车、飞机、拖拉机等的传动机构中。为了简化设计，本课题利用直齿圆锥齿轮机构。6.2 直齿圆锥齿轮的啮合传动一对直齿圆锥齿轮的啮合传动，就相当于其当量齿轮的啮合传动。因此圆锥齿轮的啮合传动，可以通过其当量齿轮（直齿圆柱齿轮）的啮合传动来研究

37、。一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件为：两个当量齿轮的模数和压力角分别相等，亦即两个圆锥齿轮大端的模数和压力角应分别相等。止匕外，还应保证两圆锥齿轮的锥距相等以及锥顶重合，即mi=m2=m1=。2。1二、；2=如果经计算，圆锥齿轮的尺寸要求不符合以上公式，那么这对圆锥齿轮也就属于非正确啮合。6.3 直齿圆锥齿轮的结构设计原理与计算查阅相关资料，可得圆锥齿轮的基本参数有：模数m、压力角a、齿顶高系数h；、顶隙系数c、以及齿轮齿数Z,并以大防的参数为标准参数，且规止a=20，ha=1、c=0.2(m>1)6.3.1 直齿圆锥齿轮的设计原理多功能涂料生产设备的设计，离不开各个传动系统。液压传动虽然

38、能够进行无级调速，从而很方便改变机器的速率，但是由于价格昂贵所以应用也就受到了一定的限制，再来，液压的传动效率也并不算高。齿轮传动尽管在速度的调节方面没有液压那么便利，但是其传递功率范围大、效率高、传动比准确、使用寿命长，而且工作安全可靠，所以应用比较普遍。多功能涂料生产设备利用直齿圆锥齿轮的传动带动工作台随着丝杆上下运动，从而不断完成工作任务。6.3.2 两直齿圆锥齿轮的主要参数根据课题要求，结合所给定的任务书、零件图以及相关资料，对多功能涂料生产设备进行比较深入地研究分析。为使所要设计的直齿圆锥齿轮符合课题要求，经反复推敲与验算，得出两圆锥齿轮的主要参数如下表6.2所示：表6.2两直齿圆锥

39、齿轮的有关尺寸参数尺寸小圆锥齿轮大圆锥齿轮m44z2266a20°*ha1*c0.261823,71©57,6.3.3 两直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算一对标准直齿圆锥齿轮的啮合传动，其分度圆锥与节圆锥重合，因而可视其为两分度圆锥作纯滚动。两圆锥齿轮分度圆直径分别为d1=2Rsin、.1d2=2Rsin、.2两轮的传动比为：z2d2sin、2i12=-二；z1d1sin1对于轴交角£=90的两圆锥锥齿轮传动，上式可写成：Z2d2sin2sin90、1xxi12=tan、-1=tan、-2z1d1sin1sin1由于规定大端面的参数为直齿圆锥齿轮的标准参数，因此其基本尺

40、寸计算也在大端面上进行。直齿圆锥齿轮的齿高通常是由大端到小端逐渐收缩的，按顶隙的不同，可分为等顶隙收缩齿和不等顶隙收缩齿两种。前者的齿根圆锥与分度圆锥共锥顶，故两轮的顶隙由大端到小端都是相等的，具优点是提高了轮齿强度；后者的齿顶圆锥、齿根圆锥与分度圆锥具有同一个锥顶O,故顶隙由大端到小端逐渐缩小，影响轮齿强度。根据国家标准规定，现多采用等顶隙圆锥齿轮传动。标准直齿圆锥齿轮机构几何尺寸计算公式如下表6.3所小：表6.3标准直齿圆锥齿轮机构几何尺寸计算公式名称符号计算公式小齿轮大齿轮分度圆锥角d方.Z1o1=arctanZ2台2=900-a齿顶局ha,*ha1=ha2=l%m齿根高hf,八*，*、

41、hf1=hf2=(ha+c)m分度圆直径dd1=mz1d2=mz2齿顶圆直径dada1=drhacos61da2=dz+2hacos2齿根圆直径dfdf1=d12hfcos61df2=d2-2hfcos62锥距Rmzm/2+2R-£v'z1+z22sin62齿顶角仇（不等顶隙收缩齿传动）tan6a1=tanea2R齿根角9f,hftanQf2=tanHf1=R分度圆齿厚szzs2顶隙c*c=cm当量齿数ZvZiZv1_COSdZ2zv2-cos$2顶锥角6a（不等顶隙收缩齿传动）8ai=&1+"ai8a2=台2+82i（等顶隙收缩齿传动）8ai=孰+8fi6

42、a2=&2*8f2根锥角6f8f1=§i_日fiBf2=&2.6f2重合度小i名工=一Jzvi(tano(vai-tana)+Zv2(tanava2-tana)2nbRb<（取整数）36.4直齿圆锥齿轮传动的强度计算6.4.1 强度当量齿轮传动及其部分几何尺寸计算直齿锥齿轮传动两轮轴线间夹角可以是任意角，称为轴交角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90度，即标准直齿锥齿轮传动。直齿锥齿轮的轮齿沿齿宽方向各处截面大小不等，受力后不同截面的弹性变形不同，引起载荷分布不均，受力分析和强度计算都非常复杂。为简化计算，强度计算时，以齿宽中点处当量齿轮（称为强度当量齿轮）

43、为计算依据。将强度当量齿轮的参数供稿直齿圆柱齿轮的强度计算公式，即可得到直齿锥齿轮的强度计算公式。直齿轮锥齿轮以大端参数为标准，经推导可得强度当量齿轮的几何尺寸关系如下：齿数比i=u=2=cot1=tan2zidi齿宽系数a=b/R,%=0.250.35,常用a=1/3齿宽中点直径dm=d10.5'r齿宽中点模数mm=m1-0.5r当量齿轮分度圆直径dv=dm/cos当量齿数Zv=Zm/cos当量齿数比Uv=Zv2/Zv1=u2本课题考虑到齿轮传动的功率不大，所以大、小齿轮都选用45钢调质处理。精度等级初选7级精度。选用乙二22,Z2=uZ1=3x22=66。取齿宽系数句=1/3,6.

44、4.2 受力分析和载荷系数6.4.2.1受力分析忽略齿面摩擦力，并假设法向力作用在分度圆锥面上齿宽中点处，参照机械设计图6.22,法向力Fn可分解为相互垂直的3个分力：圆周力Fq径向力F.1、和轴向力Fa1,各力的大小分别为F_2Ti2T1t1七-di(1-05r)Fr1=Ft1tan:cos1Fa1=Ft1tan：sin、1F.Ft1Fncos二并有Ft1=-Ft2、F.1=-Fa2、Fa1=-F.2,其中轴向力分别由各轮的小端指向大端。主动轮所受圆周力是工作阻力，其方向与主动轮转向相反；从动轮所受的圆周力是驱动力，其方向与从动轮转向相同。径向力分别指向各轮的中心(外啮合)。6.4.2.2载

45、荷系数KK=KaKv*式中使用系数Ka查机械设计书中表6.2;动载系数Kv则按机械设计课本中图6.10中低一级的精度线及齿宽中点的圆周速度查询；齿向载荷分布系数Kp=1.11.3。本课题，初选K=1.5,由齿轮的工作特性可取Ka=10而后根据齿面接触疲劳强度设计计算出来的v值来确定。6.4.3 齿面接触疲劳强度计算将强度当量齿轮的参数代入直齿圆柱齿轮传动轮子面接触疲劳强度的校核公式，得直齿锥齿轮传动齿面接触疲劳强度的校核公式2K、Uv-1=ZHZE.,2.bdviUv2其中dv1dmlT1'u1Tvi=Fti=Fti=Ti22cosicosiub = r R 二 r 2 sin、1Rd

46、i .u21233代入上式整理后可得ZhZe23R1-0.5Rd1U对a=20"的标准直齿锥齿轮传动，Zh=2.5,则上式为_KT1,1；-H=5Ze.23-H.r1-0.5rd1U由上式可推得齿面接触疲劳强度的设计公式d1 _ 2.923KT1*R(1 -0.5*r )2u本课题所设计的齿轮，查机械设计表6.3可得齿轮材料系数Ze=189.8%而可，而按齿面硬度查机械设计图6.8得接触疲劳强度极限THHm1=600MPa,仃hlim2=560MPa。根据齿轮的工作环境和齿轮材料，估选齿轮的应力循环次数N1=60n1jLh=3M109,而N2=仙山=3父109/3=1父109。查机械

47、设计图6.6确定接触疲劳寿命系数Khni=0.90,KhN2=0.95。取安全系数Sh=1,可确定许用接触应力仃H1=KhN产Hlim1/Sh=540MPa,d1t -2.9232189.8 ;1 532 J0rH2=KHN2bHlim2/SH=532MPa。Mh=tH2可以试算出小齿轮的分度圆直径明：1.5T111丫(1/3)1-0.5-父3<3，而T1=9.55父106艮,由于是由手柄带动齿轮传动，所以可估算T1=1.3M105N,mm。n1因此计算成本可得d1t±96.18mm。试定小齿轮的转速n=560r/min,那么可以计算出其圆周速度vv=7Tditn1m/s=2.

48、8m/s,据速度v=2.8m/s,7级精度查机械设计图6.10得动载系数601000Kv=1.1；查图6.13得Kp=1.15。则K=KaKvK：=11.11.15=1.265所以可以得到校正以后的小齿轮分度圆满直径为：d1=d1t*/K7K；=88.3mm据此可以计算出齿轮传动的几何尺寸：模数为m=d1/z1=88.3/22=4.01mm,按标准取m=4mm。齿宽中点直径为dm=d(1-0.5%)=66.7mm6.4.4齿根弯曲疲劳强度计算将强度当量齿轮的参数代入直齿圆柱齿轮传动齿根弯曲疲劳强度的校核公式。得直齿锥齿轮传动齿根弯曲疲劳强度的校核公式2KTwYFaYsa1二F二7-FJbdv1

49、mm将Tv1=T1«u2+1/u、dv=dm/cos6、mm=m(1-0.5%)代入上式整理后可得4"YFaYsa0R(10.54r2m3z2Vu2十1由上式可推得齿根弯曲疲劳强度的设计公式mJ4KT1心丫$；mPR(1-0.5*R)2z-u2+11J式中，YFa、Ysa按当量齿数Zv查机械设计课本表6.4。本课题根据所设计的齿轮查得YFa1=2.72,Ysa1=1.57；YFa2=2.20,Ysa2=1.78。查机械设计图6.9可取齿轮的弯曲疲劳强度极限1而1=240MPa,仃Fiim2=220MPa。同时，弯曲疲劳寿命系数，可以查机械设计图6.7取Kfn1=0.88,K

50、fn2=0.90。取定弯曲疲劳安全系数Sf=1.4,应力修正系数Yst=2.0,得许用弯曲应力：tF11=KFN1YSTFHm1/SF=0.882240/1.4MPa=301.7MPa!F2:Kfn2Yst二Fiim2/Sf=0.902220/1.4MPa-282.86MPa经计算得：丫丁飞=2.72"乙0.0142丫T，=22038=0.0138匕"301.7282.86代入齿根弯曲疲劳强度的设计公式可得:m*4k鹏R 1 -0.5 Rz2 , u21 二"4 1.265 1.3 105=3 21/3 1 - 0.5 1/3 2 222 . 321 0.0142

51、 = 2.97即：m_2.97mm而齿轮的模数为4mm。经检验验算得，两直齿圆锥齿轮的疲劳强度足够第7章搅拌桶的焊接和校核7.1 焊接的简介焊接的方法很多，机械制造业中常用的是属于熔融焊的电焊、气焊与电渣焊，其中尤以电焊应用最广。电焊又分为电阻焊与电弧焊两种。前者是利用大的低压电流通过被焊件时，在电阻最大的接头处引起强烈发热，使金属局部融化，同时机械加压而形成的联接；后者则是利用电焊机的低压电流，通过电焊条与被焊件间形成的电路，在两极间引起电弧来熔融被焊接部分的金属和焊条，使熔融的金属混合并填充接缝而形成的。焊接时形成的接缝叫做焊缝。与怫接相比，焊接具有强度高工艺简单由于联接而增加的质量小工人

52、劳动条件较好等优点。所以应、用日益广泛，新的焊接方法发展也很迅速。另外，以焊代铸可以大量节约金属，也变于制成不同材料的组合件而节约贵重或稀有金属。再技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机架等，一股比较经济。7.2 焊接件常用材料及焊条焊接的金属结构常用材料为Q235、Q215、Q255;焊接的零件则常用Q275、15-50号碳钢，以及50Mn2、50Mn、50SiMn2等合金钢。在焊接中，广泛地使用各种型材、板材及管材。焊接的种类很多，应针对具体要求从手册选取。常用的焊条型号为E4301、E4303、E5001、E5003等。7.3 焊缝的受力及破坏形式对接焊缝主要用来承

53、受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，其正常的破坏形式是沿焊缝断裂。7.4 焊缝的工艺及设计要点焊接搅拌时要满足工艺性、经济性的要求，不能有应力过大出现裂纹的现象；为了保证焊接的质量，避免未焊透或缺焊现象，焊缝按被焊件的厚度相应的坡口型式，或进行倒棱修边工艺。在焊接前，应对坡口进行清洗整理。并且在满足强度条件的情况下，焊缝的长度应按实际的结构情况尽可能取短些或分段进行焊接，并避免焊缝交叉。工艺上采取构件经热处理，以消除残余应力。在设计焊件时，注意选择母体材料及焊条，必须按有关规定进行焊缝的尺寸校核,同时在焊后仔细地进行质量检验。7.5 对焊接的强度进行校核选取搅拌捅子在装满涂料的重量G=

54、5000N,吊环把手受力的形式为剪切力，把手的直径为d=30mm。为了简化计算，在G的作用下的剪力由一个把手的焊缝承担（偏于安全），此焊缝在连接面上的投影面积A="，则G在危险面上产生的切应力为4G4G45000=2=2MPa=10.1MPa0.7A0.7二d20.73.14302由表查得焊缝的许用切应力为.'=140Mpa>.=10.1Mpa,故强度足够。第8章轴、轴承、键、联轴器的设计和校核8.1 轴的设计计算及校核8.1.1 求输出轴上的功率P3、转速%、和转矩T3：若去每级带轮传动的效率4=0.96则：P3=Pf=1.50；962kW=1.38kwI 1n3=n1x=1400xr/min=1000r/minII i21.171.2T3=9550000P3=9550000138Nmm=13179Nmmn310008.1.2初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3,取A0=112,于是得P一1.38_dmin=A。3，一=112mm=12.5mmn31000轴的结构设计见附图10-108.2轴承的选择和校核滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏。这