机械设计说明书-双卧轴搅拌机叶片结构设计

题目：双卧轴搅拌机叶片结构设计搅拌叶片机构的设计与计算2.1总体方案的拟定双卧轴搅拌机的搅拌机构主要由搅拌筒和两根搅拌轴及轴上附加的叶片组成，两搅拌轴在搅拌筒内成对称方向布置，一般来说，双卧轴混凝土搅拌机都是一个搅拌轴主要用于输送物料，而另一个搅拌轴用来搅拌和输送物料。搅拌叶片在轴上布置对混合物均质性有着重大的影响。对搅拌机筒体中充填性能及对机器生产率和搅拌过程耗电量的也有着影响，在叶片不同的布置方式下，叶片轴转速对混合物均质性的有不同影响，在叶片不同布置和转速下，搅拌机筒体的安装倾角对搅拌过程及对混凝土制件强度指标有着不同的影响。为了设计合理的搅拌机构，必须从叶片的形状和布置及筒体的安装来提高搅拌质量和效率。初步拟定以下几种方案:a.顺向流动的布置，两轴上叶片反向安装，但都能确保物料朝卸料口移动。b.轴上叶片在外型上是同向布置，但一根轴的叶片把混合物推向卸料槽，而另一根轴则相反。c.轴叶片在外型上是同向布置，并且筒体向卸料一侧倾斜一个角度。d.片外型上同向布置，筒体倾斜安装，并且在靠近卸料口处，轴上装有阻滞作用的叶片。e.合布置，在一根轴上安装的叶片使物料沿着搅拌机筒体从装料口朝卸料口流动。在另一根轴上，使物料顺着流动的叶片与逆向流动的叶片交替安装，而两根轴的卸料端都装有阻滞作用的叶片(分别如下图所示)。图下给了搅拌机的叶片在轴上安装的几种布置方式（假设叶片设置在一个平面上并只标记出安装角度）。(a)(a)(b)(c)(c)(d)(e)(e)图2.1叶片的布置形式本次设计采用两组铲片，第一根轴上采用右螺旋铲片，第二根轴上采用左螺旋铲片。每根轴上的叶片数目定为6（包括两片侧叶片及四片搅拌叶片）。1.轴Ⅰ2.侧叶片Ⅰ3.搅拌叶片支承臂Ⅱ4.搅拌叶片5.搅拌叶片支承臂Ⅰ6.侧叶片Ⅱ7.搅拌叶片支承臂Ⅲ8.轴Ⅱ图2.2搅拌装置2.2方案的分析和确定a案中两轴上的叶片反向安装，都能确保物料朝着卸料口移动。但是其移动速度太快搅拌质量差，所以不予考虑。b案两轴上的叶片同向布置，但是推动物料的的方向相反，会使物料移动速度过慢或者无法移动堵死搅拌机。c案两轴上叶片也是同向布置，为了使物料能够顺利移动变使筒体向卸料口方向倾斜一个角度，这个方案可以考虑。但是倾斜的角度很难把握，难以找到合适的角度确保搅拌质量和效率。d案是在c方案的基础上在卸料口附近加上阻滞作用的叶片，可以确保倾斜角度稍大的情况下也能控制物料正向移动速度，提高搅拌质量，此方案可选。e案在d案的基础上加以改进，一根轴上安装顺流叶片，另一根轴上的顺流和逆流的叶片交替安装，使其搅拌更加均匀彻底，同时两根轴都加阻滞叶片。经过这些方案的研究和考虑，决定选择e方案混合布置的叶片。但安装倾斜的筒体对搅拌机构的稳定性和寿命有所影响，但是要其叶片要有同向布置，搅拌推动物料的方向才会相反作用，物料逆流，搅拌才会充分。于是选择了以下叶片的布置方案（如下图所示）。图2.3设计叶片的布置在入料端使用宽螺旋状的入料叶片，中央部分用带状的螺旋叶片，并且利用螺旋桨式的叶片作为反向叶片，搅拌叶片的正向叶片和反向叶片分别在两轴上交替安装。通过对叶片相对运动分析可知:这种搅拌叶片正反依次交替的正反排列得到的逆流次数要比搅拌叶片双正排列得到的次数多,因此搅拌作用更强烈,搅拌质量也更好。虽然这样搅拌效率高,搅拌作用更强烈,搅拌质量也更好。但这种情形下，搅拌叶片的运动顺序容易破坏拌筒内物料的整体流动，因为物料以连续递推的方式前进。为了解决这些情况，选用的反向叶片的长度一般比正向叶片的要小一些。此外，采用螺旋桨叶片，作为反向叶片，各叶片均匀分布在轴上。这种叶片，可以承受较大的反向推力，搅拌的效率较高。螺旋桨叶片间断的分布在轴上，使搅拌更加的充分。筒体内的物料被正、反叶片分成两部分，一部分向前推进，另一部分则向后推送，使物料产生连续不断的轴向往复运动，将处于不同半径处的物料翻转，在正反叶片的共同作用下，物料在机内反复翻动、扩散、搅拌、揉搓，使物料混合均匀。由于正向叶片大于反向叶片，且入料叶片比搅拌叶片宽且与搅拌轴之间垂直方向看是没有缝隙的，以保证所以物料在作轴向往复运动的时候,顺流的推进力总体上大于反推进力，于是物料总体上是向出料口方向前进的，因而可以满足连续工作的要求。此外,物料由通常的单向运动方式改为往复运动，使得设备在有限的长度，提高物料的生产率和搅拌效率。经过以上分析选择此混合型正反叶片相互交替布置是最合理的方案，且正向搅拌叶片设计为螺旋带状，反向叶片为螺旋桨式，入料叶片紧贴搅拌轴安置，增强推进力。2.3叶片主要参数的设计以入料叶片为例来说明叶片的主要参数设计。—物料在料槽中的轴向移动速度(m/s)，在实际工作中，通常不考虑物料轴向阻滞的影响，因此物料在料槽内的轴向移动速度≈/60。∴由上式可以看出，当物料输送量Q确定后，可以调整螺旋外径D、螺距S、螺旋转速n和填充系数φ四个参数来满足Q的要求。所以，螺旋直径主要参数的确定对于螺旋输送叶片，其物料输送量可按下式计算：式中Q———螺旋输送搅拌机输送量(t/h)F———料槽内物料层横截面积()(φ为填充系数)r———物料的单位容积质量()c———倾斜输送系数;令，所以式中K———物料综合特性系数。物料综合特性系数为经验数值。一般说来,根据物料的性质，查表取K=0.0573为填充系数—取值为0.3C＝倾斜输送系数。该搅拌机的倾斜角度为，查表取值为1代入数据得D==480.9mm。为方便生产，一般把计算出来的D值应尽量圆整成下列标准直径(mm):150，200，250，300，400，500，600，700，800所以D=500mm。2.4搅拌主轴转速的确定随着主轴的转动，使得混凝土产生一个附加的绕轴旋转的循环流。主轴一定的转数范围内，这种附加的循环流对混凝土的影响并不显著。但是，一定的转数时，混凝土就会产生垂直于输送方向的跳跃翻滚，这时主轴将主要起搅拌而不再起轴向的推进作用。这不仅会降低物料的输送效率，加速设备构件的磨损，而且会降低生产率。因此，为了避免这种现象的产生，主轴的转速不得超过它的临界转速。为了保证位于主轴附近的混凝土不会因为离心力的作用而产生垂直于输送方向的径向运动，它所受的离心力不能大于其自身重力，而叶片外径处的混凝土所受的离心力最大，因此混凝土所受离心力的最大值与其自身重力之间应有如下关系:式中—主轴最大转速,即临界转速，；—螺旋叶片外径，；—重力加速度，；—物料综合特性系数。 令，则式可转化为：式中—物料综合特性系数，查表知：A=37代入数据得＝52.3r/min因此把它初始设置在38是合理的。搅拌叶片的螺旋角的设计由于筒内充满了物料，其扩散作用使在环筒（d2-d1）内的物料偏离输送实体。而周围的物料又来补充，组成新的输送实体，连续不断，循环往复。为不使物料在搅拌筒内堆积和截断。输送叶片旋转一周输出的物料应与搅拌叶片旋转一周输出的物料一致。由公式式中： Q:料流量（）：螺旋叶片轴向投影面积（）：叶片旋转一周被推料的轴向运动距离（） N：叶片轴的转速（）要满足物料的连续性，有公式 ＝其中把其余数据代入得：由叶片的性质知，带式螺旋叶片的螺旋节距与螺旋叶片的直径大致相同，再根据下述关系知 ＝463.8mm考虑到该轴上还有一些反转的叶片，的值适当取的大一些，所以取＝480mm。2.5螺旋叶片的选择用于双卧轴混凝土搅拌机的工作螺旋是由旋转轴和许多螺旋叶片彼此焊接而成。螺旋叶片的制造无疑是整个螺旋输送机制造中的关键。制造螺旋叶片虽有多种方法，但由于螺旋输送机属小批生产，故用模具压形来制造螺旋叶片乃是质量可靠而又切实可行的办法。2.5.1叶片螺旋面的成形叶片的螺旋面是以垂直于轴的一段直线作母线绕轴作匀速旋转并同时作匀速轴向移动而形成的。是母线绕轴旋转360°所形成的螺旋叶片，此时母线轴向移动的距离称为螺距S。2.5.2坯料形状的选择所示螺旋叶片的坯料形状示于下图所视，显然坯料有一小块扇形面积未被使用。尽管如此，但生产中往往选用这种形状的坯料压制出正好一个螺距的螺旋叶片。若将坯料修改成开有剪缝的整圆环状，就能压制出多于一个螺距的螺旋叶片，达到充分利用材料的目的，还可减少工作螺旋中叶片间的焊缝。这样做的另一优点是使构成工作螺旋的各螺旋叶片的接头处的各焊缝错开而不在同一轴向平面内，从而改善螺旋输送机工作的平稳性。2.5.3整圆坯料尺寸的确定此叶片为实体面型的螺旋叶片。根据设计的尺寸可知：D=140mm，S=400mm，B=180mm。图2.4实体面型螺旋叶片(1)投影长=3.14140=440mm。(2)投影长=3.14500=1570mm。长＝＝594.6mm。＝＝1620.2mm。叶片内沿展开半径mm。叶片外展开半径=104.5+180=284.5mm。(6)展开料缺口夹角α==(7)展开料缺口外螺旋线旋长A=＝＝164.7mm。带式面型的螺旋叶片根据设计的尺寸可知：D=300mm，S=480mm，B=100mm。图2.5带式面型螺旋叶片（1）内螺旋线投影长=3.14300=942mm。（2）外螺旋线投影长=3.14500=1570mm。（3）螺旋线实长＝＝1057mm。＝＝1642mm。（4）叶片内沿展开半径mm。（5）叶片外沿展开半径=101+100=280.7mm。(6)开料缺口夹角==(7)展开料缺口外螺旋线旋长A=＝＝120mm。2.6螺旋叶片的校核叶片的材料采用16Mn的钢，查表知道叶片的＝420MPa。＝253MPa。图2.6物料叶片上运动图物料颗粒M在p力作用下，在料槽中进行着一个复合运动，即沿轴向移动，又沿径向旋转，如图所示,既有轴向速度V1，又有圆周速度V2，其合速度为V。当螺旋体以角速度W绕轴回转时，若在螺旋叶片任一半径r的O点处有一物料颗粒M，则物料颗粒M的运动速度可由图的速度三角形求解。叶片上O点的线速度.就是物料颗粒M牵连运动的速度,可用矢量OA表示，方向为沿O点回转的切线方向；物料颗粒M相对于螺旋面相对滑动的速度，平行于O点的螺旋线切线方向，可用矢量AB表示。当不考虑叶片摩擦时，则物料颗粒M绝对运动的速度Vn应是螺旋面上O点的法线方向,可用矢量OB表示。由于物料与叶片有摩擦，物料颗粒M自O点的运动速度V的方向应与法线偏转—摩擦角ρ。现对V进行分解,则可得到物料颗粒自O点移动的轴向速度V1和圆周速度V2。因此，V1就是料槽中物料的输送方向，而V2则是对物料输送的阻滞和干扰。根据物料颗粒M运动速度图的分析，物料轴向移动的速度为：由于，所以而所以由于所以又可写成 同理可得： 。式中S———螺旋螺距(mm)n———螺旋转速(r/min)f———物料与叶片间的摩擦系数,f=tanρ，ρ是与物料的摩擦角(°)α———螺旋面升角(°)。据此，可得出物料在料槽内轴向移动速度V1和圆周速度V2随半径r而变化的曲线图。图2.7物料轴向运动与圆周运动由图2.7可见，对带状叶片，V2在半径长度范围内是变化的。在叶片边缘处，沿轴向运动的速度最大。。代入数据知＝285.3mm/s =0.29m/s。==164.2mm/s＝0.16m/s。现在假设物料均是在最大速度上进行运动，在轴旋转一周时的时间内，在水平方向上，由动量守恒定律得t＝mv1代入数据得＝24.3N。在竖直方向上，由动量守恒定律得t＝mv2代入数据得＝7.4N。＝0.3mg＝＝1366.6N。 叶片在叶边缘所受的力为F=＝＝1366.5N。叶片在沿轴向看去为一圆环，由公式对y轴的惯性矩叶片弯曲时，最大正应力发生在弯矩最大的截面上由公式＝＝0.075MPa<<对实体叶片，V2在半径长度范围内是变化的。在叶片边缘处，沿轴向运动的速度最大。。代入数据知＝225.6mm/s=0.2256m/s。==129.8mm/s＝0.130m/s。在水平方向上，由动量守恒定律得t＝mv1代入数据得＝21.7N。在竖直方向上，由动量守恒定律得t＝mv2代入数据得＝7.2N。＝0.3mg＝＝1590.3N。 叶片在叶边缘所受的力为F=＝＝1597.8N。叶片在沿轴向看去为一圆环，由公式对y轴的惯性矩叶片弯曲时，最大正应力发生在弯矩最大的截面上由公式＝＝0.033MPa<<由于物料在刚接触叶片时，瞬间速度发生了较大的变化，对叶片来说有一个很大的力的冲击，在这个瞬间，叶片要承受较大的冲击。由于由上式计算出的结果可知远小于，叶片不会发生弯折的情形。可以认为这种冲击对叶片来说也是安全的。螺旋桨式螺旋叶片即反向叶片螺旋桨式螺旋叶片在双卧轴混凝土搅拌机当中，主要是用来使混凝土反向运动，使混凝土搅拌得更均匀，达到一定的硬度。然而由于叶片的作用，使混凝土在反向运动，而物料在运动的过程中突然受阻，叶片受到的阻力将突然增强。因此，叶片受到很强的推力，容易发生弯折（如下图所示）。图2.8反向叶片在水平方向上，由动量守恒定律得t＝mv1-mv2代入数据得＝14.5N。在竖直方向上，由动量守恒定律得t＝mv2代入数据得＝4.8N。＝0.3mg＝＝1883.25N。 叶片在叶边缘所受的力为F=＝＝1883.4N。叶片在沿轴向看去为一圆环，由公式对y轴的惯性矩叶片弯曲时，最大正应力发生在弯矩最大的截面上由公式＝＝0.24MPa<<参考一些其它的焊接方法，对于实体搅拌叶片有很长的焊缝，。我采用交错断续角焊缝。焊角尺寸为5mm，相邻焊缝的间距为30mm，焊缝段数为10段，每段焊缝长度为50mm。对于带状叶片来说，主要是对叶片加强板两端的焊接。分别采用角焊缝，焊角尺寸为5mm。3轴承设计根据工作条件,决定选用双列圆锥滚子轴承，设轴运转中有中等冲击载荷，工作温度小于150度，寿命为三年.(一年按300天计算)时间根据滚动轴承样本或机械设计手册第三版第二卷表7-2-69，可知3113732轴承的基本额定负荷KN:Cr=1530KN，Cor=1854KN：计算系数为e=0.34，Y1=2.9，Y2=2.0，Y0=2.0。3.1轴承受到的径向载荷R1和R2FAX=-8.417KN，FAZ=-0.922KN，FBX=-5.97KN，FBZ=-0.654KNFAY=171.378KN；R1=（6—1）==8.472KN,R2=（6—2）==6.006KN;径向载荷R=（6—3）==10.385KN3.2求两轴承的计算轴向力A1和A2对于圆锥滚子轴承有［2］中按表13-7，轴承内部附加轴向力S=R/2Y,式中Y为对应［2］中表13-5中A/R＞e的Y值。由机械设计手册第三版第二卷表7-2-71仿照双列圆锥滚子轴承的计算公式：当量动载荷:当Fa/Fr≤e,Pr=Fr+Y1Fa；（6—4）Fa/Fr＞e,Pr=0.67Fr+Y2Fa；（6—5）其中Fr为径向载荷；Fa为轴向载荷；Pr为当量动载荷。当量静负荷：Por=Fr+YoFa；（6—6）Fa,Fr均为作用于轴承上的总载荷因为Fa/Fr=FAY/R=171.378/10.385=16.5＞e，所以当量动载荷Pr=0.67Fr+Y2Fa=0.67x10.385+2.0x171.3=349.558KN查表［3］中表7-2-4~7-2-7,fp=1.2,ft=0.90,fh=3.07,fn=1.090；fm=1式中fp—冲击载荷系数,按［3］中表7-2-6选取；ft—温度系数，按［3］中表7-2-7选取；fh—寿命系数，按［3］中表7-2-4选取；fn—速度系数，按［3］中表7-2-5选取；fm—力矩负荷系数，力矩较小时1，力矩负荷较大时2。根据［3］中式(7-2-1)C=(fhfpfm/fnft)Pr=3.755x349.558=1312.590KN。又所选的轴承Cr=1530KN＞1312.590KN,故所选的轴承合适。4设计总结毕业设计是大学生专业知识深化和系统提高的重要过程，是对学生实践能力、理论联系实际能力和创新精神的综合训练，是培养学生探求真理的科学精神、科学研究方法和优良的思想品质等综合素质的重要途径。由于此次设计完成的有些仓促，所以还是有很多疏漏之处还望老师予以指正。本说明书主要整体上对双卧轴混凝土搅拌机的机构进行了设计和选型。从自身的设计水平出发，特别通过对搅拌系统的核心部分搅拌叶片的选型和布置方式的几种设计方案的研究，最终得出了适合双卧轴混凝土搅拌机的一种合理的叶片布置，即混合型正反交替布置。经过分析论证此种方式的搅拌质量和搅拌效率较高。通过本次混凝土搅拌机的设计，加深了我对专业知识的理解和应用，同时，也弥补了以前的知识漏洞，巩固了知识的积累。更好的利用所学知识解决实际问题。在老师的指导下，自己的各方面能力有了全面提高。机架是整机的基础，要求设计时确定其与其余各部件的安装位置与尺寸关系，通过全面的设计计算，校核整个机架的强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性。整个底架由槽钢，角钢和钢板以焊接或螺栓联结而形成，因而要求有相关的材料力学和钢结构的知识。随着社会的进步发展，人们需求的提高。对混凝土的质量等各方面的要求会逐渐增强。混凝土搅拌机是施工机械装备中的重要设备,其产品质量和生产效率直接影响着建筑施工质量和建筑施工进度。强制式搅拌机是应用最普遍、使用率最高的混凝土搅拌机。为了提高搅拌的效率，减轻工人的劳动强度双卧轴搅拌机将是未来的一种发展趋势。通过对双卧轴混凝土搅拌机叶片合理的布局和形状，对提高混凝土的质量和生产率会产生很大的帮助。通过这次毕业设计，不仅对混凝土搅拌机有了完整的了解，而且学会了解决一些工程技术问题的方法，对自己有很大帮助，为我即将走上工作岗位打下良好的基础，同时开阔了自己的视野，对机械相关产品及知识有了更多的了解。本此毕业设计虽然已经初步完成，但还是有很多缺陷，还有许多可以改进的地方，希望通过老师的指导能让设计更加完善合理。参考文献[1]王卫中,冯忠绪.双卧轴搅拌机搅拌臂布置形式的研究[J].中国工程机械学报,2004,(4):437-440.[2]李超,陈礼祥.双卧轴混凝土搅拌机主要参数的设计计算[J].建设机械技术与管理，2001,(1):18-22.[3]李国慧,李征.双卧轴搅拌机轴承进浆的分析处理[J].煤矿机械,2013,(1):10-21.[4]刘仲兴.浅谈搅拌机叶片的使用和维护[J].装备制造技术,2013,221(5):15-19.[5]易小琴,赵守明,谢俊等.双卧轴搅拌机合理转速的理论研究[J].武汉理工大学报,2010,32(10):20-25.[6]张阿龙,张二龙.双卧轴搅拌机搅拌过程的物料运动模拟[J].筑路机械与施工机械化,2011,28(3):23-24.[7]材料耐磨抗蚀及其表面技术丛书编委会主编.材料的磨料磨损[M].北京:机械工业出版社,2009:50-54.[8]金义华.浅谈混凝土的结构特点及性能设计[J].无线互联科技.2013,10(4):13-24.[9]T.Nakamura,T.Horiguchi,K.Shimura.EffectofEntrainedAironFrostResistanceofPorousidoUniversi