毕业设计（论文）-抹灰机设计

毕业设计目录TOC\o"1-2"\h\u22391摘要 314826Abstract 499041.绪论 5299351.1抹灰机发展概论 565721.2本课题的主要设计任务及参数 7218762抹灰机构方案和结构设计 8232512.1抹灰机构整体设计 8154922.2抹灰机料斗设计 9118322.3支撑杆设计 1041482.4连杆的设计计算 1047752.5横梁的选取 11268842.6箱体的设计 1120482.7滑道的设计计算 12213212.8气缸的设计计算 1234302.9抹灰板的设计计算 1333503抹灰机构的计算与校核 15158993.1抹灰机构的整体受力分析 15113253.2抹灰机构模型建立及力学分析 15271293.3上平台的受力分析 16136463.4支撑杆ACD、ECB的受力分析 16120033.5支撑杆强度分析准则 18132663.6销轴的强度校核 226873.7底架的强度校核 2394833.8横梁的强度校核 24228603.9抹灰板销轴的强度校核 25209903.10连杆的强度校核 25125974提升机构设计 27231954.1提升系统总体结构设计 27246934.2基本参数的确定 278204.3传动装置零件设计 3137795其他标准零件的选择与校核 4178465.1输入轴键选择与校核 41280295.2输入轴的轴承计算与校核 41254965.3输入轴处联轴器 4132583结论 4316535致谢 4429569参考文献 45摘要我国建筑业需大量抹灰工作，因此抹灰施工一直保持着在建筑装饰工程中的重要地位。目前，国内建筑市场上已经出现了用工荒。一方面，抹灰技术要求高，劳动强度大，工作环境相对恶劣，技术工人越来越少。另一方面，随着社会的发展机械作业的普遍化，也带来了对抹灰机的需求，这给机械抹灰带来了新的发展契机。本文设计一种新型高效率的抹灰机构，整体采用电动绞绳升降结构升降，在抹灰机前端装有料斗和抹灰板，上行过程中灰料从料斗进入抹灰板，实现初次抹灰过程。到达顶端时料斗下降，同时带动抹灰板转动达到一定角度，在整体下行过程实现二次抹灰过，料斗的上下运动带动抹灰板的转动，实现联动过程。按照机械设计的一般步骤，对抹灰机构和提升运动机构进行整体方案设计和零件设计，并对工作零件进行了必要的校核计算。关键字：抹灰机；抹灰机构；联动AbstractChina'sconstructionindustryneedsalotofplasteringwork,soplasteringconstructionhasalwaysmaintainedanimportantpositioninarchitecturaldecorationengineering.Atpresent,therehasbeenalaborshortageinthedomesticconstructionmarket.Ontheonehand,plasteringhashightechnicalrequirements,highlaborintensity,relativelypoorworkingenvironmentandfewerskilledworkers.Ontheotherhand,withthedevelopmentofsociety,thepopularizationofmechanicaloperationalsobringsthedemandforplasteringmachine,whichbringsnewdevelopmentopportunitiestomechanicalplastering.Inthispaper,anewhigh-efficiencyplasteringmechanismisdesigned,whichadoptsthegearrackliftingstructure.Ahopperandplasteringboardareinstalledatthefrontendoftheplasteringmachine.Intheupwardprocess,theashenterstheplasteringboardfromthehoppertorealizetheinitialplasteringprocess.Whenreachingthetop,thehopperdropsanddrivestheplasteringplatetorotatetoacertainangle.Thesecondaryplasteringisrealizedintheoveralldownwardprocess.Theupanddownmovementofthehopperdrivestherotationoftheplasteringplatetorealizethelinkageprocess.Accordingtothegeneralstepsofmechanicaldesign,theoverallschemedesignandpartsdesignoftheplasteringmechanismarecarriedout,andthenecessarycheckingandcalculationoftheworkingpartsarecarriedout.Keywords:plasteringmachine;Plasteringmechanism;linkage1.绪论1.1抹灰机发展概论1.1.1抹灰机发展现状抹灰机械作为建筑机械的一种，在上世纪中期随着房地产的兴起而崛起的，在上世纪末的发展步伐较快。目前西方的发展较为迅速，在取得的一些研究成果中，其中又以美国和日本在这方面的研究工作处于较高的水平。而中国在这一方处于刚起步发展的水平，还有相当大的市场与发展空间。因为我国建筑业各种工程特别是民用工程的建筑需要大量抹灰，因此抹灰施工一直在建筑装饰工程中处于重要地位。随着绿色建筑概念的兴起，人们越来越追求舒适和自然，内外墙以涂料为主的环保型砖石已经成为了主流，为机械抹灰带来了新契机。尽管现在建筑施工中使用不少自动化设备，但大部分是用于室外作业和地面、屋面修整，用于建筑物墙内面抹灰的还很少见。在1987年，AbrahamWarszawski提出开发内墙面抹灰施工机械设备的必要性。1991年Warszawski曾对建筑物内墙面抹平机器人作可行性进行了分析，随后又在1994年提出的内墙面抹平机器人样机TAMIR—TechnionAutonomousMultipurposeInteriorrobot，能够完成抹灰、砌砖和贴瓷砖三种任务。而我国关于建筑物内墙壁抹灰的研究起步晚，在上世纪八十年代以后，随着房屋建筑商品化的发展，缩短施工周期、提高投资效益已成为房屋建筑的中心环节，因此，对加快饰面机械—抹灰机的研制提出了迫切的要求。国外对抹灰机研究成果也有一些．如加拿大、美国、英国等．有的采用砂浆喷射方式进行抹灰．有的也是采用液压或气动方式进行升降、行走等运动。当然，这其中也不乏有较为优秀的产品产生，其中比较著名的是慕尼黑技术大学TomasBock教授研制的模块化的内墙壁作业设备。目前，市场上销售的抹灰机械一般由两部分组成：一部分是抹灰机；另一部分配套设备。国内抹灰机械的研制主要集中在抹灰机部分，其配套设备已有现成其配套设备已有现成产品可供选择。1.1.2抹灰机发展趋势（1）精度不断提高随着工程建设中混凝土的大规模使用,高效率型，现代社会发展高效快速，抹灰机的发展更应该提高效率和质量，对抹灰机的品质要求越来越高,抹灰墙体种类需求越来越多,对抹灰精度要求也越来越高。传感器和专用电脑技术的采用使得人们的要求得以实现。同时也推动了搅拌设备计量方式的发展。（2）智能化控制发展全自动抹灰机，实现更高的智能化是当今机械行业发展的趋势，智能化控制的抹灰机也将会是未来发展的主要产品，人机舒适性，做更适合操作的抹灰机，更加注重自动化。（3）节能环保是永恒的主题随着人们节能、环保意识的增强,发展绿色节能环保型抹灰机是今后发展的方向。运用高科技手段解决这方面的问题仍然是任重道远，倡导国家绿色发展的号召，未来的抹灰机应更加注重能源的节省，要求抹灰机的新产品必须是节能型。（4）符合国家生产规,一般抹灰的允许偏差和检验方法详见表1.1。表1.1一般抹灰的允许偏差和检验方法项次项目允许偏差（mm）检验方法普通抹灰高级抹灰1立面垂直度43用2m垂直检测尺检查2表面平整度43用2m靠尺和塞尺检查3阴阳角方正43用直角检测尺检查4分格条（缝）直线度43拉5m线，不足5m拉通线，用钢直尺检查5墙裙、勒脚上口直线度43用5m线，不足5m拉通线，用钢直尺检查1.1.3课题研究背景和意义在建筑工程中，墙面抹灰是一项必不可少的工序，在建筑工程中就工期而言,装修工程要占总工期的三分之二,就劳力而言则占总量的35%,而抹灰工程一项就占人工总数的15~26%。在我国长期以来装修落后于主体工程形成拖后腿的局面,拖延了工期,原因在于手工操作,效率不高,一般砖混结构中砖墙面抹灰每100平方米需抹灰工4.75个，而抹灰机的使用则是一个时效性抹灰工具。抹灰机的工作效率是人工抹灰的十倍，并且能够避免传统抹灰作业中的墙面找平、贴饼，补空填平、刮去多余部分、回收落地会、搭架子、苦脏累等诸多不利因素，这是建筑机械领域的一次革命，结束了千百年来人工抹灰的历史，减少了劳动强度，降低了成本，增加了效益，提高了建筑行业的自动化程度，同时也取得了更大的经济和社会效益。1.2本课题的主要设计任务及参数鉴于国内的抹灰机市场情况，此课题决定研发一中新型的高效抹灰机。首先解决的是市面上普通抹灰机的粗糙漏浆问题；解决墙顶缝隙处难涂抹的问题，使整个过程实现自动化；考虑经济成本问题，以及施工地点的恶劣环境采用简单机械联动装置代替繁琐的自动化控制系统。本课题设计的抹灰机原始技术参数为：1）抹灰的厚度：30.0mm；2）抹墙的最高高度：4.0m；3）单次抹墙最大宽度：0.9m；4）装载水泥料斗的提升速度：不小于25米/分钟；装载水泥料斗的下降速度：不小于25米/分钟本文主要是抹灰装置的设计，具体设计任务：(1)抹灰机机械传动总体的结构设计；(2)完成抹灰机抹灰装置的机械结构设计，主要包括：传动机构，抹灰机构；(3)对抹灰主要零件进行受力分析和强度校核。2抹灰机构方案和结构设计2.1抹灰机构整体设计根据实际施工情况，抹灰机的设计应满足如下技术要求：整体结构简单易操作，能够抹灰到墙面顶部，保持垂直度和平面度。为满足整体设计要求，对于抹灰机进行整体构思，最终得到的如下的抹灰机构方案。整个抹灰机构由内外撑杆、连杆、抹灰板、底架、料斗、气体弹簧组成。当料斗装满水泥灰时，内撑杆在气体弹簧的支撑下支撑料斗达到预定位置，并能够支撑起箱体保持位置不变，同时箱体带动内外撑杆向上运动，外撑杆通过连杆拉动抹灰板转动实现连动过程，达到与墙面成30°的位置，实现抹灰的上行过程，完成抹灰的上行过程，当整个箱体到达最高位置时，料斗到达最高处顶连架，受压向下运动，同时撑杆受到箱体压力绕杆的中心下移，同时外撑杆的一端沿滑道朝前运动，通过连杆带动抹灰版转动，当箱体到达最低位置时，抹灰板处于与墙体成-2的位置，在料斗受压向下运动的过程中，气弹簧受压收缩并转动，当达到最低位置时，压过气弹簧死点位置，实现自身的锁止，完成顶部抹灰过程，通过整体朝下移动，抹灰板与墙面压紧，在下行过程中，达到抹平整个墙面的效果。抹灰装置的三维效果示意图如图2.1，抹灰装置的结构示意如图2.2。（a）撑起状态（b）下降状态图2.1抹灰装置的三维效果示意图1-导轨；2-剪叉架；3-气缸；4-支撑杆；5-抹灰板图2.2抹灰机构整体结构图2.2抹灰机料斗设计目前市面上的抹灰机存在盛灰量不足的问题，这就造成了在施工过程中需要工人二次上灰的操作，浪费了人力，造成了操作不变，不能很好地体现机械施工的方便性，为此增加了料斗的整体设计，料斗外形的选择，目前大多数抹灰机的料斗为翻转式，翻转式料斗的最大问题就是翻转过程中稳定性不够，易发生晃动，为此选择使料斗能够垂直升降的得方案，这大大增加了抹灰料斗升降的稳定性。在料斗的下部选择用左右各一根角钢焊接成支架，同时料斗的最后端有铰接孔，在两边的角钢安装有滑道。按照实际施工情况，抹灰高度最高为4.0m，抹灰厚度30.0mm，水泥灰密度为2000.0kg/m，计算料斗的体积：本课题设计的料斗的长度为900.0mm，宽度为500.0mm，高度为400.0mm。实际施工过程中，为使灰料能够靠重力下降，经过实际的实验验证当料斗内底板最低需要与水平面呈27°，料斗内的水泥灰可以在重力的作用下下降，经过计算。因此尺寸符合设计要求。料斗结构示意图如图2.3。1-料斗，2-转销图2.3料斗装置图2.3支撑杆设计为了实现料斗上下升降的运动过程，本课题选择了内外支撑杆剪叉式升降的结构形式起升后有较高的稳性，较高的承载能力，作业效率更高，更安全，支撑杆结构图如图2.4。支撑杆分为内支撑杆和外支撑杆，内外支撑杆在中心处通过销轴连接，内外支撑杆是主要的承重机构，也是料斗升降的主要动作机构。内支撑杆的一端与底架铰接，另一端在与料斗角钢支架上的滑道通过滑块相连接，外支撑杆一端与料斗后端的铰接孔相连，另一端与连杆连，并且连接到底架滑到上的滑块。料斗的宽度为458.0mm，为使料斗平稳升降，选取内外支撑杆的长度为458.0mm。图2.4支撑杆结构图2.4连杆的设计计算连接杆起到连接抹灰板和支撑杆的作用，当箱体上升时，支撑杆通过连杆带动抹灰板转动，使抹灰板转到与墙体30°的位置，进行抹灰上行过程过程，在上升过程中，连杆给抹灰板一个支撑力，使抹灰板保持初始角度不变实现初次抹灰过程，当到达顶部是，料斗下压，支撑杆滑动给连杆一个推力，从而带动抹灰板转动，达到与墙体几乎平行的位置，实现二次抹灰过程。连杆结构图见图2.5。图2.5连杆结构图2.5横梁的选取横梁安装在两个内支撑杆之间，同时在横梁的一侧均布有四个耳板，用于连接气动弹簧，横梁是是整个支撑部分的主要受力部分，并将力传递给支撑杆，从而使料斗能保持稳定位置，同时当料斗到达最低位置时候，衡量主要承受来自弹簧的横向支撑力。横梁的示意图如图2.6。图2.6横梁2.6箱体的设计箱体是整个抹灰机构的载重部分，箱体是整个抹灰机构的承载部分，其内部放置有电机、减速器、抹灰机构等，因此在设计箱体的时候需要着重考虑其承载能力。箱体内部焊接有导套，可与导柱配合保证整体结构上升和下降过程中的平稳运行。底架的结构如图2.7。图2.7底架结构图2.7滑道的设计计算支撑杆受到弹簧的支撑会有一个向上的运动趋势，为了实现支撑杆在底架上沿直线滑动从而实现联动过程，选用滑道滚子的结构方式，在料斗两侧的角钢上分别安装有滑道，内支撑杆通过销轴与滑道内的滑动轮相连，在底架部分外支撑杆和连杆通过销轴与滑道的滑动轮相连，同时在滑道内安装有限位装置，起到限制滑动轮的运动位置，从而决定料斗的最大上升位置。滑道滚轮如图2.8。图2.8滑道滚子图2.8气缸的设计计算为了使料斗达到预定位置且能够保持稳定，选择用气缸来实现这个过程。气缸是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的工业配件。它由以下几部分构成：压力缸、活塞杆、活塞、密封导向套、填充物（气体），缸内控制元件与缸外控制元件（指气缸）和接头等。原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。由于原理上的根本不同，气缸的优点：速度相对缓慢、动态力变化不大、容易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、寿命相对短。与机械弹簧不同的是，气缸具有近乎线性的弹性曲线。气弹簧结构见图2.9。图2.9气缸2.8.1气缸角度的选取气缸尾部固定在底架上，另一端固定在用于连接两个内撑杆的横梁上，气缸的竖直方向支撑力随着角度的增大而增加，为此在可选范围内最大程度的增大角度，由于气缸压下最低位置时，气缸的管长需要一定的空间，所以需要选择合适的角度。当料斗在最低位置时候气缸的管长最大尺寸400.0mm，此时气缸的另一端安装在中心销轴处。当料斗达到坐高位置时，为了尽可能地增大竖直方向的力需要达到最大高度，所以选择气缸的倾斜角为30°此时选用气缸的中心距为400.0mm。气缸的位置变化如图2.10。1-最高位置2-最低位置图2.10气缸位置图2.8.2气缸力的选取经过计算料斗内的水泥灰的重量为196.0kg，为了达到能够支撑起整个料斗选择气缸的总支撑力为4000.0N,查气缸的型号表，当中心距为400.0mm时，气缸的支撑力为1000.0N,为此选择四个气缸，均布在底架和横梁中间。2.9抹灰板的设计计算抹灰板是抹灰过程中最主要的工作部分，当整体上升过程中，抹灰板与墙面成仰角位置，当料斗中的水泥灰料进入抹灰板时，随着抹灰机的上升，抹灰板将灰料压实在墙面上，当整个机构到达最顶部时，料斗下压，同时带动支撑杆推着连杆使抹灰板转动，使抹灰板与墙面成仰角，并保持仰角位置不变，整体下滑过程实现二次抹灰过程，从而使墙面光滑。本方案设计的抹灰板的长度为800.0mm，厚度为2.0mm，为实现能够抹灰到墙顶最高处的要求，设计的抹灰板高度为400.0mm，这样当抹灰板从仰角变为俯角的过程中，不会因为料斗的体积太大而影响抹灰板的抹灰过程。抹灰板结构见图2.11。图2.11抹灰板结构图2.9.1抹灰板倾斜角度的选择当抹灰板开始翻转时，料斗就无法继续向抹灰板中继续输送水泥灰，此时距离墙顶还有一段距离，这就要求，在抹灰板中的水泥灰足够满足抹灰到墙顶的要求,即J三角形区域的面积大于I区域矩形的面积。抹灰板的角度如图2.12。m2m2经过实验论证，当抹灰板选用该角度时能保证达到抹灰到最高处。I-所需抹灰量J-抹灰板与墙面面积图2.12抹灰板角度3抹灰机构的计算与校核3.1抹灰机构的整体受力分析料斗的升降靠的是通过销轴将内外支撑杆杆件连接，使杆件能绕着销轴旋转实现升降，对抹灰机构的研究有很多种方法，最常见的方法是杆组分析法，料斗起升机构的受力分析和运动分析的方法。利用这种方法对气动弹簧以及起升机构类型进行分析。将杆组分解，最终将其转化为特定杆组的分析。杆组分析可以简化结构，节省时间、提高效率，计算结果准确可靠。在受力分析时，要知道构件所承受的载荷，不仅仅对抹灰机构的动力性能有影响，同时也会影响到升降构件形状以及尺寸大小的选择。在分析的过程中只需进行静力学方面的分析，这样既可以简化问题，又能做到满足分析的条件。杆组构件部分的受力情况分析主要包括两种方式：图解法和解析法。这两种方法的主要特点是：前一种简单、方便、直观、精确度较低；而后一种方法的主要特点是计算量较大、与之对应的精确度相应提高。强度分析的计算中。基本是由底座、起升机构以及料斗这三部分组成的。起升时，起升机构是最主要的受力部件。3.2抹灰机构模型建立及力学分析图3.1支撑杆受力分析图如图3.1支撑杆受力分析图所示，该结构用于料斗的起升及支撑，抹灰板的翻转过程。在整体的受力分析过程中，当料斗处在在高位置时候，支撑杆受力最大，最容易发生变形以交叉支撑杆ACD和ECB为研究对象进行力的分析,图中ED表示抹灰机构的底架，AD和EB表示支撑杆，两根支撑杆在C点处通过销轴连接，B和D点固定，A和E点可以沿X轴移动,E通过连杆与抹灰板相连，实现整体的联动。3.3上平台的受力分析通过模型计算获取对于料斗的重心位置，料斗重力值为G，对于料斗进行受力分析,料斗承受下侧支撑杆的支撑力，受力示意图如图3.2。图3.2箱体受力分析图=0（3.3a）（3.3b）经过计算得：N3.4支撑杆ACD、ECB的受力分析上述分析是在理想状态下进行，并作了以下简化：不考虑惯性力的影响；不考虑偏载；剪叉臂的重心为对称中心C点。气体弹簧力已知，然后对每个构件分别列出它们的受力平衡方程以及力矩的平衡方程，再求解方程得到各铰点的力。图3.3支撑杆ACD受力分析图图3.4支撑杆ECB受力分析图对ACD杆进行受力分析，支撑杆ACD的受力分析如图3.3。设水平向右为正，竖直向下为正竖直方向=0（3.4a）=0（3.4b）以c点为中心，列力偶平衡方程（3.4c）同样对ECB杆进行受力分析，支撑杆ECD的受力分析如图3.4。（3.4d）=0（3.4e）（3.4f）将上述方程联立求得：NNNNNNNNN其中和在两个杆上分别是作用力和反作用力。3.5支撑杆强度分析准则结构中的部件工作时不管是受到哪种载荷的作用，都会对自身产生一定的影响，果所受到的载荷超过了构件自身能抵抗的能力，部件就会被破坏，影响机构的整体性能，所以，为了使整体结构能够承受其负载，各个部件一定要有较高的强度以及刚度。所以要进行支撑杆的强度、刚度以及稳定性情况校核。在通常情况下，它所能承受载荷的性质也会不一样，例如主要是承受压力，支撑杆主要是起支撑作用的，可能会受到压力、弯矩作用，大多数情况是同时承受多个不同性质的载荷，因而应当根据不同的情况来计算支撑杆的承载能力。Q235材料普通碳素结构钢－普板是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235.0MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小（板厚≤16.0mm，屈服强度为235.0MPa；16.0mm<板厚≤40.0mm，屈服强度为225.0MPa；40.0mm<板厚≤60mm，屈服强度为215.0MPa；60.0mm<板厚≤100.0mm，屈服强度为205.0MPa；100.0mm<板厚≤150.0mm，屈服强度为195.0MPa；150.0mm<板厚≤200.0mm，屈服强度为185.0MPa）。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。钢材的抗拉、抗压、抗弯强度见表3.1。3.5.1支撑杆承载能力分析均布载荷直接作用于料斗上，力再传递到支撑臂上在这样的情况下，支撑杆成了主要的受力部件。承受载荷的能力直接影响着整个机构的稳定性，提高支撑杆的承载能力直接影响着抹灰机构的提升性能。这样就需要在设计支撑杆时，对其进行强度、刚度和稳定性进行分析计算。表3.1钢材的抗拉、抗压、抗弯强度表钢材抗拉、抗压和抗弯（MPa）抗剪（MPa）端面承压（MPa）牌号厚度或直径（mm）Q235钢≤16215125325>16～40205120>40～60200115>60～1001901103.5.2支撑杆受弯强度分析对支撑杆进行受力分析，根据实际的工作情况要充分考虑分析支撑杆的受弯矩的能力，尤其是当载荷垂直作用在支撑杆上时，这时弯矩最大。为了方便计算，将ACD杆的力分解为沿杆的方向的力和垂直杆地方向的力当计算弯曲强度时选取其垂直杆方向的力进行分析。垂直支撑杆ACD的力如图3.5。ACD杆所受的弯矩图如图3.6。图3.5垂直ACD杆分力图图3.6ACD杆弯矩图NNNN支撑杆的截面为矩形，横截面的宽度为b=8.0mm、h=40.0mm（3.5a）（3.5b）MPa（3.5c）式中：：材料最大的实际应力：材料许永应力：杆件所受最大弯矩：抗弯截面系数选择的材料为Q235，MPa>MPa所以杆ACD是安全的。下面对BCE段杆进行受力分析将BCE杆的力分解为沿杆的方向的力和垂直杆地方向的力，当计算弯曲强度时选取其垂直杆方向的力进行分析,垂直支撑杆BCE的力如图3.7图3.7垂直BCE杆分力图经过计算可知NNN支撑杆ECB的截面为矩形，横截面的宽度为b=8.0mm、h=40.0mm（3.5d）（3.5e）MPa（3.5f）式中：：材料最大的实际应力：材料许永应力：杆件所受最大弯矩：抗弯截面系数选择的材料为Q235MPa>MPa，所以杆的强度符合要求是安全的。3.5.3支撑杆受压强度分析对ACD杆进行受力分析，当计算拉压强度时选取其沿轴向的力进行分析,经过计算可得ACD杆的轴向力，对于支撑杆ACD截面宽度b=8.0mm截面高度h=40.0mm。（3.5h）（3.5i） MPa（3.5j）式中：：材料最大的实际应力：材料许永应力：杆件所受力：杆件截面积选择材料为Q235普通碳素结构钢MPaMPa所以ACD杆的轴向拉压强度符合要求，杆ACD是安全的。下面对ECB杆进行受力分析当计算弯曲强度时选取其沿轴向的力进行分析经过计算可得ACD杆的轴向力，对于支撑杆ACD截面宽度b=8.0mm截面高度h=40.0mm。（3.5k）（3.5l） MPa（3.5m）式中：：材料最大的实际应力：材料许永应力：轴向压力：杆件截面积选择材料为Q235普通碳素结构钢MPaMPa所以ECB杆的轴向拉压强度符合要求，杆ECB是安全的。3.6销轴的强度校核分析可知，对于料斗的交叉支撑杆受力最大的地方为D点和H点，所以只需校核该两处的销轴即可，对于Q235碳素结构钢许用剪应力135MPa。D处销轴直径10mm，对其进行校核。MPa（3.6a）式中：：销轴最大剪应力：销轴许用剪应力：销轴的横截面积当在D处时，MPa>MPa，所以D处的销轴强度符合要求。H处销轴直径10mm .0MPa（3.6b）式中：：销轴最大剪应力：销轴许用剪应力：销轴的横截面积当在H处时，MPa>MPa，所以D处的销轴强度符合要求。所以销轴的强度符合要求。3.7底架的强度校核底架是整个抹灰机构的的支撑部分，当整个抹灰机构在上升过程中，对于底架来说，主要受到料斗灰料及支撑杆结构的重力，力主要作用与传动系统底架的连接处，在计算过程中可将重心设在底架的中心位置，底架后端进行弯曲强度校核。底架的受力分析如图3.8底架受力简化图所示。图3.8底架受力简化图图3.9底架受力弯矩经过查找资料，对于角钢的抗弯截面系数，查阅资料可得角钢的抗弯截面系数为（3.7a） （3.7b）MPa （3.7c）式中：：材料最大的实际应力：材料许用应力：杆件所受最大弯矩：抗弯截面系数MPa>MPa，所以底架的强度符合要求。3.8横梁的强度校核横梁与气弹簧相连，是主要的受力部件，横梁主要受气弹簧给的弯曲应力对横梁受力进行简化，将弹簧力简化为集中力，作用在横梁中间位置，当整个抹灰机构处于最低位置时，弹簧的作用力最大。因为横梁选用材料为方钢，截面形式如图3.10。图3.10横梁截面（3.8a）MPa（3.8b）式中：：材料最大的实际应力：材料许永应力：杆件所受最大弯矩：抗弯截面系数MPa>MPa经过计算横梁的强度符合要求。3.9抹灰板销轴的强度校核抹灰板在整个运动过程中有三个主要受力过程，当抹灰上行过程中，抹灰板主要受来自水泥灰的压力；当抹灰机达到顶端时，料斗朝下运动，抹灰板翻转受到来自水泥灰的压力和连杆的推力；当翻转完成后，抹灰板主要受来自抹平墙面时的水泥灰作用力。经过分析，当抹灰板转动过程中所受到的力最大，对于Q235碳素结构钢许用剪应力135MPa。抹灰板与连杆处销轴直径10.0mm，经过是实验分析可知当抹灰板翻转时，当抹灰板翻转时来自墙面水泥灰的压力位800.0N。MPa（3.9b）式中：：销轴最大剪应力：销轴许用剪应力：销轴的横截面积当在D处时，MPa>MPa，所以抹灰板处的销轴符合强度要求。3.10连杆的强度校核连杆用于连接抹灰板和支撑杆，在整个抹灰机上行，下行运动过程中，连杆带动抹灰板转动，在抹灰板翻转时，连杆主要受轴向压力，对于连杆截面宽度b=8mm截面高度h=40mm连杆的横截面积如图3.11。图3.11连杆横截面积（3.10a）N（3.10b）MPa（3.10c）式中:：材料最大的实际应力：材料许永应力：杆件所受力：杆件截面积选择材料为Q235普通碳素结构钢MPaMPa所以强度符合要求。4提升机构设计4.1提升系统总体结构设计在抹灰机设计过程中，自动抹灰机构是整个机构的工作执行机构。如上面章节所述此次自动抹灰机构采用的主要是气缸和剪叉结构相结合，起重气缸是动力元件，剪叉机构和抹灰板是主要执行元件。由设计要求可知此次抹灰机设计的抹灰高度为4米。因此需要设计提升机构，为了达到此次设计的提升要求，经过分析后决定采用电机、减速器、滚筒和定滑轮相结合来进行提升机构设计。提升简图如下图所示：图4-1提升系统总体结构设计简图电机2.减速机构3.滚筒4.定滑轮4.2基本参数的确定4.2.1抹灰机速度、重量及滚筒直径由一直条件可知此次设计的自动抹灰机的提升速度要求在25M/min，由第三章计算可知此次设计的自动抹灰机的灰的重量为195KG.同时此次设计中机构材料基本使用的是45钢，因此在提升质量计算中将总质量定为500KG。同时为了减小设计空间，绞绳滚筒直径初定为60MM。则提升机构初始参数为：F=500KG=5000N，V提=25m/min=0.4m/s，D=60mm，4.2.2传动效率的确定由传动简图可以看出此次传动机构中为了减小总体体积提高空间利用率，因此电机和减速机构以及减速机构和滚筒之间采用的是联轴器连接，通过查阅资料确定各连接中的传动效率为：轴承的效率1=0.99,齿轮传动的效率2=0.97,联轴器的效率3=0.99,工作机的效率4=0.96.则总效率计算为：a=0.993×0.97×0.992×0.96=0.8864.2.3电机选型及各级传动比的确定电机选型圆周速度v:v=0.4m/s工作机的功率Pw:P电动机所需工作功率为:P工作机的转速为:n=经查表按推荐的传动比合理范围，一级圆柱直齿轮减速器传动比i=3~6，电动机转速的可选范围为nd=i×n=(3×6)×127.4=382.2~764.4r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，选定型号为Y100L2-4的三相异步电动机，额定功率为3KW,满载转速nm=1430r/min，同步转速1500r/min。传动比的确定（1）总传动比：由选定的电动机满载转速n和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为:i（2）分配传动装置传动比:i则减速器传动比为:i=4.2.4传动装置的运动和动力参数确定（1）各轴转速:输入轴：n输出轴：n工作机轴：n（2)各轴输入功率:输入轴：P输出轴：P工作机轴：P则各轴的输出功率：输入轴：P输出轴：P工作机轴：P(3)各轴输入转矩:电动机轴：T输入轴：T输出轴：T工作机轴：T各轴输出转矩为：输入轴：T输出轴：T工作机轴：T4.3传动装置零件设计4.3.1齿轮设计1.选精度等级、材料及齿数（1）材料选择：由表选小齿轮材料为40Cr调质处理，硬度范围取为280HBS，大齿轮材料为45钢调质处理，硬度范围取为240HBS。（2）一般工作机器，选用8级精度。（3）选小齿轮齿数Z1=20，大齿轮齿数Z2=20×11.22=224.4，取Z2=223。（4）压力角=20°。2.按齿面接触疲劳强度设计（1）由式试算小齿轮分度圆直径，即d1）确定公式中的各参数值。①试选载荷系数KHt=1.3。②计算小齿轮传递的转矩T③选取齿宽系数φd=1。④由图查取区域系数ZH=2.5。⑤查表得材料的弹性影响系数Z⑥计算接触疲劳强度用重合度系数Zε。端面压力角：αα端面重合度：ε重合度系数：Z⑦计算接触疲劳许用应力[H]查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为Hlim1=600MPa、Hlim2=550MPa。计算应力循环次数：NN查取接触疲劳寿命系数:KHN1=0.87、KHN2=0.92。取失效概率为1%,安全系数S=1,得:σσ取[H]1和[H]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即σ2）试算小齿轮分度圆直径d（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备①圆周速度vv=②齿宽bb=2）计算实际载荷系数KH①由表查得使用系数KA=1。②根据v=2.27m/s、8级精度，由图查得动载系数KV=1.12。③齿轮的圆周力FK查表得齿间载荷分配系数KH=1.2。④由表用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承对称布置时，KH=1.02。由此，得到实际载荷系数K=3）可得按实际载荷系数算的的分度圆直径d及相应的齿轮模数m=模数取为标准值m=2mm。3.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径dd（2）计算中心距a=（3）计算齿轮宽度b=取b2=40、b1=45。4.校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根弯曲疲劳强度条件σ1）确定公式中各参数值①计算弯曲疲劳强度用重合度系数YY②由齿数，查图得齿形系数和应力修正系数YFa1=2.75YFa2=2.14YSa1=1.56YSa2=1.85③计算实际载荷系数KF由表查得齿间载荷分配系数KF=1.2根据KH=1.02，结合b/h=8.89查图得KF则载荷系数为K=④计算齿根弯曲疲劳许用应力[F]查得小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳极限分别为Flim1=500MPa、Flim2=380MPa。由图查取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.83、KFN2=0.88取安全系数S=1.4，得σσ2）齿根弯曲疲劳强度校核σσ齿根弯曲疲劳强度满足要求。主要设计结论齿数Z1=20、Z2=223，模数m=2mm，压力角=20°，中心距a=243mm，齿宽b1=45mm、b2=40mm。齿轮参数总结和计算代号名称计算公式高速级小齿轮高速级大齿轮模数m2mm2mm齿数z20223齿宽b45mm40mm分度圆直径d40mm446mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高ham×ha2mm2mm齿根高hfm×(ha+c)2.5mm2.5mm全齿高hha+hf4.5mm4.5mm齿顶圆直径dad+2×ha44mm450mm齿根圆直径dfd-2×hf35mm441mm4.3.2输入轴的设计及校核1.输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1P1=2.24KWn1=1430r/minT1=14.96Nm2.求作用在齿轮上的力已知小齿轮的分度圆直径为:d1=40mm则:FF3.初步确定轴的最小直径:先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表，取A0=112，得：d输入轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d12，为了使所选的轴直径d12与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca=KAT1，查表，考虑转矩变化很小，故取KA=1.3，则:T按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，同时考虑电机轴直径28mm，查标准GB/T4323-2002或手册，选用LT4型联轴器。半联轴器的孔径为25mm故取d12=25mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为44mm。4.轴的结构设计图图4-2轴结构图5.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足联轴器的轴向定位要求，I-II轴段右端需制出一轴肩，故取II=III段的直径d23=30mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=35mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L=44mm，为了保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面上，故I-II段的长度应比联轴器毂孔长度L略短一些，现取l12=42mm。2）初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d23=30mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6207，其尺寸为d×D×T=35×72×17mm，故d34=d78=35mm，而l34=l78=17mm。轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6207型轴承的定位轴肩高度h=3.5mm，因此，取d45=d67=42mm。3）由于齿轮的直径较小，为了保证齿轮轮体的强度，应将齿轮和轴做成一体而成为齿轮轴。所以l56=B=45mm，d56=d1=40mm4）根据轴承端盖便于装拆，保证轴承端盖的外端面与联轴器右端面有一定距离，取l23=50mm。5）取齿轮距箱体内壁之距离Δ=16mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，则l45=Δ+s=16+8=24mml67=Δ+s=24mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。6.轴的受力分析和校核1）作轴的计算简图（见图a）:根据6207轴承查手册得T=17mm联轴器中点距左支点距离L1=44/2+50+17/2=80.5mm齿宽中点距左支点距离L2=45/2+17+24-17/2=55mm齿宽中点距右支点距离L3=45/2+24+17-17/2=55mm2）计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：FF垂直面支反力（见图d）：FF3）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：M截面C处的垂直弯矩：MM分别作水平面弯矩图（图c）和垂直面弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：MM作合成弯矩图（图f）。4）作转矩图（图g）。5）按弯扭组合强度条件校核轴的强度：通