【《混凝土搅拌机的搅拌轴设计计算案例》2500字】

混凝土搅拌机的搅拌轴设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u14686混凝土搅拌机的搅拌轴设计计算案例 132171.1搅拌轴转速的确定 1244371.2搅拌叶片尺寸的确定和计算 2110071.3支撑臂在轴上的固定方式 4160521.4叶片与支撑臂的连接方式 560901.5搅拌轴的功率计算 5108431.6轴的强度校核 7189081.8搅拌臂强度的验算 1750391.9键强度校核 181.1搅拌轴转速的确定经理论分析与实验研究对当前强制式搅拌机线速度适合区间1.4m/s~1.7m/sREF_Ref17167\r\h[12]。取叶片末端线速度为叶片线速度确定叶片线速度是否合适是判定强制式搅拌机成更与否的关键，速度过大会因离心力发生离析线速度过小搅拌效率低下。在实践中实际设计线速度为理论线速度的0.6~0.7倍,即(2-4)式中：K=v实际线速度（）g重力加速度（）R叶片回转半径（）将选用的线速度带入上式得根据上文筒径确定叶片回转半径根据公式得到转速极限速度v1V1(2-5)1.2搅拌叶片尺寸的确定和计算强制搅拌机搅拌叶片多为片式，叶片的几何形状为平板型，叶片与搅拌轴的连接方式是叶片-支撑臂-连接套-搅拌轴这套连接方式。搅拌轴上的每个叶片-支撑臂-连接套搅拌单元全部独立，相较于螺带搅拌叶片更易安装，生产，且损坏时不用整件更换维护成本更低廉。本次设计采用双轴搅拌结构，两根搅拌轴上的叶片旋向不同叶片数目参考JS350，其中的搅拌叶片参数为：长，宽，叶片螺旋角，侧叶片轴向宽，径向长，单根轴上的叶片数目为片，这片叶片中包含个搅拌叶片以及个侧叶片，叶片的最外端距筒壁的间隙为，轴径为，搅拌叶片与侧叶片的结构尺寸如图1.13，1.14。图1.13侧叶片结构尺寸图1.14搅拌叶片结构尺寸1.3支撑臂在轴上的固定方式支撑臂在轴上的固定方式是采用插入式和焊接式REF_Ref17239\r\h[13]。插入式：需要在搅拌轴上钻孔，后将支撑臂插入孔中，然后选用两垫块用于定位再用合适的螺栓连接、固定。插入式适合轴径较大支撑臂较粗的场合，结构简图见图1.15焊接式：通过连接套焊接在搅拌轴上，然后将支撑臂插入连接套与轴一起焊住固定。连接套也用四个螺栓连接。此种方法不会有插入式对搅拌轴的强度削弱，结构简图见图1.16本次设计选用焊接式。图1.15图1.161.4叶片与支撑臂的连接方式叶片与支撑臂采用螺栓连接，由于该位置的螺栓受压应力作用，故无需校核螺栓强度。连接示意图如图1.17图1.17叶片与臂的连接示意图1.支撑臂1.托板3.叶片1.5搅拌轴的功率计算根据双轴安装特性每根轴上只有一个搅拌侧叶片与两个搅拌叶片工作。因此在计算时，按搅拌叶片Ⅰ转至最底部时计算。搅拌侧叶片面积搅拌叶片面积搅拌机在搅拌工作时工况复杂为方便计算只考虑叶片法向阻力其余忽略不计REF_Ref17334\r\h[14]。受力示意图1.18。图1.18搅拌叶片受力示意图:法向阻力:轴向力:径向力在处于均载情况下时搅拌叶片受到的法向阻力为阻力系数与叶片面积的乘积公式为：--为阻力系数5~9本次设计中取S--为搅拌叶片的面积--为安装角45侧叶片受力：搅拌叶片受力：两根轴上同时有一侧叶片及两个搅拌叶片工作，故受的总轴向力为：上文中已经得出搅拌筒的筒径搅拌轴的轴径为叶片最顶端距搅拌桶的距离则总轴向力产生的扭矩为已知搅拌轴转速为30r/min则搅拌轴的功率为搅拌臂在搅拌中会受到阻力要消耗功率，为方便计算近认为在1/2臂长处受集中力。其中侧叶片臂可忽略不计搅拌臂受力的等效面积：A则等效后的支撑臂的法向阻力沿搅拌轴轴向分力两根轴上一共有四个支承臂同时受力则支撑臂的扭矩T2：其中每根支承臂扭矩：支撑臂的功率N2：搅拌轴总功率：1.6轴的强度校核轴类零件主要为了传递动力。为了保证轴类零件的功能正常使用在选择轴类零件材料的的时候需要选择综合性能较高的零件。常用的轴类零件材料为45,40Gr，表1.5为45钢跟40Cr的性能对比表1.5性能对比淬透性油透临界值mm性能特点用途举例45钢调质后有良好的综合机械性能REF_Ref8125\r\h[15]。制造较高强度的运动零件。40Cr强度比碳素钢高约20%。制造中速中载零件。表根据表的对比可知45钢的淬透性与综合机械性能都不如40Cr但综合经济因素的考虑的选择较为便宜的45钢，进行力分析和强度校核。侧叶片：径向力：2060n轴向力：2060n搅拌叶片：径向力：967n轴向力：967n搅拌臂：轴向力：950.4n两根轴的参数相同故只需选一根校核轴上各叶片及轴末端齿轮在点A支承座产生的支反力如图1.20图1.20侧叶片Ⅰ：搅拌叶片Ⅰ：齿轮扭矩取齿轮受力为则齿轮在A支座支反力图1.21各叶片及臂上所受的力各叶片及臂的径向力在支承座A处产生的支反力Y方向：X方向：叶片及支承臂产生的扭矩T===1934叶片在轴向产生的A支座的支反力侧叶片产生轴向力对轴的弯矩分别为：搅拌叶片的轴向力产生的绕轴的弯矩，分别为：搅拌叶片的轴向力产生的绕轴的弯矩，分别为：故由侧叶片及搅拌叶片轴向力产生的弯矩总和为：支座A处有叶片轴向力引起的x，y方向的支反力为：故支座A处x，y方向总的支反力为：画轴的受力简图已知支座A的支反力：各叶片及齿轮产生的径向力在x，y方向的分量为：侧叶片：搅拌叶片Ⅰ：搅拌叶片Ⅱ：齿轮：画轴的受力简图：图1.22轴的受力简图垂直面弯矩：图1.23垂直面弯矩（）水平面弯矩：图1.24水平面弯矩（）合成弯矩：图1.25合成弯矩图（）扭矩：图1.26扭矩图根据已求的总弯矩图和扭矩图，按第三强度理论求出弯矩图通常有弯矩的作用性质差异（与扭矩比较），需考虑系数α。由于扭矩所产生的扭转剪应力为脉动循环应力，取。弯矩:图1.27弯矩（）由图1.27可得出2点弯矩最大，1点弯矩也较大，但因该处的截面尺寸与E处的截面尺寸相同，故只需校核2点即可。另外B点处受力亦相对较大，因其截面尺寸较2处小，也应该校核。故危险截面2、B两处。 轴材料45钢，有关性能参数如下：；；；图1.27的2处：﹤[σ]=95MPa﹤τ-1=155MPa故2处是安全的。B处：﹤[σ]=95MPa﹤τ-1=155MPa考虑到B处键槽对轴强度的削弱故在对其进行校核：由于要开两个键槽，对轴强度削弱将增大10%。﹤70mm故B处也是安全的。对于搅拌轴，其扭转变形允许值：[]=0.50~10/m搅拌轴是阶梯轴式中：i段阶梯轴所受扭矩轴长直径钢的切变模量﹤[]=0.5°~1°/m刚度合格1.8搅拌臂强度的验算材料选用45钢，截面A-A处是臂和连接套连接处，现将臂看作悬臂梁，校核A-A截面处的强度。A-A截面处由轴向力产生的弯矩为：图1.28搅拌臂受力简图A-A截面处由轴向力产生的弯矩为：合成弯矩：故A-A截面安全。侧支承臂也安全。1.9键强度校核键规格：84mm×20mm×14mm键强度极限