JZ型混凝土搅拌机设计.doc

I 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 摘 要 搅拌机在现代建筑工程中有着广泛应用，它不仅减轻了工人的劳动力，还 保证了混凝土工程的质量问题，对我国的现在的基础设施建设做出了巨大贡献。 搅拌可以使两种或者两种以上的不同物质在彼此直接相互扩散，从而达到 均匀混合的目的。混凝土搅拌机在搅拌过程中，通过搅拌筒的转动，带动搅拌 叶片对筒内砂石、水泥等物料进行翻转、挤压等搅拌操作，使物料在相对剧烈 运动中得到充分的搅拌。 本次设计的主要机型是自落式锥型反转出料搅拌机计。它是小型工程建筑 凝土搅拌机中的一种，自落式锥型反转出料搅拌机能搅拌轻骨料混凝土，能使 混凝土达到强烈的搅拌作用，搅拌非常均匀，生产率高，质量好，成本低。它 是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑、外型美观、便于运输。其主要 组成结构包括：搅拌装置，搅拌传动系统，上料机构，供水系统，电气控制系 统等。主要设计计算内容是自落式锥型反转出料搅拌机整体结构的设计，主要 包括：整体结构方案的确定、搅拌筒外形尺寸的确定、电机的选择、上料机构 的设计、减速器的设计、联轴器的选择以及完成机架总成图及零部件图。 本次设计主要通过对搅拌筒的设计，电动机的选择，减速器的设计，联轴 器的选择，来实现搅拌机更高的机械效率及更好的工作稳定性。 关键词：混凝土搅拌机，外壳设计，减速器 II 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 Abstract The mixer is widely used in the modern construction, it not only reduces the workers labor, but also guarantee the quality of concrete project, made a huge contribution to our countrys current infrastructure construction. Mixing can make two or more than two kinds of different substances in each other mutual diffusion, so as to achieve the purpose of mixing. The concrete mixer in the mixing process, through the rotation of the mixing drum, drives the stirring bladeson the sand, cement and other materials are turning cylinder, extrusion mixing operation, to mix the materials fully in the relative strenuous exercise. The main models of this design is a self falling type cone type reverse feeding mixer. It is a small building concrete mixer, self falling type cone type reverse feeding mixer mixing of lightweight aggregate concrete, can make the concrete to achieve strong stirring, mixing uniformity, high productivity, good quality, low cost.It is a relatively new type of mixer, compact structure, beautiful appearance,convenient transportation. The main structure comprises: mixing device, mixing transmission system, feeding mechanism, water supply system, electric control system etc. The main design content is a self falling type cone type reverse feeding mixer design, overall structure include: the overall structure scheme, the mixing drum shape size determination, motor selection, feeding mechanism design, design of the reducer, coupling and finish the frame assembly diagram and parts diagram. This design mainly through the design of the mixing tube, the choice of motor, the design of the speed reducer, the choice of coupling, to achieve the work stability of mechanical efficiency and better the higher the mixer. Keywords: concrete mixer,housing design, speed reducer. 1 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 目 录 摘 要 .I ABSTRACT.II 1 绪 论 .2 1.1 课题的研究目标、内容 .3 1.1.1 研究目标 .3 1.1.2 研究内容 .3 1.2 国内外发展状况 .3 2 混凝土的设计要求 .6 2.1 搅拌机的选型 .6 2.2 我国混凝土搅拌机其代号与主要参数的意义 .8 2.3 原始数据 .9 2.4 设计的总体要求 .9 3 总体设计方案确定及动力元件选择 .10 3.1 总体设计方案 .10 3.2 搅拌筒设计 .11 3.3 电动机的选择 .13 3.4 减速器的设计 .17 3.4.1 第一级齿轮传动的设计 .17 3.4.2 第二级齿轮传动的设计 .21 3.4.3 轴的校核 .26 3.5 联轴器 .27 3.6 料斗的设计 .28 4 混凝土搅拌机的维护与保养 .29 5 结论 .31 参考文献 .32 2 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 1 绪 论 混凝土机械的发展状况是影响建筑工程机械化程度的重要因素之一。混凝 土搅拌设备是建筑机械中的一个重要代表，它是混凝土的一个关键设备，由于 混凝土搅拌设备的工作对象是砂、石、水泥等混合料，并且用量大，工作环境 大多比较恶劣，因此混凝土搅拌设备在向高效能、高技术、自动化、智能化的 方向发展有很大必要性 1。 混凝土搅拌机是一种带叶片的轴在圆筒或槽中旋转用以把水泥、砂石骨料 和水混合并拌制成混凝土混合料的机械。主要由拌筒、加料和卸料机构、供水 系统、原动机、传动机构、机架和支承装置等组成。混凝土搅拌机广泛应用于 公路、铁路、建筑、桥梁、港口、机场等工程中。它在建筑中占有重要的地位。 在我国的发展阶段，我国建设一大批大型煤矿、油田、电站、机场、港口、 高速铁路、高等级公路等重点工程，同时也要进行大量的城市道路、城镇住宅 的建设，这都需要用到大量的混凝土搅拌机。混凝土搅拌机械是基本建设的 “常规武器” 。 随着我国经济建设的不断发展，以及城市化进程的加快，我国的城市基础 建设、房地产开发业得到了迅猛的发展，推动了混凝土产量的迅速提高。商品 混凝土生产是改变传统的现场分散搅拌混凝土的生产方式，实现建筑工业化的 一项重要改革。混凝土的商品化生产因其高度的专业化和集中化，大大提高了 混凝土的质量和生产效率，降低了环境污染，减轻了劳动强度。 随着搅拌机需求量的增大，搅拌机的市场竞争越来越激烈。在竞争加剧的 环境下，搅拌机正朝着技术创新和提高搅拌机自制能力的方向发展。在建设节 约型社会的前提下，相信混凝土机械在以后的发展过程中一定会朝着节能、高 效、操作更加智能化的方向发展。 “十二五”规划明确了国家加大基础设施建设的目标，而大规模的基础设 施建设对于商品混凝土行业发展是非常有利的。因此，处理好混凝土商品化过 程中的各种问题，肯定会很大程度上促进混凝土行业的发展进程，这对建筑业 和传统制造业都是非常重要的。相信通过各行业的协调合作，肯定能处理好混 3 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 凝土商品化过程中的各个问题，一定能给商品混凝土一个更加美好的明天。 1.1 课题的研究目标、内容 1.1.1 研究目标 从搅拌的目的和机理出发，了解并掌握混凝土搅拌机的制造、各个部件组 件后的运行、以及搅拌混合混凝土过程，尽力为以后混凝土搅拌机的发展提供 更好的数据以及装配设计 6。 1.1.2 研究内容 （1）对搅拌机的国内外研究现状进行对比，掌握其工作原理，确定其总体 设计方案； （2）确定传动系统的主要参数； （3）进行电动机的选择； （4）进行减速器主要零部件的设计； （5）绘制相应的零件图和装配。 1.2 国内外发展状况 19 世纪 40 年代，在美、德、俄等国家出现了以蒸气机为动力源的自落式 搅拌机，其搅拌筒由多面体状的木制筒构成，一直到 19 世纪 80 年代，才开始 用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。1888 年法国申请登记了第一个用 于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。20 世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机 才开始普及，形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌 质量和效率。1903 年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌 工厂。1908 年，在美国出现了第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为 主要动力源。从 1913 年，美国开始大量生产预拌混凝土，到 1950 年，亚洲大 陆的日本开始用搅拌机生产预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶 片的自落式搅拌机的发明与应用为主。自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高 度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定 的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时问、 速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达 4 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 到均匀混合。 自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片 磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于 拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌筒形状和卸料方式的 不同，有鼓筒式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式 搅拌机等，其中鼓简式搅拌机技术性能落后，已于 1987 年被我国建设部列为淘 汰产品。 随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化 对混凝土质量、产量不断提出的更高要求。有力地促进了混凝土搅拌设备在使 用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机的结 构形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产工艺等方面进行改进和探索。 20 世纪 40 年代后期，德国 ELBA 公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅 拌机的工作原理不同，强制式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生 剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到匀 质搅拌。 强制式搅拌机与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质 量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种搅拌机适于拌制干 硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土 搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、 立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。随 着技术的发展，强制式搅拌机在德国的 BHS 公司和 ELBA 公司、美国的 JOHNSON 公司和 REX WORKS 公司、意大利的 SICOMA 公司和 SIMEN 公司、 日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。 比如德国的 EMC 系列、EMS 系列搅拌站和 UBM 系列、EMT 系列搅拌楼，意 大利的 MAO 系列搅拌站、MSO 系列大型搅拌基地等。我国混凝土搅拌设备的 生产从 20 世纪 50 年代开始。1952 年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制 出我国第一代混凝土搅拌机，进料容量为 400L 和 1000L。20 世纪 70 年代未至 80 年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要，在引进国外样机 的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代 JZ 型双锥自落式搅机、D 型单卧轴 强制式搅拌机。其中，JS 型双卧轴搅拌机在 80 年代初研制成功。80 年代末， 我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了 10 多种混凝 5 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 土搅拌楼(站)。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝 土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模， 出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐步形成了一个具有一定规模和竞争 能力的行业。2006 年，我国生产装机容量 56m 3 的搅拌站 2100 多台，已成为 混凝土搅拌设备的生产大国。 6 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 2 混凝土的设计要求 2.1 搅拌机的选型 常见的水泥搅拌机主要有两种形式： 1、直立式小型搅拌机搅拌叶片，如图 2-1 所示。 图 2-1 直立式小型搅拌机搅拌叶片 传统的直立式水泥搅拌机是由三个平板状，通过三个不同尺寸的轴联接在 一起，实现搅拌。但是由于从叶片强度、搅拌均匀等方面有些不如人意。改变 搅拌叶片传统的形状，设计成一个楔形。并将叶片尺寸设计稍厚，从而达到减 少搅拌阻力，提高搅拌强度的效果。并将叶片通过螺钉连接，实现可换，达到 节约材料效果。这种类型的搅拌机体型小，价格便宜，适用于小型建筑工程， 但是由于搅拌量有限，生产效率低，上、下料不方便，一般不在大型建筑工程 中使用。 2、锥型反转出料移动式水泥搅拌机 9。如图 2-2 7 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 图 2-2 锥型反转出料移动式混凝土搅拌机 本机的主要特点有上、下料方便，搅拌量较大，便于运输，适用于大型建 筑工程，但其供水控制不方便，传动结构复杂。其特征是在支架上设有中部带 有轴承座的侧部与支架的支承腿平行的转动托架，在转动托架的轴承座内通过 轴杆插座有搅拌罐，在搅拌罐的外周壁设有与传动齿轮啮合的齿阁，在支架一 侧的支承腿的外侧设有布有手柄卡口的角度盘及通过轴杆设在转动托架轴杆上 的手柄。 我所选择要设计的是第二种锥型反转出料移动式混凝土搅拌机。 小规模锥型反转出料移动式混凝土搅拌机机构图 如下图 2-3。 图 2-3 搅拌机机构图 8 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 （1）一种立式混凝土搅拌机，包括有1供水系统2传动装置3搅拌与 出料装置4上料机构。本实用新型涉及一种用于搅拌混凝土的立式混凝土搅拌 机。据了解，目前用于搅拌混凝土的搅拌机普遍是带有上料斗的卧式 搅拌机， 虽然其给搅拌混凝土带来了很多好处，存在有结构复杂，需要 2 次上料及混凝 土排放不净和不便清洗搅拌罐等不足之处。 本实用新型旨在提供一种，设计合理、结构简单；操作方便灵活、不受场 地限制、排料彻底、便于清洗搅拌罐、直接投料的立式混凝土搅拌机。本实用 新型的技术解决方案是，为了实现上述目的，在支架上设 有中部带有轴承座 的侧部与支架的支承腿平行的转动托架，在转动托架的轴承座内通过轴杆插座 有搅拌罐，在搅拌罐的外周壁设有与传动齿轮啮合的齿轮，在支架一侧的支承 腿的外侧设有布有手柄卡口的角度盘及通过轴杆设在转动托架轴杆上的手柄。 （2）本实用性与背景技术比较，由于搅拌罐是立式可翻转的，因此, 其不 但简化了结构，而且具有操作方便灵活、不受场地限制、排料彻底、便于清洗 搅拌罐和直接投料等优点。 （3）操作时；将沙、石、水泥和水倒入搅拌罐内，并启动电机，通过传动 齿轮和齿圈使搅拌罐旋转进行搅拌，同时根据搅拌罐内所装物料的多少和搅拌 情况将手柄推入角度盘的不同角度的手柄卡口内进 行调节搅拌罐的搅拌角度。 当需排料时，扳动手柄使转动托架转动， 转动至搅拌罐内的混凝土处于被排放 的位置，当搅拌罐内的混凝土被 排完后，将手柄放回到使搅拌罐处于所需要的 投料角度，然后再进行下一次搅拌工作。其搅拌罐的翻转角度为 3600。当需停 止工作时，将电机电源切断。 2.2 我国混凝土搅拌机其代号与主要参数的意义 我国混凝土搅拌机的生产业已定型，并自成系列，其代号与主要参数的意 义： J-搅拌机 G-鼓型自治式混凝土搅拌机 Z-锥型反转出料混凝土搅拌机 F-锥形顿翻出料式混凝土搅拌机 D-单卧轴强制式混凝土搅拌机 9 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 2.3 原始数据 （1）出料容积 500L （2）进料容积 800L （3）搅拌桶转速 15 r/min （4）骨料最大粒径 60mm （5）生产率 25-30 hm/3 2.4 设计的总体要求 （1）满足使用要求 （2）满足经济性要求 （3）力求整机的布局紧凑合理 （4）工业性要求易操作而实用 （5）满足有关技术要求 10 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 3 总体设计方案确定及动力元件选择 3.1 总体设计方案 混凝土搅拌机主要由传动系统、搅拌装置、搅拌罐等组成。该产品的主要 机构主要有以下几部分组成： （1）电机、减速机主要由皮带连接在一起。搅拌罐至于支架上，在搅拌罐 的外周壁设有与传动齿轮啮合的齿阁，搅拌罐可与支架分离。 （2）搅拌系统由搅拌罐，搅拌轴组成，完成物料的搅拌工作。 最终设计方案确定为 11： 经过对混凝土搅拌机的类型选择。传动机构分析与执行机构分析，最终拟 定了以下方案： 方案 1：电动机皮带轮二级圆柱齿轮减速器搅拌轴，电动机 首先通过皮带轮一级减速，再通过减速器经过二级减速将动力以及转矩传送到 搅拌轴上。 方案 2：电动机二级圆锥齿轮减速器搅拌轴，使用减速器直接减 速将动力以及转矩传送到搅拌轴上。 首先，已知各种传动的传动比 u， （圆锥齿轮传动单级传动比、圆柱直齿轮 传动单级传动比 u、皮带轮单级传动比） 。然后估算电动机至搅拌轴间的传动比， 初选同步转速为 1000r/min 的原动机，搅拌轴转速为 30r/min，则 u=1000/30=33.3。 方案 1：使用皮带轮进行一级减速，使用二级圆柱齿轮减速器二级减速， 电动机轴与搅拌轴虽然在同一方向上，但电动机不直接连接减速器，同样可以 避免安装分布范围过大。同时其传动比 u 最大为 4 5 5=100，大于本次设计所 需要的最大传动比。 方案 2：方案 2 中只使用二级圆锥齿轮减速器，第二级使用圆柱齿轮传动。 优点在于圆锥齿轮具有换向性，避免了电动机轴与搅拌轴在同一方向上，避免 造成安装分布范围过大。其传动比 u 最大为 3 5=15，远远小于 33.3。 综上考虑，选择方案一是比较合理的，多级减速避免了一次性速度变化过 11 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 大，而且使用二级减速器照样可以达到电动机、主轴和减速器在同一方向上只 要到时候电动机竖直放置即可。 3.2 搅拌筒设计 1 搅拌筒 2 联轴器 3 减速器 4 电动机 锥形反转出料搅拌机的搅拌筒呈双锥形，筒内中部焊接有与搅拌筒轴线成 一定夹角交叉布置的高、低叶片各一对。由于高低叶片与搅拌筒轴线按一定的 角度交叉布置，所以当骨料由进料锥端进入，搅拌筒正转搅拌时，叶片不仅使 骨料做提升、下落运动，还能强迫物料做轴向运动，能达到强化搅拌的作用。 当搅拌筒反转市，叶片将骨料推向出料端，由两条交叉成 180 度的螺旋状出料 叶片将搅匀的骨料推出筒外 5。 双锥反转出料混凝土搅拌机在工作时，搅拌机功率主要用于克服混凝土物 料在搅合时所产生的偏心距和托轮滚动时产生的摩擦阻力矩。搅拌时，物料会 向搅拌筒一侧倾斜，但有少量的物料由于搅拌筒转动时产生的惯性作用而处于 自由落体运动状态，现在假设物料全部倾斜于一侧 3。 试求当前情况下的搅拌功率。先求出搅拌筒的几何尺寸，搅拌筒外形简图 如下图 3-1。 12 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 图 3-1 搅拌筒几何外形简图 由混凝土机械查搅拌筒几何容积，与出料容积 V0/V1=24 出料容积 V2和进料容积 V1有为出料系数，对混凝土一般取 0.6-0.7 =V 1/V2 V2=（0.60.7）V 1 出料 V2=0.35L 所以 V1=350/(0.60.7)=583500L 暂时选 V2=560L V0/V1=24 V0=10402080 暂时选 1500L V0=V1+V2+V 出 V1= d2cota- R12R1cota34 V2= d2cot- R12R1cot 34 由混凝土机械查的进料锥角为 47050 0， 出料锥角为 30033 0所以选 择 a=330，=50 0 V1= V 进 + V 出 +V 柱 V 进 =S X=(R2+tana)2-h23/2x V 柱 = （R 2-h2） 3/2Lsin36.9 13 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 另参考设 l1=0.55m，l 2=0.85m，l 3=0.5m 其中 为搅合料容重 =(1.51.7)1000kg/m 3 为搅拌时搅合料的自然坡度，=40 050 0 综上可得：R 1=0.393m ，R 2=0.322m 可整合为：R 1=0.35m ， R 2=0.4m 3.3 电动机的选择 电动机是现代机械常用的原动机，并且是系列化和标准化的产品。机械设计 中需要根据工作机的工作情况和运动，动力参数，合理选择电动机类型，结构 形式，传递的功率和转速，确定电动机的型号。 电动机有交流、直流电动机之分，工业上一般采用交流电动机，交流电动 机分为异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种， 而普通笼型异步电动机应用最广泛。如无特殊需要，一般忧先选用 Y 型笼型三 相异步电动机，因为其有高效、节能、噪音小、振动小、安全可靠的优点，而 且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于无特殊要求的多种机械设备。 电动机功率的选择是否合适将直间影响到电动机的工作性能和经济性能。 如果选用额定功率小于工作机所需要的功率，就不能保证工作机正常工作，甚 至使电动机长期过载造成过早损害，如果选用额定功率大于工作机所需要的功 率，则电动机的价格高，功率未得到充分的利用。从而 I 增加电能的消耗，造 成浪费。所以要选择合适的电动机做为机器的动力源输出 10。 搅拌机电动机的功率按所需的(单位:KW)计算公式为: Pd=Pw/ 式中 p w工作机机所需工作效率 由电动机到工作机的总效率 工作效率，应由工作阻力和运动参数计算求得: Pw=Mn/9550 式中 M 为搅拌筒搅拌时所需的外力据， （N.m） n搅拌筒转速（r/min） 14 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 其中双锥反转出料棍凝土搅拌机在 i_作时，其搅拌功率主要用几克服混 凝土物料在搅拌时产生的偏心阻力知及托轮滚动磨擦阻力矩。为讨论方便，现 假定最恶劣的工作状况，即全部物料倾向拌筒的一侧，呈斜而，球此种情况卜 的搅拌功率。 外力矩 M 的计算：M=M 摩擦 +M 物料 式中 M 摩擦 搅拌时拌合料所产生的偏心阻力矩; M 物料 搅拌时托轮所产生的滚动摩擦阻力矩; M 物料 =G 物料 Hsina=9.8VHsin 式中 G 物料 为搅合物料质量 G 物料 =V V搅拌筒容积 p拌合料容重 =(1.51.7)1000kg/m 3 H拌合料重心至拌筒中心的距离，mm； H=b3/12S 弓 =2（R !+ tan ） 2/3S 弓 -2h/3S 弓 因为混合料在拌筒内为一水而，且以搅拌时进、出料口均不得有溢出为原 则，所以讨论时进料口、出料口相等，均为 h. 进料锥内拌合物所产生的偏心阻力矩给 x 以微小增量x 则在 X=X+x 平面 之间的有效容积微元体V 弓 对 X 轴的微元阻力矩 M 进 =9.8 V 进 Hsin 积分可得进料锥内混合料所产生的偏心阻力矩出料锥内拌合物所产生的偏 心阻力矩由进料锥公式可直接得出柱体内地混合料所产生的偏心阻力矩为： M 柱 =9.8 V 柱 Hsin = （R 2-h2） 3/2l2sin36.19 综上，搅拌时混合料所产生的总偏心力矩 M 物料 =M 柱 +M 进 +M 出 所以： M 进 =9.8 (R1+ tan )2-h23/2.sin =430.1N.m32 15 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 M 出 =9.8 (R2+ tan )2-h23/2.sin =393.2N.m3 M 柱 = （R 2-h2） 3/2l2sin=1095N.m6.19 搅拌时托轮所产生的惯性摩擦阻力矩为： M 摩擦 = NiK1(1+ )+ NjK2(1+ )=181.5N.m nirmi1Rr 式中 Ni1 个托轮所受到滚功正压力： K滚功摩擦力臂； R滚筒半径，m； r托轮半径，m； Pw=Mn/9550=3.84Kw Pd=PW/=4.61Kw 式中 f 一混凝土与钢叶片的磨擦系数 f=0.62 w传动效率 w= 12 23 34=0.8335 1联轴器的传动效率，取 1=0.99 2齿轮传动的传动效率， 2=0.97 3轴承的传动效率， 3=0.98 确定电动机的转速 经查表 2:一级开式齿轮的传动比 ia=37，二级圆拄齿轮减速器的传动比 i=840，总的传动比合理范围为 ia=24280，故电动机的转速的可选范围为: nd=ia。 n=（24280）17.5=4204900r/min 根据工况和计算所选电动机为: 表 3-1 电动机的主要参数 型号 额定功率 KW 转速 r/min 轴径 mm Y132S-4 5.5 1440 38 16 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 表 3-2 电动机的土要外形参数 电动机尺寸如表: 中心高 H 外形尺寸 L 安装脚 B 轴伸尺寸 132 515 178 3880 3.3 减速器的选型 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，蜗轮传动或齿轮一蜗轮传 动所组合的独立部件，常在动力机与工作机之问为减速的传动装置;在少数情况 也用作增速的传动装置，减速器因为结构紧凑，效率较高，传递运动正确可靠， 使用维修简单，并可成批生产，故在现代机械中应用最广.减速器类型很多，有 圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器，蜗杆减速器等 8。 由于考虑到所传递的功率和传动比.在本搅拌机设计课题中采用的是二级圆 柱齿轮减速器。 减速器的机体是用于支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度， 良好的润滑和密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的 5 因此，机体结构 对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。机 体材料采用灰铁（CH150 或 HT200)制造。 传动装置包括各种类型的零件，其中决定其工作性能，纬构简单和尺寸大 17 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 小的主要是传动零件。 支撑零件和联接零件都是要根据零件的要求来设计，因此一般应先设计算 传动零件，确定其尺寸，参数，材料和结构。为了使设计减速器时的原始条件 比较准确，应该先设计减速器外的传动零件，如联轴器等 15。 3.4 减速器的设计 3.4.1 第一级齿轮传动的设计 1、材料的选择 应传动尺寸和批量较小，小齿轮设计成齿轮轴，选择 40Cr，调质处理，硬 度为 241HB-286HB，大齿为 45 钢，调质处理，硬度 240HB,暂取传动比 i=3.8 2、初步计算小齿轮的分度圆直径 T1=9.55106Pd/nm=36475N.mm 齿宽系数 d由机械手册查表得： d=0.61.2,取 d=1 接触疲劳极限 Hlim由机械手册查表得 Hlim1=750Mpa Hlim2=600Mpa 初步计算的许用接触应力 H=0.9 Hlim1=675Mpa H=0.9 Hlim2=540Mpa Ad的值由机械手册查表得 Ad=85 初步计算小齿轮分度圆直径为 d147.6mm 取 d1=50mm 初步取齿宽 b b= dd1=150=50mm 校核计算圆周度： V=d 1.n1/601000=3.768m/s 精度等级 选 8 级 18 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 计算齿数 z1、z 2和模数 m1 初选 z1=20，则： z2= z1i=203.8=76 模数 m m=d1/z1=50/20=2.5mm 由机械手册查表得标准模数 m=2.5 使用系数 KA:查机械手册查表得 KA=1.5 动载系数 Kv:查机械手册查表得 Kv=1.2 齿间载荷分配系数 KH =1.29 齿向载荷分配系数 KH =1.45 载荷系数 K： K=KAKvKH KH =3.36 弹性系数 ZE： ZE=189.8Mpa 节点区域系数 ZH： ZH=2.5 接触最小安全系数 SHmin: SHmin=1.05 总工作时间 th: th=1083000.4=9600h 应力循环系数 NL1=6013.69600=1.9107 NL2= NL1/i=5105 19 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 接触寿命系数 ZN,查表得： ZN1=1.21， Z N2=1.28 许用接触应力 H H1= Hlim1 ZN1/SHmin=864.2Mpa H2= Hlim2 ZN2/SHmin=731.4 Mpa 验算 H=660.5Mpa 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。否则，尺寸 调整后还需再进行验算。 3、确定齿轮主要尺寸 14 由于采用正常标准齿轮，所以齿顶高系数 ha*取为 1,顶隙系数 c*取为 0.25，分度圆压力角度数为标准值 a=200,小齿轮的参数如下： 分度圆直径 d1=Z1m=2.520=50mm d2= Z2m=2.576=190mm 中心距： a=m（z 1+z2）=120mm 齿顶高： hn=12.5=2.5mm 齿根高： hf=3.125mm 齿全高： h=5.625mm 齿顶圆直径： da1=（20+2）2.5=55mm da2=（76+2）2.5=195mm 齿根圆直径： df1=（20-2-0.5）2.5=43.75mm df2=（76-2-0.5）2.5=183.75mm 20 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 基圆直径： db1=d1cos =46.99mm db2=d2cos =178.56mm 齿宽： b1=50mm b2=60mm 齿距： P=m=3.142.5=7.85mm 齿厚： s=P/2=3.925mm 齿槽宽： e=P/2=3.925mm 基圆齿距： Pb=Pcos200=7.375mm 法向齿距： Pn=Pb=7.375mm 顶隙： c=c*m=0.625mm 4、齿根接触疲劳强度验算： 重合度系数 Y ： Y =0.25+0.75/ a=0.79 齿间载荷分布系数 KF ： KF =1.27 由机械设计手册 4图查得齿向载荷分布系数 KF =1.2 载荷系数 K： K= KAKv KF KF =2.74 齿形系数 YFa： 21 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 YFa1=2.6 YFa2=2.3 应力修正系数 YSa： YSa1=1.6 YSa2=1.8 弯曲疲劳极限 Flim： Flim1=600Mpa Flim2=450Mpa 弯曲最小安全系数 SFlim： SFlim=1.25 弯曲系数寿命 YN YN1=0.95 YN2=0.97 尺寸系数 Yx=1.0 许用弯曲应力 F1=456Mpa F2=349Mpa 验算： F1=107.4Mpa F1 F2=106.88Mpa F2 根据以上分析，传动在允许的时间之内有效，没发生过载，故所选齿轮满 足要求。 3.4.2 第二级齿轮传动的设计 1、材料的选择 13 应传动尺寸和批量较小，小齿轮设计成齿轮轴，选择 40Cr，调质处理，硬 度为 280HB，大齿为 45 钢，调质处理，硬度 240HB,暂取传动比 i=3.09 2、齿轮传动的计算 12 转矩 T1=9.55106P2/n2=123577N.mm 齿宽系数 d由机械手册查表得： 22 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 d=0.61.2,取 d=1 接触疲劳极限 Hlim由机械手册查表得： Hlim1=750Mpa Hlim2=600Mpa 初步计算的许用接触应力： H=0.9 Hlim1=675Mpa H=0.9 Hlim2=540Mpa Ad的值由机械手册 7查表得： Ad=85 初步计算小齿轮分度圆直径为： d171.3mm 取 d1=75mm 初步取齿宽 b： b= dd1=175=75mm 校核计算圆周度： V=d 1n1/601000=1.75m/s 精度等级 选 8 级 计算齿数 z1、z 2和模数 m1 初选 z1=30，则： z2= z1i=303.09=92.793 模数 m m=d1/ z1=75/30=2.5mm 由机械手册查表得标准模数 m=2.5 使用系数 KA:查机械手册查表得 KA=1.5 动载系数 Kv:查机械手册查表得 Kv=1.2 齿间载荷分配系数 KH =1.33 23 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 齿向载荷分配系数 KH =1.47 载荷系数 K： K=KAKv KH KH =1.51.21.331.47=3.52 弹性系数 ZE： ZE=189.8Mpa 节点区域系数 ZH： ZH=2.5 接触最小安全系数 SHmin： SHmin=1.05 总工作时间 th: th=1083000.4=9600h 应力循环系数: NL1=6013.69600=1.9107 NL2= NL1/i=6105 接触寿命系数 ZN,查表得： ZN1=1.18 ZN2=1.25 许用接触应力 H H1= Hlim1 ZN1/SHmin=842Mpa H2= Hlim2 ZN2/SHmin=714Mpa 验算: H=676.8Mpa 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。否则，尺寸调 整后还需再进行验算。 3、确定齿轮主要尺寸 由于采用正常标准齿轮，所以齿顶高系数 ha*取为 1,顶隙系数 c*取为 0.25， 分度圆压力角度数为标准值 a=200,小齿轮的参数如下： 分度圆直径： 24 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 d1=Z1m=2.530=75mm d2=Z2m=2.593=232.5mm 中心距：a=m（z 1+z2）=153.75mm 齿顶高： hn=12.5=2.5mm 齿根高： hf=3.125mm 齿全高： h=5.625mm 齿顶圆直径： da1=（30+2）2.5=55mm da2=（93+2）2.5=195mm 齿根圆直径： df1=（30-2-0.5）2.5=68.75mm d f2=（93-2-0.5）2.5=226.25mm 基圆直径： db1=d1cos =70.485mm db2=d2cos =218.5mm 齿宽： b1=85mm，b 2=75mm 齿距： P=m=3.142.5=7.85mm 齿厚： s=P/2=3.925mm 齿槽宽： e= P/2=3.925mm 基圆齿距： Pb=Pcos200=7.375mm 法向齿距： 25 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 Pn=Pb=7.375mm 顶隙： c=c*m=0.625mm 4、齿根接触疲劳强度验算： 重合度系数 Y : Y =0.25+0.75/ a=0.79 齿间载荷分布系数 KF ： KF =1.27 由机械设计手册图查得齿向载荷分布系数 KF =1.2 载荷系数 K： K= KAKvKF KF =2.74 齿形系数 YFa： YFa1=2.6 YFa2=2.3 应力修正系数 YSa： YSa1=1.6，Y Sa2=1.8 弯曲疲劳极限： Flim1=600Mpa Flim2=450Mpa 弯曲最小安全系数 SFlim： SFlim=1.25 弯曲系数寿命 YN YN1=0.95，Y N2=0.97 尺寸系数 Yx=1.0 许用弯曲应力 F1=456Mpa F2=349Mpa 验算： F1=107.4Mpa F1 26 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 F2=106.88Mpa F2 根据以上分析，传动在允许的时间之内有效，没发生过载，故所选齿轮满 足要求。 3.4.3 轴的校核 轴的最小直径按公式 d1A 3 mm。hP 可确定各轴的基本尺寸，可确定低速级和中间轴为齿轮轴最小轴径分别为 d125.19mm，d 226.29mm，高速轴最小轴径 d238mm。 在此对中间齿轮轴进行校核 齿轮轴材料选择，在二级齿轮减速器传动中，减速器的轴采用 45 钢，调质 处理。由机械手册查表得: B=650Mpa， S=360Mpa，-1=300Mpa， B=650Mpa 己知中间轴的输出功率为 5.072Kw，转速为 378.9r/min，齿轮轴受力计算 分析 作用力的计算 T: T=9.551065.09/378.9=130458N.mm 齿轮 Z2的圆周力： Ft2=2T/d2=130458/190=1373.2N 齿轮 Z2的径向力： Fr3= Ft2tan200=3072.15N 齿轮 Z3的圆周力： Ft3=2T/d3=130458/85=3069.6N 齿轮 Z3的径向力： Fr3= Ft2tan200/cos9.360=3072.15N 水平面支承反力及弯矩: Rcy=444.2N Rdy=3847.4N 弯矩: MAY=777.735=27219.5 N.mm 27 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 MBY=3072.152.5=205824.5 N.mm MCY=686767.5=460089.5 N.mm MDY=292967.5=1528.5N.mm 乖直面支承反力及弯矩,支承反力: RCH=1274 N.mm RDH=347.5 N.mm 弯矩计算: MAF=535347.5=1216.5 N.mm MBF=421274=53508 N.mm 合成弯矩: MA=213139.4 N.mm MB= 212665.5N.mm MC= 460090N.mm MD= 152829.4N.mm 应力校核系数 : =-1/ B=300/650=0.46 当量转矩 T=0.46130458=60010 N.mm 当量弯矩在大齿轮轴劲中间截面处： M1=220969 N.mm 在右轴劲中间截面处: M2=164188.8 N.mm 校核轴顶 d1=32.1mm d2=29.3mm 经校核较合适无需调整。其他轴按同样方法校核。 3.5 联轴器 联轴器是联接两轴使之一同回转并传递转矩的一种。 联轴器可分为刚性和挠性，刚性联轴器适用于两轴能严格对中并在作中不 28 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 发生相对位移的地方，挠性联轴器适用于两轴有偏移的地方。刚性联轴器中又 可分为凸缘联轴器、套筒联轴器和夹壳联轴器，其中凸缘联轴器是应用最广的 一种，这种联轴器主要由两个分装在轴端的半联轴器和联接它们的螺栓组成。 凸缘联轴器对中精度可靠，传递转矩较大，但要求两轴通轴度较好，主要 用于载荷平稳的联接中。故在此我选用此种联轴器。 在高速级，因电动机 Y132S1-2 的轴径为 38mm，故选用标准凸缘联轴器 YL9,轴 孔 38mm,轴孔长 82mm。在低速级，可选用标准凸缘联轴器 YL10,车由孔 45mm,轴 孔长 112mm。联轴器可以在机器停车后用拆卸的方法才能把两轴分离。 3.6 料斗的设计 由上面可知 出料容量 V1=350L 则进料容量 V2=560L 取料斗的长，宽，高分别为 1m，0.8m，0.9m 则料斗的容量 V0=720L560L 即所取尺寸符合要求. 29 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 4 混凝土搅拌机的维护与保养 混凝土搅拌机应按照规定进行定期维护和保养，这样可以使机械经常处于 良好的工作状态，保证机械的正常运转并延长机器的使用寿命，预防故障的发 生。搅拌机的日常保养分为工作前、中、后三个部分 4。 1、工作前保养 （1）首先须保持搅拌机机体的清洁，应及时清除机体上的污垢。 （2）定时检查各润滑处的润滑情况及电路和控制设备，按润滑图表的规定 加注润滑油，若润滑油不足，应立即加添。 （3）不工作时将进料斗放在地面上，料斗上升手柄置于脱开位置。 （4）时常紧固各部螺栓，如有松动，应予拧紧。紧固螺栓时要均匀和适当 的用力，避免发生部件损坏。 （5）时常检视钢丝绳的状况，钢丝绳不能变形，卷绕不能紊乱。如果绳丝 折断过多，应立即换用新钢丝绳。 （6）在机器工作前，在筒内加水空转运行若干分钟，以便湿润内筒壁，避 免物料沾粘。 2、工作中的保养 （1）混凝土搅拌机在转动过程中，要随时检听减速器、电动机、传动齿 轮的声音是否有异常。 （2）要触摸以及测试轴承和电动机的温升是否过高。 （3）要注意搅拌装置运转是否正常，搅拌筒外部传动齿是否与机架传动齿啮 合。 （4）混凝土搅拌机的供水系统应正常有效地工作，不能发生渗漏现象，渗漏 可能导致不能控制加水量。 3、工作后的保养 （1）混凝土搅拌机在工作结束后须进行认真的清洗工作搅拌筒内壁，以及上 料斗。 （2）在清洗搅拌筒内壁时，可在搅拌筒内放入清水和石子，运转若干分钟， 然后放出并扫净。 30 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 （3）最后冲洗喷进料斗、机体外壳等处。冲洗时应注意勿使电动机着水，以 免影响电动机运转。 （4）清洗完以后应注意搅拌机的存放，延长搅拌机的使用寿命。 31 临 沂 大 学 机 械 工 程 学 院 毕 业 论 文 5 结论 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。通过本次混凝土 搅拌机的设计，加强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