机电产品创新实训

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1、机电产品创新训练任务书姓名：学号：指导老师： 时间：2011.01.11学院：飞行器工程学院-21目录1、引言 -2、创新方案的提出 -3、产品概念以及原理介绍3.1、产 品 原 理图 -3.2、零、部件草图 -4、产品具体参数及结构计算7、附录：运动简图5、实训总结与心得 -6、参考资料及文献 -203- 4-5-5-6-6-9-9-191.引言为期两周机电产品创新实训拉开了帷幕，我们小组经过三次小组会议讨论，总共规划了三种方案，经过与老师的讨论和论证， 最 终确定创新产品为“多功能行星轮搅拌机”。经过分工与讨论，初步确定了机构的原理图，并且设计出了整套传动机构的方案， 并且论证了其可行性，

2、符合机电产品创新设计要求。小组成员:组长：组员：2.方案提出：在现今日益发展当今社会， 到处林立着高楼大厦， 而在混凝土结 构中，混凝土的制造工艺和水平，往往直接影响着房屋结构的质量，而在混凝土的制造中，混凝土搅拌机的性能，起着决定性的作用。一方面，旧式搅拌机在结构设计上有很多不合理之处：1 )结构 型式过于粗糙， 传动支架与上横梁采用灰口铸铁， 这种薄壁支架强度 低，在复杂的施工现场极易在碰撞中断裂， 没有配件则整机瘫痪。2 )皮带轮安装在传动支架内部轴承座与上横梁之间， 而上横梁与支撑架 为螺栓连接， 这种不稳定的支架结构对设备损害极大， 两轴承之间的 纵向位移将使轴卡死或损失动力能。 对

3、于常规单铲叶片式搅拌机， 在 冲击载荷大和单纯双螺带式搅拌装置中易出现“ 抱轴”现象，这会 会严重影响电动机的工作，甚至出现烧毁电动机的事故。另一方面， 尽管搅拌机的种类繁多， 但目前使用最多的是带有一 个或两个固定在垂直轴上的三叶螺旋桨搅拌机。 这种螺旋桨搅拌机旋 转时，形成沿搅拌容器的内壁由下向上和中心由上向下的连续翻转液 流同时悬浮体还进行旋转运动。搅拌机运行时，在螺旋桨与搅拌容 器的底部之问， 构成一个搅拌强度最小的区域因此， 需要较长时间才 能达到必要的混合质量， 从而浪费了电能， 降低了搅拌机的工作效率。所以在这基础上，我们创新开发了“新型多功能行星轮式搅拌 机”，这种新式搅拌机主

4、搅拌轴由行星轮带动，可根据需要选用单个 或者多个搅拌轴(即加装行星轮) ，可以达到充分混合物料的目的， 而另一个创新之处， 在于利用电动机输出的动能， 链接到一个竖直方向上的副搅拌机构， 可以最大限度的减小搅拌低强度区域， 最大限度 的使物料混合均匀。3.产品概念及原理依据GBJ107-87混凝土强度检验评定标准，混凝土的标号和强 度必须达到一定要求，这就决定了混凝土搅拌机的结构和混合效果。 所以我们为了使混凝土的搅拌效果更加合理均匀，并且能够符合GBJ107-87的要求，在现有的搅拌机基础上，改进设计了此款新型多 功能行星轮式搅拌机。产品的设计理念是基于在充分利用电动机动能的情况下，使得搅

5、拌效果达到最大化，并且能够有效的避免“抱轴”现象的出现，而且 能够在副搅拌机构的辅助下， 更加充分的将混凝土搅拌均匀。 此产品 不仅可以很好的利用能源， 而且能将混凝土的生产提高效率， 在同等 条件和水品下，能够加工质量更加优良的混凝土。3.1.产品原理图3.2 零、部件草图翻料棒装料斗搅拌棒、PZ/ILX(1)V带:（小带轮工程图）（大带轮工程图）（2）蜗杆传动装置：（蜗杆工程图）（3）行星轮：人阳轮1（蜗轮工程图）4.产品具体参数及结构计算：一、 输入机构：（电动机的选用）电机频率：40Hz电机额定电流：19.2A电机工作电压：380V电机转速：2400r/mi n电机功率：10.5KW二

6、、 主搅拌机构设计：（一）行星轮设计尺寸：电动机功率R=10.5kW,转速ni=2400 r/min，载荷平稳单向回转1.根据行星轮系中心轮1与行星架H的相对转速关系：n1=N=2400r/min同时nH=1/4N（即n1=4n）（n1-nH）/（n3-nH）=-Z3/z1令n1=4nH，n3=0, Z1=30,得Z3=90。2.根据行星轮同轴条件mz/2=mz2+mz/2由ZI=30,Z3=90得Z2=303.根据行星轮系中心轮1与行星轮2的相对转速关系:(ni-nH)/(n2-nH)=-Z2Z1代入ZI=30,Z2=30,ni=4nH得，n2=-2nHnH=600r/min,方向与ni相同

7、n2=1200r/min，方向与ni相反4.模数的确定：(1)选择材料及确定需用应力:1轮用40MnB调质，齿面硬度241286HBSH730MPa，FE1600MPa2轮用40MnB调质，齿面硬度241286HBSHim2730MPa，F600MPa3轮用ZG35SiMn齿面硬度241269HBSHlim3620MPa，FE3510MPa由表11-5，取SH=1.1，S=1.25，彳0MPa 408MPa1.25(2)按齿面接触强度设计:设齿轮按6级精度制造。取载荷系数K=1.3，齿面系数d=0.8,1齿轮上的转矩664T1=9.55X10XP/n1=9.55X10X10.5/2400N m

8、=4.18X10N mH1H2汙罟MPa 664MPaH3竺MPa1.1564MPaF1F2旦MPa 480MPaSF1.25取ZE=188321.3 4.18 1042 18866420.8=52.5mm暂取d1=105mm又齿数乙=15,模数m=d1/z1=105/15=3.5mm齿宽b=dd1=0.8x105mm=84mm取b1=84mm b2=84mmd1=105mm,d=105mm中心距a1,2=d1+d2/2=105mm又Z3=90,m=3.5mm d3二mz=315mm中心距a2,3=(d2+d3)/2=210mm(3)验算轮齿弯曲强度齿形系数YFa1=2.6，Ysa1=1.63

9、YFa2=2.6，Ysa2=1.63YFa3=2.23，Ysa3=1.8由式(11-5)2(T F1=(T F2=2KTYFa1YSa1/bm Z1=2x1.3x4.18x104x2.6x1.63/(84x3.52x30)MPa2KTi u 1 di :-2ZEZH=14.9MPavTF1=480MPa(T F3=(T F2YFa3YSa3/YFalYsa1=14.9X2.23X1.8/2.6X1.63MPa=14.1MPavTF3=408MPa(4)齿轮的圆周速度v=ndini/60X1000=3.14X105X2400/60X1000m/s=13.2m/s对照表11-2可知选用6级精度是合

10、宜的。*ha=ha*m*hf=( ha+c)m又ha*=1.0，c*=0.25得ha=m, hf=1.25mda1=d1+2ha=105+2X3.5mm=112mmdf1=d1-2hf=105-2.5X3.5mm=96.25mmda2=105+2X3.5mm=112mmdf2=105-2.5X3.5mm=96.25mmda3=3 1 5+2X3.5mm=322mmdf3=315-2.5X3.5mm=306.25mm(二)搅拌刀头的选用：根据使用功能的不同，可以选用多种不同的刀头，以实现多功能的 效果：如图所示：（一）、V带结构设计1、带型的确定由Pc10.5Kw, ni2400r/min,在结

11、合表13-5，选取B型带确定带轮得基准直径di并验算带速V（1）、初选小带轮得基准直径di.由书本表13-9可知di应不小于125mm现取d1= 140mm:副搅拌机构设计:卞n1- Fi ftihd2i d113 140 (1 0.02) 411.6mm再由表13-9取d2=425mm(2)、验算带速vdg140 2400由V口17.6m/s60 1000 60 1000在5: 25m/s之间，因此符合要求。2、确定中心距，确定中心距a和基准长度LdLdLa a0945mm2(3)、验算小带轮上的包角od1d257.3o o .1180-163120 (合适)(4)、确定带得根数z由n124

12、00r / min，d1140mm查表13-3得P。3.70 Kw,且i=3故查13-5得F00.76Kw再由163o(1)、a01.5 d d21.5140 425847.5mm取a850mm且符合0.7d1d2a02 d1d2由式(13-2)得带长L 2a。d1d2d1d224a2610mm查表13-2，对B带选用Ld2800mm查表13-7得K 0.95f=14=34o ha=4 e=19.5 hf=11查表13-2得KL1.05PcPPoKKL取代根数Z=3di140d2425 a 9453.轴的设计1轴的材料的选择轴选用45号钢2轴尺寸的选择轴径dmin11039/nx1.03=11

13、0 x3V10.6/800X1.03mm=26.0mm取ds=30mm4.带轮结构设计带轮材料的选择：v=17.6m/s120故 选取 腹板式结构及尺寸如下：b0=15 h=11 dh=60 dr=100大轮：d2=425350故 选取 轮辐式结构及尺寸如下：f=14=38o ha=4 e=19.5 hf=11b0=15 h=11 dh=60 dr=375(二)涡轮蜗杆结构设计电动机功率 P1=10.5kW ，转速 n1=800r/min ，传动比 i=25 ，载荷 平稳单向回转。1、选择材料并确定其许用应力蜗杆用45钢，表面淬火，硬度为4555HRC蜗轮用ZCuAI10Fe3,砂模铸造。(1

14、)许用接触应力，查表12-4得(T H=200MPa;(2)许用弯曲应力，查表12-6得(T F=80MPa2、选择蜗杆头数z1并估计传动效率由i=25查表12-2，去Z1=2，贝卩Z2二iz1=25X2=50;由z1=2查表12-8，估计0.8。3.确定蜗轮转矩T2T29.55 106P9.55 106P丄n2n19.55 10610.5 0.8竺“mm 8002506875 N mm4.确定使用系数kA、综合弹性系数ZE取kA=1.1;取ZE=150(钢配锡青铜)5.确定接触系数ZP假定di/a=0.4,由图12-11的ZP=2.86.计算中心距a200236.73mm7.确定模数m,蜗杆

15、头数Z2,蜗杆直径系数q,蜗杆导程角丫，中心 距a等参数由式12-10得d10.68a0.875=0.68x236.730.875mm=82mmm=(2a-d1)/Z2=(2x236.73-82)/50mm=7.8mm由表12-1，若取m=8mmq=10, d=80mm由式(12-4)a=0.5m(q+Z2)=0.5x8x(10+50)mm=240mm236.73mm导程角arcta n0.2 11.30998.校核弯曲强度2506875150 2.8mma(1)蜗轮齿形系数由当量齿数33Zv=Z2/(cos)=50/ (COS11.3099)3=53查图11-8得YFa2=2.35(3)蜗轮

16、齿根弯曲应力1.53 1.1 2506875 2.3580 400 COS11.309979MPaF80MPa弯曲强度足够圆柱蜗杆传动各几何尺寸：齿顶高，齿根高：ha=m=4mm h=1.2m=4.8mm蜗杆齿顶圆直径，蜗轮喉圆直径：da1=m(q+2)=96mm,da2=m(z2+2)=416mm齿根圆直径：df1=m(q-2.4)=60.8mm, df2=m(z2-2.4)=380.8mm蜗杆轴向齿距：Fa1=R2=R=nm=25.13mm径向间隙c=0.20m=1.6mm中心距a=240mm(三)槽轮的主要参数是槽数Z和拔盘圆(5J YFa2d1d2mcosMPa销数K为了让槽轮在开始和

17、终止转动时的瞬时角速度为零，以避免圆销和槽发生撞击，圆销进入或脱落径向槽的瞬时，槽的中心线应相互垂直。设Z为均匀分布的径向槽数目，则槽轮2转过22=2n/Z弧度时，拔盘I的转角2i二n-22=n-2n/Z=90在一个运动循环内，槽轮2的运动时间Ti对拔盘I的运动时间T之 比T称为运动特征性系数。当拔盘I等速转动时，这个时间之比可用转角 之比来表示。T=tm/t=2i/2n=(z-2)/2z=1/4设均匀分布的圆销数目为K则一个循环中，槽轮2的运动时间为只有一个圆销时的K倍，T=K(z-2)/2zv1,所以Kv2z/(z-2)=4一次满足条件附图：副搅拌机构：5.实训总结与心得：此次多功能搅拌机

18、的设计涉及到行星轮，V带，蜗杆传动以及间歇 机构等机械结构。 这个实践一开始时我们想到了一个行星轮的减速装 置，利用行星轮控制正反转， 后来发现想要实现这一方面的问题有些 困难。于是进行了一些拓展思考， 最终将方案定为搅拌机方面的创新， 在装置中连接一个间歇机构实现搅拌机内搅拌物品的上下翻转， 这样 就加上了一个V带传动，一个蜗杆传动以及一个槽轮机构利用这些 机构实现了所设计搅拌机的上下翻转功能， 这样一个可以在xoy平面 做旋转的同时实现在xoz平面旋转的新型搅拌机就出世了。同时在这次实践中我获益颇多：首先此次创新设计拓展了自己的 知识面，也培养了我们敢想，敢说，敢做的意识，这些对自己的创新

19、 思维有着很大的帮助，对于创新思维有着一些浅显的认识， 自己也能 够做出一些简单的创新！同时对一些简易的机械机构都有了一些了 解， 并掌握了这些机构各自在机械中的具体作用，在具体的设计过程 中进一步加深了对所学课程的一些理解， 对行星轮及蜗杆机构各尺寸 参数的选取都能明了。 对于书本上讲解不怎么详细的间歇机构也有了 一定的了解！ 由于时间的关系可能各机构间的衔接还略有不足。 这次 创新实践在各组员之间的配合完成了，我觉得这很好的培养了我们的 团队合作精神，分工明确，大家有了各自的目的做起来也就快了。有 了这次的创新训练我想以后的一些类似的问题也能够很好的完成！6.参考资料及文献：（1）机械设计基础 杨可桢 程光蕴 李仲生 主编第五版 北京：高等教育出版社，2006.5（2）机电工程创新训练课程指导书 封立耀 王云 主编（3）机械创新设计 黄纯颖 主编高等教育出版社，2000.7（4）机电创新设计吕仲文 主编机械工程出版社，2004.1（5）机电创新训练讲义 北京航空航天大学工程训练中心，2001.7（6）GBJ107-87混凝土强度检验评定标准（7）多功能搅拌机传动装置的创新设计朱秀娟 广东佛山 职业技术学院