1303-混凝土搅拌机JS2000
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JS2000C 型混凝土搅拌主机设计1JS2000 混凝土搅拌机设计摘 要:本次设计的 JS750 混凝土搅拌机是我们的主要设计机型。它是强制式卧轴混凝土搅拌机中的一种,强制式混凝土搅拌机不仅能搅拌干硬性混凝土,而且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。其主要组成结构包括:搅拌装置,搅拌传动系统,上料、卸料系统,供水系统,机架及行走系统,电气控制系统,润滑系统等。 主要设计计算内容是 JS2000 混凝土搅拌机机架的设计,主要包括:整体结构方案的确定、电动机的选择和主要参数计算、皮带轮设计、螺钉组联接设计、联轴器选型、搅拌轴的设计与校核、轴承的润滑密封、润滑系统的设计、JS2000 混凝土搅拌机的装配图及零部件图的绘制。关键词:混凝土搅拌机,皮带轮,轴承。湖南科技大学大学本科毕业论文2Abstract:This design JS2000 concrete mixer is our main design model. It is forced horizontal-axis concrete mixer, forced one of concrete mixer can not only the mixing of dry, rigid concrete, and can stir light weight aggregate concrete, can make concrete achieve strong mixing effect, stirring very evenly, productivity is high, quality is good, the cost is low. It is the present domestic relatively new mixer, the machine has compact structure, good appearance. Its main composition structure including: agitator, stirring transmission system, loading, unloading system, water supply system, rack and mobile system, electric control system, lubrication system, etc. Main design calculation content is JS2000 concrete mixer frame design, mainly including: overall structure scheme determination, the choice and the main parameters of electric motor calculation, stirring shaft couplings selection, the design and check, the lubrication seal, lubrication system design, the JS2000 concrete mixer parts and assembly drawing. Keyword: Concrete mixer, pulley, bearingsJS2000C 型混凝土搅拌主机设计3第一章 概述本设计说明书详细叙述了有关强制式混凝土搅拌主机的工作原理和结构以及相关设计内容,我的设计思路是根据拟订的传动路线,从电机的选择、电机带轮和减速器带轮的设计、联轴节和减速器以及联轴器的选择、搅拌轴的设计与计算并伴有轴承的选择与校核计算、卸料门的设计以及润滑系统的设计,最后还有主机的装配工艺等内容。本次设计我在老师和公司的综合指导下和详细查阅有关机械方面书籍来完成毕业设计的。以下从工作原理逐步展开:工作原理:主要由水平安置的两个相连水平安置的圆槽形拌筒,两根按相反方向转动的搅拌轴和转动机构等组成,在两根轴上安装了几组搅拌叶片,其前后上下都错开一定的空间,从而使混合料在两个搅拌桶内轮番地得到搅拌,一方面将搅拌筒底部和中间的混合料向上翻转,另一方面又将混合料沿轴线分别向前后推压,从而使混合料得到快速而均匀的搅拌,因此,该类搅拌机具有自落式和强制式两种搅拌功能,搅拌效果好,耐磨性好,能耗低,宜制成大容量搅拌机。1.1 分类混凝土搅拌机是制备混凝土的专用机械,其种类很多。按混凝土搅拌机的工作性质分有:周期性搅拌机和连续作用搅拌机两大类;按混凝土的搅拌原理分有:自落式搅拌机和强制式搅拌机两大类;按搅拌筒形状分为:鼓筒式,锥式(含锥形及梨形)和圆周盘式等搅拌机,常用的是周期性搅拌机,其具体分类如下:1.2 型号混凝土搅拌机的型号由搅拌机机型号和主要参数组合而成,其意义如下:湖南科技大学大学本科毕业论文4例如:JS 2000C 型搅拌机1.3 搅拌主机结构详细说明混凝土搅拌机由搅拌机盖、搅拌筒体、搅拌装置、轴端密封、传动装置、衬板、卸料门润滑系统。1.3.1搅拌机盖搅拌机盖是为搅拌主机工作时防尘和进料连接而设计的,盖与桶体间采用螺栓联结,中间有密封胶条,各进料口形状和位置可接不同机型或用户要求制作,检视门有安全开关。搅拌机盖设计的喷雾系统有效地压住投料时扬起的粉尘并与吸尘装置连在一起,确保环保要求。1.3.2搅拌筒体搅拌筒体由优质钢板整体弯成“奥米加 ”形状,而且由特别管状框架承托,有足够的刚度和强度,保证主机的正常运作。1.3.3搅拌装置两根搅拌轴上的多组搅拌臂和叶片组成搅拌装置,保证桶体内混合料能在最短时间内作充分的纵向和横向掺和,达到充分拌和的目的。搅拌臂分为进给臂、搅拌臂、返回臂,同时为了便于磨损后的调整和更换,每组搅拌叶片均能方便地在受力磨损的方向调整,直至搅拌叶片正常磨损后的更换。为适应不同工况和骨料粒径的要求,搅拌臂可在轴上做 60、120 和180 的排列,以达到搅拌最大骨料粒径。叶片为高强度抗冲击耐磨铸铁,正常生产时能达到 3700 罐/次,其性能指标符合 JG/T5045.193 规定(HRC58,冲击值5.0N.M/mm 2,抗弯强度600N/mm2)。1.3.4轴端密封对卧轴式混凝土搅拌机,因工作时主轴浸没在摩擦力很强的砂石水泥材JS2000C 型混凝土搅拌主机设计5料中,如果没有行之有效的轴端密封措施,主轴颈会很快被磨损,毁坏,产生严重的漏浆,影响级配。采用三道密封及骨料架油封和液压系统供油旁泵,其工作原理用压盖1,耐磨橡胶圈 2 和转毂 3 为第一道密封,为防止砂浆浸入缝隙,由注油孔向内腔注入压力油脂,至主缝中有少量油脂挤出为止,用油脂外溢来阻挡砂浆入侵,第二道密封由转毂 3 转毂 6 和 O 型密封圈组成即浮动环密封,浮动环组借助 O 型圈的弹性保持一定的压紧力和磨损后的间隙补助,由注油孔注入润滑油脂,转毂为粉末冶金专用件,密封面经研磨加工,最后由安装的 J型骨架密封组成第三道。搅拌轴的支承由独立的轴承座和带锥套调心滚子轴承共同承担,同时通过两个骨架油封的作用能有效的保证轴承的良好工作环境,以保证机的正常运作。1.3.5传动装置JS 型搅拌主机采用进口和国产两种螺旋锥齿行星减速机传动,减速机与搅拌主轴间采用鼓型齿联轴器联结,搅拌主轴采用高速端十字轴万向联轴器同步,使两轴作反向同步运转,达到强制搅拌效果,与传统的大小的链轮传动,大齿轮同步的结构相比,具有结构紧凑,传动平稳,遇非正常过载时能通过皮带打滑保护等特点。为保证减速机的正常工作,传动装置中可以选配冷却装置散热器的功率为 0.055KW,由本机所附加的自动感温器控制,在减速机油温达到 60 度时自动启动,油泵的动力由主电机通过皮带传动提供。1.3.6衬板 弧衬板为高硌耐磨合金铸铁,其性能指标符合 JG/T5045.293 规定(HRC54,冲击值7.0N.M/mm 2,抗弯强度600N/mm 2)特殊设计的菱形结构能提高衬板的使用寿命,端衬板为优质高 Mn 耐磨钢板制成.1.3.7.卸料门卸料门的结构形式独特可靠,整体弧面与桶内衬板面持平,能有效地减少强烈冲击,磨损真正做到优质耐久,另外,卸料门两端的支承轴承座可上下调节,接触面磨损后可以调节间隙,确保卸料门的密封.卸料门采用进口液压系统驱动,与传统的气动形式相比具有结构紧凑,动作平稳,开门定位准确,能手动开关门等特点,油泵系统产生的高压油通过控制系统,经高压油管作用到油缸,驱动卸料门的开关,通过调节卸料门轴端接近开关的位置和电控系统共同使用,可以实现卸料门的开门到位的任意调整,以实现不同的卸料速度. 1.4 搅拌主机类型选择由于强制式混凝土搅拌机有立轴式和卧轴式两大类。立轴式有分为涡浆式和行星式。混凝土搅拌机是将石子(粗骨料) 、沙子(细骨料) 、水泥、水和某种添加剂搅拌成匀质混合料的机械。广泛应用于工业和民用建筑、道路、湖南科技大学大学本科毕业论文6桥梁、港口和机场、矿山等建筑行业中。为适应搅拌不同性质的混凝土的要求,以发展了很多机型,各种机型和性能各有其特点。从不同的角度进行划分:按工作性质分为周期式和连续式;按搅拌方式分为自落式和强制式;按装置方式分为固定式和移动式;按出料方式分为倾翻式和非倾翻式;按搅拌桶外型分为犁式、锥式、鼓式、槽式、盘式。下面分自落式和强制式两类来介绍和选择。1.4.1自落式混凝土搅拌机它靠旋转着的鼓筒中的叶片将物料提高到一定高度后落下进行搅拌的最常用的的有 JG 型鼓筒式、JZ 式双锥反出料式和 JF 型双锥倾翻式混凝土搅拌机。1.4. 2强制式混凝土搅拌机它靠旋转的叶片对混合料产生剪切、挤压、翻转和抛出等多种作用的组合进行拌和的,搅拌作用强烈,搅拌时间短,适用于搅拌干硬性混凝土和轻骨料混凝土,由于叶片容易受磨损或被粗骨料卡住,故一般不易搅拌骨料颗粒教大的混凝土。1.4.3.二者的比较和选择自落式最适宜拌制塑性和半塑性混凝土。强制式拌和时间短,生产率高,适宜于拌制干硬性混凝土。由于我公司生产的特点选择强制式混凝土搅拌机。JS2000C 型混凝土搅拌主机设计7第二章 电动机选型和主要参数计算传动路线:电机电机带轮大带轮十字万向联轴节减速机联轴器搅拌轴,十字万向联轴节、减速机、联轴器只进行选型不进行设计,现先进行电机设计:2.1电机选型2.1.1选择电动机类型和结构形式选我国推广采用的 Y 系列的交流三相鼠笼式异步电动机,适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体的场合,具有较好的启闭性能。结构采用防护式。2.1.2选择电动机的容量标准电动机的容量由额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率,电动机的容量主要由运行时的发热条件限定,在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械,只要其电动机的负载不超过额定值,电动机便不会过热,通常不必校核发热和启动力矩所需电动机功率为Pd = PW / (21)= 28.12/0.87=32.32KW式中 Pd工作机实际需要的电动机输出功率,KW;PW工作机所需输入功率,KW; 电动机至工作机之间传动装置的总效率。工作机所需功率 PW应由机器工作阻力和运动参数计算求得,混凝土搅拌机的 PW计算如下:PW=T nw/9550 w (22)式中 T工作机的阻力矩,N.m;nw 为工作机的转速, r/min; 给定 25r/min w 为工作机的效率。一般为 0.95其中总效率 计算如下: = 1 2 3 n, 而 1 , 2 n分别为传动装置中每一传动副(齿轮、涡杆、带或链) 、每对轴承、每个联轴器的效率,从1中表 17 选中间值如下: 1= 带 =0.96, 2= 减 =0.94, 3= 联轴器 =0.975, 4= 轴承 =0.99(一对)所以 = 1 2 3 4 =0.96x0.94x0.975x0.99=0.872.1.3双卧轴强制搅拌机轴上功率的计算强制式混凝土搅拌机的功率计算目前还没有一个严格的计算公式,这里推荐一种简化的计算方法。对于一个卧式的强制式搅拌机,某一搅拌叶片的湖南科技大学大学本科毕业论文8受力和运动情况见图 1,叶片的宽度为 bi,叶片与半径的夹角为 i,作用在d 面积上的力为dFi =kbi d式中 k 单位面积上的运动阻力,称为阻力系数,单位为 N/cm2.该阻力系数在叶片的转速确定后取决于混凝土的水灰比,见表 1-1表 1-1 搅拌阻力系数 k 的取值混凝料的性质 K 值(N/cm 2)干硬性混凝土 6885塑性混凝土 2535流动性小的砂浆 3040流动性大的砂浆 1020由所 dFi产生的阻力矩dMi = cos i dFi这一叶片上的总阻力矩(2iiiirikbdpMcos21123)式中 bi , r2和 r1均以 cm 为单位,则 Mi以 N.cm 为单位.考虑到所有叶片上的阻力矩,则搅拌机的功率(2ziinP197504)式中 机械的传动效率z 搅拌叶片的数量n 搅拌叶片的转速(r/min) 现取 k=80,取 bi=3.0cm,取 r2=67.3cm,r1= 54.5cm, i =60,一根轴JS2000C 型混凝土搅拌主机设计9上设计成 8 个搅拌轴,即 z=8,代入上面第一式得:Mi = 98542.4Nm代入上面第二式得: P=28.12 KW 2.1.4. 电动机的功率计算P=K1*P (25)式中:K1电动机容量储备系数,一般取 K1=1.11.25;P搅拌机轴上功率,KW。现取 K1=1.2 , P=30.25KW;代入的 P=33.744KW ,故取 37kw 的电机2.1.5. 确定电动机的转速对 Y 系列电动机,通常多选用同步转速为 1500r/min 或 1000r/min 的电动机,现依据选定的类型结构容量和转速从从1中表 1211211 查出电动机型号如下:Y225S4 ,其额定功率为 37KW,满载转速为 1480r/min, 堵转转矩(额定转矩)为 1.9Nm 最大转矩为 2.2N.m,质量为 284kg主要安装尺寸: 电机轴径为 60mm,长为 140mm, 轴上键宽为 18mm,键槽低部到轴另一素线为 53mm.2.2 重要参数的计算搅拌机是搅拌设备的核心组成部分,其结构的好坏,会直接影响到混凝土搅拌的均匀性能和整套设备的生产率。其性能参数和结构参数的设计计算和部分结构的确定方法。2.2.1. 搅拌时间的确定根据每小时循环次数 n、搅拌时间 s 及小时转换到秒关系:s=(1/ n)*3600 (26)n每小时循环次数。解: 搅拌时间 s=(1/50)*3600=72 秒=86 秒符合设计要求2.2.2.周期性混凝土搅拌机的生产率 Q 计算 生产率是搅拌设备的主参数,也是确定其他技术参数的主要依据。生产率的确定一般应根据产品系列和配套需要合理的抉择。为了满足路面施工的配套要求,所设计的搅拌设备的最低生产率应不低于 60m3/h。经验公式如下:湖南科技大学大学本科毕业论文10(2)/(6.3321hmttVQ7)式中: V 搅拌筒的公称容量,取 2000L;t1 为上料时间取 25s;t2 为搅拌时间取 72s;t3 为卸料时间取 8s;代入式中并单位换算得: )/(24609.33hmQ2.2.3搅拌机的容量搅拌机的容量是指周期式搅拌机设备每转一次能生产新鲜混凝土的实方数公称容量。设计参数中给定 2000L2.2.4强制式混凝土搅拌机转速的校核合理确定强制式搅拌机的转速,关系到搅拌混凝土的质量和生产率,若转速偏低,使搅拌时间增加,会降低生产率;若转速过高,又会形成较大的离心力,促使混凝土产生离析现象,破坏均匀性,导致质量降低。一般在设计中,除了要考虑物料在拌和中产生离心力外,还宜考虑被搅拌物料与搅拌叶片之间的摩擦系数,推荐采用下式进行近似计算:(2Rn54.238)式中 n搅拌机主轴转速,r/min;R搅拌筒内腔的半径 m。计算得 r/min ,而给定的 25r/min 小于1.357.0/4.2331.18r/min 满足,故不会发生共振。2.2.5.搅拌筒的容积利用系数的确定容积利用系数是指出料容积和筒体几何溶剂之比,它的确定主要以搅拌质量的优劣为依据。在确保搅拌质量的前提下,容积利用系数越大越好。但是,容积利用系数的大小还受到其它的条件的制约,其一,搅拌机的设计需要考虑应具备 10%的超载能力;其二,按设计标准规定,出料体积与进料体积之比为 0.625,而几何容积应大于进料体积,这样容积系数最大不得超过0.58。一般双卧轴搅拌机的容积利用系数取 0.320.35。2.2.6.搅拌筒长度 L 与直径 D 之比 L/D 的确定JS2000C 型混凝土搅拌主机设计11在出料容积一定时,应考虑以最小的结构尺寸获得最大的空间容积。以利用收到节省制造材料材料、外性美观和搅拌质量好的综合效益。因此长径比 L/D 一般不宜过大,因物料的轴向运动主要靠叶片的螺旋角产生有限的轴向推力,如果物料的轴向流动距离过长,很难快速达到匀质效果。通常长径比宜控制在.3 以内,一般情况下取 L/D=1.051.15。2.3计算总传动比和分配各级传动比2.3.1 传动装置的总传动比为 总 =nm/nw=1480/25=59.2 (29)式中 nm电动机满载转速 r/minnw搅拌轴的转速 r/min多级传动中,总传动比应为 总 = 1 2n , 其中 1, 2, n为各级传动机构的传动比。2.3.2 分配各级传动参考1中表 18 的传动比和1表 132,当选 V 带传动时,在满足 24 范围内,初选 1=3.7,故减速器减速比 2=59.2/3.7=16满足 840 范围内单级锥齿轮减速器.2.4 计算传动装置的转速和动力参数设计计算传动件时,需要知道各轴的转速、转矩或功率,因此应将工作机上的转速转矩或功率折算到各轴上,设从电机到工作机的各轴依次记为电,减,主轴,则2.4.1 各轴转速n 电 =1480 (r/min)n 减 =nm/ 1=1480/3.7=400 (r/min) (210)n 主 =400/16=25 (r/min)2.4.2. 各轴功率 Pd= 32.32 kwP 减 = Pd X 电减 (211)=32.32x0.96=31.03kwP 主 = Pd X 电减 X 主减= 31.03x0.94x0.975x0.99 =28.15 kw湖南科技大学大学本科毕业论文12式中 Pd 电动机输出功率,KW;P 减 减速器输入功率,KW; P 主 搅拌轴输入功率,KW; 电减 电机与皮带之间的传动效率; 减主 减速箱与主轴之间的传动效率.2.4.3. 各轴转矩Td=9550Pd/nm=9550x32.32/1480 (212)=208.55(N.m);T 减 = TdX 1 X 电减 =208.55x3.7x0.96= 740.77 (N.m)T 主 = T 减 X 2X 主减 = TdX 1X 2X 主减 x 减x 联轴器 x 轴承=208.55x3.7x0.96x16x0.94x0.975x0.99=8272.33 (N.m)式中 Td电动机轴的输出转矩 Nm;T 减 减速箱输入转矩 Nm;T 主 搅拌主轴输入转矩 N.m.为简明起见,现列表如下:转速 (r/min)功率(KW) 转矩(Nm)电机轴 1480 32.32 208.55减速箱轴 400 31.03 740.77搅拌轴 25 28.15 8272.33JS2000C 型混凝土搅拌主机设计13第三章 皮带轮设计带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点,故我经过比较采用带传动.带传动是由固联于主动轴上的带轮(主动轮)和固联于从动轴上的带轮(从动轮)和紧套在两上的传动带组成的,当原动机驱动主动轮转动时,由于带和带轮间的摩擦,便拖动从动轮一起转动,并传递一定的动力.在一般机械传动中,应用最广的是 V 带传动,V 带的横截面呈等腰梯形,带轮上也做出相应的轮槽,传动时,V 带只和轮槽的两个侧面接触,即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦原理,在同样的张紧力下,V 带传动较平带传动能常产生更大的摩擦力,在加上 V 带传动允许的传动比较广,结构较紧凑,及 V 带是已标准化,故选 V 带传动。3.1 带轮设计.3.1.1.计算功率 Pca由2中表 82 查得工作情况系数 K A=1.0 ,(设其每天工作小时数为小于10h 和负载启动故 Pca =K A P=1.0x37 =37KW (31)3.1.2.取窄 V 带带型根据 Pca , n 电由 由2中图 88 确定选用 SPB 型.3.1.3. 确定带轮基准直径由2中表 84 和表 88 取主动轮基准直径 D1 =160mm ,根据2中式 815 ,从动轮基准直径为湖南科技大学大学本科毕业论文14D2 = 1D1=3.7 x 160=592 ( mm) (32)根据2中表 88 取 D2=600 mm.按2中式 813 验算带的速度V=D 1 n 电 /(60*1000)=3.14 x 160 x 1480/(60 x1000) =12.39 (m/s) 35 m(33)3.1.4. 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距根据 0.7 ( D1+ D2 ) a0 2 ( D1+ D2 ),初选中心距 a0 =800mm,根据2中式 820,计算带所需的基准长度L1=2a0 + ( D1+ D2 )/2 + ( D2D1)2/(4a0) (34)= 2 x 800+(160+600)/2 + (600160)2/(4x800)= 1600 + 1193.2 + 60.5= 2853.7mm 由2中表 83 选取的基准长度 Ld=2800 mm按2中式 821 计算实际中心距a= a0 + (Ld L1)/2 (35)=800 26.85=773 3.1.5. 验算主动轮的包角 1由2中式 86 得 1= 180( D2D1) x 60/a = 145.85120 (36)主动轮上的包角合适.3.1.6. 计算窄 V 带的根数 Z由2中式 822 知Z= Pca / (P0+P 0)K KL (37)式中 K 考虑包角不同时的影响系数即包角系数;KL 考虑带的长度不同时的影响系数即长度系数; P0 单根 V 带的基本额定功率;P 0 计入传动比的影响时,单根 V 带额定功率的增量.由 n 电 =1480 (r/min) ,D1=160mm, 1 = 3.7 ,查表 86c 和表 86d的P0 = 6.89 KWP 0 =1.23 KWJS2000C 型混凝土搅拌主机设计15查表 89 得 由插入法(145.85-145)/(150-145.85)= (K-0.91)/(0.92- K ) 得 K =0.912查表 810 得 KL= 0.96 则Z =37/(6.89+1.23)x0.912x0.96 =5.2取整 Z= 5 根 3.1.7. 计算预紧力 F0由2中式 823 知F0 = 500P ca(2.5- K )/ K /VZ+ qv 2=50040.4(2.5- 0.912)/ 0.912 /12.39x5 + 0.2x12.392 (38)=598.46 N由2中表 85,V 带单位长度的质量为 q=0.20kg/m.3.1.8. 计算作用在轴上的压轴力 Q由【2】中式 824 得Q= 2Z F0 sin( 1/2) (39)=2 X 5 X 598.46Sin(145.85/2)=5984.6 X 0.9559=5720.68N3.2 结构设计图如下:电机带轮材料选用铸铁 HT200结构尺寸用腹板式(因为基准直径小于 300mm 式采用腹板式) ,参看2图 811,V 带结构设计部分和表 812 V 带轮的轮槽尺寸,设计的其结构如下: 3.2.1. 电机带轮其中各参数为: d=60mm, e=19mm, z=5, f=12.5mm, B=(Z-1)e+2f=101mm,d1=1.8df=1.8x60=108mm,DW=160mm,bp=14.0mm,ha=4mm,hf=10mm,c=B/4=101/4=25.25mm,D=DW -2ha=160mm,C=2mm,按设计参数绘制结果如下:而电机与带轮连接采用键,键型号标记: 键 18 X 100 GB109679湖南科技大学大学本科毕业论文163.2.2. 减速机带轮其轮槽尺寸与电机带轮一样,只是带直径,连接方式等不一样而己,结构设计如下:用十个 M12X40 螺钉和减速机连接如下:而其结构尺寸示意如下:JS2000C 型混凝土搅拌主机设计17第四章 螺钉组联接设计本小节进行的螺钉组联结设计主要有 1). 两根搅拌轴为保持同步而采用的十字万向联轴节上的螺钉校核. 2). 减速机上带轮和减速机联结用的螺钉设计与校核.设计螺钉组联结时,首先要选定螺钉组的数目及布置方式;然后确定螺钉联结的结构尺寸。在确定螺钉尺寸时,对于不重要的螺钉联结,可以参考现有的机器设备,用类比法确定,不再进行强度校核。但对于重要的联结,应根据联结的工作载荷,分析各螺钉的受力状况,找出受力最大的螺钉进行强度校核。4.1. 万向联轴节上的螺钉组设计4.1.1. 螺钉组结构设计采用如图 1 所示的结构,螺钉数为 Z1=4,圆周分布。图 14.1.2. 螺钉受力分析螺钉只受扭矩 T 减 作用4.1.3. 确定螺钉直径选择螺钉材料为 Q235、性能等级为 6.8 的螺钉,由2中表 5-9 查的材料屈服极限 s =480Mpa, 由2中表 5-11 查得安全系数 S =4, Sp=1.5 故螺钉材料的许用应力 = s/S =480/4=120 Mpa., P=s/Sp =480/1.5=320 Mpa.因只受扭矩 T 减 作用且用螺钉联接,所以相当于铰制孔用螺联接一样,故2中式 5-28 有受力最大的螺钉的工作剪力为Fmax= rmaxT 减 /r 2= 740.77/0.124=5973.95N (4湖南科技大学大学本科毕业论文181)式中: rmax=31mm=0.031m, r 2=4x0.0312m根据2中式.5-21 的挤压强度条件p =F/ d0Lmin P (42)得 d0 F/ PLmin =5973.95/(320x10 6x0.012)=1.57mm根据2中式.5-22 的剪切强度条件 =F/(/4d0 2) (43)得 d0 )/(4F= 61024.3957=7.96mm式中 F螺钉所受的工作剪力,N;d0螺钉剪切面的直径(取为螺钉孔的直径),mm;Lmin螺钉杆与孔壁挤压面的最小高度 mm, P 为螺钉或孔壁材料的许用挤压应力,MPa. 为螺钉材料的许用切应力,MPa .所以按剪切强度条件设计来确定螺钉直径,按粗牙普通螺纹标准(GB196-81) ,选用螺纹公称直径 d= 10 mm综合上面计算并根据1中表 3-16 选用:螺钉 GB70-85 M10X254.2. 减速机上带轮的螺钉组设计4.2.1. 螺钉组结构设计采用如图 2 所示的结构,螺钉数为 Z2=10,圆周分布。JS2000C 型混凝土搅拌主机设计19图 24.2.2. 螺钉受力分析螺钉只受扭矩 T 减 作用4.2.3. 确定螺钉直径选择螺钉材料为 Q235、性能等级为 6.8 的螺钉,由2中表 5-9 查的材料屈服极限 s =480Mpa, 由2中表 5-11 查得安全系数 S =4, Sp=1.5 故螺钉材料的许用应力 = s/S =480/4=120 Mpa., P=s/Sp =480/1.5=320 Mpa.因只受扭矩 T 减 作用且用螺钉联接,所以相当于铰制孔用螺联接一样,故2中式 5-28 有受力最大的螺钉的工作剪力为Fmax= rmaxT 减 / r2= 8272.33/0.45=18382.96N式中: rmax=45mm=0.045m, r2=10x0.0452根据2中式.5-21 的挤压强度条件p =F/ d0Lmin P得 d0 F/ PLmi=18382.96/(320x10 6x0.022)=2.61mm式中: Lmin=22mm=0.022m根据2中式.5-22 的剪切强度条件 =F/(/4d0 2) 得 d0 )/(4F= 61024.3/9618=13.97mm式中: F螺钉所受的工作剪力,N;d0螺钉剪切面的直径(取为螺钉孔的直径),mm;湖南科技大学大学本科毕业论文20Lmin螺钉杆与孔壁挤压面的最小高度 mm; P 为螺钉或孔壁材料的许用挤压应力,MPa. 为螺钉材料的许用切应力,MPa .所以按剪切强度条件设计来确定螺钉直径,按粗牙普通螺纹标准(GB196-81) ,选用螺纹公称直径 d=16 mm其标记为:螺钉 GB70-85 M16X40第 五 章 联轴节与减速机选型联轴节的选用: 根据搅拌机工作需要,要保持两根搅拌主轴同步,选用十字万向联轴节;减速机的选用: 根据减速比和转矩要求,选用 311R3 的鼓形齿联轴器连接,其减速比 =16.JS2000C 型混凝土搅拌主机设计21第 六 章 联轴器选型和搅拌轴的设计与校核6.1 轴的相关设计内容轴是组成机器的主要零件之一,一切作回转运动的传动零件(例如齿轮、蜗轮等) ,都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动及动力。轴按照承受载荷的不同,可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴,只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴,心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。轴按轴线形状的不同,可分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动,或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同,可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单,加工容易,应力集中源少,但轴上的零件不容易装配及定位;阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴,阶梯轴则常用于转轴。直轴可做成实心或空心,在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大做用的场合,轴可作成空心。空心轴内径与外径的比值通常为 0.50.6,以保证轴的刚度和扭转稳定性.此外,还有一种钢丝软轴又称钢丝挠性轴,它是由多组钢丝分层卷成的,具有良好的挠性,可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。 轴的设计包括轴的结构设计和工作能力设计。1) 轴的结构设计是根据轴上零件的安装定位以及轴的制造工艺等方面的湖南科技大学大学本科毕业论文22要求,合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理,会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性,还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等,因此,轴的结构设计是轴设计的重要内容。2). 轴的工作能力计算是指轴的强度刚度和稳定性等方面的计算.多数情况下,轴的工作能力主要取决于轴的强度.这时对轴进行强度计算,以防止轴的断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴(如车床主轴)和受力大的细长轴,还应进行刚度计算,以防止工作时产生过大的弹性变形,对于高速运转的轴,还应进行振动稳定性计算,以防止发生共振而破坏。 6.2 轴设计:6.2.1 初步确定轴的最小直径先按2中式 15-2 初步估计轴的最小直径。选取轴的材料为 45 号钢,调质处根据2中表 15-3,取 A0=108,于是有dmin= 3主主nP(61)= =117.65mm325.108又因为对于轴径大于 100mm 的轴,有两个键槽时,轴径应增大 7%,故dmin=117.65x(1+7%)=125.89mm,输入轴的最小直径要取决于安装联轴器处轴的直径 d- ,为了使所选的轴直径 d- 与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器的型号。6.2.2 联轴器的计算转矩 TcaTca=KAT 主 (62)式中: KA可查2中表 14-1,考虑到转矩变化中等,故取 KA=1.7, 则Tca=KA 主 =1.7x8272.33=14062.96N.M按照计算转矩 Tca应小联轴公称转矩的条件,查标准 GB5014-85 或机械设计手册第三版第二卷表 6-2-29,选用 G CL10型鼓形齿式联轴器(JB/ZQ4379-86) ,其公称转矩为 2000N.M, 半联轴器的孔径 d =130mm,故取 d- = 130mm,半联轴器长度 L=128mm,其标记示例:G CL10型鼓形齿式联轴器:主动端:Y 型轴孔,A 型键槽 , d =130mm, L=128mm 6.2.3 装配方案比较与设计.轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用,所谓装配方案,就是预定出轴上主要零件的装配方向,顺序和相互关系.JS2000C 型混凝土搅拌主机设计23图一 图二从以上搅拌轴的两种装配方案比较中,图一比图二多了紧定螺钉,它可使套筒随轴一起旋转,当由于摩擦损害轴径时,便于替换,这样就没有必要换整根轴,节省了材料和成本,所以决定采用第一种方案。 6.3 根据轴向定位的要求确定各段轴径和长度.6.3.1 -段长度和直径的确定为了满足半联轴器的轴向定位要求,-段右端需制出一轴肩,故取-的直径 d- =140mm ;左端用减速器的输出轴端定位, 半联轴器与轴的配合长度 L1=128mm,为了不与闷盖接触 ,故可取l- =126mm.6.3.2 初步选择滚动轴承a. 从负荷大小和方向考虑, 既受到径向又有轴向还存在轴或壳体变形较大以及安装对中性差的情况且要求具有调心功能,故选用调心轴承.b. 从轴承的刚性考虑,一般滚子轴承大于球轴承, 故选用滚子轴承.c. 从轴向游动考虑,一是可选用内或外圈无挡边的轴承,二是在内圈与轴或外圈与轴座孔之间用间隙配合.d. 从安装与拆卸角度考虑,装卸频繁时,可选用分离型轴承或选用内圈为圆锥孔的、带紧定套或退卸套的调心轴承.综上,采用装在紧定套上的调心滚子轴承.参照工作要求并根据 d- = 130mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本湖南科技大学大学本科毕业论文24游隙组,标准精度等级的调心滚子轴承,从3中表 7-2-69 中找到装在紧定套上的调心滚子轴承.,其型号为 3013728,尺寸为 d x D x B=140x270x86,基本额定负荷 Cr=1530kN Cor=1854KN,计算系数为 e=0.34,Y1= 2.0 Y2=2.9 Y0=2.0 故 d- =140mm,相应地查的紧定套长度 B1=119mm,考虑到拆卸轴承和安装轴上零件的方便性及参考经验尺寸,取 l- =217mm.(3). 根据轴间的高度要求单边轴肩取 5mm 故取 d- =150, 为满足安装轴端密封的长度要求和参考滑毂等零件长度尺寸,取l- =198mm.(4). 安装搅拌臂的轴径暂取 d- =180mm,其长度 l- =8x195=1560mm,由于安装和制造的误差,故取 l- =1582mm.(5). 由安装零件对称性,故尺寸设计可用对称法取 d- =150mm, l- =198mm,d- =140mm, l- =120mm.6.4 确定轴上圆角和倒角尺寸参考2中表 15-2,取轴端倒角为 3 x 45,各轴肩处的圆半径见图. 6.5 求轴上载荷按弯扭合成强度条件计算,通过轴的结构设计,轴的主要结构尺寸,轴上零件的位置,以及外载荷和支反力的作用位置均已确定。轴上载荷(弯矩和扭矩)已可以求得,因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。6.5.1 作出轴的计算简图(即力学模型)根据轴的结构图作出轴的计算简图如下:在作计算简图时,应先求出轴上受力零件的载荷,并将其分解为水平分力和垂直分力,然后求出各支承处的水平反力和垂直反力。 JS2000C 型混凝土搅拌主机设计25根据总计算简图,作出 XOY 面上的受力图如下:6.5.2 求出水平面(XOY 面)上各力由扭矩平衡得,且由分析的 Fx1 = Fx3 = Fx5 = Fx7, 有Fx1 x 0.575 x 4 = T =8272.33 (Nm) (63)得Fx1 = Fx3 = Fx5 = Fx7=3596.673.597 (KN)由 y 方向平衡有: FAX + FBX = -4 x Fx1 = -14.387 (KN) (64) 由对 A 点力矩平衡有:FBX( L1+L2+L3+L4+L5) + Fx7( L1+L2+L3+L4) +Fx5( L1+L2+L3) + Fx3( L1+L2) + Fx1 x L1=0 (65)由(64) , (65)两式解得:FAX = -8.417(KN) , FBX = -5.970(KN)根据上述简图,按水平面计算各力产生的弯矩,作出弯矩 MH图如下:湖南科技大学大学本科毕业论文26根据总计算简图,作出 YOZ 面上的受力图如下:6.5.3 求出垂直面(YOZ 面)上各力由前面算得叶片总弯矩 M=98542.4Nm,且由分析的 Fy1 = Fy3 = Fy5 = Fy7, 有Fy1 x 0.575 x 4 = M =98542.4(Nm) (66)得Fy1 = Fy3 = Fy5 = Fy7,= 98542.4/442.845 (KN)由 X 方向平衡有: FAyFy1Fy3Fy5Fy7=0 (KN) (67)得FAy = 171.378(KN)由搅拌臂的质量为 100kg,且搅拌臂的转速 n 为 25r/min,半径为0.575m,可算的向心力:FZ1= FZ3 = FZ5 = FZ7 = m r w2 = 100 x 0.575x(n/30) 2=0.394 KN (68)由 Z 方向平衡有:FAZ + FBZ= 4 FZ1 (69)JS2000C 型混凝土搅拌主机设计27由对 A 点力矩平衡有:FBZ( L1+L2+L3+L4+L5)- FZ7( L1+L2+L3+L4)-FZ5( L1+L2+L3)- FZ3( L1+L2)- FZ1 x L1=0 (610)由(68) , (69)两式解得:FAZ = -0.922(KN) , FBZ = -0.654(KN)根据上述简图,按垂直面计算各力产生的弯矩,作出弯矩 Mv图如下:6.5.4 根据水平面和垂直面的弯矩图作出总弯矩图 M 总如下:其公式为( 6VHM总11)6.5.5 由扭矩平衡作出扭矩图JS2000C 型混凝土搅拌主机设计29作出 T 的弯矩图如下:6.5.6 由 M 总 和扭矩图合成作出计算扭矩图 Mca(622aTca12)其中 取为 0.7从上面的总计算弯矩图可以清楚的看出危险截面为-段的第五根搅拌臂位置。:校核如下:6.5.7 搅拌轴截面模量 W 的计算易知 B 点坐标为(90,0),设 A 点坐标为(z,80),由 z2+y2 =902,解得: 41.23.2809Z A 点坐标为(z,80), 直线 AB 方程为: y=-1.64z+147.6湖南科技大学大学本科毕业论文30 ( 由图形的对称性和被积函数为偶函数)dAyIy214)(212dAyyA(6dyxdxx26.147.0923.4803.410 13)=281463460.667mm4+20795320.271mm4=302258780.938mm4 W= Iy /80=3778234.87mm3 ca=Mca/W=72.216KNm/3778234mm3=19.1137Mpa -1=60Mpa (614)故所设计的轴满足强度要求,故安全。JS2000C 型混凝土搅拌主机设计31第 七 章 轴 承 校 核根据工作条件,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;7.1 求两轴承受到的径向载荷 R1和 R2由第六章算的 FAX= -8.417KN, FAZ= -0.922KN, FBX= -5.97KN, FBZ= -0.654KN FAY=171.378KN;R1= (72AZX1)= =8.472KN,29.0)47.8(R2= (72BZXF2)= =6.006KN;22654.0)97.5(径向载荷 R= (7213)= =10.385KN 2206.47.87.2 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; 湖南科技大学大学本科毕业论文32(74)Fa/Fr e, Pr= 0.67Fr + Y2Fa; (75)其中 F r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; (76)Fa,Fr均为作用于轴承上的总载荷因为 Fa/ Fr =FAY/R=171.378/10.385=16.5e,所以当量动载荷Pr= 0.67Fr + Y2Fa=0.67x10.385+2.0x171.3=349.558KN查表3中表 7-2-47-2-7, f p=1.2 ,f t=0.90, f h=3.07 ,f n=1.090, f m=1式中 f p冲击载荷系数, 按3中表 7-2-6 选取;f t温度系数,按3中表 7-2-7 选取;f h寿命系数,按3中表 7-2-4 选取;f n 速度系数, 按3中表 7-2-5 选取;f m 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=( f hf p f m/ f nf t) Pr =3.755x349.558=1312.590KN.又所选的轴承 Cr=1530KN1312.590KN,故所选的轴承合适. JS2000C 型混凝土搅拌主机设计33第八章 轴承润滑密封理论与润滑系统设计对于润滑方法的选择,有采取集中润滑、手动润滑和采用班前班后手动快速加油等三种。大的方面,对于润滑系统,可系统地分为下面几大部件:第进分油器、浓油泵(含安全阀) 、油管和接头总成、油嘴螺母、安装块1、安装块 2、直通式压油杯、过滤器、气动泵、气压力表等九大部分组成。需要润滑的地方是轴端密封处、骨架油封处、卸料门轴承、主轴承等几大部位。则需要润滑的注油地方是:1.轴端密封注油点油杯、2.骨架油封注油点油杯、3.卸料门轴承注油点油杯、4.主轴承注油点油杯、6.油缸注油点油杯。其中,采用集中润滑的有:减速机端右轴轴端密封点、减速机左轴轴端密封点、浓油泵端左轴轴端密封点、浓油泵端右左轴轴端密封点。采用手动润滑有:浓油泵端左轴骨架轴端密封点、浓油泵端右左轴骨架轴端密封点、浓油泵端左轴轴承密封点、浓油泵端右左轴轴承密封点、浓油泵端卸料门轴承点、浓油泵端油缸润滑点 A、浓油泵端油缸润滑点 B、减速机端右轴骨架油封密封点、减速机端左右轴骨架油封密封点、减速机端左轴轴承密封点、减速机端右左轴轴承密封点、减速机端卸料门轴承。采用班前班后手动快速加油的有:浓油泵端左轴轴承快速注油点、浓油泵端左轴轴承快速注油点、减速机端右轴轴端快速注油点、减速机端左轴轴端快速注油点。8.1 脂润滑 当滚动轴承速度较低( dn2x10
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