小型混泥土搅拌机设计【全套含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)任务书设计(论文)课 题 名 称小型混泥土搅拌机学生姓名 院(系) 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 职 称 副教授 学 历毕业设计(论文)要求:1、在设计过程当中,要求态度端正,积极主动,认真细心;2、查阅大量的文献资料,按时完成设计任务;3、绘制零部件、各机构总装配图毕业设计;4、按要求完成设计说明书完成 word 文档(说明书 700010000 字,说明书撰写格式详见工学院网站,毕业设计有关内容) ,并打印装订成册;5、通过设计实践,使进一步了解一般机械设计的设计过程,培养学生综合运用机械设计原理分析问题和解决问题的能力,从中掌握方案设计的方法和步骤。毕业设计(论文)内容与技术参数:搅拌机类型:多功能搅拌机。应用领域:固、液、干粉、饲料、肥料、混泥土、混凝土、沙石、灰浆、泥灰、灰泥、沙浆、砂浆、膏体、粉末、水泥、泥浆。动力类型:电动。搅拌方式:强制式搅拌。装置方式:移动式生产能力:100L。料桶容量:150L。电机功率:0.55Kw 转速范围 30r/min.毕业设计(论文)工作计划:2012.12.012013.01.15 分析设计方案,查阅相关资料。2013.01.162013.02.28 绘制设计方案图,查阅设计的相关资料,确定相关的技术参数编辑整个设计方案的思路。2013.03.012013.05.08 完善设计图纸,整理设计说明书,最后完成定稿。接受任务日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日学 生 签 名 年 月 日指导教师签名 年 月 日系(部)主任签名 年 月 日本科毕业论文(设计)完成情况登记表姓 名 性 别 男 学 号学 院 专 业机械设计制造及其自动化班 级论文(设计)题目 小型混泥土搅拌机论文(设计)完成提交时间 2013 年 5 月论文(设计)取得主要成果及学生的诚信承诺论文(设计)是在指导老师指导下,由本人独立撰写完成,除文中已标注的引用外,本论文(设计)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全了解本声明的法律结果由本人承担。学生(签名):时 间:教师指导过程情况记录(选题、试验、调研、资料收集及论文撰写等过程)选题符合要求,认真指导,定期检查工作进度,多次细致修改学生撰写的论文(设计) 、图纸等。重点培养学生正确的思维方法、工作方法和科学态度。指导教师(签名):时 间:指导教师对论文(设计)的审查意见论文格式规范,逻辑结构合理,内容正确,工作态度端正,无严重抄袭或剽窃现象。达到本科毕业论文(设计)要求,同意参加论文(设计)答辩。指导教师(签名):时 间:注:本表作为教学档案,随论文由各学院负责保存。摘 要目前,混泥土搅拌机在国内外都有着飞速的发展,国际竞争力在不断提高。为了满足市场需求,完善产品系列,适应小型建筑施工和实验室工作的需求,设计了此混泥土搅拌机。本课题主要研究立轴式混泥土搅拌机的工作原理以及搅拌机搅拌系统方案设计。根据设计要求,对混泥土搅拌机的搅拌系统初步定型,并对搅拌系统的主要部件进行设计和计算。主要设计结论如下:(1)搅拌机的结构方案分析与总体设计本搅拌机的结构是由机架、搅拌装置、传动系统所主成。 机架是整个设备的支撑部分,由槽钢和钢管焊接而成。搅拌装置由搅拌筒、搅拌轴、搅拌铲片所主成,搅拌铲片固定在搅拌臂上,并且与搅拌轴主成一体,搅拌铲与搅拌筒底间隙可微量调整。传动系统由电动机、减速器、带传动、链传动所组成。(2)搅拌装置的设计搅拌装置是安装在轴套上的铲片式叶片,叶片随轴的旋转而转动,对筒内物料进行搅拌,是物料混合均匀,搅拌臂向上伸出,可起到搅拌上方物料的作用。(3)传动系统的设计传动系统是由V带传动和链传动来传递运动的。电动机输出转速通过 V带传动传递到减速器,减速器又通过链传动将转速传递给搅拌机的主轴,主轴带动轴套转动,从而使搅拌叶片旋转,来完成搅拌的工作。关键词:搅拌机;立轴;混泥土AbstractAt present, concrete mixer at home and abroad have a rapid development, international competitiveness in the continuous high. In order to meet market demands, improving the product series, adapt to the small building construction and laboratory work demand, design the concrete mixer.This topic research vertical shaft type concrete mixer work principle and blender mixing system design. According to the requirements of the design of concrete mixer, the mixing system, and the preliminary finalize the design of the main parts by mixing system design and calculation. The main conclusions are as follows:(1)mixer with the overall structural design of program analysisThe structure is a rack mixer, mixing equipment, drive into the main. The support of the entire equipment rack is part of the channel steel and steel pipe welded. Mixing device consists of the mixing tube, shaft, mixing shovel into a film by Lord Spatula piece fixed to the mixing arm, and with the main shaft into one, Spatula and mixing tube at the end of the gap can be micro-adjusted. Transmission from the motor, gearbox, belt drive, chain drive of the composition.(2) mixing device designMixing device is installed in the sleeve piece on the shovel blade, blade rotation with the axis of rotation of the barrel for mixing the material, the material is mixed, stirring arm extended upward, may play a role in mixing the material above.(3) transmission system designTransmission by V belt drive and chain drive to transfer movement. Motor output speed to pass through the V-belt transmission to the gearbox, gearbox and chain drive to speed to pass through to the mixer spindle drive shaft rotation, so that the mixing blades rotating, stirring to complete the work.Keywords Mixer Vertical axis Concrete目 录1 总体概述 11.1 毕业设计课题 11.2 设计的总体要求 11.3 设计大纲 11.3.1 设计原则 11.3.2 原始数据 11.4 泥土搅拌机的概述 12、设计的主要内容 .22.1 搅拌装置的设计 22.2 传动装置的设计 22.3 机座与支架的设计 32.4 电器控制系统的设计 33、主要机构具体结构设计及参数设计 .33.1 搅拌装置的设计 33.1.1 搅拌桶的设计 33.1.2 搅拌叶片的设计 43.2 传动装置的设计 63.2.1 电动机的选择 63.2.2 电动机的选择 83.2.3 轴的设计计算 .153.2.4 滚动轴承的选择及计算 .243.2.5 键联接的选择及计算 .263.2.6 减速器附件的选择 .273.2.7 润滑与密封 .273.3 机座与支架的设计 .273.4 电器控制系统的设计 .284、参考文献 29小型混泥土搅拌机毕业设计,姓名:,一、前言,混凝土时建筑材料中的一种主要的材料,它是以水泥做为黏结剂把骨料粘在一起的,属于一种非匀质材料,其用途广,用量大。广泛地用于工业、农业、交通、国防、水利、市政和民用等基本建设工程中,在国民经济中占有重要地位。混凝土搅拌机就是用来大量生产混凝土的机械。混凝土搅拌机有自落式和强制式。,二、目前市面上的小型混泥土搅拌机,三、设计任务,三、搅拌装置,四、传动装置,电机额定功率Pm550W,满载转速nm1390r/min 传动比的分配: 1)总传动比:鼓桶转速nw=30r/min,则总传动比inm/mw46.33 2)确定一级圆锥齿轮传动比i1:i13.1 3)确定二级圆柱齿轮传动比i2:i22.0 4)确定三级圆锥齿轮传动比i3:i3=7.5,圆锥齿轮m1.5,Z123,Z271,d134.5mm,d2106.5mm,118272,B14mm 斜齿圆柱齿轮m2.5,Z129,Z258,d175mm,d2150mm,141424,B75mm,中心距a112.5mm 鼓桶圆锥齿轮m7.5,Z124,Z2180,d182mm,d2630mm,112,278,B155mm,B214mm,五、设计总图,六、机械特点,优点:整机体积小,重量轻,移动灵活方便,对于小作业场地小工作任务量场合有较强的适用性。而且具有结构合理、搅拌质量好、搅拌时间短、能耗低等特点。适于搅拌干硬性、半干硬性、塑性及各种配比的混凝土,满足不同工况的要求。 缺点:产量有限不能和大型混泥土搅拌机械媲美,搅拌过程中晃动比较厉害。不能自动送料和出料。,感谢欣赏, 本 科 毕 业 设 计题目: 小型混泥土搅拌机设计 学 院:姓 名:学 号:专 业:年 级:指导教师摘 要目前,混泥土搅拌机在国内外都有着飞速的发展,国际竞争力在不断提高。为了满足市场需求,完善产品系列,适应小型建筑施工和实验室工作的需求,设计了此混泥土搅拌机。本课题主要研究立轴式混泥土搅拌机的工作原理以及搅拌机搅拌系统方案设计。根据设计要求,对混泥土搅拌机的搅拌系统初步定型,并对搅拌系统的主要部件进行设计和计算。主要设计结论如下:(1)搅拌机的结构方案分析与总体设计本搅拌机的结构是由机架、搅拌装置、传动系统所主成。 机架是整个设备的支撑部分,由槽钢和钢管焊接而成。搅拌装置由搅拌筒、搅拌轴、搅拌铲片所主成,搅拌铲片固定在搅拌臂上,并且与搅拌轴主成一体,搅拌铲与搅拌筒底间隙可微量调整。传动系统由电动机、减速器、带传动、链传动所组成。(2)搅拌装置的设计搅拌装置是安装在轴套上的铲片式叶片,叶片随轴的旋转而转动,对筒内物料进行搅拌,是物料混合均匀,搅拌臂向上伸出,可起到搅拌上方物料的作用。(3)传动系统的设计传动系统是由V带传动和链传动来传递运动的。电动机输出转速通过 V带传动传递到减速器,减速器又通过链传动将转速传递给搅拌机的主轴,主轴带动轴套转动,从而使搅拌叶片旋转,来完成搅拌的工作。关键词:搅拌机;立轴;混泥土AbstractAt present, concrete mixer at home and abroad have a rapid development, international competitiveness in the continuous high. In order to meet market demands, improving the product series, adapt to the small building construction and laboratory work demand, design the concrete mixer.This topic research vertical shaft type concrete mixer work principle and blender mixing system design. According to the requirements of the design of concrete mixer, the mixing system, and the preliminary finalize the design of the main parts by mixing system design and calculation. The main conclusions are as follows:(1)mixer with the overall structural design of program analysisThe structure is a rack mixer, mixing equipment, drive into the main. The support of the entire equipment rack is part of the channel steel and steel pipe welded. Mixing device consists of the mixing tube, shaft, mixing shovel into a film by Lord Spatula piece fixed to the mixing arm, and with the main shaft into one, Spatula and mixing tube at the end of the gap can be micro-adjusted. Transmission from the motor, gearbox, belt drive, chain drive of the composition.(2) mixing device designMixing device is installed in the sleeve piece on the shovel blade, blade rotation with the axis of rotation of the barrel for mixing the material, the material is mixed, stirring arm extended upward, may play a role in mixing the material above.(3) transmission system designTransmission by V belt drive and chain drive to transfer movement. Motor output speed to pass through the V-belt transmission to the gearbox, gearbox and chain drive to speed to pass through to the mixer spindle drive shaft rotation, so that the mixing blades rotating, stirring to complete the work.Keywords Mixer Vertical axis Concrete目 录1 总体概述 11.1 毕业设计课题 11.2 设计的总体要求 11.3 设计大纲 11.3.1 设计原则 11.3.2 原始数据 11.4 泥土搅拌机的概述 12、设计的主要内容 .22.1 搅拌装置的设计 22.2 传动装置的设计 22.3 机座与支架的设计 32.4 电器控制系统的设计 33、主要机构具体结构设计及参数设计 .33.1 搅拌装置的设计 33.1.1 搅拌桶的设计 33.1.2 搅拌叶片的设计 43.2 传动装置的设计 63.2.1 电动机的选择 63.2.2 电动机的选择 83.2.3 轴的设计计算 .153.2.4 滚动轴承的选择及计算 .243.2.5 键联接的选择及计算 .263.2.6 减速器附件的选择 .273.2.7 润滑与密封 .273.3 机座与支架的设计 .273.4 电器控制系统的设计 .284、参考文献 2911 总体概述1.1 毕业设计课题小型混泥土搅拌机1.2 设计的总体要求 满足使用要求 满足经济性要求 力求整机的布局紧凑合理 工业性要求简单而实用 满足有关的技术标准1.3 设计大纲1.3.1 设计原则 搅拌机技术条件应满足 GB9142-2000混泥土搅拌机技术条件规范; 所用图纸的幅面应符合 GB4457-2000中华人民共和国标准机械制图中的相关定。1.3.2 原始数据1.4 泥土搅拌机的概述 混泥土搅拌机种类繁多,混泥土搅拌机按作业方式分有循环作业式和连续作业式两种。循环作业式的供料、搅拌、卸料三道工序是按一定的时间间隔周搅拌机类型:多功能搅拌机 应用领域:固、液、干粉、饲料、肥料、混泥土、沙石、灰浆、泥灰、灰泥、沙浆、砂浆、膏体、粉末、水泥、泥浆动力类型: 电动 布局形式: 立式作业方式: 连续作业式 型号: JY1-150搅拌方式: 强制式搅拌搅拌鼓形状:鼓筒型装置方式: 移动式 料桶容量: 150(L)生产能力: 120(L) 转速范围: 30(r/min) 2期进行的,即按份拌制。由于拌制的各种物料都经过准确的称量,故搅拌质量好。目前大多采用此种类型的作业方式。连续作业式的上述三道工序是在一个较长的筒体内连续进行的。虽然其生产率较循环作业式高,但由于各料的配合比、搅拌时间难以控制,故搅拌质量差。目前使用较少。混泥土搅拌机按搅拌方式分有自落式搅拌、强制式搅拌两种。自落式搅拌机就是把混合料放在一个旋转的搅拌鼓内,随着搅拌鼓的旋转,鼓内的叶片把混合料提升到一定的高度,然后靠自重自由撒落下来。这样周而复始地进行,直至拌匀为止。这种搅拌机一般拌制塑性和半塑性混泥土。强制式搅拌机是搅拌鼓不动,而由鼓内旋转轴上均置的叶片强制搅拌。这种搅拌机拌制质量好,生产效率高;但动力消耗大,且叶片磨损快。一般适用于拌制干硬性混泥土。混泥土搅拌机按装置方式分有固定式和移动式两种。固定式搅拌机是安装在预先准备好的基础上,整机不能移动。它的体积大,生产效率高。多用于搅拌楼或搅拌站。移动式搅拌机本身有行驶车轮,且体积小,重量轻,故机动性能好。应用于中小型临时工程。混泥土搅拌机的出料方式分有为倾翻式和非倾翻式两种。倾翻式靠搅拌鼓倾翻卸料,而非倾翻式靠搅拌鼓反转卸料。混泥土搅拌机可按搅拌鼓的形状不同,有梨型、鼓筒型、双锥形、圆盘立轴式和圆槽卧轴式五种。前三种系自落式搅拌;后两种为强制式搅拌,目前国内较少使用。混泥土搅拌机按搅拌容量分有大型(出料容量 10003000L) 、中型(出料容量 300500L)和小型(出料容 50250L) 。各搅拌机的分类。2 设计的主要内容2.1 搅拌装置的设计搅拌装置是混泥土搅拌机的主要装置,主要起将物料搅拌搅拌均匀的作用,主要由搅拌轴、搅拌叶片和搅拌桶组成。2.2 传动装置的设计传动装置主要起动力传输以及控制转速作用,主要由齿轮、皮带轮,轴、轴承等一系列零件组成。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。32.3 机座与支架的设计机座与支架主要起固定支撑作用,使混泥土搅拌机能正常稳定的工作而不至于在搅拌的时候由于搅拌导致机器的晃动。2.4 电器控制系统的设计主要通过控制电机和传动装置来调节搅拌速度和精度。3 主要机构具体结构设计及参数设计3.1 搅拌装置的设计搅拌装置包括:主要由搅拌轴、搅拌叶片和搅拌桶组成。具体结构如下图所示3.1.1 搅拌桶的设计设计要求 搅拌类型:强制式搅拌搅拌鼓形:为鼓桶型鼓桶容量:150L底端内径:D=600mm 底端外径:D 1=620mm鼓桶大致设计结构图如下:图 1 鼓桶4鼓桶强度计算:混泥土密度不固定,根据配料比例不同,密度会不一样,一般来说:轻质泡沫混泥土的密度小,密度等级一般为 300-1800kg/m3。所以在鼓桶满载的情况下鼓桶中混泥土的重量为:M=V=18000.15=270kg则延鼓桶轴线作用于同底的作用力为:F=Mg=2709.8=2646N鼓桶的壁厚 =10mm, ,所以鼓桶为薄壁圆筒。所以鼓桶的横截面积为:A=D=3.1460010=18840mm2=1.8810-2m2所以鼓桶截面上的最大应力为:= =140445.86N/m2鼓桶材料选取:Q345鼓桶制作工艺:采用冲压工艺3.1.2 搅拌叶片的设计搅拌叶片是混泥土搅拌机实现其工作性能的关键,搅拌桶搅拌性能是通过搅拌叶片对拌合料连续不断的碰撞而实现的,因此搅拌叶片的设计直接影响搅拌机整体设计的成败。目前搅拌叶片的形式大致分为涡轮式、螺旋桨式、桨式三种。一般常用的形式为平直叶片涡轮式、倾斜叶片涡轮式、船用螺旋桨式、锚式、带式。叶片螺旋线母线:目前搅拌叶片普片采用直板螺旋面,其圆筒母线采用的线型是阿基米德螺旋线,锥筒叶片采用对数螺旋线接头处进行螺旋线的拟合。母线在绕轴线作匀速圆周运动的同时, 沿轴线方向作匀速或变速直线运动, 该母线的运动轨迹形成等螺距或变螺距螺旋面。母线为直线形成直纹螺旋面母线为曲线形成非直纹螺旋面。轴线与螺旋面轴线重合的圆柱面或圆锥面同该螺旋面的交线分别称为圆柱螺线或圆锥螺线。螺线的切线和圆柱面或圆锥面的母线之间的夹角称为螺旋角, 用 表示。斜面倾角和物料下滑角:性质一定的物料,在性质(主要是粗糙度)一定的倾角平板上,由于自身重力在斜面方向的分力刚够克服平板对物料的摩擦力和粘附力而开始下滑,这时平板的斜角 叫做该种物料对于该种平板的下滑角,用 表示。物料沿斜线下滑的条件是 。AF20D5图 2 混泥土下滑实验曲线斜面最大倾斜线 S:斜面上物料的下滑方向,是沿着斜面的最大倾斜线 S的方向,如图 3 所示,即斜面上对水平面 H 的最大倾斜线 AC 由图 3 可知(1)图 3 斜面及最大倾斜线 ncosisiin6(1)由(1)式得 又因为 n故有 sincos)cos(代入上式得: (2)(3)由(2)或(3)式可求出最大倾斜位置。代入数据,根据临界线图可得出圆住螺旋角为 68o。3.2 传动装置的设计图 4 传动装置3.2.1 电动机的选择类型和结构的选择:选择 Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步立式电动机。功率的确定:siconnin1itgnriitn71)工作机所需功率Vm=300.323.14/60=0.1413m/sPw=FwVw=3.00.1413=0.429KW2)电机至工作间总效率的确定:取联轴器效率 10.99;滚动轴承效率 20.99;锥齿轮传动效率 30.97圆柱齿轮传动效率 40.98 工作机效率 w0.96;则总效率 ( 1)2(2)2(3)2(4)2w0.83。3)电动机所需功率 Pd:P dP w/0.517KW。4)电动机额定功率 Pm:因 PmPd,故取 Pm550W,查机械设计、课程设计表 177 选择型号为 Y80M14 的电动机,该电机额定功率 Pm550W,满载转速 nm1390r/min。传动比的分配:1)总传动比:鼓桶转速 nw=30r/min,则总传动比 in m/mw46.33。2)确定一级圆锥齿轮传动比 i1:i 13.1。3)确定二级圆柱齿轮传动比 i2:i 22.0。4)确定三级圆锥齿轮传动比 i3:i 3=7.5。传动参数计算:1)各级传动轴的转速计算(r/min)高速轴转速:n 1=nm=1390r/min。 中间轴的转速:n 2=n1/i1=448.4r/min。低速轴转速:n 3=n2/i2=224.2r/min。滚筒的转速:n 4=n3/i3=30r/min。2)各轴输入功率计算(KW)高速轴的输入功率 P1 Pm10.545kW。 中间轴的输入功率 P2 P1230.523KW。低速轴的输入功率 P3 P2240.507W。鼓筒锥齿轮的输入功率 P4P 3230.487KW。3)各轴的输入转矩(Nmm)高速轴的输入转矩 T19550P 1/n13.7410 5Nmm。中间轴的输入转矩 T29550P 2/n21.1110 6Nmm。低速轴的输入转矩 T39550P 3/n32.1610 6mm。8鼓筒的输入转矩 T49550P 4/n41.5510 7Nmm。3.2.2 直齿圆锥齿轮设计选材:所设计的小型混泥土搅拌机工作工作有轻微振动。经常满载、空载起动、不反转、单班制工作,运输带允许的速度误差为,小批量生产,使用期限 10 年。由课本表 12.7 选择小齿轮材料为 40Cr(调质)硬度为241HB286HB。大齿轮材料为 45 刚(调质) ,硬度为 229HB286HB。齿面接触疲劳强度计算:齿数 Z:选取小齿轮齿数为 Z123,大齿轮齿数为Z2Z 1i1233.171.3,取 Z271。精度等级:估算 vm3m/s,由表 12.6 可选 8 级精度。使用寿命 KA:由表 12.9 可选 KA=1.0。动载荷系数 KV:由图 12.9 可选 KV=1.17齿间载荷分配系数 KH: 由表 12.10,估计 KAFt/b100N/mm当量齿数:端面重合度:齿向载荷分布系数 K :由表 12.20 及注 3,取 K =1.9载荷系数 K:K=K AKVKHK=11.171.321.9=2.93 转矩 T1: 95.016.31cos22i3221i21.495.03cos11zv 8.72Zcos)(821vvz73.1854.3-10)( .0714vZ 2.8.012HmNP8.719059n05.96169弹性系数 ZE:由表 12.12,Z E=189.8 aMP节点区域系数 ZH:由图 12.16,Z H=2.5接触疲劳极限 :由图 12.7c, =710MPa; =680MPalimlim1lim2H接触最小安全系数 :由表 12.14, =1.05inSinS接触寿命:由题意 Z1=Z2=1.0许用接触应力 : H1H 2小轮大端分度圆直径 d1:取 3.0R确定传动主要尺寸:大端模数 m: mm 由表 12.3,取 m=1.5实际大端分度圆直径 d: d1=mz1=1.523=34.5mmd2=mz2=1.571=106.5mm锥距 R: 齿宽 b: 齿根弯曲疲劳强度计算:齿形系数 YFa:由图 12.30,Y Fa1=2.73 YFa2=2.15应力修正系数 Ysa:由图 12.31,Y sa1=1.64 Ysa2=2.07重合度系数 Y : 齿间载荷分布系数 KF: 由表 12.10,K AFt/b100N/m载荷系数 K: K=KAKVKFK =1.351.171.471.9=4.41弯曲疲劳极限 :由图 12.23c, =600MPa =570MPaFlimFlim1Flim2弯曲最小安全系数 SFlim:由表 12.14,S Flim=1.25弯曲寿命系数 YN:由题意 YN1=YN2=1.0Pa6705.il N48.1min2l MSZ m57.31648.052.91.3.0513.087924 22 3 214HEiKT1z mzR97.535.21 R.697.0b68.073.152075.2.0v 4F10尺寸系数 YX:由图 12.25,Y X=1.0许用弯曲应力 : F2)斜齿圆柱齿轮设计选定齿轮精度等级、材料及齿数1)圆锥斜齿圆柱齿轮减速器是通用减速器,速度不高,故选用 7 级精度2)选择材料根据课本表 12.7 选择大小齿轮材料均为 45 钢(调质) ,小齿轮齿面硬度250HBS,小齿轮硬度为 220HBS选择小齿轮齿数为 Z1=23,大齿轮齿数 Z2Z 1i2=232=463)初选螺旋角 14按齿面接触强度设计设计公式为1)确定公式内的各计算数值试选载荷系数 Kt1.6小齿轮转矩 T21.1110 6Nmm选齿宽系数 d1由 12.16 选区域系数 ZH2.433由图 12.31 查得 a10.765, a20.866,则 a a1+a21.631由表 12.12 查得材料的弹性影响系数 ZE189.8MPa0.5计算应力循环次数N160n 2jLh60448.41(1830010)6.45710 8N2N 1/i23.22810 7由图 12.17c 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1600MPa ,大齿轮的解除疲劳强度极限 Hlim2570MPa由图 12.18 取接触疲劳寿命系数 KHN10.95K HN20.98计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S1,得H1K HN1Hlim1/S0.95600/1MPa 570 MPaH2K HN2Hlim2/S0.98570/1MPa 558.6 MPa a48025.160min1l1 MPSFXN6.7in2l2321 )(HEdttTk11则许用接触应力 H( H1+H2)/2564.3 MPa2)计算试算小齿轮分度圆直径 d1t,由公式得=62.7mm计算圆周速度 vvd 1tn2/(601000)3.1462.7241.2/(601000)=0.79m/s计算齿宽 b 级模数 mntb dd1t162.7mm 62.7mmmntd 1tcos/Z162.7cos14/232.645mmh2.25m nt2.252.6455.95mmb/h62.7/5.9510.54计算纵向重合度: 0.318 dZ1tan0.318123tan14 1.824计算载荷系数 K根据 v0.79m/s,7 级精度,由课本图 12.9 查得动载荷系数 Kv1.06由【4】表 12.10 查得齿间载荷分配系数 KH KF=1.4由【4】表 12.9 查得使用系数 KA1.25由【4】表 12.10 查得齿向载荷分配系数 KH 1.42,由图 12.31 和b/h10.54 查得 KF1.34载荷系数 KK AKVKHaKH1.251.061.41.422.63按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得d1 d 1t 74mm计算模数 mnmnd 1cos/Z174cos14/233.12mm,按齿根弯曲强度设计设计公式为:1)确定计算参数计算载荷系数 KK AKVKFaKF1.251.061.41.342.486根据纵向重合度 1.824,从图 1028 查得螺旋角影响系数 Y0.88.3 253 221 )3.564819.2(61.0)(1 HEdtt ZTk321FSadn YzYTcos336.27.t12计算当量齿数Zv1Z 1/cos323/cos 31425.18Zv2Z 2/cos392/cos 31450.34查取齿形系数由【4】图 12.21 查得 YFa12.6164,Y Fa22.18由【4】图 12.22 查得应力校正系数 Ysa11.5909 ,Y sa21.7由【4】图 12.23c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1440MPa 大齿轮弯曲疲劳强度极限 FE2 425MPa由【4】图 1018 取弯曲疲劳寿命系数 KFN10.9K FN20.92计算弯曲疲劳许用应力取安全系数 S1.4,得F1K HN1FE1/S0.9440/1.4282.86MPaF2K HN2FE2/S0.92425/1.4 279.3MPa计算大小齿轮的 YFaYSa/ F并加以比较YFa1YSa1/F12.61641.5909/282.860.01472YFa2YSa2/F12.181.7/279.30.01327小齿轮数值大设计计算=2.19mm对比计算结构,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 mn 大于有齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取 mn2.19,已可满足弯曲强度,圆整为标准值mn2.5。但为了同时满足接触疲劳强度,需要接触疲劳强度算得的分度原直径d174mm 来计算应有的齿数。于是有 Z1d 1cos/mn74cos14/2.528.72 取Z129 ,Z 2 i2Z1229 584.2.4 几何尺寸计算(1)计算中心距a(Z 1+Z2)m/(2cos)(29+58)2.5/ (2cos14)112.1mm 将中心距圆整为 112mm3 225321 01472.*84.*3cos0.486.*2cosFSadn YzKTm13(2)按圆整后的中心距修正螺旋角arccos(Z 1+Z2)mn/ (2a)arccos(Z1+Z2)2.5/(2187)=141424“(3)计算大小齿轮的分度圆直径d1Z 1mn/cos292.5/cos141424“ 74.8mmd2Z 2mn/cos582.5/cos141424“ 149.6mm(4)计算齿轮宽度b dd1174.8mm74.8圆整后取 B75mm(5)结构设计小齿轮齿顶圆直径小于 160mm,故,做成实心结构;大齿轮齿顶圆直径大于160mm 而又小于 500mm 故以选用腹板式结构为宜。其他有关尺寸按4图1039 荐用的结构尺寸设计,设计数值结果直接标注在大齿轮零件图上。大齿轮零件图见附图 1。3)鼓桶圆锥齿轮选材:所设计的小型混泥土搅拌机工作工作有轻微振动。经常满载、空载起动、不反转、单班制工作,鼓桶允许的速度误差为 ,小批量生产,使用期限年。由课本表 12.7 选择小齿轮材料为 40Cr(调质)硬度为241HB286HB。大齿轮材料为 45 刚(调质) ,硬度为 229HB286HB。齿面接触疲劳强度计算:齿数 Z:选取小齿轮齿数为 Z124,大齿轮齿数为Z2Z 1i1247.571.3,取 Z2180。精度等级:估算 vm1m/s,由4表 12.6 可选 9 级精度。使用寿命 KA:由4表 12.9 可选 KA=1.0。动载荷系数 KV:由4图 12.9 可选 KV=1.17齿间载荷分配系数 KH: 由4表 12.10,估计 KAFt/b100N/mm端面重合度:98.015.7cos2231i3223icos)1(.812vvz73.1854.-0)( 0371vZ14齿向载荷分布系数 K :由表 12.20 及注 3,取 K =1.9载荷系数 K:K=K AKVKHK=11.171.321.9=2.93 转矩 T1: 弹性系数 ZE:由表 12.12,Z E=189.8 aMP节点区域系数 ZH:由图 12.16,Z H=2.5接触疲劳极限 :由图 12.7c, =710MPalimlim1=680MPali2接触最小安全系数 :由表 12.14, =1.05inHSinHS接触寿命:由题意 Z1=Z2=1.0许用接触应力 : 1 2H小轮大端分度圆直径 d1:取 3.0R确定传动主要尺寸大端模数 m: mm,由表 12.3,取 m=3.5实际大端分度圆直径 d: d1=mz1=3.524=82mmd2=mz2=3.5180=630mm锥距 R: 齿宽 b: mR34.957.13.0b4)整理圆锥齿轮:m1.5,Z 123,Z 271,d 134.5mm,d 2106.5mm , 118272, ,B14mm2.187.02ZHmNP1.2596.40715.9n105.966 Pa6705.1mi1l NZ48.in2l MS m02.84647.528.195.73.013.026974 2214HERZiKTz79.180.22.481z15斜齿圆柱齿轮:mn2.5,Z 129,Z 258,d 175mm,d 2150mm14,B 75mm,中心距 a112.5mm鼓桶圆锥齿轮:m7.5,Z 124,Z 2180,d 182mm,d 2630mm , 112278,B16mm3.2.3 轴的设计计算1)输入轴设计输入轴上的功率 P1、转速 n1、和转矩 T1:P1=0.545KW,转速 n11930r/min,T 1=9550P1/n1=3.74102Nm求作用在齿轮上的力:已知小圆锥齿轮的分度圆直径为 d1=34.5mm,则平均分度圆直径dmd 1=(1- )=34.5(1-0.50.3)mm=29.3mm 而R5.0Ft=2T1/dm=23.74105/29.3=25529N初步确定轴的最小直径:先初步估计轴的最小直径。选取材料为 45 钢,调制处理。根据4表153,取 Ao112,得=14.77mm输入轴的最小直径为安装联轴器的直径 d12,为了使所选的轴直径 d12 与联轴器的孔径相适应,故需同时选择联轴器的型号。联轴器的计算转矩 TcaK AT3,查表 12.9,考虑到转矩变化很小,故选KA1.3 则:T caK AT3 1.35.2510468250Nmm查 GB/T42242002,选 HL1 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为160000Nmm,半联轴器的孔径为 d120mm,故选 d1220mm,半联轴器长度L50mm,半联轴器与轴配合的毂孔长为 38mm。轴的结构设计:(1)拟定轴的结构3310min 9054.*2PA16图 5 拟定轴的结构(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位,12 断轴右端需制出一轴肩,故 23 段的直径 d2327mm。初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据 d2327mm,由机械设计课程设计表 157 中初步取 0 基本游隙组,标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30306,其尺寸为dDT30mm72mm20.75mm,d 34=d56=30mm,而 l3420.75mm,为了便于套筒可靠地压紧左端轴承,套筒需向轴承端伸出少许,也就是说 3-4 段应增长少短,故最终取 l3420mm。这对轴承均采用轴肩进行轴向定位,由表 157 查得30306 型轴承的定位轴肩高度 h3.5mm,因此取 d4537mm。取安装齿轮出的轴段 67 的直径 d6725mm ,为使套筒可靠得压紧轴承,56 段应略短与轴承宽度,故取 l5619mm。轴承端盖的总宽度为 20mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求,求得端盖外端面与半联轴器右端面间的间距为 l30mm,故取l2350mm。锥齿轮轮毂宽度为 67.27mm,为使套筒断面可靠地压紧齿轮取l6770mm。45 段装定位套筒,套筒长度不固定,故取 l4550mm 认为比较合适。(3)轴上的周向定位圆锥齿轮和半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 d67由4表 6-1 查得平键截面键宽 b键高 h8mm7mm 键槽用键槽铣刀加工,长为 50mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为 H7/k6;同样,联轴器与轴的连接选用平键为 6mm6mm25mm,半连州其与轴的配合为H7/k6;滚动轴承与轴的周向定位是有过度配合来保证的,吃出选轴的尺寸公差为 k6。(4)确定轴上圆角和倒角尺寸参考4表 15-2,取轴端倒角为 245。各轴肩处的圆角半径见图。按弯扭合成应力校核轴的强度:根据上表中的数据句轴的单向选装,扭转求应力为脉动循环应力,取0.6,轴的计算应力172.65MPa )701./()526.0(854/ 3222 WaTMca根据已选定的材料为 45 钢,调制处理,查表 151 的-160MPa。因此 ca-1,故安全。精确校核轴的疲劳强度:(1)判断危险截面靠近齿轮滚动轴承的支反力作用点所在截面 C 所受弯矩最大,但应力不集中,且前面所计算得到的这段直径能满足力学要求,故不是危险截面,不必校核。而由图易知,截面 5 右端最靠近截面 C,且截面 5 出有圆角,应力集中最严重。所以截面 5 右侧最危险。(2)截面 5 右侧抗弯截面系数 W0.1d 30.130 32700mm抗扭截面系数 W T0.2d 30.230 35400mm截面 5 右侧弯矩 M 及弯曲应力M(F NH22+ FNV2) 0.5(l56-a) (2840 2+13.62) 0.5(0.019-0.015)11360Nmm其中 a 由机械设计课程设计表 15-1 查轴承 30306 得到。a15mm bM/W11360/27004.21MPa扭矩 T152525N mm TT 1/WT52525/54009.73MPa轴的材料为 45 钢,调质处理。由课本表 151 查得 B640MPa, -1275MPa -1155MPa截面上由于周建而形成的理论集中系数 及 按附表 3-2 插取。因r/d2.0/300.067,D/d37/301.233,经插值后查得 1.93, 1.55又由4附图 3-1 可得材料敏感系数为 qa0.82,q 0.85故有效应力集中系数为:k1+q (a -1)1+0.82(1.93-1)1.76k1+q (a -1)1+0.85(1.55-1)1.47由4附图 3-2 得尺寸系数 0.85, 0.87轴按磨削加工,有附图 3-4 的表面质量系数为 0.92轴未经表面强化处理,及 q1 则综合系数K k /+1/ -11.76/0.85+1/0.92-12.1618K k /+1/ -11.47/0.87+1/0.92-11.78取碳钢特性系数为 =0.1,=0.05于是,计算安全系数 Sca值,得S -1/(K a+m) 275/(2.614.21+0.10)25S -1/(K a+m)155/(1.479.73/2+0.059.73/2)20.96Sca= SS/(S2+S2)0.5=2520.96/(252+20.962)0.5=16.06S1.5故安全。2)中间轴设计求中间轴上的功率 P2、转速 n2和转矩 T2:P20.523KW n2448.4r/min,T 21.1110 6Nmm求作用在齿轮上的力:已知圆柱斜齿轮的分度圆直径 d175mm,而Ft12T 3/d1 21.11106/752960NFr1=Ft1tan/cos=4011tan20/cos1414241506NFa1F t1tan4011tan201460N已知圆锥直齿轮的平均分度圆直径dm2d 2(1-0.5 )106.5(1-0.50.33 )90.525mm 而RFt22T 2/dm21302NFr2F t2tancos1=150NFa2=Ft2tansin1450N圆周力 Ft1、F t2,径向力 Fr1、F r2,轴向力 Fa1、F a2的方向及轴的弯矩和扭矩图如图 6 所示19图 6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 40Cr,调质处理。取 Ao105,得 26.32mm,中间轴最小的直径显然是安装滚动轴承的直径 d12和 d56。轴的结构设计:(1)拟定轴的结构如图所示(见图 7)图 7(2)初步选择滚动轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据 d12d 5626.32mm,根据机械设计课程设计表 15-7 初步选取 0 基本游隙组,标准精度及的单列圆锥滚子轴承 30306,其尺寸为 dDT30mm72mm20.75mm,d 12d 5630mm这对轴承均采用套筒进行轴向定位,由, 机械设计课程设计表 15-7 查30306 型轴承的定位轴肩高度 h3.5mm 应查取套筒的直径为 37mm。取安装齿轮的轴段 d23d 4535mm,锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位,由课本图 10-39 可知,锥齿轮轮毂长为 L(11.2)D 23(11.2)353542mm,取平均值 L38.5mm。但为了是套筒端面可靠地压紧轮毂端面,此轴段应略短于轮毂长,故去 l2335mm,齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度 h0.007d,故取 h4mm,则轴环出的直径为 d3443mm已知圆柱斜齿轮齿宽 B180mm;为了使套筒端面可靠地压紧端面,此轴段应略短于圆柱齿轮轮毂长,故取 l4576mm取轴肩宽 l3412mm, ,初选左右两套筒分别长为 35. 75mm 和 30.25mm,则可3320min 4.8520PAd20确定 l1260mm,l 5655mm,轴总长为 238mm。(3)轴上的周向定位圆锥齿轮和圆柱斜齿轮的周向定位采用平键连接,按 d23d 4535mm 由4表6-1 查得平键截面 bh10mm8mm,键槽用键槽铣刀加工,长分别为25mm,50mm 同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选初论轮毂与轴的配合 H7/m6;滚动轴承与轴的定位是由过度配合来保证的,此处选轴的尺寸公差为6mm.(4)确定轴上的圆角和倒角尺寸取轴端倒角为 245按弯扭合成应力校核轴的强度: 根据上表中的数据及中轴的单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,区 0.6,轴的计算应力60MPa )035.1/()56.0(241/ 222 WaTMca前面已经选定轴的材料为 40Cr(调质) ,有课本表 15-1 查得-170MPa, ca-1,故安全。精确校核中欧疲劳强度(1)判断危险截面由弯矩图知,截面 C 处弯矩最大,但前面已经校核过截面 C 所在轴段的强度,完全满足设计要求,故不是最危险截面。由轴零件图易知,截面 5 右端轴段直径 d56较 d45小,且截面 5 处存在圆角,会引起应力集中,故截面 5 右侧最危险。(2)截面 5 右侧抗弯截面系数 W0.1d 5632700mm抗扭截面系数 WT0.2d 5635400mm截面 5 的右侧弯矩及弯曲应力分别为m123605.0.9742a5.0256.02 NlFMNVH其中,a 由机械设计课程设计表 15-1 查滚动轴承 30306 得到。a15mmbM/W=123620/2700MPa=45.8MPa扭矩及扭转切应力分别为 T2150000Nmm TT2/W T150000/5400MPa27.8MPa轴材料为 40Cr,调制处理,有表 15-1 查得 B735MPa , -1355Mpa, 21-1200MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按4附表 3-2 查取,因 r/d2.0/300.067,D/d35/301.167,经插值后查得 1.90, 1.47又由4附图 3-1 得轴的材料铭感系数为 q 0.82,q 0.85。故有效应力集中系数为:k1+q ( -1)1.74k1+q ( -1)1.40由机械设计附图 3-2 得尺寸系数 0.85,由附图 3-3 得扭转尺寸系数0.87轴按磨削加工,由附图 3-4 的表面质量系数为 0.92。轴未经表面强化处理,及 q1,得综合系数为Kk /+1/-11.74/0.85+1/0.92-12.13Kk /+1/-11.40/0.87+1/0.92-11.70取合金钢的特性系数 0.1, 0.05计算安全系数 Sca值,得S -1/(K a+m) 355/(2.1345.8+0.10)=3.64S -1/(K +m)=200/(1.7027.8/2+0.0527.8/2)=8.22Sca= SS/(S2+S2)0.53.648.22/(3.64 2+8.222)0.5=3.33S=1.5故可知安全。3)低速轴的设计求输出轴上的功率 P3、转速 n3、和转矩 T3:P30.507KW,n 3224.2r/min,T 32.1610 6mm求作用在齿轮上的力:已知圆柱斜齿轮的分度圆直径 d2150mm,则Ft2T 3/d2 22.16106/15028800NFr Fttan/cos3904tan20/cos1414241466NFa=Fttan=3904tan141424=991N圆周力 Ft、径向力 Fr、轴向力 Fa及轴的弯矩图如图 8 所示22图 8初步估算轴的最小直径:选取轴的材料为 45 钢(调质) ,根据课本表 15-3,取 Ao112,得34.14mm, ,输出轴的最小直径为安装。轴的结构设计:(1)拟定轴的结构如图所示(见图 9)图 9(2)根据轴向的定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位,1-2 轴段右端需制出一轴肩,故取 2-3 段的直径 d2362mm,左端用轴端挡圈定位,按轴端挡圈直径 D65mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度为 L184mm,为了帮助轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故 1-2 段的长度应比 L1略短一些,现取 l1282mm。初步选择滚动轴承。因轴承同时承受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据的 d2362mm,由机械设计课程设计表 15-7 中初步选取 0 基本游隙组,标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313,其尺寸为 dDT65mm140mm36mm,故 d34d 7865mm,l 3436mm左端轴承采用轴肩进行轴向定位,由表 15-7 查得 30313 型轴承的定位轴肩高度为 h6mm,因此,取 d4577mm;齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为 75mm,为了是套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短 330min 2.45071PA23于轮毂宽度,故取 l67=72mm。取安装齿轮处的轴端 6-7 的直径 d6770mm,齿轮左端采用轴肩定位,轴肩高度 h0.07d,故取 h6mm, ,则轴环出直径d5682mm。轴环宽度 b1.4h,取 l5612mm轴承端盖的总宽度为 20mm,根据轴承端盖的装拆级便于对轴承添加润滑油的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离为 l30mm 故取l2350mm。由于中间轴长为 238mm,则低速轴在减速箱部分的轴长也应为 238mm,则有l45+l78+l 端盖+l34+l56+l67l45+l78+20+36+12+72l45+l78+140=238,即有 l45+l7898mm。同时,需满足大小斜齿圆柱齿轮正确啮合,对比中间轴和低速轴,可适当取 l7858mm,则 l4540mm,套筒长 19mm。(3)轴上的周向定位齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接,按 d67和 d12有4表 6-1 查得两处平键截面尺寸分别为 bh20mm12mm 和 bh16mm10mm ,键槽用键槽铣刀加工,长分别为 50mmm 和 63mm。 。同时为帮助齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂、半联轴器与轴的配合为 H7/m6。滚动轴承与轴的周向定位是有过度配合来保证的,此处选轴的尺寸公差为 k6。 (4)确定轴上圆角和倒角尺寸,取轴端倒角为 245。按弯扭合成应力校核轴的强度:根据上表中的数据即轴的单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取0.6 轴的计算应力 ca(M 2+(T 3) 20.5/W169.4 2+(0.6584) 20.5/(0.10.070 3)11.35MPa前面已经选定轴的材料为 45 钢(调质) ,由4表 15-14 查得-160MPa, ca-1,故安全。精确校核轴的疲劳强度:(1)判读危险截面由弯矩图知道截面 C 的应力最大,但前面已经校核过,C 截面所在轴段的强度完全满足设计要求,故不是最危险截面。由轴零件图易知,截面 7 右端轴段直径 d78较 d67小,且截面 7 处存在圆角,会引起应力集中,故截面 7 右侧最危险。(2)截面 7 右侧24抗弯截面系数 W0.1d 30.165 327462.5mm扭截面系数 WT0.2d 30.265 354925mm截面 7 右侧弯矩 M 及弯曲应力 b 分别为M(FNH2 2+FNV22) 0.5(l78a)(2317 2+6532) 0.5(0.058-0.029)69811mm其中 a 由机械设计课程设计表 15-1 轴承 30313 查得。a29mmbM/W 69811/27462.52.54MPa截面上扭矩 T3 及扭转切应力 T分别为T3584000Nmm , TT 3/WT584000/5492510.63MPa轴材料为 45 钢,调质处理,由4表 15-1 查得 B640MPa, -1275MPa, -1155MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 由附表 3-2 查取。因r/d2/650.031,D/d70/651.08,经插值后可查得 2.0, 1.31。又由4附图 3-1 可查得材料的敏感系数为q 0.82,q 0.85 故有效应力集中系数为:k1+q ( -1)1+0.82 (2-1)1.82k1+ q (-1)=1+0.85(1.31-1)=1.26由附图 3-2 得尺寸系数 0.67,由附图 3-3 得扭转尺寸系数 0.82轴按磨削加工,由附图 3-4 的表面质量系数为 0.92轴未经表面强化处理,即 q1,得综合系数为K k / +1/ -11.82/0.67+1/0.92-12.80K k / +1/ -11.26/0.82+1/0.92-11.62又取碳钢的特性系数 0.1, 0.05计算安全系数 Sca值S -1/(k a+m)275/(2.802.54+0.10 ) 38.68S -1/(K a+m)155/(1.6210.63/2+0.0510.63/2 )17.46ScaS S/(S 2+ S2) 0.538.6817.46/ (38.68 2+17.462)0.515.91S 1.5,故安全。3.2.4 滚动轴承的选择及计算输入轴滚动轴承计算:25初步选择滚动轴承为 0 基本游隙组,标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306,其尺寸为 dDT30mm72mm20.75mm,Fa472N,查机械设计课程设计表 15-1 得 e0.31,Y1.9,基本额定负载 Cr59.0KN载荷 水平面 H 垂直面 VFNH1-1473N FNV1143.4N支反力 FFNH22840N FNV113.6NFr1 1480N,F r22840N则 Fd1F r1/(2Y)1480/ (2
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