室内墙壁自动抹灰机设计【5张CAD图纸和全套文档打包】
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多功能墙壁喷涂抹灰设备设计 班级 学号 姓名 设计选题的意义 在建筑工程中 墙面的抹灰工程是一项工作量很大 且质量要求严格的工程 而墙体抹灰这一项工作到目前为止主要还是通过人的手工操作来完成的 而人工操作又存在许多不足 抹灰质量也难以得到保证 因此手工抹灰已越来越不能适应当代建筑行业发展需求 为解决手工抹灰所面临的问题 提高施工效率和质量 减轻工人负担 要求我们必须设计一款能代替手工的机械式抹灰机 来实现手工抹灰的机械化操作 而我国人口众多 住房面积在世界处于首位 再加上其他建筑需求 所以抹灰机市场前景巨大 对于我国建筑行业的发展也有极其重要的意义 因此抹灰机的研制对我国有巨大经济和社会效益 20世纪70年代始 以德国为首的欧美国家逐步意识到使用机械化设备替代人工对建墙面进行抹灰作业带来的巨大好处 有效提升工作效率 而且远远降低了工程成本 因此砂浆喷涂抹灰设备应运而生 目前 在我国的市场上存在的抹灰机械一般有两部分组成 一部分是抹灰机 另一部分是抹灰机的配套设备 国内抹灰机械的研制主要集中在第一部分 而第二部分是现成产品 是可以选择的 抹灰机械的传动方式有许多种 比如说液压传动 气压传动 电传动等 比如说液压式抹灰机 其抹灰的机械运动都采用液压传动来实现的 而在我国目前抹灰机行业中 尽管液压传动有许多不足 但是液压传动仍是其主要的传动方式 国内外对此课题的研究及发展趋势 一 主要设计抹灰装置抹灰装置可分为两种 一类是抹灰斗旋转式的抹灰装置 它主要通过旋转的抹灰盘将来自输料管的灰浆压到墙壁上 并实现抹灰工作 这类抹灰装置的驱动方式有 电动机带动软轴式 液压式 气压式和压缩空气式直接通过叶片旋转工作等四种 以上的四种形式的抹灰装置结构都比较复杂成本比较高 另一类是抹灰斗平行移动的抹灰装置 它是借助于移动的模灰板将来自灰斗的灰浆平抹到墙壁上 抹灰板和墙面之间的距离是固定的 并且是有一定要求的 且固定时无相对移动 这种抹灰机的整体结构相对来说是比较简单的 二 设计灰浆输送配套装置灰浆输送配套装置包括输料器电动机 减速器 离合器 输料筒 螺旋输送器 底座 支架和卷扬绳 设计的任务 设计的工作进度 2 已完成任务 1 开题报告2 绪论3 方案设计 未完成部分 1 总体设计2 绘制主要零部件及装配图3 编写设计计算说明书4 总结及答辩 Theend thankyou 感谢聆听 设计任务书设计题目 室内墙壁自动抹灰机设计学院 学号 姓名 一、 设计题目来源 本课题来源于生产实践。二、 设计应完成的主要内容1. 完成设备整体结构设计2. 完成执行机构设计3. 完成关键部件结构设计及相关选型4. 三维建模和运动仿真分析三、 设计的基本要求及应完成的成果形式四、 自主设计计算,注意借鉴他人设计经验思路,以及发挥团队协作优势;1. 手动及计算机绘图;2. 绘制总装图;3. 绘制主要零件图;4. 编写设计说明书一份;5. 英文资料翻译。五、 设计的进度计划第1 周:熟悉任务书,文献查阅 ,了解当前转向器发展现状,及其他相关信息,填写开题报告; 第2-4 周:方案设计,总体设计;第5-10 周:装配图设计(包括:装配草图、主要部件计算、验算、技术经济分析、绘正式装配图、截面图等);第11-13周:绘制主要零部件图;第14 周:编写设计计算说明书;第15-16周:毕业论文总结、评阅、审核及修改;第17-18周:答辩准备及答辩。六、 设计应收集的资料及主要参考文献1濮良贵.机械设计2机械原理3机械设计手册4张庆今.无机非金属材料工业机械与设备.华南理工大学出版社.2011 5高安邦.机电一体化系统设计实例精解.机械工业出版社.2010.6ANSYS机械工程应用实例. 周宁.中国水利水电出版社,20067刘维信.机械最优化设计.北京:清华大学出版社,19948张立勋.机电系统建模与仿真.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2009,119吴博.机电控制技术原理及应用.北京:中国电力出版社,201110李金泉,杨向东,.码垛机器人机械结构与控制系统设计.北京理工大学出版社,2011,6.11李继业.现代建筑装饰工程手册.北京:化学出版社,2006,1.12曹晴峰.建筑设备控制工程.北京:中国电力出版社,2007.1.13吴振彪,王正家.工业机器人.华中科技大学出版社,2006,2七、 其他要求(此项为可选项)1. 具有小型化优势,便携;2. 可完成棚顶及四周墙壁工作;3. 具备刮、涂和抹灰转换功能指导老师签名_ 年 月 日 题 目 室内墙壁自动抹灰机设计 学 院 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 年 月 日 摘 要本论文设计的是一种自动抹灰机,文中简要概述了抹灰机目前的发展状况和趋势。对产品进行了方案的确定,按照机械设计的一般步骤,计算并设计了抹灰机上的主要零部件。设计中对减速器和工作零部件均进行了必要的校核计算。抹灰机的抹灰装置主体结构采用门架安装的方式,底部固定在底盘上,此部分结构主要包括门架、抹灰装置和传动装置。其中抹灰装置和传动装置与门架分别固定在两个不同的底座上。抹灰装置上的底座是固定在一起的,这样可以构成一个固定的整体,在进行抹灰工作时可以整体上升和下降。而门架固定的底盘是拖车式的。动力和传动装置主要由电动机、减速器、皮带及带轮、联轴器、钢丝绳、螺旋轴、卷筒等主要部件组成。关键词:抹灰装置,减速器,传动装置46 AbstractThis paper is a kind of automatic plastering machine, this paper briefly summarizes the current development status and trend of plastering machine. Of the scheme is determined according to the general procedure of mechanical design, calculation and the design of the main components of plastering machine. In the design of the reducer and the working parts are carried out the necessary check calculation.Plastering device of the main structure of plastering machine adopts gantry mounting means and fixed at the bottom of the chassis, this part of the structure mainly includes door frame, plastering device and a driving device. The plastering device and a driving device and the door frame are respectively fixed on two different base. The plastering device on the base is fixed together to form a fixed overall, in plaster work can overall rise and fall. The fixed chassis is a trailer.The power and transmission device is mainly composed of an electric motor, a reducer, a belt and a belt wheel, a shaft coupling, a steel wire rope, a spiral shaft, a drum and other main parts.Key words:plastering device, speed reducer, transmission device目 录摘 要1 Abstract2目 录3第一章 绪论5 1.课题背景及意义5 2.抹灰机的研究现状5 3.抹灰机面临的问题及发展趋势6 3.1抹灰机工作特点6 3.2抹灰机适用范围6第二章 总体方案和结构设计7 1.总体结构方案7 2.具体结构及功能实现7 2.1输料装置7 2.2抹灰装置8 2.3工作过程11 3.自动抹灰机特点11第三章 工作装置零部件的设计计算13 1.抹灰装置电动机的选择13 1.1卷扬轴的输出功率Pw:13 1.2传动装置的总效率:13 1.3电机所需的工作功率:13 1.4确定电动机的转速13 1.5确定电动机的型号14 2.电机皮带的设计14 2.1求计算功率Pc14 2.2选V带型号14 2.3求大小带轮基准直径14 2.4验算带速.15 2.5计算V带基准长度和中心距a15 2.6验算小带轮包角15 2.7求V带根数z15 2.8求作用在带轮轴上的压力15第四章 减速器设计17 1.传动比的分配及转速校核17 2.减速器各轴转速,功率,转矩的计算17 2.1各轴转速17 2.2各轴的输入功率17 2.3各轴输入转矩18 3.蜗轮蜗杆设计18 3.1选择材料18 3.2按齿面接触疲劳强度计算进行设计18 3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸确定19 3.4校核齿根弯曲疲劳强度20 3.5求蜗杆圆周速度并校核效率21 3.6计算蜗杆传动主要尺寸21 3.7蜗轮蜗杆的结构设计21 3.8热平衡校核22 4.蜗杆轴的设计22 4.1扭矩初算轴径22 4.2轴的结构设计22 5.输出轴的设计计算235.1输出轴上的功率,转速和转矩:24 5.2求作用在蜗杆上的力24 5.3初步确定轴径的最小直径24 5.4轴的结构设计24 5.5精度校核轴的疲劳强度27 6.标准件的选择29 6.1滚动轴承的选择29 6.2键连接的选择及校核计算29第五章 输料装置零部件的设计计算31 1.底座轴的校核31 2.输料电动机的选择31 2.1传动装置的总效率总:31 2.2电动机所需的工作功率:31 2.3确定电动机的转速31 2.4确定电动机的型号32 3.联轴器选择32 4.螺旋轴选择32 4.1螺旋轴的功率Pw:32 4.2 轴的疲劳强度安全系数校核33第六章 总结35参考文献36第一章 绪论1.课题背景及意义 在建筑工程中,墙面的的抹灰工程是一项工作量很大,且质量要求严格的工程。然而墙体抹灰这一项工作到目前为止主要还是通过人的手工操作来完成的,人工操作又存在许多不足,抹灰质量也难以得到保证,因此手工抹灰已越来越不能适应当代建筑行业发展需求。为解决手工抹灰所面临的问题,提高施工效率和质量,减轻工人负担,要求我们必须设计一款能代替手工的机械式抹灰机,来实现手工抹灰的机械化操作。我国人口众多,住房面积在世界处于首位,再加上其他建筑需要,所以抹灰机市场前景巨大,对于我国建筑行业的发展也有极其重要的意义。因此抹灰机的研制对我国有巨大经济和社会效益。2.抹灰机的研究现状目前,市场上销售的抹灰机械一般由两部分组成:一部分是抹灰机;另一部分配套设备。国内抹灰机械的研制主要集中在抹灰机部分,其配套设备已有现成产品可供选择。通过对国内近十年公布的有关抹灰机的专利分析,我国抹灰机的研制现状可归纳为以下几个方面:(1)根据执行机构和抹灰装置的操纵方式,抹灰机一般可分为两种:一类是手持式抹灰机,其特点是抹灰装置没有固定安装在抹灰机器上,工作时工人用手掌控抹灰装置。抹灰装置沿墙壁高度方向上、下移动,沿墙宽度方向左、右移动。抹灰装置与墙壁厚度方向的相对距离都完全凭操作工人手工掌控。另一类是机械式抹灰机,这类机器的特点是将抹灰装置安装在机器的立柱或门架上,而立柱或门架则固定在底盘上,整台机器形成一个刚性整体。抹灰装置借助于升降架可在立柱或门架上上下移动。(2)根据公布的专利,抹灰装置可分为两种:一类是旋转盘式抹灰装置,它借助于旋转的抹灰盘将来自灰浆管的灰浆压到墙壁上,并予以抹平。这类抹灰装置的驱动方式有:电动机软轴式、油马达式、气马达式和压缩空气式直接叶轮工作等四种,以上的四种形式的抹灰装置结构都过于复杂。另一类是平移式抹灰装置,它是借助于移动的抹灰板将来自灰浆管的灰浆抹到墙壁上并予以抹平,抹灰板和板体之间没有相对的移动,其结构相对简单。抹灰机械的传动方式多采用液压传动,如液压多功能抹灰机,其抹灰的旋转驱动、上下升降、水平移动和灰浆泵的驱动都采用液压传动。屋面抹灰机除旋转盘式抹灰装置本身的驱动采用电动机软轴外,其他传动都采用液压传动。3.抹灰机面临的问题及发展趋势 通过在使用中发现现在市场上的抹灰机存在许多缺点:采用手持式抹灰机存在的主要问题是劳动强度仍然较大,不能起到减轻工人劳动强度的作用,且抹灰质量难以控制,为解决上述问题大都采用机械式抹灰机。但是现有的机械式抹灰机存在平整度和表面光泽度达不到国家规定要求的问题,尤其是相邻两个刚抹出灰面不在同一个平面上。机械传动采用的液压传动易产生脉动现象,抹灰质量难以控制,同样会出现平整度和表面光泽度达不到国家规定要求的问题。为了解决上述问题,现特研制设计一款新型的自动抹灰机。3.1抹灰机工作特点 特点:快、好、省。 (1)、自动抹灰机它抹灰的速度快,每分钟可抹灰4平方米左右,比人工抹灰快得多。 (2)、它所抹出的墙面平整度垂直度能达到国家有关标准,附着力好,粘结力强,绝不会出现空鼓、空壳现象,所抹的墙面质量好。 (3)、省工、省力、省料。抹刷中没有落地灰,不要搭脚手架,节省了建筑架子的费用,体现了一个省字。3.2抹灰机适用范围 自动抹灰机是居民楼、办公楼、地面硬化的民房室内立墙抹灰的理想设备。可抹得墙体有:水泥墙、砖混墙、空心墙、轻体砖墙、免烧砖墙等。适用的灰有:白沙灰、石粉、水泥粉、发泡沙浆、干粉沙浆、石膏等。抹灰厚度5mm以下,抹墙高度5m以下都可以使用13。第二章 总体方案和结构设计1.总体结构方案总体设计方案如下图2-1: 图2-1抹灰机的总体结构1.输料器电动机 2.减速器 3.离合器 4.圆形输料筒 5.螺旋输送器 6.底座7.支架钢管 8.卷扬绳 9.抹灰装置 10.可调节支撑2.具体结构及功能实现 抹灰机的整体结构由图2-1和2-2可得,此次设计的墙面抹灰机有底盘、灰浆输送装置、门架机构和抹灰装置组成,主要包括两部分:第一部分是灰浆输送装置,作用是用来输送灰浆;第二部分是抹灰装置,作用是进行抹灰作业。自动抹灰机的这两部分是分开的,两者之间是通过输料管连接的。2.1输料装置带有地面行走轮的槽钢固定着底板和各机构,输料器底盘上有电动机,电动机与减速器,接着与联轴器,然后与输料筒相连接构成灰浆输送装置。输料装置中的各部件装配在底座上,底座主要起固定零件和支撑作用。底座设计成简易小拖车的形式,前边配有拉杆孔,因为设计的小拖车是纯机械式的,所以设计拉杆孔方便对小拖车进行拖拉。其简易结构如图2-2: 图2-2 机底座1.轮轴支撑板 2.底轮 3.轮轴支撑板 4.轮轴 5底架槽钢 6.拉杆孔 由图2-1可知从右到左主要的工作部件是电动机、减速器、离合器、螺旋输料器。在工作时,当输料器电机启动后,按要求配置的灰浆就从送料口送到输料机内,再由输料机内的螺旋输送器通过旋转将灰浆挤压到末端出料口处,并经过输料管送达抹灰装置上的圆型抹灰斗中,以此来实现灰浆输送。这样设计与以往的抹灰机不同之处在于把料斗单独隔离出来,通过输料机进行灰浆输送,这一工作主要是通过电机带动输料筒中的螺旋输料器来实现的。这一装置主要是考虑到了抹灰机的特点,抹灰机工作时候是不需要移动灰浆输送机的,这样可以定点输送灰浆,不需要和普通抹灰机那样随时运灰。这样可以节省人力和物力,在一定程度上提高效率。同时对于抹灰装置的设计及总体设计都是有利的。2.2抹灰装置 图2-3为此次设计的抹灰机主体结构中的抹灰装置部分。墙面抹灰就是通过抹灰装置实现的。具体结构如图2-3和图2-4 : 图2-3 抹灰装置结构图1.抹灰斗 2.螺旋轴 3.螺旋柱带轮 4电机 5.皮带 6.减速器 7.卷扬带轮8.卷扬轴 图2-4 抹灰板侧面图 抹灰机的抹灰装置主体结构采用门架安装的方式,底部固定在底盘上,此部分结构主要包括门架、抹灰装置和传动装置。其中抹灰装置和传动装置与门架分别固定在两个不同的底座上。抹灰装置上的底座是固定在一起的,这样可以构成一个固定的整体,在进行抹灰工作时可以整体上升和下降。而门架固定的底盘是拖车式的。 门架是由两根钢管和方管横梁构成的。钢管是抹灰机工作时抹灰装置和传动装置上下滑行的轨道,适应高度为2米4米。在进行移动时,如果需要抹灰的墙面高度较高时,每侧支架可分两节套管组成,通过这样的方式可以增加抹灰的高度,提高抹灰效率。横梁上两边各有一个固定的滑轮,钢丝绳穿过滑轮后通过电机带动的卷扬筒提升抹灰装置。横梁的作用是,在抹灰机工作时顶住房屋顶端固定住门架结构。横梁和钢管在搬运或者不用时可以拆分放置, 这样不但可以减小抹灰机的体积,而且运送起来方便,快捷,省时省力。 门架固定在底盘上,而底盘与灰浆输送装置底盘基本相同,但是考虑到抹灰时稳定性的要求,底盘上会有螺纹支撑杆。根据实际工作要求,在抹灰时,上下墙面灰的厚度应保持一致,这就要求有一个机构固定底板,使其与墙面的距离保持不变,螺纹支撑杆就是起的这个作用。在具体工作时,底盘与墙体保持一定的距离,且是水平放置的,其水平移动是通过人力拖动实现的。底盘也是由方槽钢构成。在使用时钢管插入底盘上的与钢管所对应的孔中。由于采用自上而下抹灰方式,在确定好底盘位置后,固定好底盘,先让抹灰上升,到达顶部后再下降进行抹灰。不需要和以前自下而上工作方式需要多次重复移动底座。 此次设计的抹灰装置是灰头和灰斗一体圆型封闭式的,这样可以保重在电机停掉时由于其封闭性,可以防止灰浆外漏,灰斗是抹灰机的执行机构,在从上到下抹灰时,抹灰采用搅灰、压灰、抹灰方式来实现抹灰动作。工作部件还有螺旋轴,其主要作用在工作时通过搅灰、圧灰把灰浆压到墙壁上,螺旋轴的转动是通过电机带动卷扬轴,通过皮带连接带动螺旋轴带轮转动,实现抹灰,通过这个抹灰动作,可以使灰浆结合更紧密,抹灰质量更好。同时抹灰装置之所以这样设计主要是考虑到墙面抹灰的压实效果和采用自上而下的抹灰方式。其他工作部件还有抹平板、耐压橡胶板,而根据对墙面平整度和光泽度的要求,对抹平板的粗糙度也是有要求的,以达到施工要求。 动力和传动装置主要由电动机、减速器、皮带及带轮、联轴器、钢丝绳、螺旋轴、卷筒等主要部件组成。电机产生的动力经减速器和皮带传动装置减速后,一方面带动螺旋轴旋转实现抹灰,另一方面通过卷筒工作,带动钢丝绳经门架上方的横梁上的滑轮带动整个抹灰装置沿着钢管移动。动力系统中取消了液压系统,也无气动系统,这样设计是考虑到这些系统中本身存在不稳定因素,不利于提高抹灰质量。在传动系统中,电机和螺旋轴的连接是通过皮带实现的,皮带传递动力比较安全,如果突然负载过大,皮带可以通过打滑起到保护电机作用,使电机不至于因负载过大而烧毁。2.3工作过程 操作程序即为:本机定位开机自动上升终端自动停机开启输料器、下落抹灰到达底端更换位置。 由操作程序可知,先将抹灰机械搬运到施工现场,根据装配要求装配各个工作部件,然后把组装好的抹灰机放置于待抹灰的墙边,并且让带有抹灰板的一侧靠近墙壁,并将输料机等放置在比较合适的位置,并连接好输灰管。通过水平找准等,确定底座位置并固定好。接通传动装置中电动机的电源,通过电动机带动皮带轮和减速器带动卷筒工作,钢丝绳绕过滑轮组牵拉升降架,并带动抹灰装置沿立柱向上移动,但此时抹灰装置不工作抹灰,当到达顶端时停止。然后使电机反转带动卷扬轴反向转动,此时抹灰装置自上而下运动,抹灰斗开始进行抹灰作业。同时接通输料器和输料装置的电动机电源,在螺旋输送器的旋转压力的作用下将灰浆均匀的通过灰浆输送管输送到抹灰装置上的灰斗中,灰斗中的螺旋轴旋转,通过旋转和输料器的压力把灰斗中的灰抹到墙面上,灰斗上端的抹灰板则将新抹的灰压平。当抹灰装置运行到抹灰机底部时一次抹灰作业结束,关掉所有工作电源。松开固定装置,然后通过人力将抹灰机横向移动到下一个工位继续工作,如此复循环作业。3.自动抹灰机特点 该自动抹灰机适用于高度为2米4米的墙壁的各种灰浆的墙体抹灰。经过以往试验表明,把灰浆由喷涂的工作方式改为直接抹灰的方式节约了成本,提高了效率,且降低了劳动强度,提高了抹灰质量。由于抹灰装置螺旋轴的作用,使灰浆更加好的抹到墙体上,无论采用何种灰浆几乎都不会出现灰浆在墙体上聚集的现象,使墙体表面的光整度更好。作业时,抹灰装置除上部即刮板与墙体有一定距离外 ,这个距离就是灰层的厚度,其他部分都与墙体形成密封的空间。输料器供给的灰浆通过输灰管进人封闭的灰斗,并可保持一定的压力,同时在与螺旋轴的联合作用下使灰浆与墙体充分亲合。随着抹灰装置的自上而下运动,抹灰装置的上部刮板将输料器不断提供的灰浆压在墙体上形成密实灰层。如此抹灰方式形成的灰层与墙体结合性好,干燥后不易形成“空鼓”,或脱落,且因为采用自上而下的抹灰方式,在施工过程中落地灰也极为有限。抹灰时间要比自下而上工作方式花费的少,但抹灰效率更高。在电机所需要的功率方面,由于自上而下抹灰方式往上移动时灰斗是空的,所以所需要的电机功率也相对较低,进一步节约了成本。 自动抹灰机采用自上而下抹灰工作方式、且同时灰斗是高压封闭,采用反向螺旋分流处理技术,使抹灰机的抹灰力度更强,灰浆的结合力更好。采用卷筒带动钢丝绳传动方式避免了因液压传动而产生的不稳定现象,保证了机械传动的平稳性和抹灰的平稳性,提高了墙面抹灰的表面质量及其光整度。抹灰斗由电机带动旋转,内设螺旋轴使灰浆能够搅拌均匀,且与没有螺旋轴单纯靠挤压的抹灰装置相比抹灰层密度和表面质量有很大提高。与同类型抹灰机相比该新型抹灰机用灰浆输料器代替人工供给添送灰浆,使其抹灰效率更高,也真正实现了机械自动化。 第三章 工作装置零部件的设计计算1.抹灰装置电动机的选择 1.1卷扬轴的输出功率Pw: 1.2传动装置的总效率:查机械设计手册效率取:带传动:0.95轴承:0.99 滚筒:0.99 求减速器的效率=0.97 1.3电机所需的工作功率: Po 1=Pw1/传动装置总效率 取电动机的工况系数为k=1.1电动机的额定功率Pm=1.1Po所以Pm= 1.26kW查表后,选择电动机的额定功率为1.5kW1.4确定电动机的转速电动机转速为 带传动的传动比,减速器选择为一级蜗轮蜗杆减速器其传动比范围为取减速器的传动比为电动机转速的可选范围为:根据功率及传动比符合这一范围的同步转速有750,1000,1500r/min三种。总传动比=满载转速/工作机转速1.5确定电动机的型号表31 电动机型号电动机型号额定功率电动机转速r/min同步转速满载转速Y100L-61,51000940Y90L-41.515001400Y90S-21.530002840综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和总传动比,选择型号为的Y90L-4电动机。2.电机皮带的设计2.1求计算功率Pc假设减速器每天工作12个小时,则查表得工作情况系数则功率2.2选V带型号选择普通V带,根据Pc, 。查文献2教材图8-11知该点位于A区内,故选择A型2.3求大小带轮基准直径为了节省设计带轮的种类,尽量少的使用带轮的种类,在设计一级带传动和二级带传动时,我们小带轮使用一种,大带轮使用一种,使设计尽量简单省材料。由教材表8-5和表8-8,取小带轮的基准直径,则求的2.4验算带速 ,在5-25m/s范围内,合适。2.5计算V带基准长度和中心距a初步选取中心距 取 则带长查文献2教材表8-2,取实际中心距2.6验算小带轮包角 ,合适2.7求V带根数z 由,查文献2教材表8-4a,V带基本额定功率则传动比,查文献2教材表8-4b,由,查文献2表82得,由查文献2表13-7得故,取2根2.8求作用在带轮轴上的压力由,则单根V带初拉力 作用在轴上的压力第四章 减速器设计1.传动比的分配及转速校核采用一级蜗轮蜗杆减速器减速并且要求自锁,当要求自锁时,且蜗轮的齿数要求大于29,所以蜗轮轴的转速所以齿轮的直径 (式4-1)取齿轮分度圆直径为63mm,模数m=6.3,齿数为31则实际蜗轮转速 (式4-2)传动比取 则蜗轮的实际转速为 检验转速误差转速误差,合乎要求。2.减速器各轴转速,功率,转矩的计算2.1各轴转速蜗杆轴 蜗轮轴 2.2各轴的输入功率 蜗杆轴 蜗轮轴 2.3各轴输入转矩 计算电动机轴的输入转矩 蜗杆轴 蜗轮轴 表4-1各传动参数运动和动力参数的计算结果列于下表:参数轴名电动机轴蜗杆轴蜗轮轴转速n/(r/min)2840284091.61输入功率P/kW1.51.460.58输入转矩T/(NM)5.044.8958.09传动比i131效率0.970.3973.蜗轮蜗杆设计3.1选择材料蜗杆选45钢,齿面要求淬火,硬度为45-55HRC。蜗轮用ZCuSn10P1,金属模制造。为了节约材料齿圈选青铜,而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.2按齿面接触疲劳强度计算进行设计根据闭式蜗杆传动的设计进行计算,先按齿面接触疲劳强度计算进行设计,再校对齿根弯曲疲劳强度。由式211-10, 传动中心距 (1)确定作用在蜗轮上的转矩T 按Z=1,估取,有 (式4-3)(2)确定载荷系数K因工作比较稳定,取载荷分布不均系数;由表211-5选取使用系数;由于转速不大,工作冲击不大,可取动载系;则 (式4-4) (3)确定弹性影响系数因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故,有 (4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径d1和中心距a的比值,可查到 (5)确定许用接触应力 根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1,金属模制造,蜗杆的螺旋齿面硬度45HRC,可从表211-7中查蜗轮的基本许用应力应力循环次数 (式4-5) 寿命系数 (式4-6)则 (式4-7) (6)计算中心距 (式4-8)因要求自锁,所以取a=160mm,由 i=31,则从表11-2中查取模数m=4,蜗杆分度圆直径d1=71mm可查,由于,即以上算法有效。3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸确定(1)蜗杆轴向尺距 直径系数 齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚(2)蜗轮 蜗轮齿数, 变位系数验算传动比i= 这时传动比误差=3.3%, 是允许的 蜗轮分度圆直径 式4-18) 喉圆直径 齿根圆直径 咽喉母圆半径 图4.1 蜗轮简图3.4校核齿根弯曲疲劳强度 (式4-9) 当量齿数 (式4-10) 根据 可查得齿形系数。 螺旋角系数 (式4-11)许用弯曲应力查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56MPa 寿命系数 (式4-12) (式4-13) (式4-14)弯曲强度是满足的。3.5求蜗杆圆周速度并校核效率 (式4-15)已知;与相对滑动速度有关。 (式4-16) 从表中用差值法查得: 代入式中,得大于原估计值。因此不用重算。3.6计算蜗杆传动主要尺寸传动比i=31、蜗杆头数Z1=1、蜗轮齿数Z2=31 蜗杆导程角 得 蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q取 蜗轮分度圆直径中心距 (式4-17) 取整数100mm 变位系数x2 普通圆柱蜗杆传动变位的主要目的是配凑中心距使之符合标准或推荐值。蜗杆传动的变位方法与齿轮传动相同,也是在切削时,将刀具相对于蜗轮移位。凑中心距时,蜗轮变位系数x2为 (式4-18)在0.40.7之间符合要求。3.7蜗轮蜗杆的结构设计蜗杆和轴做成一体,即蜗杆轴。蜗轮采用整体式,铸造.具体尺寸见零件图3.8热平衡校核初步估计散热面积A(式4-19)周围空气的温度t 取t=20C 热散系数K 从 取热平衡校核 由式 (式4-20)得符合条件。4.蜗杆轴的设计4.1扭矩初算轴径选用45钢调质,硬度为取 考虑到有键槽,将直径增大7%,则: 因此选 4.2轴的结构设计(1)轴上零件的定位,固定和装配一级蜗杆减速器可将蜗轮安排在箱体中间,两队轴承对称分布,蜗轮由轴肩定位,蜗轮周向用平键连接和定位。同时另一边用套筒固定。轴承用套筒和端盖定位固定。蜗杆图4.2 蜗杆轴结构简图段:轴的最小直径为安装联轴器处的直径,故同时选用联轴器的转矩计算,查教材714-1,考虑到转矩变化很小,故取 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件查机械手册表4.1联轴器的选择选用型号弹性套柱销联轴器型号公称转距许用转速轴的直径(mm)D(mm)160 71002732 1490因此选择段长度取轴上键槽键宽和键高以及键长为总键槽键4段:因为定位销键高度因此,。轴承端盖的总长为20mm,根据拆装的方便取端盖外端面于联轴器右端面间的距离为所以,段:初选用单列圆锥滚子轴承,参考要求,选用直径 查机械手册选用型号滚子轴承 且滚子轴承右端用于轴肩定位。查手册型号轴承定位轴肩高度选用因此可以确定段的尺寸。段:查变形系数所以 ,段:安装轴承和轴承盖,因此5.输出轴的设计计算5.1输出轴上的功率,转速和转矩:(式4-21)(式4-22)轮轴的转速5.2求作用在蜗杆上的力 5.3初步确定轴径的最小直径选用钢,硬度根据教材公式式,并查教材表15-3,取(式4-23)考虑到键槽,将直径增大10%,则; (式4-24)所以,选用5.4轴的结构设计(1)轴上的零件定位,固定和装配蜗轮蜗杆单级减速装置中,可将蜗轮安装在箱体中央,相对两轴承对称分布,蜗轮左面用轴肩定位,右端面用轴端盖定位,轴向采用键和过度配合,两轴承分别以轴承肩和轴端盖定位,周向定位则采用过度配合或过盈配合,轴呈阶梯状,左轴承从左面装入,右轴承从右面装入。图4.3 蜗轮轴结构简图 (2)确定轴的各段直径和长度由输出端开始往里设计。表4.2联轴器的选择 查机械设计手册12选用HL1弹性柱销联轴器。型号公称转矩许用转速(r/min)L1L轴孔直径(mm)HL11607100385220I段和段:,。轴上键槽取, II段:初选用单列圆锥滚子轴承,参照要求取,型号为初选30206型圆锥滚子轴承,考虑到轴承右端用套筒定位,取齿轮距箱体内壁一段距离a=10mm,考虑到箱体误差在确定滚动轴承时应据箱体内壁一段距离S,取S=8。已知宽度T=17.25,则段:因定位轴肩高度,轴承端盖的总宽度为20mm,根据拆装方便,取外端盖外端面与联轴器右端面间的距离为30mm,因此,段:为安装蜗轮段, ,蜗轮齿宽,V段:段右端为轴承的轴向定位。, VI段:该段为轴承安装故选。(3)轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的定位均采用平键连接。按由教材表6-1查得平键截面,键槽用铣刀加工,长为32mm,同时为了保证齿轮与轴配合由良好的对称,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;同样半联轴器与轴的连接,选用平键分别为为,半联轴器与轴的配合为。滚动轴承的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。(4)参考教材表15-2,取轴端倒角为圆角和倒角尺寸,各轴肩的圆角半径为12(5)求轴上的载荷可以看出安装蜗轮处的轴截面是轴的危险截面 (式4-25)(式4-26) (式4-27) (式4-28)表4.3轴上各载荷参数载荷HV支反力N118.6118.643.243.2弯矩M总弯矩M扭矩(式4-29)故安全。5.5精度校核轴的疲劳强度由于轴的最小直径是按扭矩强度为宽裕确定的,所以截面均无需校核。由第三章附表可知键槽的应力集中系数比过盈配合小,因而该轴只需校核安装轴承处轴截面。抗截面系数 抗扭截面系数 截面E左侧弯矩 截面E上扭矩T=29.22(式4-30)(式4-31)轴的材料为45钢,调质处理由表查得 ,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及因,,又由可知轴的材料敏性系数,故有效应力集中系数(式4-32)(式4-33) 尺寸系数, 轴未经表面强化处理 (式4-34) (式4-35)又由碳钢的特性系数取;,计算安全系数 截面右侧 抗截面系数按教材2表15-4中的公式计算 抗扭截面系数 弯矩及扭转切应力为(式4-36)(式4-37) (式4-38)过盈配合处由附表3-8用插值法求出并取 =3.16,故 表面质量系数 故得综合系数为 轴未经表面强化处理 又由碳钢的特性系数取;,计算安全系数(式4-39)(式4-40)(式4-41)故该轴的强度足够。6.标准件的选择6.1滚动轴承的选择根据使用条件,轴承预计寿命:12000小时由于轴受较大的轴向力,因此采用圆锥滚子轴承蜗杆轴使用的轴承30204GB/T294-1994 蜗轮轴使用的轴承30216 GB/T294-1994 6.2键连接的选择及校核计算1.联轴器1与蜗杆轴连接采用平键连接: 轴径,查手册12GB/T1096-2003选用A型平键 得 即:键 可算得 又 根据文献2式(6-1)平键连接强度条件得 (式4-42)2.蜗轮轴与蜗轮连接采用平键连接: 轴径 查手册12GB/T1096-2003 选A型平键,得: 即:键1020 可算得 又根据文献2P106式(6-1)平键连接强度条件得(式4-43)3.输出轴与联轴器2连接用平键连接: 轴径 查手册12GB/T1096-2005 选A型平键,得: 即:键 可算得 又 根据文献2P106式(6-1)平键连接强度条件得 (4-44)第五章 输料装置零部件的设计计算1.底座轴的校核轴的结构如下图51: 图5-1 底座轴 在进行轴的设计校核时主要考虑的是弯矩的作用。 p-轴的传递功率 n-轴的转速 p=0.06kw n=8转/分 C=112 计算得轴径14.5mm 取轴的直径为15mm。2.输料电动机的选择2.1传动装置的总效率总:查机械设计手册效率取:联轴器:0.99 求减速器的效率 (式51)2.2电动机所需的工作功率:Po =Pw/传动装置总效率取电动机的工况系数为k=1.1电动机的额定功率Pm=1.1Po 所以Pm= 1.48kW查表后,选择电动机的额定功率为1.5kW。2.3确定电动机的转速 工作机转速为,减速器按二级圆柱减速器则传动比为取减速器的传动比为23电动机转速的可选范围为:根据功率及传动比符合这一范围的同步转速有750,1000,1500r/min三种。总传动比=满载转速/工作机转速2.4确定电动机的型号 按已知的工作要求和条件选用 Y系列三相异步电动机表51 电动机型号电动机型号额定功率电动机转速r/min同步转速满载转速Y100L-61,51000940Y90L-41.515001400Y90S-21.530002840在选择电动机时,考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和总传动比,选择型号为的Y90L-4电动机。3.联轴器选择 联轴器选择为由设计手册查取联轴器工作情况系数K=1.3,则传递转矩查阅资料取弹性柱销联轴器HL2。4.螺旋轴选择 4.1螺旋轴的功率Pw: (式52)螺旋轴结构图如下图5-2:图5-2 螺旋轴已知输送机的功率为 P=1.5Kw,工作转速为 n=63r/min。对只受转矩或以承受转矩为主的传动轴,应按扭转强度条件计算轴的直径。若有弯矩作用,可用降低许用应力的方法来考虑影响。 按扭转强度条件计算: (式53) 式中: d计算剖面处轴的直径mm T轴传递的额定扭矩, T=9550000 N轴传递的额定功率 1.5kw n轴的转速190r/min 轴的许用应力A 按所定的系数查表得A=130 将数据带入公式(5-3)得: 圆整取螺旋轴的的直径为40mm4.2 轴的疲劳强度安全系数校核疲劳强度校核判断根据为 SS。 当该式不能满足时, 应改进轴的结构以降低应力集中,亦可采用热处理,表面强化处 理等工艺措施以及加大轴径,改用较好材料等方法解决。轴的疲劳强度是根据减速器 作用在轴上的最大变载荷进行校核计算。 危险截面安全系数 S 的校核计算公式为6: (式5-4)式中: 只考虑弯矩作用时的安全系数 只考虑扭矩作用时的安全系数 按疲劳强度计算的许用安全系数 对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限 弯曲和扭转时的有效应力集中系数 表面质量系数 弯曲和扭转时的尺寸影响系数 弯曲应力的应力幅和平均应力 扭转应力的应力幅和平均应力 查手册表12知:=115;=1.20;=0.21 =0.81;计算: 所以符合疲劳强度安全系数。第六章 总结 经过3个月的努力,在老师的指导下,我的抹灰机设计终于完成了,在整个设计过程中,我不断学习有关方面知识,把它充分运用到我的设计当中。完成了自己的设计任务。在本次设计中,加深对机械CAD软件的使用,这使我能更加熟练的运用AutoCAD画图,而且还熟练掌握了一些常用软件的应用,比如WPS office,PowerPoint等。 此次设计的抹灰机主要由抹灰装置和输料装置构成,分别安装在两个底座上,两者之间通过输料管连接。其动力源也分别由两台电机提供,两台电机的工作相互不受影响,但为了能够正常进行抹灰作业,也需要进行很好的配合。在抹灰时其工作顺序是先让抹灰装置升到最顶端,然后启动输料电机,让其从上往下开始抹灰。本次设计的自动抹灰机结构简单,采用模块化组装设计,好多部件可以购买成品,易于拆装,可以很好的适应不同的抹灰环境。因此其具有成本低、操作简单、运行稳定等特点,有广泛的应用前景,能很好地适合建筑工地的使用,可以很好的替代工人进行抹灰工作。 参考文献1陆玉机械设计课程设计机械工业出版社,20082濮良贵 陈国定机械设计高等教育出版社,20133张龙机械设计课程设计手册国防工业出版社,20064龚桂义机械设计课程设计图册高等教育出版社,20075Mechanical design foundation and Machinery Industry Press, Sun Baojun, 20056周元康机械设计课程设计重庆大学出版社,20017朱文坚机械设计高等教育出版社,2005 8王旭机械设计课程设计机械工业出版社,20039陈立德机械设计基础课程设计指导书高等教育出版社,200410刘鸿文材料力学(第二版)高等教育出版社 ,200411Plastering machine mechanism design and construction machinery,Xueui SangJiwang, 2001, (10)12机械设计手册联合编写组机械设计手册(第二版)北京:化学工业出版社13薛奎新型半自动多功能抹灰机的设计工程建设与设计,2002年,第10期14赵文武抹灰机的现状与提高抹灰质量的机构设计建设机械技术与管理,1995年第3期15 沈孝芹,于复生,王佩凤,半自动墙面抹灰机的结构设计,机电产品开发与创新 2008(1)16 杨振宇,巩传根,刘芝霞,武爱华新型抹灰机的设计,建筑机械 2007(8)17 薛奎,新型半自动多功能抹灰机的设计,工程建设与设计 2002(10)致 谢大学生活一晃而过,回首走过的岁月,心中倍感充实,当我做完本次设计时,有一种如释重负的感觉,感慨良多。感谢培养教育我的母校,浓厚的学术氛围,舒适的学习环境我将终生难忘!祝母校蒸蒸日上,永创辉煌!感谢我的设计指导教师张老师。他在忙碌的科研工作中挤出时间来审查、修改我的论文。他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。在课题研究的整个过程中,老师一直都给予了悉心的指导与帮助。同时感谢我的同窗好友,他们和我共同度过了四年美好难忘的大学时光,正是由于他们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本设计的顺利完成。最最感谢生我养我的父母,他们给予了我最无私的爱,为我的成长付出了许多许多,焉得谖草,言树之背,养育之恩,无以回报,惟愿他们健康长寿!
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