毕设论文--灰抹机的设计.doc

烟台大学毕业论文(设计)
第一章 绪论
1.1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。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。
1.2抹灰机发展历程及现状
目前，在我国的市场上存在的抹灰机械一般由两部分组成：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。当前我国抹灰机的发展情况主要表现在下面几个方面：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：一类是喷灰工作方式的抹灰机，其特点是抹灰装置没有固定，通过人工操作控制抹灰沿墙壁上下移动和左右移动。抹灰装置与墙面的距离大小都是完全通过工人手工操作来实现的。另一类是抹灰机是机械式的抹灰机，这类抹灰机的特点在于是将抹灰装置和传动装置整体安装在机器的刚性门架上，而在工作时门架则同定在底部的底盘上面。而在具体工作时，抹灰装置可以借助于卷扬机带动卷筒工作沿着门柱上下移动，来实现抹灰作业。
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，它是借助于移动的抹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。
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釆用液压传动来实现的而在我国的目前抹灰机行业中，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，。飞万达公司F145型抹灰机如图1-1：

图1-1万达公司F145型抹灰机

在使用中我们通过经验总结发现以上的抹灰机或多或少的存在一些的缺点：釆用喷灰机存在的主要问题表现在劳动强度依然较大，并且进行抹灰作业时抹灰质量难以控制。所以逐渐被机械式抹灰机所替代。但是现有的机械抹灰机存在平整度达不到国家规定要求的问题，尤其是相邻两个刚抹出的抹灰面不能严格的保证在同一个平面上，且机械传动釆用的液压传动易产生脉动现象，抹灰质量也难以控制，同样也会出现平整度和表面光泽度达不到国家规定要求的问题。本次自动抹灰机的设计正是基于当前行业需求和市场现状来设计一款新型的自动抹灰机。

第二章 总体方案和结构设计
2.1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
2.2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[4]。
2.2.1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2-2可知从左到右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喷灰机的特点，喷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。
2.2.2抹灰装置
图2-3为此次设计的抹灰机主体结构中的另一部分抹灰装置部分。墙面抹灰就是通过抹灰装置实现的。具体结构如图2-3[2]和图2-4 ：

图2-3 抹灰、传动装置结构图
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[1]。
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，可以使会将结合更紧密，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。
2.2.3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[1]
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。同时接通输料器和抹灰装置的电动机电源，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。
2.3新型抹灰机特点
该新型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。采取自上而下的抹灰方式解决了现有的采用自下而上抹灰工作方式的简易机械存在的许多问题，如抹灰机工作状态不稳定、落地灰浆较多、墙体顶端抹不到灰等[2]。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。
新型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。[2]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。抹灰装置采用从上往下工作方式避免了其他抹灰机所存在的有落灰的不足。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，使期抹灰效率更高，也真正实现了机械自动化。

第三章 输料器零部件的设计计算
3.1底座轴的校核
轴的结构如下图3—1：

图3-1 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。
3.2输料电动机的选择
电动机结构图如下图3-2：

图3-2 输料器电机
按已知的工作要求和条件选用 Y系列三相异步电动机[7]
3.2.1螺旋轴的功率Pw
螺旋轴的结构图如下
(31)
3.2.2传动装置的总效率η总：
查机械设计手册效率取：
联轴器：0.99
求减速器的效率
（32）
3.2.3电机所需的工作功率：
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。
3.2.4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
3.2.5确定电动机的型号
表3—1 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-6
1,5
1000
940
Y90L-4
1.5
1500
1400
Y90S-2
1.5
3000
2840
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。
3.3联轴器选择
联轴器结构如下图3-3：

图3-3 输料机联轴器
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。
3.4螺旋轴选择
螺旋轴结构图如下图3-4：
图3-4 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：
(33)
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（3-3）得：

圆整取螺旋轴的的直径为40mm
3.4.1 轴的疲劳强度安全系数校核
疲劳强度校核判断根据为 S≥[S]。 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]：
（34）
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
查表知：=115；=1.20；=0.21 =0.81；
计算:
所以
符合疲劳强度安全系数。

第四章 传动装置零部件的设计计算

4.1传动装置电动机的选择
4.1.1卷筒轴的输出功率Pw：
卷筒轴如下图4-1：

图4-1卷扬轴
（41）
(42)
4.1.2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η=0.97

4.1.3电机所需的工作功率：
Po 1=Pw1/传动装置总效率
(43)
(44)

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1.5kW
4.1.4确定电动机的转速
工作机转速为
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
4.1.5确定电动机的型号
表4—1 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-6
1,5
1000
940
Y90L-4
1.5
1500
1400
Y90S-2
1.5
3000
2840
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[7]。
4.2传动装置电动附件的选择
4.2.1分配各级传动比
传动装置的总传动比为 (45)
初取，则减速器的传动比为
4.2.2计算各轴转速
轴一结构图如下图4-2：

图4-2 轴一

轴一：
轴二：
卷筒轴：，其中轴二即为卷筒轴。
卷筒轴转速误差：初步估计卷筒轴转速误差0.09%
4.2.3计算各轴输入功率
(47)
(48)
4.2.4计算各轴转矩

整理成表如下：
表4—2 各轴工作参数

电动机轴
轴1
轴2
卷筒轴
转速（r/min）
1400
933
42
42
功率（kW）
1.26
1.197
1.15
1.13
转矩（N·m）
8,59
12.25
183
227
4.3电机皮带的设计
4.3.1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
4.3.2选V带型号
电机皮带如下图4-3：

图4-3 电机皮带
选择普通V带，根据Pc, 。查教材图8-11知该点位于A区内，故选择A型
4.3.3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
4.3.4验算带速
，在5-25m/s范围内，合适。
4.3.5计算V带基准长度和中心距a
初步选取中心距
取
则带长
查教材表8-2，取
实际中心距
4.3.6验算小带轮包角
，合适
4.3.7求V带根数z
(49)
由，查教材表8-4a，V带基本额定功率
则传动比，查教材表8-4b，
由,查表8—2得,由查表13-7得
故，取2根
4.3.8求作用在带轮轴上的压力
由，则单根V带初拉力
(410)
作用在轴上的压力

4.4各部分轴的设计
4.4.1选择轴的材料
选择轴的材料为45钢，经调质处理，硬度为217~255HBS，由相关表查得对称弯曲许用应力。Ｃ＝115，
4.4.2根据扭转强度计算轴径
轴一： (411)
轴二： (412)
因为轴上需开键槽，会削弱轴的强度,则直径各增大5%，则取
轴一：
轴二：
轴强度的校核：

4.4.3设计轴二
由于要设计成阶梯轴，[7]图中各轴的最小直径为=40mm
计算轴径：
上面求得的最小轴径40mm
密封处轴径应符合密封标准轴径要求，一般为以0，2，5，8结尾的轴径，并且结合卷筒的设计尺寸取卷筒轴的大端尺寸为50mm。
按上面求得的最小轴径取末端40mm所以取40mm。
计算轴长：
:因为减速器的输出轴要与卷筒轴通过联轴器连接，联轴器的尺寸我们可以查阅联轴器的设计图标，取得联轴器的尺寸，综上我们取卷扬轴的左端长度，确定
:由于采用卷扬轴中间部分与卷筒配合，去中间部分的尺寸为
取L2=75mm
:查阅滚动轴承的标准6208的宽度B=18mm，间隙=2〜4mm， 并且与皮带大轮相连，综合装配尺寸取L3=180mm
4.5联轴器设计
由表查取联轴器工作情况系数K=1.3，则传递转矩
(413)

查阅资料取弹性套柱销联轴器HL3[3]。

第五章 总结
经过3个月的努力，在老师的指导下，我的抹灰机毕业设计终于完成了，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毕业设计当中。完成了自己的设计任务。
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。

致谢
历时四年的大学学习，让我对我们本专业的知识有了一个系统而又全面的认识。而毕业设计又是我们大学四年学习中的最后一个实践性环节，也是是一个综合性很强的设计任务，他它为我们以后从事技术工作打下了一个坚实的基础，又对我们所学知识进行了全面的检测。
我在设计中遇到了无数的困难和障碍，在同学和老师的帮助下都顺利解决了。尤其是要感谢我的指导老师——唐志涛老师。他在百忙中还抽出时间定期检查指导我们的设计，给我了很多帮助，在他帮助下我才顺利完成了毕业设计。
同时感谢我们班的很多同学，对于我不懂的问题，他们都能很好的帮助我，
不懂得大家一起相互讨论研究，这使毕业设计能顺利的进行。

参考文献
[1] 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)
[2] 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)
[3] 机械工程手册1997
[4] 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)
[5] 薛奎,桑吉旺抹灰机的机构设计, 建筑机械 2001(10)
[6] 刘鸿文材料力学（第四版）高等教育出版社，2003
[7] 濮良贵机械设计，高等教育出版社，2008

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