小型搅拌机的设计说明书.doc

1 引言11 项目研究的目的意义我国经济建设处于高速发展中，基本建设规模需要不断的增长，随着建设的力度增大，同时房地产现在处于飞速发展的现状，同时也增大了混凝土的需购量，机械设备在房地产建设重要性日益增加。所以要加速机械设备的更新换代，提高工作的效率，这样才能让我国的经济建设实现质的提升。混凝土机械的功能就是使用水泥、石头、沙子来得到充分的搅拌。所以现在混凝土搅拌机正在向智能化、高效化、高效率的方向发展，能满足现在房地产等建筑行业的需求。由于现在的送机都是利用单运动方式的模板运行，同时搅拌效率太低，噪音非常的大，所以我们现在必须要更新换代不然满足不了现在机械化生产的需要尤其是大型工程的需求。所以我们现在要在以前的搅拌机的基础上更新换代，在满足需求的同时让机械更加的智能化、高效率的运行。充分的搅拌是混凝土搅拌机的基本要求，搅拌机的搅拌机构要让混凝土的内部得到充分的搅拌，让拌料最大限度的相互之间产生摩擦同时还要加多他们的搅拌次数和频率，这样才能让拌料得到充分的搅拌。所以现在的混凝土搅拌机要向机械化和自动化方向设计开发。现在小型搅拌机在市面上比较常见，因为它自身重量较轻、使用起来方便、效率高同时噪音很小，能满足各种施工环境，同时还能保障操作人员的自身安全提高工作效率也能保护环境。1.1.1混凝土的组成 混凝土时用水泥、石料、沙子和水一起混合形成的固体。1.1.2搅拌的任务混凝土最主要的力学性能是强度，强度决定混凝土内部的结构。一般认为混凝土搅拌的主要任务是；（1）组分均匀分布，达到宏观及微观上的匀质；（2混合料的全部搅拌次数，从而达到均匀。1.1.3搅拌机设计的意义所以我们可以这么解释混凝土的工作原理：让混合料在容体内竟可能的相互之间得到摩擦，同时还要提高运动的次数和频率，让混合料在宏观和微观得打充分的搅拌。强制式混凝土搅拌机通常都是滚筒固定让叶片在电机的带动下搅拌，从而使混凝土的组成部分得到充分的搅拌。主要因素有:（1）混凝土搅拌机的结构形式和它的搅拌速度;（2）混凝土搅拌机出料容量是和滚筒的容量有关系；（3）搅拌叶片和衬板的磨损状况;（4）各种混合材料的加料顺序。（5）搅拌时间。1.2 国内外混凝土搅拌机的发展状况搅拌机最初是以自落式出现的，但是随着搅拌机的不断增多，发明了强制式搅拌机，强制式搅拌机分立轴式和卧轴式两类。国内几乎都是这两种形式的搅拌机。单卧轴的搅拌机是由德国的ELBA公司发明的。它的重量轻、非常节能同时叶片具有很好的耐磨性，还能在装满的时候旋转搅拌，它的优点非常多所以我国也引进了这样的搅拌机。双卧轴搅拌机是随着市场的需求慢慢改新创造的搅拌机。当时在二十世纪四十年代后期在德国和美国的市场出现，但是当时这个技术很不成熟。后来经过后来的人们发明创造这种搅拌机慢慢成型一直到现在已经成型了。我国的研发速度迅速在各种方面都超越了其他的机型。双卧轴搅拌机的主要部分是搅拌机构的设计，搅拌机构决定着混凝土的质量和生产率。搅拌机构是由滚筒、两个反向旋转的搅拌轴以及叶片组成的。叶片的作用是带动物料在滚筒内翻转搅动，相互摩擦，从而使物料得到充分的搅拌。1.3设计内容（1）搅拌机的结构方案分析与总体设计设计的小型搅拌机是由机架、搅拌机构、传动系统三部分组成的。整个机架是搅拌机的支柱，它的材料是槽钢和钢管焊接形成的。搅拌机构有滚筒、搅拌轴、叶片三部分组成的，叶片安装在搅拌臂上同时与搅拌轴连接在一起，叶片和滚筒之间有缝隙，可以调整。传动系统有电动机、减速器、带和链4部分组成。(2)搅拌机构的设计搅拌机构就是搅拌轴带动叶片旋转，从而使叶片带动物料在滚筒内搅拌均匀。（3）传动系统的设计传动机构就是有电动机输出动力通过带传动传到减速器，再有减速器把动力传到链传动，由链传动把动力传到搅拌轴。2 搅拌机技术要求2.1设计的依据现在国内的混凝土搅拌机的型号非常多，根据搅拌原理和搅拌机构、搅拌物料的不同，分为好多型号和种类的搅拌机。建筑用搅拌机一般的物料都是沙子、水泥和石料。一般我们都要保障搅拌机的使用年限，所以我们要求搅拌要充分、设计合理、维修方便等方面，所以我们要根据使用要求和使用年限来设计搅拌机。2.2产品的用途及使用范围目前我国房地产等建筑行业发张十分迅速，同时对混凝土有了更高的要求，所以我们要重视混凝土机械在建筑机械的地位。混凝土搅拌机目前主要运用在搅拌混凝土上，适用范围是房地产、筑路、造桥需要的构件等，同时也可以运用到其他行业。2.3主要技术指标和参数表1技术参数表项目数据.进料容量80L最大出料容量50L.搅拌筒内径800mm搅拌叶片转速30r/min叶片距筒底的间隙小于5mm拌料粒径530mm电动机功率4kw2.4总体布局及结构概述小型搅拌机主要是由机架、搅拌机构和传动系统组成的。机架起支撑作用，是由槽钢和钢管焊接形成的搅拌机构有滚筒、搅拌轴、叶片三部分组成的，叶片安装在搅拌臂上同时与搅拌轴连接在一起，叶片和滚筒之间有缝隙，可以调整。2.5关键技术 (1)传动部分材料的选择和加工的技艺：材料的选择和加工工艺都要符合要求，同时尽量采用国标。 (2)结构的布局：搅拌机的工作生产的地点在地面上，所以高度要合适要满足一般人需求，同时还要稳固还有自身的结构还要凑一点。(3)粉尘和噪音的控制：在滚筒上方安装一个盖子。(4) 安全技术3 设计计算说明书3.1 总体设计方案3.1.1混凝土搅拌机种类和功能比较搅拌总共有十几中方法，每一种都有与众不同的要求和设计原则。但是在我们日常使用中，我们都会综合几种一起使用。混凝土搅拌机的用途就是把物料充分的搅拌，一般的方法和分类如下：(1)按作业方式分：它的工序分为供料、搅拌、卸料三道工序，工序之间是按照一定的时间间隔来进行,每次搅拌一定的物料。物料都是按照一定的比例来配制的，所以它的搅拌质量比较好。所以目前多采用这种方式搅拌。这种搅拌方式称为循环作业方式。还有一种作业方式就是连续作业，就是这三道工序在比较大的滚筒内连续作业。他们生产率比较低，但是效率比较低。目前使用的较少。(2)按搅拌方式分：自落式搅拌机的工作方式就把物料放在搅拌鼓内，搅拌鼓自身旋转，搅拌鼓内有叶片，叶片带动物料提升，然后随着重力自己落下来，就这样有几遍后就搅拌均匀了。这样的工作方式只适合搅拌塑性和办塑性的混凝土。强制式搅拌机的工作方式就是容器不动，让内部的叶片带动物料强制搅拌物料让物料在叶片的带动下得到充分的搅拌，这样的工作方式的优点是搅拌均匀度高，效率高，但是还有缺点就是需要的动力大，同时对叶片的磨损特大。这种工作方式适用于搅拌干硬性的混凝土。(3)按装置方式分：固定式搅拌机就是安装在地面上，不能移动一般用于大型的搅拌站，它的优点是效率高。移动式搅拌机就是本身带有车轮可以移动，它的优点是可以移动、体积小。主要应用于小型的工程。(4)按搅拌鼓的形状分：有梨型、鼓筒型、双锥形、圆盘立轴式和圆槽卧轴式五种。3.1.2混凝土搅拌机的结构型式选择立轴式搅拌机的工作原理就是靠叶片带动物料强制性的搅拌，使物料搅拌均匀。在搅拌机的中央有个套轴，用来连接传动装置。它的优点就是体积小，易于操纵。卧轴式搅拌机自身的体积较大，物料不易搅拌均匀。一般很少使用。3.2总体结构及工作3.2.1结构组成及工作原理本设计混凝土搅拌机的主要组成部分为：传动部分、搅拌部分、机架等。整体结构如图1所示：图1总体结构示意图1.主动链轮 2.电动机 3.主动带轮 4.从动带轮 5.减速器 6.筒体 7.从动链轮 8.搅拌体 9.搅拌轴 10.圆锥滚子轴承 11.机架 12.出料抖3.2.2主要技术参数搅拌机主要技术参数见表2。表2技术参数表项目数据.进料容量80L最大出料容量50L.搅拌筒内径800mm搅拌叶片转速30r/min叶片距筒底的间隙小于5mm拌料粒径530mm电动机功率4kw3.3主要工作部件的设计3.3.1搅拌装置的设计卧轴式搅拌机工作原理就是有叶片带动物料强制性的搅拌达到搅拌均匀的目的。其中叶片是由搅拌轴带动的。但是叶片也分为两种。一种是铲片使，另一种是螺旋式。一般使用的叶片都是铲片式，但是这种叶片在转动中需要的动力非常大，以至于使用起来不经济。搅拌叶片的安装角度是搅拌机的重中之重，对搅拌机的工作效率起着决定性的作用，所以在设计时要非常重视叶片的安装角度，因为它的安装决定着整体每一个的尺寸和数据。叶片安装角是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间的夹角。叶片安装的定性分析：如果安装角太小，就会失去轴向运动就起不到搅拌的作用，但是安装角过大就失去了横向运动也就失去了搅拌的作用。因此，搅拌叶片一定要相对于搅拌轴成一定角度安装,使混合料的横向和轴向运动都较大，达到搅拌的最大效率。本次设计的搅拌机采用的叶片安装角为45度。图2叶片安装角3.3.2机架的设计筒体的材料是由热钢板卷压形成的，在筒体的顶部有个盖子，在筒体的下部分还有个卸料口。卸料是搬动手柄把卸料门打开，让物料从卸料口卸下。搅拌筒的内径为D=800mm，筒体高H=310mm，筒壁厚3mm。机架是混凝土搅拌机的骨架，机架承担着混凝土所有的力。搅拌机在运转时会有很大的应力，所以机架就得稳固一点。因此，机架要有稳定的结构。机架的材料是钢管和槽钢。3.4传动系统的设计3.4.1传动比分配及电动机选型本搅拌机体积比较小，结构比较简单，结构要紧凑。电动机的转速为1440r/min而搅拌轴的转速是30r/min，所以搅拌机的总传动比为48。各级传动比分配为：带传动的传动比是2，减速器的传动比是12，链传动的传动比是2。搅拌机的主要动力来自于电动机，所以看搅拌机的生产能力选择电动机的功率。而此混凝土搅拌机所需的功率为，综合考虑暂选带动机型号为，其额定功率为，转速为，额定转矩，最大转矩。3.4.2 V带传动的设计带传动主要是依靠带轮与传动带之间的摩擦力来传递动力的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带的两侧和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑。（1）设计计算确定计算功率，查机械设计书表查得工况系数=1.3由公式： 公式（3-1）代入数据得=1.14=4.4kw，又因为转速为故由机械设计书图可以选择V带型号为A型。确定带轮的基准直径并验算带速v初选小带轮的直径根据V带带型由机械设计书表和表选取小带轮直径又因为=，故取小带轮直径=验算带速，按机械设计书式验算带的速度V=带速一般为， 故带速适合。计算大带轮的基准直径根据机械设计书式计算大带轮的基准直径V带的传动比，取。则=。根据机械设计书表8-8圆整=确定V带的中心距和基准长度，根据机械设计书式（8-20）初定中心距=。由机械设计书式由机械设计书表选带的基准长度=按机械设计书式计算实际中心距 计算得:。验算小带轮上的包角 满足V带包角要求。计算带的根数Z，计算单根V带的额定功率由和，查机械设计书表得根据，=2和A型带查表得，查表得，由表得，于是计算V带根数Z 取4根V带。计算单根V带的初拉力的最小值，由表8-3得A型带的单位长度质量,所以 公式（3-2）应使带的实际拉力。计算压轴力，压轴力的最小值为 。（2）带轮的结构V带轮的设计要求带轮与轮槽之间会形成一定的角度，所以在安装上要保持一定的精度，让带上的载荷分布均匀。同时在加工时要保持精度，同时还要减小磨损。V带轮材料的选择因为V带轮的转速则，转速较低，因此材料通常采用铸铁，常用材料为HT150或HT200。带轮的结构与尺寸带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带轮轮槽的尺寸。设计如下：当（轴径）时，可用实心式；当时，可采用腹板式；当同时时，可采用孔板式；当时可采用轮辐式。V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选的V带的型号相对应，查机械设计书表V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化，为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密结合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于。V带轮安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮的外圆，也不应与轮槽底部接触，为此规定了轮槽基准直径到外圆和底部的最小高度和。轮槽工作表面粗糙度为1.6或3.2。表3带轮参数项目符号YZABSPYSPZSPA SPB基准宽度5.3 8.5 11.014.0基准线上槽深度1.62.02.753.5槽间距80.3120.3150.3190.4第一槽对称面至端面的距离7181最小轮缘厚55.567.5带轮宽外径主动带轮计算：根据，第一槽对称面至端面的距离：，槽间距：，基准线上槽深度：，最小轮缘厚：，基准宽：。取，轮缘宽度：=。 在总要求范围内。 槽宽：。 顶圆直径：。根据电动机轴径：，轴伸长度：。，取，取轮缘宽;。而，所以采用实心式带轮。从动带轮计算：，从动轮的设计方法与主动轮基本相同，只是轮毂与轴配合处的直径由轴的直径确定。第一槽对称面至端面距离：，槽间距：，基准线上槽深：，最小轮缘厚：，基准宽：。取，轮缘宽度： =。 在总要求范围内。 槽宽： 顶圆直径： 这个带轮与减速器主动轴相连，由，可计算：， 取。， 取。因为，所以采用腹板式。3.4.3减速器选型由于混凝土搅拌机在搅拌时，为了使混凝土搅拌的比较均匀，搅拌轴的转速不宜过快，但考虑到生产力，搅拌轴的转速又不可以太慢。综合考虑，有根据搅拌轴的实际转速为30r/min。查机械设计手册选择减速器为蜗杆减速器。型号为WHX16，该减速器传动比，又因为大带轮转速=720r/min主轴转速=30r/min。减速器尺寸：中心距：，中心高：=125；最大外形尺寸：L=336，B=190，H=148；主动轴：=40 ，=82；被动轴： =65，=70。通过以上计算可知传动装置的总传动比电机跟减速器之间的传动采用带传动，减速器与搅拌轴之间采用联轴器连接，查机械设计手册得如下表：表4 各传动部件的传动效率类别传动形式效率（%）带传动V带传动0.96轴承滚动轴承0.98链传动双排链0.99减速器蜗杆减速器0.95从而可计算出从电动机至搅拌机主轴传递的总效率为=0.885则主轴功率 =40.885 =3.54kw3.4.4链传动的设计链传动是由链条和链轮组成的，传递的方式是链轮齿与链条节啮合来传递的，链传动的应用面很广。在需要传动力比较大的场合，一般都采用链传动。滚子链的结构是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板所组成，内链板与套筒之间，外链板与销轴之间为过盈配合；滚子与套筒之间，套筒于销轴之间为间隙配合。链轮必须有很高的强度和耐磨性，因为小链轮的转动次数比大链轮的多，所以小链轮的材料和加工工艺必须要高。本次设计采用滚子链传动。滚子链传动的设计计算：（1）选择链轮齿数取小链轮齿数，大链轮的齿数为。（2）确定计算功率：由表查得,由图查得，用双排链，则计算功率为（3）选择链条型号和节距根据及查图，可选。查表，链条节距为。（4）计算链节数和中心距初选中心距。取。相应的链长节数为取链长节数节。查表得到中心距计算系数，则传动的最大中心距为（5）计算链速，确定润滑方式查和链号，查图可知采用定期人工润滑。（6）计算压轴力有效圆周力为：链轮水平布置时的压轴力系数,则压轴力为3.5主轴设计与计算3.5.1轴的计算过程（1）初步估算轴的直径选取45号钢作为搅拌机主轴的材料，调制处理，查表得=640N/，由表差得材料的许用应力：，由公式 公式（3-3）式中，轴传递的功率（kw）； n轴的转速 (r/min)； A取决于轴材料的许用扭矩切应力的系数。查表得知A=115计算轴的最小直径并加大已考虑键槽的影响。则 在轴的最细部分轴的直径取。（2）轴结构的设计确定各轴段直径和长度 图3 轴的结构件图第一段轴的直径取，根据搅拌机的结构不需要轴的长度太长取为。所以第二段轴的直径应比第一段轴的直径稍大一些，根据实际情况取第二段轴的直径。因为要考虑到轴承的安装，联轴器与轴承盖之间还要有一定空隙，第二段轴的长度取为。根据轴承的安装尺寸以及轴承的定位要求，确定第三段轴的直径为，由于搅拌机的搅拌轴总长度比较长，为使平衡性和轴的安全系数高，取第三段轴的长度。又因为第四段轴上要安装第二个轴承，所以第四段轴的直径应和第二段轴的直径相同，。该段轴的上方要安装搅拌机的筒体，此处轴段长度适中即可，取。最后一段轴上要安装搅拌装置，根据搅拌机的筒体结构，取这一段轴的直径，长度.至此，轴的各段直径和长度已基本确定。3.5.2键与轴承的选择为满足轴上零件的周向定位要求，链轮与轴采用平键连接，根据轴段的公称直径选第一段轴与从动链轮之间的键按，查机械设计书上表得平键截面，键宽键高，键长。减速器低速轴伸出段与主动链轮相连，其中的键由减速器轴，选择，则选键宽键高，长。减速器高速轴与主动带轮连接处的键根据，选键宽键高，长。电动机伸出轴与主动带轮连接处的键由电动机轴，选择此处的键为选键宽键高，长。与搅拌装置连接处的轴段也是用键将轴与轴套连接的。这一段轴段较长为了稳固采用两个键连接。由，选择键，键宽键高，键长。键槽用键槽铣刀加工。轴承的选择：初步选择滚动轴承，因为轴承要既能承受径向力又能承受轴向力的作用，根据这些要求选用圆锥滚子轴承，参照工作要求，并根据由GB/T297-1995轴承产品目录中初步选取圆锥滚子轴承型号30214。尺寸为。圆锥滚子轴承的定位是由过度配合来保证的，此处选轴承的直径尺寸公差为。确定轴上圆角和倒角尺寸。参考机械设计书表，取轴端倒角。各轴肩处的圆角半径见图3。3.5.3轴的强度校核求轴上的载荷：搅拌轴受到扭转作用而发生扭转，轴上各段都有受到力矩的影响，选择其中受力较大，应力较集中的截面。（1）受力分析：轴上传递的转矩：所受圆周力：所受的轴向力：因为轴是竖直的所以轴向力径向力：，（2）计算支反力：表5危险截面载荷值载荷水平面垂直面支反力弯矩扭矩总弯矩 按弯矩扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据机械设计书式及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应变力，取，轴的计算应力=0.379之前已选定轴的材料为钢，调质处理，由机械设计书表查得因此，所以此轴是安全的。图4计算简图3.5.4轴承组合的设计轴承组合的设计应从结构上保证轴系的固定、游动和游隙的调整。常用的结构有两端固定和一端固定、一端游隙两种。（1）因为本次搅拌机设计的是悬臂轴，采用两端固定的结构。这种结构在轴承支点跨距小于时，常用两端固定的轴系结构，用端盖顶住两轴承外圈的外侧，内侧采用轴肩定位，其结构简单，但应留有适量的轴向间隙，避免工作中因轴系热伸长而引起的热应力，并保证轴承灵活运转。为便于加工和装配，取用的轴承外径相同，并采用套杯结构。（2）润滑和密封轴承的润滑有脂润滑和油润滑两种润滑方式，这次设计的搅拌机的转速很低，所以采用脂润滑。轴承的密封：轴端密封方式有接触式和非接触式两种。橡胶油封是接触式中性能较好的一种，可用于油润滑或脂润滑的轴承中，此处密封采用形橡胶油封装置。4 结论（1）搅拌机的结构方案分析与总体设计小型搅拌机是由机架、搅拌机构、传动系统三部分组成的。机架在整体中起支撑的作用，它的材料使用槽钢和钢管。搅拌机构有滚筒、搅拌轴、叶片三部分组成的，其中叶片固定在搅拌轴上组成一体。搅拌机构还可以上下调动。传动系统由电动机、减速器、带传动、链传动所组成。(2)搅拌机构的设计搅拌机构是叶片安装在搅拌轴上为一体的，搅拌轴带动叶片旋转从而带动物料搅拌使物料搅拌均匀，搅拌机构还可以上下调动能更加充分的搅拌物料。（3）传动系统的设计传动系统是由电机带动带传动，带传动再带动减速器运动，再由减速器传给链传动，最终传到搅拌轴来带动叶片一起工作，这样的工作方式来完成搅拌。参考文献1 陈宜通.混凝土机械M.北京；中国建筑材料工业出版社，2002.6.2濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京；高等教育出版社，2006.5.3 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京；高等教育出版社，2006.5.4钟汉华.混凝土工程施工机械设备使用指南M.河北；黄河水利出版社，1999.9.5机械设计手册联合编写组编.机械设计手册中册M. 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