搅拌机课程设计.doc

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1、机电工程学院课程设计题 目： 搅拌机的课程设计 专 业： 能源与动力工程 年 级： 13级 学 号： 2013311916 姓 名： 尹 俊 指导教师： 张毅杰老师 日 期： 2015.7.14 题 目： 搅拌机的课程设计 目录方案1构简介-32设计数据-3设计过程1. 连杆机构运动分析-42. 飞轮的设计-73. 电动机的选择-84. 计算蜗杆涡轮运动参数-95. 选择联轴器-96. 轴计与强度计算-127. 带传动与以及齿轮减速器设计与计算-17心得体会-19参考资料-19方案 1机构简介 搅拌机常用于化学工业和食品工业中，对拌料进行搅拌工作。如图99(a)所示，电动机经过齿轮减速(图中只

2、圆出齿轮副zlz2)，带动曲柄2顺时针方向回转、驱使曲柄摇杆机构(1234)运动；同时通过蜗轮蜗杆带动容器绕垂直轴缓慢转动。当连杆3运动时，固联在其上的拌勺E即沿图中虚线所示轨迹运动而将容器中的拌料均匀搅动。为了减小机器的速度波动，在曲柄轴A上安装一调速飞轮。工作时，假定拌料对拌勺的压力与深度成正比，即产生的阻力按直线变化，如图99(b)所示。2设计数据设计数据见表98 设计过程：(一)连杆机构的运动分析曲柄位置图的做法，如下图所示：取摇杆在左极限位置时所对应的曲柄作为起始位置1，按转向将曲柄圆周分为十二等分，得12个位置。并找出连杆上搅拌勺的各对应点E1，E2，E12，绘出正点轨迹。按搅拌勺

3、的运动轨迹的最低点向下量40mm定出容器地面位置，再根据容器高度定出容积顶面位置。并求出搅拌勺E离开及进入容器所对应两个曲柄位置8和11.1、 设计方案及过程选第二组数据（X=535MM, Y=420MM,LAB=245MM,LBC=590MM, LCD=420MM,LBE=1390MM）进行设计。（1）作搅拌勺运动轨迹首先，做出摇杆在左极限位置（即AB和BC杆共线时）所对应的曲柄位置1，然后按转向将周做十二等分，的十二个位置。再根据其他各干的长度找出连杆上长度找出连杆上搅拌勺E的个对应点，绘出正点轨迹，按搅拌勺的运动轨迹的最低点向下量40mm定出容器地面位置再根据容器高度定出容器顶面位置。容

4、器顶面位置与搅拌勺E离开及进入容器时所对应的曲柄位置。如下图所示：（2）作构件两个位置的运动简图 根据设计要求，选择3和8位置作为构件的运动简图。先对应上图分别作出在位置3和8的曲柄AB，然后分别以B为圆心，BC长为半径和以D为圆心，DC长为半径画圆弧，两圆弧的交点即为C点位置。延长BC画虚线只E点使BE长为1390mm,即作出了构件在位置3和8的运动简图，如下图所示：（3）作构件处于位置3和8时的速度多边形和加速度多边形a.对3位置C,E点进行速度分析和加速度分析 1.速度分析VB 如右图所示，选取速度比例尺Uv=0.025m/s/mm 对于C点 VC = VB + VCBVC 方向： CD

5、 AB BCVE 大小： ？ ？ =2rad/s VB=2LAB=1.54m/s VC=UVLPC=0.02559=1.47M/S VCB=UVLBC=0.02519.5=0.49M/S 3=VCB/LBC=0.83rad/s 对于E点： VE = VB + VEB 方向： ？ AB BE 大小： ？ VEB =3LBE =1.15M/S VE = UVLPE=1.625M/S2加速度分析AbAeAcAbAncbAtcbAcAnebAeb如图所示，选取加速度比例尺UA=0.1M/S2/MM 对于C点： AC = ANC + ATC = AB + ANCB + ATCB 方向： AC CD BA

6、 CB BC大小： ？ ？4=VC/LCD=3.51rad/s anc= 42lcd=5.18m/s2 ab = 22LAB=9.67M/S2 ancb=32LBC=0.41M/S2ac =ua 61mm =6.1m/s2 atcb = ua 40mm =4.0m/s2 a2 =atcb/Lbc = 6.78rad/s对于E点： aE = ab + aneb + ateb方向： ？ BA EB EB大小： ？ Ab = 22 LAB = 9.67M/S2 ANEB = 32 LAB =0.96M/S2 ATEB = A3 LEB =9.42M/S2 AE =UA 37MM = 3.7M/S2b

7、. 对8位置C 、 E点进行速度分析和加速度分析1 速度分析P如下图，取速度比例尺UV=0.025m/s/mmecbVBVCVE对于C点： VC = VB + VCB 方向： CD AB BC 大小： ？ ？2= 2rad/s VB = 2LAB =1.54M/S VC = UV LPC = 0.02518M/S =0.45M/S VCB = UV LBC = 0.02566M/S =1.65M/S 3 = VCB/LBC =2.8rad/s对于E点： VE = VB + VEB方向： ？ AB BE大小： ? VEB = 3LBE = 3.89M/S VE = UV LPE = 2.45M/

8、S2、 加速度分析如下图所示：选取比例尺UA =0.1M/S2/MM AncbAcAncAtcAbAtcb4 = VC /LCD= 1.07rad/s anc= 4LCD =0.48M/S AB =22LAB =9.67M/S2 ANCB=32LBC=4.663M/S2AC=UA 50MM =5.0M/S2 ATCB=UA 12MM=1.2M/S2 A3=ATCB/LBC=2.03rad/sAneb对于E点：如下图 AtebAeAb AE = AB + AnEB + ATEB 方向： ? BA EB EB 大小： ? AB = 22 LAB = 9.67M/S2 AnEB = 32LEB =1

9、0.89M/S2 ATEB = A3LEB = 2.83M/S2AE = UA 11MM = 1.1M/S（二）飞轮的设计 选杆件材料为优质碳素结构钢，其密度=7.85103kg/m3,又取杆件的截面直径d=50mm,且转动惯量Je=mr2再根据运动方程式12Je2=12i=1n(mivsi2+Jsii2)可得:Je=0.05679kgm2，min=0.3283rad/s, max=5.9351rad/s.Wmax=12Je（max2-min2）=0.9970 J m=12（max+min）=3.29585rad/sJFWmax/(m2)- Je=0.58567 kgm2，( =17),取 J

10、F=0.58567kgm2由GAD2=4gJF，取D=0.3m，则GA=260.2978N，又由GA=DHb，可取H=b=0.03m，则=76756.83N/m3.飞轮尺寸如下图：（三）选择电动机1、选择电动机按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机. 选取Y160L-8 以下是其详细参数Y160L-8的主要性能参数额定功率/kw同步转速n/(r )满载转速n/(r )电动机总重/N启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩7.575072014212.02.0根据已知条件，搅拌机的搅拌力矩和转速 ，得 ，得P搅=3.94kw 查机械设计手册可得 联轴器效率 =0.99

11、，滚动轴承效率=0.98 ，双头蜗杆效率=0.8 ，转油润滑效率=0.96 转盘摩擦=0.89则 工作机要求的电动机输出功率为： 于是可得： 根据设计要求：i=（四）计算蜗杆涡轮运动参数1、各轴转速 蜗杆轴 n1=720r/min ， 齿轮轴 n2=720/21.4=33.6r/min ，工作轴 n3= n2=33.6r/min 2、各轴的输入功率蜗杆轴 p1= =5.97kw， 齿轮轴 p2=p1=4.49kw ， 工作轴 p3=p2 =3.94.kw 3、各轴的转矩 电机输出转矩 =9550 =95506.16/750Nm=78Nm蜗杆输入转矩 =780.990.98 Nm =76Nm蜗轮

12、输入转矩 =i=7621.40.980.80.89Nm =1225 Nm 工作机输入转矩 =12250.990.980.89Nm=1060Nm （五）选择联轴器1 联轴器（蜗杆）的选择 1.1类型选择 为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。 1.2载荷计算 查机械设计手册可得工作情况系数KA=1.5。计算转距Tca Tca=KAT=1.576Nm =114Nm 1.3型号选择 选用LT型弹性套柱销联轴器。选择d1=d2=35mm1.4校核许用转距和许用转速 查机械手册，选LT5联轴器 GB/T 4323-2003。许用转距T=400Nm，许用转速n=8000r/min。 因 TcaT,nn

13、,故联轴器满足要求。2联轴器（蜗轮）的选择 1.1类型选择 轴由于轴转速很低，不必要具有较小转动惯量选择齿式联轴器。 1.2载荷计算 查机械设计手册可得工作情况系数KA=1.5。计算转距Tca Tca=KAT=1.51225Nm =1837.5Nm 1.3型号选择 选用GICL3型齿式联轴器。由于与轴的直径可以任意定，因此选择d1=d2=45mm 1.4校核许用转距和许用转速 查表，选GIGL联轴器 GB/T 8854-2001。许用转距T= 2800Nm，许用转速n=5900/min。 因此TcaT,n45HRC,可查表得蜗轮基本许用应力为=268。 应力循环次数 N 寿命系数 于是， =0

14、.911268=2441.3.5计算中心距 取中心距a=200mm。i=21.4，查表取模数m=8mm，分度圆直径=80mm,从图表中可以查的接触系数=2.74，因为d2,且与轴承内径标准系列相符，故取d3=55mm.( 轴承型号选30211)轴段4安装蜗轮，此直径采用标准系列值，故取d4=60mm轴段5为轴环，考虑蜗轮的定位和固定取d5=70mm轴段6考虑左端轴承的定位需要，根据轴承型号30211查得d6=60mm轴段7与轴段3相同轴径d7=55mm3.2确定各段长度为了保证蜗轮固定可靠，轴段4的长度应小于轮毂宽度2mm，取L4=60mm为了保证蜗轮端面与箱体内壁不相碰及轴承拆装方便，蜗轮端

15、面与箱体内壁间应有一定间 隙，取两者间距为23mm为保证轴承含在箱体轴承孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面与箱体内壁的距离为2mm .根据轴承宽度B=21mm，取轴段7长度L7=28mm，因为两轴承相对蜗轮对称，故取轴段3长度为L3=28 mm。为了保证联轴器不与轴承盖相碰， 取L2=22+46=68mm。根据联轴器轴孔长度，取L1=90mm。因此，定出轴的跨距为L=（10+25+60+23+10）=128mm.（一般情况下，支点按照轴承宽度中点处计算） 蜗轮轴的总长度为Lo=130+68+90+10=298mm。3.4蜗轮轴的强度校核由于其受力分析与蜗杆轴基本相似，在这里过程省略。蜗轮的分度

16、圆直径d=328mm； 转矩T=1225Nm蜗轮的切向力：Ft=蜗轮的径向力Fr=Fttan=7469tan20=2718N蜗轮轴向力Fa=Fttan=7469tan11.3=1492N转矩求当量弯矩因为单向传动，转矩为脉动循环变化，故折算系数=0.6,危险截面L4段任意处A点的当量弯矩为: =747Nm计算截面A处的直径，校验强度因此处有一键槽，故将轴径增大5%，即：d=,在设计结构中，此处设定的是60mm，所以强度足够。（七）带传动与齿轮减速器运动从参数计算一、传动比的分配1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/76.4=12.572、分配各级伟动比（1） 据指导书P7表1，取齿轮i齿轮

17、=6（单级减速器i=36合理）（2） i总=i齿轮I带 i带=i总/i齿轮=12.57/6=2.0951、计算各轴转速（r/min）nI=n电机=960r/min nII=nI/i带=960/2.095=458.2(r/min)、 nIII=nII/i齿轮=458.2/6=76.4(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=P工作=2.4KW、PII=PI带=2.40.96=2.304KW 、PIII=PII轴承齿轮=2.3040.980.96 =2.168KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551062.4/960=23875Nmm 、TII=9.5510

18、6PII/nII=9.551062.304/458.2=48020.9Nmm 、TIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.168/76.4=271000Nmm 二、传动零件设计 1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型查手册得：kA=1.2 、PC=KAP=1.23=3.9KW 、查手册得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速推荐的小带轮基准直径为75100mm ， 则取dd1=100mmdmin=75 、dd2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm，取dd2=200mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960100/200

19、 =480r/min转速误差为：n2-n2/n2=458.2-480/458.2 =-0.0481200（适用）（5）确定带的根数 =0.95KW，P1=0.11KW，K=0.96，KL=0.96 由公式得：=PC/P=PC/(P1+P1)KKL =3.9/(0.95+0.11) 0.960.96 =3.99(6)计算轴上压力由课本P70表5-1查得q=0.1kg/m，由式（5-18）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5003.9/45.03(2.5/0.96-1)+0.15.032N =158.01N 用在轴承的压力FQ，由公式的：FQ=2ZF0sin1/2

20、=24158.01sin167.6/2=1256.7N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据课本P139表6-12选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计 由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3 ，定有关参数如下：传动比i齿=6取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=620=120 实际传动比I0=120/2=60，动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%2.5% 可用，数比：

21、u=i0=6d=0.9 (3)转矩T1T1=9.55106P/n1=9.551062.4/458.2=50021.8Nmm (4)载荷系数k查表取k=1 (5)许用接触应力HH= HlimZNT/SH由表查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa根据公式计算应力循环次数NLNL1=60n1rth=60458.21(163658)=1.28109NL2=NL1/i=1.28109/6=2.14108由图查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5700.92/1.

22、0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=3500.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.43150021.8(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模数：m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm根据表取标准模数：m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据公式式: F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数,度圆直径：d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.5120mm=300mm齿宽：b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mm b1=50mm(7)齿形系数

23、YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=20,Z2=120由表查的：YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.83 (8)许用弯曲应力F根据公式：F= Flim YSTYNT/SF由表查得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由图查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2 一般可靠度选取安全系数SF=1.25 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa将求得

24、的各参数代入公式F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2150021.8/452.5220) 2.801.55Mpa=77.2Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2150021.8/452.52120) 2.141.83Mpa=11.6Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (9)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+120)=175mm (10)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1450458.2/601000=1.2m/s心得体会通过这次搅拌机课程的设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自

25、己的实践经验的不足，理论联系实际的能力还急需提高。 这次课程设计任务下来以后，我一直冥思苦想，我知道最主要的是要先找出一个方案，然后理清思绪，知道总的方向才会得心应手 。我们以前从 没有搞过这样 的课程设计，我也知道这次的课程设计真的很难的，但到今天终于还是完成了。在课程设计 中，我遇到了很多问题，有些呢，在老师后来的辅导课中得到了解决 ，有的就自己查阅的相关资料、书籍 ，我发现以前学得好多东西都已经忘记 了 ，庆幸的是 CAD还没 忘完 ，勉强画的 下去 ，只是效率还 比较低，这也又一次让我“明白温故而 知新”的道理，学习是一个反复的 过程。参考文献 1、自动机械设计 主编 宋井玲 2、机械设计，第八版，主编濮良贵，纪名刚3、机械设计课程设计手册，第三版，主编吴宗泽，罗圣国指导教师签字： 年 月 日；27