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搅拌机的结构设计.doc

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本科毕业论文(设计)题 目 卧式食品搅拌机的结构设计 学 院 机械与电子工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 戴正强 学 号 11030002 指导教师 龚智强 职称 讲师 论文字数 7740 完成日期: 2015 年 5 月 30 日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文(设计),是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名: 日期: 巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文 (设计)的规定,即:本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许毕业论文 (设计)被查阅和借阅;学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业,并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名: 日期: 导师签名: 日期: 搅拌机的结构设计食品搅拌机的结构设计摘要食品搅拌机可为人类生活带来很大的便利,省时省力,是人们日常生活中不可或缺的一部分,具有体积大,功率大特点,多用于饭店,酒店,食品厂等,而且操作也比较简单,易于清洗,效率高,噪音比较小。本论文设计的搅拌机为商用食品搅拌机,可用于搅拌生产所用的馅料,食品材料等。搅拌机设计为卧式结构,设计两个传动系统:第一个是应用 V 带和齿轮的主传动系统,通过 V 带和齿轮的传动实现搅拌轴的转动,达到搅拌效果;第二个是应用楔带和凸轮的摆动系统,对搅拌运动结束后的卸料过程完善。针对食品搅拌机内带轮、直齿轮、斜齿轮、凸轮、轴和搅拌容器的零件尺寸,结构进行设计。通过计算确定带的根数,带轮的轴径,直齿轮、斜齿轮的齿数、分度圆,凸轮类型和尺寸,轴的基本尺寸,搅拌容器的基本尺寸,并对齿轮、轴、键、轴承进行刚度强度校核,然后运用 UG 进行三维运动仿真,以便更直观的展现设计思路。关键词:食品搅拌机;齿轮传动;凸轮机构;三维仿真2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)搅拌机的结构设计Structure Design of Food MixerAbstractThe mixer brings great convenience,saves time and strength,and becomes an indispensable part of People’s daily life.It holds the advantages of large size,big power,and more used in restaurant,hotel,food factory,etc.Some are simple operation,easy to clean,high efficiency and small noise.The direction of design is food mixer,which is used to mixing fillings and food materials in commerce.Mixer is designed to horizontal structure,using two kinds of transmission system plan: the first is a application of V belt and gear of the main drive system,through the V belt and gear transmission realize the stirring shaft rotation, reach the effect stirring; the second is using wedge belt and the motion of the CAM system,to improve discharge process after stirring movement .The basic size and structure design of pulley, straight gear, helical gear, CAM, shaft and the mixing container in food mixer are designed in this project , Through calculating to determine the number of root, pulley diameter, spur gear, helical gear teeth, dividing circle, CAM type and size, the basic dimensions of the shaft, the basic size of mixing container, check rigidity and intensity of gear ,shaft ,key,bearing ,then using 3 d UG to movement simulation, in order to more intuitive display design.Key Words:food mixer, gear transmission, CAM mechanism three-dimensional simulation目 录1.绪论 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11.1 课题背景及研究意义 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11.2 卧式搅拌机的特点及发展趋势 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11.3 论文的研究内容 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙22.卧式搅拌机总体方案设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.1 卧式搅拌机总体结构方案 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.2 传动方式的确定 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙33.卧式搅拌机结构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙53.1 电机参数计算 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙53.1.1 电机的选择原则 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙53.1.2 主电机额定功率计算 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙53.1.3 主电机的选择及参数 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙63.1.4 副电机的选择及参数 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.2 主传动系统的结构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.2.1 传动比设定与选材 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.2.2 带轮设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙83.2.3 齿轮的设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.2.4 轴的设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙163.3 摆动系统的结构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙173.3.1 基本结构与选材 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙173.3.2 带轮,齿轮与凸轮的设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙173.4 搅拌部分的结构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙273.4.1 搅拌桨机构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙273.4.2 搅拌容器的结构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙283.4.3 联轴器的选择 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙284.安全性计算与校核 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙294.1 引言 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙294.2 齿轮的安全性校核 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙294.3 轴的安全性校核 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙314.4 轴承的安全性校核 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙334.5 键的安全性校核 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙33结 论 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙35参考文献 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙36致 谢 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙37搅拌机的结构设计01. 绪 论1.1 课题背景及研究意义飞速的经济发展,人口的快速增长,使得人们对食品的消费需求也迅速增加。所以提高食品的生产加工效率,促进食品行业的发展至关重要。在食品工业中,混合是指两种或两种以上不同物料互相混合,成分浓度达到一定程度均匀性的单元操作 [1]。然而,混合搅拌的过程,是一个必不可少的环节。所以对搅拌过程的设计和优化便能够极大地提高食品的生产效率。现如今市场上的食品搅拌机种类繁多,分立式和卧式两种,型号各异,普遍应用于食品加工行业,既解放人力,又省力省时。但这些搅拌机都局限于容量小,功率小的特征。在加工粘稠度较大的食品,比如肉馅,豆沙等,这些小功率搅拌机则不能正常运转,所以需要功率大的搅拌机。国内的搅拌技术已比较先进,也比较成熟,但是在搅拌过程中时常会出现搅拌不够均匀,导致生产效率不高,这便不适合我国食品工业的成长和发展需求。所以设计一款能够解决这些问题的搅拌机结构显得尤为重要。本设计旨在设计大容量,大功率且搅拌均匀度高的卧式搅拌机。1.2 卧式搅拌机的特点和发展趋势卧式食品搅拌机内部搅拌叶片有旋转式和双螺带式两种。前者是成一定角度的桨叶将物料沿着轴向推进或沿径向循环搅动,以充分搅拌混合,极大地提高了混合的均匀程度。螺旋的桨叶转子构造,可使转子与内壁之间的间隙大大缩小,避免了物料残留;螺旋式的桨叶结构可在搅拌过程中易破碎较大物料,提高搅 拌效率。图 1.1 推进式螺旋桨叶 图 1.2 双螺带式叶片2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)1双螺旋式叶片不仅可实现推进物料,还可以使物料做围流循环运动和轴向逆流运动,并且还形成沿搅拌臂方向径向逆流运动,从而增强物料各组分之间的碰撞和揉合。因螺旋桨叶在搅拌大量且粘稠度较高的混合物料时,存在搅拌不均匀的特点,进而对于工作量较大,混合度要求高时,宜采用双螺旋叶片进行搅拌搅拌。伴随经济技术的发展以及相关理论的完善,搅拌机趋于多轴化,功能多样化,品种多样化,装置规模经济化的方向发展。未来的新型产品也会越来越会向资源合理化,节能降耗化要求发展。1.3 论文的研究内容卧式食品搅拌机由三部分组成:传动部分,搅拌部件,摆动部分。传动部分主要是由异步电机和减速结构组成。搅拌部件为双螺带式叶片。摆动部分由交流电机和凸轮结构组成。本论文的主要研究内容如下:1.广泛收集和分析国内外关于搅拌机的资料,综合分析后确定研究内容。2.提出卧式搅拌机的总体设计方案,并对各部分零件进行设计计算,并提出几个设计方案,通过分析对比后,确定最终方案。3.设计搅拌机内部结构:传动装置,搅拌装置,摆动装置和机架并进行详细计算。4.各部分主要零部件的安全校核。5.运用 CAD 画出各主要零部件的零件图,总装配图等,然后运用 UG 进行三维运动仿真。搅拌机的结构设计22. 卧式搅拌机总体方案设计2.1 卧式搅拌机总体结构方案1-电机 2-小带轮 3-大带轮 4-齿轮 5-搅拌容器 6-搅拌桨7-凸轮 8-斜齿轮 9-带轮 10-副电机图 2.1 总体机构简图2.2 传动方式确定本搅拌机对转速要求不是很大,太大的转速反而不会产生良好的搅拌效果,故而可选取 35~65r/min 之间的转速,搅拌速度虽然慢,但是启动转矩很大,选用 2000r/min 的电机。这时需要减速系统产生较大的传动比,采用带轮和齿轮组合的减速装置。减速机构示意图如下:2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)31-电机 2-小带轮 3-大带轮 4-齿轮图 2.2 传动系统机构简图摆动机构的形式有很多种,四杆运动的冲击大,对杆的要求高。凸轮运动可通过运动的轨迹减少运动过程中的冲击,从而决定摆动采用凸轮机构,机构简图如下:7-凸轮 8-斜齿轮 9-带轮图 2.3 摆动系统机构简图搅拌机的结构设计43. 卧式搅拌机的结构设计3.1 电机参数计算和选择3.1.1 电机的选择原则电机是搅拌机中的动力机构,需要综合考虑工作时的转矩,功率,转速等进行合理选择,其选择将直接影响搅拌过程的质量。遵循以下原则选择电机:1、依据搅拌机的负载特性和工艺条件对电动机的起动、制动、运行、调速。2、依据负载转矩,转速变化和启动频繁度等要求。3、依据使用环境条件,如温度、温度、灰尘、雨水和腐蚀等。 4、依据搅拌器的最大转速,电力传动调速系统的过渡性能要求,和机构减速的复杂度。3.1.2 主电机额定功率计算搅拌轴的力矩: 36124578/spTKDZdsbf(3.1)其中: K—实验系数,查表取 ;—粒子直径,查表取 ;p 30.pm—表观密度,查表取 ;71/kg—内摩擦系数,查表取 ;susu—接触螺带的粉层高度或长度,取 ;Z.8Z—叶片外径,本设计 ;d0.4d—螺带节距,取 ;s7s—叶片宽度,取 ;b.b—装料系数,本设计取值 。f .58f机型为卧式螺带, 10;231;4;53.1;。在本设计中,材料为面粉和糖的混60.37; ;合物,在调查数据的基础上,对混合材料的上述参数的估计。计算数值如下:2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)5大螺带的转距: 14.5TNm小螺带的转矩值只需替换 ,则小螺带的转矩:02d20.3TN于是,搅拌轴上总的转矩: 126.87TN搅拌轴的功率 式中 (3.2).54PnW1/nrs电动机的额定功率包括了搅拌轴工作的功率以及轴运动过程中的摩擦损耗。(3.3)/额 损 ( ) P一般情况,摩擦损失约为搅拌器正常工作功率的 5%-10%,这里可取 6%,则轴的摩擦损耗为: 0.6.9损P传动系统的效率是由带轮,齿轮,轴承和各传动部件的效率乘积决定的。取齿轮传动效率 0.9,带轮传动效率 0.95,轴承传动效率 0.98,所以4·0.78齿 轮 带 轮 轴 承电动机的额定动率: /1.36PkW额 损 ( )考虑到温度,高度,湿度对电机的影响,对电机功率修正计算。(3.4)·额额 =Kt其中, -校正后的电动机功率;额 -温度校正系数,查表得温度为 25℃时的 ;tK1.t所以, 1.5tPKkW额 额3.1.3 主电机的选择及参数搅拌机的结构设计6为保证电机启动要求和工作稳定要求,取 ,则选取 Y90L-2 型号2.PkW额的电机。3.1.4 副电机的选择及参数设定摆动系统的摆动周期 T=1s,幅角 θ=20°,工作时可当搅拌箱的质量集中于一点,回转距离为 。箱体尺寸初定为1/20.5LRm900mm×500mm×500mm,内壁厚 15mm,箱体材料设定为钢,密度为 7.85×103 kg/m3。粗略计算,整个搅拌箱的质量约为 。125Vkg摆动过程中的转矩 .6gN摆动角速度 4/18039/wrads摆动功率 2.7PTkW电机的传动效率计算与主电机计算相似,其中凸轮的传动效率为 ,0.9所以电机传动效率: ,·0.754齿 轮 带 轮 凸 轮 轴 承副电机的工作功率为 02.18k那么,副电机的额定功率: 0/.P由以下图表,可知2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)7选取 Y100L-2 型电动机, 。3PkW额3.2 主传动系统的结构设计电机的转速为 2840r/min,搅拌轴的转速为 60r/min,总传动比约为 47.3。3.2.1 传动比设定与选材采用一级带轮传动,传动传动比为 3,材料为 HT200;采用二级齿轮传动,传动比为 3.96,材料为 40Cr。3.2.2 带轮的设计(1)确定计算功率 (3.5)caAPK式中: —计算功率, ;caPkW—工况系数,查表,取 ;AK1.—所需传递的额定功率功率, k所以, 2.4caAKP(2)选择带型,普通 带 型,节宽 ,顶宽 ,高度VZ85pbm10b,截面面积6hm247(3)初选小带轮的基准直径 ,转速为10d124/nrin验算带的速度 1 max.89/6dnVsVVmax 的取值范围是 2530/ms:计算从动轮的基准直径 214di圆整后取 2d(4)确定中心距 ,并选择 V 带的基准长度adL初定中心距搅拌机的结构设计8(3.6)120120.7)()dda(224mm≤ ≤640mm初定为 04am210120238.44dddLma带的基准长度 根据 查表选取取 ,传动的实际中心距近似为14d 00/51daL考虑到带轮的制造误差,皮带的长度误差,带的弹性和因带的张力松弛而产生的补充张紧的需要,给出中心距的范围变动如下: minax.4309dm(5)验算小带轮上的包角 1通常小带轮上的包角 小于大带轮上的包角 ,小带轮上的临界摩擦力2小于大带轮上的临界摩擦力 [2]。因此,打滑通常发生在小带轮上,所以提高带传动的工作能力,应使 12157.3809.120daa 故而,满足工作要求。(6)确定带的根数 ZLa0ArcaK)ΔP((3.7)其中, 。, 查 表额 定 功 率 增 量 ,—;, 查 表带 基 本 额 定 功 率 ,单 根 ;长 度 系 数 , 查 表 ;包 角 系 数 , 查 表 kW03.k27.V14.980oLPK所以, 8Z(7)确定带的初拉力(3.8)202.5caKPFqV其中,—单位长度传送带质量,查表取q0.6/kgm2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)9所以, 202.58.caKPFqVNz初拉力 小,则带传动的传动能力小,易出现打滑;初拉力 过大时,0F降低带的寿命,且对轴及轴承的压力也大 [2]。新带轮容易出现松滑的情况,故而预紧力可为初拉力的 倍。1.5(8)计算带传动的压轴力 p02sin4.1FZN(9)V 带轮的设计根据带轮轮辐结构不同, 带有实心式,腹板式,孔板式,椭圆轮辐式四V种结构形式,且均与基准直径相关。当带轮的基准直径为 ( 安装2.5d在带轮上轴的直径)时,可采用实心式;当 时,可采用腹板式;当30dm,同时 时,可采用孔板式;当 时,30dm10Dd30m可采用轮辐式 [2]。 V 带轮的轮槽截面尺寸 d与 相对应的 槽型基准宽度 db上槽深 aminh下槽深 fin槽间距 efmin324368Z8.5207.120.7- 80- 0最小轮缘厚 ,第一槽对称面至端面的距离min.1f选取轮槽角,小带轮 ,大带轮 ,348带轮宽 (1)20BZefm小带轮的设计,轴径选取为 , ,采用实心式5d1.537.d.7,18~ ~ 取LL189()0~ ~ 取小带轮的结构如下图所示搅拌机的结构设计10图 3.1 小带轮结构图大带轮的设计,轴径选取为 ,为了减少质量,234,503dmm降低转动惯量,可采用孔板式24dDh21.86.8,6~ ~ 取 d大带轮的结构如下图所示图 3.2 大带轮的结构图3.2.3 齿轮的设计(1)选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数采用二级直齿圆柱齿轮传动,传动比为 ,压力角取为123.96i20°,7 级精度。传动系统输入功率 5120轴 承电 机 带 轮 =.PkW小齿轮的转速2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)11min/r9601带 传 动主 电 机in齿数比为 ,设定工作寿命 15 年,每年工作 300 天,两班制,选择小齿3.96u轮材料为 40Cr(调质) , 齿面硬度为 280HBS,大齿轮的材料为 45 钢(调质),齿面硬度为 240HBS。初定小齿轮齿数 ,大齿轮齿数 。124Z2195Zu(2)按齿面接触疲劳强度设计3 2112HEdHtt uTKd(3.9)1)确定公式中各参数值①试选 ;.HtK②计算小齿轮传递的转矩 66 4119.50/9.502./9.01TPnNm③查表选取齿宽系数 d④查得区域系数 2.HZ⑤查表得材料的弹性影响系数 1/28.EMPa⑥计算接触疲劳强度用重合度系数 Z*111arcos/cos40/24129.84azhr 2229595307z112tnt(tnt/4a9.8a0a3.07tan2/.725     .75.13Z ⑦计算接触疲劳许用应力 []H查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为 ,160HlimMPa。250HlimMPa计算应力循环次数 9192661(2835)4.7.47hNnjLu搅拌机的结构设计12查得接触疲劳寿命系数 120.90.95,HNHNK取失效概率为 ,安全系数 ,得%S MPa416x.1lim11 SHN 523509.2li22取 和 中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即1[]H2Ha(2)试算小齿轮的分度圆直径 3311 242.03.9612.589.07134.61Ht EtdKTuZm(2)调整小齿轮分度圆直径圆周速度 134.6190=.74m/s60dnv齿宽 1.dtb实际载荷系数 KH HVAHK其中, —使用系数,取 ;A—动载系数,取 ;v 1.05v—齿间载荷分配系数,取 ;H .2H—齿向载荷分布系数,取 ;K 31所以, .64HAVK按实际载荷系数算得分度圆的直径 3311.4.7.58tHtdm相应的齿轮模数2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)131/37.58/241.6mdZm(3)按齿根弯曲疲劳强度设计(3.10)12[]FtFaStdYKT①试选 1.3FtK②计算弯曲疲劳强度重合度系数 0.750.75.2.2.681Y③计算 FasY齿形系数 12.65,.3aFa应力修正系数 8176ssY小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 10FlimMP2,80FlimPa弯曲疲劳寿命系数 .5.9,NNK取弯曲疲劳安全系数 ,则4S1li.3.574F M2lim08261.N Pa[]FaSY20.5F因为大齿轮的 大于小齿轮,所以取FaS20.15[][]aSFaSY试算模数 34312 221.0.6850.12.986[]FtFaStdYKTm mZ搅拌机的结构设计14调整齿轮模数圆周速度 110.986243.dmzm0=19/s6nv齿宽 1.db*225862.tahc宽高比 /3.6/190.bh实际载荷系数 FKFAVFK其中,—动载系数,取 1.08;V—齿间载荷分配系数,取 1.2;F—齿向载荷分配系数,取 1.34。K所以, 1.736FAVFK实际载荷系数算得的齿轮模数 331.0.98.08tFmm取模数 ,分度圆的直径 ,小齿轮的齿数为1.517.5d,取 ,大齿轮的齿数 , 互为质数。120Z26Z23Z1,2齿轮几何尺寸和安装尺寸计算分度圆直径 1239,4.dm中心距 1296.75dam齿轮宽 13db2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)15考虑到在安装过程中误差不能避免,为了达到齿轮宽度不变的设计要求和节省材料的目的 [2],小齿轮稍微加宽 5~10mm,且大齿轮的齿宽和齿宽设计一致,即 b1=44~49mm,取 b1=45mm,且大齿轮的齿宽与设计齿宽一致,即 b2=39mm。小齿轮的分度圆直径不大,宜选用齿轮轴式结构,大齿轮选用腹板式结构。图 3.3 齿轮轴的结构图图 3.4 腹板式齿轮结构图3.2.4 轴的设计轴的直径(3.11)33 0950.2TPdAn搅拌机的结构设计16的值与轴的材料有关,可查表得知。0A考虑到小皮带轮的宽度大于电机延伸轴的长度,所以我们需要设计一个轴在这里,45 号钢材料(调质), 的取值范围在 103~126,本次设计取 115,则小0A带轮轴的最小直径 33min0951.56m.2[]TPdn当轴段上开有键槽时,轴的直径应增加以考虑到键槽对轴的强度的削弱。对于直径小于 100 的轴,开一个键槽时,轴径增大 5%~7%,即 11.09~11.30mm,设计时,将轴的最小直径定为 24mm。大齿轮所用的轴,即是上述齿轮轴。所用材料 45 号钢(调质), 0126A传递功率 52.09.81.7PkW转速 8467r/min3ni所以齿轮轴的最小直径 309515.m.2[]minTPdA截面开有一个键槽,最小轴径增大 7%, 。(7%)6.38minid3.3 摆动系统的结构设计摆动系统是用于实现搅拌容器摆动的结构。当混合搅拌运动后,打开容器搅拌下面的出料口,物料流出。但是由于搅拌桨叶与容器壁之间间隙较小,加之物料在搅拌过程中受来自各方向的力,故而会使物料表观上呈现部分块状,不易掉落吸附于容器壁内,所以就需要使搅拌容器摆动结构振动,使物料落下。3.3.1 基本结构与选材综合考虑采用带轮斜齿轮凸轮机构,传动比为 ,其中带轮传动的52.4i传动比较大,可使用多楔带,带轮材料 HT150,斜齿轮多承受冲击载荷,故而采用硬度较大的材料,使用 40Cr(调质)。2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)173.3.2 带轮,齿轮和凸轮的设计1.带轮的计算电机的输入功率为 ,取工况系数 ,则计算功率3kW1.AK3kdP选取多楔带的型号为 ,小带轮的有效直径Lmin75ed取 ,,查表得有效线差 ,180mede大轮的有效直径 21()2369eeedi带速 11.05/s/6060pnnv所以,带速符合要求初定中心距 12012.7()()eedad34m89初定中心距 05a带的有效长度 210120()2()4.meeedLa取 。15em实际中心距 00364.2eLa小带轮包角 11857120ed所以包角符合设计要求。每段楔带上传递的基本额定功率 ,功率增量 ,10.43kWP1.7kP包角修正系数 ,带长修正系数 ,0.6K8LK多楔带的楔数搅拌机的结构设计1817.358()dLPZK有效圆周力 30.169kNdtFv带的紧边拉力 1 .2().().73tK—带与带轮的楔合系数K带的松边拉力 210.53kNtF作用在轴上的拉力 112()sin.8带轮的机构设计小带轮轴径 38md1(.~)68.47md,取1520L 130大带轮采用轮辐式机构,轮辐数目 。轮辐宽度 33.29082.1504aPhnZ轴径定为 5dm,取2(1.8~)9md,取253.78L602015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)19图 3.5 楔带轮结构2.斜齿轮的计算斜齿轮的传动比 2.4u输入功率 230.95=28kWP带 带 带小齿轮的转速 187/minnri转动要求平稳,工作寿命 10 年,年工作 300 天,每天工作 6 小时,7 级精度。小齿轮材料选用 40Cr(调质),硬度 280HBS,大齿轮则是 45 钢(调质),硬度 250HBS。初选小齿轮齿数 ,则大齿轮齿数 。初选螺旋143Z2104Zu角 ,压力角1420(1)按照齿面接触疲劳强度设计(3.12)3 211HtHEtdKTu1)确定公式中的各参数值①试选载荷系数 ,材料的弹性影响系数;.Ht1/289.EZMPa②区域系数 ,齿宽系数243Z1d③小齿轮传递的转矩 66 419.50/9.502.8/5.60TPnNm④接触疲劳强度用重合度系数 ;Ztacosartncos12.5tr搅拌机的结构设计20*111arcos/2cos430.56/431s426.8t tanzzh  *22arcos/co104cs.56/1042cs143.9t tanzzh  1122tant(tat/2.8n.3an.9tan20.56/.5zz   1ta/43ta1/.4dz495.41.3 95Z⑤接触疲劳许用应力 []大齿轮和小齿轮的接触疲劳极限分别为 lim1lim260,0HHMPaPa应力循环次数 81826050(3).41.1hNnjLu查表得接触疲劳寿命系数, 2.9,.5HNHNK取失效概率为 ,安全系数 ;%S1lim2li206[] pa1.=52MPHNs取 和 中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力 [2],即1[]H2a⑥螺旋角系数 Zcos0.9852)试算小齿轮分度圆直径2015 届巢湖学院本科毕业论文(设计)2133 211 242.690.1.4389.105.98225.7HtHEtdKTuZm3)调整小齿轮分度圆直径圆周速度 1.64m/s60tdnv齿宽 153.97dtb实际载荷系数 HKHAVHK其中,—使用系数,取 1.0;A—动载系数,取 1.05;V—齿间载荷分配系数,取 1.2;HK—齿向载荷分配系数,取 1.42。所以, 1.789HAVHK按实际载荷系数算得的分度圆直径 331 .5.960.3ttdm及相应的齿轮模数 11cos/60.cos14/.5nmz(2)按齿根弯曲疲劳强度设计试算齿轮模数(3.13)2312s[]Ft FaStdYKTZ1)确定公式中各参数值①试选载荷系数 .Ft搅拌机的结构设计22②计算弯曲疲劳强度的重合系数 Y1arctnosarctn14cos20.5613.40b22/.95/3.7vb0.707.56.vY③计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数 Y1413.0.622④计算 FaS
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