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無軸攪拌機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 無軸式攪拌機(jī)研究發(fā)展現(xiàn)狀
改革開放35年以來，中國混凝土攪拌機(jī)市場從無到有、從小到大。目前，我國年產(chǎn)水泥混凝土約為15億，攪拌機(jī)的年產(chǎn)量也居世界前列。相比較而言，我國具有的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)也很少。但隨著商品混凝土的大力推廣、工程建設(shè)施工的高效率化、高質(zhì)量化和高效益化，推動(dòng)了混凝土攪拌設(shè)備向高效率、高質(zhì)量的方向不斷發(fā)展，一些傳統(tǒng)設(shè)備己經(jīng)無法滿足施工要求。
在現(xiàn)有的攪拌機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)新型攪拌設(shè)備的研究和開發(fā)，提高混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)水平，同時(shí)帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造一個(gè)良好的生產(chǎn)空間；對(duì)高效混凝土攪拌機(jī)的開發(fā)，推動(dòng)攪拌及機(jī)事業(yè)性能的快速發(fā)展，生產(chǎn)出適應(yīng)市場要求、具有高可靠性和較強(qiáng)競爭力的攪拌機(jī)。依據(jù)新的攪拌原理，采用理論探討和試驗(yàn)分析相結(jié)合的辦法，能方便解決大型雙臥軸攪拌機(jī)存在的低效率問題，如果生產(chǎn)工業(yè)化成功應(yīng)用，一定為研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效攪拌機(jī)做出重大貢獻(xiàn)。
長期以來，國內(nèi)外攪拌設(shè)備雖然種類很多，但他們的共同特點(diǎn)：有一根軸貫穿整個(gè)攪拌空間?！半p螺旋軸攪拌機(jī)”是一種新型的“無軸”攪拌機(jī)，它具有雙倍的徑向進(jìn)給料流，雙倍的軸向進(jìn)給料流，雙倍的剪切力，使攪拌效率達(dá)到普通攪拌機(jī)的兩倍，能耗更小。“雙螺旋軸攪拌機(jī)”無水平的主軸，不會(huì)產(chǎn)生混凝土黏合中心軸并產(chǎn)生結(jié)塊形成抱軸的現(xiàn)象，更適合于加工粘性強(qiáng)和添加有纖維的混凝土材料。
20世紀(jì)70年代未至80年代初，我國為了適應(yīng)建筑業(yè)有關(guān)方面混凝土發(fā)展的需要，在引進(jìn)國外攪拌機(jī)的基礎(chǔ)上，研制出了10多種混凝土攪拌樓（站）。經(jīng)過引進(jìn)研究、自主開發(fā)生產(chǎn)等幾個(gè)階段，到本世紀(jì)初，我國攪拌機(jī)技術(shù)得到更大的發(fā)展，在產(chǎn)品型號(hào)和生產(chǎn)數(shù)量上，都達(dá)到了一定規(guī)模，出現(xiàn)了一批更具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，并開始形成了一個(gè)具有一定規(guī)模和競爭能力的產(chǎn)業(yè)。2006年，我國生產(chǎn)裝機(jī)容量0.5～6的攪拌站2100多臺(tái)，已成為攪拌設(shè)備的研究和生產(chǎn)大國。
自上世紀(jì)八十年代初已經(jīng)開始研制JS系列雙臥軸混凝土攪拌機(jī)，一直到現(xiàn)在，已研制出從JS35～JS6000系列攪拌機(jī)，一直處于國際領(lǐng)先水平，尤其從2000年開始采用UG等三維軟件，對(duì)攪拌機(jī)研究進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)攪拌設(shè)備進(jìn)行了動(dòng)力分析和受力分析，大大提高產(chǎn)品的可靠性，達(dá)到國際先進(jìn)水平。這些攪拌機(jī)的研制，基本滿足了我國混凝土發(fā)展的需求，但隨著主機(jī)市場的不斷發(fā)展，新型主機(jī)的需求越來越多。無軸式攪拌機(jī)在國外也處在研究發(fā)展階段。
1.2攪拌機(jī)的各種類型及特點(diǎn)
目前使用的攪拌機(jī)就其原理而言，其基本上可分為自落式和強(qiáng)制式兩大類。
自落式攪拌機(jī)有較長的歷史，早在20世紀(jì)初，混凝土攪拌設(shè)備開始不斷出現(xiàn)。50年代后，人們研發(fā)出反轉(zhuǎn)出料式和傾翻出料式的雙錐形攪拌機(jī)，同時(shí)，其他一些攪拌機(jī)，如裂筒式攪拌機(jī)等相繼問世。運(yùn)作時(shí)，拌筒繞著水平軸線旋轉(zhuǎn)，加入攪拌筒內(nèi)的物料，葉片將物料提升至一定高度，然后借助自重下落，這樣不斷的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到攪拌的理想效果。自落式混凝土攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，一般以攪拌塑性混凝土為主。但自落式攪拌機(jī)已不符合國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，屬于淘汰產(chǎn)品，所以本文不作研究。
強(qiáng)制式攪拌機(jī)從20世紀(jì)50年代初興起后，得到了迅速的發(fā)展和生產(chǎn)推廣。最先出現(xiàn)的是圓盤立軸式強(qiáng)制混凝土攪拌機(jī)。這種攪拌機(jī)分為渦槳式和行星式兩種。19世紀(jì)70年代后，隨著輕骨料的出現(xiàn)，研制出了圓槽臥軸式強(qiáng)制攪拌機(jī)。
實(shí)踐證明，在上述混凝土攪拌設(shè)備的攪拌主機(jī)在工作中經(jīng)常出現(xiàn)混凝土 “抱軸”現(xiàn)象。如果不及時(shí)停機(jī)清除，“抱軸”的混凝土?xí)絹碓蕉?，將?huì)引發(fā)攪拌機(jī)電機(jī)因過載而堵轉(zhuǎn)，造成電機(jī)燒毀。
1.3無軸式攪拌機(jī)特點(diǎn)
無軸式攪拌機(jī)與以上所述的各種臥軸式攪拌機(jī)相比有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
（1）解決了攪拌機(jī)運(yùn)作中普遍存在的抱軸現(xiàn)象；
（2）減小了因攪拌臂的重量產(chǎn)生的大量彎矩；
（3）解決了因攪拌臂的安裝而產(chǎn)生的偏心力，緩解了對(duì)軸端的沖擊；
（4）攪拌機(jī)上安裝攪的拌臂和連接套數(shù)量大，占用攪拌筒的空間大，減少了筒內(nèi)的有效容積，無軸攪拌機(jī)攪拌裝置結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思靈活，有效提高了攪拌筒的攪拌容積；
（5）無軸式攪拌機(jī)不需攪拌臂的更換，維修也方便，大大降低了工人的工作量；
（6）減少了由于抱軸引起的沖洗次數(shù)，節(jié)約用水量，同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)境的污染，成本得到降低；
1.4 攪拌機(jī)的分析及設(shè)計(jì)任務(wù)
1.4.1 攪拌機(jī)常見問題的原因分析
實(shí)際工作中，攪拌機(jī)的攪拌主體在工作中經(jīng)常出現(xiàn)混凝土“抱軸”現(xiàn)象。如果不及時(shí)停機(jī)清除，“抱軸”的混凝土?xí)絹碓蕉啵瑢?huì)引起電機(jī)過載而發(fā)生堵轉(zhuǎn)，造成電機(jī)燒毀或產(chǎn)生破壞。
經(jīng)過調(diào)查和研究，普遍贊同攪拌機(jī) “抱軸”產(chǎn)生的原因是可以避免的，原因可以分為兩大類：設(shè)計(jì)不當(dāng)和使用不規(guī)范。表現(xiàn)形式如下：
(1) 投料設(shè)備設(shè)計(jì)的不合理。比如物料和進(jìn)水口位置及方向設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致軸上堆積大量物料，粘結(jié)在軸上的物料卡住轉(zhuǎn)軸；
(2)進(jìn)水口方向和沖洗方向不得當(dāng)，另外沖水壓力過低也是原因之一。沖洗攪拌筒時(shí)，攪拌器上粘著的大量物料清理不掉；
(3) 攪拌筒的容積存在不合理利用率，容積利用率太小，攪拌時(shí)，攪拌軸在混凝土上面，粘附在上面的物料得不到攪拌，從而慢慢凝固，阻礙軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；
（4）操作人員在設(shè)備攪拌卸料后，沒有及時(shí)清理攪拌罐，同時(shí)攪拌軸上殘留的混凝土發(fā)生凝固，攪拌軸的表面上殘留粗糙不平的物料，干燥后凝固在軸上，以后就會(huì)越聚越多影響攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
1.4.2 無軸攪拌的理念
圖1.1“無軸”攪拌機(jī)葉片形式
長期以來，國內(nèi)外攪拌機(jī)雖難種類繁多，但他們的共同特點(diǎn)就是有一跟軸貫穿整個(gè)攪拌空間。
“雙螺旋軸攪拌機(jī)”是一種新型的“無軸”攪拌機(jī)，其葉片形狀如圖1.1所示。它具有雙倍的徑向物料流，雙倍的軸向物料流，雙倍的剪切力，使攪拌效率是普通攪拌機(jī)兩倍多，能耗更小?！半p螺旋軸攪拌機(jī)”無水平的主軸，不會(huì)產(chǎn)生混凝土骨料黏合中心軸上結(jié)塊形成抱軸現(xiàn)象，利于加工粘性較強(qiáng)和添加有纖維的特種混凝土材料。無攪拌臂的阻礙，使其空間更大。
但是僅對(duì)其攪拌部分進(jìn)行的改進(jìn)還是不能達(dá)到真正的提高效率、節(jié)約能源的效果，所以這次我們?cè)趯?duì)一些公司、工廠進(jìn)行調(diào)研后，對(duì)其傳動(dòng)部件進(jìn)行深入研究確定了最初方案，對(duì)機(jī)器進(jìn)行改良，并達(dá)到理想效果。
1.4.3 基本設(shè)計(jì)任務(wù)
畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)主要有：
1、擬定傳動(dòng)方案；
2、對(duì)減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；
3、繪制攪拌機(jī)裝配部件裝配總圖一份和組要零件圖六份；
4、按指定格式和要求撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
1.4.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)能達(dá)到以下目的：
（1）鞏固、熟悉并綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)；
（2）培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；
（3）熟悉進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟和常見問題，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般技巧；
（4）學(xué)會(huì)查閱運(yùn)用技術(shù)資料；初步掌握對(duì)專業(yè)范圍內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)問題進(jìn)行研究的能力。
1.5 課題研究背景及意義
1.5.1 課題研究背景
隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，同時(shí)國家加快城市建設(shè)、場所設(shè)施建設(shè)、高鐵事業(yè)等全面展開，并伴隨著一大批國家建設(shè)項(xiàng)目的啟動(dòng)，國內(nèi)對(duì)無軸攪拌機(jī)的需求量越來越多。這為無軸攪拌行業(yè)提高了發(fā)展的進(jìn)程。商品混凝土的大力推廣和工程建設(shè)施工的高效益化、高質(zhì)量化、高效率化，從實(shí)際上推動(dòng)了無軸攪質(zhì)量，此外，攪拌設(shè)備的使用性能和研發(fā)方面得到迅速提高和發(fā)展。同時(shí)，從市場需求看，隨著高速公路建設(shè)的普及和高速鐵路建設(shè)的啟動(dòng)，施工質(zhì)量被用戶要求的越來越高，一些傳統(tǒng)攪拌設(shè)備已無法滿足越來越高的施工要求。
1.5.2 課題研究意義
本課題通過理論分析，針對(duì)無軸攪拌機(jī)主要參數(shù)進(jìn)行理論分析；確定攪拌機(jī)主要參數(shù)，完成課題研究內(nèi)容，為無軸攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。重點(diǎn)需要解決的問題是攪拌機(jī)中螺旋葉片的設(shè)計(jì)。利用SOLIDWORK完成各部分設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上完成二維工程圖的設(shè)計(jì)。要求圖樣繪制及標(biāo)識(shí)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。圖面布局和比例合理、圖線清晰、表達(dá)正確。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，希望對(duì)自己未來的事業(yè)和工作有所幫助，并提高自己各方面的能力，為以后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于本人水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)過程當(dāng)中存在許多不足之處，希望各位老師給予指教，一定虛心改正以期有更大的提高，在此致謝！
2 傳動(dòng)方案及電動(dòng)機(jī)的選擇
2.1 傳動(dòng)方案的選擇
機(jī)器通常是由原電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)和工作機(jī)三部分所組成。
傳動(dòng)系統(tǒng)是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和 動(dòng)力進(jìn)行傳遞與分配的作用，可見，傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)器的重要組成部分。傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量與成本在整臺(tái)機(jī)器中占有很大比重。因此，在機(jī)器中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)整部機(jī)器的性能、成本以及整體尺寸的影響都是很大的。所以合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)計(jì)工作地一重要組成部分。
圖2.1 傳動(dòng)方案圖
方案（b）
方案（c）
方案（a）
合理的傳動(dòng)方案首先應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求，其次是滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)方便、工藝性和經(jīng)濟(jì)性好等要求。很顯然，要同時(shí)滿足這些要求肯定比較困難的，因此，要通過分析和比較多種傳動(dòng)方案，選擇其中最能滿足眾多要求的合理傳動(dòng)方案，作為最終確定的傳動(dòng)方案。
為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下三種傳動(dòng)方案，分別如圖2.1所示。下面進(jìn)行分析和比較：
在圖2.1方案（a）中采用兩級(jí)圓錐—圓柱齒輪減速器，這種方案結(jié)構(gòu)尺寸小、傳動(dòng)效率高，適合于較差環(huán)境下長期工作；方案（b）采用V帶輪傳動(dòng)和一級(jí)閉式齒輪傳動(dòng)，這種方案外廓尺寸較大，有減震和過載保護(hù)作用，V帶傳動(dòng)部適合惡劣的工作環(huán)境；方案（c）采用一級(jí)閉式齒輪傳動(dòng)和一級(jí)開式齒輪傳動(dòng)，成本較低，但使用壽命較短，也不適合于較差的工作環(huán)境。以上三種方案雖然都能滿足攪拌機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，但結(jié)構(gòu)尺寸，性能指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性能等方面均有較大差異。結(jié)合攪拌機(jī)的各種性能要求及工作環(huán)境，最后確認(rèn)（b）方案為最終方案。
2.2 電動(dòng)機(jī)選擇
Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于其有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用最廣，本傳動(dòng)方案的點(diǎn)擊也選用Y系列電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響，電動(dòng)機(jī)功率的確定組要與其載荷大小、工作時(shí)間長短、發(fā)熱多少有關(guān)，對(duì)于長期連續(xù)工作，載荷較穩(wěn)定的機(jī)械，根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需的功率Pd來選擇，而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)力矩。選擇時(shí)應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的額定功率稍大于電動(dòng)機(jī)所需功率。
由廠方提供的數(shù)據(jù)和查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇電動(dòng)機(jī)為Y200L-8攪拌軸轉(zhuǎn)速50r/min
Y200L-8型電動(dòng)機(jī)有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及相應(yīng)總傳動(dòng)比如下表2.1：
表2.1 電機(jī)技術(shù)參數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率（kw）
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
總傳動(dòng)比
Y200L-8
15
750
730
14.6
Y200L-8型電動(dòng)機(jī)：中心高：H=200mm
軸伸出部分用于裝帶輪軸段的直徑和長度為：D=55mm E=110mm
鍵槽尺寸: 寬度F=16mm：深度l=6mm
3 傳動(dòng)比的計(jì)算與分配
3.1 計(jì)算總傳動(dòng)比
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)所需轉(zhuǎn)速，按下式計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比：
（3.1）
另一方面：由機(jī)械設(shè)計(jì)課程可知，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比應(yīng)等于各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積 即：
（3.2）
3.2 傳動(dòng)比的分配
在設(shè)計(jì)多級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，分配傳動(dòng)比是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。傳動(dòng)比分配得不合理，會(huì)造成結(jié)構(gòu)尺寸大，相互不協(xié)調(diào)，成本高，制造和安裝不方便等。為此，根據(jù)機(jī)械手冊(cè)中的推薦值，選取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比， 故錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比：
（3.3）
4 傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
從電機(jī)到工作軸間共有一幅帶輪，兩根軸，分別為軸，軸。
4.1 各級(jí)轉(zhuǎn)速
令小帶輪的轉(zhuǎn)速為，軸的轉(zhuǎn)速為，軸的轉(zhuǎn)速為。
（4.1）
式中：——電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速（r/min）
——電機(jī)軸至小帶輪的傳動(dòng)比 =1
4.2 各級(jí)的輸入功率
令小帶輪的輸入功率為，軸的輸入功率為，軸的輸入功率為
（4.2）
式中：——電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出功率
——電動(dòng)機(jī)軸與小帶輪間的傳動(dòng)效率。=1
——V帶傳動(dòng)效率 =0.95
=150.95=14.25kw
（4.3）
其中：
式中：——滾動(dòng)軸承傳遞效率 =0.98
——錐齒輪傳動(dòng)的效率 =0.97 （7級(jí)精度）
4.3 各級(jí)轉(zhuǎn)矩
（4.4）
式中：——電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩：
同理可得：
5 V帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
帶傳動(dòng)的主要失效形式為打滑和疲勞破壞。因此，帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：在保證帶輪傳動(dòng)不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。
5.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)內(nèi)容
5.2.1 原始數(shù)據(jù)：
傳遞的功率P=15kw，轉(zhuǎn)速：
5.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容：
確定帶的截型、長度、根數(shù)、傳動(dòng)中心距、帶輪基準(zhǔn)直徑及結(jié)構(gòu)尺寸等。
5.3 設(shè)計(jì)步驟和方法
5.3.1 確定計(jì)算功率
計(jì)算功率是根據(jù)傳遞的功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的，即：
（5.1）
式中： ——計(jì)算功率，單位為kw
P——傳遞的額定功率，單位為kw
——工作情況系數(shù)
由《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（以下簡稱《手冊(cè)》）表7-30查得=1.1
5.3.2 選擇帶型
根據(jù)和小帶輪轉(zhuǎn)速，由《手冊(cè)》圖7-4，選擇帶型為：普通V帶B型。
5.3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和
1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)V帶截型，參考《手冊(cè)》表7-28，表7-22選取。為了提高V帶的壽命，宜選取較大的直徑，?。?
2）驗(yàn)算帶輪的速度
根據(jù)公式： 來計(jì)算帶的速度，并應(yīng)使，對(duì)于普通V帶輪
經(jīng)計(jì)算得，，故選取合適。
3）計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑
（5.2）
并按V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表7-22，取
5.3.4 確定中心距和帶輪的基準(zhǔn)長度
由于中心距未給出，所以根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初定中心距，?。?
（5.3）
計(jì)算得：
根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取
根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需要的帶輪的基準(zhǔn)長度
（5.4）
根據(jù)，由《手冊(cè)》表7-18，查取
由于V帶傳動(dòng)的中心距一般式可以調(diào)整的，故可采用下式作近似計(jì)算，取實(shí)際中心距a:
（5.5）
考慮到安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力（如帶的伸長而松弛后的張緊）的需要，中心距的變動(dòng)范圍為：
（5.6）
（5.7）
5.3.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
根據(jù)對(duì)包角的要求，應(yīng)保證：
（5.8）
所以：符合要求。
5.3.6 單根V帶傳遞的額定功率
根據(jù)帶型、和，查《手冊(cè)》表7-38得：
5.3.7 確定帶的根數(shù)Z
（5.9）
式中：
——考慮包角不同德影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)，查表7—27得：
——考慮帶的長度不同時(shí)的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)，查表7—31得：
——單根V帶的基本額定功率。
——計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根V帶額定功率的增量。
查表圓整取Z=5。
5.3.8 確定帶的預(yù)緊力
根據(jù)公式： （5.10）
其中：m——V帶單位長度質(zhì)量，查表7-33得：m=0.17
6 V帶輪設(shè)計(jì)
6.1 V帶輪的設(shè)計(jì)內(nèi)容
根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪轉(zhuǎn)速等已知條件，確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)形式、輪槽、輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求。
6.2 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面邀精細(xì)加工，以減少帶的摩損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，一使載荷分布較為均勻等。
6.3 帶輪材料的選擇及結(jié)構(gòu)形式
6.3.1 材料的選擇
選取大小帶輪的材料都為為HT200。
6.3.2 結(jié)構(gòu)形式
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為（d為安裝帶輪的軸的直徑）時(shí)，可采用實(shí)心式；當(dāng)時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)，同時(shí)時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)時(shí)，可采用輪輻式。
所以，本傳動(dòng)方案中的大帶輪選用輪輻式，小帶輪采用實(shí)心式進(jìn)行制造。具體結(jié)構(gòu)尺寸詳見零件圖。
6.4 V帶輪的輪槽
圖6.1 輪槽結(jié)構(gòu)尺寸圖
根據(jù)所選的帶型為普通V帶B型槽，輪槽的結(jié)構(gòu)圖如圖6.1所示。其具體的參數(shù)如表6.1所示：
表6.1 V帶輪的各種參數(shù)
基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬）
14
基準(zhǔn)線上槽深
3.5
基準(zhǔn)線下槽深
10.8
槽間距e
第一槽對(duì)稱面至端面的距離f
帶輪寬B
B=（z-1）e+2f=101mm
帶輪外徑
帶輪節(jié)圓直徑
140
630
中心距
859.9mm
帶的根數(shù)z
5
角度
6.5 V帶輪傳動(dòng)的張緊
V帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后，會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。為了保證帶傳動(dòng)正常工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛程度，采用相應(yīng)的補(bǔ)救措施。本帶輪的張緊裝置采用定期張緊，即：采用定期改變中心距地方法來調(diào)節(jié)帶的初拉力，使帶重新張緊。
7 錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
7.1 選定精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
7.1.1 齒輪精度等級(jí)的選擇
由于其負(fù)責(zé)將動(dòng)力輸入，并采用封閉式潤滑，故可選用7級(jí)精度。
7.1.2 材料選擇
選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機(jī)械的功率很小，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪音或無噪聲，以及能在少潤滑或無潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程朔料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時(shí)首先應(yīng)考慮的因素。另外也應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛胚成形方法及熱處理和制造工藝等其他常用原則。
經(jīng)分析對(duì)比，最終選小齒輪材料為20 Cr，小齒輪調(diào)質(zhì)后表面淬火處理55HRC，大齒輪選用45剛，表面淬火處理45HRC。
7.1.3 齒數(shù)選擇
選用小錐齒輪齒數(shù)為，故大錐齒輪齒數(shù)
7.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即：
（7.1）
7.2.1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)
2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
3）選齒寬系數(shù)：
4）《機(jī)械設(shè)計(jì)》書表10-6查取材料的彈性影響系數(shù)：
5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中圖10-21按齒面硬度查得：
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度
6）由書《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式 （7.2）
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，其中，使用壽命為10Y，一天工作12小時(shí)，一年按工作300天，檢修期為3年。
7)由書《機(jī)械設(shè)計(jì)》中圖10-19查得：
8）計(jì)算許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù) S=1，有公式
（7.3）
7.2.2 計(jì)算
1）計(jì)算小齒輪代入中較小的值
2）計(jì)算：
（7.4）
3）計(jì)算齒寬：b
（7.5）
4）計(jì)算 b/h
模數(shù)： （7.6）
齒高： （7.7）
（7.8）
5）計(jì)算K：
根據(jù)V=0.95m/s、七級(jí)精度，查《機(jī)械設(shè)計(jì) 》書中圖10-8得，動(dòng)載荷系數(shù)；同樣在表10-3查得：；由表10-2查得。齒向載荷分布系數(shù)： 由表10-9查得：
故得：
故得出： （7.9）
6)校正分度圓直徑，公式 ：
（7.10）
7）計(jì)算模數(shù)： （7.11）
7.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式為：
（7.12）
7.3.1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（以下圖表均由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中查得）
1）由圖10-20查得：
小齒輪
大齒輪
2）由圖10-18查得：
3）計(jì)算許用應(yīng)力：
4）計(jì)算K：
5）查?。?
由表10-5查得：
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)：
由表10-5查得：
7）計(jì)算大小齒輪的
（7.12）
顯然大齒輪數(shù)值大。
小齒輪齒數(shù)計(jì)算：
（7.13）
大齒輪齒數(shù)：
經(jīng)上述設(shè)計(jì)，即滿足了接觸疲勞強(qiáng)度，同時(shí)也符合齒根疲勞強(qiáng)度并做到結(jié)構(gòu)經(jīng)湊，避免浪費(fèi)。
7.4 幾何尺寸計(jì)算
7.4.1 計(jì)算分度圓直徑
（7.14）
7.4.2 錐距
（7.15）
7.4.3 計(jì)算齒輪寬度
（7.15）
7.4.4錐齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
經(jīng)計(jì)算、分析對(duì)比，小錐齒輪設(shè)計(jì)為齒輪軸形式，大錐齒輪設(shè)計(jì)為腹板式。
參數(shù)： m=3.75 i=3.2
8 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難度。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。
下面根據(jù)上述原則對(duì)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
8.1 I軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（錐齒輪軸）
8.1.1 材料
由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的圖表查得，選用40，調(diào)質(zhì)處理，HBS=241~286。， ，
8.1.2 初定軸的最小直徑
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中表15-3，取=110 于是得：
（9.1）
I軸的最小直徑顯然是安裝大帶輪的直徑。
現(xiàn)取。
8.1.3 根據(jù)軸定位的要求確定軸的各段直徑和長度
現(xiàn)根據(jù)具體要求確定軸的各段直徑和長度如下圖9.1所示：
圖9.1 小錐齒輪圖
8.1.4 小錐齒輪的受力分析
圓周力： （9.2）
徑向力： （9.3）
軸向力： （9.4）
法向載荷： （9.5）
8.1.5 鍵的校核
選用A型普通鍵，軸鍵、輪轂的材料都用20剛。
取L=80mm （9.6）
（9.7）
式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩；
K——鍵與輪轂、鍵槽的接觸高度 K=0.5h=7
l——鍵的工作長度：l=L-b=58mm；
d——軸的直徑；
8.1.6 I軸軸承的校核（30212）
查手冊(cè)有：C=102000N； ； Y=1.5； e=0.4；
圖9.2 軸的受力圖
（1）求軸承的載荷（如上圖9.2）
已知：
故得徑向載荷：
軸向力：
與同向且
所以指向軸承1.即軸承1為緊端，軸承2為松端。
故有：
（2）求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中表13-6查得：
（3）求軸承的壽命
（9.8）
故所選軸承可用。
8.1.7 軸上載荷的計(jì)算
圖9.3 軸的受力及彎扭圖
由圖9.3彎矩和扭矩圖可以看出截面B是軸的危險(xiǎn)面，將計(jì)算出的截面B處的、及M列如下表9.2：
表9.2 截面B處的彎矩表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩
8.1.8 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
（9.9）
式中：W——軸的抗彎截面系數(shù)：
——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的軸的許用應(yīng)力：MPa
——軸的計(jì)算應(yīng)力：Mpa
——軸所受彎矩：
——軸所受的扭矩：
有相關(guān)資料查得：
；；。
所以
所以所設(shè)計(jì)的軸符合強(qiáng)度要求。
8.2 II軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
8.2.1 材料
選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，HBS=217~255；；
8.2.2 初定最小直徑
取
（9.10）
II軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器的直徑
8.2.3 聯(lián)軸器的選擇
計(jì)算轉(zhuǎn)矩: （9.11）
查表14-1得
選取聯(lián)軸器型號(hào)：
8.2.4 根據(jù)軸的定位要求，確定各段直徑和長度
現(xiàn)根據(jù)具體要求確定軸的各段直徑和長度如下圖9.4所示：
圖9.4 軸的尺寸圖
8.2.5 大錐齒輪軸的受力分析
圓周力：
徑向力：
軸向力：
8.2.6 鍵的校核
材料均選用20鋼
II—1鍵的型號(hào)： GB/T1096
II—2鍵的型號(hào)： GB/T1096
校核公式：
（9.12）
其中：； ； ；
； ； ；
故鍵II—1能用；
故鍵II—2能用；
8.2.7 軸承的校核（32218）
已知： C=270000N；；Y=1.4；e=0.42
；
圖9.5 軸承的受力分析圖
（1）軸承的徑向力：
軸向力：
由于與同向且
所以指向軸承2，即軸承1為松端，軸承2為緊端。
故有：
（2）求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中表13-6查得：
（3）求軸承的壽命
故 所選軸承可用。
8.2.8 軸上載荷的計(jì)算
圖9.6 軸的受力及彎矩圖
由圖9.6彎矩圖和扭矩圖看出，截面B為軸的危險(xiǎn)截面，將計(jì)算出的截面B處的、及M列如下表9.3：
表9.3 截面B處彎矩表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩
8.2.9 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
（9.13）
式中： W——軸的抗彎截面系數(shù)；
——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的軸的許用應(yīng)力；MPa
——軸的計(jì)算應(yīng)力；Mpa
——軸所受彎矩；
——軸所受的扭矩；
有相關(guān)資料查得：
；；。
所以
所以所設(shè)計(jì)的軸符合強(qiáng)度要求。
9 結(jié)論與展望
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，集中、綜合從不同的知識(shí)方位對(duì)以前所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次大的回顧和訓(xùn)練，是一次四年積累的厚積薄發(fā)、一一展示，對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作將起到積極而有深遠(yuǎn)的影響。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為無軸攪拌機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)。首先對(duì)傳統(tǒng)的幾種常見的攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、總結(jié)其工作原理及其存在的常見問題。了解目前對(duì)其存在的問題的常用解決方案。熟悉“無軸”攪拌理念，掌握無軸攪拌機(jī)的工作原理，然后將其與傳統(tǒng)的攪拌機(jī)進(jìn)行比較，分析其主要優(yōu)點(diǎn)及可能存在的問題以及解決方案。通過分析我們知道了，目前市場使用的攪拌機(jī)都存在著“包軸”的現(xiàn)象，雖然也出現(xiàn)如論文前所述的各種解決方案，但由于其都有一根貫穿整個(gè)攪拌部件的軸存在，所以無論如何改進(jìn)也無法完全消除“包軸”現(xiàn)象。而新型開發(fā)的無軸攪拌機(jī)正是彌補(bǔ)了這一缺陷。真正做到了無“包軸”現(xiàn)象。
其次，這次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)其傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，在設(shè)計(jì)過程中，在查閱資料的同時(shí)，運(yùn)用以前所學(xué)知識(shí)，對(duì)傳動(dòng)方案進(jìn)行了不同方案的比較，從中選定了最優(yōu)的工藝方案，其中也不乏對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，這時(shí)才感覺到傳動(dòng)方案的選擇在機(jī)械傳動(dòng)中的重要性，它可以最大限度上節(jié)省生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，在競爭中處于有利地位、立于不敗之地。所以要振興我國的機(jī)械制造業(yè)，必須從最基礎(chǔ)的東西做起，從機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)最大程度地減少成本。我采用的是帶輪加錐齒輪的減速機(jī)構(gòu)，即利用了帶輪的傳動(dòng)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)、大傳動(dòng)比，又利用了錐齒輪傳動(dòng)可改變傳動(dòng)方向的優(yōu)點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)計(jì)算達(dá)到了即提高工作效率又能有效地節(jié)約能源的目的。
無軸攪拌機(jī)是一種新生產(chǎn)品，故必存在了其產(chǎn)品不成熟的一面，要想真正做到利國利民，在激烈的市場競爭中立于不敗，就必須對(duì)其各個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，本論文只是對(duì)其中的傳動(dòng)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)改良，在今后的研究中還應(yīng)注重其它方面的改進(jìn)。
總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從各個(gè)方面培養(yǎng)了我獨(dú)立思考、獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的習(xí)慣和素養(yǎng)，這在以后的工作中將受益匪淺。
致 謝
本文是在韓邦華導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；在整個(gè)論文選題、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、計(jì)算，到學(xué)位論文撰寫，都是老師及時(shí)給予我建議，指出不足之處，幫助我更好地組織論文結(jié)構(gòu)，不斷充實(shí)論文的內(nèi)容鼓勵(lì)支持完成的。在此，我對(duì)導(dǎo)師付出的心血和汗水表示由衷的感謝！
在做論文期間，由于本人才疏學(xué)淺，加之此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊任務(wù)重，老師以及我們組的其他成員都積極、熱情的幫我，對(duì)我的工作、學(xué)習(xí)和生活給予了許多無私的關(guān)心與幫助，使我的論文得以順利完成，由于篇幅限制在此不再將他們一一列舉，但是我對(duì)他們無私慷慨的幫助表示深深的謝意！
謹(jǐn)以此文，向所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同事、同學(xué)、朋友和家人致以最誠摯的謝意！
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