S114型碾輪式混砂機(jī)的設(shè)計(jì)(混凝土)【含11張CAD圖紙、說明書】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
S114型碾輪式混砂機(jī)的設(shè)計(jì)(總裝及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì))
摘要：課題來源于大豐市春城鑄造機(jī)械廠。設(shè)計(jì)主要包括混砂機(jī)的傳動(dòng)部分，齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，軸的設(shè)計(jì)與校核，混砂機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析與計(jì)算。其中S114型碾輪式混砂機(jī)減速機(jī)采用圓錐+二級(jí)漸開線圓柱齒輪軟齒面減速方式，不僅滿足了混砂機(jī)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比大和承載能力高的要求，而且使減速機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于制造，安裝、調(diào)整要求低，運(yùn)行維護(hù)方便，可靠性更強(qiáng)等特點(diǎn)。在混砂機(jī)設(shè)計(jì)中，還采取了以下措施，以保證其技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性:（1）采用矮刮板，加強(qiáng)對(duì)型砂的混合攪拌作用，并降低其功率消耗；（2）加大卸砂門面積，縮短卸砂時(shí)間；（3）采用輝綠巖鑄石做底盤護(hù)板，增加其使用壽命，減少刮板磨損,改堆焊WC（碳化鎢）為直接焊接硬質(zhì)合金刀片,針對(duì)強(qiáng)度不足,在刮板反面焊上加強(qiáng)筋以增加其強(qiáng)度,經(jīng)改進(jìn)后,一副刮板可正常使用1年左右,刮砂干凈,結(jié)砂很少,負(fù)荷波動(dòng)小。因此,設(shè)計(jì)具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。?
關(guān)鍵詞：輾輪式混砂機(jī)；傳動(dòng)裝置；密封；潤滑；減速機(jī)
The Design of the S114 Roller Sand Mixer (the Design of the General Fitting and the Drive Gear)
Abstract: The subject stems from the machine-casting factory of Chuncheng of Dafeng City. The design mainly includes the drive system of the sand mixer, the gear, the design and check of the axle, the analyzing and calculation of the general fitting. The S114 type sand-mixture machine uses a 2-stage spiral gear box which not only satisfies to machine transmission and the requirement of bearing capacity, but also makes deceleration facility simple, economical, contributes to manufacture, makes requirement of installation and adjustment low, and makes reliability strong. In the machine design, the following measures have been adopted in order to guarantee technology advancement and economy reliability. Welded WC (tungsten carbide) is adopted instead of direct welding blade of hard alloy According to strength. The scraper reverse sides of welds are enforced in order to increase its strength. After improvement, a pair of scraper may be used for one year in common. It is clean to scrape sand, with few knot sand and little load fluctuation. So, the design will have better prospect of application and practical value.
Keywords： wheel rolling type sand mixer；transmission；sealing device；lubrication；Gearbox
目 錄
1 前言 1
2 總體方案論證 2
3 傳動(dòng)方案的論證 3
3.1 方案一、帶傳動(dòng) 3
3.1.1 帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn) 3
3.1.2 帶傳動(dòng)的缺點(diǎn) 3
3.2 方案二、齒輪傳動(dòng) 4
3.2.1 齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn) 4
3.2.2 齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn) 4
3.3 方案三、蝸桿傳動(dòng) 4
3.3.1 蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn) 4
3.3.2 蝸桿傳動(dòng)主要缺點(diǎn) 4
4 選用電動(dòng)機(jī) 6
5 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 7
5.1 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)簡圖 7
5.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 7
5.3 分配各級(jí)傳動(dòng)比 7
5.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 8
5.4.1 各軸轉(zhuǎn)數(shù) 8
5.4.2 各軸功率 8
5.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 8
5.5 將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理并列于下表 9
6 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 10
6.1 錐齒輪設(shè)計(jì)及計(jì)算項(xiàng)目 10
6.1.1 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 10
6.1.2 有關(guān)參數(shù)修正 11
6.1.3 彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 11
6.2 高速級(jí)直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 15
6.2.1 選擇齒輪材料 15
6.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 15
6.2.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 16
6.3 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 18
6.3.1 齒輪材料的選擇 18
6.3.2 確定公式中個(gè)參數(shù)值 18
6.3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 19
6.3.4 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 19
6.3.5 校核計(jì)算 20
6.3.6 計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 20
6.3.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 21
7 軸的設(shè)計(jì) 23
8 主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 24
9主要結(jié)構(gòu)及工作原理 25
9.1 機(jī)體 25
9.1.1 機(jī)盤 25
9.1.2 出砂門 25
9.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 25
9.2.1 電動(dòng)機(jī) 25
9.2.2 減速器 25
9.3 輾輪機(jī)構(gòu) 25
9.3.1 混輾機(jī)構(gòu) 25
9.3.2 輾輪 25
9.3.3 刮砂板 26
10 操作與使用 27
11 結(jié)論 28
參考資料 29
致 謝 30
31
1 前言
混砂機(jī)是鑄造車間手工或機(jī)械化造型線各類型(芯)砂混制的專用設(shè)備。亦可用于耐火材料、化工、玻璃、陶瓷等行業(yè)混合粉粒狀物料。目前世界上各國都致力研究和生產(chǎn)各種類型的高效率混砂機(jī)。即滿足以下三方面的要求：
a. 在混砂機(jī)盤徑一定時(shí)，能增加每次加料量。
b. 在保證型砂質(zhì)量的前提下，能縮短混砂周期，提高混砂機(jī)的生產(chǎn)率。
c. 每次加料量和生產(chǎn)率提高后，功率消耗應(yīng)適當(dāng)[1]。
我的課題來源于大豐市春城鑄造機(jī)械廠。為保證鑄造車間混制型砂及型砂、化工、輕工、建筑材料等行業(yè)中混制粉粒狀物料的要求，設(shè)計(jì)混砂機(jī)的傳動(dòng)部分，要求達(dá)到如下目的：（1）綜合運(yùn)用機(jī)械和電器知識(shí)；（2）齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)；（3）軸的設(shè)計(jì)與校核；（4）混砂機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析與計(jì)算。根據(jù)國內(nèi)制造水平，混砂機(jī)減速機(jī)多采用圓錐+二級(jí)漸開線圓柱齒輪軟齒面減速機(jī)，也有采用行星和擺線針輪行星減速機(jī)。目前，德國、美國、瑞士、日本等國家從S1110到S1130型混砂機(jī)減速機(jī)均采用圓錐+二級(jí)漸開線圓柱齒輪硬齒面減速機(jī)。這種減速機(jī)體積小，壽命長，可滿足混砂機(jī)傳動(dòng)裝置的要求，但存在以下問題：(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；(2)造價(jià)高；(3)難于制造，安裝、調(diào)試要求高；(4)由于減速機(jī)為立式，圓柱齒輪為水平放置，難于潤滑，必須配備潤滑系統(tǒng)，因此，運(yùn)行維護(hù)不便。輾輪式混砂機(jī)主要由輾壓機(jī)構(gòu)、刮板、傳動(dòng)裝置、輔助裝置等組成，其中傳動(dòng)裝置是混砂機(jī)的心臟，是其重要部份之一。傳動(dòng)裝置由電機(jī)、聯(lián)軸器和減速機(jī)組成，電機(jī)一般采用Y系列四級(jí)電機(jī)。而設(shè)計(jì)減速機(jī)時(shí)，必須充分考慮混砂機(jī)的工作條件，如砂處理工部灰塵多，減速機(jī)一般安裝在混砂機(jī)底盤下面，安裝位置小，維修困難大等。減速機(jī)設(shè)計(jì)是否合理，制造和安裝是否達(dá)到技術(shù)要求，對(duì)混砂機(jī)的使用效果關(guān)系極大。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足傳動(dòng)比及承載能力等要求外，要全面地考慮制造、安裝、使用和維修問題，力求做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理。
2 總體方案論證
減速機(jī)作為混砂機(jī)的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其性能的好壞直接影響混砂機(jī)的效率、混砂質(zhì)量及混砂機(jī)各項(xiàng)技術(shù)性能的發(fā)揮。
設(shè)計(jì)的參考方案有：
A．混砂機(jī)采用雙輾輪。雙碾輪混砂機(jī)具有輾壓、搓擦和攪拌作用，型砂質(zhì)量好；具有中等碾壓力、中等圓周線速度；每只碾輪的重量是一次加料量的0.4～0.8倍．寬碾輪，增加了單位時(shí)間輾壓和搓擦的面積(單位寬度面積上碾壓力也進(jìn)一步降低）；出砂門尺寸加大，快速卸砂；一般采用回轉(zhuǎn)霧化噴水裝置、彈簧加減壓機(jī)構(gòu)。減少了設(shè)備體積，提高了生產(chǎn)效率，具有噪聲低．使用壽命長．安裝簡便．維修方便等優(yōu)點(diǎn)[2]。
B．采用輾輪+中等速度的轉(zhuǎn)子。在輾輪混砂機(jī)的基礎(chǔ)上將其中的一個(gè)輾輪改為轉(zhuǎn)子，同時(shí)利用刮板和輾輪、刮板和高速旋轉(zhuǎn)的固定轉(zhuǎn)子的雙重作用，對(duì)物料進(jìn)行混合、剪切和搓擦作用，使型砂質(zhì)量進(jìn)一步提高，同時(shí)也有松散作用。但這種混砂機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造、維護(hù)都不如輾輪混砂機(jī)簡單[2]。
C．采用轉(zhuǎn)子混砂機(jī)。無輾輪，完全利用高速轉(zhuǎn)子強(qiáng)化撮擦，有松砂功能，高速、高效、高性能，以適應(yīng)各種高壓高速造行線的生產(chǎn)。轉(zhuǎn)子混砂機(jī)是依靠高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子及低速刮板的共同作用，將粘土高速剪切、撮擦并均勻涂覆在粒砂表面，其成膜速度比輾輪混砂機(jī)快1倍以上。適用于粘土砂的混制，尤其適用于潮模單一砂，也可用于普通水玻璃背砂的混制。但因其造價(jià)高，應(yīng)用受到一定的限制。
經(jīng)過和同學(xué)們的研討和老師的指導(dǎo)，再依據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則和適用的場合綜合考慮，決定采取第一種設(shè)計(jì)方案，即采用雙輾輪混砂機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)立式減速機(jī)構(gòu)。
3 傳動(dòng)方案的論證
3.1 方案一、帶傳動(dòng)
3.1.1 帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)[2]
a. 緩沖和吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小；
b. 帶傳動(dòng)靠摩擦力傳動(dòng)，過載時(shí)帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件；
c. 適用于兩軸中心矩較大的場合；
d. 結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)等均較為方便，成本低廉。
3.1.2 帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)[2]
a. 不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；
b. 需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力；
c. 整個(gè)傳動(dòng)裝置的外廓尺寸較大，不夠緊湊；
d. 帶的壽命較短，傳動(dòng)效率較低。
鑒于上述特點(diǎn)，帶傳動(dòng)主要適用于：
a. 速度較高的場合，多用于原動(dòng)機(jī)輸出的第一級(jí)傳動(dòng)。
b. 中小功率傳動(dòng)，通常不超過50 kw。
c. 傳動(dòng)比一般不超過7，最大用到10。
d. 傳動(dòng)比不要求十分準(zhǔn)確。
圖3-1 帶傳動(dòng)方案
3.2 方案二、齒輪傳動(dòng)
3.2.1 齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)[2]
a. 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；
b. 適用于功率和速度范圍廣，功率從接近于零的微小值到數(shù)萬千瓦，圓周速度從很低到300 m/s；
c. 傳動(dòng)效率高，η=0.92～0.98，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪的傳動(dòng)效率較高；
d. 工作可靠，使用壽命長；外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。
3.2.2 齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)[2]
a. 制造和安裝精度要求較高，需專門設(shè)備制造，成本較高；
b. 不宜用于較遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。
3.3 方案三、蝸桿傳動(dòng)
3.3.1 蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)[2]
a. 傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊。傳遞動(dòng)力時(shí)，一般i=8～100；
b. 蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪聲低；
c. 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即具有自鎖性。
3.3.2 蝸桿傳動(dòng)主要缺點(diǎn)[2]
a. 因傳動(dòng)時(shí)嚙合齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，故摩擦損失大，效率低。一般效率為η=0.7～0.9；具有自鎖性時(shí)η＜0.5。所以不宜用于大功率傳動(dòng)；
b. 為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸桿一般使用貴重的減摩材料制造，故成本高；
c. 對(duì)制造和安裝誤差很敏感，安裝時(shí)對(duì)中心矩的尺寸精度要求很高。
圖3-2 蝸桿傳動(dòng)方案
綜合分析上述三種方案，從傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比范圍、傳動(dòng)速度、制造成本和安裝精度、傳動(dòng)裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設(shè)計(jì)課題的傳動(dòng)方案采用方案2，即采用齒輪傳動(dòng)。
4 選用電動(dòng)機(jī)
選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式。按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，為臥式封閉結(jié)構(gòu)。
電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選得是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或電動(dòng)機(jī)因長期過載而過早損壞；容量過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運(yùn)動(dòng)，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)[4]。
目前混砂機(jī)功率的確定多采用類比法，根據(jù)現(xiàn)有混砂機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)于輾輪式混砂機(jī)每一千克加料量需要的安裝功率為0.030—0.035 ；S114輾輪式混砂機(jī)的加砂量為500㎏，則需電動(dòng)機(jī)功率為500×(0.030—0.035)=15～17.5；因此選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)Y160L—4，額定功率15，滿載轉(zhuǎn)速 1460，同步轉(zhuǎn)速 1500，可滿足混砂機(jī)需要[1]。
5 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
5.1 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)簡圖
圖5—1 齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡圖
5.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速n m及工作軸的轉(zhuǎn)速n w即
可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。
具體分配傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a. 各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比最好在推薦范圍內(nèi)選取，對(duì)減速傳動(dòng)盡可能不超過其允許的最大值。
b. 應(yīng)注意使傳動(dòng)級(jí)數(shù)少﹑傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)少﹑傳動(dòng)系統(tǒng)簡單，以提高和減少精度的降低。
c. 應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)﹑勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。
d. 應(yīng)使傳動(dòng)裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。
5.3 分配各級(jí)傳動(dòng)比[3]
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》初取，iⅠ=3.3，iⅡ=5.4
則
5.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)[4]
5.4.1 各軸轉(zhuǎn)數(shù)
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
主軸
5.4.2 各軸功率
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
主軸
5.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
主軸
5.5 將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理并列于下表
表（5—1） 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
參數(shù)
軸名
電動(dòng)機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
主軸
轉(zhuǎn)速
1460
442
82
25
25
功率
15
13.83
13.15
12.5
12.25
轉(zhuǎn)矩
98.12
298.82
1534.49
4775
4679.5
傳動(dòng)比 i
3.3
5.4
3.28
1
效率
0.92
0.95
0.95
0.98
6 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)
6.1 錐齒輪設(shè)計(jì)及計(jì)算項(xiàng)目[3]
說明: 取8級(jí)精度軟齒面標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng),小齒輪45鋼,鍛件,調(diào)質(zhì).H1=270HB,大齒輪45鋼,鍛件,正火H2=220HB。按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算,工作載荷基本平穩(wěn),單向傳動(dòng)，小齒輪懸臂布置,使用壽命10年,兩班制,每年工作300天. 齒面粗糙度3.2。
6.1.1 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
（6—1）
A. 齒數(shù)比 u=i=3.3
B. 尺寬系數(shù)φR=0.3
C. 小齒輪轉(zhuǎn)矩T1=98.12=9.812×104
D. 載荷系數(shù)K K=KAKvKβ
a. 工況系數(shù) KA=1
b. 動(dòng)載荷系數(shù) Kv=1.7
初估ν=5—8
c. 齒向載荷分布系數(shù) Kβ=1.06（用滾子軸承）
于是得： K=1.8
E. 材料彈性系數(shù) ZE=189.8
F. 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.5
G. 許用接觸疲勞應(yīng)力
（6—2）
a. 小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力分別為：
σHlim1=605
σHlim2=560
b. 小齒輪和大齒輪的最小許用接觸疲勞安全系數(shù)
[SH]min1=[SH]min2=1
c. 接觸壽命系數(shù) ZN
① 小、大齒輪每轉(zhuǎn)一周同一側(cè)齒面的嚙合次數(shù)
γ1=γ2=1
② 小、大齒輪的轉(zhuǎn)速
n1=1460 r/min，n2=442 r/min
③ 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1=60n1jLh=60×1460×1×10×300×16=4.205×109
N2= N1/u=4.205×109/3.3=1.274×109
于是得：ZN1=1，ZN2=1
將上列諸值代入（6-2）中，得：
[σH]1=605
[σH]2=560
取[σH]=560
按式（6-1）計(jì)算，得小齒輪大端分度圓直徑d1=84.69
取d1=88 ,模數(shù)m=4 ,小齒輪齒數(shù)Z1=22，大齒輪齒數(shù)Z2=73，大齒輪大端分度圓直徑d2=292 ，查公式R
錐距:
齒寬:b==0.3×152.49=45.75
6.1.2 有關(guān)參數(shù)修正
小齒輪圓周速度
與初估值 ν=5-8 相符，Kv無需修正，K亦無需修正，保持K=1.8
6.1.3 彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
（6-3）
A. 齒形系數(shù)YFa
a.小、大齒輪的分錐角 δ1、δ2
δ1+δ2=90
b.小大齒輪的當(dāng)量齒數(shù) Ze1、Ze2
于是得小、大齒輪的齒形系數(shù)
YFa1=2.68, YFa2=2.18
B.應(yīng)力修正系數(shù) YSa
小、大齒輪應(yīng)力修正系數(shù)
YSa1=1.57, YSa2=1.81
C.許用彎曲疲勞應(yīng)力
（6-4）
a.小、大齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)
σFlim1=220
σFlim2=195
b.小、大齒輪的尺寸系數(shù)
YX1=1， YX2=1
c.小、大齒輪的最小許用彎曲安全系數(shù)
[SF]min1=1
[SF]min2=2
d.小、大齒輪的彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（與接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)相同）
N1=4.205×109
N2=1.274×109
e.小、大齒輪的彎曲壽命系數(shù)
YN1=YN2=1
于是小大齒輪的許用彎曲疲勞應(yīng)力
[σF]1=220
[σF]2=195
D.K、T1、φR、Z1、m和u值均同接觸強(qiáng)度計(jì)算中的所用值將上列參數(shù)值代入式（6-3）中，得：
σF1=128.33 ≤[σF]1=220
σF2=33.29 ≤[σF]2=195
小、大齒輪均滿足彎曲疲勞強(qiáng)度要求。
E.小、大錐齒輪的尺寸計(jì)算
模數(shù)
錐距
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
全齒高
齒根角
齒頂角
分度圓錐角
頂錐角
根錐角
分度圓齒厚
齒寬
取
F. 小、大齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖[4，5]
圖6-1 大錐齒輪
圖6-2 小錐齒輪
6.2 高速級(jí)直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)[2]
6.2.1 選擇齒輪材料
考慮到該減速器功率不大，故大小齒輪都選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為220HBS、260HBS，屬軟齒面閉式傳動(dòng)，載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選7級(jí)精度，小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，，取。按軟齒面非對(duì)稱安置查表6.5，取齒寬系數(shù)
6.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
（6-5）
A. 確定公式中各參數(shù)
a. 載荷系數(shù)Kt 初選 Kt=1.5
b. 小循環(huán)傳遞轉(zhuǎn)矩 T1 T1=298.82×103
c. 材料系數(shù) ZE
d. 小、大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1、σHlim2
按齒面硬度，查得：
，
e. 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
f. 按接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1、KHN2
查得：KHN1=0.90，KHN2=0.95
g. 確定許用接觸應(yīng)力 [σH1]、[σH2]
取安全系數(shù) SH=1
B. 設(shè)計(jì)計(jì)算
a. 試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1
b. 計(jì)算圓周速度 v
c. 計(jì)算載荷系數(shù) K
查得：使用系數(shù)KA=1，根據(jù)v=2.19 m/s,7級(jí)精度查得：動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.05，查圖得：Kβ=1.15
則
d. 校正分度圓直徑 d1
C. 計(jì)算齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸
a. 計(jì)算模數(shù)
按標(biāo)準(zhǔn)取模數(shù)m=4
b. 兩分度圓直徑 d1、 d2
c. 中心距 a
d. 齒寬 b
e. 齒高 h
6.2.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（6-6）
A. 確定公式中各參數(shù)值
a. 小、大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFlim1、σFlim2
查取 σFlim1=240 Mpa σFlim2=220 Mpa
b. 彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1、KFN2
取 KFN1=0.84 KFN2=0.89
c. 許用彎曲應(yīng)力 [σF1]、[σF2]
取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)YST=2.0,得
d. 齒形系數(shù)YFa1、YFa2和應(yīng)力修正系數(shù)YSa1、YSa2
查得：YFa1=2.69 YFa2=2.16
YSa1=1.575 YSa2=1.81
f. 計(jì)算小、大齒輪的與，并加以比較，取其
中大值代入公式計(jì)算：
小齒輪的數(shù)值大，應(yīng)按照大齒輪校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
B. 校核計(jì)算
σF1=74.65≤[σF1]
彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。
C．小、大齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖[6，7，8，9]
大齒輪：齒頂圓直徑大于500㎜，故選用輪輻式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸按推薦公式計(jì)算，大齒輪零件工作圖見圖6-3。
圖6-3 大齒輪
6.3 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)[2]
6.3.1 齒輪材料的選擇
考慮此減速器要求結(jié)構(gòu)緊湊，故小、大齒輪均用40Cr調(diào)質(zhì)處理后表面淬火。因載荷平穩(wěn)、齒輪速度不高，故初選7級(jí)精度，閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)，齒數(shù)宜取多些，選Z1=25,Z2==3.28×25=82。按硬齒面齒輪，非對(duì)稱安裝，選齒寬系數(shù)φd=0.8；初選螺旋角，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
6.3.2 確定公式中個(gè)參數(shù)值
（6-7）
A. 載荷系數(shù) Kt 初選 Kt=1.5
B. 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距 T1=1534.49103
C. 小、大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σFlim1、σFlim2
查圖6.9得：σFlim1=σFlim2=380
D. 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
E. 彎曲疲勞壽命系數(shù)
查得：
KFN1=0.89 KFN2=0.92
F. 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù) SF=1.4，應(yīng)力修正系數(shù) YST=2，則
G. 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校核系數(shù)
根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)
由表查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
YFa1=2.58 YSa1=1.598
YFa2=2.205 YSa2=1.777
H. 計(jì)算小、大齒輪的，并加以比較
>
故按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
I. 重合度系數(shù)Yε及螺旋角系數(shù)Yβ
取Yε=0.7， Yβ=0.86
6.3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算
a. 試計(jì)算齒輪模數(shù)mnt
b. 計(jì)算載荷系數(shù)
查得KA=1，根據(jù)V=0.393 m/s,7級(jí)精度，查得：KV=1.07；斜齒輪傳動(dòng)取Kα=1.2；查得Kβ=1.23,則載荷系數(shù)
6.3.4 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
確定公式中個(gè)參數(shù)
（6-8）
a. 小、大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1、σHlim2按齒面硬度查得小、大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
σHlim1=σHlim2=1170 MPa
b. 接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1、KHN2
KHN1=0.95 KHN2=0.99
c. 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
取安全系數(shù)SH=1，則
d. 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH
查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.29
e. 重合度系數(shù)Zε 重合度系數(shù)Zε=0.8
f. 螺旋角系數(shù) Zβ
螺旋角系數(shù)Zβ=
g. 材料系數(shù)ZE
由表查得材料系數(shù)ZE=189.8
6.3.5 校核計(jì)算
接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。
6.3.6 計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸
a. 中心距a
圓整為a=330 mm
b. 螺旋角β
β=
c. 兩分度圓直徑 d1、d2
d. 齒寬 b1、b2
取
6.3.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖[4]
大齒輪：齒頂圓直徑大于400 mm但小于1000 mm，故選用輪輻式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸按薦用公式計(jì)算。
圖6-4 大齒輪
圖6-5 小齒輪
7 軸的設(shè)計(jì)[3]
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度概略計(jì)算軸徑
a. 選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì),查表20.3得。
b. 按軸的直徑設(shè)計(jì)計(jì)算公式 （㎜）
45號(hào)鋼，C=107～118（[τ]=40～30N/mm2）
算得 取最小軸徑
取最小軸徑
取最小軸徑
取最小軸徑
8 主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)
a. 加料量 ≤500㎏（0.4m3）/次
b. 混合時(shí)間 3～7 min
c. 生產(chǎn)率 10000～13000㎏/h
d. 盤徑 Φ1830㎜
e. 輾輪（直徑×寬） 750×240㎜
f. 總傳動(dòng)比 58.4
g. 一個(gè)輾輪的壓力 0～3000 N
h. 配套功率 15
i. 主軸轉(zhuǎn)速 25 r/min
j. 外形尺寸 2082×1882×1755㎜
k. 理論總量 3500㎏
注：加料量與生產(chǎn)率的測定，以在機(jī)械化砂處理工部使用混型單一砂（含水5%以下）為標(biāo)準(zhǔn)。
若混制的型砂不符合本規(guī)定，加料量與生產(chǎn)率可根據(jù)實(shí)際情況而定。
9主要結(jié)構(gòu)及工作原理
該機(jī)由機(jī)體、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、混輾機(jī)構(gòu)三大部分組成。
9.1 機(jī)體
由機(jī)盆、出砂門、手動(dòng)桿等組成。
9.1.1 機(jī)盤
圍圈與底盆螺釘緊固在一起形成混制型砂的機(jī)盆。內(nèi)圈圓角鐵底板在磨損以后可拆開螺栓更換新的。
9.1.2 出砂門
混制好的型砂由此門卸出，它由手動(dòng)桿來完成。
9.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
由減速器、主軸等組成。
9.2.1 電動(dòng)機(jī)[6，7]
由剛性聯(lián)軸器與減速器輸入聯(lián)接，經(jīng)過三級(jí)變速由輸出軸即主軸帶動(dòng)十字頭做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。緊固在十字頭上的曲臂、輾輪、內(nèi)外刮砂板隨同十字頭一起回轉(zhuǎn)而輾輪還同時(shí)繞輾輪軸自轉(zhuǎn)。
9.2.2 減速器[10，11]
為三級(jí)傳動(dòng)的減速器，固定在混砂機(jī)底盤上。由電動(dòng)機(jī)借助剛性聯(lián)軸器帶動(dòng)兩錐齒輪完成第一級(jí)傳動(dòng)，再通過齒輪軸齒輪和另一齒輪的嚙合帶動(dòng)另外一對(duì)斜齒輪完成第三級(jí)傳動(dòng)。
齒輪箱側(cè)壁裝有長形油標(biāo)，用來觀察注入減速箱內(nèi)油面的高低。
9.3 輾輪機(jī)構(gòu)
9.3.1 混輾機(jī)構(gòu)
混輾機(jī)構(gòu)裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸上，在主軸上裝置著該機(jī)構(gòu)的十字頭，在十字頭兩邊裝有兩個(gè)曲臂拖動(dòng)的兩個(gè)輾輪，內(nèi)外刮砂板也均裝在十字頭上[11，12]。
9.3.2 輾輪
型砂的輾壓、搓揉全靠此部分的重量給型砂以壓力來完成的。輾輪借以輾輪軸聯(lián)接在曲臂上，曲臂軸又將曲臂和十字頭連接在一起，當(dāng)十字頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)輾輪一起繞主軸回轉(zhuǎn)，由于和型砂的摩擦輾輪也做自轉(zhuǎn)。曲臂可繞曲臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便輾輪可隨砂層厚度的變化自由起落。輾輪與底板保持一定間隙，由調(diào)節(jié)螺栓來控制，以免輾碎型砂[13]。
9.3.3 刮砂板
刮砂板的作用是在混制型砂時(shí)，將型砂攪和并聚集在輾輪之下，卸料時(shí)將型砂刮至出砂門卸出，內(nèi)刮砂板和外刮砂板由刮砂板臂緊固在十字頭上[14]。
10 操作與使用
將機(jī)器安裝后應(yīng)做如下調(diào)整：（1）將輾輪和底板之間的間隙調(diào)至10～30㎜；（2）外刮砂板與機(jī)盆內(nèi)圈之間的間隙調(diào)至6～10㎜；（3）內(nèi)刮砂板與主軸之間的間隙調(diào)至6～10㎜；（4）內(nèi)外刮砂板與底板之間的間隙調(diào)至為6～10㎜。
使用前應(yīng)注意：（1）檢查各潤滑部分是否加足潤滑油，減速箱油位應(yīng)在最高位置；（2）檢查各緊固件是否牢固，活動(dòng)處是否靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)件不應(yīng)相互碰撞；（3）空車運(yùn)轉(zhuǎn)30min觀察十字頭是否沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，減速箱是否有不正常振動(dòng)及劇烈的噪音，停車檢查后，再空車運(yùn)轉(zhuǎn)1h，使油充分清洗各齒輪及軸承；（4）加400㎏石英砂和8㎏煤油，直至混砂機(jī)內(nèi)有型砂直接接觸的表面被拋光為止，再進(jìn)行負(fù)荷試車；（5）必須按潤滑規(guī)定對(duì)機(jī)器進(jìn)行潤滑；（6）每次工作結(jié)束時(shí)，應(yīng)將機(jī)盆內(nèi)各個(gè)角落殘留的型砂清除干凈，以免殘留型砂硬化影響下次的混砂質(zhì)量和機(jī)器的正常工作；（7）型砂必須在機(jī)器開動(dòng)后在加入；（8）每次型砂的加入量不能超過規(guī)定的數(shù)量。
11 結(jié)論
本課題設(shè)計(jì)的S114型碾輪式混砂機(jī)減速機(jī)采用圓錐+二級(jí)漸開線圓柱齒輪軟齒面減速機(jī)和剛性聯(lián)軸器，不僅滿足混砂機(jī)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比和承載能力要求，而且減速機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于制造，安裝、調(diào)整要求低，運(yùn)行維護(hù)方便，可靠性更強(qiáng)。在混砂機(jī)設(shè)計(jì)中，還采取了以下措施，以保證其技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性。（1）采用矮刮板，加強(qiáng)對(duì)型砂的混合攪拌作用，并降低其功率消耗；（2）加大卸砂門面積，縮短卸砂時(shí)間；（3）采用輝綠巖鑄石做底盤護(hù)板，增加其使用壽命，減少刮板磨損；（4）目前大部分刮板材料為45鋼,工作面上堆焊有3mm厚WC（碳化鎢）耐磨層, 在使用過程中發(fā)現(xiàn),耐磨層不耐磨,用不到1周,刮板已嚴(yán)重磨損,混砂機(jī)底板上結(jié)砂嚴(yán)重,消耗功率明顯提高;另外,刮板強(qiáng)度差,使用過程中易發(fā)生彎曲變形,造成混砂桶壁結(jié)砂增厚,也使設(shè)備負(fù)荷增大。針對(duì)上述不足,改堆焊WC為直接焊接硬質(zhì)合金刀片,針對(duì)強(qiáng)度不足,在刮板反面焊上加強(qiáng)筋以增加其強(qiáng)度。經(jīng)改進(jìn)后,一副刮板可正常使用1年左右,刮砂干凈,結(jié)砂很少,負(fù)荷波動(dòng)小。
減速機(jī)輸入輸出軸漏油是機(jī)械行業(yè)老大難問題，針對(duì)混砂機(jī)減速機(jī)設(shè)計(jì)采取相應(yīng)措施取得了良好效果。影響輸入輸出軸滲漏的主要因素有：設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)不合理；密封部位軸的制造質(zhì)量差；密封件的質(zhì)量差，選型不合理；使用維護(hù)不當(dāng)?shù)?。采取措施有：采取合理的密封結(jié)構(gòu)；選用優(yōu)質(zhì)密封件及油封軸套，密封件的壽命長且防滲漏效果好，配以美國CR型油封軸套，克服了軸的表面加工質(zhì)量低的缺點(diǎn)，既保護(hù)了軸表面不磨損，又可防滲漏；增加了潤滑油回油槽，避免造成密封部位形成憋壓而滲漏；對(duì)密封部位零件、標(biāo)準(zhǔn)件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，降低磨擦系數(shù)，減少磨損；對(duì)零件密封部件的機(jī)加工質(zhì)量提出較高要求。減速機(jī)可油池潤滑，立軸及其它轉(zhuǎn)動(dòng)件可脂潤滑，無需專用的潤滑系統(tǒng)。
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次全面考驗(yàn)，它也是對(duì)即將走向社會(huì)的我們的進(jìn)行的一次有效的訓(xùn)練?；仡欉@場畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然過程中充滿了困難與曲折，但我感到受益匪淺。本次設(shè)計(jì)課題是S114型碾輪式混砂機(jī)的設(shè)計(jì)(總裝及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì))。本設(shè)計(jì)是為了解決實(shí)際生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)力低的問題，因此廠方對(duì)我的要求很高。本設(shè)計(jì)是學(xué)完所有大學(xué)期間本專業(yè)應(yīng)修的課程以后所進(jìn)行的，是對(duì)我四年來所學(xué)知識(shí)的一次大檢驗(yàn)。使我能夠在畢業(yè)前將理論與實(shí)踐更加融會(huì)貫通，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了實(shí)際生產(chǎn)中的感性認(rèn)識(shí)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我基本上掌握了混砂機(jī)減速器的設(shè)計(jì)方法和步驟，以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題等，另外還更加熟悉運(yùn)用查閱各種相關(guān)手冊(cè)，選擇使用工藝裝備等。
總的來說，這次設(shè)計(jì)，使我在基本理論的綜合運(yùn)用以及正確解決實(shí)際問題等方面得到了一次較好的鍛煉，提高了我獨(dú)立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，縮短了我與工廠工程技術(shù)人員的差距，為我以后從事實(shí)際工程技術(shù)工作奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)任務(wù)業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗(yàn)，難免會(huì)留下一些遺憾，在此懇請(qǐng)各位專家、老師及同學(xué)不吝賜教。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在**老師的認(rèn)真指導(dǎo)下進(jìn)行的。熊老師經(jīng)常為我解答一系列的疑難問題，以及指導(dǎo)我的思想，引導(dǎo)我的設(shè)計(jì)思路。在歷經(jīng)三個(gè)多月的設(shè)計(jì)過程中，一直熱心的輔導(dǎo)。在此，我忠心地向他們表示誠摯的感謝和敬意！
附錄二 鑄造設(shè)備型號(hào)編制方法
為了記認(rèn)容易，稱呼簡便相統(tǒng)一，我國鑄造沒備采用統(tǒng)一的代號(hào)——型號(hào)。下面將1991年頒布的我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鑄造設(shè)備型號(hào)編制方法》加以摘錄，以供參考。
鑄造設(shè)備型號(hào)是鑄造設(shè)備的代號(hào)，由正楷大寫漢語拼音字母（以下簡稱“字母”）和阿拉伯?dāng)?shù)字（以下簡稱“數(shù)字”）組成。
1. 通用鑄造設(shè)備型號(hào)
1.1 型號(hào)的表示方法示意圖
1.2 鑄造設(shè)備的分類及其代號(hào)的表示方法
鑄造設(shè)備分為10類，用字母表示。分類及字母代號(hào)見附表1。
1.3 鑄造設(shè)備的組、型（系列）代號(hào)及主參數(shù)
1.3.1 每類鑄造設(shè)備分為若干組、型(系列)，分別用數(shù)字組成，位于分類字母代號(hào)之后。
1.3.2 型號(hào)中的主參數(shù)用折算值表示，位于組、型（系列）代號(hào)之后，當(dāng)主參數(shù)折算值小于1時(shí)，則應(yīng)在折算值前加數(shù)字“0”組成主參數(shù)代號(hào)，當(dāng)折算值大于1時(shí)，則取整數(shù)。
1.3.3 組、型(系列)的劃分及型號(hào)中主參數(shù)的表示方法，見本編制方法的第2、3條。
1.4 鑄造生產(chǎn)線型號(hào)的表示方法，在生產(chǎn)線上主機(jī)(通用或?qū)Ｓ?型號(hào)前加字母X。
1.5 鑄造機(jī)組型號(hào)的表示方法，在機(jī)組上主機(jī)(通用或?qū)Ｓ?型號(hào)前加字母Z。
1.6 鑄造設(shè)備改型順序號(hào)，對(duì)有些鑄造設(shè)備的工作參數(shù)、傳動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)等方面的改進(jìn)，應(yīng)在原設(shè)備型號(hào)之后按A、B．C……等字母的順序加改型順序號(hào)(但“I”及 “ O”兩個(gè)字母不允許選用)。
1.7 型號(hào)示例：
a. 盤徑為1800 ㎜的輾輪混砂機(jī)，其型號(hào)為S118。經(jīng)第—次改型的1800㎜輾輪混砂機(jī)，其型號(hào)為S1118A。
b. 砂箱內(nèi)尺寸為1200㎜×1000㎜的多觸頭高壓造型機(jī)，其型號(hào)為Z3112。
c. 以Z3112型多觸頭高壓造型機(jī)為主機(jī)組成的生產(chǎn)線，其型號(hào)為XZ3112。
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