机械设计创新大赛论文

1、报告（论文）题口：新型可调环保路面刷毛机第1章绪论11课题背景11.2新型可调环保路面刷毛机发展概况11.3研究的目的意义及其基本思路 1131研究的目的意义11.3.2基本思路11.4作品原理介绍2141该作品的科学性21.4.2先进性及独特之处21.5机器的实际应用价值和现实意义21.5实际应用价值21.5.2现实意义21.6预期一天的工作量21.7当前国内外同类课题研究水平概述21.8机器的外观图3第2章减速器的设计42电动机的选择42.1.1选择电动机的类型和结构形式 42.1.2确定电动机的转速42.2计算传动装置的总传动比，并分配各级的传动比52.3计算传动装置的动力参数和运动参数

2、52.4确定齿轮的齿数模数62.5校核齿轮弯曲强度 72.6标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算：（小齿轮） 92.7标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算：（大齿轮） 102.8轴的设计与校核10第3章轴承的校核15第4章润滑方式与密封的选择 174.1轴承的润滑174.2轴承的密封17第5章 从电动机到减速器，小齿轮轴链传动的静强度的计算 18第6章滚筒的选择与校核20参考文献21新型可调路而刷毛机是在高速公路桥而施工过程屮，为保证桥而混凝土与 沥青混凝土结合为一体，实现有效粘结而设计的对路面进行刷毛处理的机械。本 文对新型可调路而刷毛机从机构设计、机械传动、机构间的受力分析等方而进行 了详

3、细的研究计算。首先，螺纹调节精确且具有同定支撑的作用、转动副屮的低副和高副能产生 确定运动，所以本机器采用螺纹调节与传到副机构。将机架做成一体，最终使整 体调节方便可行。其次，为了保证传动的精确性采用链与齿轮相结合的传动方式，通过调节齿 轮z间的传动比来改变转速。为合理利用功率而对该产品进行了设计和研究，在 研究过程屮给出了详细的计算过程和图纸的详细标注。从而选择出了恰当的齿 轮、电机和减速器等。、再次，为了充分利用材料、延长寿命、降低成本。对轴的受力进行了较核和 滚筒的选择。从而采用了恰当的轴颈和空心滚筒。根据以上的理论计算，对新型可调路面刷毛机的样机进行了加工实验，取得 了比较满意的结果。

4、刷毛机机构 传动 校核1.1课题背景随着当今社会经济的飞速发展，人民生活水平的提高，道路建设显得尤为重 要，英寿命更为不容忽视。为减小高速公路桥而的破坏，就耍保证桥而混凝土与 沥青混凝土结合为一体，实现有效粘结，因此桥面铺装施工完成后要对其顶面进 行刷毛处理。传统的刷毛工艺是在施工过程屮采用人工方式对混凝土连接层进行 处理，但曲于没有专用机械，致使工人劳动强度大、效率低、效果差，从而埋下 质量隐患。为解决上述问题，本课题的研究势在必行。参考括号里的资料，加上环保内容（随着我国经济的发展，集装箱运输和跨省货物运输不断增加，公路交通量 亦逐渐增加，公路对路而结构强度和使用性能捉岀了更高的要求。目前

5、，在已经通车的高速公路上，桥面铺装面积所占比重大大高于一般公路。 在公路桥梁使用过程中，发现桥面铺装易出现混凝土开裂松散、唧浆等病害，桥 而破坏非常突岀。桥而作为至关重要一环，其质量的好坏直接影响到整座桥梁的 质量及使用效果，因而影响到高速公路的建设质量。因此，控制好桥面的质量， 找出桥面破坏的主要原因并制定相应的对策，减少通车后桥面的返修率，是一个 值得研究的课题。经分析，桥面混凝土与沥青混凝土结合不良是桥面破坏的主要原因之一。要 保证桥面混凝土与沥青混凝土结合为一体，实现有效粘结，桥面混凝土铺装施工 完成后，在混凝土初凝时，对英顶而必须进行刷毛处理，把混凝土表面浮浆刷掉, 露岀石子。桥面混

6、凝土刷毛工作非常重要，若刷毛不好，将严重影响沥青混凝土与桥|何 混凝土的结合。传统的刷毛工艺是在施工过程中用普通的钢丝刷人工操作，重点是掌握刷毛 时间，过早不均匀，容易刷掉石子，并且沾在刷子上不易操作，如果晚了刷不动。 一般掌握在初凝后亦不沾刷子最好，必要时需集中人力搞突击战。另外，刷毛刷 二遍最好，第一编纵向刷，第二遍横向刷，深度以露出石子23mm即可，刷后 及时用扫帚把粉沫清扫出桥面范围。由于没有专用机械，致使工人劳动强度大、 效率低、效果差，从而埋下质量隐患。为解决这些问题，研制滚地式刷毛机来完成人工无法大而积完成的工作，达 到沥青混凝土与桥面混凝土有效粘结的施工要求，势在必行，该课题的

7、研究具有 重要的实际意义。）1.2新型可调环保路面刷毛机发展概况在当今社会道路建设中，在一些发达国家中采用的材料较好，因而无需再进 行刷毛处理。而在一些发展中国家中，应用的材料达不到那种程度，仍需要进行 刷毛处理，大多都是釆用人工手持毛刷进行工作，劳动强度大且效率较低，浪费 了大量的人力和财力，增加了道路建设的时间。该机器的使用回避了上述弊端。 该项技术在全国儿乎处于空白技术。（1.2. 1国内现状国内一般采用人工刷毛、冲毛或拉毛的处理方式。人工刷毛是在施工过程中用普通的钢丝刷人工操作，重点是掌握刷毛时间， 过早不均匀，容易刷掉石子，并口沾在刷子上不易操作，如果晚了刷不动。一般 掌握在初凝后亦

8、不沾刷了最好，必要时需集中人力搞突击战。另外，刷毛刷二遍 最好，第一编纵向刷，第二遍横向刷，深度以館出石子12mm即可，刷后及时 用扫帚把粉沫清扫出桥面范围。由于没有专用机械，致使工人劳动强度大、效率 低、效果差。冲毛工艺是在桥面铺装混凝土浇筑（布料、找平、震捣、收光）完成后喷洒一 定浓度的表面缓凝剂，使扯混凝土在水化反应凝固的时候，表面一层因缓凝剂的 作用不凝固，然后选择合适的时间用高压水枪将表面未凝固的水泥浆冲掉，露出 石子。该工艺受缓凝剂浓度、冲毛水压、水枪形式、冲毛时间等因索的影响，很 难达到理想效果。采用拉毛工艺，桥面混凝土表层存有浮浆，与沥青混凝土结合也不理想。加 之长期在超载车辆

9、碾压下，桥面混凝十浮浆便“未老先衰”，从而引起沥青混凝 土的损坏。1.2.2国外现状在澳大利亚、德国、比利时、法国、英国等国家已经开始使用露石混凝土路 面取代传统水泥混凝土采用刷毛和划槽的表面处理方式。该路面曲两层混凝土组 成，上层厚度为40-50mm,当底层混凝土浇注完30分钟后就开始浇注，这就保 证了两层能够较好的结合成一个整体。）1.3研究的目的意义及其基本思路1.3.1研究的目的意义利用当今先进的机械技术，用机械运动代替人工徒手劳动作业，节省人力， 物力。从而提高工作效率。（研究的目的：传统的刷毛工艺是在施工过程中用普通的钢丝刷人工操作， 重点是掌握刷毛时间，过早不均匀，容易刷掉石子，

10、并且沾在刷子上不易操作， 如果晚了刷不动。一般掌握在初凝后亦不沾刷子最好，必要时需集中人力搞突击 战。另外，刷毛刷两遍最好，第一编纵向刷，第二遍横向刷，深度以露岀石子2 3mm即可，刷后及时用扫帚把粉沫清扫出桥面范围。由于没有专用机械，致使工 人劳动强度大、效率低、效果差，从而埋下质量隐患。为解决这些问题，研制滚地式刷毛机来完成人工无法大而积完成的工作，达 到沥青混凝土与桥面混凝土有效粘结的施工要求，势在必行。）1.3.2基本思路将毛刷的水平运动演变成圆周运动，从而加大了工作面积，工作中合理利用 机械产生的力，减小了机械的体积和重量，以防在工作屮给未完全干燥的混凝土 的面产生负面影响。毛刷离地

11、面的高度可以门由调节，在不工作时提高滚筒离地面的高度，有利 于不工作时该机器的移动。调节电机与滚筒的传动比，使滚筒的转速更加适应对地面的刷毛工作，合理 选择电机，尽量节约该机器的成本。达到研究机器的根本口的。调节机械简图如图1所示：图1调节机械简图自由度为:f=3n-2pz -p=3x2-2x2-1=11.4作品原理介绍1.4.1该作品的科学性总体的体积、结构间的稳定性、调节的可行性、滚筒的力学性能、滚筒的传 速、电机大小、传动比、机器工作时的毛刷所受阻力等等方面做了全面的考虑。最终确定了各项参数：体积:1305x600xl025 (mm)总传动比:22.4动力市电:380v1.4.2先进性及

12、独特之处电动机输出功率:1.5kw 滚筒转速:127r/min 毛刷阻力:1 kn整体调节：采用滚筒与机身整体调节，从而保证了机身的整体调节，保证该 结构的不变性，使此调节不会对该机器带來什么损伤。滚筒高度调节采用传动副和螺纹调节，毛刷在工作过程屮肯定冇磨损，为了 多次利用，降低成本，使滚筒能上下调节滚桶空心设计，为了降低机身的重量，提高滚筒的性能，而釆用空心滚筒。1.5机器的实际应用价值和现实意义1.5.1实际应用价值取代人工拿钢丝刷进行施工，减轻劳动强度，很大程度上提高了工作效率,提高施工质量，从而延长了公路的使用寿命。1.5.2现实意义无论是从施工单位的经济效益方面考虑，还是从工期的长短

13、，施工路面的质 量，公路的使用寿命方面考虑，新型口j调路面刷毛机的使用，会在道路铺设当中 起到很重耍的作用。（实际应用价值和现实意义：人工刷毛受工人手的力度、时间早晚和工作态 度等问题的影响，导致刷毛效杲不理想，经常需要返工，用路面刷毛机刷毛则避 免了这些问题，裸贍石子深度均匀，无需返工，工作过程不破坏栓粒料，并且实 现了人工无法大面积完成的工作，大大地提高了施工效率，降低了劳动强度，从 而为施工单位节省人力、财力并延长了公路的使用寿命。本课题是一项工程应用课题，具冇一定的理论研究和实际应用价值，并可在 生产实践中取得更好的经济效杲。）l6预期一天的工作量127 厂 minx6minxg()w

14、xo.47 =45930/?(m)459mx60%=275m275m相同宽度的路面约需要23人一天才能施工完毕.不难发现使用新型可 调路血刷毛机工作与单纯手工作业相比，工作效率得到了很大的提高。1.7当前国内外同类课题研究水平概述由于公路铺设施工单位对路面粗糙处理这一道工序的删除或重视度不高，造 成对这方面课题研究也基本上被忽视，在国内同类课题研究的单位或个人很少， 在河北省内基本处于空口状态。此内容可不要1.8机器的外观设计机器的外观如图2所示。图2外观图第2章减速器的设计2.1电动机的选择2.1.1选择电动机的类型和结构形式按工作条件和要求选择一般用途的3y系列的三相异步电动机为卧式封闭结

15、 构。初选电动机的功率为1.5kw，滚筒所需功率为pw=f xvloooxy(2-1)式中 p =lkw, v =0.96(2-2)jl wjl w电动机的输出功率为p0从电动机金滚筒z间的总效率为yy=rixfmxy齿轮(2-3)查表得:丫；连=°95几承=0.99 y齿轮=0.98则y链=0.95? x 0.982 x 0.994 =0.833puz=l5x0.832=l25kw选择电动机额定功率pm使几=(213) p0由电机标准中查表p =1.5kwjl m2.1.2确定电动机的转速工作机滚筒的转速“为(2-4)60x7 x v-v=avxl000x=i25xq96=i2m/

16、s1000_60xl000xl2久 3.14x180= 127n/min按表推荐的链传动的合理范围取链的传动比=2-5单级齿轮的传动比2齿=3s5,总传动比的的合理范围为18144,故电动机的传动的可选范围为： n =i = (18s144) x 127r/min=228618288n/min,符合这一范围转速范围的同 步转速只3000r/min -种查表得出这种电动机的型号为y90s-2,参数如表21 所示：表21电动机参数型号额定功率电动机同步转速电动机满载转速电动机质量y90s-21.5kw3000n/min2840n/min22kg2.2计算传动装置的总传动比，并分配各级的传动比传动装

17、置的总传动比为：(2-5)分配各级的传动比为初取i链=3则减速器的传动比为：i减=丄=空=7.473按展开式布置：匚齿=132齿则加3.122.3计算传动装置的动力参数和运动参数1.各轴转速：i轴 卄如=虫巴=946.7r/min'加 3ii 轴 n= =- =303,4r/min匸齿3.12滚筒轴nnr =型3=126.4r/min"齿2.42.各轴功率i轴：p= po.=1.5x0.95=1.425kwii轴：p广 口 几細入广1425x0.99x0.98=1.38kw滚筒轴：p in=pn -轴承 u齿轮 y轴承=1.38x0.99x0.98x0.95x0.99=1.2

18、6kw3计算各轴转矩i轴：p1 425t -9550x 厂i 9550x - j -14.4n.m7 '仏946.7ii轴：pi 3rt -9550x r 一9550x-43.4n.m1,1yin303.4滚筒轴：9550><p/9550x 1,26 -95.2n.m/z，nul12644.将运动参数和动力参数的计算结果进行调整并列如表2-2所示 表21电动机参数参数电动机轴i轴ii轴滚筒轴转速n/min2840946.7303.4126.4功率p/kw1.51.4251.381.26转矩t/n.m5.0414.443.495.22.4确定齿轮的齿数模数考虑到是普通的减速器

19、，故釆用软齿而齿轮传动装置，参照表选小齿轮材料 为:45cr调质钢 250hbs。大齿轮材料为：42.simn调质200hbs齿轮的传动精度等级为8级。kt(2-6)软齿面闭合传动方式应按齿面的接触强度计算求中心距a利用公式：a>48.3 乙(u+1)修正系数& 查表的ga=l许用接触应力吐8hlim =660mpa接触疲劳极限应力8hlimyhlim|=690mpa许用接触应力pls/h =0.98hlim ,=0.9x690mpa=621 mpas/i2 =0.98hlim =0.9x660mpa=594mpa因sl. < p”2取sl. =几2 =594mpa 代人上

20、式小齿轮的转矩t】t =9550x 10 巳=43400n.mmn2齿宽系数取<p“=0.4载荷系数k取k=1.7计算齿轮传动中心距aa>(u+l)34amh=48-3xlx(3-12+1)3fcfl=109-7mra取标准模数m=2.5mm则z =26z 2 =62主要传动尺寸：d严叫广2.5x26=65 mm d2 =m,2=2.5x62=155 mm a= (z +z 2 )= 11 ommb2 =b=(p “ a=0.4x 110=44mm bi = b2+(5°°10)= (49s54)mm取 b | =49mm计算齿轮鬪周速度：船,囂鶯;65十3认2

21、.5校核齿轮弯曲强度齿根弯曲强度校核公式:(2-6)许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力sflimsflim 尸292mpasflim 2 =280mpa许用弯曲应力5 f 1 =1.48flim,=1.4x290=406mpaf 2=1.48flim2=1.4x280=392mpa校核复合齿数系数：y&y43校核齿根弯曲应力:所以该齿轮适用。"縈 y“ -76.54x將73.76mpxf j f2所以该齿轮同样适用。2.6标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算：（小齿轮）如表2-3所示表23直齿圆柱齿轮儿何参数名称符号计算公式模数mm=2.5mm齿数zz=26分度园压力角aa=20&

22、#176;齿顶高h “ha 一m-25mm工作高度h'h =2h=5mm金齿高hh=h +c=5.625mm顶系cc=0.25m=0.625mm分度圆宜径dd-m-2.5 x26-65mm齿轮1员1直径d “d “ =d+2h=70mm齿根圆直径d/d f =d.2(h-h+l)=63.75mm基圆百径d/?=m 2 cos0=64.9mm分度圆齿距pp-7rm-7.85mm分度圆齿厚ss=tt m/2=3.925mm分度1员1齿精度ee=7cm/2=3.925mm2.7标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算：（大齿轮）如表2-4所示表2-4直齿圆柱齿轮儿何参数名称符号计算公式模数mm=

23、2.5mm齿数zz=62分度园压力角aa=20°齿顶高h“ha -m-2.5mm工作高度h'h =2h=5mm金齿高hh=h +c=5.625mm顶系cc=0.25m=0.625mm分度圆直径dd-m-2.562-155mm齿轮1员1直径da=d+2h= 160mm齿根圆直径d/d f =d.2(h-h+l)=148.750mm基圆直径d”d/?=m2 cos0= 145.7mm分度圆齿距pp7im7.85mm分度圆齿厚ss=7tm/2=3.925mm分度圆齿精度ee=7rm/2=3.925mm2.8轴的设计与校核1设计轴的基本直径选用45钢正火处理，估计直径d< 10

24、0mm查表得:5h =600mpa 查表去 c=l 181.38d-ck=1182/=2omm 所求a应为受扭转段的直径即装链轮处的直径，原因该处有一键槽。故直径应大于3%即d=l.03x20=20.6mm 取标准直径d=25mm。2. 轴的结构设计(1) 初定各轴段直径如表2-5所示表2-5各段轴直径位置轴直径说明链接处25mm按传递扭炬设计基木直径油封处29inm为满足链轮的轴向固沱要求而设一轴肩，轴肩高 a=(0.07s0.1)d=1.75s2.5 取 a=2因承受径向力，故选用而接触为触，为使轴承从右端轴承处35inm卸掉，轴承外径应大于油封直径。轴颈为35mm,初 定轴承型号为720

25、7ac,两端相同齿轮处37inm考虑齿轮从右端插入，故齿轮孔径应稍大于轴承直 径。并取标准直径轴承处44mm齿轮右端用轴环定位，接齿轮处轴颈应为37mm,轴环高度为 h=(0.07s0.1) d=2.59s3.7 取 h=3左端轴承轴肩40mm为便于拆卸轴肩高度不能过高.据7207c型轴承安装处尺寸，取轴肩高度为2.5mm(2) 确定各轴段长度(由左向右)如表26所示表2-6各段轴长度链轮处48mm假设链轮毂宽度为50mm,为保证轴端圈 能加紧链轮的轴端长度应略小于链轮毂 宽度，取48mm油封处45mm此长度应包描两部分，取轴承盖外端面 与链轮右端面的间距为25mm,取轴承有 端面与轴承外端面

26、的间距为20mm,故为 45mm齿轮处68mm假设齿轮轮毂宽度为70mm,为保证套筒 能压紧齿轮，此轴段氏度应略小于轮毂 宽度(3) 其它尺寸为方便加工,并按照7207ac型轴承的安装尺寸，轴上过渡圆角半径r=lmm. 轴端倒角为45°。传动零件的周向固定。齿轮及链结处均用a型普通平键齿轮为 a10x50gb1096 链结处为 a8x36gb1096o3. 轴的受力分析(1) 求轴传递的转距p1 qqt=9.55x106x-=9.55x106x=43400n.mmn303.4齿轮上的切向力：片 竺=2x43400 =336nd dr 65齿轮上的径向力：fr2 = fz2xtan9=

27、l336xtan20=486.3n(2) 确定轴的跨距由轴承手册查得7207c型轴承的a值为15.7mm,固左右轴承的 反力作用点 至齿轮力作用点的间距皆为(0.5x70+20+5+17-15.7) =61.3mm。链轮力作用点与 右端轴承的支反力作用点的间距为15.7+20+25+0.5x50=85.7mm4. 按当量弯矩校核强度(1) 作轴的空间受力简图(2) 作水平受力图及弯矩图，假设链对轴的压轴力为500nahfqx85.7-f；2 x61.31226= 106.4n_fqx20&3 + 心 x61.312z6= 1092.72mchl =f m x61.3=106.4x61.

28、3=6522.3n.mmm chrchl =6522.3n.mmmc/ =7.00x85.7=42850n.mm(3) 作垂一直受力图及弯矩图f =f = 12. =668n丄 av 丄22uuo1、mcv = f 4v x61.3=668x61.3=40948.4n.mm(4) 作合成弯矩m图mcl = y/m2chi=v6522.32 +409482 =41464.6n.mm=v6522.32 +409482 =41464.6n.mmmb =m2bri +mv = v428502 +02 =42850n.mm(5) 作合成转矩t图t=43400n.mm(6) 按当量变距校核该轴的强度由图可

29、见截而b的弯矩，转矩皆为最大 月相 对尺寸较小，故应当校核截面b的当量弯矩为：m 肚=+(at)2 = 428502 +(0.6x43400)2 =50141.8n.mm查表得对于45钢 g=600mpa 其卜“ u,=55mpabc_ mbc0d3_ 50141.80.1x353=11.7mpa<8_,所以轴的强度足够。受力图及弯矩图如图2-2所示:mtitbvb图22受力图及弯矩图第3章轴承的校核预期寿命为2年；受屮等冲击n=303.4;径向载荷frl=1000n, fr2=2000n外 加轴向载荷f2=880n。1. 计算轴承的内部轴向力，由于轴承的型号为7207ac,查得7207

30、ac型轴轴向的计算公式为 f v=0.68fr 故得 f=0.68f h =0.68x 1000=680nf=0.68f ,2 =0.68x2000= 1360n 分别在图屮载荷作用中心画出f,fv2指向 图3-1所示:图3-1受力分析2. 计算轴承的轴向载荷=880+1360=2240>f 故 f=f+f=880+ 1360=2240n f=f=1360n3. 计算轴承的径向当量，动载荷。轴向的径向当量载荷p门，由表查得70000ac型轴承的e=0.08也=竺2 = 2.24 >e=0.08由表查得x=0.41 y=0.87.由于转动过程中受 fr 1000中等冲击，由表取fp

31、=1.5则可得ph =f/; x ( xf h +yf ) =1.5x (0.41x1000+0.87x2240) =3538.2 轴承2的径向当量动载荷=i2=o.68=c 由表可得 x=l,y=0 则可得 pr7=f x (xf.+yf .)fr2 2000卩x2 111=1.5x (1x2000+0x1300) =3000n 两轴承型号相同而且 prl>pr2?i&应按 pj计算轴承寿命4. 校核轴承径向皋木额定动载荷的计算值c为：c=pr 160.nlwz v 106(3-1)由(31)得载荷的计算值为3538.2x360x303.4x24x360 =24063.2nio

32、6由轴承手册查得7207a c轴承的基木额定动载荷1 r= 30500> 1 ;= 24063.2n,并11数值较接近。故该轴使用。第4章润滑方式与密封的选择4.1轴承的润滑当滚动轴承d”值小于2xlo5mm/min时一般釆用润滑脂润滑，为了防止箱内 润滑油进入轴承，使轴承内润滑脂稀释而流出，通常在箱休轴承座内侧一端安装 挡油环，轴承距内琏的距离为:1015mm.当传动零件的边缘圆周速度人于2-3m/s时可利用传动零件进行飞溅式润滑, 轴承距内壁的距离为3-5mm由于传动零件的圆周速度小于2-3m/s,所以采用脂润滑更为合理。4.2轴承的密封为了防止轴承内的润滑剂向外泄踞以及外界的灰尘等杂质渗入，导致轴承磨 损或腐蚀，应该设置密封装置。由于橡胶油封使用于脂润滑，圆周速度小于7m/s, 所以采用橡胶密封，若双向密封时，可使用两个橡胶油封反向安装。第5章静强度的计算1.选择链轮齿数，可，5设链速为78n / s由表取z =23, z