混凝土搅拌机结构设计

1、摘要1关键词11 前言21.1 混凝土搅拌机简介21.2 混凝土搅拌机的分类21.3 混凝土搅拌机的型号和主要参数表示32 混凝土搅拌机的结构32.1 工作原理32.2 搅拌机的结构42.2.1 搅拌机盖42.2.2 搅拌筒体42.2.3 搅拌装置42.2.4 轴端密封42.2.5 传动装置52.2.6 衬板52.2.7 卸料门52.4 搅拌主机类型选择52.4.1 自落式混凝土搅拌机62.4. 2 强制式混凝土搅拌机63 设计的主要内容63.1 原始数据63.2 总体设计63.2.1 搅拌装置63.2.2 传动系统63.2.3 上料系统63.2.4 供水系统73.2.5 机架与支腿73.3

2、主要机构具体结构设计及参数设计73.3.1 搅拌装置73.3.2 传动系统103.3.3 上料系统113.3.4 供水系统123.3.5 机架与支腿134 电动机选型和主要参数计算134.1 电机选型134.1.1 选择电动机类型和结构形式134.1.2 选择电动机的容量134.1.3 双卧轴强制搅拌机轴上功率的计算144.1.4 电动机的功率计算154.1.5 确定电动机的转速154.2 重要参数的计算154.2.1 搅拌时间的确定154.2.2 周期性混凝土搅拌机的生产率Q计算164.2.3 搅拌机的容量164.2.4 强制式混凝土搅拌机转速的校核164.2.5 搅拌筒的容积利用系数的确定

3、164.2.6 搅拌筒长度L与直径D之比L/D的确定174.3 计算总传动比和分配各级传动比174.3.1 传动装置的总传动比为174.3.2 分配各级传动174.4 计算传动装置的转速和动力参数174.4.1 各轴转速174.4.2 各轴功率174.4.3 各轴转矩185 联轴器选型和搅拌轴的设计与校核185.1 轴设计的相关内容185.2 轴的设计195.2.1 初步确定轴的最小直径195.2.2 联轴器的转矩计算Tca205.2.3 装配方案比较与设计205.3 根据轴向定位的要求确定各段轴径和长度215.3.1 -段长度和直径的确定215.3.2 初步选择滚动轴承215.4 确定轴上圆

4、角和倒角尺寸215.5 求轴上载荷225.5.1 作出轴的计算简图（力学模型）225.5.2 求出水平面（XOY面）上各力225.5.3 求出垂直面（YOZ面）上各力235.5.4 根据水平面和垂直面的弯矩图作出总弯矩图M总245.5.5 由扭矩平衡作出扭矩图255.5.6 由M总和扭矩图合成作出计算扭矩图Mca255.5.7 搅拌轴截面模量W的计算256 轴承校核266.1 求两轴承受到的径向载荷R1和R2266.2 求两轴承的计算轴向力A1和A2267 轴承润滑密封理论与润滑系统设计277.1 脂润滑287.2 油润滑287.3 密封298 总结29参考文献30致谢31JS750混凝土搅拌

5、机结构设计摘要：本论文设计的JS750混凝土搅拌机是强制式卧轴混凝土搅拌机中的一种，强制式混凝土搅拌机不仅能搅拌干硬性混凝土，而且能搅拌轻骨料混凝土，能使混凝土搅拌非常均匀。生产率高，质量好，成本低。它是目前国内较为新型的搅拌机。整机结构紧凑、外型美观。其主要组成结构包括：搅拌装置，搅拌传动系统，上料、卸料系统，供水系统，机架及行走系统，电气控制系统，润滑系统等。主要设计计算内容是JS750混凝土搅拌机机架的设计。主要包括：整体结构方案的确定、电动机的选择和主要参数计算、联轴器选型、搅拌轴的设计与校核、轴承的润滑密封、润滑系统的设计、JS750混凝土搅拌机的装配图及零部件图的绘制。关键词：混凝

6、土搅拌机；机架；槽钢TheStructuralDesign of JS750 Concrete Mixer Abstract:The design of the JS750 concrete mixer is one offorced down shaft concrete mixer, concrete mixer forced not only to harsh concrete, but also can stir light weight aggregate concrete and make concrete mixing be stirred very evenly.The mac

7、hine is productivity, high qualityand low cost. It is the present domestic relatively new mixer.The whole structure of the machine is compact, with nice appearance.Its main composition structure including: mixing unit, stirring transmission system, loading and unloading system, w

8、ater supply system, rack and travel system, electric control system, the lubrication system, etc. Mixer frame design is the main design calculation content of JS750 concretemixer.Mainly includesthe overall structure determination of the scheme, the choice of the motor and the main parameters calcula

9、te, the type selection of coupling, designing and checkingof stirring shaft, bearing the lubrication seal, lubrication system design and the drawing of JS750 concrete mixer and parts of the assembly.Keywords: concrete mixer; rack; channel1 前言1.1混凝土搅拌机简介混凝土是建筑材料中的一种主要的材料，它是以水泥做为黏结剂把骨料粘在一起的，属于一种非匀质材料，

10、其用途广，用量大。混凝土搅拌机就是用来大量生产混凝土的机械。混凝土搅拌机有自落式和强制式。混凝土从塑性混凝土发展到干性，硬性混凝土，强制式搅拌机得到了很大发展。强制式混凝土搅拌机不仅能搅拌干硬性混凝土，而且能搅拌轻骨料混凝土，能使混凝土达到强烈的搅拌作用，搅拌非常均匀，生产率高，质量好，成本低。因此，强制式搅拌机得到了很大的发展，但这种搅拌机的功率损耗比较大1。本次设计的JS750混凝土搅拌机是混凝土搅拌机的主要机型。为了适应不同混凝土搅拌机的搅拌要求，搅拌机发展了许多机型，它们在结构和性能上各有特点，但按工作原理可划分为自落式和强制式。JS750混凝土搅拌机属于强制式搅拌机的一种。它主要由搅

11、拌系统，搅拌传动系统，上料、卸料系统，供水系统，机架及行走系统，电气控制系统等组成。它是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑、外型美观。JS750双卧轴混凝土搅拌机具有操作简便的特点，既能搅拌干硬性混凝土又能搅拌塑性混凝土，还能搅拌砂浆和轻骨料。它具有单机独立作业和与PLD系列配料机组成简易式混凝土搅拌站的双重优越性，还可为搅拌站提供配套主机，适用于各类大、中、小预制构件厂及公路、桥梁、水利、码头等工业及民用建筑工程，是一种高效率机型，应用非常广泛。该机采用底开门卸料，所以搅拌筒不用倾翻，因而节省了动力，简化了结构，布置也比较紧凑合理。1.2 混凝土搅拌机的分类混凝土搅拌机是制备混凝土的专用

12、机械，其种类很多。按混凝土搅拌机的工作性质分有：周期性搅拌机和连续作用搅拌机两大类；按混凝土的搅拌原理分有：自落式搅拌机和强制式搅拌机两大类；按搅拌筒形状分为：鼓筒式，锥式（含锥形及梨形）和圆周盘式等搅拌机，常用的是周期性搅拌机。其具体分类如下图1所示。图1周期性混凝土搅拌机的分类Fig 1Classification of periodic concrete mixer混凝土搅拌机的型号和主要参数表示混凝土搅拌机的型号由搅拌机机型号和主要参数组合而成，其意义如图2所示。2 混凝土搅拌机的结构2.1 工作原理本设计说明书详细叙述了有关强制式混凝土搅拌主机的工作原理和结构以及相关设计内容，我的设

13、计思路是根据拟订的传动路线,从电机的选择、电机带轮和减速器带轮的设计、联轴节和减速器以及联轴器的选择、搅拌轴的设计与计算并伴有轴承的选择与校核计算、卸料门的设计以及润滑系统的设计,最后还有主机的装配工艺等内容。本次设计我在老师和公司的综合指导下和详细查阅有关机械方面书籍来完成毕业设计的。以下从工作原理逐步展开：JS2000C变型，改进设计序号搅拌机出料容量（m3）动力代号，内燃机驱动代号R，电动机驱动代号可省略机型代号图2混凝土搅拌机的型号和主要参数表示Fig 2Models of the concrete mixer and the main parameters of said工作原理：主

14、要由水平安置的两个相连圆槽形拌筒，两根按相反方向转动的搅拌轴和转动机构等组成，在两根轴上安装了几组搅拌叶片，其前后上下都错开一定的空间，从而使混合料在两个搅拌桶内轮番地得到搅拌，一方面将搅拌筒底部和中间的混合料向上翻转，另一方面又将混合料沿轴线分别向前后推压，从而使混合料得到快速而均匀的搅拌，因此，该类搅拌机具有自落式和强制式两种搅拌功能，搅拌效果好，耐磨性好，能耗低，宜制成大容量搅拌机。2.2搅拌机的结构混凝土搅拌机由搅拌机盖、搅拌筒体、搅拌装置、轴端密封、传动装置、衬板、卸料门、润滑系统等组成。2.2.1搅拌机盖搅拌机盖是为搅拌主机工作时防尘和进料连接而设计的，盖与桶体间采用螺栓联结，中间

15、有密封胶条，各进料口形状和位置可接不同机型或用户要求制作，检视门有安全开关。搅拌机盖设计的喷雾系统有效地压住投料时扬起的粉尘并与吸尘装置连在一起，确保环保要求。2.2.2搅拌筒体搅拌筒体由优质钢板整体弯成“奥米加”形状，而且由特别管状框架承托，有足够的刚度和强度，保证主机的正常运作。2.2.3搅拌装置两根搅拌轴上的多组搅拌臂和叶片组成搅拌装置，保证桶体内混合料能在最短时间内作充分的纵向和横向掺和，达到充分拌和的目的。搅拌臂分为进给臂、搅拌臂、返回臂，同时为了便于磨损后的调整和更换，每组搅拌叶片均能方便地在受力磨损的方向调整，直至搅拌叶片正常磨损后的更换。为适应不同工况和骨料粒径的要求，搅拌臂可

16、在轴上做60º、120º和180º的排列，以达到搅拌最大骨料粒径。叶片为高强度抗冲击耐磨铸铁，正常生产时能达到3700罐/次，其性能指标符合93规定(HRC58，冲击值2，抗弯强度600N/mm2)。2.2.4轴端密封对卧轴式混凝土搅拌机，因工作时主轴浸没在摩擦力很强的砂石水泥材料中，如果没有行之有效的轴端密封措施，主轴颈会很快被磨损，毁坏，产生严重的漏浆，影响级配。采用三道密封及骨料架油封和液压系统供油旁泵，其工作原理用压盖、耐磨橡胶圈和转毂为第一道密封，为防止砂浆浸入缝隙，由注油孔向内腔注入压力油脂，至主缝中有少量油脂挤出为止，用油脂外溢来阻挡砂浆入侵，第二道

17、密封由转毂和O型密封圈组成即浮动环密封，浮动环组借助O型圈的弹性保持一定的压紧力和磨损后的间隙补助，由注油孔注入润滑油脂，转毂为粉末冶金专用件，密封面经研磨加工，最后由安装的J型骨架密封组成第三道。搅拌轴的支承由独立的轴承座和带锥套调心滚子轴承共同承担，同时通过两个骨架油封的作用能有效的保证轴承的良好工作环境，以保证机的正常运作。2.2.5传动装置JS型搅拌主机采用进口和国产两种螺旋锥齿行星减速机传动，减速机与搅拌主轴间采用鼓型齿联轴器联结，搅拌主轴采用高速端十字轴万向联轴器同步，使两轴作反向同步运转，达到强制搅拌效果，与传统的大小的链轮传动，大齿轮同步的结构相比，具有结构紧凑，传动平稳，遇非

18、正常过载时能通过皮带打滑保护等特点。为保证减速机的正常工作，传动装置中可以选配冷却装置。散热器的功率为w，由本机所附加的自动感温器控制，在减速机油温达到60度时自动启动，油泵的动力由主电机通过皮带传动提供。2.2.6衬板弧衬板为高硌耐磨合金铸铁，其性能指标符合93规定（HRC54，冲击值·M/mm2,抗弯强度600N/mm2），特殊设计的菱形结构能提高衬板的使用寿命,端衬板为优质高Mn耐磨钢板制成。2.2.7卸料门卸料门的结构形式独特可靠,整体弧面与桶内衬板面持平,能有效地减少强烈冲击,磨损真正做到优质耐久,另外,卸料门两端的支承轴承座可上下调节,接触面磨损后可以调节间隙,确保卸料门

19、的密封.卸料门采用进口液压系统驱动,与传统的气动形式相比具有结构紧凑,动作平稳,开门定位准确,能手动开关门等特点,油泵系统产生的高压油通过控制系统,经高压油管作用到油缸,驱动卸料门的开关,通过调节卸料门轴端接近开关的位置和电控系统共同使用,可以实现卸料门的开门到位的任意调整,以实现不同的卸料速度。2.4 搅拌主机类型选择由于强制式混凝土搅拌机有立轴式和卧轴式两大类。立轴式又分为涡浆式和行星式。混凝土搅拌机是将石子（粗骨料）、沙子（细骨料）、水泥、水和某种添加剂搅拌成匀质混合料的机械。广泛应用于工业和民用建筑、道路、桥梁、港口和机场、矿山等建筑行业中。为适应搅拌不同性质的混凝土的要求，以发展了很

20、多机型，各种机型和性能各有其特点。从不同的角度进行划分：按工作性质分为周期式和连续式；按搅拌方式分为自落式和强制式；按装置方式分为固定式和移动式；按出料方式分为倾翻式和非倾翻式；按搅拌桶外型分为犁式、锥式、鼓式、槽式、盘式。下面分自落式和强制式两类来介绍和选择。2自落式混凝土搅拌机它靠旋转着的鼓筒中的叶片将物料提高到一定高度后落下进行搅拌的最常用的的有JG型鼓筒式、JZ式双锥反出料式和JF型双锥倾翻式混凝土搅拌机。2.4. 2强制式混凝土搅拌机它靠旋转的叶片对混合料产生剪切、挤压、翻转和抛出等多种作用的组合进行拌和的，搅拌作用强烈，搅拌时间短，适用于搅拌干硬性混凝土和轻骨料混凝土，由于叶片容易

21、受磨损或被粗骨料卡住，故一般不易搅拌骨料颗粒教大的混凝土。3 设计的主要内容3.1 原始数据出料容积 750 L进料容积 1200 L搅拌电机额定功率 30 Kw最大骨料粒径80/60 生产率：303.2总体设计3.2.1搅拌装置搅拌筒、搅拌叶片、搅拌轴以及支承结构的确定。3.2.2传动系统传动系统方案的确定；传动系统结构型式和基本组成；动力设备型式和配置；画出结构方案草图。3.2.3上料系统上料系统机构型式的选择；上料架的结构及基本组成；画出结构草图。3.2.4供水系统供水方式的选择；供水系统的组成和设备配置；画出结构草图。3.2.5机架与支腿机架的基本组成；机架的结构型式。3.3主要机构具

22、体结构设计及参数设计3.3.1搅拌装置搅拌装置包括：搅拌筒、搅拌轴、搅拌臂、搅拌叶片和侧叶片，具体结构如图3所示。搅拌筒内装有两根水平配置的搅拌轴，每根轴上均装有搅拌叶片。在靠近搅拌筒两端的搅拌臂上分别装有侧叶片，可刮掉端面上的混凝土，并改变混凝土的流向。如图3所示，叶片与村板间隙5mm。1搅拌筒；2搅拌轴；3搅拌臂；4搅拌叶片；5侧叶片图3双卧轴搅拌机搅拌装置Fig 3Twin-shaft mixer agitator（1）搅拌筒结构及卸料方式的确定搅拌筒的结构尺寸如下：容积利用系数搅拌筒的几何容积 V几3筒体长1582mm 筒径D=1400mm筒体总长度2572mm 外径D0=1468mm

23、卸料方式的确定：目前卧轴式搅拌机主要采用倾翻式和底开门式两种卸料方式，由于JS750的出料容量为750L，虽不是很大，但考虑到搅拌筒的尺寸及结构，采用倾翻式显然不太可能，它的筒体近似于长方体，故采用底开门式，既可使混凝土顺利地在搅拌过程中卸出，也可避免使筒体倾翻，这样既安全，又节省了劳力，表现出很多自由的特点，操作也方便，故而采用底开门式卸料。（2）搅拌叶片、搅拌轴及支承结构搅拌叶片：根据目前国内外卧轴式搅拌机叶片结构型式看，广泛采用铲片式，就单个叶片来说，它是一个平板，他通过搅拌臂与轴形成一体，使全部叶片呈螺旋线分布，叶片间没有直接联系，因而这种化整为零的结构方式具有很突出的优点。它使得叶片

24、的加工安装非常方便，从而代替了加工安装要求高的螺旋带叶片。从磨损角度看，铲片式易受到局部磨损，这是因为物料与叶片之间的滑动逐步不均匀，而且波动，易形成卡料，使磨损加剧，搅拌效果有所下降，故从磨损和搅拌效果来看，铲片式比螺旋带式差。搅拌装置由两根水平轴和安装在该轴上的两段相距1800的反向螺旋带组成，两根轴上的螺旋方向也不一样，这样可以保证混合料在筒内循环运动。从理论上讲，当一端的螺旋带叶片开始从上向罐内的混凝土拌合料切入时，另一端螺旋带叶片从混凝土拌合料中抄起，在两组叶片相互交替作业过程中，排出叶片把拌合料挑起在该端下底部形成无料或少料空间，同时切入叶片把拌合料从一端向另一端进行轴向和周向的复

25、合位移，而另一根轴上的叶片则把混凝土拌合料向相反的方向移动，使得筒内的混凝土循环移动。另外被挑起的混凝土拌合料在螺旋带片后部的空挡处落下，使拌合料之间产生连续的摩擦，先落下的拌合料不断受到后落下的拌合料冲击，使水泥活性不断提高。在叶片切入端由于各点线速度不同，拌合料在受挤压的同时，相互间有较大的相对位移，所以较大的水泥团粒将被分散细化。由于这种机型的结构紧凑，容积利用系数较大，砼拌合料的位移行程达最小值。而各颗粒之间相互作用的时间则达最大值，这是双轴强制搅拌机综合性能较好的关键所在。双轴强制搅拌机的平面图如图4所示。由以上分析可以看出，铲片式不如螺旋带式好，但考虑加工安装要求及目前厂家现有的生

26、产技术条件，我们决定采用铲片式，以达到经济、简便，生产效率高的效果。 5.搅拌叶片支承臂 6. 侧叶片 7.搅拌叶片支承臂 8. 轴图4搅拌装置Figure 4Mixing device本次设计采用两组铲片，第一根轴上采用右螺旋铲片，第二根轴上采用左螺旋铲片。每根轴上的叶片数目定为6（包括两片侧叶片及四片搅拌叶片）。搅拌轴：搅拌轴的主要尺寸经过初步验算，考虑安全裕量，直径定为90mm, 轴的结构型式，就目前厂家生产状况来看，一般采用实心轴，空心轴一般都具有省材，重量轻，受力效果好等优点，但加工困难，装配要求高，造成生产率低，一般不被采用。采用实心轴加工方便，而且也可靠实用，铲片式搅拌轴系统存在

27、搅拌臂与搅拌轴的联接方式问题，现有的插孔焊接式、抱轴式、卡轴式，考虑插孔焊接式有简单优势，又对轴的强度无削弱，因而采用焊接式。搅拌轴模型图如图5所示。支承结构：考虑本次设计采用底开门的卸料方式，所以此支承与传统支承不一样，先把筒体固定在底座上，而把两根轴通过轴承支承在筒体上。由于搅拌筒内装流塑态的混凝土拌合料，因此搅拌轴必须采用轴端密封，以防止砂浆污损轴承。浮动密封是经过实践证明了的被公认是较理想的密封，本机即采用这种密封。图5 搅拌轴三维模型图Fig 5Mixing shaft 3-D model3.3.2 传动系统传动按传动方式可分为两种：机械传动和液压传动。液压传动具有重量轻，体积小，结

28、构紧，驱动力大等特点，但考虑到目前国内状况，液压马达虽然比以前在质量上提高了，但价格昂贵，用于一般的搅拌机上，成本太高，不经济，故而我选用传统的机械传动。传动系统由电动机、皮带轮、减速箱、开式齿轮等组成，如图6所示。1.箱体 2.第二级大齿轮 3.第一级大齿轮 4.第二级小齿轮 5.大皮带轮 6.第一级小齿轮 7.小皮带轮 8.电动机9.开式大齿轮10.开式小齿轮图6搅拌传动系统Fig 6Mixing the transmission system电动机8通过皮带轮7、5带动二级齿轮减速箱，减速箱两轴通过由两个开式小齿轮10和两个开式大齿轮9组成的两对开式齿轮副分别带动两根水平布置的搅拌轴反向

29、等速回转。3.3.3 上料系统上料系统由卷扬机构、上料架、料斗、进料料斗、滑轮等组成，如图7所示。上料架：斜置角度为600，它是综合考虑了上料架的位置及搅拌桶衔接，而且考虑底架的宽度不能超过规定的长度及上料架的宽度，行程等综合因素后得出的。上料架的上料轨道（下料轨道）为槽钢，滚轮的上滚轮置于槽钢内侧，而下滚轮置于槽钢外侧，这样可保证料斗上下安全平稳。卷扬机构 4卷扬机构图7上料系统Fig 7Feed system上料动力及卸料制动式电机通过减速箱带动卷筒转动，钢丝绳通过滑轮牵引料斗沿上料架轨道向上爬升，当爬升到一定高度时，料斗底部斗门上的一对滚轮进入上料架水平通道，斗门自动打开，物料经过进料漏

30、斗投入桶内。为保证料斗准确就位，在上料架上装有限位开关，上行程有两个限位开关，下行程有一个限位开关，当料斗下降至地坑底部时，钢丝绳稍松，弹簧钢杆机构使下限位开关动作，卷扬机构自动停车。制动式电机可保证料斗在满足负荷运行时，可靠地停在任意位置，制动力矩的大小由电机后座的大螺母调整。卸料系统由卸料门、操作柄等机构组成，如图8所示。卸料门安装在搅拌罐底部，通过操作柄可以使其绕水平轴旋转以达到启闭目的，通过调整出料。两侧的密封条的位置来保证卸料门的密封。卸料机构如下图8所示。图8搅拌机卸料机构Fig 8Mixer discharge institutions3.3.4 供水系统(1)供水系统的组成及结

31、构供水系统是电动机、水泵、节流阀及管路等组成。启动水泵，即可将注入搅拌筒，水的流量通过节流阀调节，供水总量由时间继电器控制。当按钮转到“时控”位置时，水泵会按设定的时间运转和自动停止，当按钮转到“手动”位置时，可连续供水。(2)供水方式的选择在混凝土搅拌机生产混凝土时，对混凝土质量影响较大的除了搅拌机自身的工作性能以外，就是供水精度。由于供水精度要求控制在2%的范围内，故如何更好的满足精度问题是供水方式的选择，应加以认真考虑。目前，国内运用的主要是时间继电器或虹吸式水箱控制供水精度。但由于虹吸式水箱在不配备搅拌站的情况下有诸多不便，故而选用混凝土搅拌机专用水泵配以时间继电器控制，在误差允许范围

32、内让供水时间略大一些，如果砂石过湿则供水时间相对短一些。(3)供水系统的设备配置时间继电器，供水开关控制，带防尘罩的电机。3.3.5机架与支腿机架：根据整体的布置情况和尺寸要求，按整体具体要求用槽钢、角钢焊接而成的，并按强度组装焊铆在一起，支承主机，并且使各部件空间位置固定形成一整体。支腿：由于本机容量较大，按国家城建法规要求卸料高度大于；采用长短腿配合使用。搅拌时长支腿支承达到使用要求。运输时可将支腿卸掉。短支腿则用于运输状态，卸去长支腿防止机架上各部件与车辆接触而受损。4电动机选型和主要参数计算传动路线：电机电机带轮大带轮十字万向联轴节减速机联轴器搅拌轴，十字万向联轴节、减速机、联轴器只进

33、行选型不进行设计，现先进行电机设计。电机选型选择电动机类型和结构形式选我国推广采用的Y系列的交流三相鼠笼式异步电动机，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体的场合，具有较好的启闭性能。结构采用防护式。选择电动机的容量标准电动机的容量由额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率，电动机的容量主要由运行时的发热条件限定，在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要其电动机的负载不超过额定值，电动机便不会过热，通常不必校核发热和启动力矩。所需电动机功率为4双卧轴强制搅拌机轴上功率的计算强制式混凝土搅拌机的功率计算目前还没有一个严格的计算公式，这里推荐一种简化的计算方法3。对于一个

34、卧式的强制式搅拌机，某一搅拌叶片的受力和运动情况见图9，叶片的宽度为bi，叶片与半径的夹角为i，作用在d面积上的力为dFi =kbi d。式中k为单位面积上的运动阻力，称为阻力系数，单位为N/cm2。该阻力系数在叶片的转速确定后取决于混凝土的水灰比，见表1。由dFi所产生的阻力矩 dMi = cosi dFi表1搅拌阻力系数k的取值表Table 1Mixing resistance coefficient k value figure 混凝料的性质干硬性混凝土塑性混凝土流动性小的砂浆流动性大的砂浆K值（N/cm2）6885253530401020图9某一搅拌叶片的受力和运动情况Figure 9

35、A mixing blades of the force and the motion 这一叶片上的总阻力矩4电动机的功率计算P=K1*P（5）式中：K1电动机容量储备系数，一般取；P搅拌机轴上功率，Kw。现取K1=1.1 ，w代入得4确定电动机的转速对Y系列电动机，通常多选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机，现依据选定的类型结构容量和转速从参考文献2中表12-112-11查出电动机型号如下：4.2 重要参数的计算搅拌机是搅拌设备的核心组成部分，其结构的好坏，会直接影响到混凝土搅拌的均匀性能和整套设备的生产率。4搅拌时间的确定根据每小时循环次数n、搅拌时间s及小时转换到

36、秒关系：s=（1/n）*3600 （6）n每小时循环次数。得搅拌时间s=（1/50）*3600=72秒=86秒符合设计要求。4周期性混凝土搅拌机的生产率Q计算生产率是搅拌设备的主参数，也是确定其他技术参数的主要依据。生产率的确定一般应根据产品系列和配套需要合理的抉择。为了满足路面施工的配套要求，所设计的搅拌设备的最低生产率应不低于/h。经验公式如下：（7）式中：V为搅拌筒的公称容量,取750L；t1为上料时间取25s；t2为搅拌时间取72s；t3为卸料时间取8s；代入式中并单位换算得：4搅拌机的容量搅拌机的容量是指周期式搅拌机设备每转一次能生产新鲜混凝土的实方数公称容量。设计参数中给定750L

37、。4强制式混凝土搅拌机转速的校核合理确定强制式搅拌机的转速，关系到搅拌混凝土的质量和生产率，若转速偏低，使搅拌时间增加，会降低生产率；若转速过高，又会形成较大的离心力，促使混凝土产生离析现象，破坏均匀性，导致质量降低。一般在设计中，除了要考虑物料在拌和中产生离心力外，还宜考虑被搅拌物料与搅拌叶片之间的摩擦系数，推荐采用下式进行近似计算：（8）式中n搅拌机主轴转速，r/min；R搅拌筒内腔的半径，m。计算得r/min ，而本搅拌机主轴的转速为25r/min小于满足要求，故不会发生共振。4搅拌筒的容积利用系数的确定容积利用系数是指出料容积和筒体几何溶剂之比，它的确定主要以搅拌质量的优劣为依据。在确

38、保搅拌质量的前提下，容积利用系数越大越好。但是，容积利用系数的大小还受到其它的条件的制约，其一，搅拌机的设计需要考虑应具备10%的超载能力；其二，按设计标准规定，出料体积与进料体积之比为，而几何容积应大于进料体积，这样容积系数最大不得超过。一般双卧轴搅拌机的容积利用系数取0。4搅拌筒长度L与直径D之比L/D的确定在出料容积一定时，应考虑以最小的结构尺寸获得最大的空间容积。以利用收到节省制造材料、外表美观和搅拌质量好的综合效益。因此长径比L/D一般不宜过大，因物料的轴向运动主要靠叶片的螺旋角产生有限的轴向推力，如果物料的轴向流动距离过长，很难快速达到匀质效果。通常长径比宜控制在3以内，一般情况下

39、取。4.3计算总传动比和分配各级传动比4传动装置的总传动比为总=nm/nw=1420/25=56.8 （9）式中nm电动机满载转速，r/minnw搅拌轴的转速，r/min多级传动中，总传动比应为总=12n，其中1，2，n为各级传动机构的传动比。4分配各级传动参考文献1中表1-8的传动比和表13-2，当选V带传动时，在满足24范围内，初选1，故减速器减速比21满足840范围内单级锥齿轮减速器。4.4 计算传动装置的转速和动力参数4各轴转速设计计算传动件时,需要知道各轴的转速、转矩或功率,因此应将工作机上的转速转矩或功率折算到各轴上,设从电机到工作机的各轴依次记为电，减，主轴，则n电=1420 (

40、r/min)n减=nm/1=1420/3.7=383.78 (r/min) （10）n主8/1=25 (r/min)4各轴功率Pd= 25.75 P减= Pd ×电减（11）×P主= Pd ×电减×主减×××=22.43 式中Pd电动机输出功率,Kw；P减减速器输入功率,Kw；P主搅拌轴输入功率，Kw；电减电机与皮带之间的传动效率；减主减速箱与主轴之间的传动效率。4各轴转矩Td=9550Pd/nm=9550×（12）)T减= Td×1×电减××= 640.89 (N.m)T主

41、= T减×2×主减= Td×1×2×主减×减×联轴器×轴承×××16×××=9304 (N.m)式中Td电动机轴的输出转矩N·m；T减减速箱输入转矩N·m；T主搅拌主轴输入转矩N·m。为简明起见,现列表2如下：表2传动装置各轴转矩Table 2Transmission device the axis torque轴转速(r/min)功率(Kw)转矩(Nm)电机轴1420减速箱轴384搅拌轴2593045联轴器选型和搅拌轴的设计

42、与校核5.1 轴设计的相关内容轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动及动力11。轴按照承受载荷的不同，可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。轴按轴线形状的不同，可分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零

43、件不容易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。直轴可做成实心或空心，在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大做用的场合，轴可作成空心。空心轴内径与外径的比值通常为0.50.6,以保证轴的刚度和扭转稳定性.此外,还有一种钢丝软轴又称钢丝挠性轴，它是由多组钢丝分层卷成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。轴的设计包括轴的结构设计和工作能力设计。轴的结构设计是根据轴上零件的安装定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可

44、靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等，因此，轴的结构设计是轴设计的重要内容。轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和稳定性等方面的计算.多数情况下,轴的工作能力主要取决于轴的强度.这时对轴进行强度计算,以防止轴的断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形，对于高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。 5.2 轴的设计5初步确定轴的最小直径先按参考文献机械设计4中式15-2初步估计轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据机械设计中表15-3，取A0=108，于是有dmin=（13）=又

45、因为对于轴径大于100mm的轴,有两个键槽时,轴径应增大7%,故dmin=117.65x(1+7%)=,输入轴的最小直径要取决于安装联轴器处轴的直径d-，为了使所选的轴直径d-与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。5联轴器的转矩计算TcaTca=KAT主（14）式中： KA可查参考文献4中表14-1,考虑到转矩变化中等,故取KA=1.7, 则Tca=KA主按照计算转矩Tca应小于轴公称转矩的条件，查标准GB5014-85或机械设计手册第二卷5表6-2-29，选用GCL10型鼓形齿式联轴器（JB/ZQ4379-86），其公称转矩为，半联轴器的孔径d=130mm，故取d-= 130mm，

46、半联轴器长度L=128mm，其标记示例：GCL10型鼓形齿式联轴器。主动端：Y型轴孔，A型键槽，d=130mm，L=128mm。5装配方案比较与设计轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用,所谓装配方案,就是预定出轴上主要零件的装配方向,顺序和相互关系。图10方案一Fig 10Scheme i图11方案二Fig 11Scheme ii 从以上搅拌轴的两种装配方案比较中，方案一比方案二多了紧定螺钉，它可使套筒随轴一起旋转，当由于摩擦损害轴径时，便于替换，这样就没有必要换整根轴，节省了材料和成本，所以决定采用第一种方案。5.3 根据轴向定位的要求确定各段轴径和长度5-段长度和直径的确定为了

47、满足半联轴器的轴向定位要求，-段右端需制出一轴肩，故取-的直径d-=140mm；左端用减速器的输出轴端定位，半联轴器与轴的配合长度L1=128mm，为了不与闷盖接触，故可取l-=126mm。5初步选择滚动轴承a. 从负荷大小和方向考虑，既受到径向又有轴向还存在轴或壳体变形较大以及安装对中性差的情况且要求具有调心功能，故选用调心轴承。b. 从轴承的刚性考虑，一般滚子轴承大于球轴承，故选用滚子轴承。c. 从轴向游动考虑，一是可选用内或外圈无挡边的轴承，二是在内圈与轴或外圈与轴座孔之间用间隙配合。d. 从安装与拆卸角度考虑，装卸频繁时，可选用分离型轴承或选用内圈为圆锥孔的、带紧定套或退卸套的调心轴承

48、。综上，采用d-= 130mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度等级的调心滚子轴承，从5中表7-2-69中找到。其型号为3013728，尺寸为d x D x B=140x270x86，基本额定负荷Cr=1530kN Cor=1854KN，计算系数为e，Y1= 2.0 Y2=2.9 Y0=2.0 故d-=140mm,相应地查的紧定套长度B1=119mm，考虑到拆卸轴承和安装轴上零件的方便性及参考经验尺寸，取l-=217mm。e根据轴间的高度要求单边轴肩取5mm故取d-=150，为满足安装轴端密封的长度要求和参考滑毂等零件长度尺寸，取l-=198mm。f安装搅拌臂的轴径暂取d-=18

49、0mm，其长度l-=8x195=1560mm，由于安装和制造的误差，故取l-=1582mm。g由安装零件对称性，故尺寸设计可用对称法取d-=150mm，l-=198mm，d-=140mm，l-=120mm。5.4 确定轴上圆角和倒角尺寸参考文献4中表15-2,取轴端倒角为3 x 45°，各轴肩处的圆半径见图。5.5 求轴上载荷按弯扭合成强度条件计算，通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定。轴上载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。5作出轴的计算简图（力学模型）根据轴的结构图作出轴的计算简图12。在

50、作计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷，并将其分解为水平分力和垂直分力，然后求出各支承处的水平反力和垂直反力6。根据总计算简图，作出XOY面上的受力图13。图12搅拌轴的受力简图Fig 12Stirring shaft by the force diagram图13 XOY面上的受力Fig 13the stress of the XOY surface5求出水平面（XOY面）上各力由扭矩平衡，且由分析的Fx1 = Fx3 = Fx5 = Fx7, 有Fx1 x 0.575 x 4 = T =8272.33 (Nm) （15）得3.597 (KN)由y方向平衡有：FAX + FBX = -4

51、x Fx1 = -14.387 (KN) （16）由对A点力矩平衡有：FBX（L1+L2+L3+L4+L5）+ Fx7（L1+L2+L3+L4）+Fx5（L1+L2+L3）+ Fx3（L1+L2）+ Fx1 x L1=0 （17）由（16），（17）两式解得：（KN），（KN）根据上述简图，按水平面计算各力产生的弯矩，作出弯矩MH图14。图14弯矩MH图Fig 14Bending moment MH figure根据总计算简图，作出YOZ面上的受力图15。图15 YOZ面上的受力图Fig 15The stress of the YOZsurface5求出垂直面（YOZ面）上各力根据上述简图，按

52、垂直面计算各力产生的弯矩，作出弯矩Mv图16。图16弯矩Mv图Fig 16Bending moment Mv figure5根据水平面和垂直面的弯矩图作出总弯矩图M总图17总弯矩图Figure 17Total bending moment figure如图17：其公式为（23）5由扭矩平衡作出扭矩图作出T的扭矩图18。图18T的扭矩图Fig 18Torque figure ofT5由M总和扭矩图合成作出计算扭矩图Mca（24）其中取为。从上面的总计算弯矩图可以清楚的看出危险截面为-段的第五根搅拌臂位置。校核如下:搅拌轴截面模量W的计算易知B点坐标为(90,0)，设A点坐标为(z,80)，由z2

53、+y2 =902，解得：。 A点坐标为(z,80)，直线AB方程为：图19扭矩图McaFig 19Torque figure of Mca ( 由图形的对称性和被积函数为偶函数)（25）=4+4=4W= Iy /80=3ca=Mca/W=3778234mm3-1=60Mpa （26）故所设计的轴满足强度要求，故安全。6轴承校核根据工作条件，决定选用双列圆锥滚子轴承，设轴运转中有中等冲击载荷，工作温度小于150度，寿命为三年。(一年按300天计)时间根据滚动轴承样本或参考文献5第二卷表7-2-69，可知3113732轴承的基本额定负荷KN：Cr=1530KN，Cor=1854KN；计算系数为e，

54、Y1，Y2，Y0；6.1 求两轴承受到的径向载荷R1和R27 轴承润滑密封理论与润滑系统设计对于润滑方法的选择，有采取集中润滑、手动润滑和采用班前班后手动快速加油等三种。大的方面，对于润滑系统，可系统地分为下面几大部件：递进分油器、浓油泵（含安全阀）、油管和接头总成、油嘴螺母、安装块1、安装块2、直通式压油杯、过滤器、气动泵、气压力表等九大部分组成。需要润滑的地方是轴端密封处、骨架油封处、卸料门轴承、主轴承等几大部位。则需要润滑的注油地方是：轴端密封注油点油杯、骨架油封注油点油杯、卸料门轴承注油点油杯、主轴承注油点油杯、油缸注油点油杯。其中：采用集中润滑的有：减速机端右轴轴端密封点、减速机左轴

55、轴端密封点、浓油泵端左轴轴端密封点、浓油泵端右轴轴端密封点。采用手动润滑有：浓油泵端左轴骨架轴端密封点、浓油泵端右轴骨架轴端密封点、浓油泵端左轴轴承密封点、浓油泵端右轴轴承密封点、浓油泵端卸料门轴承点、浓油泵端油缸润滑点A、浓油泵端油缸润滑点B、减速机端右轴骨架油封密封点、减速机端左轴骨架油封密封点、减速机端左轴轴承密封点、减速机端右轴轴承密封点、减速机端卸料门轴承。采用班前班后手动快速加油的有：浓油泵端左轴轴承快速注油点、浓油泵端右轴轴承快速注油点、减速机端右轴轴端快速注油点、减速机端左轴轴端快速注油点。7.1脂润滑当滚动轴承速度较低(dn2x105 mm.r/min,d为轴承内径，n为转速

56、)时，常采用脂润滑。脂润滑的结构简单，易于密封。一般每隔半年左右补充或更换一次润滑脂，润滑脂装填量不应超过轴承空间的1/31/2，可通过轴承座上注油孔及通道注入，为防止箱内的油浸入轴承与润滑脂混合并防止润滑脂流失，应在箱体内侧装挡油环，产品生产批量较大时，可采用冲压挡油环。7.2 油润滑油润滑多用箱体内的油直接润滑轴承，油润滑有利于轴承冷散热，但对密封要求，并且要求油的性能高，由传动件确定，长期使用的油中含有杂质，这对轴承润滑有不利影响。油润滑有以下三种方式：飞溅润滑。当箱内传动件圆周速度较大时(v23m/s)，常用传动件转动时飞溅带起的油润滑轴承。为此应在箱体剖分面上开输油沟，使溅起的油沿箱内臂流到沟内，并应在端盖上开缺口。为防止装