毕业设计（论文）-一种自动抹灰机设计

一种自动抹灰机设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 绪论1.1研究的背景和意义不论是城市的高楼大厦还是农村的平板房，抹灰工作都是一项工作量较大的工序。并且随着人们审美要求的提升，对抹灰工作的质量要求也是越来越严格。在以往的抹灰工作中，人工抹灰是最常见的操作，但是由于施工人员技术水平的不统一以及人工操作影响因素较多，整体抹灰质量不能够做到相对统一，质量也就无法完全保证。所以人工抹灰虽然仍然是主流工作方式，但是已经不能满足日益增长的对自动化抹灰设计的工作需要。在这种情况，开发一种效率高、工作质量高、可操作性强的抹灰设备成为了一种迫切的需求。同时我国处于城镇化建设的高速发展阶段，建筑行业飞速发展。开发自动抹灰机具有较大的经济效益以及社会效益。本次毕业设计就是一自动抹灰机作为契机。首先了解一个设计的工作流程，提高自己对设计工作的认知水平。同时通过设计自动抹灰机，提高自己对专业知识的应用能力，把大学期间所学习到的知识点利用毕业设计串起来，形成一个系统的知识链。经过设计运用，形成一个大学知识网，同时利用设计，补充大学期间没有学习牢固的知识点。利用设计形成一个理论联系实际的过程，学以致用，提高和升华自己的能力，为以后的工作奠定基础。1.2国内外发展现状抹灰机是一种建筑机械，伴随着建筑行业的发展而逐渐兴起的。在上个世纪发展较为迅速。早先在西方国家，由于工业程度比较高，对抹灰机的发展起到的较大的促进作用，特别是美国以及日本，抹灰机的结构、功能、工作质量等都处于较高的水平。在我国，由于人工成本比较低，机械化程度不高，所以自动抹灰机械一直处于初级阶段，所以市场非常广阔。同时由于我国建筑行业非常发达以及抹灰施工的工程需求量大，所以对自动抹灰机的需求较大，有很大的发展空间。同时随着人们对绿色、环保建筑的需求，对施工过程中的要求也越来越高。人工很难做到始终如一的品质保证，利用机械成为抹灰的主流，迎来了新的契机。在现代建筑工程施工中，尽管应用到的机械设备非常多，但是主要应用的方向还是室外作业、地面整修等，直接应用到墙面的抹灰还是比较少见的。在国外，由于对施工统一性要求较高，开始逐渐评估抹灰机器人的可能性，通过自动化抹灰形成一个系统、标准、统一的规范，提高了效率同时降低劳动强度。对于我国来说，传统的施工一直都是采用人工施工的主流方式。但是自从八九十年代之后，随着商品化建筑的逐渐发展，如果缩短施工工期，提高施工质量，降低成本成为商品房发展追求的目标。所以就迫切的需要机械化施工的方式，特别是对工作量比较大的抹灰施工来说更是需求旺盛。所以国内外也出现了多种自动抹灰机械，常见的有喷射、涂抹、挤压等方式，动力源有液压、机械、电动等多种方式。目前在市场上常见的自动抹灰机主要是两种，一种是抹灰机，还有一种带有一定的机械自动化操作的抹灰机。在国内的抹灰机中，重点部分就是抹灰设备，相关的配件是可以选择的。在目前国内外现有的设备以及通过专利资料查询到的有关抹灰机的发明可以看到，目前我国的抹灰机可以分为以下几种形式，根据执行机构以及抹灰机的使用特点，可以分为手持式和机械式。其中手持式的特点就是抹灰机不固定在特点的机械或者底座上，利用操作者的手进行操作掌控，能够根据需要进行上下移动。这种方式的抹灰机操作方便灵活，但是对人工的操作性质要求较高，并且需要较好的掌控，属于半自动化的抹灰机的，并且这种操作方式没有解决劳动强度问题以及人的决定性因素。机械式的抹灰机就是讲抹灰装置固定在门架或者立柱上，然后通过各种传动或者机械结构连接成为一个整体，利用自身的机构传动实现抹灰机的升降、移动等。这种抹灰方式机械化程度较高，但是在升降的过程中容易产生脉冲的现象，所以需要更好的考虑平整度以及表面的光泽度等参数质量要求。虽然现在的自动抹灰机存在着不足，但是由于需求旺盛，所以抹灰机会不断的发展，未来抹灰机的主要发展方向总结一下几点。质量不断提高。抹灰机的质量指的是抹灰机的工作速度、效率、施工质量等。随着抹灰机大规模的推广应用，人们更看重在高质量和高效率工作下的抹灰机，能够满足较高质量、较高精度以及较广范围的抹灰需求。从而不断的满足抹灰施工的高质量要求。智能化控制。智能化控制是未来大部分机械的发展趋势，随着计算机技术以及控制技术的发展，人们利用物联网以及5G技术实现自动化、智能化的控制，采用智能响应工作的方式，提高设备的应用效率。节能环保。节能环保是世界发展永恒的主体，特别是随着人们节能、环保意识的不断提高，抹灰机的发展也需要满足绿色发展的方向，利用高科技解决技术手段，采用绿色动力，满足绿色环保施工理念，实现节能、高效、省料是未来抹灰机的主要发展方向。1.3设计的主要内容本次设计研究的对象是自动抹灰机，主要研究的内容如下：对自动抹灰机的总体结构以及机械传动部分进行结构设计。对自动抹灰机的机械机构进行设计选择。对抹灰机的工作装置进行受力分析以及强度的校核。总体方案设计2.1设计基本参数本次设计的基本参数来自于任务书。根据任务书设计的原始技术参数如下：抹灰的厚度：25.0mm；抹墙的最高高度：3.5mm；单次抹墙最大宽度：0.6mm。2.2主要方案的确定根据任务书给定的原始参数，以及设计要求抹灰装置在升降架上，纵向方向能够沿着导轨运动。一般小型机械中，动力的驱动都是来自于电机。在升降系统中利用电机驱动，通过减速机进行降速以及增加扭矩，然后利用齿轮齿条精准传动，带动抹灰装置整体的升降运动，完成一定的抹灰高度。同时在电机的选择上，由于上升抹灰的过程要求匀速、稳定的运动，并且对速度有要求。但是在回城的时候，由于不工作，所以可以快速运动，所以电机寻选择可调速类型。纵向运动可以直接利用电机，通过减速机构带动整个抹灰机运动，方便操作，省时省力。整个抹灰机的整体结构如下图2.1所示。抹灰机机械传动结构设计3.1确定电机的型号抹灰机中主要出现两个电机，分别是抹灰机械升降电机以及物料输送电机。其中升降电机是一个多用电机。在工作的时候，电机驱动齿轮齿条使整个抹灰机向上移动。但是同时也通过皮带带动抹灰装置运动。所以为了电机能够满足较广的应用空间，选择了电机型号为Y90S-2，其额定功率为1.5kw，满载转速为2840r/min。3.2机械传动的设计计算3.2.1传动比分配电机到升降机构的运动中，由于升降机构会上升到一定的高度，并且是单级传递，所以要求能够实现较大的传动比，同时最好具有自锁的功能，能够实现一定的自锁定位。基于此，减速机构选择一级蜗轮蜗杆减速器，为了满足自锁的要求，取，且蜗轮的齿数要求大于29，所以暂时去涡轮的齿数为31。则蜗轮的实际转速为：3.2.2传动动力分配1、各轴转速蜗杆轴：蜗轮轴：2、各轴的输入功率蜗杆轴：蜗轮轴：3、输入转矩计算电动机轴的输入转矩：3.3蜗轮蜗杆设计根据常用的蜗轮蜗杆材质。参考相应的《机械设计手册》，选择蜗杆的材质为45钢，齿面经过淬火加工工艺，硬度达到45~55HRC。涡轮选择常用的材料为ZCuSn10P1，金属模加工制造。同时在结构选材的时候，为了节省成本。涡轮的轮芯采用了HT100铸造而成，齿圈则选择常用的青铜类材质。3.3.1按接触疲劳强度计算根据蜗轮蜗杆传动方式的特点进行计算，首先进行齿面接触疲劳强度计算，然后在对啮合的齿根进行弯曲疲劳强度校核。首先计算涡轮蜗杆的传动中心距，公式如下：(1)确定作用在蜗轮上的转矩T按Z=1，估取，有确定蜗轮工作的载荷系数。由于工作环境的稳定性。工作载荷不均匀系数取值Kβ取1.0，使用系数KA取值1.0，工作冲击动载系数KV取1.05，则载荷系数可以计算为：涡轮蜗所选择的材料为ZCuSn10P1，所以根据材料。首先确定涡轮蜗杆的接触系数。假定蜗杆的分度圆直径d1和传动中心距的比值选择为0.48，则可以据此查询到基础系数值选择为2.32。同时根据涡轮的材料以及加工工艺等，可以查询的大涡轮的基本需用应力。计算应力循环次数计算涡轮蜗杆的使用寿命系数，如下：计算中心距蜗轮蜗杆传动过程中需要自锁，所以取a=160mm，由i=31，则从表11-2中查取模数m=8，蜗杆分度圆直径d1=71mm可查，由于＜，即以上算法有效。3.3.2蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸确定1)蜗杆轴向尺距：，直径系数：，齿顶圆直径：，齿根圆直径：分度圆导程角：，蜗杆轴向齿厚：2)蜗轮蜗轮齿数,变位系数验算传动比i=这时传动比误差=3.3%,是允许的蜗轮分度圆直径喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径图3.1蜗轮简图3.3.4校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数：根据变位系数和当量齿数参数从《机械设计手册》可以查询得齿形系数为。螺旋角系数：许用弯曲应力查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[]=56MPa寿命系数根据计算可以看到。涡轮齿轮的弯曲强度是能够满足使用要求的。3.3.5蜗杆圆周速度校核公式中各参数，已知；；其中与相对滑动速度有关，计算Vs公式如下。从《机械设计手册》用差值法查得：代入式中，得大于原估计值。因此不用重算。3.3.6传动结构主要尺寸首先明确蜗轮蜗杆传动的主要参数传动比i=31、蜗杆头数Z1=1和蜗轮齿数Z2=31。则导程角计算公式如下：得蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q根据前文计算可以得其参数为模数为8mm，分度圆直径71mm，直径系数17.75。则涡轮分度圆直径计算为：蜗轮分度圆直径中心距取整数100mm。然后计算齿轮的变位系数x2。首先对于涡轮蜗杆传动来说，是一对比较特殊的传动，要求啮合的时候中心距需要符合国标规定或者推荐值。对于其变位方法的计算和齿轮是类似的，表示的都是在加工和啮合的过程中，刀具相对于涡轮所需要移动的距离。则涡轮的变位系数计算为：根据计算可以看到。变位系数在规定的0.4到0.7之间，所以符合要求。3.3.7蜗杆设计计算首先根据所选择的材质以及处理方式和达到的硬度等计算最小直径，根据所选择轴的特点，最小直径系数C取值110，带入计算如下：对于最小直径需要综合考虑蜗杆上出现装配键槽等情况，所以将最小直径扩大7%计算，如下：本小节设计的是涡轮蜗杆传动的蜗杆，由于采用的是一级传动，所以一般都是把涡轮放置在中间位置，采用对称分布的方式，能够均匀受力。在设计的时候，一般都是利用轴肩进行定位，利用平键进行链接，选择合适的轴承和端盖等，所以蜗杆的结构设计也是参照这些基本的结构进行设计的。蜗杆的基本结构简图如下图3.3所示。图3.3蜗杆轴结构简图蜗杆可以分为几大主要的结构部分。从左向右分别对其结构、直径等进行设计选择。第一段。这是轴的最小直径处。在轴径的设计尺寸、长度的时候需要考虑最小直径，以及和其相装配的联轴器等。根据前面章节所计算的蜗杆所需要承受的转矩以及综合考虑其工况下属等，选择联轴器的形式为弹性柱销联轴器，其型号为HL3，轴径为38mm。所以设计选择第一段轴段的直径为38mm，长度取值为58mm。根据轴的直径，键的尺寸选择10×8mm，工作长度为50mm。第二段采用轴肩定位的方式，轴肩的高度的选择和轴径有关系。本次设计轴肩选择3.5mm，则轴的直径为45mm。在长度的设计上，第二段需要综合考虑轴承端盖的长度以及工作空间等，所以选择长度为51mm。第三段和第七段是装配轴承的部分，根据蜗杆受力的状态，选择轴承的形式为单列圆锥滚子轴承，根据轴径选择型号为30310，其基本内径是50mm，宽度为30mm。所以轴径的直径选择50mm，长度为30mm。第四段和第六段位于轴承一头，利用轴肩进行定位，所以直径选择60mm。第五段是蜗杆段，尺寸参考蜗杆的数据。3.3.8涡轮轴设计计算首先确定涡轮轴的最小直径，根据涡轮轴所选择的材质以及所达到的硬度等，选择最小直径的计算系数C=110。则最小直径可以计算为：在涡轮蜗杆传动轴，一般都是单级传动，所以啮合部分都是分布在箱体中央，两个轴承对称布置。涡轮和轴利用键槽配合，采用轴肩定位，整个轴设计成为阶梯状，方便装配。其基本结构如下图3.4所示。图3.4蜗轮轴结构简图第一段是轴最细的部分，他的直径需要综合考虑联轴器以及最小直径的，根据所传递的扭矩等，联轴器的形式选择弹性柱销联轴器。轴端的直径选择50mm，根据联轴器等配合，选择轴的长度为88mm。第二段是一个过渡轴端，他有两方面作用，一是作为轴肩，另一方面是作为下一段的轴承端盖进行配合。所以它的轴径选择55mm，长度根据端盖等尺寸选择40mm。第三段和第六段是轴承配合的阶段，根据轴的受力选择轴承形式为角接触球轴承，型号为7012C，他的基本尺寸是内径60mm，宽度18mm，所以第三段和第五段的直径为60mm，轴的长度根据配合和结构的要求，分别为59mm和34mm。第四段是安装涡轮的轴端，根据前面轴端的尺寸此处轴端选择65mm，长度则和涡轮的长度尺寸结构大致一样，选择95mm。第五段是过渡段，主要起到一个轴肩定位的作用，直径则需要比第四段稍微大一点，选择直径为75mm，整体长度则根据轴端结构选择25mm。3.4升级机构传动设计计算3.4.1材质选择齿轮齿条传动属于常规传动的一种。根据一般设计的参考。选择齿条的材质为40Cr，经过调质处理后硬度达到280HBS。齿轮材质为45钢，经过调质处理，硬度达到240HBS。二者精度都选择为7级精度，齿轮齿数选择为17。3.4.2按齿面接触强度计算设计公式对公式中各参数的含义进行选择，主要参考《机械设计手册》。初选工作系数K=1.3，齿宽系数，根据所选择的材料，其弹性影响系数，齿条的接触疲劳强度极限，齿轮的接触疲劳强度极限。接触疲劳寿命系数。然后后计算齿轮传动的应力循环系数，计算如下：然后计算齿轮的接触疲劳许用应力。取传动失效概率为1%，安全系数S=1，则可以计算得：根据二者中的小值带入，计算齿轮的分度圆直径，计算如下：计算齿轮的圆周速度。前面选择了齿轮的齿宽系数为0.8，则计算齿宽为：模数齿高计算齿轮传动的载荷系数，根据圆周速度、齿轮精度等，从《机械设计》中查表可以得到其主要系数分别取值如下，动载系数，直齿轮。使用系数；。由，查图得。故载荷系数：然后按齿根弯曲强度设计，公式如下：首先计算齿轮和齿条的弯曲疲劳强度极限，根据材质工况等，分别为齿条，齿轮。弯曲疲劳寿命系数，。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，载荷系数K。查得，。应力校正系数。，。计算齿轮、齿条的并加以比较。根据计算可以看到，齿轮的数值较大，选择较大数值进行计算。根据计算的结构可以看到，根据接触疲劳和齿根强度两个方向计算的模数不同，同时根据课本可以得知，齿轮模数的大小是根据弯曲强度所决定的，所以可根据弯曲强度就近选择齿轮的模数选择为2，则根据齿轮的分度圆直径选择，首先计算出齿数为52.8/2=26。分度圆直径：计算齿轮宽度：自动抹灰机机械结构设计4.1底座结构设计自动抹灰机的底座是一个基础结构。他需要承载着抹灰机的大部分结构或者硬件，同时自身还需要根据自动的要求沿着导轨进行运动。所以它的结构需要综合考虑承重，运动等。对于自动抹灰机来说，其底座结构设计成为一个拉车的形式，由于整个自动抹灰机的结构都是纯机械式的，所以底座也作为一个机械拉车的结构，并且可以在底座上设计拉杆孔，方便利用人工或者机械机型拉拽，带动底座以及整个抹灰机的行走。底座的基本结构如下图4.1所示。4.2料斗机构结构设计抹灰机的工作过程是当开始工作的时候，输料器的电机开始东欧，然后将配置好的灰浆从料斗中输送到输料机内，通过内部的螺旋输送器将灰浆挤压到末端的出料口，并且经过输料管把灰浆输送到圆形抹灰斗中，从而实现了灰浆的输送。在料斗机构的设计中，他是一个具有储存功能的结构。在本次设计中，把料斗单独的设计了出来，料斗是通过输料机进行输送。采用这一设计的特点是基于抹灰机的特点。在抹灰机工作的时候，其实整个设备只有上下运动，没有横向移动，利用此种设计可以定点的输送灰浆，避免了工作过程中随时补充灰浆的不足之处，从而能够提升运行工作的效率以及降低劳动强度。这种设计对于整个抹灰装置的设计都是有好处的。4.3门架装置整个门架的结构是利用型钢进行加工焊接而成的，一般都是采用钢管或者方管等组成。其中钢管可以作为抹灰机上下运动的导轨或者滑道使用，并且钢管的强度高，能够满足3.5米的要求。同时在实际的工作应用中，可以根据抹灰机所需要的工作高度，调整钢管的高度或者采用套管的方式进行工作，从而能够提升一个工作等级。在钢管上有一侧焊接了齿条，利用齿轮和齿条的啮合，通过点击的驱动，能够顺利、稳定的运转。整个门架一般都是和底盘相固定的。底盘和抹灰机的输送部分基本也都是一样的。同时考虑到抹灰机的稳定性要求，会根据需要在底盘上设计支撑杆。为了抹灰的均匀性，上下抹灰的厚度要尽可能的保持一致，这样就要求底盘能够固定，保持和墙面的距离是稳定的，这时候就会在侧面设计一个螺纹支撑杆，他是可以调节的，根据所需要的厚度进行调节。在工作的时候底盘是不动的，如果需要水平移动则是需要通过人力或者机械的方式进行拖动的。第五章抹灰装置的设计及校核5.1抹灰装置设计选择抹灰装置是抹灰机主要结构，是工作执行部分，抹灰机对墙面的抹灰就是通过这个装置来实现的。具体结构如下图4.2中红色部分所示。图4.2抹灰装置及传动部分图4.4抹灰板侧面图抹灰机的整个结构采用的一种类似于门架的结构类型。底座在地盘上固定，并且带有运动小轮。上面的部分就包括了门架、抹灰装置和传动机构等。其中从结构上来说，抹灰、传动装置和门架是固定在不同的底座上的，其中抹灰和底座是连体的，这样钜能够形成一个固定的整体，在进行抹灰的同时能够进行升降动作。抹灰装置设计为一个料斗和抹灰头是一体的结构，采用圆形的方式。这种方式能够确保在电机不工作的时候这个结构都是封闭的，不会出现灰浆外露或者洒落的现象。在抹灰的时候，其实需要完成三个动作，分别是搅灰、压灰、抹灰等三个抹灰的动作。在其中具有一个螺旋轴，利用他的转动来搅灰，并且会产生一定的压力把灰浆压到墙壁上。整个动作的过程是利用电机进行带动。电机同时带动螺旋轴的转动以及整体的升降。同时在结构设计过程中，为了确保工作的美观性以及光洁性，还可以增加抹平板、耐压橡胶板等，以提高作业质量。5.2螺旋轴结构设计自动抹灰机的抹灰装置是一个最终的执行零部件，他是把输送过来的灰浆就均匀的进行涂抹，达到一定的厚度、平整度等，形成一个完整的工种。在本次设计中抹灰装置采用一个螺旋轴作为主要的工作零部件，通过螺旋轴的转动，能够均匀的把灰浆涂抹到墙壁上，并且螺旋轴本身能够搅动灰浆的转动。螺旋轴的结构如下图5.3所示。图5.3螺旋轴螺旋轴的直径根据其所计算功率以及转速进行计算。螺旋轴传递的功率按照0.58kw进行计算，转速为91.61r/min。螺旋轴在工作中同时承受转矩和扭矩。所以一般按照扭转强度计算轴的直径，公式如下：公式中的p就表示螺旋轴工作中所传递的功率，n表示工作中所传递的转速。前文章节已经给出了数值。C是主轴的一个计算公式，根据工作环境以及受力等，取值130，则带入计算可得：根据计算，以及考虑到装配等综合因素螺旋轴主轴的直径选择30mm。5.3轴的疲劳强度安全系数校核轴的强度校核需要确保其能够满足是用要求，在计算中，如果不能满足要求，则需要通过改进轴的结构形式或者热处理、改变材料等多种方式解决。轴的疲劳强度主要来自于工作中的交变应力，所以需要对轴上的危险断面进行校核，根据《机械设计》危险截面校核系数计算公式如下：公式中各个参数表示只考虑弯矩的时候的安全系数，表示在计算的时候只需要考虑主轴所承受的扭矩作用安全系数，其计算公式如下。则表示根据疲劳强度、材料等的许用安全系数。上述两个计算公式中各个参数的含义。表示在对称的循环应力作用下，主轴所能够承受的完全疲劳极限强度。表示在对称循环应力的作用下，主轴材料所能够承受的扭转疲劳极限强度，值为115MPa。表示弯曲和扭转作用在主轴上的有效应力集中系数，值为1.2。β则表示材料的表面质量系数，值为0.21。表示在完全和扭转双重作用下，对主轴尺寸影响的系数，值为0.81。表示材料所能够承受的弯曲应力最大副值和平均的应力值。表示主轴在承受到扭转应力下的副值和平均应力值。带入计算可得所以符合疲劳强度安全系数。总结抹灰工作是建筑行业工作量非常大的工种，需求非常广泛，劳动强度大，效率低，要求质量高。所以如何进行大规模的机械化、自动化施工一直都是一个难点和重点，随着我国技术的发展，特别是材料、工艺、加工等技术的提升，自动化机械化施工成为一种趋势。特别是这种能够解放劳动力、大规模提升效率的施工机械。本次毕业设计主要研究的就是自动抹灰机，这是一种在我国并不太成熟的施工机械。在设计中，首先对市场需求进行了分析，对抹灰机国内外发展现状进行了了解，并根据施工的特点对抹灰机未来发展趋势进行了分析。然后对所研究的自动抹灰机传动系统进行了设计计算，并对关键部分进行了校核。同时对抹灰机的主要结构进行了设计选型，对抹灰装置进行了分析校核。最后对整个设计过程编制完成了设计说明书并绘制了部分CAD图纸。致谢时光飞逝，经过几个月的努力，毕业设计基本告一段落，同时也预示着大学即将结束。这是一个令人伤感的消息也是一个令人兴奋的消息。心中感慨万千，唯有道声感谢。首先我要感谢我的指导老师。毕业设计是一个综合应用的过程，不但学习到新的知识，也是对以前学过的知识的总结应用过程。老师不厌其烦、深入浅出的讲解，通过设计过程，对大学期间所学习到的专业知识进行串联。不但让我们掌握了知识，还让我们明白了知识如何运用，如何从看似高深的问题中找出解决问题的方法，应用知识的能力。这是一