改2-混凝土搅拌机的设计说明书

齐鲁工业大学2024届本科毕业设计（论文）摘要为加快城镇化建设，设计一种适用于乡村城镇化建设的小型简便的混凝土搅拌机便有了足够的意义。本设计包括传动机构，搅拌机构以及机架。电动机将动力输入皮带，之后经皮带传送到减速器减速，减速器传出的动力带动滚筒上的大齿圈，使得滚筒转动。由于这是一个小型混凝土搅拌机，整个机器上料为人工上料，出料通过搅拌筒的反转使得混凝土卸出。通过对搅拌筒的设计计算得拌筒的尺寸长1480mm，宽1200mm，出料口半径350mm，进料口半径400mm，然后选择合适的电动机，选择电动机型号为Y132S1-2，额定功率Pen=5.5kW，满载转速为nm=2900r/min，同步转速为nt=3000关键词：混凝土搅拌机；电动机；搅拌筒；叶片

DesignofconcretemixerAbstractInordertoacceleratetheconstructionofurbanization,itisofsufficientsignificancetodesignasmallandsimpleconcretemixersuitablefortheconstructionofruralurbanization.Thisdesignincludestransmissionmechanism,mixingmechanismandframe.Thepowerisinputintothebeltbythemotor,andthentransmittedtothereducerthroughthebelt.Thepowerfromthereducerdrivesthebiggearringonthedrumtomakethedrumrotate.Becausethisisasmallconcretemixer,thewholemachineismanuallyloaded,andtheconcreteisdischargedbyreversingthemixingdrum.Throughthedesignandcalculationofmixingdrum,thesizeofmixingdrumis1480mminlength,1200mminwidth,350mminoutletradiusand400mmininletradius.Thenselecttheappropriatemotor,withy132s1-2motormodel,Pen=5.5kWratedpowerandnfullloadspeednm=Keywords:concretemixer;Motor;Mixingdrum;blade

绪论1、绪论 61.1、混凝土搅拌机的分类和特点 61.2、混凝土搅拌机国内外的研究发展 62、技术任务书 72.1、原始数据 72.2、设计的总体要求 72.3、设计内容 73设计计算说明书 83.1总体设计方案 83.2搅拌筒尺寸的确定 93.3、电动机的选择 113.4传动部分的设计 133.4.1传动装置传动比的分配 133.4.2、V带传动设计计算 143.4.3联轴器的选择 423.4.4轴承的选择 424执行机构的设计 424.1.滚筒上齿圈的设计 424.2、工作机轴的设计与校核 464.3叶片角度的选择 495、机架的设计 506、其他 50结论 51参考文献 52致谢 52第一章绪论1.1、混凝土搅拌机的类型和结构特点混凝土的搅拌要获得均匀一致的混凝土，必须对其原材料充分搅拌，使原材料彻底混合。混凝土的搅拌分为人工和机械两种。由于人工搅拌的劳动强度大，均匀性差，水泥用量偏大，因此，只在混凝土用量较少或没有搅拌机的特殊情况下采用。采用机械搅拌，使混凝土中各物料颗粒均匀分散，其搅拌机理有两种：自落式重力扩散机理。它是将物料提升到一定高度后，利用重力的作用，自由落下，由于物料下落的时间、速度、落点及滚动距离不同，物料颗粒就相互穿插、翻斗、混合而扩散均匀化。自落式搅拌机就是根据这种机理设计的，在搅拌筒内壁焊有弧形叶片，当搅拌筒绕水平轴旋转时，弧形叶片不断地将物料提升到一定高度，然后自由落下而相互混合。强制式剪切扩散机理。它是利用转动着的叶片强迫物料相互间产生剪切滑移而达到混合和扩散均匀化。强制式搅拌机就是根据这种机理设计的，在搅拌筒中装有风车状的叶片，这些不同角度和位置的叶片转动时，强制物料翻越叶片，填充叶片通过后留下的空间，使物料混合。选择混凝土搅拌机时，应综合考虑所需拌制混凝土的总数量、同时所需的最大数量、混凝土的品种、坍落度及骨料粒径等各种因素。施工现场除少量零星的塑性混凝土或低流动性混凝土仍可选择用用自落式搅拌机，但由于此类搅拌机对混凝土骨料的棱角有较大的磨损，影响混凝土的质量，现已逐步被强制式搅拌机取代。对于干硬性混凝土和轻骨料混凝土也选用强制式搅拌机。在混凝土集中搅拌生产的搅拌站，多采用强制式搅拌机，以缩短搅拌时间，还能用微机控制配料和称量，拌制出具有较高工作性的混合料。不同的搅拌机有着自己不同的特点：双锥反转出料搅拌机。这种搅拌机的最大特点是正方向搅拌而反方向出料，适用于拌合塑性和半干硬性混凝土以及大骨料混凝土；不适应于流动性不良、干硬性的混凝土。由于这种搅拌机的经济性较好，搅拌的质量和效果易于控制，所以应用的范围较为广泛，可以用在大部分的建筑项目、还可以用在道路、桥梁工程，也能用于制作各种类的混凝土构件。该机械的传动方式有两种，一种是齿轮传动；另一种是磨擦传动。由于它的自身特点是反转进行卸料，所以它就要解决如何在载重的情况下重新启动的问题，也由于这个特点限制了它的容量不能做的太大。由此看来，搅拌筒是该设备的重点部件，搅拌筒的设计直接影响到混凝土的搅拌质量、每盘拌合的产量、能耗以及其他结构的设计、传动的形式等等。双卧轴混凝土搅拌机。这种搅拌机属于强制式搅拌机的一种，它的主要特点是结构非常的紧凑，是由传动系统、搅拌罐、搅拌机、轴端密封等几部分所组成。这种搅拌机主要适用于搅拌低流动性的干硬性混凝土、半干硬性混凝土、轻骨料混凝土及各种砂浆。双卧轴混凝土搅拌机的适用范围就比较狭窄只是在建筑工程中比较常见。这种搅拌机的内部机构结合紧密，搅拌罐内部设置有防止磨损的耐磨衬板；搅拌筒的下部设置为卸料口，方便卸料。搅拌罐内部装有两根水平的主搅拌轴，在每根搅拌轴上分别设置的是搅拌臂，再在搅拌臂上装设搅拌叶片。他们之间的布置通常是成非连续螺旋布置，常见的是成45°、60°的螺旋角度。这样的结构形式便于对大骨料的搅拌，同时也使拌合料能够在搅拌筒内具有更好的流动空间，更易于对拌合料进行充分的搅拌。单卧轴混凝土搅拌机。这种搅拌机也是属于强制式搅拌机中的一种。同双卧轴混凝土搅拌机一样，单卧轴混凝土搅拌机也是常用于搅拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、轻骨料混凝土及各种砂浆，主要是在建设工程中使用。这种搅拌机的出料容积范围较大，一般能够达到350～3000L。这种搅拌机的结构特点是在搅拌臂的两侧对称的布置着两块旋转带状叶片，不同的是这两个螺旋叶片的旋转方式正好相反，在搅拌过程中在这两叶片的推挤下将搅拌物从两端推向搅拌筒的中部。在搅拌过程中螺旋叶片转动方向一会儿向左一会儿向右，这样在旋转时带动拌合料运动，强迫拌合料进行挤压、剪切、搓动，搅拌作用十分明显。4）立轴行星搅拌机。这种类型的搅拌机主要用于碾压混凝土的搅拌，砌块和预制件的生产，也可以用于生产钢纤维混凝土、彩色混凝土、干砂浆。它的优点在于对细骨料的搅拌效果优越，搅拌的强度大。其结构主要有两种形式，一种是定轴式；另一种是定盘式。这种机械的搅拌叶片固定在动盘上和行星架上，固定在动盘上的叶片实现搅拌功能，固定在行星架上的叶片实现乱料的功能[1]。1.2、混凝土搅拌机国内外的研究发展近年来，随着中国的经济建设和科学技术的迅速发展，基本建设规模不断扩大，施工队一直在增加［2］。基本建设和房地产开发的快速发展，促进了混凝土生产能力的快速增长。大量施工的单位都需要运用到混凝土，混凝土在机械施工领域占据了一定的主导地位。所以，大幅度加强混凝土的机械化生产，是提高生产效率，改善机械施工的重要保证［3-4］。随着建筑工程对混凝土性能要求的不断提高,高强度混凝土的应用也变得更加广泛,国内众多的重点工程中都大量使用了高强度混凝土,如举世瞩目的高铁工程,中国最长的桥梁——青岛海湾大桥,正在建设的三门核电站等等[5]。VirginiaUniversity旋转机械和控制实验室的MiglioriniPJ等人［6-7］,通过ANSYS数值模拟的方法，分析了环形迷宫密封的泄漏率与迷宫的几何参数的关系，并得到了更加合理的迷宫几何参数。法国工业机械技术中心的FribourgD等人27通过研究强振动对机械密封的影响，发现强振动会导致密封性能的快速降低，通过对密封失效过程的分析，认为采用弹性元件与二次密封相结合的方法可以有效提高机械密封的寿命。19世纪40年代，在徳、美、俄等国家出现了以蒸汽机为动力来源的自落式搅拌机。从1943年美国开始大量生产预拌混凝土到1950年日本开始用搅拌机生产预拌混凝土期间，以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主。20世纪40年代后期，德国ELBA率先发明了强制式单卧轴搅拌机德国的桑索霍芬机械与矿业公司推出强制式双卧轴搅拌机。但当时的卧轴式搅拌机因轴端密封技术未完全成熟，其发展基本处于停顿状态。我国在1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂各试制出第一台进料容积为400L和1000L的混凝土搅拌机，当时的400L即后来定型的JG250.1964-1965年，天津搅拌机厂和华东建筑机械厂先后在测绘国外样机的基础上，研制出JG250和JG1000型立轴涡桨式搅拌机，开始了我国强制式搅拌机生产的新篇章。20世纪70年代初，卧轴式搅拌机的轴端密封技术得到突破，这种类型的搅拌机在德国的BHS公司、意大利的SICOMA公司美国的JOHNSNO公司、日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业又重新发展起来。在此期间，除了强制式卧轴搅拌机外，立轴涡浆式，立轴行星式等强制式搅拌机也先后问世。1980年，长沙建筑机械研究所与吉林市工程机械厂联合研制成功JS500型双轴强制式混凝土搅拌机。进入21世纪以来，随着商品混凝土技术的应用推广及国家环保政策的强力推行，我国混凝土搅拌机发展非常迅速，以中联重科、珠海仕高玛为代表的混凝土搅拌机已经达到世界先进水平，引领国内混凝土搅拌机行业走上依靠创新的发展之路［8］。2、技术任务书2.1、原始数据（1）出料容积250L（2）进料容积350L（3）搅拌筒的转速18r/min（4）骨料最大粒径60mm（5）生产率25-30m2.2、设计的总体要求（1）满足使用要求（2）满足经济性要求（3）力求整机的布局紧凑合理（4）工业性要求易操作而实用（5）满足有关技术要求2.3、设计内容设计一个自落式混凝土搅拌机，使其服务于农村或者城镇家庭的一般工作使用，减少劳动力，提高效率。1、机架：机架是整个混凝土搅拌机的支撑部件。在机架下方安放轮胎，便于移动。2、原动机：采用电动机作为混凝土搅拌机的动力来源。3、传动部分：由电动机，皮带，齿轮，减速器，轴承，工作机轴，联轴器等零件组成。4、工作部分：主要由滚筒，搅拌器等组成。5、物料：由水泥、砂石骨料、水组成的混凝土混合料本设计选用的机型为锥型反转出料式，结构简单，对骨粒有很好的适应性，搅拌比较均匀，工作效率较高，成本较低。3设计计算说明书3.1总体设计方案方案一：图1-1齿轮传动1-电动机2-V带3-减速器4-联轴器5-搅拌筒6-大齿圈7-小齿轮搅拌筒由电动机控制旋转方向，动力由V带输入减速器，经齿轮传给在联轴器上的工作轴IV，轴上的小齿轮和搅拌筒上的大齿带动搅拌筒旋转。方案二：图1-2摩擦传动1-电动机2-V带3-减速器4-主动摩擦轮5-从动摩擦轮6-滚道7-搅拌筒搅拌筒由电动机控制旋转方向，动力由V带输入减速器经轴III传出使一对主动摩擦轮旋转，在搅拌筒及物料重量作用下，主动摩擦轮靠摩擦力带动搅拌筒转动[9-10]。方案二的摩擦传动特点是产生的声音小，整体结构较紧凑。但摩擦轮遇到油和水等液体时容易发生打滑现象，使得生产效率变低。方案一是齿轮传动，齿轮传动能够使搅拌筒不会出现打滑的现象，而且齿轮传动使它的传动比较准确。综合考虑选择方案一作为本设计的总体方案。3.2搅拌筒尺寸的确定搅拌筒图2-1搅拌筒查《混凝土机械》得[11]：V0V1δ=V2δ−为出料系数设出料V2=250L，所以搅拌罐容量V1=357～417L，暂时选V1==350L，所以原材料进料量V0=700L～1400L，暂时选V查进料锥角为47∘∼50∘，出料锥角为30∘设l1=430mm，l其中ρ为拌合料容重为搅拌时拌合料的自然坡度，φ综上可得：R1=350mm，3.3、电动机的选择选择电动机作为原动机。电机的选择需要根据设备的工作条件和运动形式来确定。混凝土搅拌机电动机的功率：PdPwŋ—由电动机到混凝土搅拌机的总效率PwM为搅拌筒搅拌时所需的外力据（N·m）n—搅拌筒转速（r/min）混凝土搅拌机工作时，必须克服偏心阻力和滚筒摩擦阻力。假设所有物料都向搅拌筒的一侧倾斜，这是极限条件。在此条件下的功率为最大功率。外力矩M的计算：M=M摩擦MM物料式中G物料GV—搅拌筒容积p—拌合料容重p=（1.5~1.7H—物料重心至搅拌筒中心的距离H=2[根据混合时进出口不溢流的原则，进出口应为h。ΔMΔM柱所以搅拌时物料产生的偏心力矩为：M物料所以：MMMM摩擦所以外力矩M=工作机所需功率为Pw查机械设计表得：联轴器的效率：η1滚动轴承的效率：η2闭式圆柱齿轮的效率：η3加工齿的开式齿轮的效率：η4V带的效率：ηv工作机的效率：ηwη电动机所需额定功率:Pd搅拌筒转速：nw=n=18r╱min查机械课程设计手册，得各传动比范围V带：2～4展开式二级圆柱直齿轮减速器：8～40圆柱齿轮：3～总传动：48～所以电动机转速范围为nd=ia×nw=(48～3.4、传动部分的设计3.4.1、传动装置传动比的分配（1）、总传动比的计算计算传动装置总传动比为：ia（2）、分配传动装置传动比取普通V带的传动比：iV取开式圆柱齿轮的传动比：i高速级传动比i1则低速级的传动比为i减速器总传动比i（3）、动力学参数计算1）、各轴转速：高速轴：n中间轴：n低速轴：n工作机轴：n搅拌筒转速：n2）、各轴输出功率：高速轴：P中间轴：P低速轴：P工作机轴：P搅拌筒：3）、各轴输入转矩：电机轴：T高速轴：T中间轴：T低速轴：T工作机轴：TⅣ搅拌筒：T3.4.2联轴器的选择查机械手册选LX3弹性柱销联轴器（GB/T5014-2017），公称转矩Tn=1250N•m，许用转速[n]=4700r/min，Y型轴孔，主动端孔直径d=45mm，轴孔长度L=112mm。从动端孔直径d=45mm，轴孔长度L=112mm。3.4.3轴承的选择高速轴上的轴承，选用型号为6208。中间轴上的轴承，选用型号为6207深。低速轴上的轴承，选用型号为624执行机构的设计4.1.滚筒上齿圈的设计（1）、选精度等级、所用材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为α=20°。查材料力学表，选用7级精度。材料选择：因为搅拌筒直径较大，所以大齿圈选铸钢，调质处理,硬度229−286HBW，取240HBW。小齿轮40钢，调质处理[14]，硬度280HB选小齿轮齿数z1=21，则大齿（2）、根据齿根弯曲疲劳强度计算1）、由式试算齿轮模数，即m2）、确定公式中的各参数值。试选载荷系数KFt小齿轮传递的扭矩:T=查机械设计表选取齿宽系数φd=计算接触疲劳强度用重合度系数Zεααε重合度系数：Y由齿数，查机械设计表得YFa1=2.76YFa2=2.15YSa1=1.56YSa2=1.80计算齿根弯曲疲劳许用应力[σF查齿圈图得小齿轮：σFlim1=520MPa由机械设计查取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.856、取安全系数S=1.4，得σσYYYFa1Y3）、试算齿轮模数m因搅拌筒工作冲击大，所以选用较大齿轮模数，初选m=12mm。计算中心距a=计算小、大齿轮的分度圆直径dd齿宽b=φd取B1=105（3）、根据齿面接触疲劳强度来校核1）、齿面接触疲劳强度条件σH=Z2）、确定公式中的各参数值试选KHt由图查取区域系数Z查机械工程表得材料的弹性影响系数Z计算接触疲劳强度用重合度系数ZZε=4计算实际载荷系数KH圆周速度νv=πd1t齿宽bb=φd查机械设计表得使用系数KA根据v=0.52m/s、7级精度，由机械设计手册齿轮的圆周力。Ft=2×TKA×Ft/b=1×8552.67/109.72=77.9N/mm<100N/mm查机械设计表得齿间载荷分配系数K由机械设计表查得7级精度、支承非对称布置时，得KHβK计算接触疲劳许用应力[小齿轮：σ计算应力循环次数：NN查机械零件设计手册取接触疲劳系数K取失效概率为1%，安全系数S=1，得[[σH]比较[σH]1和[σH]2的大小，3）、接触疲劳强度校核σ满足齿面接触疲劳强度条件。（5）、计算齿轮几何尺寸计算齿顶高、齿根高和全齿高hhh=计算小、大齿轮的齿顶圆直径dd计算小、大齿轮的齿根圆直径dd注：h（5）、主要设计结论齿数z1=21，z2=105，模数m=12mm4.2、工作机轴的设计与校核1）、P4=4.13KW2）、初步确定轴的最小直径： 选取轴的材料为45（调质），硬度为240HBS，根据机械工程表，取A0dmin≥A最小直径是安装联轴器的轴径，由于安装键将轴径增大7d选择的连轴器为LX3,所以取d123）、轴的结构设计图①为使联轴器满足定位，需要轴肩，故d78=d12=50mm。联轴器与轴配合的轮毂长度L=②根据d78=50mm，选择滚动轴承立式轴承座为SN210，其尺寸为d×d2×D×A=50×60×90×100，所以d③小齿轮的齿轮宽为105mm，为了压紧齿轮，应使l56<105mm，取l56=l34=4）、键的选择小齿轮与轴的联接选用A型键，查手册得b×h=20×12mm，长度L=80mm。联轴器与轴的联接选用A型键5）、轴各处的转矩小齿轮所受的轴向力F小齿轮所受的径向力F根据SN210查手册得g=33mmlllL①计算轴的支反力水平支反力FF垂直支反力FF②计算轴的弯矩，并做弯矩图截面B处的水平弯矩MM截面C处的水平弯矩MM截面C处的垂直弯矩M截面B处的垂直弯矩M分别作水平面、垂直面的弯矩图，如图b，图c截面B处的合成弯矩M截面C处的合成弯矩M作合成弯矩图如图dT=作转矩图如图e6）、校核轴的强度抗弯截面系数为W=π抗扭截面系数为W最大弯曲应力为σ=剪切应力为τ=取折合系数α=0.6，则当量应力为σ查机械工程表得45(调质)处理，σB=640MPa，因为[σ−1b]=60MPa，σca<[σ−1b]，所以强度满足要求。4.3叶片角度的选择叶片焊接在搅拌筒的内壁上，有高低叶片各一对。当搅拌筒正转时，物料从进料口进入时物料会被叶片不断推向内部进行搅拌，同时使物料上下运动，达到搅拌效果。当搅拌筒反转时，叶片反过来将物料推向出料口，由两条空间交叉180∘的出料叶片将物料卸出。选择高叶片角度45∘，低叶片角度图4-1叶片分布图5、机架的设计机架上要安装电动机、减速器等机构，所以要有足够的空间保证各机构能相互连接。本设计的机架采用冷弯等边槽钢焊接而成。查得槽钢的型号22#B根据各部件的尺寸大小，取机架长为2000mm，宽为1500mm高为500mm。6、其他由于本设计是小型混凝土搅拌机，在进料时工人可直接将物料倒入搅拌筒，用水管进行供水。在出料时让电动机反转使物料推出。结论本设计是设计一个混凝土搅拌机，它的转速为18r/min,为满足此要求，选择电动机型号为Y132S1-2，额定功率Pen=5.5kW，满载转速为nm=通过本次设计，我明白了理论知识的重要性，但只有理论知识却是不够的，还要结合自身设计的实际情况来设计，同时也还要结合其他实践经验。参考文献[1]陈兆昆.混凝土搅拌机的类别及结构特点与设计分析[J].《才智》，2013.[2]陈宜通.混凝土机械［M］．