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編號(hào)
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 混輾式混砂機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
信機(jī) 系 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923203
學(xué)生姓名： 宦乾元
指導(dǎo)教師： 范圣耀 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 混輾式混砂機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械94
學(xué) 號(hào)： 0923203
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 混輾式混砂機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
在現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)中，都有一個(gè)砂型供應(yīng)問題。尤其跨入21紀(jì)元，高壓高壓造型機(jī)自動(dòng)化級(jí)別的生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)型砂的質(zhì)量以及數(shù)量都提出更加苛刻的要求，所以，型砂供應(yīng)中的問題就顯得更為突出。為了解決這個(gè)問題，目前世界上各國(guó)斗致力于研究和生產(chǎn)各種類型的高效率混砂機(jī)。所謂高效率混砂機(jī)應(yīng)滿足三方面的要求：（1）在混砂機(jī)盤徑一定時(shí)，能增加每次加料量;（2）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；（3）每次加料量和生產(chǎn)率提高后功率消耗應(yīng)適當(dāng)。我們通常用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指數(shù)K來全面衡量和評(píng)價(jià)一臺(tái)混砂機(jī)。K值表示每一千瓦時(shí)電力，每一分鐘能混合的合格型砂數(shù)量。
本課題來源于宜興某工程機(jī)械有限公司，為了滿足上面高效的混砂要求需要在原有的混砂機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款混輾式的混砂機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，尤其是其傳動(dòng)部分和氣缸部分。設(shè)計(jì)出來的混砂機(jī)會(huì)更加平穩(wěn)，順暢，便于維護(hù)，效率更高。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 熟悉混砂機(jī)的發(fā)展歷程，特別是近幾十年來新的混砂機(jī)種類；
② 熟練掌握混砂機(jī)的原理以及設(shè)計(jì)減速箱的原理和方法；
③ 熟練掌握氣缸的設(shè)計(jì)和選擇；
④ 熟練使用AUTOCAD等繪圖軟件；
⑤ 鍛煉自己自學(xué)，分析和解決問題的能力。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械94 班 姓名 宦乾元
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
V
摘 要
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是進(jìn)行混輾式混砂機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于比較傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)類的設(shè)計(jì)。集思考，繪圖，計(jì)算合三為一的設(shè)計(jì)形式叫做機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的問題最集中，最詳細(xì)，工作量最大的階段，這次設(shè)計(jì)主要包括了對(duì)混砂機(jī)的種類的敘述，混砂機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，砂門控制機(jī)構(gòu)的選擇還有控制部分的設(shè)計(jì)。
在這些部分中比較重要的是控制部分的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和砂門控制機(jī)構(gòu)。控制部分設(shè)計(jì)采用了PLC控制。在傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，首先對(duì)傳動(dòng)方案確立，然后在對(duì)傳動(dòng)部件的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)中我主要設(shè)計(jì)其中的一級(jí)圓錐減速箱的中傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)，還有混砂機(jī)立式主軸的設(shè)計(jì)。在砂門控制部分，設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在氣缸的選擇上。通過這些使新設(shè)計(jì)的混砂機(jī)在使用時(shí)更加平穩(wěn)，適應(yīng)性更強(qiáng)，效率高，而且具有結(jié)構(gòu)緊湊，比例協(xié)調(diào)，美觀大方，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：混砂機(jī)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；傳動(dòng)部件；減速箱
Abstract
This graduation design is the design of mechanical structure of mixed rolling type sand mixing machine. it is belong to the mechanical structure design of traditional. Design of mechanical structure is a set of thinking, drawing, design calculation process, it is the most involved problems in mechanical design and the most detailed, the workload of the largest stage, This design includes the types of sand mixing machine description, design of transmission machine parts, door control mechanism choice and control part of the design.
The important ones of them is the control part of the design, the transmission mechanism and sand control mechanism. The control part of the design use PLC .In the transmission design, we establish transmission scheme firstly, and then design the transmission parts. In the design of transmission part, I mainly design a conical gear box and sand mixing machine vertical spindle design. In the sand control part, the main point is the design of the cylinder which is the choice of the cylinder. Through these designs make new sand mixer more stable, more adaptable and high efficiency, and has the advantages of compact structure, proportion, beautiful generous, and cheap price.
Keywords: sand mixer; mechanical structure; transmission parts; reducer
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
第一章 緒論 1
1.1本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 1
1.1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容 1
1.1.2 本課題的研究意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2
第二章 混砂機(jī)的設(shè)計(jì) 3
2.1混砂機(jī)構(gòu)的分類與選擇 3
2.1.1 移動(dòng)式雙臂連續(xù)混砂機(jī) 3
2.1.2 固定式單臂混砂機(jī) 4
2.1.3 輾輪轉(zhuǎn)子混砂機(jī) 4
2.1.4 轉(zhuǎn)子混砂機(jī) 4
2.1.5 混碾式混砂機(jī) 6
2.2減速器的選擇 7
2.2.1 減速器的分類 7
2.2.2 減速器的選擇 11
2.3電動(dòng)機(jī)的選擇 11
2.4砂門控制機(jī)構(gòu) 12
2.5控制電路部分設(shè)計(jì) 12
2.5.1 控制電路采用PLC的優(yōu)點(diǎn) 13
2.5.2 控制部分的設(shè)計(jì) 13
第三章 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 16
3.1減速器圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 16
3.2軸的設(shè)計(jì) 20
3.2.1 軸的功用及分類 20
3.2.2 一級(jí)減速箱軸的設(shè)計(jì) 21
3.2.3 軸承的校核 28
3.2.4 聯(lián)軸器的選擇 29
3.2.5 主軸的設(shè)計(jì) 31
第四章 氣缸部件的選擇 33
4.1氣缸的特點(diǎn) 33
4.1.1 單作用氣缸 33
4.1.2 雙作用氣缸 33
4.1.3 緩沖氣缸 33
4.2氣缸設(shè)計(jì) 34
4.2.1 計(jì)算氣缸的鋼徑 34
4.2.2 活塞桿直徑的計(jì)算 35
第五章 結(jié)論與展望 36
5.1 結(jié)論 36
5.2 不足之處與展望 36
致 謝 37
參考文獻(xiàn) 38
附 錄 39
VII
混輾式混砂機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1本課題的研究?jī)?nèi)容和意義
1.1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容
本課題來源于宜興某工程機(jī)械有限公司，主要內(nèi)容是：此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是進(jìn)行混輾式混砂機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括了對(duì)混砂機(jī)的種類的敘述，混砂機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，砂門控制機(jī)構(gòu)的選擇還有控制部分的設(shè)計(jì)。
在這些主要部分是控制部分的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和砂門控制機(jī)構(gòu)?？刂撇糠衷O(shè)計(jì)采用了PLC控制。在傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，首先對(duì)傳動(dòng)方案確立，然后在對(duì)傳動(dòng)部件的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這次傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)中我主要設(shè)計(jì)東西是一級(jí)圓錐減速箱中的傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)，而且包括設(shè)計(jì)混砂機(jī)立式主軸。在砂門控制部分，設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在氣缸的選擇上。通過這些使新設(shè)計(jì)的混砂機(jī)在使用時(shí)更加平穩(wěn)，適應(yīng)性更強(qiáng)，效率高，而且具有結(jié)構(gòu)緊湊，比例協(xié)調(diào)，美觀大方，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。
1.1.2 本課題的研究意義
在現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)中，都有一個(gè)砂型供應(yīng)問題。尤其跨入21紀(jì)元，高壓高壓造型機(jī)自動(dòng)化級(jí)別的生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)型砂的質(zhì)量以及數(shù)量都提出更加苛刻的要求。所以，型砂供應(yīng)中的問題就顯得更為突出。為了解決這個(gè)問題，目前世界上各國(guó)斗致力于研究和生產(chǎn)各種類型的高效率混砂機(jī)。所謂高效率混砂機(jī)應(yīng)滿足三方面的要求：(1) 在混砂機(jī)盤徑一定時(shí)，能增加每次加料量;(2) 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；(3) 每次加料量和生產(chǎn)率提高后功率消耗應(yīng)適當(dāng)。我們通常用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指數(shù)來全面衡量和評(píng)價(jià)一臺(tái)混砂機(jī)。值表示每一千瓦時(shí)電力，每一分鐘能混合的合格型砂數(shù)量。
本課題的意義在于對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深入認(rèn)識(shí)和對(duì)混砂機(jī)的加深了解。在我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們會(huì)深入了解混砂機(jī)的工作原理，機(jī)械結(jié)構(gòu)。也為我們以后工作和學(xué)習(xí)中積累經(jīng)驗(yàn)。
1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況
自從1911年美國(guó)的辛普森在德國(guó)輾碎機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明出來輾輪混砂機(jī)以來的80年中，不但混砂機(jī)的種類和形式有許多改進(jìn)，而且人們對(duì)混砂原理的認(rèn)識(shí)也在不斷地提高。在上世紀(jì)40年代末蘇聯(lián)的阿德肖克夫教授提出要濕粘土膜吸附在砂粒表面。必須在混臺(tái)時(shí)有研磨作用。阿德肖克夫教授感覺只有在混砂機(jī)具有搓揉部件后才能達(dá)到這一要求，而且砂粒的運(yùn)動(dòng)有不同方向的要求，且具備速度間隔。1960年前后有一個(gè)新型的混砂機(jī)叫強(qiáng)力型轉(zhuǎn)子混砂機(jī)開始出現(xiàn)在鑄造工業(yè)，這種混砂機(jī)具有完全不同于以往混砂機(jī)的設(shè)計(jì)原理，因此許多特點(diǎn)出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)上。混輾式混砂機(jī)混制型砂的統(tǒng)治地位被它的登場(chǎng)打破了，也使混砂機(jī)工作方法的專研興趣也出現(xiàn)在人們的視線中，因此這方面有許多重要的探索和論述誕生于這黃金30年里。
1963年溫寧爾已經(jīng)對(duì)沉重的輾輪壓力能達(dá)到的混砂效果提出他的想法，他在1970年談到：美國(guó)混砂機(jī)工廠根據(jù)十年來的研究成果開始優(yōu)化混砂機(jī)設(shè)計(jì)。這些構(gòu)成有效混輾(Mulling)的基礎(chǔ)是使機(jī)械力能更好地促進(jìn)砂粒間的碰撞和摩擦。1975年德國(guó)波力士教授指出：混砂工具的搓揉能力(Kneading ability)，以及由混砂工具引起的砂粒運(yùn)動(dòng)速度是影響型砂制備效率的兩個(gè)主要因素。主要來說混砂原理和混砂結(jié)構(gòu)工具決定了搓揉，而混砂工具的速度則影響著型砂的運(yùn)動(dòng)速度，還有整個(gè)型砂的能力被混砂工具加快，在垂直和水平方向進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)是型砂必須條件，但是混砂是否成功不是只有型砂的運(yùn)動(dòng)速度說的算的。
混合力基本由輾輪或其他搓研部件，或者利用沖擊原理的快速旋轉(zhuǎn)葉片或轉(zhuǎn)子產(chǎn)生。混合力應(yīng)足夠大，但也不能太高,它的大小與所混材料有關(guān)。理應(yīng)使型砂在混砂機(jī)中流動(dòng)，以保證搓揉或攪拌零件與型砂連續(xù)而強(qiáng)烈地接觸美國(guó)鑄造學(xué)會(huì)8A-2委員會(huì)于1980年的一份報(bào)告中指出 ：混輾(Mulling)可以定義為砂粒間的摩擦，粘土是砂粒的研磨劑。混輾是砂粒間的壓力和接觸頻率問題。他們對(duì)壓力要求不是很高，但對(duì)頻率要求很高。設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)的話，這兩個(gè)要求不但要符合他們，而且不可以超過他們。萊茵頓 1983年指出：混輾(Mulling)只限于對(duì)濕型砂的混合，它的要求是施一強(qiáng)大的工作力于混合料，將粘土膜覆蓋在砂粒表面，提高型砂的強(qiáng)度和塑性。有效提高型砂的濕強(qiáng)度的方法是在混輾工作的時(shí)候時(shí)施以拖(Smearing)、搓揉(Kneadhag)、摩擦(Rubbing)和剪切(Shearing)作用, 在壓力下引起物料流動(dòng)?；熘普惩辽暗哪繕?biāo)，僅僅混合(Mixing)是達(dá)不到。萊茵頓對(duì)混輾和混合的論點(diǎn)與日本粉體工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)混練和混合的定義有共通之處，后者認(rèn)為：混制是指在顆粒中加入微量液體或細(xì)粉粘結(jié)劑，使粘結(jié)劑在顆粒表面形成塑性物質(zhì)或膠體物質(zhì)的示范操作。混制的第一步是混合，混合分為對(duì)碰混合、擴(kuò)散混合和剪切混合。對(duì)碰混合是攪拌葉片或混合容器等的轉(zhuǎn)動(dòng)使顆粒群位置發(fā)生變化。在混臺(tái)機(jī)內(nèi)形成循環(huán)流動(dòng)而進(jìn)行的混合。擴(kuò)散混合是指鄰近顆粒間的位置變化，實(shí)際上是隨機(jī)混合由方向和速度不同而引起的。剪切混合是因?yàn)轭w粒群內(nèi)速度差造成的滑移或撞擊混合。在實(shí)際混合過程中這三種混合是同時(shí)存在的，究竟那一種混合起主要作用則取決于混合設(shè)備的型式、結(jié)構(gòu)和操作條件。
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求
本課題要求跟據(jù)一定的參數(shù)要求進(jìn)行混砂機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該混砂機(jī)為混輾式的混砂機(jī)，為中批量生產(chǎn)。這個(gè)課題能充分體現(xiàn)機(jī)械專業(yè)知識(shí)，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)能力有一定的考驗(yàn)。通過本課題的研究，我們要達(dá)到的要求有：
(1) 熟悉混砂機(jī)的發(fā)展歷程，特別是近幾十年來新的混砂機(jī)種類；
(2) 熟練掌握混砂機(jī)的原理以及設(shè)計(jì)減速箱的原理和方法；
(3) 熟練掌握氣缸的設(shè)計(jì)和選擇；
(4) 掌握混砂機(jī)未來的發(fā)展和前景；
(5) 熟練使用AUTOCAD等繪圖軟件。
通過對(duì)這次機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以加強(qiáng)我們的專業(yè)知識(shí)和基本功為以后從事實(shí)際工作和研究工作打下一定的思想基礎(chǔ)，也同時(shí)使我們具有一定的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。另外加深了對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，提高了機(jī)械行業(yè)整體認(rèn)識(shí)。
第二章 混砂機(jī)的設(shè)計(jì)
2.1混砂機(jī)構(gòu)的分類與選擇
目前在生產(chǎn)中使用的混和攪拌方式大致分為以下幾種：
2.1.1 移動(dòng)式雙臂連續(xù)混砂機(jī)
移動(dòng)式雙臂連續(xù)混砂機(jī)是近年來通過技術(shù)合作消化吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)型的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，它具有生產(chǎn)率高、能耗低、混砂質(zhì)量穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、工作環(huán)境好、操作簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。移動(dòng)式雙臂連續(xù)混砂機(jī)實(shí)物如圖2.1所示，其主要特點(diǎn)有[1]：
(1) 配置有進(jìn)砂讀式轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)速，可任意設(shè)定需要的流量也可以按用戶要求預(yù)先設(shè)定多種不同配比量，使用十分方便。閘板及新舊砂比例調(diào)節(jié)器，新舊砂比例由氣缸氣閥控制可多比例調(diào)節(jié)。
(2)消化吸收艾姆弗鑄造設(shè)備和德國(guó)沃爾重工科技等國(guó)外公司的先進(jìn)技術(shù)的混砂攪籠讓葉片形成多螺旋線的軌跡路線，快速的混砂、均勻兼顧多處反螺旋的運(yùn)動(dòng)軌跡，既保證了關(guān)尾砂的質(zhì)量又可以確?；焐熬鶆?、快速。
(3) 設(shè)計(jì)有PLC控制的智能頭尾砂控制系統(tǒng)，確保無頭尾砂。
(4) 可以讓高性能的隔膜泵以及氣動(dòng)閥輸送固化劑，較長(zhǎng)的使用使用時(shí)間，液料輸送定量誤差低于1%，調(diào)速系統(tǒng)可以分成直讀式轉(zhuǎn)速?以及無級(jí)調(diào)速，可隨意設(shè)定需要的流量，?多種不同配比量預(yù)先設(shè)定也可以按用戶要求，人性化設(shè)計(jì)。
(5) 混砂槽是可以兩面180度敞開甚至還要完全裸露能夠攪籠軸和刀桿，使極其易于維修檢查。鈦化鎢硬質(zhì)合金刀片嵌焊在混砂刀桿頭部延長(zhǎng)的使用時(shí)間，攪籠內(nèi)臂為硬絡(luò)鍍層，使用方便長(zhǎng)久、硬度高。
(6) 電器控制由進(jìn)口日本三菱FX1N型PLC主機(jī)及輸出輸入接口，PLC主機(jī)留有余地有充分的輸出輸入接口，以備擴(kuò)展。其它電氣元器件均選用國(guó)內(nèi)正廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)件。
(7) 隨機(jī)配置有樹脂、固化劑液料桶各一只，并設(shè)有自動(dòng)溫控加熱裝置。
(8) 各路液料的輸入有專門設(shè)計(jì)然后才用在噴嘴混砂機(jī)上，通過壓縮空氣助變化成擴(kuò)大扇型霧狀帶狀態(tài)，更容易快速均勻混合粘結(jié)劑和砂子。
圖2.1 移動(dòng)式雙臂連續(xù)混砂機(jī)實(shí)物圖
2.1.2 固定式單臂混砂機(jī)
使用途徑：經(jīng)常應(yīng)用于混制鑄鐵、鑄鋼、有色件、自硬砂，不但頻繁用于小批量生產(chǎn)大中型鑄件的單件，還可以進(jìn)行其它造型設(shè)備所組成的機(jī)械化塑型生產(chǎn)線配套。固定式單臂混砂機(jī)實(shí)物如圖2.2所示[2]。
結(jié)構(gòu)：主要由加料、混砂機(jī)主機(jī)、防腐液料儲(chǔ)存罐、液料供給系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。
特點(diǎn)：(1) 液料系統(tǒng)定量準(zhǔn)確，耐腐蝕，經(jīng)久耐用；
(2) 混砂均勻，效率高，可根據(jù)生產(chǎn)需求，調(diào)節(jié)生產(chǎn)率；
(3) 葉片采用硬質(zhì)合金材質(zhì)，耐磨、使用時(shí)間長(zhǎng)。
圖2.2 固定式單臂混砂機(jī)
2.1.3 輾輪轉(zhuǎn)子混砂機(jī)
該機(jī)的混砂裝置由輾輪、混砂轉(zhuǎn)子、刮板等部分組成。主要用于大，中型鑄造車間混制機(jī)器造型用濕型單一砂。這個(gè)融會(huì)貫通了眾多學(xué)者專家的最新技術(shù)，采用多項(xiàng)國(guó)家以及專利，技術(shù)參數(shù)一流，技術(shù)領(lǐng)先、結(jié)構(gòu)完美，海內(nèi)外眾多廠家十分喜歡使用。輾輪轉(zhuǎn)子混砂機(jī)如圖2.3所示，其技術(shù)參數(shù)見表2-1。其主要特點(diǎn)是[3]：
(1) 混砂效率高、質(zhì)量好、適用范圍廣；
(2) 輝綠巖鑄石、2號(hào)填料等新型材料，大大提高了容易受損件使用時(shí)間；
(3) 液力偶合器、合金鋼齒輪、潤(rùn)滑控機(jī)，確保傳動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)可靠，并能負(fù)載啟動(dòng)；
(4) 旋轉(zhuǎn)卸料門開啟靈活，工作可靠，徹底解決了底部漏砂的問題；
(5) 鋼結(jié)構(gòu)底座便于使用和安裝。
2.1.4 轉(zhuǎn)子混砂機(jī)
轉(zhuǎn)子混砂機(jī)主要用于砂混合的大型和中型鑄造砂成型機(jī)不僅可以混合使用單砂，混合砂造型，快速硬化砂子，砂子和砂面,亦可用于耐火材料，陶瓷等不同混制各種高科技粉
圖2.3 輾輪轉(zhuǎn)子混砂機(jī)實(shí)體圖
表2-1 輾輪轉(zhuǎn)子混砂機(jī)技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
S1310
S1312C
S1316B
S1320C
盤徑(mm)
φ1000
φ1260
φ1600
2000
一次加料量(kg)
150
280
450
800
生產(chǎn)率(t/h)
4.5
6.5
10
20
主軸轉(zhuǎn)速(r/min)
30
34
40
30
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)
480
396
340
220
輾壓力(kg/F)
60-110
160-330
220-420
400-800
輾輪直徑(mm)
φ420
φ550
φ670
φ800
輾輪寬度(mm)
130
170
210
260
裝機(jī)功率(kw)
5.2
16.5
26
30.55
機(jī)器質(zhì)量(kg)
1200
2000
2900
2900
粒狀物料，如圖2.4所示，這種混合方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，但是濁砂質(zhì)量差，且不穩(wěn)定，在鑄造中對(duì)型砂質(zhì)量要求較高,不能滿足生產(chǎn)要求，其特點(diǎn)是[4]：
(1) 低速刮板與中速轉(zhuǎn)子最佳配合、混砂量大、混勻能力強(qiáng)，型砂綜合性能好；
(2) 輝藍(lán)石鑄石、碳化鎢堆焊、3號(hào)填料等新材料的運(yùn)用全面提升了易損件使用時(shí)間，液力偶合器、復(fù)合鋼齒輪、5號(hào)填料、潤(rùn)滑控機(jī)除了保證傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定還可以負(fù)載中啟動(dòng)；
(3) 最新式旋轉(zhuǎn)卸料門開啟靈活，工作可靠，徹底解決了底部漏砂的問題；
(4) 對(duì)稱開設(shè)的檢修門極大的方便了檢修和清理；
(5) 鋼結(jié)構(gòu)底座便于使用和安裝。
圖2.4 轉(zhuǎn)子混砂機(jī)實(shí)物圖
2.1.5 混碾式混砂機(jī)
混輾式混砂機(jī)的混砂方式混合砂質(zhì)量好且穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也較高，功率損耗小，目前機(jī)械鑄造業(yè)中普遍應(yīng)用，混輾式混砂機(jī)如圖2.5所示，其技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。其特點(diǎn)[5]：
(1) 混砂效率高、質(zhì)量好，適用范圍廣；
(2) 輝綠巖鑄石、碳化鎢堆焊、2號(hào)填料等新式材料可以全面提高易損件使用時(shí)間；
(3) 液力偶合器、合金鋼齒輪、潤(rùn)滑控機(jī)，確保傳動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)可靠，并能負(fù)載啟動(dòng)；
(4) 旋轉(zhuǎn)卸料門（國(guó)家專利：9824038.6）開啟靈活，工作可靠，徹底解決了底部漏砂的問題；
(5) 鋼結(jié)構(gòu)底座極大方便了使用和安裝。
統(tǒng)合所述，選定混砂方式為混碾式。本機(jī)供型砂試驗(yàn)混制型砂及芯砂之用。其結(jié)構(gòu)由碾盤、碾輪、垂直主軸、內(nèi)外括砂板、減速器、出砂口、電動(dòng)機(jī)等部分組成。
圖2.5 混輾式混砂機(jī)實(shí)物圖
表2-2 混輾式混砂機(jī)技術(shù)參數(shù)
參數(shù)\機(jī)器型號(hào)
S1110D
S1112
S1116D
S1120D
S1120E
S1122
盤徑(mm)
φ1000
φ1200
φ1600
φ2000
φ2000
φ2240
一次加料量(kg)
110
200
500
800
800
1350
主電機(jī)功率(kW)
4
7.5
18.5
30
37
55
生產(chǎn)率(t/h)
2.5
5
12
20
22
30
機(jī)器質(zhì)量(kg)
800
2000
4000
5500
6000
9500
2.2減速器的選擇
2.2.1 減速器的分類
分類：擺線針輪減速器、諧波傳動(dòng)減速器、三環(huán)減速器、行星齒輪減速器。
（1）擺線針輪減速器的特點(diǎn)
作為擺線針輪減速機(jī)具備了如下特點(diǎn)：1、大傳動(dòng)比 2、高傳動(dòng)效率 3、緊密結(jié)構(gòu) 4、平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低，能承受過載和沖擊。5、使用可靠，較長(zhǎng)使用時(shí)間。電動(dòng)滾筒涵蓋齒輪滾筒、擺線滾筒、行星滾筒三大類別，擁有緊密結(jié)構(gòu)，體積較小，重量較輕，大承載能力的優(yōu)點(diǎn)，好密封性，方便安裝，維修簡(jiǎn)單等特色。所有滾筒均可配置逆止器。產(chǎn)品使用環(huán)境溫度在。可用于粉塵大、潮濕、泥濘、露天等環(huán)境惡劣場(chǎng)所。適用于礦山、冶金、 煤炭、建材、電力、輕工、糧食及交通運(yùn)輸?shù)炔块T。螺型桿升降機(jī)的上升、跟進(jìn)、降落等功能通過蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿完成，冶金、煤炭、機(jī)械、建材、化工等各項(xiàng)行業(yè)中廣泛應(yīng)用，具有緊湊結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕，大承載能力，好密封性，方便安裝，維修簡(jiǎn)單等特色。本系列升降機(jī)可自鎖，承載能力在之間，最高輸入轉(zhuǎn)速，工作溫度在之間[6]。點(diǎn)線嚙合齒輪傳動(dòng)是一種區(qū)別于之前的傳動(dòng)模式,1998年8月被列為我國(guó)“九五”重點(diǎn)技術(shù)推廣項(xiàng)目，擺線針輪減速器實(shí)物如2.6圖所示。
圖2.6 擺線針輪減速器
（2）諧波傳動(dòng)減速器的特點(diǎn)
諧波齒輪減速器是一種新型減速器。它脫胎于行星減速器。諧波齒輪減速器，它是利用柔性零件產(chǎn)生的一種彈性機(jī)械波來傳遞能量的行星齒輪傳動(dòng)，其實(shí)物圖如圖2.7所示。
傳動(dòng)原理：
它主要由三個(gè)基本構(gòu)件組成：
a、帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當(dāng)于行星系中的中心輪；
b、帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當(dāng)于行星齒輪；
c、波發(fā)生器，它相當(dāng)于行星架。當(dāng)作減速器使用，一般情況下波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式，作為一個(gè)桿狀零件波的發(fā)生器，其兩邊配有滾動(dòng)軸承組成滾輪，與柔輪的內(nèi)壁相互擠壓，柔輪可產(chǎn)生具有可觀彈性的薄壁齒輪，還可以變形，它的內(nèi)孔直徑短于波發(fā)生器的總長(zhǎng)，波發(fā)生器是產(chǎn)生控制彈性柔輪的更換元件，當(dāng)一種柔輪波發(fā)生器，柔輪的力從原始的圓形橫截面的擠壓成橢圓形，只是完全嚙合的齒輪的齒的端部附近的長(zhǎng)軸，短軸和牙齒附近的兩人只是車輪完全分離，其他路段處于過渡狀態(tài)的齒嚙合和脫開的周長(zhǎng)。當(dāng)波發(fā)生器是連續(xù)顯示的方向旋轉(zhuǎn)，柔輪的變形不斷變化的，所以柔輪，剛輪嚙合狀態(tài)始終是不同嚙合，嚙合，啃出關(guān)，然后咬成，循環(huán)地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對(duì)剛輪沿波發(fā)生器不同方向的緩慢旋轉(zhuǎn)，剛輪固定，動(dòng)力通過波發(fā)生器輸入，柔輪輸出，其輸入與輸出轉(zhuǎn)向不同，在作用過程中，波發(fā)生器發(fā)生一周，柔輪上點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變換的次數(shù)稱為波數(shù)，以 n 表示，常用的是雙波和三波兩種，雙波傳動(dòng)的柔輪應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，方便獲得大的傳動(dòng)比,所以是目前應(yīng)用最廣的一種[7]。諧波傳動(dòng)減速器的實(shí)物如2.7圖所示。
諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪和剛輪的周節(jié)相同，但齒數(shù)不等，通常采用剛輪與柔輪齒數(shù)差等于波數(shù)，即式中 、分別為剛輪與柔輪的齒數(shù)。當(dāng)剛輪固定、發(fā)生器主動(dòng)、柔輪從動(dòng)時(shí)，諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 。
雙波傳動(dòng)中，，柔輪齒數(shù)很多。上式負(fù)號(hào)表示柔輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相反。由此可看出，諧波減速器可獲得很大的傳動(dòng)比。其主要特點(diǎn)如下：
1) 高承載能力 諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合為面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)（疊加系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較高于其他傳動(dòng)形式；
2) 傳動(dòng)比大 單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可達(dá) ；
3) 體積小、重量輕；
4) 傳動(dòng)效率高、使用時(shí)間長(zhǎng)；
5) 傳動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊，無噪音，運(yùn)動(dòng)精度高。
諧波減速器國(guó)內(nèi)于七八十年代才開始研究，到現(xiàn)在很多廠家特地生產(chǎn)，并形成各種系列。廣泛應(yīng)用于電器電子、航空科技、人工智能等行業(yè)，由于它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在化工行業(yè)應(yīng)用也逐漸增多。
圖2.7 諧波傳動(dòng)減速器
（3）三環(huán)減速器的特點(diǎn)
三環(huán)減速器的特點(diǎn): 1、承載能力強(qiáng)，使用使用時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)齒同時(shí)進(jìn)入嚙合區(qū)，可承受過載2.7倍，輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)。2、傳動(dòng)比大，分級(jí)密集，單級(jí),雙級(jí)達(dá)11000，級(jí)差約1.1倍。3、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小于、振動(dòng)幅值小于。4、效率高，單級(jí)為。5、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，比普通圓柱齒輪減速器小2/3。6、裝拆與維修方便，平行軸，易損件少，易更換，無需特殊材料及熱處理。有時(shí)候適用性廣，結(jié)構(gòu)多，而且衍生出多種系列，減速器中一顆明珠。三環(huán)減速器實(shí)物如2.8圖所示。
圖2.8 三環(huán)減速器
（4）行星齒輪減速器的特點(diǎn)
主要適用于冶金、礦山、運(yùn)輸、建材、輕工、能源、交通等行業(yè)。
主要特點(diǎn)：
1) 重量輕、體積小。在同等條件下這種減速器重量減速輕1/2以上，體積則要縮小1/2~1/3;
2) 傳動(dòng)效率高：?jiǎn)渭?jí)行星減速器；兩級(jí)行星減速器；三級(jí)行星減速器;
3) 傳動(dòng)功率范圍廣，可由不足1kw到超過10000kw，且優(yōu)點(diǎn)隨著功率變大越發(fā)突出，經(jīng)濟(jì)效益越高;
4) 裝配型式多樣，可由多面安裝，適用性廣。在符合給定制造條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小;
5) 運(yùn)用了優(yōu)質(zhì)金屬材料通過滲碳淬火，外齒輪可以是6級(jí)精度，內(nèi)齒輪則是7級(jí)精度，承載能力水平達(dá)到了當(dāng)代先進(jìn)工業(yè)國(guó)水平。使用使用時(shí)間一般超過十年。
齒輪的圓周速度不大于，工作環(huán)境溫度為,低于時(shí),啟動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)予熱至以上，可正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn)。
現(xiàn)如今混砂機(jī)功率確定多數(shù)情況下采用類比法,根據(jù)現(xiàn)有混砂機(jī)的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，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;若混輾式混砂機(jī)的加砂量為，則需電動(dòng)機(jī)功；故選取電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速降落較大，要實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比減速器可采用擺線針輪減速器，蝸輪蝸桿減速器，三級(jí)圓錐圓柱齒輪傳動(dòng)[8]。
如果選用三級(jí)圓錐圓柱齒輪傳動(dòng)功率損耗大，初定為擺線針輪減速器，若采用立式帶電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上過于龐大，底座離把過高，穩(wěn)定性不夠，也不美觀，只能采用不帶電動(dòng)機(jī)的型式，由于輸入，輸出軸皆為主軸，必須設(shè)計(jì)一臺(tái)單級(jí)圓錐齒輪減速器，若采用動(dòng)機(jī)豎裝與帶電動(dòng)機(jī)型式的擺線針輪減速器一般無二，行星齒輪減速器實(shí)物如2.9圖所示。
圖2.9 行星齒輪減速器
2.2.2 減速器的選擇
決定采用擺線針輪減速器，不但體積巧，重量小，傳動(dòng)比大，還具有效率高（）過載能力大，使用時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，據(jù), , 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)共用i=29其型號(hào)為zL-10-1/29型減速器，不足部分采用單級(jí)圓錐齒輪減速，取減速比為，無標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)需自行設(shè)計(jì)。
2.3電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)是一個(gè)機(jī)器的心臟，雖然在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中我們只要選擇標(biāo)準(zhǔn)件，不需要自己設(shè)計(jì)，也不可能自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)出一款合適的電動(dòng)機(jī)，但是電動(dòng)機(jī)的重要性還是要知道的。電動(dòng)機(jī)有很多的種類，大概的分類如下：
1．通過工作電源分類 。
2．通過結(jié)構(gòu)和工作原理分類異。
3．通過起動(dòng)與運(yùn)行方式分類。
4．通過用途分類。
5．通過轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類。
6．通過運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類。
大致有如下的名稱比如有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無極變速電動(dòng)機(jī)外，還區(qū)分成電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)[9]。
上文曾經(jīng)提到目前混砂機(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；若輾輪式混砂機(jī)的加砂量為，則需要電動(dòng)機(jī)功率；故本課題所要選取的電動(dòng)機(jī)為,型號(hào)為Y180L-4型電動(dòng)機(jī)，該機(jī)具有效率高，較大節(jié)能起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，性能強(qiáng)噪音低，振動(dòng)微弱，可靠性高，功率等級(jí)與安裝尺寸符合IEC級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使用方便維護(hù)便捷的優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖如圖2.10所示。
圖2.10 電動(dòng)機(jī)實(shí)物
2.4砂門控制機(jī)構(gòu)
（1）采用液動(dòng)機(jī)構(gòu)
有污染需設(shè)立單獨(dú)的液壓工作站，制造成本高。
（2）采用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)
有噪音，由于工廠有現(xiàn)成氣源，只需選擇相應(yīng)的氣閥，氣缸即少，投資小，故采用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.5控制電路部分設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)繞組接成三角形的時(shí)候，每相繞組所承受的是電源的線電壓（380V）；然而接成星型時(shí)，每相繞組所承受的電壓是電源的相電壓（220V）。如此來說，對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成的三角形的電機(jī)，控制電路也是通過時(shí)間原則進(jìn)行控制。啟動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組連成星型，加載電動(dòng)機(jī)的每相繞組上的電壓為額定電壓，從而減小了啟動(dòng)電流。帶啟動(dòng)后按預(yù)先整定的時(shí)間把電動(dòng)機(jī)換成三角形連接，使得電動(dòng)機(jī)在額定的電壓下運(yùn)行。由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)扭矩大，功率大，電動(dòng)機(jī)需Y/△啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)只需單向旋轉(zhuǎn)，由于采用螺栓調(diào)整機(jī)構(gòu)，必須加入較完善的過載保護(hù)。
本設(shè)計(jì)選擇用采用PLC可編程控制器來控制。
2.5.1 控制電路采用PLC的優(yōu)點(diǎn)
PLC的主要特點(diǎn)：
可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的核心功能。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝，內(nèi)部電路采用領(lǐng)先的抗??干擾技術(shù)，具有突出的可靠性。如三菱F系列PLC平均無故障時(shí)間達(dá)到30萬小時(shí)。一些使用特別中央處理器的PLC的平均無故障工作時(shí)間更長(zhǎng)。從外電路比較PLC采用PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成，與同級(jí)別的繼電器接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百上千次，從而大大降低了故障。
齊全，功能完備。適用性PLC的快速演變，已經(jīng)形成了大，中，小各級(jí)系列產(chǎn)品?？捎糜诟鞣N水平的工業(yè)控制應(yīng)用。排除邏輯現(xiàn)代PLC基本的計(jì)算能力具有良好的數(shù)據(jù)處理能力，適用于不同領(lǐng)域的數(shù)字化控制。近年來，新興的PLC的功能模塊，PLC設(shè)定的空間控制，時(shí)間控制，CNC和其他各種工業(yè)控制。增強(qiáng)的通信能力與PLC及人機(jī)界面技術(shù)采用PLC控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的重點(diǎn)和發(fā)展變得得心應(yīng)手。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工的工作量輕，易于使用和維護(hù)方便，容易調(diào)整PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，簡(jiǎn)化了控制外部設(shè)備的接線，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工期變短，同時(shí)保持它變得方便。更重要的是，允許相同的設(shè)備是可以改變的，通過改變程序生產(chǎn)過程成為現(xiàn)實(shí)。這是非常適合多品種，小批量的生產(chǎn)應(yīng)用。
同時(shí)，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，故障報(bào)警信息及時(shí)提示。在其應(yīng)用程序中，應(yīng)用程序仍可以導(dǎo)入外圍設(shè)備的故障自診斷程序，允許系統(tǒng)以排除其它PLC電路及設(shè)備也有一個(gè)自診斷保護(hù)。因此，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)非常完美的可靠性見怪不怪了。
體積小，重量輕，功耗低，超緊湊型PLC，例如，新品種的底部較小，重量不超過150克，功耗只有幾瓦。由于體積小，更加容易進(jìn)入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備[10]。
目前，PLC在海內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于金屬，石油，環(huán)保及航空等不同行業(yè)，這些行業(yè)的發(fā)展建設(shè)一個(gè)非常良好的促進(jìn)作用。不久的將來還會(huì)更加深入在這些領(lǐng)域帶來高自動(dòng)化的產(chǎn)業(yè)時(shí)代。
PLC邏輯控制開關(guān)是最基本和最重要的應(yīng)用，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，邏輯控制，順序控制，無論是演技上的一個(gè)單一的設(shè)備控制也可以用于多組控制及自動(dòng)化生產(chǎn)線。如電鍍生產(chǎn)線，注塑機(jī)，印刷機(jī)，包裝機(jī)械，機(jī)床，生產(chǎn)線。
2.5.2 控制部分的設(shè)計(jì)
先選用S7-200(CPU222)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)Y/△啟動(dòng)控制。主電路如2.11所示，輸入輸出分配表如表2-3所示，控制接線圖如2.12所示，梯行圖如2.13所示。
在圖 2.11中，電動(dòng)機(jī)有接觸器,,控制，其中將電動(dòng)機(jī)定子繞組連接成星型，將電動(dòng)機(jī)定子繞組連接成三角形。與不能同時(shí)吸合，否則將產(chǎn)生電源短路。在程序設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮有星型向三角形切換時(shí)間，即由完全斷開（包括滅弧時(shí)間）到接通這段時(shí)間應(yīng)鎖定住，以防電源短路。
圖2.11 控制部分主電路圖
表2-3 輸出/輸入分配表
輸入信號(hào)
停止按鈕
啟動(dòng)按鈕
輸出信號(hào)
接觸器
接觸器
接觸器
圖2.12 控制部分I/O接線圖
圖2.13 控制部分梯形圖
第三章 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)
3.1減速器圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)前面2.2節(jié)減速箱的選擇和2.3節(jié)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容從而知道，該對(duì)齒輪傳動(dòng)的輸入功率為，小齒輪的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比為1.4。假設(shè)混砂機(jī)要工作10年，每年大概300天，每天兩班，每班工作8小時(shí)，期間載荷平穩(wěn)，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)。由這些條件，就可以對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
1. 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
（1）按傳動(dòng)方案，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，齒形制,齒形角，齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)，螺旋角，不變位。
（2）混砂機(jī)為一般工作機(jī)器，速度其實(shí)不高，故可以選用8級(jí)精度。
（3）材料選擇，小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），硬度為，大齒輪材料為45剛（調(diào)質(zhì)），硬度為，二者材料硬度相差。
（4）選小齒輪齒數(shù)。
2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
公式：
(3.1)
（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值
1）查得材料彈性影響系數(shù)。
2）按齒面的硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞極限選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。
3）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
小齒輪： (3.2)
大齒輪： (3.3)
4）查得接觸批量使用時(shí)間系數(shù)
5）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
(3.4)
6）試選
7）
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪的分度圓直徑，帶入中的較小值得
取(齒寬系數(shù))
2）計(jì)算圓周速度v
(3.5)
3）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，8級(jí)精度，查得，，；
齒向載荷分布
，
所以。
4）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑：
(3.6)
5）技術(shù)模數(shù)
3. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
公式：
(3.7)
（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值
1）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度。
2）查得彎曲疲勞使用時(shí)間系數(shù)
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則，
(3.8)
4）載荷系數(shù)。
5）節(jié)圓錐角
6）查取齒形系數(shù)
7）查取應(yīng)力校正系數(shù)
8）計(jì)算大小齒輪的 ,并加以比較。
(3.9)
大齒輪的數(shù)值大。
（2）由公式（3.7）設(shè)計(jì)計(jì)算
綜合分析考慮，取按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑，
所以大齒輪數(shù) 。
4. 主要尺寸計(jì)算
(1) 計(jì)算大端分度圓直徑
(2) 計(jì)算節(jié)錐頂距
(3) 節(jié)圓錐角
(4) 大端齒頂圓直徑
(5) 齒寬
5 計(jì)算齒輪的幾何尺寸
齒頂高
齒根高
全齒高
齒根角
齒根角
根錐角
頂錐角
分度圓弧齒厚
分度圓弦齒厚
分度圓弦齒高
3.2軸的設(shè)計(jì)
3.2.1 軸的功用及分類
1. 軸的功用
軸是組成機(jī)器的重要零件之一。軸的主要功用是支承旋轉(zhuǎn)零件（例如齒輪、蝸輪等）、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
2. 軸的分類
按軸承受的載荷不同,可將軸分為轉(zhuǎn)軸，心軸和傳動(dòng)軸三種。
根據(jù)軸線的形狀的不同，軸又區(qū)分成直軸、曲軸和撓性鋼絲軸。曲軸和撓性鋼絲軸屬于專用零件。直軸按外形不同又區(qū)分成光軸和階梯軸。光軸形狀簡(jiǎn)單，應(yīng)力集中少，易加工，但軸上零件不易裝配和定位，常用于心軸和傳動(dòng)軸。臺(tái)階軸部的軸部的直徑是不一樣的，這樣的設(shè)計(jì)使軸部接近的強(qiáng)度，而容易的裝配和拆卸部件和固定軸，在本機(jī)中的最常見的臺(tái)階軸。通常是由實(shí)心軸與直軸，但為了減少結(jié)構(gòu)的重量，或在某些機(jī)器上，以滿足要求，也可以使用空心軸。
3. 軸的組成
軸的外形受下面幾個(gè)因素決定：(1) 其毛坯不同：(2) 軸上作用力的不同和分布情況；(3) 軸上零件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；(4) 軸承的類型、尺寸和位置；(5) 軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求?？梢娪绊戄S的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計(jì)軸時(shí)要全面綜合的考慮各種因素[11]。
對(duì)軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)主要是確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
軸的強(qiáng)度與工作應(yīng)力的大小和性質(zhì)有關(guān)。在選擇軸的結(jié)構(gòu)和形狀時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
(1) 使軸的形狀接近于等強(qiáng)度條件;
(2) 盡量避免各軸段剖面突然改變以降低局部應(yīng)力集中;
(3) 改變軸上零件的布置，有時(shí)可以減小軸上的載荷;
(4) 改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。
4. 軸上零件的軸向定位及固定
軸上零件的軸向定位及固定通過軸向固定部件或者軸肩之間的配合完成定位與固定。
5. 軸上零件的周向定位及固定
軸上零件的周向定位及固定首先要滿足機(jī)器傳遞的狀態(tài)和旋轉(zhuǎn)的力的影響，還要兼顧軸向和周向的定位和固定。
常用的周向定位及固定方法有鍵、花鍵、銷、過盈配合及緊定螺釘?shù)?。在齒輪與軸之間的周向固定采用了平鍵聯(lián)接。
6. 軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工與裝配。形狀力求簡(jiǎn)單，階梯軸的級(jí)數(shù)盡可能少，而且各段直徑不易相差太大。
軸上需磨削的軸段應(yīng)設(shè)計(jì)出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽。退刀槽等一些尺寸經(jīng)可能統(tǒng)一。
為便于裝配，軸端應(yīng)有倒角。軸肩高度不能妨礙零件的拆卸。開鍵的話需要將他們放在軸的同一端。
對(duì)于階梯軸一般設(shè)計(jì)成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆。
3.2.2 一級(jí)減速箱軸的設(shè)計(jì)
1. 輸入軸的設(shè)計(jì)
(1) 選擇軸的材料
初選軸的材料為45號(hào)鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，其性能通過查表可得： 。
(2) 軸的尺寸計(jì)算
1) 輸入軸上的功率，轉(zhuǎn)速。
2) 初步確定軸的最小直徑
取
(3.10)
3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a.圖3.1所示為輸入軸的裝配方案：
圖3.1 輸入軸裝配方案
b. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，如圖3.2所示：
圖3.2 輸入軸的結(jié)構(gòu)
4) 選擇聯(lián)軸器：根據(jù)條件選取
確定聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩，
結(jié)合電動(dòng)機(jī)型號(hào)，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，電動(dòng)機(jī)的輸出軸徑為48mm。
即該端選用的半軸連接器的孔徑，故取軸徑，半聯(lián)軸器轂空的長(zhǎng)度。
故取。
5) 初步選擇滾動(dòng)軸承
軸承同時(shí)承載徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)尺寸，選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承30312其尺寸為。從而可以知道：，。
6) 由經(jīng)驗(yàn)公式算肩高度：
故取 ，從而確定。
試取。
7) 根據(jù)軸承安裝方便的要求，取，均比小,則：。
根據(jù)安裝軸承旁螺栓的要求取。
8) 根據(jù)齒輪孔的軸徑和長(zhǎng)度且與內(nèi)壁距離，確定，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度如3-1表。
表3-1 輸入軸的數(shù)據(jù)
段落標(biāo)號(hào)
1
2
3
4
5
6
d/mm
48
54
60
72
60
54
l/mm
112
50
32
80
32
90
9) 軸上零件的周向定位
齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按手冊(cè)查得，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接處的平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見）。為了保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇聯(lián)軸器輪轂與軸配合為H7/k6。齒輪與軸的聯(lián)接處的平鍵截面，長(zhǎng)度為40mm,鍵槽用鍵槽銑刀加工。
10) 確定軸上的圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，圓角大小見零件圖。
(3) 求軸上的載荷及其校核
軸承1和軸承2之間的距離為，軸承2和錐齒輪間的距離為。
1) 計(jì)算作用在齒輪上的力
圓錐小齒輪
因已知高速級(jí)小錐齒輪的平均分度圓直徑為，而
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，做出軸的受力分析圖，彎矩圖和扭矩圖，如圖3.3所示：
圖3.3 輸入軸的受力圖，彎矩和扭矩圖
（注：齒輪取齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑作為力的作用點(diǎn)，軸承在寬度中點(diǎn)為作用點(diǎn)）
2) 求作用在輸入軸上的載荷
詳見表3-2所示。
3) 校核軸的強(qiáng)度
由彎矩圖可知危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在軸承2處。選取。
校核軸上最大彎矩截面的強(qiáng)度：
(3.11)
故軸安全。
表3-2 輸入軸的載荷
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
2. 輸出軸的設(shè)計(jì)
(1) 材料選擇
材料初選是45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理
(2) 初步由公式(3.9)確定軸的最小直徑
取
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得擺線針輪減速器的輸入軸的直徑為
根據(jù)選擇聯(lián)軸器的需要
取。
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）軸的各段直徑和長(zhǎng)度，如下圖3.4所示：
圖 3.4 輸出軸的結(jié)構(gòu)
2）取。
3）初步選擇滾動(dòng)軸承。
軸承同時(shí)承載徑向力和軸向力，，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)尺寸，選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承30313，其尺寸為
確定取。
4）查滾動(dòng)軸承手冊(cè)，可取
取齒輪的輪轂長(zhǎng)為，則可取，定位軸肩的高度，故取，可得，
各段的直徑和長(zhǎng)度如下表3-3所示：
表3-3 軸的長(zhǎng)度
各段標(biāo)號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
d/mm
55
60
65
70
76
72
65
l/mm
70
60
34
190
10
100
46
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度
（3）軸上的零件的周向定位
齒輪、鏈輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。查設(shè)計(jì)手冊(cè)選鏈輪與軸周向定位的鍵的公稱尺寸為，鍵的長(zhǎng)度定為，齒輪與軸周向定位的鍵的公稱尺寸為，鍵的長(zhǎng)度定為。
1) 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為2×45°，圓角大小見零件圖。
2) 求軸上的載荷
因已知大錐齒輪的平均分度圓直徑為，而
軸上的受力圖,彎矩圖和扭矩圖如圖3.5所示，載荷如表3-4所示：
圖3.5 輸出軸的彎矩和扭矩圖
表3-4 輸出軸上的載荷
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
3) 校核軸的強(qiáng)度
由彎矩圖可知危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在軸承2處。取
用公式(3.11)校核軸上最大彎矩截面的強(qiáng)度：
故軸安全。
3.2.3 軸承的校核
1. 輸入軸軸承校核
初步選取滾動(dòng)軸承，選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30312，其尺寸為 ，由之前的計(jì)算可以得到。軸承上的載荷如表3-5所示。
表3-5 輸入軸承上的載荷
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
(3.12)
故軸承安全
2. 輸出軸軸承校核
初選滾動(dòng)軸承，選擇0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30312，其尺寸為， ，有上面的計(jì)算可以得到。軸承上的載荷如表3-6所示。
表3-6輸出軸承的載荷
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
故軸承安全。
3.2.4 聯(lián)軸器的選擇
選擇