3709 新型制磚用原料拱土機的設計,新型,制磚用,原料,拱土機,設計 1UNIVERSITY本 科 畢 業(yè) 設 計（說明書）題目： 新型制磚用原料拱土機的設計 學 院： 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化年 級： 指導教師： XX 職 稱： 講師 二○一二 年 五 月2摘要本論文設計是根據國家對制磚行業(yè)節(jié)能減排的政策而產生新的機械設計課題。在機械自動化大發(fā)展的趨勢下古老的制磚方式必將淘汰出局。機械自動化的革新無論是從勞動力市場、生產成本、生產效率特別生產磚的原料來說都有巨大的優(yōu)勢。本設計機械是機械化制磚流程中的一個起始環(huán)節(jié)也是較重要的一環(huán)節(jié)。論文設計從結構和動力方面對拱土機做了設計并就重要零件的設計進行校核，為機械的安全可靠工作提供了保證。關鍵詞： 機械自動化 制磚 拱土機設計3AbstractThe design is based on the state of the brick industry energy saving and emission reduction policy and generate a new mechanical design issues . In mechanical automation development trend under the ancient brick method will be eliminated. Mechanical Automation innovation either from the labor market，the cost of production，the production efficiency in particular the production of bricks，have tremendous advantages .The design of machinery is mechanized brick making process in a start link also more important link. The paper design from the structure and dynamic of soil arch machine is designed and the important parts of the design verification ，for the safety of machinery and it ensures reliable operationKey: mechanical automation brick oil arch machine design 目錄4摘要Abstract1 緒論…………………………………………………………………………11.1 制磚行業(yè)現狀…………………………………………………………11.2 制磚機械的發(fā)展………………………………………………………11.3 設計論文的主要內容…………………………………………………12 原料拱土機結構的設計……………………………………………………12.1 原料拱土機的作用……………………………………………………12.2 原料拱土機的使用要求………………………………………………22.3 原料拱土機機構的選擇………………………………………………22.3.1 鉸鏈四桿機構分析…………………………………………………22.3.2 曲柄滑塊機構分析……………………………………………………22.3.3 導桿機構分析…………………………………………………………32.3.4 拱土機機構選用分析…………………………………………………43 拱土機運動方案的設計………………………………………………………53.1 電機的選擇……………………………………………………………53.2 傳動裝置的設計………………………………………………………53.2.1 各傳動裝置的分析……………………………………………………63.2.2 拱土機傳動裝置的選擇………………………………………………73.3 拱土機運動參數的校核計算……………………………………………74 拱土機重要零件的設計校核…………………………………………………74.1 拱土機工作概述…………………………………………………………74.2 v 帶傳動的設計校核計算………………………………………………74.3 軸的設計校核計算……………………………………………………94.4 鍵的設計…………………………………………………………………104.4.1 皮帶輪鍵的選擇………………………………………………………104.4.2 減速器與搖臂間的鍵的選擇及校核…………………………………114.5 軸承座設計………………………………………………………………114.6 軸承座端蓋選材，結構設計……………………………………………114.7 軸承座聯(lián)接用螺栓的設計計算…………………………………………115 拱土機底架的設計……………………………………………………………12設計小結…………………………………………………………………………13參考文獻…………………………………………………………………………141 緒論51.1 制磚行業(yè)的現狀磚瓦建材業(yè)是建筑的基礎，特別最近幾年我國房地產市場持續(xù)升溫，高速發(fā)展帶動制磚也的發(fā)展。老式由人工粘泥曬坯的生產方式很難滿足房地產市場及農村大發(fā)展建設的需求。雖然我國磚廠遍布很多但現如今的經濟發(fā)展現狀給磚廠的發(fā)展帶來了很多的挑戰(zhàn)，嚴重制約了磚石的生產。主要方面有：一、人口紅利的下降勞動力成本比原來提高了很多加大了磚的生產成本。二、老式的磚廠生產要進行磚的晾曬影響生產進度且很易受天氣的影響。三、燒結磚時燃料不能合理完全的利用造成資源的浪費同時也加大了生產成本。四、制磚用黃泥土是對資源的極大浪費過度的利用影響了生態(tài)環(huán)境的平衡。綜合各方面因素加國家政策對節(jié)能環(huán)保的要求我國的磚石生產企業(yè)將向大型機械化方向發(fā)展。古老式小型磚窯廠將會慢慢被淘汰。1.2 制磚機械的發(fā)展磚瓦在我們過度具有較悠久的歷史?，F也因古建筑的漂亮和精致成為旅游景區(qū)的不少。追溯古代人力化生產那也就是將黃泥土和好曬干后幾塊幾塊慢慢的燒制基本全是人力化。到八九十年代在某些規(guī)模稍大型的磚廠能見到有柴油機為動力的和泥簡單機械，但磚廠的生產工人還是熙熙郎朗，做磚、曬磚、拉磚、燒磚、上車等都要大量人手。進入 21 世紀社會經濟提速發(fā)展拉動建材市場的發(fā)展，老式磚石的生產跟不上步伐了。四川成都、西北、西南部的磚廠就慢慢在尋找出路，機械化的進步恰好就為解決磚石生產落后提供了出路。機械和泥、出坯、切坯、碼坯、運輸流水線作業(yè)大大提高了產量和降低了成本。最近幾年隨著國家十一五、十二五政策的出臺實施。國家在節(jié)能環(huán)保提出了要求，制磚原材料的改變加之窯爐方式的創(chuàng)新出現了隧道窯，鋼材機械化在制磚廠上有了大量的需求。巖石的破碎、碾碎、和泥、出坯、切坯、碼坯、窯車的運輸、磚的打包銷售都是機械自動化作業(yè)。在磚機有大量市場的今天機械行業(yè)也有許多廠家進軍其中山西眉山的做的比較早也比較好，四川成都、福建等地磚機生產企業(yè)都做得不錯。我省江西振大機械最近幾年在磚機行業(yè)發(fā)展的也很好。磚機雖然發(fā)展有些年但技術和設計并不是完全成熟還有很大發(fā)展進步空間。相信在國家政策的扶持和引導下在機械同仁的努力下我國磚機將會更加完美實用。1.3 設計論文的主要任務內容根據該機械應完成的功能作用合理設計選擇滿足工作條件的運動機構并選擇合適大小的電機。完成對重要零部件的設計分析和校核。2 原料拱土機的結構設計2.1 原料拱土機的作用在現代機械化磚廠生產磚石過程中包括巖石的取料，巖石的破碎碾成粉末。6巖石粉與燃料粉末的配合和泥、擠磚、切磚、碼轉、烘干、燒結等環(huán)節(jié)。其中本設計的原料拱土機是裝載車取巖石后放在拱土機上方的漏斗內。拱土機根據破碎機工作的情況來回進給運動喂入巖石。拱土機主要是保證破碎機正常工作合理喂入巖石的作用。2.2 原料拱土機的使用要求原料拱土機上方應根據拱土機的安放位置焊個留一口的漏斗。裝載車將巖石倒入拱土機上，拱土機的前后運動要完成將部分巖石喂入破碎機內。其工作原理主要是運用巖石自身的摩擦和慣性隨拱土機前后運動部分掉入破碎機內。拱土機工作時應具有較好的反應能力和較大的承載運動能力。2.3 原料拱土機機構的選擇原料拱土機主要完成的是前后往復運動可簡易的看成平面內要實現的運動。在平面機構學中主要有 1）鉸鏈四桿機構；2）曲柄滑塊機構；3）導桿機構。2.3.1 鉸鏈四桿機構如圖 1 所示，所有運動副均為轉動副的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，它是平面四桿機構的最基本的型式，其他型式的平面四桿機構都可看做是在它的基礎上通過演化而成的。在此機構中，構件四位機架，與機架組成運動副的構件 1.3 稱為連架桿，不與機架組成運動副的構件 2 成為連桿。若組成轉動副的兩構件能作整轉相對轉動，則該轉動副稱為整轉副，否則成為擺動副。與機架組成整轉副的連架桿稱為曲柄，與機架組成擺動副的連架桿稱為搖桿。因此根據兩連架桿為曲柄或搖桿的不同，鉸鏈四桿機構可分為三種基本形式。1）曲柄搖桿機構，其中兩連架桿一為曲柄另一為搖桿，如圖 1a 所示；2）雙曲并機構，其中兩連架桿均為曲柄，如圖 1b 所示；3）雙搖桿機構，其中兩連架桿均為搖桿，如圖 1C。圖 12.3.2 曲柄滑塊機構7曲柄滑塊機構是由曲柄的運動傳遞到滑塊前后運動的過程如圖 2 所示。圖 2在此機構中 1 的整轉運動會帶動 C 塊的前后往復運動。對其運動形式進行分析。若已知構件 1 的轉速為 W 可求出 C 的速度。因根據三心定理求構件 1.3 的相對速度瞬心 P13.滑塊 3 作直線運動，其上各點速度相等。將 p13 看成是滑塊上的一點，根據瞬心的定義 Vc=Vp13，所以 Vc=L1w12.3.3 導桿機構如圖 3 所示構件 1 為整軸轉動 2 在導桿 3 上來回運動。構件 3 做左右擺動運動。圖 3 2.3.4 拱土機機構選用分析8根據上述分析曲柄滑塊機構最簡易也最方便運用實現拱土機的功能，對曲柄滑塊機構進行設計分析。為便于拱土機行程的調節(jié)和安裝用可調節(jié)的套和螺桿作為 2 桿的構件。對于原動件（曲柄）作勻速定軸轉動，從動件相對于機架作往復運動（擺動或移動）的連桿機構，從動件正行程和反行程的位移量相同，而所需的時間一般并不相等，因此從動件正反兩個行程的平均速度也就不相等。這種現象稱為機構的急回特性。但也并不是所有的機構都會出現此現象，可以通過調節(jié)導路的偏置大小盡量避免急回特性。如圖 4 當 e=0 時 θ=0 即不存在急回特性故減速器的安裝應與推板齊水平。圖 43 拱土機運動方案的設計機構簡圖圖 593.1 電機的選擇給定拱土機的工作條件：上方漏斗 3 立方米可載重 3000㎏在室內間斷性工作，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流，電壓為 380V選擇電動機類型和結構形式，系統(tǒng)無特殊需求，一般選用 y 系列三相交流異步電動機。選用全封閉自扇冷式籠型，電壓 380v。根據 p=fv,F=f=mgчч 查表取 0.3, v 根據工作情況不應大于 0.5m/s,故 p=0.5x3000x10x0.3=4500w 查電動機參數表選取電動機額定功率 p=5.5kw。根據動力源和工作條件電機的轉速選擇常用的兩種同步轉速：1500r/min 和 1000r/min。選用 1000r/min 查表選用 Y132M1—6 型號的電機，其參數如下電機型號 額定功率（kw）同步轉速（r/min)滿載轉速（r/min）參考價格元Y132M1—6 5.5 1000 960 10003.2 傳動裝置的設計傳動裝置是一種在距離間傳遞能量并兼實現某些其他作用的裝置。這些作用是：1）能量的分配；2）轉速的改變；3）運動形式的改變（如回轉運動改變?yōu)橥鶑瓦\動） ，等等。機器中所以要采用傳動裝置是因為：1)工作機構所要求的速度、轉矩或力，通常與動力機不一致；2）工作機構常要求改變速度，用調節(jié)動力機速度的方法來達到這一目的往往不很經濟；3）動力機的輸出軸一般只做等速回轉運動，而工作機構往往需要多樣的運動，如螺旋運動、直線運動或間歇運動等；4）一個動力機有時要帶動若干個運動形式和速度都不同的工作機構。在我們機械行業(yè)所涉及的常用傳動中主要包括以下幾種常見的方式 1）摩擦輪傳動；2）帶輪傳動；3）齒輪傳動；4）蝸桿傳動；5)鏈傳動；6）減速器等方式3.2.1 各傳動裝置的分析a) 摩擦傳動 摩擦輪傳動具有下列優(yōu)點：1）由于摩擦輪輪面沒有輪齒，所以制造簡單，而且工作時不會發(fā)生類似齒輪節(jié)距誤差所引起的周期性沖擊，因而運轉平穩(wěn)，噪聲很?。?）過載時打滑，故能防止機器中重要零件的損壞；3）能無級的改變傳動比等等。它的主要缺點是：1）效率較低；2）當傳遞同樣大的功率時，輪廓尺寸和作用在軸與軸承上的載荷都比齒輪傳動大；3）由于上述兩項原因，所以不宜傳遞很大的功率；4）不能保持準確的傳動比；5）干摩擦時磨損塊、壽命低；6）必須采用壓緊裝置等。應用范圍 摩擦輪傳動在傳遞功率、傳動比和調速幅度、速度、軸間距離等方面都有很大的適用范圍。傳動功率可自幾瓦直到 300kw，但多數不超過 20kw。傳遞功率的摩擦輪傳動的傳動比一般可到 7，有卸載軸時可到 15，在手動儀器中傳動比可達 25.調速幅度在直接接觸的傳動中，一般為 3~4，在有中間幾件的傳動中，一般可達到 8~12.圓周速度可自很低到高達 25m/s。 10b) 帶傳動 帶傳動是具有中間撓性件的一種傳動，所以：1）能緩和載荷沖擊；2）運行平穩(wěn)，無噪聲；3）制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格；4）過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞；5）可增加帶長以適應中心距較大的工作條件。帶傳動和摩擦輪傳動一樣，也有下列缺點：1）有彈性滑動和打滑，使效率降低和不能保持準確的傳動比；2）傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大；3）帶的壽命短。 應用范圍 帶傳動的應用范圍很廣。帶的工作速度一般為 5m/s~20m/s，使用高速環(huán)形膠帶時可達 60m/s；使用錦綸片復合平帶時，可高達 80m/s。膠帆布平帶傳遞功率小于 500kw，普通 v 帶傳遞功率小于 700kw。c) 齒輪傳動 和其他機械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點是：工作可靠，使用壽命長；瞬時傳動比為常數；傳動效率高；結構緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。缺點是：齒輪制造需專用機床和設備，成本較高；精度低時，振動和噪聲較大；不宜用于軸間距離大的傳動等。 d) 蝸桿傳動 蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比。在傳遞動力時，傳動比一般為 8~100，常用的為 15~50.在機床工作臺中，傳動比可達幾百，甚至到 1000.這時，需采用導程角很小的單頭蝸桿，但傳動效率很低，只能用在功率小的場合。在現代機械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動的效率，多頭蝸桿的傳動效率可達到 98%。與多級齒輪傳動相比，蝸桿傳動零件數目少，結構尺寸小，重量輕。缺點是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率比齒輪傳動低，同時蝸桿一般需用貴重的減摩材料制造。蝸桿傳動多用于減速，以蝸桿為原動件。也可用于增速，齒數比單級為5~15,但應用很少。e) 鏈傳動 鏈傳動是在兩個或多于兩個鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動，因其經濟、可靠，故廣泛用于農業(yè)、采礦、冶金、起重、運輸、石油、化工、紡織等各種機械的動力傳動中。和帶傳動比較，鏈傳動的主要優(yōu)點是：1）沒有滑動；2）工況相同時，傳動尺寸比較緊湊；3）不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較?。?）效率較高，98%；5）能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用等。因鏈傳動具有中間元件，和齒輪、蝸桿傳動比較，需要時軸間距離可以很大。鏈傳動的缺點是：1）只能用于平行軸間的傳動；2）瞬時速度不均勻，高速運轉時不如帶傳動平穩(wěn) ；3）不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中應用；4）工作時有噪聲；5）制造費用比帶傳動高等。 應用范圍 鏈傳動在傳遞功率、速度、傳動比、中心距等方面都有很廣的應用范圍。目前，最大傳遞功率達到 5000kw，最高速度到 40m/s，最大傳動比達到 15，最大中心距達到 8m。由于經濟及其他原因，鏈傳動的傳動功率一般小于 100kw，速度小于 15m/s，傳動比小于 8.11f) 減速器 減速器是一種由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪-蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用在動力與工作機之間做為減速的傳動裝置；在少數場合下也用作增速的傳動裝置，這時就稱為增速器。減速器由于結構緊湊、效率較高、傳遞運動準確可靠、使用維護簡單，并可成批生產，故在現代機器中應用很廣。3.2.2 拱土機傳動裝置的選擇根據上述分析皮帶輪和減速器的運用在拱土機的設計方面最可行。根據市場選擇 JZQ400 型 40.17 的傳動比比較合理。大小皮帶輪設計傳動比為 2.5 初步估算能滿足要求。3.3 拱土機運動參數的校核計算根據所設計要求供土機推板運動速度不得大于 0.5m/s。根據已有設計條件電機選擇為 5.5kw,構 1 為搖臂設計長度為 150mm，由運動學分析 V.為此時最大V.=V,V=Wr 根據傳動比 048.6327.40596w210 ??xxi? smxv /5.0172.5.048.1max ???故拱土機能夠合理正常工作4 拱土機重要零部件的設計與校核4.1 拱土機工作概述 拱土機為了完成進給原土料需前后往復運動，由電動機用皮帶輪傳動至JZQ400 減速器。減速器有左右對稱軸輸出轉動，其后面的工作機構就可簡化成曲柄滑塊機構，亦可如上圖。這幾個緩解中 V 待傳動的傳動比及 V 帶根數和皮帶輪的直徑大小就為比較重要的參數，故這幾個參數需校核設計計算。由于減速器輸出軸和搖臂需用鍵連接傳遞轉動，故鍵的設計計算校核也不可少。在推板結構中有軸和滾輪的支撐推動運動，對軸也就要進行校核計算。軸承滾輪座與蓋的連接用標準件螺桿擰緊，需設計計算擰緊林及螺桿的個數。其他些零部件和結構為常用普通形式故無需特別設計計算校核。4.2 V 帶傳動的設計校核計算選用普通 V 帶傳動，動力機為 Y 系列三相異步電動機，功率 P=5.5KW，轉n=960r/min，每天工作 16h,中心距小于 600mm。計算項目 計算內容 計算結果定 V 帶型號和帶輪直徑工作情況系數 由表 2.1KA?12計算功率 5.421PKcA???kw4.5PC?選帶型號 由圖表 A 型小帶輪直徑 由圖表 取 =90mm1D大帶輪直徑 為滑動率取 =2% 選 =224212nD)(????2大帶輪轉速 =378221)(?2n計算帶長求 Dm 2D1m?? 157Dm?求 Δ Δ=671??初取中心距 a=500帶長 L=1502a2DL2m?????基準長度 由機械設計查圖表 160Ld?求中心距和包角中心距 a=537.752mdmd 8)DL(41La ???????? 60?小輪包角 ??????60a18012 ???27.16?0?求帶根數13帶速 V=4.52m/s106nDV???傳動比 i=2.53789i帶跟數 由表 kw.0P?2.1k,4.L?? kw6.0P?Z= =2.9 Z=3L0CK)P(???帶輪結構設計 由于帶速 V452.64N.m?? mN2.6410548.01.045.dLh2T ?????所以以上選擇的參數滿足強度要求。合理154.4.2 減速器與搖臂間的鍵的選擇及校核因無特殊要求選用圓頭普通平鍵，鍵 10x8，通常 因此，d)8.1~6(Lmax?取 L=50mmm2.61~4.53)8.1~6(Lmax???校核計算如下：鍵的接觸長度 =L-b=50-10=40mm，鍵與轂的接觸高度 4mm；許用擠壓應力?L查表取 150Mpa，所以鍵連接所能傳遞的轉矩為??p?>129.68N.mmN40815034.04.5dh21T 6p ??????所以，以上選擇的參數滿足強度要求。設計合理4.5 軸承座設計由于軸承座在使用中同時也具有滾輪的作用但并無較大沖擊載荷，且軸承外徑較大?？紤]節(jié)約成本，故選用灰鑄鐵 HT300，，硬度 190~240HBpaM290B??結構設計見零件圖4.6 軸承座端蓋選材，結構設計端蓋選用灰鑄鐵 HT300。 硬度 190~240HB，用螺栓與軸承座連paM290B??接。端蓋用于限制軸承在軸承座內的軸向位移。具體結構見零件圖4.7 軸承座連接用螺栓的設計計算螺栓材料選用 45 鋼，材料的許用拉應力 =350Mpa，螺栓直徑 d 的設計計???算;對于固定軸承座的螺栓預緊力只需滿足：;Z—螺栓個數 6； ——螺栓預緊力； ——接觸面間1Yf1Z0FkmF???（（ 0F?的摩擦系數 0.135；m——結合面數目 1； ——考慮摩擦傳動力的可靠系數取fK1.3 N4.80236.9135.024FzKZ1Yf0 ???????16螺栓直徑 =6.16mm??6Z10354.82.4F.14d??????即軸承座選用螺栓 M85 拱土機底架的設計底架材料選用型鋼，由型鋼焊接成架，底架的結構設計中主要考慮兩導軌的距離便于滾輪的安裝運動。17參考文獻[1]邱宣懷、郭可謙、吳宗澤等.機械設計.4 版.北京：高等教育出版社.2010.[2]劉混舉、趙河明、王春燕.機械可靠性設計.北京：國防工業(yè)出版社.2010.[3]趙衛(wèi)軍、任金泉、陳鋼.機械設計基礎課程設計.北京：科學出版社.2010.[4]金清肅、范順成、范曉珂.機械設計課程設計.武漢：華中科技大學出版社.2006.[5]王慧、呂宏、王連明.機械設計課程設計.北京：北京大學出版社.2011.[6]于永泗、齊民.機械工程材料.8 版.大連：大連理工大學出版社.2010.[7]鄭文緯、吳克堅.機械原理.7 版.北京：高等教育出版社.2010.[8]劉鴻文.材料力學.4 版.北京：高等教育出版社.2010.[9]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.6 版.北京：高等教育出版社.2004.[10]陳于萍、周兆元.互換性與測量技術基礎.2 版.北京：機械工業(yè)出版社.2009.[11]何銘新、錢可強.機械制圖.5 版.北京：高等教育出版社.2008.[12]蔣曉、沈培玉、苗青.AutoCAD2008 中文版機械設計標準實例教程.北京：清華大學出版社.2008.18設計總結經過這么幾個月的畢業(yè)設計，回顧溫習了自己大學四年所學的有關專業(yè)方面的知識，是那些知識在腦中不再那么雜亂無章的儲存著，而是有了個系統(tǒng)整體的認識。在設計的過程中既有汗水淚水也有歡笑。有時被一個問題纏住幾天不見天日，也為最后的解決而歡快喜悅。從中感悟獨自一個人要完成一項機械的設計真的要付出很多的努力，即便是簡單的機械也并不是那么的簡單。此次設計讓我感觸較深的是嚴謹仔細認真的習慣態(tài)度對作為一名機制人員是多么重要。機械圖作為我們機制人員交流的語言，對個人的嚴謹仔細認真好習慣要求更高，也完全能體現作為一名機制人員專業(yè)技能和素養(yǎng)。本次畢業(yè)論文（設計）得到 XX 老師的諄諄教導和殷切關心，也還有撫州廣昌東勝機械廠的工人師傅的大量幫助和指導，我才能這么順利的完成此次設計，在此一并表示感謝！限于個人水平知識和時間的有限，疏漏和不妥之處肯定不少，望各位前輩老師同仁指正。本人將以不吝賜教為感！