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S114型碾輪式混砂機的設計(總裝及傳動機構設計)
摘要：課題來源于大豐市春城鑄造機械廠。設計主要包括混砂機的傳動部分，齒輪傳動的設計，軸的設計與校核，混砂機總體結構的設計分析與計算。其中S114型碾輪式混砂機減速機采用圓錐+二級漸開線圓柱齒輪軟齒面減速方式，不僅滿足了混砂機傳動裝置傳動比大和承載能力高的要求，而且使減速機具有結構簡單，成本低，易于制造，安裝、調整要求低，運行維護方便，可靠性更強等特點。在混砂機設計中，還采取了以下措施，以保證其技術先進性和經(jīng)濟合理性:（1）采用矮刮板，加強對型砂的混合攪拌作用，并降低其功率消耗；（2）加大卸砂門面積，縮短卸砂時間；（3）采用輝綠巖鑄石做底盤護板，增加其使用壽命，減少刮板磨損,改堆焊WC（碳化鎢）為直接焊接硬質合金刀片,針對強度不足,在刮板反面焊上加強筋以增加其強度,經(jīng)改進后,一副刮板可正常使用1年左右,刮砂干凈,結砂很少,負荷波動小。因此,設計具有較好的應用前景和實用價值。?
關鍵詞：輾輪式混砂機；傳動裝置；密封；潤滑；減速機
The Design of the S114 Roller Sand Mixer (the Design of the General Fitting and the Drive Gear)
Abstract: The subject stems from the machine-casting factory of Chuncheng of Dafeng City. The design mainly includes the drive system of the sand mixer, the gear, the design and check of the axle, the analyzing and calculation of the general fitting. The S114 type sand-mixture machine uses a 2-stage spiral gear box which not only satisfies to machine transmission and the requirement of bearing capacity, but also makes deceleration facility simple, economical, contributes to manufacture, makes requirement of installation and adjustment low, and makes reliability strong. In the machine design, the following measures have been adopted in order to guarantee technology advancement and economy reliability. Welded WC (tungsten carbide) is adopted instead of direct welding blade of hard alloy According to strength. The scraper reverse sides of welds are enforced in order to increase its strength. After improvement, a pair of scraper may be used for one year in common. It is clean to scrape sand, with few knot sand and little load fluctuation. So, the design will have better prospect of application and practical value.
Keywords： wheel rolling type sand mixer；transmission；sealing device；lubrication；Gearbox
畢業(yè)設計說明書 1 目 錄 1 前言 1 2 總體方案論證 2 3 傳動方案的論證 3 3.1 方案一、帶傳動 3 3.1.1 帶傳動的主要優(yōu)點 3 3.1.2 帶傳動的缺點 3 3.2 方案二、齒輪傳動 4 3.2.1 齒輪傳動的主要優(yōu)點 4 3.2.2 齒輪傳動的主要缺點 4 3.3 方案三、蝸桿傳動 4 3.3.1 蝸桿傳動的主要優(yōu)點 4 3.3.2 蝸桿傳動主要缺點 4 4 選用電動機 6 5 機械傳動裝置的總體設計 7 5.1 傳動裝置的運動簡圖 7 5.2 傳動裝置總傳動比 7 5.3 分配各級傳動比 7 5.4 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù) 8 5.4.1 各軸轉數(shù) 8 5.4.2 各軸功率 8 5.4.3 各軸轉矩 8 5.5 將運動和動力參數(shù)計算結果進行整理并列于下表 9 6 機械傳動件的設計 10 6.1 錐齒輪設計及計算項目 10 6.1.1 按接觸疲勞強度設計計算 10 6.1.2 有關參數(shù)修正 11 6.1.3 彎曲疲勞強度校核計算 11 6.2 高速級直齒圓柱齒輪的設計 15 6.2.1 選擇齒輪材料 15 6.2.2 按齒面接觸疲勞強度計算 15 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 2 6.2.3 校核齒根彎曲疲勞強度 16 6.3 低速級斜齒圓柱齒輪的設計 18 6.3.1 齒輪材料的選擇 18 6.3.2 確定公式中個參數(shù)值 18 6.3.3 設計計算 19 6.3.4 校核齒面接觸疲勞強度 19 6.3.5 校核計算 20 6.3.6 計算齒輪傳動幾何尺寸 20 6.3.7 齒輪結構設計及繪制齒輪零件圖 21 7 軸的設計 23 8 主要規(guī)格及技術參數(shù) 24 9 主要結構及工作原理 25 9.1 機體 25 9.1.1 機盤 25 9.1.2 出砂門 25 9.2 傳動機構 25 9.2.1 電動機 25 9.2.2 減速器 25 9.3 輾輪機構 25 9.3.1 混輾機構 25 9.3.2 輾輪 25 9.3.3 刮砂板 26 10 操作與使用 27 11 結論 28 參考資料 29 致 謝 30 畢業(yè)設計說明書 1 1 前言 混砂機是鑄造車間手工或機械化造型線各類型(芯)砂混制的專用設備。亦可用 于耐火材料、化工、玻璃、陶瓷等行業(yè)混合粉粒狀物料。目前世界上各國都致力研 究和生產(chǎn)各種類型的高效率混砂機。即滿足以下三方面的要求： a. 在混砂機盤徑一定時，能增加每次加料量。 b. 在保證型砂質量的前提下，能縮短混砂周期，提高混砂機的生產(chǎn)率。 c. 每次加料量和生產(chǎn)率提高后，功率消耗應適當 1。 我的課題來源于大豐市春城鑄造機械廠。為保證鑄造車間混制型砂及型砂、化 工、輕工、建筑材料等行業(yè)中混制粉粒狀物料的要求，設計混砂機的傳動部分，要 求達到如下目的：（1）綜合運用機械和電器知識；（2）齒輪傳動的設計；（3） 軸的設計與校核；（4）混砂機總體結構的設計分析與計算。根據(jù)國內制造水平， 混砂機減速機多采用圓錐+二級漸開線圓柱齒輪軟齒面減速機，也有采用行星和擺 線針輪行星減速機。目前，德國、美國、瑞士、日本等國家從 S1110 到 S1130 型混 砂機減速機均采用圓錐+二級漸開線圓柱齒輪硬齒面減速機。這種減速機體積小， 壽命長，可滿足混砂機傳動裝置的要求，但存在以下問題：(1)結構復雜；(2)造價 高；(3)難于制造，安裝、調試要求高；(4)由于減速機為立式，圓柱齒輪為水平放 置，難于潤滑，必須配備潤滑系統(tǒng)，因此，運行維護不便。輾輪式混砂機主要由輾 壓機構、刮板、傳動裝置、輔助裝置等組成，其中傳動裝置是混砂機的心臟，是其 重要部份之一。傳動裝置由電機、聯(lián)軸器和減速機組成，電機一般采用 Y 系列四級 電機。而設計減速機時，必須充分考慮混砂機的工作條件，如砂處理工部灰塵多， 減速機一般安裝在混砂機底盤下面，安裝位置小，維修困難大等。減速機設計是否 合理，制造和安裝是否達到技術要求，對混砂機的使用效果關系極大。因此在設計 時，除了滿足傳動比及承載能力等要求外，要全面地考慮制造、安裝、使用和維修 問題，力求做到技術上先進，經(jīng)濟上合理。 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 2 2 總體方案論證 減速機作為混砂機的主要傳動機構，其性能的好壞直接影響混砂機的效率、混 砂質量及混砂機各項技術性能的發(fā)揮。 設計的參考方案有： A混砂機采用雙輾輪。雙碾輪混砂機具有輾壓、搓擦和攪拌作用，型砂質量 好；具有中等碾壓力、中等圓周線速度；每只碾輪的重量是一次加料量的 0.40.8 倍寬碾輪，增加了單位時間輾壓和搓擦的面積(單位寬度面積上碾壓力也進一步 降低） ；出砂門尺寸加大，快速卸砂；一般采用回轉霧化噴水裝置、彈簧加減壓機 構。減少了設備體積，提高了生產(chǎn)效率，具有噪聲低使用壽命長安裝簡便維 修方便等優(yōu)點 2。 B采用輾輪+中等速度的轉子。在輾輪混砂機的基礎上將其中的一個輾輪改為 轉子，同時利用刮板和輾輪、刮板和高速旋轉的固定轉子的雙重作用，對物料進行 混合、剪切和搓擦作用，使型砂質量進一步提高，同時也有松散作用。但這種混砂 機結構較復雜，制造、維護都不如輾輪混砂機簡單 2。 C采用轉子混砂機。無輾輪，完全利用高速轉子強化撮擦，有松砂功能，高 速、高效、高性能，以適應各種高壓高速造行線的生產(chǎn)。轉子混砂機是依靠高速旋 轉的轉子及低速刮板的共同作用，將粘土高速剪切、撮擦并均勻涂覆在粒砂表面， 其成膜速度比輾輪混砂機快 1 倍以上。適用于粘土砂的混制，尤其適用于潮模單一 砂，也可用于普通水玻璃背砂的混制。但因其造價高，應用受到一定的限制。 經(jīng)過和同學們的研討和老師的指導，再依據(jù)經(jīng)濟實用的原則和適用的場合綜合 考慮，決定采取第一種設計方案，即采用雙輾輪混砂機構，設計立式減速機構。 畢業(yè)設計說明書 3 3 傳動方案的論證 3.1 方案一、帶傳動 3.1.1 帶傳動的主要優(yōu)點 2 a. 緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)、噪聲??； b. 帶傳動靠摩擦力傳動，過載時帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其 他零件； c. 適用于兩軸中心矩較大的場合； d. 結構簡單，制造、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。 3.1.2 帶傳動的缺點 2 a. 不能保證準確的傳動比； b. 需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力； c. 整個傳動裝置的外廓尺寸較大，不夠緊湊； d. 帶的壽命較短，傳動效率較低。 鑒于上述特點，帶傳動主要適用于： a. 速度較高的場合，多用于原動機輸出的第一級傳動。 b. 中小功率傳動，通常不超過 50 kw。 c. 傳動比一般不超過 7，最大用到 10。 d. 傳動比不要求十分準確。 圖 3-1 帶傳動方案 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 4 3.2 方案二、齒輪傳動 3.2.1 齒輪傳動的主要優(yōu)點 2 a. 瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的 運動和動力； b. 適用于功率和速度范圍廣，功率從接近于零的微小值到數(shù)萬千瓦，圓周速 度從很低到 300 m/s； c. 傳動效率高，=0.920.98，在常用的機械傳動中，齒輪的傳動效率較高； d. 工作可靠，使用壽命長；外廓尺寸小，結構緊湊。 3.2.2 齒輪傳動的主要缺點 2 a. 制造和安裝精度要求較高，需專門設備制造，成本較高； b. 不宜用于較遠距離兩軸之間的傳動。 3.3 方案三、蝸桿傳動 3.3.1 蝸桿傳動的主要優(yōu)點 2 a. 傳動比大，結構緊湊。傳遞動力時，一般 i=8100； b. 蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、振動小、噪聲 低； c. 當蝸桿的導程角小于當量摩擦角時，可實現(xiàn)反向自鎖，即具有自鎖性。 3.3.2 蝸桿傳動主要缺點 2 a. 因傳動時嚙合齒面間相對滑動速度大，故摩擦損失大，效率低。一般效率 為 =0.70.9；具有自鎖性時 0.5。所以不宜用于大功率傳動； b. 為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸桿一般使用貴重的減摩材料制造，故成 本高； c. 對制造和安裝誤差很敏感，安裝時對中心矩的尺寸精度要求很高。 畢業(yè)設計說明書 5 圖 3-2 蝸桿傳動方案 綜合分析上述三種方案，從傳動效率、傳動比范圍、傳動速度、制造成本和安 裝精度、傳動裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設計課題的傳動方案采用方案 2， 即采用齒輪傳動。 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 6 4 選用電動機 選擇電動機類型和結構形式。按工作條件和要求，選用一般用途的 Y 系列三相 異步電動機，為臥式封閉結構。 電動機的容量（功率）選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當 容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或電動機因長期過載 而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載 下運動，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費 4。 目前混砂機功率的確定多采用類比法，根據(jù)現(xiàn)有混砂機的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對于輾輪 式混砂機每一千克加料量需要的安裝功率為 0.0300.035 ；S114 輾輪式混砂kw 機的加砂量為 500，則需電動機功率為 500(0.0300.035)=1517.5 ；因k 此選擇電動機的型號 Y160L4，額定功率 15 ，滿載轉速 1460 ，同步轉速 kmin/r 1500 ，可滿足混砂機需要 1。min/r 畢業(yè)設計說明書 7 5 機械傳動裝置的總體設計 5.1 傳動裝置的運動簡圖 圖 51 齒輪傳動運動簡圖 5.2 傳動裝置總傳動比 電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉速 n m及工作軸的轉速 n w即 可確定傳動裝置的總傳動比 。wmni 具體分配傳動比時，應注意以下幾點： a. 各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內選取，對減速傳動盡可能不超過其允 許的最大值。 b. 應注意使傳動級數(shù)少傳動機構數(shù)少傳動系統(tǒng)簡單，以提高和減少精度 的降低。 c. 應使各級傳動的結構尺寸協(xié)調勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。 d. 應使傳動裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。 4.582160niwm 5.3 分配各級傳動比 3 根據(jù)機械設計手冊初取，i =3.3，i =5.4 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 8 則 28.345.ii 5.4 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù) 4 5.4.1 各軸轉數(shù) 軸 minr42ir3.160inm 軸 ir8inr.542i 軸 ir5ir.3in 主軸 mi25 5.4.2 各軸功率 軸 83kw.195.0.15P00 齒軸 承聯(lián) 軸 器 軸 379803. 齒軸 承 軸 .2. 齒軸 承 主軸 25kw.198.052P軸 承 5.4.3 各軸轉矩 軸 mN.423.n9T 軸 9.158.50P 軸 47N2.9nT 畢業(yè)設計說明書 9 主軸 m5N.467921.950nPT 5.5 將運動和動力參數(shù)計算結果進行整理并列于下表 表（51） 運動和動力參數(shù) 軸名 參數(shù) 電動機軸 軸 軸 軸 主軸 轉速 1minr1460 442 82 25 25 功率 kwP15 13.83 13.15 12.5 12.25 轉矩 NT98.12 298.82 1534.49 4775 4679.5 傳動比 i 3.3 5.4 3.28 1 效率 0.92 0.95 0.95 0.98 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 10 6 機械傳動件的設計 6.1 錐齒輪設計及計算項目 3 說明: 取 8 級精度軟齒面標準傳動,小齒輪 45 鋼,鍛件,調質.H1=270HB,大齒輪 45 鋼,鍛件,正火 H2=220HB。按接觸強度設計計算,工作載荷基本平穩(wěn),單向傳動，小 齒輪懸臂布置,使用壽命 10 年,兩班制,每年工作 300 天. 齒面粗糙度 3.2 。m 6.1.1 按接觸疲勞強度設計計算 （63 2HE2R11 Zu5.04KTd 1） A. 齒數(shù)比 u=i=3.3 B. 尺寬系數(shù) R=0.3 C. 小齒輪轉矩 T1=98.12 =9.812104 mN mN D. 載荷系數(shù) K K=KAKvK a. 工況系數(shù) K A=1 b. 動載荷系數(shù) K v=1.7 初估 =58 s c. 齒向載荷分布系數(shù) K =1.06（用滾子軸承） 于是得： K=1.8 E. 材料彈性系數(shù) Z E=189.8 2mN F. 節(jié)點區(qū)域系數(shù) Z H=2.5 G. 許用接觸疲勞應力 （6minHNlSZ 2） a. 小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限應力分別為： Hlim1=605 2mN Hlim2=560 b. 小齒輪和大齒輪的最小許用接觸疲勞安全系數(shù) SHmin1=SHmin2=1 c. 接觸壽命系數(shù) Z N 小、大齒輪每轉一周同一側齒面的嚙合次數(shù) 畢業(yè)設計說明書 11 1= 2=1 小、大齒輪的轉速 n1=1460 r/min，n 2=442 r/min 應力循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=60146011030016=4.205109 N2= N1/u=4.205109/3.3=1.274109 于是得：Z N1=1，Z N2=1 將上列諸值代入（6-2）中，得： H1=605 2m H2=560 取 H=560 按式（6-1）計算，得小齒輪大端分度圓直徑 d1=84.69 m 取 d1=88 ,模數(shù) m=4 ,小齒輪齒數(shù) Z1=22，大齒輪齒數(shù) Z2=73，大齒輪大 端分度圓直徑 d2=292 ，查公式 R 錐距: 49.527324ZmR1 齒寬:b= =0.3152.49=45.75 m 6.1.2 有關參數(shù)修正 小齒輪圓周速度 s72.610648.3106nd1 與初估值 =5-8 相符，K v無需修正，K 亦無需修正，保持 K=1.8s 6.1.3 彎曲疲勞強度校核計算 （6-3）FSaF2132RF YuZm5.014T A. 齒形系數(shù) YFa a.小、大齒輪的分錐角 1、 2 956.03.1.ctgctos 2211 1+ 2=90437.0 b.小大齒輪的當量齒數(shù) Z e1、Z e223956.cos1e1 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 12 16.780.437cosZ2e2 于是得小、大齒輪的齒形系數(shù) YFa1=2.68, YFa2=2.18 B.應力修正系數(shù) Y Sa 小、大齒輪應力修正系數(shù) YSa1=1.57, YSa2=1.81 C.許用彎曲疲勞應力 （6-4）minFXNliFSY a.小、大齒輪的彎曲疲勞極限應 Flim1=220 2mN Flim2=195 b.小、大齒輪的尺寸系數(shù) YX1=1， Y X2=1 c.小、大齒輪的最小許用彎曲安全系數(shù) SFmin1=1 SFmin2=2 d.小、大齒輪的彎曲應力循環(huán)次數(shù)（與接觸應力循環(huán)次數(shù)相同） N1=4.205109 N2=1.274109 e.小、大齒輪的彎曲壽命系數(shù) YN1=YN2=1 于是小大齒輪的許用彎曲疲勞應力 F1=220 2m F2=195 D.K、T 1、 R、Z 1、m 和 u 值均同接觸強度計算中的所用值將上列參數(shù)值代入式 （6-3）中，得： F1=128.33 F1=220 2N2mN F2=33.29 F2=195 小、大齒輪均滿足彎曲疲勞強度要求。 E.小、大錐齒輪的尺寸計算 模數(shù) 4m 錐距 R9.152 畢業(yè)設計說明書 13 齒頂高 ahma4* 齒根高 fmcf 8.42.01 齒頂圓直徑 ad mhZa 65.9.4cos2*1ma 243701272 齒根圓直徑 fdmchZaf 82.74956.os*1 mf 30217322 全齒高 fa 8.4..2 齒根角 fRhfftn0.1f 齒頂角 a80.1fa 分度圓錐角 2tZ86.14.739012 頂錐角 a6.180.86.19474732aa 根錐角 f06.152.86.11ff3474732ff S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 14 分度圓齒厚 S28.6m 齒寬 bR1075.43.02 取 F. 小、大齒輪的結構設計及繪制齒輪零件圖 4，5 圖 6-1 大錐齒輪 畢業(yè)設計說明書 15 圖 6-2 小錐齒輪 6.2 高速級直齒圓柱齒輪的設計 2 6.2.1 選擇齒輪材料 考慮到該減速器功率不大，故大小齒輪都選用 45 鋼，調質處理，齒面硬度分 別為 220HBS、260HBS，屬軟齒面閉式傳動，載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選 7 級精 度，小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù)， ，取 。按231z 2.143.512zu142z 軟齒面非對稱安置查表 6.5，取齒寬系數(shù) 0d 6.2.2 按齒面接觸疲勞強度計算 （6-5） 32HEd11t ZuKT2.d A. 確定公式中各參數(shù) a. 載荷系數(shù) Kt 初選 Kt=1.5 b. 小循環(huán)傳遞轉矩 T1 T1=298.82103 mN c. 材料系數(shù) ZE Mpa8.9 d. 小、大齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1、Hlim2 按齒面硬度，查得： ，60paHlim1560Hlim2 e. 應力循環(huán)次數(shù) 9h 10273.314jLnN8912 .73.u f. 按接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1、K HN2 查得：K HN1=0.90，K HN2=0.95 g. 確定許用接觸應力 H1、 H2 取安全系數(shù) SH=160Mpa9.lin1NH1 5m22 B. 設計計算 a. 試計算小齒輪分度圓直徑 d1 52m.9438.4.50.198.532d 231t b. 計算圓周速度 v S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 16 19m.210645.9.3106ndvt c. 計算載荷系數(shù) K 查得：使用系數(shù) KA=1，根據(jù) v=2.19 m/s,7 級精度查得：動載荷系數(shù) Kv=1.05， 查圖得：K =1.15 則 208.150.1kva d. 校正分度圓直徑 d1 94m.7.2.94d33t1t C. 計算齒輪傳動的幾何尺寸 a. 計算模數(shù) 82.3.Zm1 按標準取模數(shù) m=4 b. 兩分度圓直徑 d1、 d2zd93411622 c. 中心距 a mz1 d. 齒寬 bd920.521 e. 齒高 h 4.. 6.2.3 校核齒根彎曲疲勞強度 （6-6）FSaFdFYmzKT321 A. 確定公式中各參數(shù)值 a. 小、大齒輪的彎曲疲勞強度極限 Flim1、 Flim2 查取 Flim1=240 Mpa Flim2=220 Mpa b. 彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1、K FN2 取 KFN1=0.84 KFN2=0.89 c. 許用彎曲應力 F1、 F2 取彎曲疲勞安全系數(shù) SF=1.4，應力修正系數(shù) YST=2.0,得 畢業(yè)設計說明書 17 MpaSYKFSTFN 284.10.28401lim11 7.99222 d. 齒形系數(shù) YFa1、Y Fa2 和應力修正系數(shù) YSa1、Y Sa2 查得：Y Fa1=2.69 YFa2=2.16 YSa1=1.575 YSa2=1.81 f. 計算小、大齒輪的 與 ，并加以比較，取其F2aF1 21Fs 中大值代入公式計算： 047.285.6912Fa1398.7.2FsY 小齒輪的數(shù)值大，應按照大齒輪校核齒根彎曲疲勞強度。 B. 校核計算 1321 65.7440..169892 FF MPa F1=74.65 F1 彎曲疲勞強度足夠。 C小、大齒輪的結構設計及繪制齒輪零件圖 6，7，8，9 大齒輪：齒頂圓直徑大于 500，故選用輪輻式結構，結構尺寸按推薦公式計 算，大齒輪零件工作圖見圖 6-3。 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 18 圖 6-3 大齒輪 6.3 低速級斜齒圓柱齒輪的設計 2 6.3.1 齒輪材料的選擇 考慮此減速器要求結構緊湊，故小、大齒輪均用 40Cr 調質處理后表面淬火。 因載荷平穩(wěn)、齒輪速度不高，故初選 7 級精度，閉式硬齒面齒輪傳動，考慮傳動平 穩(wěn)，齒數(shù)宜取多些，選 Z1=25,Z2= =3.2825=82。按硬齒面齒輪，非對稱安裝，1u 選齒寬系數(shù) d=0.8；初選螺旋角 ，按齒根彎曲疲勞強度設計。3 6.3.2 確定公式中個參數(shù)值 （6-7）31 2cosFSadnt YzKTm A. 載荷系數(shù) Kt 初選 Kt=1.5 B. 小齒輪傳遞的轉距 T1=1534.49 103 mN C. 小、大齒輪的彎曲疲勞強度極限 Flim1、 Flim2 查圖 6.9 得： Flim1= Flim2=380 MPa D. 應力循環(huán)次數(shù) 81 10362.018260hnjLN72 ..3. E. 彎曲疲勞壽命系數(shù) 查得： 畢業(yè)設計說明書 19 KFN1=0.89 KFN2=0.92 F. 計算許用彎曲應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) SF=1.4，應力修正系數(shù) YST=2，則 MPaYSTFN 14.83.0289.1lim11 F92li22 G. 查取齒形系數(shù)和應力校核系數(shù) 根據(jù)當量齒數(shù) 62.13cos5cs031 ZV 87822 由表查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) YFa1=2.58 YSa1=1.598 YFa2=2.205 YSa2=1.777 H. 計算小、大齒輪的 ，并加以比較FSa085.14.839521FSa7..2FSaY 1FSa2FSa 故按小齒輪進行齒根彎曲疲勞強度設計 I. 重合度系數(shù) Y 及螺旋角系數(shù) Y 取 Y =0.7， Y =0.86 6.3.3 設計計算 a. 試計算齒輪模數(shù) mnt 59.314.852258.06.0713cos39154.23 0 ntm smnzvt /9.cs6cos0601 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 20 b. 計算載荷系數(shù) 查得 KA=1，根據(jù) V=0.393 m/s,7 級精度，查得：K V=1.07；斜齒輪傳動取 K =1.2；查得 K =1.23,則載荷系數(shù) 579.123.071V mmtnt 6.59.33 6.3.4 校核齒面接觸疲勞強度 確定公式中個參數(shù) （6-8）HEHubdKTZ12 a. 小、大齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1、 Hlim2按齒面硬度查得小、大齒輪 的接觸疲勞強度極限 Hlim1= Hlim2=1170 MPa b. 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1、K HN2 KHN1=0.95 KHN2=0.99 c. 計算許用接觸應力 取安全系數(shù) SH=1，則 MPaNH 5.17095.1lim1 H382li22aH.341 d. 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH 查得節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH=2.29 e. 重合度系數(shù) Z 重合度系數(shù) Z =0.8 f. 螺旋角系數(shù) Z 螺旋角系數(shù) Z = 95.021.8cos g. 材料系數(shù) ZE 由表查得材料系數(shù) ZE=189.8 MPa 畢業(yè)設計說明書 21 6.3.5 校核計算 MPa ubdKTZEH6.3 24.169.1075842.95.08129231 HH 接觸疲勞強度滿足要求。 6.3.6 計算齒輪傳動幾何尺寸 a. 中心距 amZmn 89.327513cos26cos201 圓整為 a=330 mm b. 螺旋角 = 90.14)(32856arcos1n c. 兩分度圓直徑 d1、d 2 mZmdn6.549.cos11n.0.82622 d. 齒寬 b1、b 2 md3.1.54.01 取 mb2301 6.3.7 齒輪結構設計及繪制齒輪零件圖 4 大齒輪：齒頂圓直徑大于 400 mm 但小于 1000 mm，故選用輪輻式結構，結構尺 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 22 寸按薦用公式計算。 圖 6-4 大齒輪 圖 6-5 小齒輪 畢業(yè)設計說明書 23 7 軸的設計 3 按扭轉強度概略計算軸徑 a. 選用 45 號鋼，調質 ,查表 20.3 得 。2/650mNB b. 按軸的直徑設計計算公式 （） 3nPCd 45 號鋼，C=107118（=4030N/mm2） 算得 取最小軸徑mnPCd65.2140833 md30 取最小軸徑8.7.33 4 取最小軸徑mnPCd1.6425.1833 md65 取最小軸徑.9.33 9 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 24 8 主要規(guī)格及技術參數(shù) a. 加料量 500（0.4m 3）/次 b. 混合時間 37 min c. 生產(chǎn)率 1000013000/h d. 盤徑 1830 e. 輾輪（直徑寬） 750240 f. 總傳動比 58.4 g. 一個輾輪的壓力 03000 N h. 配套功率 15 kw i. 主軸轉速 25 r/min j. 外形尺寸 208218821755 k. 理論總量 3500 注：加料量與生產(chǎn)率的測定，以在機械化砂處理工部使用混型單一砂（含水 5% 以下）為標準。 若混制的型砂不符合本規(guī)定，加料量與生產(chǎn)率可根據(jù)實際情況而定。 畢業(yè)設計說明書 25 9 主要結構及工作原理 該機由機體、傳動機構、混輾機構三大部分組成。 9.1 機體 由機盆、出砂門、手動桿等組成。 9.1.1 機盤 圍圈與底盆螺釘緊固在一起形成混制型砂的機盆。內圈圓角鐵底板在磨損以后 可拆開螺栓更換新的。 9.1.2 出砂門 混制好的型砂由此門卸出，它由手動桿來完成。 9.2 傳動機構 由減速器、主軸等組成。 9.2.1 電動機 6，7 由剛性聯(lián)軸器與減速器輸入聯(lián)接，經(jīng)過三級變速由輸出軸即主軸帶動十字頭做 逆時針旋轉。緊固在十字頭上的曲臂、輾輪、內外刮砂板隨同十字頭一起回轉而輾 輪還同時繞輾輪軸自轉。 9.2.2 減速器 10，11 為三級傳動的減速器，固定在混砂機底盤上。由電動機借助剛性聯(lián)軸器帶動兩 錐齒輪完成第一級傳動，再通過齒輪軸齒輪和另一齒輪的嚙合帶動另外一對斜齒輪 完成第三級傳動。 齒輪箱側壁裝有長形油標，用來觀察注入減速箱內油面的高低。 9.3 輾輪機構 9.3.1 混輾機構 混輾機構裝在傳動機構的主軸上，在主軸上裝置著該機構的十字頭，在十字頭 兩邊裝有兩個曲臂拖動的兩個輾輪，內外刮砂板也均裝在十字頭上 11，12 。 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 26 9.3.2 輾輪 型砂的輾壓、搓揉全靠此部分的重量給型砂以壓力來完成的。輾輪借以輾輪軸 聯(lián)接在曲臂上，曲臂軸又將曲臂和十字頭連接在一起，當十字頭轉動時帶動輾輪一 起繞主軸回轉，由于和型砂的摩擦輾輪也做自轉。曲臂可繞曲臂軸轉動，以便輾輪 可隨砂層厚度的變化自由起落。輾輪與底板保持一定間隙，由調節(jié)螺栓來控制，以 免輾碎型砂 13。 9.3.3 刮砂板 刮砂板的作用是在混制型砂時，將型砂攪和并聚集在輾輪之下，卸料時將型砂 刮至出砂門卸出，內刮砂板和外刮砂板由刮砂板臂緊固在十字頭上 14。 畢業(yè)設計說明書 27 10 操作與使用 將機器安裝后應做如下調整：（1）將輾輪和底板之間的間隙調至 1030； （2）外刮砂板與機盆內圈之間的間隙調至 610；（3）內刮砂板與主軸之間的 間隙調至 610；（4）內外刮砂板與底板之間的間隙調至為 610。 使用前應注意：（1）檢查各潤滑部分是否加足潤滑油，減速箱油位應在最高 位置；（2）檢查各緊固件是否牢固，活動處是否靈活，轉動件不應相互碰撞； （3）空車運轉 30min 觀察十字頭是否沿逆時針方向旋轉，減速箱是否有不正常振 動及劇烈的噪音，停車檢查后，再空車運轉 1h，使油充分清洗各齒輪及軸承； （4）加 400石英砂和 8煤油，直至混砂機內有型砂直接接觸的表面被拋光為止， 再進行負荷試車；（5）必須按潤滑規(guī)定對機器進行潤滑；（6）每次工作結束時， 應將機盆內各個角落殘留的型砂清除干凈，以免殘留型砂硬化影響下次的混砂質量 和機器的正常工作；（7）型砂必須在機器開動后在加入；（8）每次型砂的加入量 不能超過規(guī)定的數(shù)量。 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 28 11 結論 本課題設計的 S114 型碾輪式混砂機減速機采用圓錐+二級漸開線圓柱齒輪軟齒 面減速機和剛性聯(lián)軸器，不僅滿足混砂機傳動裝置傳動比和承載能力要求，而且減 速機具有結構簡單，成本低，易于制造，安裝、調整要求低，運行維護方便，可靠 性更強。在混砂機設計中，還采取了以下措施，以保證其技術先進性和經(jīng)濟合理性。 （1）采用矮刮板，加強對型砂的混合攪拌作用，并降低其功率消耗；（2）加大卸 砂門面積，縮短卸砂時間；（3）采用輝綠巖鑄石做底盤護板，增加其使用壽命， 減少刮板磨損；（4）目前大部分刮板材料為 45 鋼,工作面上堆焊有 3mm 厚 WC（碳 化鎢）耐磨層, 在使用過程中發(fā)現(xiàn),耐磨層不耐磨,用不到 1 周,刮板已嚴重磨損,混 砂機底板上結砂嚴重,消耗功率明顯提高;另外,刮板強度差,使用過程中易發(fā)生彎曲 變形,造成混砂桶壁結砂增厚,也使設備負荷增大。針對上述不足,改堆焊 WC 為直接 焊接硬質合金刀片,針對強度不足,在刮板反面焊上加強筋以增加其強度。經(jīng)改進后,一 副刮板可正常使用 1 年左右,刮砂干凈,結砂很少,負荷波動小。 減速機輸入輸出軸漏油是機械行業(yè)老大難問題，針對混砂機減速機設計采取相 應措施取得了良好效果。影響輸入輸出軸滲漏的主要因素有：設計密封結構不合理； 密封部位軸的制造質量差；密封件的質量差，選型不合理；使用維護不當?shù)?。采?措施有：采取合理的密封結構；選用優(yōu)質密封件及油封軸套，密封件的壽命長且防 滲漏效果好，配以美國 CR 型油封軸套，克服了軸的表面加工質量低的缺點，既保 護了軸表面不磨損，又可防滲漏；增加了潤滑油回油槽，避免造成密封部位形成憋 壓而滲漏；對密封部位零件、標準件表面進行強化處理，降低磨擦系數(shù)，減少磨損； 對零件密封部件的機加工質量提出較高要求。減速機可油池潤滑，立軸及其它轉動 件可脂潤滑，無需專用的潤滑系統(tǒng)。 畢業(yè)設計說明書 29 參考資料 1 頡建新.采用平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動的S1120輾輪式混砂機J. 中國鑄造 裝備與技術,2001,(1):44-46. 2 徐錦康主編. 機械設計M.北京：高等教育出版社，2004、4. 3 李柱國主編. 機械設計與理論M. 北京：科學出版社，2003（21世紀高等院 校教材）. 4 徐灝主編. 新編機械設計手冊.下冊M.北京：機械工業(yè)出版社，1995. 5 岑軍健主編.新編非標準設備設計手冊.上冊M.北京：國防工業(yè)出版社， 1999，1. 6 成大先主編. 機械設計手冊.單行本.減（變）速器電機與電器M. 北京： 化學工業(yè)出版社，2004. 7 王旭，王積森主編. 機械設計課程設計M. 北京工業(yè)出版，2003.8. 8 徐灝主編. 新編機械設計手冊.上冊M. 北京:機械工業(yè)出版社,1995. 9 周開勤主編. 機械零件手冊（第5版）M.北京：高等教育出版社， 2001（2002重?。? 10 張國玲.混砂機彈簧加壓機構的設計改進J.鑄造（FOUNDRY）， Vol.52，No.6， Jun.2003: 442-444. 11 劉天平，王愛麗.選用S 114系列混砂機的體會J 鑄造工程(造型材料), 2005， 101(2): 38-39. 12 宋偉，盛堅.112 型混砂機主軸結構的改進J一重科技，2005，104（2）: 3-4. 13 周松流，熊晗，陳紅兵.TM160-45高速轉子混砂機的應用J內燃機配件， 2001(5):6-8. 14 鄭明忠，姜樹斌進口混砂機用單螺桿偏心螺旋轉子泵J中國鑄造裝備與 技術，2000，3：40-41. S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 30 致 謝 本次畢業(yè)設計是對我們大學四年所學知識的一次全面考驗，它也是對即將走向 社會的我們的進行的一次有效的訓練?；仡欉@場畢業(yè)設計，雖然過程中充滿了困難 與曲折，但我感到受益匪淺。本次設計課題是 S114 型碾輪式混砂機的設計(總裝及 傳動機構設計)。本設計是為了解決實際生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)力低的問題，因此廠方 對我的要求很高。本設計是學完所有大學期間本專業(yè)應修的課程以后所進行的，是 對我四年來所學知識的一次大檢驗。使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通， 加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識。 通過這次畢業(yè)設計，我基本上掌握了混砂機減速器的設計方法和步驟，以及設 計時應注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各種相關手冊，選擇使用工藝裝備 等。 總的來說，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方 面得到了一次較好的鍛煉，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力， 縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術工作奠定了一個 堅實的基礎。 本次設計任務業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一 些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學不吝賜教。 此次畢業(yè)設計是在熊新老師的認真指導下進行的。熊老師經(jīng)常為我解答一系列 的疑難問題，以及指導我的思想，引導我的設計思路。在歷經(jīng)三個多月的設計過程 中，一直熱心的輔導。在此，我忠心地向他們表示誠摯的感謝和敬意！ 畢業(yè)設計說明書 31 附錄二 鑄造設備型號編制方法 為了記認容易，稱呼簡便相統(tǒng)一，我國鑄造沒備采用統(tǒng)一的代號型號。下 面將 1991 年頒布的我國機械行業(yè)標準鑄造設備型號編制方法加以摘錄，以供 參考。 鑄造設備型號是鑄造設備的代號，由正楷大寫漢語拼音字母（以下簡稱“字母” ）和阿拉伯數(shù)字（以下簡稱“數(shù)字” ）組成。 1. 通用鑄造設備型號 1.1 型號的表示方法示意圖 S114 型碾輪式混砂機的設計（總裝及傳動機構設計） 32 1.2 鑄造設備的分類及其代號的表示方法 鑄造設備分為 10 類，用字母表示。分類及字母代號見附表 1。 1. 3 鑄造設備的組、型（系列）代號及主參數(shù) 1.3.1 每類鑄造設備分為若干組、型(系列)，分別用數(shù)字組成，位于分類字母代號 之后。 1.3.2 型號中的主參數(shù)用折算值表示，位于組、型（系列）代號之后，當主參數(shù)折 算值小于 1 時，則應在折算值前加數(shù)字“0”組成主參數(shù)代號，當折算值大于 1 時， 則取整數(shù)。 1.3.3 組、型(系列) 的劃分及型號中主參數(shù)的表示方法，見本編制方法的第 2、3 條。 1.4 鑄造生產(chǎn)線型號的表示方法，在生產(chǎn)線上主機(通用或專用)型號前加字母 X。 1.5 鑄造機組型號的表示方法，在機組上主機(通用或專用)型號前加字母 Z。 1.6 鑄造設備改型順序號，對有些鑄造設備的工作參數(shù)、傳動方式和結構等方面的 改進，應在原設備型號之后按 A、BC等字母的順序加改型順序號(但“I ”及 “ O”兩個字母不允許選用)。 1.7 型號示例： a. 盤徑為 1800 的輾輪混砂機，其型號為 S118。經(jīng)第次改型的 1800輾輪 混砂機，其型號為 S1118A。 畢業(yè)設計說明書 33 b. 砂箱內尺寸為 12001000的多觸頭高壓造型機，其型號為 Z3112。 c. 以 Z3112 型多觸頭高壓造型機為主機組成的生產(chǎn)線，其型號為 XZ3112。