小型混凝土搅拌机结构设计.docx

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全套图纸，加1710023471

搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相扩散，从而达到均匀混合；也可以加速传质和传热过程。

在工业生产中，搅拌操作是从工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理、建筑等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。

本文就以建筑为中心设计一款小型混凝土搅拌机。

本设计的小型混凝土搅拌机是强制式搅拌机中的一种，搅拌非常均匀，质量好，生产效率高，成本低。

其主要组成结构包括：

电动机、带传动、减速器、链传动、搅拌结构及机架等。

主要设计计算内容是小型混凝土搅拌机搅拌装置的设计及其校核，搅拌轴的连接及强度校核，各部分在机架中的安装位置设计已达到小巧方便的设计要求。

本设计完成了总体结构的拟定，通过设计计算和校核，确定了

各组成部分的结构尺寸和形状，实现了混凝土搅拌的功能。

关键词：

搅拌机；立轴；混凝土；搅拌装置；传动系统

ABSTRACT

Mixingcanmaketwoormoredifferentmaterialsinthespreadofeachother,soastoachievethesmooth;mixAlsocanaccelerateandmassandheattransferprocess.Inindustrialproduction,stirring,fromthestartoftheindustrialoperation,aroundfood,fibre,papermaking,oil,watertreatment,constructionandsoon,aspartoftheprocessandhasbeenwidelyused.Thisessay,takingconstructionasthecenterdesignasmallconcretemixerforreference.

Thedesignofsmallconcretemixerisacompulsorymixer,themixingisveryuniform,goodquality,highefficiencyandlowcost.Itscompositioninclude:

motor,beltdrive,gearreducer,chaindrive,mixingstructureandrack.Calculatethecontentofthemaindesignisthedesignandcheckingofthesmallconcretemixer,agitator,stirringshaftconnectionandstrengthcheckallpartsoftheinstallationlocationintherackhasbeendesignedtoachievecompactandconvenientdesignrequirements

Thedesigniscompletedtheoverallstructureoftheformulation,designcalculationandverificationtodeterminethestructuresizeandshapeofthevariouscomponentsoftheconcretemixing.

Keywords:

Mixer;Verticalshaft;Concrete;Mixingunit;Transmissionsystem

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章绪论 1

1.1 研究的目的意义 1

1.1.1 混凝土的组成 2

1.1.2 搅拌的任务 2

1.1.3 搅拌机设计的意义 3

1.2国内外混凝土搅拌机的发展状况 3

1.3 设计内容 4

1.4 设计任务书 5

1.4.1设计的依据及要求 5

1.4.2产品的用途及使用范围 5

第2章 总体设计方案 6

2.1总体方案设计 6

2.1.1 混凝土搅拌机种类和功能比较 6

2.1.2 混凝土搅拌机的结构型式选择 7

2.2 总体结构及工作原理 7

2.2.1 结构组成及工作原理 7

2.2.2 主要技术参数 8

第3章 主要结构设计与计算 9

3.1 主要工作部件的设计 9

3.1.1 搅拌装置的设计 9

3.1.2 机架的设计 9

3.2 传动系统的设计 10

3.2.1 传动比分配及电动机选型 10

3.2.2 V带传动的设计 11

3.2.3 减速器选型 18

3.2.4 链传动的设计 19

3.3 主轴设计与计算 21

3.3.1 轴的计算过程 21

3.3.2 键与轴承的选择 22

3.3.3 轴的强度校核 23

3.3.4 轴承组合的设计 27

第4章结论 28

致谢 29

参考文献 30

CONTENTS

ABSTRACT II

Thefirstchapterintroduction 1

1.1 Thepurposeoftheresearchsignificance 1

1.1.1 Thecompositionoftheconcrete 2

1.1.2 Mixingtask 2

1.1.3 Thesignificanceofthemixingmachinedesign 3

1.2 Thedevelopmentsituationofconcretemixerathomeand

abroad 3

1.3 Designcontent 4

1.4 Thedesignplandescriptionsofthe 5

1.4.1Thedesignbasisofandrequirements 5

1.4.2Theuseoftheproductsandusescope 5

Chapter2 Theoveralldesignscheme 6

2.1 Thegeneralschemedesign 6

2.1.1 Concretemixertypeandfunctionalcomparison 6

2.1.2Thestructureoftheconcretemixertypechoice 7

2.2 Theoverallstructureandthework 7

2.2.1 Structureandworkingprinciple 7

2.2.2 Themaintechnicalparameters 8

Chapter3 Themainstructuredesignandcalculation 9

3.1 Thedesignofthemainworkingparts 9

3.1.1 Thedesignofthedevice 9

3.1.2 Framedesign 9

3.2 Thedesignofthedrivesystem 10

3.2.1 Transmissionratioallocationand motorselection....10

3.2.2 Vbelttransmissiondesign 11

3.2.3 Reducerselection 18

3.2.4 Recommendsthedesign 19

3.3 Spindledesignandcalculation 21

3.3.1 Axiscalculation 21

3.3.2 Keyandbearingchoice 22

3.3.3 Axisofintensity 23

3.3.4 Bearingthedesignofthecombination 27

Chapter4 conclusion 28

Thanks 29

Reference 30

第1章绪论

1.1 研究的目的意义

近年来随着我国经济建设及科学技术的高速增长，基本建设规模不断扩大，建设队伍不断增加，大城市基础建设、房地产开发业的迅猛发展，推动了混凝土生产产量的迅速提高，机械设备在建设施工中的地位也日益显著。

加强施工队伍的装备，是改善施工条件，提高施工速度、工程质量和经济效益的保障⑴。

混凝土生产是改变传统的现场分散搅拌混凝土的生产方式，实现建筑工业化的一项重要改革。

混凝土的商品化生产因其生产的高度专业化和集中化等特点大大提高了混凝土工程质量，节约原材料，加快，提高劳动生产率，减轻劳动强度，同时也因其节省施工用地，改善劳动条件，减少环境污染而使人类受益。

由于混凝土机械的工作对象是砂石、水泥等混合料，且用量大，工作环境恶劣。

因此，现代混凝土施工机械已经在向高技术、高效能、多品种、自动化和智能化的方向发展，以改善工作条件及提高生产率。

由于这些搅拌输送机全部都是利用单运动方式，因而普遍存在拌和物料不充分，搅拌效果不太理想；另夕卜，其噪音也较大，特别是在煤炭行业的工业型煤等新工艺上使用的搅拌输送机，根本满足不了其工艺设计要求而严重制约了其新技术新工艺的推广使用，因而急需一种结构新颖、效果明显的全新机型的搅拌机来逐步代替旧式搅拌机，并且也可广泛地使用于其他行业。

搅拌是混凝土生产工艺过程中极重要的一道工序，所以应尽可能的使处在搅拌过程中的拌合料各组分的运动轨迹在相对集中区域内互相交错穿插，在整个拌合料体积中最大限度的产生相互摩擦，并尽可能提高各组分的体积参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，为混凝土拌合实现宏观和微观匀质性创造最有利的条件，因此混凝土施工应向机械化和自动化方向发展⑵。

小型混凝土搅拌机的设计，是为了满足市场需求，完善产品的

系列，适应小型建筑施工和实验室工作的要求。

它是在封闭的环境中，实现对物料的搅拌和输送，搅拌及输送效果良好，对环境污染少，能够改善施工现场施工条件，保障施工人员身心健康，降低工人的施工强度，提高工作效率，减少施工中对环境的破坏。

1.1.1 混凝土的组成

混凝土作为当今最大宗的建筑材料，广泛地用于工业、农业、交通、国防、水利、市政和民用等基本建设工程中，在国民经济中占有重要地位。

一般混凝土指水泥混凝土而言，它是由水泥和砂、石集料，加水按规定的配合比，经过搅拌、浇注和凝结而成的一种人造石材。

其中，水泥和水起胶凝作用，砂、石起骨架填充作用，水泥浆包裹在砂的表面，并填充到砂的空隙成为砂浆，砂浆又包裹在石子的表面，也能填充石子的空隙。

当水泥浆硬化后，就将砂、石集料颗粒牢固地粘结成一个整体，使混凝土具有一定的强度和其他许多重要性能⑶。

1.1.2搅拌的任务

强度是混凝土最主要的力学性能，混凝土强度主要取决于混合料间的界面结构。

一般认为混凝土搅拌的主要任务是；

1. 组分均匀分布，达到宏观及微观上的匀质；

2. 破坏水泥粒子团聚现象，使其各颗粒表面被水浸润，促使弥散现象的发展；

3. 破坏水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹层，促进水泥颗粒与其他物料

颗粒的结合，形成理想的水化生成物；

4. 由于物料表面常覆盖上一薄层灰尘及粘土，有碍界面结合层的形成，故应使物料颗粒间多次碰撞和互相摩擦，以减少灰尘薄膜的影响⑴；

5. 提高混合料各单元体参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，以加速达到匀质化。

1.1.3搅拌机设计的意义

由以上分析可以给合理的搅拌机理一个解释：

应尽可能使处在搅拌过程中的混合料各组分的运动轨迹在相对集中区域内互相交错穿插，在整个混合料体积中最大限度地产生相互摩擦，尽可能提高各组分参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，为混合料实现宏观和微观匀质性创造最有利的条件。

强制式混凝土搅拌机一般筒身固定，搅拌机片旋转，对物料施加剪切、挤压、翻滚、滑动、混合使混凝土各组分搅拌均匀。

因此，为了获得搅拌均匀的混凝土，混凝土搅拌机必须具备下列条件：

（1） 能对混凝土各种组分均匀搅拌，并使水泥浆或沥青均匀包裹骨料表面；

（2） 能将搅拌后的混凝土均匀的卸出；

C3）搅拌和出料的时间短；

（4）占地面积小；

C5）功率消耗小，符合环保要求。

而影响混凝土搅拌质量的与搅拌机有关的主要因素有：

CD混凝土搅拌机的结构形式和它的搅拌速度；

C2）混凝土搅拌机出料容量与搅拌筒几何容积的比率，即容积利用系数；

C3）搅拌叶片和衬板的磨损状况；

（4） 各种混合材料的加料顺序。

（5） 搅拌时间⑷。

1.2国内外混凝土搅拌机的发展状况

在搅拌机出现的时期，是以自落式搅拌的形式出现。

随着对混凝土要求的不断增多，出现了强制式搅拌机。

强制式搅拌机又可分为立轴式和卧轴式两类。

国内几乎都是这两种形式的搅拌机⑶。

立轴式搅拌机，又称涡浆式强制搅拌机，这种搅拌机的形式是在固定放置的圆盘中央，装有一个由减速机驱动的转子臂架，在臂

架上装有搅拌叶片和内外壁铲刮叶片，依靠各组搅拌叶片不同的安装位置和安装角度便能对在圆盘和转子之间环形工作容积的物料进行剧烈搅拌⑹。

卧轴式搅拌机又称圆槽式搅拌机，是七十年代发展起来的一种新型搅拌机，它可分为单轴式和双轴式，这种形式的搅拌机兼有自落和强制两种搅拌的机能，搅拌叶片的线速度比涡浆式小，因而耐磨性要比涡浆式小高⑺O

单卧轴搅拌机是由德国ELBA公司研制生产。

它具有结构紧凑、消耗功率小、叶片衬板耐磨性好，能满载启动和具有搅拌轻质混凝土能力的优点。

我国也向该公司引进了样机。

双卧轴搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的新机型。

国外从二十世纪四十年代后期开始在美国和德国出现，但因轴端密封技术的不成熟，其发展基本处于停顿状态。

直到七十年代初，由于这项技术得到突破，双卧轴搅拌机在不少国家右重新发展起来，目前已形成系列产品。

我国于二十世纪八十年代初研制成功，但发展迅速，在产品规格和产品数量上，都远远超过了其它机型U5］。

搅拌机构是双卧轴搅拌机的核心部分，混凝土搅拌质量的好坏，生产率的高低，使用维修费用的多少都与它有关。

搅拌机构是由水平安置的双圆槽形伴筒、两根按相反方向转动的搅拌轴和其上安装的搅拌叶片组成的。

搅拌叶片的作用半径是相互交叉的，叶片与轴中心线成一定角度，当搅拌轴转动时，叶片一方面带动混和料在两个拌筒内轮番地作圆周运动，上下翻滚，同时在搅拌叶片相遇或重叠的部分，混和料在两轴之间的共域相互交换；另一方面推动混和料沿着搅拌轴方向，不断地从旋转平面向另一个旋转平面运动⑻。

1.3设计内容

1.搅拌机的结构方案分析与总体设计

本搅拌机的结构是由机架、搅拌装置、传动系统所主成。

机架是整个设备的支撑部分，由槽钢和钢管焊接而成。

搅拌装置由搅拌筒、搅拌轴、搅拌铲片所主成，搅拌铲片固定在搅拌臂上，并且与搅拌轴主成一体，搅拌铲与搅拌筒底间隙可微量调整。

传动系统由电动机、减速器、带传动、链传动所组成。

2. 搅拌装置的设计

搅拌装置是安装在轴套上的铲片式叶片，叶片随轴的旋转而转动，对筒内物料进行搅拌，是物料混合均匀，搅拌臂向上伸出，可起到搅拌上方物料的作用。

3. 传动系统的设计

传动系统是由V带传动和链传动来传递运动的。

电动机输出转速通过V带传动传递到减速器，减速器又通过链传动将转速传递给搅拌机的主轴，主轴带动轴套转动，从而使搅拌叶片旋转，来完成搅拌的工作。

1.4设计任务书

1.4.1设计的依据及要求

目前在我国已有混凝土搅拌机种类很多，但是根据搅拌原理和搅拌机结构形式、搅拌物料的不同，对搅拌机的要求也不尽相同，参照已有搅拌机的结构型式和工作原理，由于搅拌机工作的对象是砂石等建筑材料，为了延长搅拌机的寿命，轴承处的密封很重要，搅拌质量要好，设计结构合理，使用维修方便，接地稳固，根据这些依据和要求设计了该混凝土搅拌机。

1.4.2产品的用途及使用范围

由于我国建筑行业的高速发展，推动了混凝土生产的迅速提高，所以混凝土机械在施工中的地位日益显著。

混凝土搅拌机的用途就是机械化的拌制混凝土，适用于建筑科研、检测中心、大专院校及混凝土构件、施工单位试验室、可搅拌普通混凝土和轻质混凝土，也可用到其它行业试验室对不同物料进行搅拌。

第2章总体设计方案

2.1总体方案设计

2.1.1混凝土搅拌机种类和功能比较

混凝土搅拌机主要由拌筒、加料和卸料机构、供水系统、原动机、传动机构、机架和支承装置等组成。

从其运动方式及其主要结构上来看，它们可分为两大类型：

一种形式为单运动的轴式传动轴上（有单轴和双轴）安装各式各样的搅拌叶片（有长锥形、螺旋形等），并利用叶片来搅拌物料；而另一类则是通过钢齿轮传动带动某一形状的筒体（有圆锥体、圆柱体等）的自身旋转而使物料产生搅拌效果。

按工作性质分间歇式（分批式）和连续式；按搅拌原理分自落式、强制式和连续式；按安装方式分固定式和移动式；按出料方式分倾翻式和非倾翻式；按拌筒结构形式分梨式、鼓筒式、双锥、圆盘立轴式和圆槽卧轴式等⑵。

自落式搅拌机有较长的历史，早在20世纪初，由蒸汽机驱动的鼓筒式混凝土搅拌机已开始出现。

50年代后，反转出料式和倾翻出料式的双锥形搅拌机以及立筒式搅拌机等相继问世并获得发展。

自落式混凝土搅拌机的拌筒内壁上有径向布置的搅拌叶片。

工作时，拌筒绕其水平轴线回转，加入拌筒内的物料，被叶片提升至一定高度后，借自重下落，这样周而复始的运动，达到均匀搅拌的效果。

自落式混凝土搅拌机的结构简单，一般以搅拌塑性混凝土为主'顷。

连续式混凝土搅拌机装有螺旋状搅拌叶片，各种材料分别按配合比经连续称量后送入搅拌机内，搅拌好的混凝土从卸料端连续向外卸出。

这种搅拌机的搅拌时间短，生产率高、其发展引人注目。

强制式搅拌机从20世纪50年代初兴起后，得到了迅速的发展和推广。

最先出现的是圆盘立轴式强制混凝土搅拌机。

这种搅拌机分为涡桨式和行星式两种。

19世纪70年代后，随着轻骨料的应用，出现了圆槽卧轴式强制搅拌机，它又分单卧轴式和双卧轴式两种，兼有自落和强制两种搅拌的特点。

其搅拌叶片的线速度小，耐磨性好和耗能少，发展较快。

强制式混凝土搅拌机拌筒内的转轴臂架上装有搅拌叶片，加入拌筒内的物料，在搅拌叶片的强力搅动下，形成交叉的物流。

这种搅拌方式远比自落搅拌方式作用强烈，主要适于搅拌干硬性混凝土"门。

2.1.2 混凝土搅拌机的结构型式选择

立轴式搅拌机的搅拌工作主要靠叶片对物料的强制式的搅拌作用使物料拌和均匀。

另外立轴搅拌机的拌筒中央部分有一轴套，用于放置搅拌装置，连接传动装置，结构紧凑，传动装置下置，润滑性能好。

卧轴式搅拌机，拌筒内径做的都比较大，骨料被抛向拌筒外壁，产生混凝土离析，加水量不易控制，搅拌力小，使物料结团结仓。

综合比较，立轴搅拌机的结构简单，易于控制与操作。

故本次设计的是一台小型立轴式搅拌机。

2.2总体结构及工作

2.2.1结构组成及工作原理

本设计混凝土搅拌机的主要组成部分为：

传动部分、搅拌部分、机架等。

整体结构如图2-1所示：

本设计的工作原理是：

电动机通过带传动带动减速器，减速器与搅拌轴通过链传动带动轴的旋转，轴上安装有搅拌叶片随轴转动对物料进行搅拌作用。

图2-1叶片安装角

由于搅拌机从结构上看，主要靠电动机的旋转，带动减速器的转动，进而带动搅拌轴的旋转。

因此，电动机是整个装置的动力元件。

在搅拌过程中，由于混凝土在不断地搅拌过程中消耗动力，所以，混凝土搅拌机的生产能力决定着电动机的功率「商。

而此混凝土搅拌机所需的功率为4kW，综合考虑暂选带动机型号为Y112M-4,其额定功率为4kW,转速〃为1140r/min,额定转矩2.2kW,最大转矩2.3kWo

3.2.2 V带传动的设计

带传动是一种挠性传动。

带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带。

主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。

带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震等特点，在近代机械中广泛应用。

按照工作原理的不同，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。

在摩擦型带传动中，根据传动带的横截面形状不同，又可分为平带传动、圆带传动、V带传动和楔带传动。

本次毕业设计选用的是V带传动。

V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。

传动时，V带的两侧和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。

另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑［⑶。

1.设计计算

（1）确定计算功率，查机械设计书表8-7查得工况系数Ka=1.1

由公式：

Pa,=KAXP

代入数据得p“=l.1x4=4.4kW,又因为转速为1140r/min故由参考

文献［6］图8-11可以选择V带型号为A型。

（2）确定带轮的基准直径刈并验算带速v

初选小带轮的直径

根据V带带型选取小带轮直径心又因为dMZdnunnZSmm,故取

小带轮直径ddl=90mm

验算带速，

验算带的速度“ ^-x90x1440, ._o,

V= = m/s=6.78m/s

60x1000 60x1000

带速一般为v=2~5m/s, 5m/s<6.78m/s<25m/s,故带速适合。

计算大带轮的基准直径均2

计算大带轮的基准直径％②：

V带的传动匕匕z"=2~5,取"=2。

则：

d

圆整均2=180mm

确定V带的中心距。

和基准长度A#：

0.7（£/加+dd2）

初定中心距a0=500mm。

Ldo~2%+<1^+dd2）+"di：

dd2）

2 4%

=2x300+—x270+mm®1031mm_ 2 1200_

选带的基准长度Ld=1400mm按参考文献［6］式（8-23）计算实际中心距a:

Ld-Ld01400-1427.95般，

a~an+————=500+ 486mm

° 2 2

中心距的变化范围：

。

讪0O15A/

«max=。

+0.03&

计算得：

281mm

验算小带轮上的包角

«180°-（6/iP-ddl） =180°-（180-90） »169°>90°

a 486

满足V带包角要求。

计算带的根数Z,计算单根V带的额定功率P,：

由ddl=90mm和“=1440r/min,得p0=1.060kW

根据nx=1440r/min,«=2和A型带查表8-4方得Ap0=0.17kW,

Ka=0.97,由表8-2得Kl=0.96,于是：

PR={P0+^P0）KaKL=（1.0604+0.17）x0.97x0.96=1.1457hv

计算V带根数Z:

Z=^=W=3.84

取4根V带。

计算单根V带的初拉力的最小值（尤）皿，由表8-3得A型带的单位长度质量q=o.lkg/m,所以：

KaZv

（此九讪二500x（2.5[°・97）x4：

4+0*6.782N=