毕业设计任务书

题目《混凝土搅拌机的设计》

设 计：____ 马周耀 _

指导教师: 贾如磊_____________

机电工程学院

二0一一年五月

摘 要

混凝土搅拌机就是把具有一定配合比的砂、石、水泥和水等物料搅拌成均匀的符合质量要求的混凝土的机械。本文主要体现的是小型水泥搅拌机的传动机构的分析设计以及强度的校核过程。最终用Pro/E实现三维仿真，其中主要考虑的是减速器、电动机等链接固定、以及运动的传递等。

关键词：机构分析；传动设计；二级减速器；Pro/E；仿真

Abstract

Concrete mixer is a machine to mix some of the sand, stone, cement and water into a uniform materials to meet the quality requirements of concrete. The design process of the transmission mechanism and strength check of the small cement mixer is expounded in this paper. Last the speed reducer, motor, other links fixed, and the movement of the transmission of the concrete mixer are mainly concerned with the Pro/E aided software to realize three-dimensional simulation.

Key words：Institutional analysis; Transmission design; Two reducer; Pro/E; Simulation

1.引言

搅拌机在化工、建筑、食品、环保等工业生产中应用极为广泛。从其操作的作用来看，搅拌可以促使两种或两种以上的物料相互分散，充分接触，进而达到密度场、浓度场、温度场的均匀一致。

本次设计的水泥搅拌主要考虑的是机构传动的设计，还有主轴、齿轮尺寸的选择以及强度校核，以及电动机功率的选择，传动比的分配，各个零件之间的链接以及匹配，还有如何上料卸料等。

毕业设计是一次综合性的设计。设计中需要结合大学四年中所学的相关课程的知识，并且在课程设计的基础上拓展开来，综合所学的知识来考虑各种问题。首先的能够分析课题最后想出方案实现传动和最后的搅拌动作，然后使用CAD绘图绘制正确的水泥搅拌机的装配图、零件图，以及使用Pro/E实现三维图造型和运动仿真，最终能过清楚表达自己的设计意图。但由于专业知识的缺乏，能力有限，要想设计一个复杂的水泥搅拌难以实现，所以我设计的搅拌机属于日常比较简单的直立式小型搅拌机。如果在绘图和尺寸计算上有问题，希望老师给予指出和指导。

设计中查阅了大量的文献资料以及各类有关的书籍，并且得到了指导老师大力支持与帮助，在此深表谢意。

1.1背景技术

水泥搅拌机是建筑设备的重要组成部分，由于建筑事业越来越产业化，对搅拌机的要求也越来越高，传统搅拌机效率低，运输不便，上料出料麻烦，搅拌量过于有限，没有自动化控制系统，供水量不便于把握等一系列的不足，以及很难满足当今建筑产业的发展，现在的建筑事业越来越对新型搅拌越来越渴求。随着科技水平的进步，发达国家看到了水泥搅拌机落后的现在，正在极力推进搅拌机产业变革，正极力研究新型搅拌机，比如高效搅拌机、新型立式可升降泥浆搅拌机、移动式自装料混凝土搅拌机等[1]。

1.2水泥搅拌机的功能以及原理

水泥搅拌机是用来混合各种砂浆、物料、水泥、粘合剂的搅拌设备，可广泛应用在建筑砂浆混合、腻子粉混合、干粉涂料混合等领域。砂浆搅拌机的工作原理砂浆搅拌机的核心搅拌部件是两个转子与螺旋带，在砂浆搅拌机运行时，两个转子同时转动、方向相反。搅拌机内的物料在旋转运动的过程中还伴随有自身的滚动翻转。搅拌机两个转子分别带动物料转动时，存在有交叉重叠区域，在这个区域内物料，无论形状大小，都会因受到相互交错剪切的力而处于瞬间的失重状态。砂浆搅拌机的转子运动，可以达到令物料全方位连续循环翻动而快速混合的效果.搅拌机的结构特点砂浆搅拌机为卧式筒体搅拌设备，内部设有两个反方向转子和内外两层的螺旋带，这种设计结构令砂浆搅拌机获得了更佳的物料混合效果、更好的运行稳定性和更长的使用寿命。搅拌机的螺旋带上可以安装刮板，以适应粘稠、糊状物料的搅拌工作。

1.3我国水泥搅机的现状及种类

我国水泥搅拌主要以锥形反转出料搅拌机和各类搅拌车为主，反转出料型是筒体两端都敞着，一端正转进料，搅拌也正转，一端反转出料[2]，这是目前国内主要的自落式机型，经常能在小型建筑工地上见到。

根据搅拌机旋转轴的定位方式不同，可以将间歇式搅拌机分为水平式、倾斜式（鼓筒式搅拌机）、垂直式（盘式或锅式搅拌机）。

1.3.1 间歇式搅拌机

1.3.1.1 鼓筒式

鼓筒式搅拌机拌筒截面见图1-1，搅拌叶片固定在可旋转的鼓筒内壁，鼓筒旋转的过程中提升物料，拌筒每转一转，被叶片提升到一定高度的物料将自落回拌筒底部，如此循环。主要有3类：非倾翻式鼓筒、反转式鼓筒、倾翻式鼓筒。非倾翻式鼓筒是固定的，骨料从投料端投入，从卸料端卸出，见图1-1。反转式搅拌机与非倾翻式搅拌机相似，不同之处是，反转式搅拌机的投料口与卸料口是统一的。反转式搅拌机一般用于搅拌小于1m3的混凝土；倾翻式鼓筒搅拌机的

图1-1 鼓筒式搅拌机

鼓筒倾角是可以变化的。搅拌过程中鼓筒轴线一般与水平线成15°倾角，而在卸料时鼓筒轴线向水平线负方向倾斜。倾翻式搅拌机是实验室和施工现场搅拌小批量（小于0.5m3）混凝土最常用的机型[3]。

1.3.1.2 盘式

盘式搅拌机工作原理基本一致：物料在拌筒内受旋转叶片作用进行搅拌，刮料叶片将拌筒内壁上的粘料刮去。图1-2给出了不同形式叶片和拌筒的组合情况，一种情况是叶片旋转轴线与拌筒的轴线是重合的（单浆搅拌机)；另一种情况是搅拌机的叶片旋转轴线与拌筒的轴线有偏距(行星式搅拌机和逆流式搅拌机)，这时叶片既绕自身轴线旋转，同时又绕拌筒中心线旋转；还有一种情况是2根轴同步反向旋转(双轴搅拌机)，在靠近拌筒内壁附近的叶片与轴线成一定角度，作用是将拌筒内壁上粘结的物料刮去，并推向拌筒中心，以便与搅拌叶片产生冲击[4]。

图1-2 盘式的不同叶片组合

1.3.2 连续式搅拌机

连续式搅拌机工作过程中骨料被持续加入拌筒以恒定速率进行搅拌、卸料。通常具有螺旋带状的搅拌叶片，鼓筒向下倾斜，朝向卸料端，搅拌时间取决于拌筒倾角（通常取15°）。适用于工作时间短、卸料时间长、施工现场偏远并且运输量较小的情况，主要用于低坍落度混凝土(如路面摊铺) [6-7]。

2.整体方案的分析和确定

2.1搅拌机的选型

常见的水泥搅拌机主要有两种形式：

一、直立式小型搅拌机，如图2-2所示。

图2-2 直立式小型搅拌机

该搅拌机体型小，造价便宜，适用于小型建筑工程，但由于搅拌量有限，生产效率低，上料不方便，一般不在大型建筑工地使用[8]。

二、锥型反转出料移动式水泥搅拌机。如图2-3

图2-3 锥型反转出料移动式水泥搅拌机

本机的主要特点有上料方便，搅拌量大，便于运输，适用于大型建筑工程，但供水控制也不方便，传动结构复杂，造价高[9]。

综上结合自身能力以及专业知识考虑，我所选择要设计的是第一种直立式小型搅拌机。

2.2传动机构分析

直立式小型搅拌机是一个组成比较简单的水泥搅拌机，它主要有以下几个部分组成：搅拌锅、脚架、电动机、减速器、皮带轮、皮带、联轴器及搅拌叶片。所以其传动部分的主要电动机——皮带轮——带——皮带轮——减速器——主轴——搅拌叶片。以这样的一个传动过程最终实现搅拌动作，其传动简单高效。由于电动机的转速比较高，功率较大，所以在整个传动过程中一定得有个减速器，对于减速器我们大家多知道有一级减速器和多级减速器，考虑到我所设计的搅拌机的电动机转速大概是1440转每分钟，最终要达到主轴转速30来转左右，所以减速器应该选择涡轮蜗杆传动或二级减速器，对于涡轮蜗杆传动，考虑到对于搅拌机的变速不太适合，所以我选择二级减速器，二级减速器常见的主要有直齿圆柱齿轮二级减速器、斜齿圆柱齿轮二级减速器。两者之间的区别在于斜齿圆柱齿轮的稳定性较好，传动平稳，但考虑到对于水泥搅拌机没那么高的要求，所以我选择了用直齿圆柱齿轮二级减速器，然后直齿圆柱齿轮二级减速器于主轴之间采用常用的联轴器链接，以下就是水泥搅拌机的机构传动简图;如图2-4所示。

图2-4 机构传动简图

2.3执行机构分析[9-10]

水泥搅拌机的执行机构主要的就是钢管和搅拌叶片，通过电动机的带动最终使搅拌叶片转动实现对混凝土的搅拌。所以对于搅拌机的叶片主要考虑的问题就是空间分布问题以及叶片的强度问题，还有问了实现搅拌叶片的平稳转动，还得考虑到链接以及一些安装问题。对于叶片的空间位置关系，我采用是120°夹角的空间位置关系，然后每个离搅拌轴圆心的半径不一样，使其能达到充分搅拌的效果。如图2-5：

图2-5 搅拌叶片

另外为了有足够的强度和刚度钢管采用圆钢，叶片与圆钢之间采用螺钉连接，三个圆钢固定在圆盘上，同样采用螺钉连接。如图：2-5,2-6所示。

图2-6 叶片固定 图2-7 叶片固定

当然除了空间分布、刚度以及连接固定，执行件的转速也是很重要的，这就需要电动机、减速器和皮带之间来调节。

2.4最终方案的确定

经过对水泥搅拌机的类型、传动机构和执行机构的分析，最终我拟定了

如下方案：

方案一：电动机——皮带轮——二级圆柱齿轮减速器——搅拌轴，电动机

首先通过皮带轮一级减速，再通过减速器经过二级减速将动力以及转矩传送到搅拌轴上。

方案二：电动机——二级圆锥齿轮减速器——搅拌轴，使用减速器直接

减速将动力以及转矩传送到搅拌轴上。

首先，已知各种传动的传动比u，圆锥齿轮传动单级传动比u常用2-3；圆柱直齿轮传动单级传动比u常用2-5；皮带轮单级传动比u常用2-4。然后估算电动机至搅拌轴之间的传动比，初选同步转速为1000r/min的原动机，搅拌轴转速为30r/min，则u=1000/30=33.3。

方案一使用皮带轮进行一级减速，使用二级圆柱齿轮减速器二级减速，电动机轴与搅拌轴虽然在同一方向上，但电动机不直接连接减速器，同样可以避免安装分布范围过大。同时其传动比u最大为455=100，大于本次设计所需要的最大传动比。

方案二中只使用二级圆锥齿轮减速器，第二级使用圆柱齿轮传动。优点在于圆锥齿轮具有换向性，避免了电动机轴与搅拌轴在同一方向上，避免造成安装分布范围过大。其传动比u最大为35=15，远远小于33.3。

综上考虑，选择方案一是比较合理的，多级减速避免了一次性速度变化过大，而且使用二级减速器照样可以达到电动机、主轴和减速器在同一方向上，只要到时候电动机竖直放置即可。所以搅拌机的整体结构可以定型为如图2-8。

图2-8 搅拌机整体结构

3. 电动机及减速器的选型

3.1电动机的选型

按工作条件和工作要求选用一般用途的Y系列三相异步电动机，它为卧式封闭结构[11]。

计算电机所需功率： 查手册第3页表1-7：

－带传动效率：0.96

－每对轴承传动效率：0.99

－圆柱齿轮的传动效率：0.96

－联轴器的传动效率：0.993

—叶片传动效率：0.96

(1)搅拌轴的输出功率

初选电动机为P=5KW

(2) 电动机的输出功率Pd

传动装置的总效率

则 Pd = Pw /η =4.52 / 0.81KW=5.5KW

(3)电动机额定功率的选择

由《机械设计课程设计》P272表22-1选取电动机额定功率 PW =5.5KW

（4）确定电机转速：取V带传动比i=24,二级圆柱齿轮减速器传动比i=840所以电动机转速的可选范围是：

符合这一范围的转速有：750、1000、1500、3000

根据电动机所需功率和转速查《机械设计课程设计》第272页表22-1有4种适用的电动机型号如下表：

表3-1 5.5KW搅拌机的不同型号

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第2种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132S-4。

3.2传动比的分配

电动机转速1440r/min，最终主轴转速30r/min，所以总的传动比 r/min

由于V带传动比i=2---4，所以取

则减速器的总出动比：

一级变速的传动比

二级变速的传动比

以上就是整个搅拌机传动比的分配。

3.3计算传动装配的运动和动力参数

(1)各轴转速

假设电动机轴为0轴，减速器高速1轴，中间轴为2轴，低速轴为3轴，搅拌轴4轴。各轴转速为

no =1440r/min

n1= no /i1 =1440/3=480r/min

n2= n1/i2=480/4.7=102.1/min

n3= n2/ i3 =102.1/3.4=30.02r/min

n4 = n3=30.02r/min

(2)各轴输入转矩

按电动机额定功率计算各轴输入功率即、

P=P=5.5KW

PⅠ= Pη1=5.50.99=5.45kw

P=5.450.97 =5.28kw

p =5.280.98=5.17kw

P = P=5.17kw

各轴转矩：

N·M

N·M

N·M

N·M

T4 = T3 =1664.6N·M

运动和动力参数结果如下表：

表3-2 运动和动力参数表

3.4 减速器的选择

3.4.1减速器的分析

减速器是专用的是一种动力传达机构[12]，它利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。而之前分析过了本次用于水泥搅拌机的是二级圆柱齿轮减速器，其主要的组成有减速器箱体、高速轴、中间轴、低速轴、、高速轴大齿轮、高速轴小齿轮、低速轴大齿轮、低速轴小齿轮。那么到底二级圆柱齿轮减速器是什么样子的呢?如图3-1,3-2所示。

图3-1 二级圆柱齿轮减速器

图3-2 二级圆柱齿轮减速器

这种是最常见的二级圆柱齿轮减速器，是卧式的二级圆柱齿轮减速器，一般用于水平轴的传动，但本次的水泥搅拌机设计是竖直方向传动，考虑到这样的减速器设计会在生产过程中容易出现漏油等情况，所以我改变了减速器的箱体结构以及各轴和齿轮的安装方式，如图3-3。

图3-3 二级圆柱齿轮减速器

3.4.2选择减速器应注意得问题[13]

1、尽量选用接近理想减速比： 减速比=输入转速/输出转速；

2、扭矩计算：对减速机的寿命而言，扭矩计算非常重要，并且要注意加速度的最大。转矩值(TP)，是否超过减速机之最大负载扭力；

3、减速机的适用性很高，工作系数都能维持在1.2以上，但在选用上也可以根据自己的需要来决定；

4、输入轴径不能大于提供的最大使用轴径；

5、根据选择的机型号、负载转距、传动比、输出转速确定所需的电机规格；

规格选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。具体选择时从以下几点考虑：

．按机械功率或转矩选择规格（强度校核）

通用减速器和专用减速器设计选型方法的最大不同在于，前者适用于各个行业，但减速只能按一种特定的工况条件设计，故选用时用户需根据各自的要求考虑不同的修正系数，工厂应该按实际选用的电动机功率（不是减速器的额定功率）打铭牌；后者按用户的专用条件设计，该考虑的系数，设计时一般已作考虑，选用时只要满足使用功率小于等于减速器的额定功率即可，方法相对简单。

通用减速器的额定功率一般是按使用（工况）系数KA=1（电动机或汽轮机为原动机，工作机载荷平稳，每天工作3~10h，每小时启动次数≤5次，允许启动转矩为工作转矩的2倍），接触强度安全系数SH≈1、单对齿轮的失效概率≈1％,等条件计算确定的。

所选减速器的额定功率应满足

P=PKKK≤PN

式中PC———计算功率（KW）；

PN———减速器的额定功率（ KW）；

P2———工作机功率（KW）；

KA———使用系数，考虑使用工况的影响；

KS———启动系数，考虑启动次数的影响；

KR———可靠度系数，考虑不同可靠度要求。

目前世界各国所用的使用系数基本相同。虽然许多样本上没有反映出KS\ KR两个系数，

但由于知己（对自身的工况要求清楚）、知彼（对减速器的性能特点清楚），国外选型时一般均留有较大的富裕量，相当于已考虑了KR\ KS的影响。

由于使用场合不同、重要程度不同、损坏后对人身安全及生产造成的损失大小不同、维修难易不同，因而对减速器的可靠度的要求也不相同。系数KR就是实际需要的可靠度对原设计的可靠度进行修正。它符合ISO6336、GB3480和AGMA2001—B88（美国齿轮制造者协会标准）对齿轮强度计算方法的规定。目前，国内一些用户对减速器的可靠度尚提不出具体量的要求，可按一般专用减速器的设计规定（SH≥1.25，失效概率≤1/1000），较重要场合取KR=1.25=1.56左右。

因此本次设计中PC= P2KAKSKR=1.120.81.25=2.2 KW≤PN

故选取额定功率为2.2 KW的减速器。

.热平衡校核

通用减速器的许用热功率值是在特定工况条件下（一般环境温度20℃，每小时100％,连续运转、功率利用率100％），按润滑油允许的最高平衡温度（一般为85℃）确定的。条件不同

时按相应系数（有时综合成一个系数）进行修正。

所选减速器应满足

Pct=P2KTKWKP≤Pt

式中 Pct———计算热功率（KW）；

KT———环境温度系数；

Kw———运转周期系数；

Kp———功率利用率系数；

Pt———减速器许用热功率（KW）。

因此本次设计中PCt=P2KTKWKP=1.10.911.5=1.485 KW

.校核轴伸部位承受的径向载荷

通用减速器常常须对输入轴、输出轴轴伸中间部位允许承受的最大径向载荷给予限制，应予校核，超过时应向制造厂提出加粗轴径和加大轴承等要求。

4.链接部分以及其他零件设计

4.1主要部分连接固定设计

水泥搅拌机是一个装配体[14-15]，其主要由搅拌机机架、搅拌叶片、主轴、减速器、电动机、皮带轮。每个部分多是按照一定的要求连接固定的，最终达到整个搅拌机实现搅拌动作。所以只有合理的设计各部分的连接和固定才能实现搅拌动作。机械链接有两大类：一类是机器工作时，被连接的零件可以有相对运动的链接，称为机械链接，如机械原理课程中讨论的各种运动副；另一类则是在机器工作时，被连接的零件间不允许产生相对运动的链接，称为机械静链接。

那么个部分怎么连接的呢，下面来依次分析，首先搅拌叶片与主轴之间采用的是螺纹连接，如图4-1

图4-1 主轴与叶片的链接

这样既可以方便安装拆卸，也有很强的预紧防松作用。

主轴与减速器的链接方式，由于是两个竖直轴之间的链接，所以我们采用联轴器链接，但由于机器的工况各异，因而对联轴器提出了各种不同的要求，如传递转矩的大小、转速高低、扭转刚度变化的情况、体积大小、缓冲吸震能力等，为了适应不同的要求，联轴器有很多类型，那到底选择哪个呢，综合考虑我选用的是凸缘联轴器， 如图4-2,4-3

图4-2 联轴器简图

图4-3 联轴器三维图

上下联轴器之间采用的双头螺柱链接，轴与联轴器之间采用键链接。

考虑到机架是不需要拆卸的，而且还需要很强的强度和刚度所以机架采用的是焊接，其他部分采用螺纹链接。

4.2卸料装置

搅拌机的卸料装置主要采用的是手摇方式，通过手柄摇动使阀门打开如下图状态，然后使电动机反转把混泥土转出搅拌锅，从而实现卸料的过程，手柄与阀门之间采用螺母链接固定。

图4-4 卸料手柄 图4-5 卸料孔

4.3搅拌轴的设计及其结果验证

4.3.1搅拌轴外形结构装配方案设计

轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置和形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴链接的方法；载荷的性质、大小、方向、及分布情况；轴的加工工艺等；由于影响轴的结构因素较多，且其结构形式又要随其具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构多应该满足：轴地和装在轴上的零件要有准确的位置：轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。

图4-6搅拌轴

根据传动简图，搅拌轴上装有联轴器，轴承端盖，轴承透盖，联轴器依次从轴的右端向左端安装，挡油环左轴承从左向右装入。轴与联轴器之间采用键链接，所以在轴上挖键槽，同样轴上端也挖有键槽便于与搅拌钢管之间的固定，同时为了防止钢管上下跳动，轴上还有螺纹预紧。

4.3.2搅拌轴的材料选择 和结构设计

由《机械设计》表10-1选择45号钢，调质处理，硬度217-255HBS,由《机械设计》表15-3查得45号钢取Ao=112,由P = P=5.17kw,

n = n=30.02r/min

式中：p--轴所传递的功率，KW

N--轴的转速，r/min

A--由轴的许用切应力所确定的系数

得d≥34.6mm 轴最小端安装联轴器，考虑补偿轴的可能位移，选用弹性柱销联轴器，查GB5014-85 选用HL3弹性柱销联轴器，标准孔径d=35mm，即轴伸端直径d1=40mm。

如图4-6，从左到右长度分别为L1到L7,直径分别为D1到D7。联轴器的计算转矩。

由《机械设计》表14-1查得K=1.7

得T=2795968N.mm

按照计算的转矩T应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014--2003或手册，选用联轴器转矩2800000N.mm联轴器的孔径d=35mm，故取D1=35mm，半联轴器的长度L=45mm

1）为了满足联轴器的轴向定位要求，第1轴端需制出轴肩，故取第2端的直径D2=40mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=45mm，半联轴器与轴配合的縠孔长度L=45mm，为了保证轴挡位圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故第一段的长度L1应比L稍短，取L1=42mm。

2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据D3=45mm，由轴承产品目录中的初步选择取0基本游隙组、标准精度的单列圆锥滚子轴承30209，其尺寸为d*D*T=458520.75,所以D3=45mm，L3=20.75mm。

3）右端滚动轴承采用轴肩进行定向定位。由手册上查的30209型的定位轴肩高度h=2.5mm，因此取D4=50mm，考虑的搅拌机搅拌锅的高度以及上面盖板的厚度等，取L4=270mm。

4）因为轴套的高度为15mm，直径为45mm，所以D5=45mm，L5=15mm。

5）因为上轴承盖的高度为25mm，滚子轴承的高度为20mm，上盖板与轴承盖的距离为30mm，所以L6=75mm，

直径等于轴承直径，所以D6=40mm。

7）最后一段存在轴肩定向定位，由于轴肩定向高度2.5mm，所以取D7=35mm，

考虑到上盖板高度，螺母的高度等取L7=62mm

4.3.3输出轴的强度校核

⑴计算搅拌架受力

转矩T4=9550* PⅣ/ nⅣ =388.8 N·M

搅拌架切向力Ft1=2T1/d1=2388.8/6010-3N=1296N

搅拌架径向力Fr1=Ft1tanα=1296tan20N=71.3N

搅拌架轴向力Fx= Ft1tanβ=0

⑵轴的受力简图[如图5(a)]

⑶计算支承反力[如图5(b)及（d）]

水平平面：Fh1=( F d/2+65Fr)/125=37.1N

Fh2 = Fr - Fh1 =71.3-37.1=34.2N

垂直平面：FvⅠ= FvⅡ= Ft1 /2=1296/2=648N

⑷绘制弯矩图

水平平面弯矩图[如图5(c)]

b截面Mhb1=65 Fh1=2411.5N·mm

Mhb2=Mbh1-Fd/2= 2411.5 N·mm

垂直平面弯矩图[如图5(e)]

Mvb=65FvⅠ=65648=42120 N·mm

合成弯矩图[如图5(f)]

Mb1=42188.9N·mm

Mb2= Mb1=42188.9N·mm

⑸绘制转矩图[如图5(g)]

T4 = T3 =388800N·mm

⑹绘制当量弯矩图[如图5(h)]

单向运转，转矩为脉动循环，α=0.6

αT=0.6388800=233280N·mm

b截面Mb1=237064 N·mm

Mb2=237064 N·mm

a截面和I截面Mea=Met=αT=0.6388800=233280N·mm

⑺分别校核a和b截面

da=34.87mm

db=35.06mm

考虑键槽，da=105%34.87=36.6mm，db=105%35.06=36.8mm。实际直径为38mm和38mm，强度足够，设计无需修改。

图4-7 轴的强度校核

5.三维建模以及仿真

5.1三维造型软件Pro/E简介

Pro/Engineer是世界上最成功的CAD/CAM软件之一。它是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation，简称PTC公司)的重要产品。它是同步工程(Concurrent Engineering)观念的产物，为现今CAD/CAM的应用提供了优良的软件工作环境。所谓同步工程，其主要目的是以有系统的步骤来整合产品设计和相关的制造和支持程序，以大幅缩短产品的设计过程，降低生产、产品测试以及模型产品生产等成本。

Pro/Engineer的功能非常强大，为工业产品设计提供完整的解决方案，广泛用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析及关系数据库管理等各个领域。主要包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真、NC自动编程、有限元分析等功能模块，以实现面向制造设计DFM (Design For Manufacturing),面向装配设计DFA(Design For Assembly)、反向设计ID(Inverse Design)、同步工程CE等先进的设计方法和模式。

5.2水泥搅拌机的三维建模

Pro/E的三维建模主要靠的是拉伸、旋转、扫描、孔特征、倒角、抽壳、筋板等工具，首先在草绘界面内绘制草图，再进行实体操作。

水泥搅拌机的三维建模主要绘制的是搅拌机机架的实体、减速器的三维实体、电动机的三维实体、皮带轮的三维实体、搅拌叶片、联轴器的三维实体、以及一些小零件的三维实体。

下面我来简单介绍下，机架首先得绘制一个圆再利用拉伸工具拉出一个圆柱再利用抽壳抽出上面的搅拌锅，再在上面绘制三个脚，最后再把铁架话上去。最终达到如图效果：如图5-1所示：

图5-1 机架

再者就是减速器和电动机的绘制，由于我主要的是设计水泥搅拌机的机构传动和运动仿真，所以在此我的减速器和电动机简单绘制一下，主要还是利用到拉伸和抽壳倒角等工具。像减速器等复杂的零件，首先得绘制各个零件饿零件图，再利用装配功能，进行实体装配，最终完成实体效果。如下图5-2,5-3所示。

图5-2 减速器 图5-3 电动机

同样联轴器也是一个简单的装配体，里面包含了两个半联轴器，半联轴器上多有键槽用来固定减速器的输出轴和搅拌机主轴的链接，两个半联轴器之间采用键和螺栓双重链接方式链接。如图5-5,5-6所示。

图5-4 半联轴器 图5-5 联轴器

搅拌叶片也是一个装配体，它由三个钢管和三个叶片，以及一个固定盘组成，每个之间采用螺栓链接，考虑到为了能充分搅拌，各个钢管的形状和空间分布也不一样，现在我来一一介绍下各个钢管：如下图

图5-6 搅拌抓1 图5-7 搅拌抓2

图5-8 搅拌抓3 图5-9 上盖板

图5-10 搅拌叶片

为了达到各个空间的搅拌效果，大半径的钢管离圆心的半径远点，中间的次之，最后一个钢管最短，最后三者之间采用螺栓按每个之间120°固定在盘上，下面的叶片再采用螺栓固定。最终达到如图5-11效果。

图5-11 搅拌叶片装配体

绘制好各个小零件和小装配体，最后就是把各个按一定得要求装配起来，由于最终要达到运动仿真效果，所以实体装配之间要按需要采用一些特定的链接方式装配，比如销钉链接。最终达到如下效果：

图5-12 组装体效果图

5.3水泥搅拌机的运动仿真

Pro/E是一款很方便的三维建模和运动仿真软件，所以我采用了Pro/E进行三维建模与运动仿真，水泥搅拌机的运动仿真主要就是让搅拌机的叶片转动，最终达到搅拌的效果。在Pro/E中，单靠设置元件与组件的链接方式，只能设置元件在装配体中保留部分自由度，并没有达到模拟机构的效果。此时必须对机构中的保留自由度的元件赋予运动和动力，这些元件才具有模拟运动。提供这些运动的工具分别是伺服电机和运动副。那么怎么设置伺服电机和运动副。

首先右击【应用程序】点机构【机构】选项，系统将进入运动仿真环境，单击【定义伺服电机】按钮，打开【伺服电机定义】对话框定义。

运动副在整体装配的时候已经定义了，如图5-13。

图5-13 运动副图

下面是运动分析

图5-13 运动分析图

最后生成搅拌机运动仿真视频文件donghua.mpg，见电子文档文件目录。

6.毕业设计总结

毕业设计是大学四年学习成果的一次大检验，经过毕业设计的洗礼使我在对自身专业知识和整体能力上有了清晰的了解和认识，在以后的工作中有了改正的目标和方向。

经过两个月多的看书和学习，以及指导老师方老师的指导，我的毕业设计水泥搅拌机的设计，主要内容已经完成。作为一个没有实际经验的学生在设计过程中，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有方老师的督促指导，以及其他老师和同学的帮助，是很难如期完成的。

通过此次的毕业设计，我学到了很多知识，在设计过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

致谢

首先，向方老师表示感谢，从最初的选题到中后期修改，再到最后定稿，贾如磊、李润老师一直给我提供了许多宝贵建议。还要感谢所有教过我的老师，你们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度，乃至做人的道理。

参考文献

[1] 王美兰.机械制图.[M].北京：高等教育出版社，2006.2

[2] 濮良贵,纪名刚主编.机械设计.第八版[M].北京：高等教育出版社，2006.5

[3] 朱家诚主编.机械设计课程设计[M].合肥：合肥工业大学出版社，2005.8

[4] 廖念钊主编.互换性与技术测量[M].北京：中国计量出版社，2000.1

[5] 申永胜主编.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，2005

[6] 叶伟昌.机械工程设计及自动化简明设计手册（上、下册）.[M].北京：机械工业出版社

[7] 李劲.ASP数据库程序设计[J].上海：计算机研究，2000 ，（4）：14-16.

[8] 建设机械技术与管理[J].北京：建筑机械，1997，（1）：12-15

[9] 盛春芳, 吴斌兴. 工程机械与维修[J].北京：工程机械， 2005，（1）：17-18

[10] XIONG Hong bin ，LI Zhi yuan.《Noise and Vibration Control》[J]. 2003，（4）：15-17

[11] 《JOURNAL OF SHANDONG INSTITUTE OF ARCHITECTURE AND ENGINEERING》[J] Zhang Guiqing; Jiang Bentian; Zhang Yunchu，1994/01

[12] http://www.jx.cn/ （中国机械网）

[13] http://www.3dportal.cn/ (三维网技术论坛)

[14] http://www.qqma.com/ (全球机械网)

[15] http://www.iti.tzc.edu.cn/ (台州学院计算机基础教学网)

搅拌机毕业设计正文