混辗式混砂机机械结构设计

2013年机械设计专业本科毕业设计（论文）

毕 业 一、题目及专题：

设 计论 文 任 务 书 1、题目 混辗式混砂机的机械结构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据

在现代铸造生产中，都有一个砂型供应问题。尤其跨入21纪元，高压高压造型机自动化级别的生产线的迅速发展，对型砂的质量以及数量都提出更加苛刻的要求，所以，型砂供应中的问题就显得更为突出。为了解决这个问题，目前世界上各国斗致力于研究和生产各种类型的高效率混砂机。所谓高效率混砂机应满足三方面的要求：（1）在混砂机盘径一定时，能增加每次加料量;（2）在保证型砂质量的前提下，能缩短混砂周期，提高混砂机的生产率；（3）每次加料量和生产率提高后功率消耗应适当。我们通常用技术经济指数K来全面衡量和评价一台混砂机。K值表示每一千瓦时电力，每一分钟能混合的合格型砂数量。

本课题来源于宜兴某工程机械有限公司，为了满足上面高效的混砂要求需要在原有的混砂机的基础上设计一款混辗式的混砂机机械结构，尤其是其传动部分和气缸部分。设计出来的混砂机会更加平稳，顺畅，便于维护，效率更高。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

① 熟悉混砂机的发展历程，特别是近几十年来新的混砂机种类；

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② 熟练掌握混砂机的原理以及设计减速箱的原理和方法； ③ 熟练掌握气缸的设计和选择；

④ 熟练使用AUTOCAD等绘图软件； ⑤ 锻炼自己自学，分析和解决问题的能力。 四、接受任务学生： 五、开始及完成日期：

自2012年11月12日 至2013年5月25日

六、设计（论文）指导（或顾问）：

指导教师 签名

签名

签名

教研室主任

〔

学科组组长

研究所所长

〕

签名

系主任 签名

2012年11月12日

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摘 要

此次毕业设计是进行混辗式混砂机的机械结构设计，属于比较传统的机械结构类的设

计。集思考，绘图，计算合三为一的设计形式叫做机械结构设计，机械结构设计是机械设计中涉及的问题最集中，最详细，工作量最大的阶段，这次设计主要包括了对混砂机的种类的叙述，混砂机传动部分的设计，砂门控制机构的选择还有控制部分的设计。

在这些部分中比较重要的是控制部分的设计，传动机构和砂门控制机构。控制部分设计采用了PLC控制。在传动设计中，首先对传动方案确立，然后在对传动部件的进行设计。在传动部件的设计中我主要设计其中的一级圆锥减速箱的中传动部件的设计，还有混砂机立式主轴的设计。在砂门控制部分，设计的要点在气缸的选择上。通过这些使新设计的混砂机在使用时更加平稳，适应性更强，效率高，而且具有结构紧凑，比例协调，美观大方，价格便宜的优点。

关键词：混砂机；机械结构；传动部件；减速箱

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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

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目 录

摘 要 ........................................................................................................................................... III Abstract ......................................................................................................................................... IV 目 录 .............................................................................................................................................. V 第一章 绪论 ................................................................................................................................... 1 1.1本课题的研究内容和意义 ................................................................................................... 1 1.1.1 本课题的研究内容 ....................................................................................................... 1 1.1.2 本课题的研究意义 ....................................................................................................... 1 1.2国内外的发展概况 ............................................................................................................... 1 1.3本课题应达到的要求 ........................................................................................................... 2 第二章 混砂机的设计 ................................................................................................................... 3 2.1混砂机构的分类与选择 ....................................................................................................... 3 2.1.1 移动式双臂连续混砂机 ............................................................................................... 3 2.1.2 固定式单臂混砂机 ....................................................................................................... 4 2.1.3 辗轮转子混砂机 ........................................................................................................... 4 2.1.4 转子混砂机 ................................................................................................................... 4 2.1.5 混碾式混砂机 ............................................................................................................... 6 2.2减速器的选择 ....................................................................................................................... 7 2.2.1 减速器的分类 ............................................................................................................... 7 2.2.2 减速器的选择 ............................................................................................................. 11 2.3电动机的选择 ..................................................................................................................... 11 2.4砂门控制机构 ..................................................................................................................... 12 2.5控制电路部分设计 ............................................................................................................. 12 2.5.1 控制电路采用PLC的优点........................................................................................ 12 2.5.2 控制部分的设计 ......................................................................................................... 13 第三章 传动部件的设计 ............................................................................................................. 16 3.1减速器圆锥齿轮传动的设计 ............................................................................................. 16 3.2轴的设计 ............................................................................................................................. 20 3.2.1 轴的功用及分类 ......................................................................................................... 20 3.2.2 一级减速箱轴的设计 ................................................................................................. 21 3.2.3 轴承的校核 ................................................................................................................. 28 3.2.4 联轴器的选择 ............................................................................................................. 29 3.2.5 主轴的设计 ................................................................................................................. 31 第四章 气缸部件的选择 ............................................................................................................. 33 4.1气缸的特点 ......................................................................................................................... 33 4.1.1 单作用气缸 ................................................................................................................. 33 4.1.2 双作用气缸 ................................................................................................................. 33

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4.1.3 缓冲气缸 ..................................................................................................................... 33 4.2气缸设计 ............................................................................................................................. 34 4.2.1 计算气缸的钢径 ......................................................................................................... 34 4.2.2 活塞杆直径的计算 ..................................................................................................... 35 第五章 结论与展望 ..................................................................................................................... 36 5.1 结论 .................................................................................................................................... 36 5.2 不足之处与展望 ................................................................................................................ 36 致 谢 ............................................................................................................................................. 37 参考文献 ....................................................................................................................................... 38 附 录 ........................................................................................................................................... 39

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第一章 绪论

1.1本课题的研究内容和意义

1.1.1 本课题的研究内容

本课题来源于宜兴某工程机械有限公司，主要内容是：此次毕业设计是进行混辗式混砂机的机械结构设计，主要包括了对混砂机的种类的叙述，混砂机传动部分的设计，砂门控制机构的选择还有控制部分的设计。

在这些主要部分是控制部分的设计，传动机构和砂门控制机构。控制部分设计采用了PLC控制。在传动设计中，首先对传动方案确立，然后在对传动部件的进行设计。在这次传动部件的设计中我主要设计东西是一级圆锥减速箱中的传动部件的设计，而且包括设计混砂机立式主轴。在砂门控制部分，设计的要点在气缸的选择上。通过这些使新设计的混砂机在使用时更加平稳，适应性更强，效率高，而且具有结构紧凑，比例协调，美观大方，价格便宜的优点。 1.1.2 本课题的研究意义

在现代铸造生产中，都有一个砂型供应问题。尤其跨入21纪元，高压高压造型机自动化级别的生产线的迅速发展，对型砂的质量以及数量都提出更加苛刻的要求。所以，型砂供应中的问题就显得更为突出。为了解决这个问题，目前世界上各国斗致力于研究和生产各种类型的高效率混砂机。所谓高效率混砂机应满足三方面的要求：(1) 在混砂机盘径一定时，能增加每次加料量;(2) 在保证型砂质量的前提下，能缩短混砂周期，提高混砂机的生产率；(3) 每次加料量和生产率提高后功率消耗应适当。我们通常用技术经济指数k来全面衡量和评价一台混砂机。k值表示每一千瓦时电力，每一分钟能混合的合格型砂数量。

本课题的意义在于对机械结构设计深入认识和对混砂机的加深了解。在我们进行毕业设计中我们会深入了解混砂机的工作原理，机械结构。也为我们以后工作和学习中积累经验。

1.2国内外的发展概况

自从1911年美国的辛普森在德国辗碎机的基础上发明出来辗轮混砂机以来的80年中，不但混砂机的种类和形式有许多改进，而且人们对混砂原理的认识也在不断地提高。在上世纪40年代末苏联的阿德肖克夫教授提出要湿粘土膜吸附在砂粒表面。必须在混台时有研磨作用。阿德肖克夫教授感觉只有在混砂机具有搓揉部件后才能达到这一要求，而且砂粒的运动有不同方向的要求，且具备速度间隔。1960年前后有一个新型的混砂机叫强力型转子混砂机开始出现在铸造工业，这种混砂机具有完全不同于以往混砂机的设计原理，因此许多特点出现在这种结构上。混辗式混砂机混制型砂的统治地位被它的登场打破了，也使混砂机工作方法的专研兴趣也出现在人们的视线中，因此这方面有许多重要的探索和论述诞生于这黄金30年里。

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1963年温宁尔已经对沉重的辗轮压力能达到的混砂效果提出他的想法，他在1970年谈到：美国混砂机工厂根据十年来的研究成果开始优化混砂机设计。这些构成有效混辗(Mulling)的基础是使机械力能更好地促进砂粒间的碰撞和摩擦。1975年德国波力士教授指出：混砂工具的搓揉能力(Kneading ability)，以及由混砂工具引起的砂粒运动速度是影响型砂制备效率的两个主要因素。主要来说混砂原理和混砂结构工具决定了搓揉，而混砂工具的速度则影响着型砂的运动速度，还有整个型砂的能力被混砂工具加快，在垂直和水平方向进行连续运动是型砂必须条件，但是混砂是否成功不是只有型砂的运动速度说的算的。

混合力基本由辗轮或其他搓研部件，或者利用冲击原理的快速旋转叶片或转子产生。混合力应足够大，但也不能太高,它的大小与所混材料有关。理应使型砂在混砂机中流动，以保证搓揉或搅拌零件与型砂连续而强烈地接触美国铸造学会8A-2委员会于1980年的一份报告中指出 ：混辗(Mulling)可以定义为砂粒间的摩擦，粘土是砂粒的研磨剂。混辗是砂粒间的压力和接触频率问题。他们对压力要求不是很高，但对频率要求很高。设计和调节的话，这两个要求不但要符合他们，而且不可以超过他们。莱茵顿 1983年指出：混辗(Mulling)只限于对湿型砂的混合，它的要求是施一强大的工作力于混合料，将粘土膜覆盖在砂粒表面，提高型砂的强度和塑性。有效提高型砂的湿强度的方法是在混辗工作的时候时施以拖(Smearing)、搓揉(Kneadhag)、摩擦(Rubbing)和剪切(Shearing)作用, 在压力下引起物料流动。混制粘土砂的目标，仅仅混合(Mixing)是达不到。莱茵顿对混辗和混合的论点与日本粉体工业协会对混练和混合的定义有共通之处，后者认为：混制是指在颗粒中加入微量液体或细粉粘结剂，使粘结剂在颗粒表面形成塑性物质或胶体物质的示范操作。混制的第一步是混合，混合分为对碰混合、扩散混合和剪切混合。对碰混合是搅拌叶片或混合容器等的转动使颗粒群位置发生变化。在混台机内形成循环流动而进行的混合。扩散混合是指邻近颗粒间的位置变化，实际上是随机混合由方向和速度不同而引起的。剪切混合是因为颗粒群内速度差造成的滑移或撞击混合。在实际混合过程中这三种混合是同时存在的，究竟那一种混合起主要作用则取决于混合设备的型式、结构和操作条件。

1.3本课题应达到的要求

本课题要求跟据一定的参数要求进行混砂机的机械结构设计。该混砂机为混辗式的混砂机，为中批量生产。这个课题能充分体现机械专业知识，对机械结构能力有一定的考验。通过本课题的研究，我们要达到的要求有：

(1) 熟悉混砂机的发展历程，特别是近几十年来新的混砂机种类；

(2) 熟练掌握混砂机的原理以及设计减速箱的原理和方法； (3) 熟练掌握气缸的设计和选择；

(4) 掌握混砂机未来的发展和前景； (5) 熟练使用AUTOCAD等绘图软件。

通过对这次机械结构的设计，可以加强我们的专业知识和基本功为以后从事实际工作和研究工作打下一定的思想基础，也同时使我们具有一定的机械设计能力。另外加深了对机械基础知识的应用，提高了机械行业整体认识。

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第二章 混砂机的设计

2.1混砂机构的分类与选择

目前在生产中使用的混和搅拌方式大致分为以下几种： 2.1.1 移动式双臂连续混砂机

移动式双臂连续混砂机是近年来通过技术合作消化吸收国内外先进机型的结构、特点，它具有生产率高、能耗低、混砂质量稳定、自动化程度高、工作环境好、操作简单方便等特点。移动式双臂连续混砂机实物如图2.1所示，其主要特点有[1]：

(1) 配置有进砂读式转速无级调速，可任意设定需要的流量也可以按用户要求预先设定多种不同配比量，使用十分方便。闸板及新旧砂比例调节器，新旧砂比例由气缸气阀控制可多比例调节。

(2)消化吸收艾姆弗铸造设备和德国沃尔重工科技等国外公司的先进技术的混砂搅笼让叶片形成多螺旋线的轨迹路线，快速的混砂、均匀兼顾多处反螺旋的运动轨迹，既保证了关尾砂的质量又可以确保混砂均匀、快速。

(3) 设计有PLC控制的智能头尾砂控制系统，确保无头尾砂。

(4) 可以让高性能的隔膜泵以及气动阀输送固化剂，较长的使用使用时间，液料输送定量误差低于1%，调速系统可以分成直读式转速 以及无级调速，可随意设定需要的流量， 多种不同配比量预先设定也可以按用户要求，人性化设计。

(5) 混砂槽是可以两面180度敞开甚至还要完全裸露能够搅笼轴和刀杆，使极其易于维修检查。钛化钨硬质合金刀片嵌焊在混砂刀杆头部延长的使用时间，搅笼内臂为硬络镀层，使用方便长久、硬度高。

(6) 电器控制由进口日本三菱FX1N型PLC主机及输出输入接口，PLC主机留有余地有充分的输出输入接口，以备扩展。其它电气元器件均选用国内正厂生产的优质件。

(7) 随机配置有树脂、固化剂液料桶各一只，并设有自动温控加热装置。

(8) 各路液料的输入有专门设计然后才用在喷嘴混砂机上，通过压缩空气助变化成扩大扇型雾状带状态，更容易快速均匀混合粘结剂和砂子。

图2.1 移动式双臂连续混砂机实物图

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2.1.2 固定式单臂混砂机

使用途径：经常应用于混制铸铁、铸钢、有色件、自硬砂，不但频繁用于小批量生产大中型铸件的单件，还可以进行其它造型设备所组成的机械化塑型生产线配套。固定式单臂混砂机实物如图2.2所示[2]。

结构：主要由加料、混砂机主机、防腐液料储存罐、液料供给系统、电控系统等组成。 特点：(1) 液料系统定量准确，耐腐蚀，经久耐用；

(2) 混砂均匀，效率高，可根据生产需求，调节生产率； (3) 叶片采用硬质合金材质，耐磨、使用时间长。

图2.2 固定式单臂混砂机

2.1.3 辗轮转子混砂机

该机的混砂装置由辗轮、混砂转子、刮板等部分组成。主要用于大，中型铸造车间混制机器造型用湿型单一砂。这个融会贯通了众多学者专家的最新技术，采用多项国家以及专利，技术参数一流，技术领先、结构完美，海内外众多厂家十分喜欢使用。辗轮转子混

砂机如图2.3所示，其技术参数见表2-1。其主要特点是[3]：

(1) 混砂效率高、质量好、适用范围广；

(2) 辉绿岩铸石、2号填料等新型材料，大大提高了容易受损件使用时间；

(4) 旋转卸料门开启灵活，工作可靠，彻底解决了底部漏砂的问题； (5) 钢结构底座便于使用和安装。

(3) 液力偶合器、合金钢齿轮、润滑控机，确保传动系统平稳可靠，并能负载启动；

2.1.4 转子混砂机

转子混砂机主要用于砂混合的大型和中型铸造砂成型机不仅可以混合使用单砂，混合砂造型，快速硬化砂子，砂子和砂面,亦可用于耐火材料，陶瓷等不同混制各种高科技粉

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