【正文】 首先將所建模型進行簡化，忽略圓角倒角鍵槽等設(shè)計細節(jié)，通過標準數(shù)據(jù)接口，調(diào)人到 CosmosWorks 有限元分析模塊，進行實體網(wǎng)格劃分，添加軸一端 不可平移 約束、軸承載荷和葉片上分布壓力，然 后進行有限元分析計算，得到攪拌軸應(yīng)力分布情況應(yīng)變和變形狀況，計算出危險點的應(yīng)力和應(yīng)變，為攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導(dǎo)，同時對設(shè)計是否合理進行準確快速的評估。 在設(shè)計過程中為便于方案論證和與領(lǐng)導(dǎo)、制造工程師及其他相關(guān)人 員進行交流，我們使用了 Animaior 插件實現(xiàn)了攪拌機所有零部件的動態(tài)組裝模擬，并制作了裝配動畫，提高了設(shè)計的可視化。 虛擬裝配 SolidWorks 軟件提供了自上而下和自下而上兩種設(shè)計方式，因我們已完成了雙臥軸強制式攪拌機主要零部件設(shè)計，所以采用自下而上方式 .按照同袖、共面等幾何約束關(guān)系先將側(cè)襯板、側(cè)攪拌葉片、攪拌葉片、攪拌裝置軸裝配體等小部件裝配起來 .然后將子裝配體裝配成筒體攪拌裝置等較大的部件，最后將較大的子裝配體組裝成雙臥軸強制式攪拌機的整機裝配圖。因電機、減速器、 聯(lián) 軸器等為選購件，在設(shè)計時沒有建立這些零件的三維模型，僅建立雙臥軸強制式攪拌機主機上零件模型。目前主要采用的軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組來求解，但這種設(shè)計比較麻煩，且設(shè)計工作不直觀，設(shè)計結(jié)果不盡人意，而利用三維設(shè)汁軟件 Solidworks 則能較好地解決上述問題，首先建立零件的三 維模型，再將其裝配起來，并可進行有限元分析計算，最后利用 COSMOSMotion 來模擬各零部件的運動情況。 攪拌筒內(nèi)壁直徑 :543mm*2 攪拌筒長度 L。它能以立體的、有光的、有色的生動畫面表達大腦內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果，較之于傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖更符合人的思維習(xí)慣與視覺習(xí)慣，有利于發(fā)揮人的創(chuàng)造性思維，有利丁新產(chǎn)品、新方案的設(shè)計，幫助機械設(shè)計設(shè)計人員更快、更準確、更有效率地將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌霎a(chǎn)品。卸料門的長度比攪拌筒長度短， 8090%的混凝土靠其自重卸出，其余部分則靠攪拌葉片強制向外排出，卸料迅速干凈。本次設(shè)計的是生產(chǎn)率為 60m3/h 的雙臥軸強制式攪拌機，它是由攪拌系統(tǒng)、傳動裝置、卸料機構(gòu)等組戊 :攪拌系統(tǒng)由圓槽形攪拌筒和攪拌軸組成，在兩根攪拌軸上安裝了幾組結(jié)構(gòu)相同的葉片，但其前后上下都錯開一定的空間，使拌合料在兩個攪拌筒內(nèi)不斷地得到攪拌，一方面將攪拌筒底部和中間的拌合料向上翻滾，另一方面又將拌合料沿軸線分別向前推壓，從而使拌合料得到快速而均勻 葉片的設(shè)計與計算 33 的攪拌。 攪拌軸尺寸的確定 兩根攪拌軸為優(yōu)質(zhì)合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理和滾壓加工提高其靜強度和疲勞強度；主軸承能自動補償和外殼孔中心線的相對偏斜從而保證軸承正常工作，其額定動負荷 外載荷 20倍多，所以具高可靠性和高壽命，該軸系壽命 9 104 小時（ 16 年） 混凝土攪拌機是使混凝土配合料均勻拌和而制備混凝土的專用機械，是現(xiàn)代化建設(shè)施工中不可缺少的機械設(shè)備。 葉片的設(shè)計與計算 32 表 參數(shù) 型號 JS1000 進料容量（ L） 1600 出料容量（ L） 1000 生產(chǎn)率（ m3/h) 50 骨料量大粒徑（ mm） 80 主軸轉(zhuǎn)速（ r/min) 26 總功率（ kw） 50 整機質(zhì)量（ kg） 6800 為了防止在離心力的作用下混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象，攪拌葉片的速度有一個極限值，稱之為臨界速度，其值為： u（臨） = √ g R =26r/min 式中 ： g—— 重力加速度； R—— 回轉(zhuǎn)半徑； 設(shè)計時，一般取攪拌葉片的速度為臨界速度的 2/3。 （ 2）主攪拌臂排列方式和主副葉片參數(shù)是雙排攪拌葉片的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。顯然，副葉片面積為主葉片面積的 倍時是比較合理的。試驗結(jié)果如圖 6 所示。由于在雙排 葉片攪拌過程中，主葉片起主要攪拌作用，副葉片起輔助攪拌作用，并且考慮到兩攪拌軸間主、副葉片的干涉問題，所以一般副葉片的設(shè)計尺寸要小于主葉片。雖然較大的葉片能夠在攪拌過程中推動更多的物料，從而強化攪拌效果，但是較大的葉片也會阻礙物料在拌筒內(nèi)的運動，降低攪拌質(zhì)量和效率，同時也會導(dǎo)致攪拌功率的增大。 范圍內(nèi)選取。對于副葉片安裝角，也與主葉片安裝角一樣，決定著物料單元所受周向力和軸向力的大小，其取值可參照由主葉片前密實核心和物料單元受力分析計算出的 31176。其中，由于副葉片與主葉片成對安裝，因此副攪拌臂的排列方式將取決于主攪拌臂。當然缺點也是顯而易見的，連續(xù)螺旋式葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。根據(jù)物料連續(xù)遞推式原理，在單軸攪拌臂排列相位相同的情況下，連續(xù)式葉片要比間斷式葉片對混合料沿攪拌軸方向推攪得快。無論是雙螺旋攪拌裝置還是多葉片攪拌裝置，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)都包括主攪拌臂排列方式和主副葉片的各種參數(shù)。實際的攪拌過程就是這些不同運動形式的綜合，此時在拌筒內(nèi)的物料不但能夠形成常規(guī)雙臥軸攪拌機具有的圍流循環(huán)運動和軸間逆流運動，而且還形成沿攪拌臂方向的徑向逆流運動，從而使低效區(qū)內(nèi)的混合料得到了充分拌和，提高了混凝土的攪拌質(zhì)量和效率。主葉片不斷地把靠近拌筒內(nèi)壁的物料推向攪拌軸方向，副葉片不斷地把攪拌軸附近的物料推向拌筒內(nèi)壁方向，形成了物料在主、副葉片之間沿著攪拌臂方向的徑向逆流運動。 葉片的設(shè)計與計算 29 圖 速度階梯示意圖 由圖 葉片結(jié)構(gòu)示意圖可知，當攪拌軸按某一固定旋向轉(zhuǎn)動時，主、副葉片對物料的推力可分解成各自的周向力和軸向力。 （ 2）因為強制式攪拌機工作時，攪拌臂上每一點的線速度 v=wR，（ w 為攪拌軸轉(zhuǎn)速， R 為攪拌臂上某點至攪拌軸心的距離），因此在拌筒內(nèi)沿著攪拌臂方向，速度呈三角形分布，形成了的速度梯度。 （ 1）因為攪拌機容量不斷增大，而拌筒半徑尺寸又要比攪拌葉片的高度大很多，這樣當攪拌軸轉(zhuǎn)動時，常規(guī)的單排攪拌葉片就只能攪動靠近拌筒內(nèi)壁的一層物料，而處于攪拌葉片和攪拌軸之間的很大一段距離的物料無法得到充分的攪拌。對于雙螺旋攪拌裝置和多葉片攪拌裝置，其攪拌葉片除了靠近拌筒內(nèi)壁的一排常規(guī)葉片外，在靠近攪拌軸處還有一排尺寸稍小的副葉片，這些副葉片通過一根短的攪拌臂固定在攪拌軸上，并且主、副葉片按各自的安裝角成對安裝在攪拌軸兩側(cè)，結(jié)構(gòu)示意圖見圖 。目前普通采用的攪拌裝置都是由水平安置的雙 圓槽形拌筒以 葉片的設(shè)計與計算 28 及 2 根按相反方向轉(zhuǎn)動的攪拌軸和若干組呈螺旋形排列的攪拌葉片組成。本文針對這種新型攪拌裝置，對雙排葉片的結(jié)構(gòu)特點和攪拌機理進行有益的探討，并分析和給出了這種攪拌裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和其合理取值。近年來，包括雙螺旋攪拌裝置（圖 ）和多葉片攪拌裝置（圖 ）等在內(nèi)的新型雙臥軸攪拌機不斷涌現(xiàn)，在提高攪拌質(zhì)量和效率方面有了新的突破。 葉片的主要參數(shù) 雙排葉片攪拌機理和結(jié)構(gòu)參數(shù)分析 雙臥軸攪拌機是目前混凝土攪拌設(shè)備中廣泛使用的主導(dǎo)機型，其攪拌裝置作為該機型的核心部分，直接影響著整機的攪拌質(zhì)量和效率。由于葉片的反向推動 , 該葉片的相鄰葉片無料可攪 , 從而導(dǎo)致一根軸上葉片內(nèi)的物料無法推出來 , 而另 一根軸上的葉片內(nèi)的料也無法推進去。這是因為物料以連續(xù)遞推的方式前進 , 工作時兩根攪拌軸中會有一根軸上相鄰葉片 。并且隨 著攪拌葉片數(shù)量的增多 ,這種優(yōu)勢會更加明顯。當然也要兼顧在攪拌的任何瞬間參與攪拌的葉片數(shù)量相同 , 以達到電機負荷均勻 , 減少沖擊的目的。顯然 , 在不破壞物料流大循環(huán)的前提下 , 兩軸間物料逆流運動的頻次越高 , 揉搓和擠壓作用就越充分 , 攪 葉片的設(shè)計與計算 27 拌效果就越好。 臥軸攪拌機雙根軸攪拌葉片的對應(yīng)排列 , 臥軸攪拌機雙根軸攪拌葉片的對應(yīng)排列有交錯布置和平行布置兩種形式 , 分析雙根軸上攪拌葉片的排列。 對于單根軸上相鄰的兩個攪拌葉片 , 正排列要比反排列推攪得快。當逆著物料流動方向看 , 攪拌葉片的排列順序方向與攪拌軸轉(zhuǎn)向相同的為正排列 。 單根軸上相鄰兩個攪拌葉片的排列可以 有兩種方式 :一種稱其為正排列 。 但這是葉片的總體形式 , 而對于葉片在攪拌軸上的具體排列 , 則還需要進一步分析。并且兩軸上攪拌葉片推動物料軸向流動分量和徑向流動分量的方向相反。 雙軸攪拌機的葉片排列結(jié)構(gòu)改為正反排列 ,可大幅度提高物料混合攪拌效果。 長期的生產(chǎn)實踐證明 , 通用的臥軸式攪拌機的葉片結(jié)構(gòu)和曲面形狀都很不合理 , 應(yīng)該加以改進和創(chuàng)新。工作時 , 物料在葉片推動下沿螺旋面移動 , 單軸運動方式和螺旋輸送機相同。聯(lián)軸器分類 見 《機械設(shè)計手冊》 （表 262聯(lián)軸器分類 ） (1)聯(lián)軸器的選用計算 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 Tn 聯(lián)軸器的主要參數(shù)是公稱轉(zhuǎn)矩 Tn，選用時各轉(zhuǎn)矩間應(yīng)符合以下關(guān)系： 聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩計算： T＜ Tc≤ Tn≤ [T]＜ [Tmax] ＜ Tmax 式中： T —— 理論轉(zhuǎn)矩（ ） ； Tc—— 計算轉(zhuǎn)矩（ ） ； Tn—— 公稱轉(zhuǎn)矩（ ） ； [T]—— 許用轉(zhuǎn)矩（ ） ； [T max]—— 最大許用轉(zhuǎn)矩（ N. m） ； T max —— 最大轉(zhuǎn)矩（ N. m） ； (2)聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩 計算是由功率和工作轉(zhuǎn)速計算而得，即： T=9550 Pw/n =9550 103 37/1480 N. m 總體設(shè)計方案確定及動力元件選擇 25 = 式中 ： Pw —— 驅(qū)動功率（ kW）； N —— 工作轉(zhuǎn)速（ r/min ）； (3) 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩計算 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩是由理論轉(zhuǎn)矩（ T）、和動力機系數(shù)（ Kw=1）、工況系數(shù)（ K=）、啟動系數(shù)（ Kz=）、溫度系數(shù)（ Kt=）計算而得，即： Tc =T Kw K Kz Kt = 1 = N. m 式中 ： T—— 理論轉(zhuǎn)矩 ； Kw —— 動力機系數(shù)；（見 《機械設(shè)計手冊》 表 266 動力機系數(shù) Kw） K —— 工況系數(shù)；（見 《機械設(shè)計手冊》 表 268工況系數(shù) K） Kz —— 啟動系數(shù)； （見 《機械設(shè)計手冊》 表 268啟動系數(shù) Kz） （ 4） 動力機為發(fā)動機，由 《機械設(shè)計手冊》 （表 267 聯(lián)軸器載荷類別）可知：屬于均勻載荷下彈性聯(lián)軸器選用。而因加工精度、軸受熱膨張或運轉(zhuǎn)中軸受力彎曲等，將使兩軸間的同心度產(chǎn)生變化，因此可用柔性聯(lián)軸器當作 混凝土攪拌機 來維持兩軸間的動力傳達，并達到吸收兩軸間的徑向、角度及軸向偏差，進而延長機械的壽命，提高機械的品質(zhì)。 結(jié)論：選用減速器代號為 ： ZSY630— — JB/T8853— 1999。 由 《機械設(shè)計手冊》 （圖 193 額定利用功率 系數(shù) K1 ）知 ： 功率利用率 P1w/P1=380/1480=≈ 26%, 則額定利用功率系數(shù) K1=， 總體設(shè)計方案確定及動力元件選擇 24 由 《機械設(shè)計手冊》 （圖 194負荷率載荷系數(shù) K2）知 K2=； 由 《機械設(shè)計手冊》 （圖 195知環(huán)境溫度系數(shù) K3）知 K3=； 由 《機械設(shè)計手冊》 (表 1915 ZSY 型三級展開式硬齒面齒輪減速器熱功率Pg1 ）知 Pg1=600kW； 由 《機械設(shè)計手冊》 （ 193）知，計算熱功率為： Pt = P1w K1K2K3≤ Pg = 380 kW = kW Pg1 則熱平衡校核通過。 按機械強度初選減速器型號 由 《機械設(shè)計手冊》 (表 19— 16 減速器載荷分類 ) 知 JS 強制式混凝土攪拌機屬于中等沖擊載荷，據(jù) 《機械設(shè)計手冊》 （表 1917減速器的工作情況系數(shù) Ka) 查得工況系 Ka=； 由式（ 191）知，計算輸入功率為 : P1c=P1w Ka =380 kW=665 kW 據(jù) P1c、 i和與實際輸入轉(zhuǎn)速 1480 r/min 接近的公稱轉(zhuǎn)速 1000 r/min 由表199 初選 ZSY630 型，其額定輸入功率 P1=1865 kW.。 (3) 瞬時尖峰載荷的校核計算 P max≤ P1w (194) 式中 ： P max—— 瞬時尖峰載荷（ kW） 2. 本設(shè)計 JS 混凝土攪拌 機用第Ⅰ種裝配型式的硬齒面三級展開式硬齒面齒輪減速器。 Pg—— 許用熱功率 (kW),見 《機械設(shè)計手冊》 表 1913~1915。 總體設(shè)計方案確定及動力元件選擇 23 n1w—— 實際輸入轉(zhuǎn)速（ r/min）。 根據(jù) 見《機械設(shè)計手冊》（表 19— 2 常用標準減速器的類型和適用條件）可知選 JB/T8853— 1999： 表 標準 JB/T8853— 1999 類類型 名稱 硬齒面漸開線圓柱齒輪減速器 分類 三級 型號 ZSY 傳動比 ～ 100 功率（ n1=1500r/min） / kW 8～ 1865 輸入轉(zhuǎn)速 r/min V≤ 20m/s 可正反向運轉(zhuǎn)