畢業(yè)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u22391摘要 314826Abstract 499041.緒論 5299351.1抹灰機發(fā)展概論 565721.2本課題的主要設(shè)計任務(wù)及參數(shù) 7218762抹灰機構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計 8232512.1抹灰機構(gòu)整體設(shè)計 8154922.2抹灰機料斗設(shè)計 9118322.3支撐桿設(shè)計 1041482.4連桿的設(shè)計計算 1047752.5橫梁的選取 11268842.6箱體的設(shè)計 1120482.7滑道的設(shè)計計算 12213212.8氣缸的設(shè)計計算 1234302.9抹灰板的設(shè)計計算 1333503抹灰機構(gòu)的計算與校核 15158993.1抹灰機構(gòu)的整體受力分析 15113253.2抹灰機構(gòu)模型建立及力學(xué)分析 15271293.3上平臺的受力分析 16136463.4支撐桿ACD、ECB的受力分析 16120033.5支撐桿強度分析準(zhǔn)則 18132663.6銷軸的強度校核 226873.7底架的強度校核 2394833.8橫梁的強度校核 24228603.9抹灰板銷軸的強度校核 25209903.10連桿的強度校核 25125974提升機構(gòu)設(shè)計 27231954.1提升系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 27246934.2基本參數(shù)的確定 278204.3傳動裝置零件設(shè)計 3137795其他標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇與校核 4178465.1輸入軸鍵選擇與校核 41280295.2輸入軸的軸承計算與校核 41254965.3輸入軸處聯(lián)軸器 4132583結(jié)論 4316535致謝 4429569參考文獻 45摘要我國建筑業(yè)需大量抹灰工作，因此抹灰施工一直保持著在建筑裝飾工程中的重要地位。目前，國內(nèi)建筑市場上已經(jīng)出現(xiàn)了用工荒。一方面，抹灰技術(shù)要求高，勞動強度大，工作環(huán)境相對惡劣，技術(shù)工人越來越少。另一方面，隨著社會的發(fā)展機械作業(yè)的普遍化，也帶來了對抹灰機的需求，這給機械抹灰?guī)砹诵碌陌l(fā)展契機。本文設(shè)計一種新型高效率的抹灰機構(gòu)，整體采用電動絞繩升降結(jié)構(gòu)升降，在抹灰機前端裝有料斗和抹灰板，上行過程中灰料從料斗進入抹灰板，實現(xiàn)初次抹灰過程。到達頂端時料斗下降，同時帶動抹灰板轉(zhuǎn)動達到一定角度，在整體下行過程實現(xiàn)二次抹灰過，料斗的上下運動帶動抹灰板的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)聯(lián)動過程。按照機械設(shè)計的一般步驟，對抹灰機構(gòu)和提升運動機構(gòu)進行整體方案設(shè)計和零件設(shè)計，并對工作零件進行了必要的校核計算。關(guān)鍵字：抹灰機；抹灰機構(gòu)；聯(lián)動AbstractChina'sconstructionindustryneedsalotofplasteringwork,soplasteringconstructionhasalwaysmaintainedanimportantpositioninarchitecturaldecorationengineering.Atpresent,therehasbeenalaborshortageinthedomesticconstructionmarket.Ontheonehand,plasteringhashightechnicalrequirements,highlaborintensity,relativelypoorworkingenvironmentandfewerskilledworkers.Ontheotherhand,withthedevelopmentofsociety,thepopularizationofmechanicaloperationalsobringsthedemandforplasteringmachine,whichbringsnewdevelopmentopportunitiestomechanicalplastering.Inthispaper,anewhigh-efficiencyplasteringmechanismisdesigned,whichadoptsthegearrackliftingstructure.Ahopperandplasteringboardareinstalledatthefrontendoftheplasteringmachine.Intheupwardprocess,theashenterstheplasteringboardfromthehoppertorealizetheinitialplasteringprocess.Whenreachingthetop,thehopperdropsanddrivestheplasteringplatetorotatetoacertainangle.Thesecondaryplasteringisrealizedintheoveralldownwardprocess.Theupanddownmovementofthehopperdrivestherotationoftheplasteringplatetorealizethelinkageprocess.Accordingtothegeneralstepsofmechanicaldesign,theoverallschemedesignandpartsdesignoftheplasteringmechanismarecarriedout,andthenecessarycheckingandcalculationoftheworkingpartsarecarriedout.Keywords:plasteringmachine;Plasteringmechanism;linkage1.緒論1.1抹灰機發(fā)展概論1.1.1抹灰機發(fā)展現(xiàn)狀抹灰機械作為建筑機械的一種，在上世紀(jì)中期隨著房地產(chǎn)的興起而崛起的，在上世紀(jì)末的發(fā)展步伐較快。目前西方的發(fā)展較為迅速，在取得的一些研究成果中，其中又以美國和日本在這方面的研究工作處于較高的水平。而中國在這一方處于剛起步發(fā)展的水平，還有相當(dāng)大的市場與發(fā)展空間。因為我國建筑業(yè)各種工程特別是民用工程的建筑需要大量抹灰，因此抹灰施工一直在建筑裝飾工程中處于重要地位。隨著綠色建筑概念的興起，人們越來越追求舒適和自然，內(nèi)外墻以涂料為主的環(huán)保型磚石已經(jīng)成為了主流，為機械抹灰?guī)砹诵缕鯔C。盡管現(xiàn)在建筑施工中使用不少自動化設(shè)備，但大部分是用于室外作業(yè)和地面、屋面修整，用于建筑物墻內(nèi)面抹灰的還很少見。在1987年，AbrahamWarszawski提出開發(fā)內(nèi)墻面抹灰施工機械設(shè)備的必要性。1991年Warszawski曾對建筑物內(nèi)墻面抹平機器人作可行性進行了分析，隨后又在1994年提出的內(nèi)墻面抹平機器人樣機TAMIR—TechnionAutonomousMultipurposeInteriorrobot，能夠完成抹灰、砌磚和貼瓷磚三種任務(wù)。而我國關(guān)于建筑物內(nèi)墻壁抹灰的研究起步晚，在上世紀(jì)八十年代以后，隨著房屋建筑商品化的發(fā)展，縮短施工周期、提高投資效益已成為房屋建筑的中心環(huán)節(jié)，因此，對加快飾面機械—抹灰機的研制提出了迫切的要求。國外對抹灰機研究成果也有一些．如加拿大、美國、英國等．有的采用砂漿噴射方式進行抹灰．有的也是采用液壓或氣動方式進行升降、行走等運動。當(dāng)然，這其中也不乏有較為優(yōu)秀的產(chǎn)品產(chǎn)生，其中比較著名的是慕尼黑技術(shù)大學(xué)TomasBock教授研制的模塊化的內(nèi)墻壁作業(yè)設(shè)備。目前，市場上銷售的抹灰機械一般由兩部分組成：一部分是抹灰機；另一部分配套設(shè)備。國內(nèi)抹灰機械的研制主要集中在抹灰機部分，其配套設(shè)備已有現(xiàn)成其配套設(shè)備已有現(xiàn)成產(chǎn)品可供選擇。1.1.2抹灰機發(fā)展趨勢（1）精度不斷提高隨著工程建設(shè)中混凝土的大規(guī)模使用,高效率型，現(xiàn)代社會發(fā)展高效快速，抹灰機的發(fā)展更應(yīng)該提高效率和質(zhì)量，對抹灰機的品質(zhì)要求越來越高,抹灰墻體種類需求越來越多,對抹灰精度要求也越來越高。傳感器和專用電腦技術(shù)的采用使得人們的要求得以實現(xiàn)。同時也推動了攪拌設(shè)備計量方式的發(fā)展。（2）智能化控制發(fā)展全自動抹灰機，實現(xiàn)更高的智能化是當(dāng)今機械行業(yè)發(fā)展的趨勢，智能化控制的抹灰機也將會是未來發(fā)展的主要產(chǎn)品，人機舒適性，做更適合操作的抹灰機，更加注重自動化。（3）節(jié)能環(huán)保是永恒的主題隨著人們節(jié)能、環(huán)保意識的增強,發(fā)展綠色節(jié)能環(huán)保型抹灰機是今后發(fā)展的方向。運用高科技手段解決這方面的問題仍然是任重道遠，倡導(dǎo)國家綠色發(fā)展的號召，未來的抹灰機應(yīng)更加注重能源的節(jié)省，要求抹灰機的新產(chǎn)品必須是節(jié)能型。（4）符合國家生產(chǎn)規(guī),一般抹灰的允許偏差和檢驗方法詳見表1.1。表1.1一般抹灰的允許偏差和檢驗方法項次項目允許偏差（mm）檢驗方法普通抹灰高級抹灰1立面垂直度43用2m垂直檢測尺檢查2表面平整度43用2m靠尺和塞尺檢查3陰陽角方正43用直角檢測尺檢查4分格條（縫）直線度43拉5m線，不足5m拉通線，用鋼直尺檢查5墻裙、勒腳上口直線度43用5m線，不足5m拉通線，用鋼直尺檢查1.1.3課題研究背景和意義在建筑工程中，墻面抹灰是一項必不可少的工序，在建筑工程中就工期而言,裝修工程要占總工期的三分之二,就勞力而言則占總量的35%,而抹灰工程一項就占人工總數(shù)的15~26%。在我國長期以來裝修落后于主體工程形成拖后腿的局面,拖延了工期,原因在于手工操作,效率不高,一般磚混結(jié)構(gòu)中磚墻面抹灰每100平方米需抹灰工4.75個，而抹灰機的使用則是一個時效性抹灰工具。抹灰機的工作效率是人工抹灰的十倍，并且能夠避免傳統(tǒng)抹灰作業(yè)中的墻面找平、貼餅，補空填平、刮去多余部分、回收落地會、搭架子、苦臟累等諸多不利因素，這是建筑機械領(lǐng)域的一次革命，結(jié)束了千百年來人工抹灰的歷史，減少了勞動強度，降低了成本，增加了效益，提高了建筑行業(yè)的自動化程度，同時也取得了更大的經(jīng)濟和社會效益。1.2本課題的主要設(shè)計任務(wù)及參數(shù)鑒于國內(nèi)的抹灰機市場情況，此課題決定研發(fā)一中新型的高效抹灰機。首先解決的是市面上普通抹灰機的粗糙漏漿問題；解決墻頂縫隙處難涂抹的問題，使整個過程實現(xiàn)自動化；考慮經(jīng)濟成本問題，以及施工地點的惡劣環(huán)境采用簡單機械聯(lián)動裝置代替繁瑣的自動化控制系統(tǒng)。本課題設(shè)計的抹灰機原始技術(shù)參數(shù)為：1）抹灰的厚度：30.0mm；2）抹墻的最高高度：4.0m；3）單次抹墻最大寬度：0.9m；4）裝載水泥料斗的提升速度：不小于25米/分鐘；裝載水泥料斗的下降速度：不小于25米/分鐘本文主要是抹灰裝置的設(shè)計，具體設(shè)計任務(wù)：(1)抹灰機機械傳動總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)完成抹灰機抹灰裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括：傳動機構(gòu)，抹灰機構(gòu)；(3)對抹灰主要零件進行受力分析和強度校核。2抹灰機構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1抹灰機構(gòu)整體設(shè)計根據(jù)實際施工情況，抹灰機的設(shè)計應(yīng)滿足如下技術(shù)要求：整體結(jié)構(gòu)簡單易操作，能夠抹灰到墻面頂部，保持垂直度和平面度。為滿足整體設(shè)計要求，對于抹灰機進行整體構(gòu)思，最終得到的如下的抹灰機構(gòu)方案。整個抹灰機構(gòu)由內(nèi)外撐桿、連桿、抹灰板、底架、料斗、氣體彈簧組成。當(dāng)料斗裝滿水泥灰時，內(nèi)撐桿在氣體彈簧的支撐下支撐料斗達到預(yù)定位置，并能夠支撐起箱體保持位置不變，同時箱體帶動內(nèi)外撐桿向上運動，外撐桿通過連桿拉動抹灰板轉(zhuǎn)動實現(xiàn)連動過程，達到與墻面成30°的位置，實現(xiàn)抹灰的上行過程，完成抹灰的上行過程，當(dāng)整個箱體到達最高位置時，料斗到達最高處頂連架，受壓向下運動，同時撐桿受到箱體壓力繞桿的中心下移，同時外撐桿的一端沿滑道朝前運動，通過連桿帶動抹灰版轉(zhuǎn)動，當(dāng)箱體到達最低位置時，抹灰板處于與墻體成-2的位置，在料斗受壓向下運動的過程中，氣彈簧受壓收縮并轉(zhuǎn)動，當(dāng)達到最低位置時，壓過氣彈簧死點位置，實現(xiàn)自身的鎖止，完成頂部抹灰過程，通過整體朝下移動，抹灰板與墻面壓緊，在下行過程中，達到抹平整個墻面的效果。抹灰裝置的三維效果示意圖如圖2.1，抹灰裝置的結(jié)構(gòu)示意如圖2.2。（a）撐起狀態(tài)（b）下降狀態(tài)圖2.1抹灰裝置的三維效果示意圖1-導(dǎo)軌；2-剪叉架；3-氣缸；4-支撐桿；5-抹灰板圖2.2抹灰機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)圖2.2抹灰機料斗設(shè)計目前市面上的抹灰機存在盛灰量不足的問題，這就造成了在施工過程中需要工人二次上灰的操作，浪費了人力，造成了操作不變，不能很好地體現(xiàn)機械施工的方便性，為此增加了料斗的整體設(shè)計，料斗外形的選擇，目前大多數(shù)抹灰機的料斗為翻轉(zhuǎn)式，翻轉(zhuǎn)式料斗的最大問題就是翻轉(zhuǎn)過程中穩(wěn)定性不夠，易發(fā)生晃動，為此選擇使料斗能夠垂直升降的得方案，這大大增加了抹灰料斗升降的穩(wěn)定性。在料斗的下部選擇用左右各一根角鋼焊接成支架，同時料斗的最后端有鉸接孔，在兩邊的角鋼安裝有滑道。按照實際施工情況，抹灰高度最高為4.0m，抹灰厚度30.0mm，水泥灰密度為2000.0kg/m，計算料斗的體積：本課題設(shè)計的料斗的長度為900.0mm，寬度為500.0mm，高度為400.0mm。實際施工過程中，為使灰料能夠靠重力下降，經(jīng)過實際的實驗驗證當(dāng)料斗內(nèi)底板最低需要與水平面呈27°，料斗內(nèi)的水泥灰可以在重力的作用下下降，經(jīng)過計算。因此尺寸符合設(shè)計要求。料斗結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.3。1-料斗，2-轉(zhuǎn)銷圖2.3料斗裝置圖2.3支撐桿設(shè)計為了實現(xiàn)料斗上下升降的運動過程，本課題選擇了內(nèi)外支撐桿剪叉式升降的結(jié)構(gòu)形式起升后有較高的穩(wěn)性，較高的承載能力，作業(yè)效率更高，更安全，支撐桿結(jié)構(gòu)圖如圖2.4。支撐桿分為內(nèi)支撐桿和外支撐桿，內(nèi)外支撐桿在中心處通過銷軸連接，內(nèi)外支撐桿是主要的承重機構(gòu)，也是料斗升降的主要動作機構(gòu)。內(nèi)支撐桿的一端與底架鉸接，另一端在與料斗角鋼支架上的滑道通過滑塊相連接，外支撐桿一端與料斗后端的鉸接孔相連，另一端與連桿連，并且連接到底架滑到上的滑塊。料斗的寬度為458.0mm，為使料斗平穩(wěn)升降，選取內(nèi)外支撐桿的長度為458.0mm。圖2.4支撐桿結(jié)構(gòu)圖2.4連桿的設(shè)計計算連接桿起到連接抹灰板和支撐桿的作用，當(dāng)箱體上升時，支撐桿通過連桿帶動抹灰板轉(zhuǎn)動，使抹灰板轉(zhuǎn)到與墻體30°的位置，進行抹灰上行過程過程，在上升過程中，連桿給抹灰板一個支撐力，使抹灰板保持初始角度不變實現(xiàn)初次抹灰過程，當(dāng)?shù)竭_頂部是，料斗下壓，支撐桿滑動給連桿一個推力，從而帶動抹灰板轉(zhuǎn)動，達到與墻體幾乎平行的位置，實現(xiàn)二次抹灰過程。連桿結(jié)構(gòu)圖見圖2.5。圖2.5連桿結(jié)構(gòu)圖2.5橫梁的選取橫梁安裝在兩個內(nèi)支撐桿之間，同時在橫梁的一側(cè)均布有四個耳板，用于連接氣動彈簧，橫梁是是整個支撐部分的主要受力部分，并將力傳遞給支撐桿，從而使料斗能保持穩(wěn)定位置，同時當(dāng)料斗到達最低位置時候，衡量主要承受來自彈簧的橫向支撐力。橫梁的示意圖如圖2.6。圖2.6橫梁2.6箱體的設(shè)計箱體是整個抹灰機構(gòu)的載重部分，箱體是整個抹灰機構(gòu)的承載部分，其內(nèi)部放置有電機、減速器、抹灰機構(gòu)等，因此在設(shè)計箱體的時候需要著重考慮其承載能力。箱體內(nèi)部焊接有導(dǎo)套，可與導(dǎo)柱配合保證整體結(jié)構(gòu)上升和下降過程中的平穩(wěn)運行。底架的結(jié)構(gòu)如圖2.7。圖2.7底架結(jié)構(gòu)圖2.7滑道的設(shè)計計算支撐桿受到彈簧的支撐會有一個向上的運動趨勢，為了實現(xiàn)支撐桿在底架上沿直線滑動從而實現(xiàn)聯(lián)動過程，選用滑道滾子的結(jié)構(gòu)方式，在料斗兩側(cè)的角鋼上分別安裝有滑道，內(nèi)支撐桿通過銷軸與滑道內(nèi)的滑動輪相連，在底架部分外支撐桿和連桿通過銷軸與滑道的滑動輪相連，同時在滑道內(nèi)安裝有限位裝置，起到限制滑動輪的運動位置，從而決定料斗的最大上升位置。滑道滾輪如圖2.8。圖2.8滑道滾子圖2.8氣缸的設(shè)計計算為了使料斗達到預(yù)定位置且能夠保持穩(wěn)定，選擇用氣缸來實現(xiàn)這個過程。氣缸是一種可以起支撐、緩沖、制動、高度調(diào)節(jié)及角度調(diào)節(jié)等功能的工業(yè)配件。它由以下幾部分構(gòu)成：壓力缸、活塞桿、活塞、密封導(dǎo)向套、填充物（氣體），缸內(nèi)控制元件與缸外控制元件（指氣缸）和接頭等。原理是在密閉的壓力缸內(nèi)充入惰性氣體，使腔體內(nèi)的壓力高于大氣壓的幾倍或者幾十倍，利用活塞桿的橫截面積小于活塞的橫截面積從而產(chǎn)生的壓力差來實現(xiàn)活塞桿的運動。由于原理上的根本不同，氣缸的優(yōu)點：速度相對緩慢、動態(tài)力變化不大、容易控制；缺點是相對體積沒有螺旋彈簧小，成本高、壽命相對短。與機械彈簧不同的是，氣缸具有近乎線性的彈性曲線。氣彈簧結(jié)構(gòu)見圖2.9。圖2.9氣缸2.8.1氣缸角度的選取氣缸尾部固定在底架上，另一端固定在用于連接兩個內(nèi)撐桿的橫梁上，氣缸的豎直方向支撐力隨著角度的增大而增加，為此在可選范圍內(nèi)最大程度的增大角度，由于氣缸壓下最低位置時，氣缸的管長需要一定的空間，所以需要選擇合適的角度。當(dāng)料斗在最低位置時候氣缸的管長最大尺寸400.0mm，此時氣缸的另一端安裝在中心銷軸處。當(dāng)料斗達到坐高位置時，為了盡可能地增大豎直方向的力需要達到最大高度，所以選擇氣缸的傾斜角為30°此時選用氣缸的中心距為400.0mm。氣缸的位置變化如圖2.10。1-最高位置2-最低位置圖2.10氣缸位置圖2.8.2氣缸力的選取經(jīng)過計算料斗內(nèi)的水泥灰的重量為196.0kg，為了達到能夠支撐起整個料斗選擇氣缸的總支撐力為4000.0N,查氣缸的型號表，當(dāng)中心距為400.0mm時，氣缸的支撐力為1000.0N,為此選擇四個氣缸，均布在底架和橫梁中間。2.9抹灰板的設(shè)計計算抹灰板是抹灰過程中最主要的工作部分，當(dāng)整體上升過程中，抹灰板與墻面成仰角位置，當(dāng)料斗中的水泥灰料進入抹灰板時，隨著抹灰機的上升，抹灰板將灰料壓實在墻面上，當(dāng)整個機構(gòu)到達最頂部時，料斗下壓，同時帶動支撐桿推著連桿使抹灰板轉(zhuǎn)動，使抹灰板與墻面成仰角，并保持仰角位置不變，整體下滑過程實現(xiàn)二次抹灰過程，從而使墻面光滑。本方案設(shè)計的抹灰板的長度為800.0mm，厚度為2.0mm，為實現(xiàn)能夠抹灰到墻頂最高處的要求，設(shè)計的抹灰板高度為400.0mm，這樣當(dāng)抹灰板從仰角變?yōu)楦┙堑倪^程中，不會因為料斗的體積太大而影響抹灰板的抹灰過程。抹灰板結(jié)構(gòu)見圖2.11。圖2.11抹灰板結(jié)構(gòu)圖2.9.1抹灰板傾斜角度的選擇當(dāng)抹灰板開始翻轉(zhuǎn)時，料斗就無法繼續(xù)向抹灰板中繼續(xù)輸送水泥灰，此時距離墻頂還有一段距離，這就要求，在抹灰板中的水泥灰足夠滿足抹灰到墻頂?shù)囊?即J三角形區(qū)域的面積大于I區(qū)域矩形的面積。抹灰板的角度如圖2.12。m2m2經(jīng)過實驗論證，當(dāng)抹灰板選用該角度時能保證達到抹灰到最高處。I-所需抹灰量J-抹灰板與墻面面積圖2.12抹灰板角度3抹灰機構(gòu)的計算與校核3.1抹灰機構(gòu)的整體受力分析料斗的升降靠的是通過銷軸將內(nèi)外支撐桿桿件連接，使桿件能繞著銷軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)升降，對抹灰機構(gòu)的研究有很多種方法，最常見的方法是桿組分析法，料斗起升機構(gòu)的受力分析和運動分析的方法。利用這種方法對氣動彈簧以及起升機構(gòu)類型進行分析。將桿組分解，最終將其轉(zhuǎn)化為特定桿組的分析。桿組分析可以簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)省時間、提高效率，計算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。在受力分析時，要知道構(gòu)件所承受的載荷，不僅僅對抹灰機構(gòu)的動力性能有影響，同時也會影響到升降構(gòu)件形狀以及尺寸大小的選擇。在分析的過程中只需進行靜力學(xué)方面的分析，這樣既可以簡化問題，又能做到滿足分析的條件。桿組構(gòu)件部分的受力情況分析主要包括兩種方式：圖解法和解析法。這兩種方法的主要特點是：前一種簡單、方便、直觀、精確度較低；而后一種方法的主要特點是計算量較大、與之對應(yīng)的精確度相應(yīng)提高。強度分析的計算中。基本是由底座、起升機構(gòu)以及料斗這三部分組成的。起升時，起升機構(gòu)是最主要的受力部件。3.2抹灰機構(gòu)模型建立及力學(xué)分析圖3.1支撐桿受力分析圖如圖3.1支撐桿受力分析圖所示，該結(jié)構(gòu)用于料斗的起升及支撐，抹灰板的翻轉(zhuǎn)過程。在整體的受力分析過程中，當(dāng)料斗處在在高位置時候，支撐桿受力最大，最容易發(fā)生變形以交叉支撐桿ACD和ECB為研究對象進行力的分析,圖中ED表示抹灰機構(gòu)的底架，AD和EB表示支撐桿，兩根支撐桿在C點處通過銷軸連接，B和D點固定，A和E點可以沿X軸移動,E通過連桿與抹灰板相連，實現(xiàn)整體的聯(lián)動。3.3上平臺的受力分析通過模型計算獲取對于料斗的重心位置，料斗重力值為G，對于料斗進行受力分析,料斗承受下側(cè)支撐桿的支撐力，受力示意圖如圖3.2。圖3.2箱體受力分析圖=0（3.3a）（3.3b）經(jīng)過計算得：N3.4支撐桿ACD、ECB的受力分析上述分析是在理想狀態(tài)下進行，并作了以下簡化：不考慮慣性力的影響；不考慮偏載；剪叉臂的重心為對稱中心C點。氣體彈簧力已知，然后對每個構(gòu)件分別列出它們的受力平衡方程以及力矩的平衡方程，再求解方程得到各鉸點的力。圖3.3支撐桿ACD受力分析圖圖3.4支撐桿ECB受力分析圖對ACD桿進行受力分析，支撐桿ACD的受力分析如圖3.3。設(shè)水平向右為正，豎直向下為正豎直方向=0（3.4a）=0（3.4b）以c點為中心，列力偶平衡方程（3.4c）同樣對ECB桿進行受力分析，支撐桿ECD的受力分析如圖3.4。（3.4d）=0（3.4e）（3.4f）將上述方程聯(lián)立求得：NNNNNNNNN其中和在兩個桿上分別是作用力和反作用力。3.5支撐桿強度分析準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)中的部件工作時不管是受到哪種載荷的作用，都會對自身產(chǎn)生一定的影響，果所受到的載荷超過了構(gòu)件自身能抵抗的能力，部件就會被破壞，影響機構(gòu)的整體性能，所以，為了使整體結(jié)構(gòu)能夠承受其負(fù)載，各個部件一定要有較高的強度以及剛度。所以要進行支撐桿的強度、剛度以及穩(wěn)定性情況校核。在通常情況下，它所能承受載荷的性質(zhì)也會不一樣，例如主要是承受壓力，支撐桿主要是起支撐作用的，可能會受到壓力、彎矩作用，大多數(shù)情況是同時承受多個不同性質(zhì)的載荷，因而應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的情況來計算支撐桿的承載能力。Q235材料普通碳素結(jié)構(gòu)鋼－普板是一種鋼材的材質(zhì)。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服極限，后面的235，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在235.0MPa左右。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小（板厚≤16.0mm，屈服強度為235.0MPa；16.0mm<板厚≤40.0mm，屈服強度為225.0MPa；40.0mm<板厚≤60mm，屈服強度為215.0MPa；60.0mm<板厚≤100.0mm，屈服強度為205.0MPa；100.0mm<板厚≤150.0mm，屈服強度為195.0MPa；150.0mm<板厚≤200.0mm，屈服強度為185.0MPa）。由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。鋼材的抗拉、抗壓、抗彎強度見表3.1。3.5.1支撐桿承載能力分析均布載荷直接作用于料斗上，力再傳遞到支撐臂上在這樣的情況下，支撐桿成了主要的受力部件。承受載荷的能力直接影響著整個機構(gòu)的穩(wěn)定性，提高支撐桿的承載能力直接影響著抹灰機構(gòu)的提升性能。這樣就需要在設(shè)計支撐桿時，對其進行強度、剛度和穩(wěn)定性進行分析計算。表3.1鋼材的抗拉、抗壓、抗彎強度表鋼材抗拉、抗壓和抗彎（MPa）抗剪（MPa）端面承壓（MPa）牌號厚度或直徑（mm）Q235鋼≤16215125325>16～40205120>40～60200115>60～1001901103.5.2支撐桿受彎強度分析對支撐桿進行受力分析，根據(jù)實際的工作情況要充分考慮分析支撐桿的受彎矩的能力，尤其是當(dāng)載荷垂直作用在支撐桿上時，這時彎矩最大。為了方便計算，將ACD桿的力分解為沿桿的方向的力和垂直桿地方向的力當(dāng)計算彎曲強度時選取其垂直桿方向的力進行分析。垂直支撐桿ACD的力如圖3.5。ACD桿所受的彎矩圖如圖3.6。圖3.5垂直ACD桿分力圖圖3.6ACD桿彎矩圖NNNN支撐桿的截面為矩形，橫截面的寬度為b=8.0mm、h=40.0mm（3.5a）（3.5b）MPa（3.5c）式中：：材料最大的實際應(yīng)力：材料許永應(yīng)力：桿件所受最大彎矩：抗彎截面系數(shù)選擇的材料為Q235，MPa>MPa所以桿ACD是安全的。下面對BCE段桿進行受力分析將BCE桿的力分解為沿桿的方向的力和垂直桿地方向的力，當(dāng)計算彎曲強度時選取其垂直桿方向的力進行分析,垂直支撐桿BCE的力如圖3.7圖3.7垂直BCE桿分力圖經(jīng)過計算可知NNN支撐桿ECB的截面為矩形，橫截面的寬度為b=8.0mm、h=40.0mm（3.5d）（3.5e）MPa（3.5f）式中：：材料最大的實際應(yīng)力：材料許永應(yīng)力：桿件所受最大彎矩：抗彎截面系數(shù)選擇的材料為Q235MPa>MPa，所以桿的強度符合要求是安全的。3.5.3支撐桿受壓強度分析對ACD桿進行受力分析，當(dāng)計算拉壓強度時選取其沿軸向的力進行分析,經(jīng)過計算可得ACD桿的軸向力，對于支撐桿ACD截面寬度b=8.0mm截面高度h=40.0mm。（3.5h）（3.5i） MPa（3.5j）式中：：材料最大的實際應(yīng)力：材料許永應(yīng)力：桿件所受力：桿件截面積選擇材料為Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼MPaMPa所以ACD桿的軸向拉壓強度符合要求，桿ACD是安全的。下面對ECB桿進行受力分析當(dāng)計算彎曲強度時選取其沿軸向的力進行分析經(jīng)過計算可得ACD桿的軸向力，對于支撐桿ACD截面寬度b=8.0mm截面高度h=40.0mm。（3.5k）（3.5l） MPa（3.5m）式中：：材料最大的實際應(yīng)力：材料許永應(yīng)力：軸向壓力：桿件截面積選擇材料為Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼MPaMPa所以ECB桿的軸向拉壓強度符合要求，桿ECB是安全的。3.6銷軸的強度校核分析可知，對于料斗的交叉支撐桿受力最大的地方為D點和H點，所以只需校核該兩處的銷軸即可，對于Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼許用剪應(yīng)力135MPa。D處銷軸直徑10mm，對其進行校核。MPa（3.6a）式中：：銷軸最大剪應(yīng)力：銷軸許用剪應(yīng)力：銷軸的橫截面積當(dāng)在D處時，MPa>MPa，所以D處的銷軸強度符合要求。H處銷軸直徑10mm .0MPa（3.6b）式中：：銷軸最大剪應(yīng)力：銷軸許用剪應(yīng)力：銷軸的橫截面積當(dāng)在H處時，MPa>MPa，所以D處的銷軸強度符合要求。所以銷軸的強度符合要求。3.7底架的強度校核底架是整個抹灰機構(gòu)的的支撐部分，當(dāng)整個抹灰機構(gòu)在上升過程中，對于底架來說，主要受到料斗灰料及支撐桿結(jié)構(gòu)的重力，力主要作用與傳動系統(tǒng)底架的連接處，在計算過程中可將重心設(shè)在底架的中心位置，底架后端進行彎曲強度校核。底架的受力分析如圖3.8底架受力簡化圖所示。圖3.8底架受力簡化圖圖3.9底架受力彎矩經(jīng)過查找資料，對于角鋼的抗彎截面系數(shù)，查閱資料可得角鋼的抗彎截面系數(shù)為（3.7a） （3.7b）MPa （3.7c）式中：：材料最大的實際應(yīng)力：材料許用應(yīng)力：桿件所受最大彎矩：抗彎截面系數(shù)MPa>MPa，所以底架的強度符合要求。3.8橫梁的強度校核橫梁與氣彈簧相連，是主要的受力部件，橫梁主要受氣彈簧給的彎曲應(yīng)力對橫梁受力進行簡化，將彈簧力簡化為集中力，作用在橫梁中間位置，當(dāng)整個抹灰機構(gòu)處于最低位置時，彈簧的作用力最大。因為橫梁選用材料為方鋼，截面形式如圖3.10。圖3.10橫梁截面（3.8a）MPa（3.8b）式中：：材料最大的實際應(yīng)力：材料許永應(yīng)力：桿件所受最大彎矩：抗彎截面系數(shù)MPa>MPa經(jīng)過計算橫梁的強度符合要求。3.9抹灰板銷軸的強度校核抹灰板在整個運動過程中有三個主要受力過程，當(dāng)抹灰上行過程中，抹灰板主要受來自水泥灰的壓力；當(dāng)抹灰機達到頂端時，料斗朝下運動，抹灰板翻轉(zhuǎn)受到來自水泥灰的壓力和連桿的推力；當(dāng)翻轉(zhuǎn)完成后，抹灰板主要受來自抹平墻面時的水泥灰作用力。經(jīng)過分析，當(dāng)抹灰板轉(zhuǎn)動過程中所受到的力最大，對于Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼許用剪應(yīng)力135MPa。抹灰板與連桿處銷軸直徑10.0mm，經(jīng)過是實驗分析可知當(dāng)抹灰板翻轉(zhuǎn)時，當(dāng)抹灰板翻轉(zhuǎn)時來自墻面水泥灰的壓力位800.0N。MPa（3.9b）式中：：銷軸最大剪應(yīng)力：銷軸許用剪應(yīng)力：銷軸的橫截面積當(dāng)在D處時，MPa>MPa，所以抹灰板處的銷軸符合強度要求。3.10連桿的強度校核連桿用于連接抹灰板和支撐桿，在整個抹灰機上行，下行運動過程中，連桿帶動抹灰板轉(zhuǎn)動，在抹灰板翻轉(zhuǎn)時，連桿主要受軸向壓力，對于連桿截面寬度b=8mm截面高度h=40mm連桿的橫截面積如圖3.11。圖3.11連桿橫截面積（3.10a）N（3.10b）MPa（3.10c）式中:：材料最大的實際應(yīng)力：材料許永應(yīng)力：桿件所受力：桿件截面積選擇材料為Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼MPaMPa所以強度符合要求。4提升機構(gòu)設(shè)計4.1提升系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計在抹灰機設(shè)計過程中，自動抹灰機構(gòu)是整個機構(gòu)的工作執(zhí)行機構(gòu)。如上面章節(jié)所述此次自動抹灰機構(gòu)采用的主要是氣缸和剪叉結(jié)構(gòu)相結(jié)合，起重氣缸是動力元件，剪叉機構(gòu)和抹灰板是主要執(zhí)行元件。由設(shè)計要求可知此次抹灰機設(shè)計的抹灰高度為4米。因此需要設(shè)計提升機構(gòu)，為了達到此次設(shè)計的提升要求，經(jīng)過分析后決定采用電機、減速器、滾筒和定滑輪相結(jié)合來進行提升機構(gòu)設(shè)計。提升簡圖如下圖所示：圖4-1提升系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖電機2.減速機構(gòu)3.滾筒4.定滑輪4.2基本參數(shù)的確定4.2.1抹灰機速度、重量及滾筒直徑由一直條件可知此次設(shè)計的自動抹灰機的提升速度要求在25M/min，由第三章計算可知此次設(shè)計的自動抹灰機的灰的重量為195KG.同時此次設(shè)計中機構(gòu)材料基本使用的是45鋼，因此在提升質(zhì)量計算中將總質(zhì)量定為500KG。同時為了減小設(shè)計空間，絞繩滾筒直徑初定為60MM。則提升機構(gòu)初始參數(shù)為：F=500KG=5000N，V提=25m/min=0.4m/s，D=60mm，4.2.2傳動效率的確定由傳動簡圖可以看出此次傳動機構(gòu)中為了減小總體體積提高空間利用率，因此電機和減速機構(gòu)以及減速機構(gòu)和滾筒之間采用的是聯(lián)軸器連接，通過查閱資料確定各連接中的傳動效率為：軸承的效率1=0.99,齒輪傳動的效率2=0.97,聯(lián)軸器的效率3=0.99,工作機的效率4=0.96.則總效率計算為：a=0.993×0.97×0.992×0.96=0.8864.2.3電機選型及各級傳動比的確定電機選型圓周速度v:v=0.4m/s工作機的功率Pw:P電動機所需工作功率為:P工作機的轉(zhuǎn)速為:n=經(jīng)查表按推薦的傳動比合理范圍，一級圓柱直齒輪減速器傳動比i=3~6，電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=i×n=(3×6)×127.4=382.2~764.4r/min。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比，選定型號為Y100L2-4的三相異步電動機，額定功率為3KW,滿載轉(zhuǎn)速nm=1430r/min，同步轉(zhuǎn)速1500r/min。傳動比的確定（1）總傳動比：由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速n和工作機主動軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動裝置總傳動比為:i（2）分配傳動裝置傳動比:i則減速器傳動比為:i=4.2.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)確定（1）各軸轉(zhuǎn)速:輸入軸：n輸出軸：n工作機軸：n（2)各軸輸入功率:輸入軸：P輸出軸：P工作機軸：P則各軸的輸出功率：輸入軸：P輸出軸：P工作機軸：P(3)各軸輸入轉(zhuǎn)矩:電動機軸：T輸入軸：T輸出軸：T工作機軸：T各軸輸出轉(zhuǎn)矩為：輸入軸：T輸出軸：T工作機軸：T4.3傳動裝置零件設(shè)計4.3.1齒輪設(shè)計1.選精度等級、材料及齒數(shù)（1）材料選擇：由表選小齒輪材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理，硬度范圍取為280HBS，大齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度范圍取為240HBS。（2）一般工作機器，選用8級精度。（3）選小齒輪齒數(shù)Z1=20，大齒輪齒數(shù)Z2=20×11.22=224.4，取Z2=223。（4）壓力角=20°。2.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計（1）由式試算小齒輪分度圓直徑，即d1）確定公式中的各參數(shù)值。①試選載荷系數(shù)KHt=1.3。②計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T③選取齒寬系數(shù)φd=1。④由圖查取區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。⑤查表得材料的彈性影響系數(shù)Z⑥計算接觸疲勞強度用重合度系數(shù)Zε。端面壓力角：αα端面重合度：ε重合度系數(shù)：Z⑦計算接觸疲勞許用應(yīng)力[H]查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為Hlim1=600MPa、Hlim2=550MPa。計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：NN查取接觸疲勞壽命系數(shù):KHN1=0.87、KHN2=0.92。取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,得:σσ取[H]1和[H]2中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即σ2）試算小齒輪分度圓直徑d（2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑1）計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備①圓周速度vv=②齒寬bb=2）計算實際載荷系數(shù)KH①由表查得使用系數(shù)KA=1。②根據(jù)v=2.27m/s、8級精度，由圖查得動載系數(shù)KV=1.12。③齒輪的圓周力FK查表得齒間載荷分配系數(shù)KH=1.2。④由表用插值法查得8級精度、小齒輪相對支承對稱布置時，KH=1.02。由此，得到實際載荷系數(shù)K=3）可得按實際載荷系數(shù)算的的分度圓直徑d及相應(yīng)的齒輪模數(shù)m=模數(shù)取為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。3.幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑dd（2）計算中心距a=（3）計算齒輪寬度b=取b2=40、b1=45。4.校核齒根彎曲疲勞強度（1）齒根彎曲疲勞強度條件σ1）確定公式中各參數(shù)值①計算彎曲疲勞強度用重合度系數(shù)YY②由齒數(shù)，查圖得齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)YFa1=2.75YFa2=2.14YSa1=1.56YSa2=1.85③計算實際載荷系數(shù)KF由表查得齒間載荷分配系數(shù)KF=1.2根據(jù)KH=1.02，結(jié)合b/h=8.89查圖得KF則載荷系數(shù)為K=④計算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力[F]查得小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為Flim1=500MPa、Flim2=380MPa。由圖查取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.83、KFN2=0.88取安全系數(shù)S=1.4，得σσ2）齒根彎曲疲勞強度校核σσ齒根彎曲疲勞強度滿足要求。主要設(shè)計結(jié)論齒數(shù)Z1=20、Z2=223，模數(shù)m=2mm，壓力角=20°，中心距a=243mm，齒寬b1=45mm、b2=40mm。齒輪參數(shù)總結(jié)和計算代號名稱計算公式高速級小齒輪高速級大齒輪模數(shù)m2mm2mm齒數(shù)z20223齒寬b45mm40mm分度圓直徑d40mm446mm齒頂高系數(shù)ha1.01.0頂隙系數(shù)c0.250.25齒頂高ham×ha2mm2mm齒根高hfm×(ha+c)2.5mm2.5mm全齒高hha+hf4.5mm4.5mm齒頂圓直徑dad+2×ha44mm450mm齒根圓直徑dfd-2×hf35mm441mm4.3.2輸入軸的設(shè)計及校核1.輸入軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1P1=2.24KWn1=1430r/minT1=14.96Nm2.求作用在齒輪上的力已知小齒輪的分度圓直徑為:d1=40mm則:FF3.初步確定軸的最小直徑:先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表，取A0=112，得：d輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑d12，為了使所選的軸直徑d12與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tca=KAT1，查表，考慮轉(zhuǎn)矩變化很小，故取KA=1.3，則:T按照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，同時考慮電機軸直徑28mm，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T4323-2002或手冊，選用LT4型聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器的孔徑為25mm故取d12=25mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為44mm。4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖圖4-2軸結(jié)構(gòu)圖5.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II軸段右端需制出一軸肩，故取II=III段的直徑d23=30mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=35mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=44mm，為了保證軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故I-II段的長度應(yīng)比聯(lián)軸器轂孔長度L略短一些，現(xiàn)取l12=42mm。2）初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d23=30mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇深溝球軸承6207，其尺寸為d×D×T=35×72×17mm，故d34=d78=35mm，而l34=l78=17mm。軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得6207型軸承的定位軸肩高度h=3.5mm，因此，取d45=d67=42mm。3）由于齒輪的直徑較小，為了保證齒輪輪體的強度，應(yīng)將齒輪和軸做成一體而成為齒輪軸。所以l56=B=45mm，d56=d1=40mm4）根據(jù)軸承端蓋便于裝拆，保證軸承端蓋的外端面與聯(lián)軸器右端面有一定距離，取l23=50mm。5）取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離Δ=16mm，考慮箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s=8mm，則l45=Δ+s=16+8=24mml67=Δ+s=24mm至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。6.軸的受力分析和校核1）作軸的計算簡圖（見圖a）:根據(jù)6207軸承查手冊得T=17mm聯(lián)軸器中點距左支點距離L1=44/2+50+17/2=80.5mm齒寬中點距左支點距離L2=45/2+17+24-17/2=55mm齒寬中點距右支點距離L3=45/2+24+17-17/2=55mm2）計算軸的支反力：水平面支反力（見圖b）：FF垂直面支反力（見圖d）：FF3）計算軸的彎矩，并做彎矩圖：截面C處的水平彎矩：M截面C處的垂直彎矩：MM分別作水平面彎矩圖（圖c）和垂直面彎矩圖（圖e）。截面C處的合成彎矩：MM作合成彎矩圖（圖f）。4）作轉(zhuǎn)矩圖（圖g）。5）按彎扭組合強度條件校核軸的強度：通