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新拌混凝土的性能
作者：H.-J. Wierig
新拌混凝土為水、水泥、集料和外加劑（如果有的話）的混合物。攪拌后，新拌混凝土的操作如輸送、澆注、密實(shí)和終飾也會(huì)顯著影響硬化混凝土的性能。組成材料在施工的不同時(shí)期保持在混凝土中的均勻分布及完全密實(shí)是很重要的。若這些條件不理想，成品硬化混凝土的性能如強(qiáng)度和耐久性就有不利影響。
新拌混凝土影響完全密實(shí)的特性是其稠度、流動(dòng)性和密實(shí)性。在混凝土實(shí)踐中這些一起被稱(chēng)為和易性?；炷辆S持其均勻性的能力由其穩(wěn)定性控制，穩(wěn)定性又取決于稠度和粘聚性。由于對(duì)混凝土拌和物運(yùn)輸、澆注和搗固采用的方法與澆注構(gòu)件的性質(zhì)一樣隨工程不同而異，因此相應(yīng)的和易性和穩(wěn)定性要求也會(huì)改變。對(duì)特定工作新拌混凝土的適應(yīng)性的評(píng)定在某種程度上總存在人為判斷的問(wèn)題。
盡管很重要，但塑性混凝土的行為通常被忽視。建議學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)鑒定塑性狀態(tài)混凝土的不同特性的重要性，了解在包括澆注混凝土結(jié)構(gòu)的施工操作時(shí)如何去改變它們。
和易性
混凝土的和易性從未被準(zhǔn)確定義。實(shí)踐時(shí)一般認(rèn)為是指混凝土拌和物從攪拌機(jī)施工到其最終密實(shí)形狀的容易程度。和易性的三個(gè)主要特性是稠度、流動(dòng)性和密實(shí)性。稠度指濕潤(rùn)度或流度的度量。流動(dòng)性指拌和物流進(jìn)并完全充滿模板或模具的容易程度。密實(shí)性指給定拌和物完全密實(shí)，排除所有截留空氣的容易程度。本章要求的拌和物和易性不僅取決于組成材料的特性和相應(yīng)比例，而且取決于（1）運(yùn)輸和密實(shí)采用的方法，（2）模板或模具的尺寸、形狀和表面粗糙度，（3）鋼筋的數(shù)量和間距（布筋）。
另一個(gè)普遍接受和易性的定義指產(chǎn)生完全密實(shí)所必須的有用內(nèi)功的數(shù)量。應(yīng)認(rèn)識(shí)到必需功又取決于被澆注構(gòu)件的性質(zhì)。內(nèi)功的確定存在許多困難，為此已發(fā)展了幾種方法，但沒(méi)有一種能給出和易性的絕對(duì)確定。
通常用于確定和易性的實(shí)驗(yàn)不能確定和易性的單一特性（稠度、流動(dòng)性和密實(shí)性）。然而它們的確給出了拌和物和易性的一個(gè)有用、實(shí)際的指導(dǎo)。和易性影響混凝土的質(zhì)量，并直接影響成本，如和易性不好的混凝土拌和物完全密實(shí)要求更多時(shí)間和勞力。最重要的是在對(duì)適宜的混凝土配比下任何結(jié)論之前要求對(duì)給定現(xiàn)場(chǎng)條件的和易性作出現(xiàn)實(shí)評(píng)定。
和易性的確定
三個(gè)廣泛應(yīng)用確定和易性的實(shí)驗(yàn)是坍落度、密實(shí)系數(shù)和V-B稠度計(jì)實(shí)驗(yàn)（圖13.1），是英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)描述在英標(biāo)1881第2部分。在實(shí)施法規(guī)110第1部分也推薦使用。重要的是注意到不同混凝土的坍落度、密實(shí)系數(shù)和V-B值間沒(méi)有單一關(guān)系。下列章節(jié)討論了這些實(shí)驗(yàn)的突出特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)和局限性。
坍落度實(shí)驗(yàn)
此實(shí)驗(yàn)由美國(guó)Chapman于1913年發(fā)展的。標(biāo)準(zhǔn)條件（英標(biāo)1881第2部分）下準(zhǔn)備的300mm高混凝土圓錐下沉，錐體下沉或高度的降低被確定為和易性的度量。儀器便宜、輕便、結(jié)實(shí)，是所有確定和易性方法中最簡(jiǎn)單的。盡管存在一些局限性，坍落度實(shí)驗(yàn)的普及是不足為奇的。
實(shí)驗(yàn)主要確定塑性混凝土的稠度，盡管很難看出坍落度與和易性有象先前定義的任何顯著聯(lián)系，但它適用于檢測(cè)和易性的改變。如，用水量增加或細(xì)集料比例不足會(huì)引起坍落度增加。實(shí)驗(yàn)適用于質(zhì)量控制目的，但應(yīng)記住一般認(rèn)為不適用于配比設(shè)計(jì)，因密實(shí)需不同工作量的混凝土可能有相似的坍落度數(shù)值。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)不同拌和物和易性改變的靈敏性和可靠性主要取決于其對(duì)稠度的靈敏性。實(shí)驗(yàn)不適用于很干或濕的拌和物。坍落度為0或接近0的很干拌和物，和易性的一般改變不會(huì)引起坍落度有可測(cè)量的變化。對(duì)濕拌和物，混凝土的完全崩坍會(huì)產(chǎn)生不可信的坍落度值。
圖13.1儀器對(duì)工作性測(cè)量 (a) 坍落度, (b) 壓縮因子and (c) V-B .濃度測(cè)試器
通常觀察的三種坍落度為真實(shí)坍落度、剪切坍落度和崩坍坍落度，見(jiàn)插圖13.2。粘性富拌和物可看到真實(shí)坍落度，一般對(duì)和易性改變較敏感。剪切坍落度通常有很濕拌和物相關(guān)，一般表現(xiàn)為差質(zhì)量的混凝土，最常是由組成材料的離析引起。崩坍坍落度在貧拌和物中比富拌和物更常發(fā)生，指缺少粘性，一般與干硬性拌和物（砂漿含量少）相關(guān)。只要出現(xiàn)剪切坍落度就應(yīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，若一再重復(fù)，就應(yīng)記載此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，因?yàn)楂@得相差大的不同坍落度值取決于坍落度是真實(shí)或是剪切形式。
標(biāo)準(zhǔn)坍落度儀器僅適用于集料最大粒徑不超過(guò)37.5mm的混凝土。應(yīng)注意坍落度值隨攪拌后時(shí)間而改變，因?yàn)檎５乃鸵恍┯坞x水的蒸發(fā)，因此在一固定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)是比較理想的。
圖13.2三種坍落度
密實(shí)系數(shù)實(shí)驗(yàn)
由英國(guó)Glanville（1947）等發(fā)展的這個(gè)實(shí)驗(yàn)確定對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)工作量下的密實(shí)程度，因此給出了如前定義的混凝土和易性的直接而合理可信的評(píng)價(jià)。儀器是相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置（圖13.1），描述在英標(biāo)1881第2部分中。實(shí)驗(yàn)要求確定部分和完全密實(shí)混凝土的重量，部分對(duì)完全密實(shí)重量的比值總小于1，即是密實(shí)系數(shù)。對(duì)于普通范圍的混凝土，密實(shí)系數(shù)為0.80~0.92。實(shí)驗(yàn)尤其適用于坍落度實(shí)驗(yàn)不理想的較干拌和物。在普通范圍的和易性之外時(shí)密實(shí)系數(shù)靈敏性減小，通常密實(shí)系數(shù)超過(guò)0.92時(shí)就是不理想的。
也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，嚴(yán)格地說(shuō)，實(shí)驗(yàn)的一些基本假設(shè)是不正確的。用于克服檢測(cè)圓柱體的表面摩擦的工作可能隨拌和物的特性而異。Cusens（1956）指出對(duì)很低和易性的混凝土，當(dāng)密實(shí)系數(shù)保持明顯不變時(shí)獲得完全密實(shí)要求的實(shí)際工作取決于拌和物的富度。因此通常認(rèn)為有相同密實(shí)系數(shù)的混凝土完全密實(shí)要求的工作量相同的觀念不總是正確的。應(yīng)注意的另一點(diǎn)是澆注混凝土到檢測(cè)圓柱體的程序與現(xiàn)場(chǎng)通常采用的方法并不相同。與坍落度實(shí)驗(yàn)一樣，密實(shí)系數(shù)的確定必須在某一特定時(shí)間內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)儀器適用于集料最大粒徑達(dá)37.5mm的混凝土。
V-B稠度計(jì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)由瑞典Bhrner（1940）發(fā)展（看圖13.1）。盡管一般將其作為主要用于研究的實(shí)驗(yàn)，但其潛力現(xiàn)在正在工業(yè)中被更廣泛公認(rèn)，實(shí)驗(yàn)逐漸被接受。實(shí)驗(yàn)中（英標(biāo)1881第2部分）記錄了通過(guò)振動(dòng)把一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土圓錐變成密實(shí)的平圓柱體所用的時(shí)間，即V-B時(shí)間，用s做單位，規(guī)定精確到0.5s。與前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)不同，此實(shí)驗(yàn)處理混凝土與實(shí)際密實(shí)混凝土方法類(lèi)似。而且，此實(shí)驗(yàn)對(duì)稠度、流動(dòng)性和密實(shí)性改變敏感，因此認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)和易性評(píng)定之間存在合理的相關(guān)關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)適用于大范圍拌和物，與坍落度和密實(shí)系數(shù)實(shí)驗(yàn)不同，它對(duì)很干和引氣混凝土和易性變化很敏感，對(duì)集料特性如形狀和表面紋理的變化也更敏感。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的復(fù)驗(yàn)性好。如其它實(shí)驗(yàn)一樣，其準(zhǔn)確性趨于隨集料最大粒徑增加而降低，大于19.0mm實(shí)驗(yàn)結(jié)果有點(diǎn)不可信。對(duì)于密實(shí)要求很少振動(dòng)的混凝土V-B時(shí)間僅約3s。這樣的結(jié)果可能可信度比大V-B時(shí)間要低，因?yàn)楣烙?jì)時(shí)間終點(diǎn)（混凝土接觸塑料盤(pán)的整個(gè)下面）比較困難。在和易性范圍的另一面，如很干拌和物，記錄的V-B時(shí)間可能超過(guò)真實(shí)和易性，因?yàn)橄该鞅P(pán)下截留的氣泡要求延長(zhǎng)振動(dòng)。為克服這個(gè)困難，可在儀器上附上一個(gè)記錄相對(duì)于時(shí)間的盤(pán)垂直下沉量的自動(dòng)裝置。這個(gè)記錄裝置也能消除判斷終點(diǎn)的人為誤差。V-B實(shí)驗(yàn)儀器比坍落度和密實(shí)系數(shù)實(shí)驗(yàn)更貴，要求有一電源，操作要更有經(jīng)驗(yàn)，所有這些使其比普通現(xiàn)場(chǎng)使用，更適于預(yù)制混凝土工業(yè)和預(yù)拌混凝土工廠。
影響和易性的因素
已知影響新拌混凝土和易性的各種因素見(jiàn)圖13.3。從下述討論看與組成材料相關(guān)和易性的改變主要受用水量和水泥與集料的比表面積的影響。
水泥和水
圖13.3對(duì)新拌混凝土的影響因素
不同和易性的灰水比（體積計(jì)）和水泥體積分?jǐn)?shù)的典型關(guān)系見(jiàn)圖15.5。對(duì)給定變化的灰水比，若改變用水量其和易性的變化比僅改變水泥用量要大些。一般水泥用量的影響對(duì)較富拌和物更大些。Hughes（1971）指出存在與組成材料的性能無(wú)關(guān)的類(lèi)似線性的關(guān)系。
對(duì)給定拌和物，混凝土和易性由于比表面積增加而隨水泥細(xì)度增加而降低，這種影響在富混合物中更顯著。也應(yīng)注意更細(xì)的水泥會(huì)改善拌和物的粘聚性。除石膏外，水泥的成分對(duì)和易性沒(méi)有顯著影響。不穩(wěn)定的石膏會(huì)產(chǎn)生假凝而削弱和易性，除非對(duì)新拌混凝土延長(zhǎng)攪拌或重新攪拌。適于配制混凝土的水質(zhì)量的變化對(duì)和易性沒(méi)有重大影響。
外加劑
有助于混凝土和易性改善的主要外加劑是減水劑和加氣劑。和易性改善的程度取決于所用外加劑的種類(lèi)和用量及新拌混凝土的常規(guī)特性。
和易性外加劑當(dāng)配比保持恒定時(shí)用于增加和易性，或當(dāng)和易性保持恒定時(shí)減少用水量。前者會(huì)引起混凝土強(qiáng)度的輕微降低。
加氣劑是到目前為止最普遍應(yīng)用的和易性外加劑，因?yàn)樗鼈円哺纳扑苄曰炷恋恼尘坌院统善坊炷恋目箖鲂浴ｊP(guān)于加氣混凝土的兩點(diǎn)實(shí)踐要點(diǎn)是對(duì)于給定加氣量時(shí)圓形集料或小灰水比（體積計(jì)）混凝土的和易性增加趨于更小，并且，一般和易性增加的速度趨于隨含氣量的增加而降低。然而，原則上可假定含氣量每增加1%就會(huì)使密實(shí)系數(shù)增加0.01，使V-B時(shí)間降低10%。
集料
對(duì)于給定水泥、水和集料用量，混凝土和易性主要受集料的總表面積影響。集料表面積受最大粒徑、級(jí)配和形狀影響。比表面積增加，和易性降低，因?yàn)檫@要求有更大比例的水泥漿潤(rùn)濕集料顆粒，因此潤(rùn)滑所用漿體數(shù)量更少。因此，其它條件相同時(shí)當(dāng)集料最大粒徑增加，集料顆粒變圓或綜合級(jí)配更粗時(shí)和易性將增加。然而，和易性這種變化的大小取決于配比，對(duì)很富拌和物（集灰比接近2），集料的影響可忽略不計(jì)。實(shí)際意義指對(duì)給定和易性和灰水比，能用于拌和物的集料數(shù)量的變化取決于集料的形狀、最大粒徑和級(jí)配，見(jiàn)圖13.4和表13.1、表13.2。加氣（4.5%）對(duì)和易性的影響也見(jiàn)圖13.4。
Maximum aggregate size
(mm)
Aggregate-cement ratio (by weight)
Low workability
Medium workability
High workability
Irregular gravel
Crushed rock
Irregular gravel
Crushed rock
Irregular gravel
Crushed rock
9.5
19.0
37.5
5.3
6.2
7.6
4.8
5.5
6.4
4.7
5.4
6.5
4.2
4.7
5.5
4.4
4.9
5.9
3.7
4.4
5.2
TABLE 13.1集料的形狀、最大粒徑和級(jí)配
Type of aggregate
Aggregate-cement ratio
Coarse grading
Fine grading
Rounded gravel
Irregular gravel
Crushed rock
7.3
5.5
4.7
6.3
5.1
4.3
TABLE 13.2集料的形狀、最大粒徑和級(jí)配
圖13.4對(duì)和易性的影響
已發(fā)展了幾種方法評(píng)價(jià)集料形狀，在第12章已討論了。棱角系數(shù)與級(jí)配模量和當(dāng)量平均粒徑一起提供了考慮集料形狀、粒徑和級(jí)配的相應(yīng)影響的方法（看第15章）。因?qū)o定材料和灰水比的完全密實(shí)混凝土的強(qiáng)度并不取決于粗集料對(duì)細(xì)集料的比值，因此對(duì)給定水泥用量采用粗集料用量配制最大和易性能獲得最大經(jīng)濟(jì)效益（Hughes，1960）（看圖13.5）。第15章記述了混凝土配比設(shè)計(jì)中最佳粗集料用量。應(yīng)注意的是集料的體積分?jǐn)?shù)而不是重量是重要的。
圖13.5一個(gè)典型的關(guān)系的工作性和粗集料混凝土
表面紋理對(duì)和易性的影響見(jiàn)圖13.6。能看出具有光滑紋理的集料比粗糙紋理的集料產(chǎn)生的和易性更高。當(dāng)采用干或部分干燥集料時(shí)集料的吸水性也影響和易性。在這種情況下，和易性降低，降低程度取決于集料用量和其吸水能力。
環(huán)境條件
可能導(dǎo)致和易性降低的環(huán)境因素為溫度、濕度和風(fēng)速。對(duì)給定混凝土，和易性變化受水泥水化速度和水的蒸發(fā)速度的支配。因此從攪拌開(kāi)始到密實(shí)的時(shí)間間隔和裸露情況都影響和易性的降低。溫度升高加快了水用于水化的速度，也加快了它蒸發(fā)損失的速度。同樣，風(fēng)速和濕度由于影響蒸發(fā)速度而影響和易性。值得記住的是實(shí)際上這些因素取決于天氣條件，并不受控制。
圖13.6光滑紋理的集料比粗糙紋理的集料產(chǎn)生的和易性更高
時(shí)間
混凝土攪拌到最終密實(shí)經(jīng)歷的時(shí)間取決于常規(guī)施工條件，如攪拌機(jī)和澆注點(diǎn)的距離、現(xiàn)場(chǎng)程序和常規(guī)管理。相應(yīng)和易性的降低是游離水隨時(shí)間蒸發(fā)、集料吸收和水泥初始水化而損失造成的直接結(jié)果。和易性損失的速度受組成材料的某些特性的影響，如水泥的水化和放熱發(fā)展特性、集料的初始含水量和孔隙率，還有環(huán)境條件。
對(duì)于給定混凝土和一組環(huán)境條件，和易性隨時(shí)間損失的速度取決于施工條件?；炷翑嚢韬蟊３朱o止直至澆注的地方，最初一個(gè)小時(shí)內(nèi)和易性損失較明顯，和易性損失速度隨時(shí)間降低見(jiàn)圖13.7曲線A。相反，若持續(xù)攪拌，如預(yù)拌混凝土，和易性損失減小，尤其是最初1h左右（看圖13.7曲線B）。然而，在運(yùn)輸中延長(zhǎng)攪拌可能由于摩擦?xí)黾庸腆w顆粒的細(xì)度，使和易性更加降低。對(duì)運(yùn)輸中持續(xù)攪拌和靜止混凝土，從攪拌開(kāi)始到輸送到現(xiàn)場(chǎng)的允許（英標(biāo)1926）時(shí)間間隔分別為2h和1h。
對(duì)實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)混凝土和易性差，不能有效密實(shí)，從而對(duì)其強(qiáng)度和其它性能產(chǎn)生不利影響時(shí)和易性損失為主要因素。經(jīng)常采用的確?；炷猎跐沧r(shí)有理想和易性的矯正措施是或者增加初始用水量，或者臨在混凝土卸出前增加用水量繼續(xù)攪拌。當(dāng)這些導(dǎo)致用水量比初始確定的大，將會(huì)出現(xiàn)硬化混凝土強(qiáng)度和耐久性的降低，除非相應(yīng)地增加水泥用量。這個(gè)重要事實(shí)在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常被忽略。應(yīng)回想和易性損失隨拌和物、環(huán)境條件、施工條件和交付時(shí)間而變化。英國(guó)實(shí)施法規(guī)110第1部分沒(méi)有限制交付時(shí)間，但混凝土必須能在不再加水條件下被澆注和有效密實(shí)。對(duì)預(yù)拌混凝土使用的細(xì)節(jié)，建議讀者參考Dewar（1973）的工作。
圖13.7混凝土的和易性損失時(shí)間
穩(wěn)定性
除了充分的可操作性，新拌混凝土應(yīng)具有組分使其組成材料攪拌和密實(shí)期間及密實(shí)后到混凝土變硬前的期間能在混凝土中保持均勻分布。由于組成材料顆粒尺寸和比重存在差異，因此存在使它們分離的自然趨勢(shì)。能保持要求的均勻性的混凝土被認(rèn)為是穩(wěn)定的，大多數(shù)粘性拌和物屬于這個(gè)范疇。對(duì)不穩(wěn)定拌和物，組成材料分離的程度取決于運(yùn)輸、澆注和密實(shí)的方法。不穩(wěn)定混凝土的兩種最普遍特征是離析和泌水。
離析
若拌和物中粗顆粒和細(xì)顆粒有分離的顯著趨勢(shì)時(shí)就認(rèn)為發(fā)生了離析。一般拌和物粘性越差，離析發(fā)生的趨勢(shì)越大。離析受包括水泥在內(nèi)的固體顆粒的總表面積和拌和物中砂漿數(shù)量的支配。干硬性、極端濕和干的拌和物與那些缺少砂，尤其是較細(xì)顆粒的拌和物一樣易于離析。應(yīng)盡可能避免有助于離析的條件，如運(yùn)輸中振搗混凝土、澆注時(shí)過(guò)高下落及密實(shí)中過(guò)度振動(dòng)。
表面缺陷、砂質(zhì)條痕、多孔層和蜂窩麻面是離析的直接結(jié)果。這些特征不僅難看，而且會(huì)對(duì)硬化混凝土的強(qiáng)度、耐久性和其它性能產(chǎn)生不利影響。重要的是看清離析的影響可能不會(huì)被控制試件的常規(guī)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)所預(yù)示，因?yàn)樵嚰沧⒑兔軐?shí)條件與實(shí)際結(jié)構(gòu)不同。沒(méi)有特定規(guī)律來(lái)猜疑可能的離析，但在經(jīng)過(guò)一些攪拌和操作混凝土的經(jīng)驗(yàn)后不難看出可能會(huì)發(fā)生離析的拌和物。如用手抓一把混凝土擠壓后松開(kāi)，讓其在手掌中，粘性混凝土仍能保持其形狀。此條件下不能保持形狀的混凝土肯定易于離析，尤其是對(duì)濕拌和物。
泌水
在密實(shí)到水泥漿硬化期間，固體顆粒有一向下運(yùn)動(dòng)的自然趨勢(shì)，這取決于粒徑和比重。若拌和物稠度使其不能容住所有水，一些水就逐漸轉(zhuǎn)移并上浮到表面，一些水可能通過(guò)模板接縫滲漏出去。水從拌和物以這種方式分離即泌水。部分水到達(dá)上表面，而部分水在較大顆粒下和鋼筋條下被截留。混凝土中有效用水量的最終變化引起其性能的相應(yīng)改變。例如，鋼筋和粗集料顆粒正下方的混凝土強(qiáng)度可能比平均強(qiáng)度小些，這些地方抵抗?jié)B水的能力也降低。通常，混凝土從上表面下其強(qiáng)度隨深度增加而增加。到達(dá)上表面的水產(chǎn)生了最嚴(yán)重的實(shí)際問(wèn)題。若這些水不除去，則上表面及其附近的混凝土比其它地方的混凝土更脆弱，更不耐久。這尤其困擾著有大表面積的板材。另一方面，除去表面水將不適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)了現(xiàn)場(chǎng)的終飾施工。
當(dāng)振動(dòng)密實(shí)混凝土?xí)r泌水可能性增加，但采用正確設(shè)計(jì)的拌和物及確?；炷敛贿^(guò)度振動(dòng)可使其最小。富拌和物比貧拌和物趨于少泌水。所用水泥品種也很重要，泌水發(fā)生趨勢(shì)隨水泥細(xì)度或堿和C3A含量增加而降低。加氣為控制泌水提供了另一個(gè)很有效的方法，如在離析和泌水經(jīng)常困擾的濕、貧拌和物中。
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
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本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
年 月 日
湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
混凝土攪拌機(jī)攪拌部分設(shè)計(jì)
THE MIXING PART’S DESIGN OF THE CONCERTE MIXER
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
年級(jí)專(zhuān)業(yè)及班級(jí)： 2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(2)班
指導(dǎo)老師及職稱(chēng)： 講師
學(xué) 院： 工學(xué)院
湖南·長(zhǎng)沙
提交日期：2013 年 5 月
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目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1
1 緒論………………………………………………………………………………… 2
1.1 混凝土攪拌機(jī)械………………………………………………………………… 2
1.2 混凝土攪拌機(jī)的作業(yè)周期……………………………………………………… 4
2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 5
2.1 攪拌筒的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 5
2.1.1 攪拌葉片的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 7
2.2 減速器的設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 11
2.2.1 電動(dòng)機(jī)的選型……………………………………………………………… 11
2.2.2 傳動(dòng)比的分配……………………………………………………………… 12
2.2.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)………………………………………… 12
2.2.4 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 14
2.2.5 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 18
2.2.6 軸的設(shè)計(jì)與校核…………………………………………………………… 19
2.2.7 軸承的選擇因素…………………………………………………………… 23
2.2.8 減速器的潤(rùn)滑和密封……………………………………………………… 25
2.2.9 鍵的類(lèi)型的選擇 ……………………………………………………………27
2.2.10 開(kāi)式齒輪的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 27
3 料斗的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 28
3.1 卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………… 28
3.2 離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………… 33
3.3 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………… 32
結(jié)論………………………………………………………………………………… 33
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 33
致謝………………………………………………………………………………… 34
附錄……………………………………………………………………………………35
混凝土攪拌機(jī)攪拌部分的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）
摘 要：混凝土攪拌機(jī)是施工機(jī)械設(shè)備中的重要設(shè)備，其產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率直接影響著建筑施工質(zhì)量和建筑施工進(jìn)度。為了適應(yīng)不同的攪拌要求，攪拌機(jī)發(fā)展了許多機(jī)型，本設(shè)計(jì)中首先對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行選型，通過(guò)對(duì)比最后選用自落式錐形反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)。選型后，對(duì)攪拌機(jī)的傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，首先通過(guò)對(duì)攪拌筒的設(shè)計(jì)計(jì)算確定攪拌功率，選擇電機(jī)，然后是對(duì)減速器的設(shè)計(jì)，這是這次設(shè)計(jì)的重要的部分，在對(duì)減速器的設(shè)計(jì)中，參考資料，按照攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)步驟，計(jì)算設(shè)計(jì)減速器各組成部件。完成減速器的設(shè)計(jì)后，對(duì)攪拌筒外的開(kāi)式大齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，這是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。因?yàn)檫@個(gè)齒輪傳動(dòng)比較大，需要很好地解決這個(gè)問(wèn)題才能最終完成攪拌機(jī)的傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，然后選用適合的聯(lián)軸器對(duì)傳動(dòng)部分的各個(gè)裝置進(jìn)行連接，完成傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，對(duì)上料部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，最終合成混凝土攪拌機(jī)的整體部分。
關(guān)鍵詞：錐形反轉(zhuǎn)；攪拌筒； 減速器； 聯(lián)軸器；
The Design Of The Mixing Part Of The Concrete Mixer
Student：Zeng Yunyi
Tutor：Wu Bin
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract：Concrete mixer is the key device of construction machinery and equipment. It has product quality and production efficiency. In order to meet the need of different mixing, many models of the mixer have been developed. In this design, choose the type of the concrete mixer at first. Through comparing, the type mixer which produces the material reversely is chosen for use. After selection, transmission part of the mixer is designed and calculated, the calculation to determine the stirring power, the design for the mixing drum choice through motor, then to the design of speed reducer, which is an important part of the design, in the design of reducer, reference, according to the design steps as mixer, design and calculation reducer components. Complete the design of reducer, open gear on a stirring barrel to design, this design is very difficult. Because the gear drive is relatively large, need a good solution to this problem is to complete the transmission part design. Finally, then choose each device suitable for coupling to the transmission part are connected, complete the transmission part design, simple design of the feeding part, and ultimately the whole portion of the synthesis of the concrete mixer.
Key word: Taper reverse；mixing tube； reduction gear；Shaft coupling；
1 緒論
1.1 混凝土攪拌機(jī)械
近年來(lái)隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)建設(shè)，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了混凝土生產(chǎn)產(chǎn)量的迅猛提高?；炷潦┕C(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r影響建筑工程施工機(jī)械化程度的重要因素之一。以為建筑技術(shù)與建筑工程的現(xiàn)代化式建筑的基礎(chǔ)、梁、柱、板等主要構(gòu)件幾乎都是混凝土澆筑而成的。如果工程中所用的大量混凝土，其生產(chǎn)過(guò)程的各道工序（級(jí)貯料、裝料、配料、攪拌、運(yùn)輸、澆筑和振搗）都采用人工操作，則不僅需要大量的勞動(dòng)力，而且勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低、混凝土的質(zhì)量差。為此，必須十分重視混凝土?xí)r重機(jī)械的發(fā)展和應(yīng)用，并作為提高建筑施工機(jī)械化程度的主要技術(shù)措施之一。當(dāng)前，我國(guó)建筑工程中混凝土的加工雖已基本機(jī)械化，但分散件很強(qiáng)，尚不能走向較高程度的工業(yè)化，商品混凝土應(yīng)用的成都還很小。今后一段時(shí)間內(nèi)，要把注意力放在混凝土施工地機(jī)械化體系的配套上，使之更加完善[1]。
混凝土攪拌機(jī)是將一定配合比的水泥（膠結(jié)材料）、煞、石（骨料）和水（有時(shí)還加入一些混合材料）拌和成勻質(zhì)混凝土的機(jī)械。同人工拌和混凝土相比，混凝土攪拌機(jī)具有生產(chǎn)效率高，拌和質(zhì)量好，減輕公認(rèn)勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，如今它是建筑是工場(chǎng)，混凝土構(gòu)件廠及商品混凝土供應(yīng)站生產(chǎn)混凝土的重要機(jī)械設(shè)備之一。
按混凝土攪拌機(jī)拌混凝土的原理分有自落式和強(qiáng)制式兩種。
自落式混凝土攪拌機(jī)工作機(jī)構(gòu)是筒體，沿筒內(nèi)壁圓周安裝若干攪拌片。工作室，將物料投入攪拌筒內(nèi)，筒體繞其自身軸旋轉(zhuǎn)，靠攪拌筒的旋轉(zhuǎn)，由筒內(nèi)的攪拌葉片將物料退到一定的高度后，物料靠自重墜落下來(lái)，反復(fù)對(duì)物料進(jìn)行攪拌加工成勻質(zhì)混凝土。這種攪拌機(jī)特點(diǎn)是攪拌強(qiáng)度不大，效率低，只適合加工普通塑性混凝土，對(duì)骨料的粒徑要求不嚴(yán)格，廣泛地應(yīng)用于各種中小型建筑工地。是現(xiàn)在建筑行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種混凝土攪拌機(jī)。
強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)的攪拌機(jī)構(gòu)是水平式設(shè)置在筒內(nèi)的攪拌軸，軸上安裝攪拌葉片，工作時(shí)，強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)的攪拌筒固定不動(dòng)，是由筒內(nèi)轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)物料進(jìn)行強(qiáng)制式的剪切，擠壓、反轉(zhuǎn)的強(qiáng)制攪拌作用，使拌合料在劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中達(dá)到均勻拌和。這種攪拌機(jī)攪拌質(zhì)量好，效率高，適合加工普遍塑性和半硬性的混凝土。由于受構(gòu)造上的限制，對(duì)粗骨粒徑的要求較為嚴(yán)格，施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土攪拌站和混凝土預(yù)拌工廠的攪拌樓中使用的攪拌機(jī)均系此種類(lèi)型[2]。
混凝土攪拌機(jī)，按其外形又可分為鼓形、錐形和盤(pán)形三種；按所用動(dòng)力裝置不同又分為電動(dòng)式和內(nèi)燃式兩種；有攪拌質(zhì)量的不同，有漿攪拌機(jī)分為多種容量型號(hào)，目前世界上的混凝土攪拌機(jī)已有兩百種以上。我國(guó)混凝土攪拌機(jī)的容量、規(guī)格的發(fā)展也很迅速，容量?jī)H在3000L一下的就有11中之多，它們是：50、100、150、200、250、350、500、750、1000、1500、3000L。這些攪拌機(jī)都同屬周期作業(yè)式，隨著混凝土施工工藝的發(fā)展和對(duì)攪拌機(jī)要求的提高，必將很快推出各種新型的混凝土攪拌機(jī)械[3]。
根據(jù)攪拌機(jī)攪拌筒容量參數(shù)的不同，又常把混凝土攪拌機(jī)劃分為大型（出料容量為1~3）、中型（出料容量為0.35~0.75）和小型（出料容量為0.25~0.5）三種
我國(guó)混凝土攪拌機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)定型，并自成系列，其代號(hào)和主要技術(shù)參數(shù)的意義：J——攪拌機(jī)；
G——鼓形自治式混凝土攪拌機(jī)；
Z——錐形反轉(zhuǎn)出料式混凝土攪拌機(jī)；
F——錐形頓翻出料式混凝土攪拌機(jī)；
D——但我軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)；
JG250型混凝土攪拌機(jī)——表示鼓形自落式混凝土攪拌機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，出料容量并
經(jīng)搗實(shí)后的混凝土體積為250L。
混凝土攪拌機(jī)的主要組成部分有：
攪拌機(jī)構(gòu)，他是混凝土攪拌機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，由攪拌筒、攪拌葉片等組成。
傳動(dòng)裝置，它是向攪拌機(jī)個(gè)工作機(jī)構(gòu)傳遞力和速度的系統(tǒng)。一般由帶條、摩擦輪、齒輪、鏈輪和軸等傳動(dòng)與案件組成的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和由液壓元件組成的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)兩大類(lèi)。
上料機(jī)構(gòu)，它是向攪拌筒內(nèi)裝入混凝土物料的設(shè)施，一般又卷?yè)P(yáng)提升料斗、固定式料斗和翻轉(zhuǎn)式料斗三種形式。
配水系統(tǒng)，它的作用是按照混凝土的配合比要求定量供給攪拌用水。攪拌機(jī)配水系統(tǒng)的型式主要有：水泵—配水箱系統(tǒng)、水泵—水表系統(tǒng)和水泵—時(shí)間繼電器系統(tǒng)三種。
卸料機(jī)構(gòu)，它是將將辦好的勻質(zhì)熟料混凝土從攪拌筒中卸出的裝置。主要有溜槽式、螺旋葉片式和傾翻式三種形式[4]。
我選用的是JZ350型混凝土攪拌機(jī)，即自落式錐形反轉(zhuǎn)混凝土攪拌機(jī)，它主要由攪拌機(jī)構(gòu)（由攪拌筒，攪拌葉片等組成），配水系統(tǒng)（由水泵—配水箱系統(tǒng)），卸料機(jī)構(gòu)（由攪拌筒組成）。
在此附上自落式錐形反轉(zhuǎn)混凝土攪拌機(jī)簡(jiǎn)示意圖，見(jiàn)圖1；
1、罩殼 2、上料斗 3、進(jìn)料機(jī)斗 4、拖輪 5、攪拌筒 6、行走輪 7、前支輪 8供水系統(tǒng)
9、上料機(jī)架 10、上料機(jī)構(gòu) 11、電氣控制器 12、減速系統(tǒng) 13、底盤(pán)總成
圖1 JZ型混凝土攪拌機(jī)示意簡(jiǎn)圖
Fig.1 Sketch of the JZ type concrete mixer
1.2 混凝土攪拌機(jī)的作業(yè)周期
攪拌筒的基本形狀，即有鼓形、雙錐形、盤(pán)形和圓槽形等。其中，鼓形、雙錐形攪拌機(jī)工作原理為自落式，即作業(yè)時(shí)，攪拌筒旋轉(zhuǎn)，物料靠自重墜落達(dá)到攪拌要求；盤(pán)形和圓槽形攪拌機(jī)為強(qiáng)制式，作業(yè)時(shí)攪拌筒固定不動(dòng)，靠轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)筒內(nèi)的攪拌葉片對(duì)混凝土物料進(jìn)行強(qiáng)制擠壓，翻轉(zhuǎn)和拋擲而達(dá)到拌合均勻的目的。
從攪拌原理上看，錐形反轉(zhuǎn)出料式混凝土攪拌機(jī)是一種自落式混凝土攪拌機(jī)。攪拌筒正向回轉(zhuǎn)進(jìn)行攪拌，反響回轉(zhuǎn)進(jìn)行出料，它是作為取代孤星自落式混凝土攪拌機(jī)的一種機(jī)型，可以用來(lái)拌合普通塑性和低流動(dòng)性的混凝土。攪拌時(shí)，雙錐形攪拌筒旋轉(zhuǎn)。葉片使物料作提升、下落運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還強(qiáng)迫物料作軸向竄動(dòng)。所以，此種攪拌機(jī)同鼓形自落式攪拌機(jī)相比，其攪拌運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈，生產(chǎn)效率高，拌合出來(lái)的混凝土質(zhì)量好。機(jī)械構(gòu)造也比較簡(jiǎn)單、操作方便，因而得到廣泛的使用。
錐形反轉(zhuǎn)出料式混凝土攪拌機(jī)主要有以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的JZ系列型號(hào)和JZY系列型號(hào)。JZY型出進(jìn)料機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)外，其余構(gòu)造及技術(shù)性能均與JZ型相同。目前，該系列產(chǎn)品的出料容量有150L,200L,350L,500L,和750L等。所示為JZ350型混凝土攪拌機(jī)的外形，其出料混凝土體積為350L。它主要由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、進(jìn)料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、底盤(pán)和電氣系統(tǒng)等組成。
在攪拌桶的進(jìn)料口一端，焊有兩塊擋料葉片，可防止攪拌時(shí)進(jìn)料口處漏漿；攪拌筒的出料口一端，焊接著一對(duì)出料葉片，出料葉片分為兩段，以螺釘固定，攪拌過(guò)程中如遇突然停電或發(fā)生故障時(shí)，可以卸下靠外邊的一段葉片，把筒內(nèi)的物料扒出來(lái)。當(dāng)混合料拌和好混凝土后，可以通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)改變攪拌筒的旋轉(zhuǎn)方向，筒內(nèi)的混凝土使可精出料葉片迅速卸出筒外。
拖輪是支撐攪拌桶并拖帶攪拌桶進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。
攪拌筒放在四個(gè)橡膠拖輪上，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，經(jīng)齒輪減速箱傳給拖輪主軸，利用軸上的一對(duì)橡膠拖輪與攪拌筒滾道之間的摩擦力，帶動(dòng)攪拌筒旋轉(zhuǎn)。
上料機(jī)構(gòu)：JZ350型混凝土攪拌機(jī)的上料機(jī)構(gòu)由上料架、中間料斗、上料斗和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。
上料時(shí)，料斗由鋼絲繩牽引沿料架的軌道向上爬行，當(dāng)行至一定高度后，其長(zhǎng)軸滾輪進(jìn)入一料架岔道，了都隨之傾倒，斗門(mén)面動(dòng)開(kāi)啟，斗內(nèi)物料經(jīng)中間料斗卸入攪拌筒內(nèi)。
2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
2.1 攪拌筒的設(shè)計(jì)
錐形反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)的攪拌筒呈雙錐形，筒內(nèi)中部焊有分別與拌筒軸線成一定夾角交叉布置的高葉片和低葉片各一對(duì)。由于高低葉片與攪拌筒軸線按一定角度交叉布置，所以當(dāng)拌和料由進(jìn)料錐端進(jìn)入，拌筒正轉(zhuǎn)時(shí)，葉片不僅使拌和料作提升、下落的運(yùn)動(dòng)，還能強(qiáng)迫物料作軸向竄動(dòng)，故能強(qiáng)化攪拌作用。當(dāng)攪拌筒反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片將拌和料推向出料錐端由兩條空間交叉成180°的螺旋形出料葉片將拌和料卸出筒外。
雙錐反轉(zhuǎn)出料混凝土攪拌機(jī)在工作時(shí)，其攪拌功率主要用于克服混凝土物料在拌合時(shí)所產(chǎn)生的偏心距及拖輪滾動(dòng)的抹茶阻力矩。攪拌時(shí)，大部分物料傾向攪拌筒一側(cè)，呈斜面，但有少部分物料由于拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性作用而處于自由落體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為了討論方便，現(xiàn)假定最?lèi)毫拥墓ぷ鳡顩r，即全部物料傾向拌筒的一側(cè)，呈斜面，求此種情況下的攪拌功率?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)要求計(jì)算出攪拌筒的幾何尺寸，攪拌筒外形如圖2所示：
由《混凝土機(jī)械》查攪拌幾何容積和出料容量
/=2~4 （1）
出料容積和進(jìn)料容積有為出料系數(shù)，對(duì)混凝土一般取0.6~0.7
=/ （2）
=（0.6~0.7）
1、出料葉片 2、出料錐 3、低葉片 4、高葉片 5、高式齒輪 6、進(jìn)料錐
圖2 攪拌筒外形示意圖
Fig.2 schematic appearance about the mixing tube
由于出料 =350L
所以 =350/（0.6~0.7）=583~500L
暫時(shí)選取 =560L
/=2~4 （3）
=1040~2080L
暫時(shí)選取1500L
= ++ （4）
（5）
（6）
由混凝土機(jī)械查得進(jìn)料錐角47°~50°出料錐角30°~33°，所以選擇α=33°β=50°
又有 （7）
（8）
（9）
（10）
另參考設(shè)
其中ρ為拌和料容重
（11）
為攪拌時(shí)拌和料的自然坡度，
=40°~45°
綜上可得：
可整合為：
轉(zhuǎn)速
式中：f——混凝土與葉片的摩擦系數(shù)； f=0.33
R——攪拌筒內(nèi)半徑
α——拌和物開(kāi)始下滑的角度 α=45°
2.1.1 攪拌筒葉片的設(shè)計(jì)
連續(xù)式攪拌機(jī)的合理結(jié)構(gòu)，技術(shù)參數(shù)的確定是一項(xiàng)迫切而急需的任務(wù)。在過(guò)去，曾研究過(guò)的攪拌葉片在軸上布置對(duì)混合物均質(zhì)性的影響。對(duì)攪拌機(jī)筒體中充填性能及對(duì)機(jī)器生產(chǎn)率和攪拌過(guò)程耗電量的影響，在葉片合理布置下，攪拌筒轉(zhuǎn)速對(duì)混合物均質(zhì)性的影響。在本設(shè)計(jì)中，低葉片的安裝角度為30°，高葉片的安裝角度為45°[5] 。
（1）出料葉片的設(shè)計(jì)
出料葉片的形狀和尺寸直接關(guān)系到出料速度的快慢，直接影響生產(chǎn)效率和能耗指標(biāo)。我采用的出料葉片的設(shè)計(jì)從筒體向外為先直線后曲線，分界點(diǎn)為兩葉片交叉處，這樣大大減少了物料在出料葉片上的運(yùn)動(dòng)距離。當(dāng)然出料錐的長(zhǎng)度也影響物料排出時(shí)間。由前面的設(shè)計(jì)得知出料錐的長(zhǎng)度為500mm，出料葉片與攪拌筒焊接的最內(nèi)端與出料錐的最內(nèi)端的距離為100mm。曲線的半徑為400mm。
每次可裝入干料的體積稱(chēng)為進(jìn)料容量。攪拌筒內(nèi)部體積稱(chēng)為攪拌機(jī)的幾何容量。為使攪拌筒內(nèi)裝料后仍有足夠的攪拌空間，一般進(jìn)料容量與幾何容量的比值為 0.22~0.50，稱(chēng)為攪拌筒的利用系數(shù)。本設(shè)計(jì)中選擇攪拌筒的利用系數(shù)為0.35.前面對(duì)攪拌筒的設(shè)計(jì)中攪拌筒的容積為1500L，計(jì)算得攪拌筒內(nèi)混凝土的最大容量為
和料容重取
所以混凝土的總質(zhì)量為：
現(xiàn)假定最?lèi)毫拥墓ぷ鳡顩r，即全部物料傾向拌筒的一側(cè)，即所有的混凝土全部集中在一片出料葉片上，此時(shí)，出料葉片承受的重力為5600N由于一片葉片距離攪拌筒壁的最遠(yuǎn)距離為筒壁最大內(nèi)徑的1/2，即520mm。假設(shè)所有的物料全部集中在出料葉片離攪拌筒壁最遠(yuǎn)的一側(cè)，則葉片需要承受的力矩為
選擇葉片的材料為45鋼，該材料的屈服極限為290MPa，經(jīng)過(guò)計(jì)算得葉片厚度為
B=25.06mm
經(jīng)過(guò)圓整得葉片的厚度為30mm。
（2）高、低葉片的設(shè)計(jì)
出料葉片與低葉片之間的尺寸關(guān)系直接影響出料干凈與否。出料葉片與低葉片在筒體上的展開(kāi)視圖如下圖3
1、低葉片焊接位置線 2、出料葉片焊接位置線 3、筒體
圖3 低葉片、出料葉片在筒體上展開(kāi)關(guān)系圖
Fig.3 Unfolding diagram on the cylinder body about low leaf, discharging leaf
a，b，c之間的關(guān)系如下：
ε大 出料速度一般
b＞a
C小
C大
ε小 出料速度較慢
ε大 出料速度較快
ε小 出料速度較快
根據(jù)以上原則，本攪拌機(jī)設(shè)計(jì)的a=70mm， b=100mm， c=220mm
其中ε為低葉片與出料葉片的重疊系數(shù)。
同上面對(duì)出料葉片的計(jì)算原理得攪拌的低葉片的厚度為20mm。高、低葉片選用的材料為高強(qiáng)度耐磨鑄鐵。筒內(nèi)壁的低葉片的數(shù)量為2片，高葉片的數(shù)量也為2片低葉片的安放角度為28°~32°。本設(shè)計(jì)中低葉片的安放角度選為30°，高葉片的安放角為45°
低葉片的面積對(duì)物料的循環(huán)運(yùn)動(dòng)和無(wú)聊之間的想互作用有著重要的影響。葉片面積過(guò)小，減弱了無(wú)聊的循環(huán)作用，使物料達(dá)到宏觀均勻攪拌時(shí)間增長(zhǎng)；若葉片面積過(guò)大，不蛋增大了攪拌功率，還需要減小葉片個(gè)數(shù)，否則，葉片的攪拌筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)互相干涉，因此，應(yīng)根據(jù)攪拌筒尺寸和工作裝置和各參數(shù)，主要是攪拌葉片的個(gè)數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的葉片面積。
由于與葉片面積相關(guān)的因素較多，故主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析各種因素的影響。
①在相同的長(zhǎng)寬比、相同的葉片面積時(shí)，不同的葉片個(gè)數(shù)對(duì)攪拌效果的影響。
②在相同的長(zhǎng)寬比、相同的葉片個(gè)數(shù)時(shí)，不同的葉片面積對(duì)攪拌筒效果的影響。③在相同的葉片面積、相同的葉片個(gè)數(shù)時(shí)、不同的攪拌筒長(zhǎng)寬比下攪拌效果的比較。
在攪拌參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，選取4中葉片面積而每種面積又有三種選擇；根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，共有12組實(shí)驗(yàn)。
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：合理的葉片面積和葉片個(gè)數(shù)的分配對(duì)攪拌質(zhì)量的影響較大，葉片面積增大對(duì)攪拌功率的影響很大，但對(duì)混凝土強(qiáng)度并不一定提高；當(dāng)葉片面積過(guò)大、葉片個(gè)數(shù)過(guò)少時(shí)混凝土勻質(zhì)性很差；同時(shí)，增大葉片面積，減少葉片個(gè)數(shù)會(huì)增大混凝土含氣量。對(duì)混凝土的攪拌質(zhì)量影響而言，葉片個(gè)數(shù)的變化比葉片面積的變化影響大。當(dāng)葉片個(gè)數(shù)過(guò)多或葉片面積過(guò)大時(shí)，會(huì)使相鄰葉片之間的空間距離減小，反而使物料流動(dòng)不暢，攪拌質(zhì)量下降。
在本項(xiàng)試驗(yàn)中混合料的最大粒徑為60mm。
綜上所述，攪拌葉片個(gè)數(shù)和面積與攪拌機(jī)其他結(jié)構(gòu)參數(shù)也相關(guān)，設(shè)計(jì)需要綜合分析和考慮。為了評(píng)判設(shè)計(jì)的合理性，并為參數(shù)選擇時(shí)提供參考，本文提出了一個(gè)綜合評(píng)判指標(biāo)ψ，表示攪拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，葉片推動(dòng)的物料量C與攪拌機(jī)的出料容積V之間的比值，即： ψ=C/V
由以上敘述，結(jié)合攪拌機(jī)的功率得前面的選擇基本合適，2個(gè)高葉片，2個(gè)低葉片，2個(gè)出料葉片。低葉片的面積為0.18m2，高葉片的面積為0.1 m2。由于高葉片與低葉片的外形大致是確定的。根據(jù)對(duì)葉片的計(jì)算得出低葉片的尺寸大致如下圖所示：
圖4 低葉片
Fig.4 Low leaf
根據(jù)攪拌筒內(nèi)徑的大小和攪拌筒的長(zhǎng)度，初選a=650mm，d=260mm。由于該葉片的面積為0.2m2， 設(shè)β=45°，c=90mm，e=480mm，g=130mm
圖5 低葉片面積分區(qū)圖
Fig.5 Area map of the low leaf
則1處的面積為： 170*170/2=14450mm2；
2處的面積為 （170+480）*260-14450=154550 mm2
所以可得3與4處的總面積為： 180000-154550=25450 mm2
設(shè)3與4的公共線長(zhǎng)度為x
可列方程： （50+x）*130/2 +130*x/2=25450
解方程得： x=170.8mm
用面積計(jì)算的方法得其余尺寸為：
b=820.8mm f=50mm
同上理對(duì)高葉片的尺寸進(jìn)行計(jì)算得：
圖6 高葉片
Fig.6 High leaf
a=390mm b=456mm c=50mm d=140mm e=267mm f=70mm
2.2 減速器的設(shè)計(jì)
2.2.1 電動(dòng)機(jī)的選型
電動(dòng)機(jī)是常用的原動(dòng)機(jī)，并且是系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，機(jī)械設(shè)計(jì)中需要根據(jù)工作機(jī)的工作情況和運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力參數(shù)，合理選擇電動(dòng)及類(lèi)型，結(jié)構(gòu)形式，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。
電動(dòng)機(jī)有交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)之分，工業(yè)上采用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)，異步電動(dòng)機(jī)又分為籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛，如無(wú)特殊需要，一般優(yōu)先選用Y型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，因其具有高效，節(jié)能，噪音小，振動(dòng)小，安全可靠的特點(diǎn)，且安裝尺寸和功率等級(jí)負(fù)荷國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適用于無(wú)特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備。
電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適將直接影響到電動(dòng)機(jī)的工作性能和經(jīng)濟(jì)性能。如果選用額定功率小雨工作機(jī)所需的功率，就不能保證工作機(jī)正常工作，甚至是電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載過(guò)早損害，如果選用額定功率大于工作機(jī)所需的功率，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，功率未得到充分的利用。從而增加電能的消耗，造成浪費(fèi)。
綜合考慮各個(gè)條件，暫選電機(jī)為Y132S—4型電機(jī)。查表知該電機(jī)額定功率為5.5KW。滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min。效率為90%，額定轉(zhuǎn)矩為2.2KW，最大轉(zhuǎn)矩為2.3KW，軸徑為38mm。
電動(dòng)機(jī)尺寸如下：
表1 電動(dòng)機(jī)的主要外形參數(shù)
Table 1 The main configuration parameters of motor
中心高H
外形尺寸L
安裝角B
軸伸尺寸
132
515
178
38×80
2.2.2 傳動(dòng)比的分配
由于混凝土攪拌機(jī)在攪拌時(shí)，為了使混凝土攪拌得比較均勻，攪拌軸的轉(zhuǎn)速不宜過(guò)快。但是考慮到該機(jī)器的生產(chǎn)能力，攪拌軸的轉(zhuǎn)速又不可太慢。綜合考慮一下，參考其它機(jī)器的轉(zhuǎn)速，該攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速在17r/min左右。又電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速已經(jīng)初步得出為1440r/min。由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和工作機(jī)的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，可得到傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為：
（12）
式中——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
n——拌筒的轉(zhuǎn)速
又因?yàn)榭倐鲃?dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比、、、……的乘積，即
為了使減速器裝置不至于過(guò)大初步取，則
按展開(kāi)式布置，考慮潤(rùn)滑條件，為使兩級(jí)大齒輪接近，查得，則
（13）
2.2.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
為了進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出個(gè)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（或功率）。如將傳動(dòng)裝置各軸由高速至低速一次定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸、滾筒。
、… 相鄰兩軸間傳動(dòng)比
、… 相鄰兩軸間傳動(dòng)功率
、… 軸的輸入功率（KW）
、… 各軸之間的輸入轉(zhuǎn)矩（N·m）
、… 各軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
則可按電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)運(yùn)動(dòng)傳遞路線推算，得到各軸的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)。各軸的輸入功率、Ⅰ軸~Ⅳ軸的輸出功率：
Ⅰ軸 （14）
Ⅱ軸 （15）
Ⅲ軸 （16）
Ⅳ軸 （17）
滾筒 （18）
式中——電動(dòng)機(jī)的輸出功率（KW）
——聯(lián)軸器的傳動(dòng)功率 =0.99
——軸承的傳動(dòng)效率 =0.98
——齒輪的傳動(dòng)效率 =0.97
同一根軸的輸出功率與輸入功率的數(shù)值不同，需要精確計(jì)算時(shí)取不同的數(shù)值。各軸的輸入轉(zhuǎn)矩[6]。
電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：
（19）
Ⅰ軸~Ⅳ軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
（20）
（21）
（22）
（23）
（24）
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于表2：
表2 各軸計(jì)算結(jié)果
Table 2 The calculation results
軸名
功率P(KW)
轉(zhuǎn)矩T(N·m)
轉(zhuǎn)速N（r/min）
傳動(dòng)比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
電動(dòng)機(jī)軸
5.5
36.48
1440
1
0.97
Ⅰ軸
5.445
5.336
36.12
35.40
1440
3.8
0.95
Ⅱ軸
5.175
5.072
126.56
101.25
378.95
3.18
0.93
Ⅲ軸
4.922
4.725
374.93
363.68
119.17
1
0.95
Ⅳ軸
4.679
4.492
356.41
345.72
119.17
7
0.93
滾筒
4.44
2371.62
17
2.2.4 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
材料的選擇：
該傳動(dòng)尺寸和批量都比較小，小齒輪設(shè)計(jì)成齒輪軸，選擇40Cr，調(diào)制處理，硬度為241HB—286HB，大齒輪為45鋼，調(diào)制處理，硬度240HB，暫取傳動(dòng)比為i=3.8[7]
初步計(jì)算小齒輪所承受的轉(zhuǎn)矩
（25）
齒寬系數(shù)由機(jī)械手冊(cè)查表得
取=1 （26）
接觸疲勞極限由機(jī)械手冊(cè)查表得
（27）
（28）
初步計(jì)算的需用接觸應(yīng)力
（29）
（30）
的值由機(jī)械手冊(cè)查表得=85
初步計(jì)算小齒輪分度圓直徑
取 （31）
初步取齒寬b
（32）
校核計(jì)算
圓周速度： （33）
精度等級(jí)選8級(jí)
計(jì)算齒數(shù)、和模數(shù)
初選=25，則
（34）
取=96
模數(shù)m
（35）
可由機(jī)械手冊(cè)查表得為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m m=2
使用系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10—2 [8]得 =1.5
動(dòng)載系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10—8得 =1.2
齒間載荷分配系數(shù)、：查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10—3得 ==1.4
齒向載荷分配系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10—4插值得 =1.453
載荷系數(shù)K：
K==1.5×1.2×1.4×1.453≈3.66 （36）
彈性系數(shù): =189.8 （37）
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.5 （38）
接觸最小安全系數(shù)： =1.05 （39）
總工作時(shí)間： （40）
應(yīng)力循環(huán)系數(shù):
（41）
（42）
接觸壽命系數(shù)： 查表
=1.21， =1.28 （43）
許用接觸應(yīng)力：
（44）
（45）
驗(yàn)算：
（46）
計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整。否則，尺寸調(diào)整后還需在進(jìn)行驗(yàn)算。
確定齒輪主要尺寸
由于采用正常標(biāo)準(zhǔn)齒輪，所以齒頂高系數(shù)取為1，頂隙系數(shù)取為0.25，分度圓壓力角度數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值α=20°[8]。小齒輪的參數(shù)如下：
分度圓直徑： （47）
（48）
中心距： （49）
齒頂高： （50）
齒根高： （51）
齒全高： （52）
齒頂圓直徑： （53）
（54）
齒根圓直徑： （55）
（56）
基圓直徑： （57）
（58）
齒寬：
齒距： （59）
齒厚： （60）
齒槽寬： （61）
基圓齒距： （62）
法向齒距： （63）
頂隙： （64）
齒跟疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算：
重合度系數(shù) （65）
齒間載荷分配系數(shù)： （66）
齒向載荷分配系數(shù)： （67）
由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10—13查得，
載荷系數(shù)K： K==1.5×1.2×1.27×1.2=2.74 （68）
齒形系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10—5：
應(yīng)力修正系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10—5：
彎曲疲勞極限：
彎曲最小安全系數(shù)：
彎曲系數(shù)壽命：
尺寸系數(shù)：
需用彎曲應(yīng)力：
（69）
（70）
驗(yàn)算：
（71）
（72）
根據(jù)分析，傳動(dòng)在允許的時(shí)間之內(nèi)有效，沒(méi)有發(fā)生過(guò)在，故所選齒輪滿足要求。
2.2.5 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
材料的選擇：
因傳動(dòng)尺寸和批量較小，選擇40Cr，調(diào)制處理，硬度為280HB，大齒輪為45鋼，調(diào)制處理，硬度240HB，暫取傳動(dòng)比為i=3.18
初選=38，則 整合為=121
模數(shù)m：
2.2.6 軸的設(shè)計(jì)與校核
各軸段直徑的確定：根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教材有公式 （73）
式中：P——軸的輸出功率
n——軸的轉(zhuǎn)速
材料：選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表15—3可得：
由此可以確定各軸的基本尺寸，可以由此公式計(jì)算得高、中、低速軸的最小軸徑：
高速軸：
中速軸：
低速軸：
在此對(duì)中間軸進(jìn)行校核
① 對(duì)中間軸的初步設(shè)計(jì)如圖7：
圖7 中速軸
Fig.7 Speed shaft
已知中間軸的輸出功率為5.072Kw，轉(zhuǎn)速為378.95r/min。軸的受力計(jì)算分析如下。
作用力的計(jì)算： （74）
齒輪的圓周力： （75）
齒輪的徑向力： (76)
齒輪的圓周力： （77）
齒輪的徑向力：
圖8 軸的受力分析圖
Fig.8 Stress analysis of the figure axis
水平面支撐反力及彎矩，如圖8所示：
（78）
根據(jù)對(duì)軸的設(shè)計(jì)，可以測(cè)量得
彎矩如圖所示：
垂直支承反力及彎矩：
支承反力：
彎矩計(jì)算：
合成彎矩： （79）
應(yīng)力校正系數(shù)： （80）
當(dāng)量彎矩： （81）
在大齒輪軸頸中間截面處：
在右軸頸中間截面處：
校核軸頸： （82）
經(jīng)校核較合適無(wú)需調(diào)整。
其他軸按同樣的方法校核。
② 對(duì)高速軸進(jìn)行設(shè)計(jì)
⑴材料：選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理；
⑵各軸段直徑的確定；
根據(jù)結(jié)構(gòu)及使用要求把該軸設(shè)計(jì)成階梯軸且為齒輪軸，共分為六段，如圖9所示：
圖9 高速軸
Fig.9 High speed shaft?
1段為軸承的配合段，取,；2段為齒輪段，該段齒輪的分度圓直徑由前面對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)可得，；3段為軸的過(guò)渡段取得，；4段為軸承的配合段，取，；5段為聯(lián)軸器的軸肩固定端也是軸與減速箱端蓋的配合段，取，；6段為與聯(lián)軸器的配合段，根據(jù)聯(lián)軸器的類(lèi)型取得，。
③ 對(duì)低速軸進(jìn)行設(shè)計(jì)
⑴材料：選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理；
⑵各軸段直徑的確定；
根據(jù)結(jié)構(gòu)及使用要求把該軸設(shè)計(jì)成階梯軸且為齒輪軸，共分為八段，如圖10所示：
圖10 低速軸
Fig.10 Low speed shaft?
1段為與聯(lián)軸器的配合段，根據(jù)聯(lián)軸器的類(lèi)型取得，。2段為聯(lián)軸器的軸肩固定端也是軸與減速箱端蓋的配合段，取，；3段為軸承的配合段，取，；4段為軸的過(guò)渡段取得，；5段為齒輪的定位端，其長(zhǎng)為，直徑；6段為軸與齒輪4的配合段，根據(jù)齒輪4寬度得該段長(zhǎng)度為，直徑為；7段為軸與套筒的配合段，長(zhǎng)度為，直徑為；8段為軸與軸承的配合段，長(zhǎng)度為，直徑為。
2.2.7 軸承的選擇因素
在許多場(chǎng)合，軸承的內(nèi)孔尺寸已經(jīng)由機(jī)器或裝置的結(jié)構(gòu)具體所限定。不論工作壽命，靜負(fù)荷安全系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性是否都達(dá)到要求，在最終選定軸承其余尺寸和結(jié)構(gòu)之前，都必須經(jīng)過(guò)尺寸演算。該演算包括軸承實(shí)際載荷跟其載荷能力進(jìn)行比較。滾動(dòng)軸承的靜負(fù)荷是指軸承加載后是靜止的或旋轉(zhuǎn)速度非常低。在這種情況下，演算滾道和滾動(dòng)體過(guò)量塑性變形的安全系數(shù)。大部分軸承受動(dòng)負(fù)荷，內(nèi)外全做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，尺寸演算校核滾道和滾動(dòng)體早期疲勞損壞安全系數(shù)。對(duì)注重經(jīng)濟(jì)性能的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，要盡可能充分利用軸承的承載能力。要想越充分的利用軸承，那么對(duì)軸承尺寸選用的演算精確性就越重要[9]。
靜負(fù)荷軸承：計(jì)算凈符合安全系數(shù)Fs有助于確定所選軸承是否具有足夠的額定靜負(fù)荷。其中Fs是靜負(fù)荷安全系數(shù)，為額定靜負(fù)荷，為當(dāng)量靜負(fù)荷靜負(fù)荷安全系數(shù)Fs是防止?jié)L動(dòng)零件接觸區(qū)出現(xiàn)永久性變形的安全系數(shù)。對(duì)于必須平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、噪音特低的軸承，就要求Fs的數(shù)值高；只要求中等運(yùn)轉(zhuǎn)噪音的場(chǎng)合，可選用小一些的Fs；一般推薦采用下列數(shù)值：Fs=1.5~2.5，適用于低噪音等級(jí)；Fs=1.0~1.5，適用于常規(guī)噪音等級(jí)；Fs=0.7~1.0，適用于中等噪音等級(jí)。額定靜載荷，在滾動(dòng)體和滾道接觸區(qū)域的中心產(chǎn)生的理論壓強(qiáng)為：，自調(diào)心球軸承為，其他類(lèi)型球軸承為所有棍子軸承在額定靜負(fù)荷的在遺體被剛需啊，在滾動(dòng)體和滾道接觸區(qū)的最大承載部位，所產(chǎn)生的總塑性變形量約為滾動(dòng)體直徑的萬(wàn)分之一。當(dāng)量靜負(fù)荷是一個(gè)理論值，對(duì)向心軸承而言是徑向力，對(duì)推軸承來(lái)講是軸向和向心力。在滾動(dòng)體和滾道的醉倒承載接觸區(qū)域中心所產(chǎn)生的應(yīng)力，與實(shí)際負(fù)荷組合所產(chǎn)生的應(yīng)力相同。
，其中為當(dāng)量靜載荷，F(xiàn)r為徑向載荷，F(xiàn)a為軸向載荷，單位都是KN。為徑向系數(shù)，為軸向系數(shù)
動(dòng)載荷軸承：動(dòng)載荷軸承計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)是材料疲勞失效，壽命計(jì)算公式為：其中為名義額定壽命，C為軸承的基本額定動(dòng)載荷，P為當(dāng)量動(dòng)載荷。是以100萬(wàn)轉(zhuǎn)為單位的名義額定壽命。對(duì)于一大組相同型號(hào)的軸承來(lái)說(shuō)，其中90%應(yīng)該達(dá)到或者超過(guò)該值。額定動(dòng)載荷C在每類(lèi)軸承的參數(shù)表中都可以找到；其中P為當(dāng)量動(dòng)載荷，F(xiàn)r為徑向載荷，F(xiàn)a為軸向載荷，單位都是KN，X為徑向系數(shù)，Y為軸向系數(shù)。不同類(lèi)型軸承的X，Y值及當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算依據(jù)，可在各類(lèi)軸承的表格和前言中找到。球軸承和滾子軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P有所不同。對(duì)球類(lèi)軸承，P=3；對(duì)滾子軸承，P=10/3。如果軸承動(dòng)載荷的值及速度隨時(shí)間而變化，那么在計(jì)算當(dāng)量在核實(shí)就得有相應(yīng)的考慮。連續(xù)的載荷及速度曲線就要用分段近似值來(lái)代替。
滾動(dòng)軸承的最小載荷過(guò)小的載荷加上潤(rùn)滑不足會(huì)造成滾動(dòng)體打滑，導(dǎo)致軸承損壞。
在本設(shè)計(jì)中軸承主要承受徑向力，所選用的齒輪也是支持圓柱齒輪，未承受軸向力或承受的軸向力較小，因此我選用深溝球棍子軸承就足以滿足要求。
軸承型號(hào)的確定：結(jié)合軸的受力特點(diǎn)與箱體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，此處選用深溝球滾子軸承。分析此機(jī)械的特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)中的軸的軸承承受徑向載荷和軸向載荷，而且承受的載荷都較小[10]。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，深溝球滾子軸承能同時(shí)承受徑向載荷與軸向載荷，滿足條件。通過(guò)前面對(duì)軸受力分析，我選用深溝球滾子軸承6208型[11]。如圖11所示：
圖11 軸承
Fig.11 Bearing
其中：D=80mm d=40mm B=18mm
計(jì)算深溝球滾子軸承的壽命。
表3 軸承選擇方案
Table 3 Alternative of the bearing
方案
軸承型號(hào)
Cr/KN
Cor/KN
D/mm
B/mm
No/（r/min）
1
6208
29.5
18.0
80
18
10000
2
6209
31.5
20.5
85
19
9000
計(jì)算步驟與結(jié)果列于表4：
在前面已經(jīng)計(jì)算過(guò)工作時(shí)間，課顧及混凝土攪拌機(jī)工作十年，一年工作三百天，一天工作八小時(shí)，工作日中工作時(shí)間占40%，則軸承的使用壽命[12]
（83）
表4 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
Table 4 Calculation of bearing design
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
6208
6209
e
查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表13—5
0.284
0.26
X
查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表13—5
0.56
0.56
沖擊載荷系數(shù)fd
查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表13—6
1.2
1.2
當(dāng)量動(dòng)載荷
4614
4614
計(jì)算額定載荷
37777
37777
基本額定載荷Cr
查手冊(cè)
29500＜37777
31500＜37777
故我選用6208深溝球滾子軸承可滿足壽命要求。
其他軸承壽命計(jì)算如上。
2.2.8 減速器的潤(rùn)滑和密封
傳動(dòng)的潤(rùn)滑：
圓周速度的齒輪減速器廣泛采用優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑，自然冷卻。為了減少齒輪運(yùn)動(dòng)的阻力和油的溫升，浸入有種的深度，以1~2個(gè)齒高為宜，速度高的還應(yīng)該淺些，建議0.7倍左右，但至少10cm，速度較低的野允許浸入深些，可達(dá)到1/6的齒輪半徑，更低速的可到1/3的齒輪半徑[13]。
再多級(jí)減速器中應(yīng)盡量是格機(jī)傳動(dòng)浸入有種深度近于相等。如果發(fā)生低速級(jí)齒輪浸入減速器箱蓋和箱座的剖面做成傾斜的，從而使高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)的浸油深度大致相等。
減速器油池的容積平均可按每1KW越0.35L~0.7L潤(rùn)滑油計(jì)算，同時(shí)應(yīng)保持齒頂圓距離箱底部地獄30mm~50mm左右，以免太淺時(shí)激起沉降在箱底的油泥。
在此處因?yàn)楦咚偌?jí)與低速機(jī)大齒輪分度圓直徑相差不大，所以可以直接使低速級(jí)大齒輪中深度浸油[14]。
軸承潤(rùn)滑：
滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑主要是為了降低摩擦阻力和減輕磨損，也可以吸振，冷卻，防銹和密封等作用。合理的潤(rùn)滑對(duì)高速軸性能，延長(zhǎng)軸承壽命都有重要意義。
滾動(dòng)軸承高速時(shí)一般采用有潤(rùn)滑，低速時(shí)采用脂潤(rùn)滑，某些特殊環(huán)境如高溫和真空條件先采用固體潤(rùn)滑。
本減速器使用的是深溝球滾子軸承，軸承的潤(rùn)滑方法可以根據(jù)齒輪的圓周速度來(lái)選擇：圓周速度在2m/s~3m/s以上時(shí)，可以采用飛濺潤(rùn)滑。在本設(shè)計(jì)中，我選用飛濺潤(rùn)滑，油量足以滿足軸承的需要，在設(shè)計(jì)減速器時(shí)在箱體壁上設(shè)計(jì)出油溝，可使飛濺的油通過(guò)油溝流向軸承，供軸承使用。
密封裝置：
密封是為了阻止?jié)櫥瑒妮S承中流失，也為了防止外界灰塵，水分等侵入軸承。沒(méi)有合理的密封將大大影響軸承的使用壽命，密封按照其原理不同可分為接觸式和非接觸式密封兩大類(lèi)，非接觸式密封不受速度的限制，接觸式密封只能在線速度較低的場(chǎng)合，為了保證密封壽命及減少軸的磨損，軸基礎(chǔ)部分的硬度應(yīng)該在40HRC以上[15]。
在低壓油潤(rùn)滑系統(tǒng)中，油封被廣泛地用作轉(zhuǎn)軸密封件和往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封件。
油封通常由剛性骨架和有柔性唇的橡膠密封圈組成。
氈封主要用于環(huán)境比較干燥。以脂類(lèi)潤(rùn)滑的軸承或柱塞部位，壓力低于0.1MPa，速度4~5m/s，故本設(shè)計(jì)中選用氈封來(lái)滿足軸承的密封。
到此，減速器設(shè)計(jì)完成，在減速器中選用了大量標(biāo)準(zhǔn)件，特列表如表5：
表5 減速器用標(biāo)準(zhǔn)件
Table 5 Standard parts of reducer
名稱(chēng)
代號(hào)
尺寸
數(shù)量
螺栓
GB5782-86
M16×124
8
墊圈
GB97.1-2000
與M16配套使用
8
螺母
GB6170
M16
8
螺釘
GB5783-86
M8×30
24
螺栓
GB5782-86
M12×45
4
墊圈
GB97.1-2000
與M12配套使用
4
螺母
GB6170
M12
4
氈