臥式雙螺旋混合機(jī)設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙和SW三維模型】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)臥式雙螺旋混合機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)所屬學(xué)院專 業(yè) 班 級(jí)指導(dǎo)老師日 期 2前 言攪拌設(shè)備使用歷史悠久,大量應(yīng)用于化工、石化、輕工、醫(yī)藥、食品、采礦、冶金等行業(yè)中。攪拌設(shè)備可以從各種不同角度進(jìn)行分類,如按照攪拌裝置的安裝形式簡(jiǎn)單的可分為立式和臥式,其中臥式是指攪拌容器軸線與混合機(jī)回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置。本課題在國(guó)內(nèi)外混合機(jī)的研究與發(fā)展的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新的帶有攪拌功能的臥式混合機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,以用于食品工業(yè)的面粉攪拌操作。該臥式混合機(jī)具有的傳動(dòng)系統(tǒng),采用V帶和齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)攪拌任務(wù)。本文對(duì)臥式混合機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、基本尺寸進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),并利用SOLIDWORKS對(duì)混合機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模,以便更直觀地展現(xiàn)設(shè)計(jì)思想和進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析;并對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行了分析校核,保證混合機(jī)的可靠運(yùn)行。關(guān)鍵詞:臥式;混合機(jī);混合;食品工業(yè)目 錄1 緒論11.1課題研究意義11.2混合機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3臥式混合機(jī)發(fā)展趨勢(shì)31.4論文主要完成的工作32 臥式混合機(jī)總體方案設(shè)計(jì)42.1臥式混合機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案42.2混合機(jī)性能指標(biāo)的設(shè)定53 臥式混合機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.1驅(qū)動(dòng)元件的選擇與計(jì)算63.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.3攪拌部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114 安全性計(jì)算與校核134.1軸承的校核134.2軸的校核14總 結(jié)15致 謝16參考文獻(xiàn)1717 1 緒論1.1課題研究意義理論上把任何狀態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和半液態(tài))下物料均勻摻和在一起的操作稱為混合,但習(xí)慣上常把固態(tài)物料之間摻和或者固態(tài)物料加濕的操作稱為混合;而把固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)物料與液態(tài)物料混合的操作稱為攪拌1。攪拌與混合操作是應(yīng)用最廣的過(guò)程操作之一,大量應(yīng)用于化工、石化、輕工、醫(yī)藥、食品、采礦、造紙、農(nóng)藥、涂料、冶金、廢水處理等行業(yè)中。近年來(lái),攪拌與混合技術(shù)發(fā)展很快、攪拌與混合設(shè)備向著大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效節(jié)能化、機(jī)電一體化、智能化和特殊化方向發(fā)展。在這種形式下,技術(shù)人員如何借鑒已有經(jīng)驗(yàn),掌握新的變化情況,正確設(shè)計(jì)與選用不同工藝條件下操作的攪拌與混合設(shè)備,使其滿足安全、可靠、高效和節(jié)能的要求,就變得十分重要了。攪拌混合設(shè)備是各種工業(yè)反應(yīng)不可或缺的重要機(jī)械。然而,由于攪拌目的多樣性和混合反應(yīng)的復(fù)雜性,當(dāng)前,攪拌混合技術(shù)還存在著一些問(wèn)題。例如攪拌效率低,功耗大,鑄造成本高,在自動(dòng)化選型和設(shè)計(jì)問(wèn)題上,長(zhǎng)期以來(lái)一直依靠專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)人工完成,智能化水平不高,設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng),資金和人力物力消耗巨大等。因此研制新型攪拌裝置和采用先進(jìn)流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)一直是攪拌過(guò)程所研究的主要課題。1.2混合機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在食品工業(yè)中,混合是指兩種或兩種以上不同物料互相混合,成分濃度達(dá)到一定程度均勻性的單元操作2。混合機(jī)應(yīng)用于谷物混合、粉料混合、面粉中加輔料與添加劑、干制食品中加添加劑與調(diào)味粉及速溶飲品的制造等操作中,目的是使兩種或兩種以上的粉料顆粒通過(guò)流動(dòng)作用,成為組分濃度均勻的混合物。近年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的完善進(jìn)一步成熟,混合機(jī)的設(shè)計(jì)和制造獲得了飛速發(fā)展。但是,它也面臨著必需滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?;旌蠙C(jī)在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí),正日趨大型化?;诠?jié)能要求,開(kāi)發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封,以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)?;诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備品均維修間隔時(shí)間的要求,大大提高設(shè)備運(yùn)行壽命?;跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求,實(shí)現(xiàn)CIP(就地清洗)和SIP(就地殺菌),提高自動(dòng)化水平,避免人與產(chǎn)品接觸,減少人工操作和待機(jī)時(shí)間,大大提高產(chǎn)品衛(wèi)生水平。這些都是現(xiàn)代新型攪拌裝置的研究方向,其中有許多方面已經(jīng)取得豐碩成果,有些方面還在進(jìn)一步研究當(dāng)中3。傳統(tǒng)的混合機(jī)密封裝置基本有四種,填料密封、機(jī)械密封、液壓密封和唇狀密封。前兩種密封同泵的密封類似。液壓密封最簡(jiǎn)單,在混合機(jī)中用得最少。唇狀密封只適用于低壓、防塵、防蒸汽的密封,這種密封,結(jié)構(gòu)也很少采用,最常用的密封是前兩種。其中機(jī)械密封成本較高,但泄漏率低,維修頻度是填料密封的二分之一到四分之一。磁力驅(qū)動(dòng)混合機(jī)的特點(diǎn)是以靜密封結(jié)構(gòu)取代動(dòng)密封,混合機(jī)與電極傳動(dòng)之間采用磁力偶合器聯(lián)結(jié),不存在接觸傳遞力矩,能徹底解決機(jī)械密封與填料密封的泄漏問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)威海自控反應(yīng)釜公司、開(kāi)原化工機(jī)械磁力反應(yīng)釜廠、溫州中偉的磁密封設(shè)備廠等均生產(chǎn)磁力混合機(jī)。國(guó)外的瑞典NA型磁力攪拌反應(yīng)釜,混合機(jī)安裝在反應(yīng)釜底部,混合機(jī)與釜底齊平,易于拆卸,可靠、耐用和便于維修。磁力混合機(jī)的缺點(diǎn)是對(duì)于一些粘稠液體或有大量固體參加或生成的反應(yīng)尚不能順利使用,此時(shí)必須使用機(jī)械混合機(jī)作為驅(qū)動(dòng)能源。在新型攪拌槳葉的開(kāi)發(fā)方面,很多公司都在積極開(kāi)發(fā)具有適合于高黏度物料的槳葉的混合機(jī),其中美國(guó)ROSS公司開(kāi)發(fā)的新型雙行星式混合機(jī)是其中之一。同傳統(tǒng)的矩形長(zhǎng)條形行星槳葉(見(jiàn)圖1-1 a)不同,新型的高黏度攪拌槳葉(見(jiàn)圖1-1 b)有一個(gè)精確的空間角度,使槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡不但有力地推動(dòng)高黏度物料向前運(yùn)動(dòng),而且推動(dòng)它向下運(yùn)動(dòng),不產(chǎn)生爬升,而且比傳統(tǒng)的行星式垂直槳葉的阻力要小得多。傳統(tǒng)的行星式垂直槳葉有兩組,每組兩片垂直的扁長(zhǎng)槳葉,當(dāng)這兩片槳葉在容器里面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生極大剪切阻力,功耗大增,電流猛升。這個(gè)問(wèn)題一直是傳統(tǒng)行星式垂直槳葉的要害所在。 (a) 傳統(tǒng)的行星式槳葉 (b) 新型HV槳葉圖1-1 新舊攪拌槳葉對(duì)比新型HV槳葉由于是螺旋式設(shè)計(jì),兩組HV槳葉在交替轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)截面時(shí)幾乎是連續(xù)地在切斷物料,負(fù)荷是連續(xù)地處于平衡狀態(tài),從而消滅了電流的浪涌跡象。德國(guó)INOTECH公司采用錐形攪拌原理的攪拌頭,既可攪拌低黏度,也可攪拌黏度高的物料,其形狀如圖1.2所示。圖1-2 攪拌低粘度和高粘度物料的慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌頭這種攪拌頭的顯著優(yōu)點(diǎn)是:以比較慢的速度攪拌,但攪拌時(shí)間短,攪拌時(shí)未吸入空氣,不起泡沫,無(wú)須加熱,對(duì)物料的動(dòng)作比較柔和的,節(jié)省能量,一次完成,便于安裝,既可用于攪拌化學(xué)品,也可用于攪拌食品。在新型轉(zhuǎn)子-定子攪拌技術(shù)方面進(jìn)展也很迅速,轉(zhuǎn)子-定子攪拌技術(shù)可制造亞微米級(jí)的各種乳化劑,美國(guó)ROSS和IKA公司生產(chǎn)的這種混合機(jī),其產(chǎn)量約比相同功率的膠體磨或均質(zhì)機(jī)大十倍。其原理是令轉(zhuǎn)子在極高速度下轉(zhuǎn)動(dòng),使轉(zhuǎn)子尖端速度極大,由于轉(zhuǎn)子和定子之間的速度差,在轉(zhuǎn)、定子間隙中產(chǎn)生極大的剪切能,可使物料在被攪拌的同時(shí),被破碎到亞微米級(jí)。多功能化和攪拌過(guò)程的自動(dòng)化是二十一世紀(jì)提高攪拌產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和滿足環(huán)境保護(hù)要求的主導(dǎo)方向,目前有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)4 :(1)多軸攪拌機(jī),它配備三套獨(dú)立傳動(dòng)的攪拌裝置。一套是沿著攪拌容器周邊慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的三翼錨式攪拌槳,使物料產(chǎn)生激烈的軸向和徑向流動(dòng),促使物料良好的混合和傳熱;第二套是定/轉(zhuǎn)子式剪切裝置和高速分散頭。(2)雙行星混合機(jī)與變速驅(qū)動(dòng)裝置的組合,這一構(gòu)想使得即使在極低轉(zhuǎn)速下也可獲得極大扭矩。而低轉(zhuǎn)速攪拌對(duì)于制造高性能的硅膠、樹(shù)脂、橡膠添加劑、牙科材料、金屬和陶瓷粉等是非常重要的。(3)行星槳葉與高速分散器的組合,采用這種組合的混合機(jī),被處理物料的黏度可高達(dá)120萬(wàn)厘泊。行星槳葉和分散在環(huán)繞容器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各有自己的轉(zhuǎn)軸,行星槳葉將物料傳送到分散頭。高速分散則對(duì)物料施加剪切力。(4)自動(dòng)卸料和互換攪拌容器,由于粘稠材料人工卸料很困難,很多廠家都采取自動(dòng)卸料措施。自動(dòng)卸料系統(tǒng)大大減少了人工卸料的停機(jī)時(shí)間。不但大大提高了產(chǎn)量,減小次品,還保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。同時(shí)操作人員與產(chǎn)品的接觸大大減少,產(chǎn)品不受污染的安全性也大大提高了。1.3臥式混合機(jī)發(fā)展趨勢(shì)隨著近幾年科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的進(jìn)一步完善,完全可以相信混合機(jī)的設(shè)計(jì)和制造將會(huì)取得更大發(fā)展,其在社會(huì)生產(chǎn)中也會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。并且混合機(jī)在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí),未來(lái)的新型產(chǎn)品也會(huì)越來(lái)越滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)的眾多要求。1.4論文主要完成的工作臥式攪拌裝置主要由兩個(gè)部分組成:主傳動(dòng)部分、攪拌葉片。主傳動(dòng)部分包括一個(gè)異步電機(jī)和減速系統(tǒng)。攪拌葉片為螺帶式攪拌葉片,為的是能讓物料在攪拌過(guò)程中更高效率的混合。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)總體方案設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外混合機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀的研究,以及對(duì)食品設(shè)備設(shè)計(jì)原則的學(xué)習(xí),在吸取寶貴經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)也加入了自己的一些改進(jìn)措施,制定自己的設(shè)計(jì)方案。(2)臥式混合機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了總體的設(shè)計(jì)方案,將混合機(jī)的結(jié)構(gòu)分成主傳動(dòng)系統(tǒng)、攪拌部分和機(jī)架三大部分,然后分別對(duì)這三部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 (3)零件安全性校核當(dāng)完成各部分的零件設(shè)計(jì)后,還要進(jìn)行安全性校核。本論文主要對(duì)處于最復(fù)雜受力狀態(tài)下的軸、軸承、鍵以及電機(jī)進(jìn)行了校核計(jì)算舉例,其他各個(gè)零件的校核計(jì)算并沒(méi)寫到論文中。2 臥式混合機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1臥式混合機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案臥式混合機(jī)的攪拌容器軸線和混合機(jī)回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置;其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉、卸料、清洗、維修方便,可與其他設(shè)備配合完成連續(xù)生產(chǎn),但占地面積一般較大。這類機(jī)器生產(chǎn)能力(一次調(diào)粉容量)范圍大,通常在25-400kg/次左右,如面包,餅干,糕點(diǎn)及一些飲食行業(yè)的面食生產(chǎn)中均得到了廣泛應(yīng)用。 2.1.1傳動(dòng)方式確定(1)混合機(jī)形式選擇,本設(shè)計(jì)要求臥式混合,考慮臥式混合與目的,采用容器固定式臥式混合機(jī)。(2)傳動(dòng)方案確定,因?qū)嚢杷俣纫蟛桓?,市?chǎng)上已有的成熟產(chǎn)品混合速度約為60r/min,過(guò)高的轉(zhuǎn)速并不會(huì)產(chǎn)生良好的攪拌效果,相反還會(huì)造成能量的浪費(fèi)。但是雖然轉(zhuǎn)速低,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻很大,選用符合啟動(dòng)要求的電機(jī),電機(jī)轉(zhuǎn)速約2840r/min,因此傳動(dòng)系統(tǒng)要采用較大減速比,考慮機(jī)器尺寸和振動(dòng)噪聲要求,采用帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)組合機(jī)構(gòu)。初步設(shè)定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-1所示1.小帶輪 2.大帶輪 3.攪拌軸 4.大齒輪 5.小齒輪 6.電機(jī)圖2-1 傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.1.2基本尺寸的確定本設(shè)計(jì)為小型混合機(jī),根據(jù)其工作容量和操作人員的最佳操作位置,混合機(jī)的外形尺寸為mm,其中攪拌軸軸線高度600mm,混合容器下半部分為直徑500mm的半圓筒,上半部分為mm的長(zhǎng)方體,筒壁厚8mm,混合機(jī)葉片邊緣與筒壁間隙2mm,為了實(shí)現(xiàn)更好的攪拌效果,采用雙螺帶混合機(jī),攪拌軸直徑30mm,長(zhǎng)1000mm,大螺帶直徑480mm,帶寬40mm,小螺帶直徑240mm,帶寬30mm。還有設(shè)定進(jìn)料方式和出料方式,容器桶上部設(shè)蓋子裝填物料,下部開(kāi)口卸放物料,有了以上尺寸設(shè)定,合理布局電動(dòng)機(jī)的位置,傳動(dòng)裝置的布局,完成總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì),繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖??傮w機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-2所示。1.主電機(jī) 2.小帶輪 3.大帶輪 4.齒輪 5.攪拌容器 圖2-2 總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2混合機(jī)性能指標(biāo)的設(shè)定混合機(jī)工作參數(shù)不僅反映其所能勝任的工作,更重要的是決定設(shè)計(jì)方向和一些設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇范圍。對(duì)于主傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)定正常工作轉(zhuǎn)速60r/min,啟動(dòng)時(shí)加速時(shí)間4s,穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間5min,減速時(shí)間6s,停歇時(shí)間2min。攪拌容器為半圓柱形,尺寸如圖2-3所示。容器固定型攪拌裝置的裝料系數(shù)一般為0.5-0.6,本設(shè)計(jì)取0.58。圖2-3 攪拌容器外殼尺寸3 臥式混合機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1驅(qū)動(dòng)元件的選擇與計(jì)算3.1.1驅(qū)動(dòng)元件選擇原則攪拌設(shè)備的攪拌軸通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),電動(dòng)機(jī)選用一般依據(jù)以下幾個(gè)原則:根據(jù)攪拌設(shè)備的負(fù)載性質(zhì)和工藝條件對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求,選擇電動(dòng)機(jī)類型。(1)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求,考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,合理選擇電動(dòng)機(jī)容量,并確定冷卻通風(fēng)方式。(2)根據(jù)使用場(chǎng)所大的環(huán)境條件,如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯和腐蝕及易燃易爆氣體等,考慮必要的防護(hù)方式和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式,確定電機(jī)的防爆等級(jí)和防護(hù)等級(jí)。(3)根據(jù)攪拌設(shè)備的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的性能要求,以及機(jī)械減速的復(fù)雜程度,選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。除此之外,選擇電機(jī)還必須符合節(jié)能要求,并綜合考慮運(yùn)行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價(jià)格、運(yùn)行和維修費(fèi)用等因素。根據(jù)上述原則,綜合考慮本設(shè)計(jì)的工作條件要求,確定電機(jī)類型為異步電機(jī),防護(hù)方式防塵、攪拌以及防異物伸入。3.1.2電機(jī)的選擇及電機(jī)參數(shù)的確定1)攪拌功率的計(jì)算在正常情況下,混合設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的功率包括以下幾部分:使容器內(nèi)的粉粒體運(yùn)動(dòng)消耗的功率。(1) 軸承、減速裝置和傳動(dòng)裝置摩擦消耗的功率。(2) 連續(xù)驅(qū)動(dòng)容器本身或攪拌槳葉等回轉(zhuǎn)消耗的功率。(3) 其他附屬裝置,如控制器等消耗的功率。對(duì)于容器固定型混合設(shè)備,當(dāng)這類混合設(shè)備的螺帶葉片或攪拌槳葉回轉(zhuǎn)時(shí),對(duì)于流動(dòng)良好的粉粒體,可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到軸力矩。 (3-1)式中:K-實(shí)驗(yàn)系數(shù),查表取K=45;-粒子直徑,m,查表取m;-表觀密度,kg/m3,查表取kg/m3;-內(nèi)摩擦系數(shù),查表取=1.19;Z -接觸螺帶粉粒體層的高度或長(zhǎng)度,m,本設(shè)計(jì)Z=0.78m;d-葉片外徑,m,本設(shè)計(jì)d=0.48m;s-螺帶的節(jié)距,m,本設(shè)計(jì)s=0.78m;b-葉片寬度,m,本設(shè)計(jì)b=0.04m;f-裝料系數(shù),本設(shè)計(jì)取值f=0.58。 參考已有實(shí)驗(yàn)測(cè)出的參數(shù)表格,選擇機(jī)型為臥式螺帶,則指數(shù)值如下:=0;=1.0;=1.2;=1.0;=3.3;=-0.3;=0.7;=1.2;對(duì)于本設(shè)計(jì),物料設(shè)定為面粉和砂糖的混合物,攪拌葉片與攪拌桶內(nèi)壁間隙為2mm,根據(jù)查詢的資料,估算混合物料的表觀密度,粒子直徑等參數(shù),最后計(jì)算數(shù)值確定如下:大螺帶轉(zhuǎn)矩而對(duì)于小螺帶,計(jì)算時(shí)只需將葉片外徑d這一參數(shù)值替換為0.24即可,小螺帶的轉(zhuǎn)矩?cái)嚢栎S上總轉(zhuǎn)矩?cái)嚢栎S功率 (3-2)式中各參數(shù) P-功率,W; n-回轉(zhuǎn)速度,r/s,本設(shè)計(jì)取值n=1r/s; T-攪拌軸力矩,。所以攪拌軸功率2)電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)額定功率是根據(jù)它的發(fā)熱情況來(lái)選擇的,在允許范圍內(nèi),電動(dòng)機(jī)絕緣材料的壽命為15-25年。如果超過(guò)了容許溫度,電動(dòng)機(jī)使用壽命就要縮短。而電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況,又與負(fù)載大小及運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。攪拌設(shè)備的電動(dòng)機(jī)功率必須同時(shí)滿足混合機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及傳動(dòng)裝置和密封系統(tǒng)功率損耗的要求,此外還需考慮在操作過(guò)程中出現(xiàn)的不利條件造成功率過(guò)大等因素。電動(dòng)機(jī)額定功率可按下式確定: (3-3)式中各參數(shù): PN-電動(dòng)機(jī)功率,kW; P-混合機(jī)功率,kW,由前面計(jì)算P=0.852447kW; PS-軸承裝置的摩擦損失功率,kW; -傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。軸封裝置摩擦造成的功率損失因密封系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)而異,一般來(lái)說(shuō),填料密封功率損失大,機(jī)械密封的功率損失相對(duì)較小。但是考慮到設(shè)計(jì)的目標(biāo)功能與成本有機(jī)結(jié)合,最終采用了填料密封,作為粗略的估算,填料密封功率損失約為混合機(jī)功率的5%-10%,本次計(jì)算取5.8%,軸承摩擦損失功率為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率是齒輪軸承帶這些零部件的效率乘積,開(kāi)放式圓柱齒輪傳動(dòng)效率取0.9,帶傳動(dòng)效率取0.96,滾動(dòng)軸承效率取0.99,所以電機(jī)額定效率3)電動(dòng)機(jī)的選擇為保證系統(tǒng)滿足啟動(dòng)要求和穩(wěn)定運(yùn)行要求,選擇的電機(jī)額定功率為1.5kW,具體參數(shù)如下表3-1所示表3-1 交流異步電機(jī)的部分技術(shù)參數(shù)名 稱額定功率kW額定電流A額定轉(zhuǎn)速r/min效率%質(zhì)量kgY2-90S-21.653.42840792.31.5223.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)初步選定,轉(zhuǎn)速2840r/min,攪拌軸的轉(zhuǎn)速60r/min,考慮到電機(jī)和攪拌軸的距離以及整個(gè)攪拌機(jī)的體積,采用一級(jí)帶輪傳動(dòng),傳動(dòng)比初定為3,兩級(jí)傳動(dòng)比為4的齒輪傳動(dòng)。下面將進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。3.2.1基本結(jié)構(gòu)的確定與選材對(duì)于傳動(dòng)比為3的帶傳動(dòng),傳動(dòng)比不是很高,傳遞的功率也不是很大,使用普通V帶輪,材料HT200;齒輪傳動(dòng)比為4,材料40Cr5。3.2.2帶輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)1)帶輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)為計(jì)算帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),首先設(shè)定一些工作條件,本設(shè)計(jì)載荷變動(dòng)微小,帶負(fù)載啟動(dòng),每天工作小于10小時(shí)。(1)計(jì)算帶輪的計(jì)算功率6 (3-4)式中 -計(jì)算功率,kW; -動(dòng)載荷系數(shù),查表選取1.1; P -電機(jī)額定功率,kW。所以(2)選擇帶型,普通V帶Z型,節(jié)寬bp=8.5mm,頂寬b=10mm,高度h=6mm,截面積A=47mm2(3)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑,因此外徑,轉(zhuǎn)速為=2840r/min,驗(yàn)算帶的速度其中的取值范圍是25-30m/s。(4)確定V帶的根數(shù) (3-5)式中 所以, (5)V帶輪設(shè)計(jì),關(guān)于V帶輪的形式:當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于等于2.5倍的軸徑時(shí),帶輪一般采用實(shí)心式;當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于等于300mm時(shí)可以采用腹板式;當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑大于300mm時(shí),可以采用輪輻式。帶輪槽型Z型,基準(zhǔn)寬度,基準(zhǔn)線上槽深,下槽深,槽間距,第一槽對(duì)稱面至端面的距離,最小輪緣厚,輪槽角小帶輪34,大帶輪38。所以,帶輪寬小帶輪設(shè)計(jì),小帶輪軸徑d=34mm,采用實(shí)心式。 以下圖3-1 和圖3-2所示為小帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 圖3-1 小帶輪結(jié)構(gòu)尺寸 圖3-2 小帶輪三維仿真大帶輪設(shè)計(jì),由于其基準(zhǔn)直徑已經(jīng)非常大,為了減少質(zhì)量,更重要的是降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,采用孔板式。以下圖3-3和圖3-4所示為大帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖3-3 大帶輪結(jié)構(gòu)尺寸 圖3-4大帶輪三維仿真 3.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)以上計(jì)算,傳動(dòng)零件計(jì)算完畢,現(xiàn)在進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)中軸的計(jì)算,軸的最小直徑由下述公式確定軸徑最大值必然會(huì)小于100mm,而且在某些截面上會(huì)有鍵槽,根據(jù)規(guī)定,最小軸徑要增大5%-7%,即最小軸徑在9.5-9.68mm之間,在設(shè)計(jì)時(shí)將軸的最小直徑設(shè)計(jì)為24mm,設(shè)計(jì)出安裝帶輪、聯(lián)軸器以及軸承所需要的軸肩和鍵槽。大帶輪所用的軸就是前面涉及過(guò)的齒輪軸。所以大齒輪所用的軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,A0取最大值126,功率。轉(zhuǎn)速,所以齒輪軸的最小直徑截面會(huì)有一個(gè)鍵槽,最小軸徑增大7%,以此為依據(jù)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)。 (3-6)考慮到小帶輪厚度大于驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸伸出的長(zhǎng)度,小帶輪在這需要設(shè)計(jì)一根軸,材料定為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,查表可知A0的取值范圍在126-103,本設(shè)計(jì)取112,則小帶輪軸的最小直徑3.2.4傳動(dòng)系統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)通過(guò)以上計(jì)算,主傳動(dòng)系統(tǒng)的主要零件設(shè)計(jì)完畢,合理布局各傳動(dòng)件的位置,然后設(shè)計(jì)減速系統(tǒng)的支架,設(shè)計(jì)時(shí)除了要考慮安裝方便與否外還要考慮鑄造加工的難易程度,最終經(jīng)過(guò)仔細(xì)的設(shè)計(jì)之后,再利用SOLIDWORKS進(jìn)行了整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的組裝,這樣可以更直觀地表達(dá)出設(shè)計(jì)理念,并且也更容易看出其中的問(wèn)題來(lái)。圖3-5為傳動(dòng)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)外觀圖。圖3-5 傳動(dòng)系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)3.3攪拌部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)攪拌部分包括攪拌槳、攪拌容器以及附屬的止動(dòng)扳手、聯(lián)軸器等零件。攪拌槳是機(jī)械攪拌設(shè)備的關(guān)鍵部件,攪拌操作涉及流體的流動(dòng)、傳質(zhì)和傳熱,所進(jìn)行的物理和化學(xué)過(guò)程對(duì)攪拌效果的要求也不同7;攪拌容器是物料攪拌操作的場(chǎng)所,設(shè)計(jì)時(shí)要求體積符合工作需要,但是質(zhì)量不能太大,否則會(huì)造成不必要的材料浪費(fèi)和功率損失;止動(dòng)扳手是用來(lái)限制攪拌容器運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu);聯(lián)軸器是用來(lái)連接攪拌槳和傳動(dòng)系統(tǒng)輸出軸的,以下為設(shè)計(jì)過(guò)程。3.3.1攪拌槳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)至今對(duì)混合機(jī)的研究還不夠,因而混合機(jī)的設(shè)計(jì)工作均帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性,從已有的產(chǎn)品選用或適當(dāng)改進(jìn)?;旌蠙C(jī)的選用設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面考慮:有類似應(yīng)用,而且攪拌效果較滿意的可以選用相同混合機(jī);生產(chǎn)過(guò)程對(duì)攪拌有嚴(yán)格要求又無(wú)類似混合機(jī)型式可以參考時(shí),則應(yīng)對(duì)工藝、設(shè)備、攪拌要求、經(jīng)濟(jì)性等作全面評(píng)價(jià),找出操作的主要控制因素,選擇合適的混合機(jī)型式;生產(chǎn)規(guī)模較大或新開(kāi)發(fā)的攪拌設(shè)備,需進(jìn)行一定的試驗(yàn)研究,尋求最佳的混合機(jī)型式、尺寸及操作條件,并經(jīng)中試后才能應(yīng)用于工業(yè)裝置中8。為了獲得較好的混合效果,本設(shè)計(jì)采用了雙螺帶混合機(jī),因?yàn)榇朔N混合機(jī)有較好的循環(huán)性能,使得整個(gè)容器內(nèi)的混合效果比較好9。攪拌的大槳葉半徑240mm,攪拌的小槳葉半徑120mm,槳葉傾角27.36,螺距240mm10,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖3-6所示圖3-6 雙螺旋攪拌結(jié)構(gòu)中間的軸鑄造,軸上的支撐架焊接上去,帶由不銹鋼板彎曲后焊接到支架上,焊接后對(duì)接縫處進(jìn)行處理,使表面盡可能的光滑11。3.3.2攪拌容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)攪拌容器作用是為物料攪拌提供合適的空間,攪拌容器的幾何尺寸主要指容器的容積V,筒體的高度H、內(nèi)徑D,以及壁厚等。前面在設(shè)定工作參數(shù)時(shí)已經(jīng)初步確定了容器的容積,在這里以前面的設(shè)定為基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì),由于攪拌葉片運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)是一個(gè)圓柱形的工作空間,而且為了達(dá)到較好的攪拌效果,槳片與容器壁之間的距離又不能太大,一般是在25mm之間,本設(shè)計(jì)屬于中小型機(jī)械,取用2mm的間隙,容器底部大致為一個(gè)半圓柱形狀;為了裝料方便,容器上面采用揭蓋式結(jié)構(gòu);為了出料方便省力,在容器底部設(shè)置出料口;為了減輕容器的重量同時(shí)還要保證必要的強(qiáng)度,取用10mm的壁厚12;容器采用鑄造的制造方式,最后表面鍍上防腐金屬材料13。5433.3.3聯(lián)軸器的選用本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要使用兩個(gè)聯(lián)軸器。第一個(gè)是主傳動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)與小帶輪之間,因?yàn)樾л唽?duì)電機(jī)軸伸出部分而言較長(zhǎng),所以小帶輪的軸和電機(jī)兩個(gè)軸與軸需要連接聯(lián)軸器,這里沒(méi)有什么特殊結(jié)構(gòu)上的要求,使用普通聯(lián)軸器即可;第二個(gè)聯(lián)軸器用在攪拌軸和主傳動(dòng)系統(tǒng)之間,此處為了主傳動(dòng)系統(tǒng)的拆裝方便以及系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)零件的靈活拆裝,攪拌軸和主傳動(dòng)系統(tǒng)之間有較大的距離,這么長(zhǎng)的距離如果使用一根軸就要求加工和安裝精度很高,否則軸上就會(huì)產(chǎn)生很大的附加約束力,因此在此處將軸斷開(kāi),用一個(gè)彈性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié),這樣對(duì)兩個(gè)軸的同軸度要求降低了,并且還有吸震作用,降低了傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪受到的沖擊力14。3.3.4止動(dòng)扳手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的攪拌容器是可以擺動(dòng)的,但是在攪拌運(yùn)動(dòng)進(jìn)行時(shí)是不需要也不允許攪拌容器擺動(dòng)的,因此需要設(shè)計(jì)一處止動(dòng)裝置,使得混合機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),攪拌容器被固定,當(dāng)攪拌運(yùn)動(dòng)結(jié)束后,打開(kāi)裝置,容器能夠恢復(fù)運(yùn)動(dòng)。3對(duì)于自動(dòng)化程度沒(méi)有要求的設(shè)計(jì)產(chǎn)品,此功能可以簡(jiǎn)單的由一個(gè)扳手實(shí)現(xiàn),此結(jié)構(gòu)圖如下圖3-7所示456211.攪拌桶 2.支架 3.扳手支座 4.彈簧 5.插銷 6.扳手圖3-7 止動(dòng)扳手結(jié)構(gòu)圖中狀態(tài)攪拌容器沒(méi)有被卡住,可以擺動(dòng),當(dāng)扳手向右或左扳動(dòng)時(shí),扳手的轉(zhuǎn)軸與彈簧安裝底座的距離就會(huì)拉小,銷在彈簧力的作用下就會(huì)向左移動(dòng),深入到容器壁的孔中去,攪拌箱體被卡住,當(dāng)扳手復(fù)位后,銷又伸出來(lái),攪拌容器的運(yùn)動(dòng)又恢復(fù)正常。4 安全性計(jì)算與校核4.1軸承的校核本設(shè)計(jì)中多處采用滾動(dòng)軸承,且有些地方的軸承轉(zhuǎn)速很高,有些地方徑向力很大,為了保證混合機(jī)能在規(guī)定的工作壽命內(nèi)正常工作,不能盲目進(jìn)行安裝使用,否則可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的事故和現(xiàn)象。因此,必須對(duì)軸承進(jìn)行一系列的校核和驗(yàn)算,具體驗(yàn)算內(nèi)容如下。對(duì)于小帶輪軸處的深溝球軸承,軸承軸向載荷,徑向載荷當(dāng)量動(dòng)載荷選擇載荷系數(shù),定為無(wú)沖擊或輕載荷,1.0-1.2。設(shè)軸承工作壽命與機(jī)器的設(shè)定壽命相同,軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷而本設(shè)計(jì)選用的軸承61907,其基本額定動(dòng)載荷,符合要求。對(duì)于其他的軸承也采用類似的方法校核,均可以正常工作。4.2軸的校核本設(shè)計(jì)的軸要么承受明顯的轉(zhuǎn)矩,要么承受明顯的徑向力,受力情況比較簡(jiǎn)單。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)軸時(shí)雖然考慮到了在載荷影響下的最小軸徑,但是有些軸承受很大的轉(zhuǎn)矩,上面附加的各種傳動(dòng)零件在運(yùn)動(dòng)中也會(huì)產(chǎn)生更大的載荷影響,因此需要對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。由前面的計(jì)算已經(jīng)知道,攪拌半徑,所以作用在攪拌葉片上的力可以粗略計(jì)算為,此力為Fa和Ft的合力,螺旋帶傾角30,所以,攪拌軸重量粗略估計(jì)為,那么所以,攪拌軸是安全的???結(jié)本課題結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外臥式混合機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向,具體闡述了一種用于食品加工產(chǎn)業(yè)的臥式混合機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程。本文主要完成的工作如下:(1)臥式混合機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案的確定。分析了臥式混合機(jī)的特點(diǎn),確定了設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu),并根據(jù)工作參數(shù)確定一些必要的設(shè)計(jì)基本尺寸。(2)驅(qū)動(dòng)元件的選擇。通過(guò)計(jì)算選出滿足混合機(jī)使用要求的交流異步電動(dòng)機(jī),并詳細(xì)列出其技術(shù)參數(shù)。(3)主傳動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)混合機(jī)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算,設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零件,并利用SOLIDWORKS進(jìn)行三維建模。(4)混合機(jī)其他重要零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì),如機(jī)架和外殼等,確定零件結(jié)構(gòu),繪制零件圖和裝配圖,并利用SOLIDWORKS進(jìn)行三維建模。(5)零件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算與校核。對(duì)各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算,確保滿足使用要求,使混合機(jī)具有足夠的可靠性。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成,首先感謝母校-塔里木大學(xué)的辛勤栽培,感謝學(xué)校給我一個(gè)難得的學(xué)校環(huán)境和機(jī)會(huì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì),讓我學(xué)到了新的知識(shí),讓我開(kāi)闊眼界,對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí),明白了學(xué)習(xí)的可貴和艱辛。在此,我深深的感謝蘭海鵬導(dǎo)師給我的幫助,在他的建議下,我確定設(shè)計(jì)的整體方案。蘭老師督促我的畢業(yè)設(shè)計(jì),給我耐心的指導(dǎo)和幫助,讓我能夠跟上設(shè)計(jì)進(jìn)度。同時(shí)也感謝這幾年給予我?guī)椭睦蠋煟撬麄冃燎诘慕虒?dǎo),我才有了設(shè)計(jì)知識(shí)的基礎(chǔ)和理論,是他們的培育,我才有今天的成就。這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我深深感到理論知識(shí)的重要性,在多次對(duì)設(shè)計(jì)的方案和數(shù)據(jù)的修改中,明白理論和實(shí)際相結(jié)合的重要。做設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我向老師和同學(xué)請(qǐng)教,把自己不明白的地方弄明白,同學(xué)向我提問(wèn)的時(shí)候我也耐心解答,大家形成一個(gè)很好的互相學(xué)習(xí)氛圍。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),讓我感到平時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械了解的程度不夠,對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械知識(shí)的欠缺,在老師和同學(xué)的講解下,我對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械有一個(gè)全面的了解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,遇到種種困難,沒(méi)有老師和同學(xué)的幫助,我絕對(duì)不可能完成,他們的幫助我會(huì)銘記在心。最后,真誠(chéng)的感謝學(xué)校給我學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),感謝各位老師的幫助,學(xué)校和老師給予的知識(shí)讓我受用一生。參考文獻(xiàn)1 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