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臥式雙螺旋混合機設計 學生姓名 趙珠 學 號 8031212215 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 16 2 指導老師 蘭海鵬 日 期 2016 05 塔里木大學機械電氣化工程學院 16 屆畢業(yè)設計 前 言 攪拌設備使用歷史悠久 大量應用于化工 石化 輕工 醫(yī)藥 食品 采礦 冶金等行業(yè)中 攪拌設備可以從各種不同角度進行分類 如按照攪拌裝置的安裝形式簡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回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置 本課題在國內(nèi)外混合機的研究與發(fā)展的基礎上 設計了一種新的帶有攪拌功能的臥式混合機 結(jié)構設計方案 以用于食品工業(yè)的面粉攪拌操作 該臥式混合機具有的傳動系統(tǒng) 采用 V 帶和齒 輪傳動實現(xiàn)攪拌任務 本文對臥式混合機的基本結(jié)構 基本尺寸進行了詳細設計 并利用 SOLIDWORKS 對混合機結(jié)構 進行三維建模 以便更直觀地展現(xiàn)設計思想和進行結(jié)構分析 并對設計零件進行了分析校核 保 證混合機的可靠運行 關鍵詞 臥式 混合機 混合 食品工業(yè) 目 錄 1 緒論 1 1 1 課題研究意義 1 1 2 混合機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 3 臥式混合機發(fā)展趨勢 3 1 4 論文主要完成的工作 3 2 臥式混合機總體方案設計 4 2 1 臥式混合機總體結(jié)構方案 4 2 2 混合機性能指標的設定 5 3 臥式混合機結(jié)構設計 6 3 1 驅(qū)動元件的選擇與計算 6 3 2 傳動系統(tǒng)的結(jié)構設計 8 3 3 攪拌部分結(jié)構設計 11 4 安全性計算與校核 13 4 1 軸承的校核 13 4 2 軸的校核 14 總 結(jié) 15 致 謝 16 參考文獻 17 塔里木大學畢業(yè)設計 1 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用最廣的過程操作之一 大量應用于化工 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 攪拌與混合技術發(fā)展很快 攪拌 與混合設備向著大型化 標準化 高效節(jié)能化 機電一體化 智能化和特殊化方向發(fā)展 在這種 形式下 技術人員如何借鑒已有經(jīng)驗 掌握新的變化情況 正確設計與選用不同工藝條件下操作 的攪拌與混合設備 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 攪拌混合設備是各種工業(yè)反應不可或缺的重要機械 然而 由于攪拌目的多樣性和混合反應 的復雜性 當前 攪拌混合技術還存在著一些問題 例如攪拌效率低 功耗大 鑄造成本高 在 自動化選型和設計問題上 長期以來一直依靠專家根據(jù)經(jīng)驗知識人工完成 智能化水平不高 設 計周期較長 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流場測量技術一直 是攪拌過程所研究的主要課題 1 2 混合機國內(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 成分濃度達到一定程度均勻性 的單元操作 2 混合機應用于谷物混合 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流動作用 成 為組分濃度均勻的混合物 近年來 隨著科學技術的發(fā)展和相關理論的完善進一步成熟 混合機的設計和制造獲得了飛 速發(fā)展 但是 它也面臨著必需滿足合理利用資源 節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn) 混 合機在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟化和品種多樣化的同時 正日趨大型化 基于節(jié)能要求 開發(fā)出變頻調(diào) 速電機 小剪切阻力槳葉 以新型密封代替機械密封和填料密封 以磁力驅(qū)動代替機械驅(qū)動 基 于降低產(chǎn)品總體成本 減少維修保養(yǎng)成本和提高設備品均維修間隔時間的要求 大大提高設備運 行壽命 基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求 實現(xiàn) CIP 就地清洗 和 SIP 就地殺菌 提高自動化水平 避免人與產(chǎn)品接觸 減少人工操作和待機時間 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 有些方面還在進一步研 究當中 3 傳統(tǒng)的混合機密封裝置基本有四種 填料密封 機械密封 液壓密封和唇狀密封 前兩種密 封同泵的密封類似 液壓密封最簡單 在混合機中用得最少 唇狀密封只適用于低壓 防塵 防 蒸汽的密封 這種密封 結(jié)構也很少采用 最常用的密封是前兩種 其中機械密封成本較高 但 泄漏率低 維修頻度是填料密封的二分之一到四分之一 塔里木大學畢業(yè)設計 2 磁力驅(qū)動混合機的特點是以靜密封結(jié)構取代動密封 混合機與電極傳動之間采用磁力偶合器 聯(lián)結(jié) 不存在接觸傳遞力矩 能徹底解決機械密封與填料密封的泄漏問題 在國內(nèi)威海自控反應 釜公司 開原化工機械磁力反應釜廠 溫州中偉的磁密封設備廠等均生產(chǎn)磁力混合機 國外的瑞 典 NA 型磁力攪拌反應釜 混合機安裝在反應釜底部 混合機與釜底齊平 易于拆卸 可靠 耐用 和便于維修 磁力混合機的缺點是對于一些粘稠液體或有大量固體參加或生成的反應尚不能順利 使用 此時必須使用機械混合機作為驅(qū)動能源 在新型攪拌槳葉的開發(fā)方面 很多公司都在積極開發(fā)具有適合于高黏度物料的槳葉的混合機 其中美國 ROSS 公司開發(fā)的新型雙行星式混合機是其中之一 同傳統(tǒng)的矩形長條形行星槳葉 見圖 1 1 a 不同 新型的高黏度攪拌槳葉 見圖 1 1 b 有一個精確的空間角度 使槳葉的轉(zhuǎn)動軌跡不 但有力地推動高黏度物料向前運動 而且推動它向下運動 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槳葉 當這兩片槳 葉在容器里面轉(zhuǎn)動時 產(chǎn)生極大剪切阻力 功耗大增 電流猛升 這個問題一直是傳統(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 新舊攪拌槳葉對比 新型 HV 槳葉由于是螺旋式設計 兩組 HV 槳葉在交替轉(zhuǎn)過一個截面時幾乎是連續(xù)地在切斷物 料 負荷是連續(xù)地處于平衡狀態(tài) 從而消滅了電流的浪涌跡象 德國 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 塔里木大學畢業(yè)設計 3 圖 1 2 攪拌低粘度和高粘度物料的慢速轉(zhuǎn)動的攪拌頭 這種攪拌頭的顯著優(yōu)點是 以比較慢的速度攪拌 但攪拌時間短 攪拌時未吸入空氣 不起泡 沫 無須加熱 對物料的動作比較柔和的 節(jié)省能量 一次完成 便于安裝 既可用于攪拌化學 品 也可用于攪拌食品 在新型轉(zhuǎn)子 定子攪拌技術方面進展也很迅速 轉(zhuǎn)子 定子攪拌技術可制造亞微米級的各種乳 化劑 美國 ROSS 和 IKA 公司生產(chǎn)的這種混合機 其產(chǎn)量約比相同功率的膠體磨或均質(zhì)機大十倍 其原理是令轉(zhuǎn)子在極高速度下轉(zhuǎn)動 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 被破碎到亞微米級 多功能化和攪拌過程的自動化是二十一世紀提高攪拌產(chǎn)品質(zhì)量 產(chǎn)量和滿足環(huán)境保護要求的 主導方向 目前有如下幾個發(fā)展趨勢 4 1 多軸攪拌機 它配備三套獨立傳動的攪拌裝置 一套是沿著攪拌容器周邊慢速轉(zhuǎn)動的三 翼錨式攪拌槳 使物料產(chǎn)生激烈的軸向和徑向流動 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 雙行星混合機與變速驅(qū)動裝置的組合 這一構想使得即使在極低轉(zhuǎn)速下也可獲得極大扭 矩 而低轉(zhuǎn)速攪拌對于制造高性能的硅膠 樹脂 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 被處理物料的黏度可高達 120 萬厘泊 行星槳葉和分散在環(huán)繞容器轉(zhuǎn)動時各有自己的轉(zhuǎn)軸 行星槳葉將物料傳送到分散頭 高 速分散則對物料施加剪切力 4 自動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卸料措 施 自動卸料系統(tǒng)大大減少了人工卸料的停機時間 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 臥式混合機發(fā)展趨勢 隨著近幾年科學技術的迅猛發(fā)展和相關理論的進一步完善 完全可以相信混合機的設計和制 造將會取得更大發(fā)展 其在社會生產(chǎn)中也會發(fā)揮越來越重要的作用 并且混合機在服從裝置規(guī)模 經(jīng)濟化和品種多樣化的同時 未來的新型產(chǎn)品也會越來越滿足合理利用資源 節(jié)能降耗和對環(huán)境 保護的眾多要求 1 4 論文主要完成的工作 臥式攪拌裝置主要由兩個部分組成 主傳動部分 攪拌葉片 主傳動部分包括一個異步電機 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程中更高效率的混合 本論 文的主要研究內(nèi)容如下 1 總體方案設計 塔里木大學畢業(yè)設計 4 通過對國內(nèi)外混合機發(fā)展現(xiàn)狀的研究 以及對食品設備設計原則的學習 在吸取寶貴經(jīng)驗的 同時也加入了自己的一些改進措施 制定自己的設計方案 2 臥式混合機的結(jié)構設計 有了總體的設計方案 將混合機的結(jié)構分成主傳動系統(tǒng) 攪拌部分和機架三大部分 然后分 別對這三部分進行詳細設計 3 零件安全性校核 當完成各部分的零件設計后 還要進行安全性校核 本論文主要對處于最復雜受力狀態(tài)下的 軸 軸承 鍵以及電機進行了校核計算舉例 其他各個零件的校核計算并沒寫到論文中 2 臥式混合機總體方案設計 2 1 臥式混合機總體結(jié)構方案 臥式混合機的攪拌容器軸線和混合機回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置 其結(jié)構簡單 造價低廉 卸 料 清洗 維修方便 可與其他設備配合完成連續(xù)生產(chǎn) 但占地面積一般較大 這類機器生產(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 糕點及一些飲食行業(yè)的 面食生產(chǎn)中均得到了廣泛應用 2 1 1 傳動方式確定 1 混合機形式選擇 本設計要求臥式混合 考慮臥式混合與目的 采用容器固定式臥式混 合機 2 傳動方案確定 因?qū)嚢杷俣纫蟛桓?市場上已有的成熟產(chǎn)品混合速度約為 60r min 過高的轉(zhuǎn)速并不會產(chǎn)生良好的攪拌效果 相反還會造成能量的浪費 但是雖然轉(zhuǎn)速低 啟動轉(zhuǎn)矩卻很大 選用符合啟動要求的電機 電機轉(zhuǎn)速約 2840r min 因此傳動系統(tǒng)要采用較大 減速比 考慮機器尺寸和振動噪聲要求 采用帶傳動和齒輪傳動組合機構 初步設定的傳動機構示意圖如圖 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 塔里木大學畢業(yè)設計 5 圖 2 1 傳動系統(tǒng)機構簡圖 2 1 2基本尺寸的確定 本設計為小型混合機 根據(jù)其工作容量和操作人員的最佳操作位置 混合機的外形尺寸為 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9058 半部分為 mm 的長方體 筒壁厚 8mm 混合機葉片邊緣與筒壁間隙 2mm 為了實現(xiàn)2 更好的攪拌效果 采用雙螺帶混合機 攪拌軸直徑 30mm 長 1000mm 大螺帶直徑 480mm 帶寬 40mm 小螺帶直徑 240mm 帶寬 30mm 還有設定進料方式和出料方式 容器桶上部設蓋子裝填物 料 下部開口卸放物料 有了以上尺寸設定 合理布局電動機的位置 傳動裝置的布局 完成總 體結(jié)構方案的設計 繪制機構簡圖 總體機構簡圖如圖 2 2 所示 1 主電機 2 小帶輪 3 大帶輪 4 齒輪 5 攪拌容器 圖 2 2 總體機構簡圖 2 2 混合機性能指標的設定 混合機工作參數(shù)不僅反映其所能勝任的工作 更重要的是決定設計方向和一些設計參數(shù)的選 擇范圍 對于主傳動系統(tǒng) 設定正常工作轉(zhuǎn)速 60r min 啟動時加速時間 4s 穩(wěn)定運行時間 5min 減 速時間 6s 停歇時間 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 本設計取 0 58 塔里木大學畢業(yè)設計 6 圖 2 3 攪拌容器外殼尺寸 3 臥式混合機結(jié)構設計 3 1 驅(qū)動元件的選擇與計算 3 1 1 驅(qū)動元件選擇原則 攪拌設備的攪拌軸通常由電動機驅(qū)動 電動機選用一般依據(jù)以下幾個原則 根據(jù)攪拌設備的負載性質(zhì)和工藝條件對電動機的啟動 制動 運轉(zhuǎn) 調(diào)速等要求 選擇電動 機類型 1 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求 考慮電動機的溫升限制 過載能力 和啟動轉(zhuǎn)矩 合理選擇電動機容量 并確定冷卻通風方式 2 根據(jù)使用場所大的環(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 考慮必要的防護方式和電動機的結(jié)構形式 確定電機的防爆等級和防護等級 3 根據(jù)攪拌設備的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求 以及機械減速的 復雜程度 選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速 除此之外 選擇電機還必須符合節(jié)能要求 并綜合考慮運行可靠性 供貨情況 備品備件通 用性 安裝檢修難易程度 產(chǎn)品價格 運行和維修費用等因素 根據(jù)上述原則 綜合考慮本設計的工作條件要求 確定電機類型為異步電機 防護方式防塵 攪拌以及防異物伸入 3 1 2 電機的選擇及電機參數(shù)的確定 1 攪拌功率的計算 在正常情況下 混合設備運轉(zhuǎn)時所消耗的功率包括以下幾部分 使容器內(nèi)的粉粒體運動消耗的功率 1 軸承 減速裝置和傳動裝置摩擦消耗的功率 2 連續(xù)驅(qū)動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 對于容器固定型混合設備 當這類混合設備的螺帶葉片或攪拌槳葉回轉(zhuǎn)時 對于流動良好的 粉粒體 可以通過實驗得到軸力矩 3 87654321 fbdsZKDTSap 1 式中 K 實驗系數(shù) 查表取 K 45 pD 粒子直徑 m 查表取 m 3105 p 塔里木大學畢業(yè)設計 7 表觀密度 kg m 3 查表取 kg m3 107 內(nèi)摩擦系數(shù) 查表取 1 19 S S Z 接觸螺帶粉粒體層的高度或長度 m 本設計 Z 0 78m d 葉片外徑 m 本設計 d 0 48m s 螺帶的節(jié)距 m 本設計 s 0 78m b 葉片寬度 m 本設計 b 0 04m f 裝料系數(shù) 本設計取值 f 0 58 參考已有實驗測出的參數(shù)表格 選擇機型為臥式螺帶 則指數(shù) 值如下 0 1 0 1 2 1 0 3 3 0 3 0 7 1 2 1 234 5678 對于本設計 物料設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) 最后計算數(shù)值確定如下 大螺帶轉(zhuǎn)矩 mN17 2 876543211 fbdsZKDTSap 而對于小螺帶 計算時只需將葉片外徑 d 這一參數(shù)值替換為 0 24 即可 小螺帶的轉(zhuǎn)矩5 876543212 fSap 攪拌軸上總轉(zhuǎn)矩 12 T 攪拌軸功率 3 nP 2 式中各參數(shù) P 功率 W n 回轉(zhuǎn)速度 r s 本設計取值 n 1r s T 攪拌軸力矩 mN 所以攪拌軸功率 W47 852 TP 2 電動機額定功率的計算 電動機額定功率是根據(jù)它的發(fā)熱情況來選擇的 在允許范圍內(nèi) 電動機絕緣材料的壽命為 15 25 年 如果超過了容許溫度 電動機使用壽命就要縮短 而電動機的發(fā)熱情況 又與負載大 小及運行時間長短有關 攪拌設備的電動機功率必須同時滿足混合機運轉(zhuǎn)及傳動裝置和密封系統(tǒng)功率損耗的要求 此 外還需考慮在操作過程中出現(xiàn)的不利條件造成功率過大等因素 電動機額定功率可按下式確定 塔里木大學畢業(yè)設計 8 3 SNP 3 式中各參數(shù) PN 電動機功率 kW P 混合機功率 kW 由前面計算 P 0 852447kW PS 軸承裝置的摩擦損失功率 kW 傳動裝置的機械效率 軸封裝置摩擦造成的功率損失因密封系統(tǒng)的機構而異 一般來說 填料密封功率損失大 機 械密封的功率損失相對較小 但是考慮到設計的目標功能與成本有機結(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功率的 5 10 本次計算取 5 8 軸承摩擦損失 功率為 kW04759 8 PS 傳動機構的效率是齒輪軸承帶這些零部件的效率乘積 開放式圓柱齒輪傳動效率取 0 9 帶 傳動效率取 0 96 滾動軸承效率取 0 99 所以 82 4 軸 承帶 輪齒 輪 電機額定效率 k0 1 SNP 3 電動機的選擇 為保證系統(tǒng)滿足啟動要求和穩(wěn)定運行要求 選擇的電機額定功率為 1 5kW 具體參數(shù)如下表 3 1 所示 表 3 1 交流異步電機的部分技術參數(shù) 名 稱 額定功率 kW 額定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r min 效率 NTmaxNin質(zhì)量 kg Y2 90S 2 1 65 3 4 2840 79 2 3 1 5 22 3 2 傳動系統(tǒng)的結(jié)構設計 電動機已經(jīng)初步選定 轉(zhuǎn)速 2840r min 攪拌軸的轉(zhuǎn)速 60r min 考慮到電機和攪拌軸的距離 以及整個攪拌機的體積 采用一級帶輪傳動 傳動比初定為 3 兩級傳動比為 4 的齒輪傳動 下 面將進行詳細計算 3 2 1 基本結(jié)構的確定與選材 對于傳動比為 3 的帶傳動 傳動比不是很高 傳遞的功率也不是很大 使用普通 V 帶輪 材 塔里木大學畢業(yè)設計 9 料 HT200 齒輪傳動比為 4 材料 40Cr 5 3 2 2 帶輪的詳細設計 1 帶輪的詳細設計 為計算帶傳動的結(jié)構參數(shù) 首先設定一些工作條件 本設計載荷變動微小 帶負載啟動 每 天工作小于 10 小時 1 計算帶輪的計算功率 6 3 PKAca 4 式中 計算功率 kW caP 動載荷系數(shù) 查表選取 1 1 AK P 電機額定功率 kW 所以 kW65 1 PKAca 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 初選小帶輪的基準直徑 因此外徑 轉(zhuǎn)速為 2840r min 驗m71d m7ad1n 算帶的速度 max11 s 5 060vnvd 其中 的取值范圍是 25 30m s maxv 4 確定 V 帶的根數(shù) 3 LocaKPZ 5 式中 kW03 查 表kW額 定 功 率 增 量 27 查 表帶 基 本 額 定 功 率 V單 根 14長 度 系 數(shù) 查 表 90包 角 系 數(shù) 查 表oLPK 所以 57 LocaKPZ 塔里木大學畢業(yè)設計 10 5 V 帶輪設計 關于 V 帶輪的形式 當帶輪基準直徑小于等于 2 5 倍的軸徑時 帶輪一般 采用實心式 當帶輪基準直徑小于等于 300mm 時可以采用腹板式 當帶輪基準直徑大于 300mm 時 可以采用輪輻式 帶輪槽型 Z 型 基準寬度 基準線上槽深 下槽深m5 8 db m0 2min ah 槽間距 第一槽對稱面至端面的距離 最小m0 7min fh3012 e m18 f 輪緣厚 輪槽角小帶輪 34 大帶輪 38 5 所以 帶輪寬 m642 1 feZB 小帶輪設計 小帶輪軸徑 d 34mm 采用實心式 85 dd 以下圖 3 1 和圖 3 2 所示為小帶輪的設計結(jié)構 圖 3 1 小帶輪結(jié)構尺寸 圖 3 2 小帶輪三維仿真 大帶輪設計 由于其基準直徑已經(jīng)非常大 為了減少m3024 m2 dd 質(zhì)量 更重要的是降低轉(zhuǎn)動慣量 采用孔板式 以下圖 3 3 和圖 3 4 所示為大帶輪的設計結(jié)構 圖 3 3 大帶輪結(jié)構尺寸 圖 3 4 大帶輪三維仿真 塔里木大學畢業(yè)設計 11 3 2 3 軸的結(jié)構設計 通過以上計算 傳動零件計算完畢 現(xiàn)在進行傳動系統(tǒng)中軸的計算 軸的最小直徑由下述公 式確定 m05 9 2 095303min nPAdT 軸徑最大值必然會小于 100mm 而且在某些截面上會有鍵槽 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 在設計時將軸的最小直徑設計為 24mm 設計出安裝帶輪 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的齒輪軸 所以大齒輪所用的軸的材料為 45 號鋼 調(diào)質(zhì)處理 A0 取最大值 126 功率 P kW235 1906 905 15 轉(zhuǎn)速 所以齒輪軸的最小直徑min r7463280帶 輪 in m76 13 2 950303 PAdTmin 截面會有一個鍵槽 最小軸徑增大 7 以此為依據(jù)設24 minmind 計軸的結(jié)構 3 303 2 095PAdT 6 考慮到小帶輪厚度大于驅(qū)動電機軸伸出的長度 小帶輪在這需要設計一根軸 材料定為 45 號 鋼 調(diào)質(zhì)處理 查表可知 A0 的取值范圍在 126 103 本設計取 112 則小帶輪軸的最小直徑 3 2 4 傳動系統(tǒng)的支架設計 通過以上計算 主傳動系統(tǒng)的主要零件設計完畢 合理布局各傳動件的位置 然后設計減速 系統(tǒng)的支架 設計時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)過仔細的 設計之后 再利用 SOLIDWORKS 進行了整個傳動系統(tǒng)的組裝 這樣可以更直觀地表達出設計理念 并且也更容易看出其中的問題來 圖 3 5 為傳動系統(tǒng)的三維結(jié)構外觀圖 圖 3 5 傳動系統(tǒng)三維結(jié)構 塔里木大學畢業(yè)設計 12 3 3 攪拌部分結(jié)構設計 攪拌部分包括攪拌槳 攪拌容器以及附屬的止動扳手 聯(lián)軸器等零件 攪拌槳是機械攪拌設 備的關鍵部件 攪拌操作涉及流體的流動 傳質(zhì)和傳熱 所進行的物理和化學過程對攪拌效果的 要求也不同 7 攪拌容器是物料攪拌操作的場所 設計時要求體積符合工作需要 但是質(zhì)量不能 太大 否則會造成不必要的材料浪費和功率損失 止動扳手是用來限制攪拌容器運動的機構 聯(lián) 軸器是用來連接攪拌槳和傳動系統(tǒng)輸出軸的 以下為設計過程 3 3 1 攪拌槳機構設計 至今對混合機的研究還不夠 因而混合機的設計工作均帶有一定的經(jīng)驗性 從已有的產(chǎn)品選 用或適當改進 混合機的選用設計應從以下幾方面考慮 有類似應用 而且攪拌效果較滿意的可以選用相同混合機 生產(chǎn)過程對攪拌有嚴格要求又無類似混合機型式可以參考時 則應對工藝 設備 攪拌要 求 經(jīng)濟性等作全面評價 找出操作的主要控制因素 選擇合適的混合機型式 生產(chǎn)規(guī)模較大或新開發(fā)的攪拌設備 需進行一定的試驗研究 尋求最佳的混合機型式 尺 寸及操作條件 并經(jīng)中試后才能應用于工業(yè)裝置中 8 為了獲得較好的混合效果 本設計采用了雙螺帶混合機 因為此種混合機有較好的循環(huán)性能 使得整個容器內(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 240mm 10 結(jié) 構設計如下圖 3 6 所示 圖 3 6 雙螺旋攪拌結(jié)構 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 焊接后對接縫 處進行處理 使表面盡可能的光滑 11 3 3 2 攪拌容器的結(jié)構設計 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 前面在設定工作參數(shù)時已經(jīng)初步確定了容器的容積 在這 里以前面的設定為基礎進行詳細的設計 由于攪拌葉片運轉(zhuǎn)起來是一個圓柱形的工作空間 而且 塔里木大學畢業(yè)設計 13 為了達到較好的攪拌效果 槳片與容器壁之間的距離又不能太大 一般是在 2 5mm 之間 本設計 屬于中小型機械 取用 2mm 的間隙 容器底部大致為一個半圓柱形狀 為了裝料方便 容器上面 采用揭蓋式結(jié)構 為了出料方便省力 在容器底部設置出料口 為了減輕容器的重量同時還要保 證必要的強度 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 3 3 3 聯(lián)軸器的選用 本設計結(jié)構需要使用兩個聯(lián)軸器 第一個是主傳動系統(tǒng)中電機與小帶輪之間 因為小帶輪對 電機軸伸出部分而言較長 所以小帶輪的軸和電機兩個軸與軸需要連接聯(lián)軸器 這里沒有什么特 殊結(jié)構上的要求 使用普通聯(lián)軸器即可 第二個聯(lián)軸器用在攪拌軸和主傳動系統(tǒng)之間 此處為了 主傳動系統(tǒng)的拆裝方便以及系統(tǒng)內(nèi)各個零件的靈活拆裝 攪拌軸和主傳動系統(tǒng)之間有較大的距離 這么長的距離如果使用一根軸就要求加工和安裝精度很高 否則軸上就會產(chǎn)生很大的附加約束力 因此在此處將軸斷開 用一個彈性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié) 這樣對兩個軸的同軸度要求降低了 并且還有吸 震作用 降低了傳動系統(tǒng)中齒輪受到的沖擊力 14 3 3 4 止動扳手的機構設計 本設計的攪拌容器是可以擺動的 但是在攪拌運動進行時是不需要也不允許攪拌容器擺動的 因此需要設計一處止動裝置 使得混合機在運轉(zhuǎn)時 攪拌容器被固定 當攪拌運動結(jié)束后 打開 裝置 容器能夠恢復運動 對于自動化程度沒有要求的設計產(chǎn)品 此功能可以簡單的由一個扳手實現(xiàn) 此結(jié)構圖如下圖 3 7 所示 1 攪拌桶 2 支架 3 扳手支座 4 彈簧 5 插銷 6 扳手 圖 3 7 止動扳手結(jié)構 圖中狀態(tài)攪拌容器沒有被卡住 可以擺動 當扳手向右或左扳動時 扳手的轉(zhuǎn)軸與彈簧安裝 底座的距離就會拉小 銷在彈簧力的作用下就會向左移動 深入到容器壁的孔中去 攪拌箱體被 卡住 當扳手復位后 銷又伸出來 攪拌容器的運動又恢復正常 1 2 3 4 5 6 3 4 5 塔里木大學畢業(yè)設計 14 4 安全性計算與校核 4 1 軸承的校核 本設計中多處采用滾動軸承 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 混合機能在規(guī)定的工作壽命內(nèi)正常工作 不能盲目進行安裝使用 否則可能會出現(xiàn)一些意想不到 的事故和現(xiàn)象 因此 必須對軸承進行一系列的校核和驗算 具體驗算內(nèi)容如下 對于小帶輪軸處的深溝球軸承 軸承軸向載荷 徑向載荷0 aFN27527 r 當量動載荷 340 1rpFfP 選擇載荷系數(shù) 定為無沖擊或輕載荷 1 0 1 2 設軸承工作壽命與機器的設定壽命相同 h8630 hL 軸承應有的基本額定動載荷 kN70 4136 hLnPc 而本設計選用的軸承61907 其基本額定動載荷 符合要求 2 rC 對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 本設計的軸要么承受明顯的轉(zhuǎn)矩 要么承受明顯的徑向力 受力情況比較簡單 當時設計軸 時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零 件在運動中也會產(chǎn)生更大的載荷影響 因此需要對軸的強度進行校核 由前面的計算已經(jīng)知道 攪拌半徑 所以作用在攪拌葉片上mN74 135 Tm24 0 R 的力可以粗略計算為 N65 TF 此力為 Fa 和 Ft 的合力 螺旋帶傾角 30 所以 N4 128930cosin1 tNHNHatFF 攪拌軸重量粗略估計為 那么G8001GNVV 塔里木大學畢業(yè)設計 15 mN806 472mN95 617mN4 52112 VHVatHMRFMl 所以 攪拌軸是安全的 總 結(jié) 本課題結(jié)合目前國內(nèi)外臥式混合機的研究現(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)的臥式混合機的設計和開發(fā)過程 本文主要完成的工作如下 1 臥式混合機總體結(jié)構方案的確定 分析了臥式混合機的特點 確定了設計的基本結(jié)構 并根據(jù)工作參數(shù)確定一些必要的設計基本尺寸 2 驅(qū)動元件的選擇 通過計算選出滿足混合機使用要求的交流異步電動機 并詳細列出其 技術參數(shù) 3 主傳動系統(tǒng)的詳細設計 對混合機主運動進行分析計算 設計主傳動系統(tǒng)的各個零件 并利用 SOLIDWORKS 進行三維建模 4 混合機其他重要零部件的詳細設計 如機架和外殼等 確定零件結(jié)構 繪制零件圖和裝 配圖 并利用 SOLIDWORKS 進行三維建模 5 零件的強度和剛度計算與校核 對各個已設計零件進行強度和剛度計算 確保滿足使用 要求 使混合機具有足夠的可靠性 塔里木大學畢業(yè)設計 16 致 謝 這次畢業(yè)設計能夠完成 首先感謝母校 塔里木大學的辛勤栽培 感謝學校給我一個難得的 學校環(huán)境和機會 這次畢業(yè)設計 讓我學到了新的知識 讓我開闊眼界 對農(nóng)業(yè)機械行業(yè)有了一個全新的認識 明白了學習的可貴和艱辛 在此 我深深的感謝蘭海鵬導師給我的幫助 在他的建議下 我確定 設計的整體方案 蘭老師督促我的畢業(yè)設計 給我耐心的指導和幫助 讓我能夠跟上設計進度 同時也感謝這幾年給予我?guī)椭睦蠋?是他們辛勤的教導 我才有了設計知識的基礎和理論 是 他們的培育 我才有今天的成就 這次畢業(yè)設計 我深深感到理論知識的重要性 在多次對設計的方案和數(shù)據(jù)的修改中 明白 理論和實際相結(jié)合的重要 做設計的過程中 我向老師和同學請教 把自己不明白的地方弄明白 同學向我提問的時候我也耐心解答 大家形成一個很好的互相學習氛圍 這次的畢業(yè)設計 讓我 感到平時對農(nóng)業(yè)機械了解的程度不夠 對農(nóng)業(yè)機械知識的欠缺 在老師和同學的講解下 我對農(nóng) 業(yè)機械有一個全面的了解 在設計過程中 遇到種種困難 沒有老師和同學的幫助 我絕對不可 能完成 他們的幫助我會銘記在心 最后 真誠的感謝學校給我學習的機會 感謝各位老師的幫助 學校和老師給予的知識讓我 受用一生 塔里木大學畢業(yè)設計 17 參考文獻 1 陳志平 章序文 林興華 攪拌與混合設備設計選用手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社 工業(yè)裝備 與信息工程出版社 2004 383 2 許學勤 王海鷗 食品工廠機械與設備 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2008 164 181 3 韓丹 李龍 程云山 徐峰 現(xiàn)代攪拌技術的研究進展 J OOD MACHEINEY 2004 20 4A 31 34 4 陳登豐 混合機和攪拌容器的發(fā)展 J 壓力容器 2008 25 2A 33 46 5 成大先 機械設計手冊 常用工程材料 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 26 78 6 機械設計手冊編委會 機械設計手冊 第 3 卷 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 98 118 7 孔凡國 鄒慧君 工業(yè)用和面機機構設計理論與方法 J 機械設計與研究 1995 4 25 27 8 趙悟 攪拌裝置參數(shù)優(yōu)化的研究 D 長安 長安大學 2005 17 29 9 趙利軍 攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究 D 長安 長安大學 2005 13 47 10 顧維憶 臥式螺旋攪拌葉片的螺旋角參數(shù)探討 J 漁業(yè)機械儀器 1988 6 5 9 47 11 Smith J J Farrar R A Influence of Microsructure and Composition on Mechanical Properties of AISI 300Series Weld Metals A Intemational Materials Reviews 1993 38 1 25 51 12 馬瑞 和面機強度計算的商榷 J 包裝與食品機械 1987 Z1 22 24 13 Kallqvist J Micranalysis of a Stabilized Austenitic Stainless Steel after long term ageing J Mater Sci Eng 1999 A270 27 32 14 單國邦 和面機噪聲及其控制對策 J 鶴城環(huán)境 1992 16 3 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