學(xué)本科生畢業(yè)論文 臥式攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 (系 )：機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 摘 要 攪拌設(shè)備使用歷史悠久，應(yīng)用范圍廣， 大量應(yīng)用于化工、石化、輕工、醫(yī)藥、食品、采礦、造紙、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)單分為立式和臥式，其中 臥式主要是指攪拌容器軸線與攪拌器回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置。 本課題在國內(nèi)外攪拌器的研究與發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新的帶有攪拌和振動(dòng) 排料功能的臥式攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以進(jìn)行用于食品工業(yè)的面粉攪拌操作。該臥式攪拌器具有兩條傳動(dòng)系統(tǒng)，第一條主傳動(dòng)系統(tǒng)采用 V 帶和齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)攪拌操作，第二條傳動(dòng)系統(tǒng)采用多楔帶和凸輪組合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)攪拌箱體的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 本文對(duì)臥式攪拌器的基本結(jié)構(gòu)、基本尺寸進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并利用攪拌器結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，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；然后，對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行了分析校核，保證攪拌器的可靠運(yùn)行。 關(guān)鍵詞： 臥式攪拌器；混合設(shè)備；面粉加工；食品工業(yè) 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 in as so be by be to s Of s s A of in on of It be in of is of to of is of to of of s in to of by to to s 程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 目 錄 第 1 章 緒論 1 題研究意義 1 拌器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 式攪拌器發(fā)展趨勢(shì) 4 文主要完成的工作 5 第 2 章 臥式攪拌器總體方案設(shè)計(jì) 6 言 6 式攪拌器總體結(jié)構(gòu)方案 6 動(dòng)方式確定 6 本尺寸的確定 8 拌器性能指標(biāo)的設(shè)定 9 章小結(jié) 9 第 3 章 臥式攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 言 10 動(dòng)元件的選擇與計(jì)算 10 動(dòng)元件選擇原則 10 電機(jī)的選擇及電機(jī)參數(shù)的確定 11 電機(jī)的選擇及電機(jī)參數(shù)的確定 14 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 15 本結(jié)構(gòu)的確定與選材 15 輪與齒輪的詳細(xì)設(shè)計(jì) 15 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 傳動(dòng)系統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)及三維仿真 24 動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 本結(jié)構(gòu)的確定與選材 25 程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 輪齒輪與凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和擺動(dòng)系統(tǒng)安裝的三維仿真 34 拌部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 拌槳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 拌容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 36 軸器的選用 37 動(dòng)扳手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 章小結(jié) 38 第 4 章 安全性計(jì)算與校核 40 言 40 承的校核 40 的校核 41 的校核 43 章小結(jié) 44 結(jié) 論 45 參考文獻(xiàn) 46 致 謝 48 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 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)用最廣的過程單元操作之一，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，攪拌與混合技術(shù)發(fā)展很快、攪拌與混合設(shè)備正向著大型化、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)不可或缺的重要工具。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)問題上，長(zhǎng)期以來一直依靠專家根據(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)一直是攪拌過程所研究的主要課題。 拌器國內(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(dá)到一定程度均勻性的單元操作 2?；旌蠙C(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流動(dòng)作用，成為組分濃度均勻的混合物。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的完善和進(jìn)一步成熟，攪拌器的設(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)。攪拌器在服從裝置規(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)。基于降低產(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) 地清洗）和 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)的攪拌器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 ,在攪拌器中用得最少。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)攪拌器的特點(diǎn)是以靜密封結(jié)構(gòu)取代動(dòng)密封 ,攪拌器與電極傳動(dòng)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題。國內(nèi) ,威海自控反應(yīng)釜公司、開原化工機(jī)械磁力反應(yīng)釜廠、溫州中偉磁傳密封設(shè)備廠等均生產(chǎn)磁力攪拌器。瑞典 磁力攪拌反應(yīng)釜 ,攪拌器安裝在反應(yīng)釜底部 ,攪拌器與釜 底齊平 ,易于拆卸 ,可靠、耐用和便于維修。磁力攪拌器的缺點(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)械攪拌器作為驅(qū)動(dòng)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攪拌器 ,其中美國 司開發(fā)的新型雙行星式攪拌器是其中之一。同傳統(tǒng)的矩形長(zhǎng)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(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)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 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 （ a） 傳統(tǒng)的行星式槳葉 （ b） 新型 葉 圖 舊攪拌槳葉對(duì)比 猛升。這個(gè)問題一直是傳統(tǒng)行星式垂直槳葉的要害所在。新型 葉由于是螺旋式設(shè)計(jì) ,兩組 葉在交替轉(zhuǎn)過一個(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現(xiàn)象。德國 既可攪拌低 黏度 ,也可攪拌高黏度物料 ,其形狀如圖 示。 圖 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)不吸入空氣 ,不起泡沫 ,無須加熱 ,對(duì)物料的動(dòng)作是柔和的 ,節(jié)省能量 ,一次完大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 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 子 美國 司生產(chǎn)的這種攪拌器 ,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)生極大的剪切能和湍動(dòng)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）雙行星攪拌器與變速驅(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，采用這種組合的攪拌器 ,被處理物料的黏度可高達(dá) 120 萬厘泊。行星槳葉和分散頭在環(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。高速分散頭則對(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 ,消滅次品 ,還保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。由于操作人員與產(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。 式攪拌器 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，完全可以相信攪拌器的設(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)揮越來越重要的作用。并且攪拌器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，未來的新型產(chǎn)品也會(huì)越來越滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 文主要完成的工作 臥式攪拌裝置 主要 由三 部分組成： 主傳動(dòng)部分、攪拌葉片及擺動(dòng)部分 。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 程中更高效率的混合。擺動(dòng)部分包括一個(gè)異步電機(jī)和擺動(dòng)系統(tǒng)。 本論文 的 主要研究?jī)?nèi)容 如下 ： （ 1）總體方案設(shè)計(jì) 通過對(duì)國內(nèi)外的攪拌器發(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)也加入自己的一些改進(jìn)，制定自己的設(shè)計(jì)方案。 （ 2）臥式攪拌器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有了總體的設(shè)計(jì)方案，將攪拌器的結(jié)構(gòu)分成主傳動(dòng)系統(tǒng)、擺動(dòng)系統(tǒng)、攪拌部分和機(jī)架四大部分，然后分別對(duì)這四部分進(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)算并沒有寫到論文中。 （ 4）三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 對(duì)所設(shè)計(jì)的攪拌器進(jìn)行安全性校核計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)沒有不符合要求的零件，然后利用 件完成三維實(shí)體建模。建模的目的便是讓自己的設(shè)計(jì)更加直觀，同時(shí)還很容易檢查各處結(jié)構(gòu)是否存在干涉現(xiàn)象，再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，觀察運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)目的。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 第 2 章 臥式攪拌器總體方案設(shè)計(jì) 言 食品機(jī)械與設(shè)備的特點(diǎn)是食品原料、加工過程和食品成分方面的特殊性的反映?？傮w而言，食品加工機(jī)械與設(shè)備具有以下特點(diǎn)：機(jī)械可移動(dòng)性；防水防腐蝕性； 衛(wèi)生要求高；自動(dòng)化程度高低不一。 式攪拌器 總體 結(jié) 構(gòu)方案 臥式攪拌器的攪拌容器軸線與攪拌器回轉(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 25400左右。它是國內(nèi)大量生產(chǎn)各種面食制品的各食品廠應(yīng)用最廣泛的一種加工設(shè)備。它的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，卸料清洗方便等，所以在食品加工中，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。 動(dòng)方式確定 （ 1） 攪拌機(jī)形式選擇，本設(shè)計(jì)要求臥式攪拌，考慮攪拌形式與目的，采用容器固定式 臥式 攪拌機(jī) 。 （ 2） 傳動(dòng)方案確定，因 對(duì) 攪拌速度 要求 不高， 市場(chǎng)上已有的成熟產(chǎn)品攪拌速度 約 為 3060r/過高的轉(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 2000r/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)定的減速機(jī)構(gòu)示意圖如圖 示。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 1 2 3 4 5 小齒輪 6 電機(jī) 圖 動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （ 3）擺動(dòng)機(jī)構(gòu)確定，擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)有多種機(jī)構(gòu)形式，四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)沖擊大，對(duì)桿的強(qiáng)度要求高；凸輪通過優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡則可以將運(yùn)動(dòng)沖擊大幅度降低，所以決定采用擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 示。 1 2 3 4 5 6 7圖 動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 2 3 4 5 6 2 1 7 6 5 4 3 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 本尺寸的確定 本設(shè)計(jì)為小型攪拌機(jī)，根據(jù)其工作容量和操作人員的最佳操 作位置， 暫定攪拌機(jī)的外形尺寸為 900500800 中攪拌軸軸線高度 600拌容器下半部分為直徑 500半圓筒，上半部分為 200500800 長(zhǎng)方體，筒壁厚 8拌器葉片邊緣與筒壁間隙 2了實(shí)現(xiàn)更好的攪拌效果，采用雙螺帶式攪拌器，攪拌軸直徑 30 1000螺帶直徑 480寬 40螺帶直徑 240寬 30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，下部開口卸放物料，為使物料快速卸放，安裝振動(dòng)裝置使容器桶繞其軸進(jìn)行左右小幅高頻振動(dòng)，動(dòng)力由另一個(gè)電機(jī)提供，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成左右擺動(dòng)。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。 總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 示。當(dāng)然這只是一個(gè)初步的設(shè)計(jì)概念，在以后的具體設(shè)計(jì)工作中可能會(huì)出現(xiàn)部分機(jī)構(gòu)干涉現(xiàn)象，這時(shí)就需要對(duì)已定的一些尺寸進(jìn)行必要的適當(dāng)?shù)男薷摹?1 2 3 4 5 67 8 9 10圖 體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 2 3 4 5 7 8 9 10 6 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 拌器性能指標(biāo)的設(shè)定 攪拌器工作參數(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/動(dòng)時(shí)加速時(shí)間 4s，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間 5速時(shí)間 6s，停歇時(shí)間 2 對(duì)于擺動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定擺角幅度 15，擺動(dòng)周期 1s，運(yùn)行時(shí)間 1歇時(shí)間 6 攪拌容器為半圓柱形，尺寸如圖 示。容器固定型攪拌裝置的裝 料系數(shù)一般為 設(shè)計(jì)取 圖 拌容器外殼尺寸 章小結(jié) 本章通過分析研究食品工業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)制造要求，確定了用于面粉攪拌的臥式攪拌機(jī)基本結(jié)構(gòu)方案和基本結(jié)構(gòu)尺寸，并對(duì)臥式攪拌機(jī)的部分工作參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)設(shè)定，為下一步的詳細(xì)計(jì)算做好準(zhǔn)備。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 第 3 章 臥式攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 言 上一章對(duì)臥式攪拌器的機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案進(jìn)行了分析論證，本章將基于上一章已確定的基本結(jié)構(gòu)和基本尺寸進(jìn)行詳細(xì)全面的設(shè)計(jì)工作，分別對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)，確定其具體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)尺寸，繪制零件圖，裝配圖 ，并用 行三維建模。其中重點(diǎn)進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的仿真，檢驗(yàn)凸輪機(jī)構(gòu)能否正常工作，分析其受力沖擊特性。 動(dòng)元件的選擇與計(jì)算 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： （ 1） 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。 （ 2） 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。 （ 3） 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)。 （ 4） 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)的過渡過程的性能要求，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。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 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、防水濺以及防異物伸入。 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： （ 1） 使容器內(nèi)的粉粒體運(yùn)動(dòng)消耗的功率。 （ 2） 軸承、減速裝置和傳動(dòng)裝置摩擦消耗的功率。 （ 3） 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。 （ 4） 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回轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于流動(dòng)良好的粉粒體，可以通過實(shí)驗(yàn)等到軸力矩。 87654321 )/( （ 式中 K 實(shí)驗(yàn)系數(shù)，查表取 K=45； 粒子直徑， m，查表取 表觀密度， kg/表取 kg/ S 內(nèi)摩擦系數(shù)，查表取S= Z 接觸螺帶的粉粒體層的高度或長(zhǎng)度， m，本設(shè)計(jì) Z= d 葉片外徑， m，本設(shè)計(jì) d= s 螺帶節(jié)距， m，本設(shè)計(jì) s= b 葉片寬度， m，本設(shè)計(jì) b= f 裝料系數(shù)，本設(shè)計(jì)取值 f= 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： 1 =0； 2 =3 =4 =5 =6 =7 =8 = 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 2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)，大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 最后計(jì)算數(shù)值確定如下： 大螺帶轉(zhuǎn)矩 ( 876543211 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 可，小螺帶轉(zhuǎn)矩 ( 876543212 攪拌軸上總轉(zhuǎn)矩 521 攪拌軸功率 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 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)熱情況來選擇的，在允許范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)絕緣材料的壽命為 1525 年。如果超過了容許溫度，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)滿足攪拌器運(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程中出現(xiàn)的不利條件造成功率過大等因素。 電動(dòng)機(jī)額定功率可按下式確定： )( （ 式中各參數(shù) 電動(dòng)機(jī)功率， 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 P 攪拌器功率， 前面計(jì)算 P= 軸封裝置的摩擦損失功率， 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，一般來說，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攪拌器功率的 5%10%，本次計(jì)算取 即軸封摩擦損失功率為 7 5 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，開式圓柱齒輪傳動(dòng)效率取 傳動(dòng)效率取 動(dòng)軸承效率取 以 軸承帶輪齒輪 電機(jī)額定效率 3、 電動(dòng)機(jī)功率的修正計(jì)算 電動(dòng)機(jī)用于海拔高度超過 1000m 或環(huán)境溫度超過 40、相對(duì)濕度超過95%時(shí)，均在訂貨時(shí)注明，并計(jì)算功率的降低程度，這是因?yàn)楹０胃叨取囟群蜐穸榷紩?huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作產(chǎn)生很大影響。本設(shè)計(jì)忽略海拔高度和濕度的影響，只考慮環(huán)境溫度造成的影響，電機(jī)額定功率按照下式進(jìn)行修訂： （ 式中 校正溫度影響后的電動(dòng)機(jī)功率， 電動(dòng)機(jī)額定功率， 前面計(jì)算 溫度校正系數(shù)，根據(jù)表格查詢對(duì)應(yīng) 25時(shí)的溫度校正系數(shù)為 所以電機(jī)額定功率 4、 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)額定功率為大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 體參數(shù)如下表 示。 表 流異步電機(jī)的部分技術(shù)參數(shù) 名稱 額定功率 定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r/率 % 2 840 79 2 電機(jī)的選擇及電機(jī)參數(shù)的確定 與前面計(jì)算主電機(jī)的過程相似，首先設(shè)定工作條件：擺動(dòng)系統(tǒng)的擺動(dòng)周期 T=1s，擺動(dòng)幅角 15 ，工作過程可以假設(shè)為整體箱體質(zhì)量集中為一點(diǎn)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該點(diǎn)距離回轉(zhuǎn)中心的距離 L=R/2=拌桶作為鑄造件，設(shè)密度均勻，值為 33 kg/ ，并且作為粗略估算，將其外形假設(shè)為外部450500880 內(nèi)壁厚 10長(zhǎng)方體，所以，整個(gè)攪拌桶質(zhì)量為 將所有質(zhì)量集中到攪拌桶外壁某一點(diǎn)，那么擺動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)矩為 m 擺動(dòng)的等效角速度 s/r a 04 w 擺動(dòng)功率 計(jì)算電機(jī)功率，其中效率包括帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸承以及擺動(dòng)臂和凸輪之間的效率乘積，即 凸輪軸承齒輪帶輪 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 選擇電機(jī) 定功率 體參數(shù)如下表 示。 表 流異步電機(jī)的部分技術(shù)參數(shù) 名稱 額定功率 定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r/率 % 13210 82 9 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/拌軸的轉(zhuǎn)速 60r/動(dòng)比大約為 48，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。 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 輪傳動(dòng)比為 4，材料 40。 輪與齒輪的詳細(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 7 （ 式中 計(jì)算功率， 動(dòng)載荷系數(shù)，查表選取 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 P 電機(jī)額定功率， 所以 （ 2） 選擇帶型，普通 V 帶 Z 型，節(jié)寬 寬 b=10度h=6面積 A=47 3）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 此外徑 速為1n =2840r/算帶的速度 m a s/d 其中530m/s。 計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑 dd 查表圓整后 徑 （ 4）確定帶輪的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 初定中心距 )(2)(（ ()(22 21212 a 取 際中心距 12 中心距的變動(dòng)范圍 a xm （ 5）驗(yàn)算主動(dòng)輪上包角 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 21 a dd 包角滿足要求。 （ 6）確定 V 帶的根數(shù) Z)( （ 式中 。，查表額定功率增量，；，查表帶基本額定功率，單根；長(zhǎng)度系數(shù)，查表；包角系數(shù)，查表所以， Z（ 7）確定帶的預(yù)緊力。 單根 V 帶所需預(yù)緊力 21121 （ 其中 v 帶的線速度取最大值， m/s，即大帶輪上外緣點(diǎn)的線速度 s； q 傳動(dòng)帶單位 長(zhǎng)度質(zhì)量， kg/m，查表得數(shù)值 m。 所以， 由于新帶輪容易松弛，所以對(duì)于非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的 。 （ 8）計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 2c o s (2 1 （ 9） 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 輪一般采用實(shí)心式；當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于等于 300可以采 用腹板式；當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑大于 300，可以采用輪輻式。 帶輪槽型 Z 型，基準(zhǔn)寬度 準(zhǔn)線上槽深 槽深 間距 e ，第一槽對(duì)稱面至端面的距離f ，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=34 dd d，采用實(shí)心式 。，??；，取1)25.1(以下圖 圖 示為小帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 圖 帶輪結(jié)構(gòu)尺寸 圖 帶輪三維仿真 大帶輪設(shè)計(jì)， 02 2 4 ,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。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 。；，取2 以下圖 圖 示為大帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 圖 帶輪結(jié)構(gòu)尺寸 圖 帶輪三維仿真 2、齒輪的詳細(xì)設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)比的分配為 4421 齒輪材料鍛鋼，直齒圓柱齒輪， 7級(jí)精度。傳動(dòng)系統(tǒng)輸入功率 軸承帶輪電機(jī) 小齒輪轉(zhuǎn)速 m in/帶傳動(dòng)主電機(jī)u=4，設(shè)定工作壽命 10 年，每年工作 300 天，每天 工作 6 小時(shí)。選擇小齒輪材料 40質(zhì)），硬度 280齒輪材料 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度 240者材料硬度差 40 初定小齒輪齒數(shù) 4,大齒輪齒數(shù) 96 12 按照齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪。 32211 )1(u （ 確定其中計(jì)算參數(shù)， 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 。，查表得極限，為大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度；，查表得極限，為小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度；，取值，為材料的彈性影響系數(shù)；為齒寬系數(shù)，取值；為載荷系數(shù)，取值；，為小帶輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，M P 2/1411511H l i m 2H l i m 1計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 03006(19006060h 查表 6得接觸疲勞壽命系數(shù)， 失效概率 1%，安全系數(shù) S=1，計(jì)算接觸許用應(yīng)力 M P M p 2l 將上述兩個(gè)數(shù)值中較小的值帶入公式中計(jì)算小齒輪分度圓直徑 )1( 2 211 u 計(jì)算圓周速度 s/ 0 060 11 t 計(jì)算齒寬 td 模數(shù) 齒高 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 因此，齒寬比 計(jì)算載荷系數(shù)，根據(jù) v=s， 7 級(jí)齒輪精度，查得動(dòng)載荷系數(shù) 設(shè) N /m b FK 表知 K，使用系數(shù) K (輕微沖擊 )，因此 2 bK 由 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)圖，所以，載荷系數(shù) 按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑 計(jì)算模數(shù) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3211 2 （ 確定式中各參數(shù)， 。數(shù)大齒輪彎曲疲勞壽命系；數(shù)小齒輪彎曲疲勞壽命系；限大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極； 計(jì)算彎曲許用應(yīng)力，安全系數(shù) S= ；M P 7M P 3222111大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 計(jì)算載荷系數(shù) 8 1 查取齒形系數(shù) ， 1 Y 計(jì)算大小齒輪的 ，并比較大小。 222111 大齒輪數(shù)值大，取用大齒輪的數(shù)值， 2 3 2 43 211 取 m=度圓直徑 d ，齒數(shù) 2611 齒輪齒數(shù)10412 齒輪幾何尺寸及安裝尺寸計(jì)算 分度圓直徑 中心距 1 齒輪寬 db d 取小齒輪寬 B ，大齒輪寬 B 。 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 1 0 08 9 5211符合前面的假設(shè)，所以設(shè)計(jì)合理。小齒輪分度圓直徑