J-350A真空乳化机传动系统和搅拌系统设计【7张CAD图纸和说明书】

目  录

摘要…………………………………………………………………………  1
ABSTRACT……………………………………………………………………  2
0 引言………………………………………………………………………  4
1 概述………………………………………………………………………  4
1.1 乳化机的发展现状……………………………………………………  5
2 设计任务…………………………………………………………………  10
2.1 ZRJ-350真空乳化机的结构和特点…………………………………  10
2.2 设计内容………………………………………………………………  12
2.3 设计目的………………………………………………………………  12
2.4 主要技术指标………………………………………………………… 13
2.5 设计步骤……………………………………………………………… 13
3 设计方案拟定…………………………………………………………… 14
3.1 参考方案……………………………………………………………… 14
3.2 两套参考方案的比较………………………………………………… 15
3.3设计方案的最终确定………………………………………………… 15
4 ZRJ-350A真空乳化机各系统分析………………………………… 15
4.1传动系统分析………………………………………………………… 16
4.2搅拌系统分析………………………………………………………… 17
5 传动方案确定……………………………………………………………   18
5.1传动方案……………………………………………………………… 18
5.1.1 电动机的选择………………………………………………………  18
6 传动零件的强度校核………………………………………………… 25
6.1 蜗轮蜗杆传动………………………………………………………… 25
6.1.1 主要传动参数………………………………………………………  25
6.1.2 蜗轮蜗杆的强度校核计算………………………………………… 25
7 轴的结构设计和强度校核…………………………………………… 27
7.1 最外轴的结构设计和强度校核……………………………………… 27
7.2 中间轴的结构设计和强度校核……………………………………… 31
7.3 蜗杆轴的结构设计和强度校核………………………………………  33
8轴承的寿命验算………………………………………………………… 37
8.1各轴上所用的轴承…………………………………………………… 37
8.2各个轴承的寿命验算………………………………………………… 38
9 键连接工作能力验算…………………………………………………… 50
9.1 各轴上所用的键……………………………………………………… 50
9.2 各键的工作能力验算………………………………………………… 50
10 联轴器…………………………………………………………………   53
10.1 联轴器的选型说明…………………………………………………… 53
10.2 联轴器的选择与型号尺寸…………………………………………… 53
11 结论……………………………………………………………………… 54
参考文献…………………………………………………………………… 57
致谢…………………………………………………………………………  60
译文………………………………………………………………………… 61
原文说明…………………………………………………………………… 74

附录：机械装配图（0号图纸2张）
附录1 传动系统装配图
附录2 搅拌系统装配图
摘    要

真空乳化机是一种在食品、化工、药品的生产过程中得到广泛应用的设备。但由于目前国内的一些乳化设备与国外先进水平还有很大差距，需要我们进一步的研究和开发。本文所主要介绍的是ZRJ-350A真空乳化机的搅拌系统和传动系统。
该文介绍了设计ZRJ-350A真空乳化机搅拌系统和传动系统的一系列过程：先是前期调研，再设计总体方案并加以比较，然后确定方案，再进行装配设计，对主要零件进行设计校核，最后提供传动系统和搅拌系统的装配图。
整个设计中搅拌系统是整个设计中最重要的部分之一：主要由搅拌桨和均质器这两部分组成。物料在搅拌桨的低速搅拌下，不断地被切割，翻转，再重新组合。外侧搅拌桨的周围还有一些刮板，用于把黏结在锅壁上的物料刮下，重新搅拌。均质器则用于高速搅拌，在高速的旋转中重复着将物料吸入，剪切，分割，送出，再重新吸入这一过程，是乳化机最重要的部件。
传动系统也是最重要的部分之一：在机器顶端有一台高速电机，它是用来驱动高速轴，而另一台横放的低速电机通过蜗杆传动来带动低速轴。作者巧妙地应用高、低速两套搅拌系统，以便提高乳化效果。

关键词：乳化机，均质器，传动系统，搅拌系统

The Design of ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s Transmission System and Mixing System

ABSTRACT

The Vacuum Emulsifying Complex is a equipment which is widely used in food, chemic products and medicine. But now there is a large distance between the emulsifying machines made in china and the machines made in foreign countries in technique, so we need researching and empoldering further. ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s mixing system and transmission system is mainly introduced by this article.
The whole design process of the ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s mixing system and transmission system has been introduced in this article: firstly we make the former investigation, and design and compare the total project, then confirm the project, after that design the assemblage and calibrate some primary parts, finally offer the drawing of mixing system and transmission system..
The mixing system is one of the most important parts in the whole design: it is mainly composed by the stirrer and homogenizer. the materiel is incised, overturned, and then compounded again continually by the low speed mill of the stirrer. There are some scrappers around the outboard stirrers, which can scrape off the materiel felting on the cauldron and then mill again. The homogenizer is fixed in the high speed shaft, and the materiel is inbreathed, cut, divided, sended and inbreathed again by the homogenizer which is the most important part of the emulsifying machine.
Transmission system is also one of the most important parts: there is a high speed electromotor which can drive the high speed shaft, and another thwart low speed electromotor can drive the low speed shaft connecting the worm’s transmission. The designer uses the high and low speed mixing system dexterously to improve the effect of the emulsification.

Key words:  emulsifying machine，homogenizer，transmission system，mixing system

ZRJ-350A真空乳化机传动系统和搅拌系统设计

0 引言
搅拌混合设备是化工、冶金、医药、食品、饲料等各种工业反应所不可缺少的重要工具。
随着整个社会的发展以及人们对工业产品质量要求的日益苛刻，普通的搅拌混合技术已经难以满足人们的需要，然而乳化作为搅拌混合技术中较为先进的技术将会在很大程度上满足这一需要，乳化机作为能产生乳化效果的设备正被越来越多的厂商所应用。
乳化是将一种（或几种）液体以液珠形式分散在另一种不相混溶的液体之中构成分散体系。制备乳状液的机械设备——乳化机，它是一种使油、水两相混合均匀的乳化设备，目前乳化机的类型主要有三种：乳化搅拌机、胶体磨和均质器。乳化机的类型及结构、性能等与乳状液微粒的大小（分散性）及乳状液的质量（稳定性）有很大的关系。而能决定乳状液微粒大小和乳状液质量高低是乳化设备中的搅拌系统以及传动系统，所以为了达到良好的乳化效果，本次课题的研究设计对象正是这两大系统。[7]

1 概述
人们进行混合操作时,首先想到的是传统的搅拌方法，它既简单又直观，但搅拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技术则不然，它能将液相或固相破碎成极小的颗粒，然后分散到连续的液相介质中去，形成均匀而稳定的混合体，它导入介质的能量是搅拌的1000倍，因此往往只需几分钟,甚至几秒钟。
而能实现这一高速搅拌方法的机器就是乳化机。乳化机是搅拌机的另一形态，它将水和油的一方分散到另一方中。而均质乳化过程是依靠搅拌装置的机械作用所产生的剪切力，将分散相撕碎成微小颗粒而分散在连续相中，形成乳状均化物。因此，不同的均质搅拌装置制得的乳状液其分散相的粒度差别很大，而延长搅拌时间也不能提高分散效果。粒度的大小影响着乳体的内在质量。好的均质搅拌装置主要应满足乳化力强，分散性能好。粒度直径一般要小于2微米。
乳化机的用途十分广泛，适用于目前化妆品、生物制药、霜类产品、石油化工、涂料以及一些精细化工的生产，尤其对基质粘度大，固料含量比较高的物料乳化配制更显功效。[6]
1.1乳化机的发展现状  
1.1.1乳化机的分类
目前乳化机的类型按工作原理来分主要有三种：乳化搅拌机、胶体磨和均质器。乳化机的类型及结构、性能等与乳状液微粒的大小（分散性）及乳状液的质量（稳定性）有很大的关系。一般如现在还在化妆品厂广泛使用的搅拌式乳化机，所制得的乳状液其分散性差，微粒大且粗糙，稳定性也较差，也较易产生污染。胶体磨和均质器是比较好的乳化设备，它们所制得的乳状液微粒小，分散性好，稳定性也不错。
近年来乳化机械有很大进步，如真空混合乳化机，如图1.1所示，其制备出的乳状液的分散性和稳定性极佳。

图1.1 真空混合乳化机

除了以上的分类，一般还有按乳化燃料来分有重油乳化机、煤焦油乳化机、柴油乳化机，按工作方式来分有高剪切乳化机、多功能混合乳化机等，按用途来分有沥青乳化机、果汁饮料乳化机、涂料油墨乳化机、油脂化乳化机等。如图1.2所示。[6]

（a）高剪切混合乳化机                （b）VME-10C真空均质乳化机

              
（c）SVME-C型多功能真空均质乳化机     （d）VME-80C型真空均质乳化机

图1.2 各类乳化机

1.1.2 乳化机的应用
乳化机是现代国际上普遍采用的一种在真空状态下无菌制造乳、膏状均相产品的设备，通常被广泛应用在化妆品、医药、食品、化工等行业。如食品工业的番茄酱、花生酱、调味剂、婴儿食品等；化妆品行业的雪花膏、美容霜等；医药工业的油膏、软膏、乳剂、洗剂、栓剂等；化学工业的某些涂料、染色剂等。
基于乳化机生产的产品大多是给人们直接食用或者外敷的，因此对其卫生状况要求很高，一般都要通过GMP认证，GMP是英文good manufacturing practice 的缩写，中文的意思是良好作业规范，或是优良制造标准，是一种特别注重制造过程中产品质量与卫生安全的自主性管理制度。它是一套适用于制药、食品等行业的强制性标准，要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、装运输、质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求，形成一套可操作的作业规范帮助企业改善企业卫生环境，及时发现生产过程中存在的问题，加以改善。[19]
1.1.3 国内乳化机的发展
1988年，第一台高剪切乳化机在中国试制成功（原国营启东长江厂）。
2000年，第一台高剪切乳化机在纳米碳酸钙的合成中成功应用（内蒙蒙西高新技术）。
2001年，第一台高剪切乳化机应用于沥青 （上海威宇和长安大学合作）。
2002年，中国最大的200KW乳化机应用成功（克拉玛依炼油厂）。
2004年，中国最快的生产用管线式乳化机（泵）以8000rpm的高转速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。
1.1.4 国外乳化机的发展
要制造优质稳定的乳状体产品，除选用合格的原料，适当的配方，合理的工艺技术路线外，设备的先进性就成为关键因素。均质乳化机的技术关键是其罐内三种不同类型的均质搅拌装置。
目前在世界上通行的乳化机代表基本上分为三大派系，即美国ROSS公司，日本TK公司及德国IKA公司。国内虽然已有仿制进口的均质乳化机，但某些性能上仍有一定差距。
   美国ROSS公司是由美国查理斯罗斯父子于1841年创建，是专业性混合设备制造公司，以生产混合器、混合机和研磨机而闻名于世。ROSS公司的乳化机具有分散、混合、乳化、剪切、均质的功能，其特点是中心吸料径向喷射式，以湍流混合为主体，液体的翻动剧烈，分散、混合、乳化作用明显，用户代表有扬州肤美灵。
   日本TK公司，其公司正式名称叫特殊机化工业株式会社，创立于1927年（大阪福鸟区）。其乳化机的特点是轴流式剪切乳化，主要考虑流体上下翻动，呈周期复合分散、乳化、均质、混合系统。其产品主要用于化妆品及医药行业，在中国的典型应用代表是北京资生堂。
   德国IKA公司，具有上百年历史的德国IKA公司在全球有很多分公司，中国广州的IKA公司就是其中之一。IKA产品主要在实验室分析设备方面有着独到的一面，产品注重以分散为主体的功能，因而，在需要进行剪切的工况下，就明显的力不从心，另外在大型工业设备方面不具有优势，其用户代表有深圳小护士。[16][17]
1.1.5乳化机的发展趋势
随着工业技术的发展，产品趋向高档，乳化设备外形结构紧凑、精巧，尤其是智能控制技术的成功运用，使得乳化设备的技术水平得到了进一步的提升。环保型的乳化设备产品的开发成为企业重要的一项工作。节能技术和机电一体化技术的应用已到了必须直面的时候。采用人机工程学设计，提高操作的智能化，减少噪声和振动，注重外观造型设计的要求更高。
例如生产食品的乳化机，通常，用于乳壮物均质乳化的乳化机压力是150kg/cm2左右，若压力是200-300 kg/cm2，在食品方面则可以满足任何要求。但近来由于肠胃营养剂等乳化安定，微粒化能促进体内吸收，要求的压力更高，这样就需要高压乳化机，高压乳化机主要用于延长保存时间，改善口感，食感，保持风味，抑制氧化，稳定香和色，减少添加剂，高附加值的材料和商品的个性化。
现在一些混合设备还根据混合专家的经验和常识，将搅拌混合设备与自动控制技术相结合，在混合设备选型和设计中运用人工智能技术（AI）和基于知识的系统（KBS），即实现了混合设备选型和设计的智能化。[15][21]

2 设计任务
2.1 ZRJ-350真空乳化机的结构和特点
ZRJ是真空乳化机的中文拼音缩写，350是其工作容积的大小。ZRJ-350真空乳化机是根据化妆品、药膏类产品的制膏工艺而专门设计的较为先进的产品，本机组由预处理锅、真空乳化搅拌锅、真空泵、液压系统、倒料系统、电器控制系统、工作平台等部分组成。 本机组搅拌器采用变频无级调速，能满足不同粘度物料需求，操作简便，性能稳定，均质性好，乳化效果好，生产效率高，清洗方便，结构合理，占地面积少，自动化程度高等特点。
用途：适用于化妆品厂，药厂的膏、霜类产品的生产，尤其对基质粘度大，固料含量比较高的物料乳化配制更显功效，如图2.1，图2.2是ZRJ真空乳化机设计的最终效果图，而表2.1是ZRJ真空乳化机在各个工作容积下的主要技术参数。