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双轴无重力粉体混合机混合单元的设计【优秀机械设备全套课程毕业设计含6张CAD图纸】

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关键词：: 双轴无重力混合机单元机械设计机械设备课程毕业设计双轴无重力粉体混合机混合单元的设计

资源描述：

双轴无重力粉体混合机混合单元的设计

双轴无重力粉体混合机混合的设计

双轴无重力粉体混合机混合单元的设计【优秀机械设备全套课程毕业设计含6张CAD图纸】

【带任务书+开题报告+外文翻译】【38页@正文10500字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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任务书

I、毕业设计(论文)题目：

双轴无重力粉体混合机混合单元的设计

II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：

1、生产率：5吨/时；

2、装机容量：11千瓦；

3、分批混合：500kg/批；

4、产品质量：混合均匀度变异系数cv≤5%；

5、能耗：耗电≤5kWh/t；

III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：

1．查阅资料，英文资料翻译（2周）1月3日～1月17日

2．撰写开题报告（1周）1月18日～1月23日

3．设计并绘制混合机混合单元装配图确（5周）2月21日～3月27日

4．绘制主要零件图若干张（4周）3月27日～4月23日

5．编写设计计算说明书（毕业论文）一份（3周）4月25日～5月21日

6．毕业设计审查、毕业答辩（1.5周）5月23日～ 6月2日

Ⅳ 、主要参考资料：

[1] 璞良贵，纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，2001

[2] 金国淼等.搅拌设备(化工设备设计全书). 北京：化学工业出版社，2002

[3] 徐灏主编，机械设计手册.北京：机械工业出版社，1995.12

[4] 李克永.化工机械手册. 天津: 天津大学出版社，1991.5

双轴无重力粉体混合机混合单元的设计

摘要：混合可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，混合操作是从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压立式钢制容器的混合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。

本设计的课题是双轴无重力粉尘混合机主要涉及反应混合机的混合单元的设计，主要包括混合罐、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置的设计。

关键词：混合机双轴无重力混合单元机械设计

The design of double-axial without gravity powder mixer's mixing unit

Abstract: Mixing can make two or more different substances dispersed into each other in each other, so as to achieve uniform mixing, that can also speed up the process of heat and mass transfer.In industrial production, mixing operation is started from the chemical industry, focusing on food, fiber, paper, petroleum, water treatment, as part of the process widely used. In industrial production, most of the mixing operations are mechanical mixing system to medium and low voltage vertical mixing equipment based steel containers. Mixing equipment mainly contains three major parts of mixing device,seal and mixed cans.

The design issue is mainly related to biaxial mixer weightless dust mixed reaction mixer unit design, including mixed cans, motor and reducer selection, support equipment design, shaft seal set design.

Keywords: Mixer Axis gravity Mixing unit Mechanical design

1 绪论1

1.1 混合设备在工业生产中的应用1

1.2 混合物料的种类及特性2

2 混合罐结构设计2

2.1 罐体的尺寸确定及结构选型2

2.1.1 筒体及封头型式2

2.1.2 确定内筒体和封头的直径2

2.1.3 确定内筒体高度H3

2.1.4 选取夹套直径3

2.1.5 校核传热面积3

2.2 内筒体及夹套的壁厚计算3

2.2.1 选择材料，确定设计压力4

2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算5

2.2.3 内筒体壁厚计算6

2.3入孔选型及开孔补强设计6

2.4混合器的选型8

2.5混合附件9

3 传动装置的设计10

3.1 减速器和电动机的选型条件10

3.2 电动机与减速器的选择10

3.3 联轴器的选型12

3.4 混合轴的设计及其结果验证12

3.5 轴与桨叶、联轴器的连接12

3.5.1 连接形式12

3.5.2 联轴器与轴的连接13

3.6 轴承的设计与校核13

3.6.1 混合轴受力模型选择与轴长的计算14

3.6.2 按扭转变形计算计算混合轴的轴径17

3.6.3 根据临界转速核算混合轴轴径20

3.6.4 按强度计算混合轴的轴径23

3.6.5 按轴封处（或轴上任意点处处）允许径向位移验算轴径24

3.6.6 轴径的最后确定24

4 支撑装置设计24

4.1 混合机的支承部分24

4.1.1 机座25

4.1.2 轴承装置25

4.2 下支撑座的设计26

4.2.1 轴承的选型27

4.2.2 支撑套的设计27

5 轴的密封27

5.1 密封装置的类型27

5.2 轴的密封选择27

5.3 封口锥结构选型与计算28

结论32

参考文献33

致谢34

双轴无重力粉体混合机混合单元的设计

1 绪论

混合可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，混合操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。

混合操作分为机械混合与气流混合。气流混合是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生混合作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械混合相比，仅气泡的作用对液体进行的混合时比较弱的，对于几千毫帕·秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流混合无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的混合时比较便利的。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压立式钢制容器的混合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。

参考文献

[1] 李庆华主编. 材料力学（第二版）.成都：西南交通大学出版社，2002

[2] 成大先主编. 机械设计手册（第四版）.北京：化学工业出版社，2002

[3] 朱孝录主编. 机械传动装置选用手册 .北京：机械工业出版社，1999

[4] 何鸣新、钱可强主编. 机械制图（第四版）.北京：高等教育出版社，2001

[5] 陈秀宁主编. 机械设计基础（第二版）.杭州：浙江大学出版社，1999

[6] 唐金松主编. 简明机械设计手册.上海：上海科学技术出版社，1992

[7] 何镜民主编. 公差配合使用指南.北京：机械工业出版社，1990

[8] 唐保宁、高学满主编. 机械设计与制造简明手册.上海：同济大学出版社，1993

[9] 甘永立主编. 几何量公差与检测. 上海：上海科学技术出版社，2005

[10] 方昆凡主编 . 公差与配合技术手册.北京：北京出版社，1999

[11] 张祖立，机械设计，中国农业出版社，2004.8。

[12] 哈尔滨工业大学，李益民，机械制造工艺设计简明手册，机械工业出版社，2008。

[13].化工轻工设备机械基础.成都：科技大学出版社，1988年

[14].过程装备控制技术及应用.北京：化学工业出版社.2001年

[15] 璞良贵，纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，2001

[16] 金国淼等.搅拌设备(化工设备设计全书). 北京：化学工业出版社，2002

[17] 徐灏主编，机械设计手册.北京：机械工业出版社，1995.12

[18] 李克永.化工机械手册. 天津: 天津大学出版社，1991.5

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内容简介：: 南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 双轴无重力粉体混合机混合单元的设计 1 绪论混合可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，混合操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。混合操作分为机械混合与气流混合。气流混合是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生混合作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械混合相比，仅气泡的作用对液体进行的混合时比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流混合无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的混合时比较便利的。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压立式钢制容器的混合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。 1.1 混合设备在工业生产中的应用混合设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着混合操作。混合设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，混合设备作为反应器约占反应器总数的 99%。混合设备的应用范围之所以这样广泛，还因混合设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。混合设备的作用如下：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传质（如吸收等）；强化传热。混合设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的混合设备。 1.2 混合物料的种类及特性混合物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在混合设备中由于混合器的作用，而使流体运动。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 2 混合罐结构设计本课题的主要设计参数是： 1、生产率： 5吨 /时； 2、装机容量： 11 千瓦； 3、分批混合： 500kg/批； 4、产品质量：混合均匀度变异系数 cv 5%； 5、能耗：耗电 5kWh/t； 2.1 罐体的尺寸确定及结构选型 2.1.1 筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 2.1.2 确定内筒体和封头的直径发酵罐类设备长径比取值范围是 1.72.5，综合考虑罐体长径比对混合功率、传热以及物料特性的影响选取 / 2.5iHD根据工艺要求，装料系数 0.7 ，罐体全容积 39Vm ，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积） 39 0 . 7 6 . 3gV V m 。初算筒体直径 iii DHDHDV 44 2 34igiDHVD 即 mDi 66.17.05.214.33.643 圆整到公称直径系列，去 mmDN 1700 。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mmh 402 ， 2.1.3 确定内筒体高度 H 当 mmhmmDN 40,1 7 0 0 2 时，查化工设备机械基础表 16-6 得封头的容积30.734vm nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 3 224 ( 9 0 . 7 3 4 ) 3 . 6 43 . 1 4 1 . 74 iVvHmD ，取 3.7Hm 核算 /iHD与 / 3 . 7 / 1 . 7 2 . 1 8iHD ，该值处于 1.72.5 之间，故合理。 226 . 3 0 . 6 9 1 . 7 3 . 7 0 . 7 3 444ggiVVV D H v 该值接近 0.7 ，故也是合理的。 2.1.4 选取夹套直径表 1 夹套直径与内通体直径的关系内筒径 ,iD mm500 600 700 1800 2000 3000 夹套 ,jD mm50iD100iD200iD 由表 1，取 1 0 0 1 7 0 0 1 0 0 1 8 0 0jiD D m m 。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 2.1.5 校核传热面积工艺要求传热面积为 211m ，查化工设备机械基础表 16-6 得内筒体封头表面积23 .3 4 , 3 .7iA m m 高筒体表面积为 21 3 . 7 3 . 1 4 1 . 7 3 . 7 1 9 . 7 5iA D m 总传热面积为 3 . 1 4 1 9 . 7 5 2 3 . 0 9 1 1A 故满足工艺要求。 2.2 内筒体及夹套的壁厚计算 2.2.1 选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器（ 150 98GB ）规定，决定选用 0 18 9Cr Ni 高合金钢板，该板材在 150Co 一下的许用应力由过程设备设计附表 1D 查取， 1 0 3t M Pa ，常温屈服极限 137s MPa 。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 4 计算夹套内压介质密度 31 0 0 0 /kg m 液柱静压力 1 0 0 0 1 0 3 . 7 0 . 0 3 7g H M P a 最高压力m ax 0 .5P M Pa设计压力m a x1 . 1 0 . 5 5P P M P a所以 0 . 0 3 7 5 % 0 . 0 2 7 5g H M P a P M P a 故计算压力 0 . 5 5 0 . 0 3 7 0 . 5 8 7cP P g H M P a 内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取 0 .5 8 7cP M Pa，按外压则取 0.5cP MPa2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择 235QB 热轧钢板，其 2 3 5 , 1 1 3ts M P a M P a夹套筒体计算壁厚j2 cjj t cPDP 夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表 4-3 得 0.85 则 0 . 5 5 1 8 0 0 5 . 1 72 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 5j mm 查过程设备设计表 4-2取钢板厚度负偏差1 0.8C mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量2 0C，对于碳钢取腐蚀裕量2 2C mm，故内筒体厚度附加量12 0 . 8aC C C m m ，夹套厚度附加量12 2 . 8bC C C m m 。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度 14nj mm 。夹套封头计算壁厚kj为 0 . 5 5 1 8 0 0 5 . 1 62 0 . 5 2 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 0 . 5 5cjkj t cPD mmP 取厚度附加量 2.8C mm ，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 5 2.2.3 内筒体壁厚计算按承受 0.587MPa 内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为： 0 . 5 8 7 1 7 0 0 5 . 7 22 2 1 0 3 0 . 8 5 0 . 5 8 7cjt cPD mmP 按承受 0.55MPa 外压计算设内筒体名义厚度 12n mm ，则 1 2 0 . 8 1 1 . 2e n aC m m ，内筒体外径2 1 7 0 0 2 1 1 . 2 1 7 2 2 . 4o i nD D m m 。内筒体计算长度 112 8 0 0 ( 4 2 5 1 2 ) 2 9 4 5 . 733jL H h m m 。则 / 1.71oLD， / 1 5 3 .7 9oeD ，由过程设备设计图 4-6查得 0.0004A ，图 4-9查得 50B MPa ，此时许用外压 P 为： 5 0 1 1 . 2 0 . 3 3 0 . 5 51 7 2 2 . 4eoBP M P a M P aD 不满足强度要求，再假设 16n mm ，则 1 6 0 . 8 1 5 . 2nae C m m ，2 1 7 0 0 2 1 5 . 2 1 7 3 0 . 4o i nD D m m ，内筒体计算长度 112 8 0 0 ( 4 2 5 1 6 ) 2 9 4 733jL H h m m 则 / 1.7oLD， / 1 1 3 .8 4oeD 查过程设备设计图 4-6 得 0.0006A ,图 4-9得 60B MPa ，此时许用外压为： 6 0 1 5 . 2 0 . 5 6 2 0 . 5 51 7 3 0 . 4eoBP M P a M P aD 故取内筒体壁厚 16n mm 可以满足强度要求。考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度 16nk mm 。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度 1 6 0 . 8 1 5 . 2e mm 。由过程设备设计表 4-5 查得标准椭圆形封头的形状系数1 0.9K ，则椭圆形封头的当量球壳内径1 0 . 9 1 7 0 0 1 5 3 0iiR K D m m ，计算系数nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 6 A 1 5 . 20 . 1 2 5 0 . 1 2 5 0 . 0 0 1 2 4 21530eiA R 查过程设备设计图 4-9 得 110B MPa 1 1 0 1 5 . 2 1 . 0 9 0 . 5 51530eiBP R 故封头壁厚取 16mm 可以满足稳定性要求。 2.2.4 水压试验校核试验压力内同试验压力取 0 . 1 0 . 5 8 7 0 . 1 0 . 6 8 7TcP P M P a 夹套实验压力取 0 . 1 0 . 5 5 0 . 1 0 . 6 5TcP P M P a 内压试验校核内筒筒体应力 () 0 . 6 8 7 ( 1 7 0 0 1 5 . 2 ) 4 4 5 . 62 2 1 5 . 2 0 . 8 5T i e iTi eiPD M P a 夹套筒体应力 () 0 . 6 5 ( 1 8 0 0 1 1 . 2 ) 6 1 . 82 2 1 1 . 2 0 . 8 5T j e jTj ejPD M P a 而 0 . 9 0 . 9 1 3 7 1 2 3 . 3si M P a 0 . 9 0 . 9 2 3 5 2 1 1 . 5sj M P a 故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取 16mm 时，它的许用外压为 0 .5 6 2P M P a ，小于夹套 0.6MPa 的水压试验压力，故在做夹套的压力实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。 2.3 入孔选型及开孔补强设计入孔选型选择回转盖带颈法兰入孔，标记为：入孔 PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示 : nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 7 密封面形式公称压力 PN（ MP）公称直径 DN wdsd D 1D1H2Hb 突面（ RF） 4.0450 480 14 451.6 685 610 270 137 571b2bA B L od螺柱螺母螺柱总质量（ kg ）数量直径长度 4146375 175 250 24 20 40 3 3 2 1 6 5M 245 开孔补强设计最大的开孔为入孔，筒节 16nt mm ，厚度附加量 0.6C mm ，补强计算如下：开孔直径 4 5 0 2 0 . 6 4 5 1 . 2d m m 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为： 2 ( ) ( 1 )n t rA d C f 入孔材料亦为不锈钢 0Cr18Ni9，所以 1.0rf 所以 21 . 5 8 7 1 7 0 04 5 0 0 2 5 6 0 . 32 1 0 3 0 . 8 5 0 . 5 . 5 8 7A m m 有效补强区尺寸：1 4 5 1 . 2 1 6 8 4 . 9 7nth d m m 2 2 4 5 1 . 2 9 0 2 . 4B d m m m 在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为： 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( 1 )e n t e rA B d C f 故 21 ( ) ( ) 4 5 1 . 2 ( 1 5 . 2 5 . 7 ) 4 3 7 6 . 6 4eA B d m m 可见仅1A就大于 A ,故不需另行补强。最大开孔为入孔，而入孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 8 2.4 混合器的选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比 /dD,涡轮式叶轮的 /dD一般为 0.250.5，涡轮式为快速型，快速型混合器一般在 1.3HD 时设置多层混合器，且相邻混合器间距不小于叶轮直径 d。适应的最高黏度为 50Pa s 左右。混合器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度 C一般为桨径的11.5 倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度 /10CD .最上层叶轮高度离液面至少要有 1.5d 的深度。符号说明 b 键槽的宽度 B 混合器桨叶的宽度 d 轮毂内经 0d 混合器桨叶连接螺栓孔径 1d 混合器紧定螺钉孔径 2d 轮毂外径 JD 混合器直径 1D 混合器圆盘的直径 G 混合器参考质量 1h 轮毂高度 2h 圆盘到轮毂底部的高度 L 混合器叶片的长度 R 弧叶圆盘涡轮混合器叶片的弧半径 M 混合器许用扭矩 ()Nm t 轮毂内经与键槽深度之和混合器桨叶的厚度 1 混合器圆盘的厚度 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 9 工艺给定混合器为六弯叶圆盘涡轮混合器，其后掠角为 45o ，圆盘涡轮混合器的通用尺寸为桨径jd:桨长 l :桨宽 20 : 5 : 4b ，圆盘直径一般取桨径的 23，弯叶的圆弧半径可取桨径的 38。查 HG-T 3796.112-2005,选取混合器参数如下表 JDd 2d1D1dod 1550 80 120 370 10M 10M 5 6 由前面的计算可知液层深度 2.45Hm ，而 1 .3 2 2 1 0iD m m，故 1.3iHD，则设置两层混合器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为 425mm ，上层叶轮高度离液面 2JD的深度，即 1025mm 。则两个混合器间距为 1000mm ，该值大于也轮直径，故符合要求。 2.5 混合附件挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。罐内径为 1700mm ，选择 4 块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 10 3 传动装置的设计 3.1 减速器和电动机的选型条件 (1) 机械效率，传动化，功率，进出轴的许用扭距和相对位置。 (2) 出轴旋转方向是单项或双向。 (3) 混合轴轴向力的大小和方向。 (4) 工作平稳性，如震动和荷载变化情况。 (5) 外形尺寸应满足安装及检修要求。 (6) 使用单位的维修能力。 (7) 经济性。 3.2 电动机与减速器的选择混合设备的电动机通常选用普通异步电动机。澄清池混合机采用 YCT 系列滑差式电磁调速异步电动机，消化池混合机一般采用防爆异步电动机。混合设备的减速器应优先选用标准减速器及专业生产厂产品，参考文献 2“标准减速器及产品 ” 选用，其中一般选用机械效率较高的摆线针轮减速器或齿轮减速器：有防爆要求时一般不采用皮带传动：要求正反向传动时一般不选用蜗轮传动。电动机及减速机选用，见表 3-1 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 11 表 3-1电动机与减速器的选型名称符号单位第一档第二档第三档混合器的转速 nn r/min 7.5 5.9 3.64 混合功率 N KW 0.34 0.16 0.04 电动机算功率 NA=99.090.02.121 NNkNk gg 式中 kg 工况系数 24h 连续运行为1.2 1 =摆线针轮减速机传动效率 2 =滚动轴承传动效率 KW 0.46 0.22 0.05 选用电动机的功率 KW 0.8 0.4 0.4 电动机同步转速 r/min 1500 1500 1500 减速比 200 254 412 选用减速器减速比 187 289 385 选用减速器输出轴转速 r/min 8 5.2 3.9 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 12 3.3 联轴器的选型根据机械设计手册及混合机的类型选用凸缘联轴器，由电机的尺寸选择联轴器轴径 d=65mm， L1=104mm， L2 =42mm，许用扭转为 850N.m，质量为 17.97Kg，标记为：联轴器 D65-ZG， 3.4 混合轴的设计及其结果验证由上面所选联轴器的类型初步确定混合轴小径为： d1=65mm 下面来做轴径的理论计算：由过程装备设计查的公式： 421 nNCd （ 3.1）式中 C2 按扭转刚度计算系数，当扭转角为 10 /m时， C2=91.5 N 混合器的功率，单位 KW n 混合器的转速，单位 r/min 得：第一档： mmd 5.41834.05.91 41 第二档： mmd 3.382.5 16.05.91 41 第三档： mmd 1.299.3 04.05.91 41 经上面计算所的结果可以看出 3个轴径的理论数值都小于 65mm，故轴的小径选： d1=65mm 3.5 轴与桨叶、联轴器的连接 3.5.1 连接形式桨式混合器与轴的连接，当采用桨叶一端煨成半个轴套，用螺栓将对开的轴套夹紧在混合轴上的结构时 D 600mm 时用一对螺栓锁紧： D 600mm 时用两对螺栓锁紧。nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 13 这种连接结构为传递扭距可靠起见，宜用一穿轴螺栓使混合器与轴固定。本设计由于轴选取 D 600mm，故选用一对螺栓缩紧装置。 3.5.2 联轴器与轴的连接当采用键和止动螺钉将混合器轴套固定在混合轴上的结构时，键应按 GB1095-79平键和键槽的剖面尺寸选取。混合器轴套外劲 D宜为轴径 D的 1.6-2 倍。轴套长度应略大于轴套处桨叶宽度在轴线上的投影长度，但不小于 D1。由上面设计知： d1=65mm，再由文献 4查得，选取键为圆键，长度为 85mm，宽度为 18mm，厚度为 14mm。 3.6 轴承的设计与校核 3.6.1 混合轴受力模型选择与轴长的计算轴长： ( 4 7 5 1 2 0 ) 1 6 4 2 5 3 7 0 0 4 4 9 6L m m 2 3371L mm1 4371L mm3.6.2 按扭转变形计算计算混合轴的轴径 4 4max1 )1(On NGMd mm 轴的许用扭转角，对单跨轴有 mo /7.0 ； maxnM 混合轴传递的最大扭矩 Nn PnM 1max 9553 mN nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 14 上式中 kNPN 5.18, min/220 rn ，带传动 1 取 95.0 ， MPaG 41028.7 所以 mNMn 15.7 6 35.1895.02 2 09 5 5 3m a xmmd 36.5411028.17.015.7634.155 441 根据前面附件的选型。取 mmd 80 根据轴径 d 计算轴的扭转角 544 max 10)1(5836 onNGd Mmo/ 所以 /15.0101801028.7 15.7635836 544 mo3.6.3 根据临界转速核算混合轴轴径刚性轴（不包括带锚式和框式混合器的刚性轴）的有效质量等于轴自身的质量加上轴附带的液体质量。对单跨轴 922 10)1(4 osLLe NLdm kg 所以 kgmLe 9.19910100011085.74496804 932 圆盘（混合器及附件）有效质量的计算刚性混合轴（不包括带锚式和框式混合器的刚性轴）的圆盘有效质量等于圆盘自身重量叫上混合器附带的液体质量 92 10c o s4 iikiiie hDmmJikg 上式中： ki 第 i 个混合器的附加质量系数，查 9420569/ THG 表 3.3.4 1 JiD 第 i 个混合器直径， mmDJi 550ih 第 i 个混合器叶片宽度， mmB 110 叶片倾角 oi 45 ，圆盘质量 kgmi 9.14 所以 kgm ie o 02.19101045c o s11055043.09.14 932 作用集中质量的单跨轴一阶临界转速的计算 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 （ 1）两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量Lem在中点 S 处的相当质量为： kgmW Le 09.979.19935173517 第 i 个圆盘有效质量iem在中点 S 处的相当质量为： ieiii mKKW 22 )1(16 kg 所以 221 6 0 . 9 7 ( 1 0 . 9 7 ) 1 9 . 0 2 0 . 2 6W i k g 222 1 6 0 . 7 5 ( 1 0 . 7 5 ) 1 9 . 0 2 1 0 . 7 0W k g 在 S 点处的相当质量为： 21siiW W W 所以 9 7 . 0 9 ( 0 . 2 6 1 0 . 7 0 ) 1 0 8 . 0 5sW 临界转速为： 423( 1 )4 5 8 . 9 okLsENndWL /minr nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 16 所以 3231 9 0 1 04 5 8 . 9 8 0 4 0 8 . 5 3 / m i n1 0 8 . 0 5 4 4 9 6knr （ 2）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量Lem在中点 S 处的相当质量为： 1 5 1 5 1 9 9 . 9 8 5 . 6 73 5 3 5LeW m k g 第 i 个圆盘有效质量iem在中点 S 处的相当质量为： 3264 ( 1 ) ( 4 )7i i i i i eW K K K m kg 所以 321 64 0 . 9 7 ( 1 0 . 9 7 ) ( 4 0 . 9 7 ) 1 9 . 0 2 0 . 4 37W k g 322 64 0 . 7 5 ( 1 0 . 7 5 ) ( 4 0 . 7 5 ) 1 9 . 0 2 1 4 . 9 07W k g 在 S 点处总的相当质量为： 21siiW W W 所以 8 5 . 6 7 ( 0 . 4 3 1 4 . 9 0 ) 1 0 1W s k g 临界转速为： 423( 1 )6 9 3 . 7 okLENndW s L/minr 所以 3231 9 0 1 06 9 3 . 7 6 3 8 . 7 5 / m i n1 0 1 4 4 9 6kLn d r（ 3）单跨混合轴传动侧支点的夹持系数2K的选取传动侧轴承支点型式一般情况是介于简支和固支之间，其程度用系数2K表示。采用刚性联轴节时，2 0 .4 0 .6K ,取2 0.4K 。 22K + Kk knn 固简 k 简（ 1- ） n/minr 所以 6 3 8 . 7 5 ( 1 0 . 4 ) 4 0 8 . 5 3 0 . 4 5 4 6 . 6 6 2 / m i nknr 根据混合轴的抗震条件：当混合介质为液体液体，混合器为叶片式混合器及混合轴为刚性轴时， 0.7knn 且 ( 0 . 4 5 0 . 5 5 )knn nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 17 220 0 . 4 0 25 4 6 . 6 6 2knn 所以满足该条件。 3.6.4 按强度计算混合轴的轴径受强度控制的轴径2d按下式求得： 32 41 7 . 2 (1 )teoMdN mm 式中：teM 轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩 22te nM M MNm 轴材料的许用剪应力 600 3 7 . 51 6 1 6b M P a 轴上扭矩nM按下式求得： 29553nNMPn Nm 2 包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按 / 2 0 5 6 9 9 4H G T 附录 D 选取，则 2 0 . 9 5 0 . 8 0 . 9 9 0 . 9 9 0 . 7 4 5 所以 9553 0 . 7 4 5 1 8 . 5 5 9 8 . 4 7220nM N m 轴上弯矩总和 M 应按下式求得： RAM M MNm （ 1）径向力引起的轴上弯矩RM的计算对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩RM可以近似的按下式计算： () ()1 0 0 0 1 0 0 0h i i i e e eRF L L L F L L LMLL Nm 第 i 个混合器的流体径向力hiF应按下式求得： nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 18 31103 8nqihi JiMFKDN 式中：1K 流体径向力系数，按照附录 C. 2 有 1 1 1 1 1 1 0 . 1 0 0 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 0 2n b e iK K K K K K nqiM 第 i 个混合器功率产生的扭矩 9553nqi qiMPn Nm qiP 第 i 个混合器的设计功率，按附录 C. 3 有 5s Jiqi JiPDPD kW 两个混合器为同种类型， 1 8 .5sNP P kW，则12 9 . 2 5qqP P k W所以12 4 0 1 . 6 6n q n qM M N m 所以 3124 0 1 . 6 6 1 00 . 0 2 3 8 . 9 53 1 8 5 5 0hhF F N （ 2）混合轴与各层圆盘的组合质量按下式求得。对于单跨轴： 1mW L iim m mkg Lm 单跨轴 L 段轴的质量 2 2 9( 1 ) 1 04L L o sm d N L 所以 2 3 98 0 1 4 4 9 6 7 . 8 5 1 0 1 0 1 7 7 . 3 14Lm k g 故 1 7 7 . 3 1 1 4 . 9 1 4 . 9 2 0 7 . 1 2Wm k g （ 3）混合轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力eF按下式求得。对于单跨轴： nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 19 22521 1 09 1 ( )eWkF m n e nn N 上式中，对刚性轴2()knn 的初值取 0.5 e 许用偏心距（组合件重心处） 9 .5 5 /e G n ， mm G 平衡精度等级， /mms 。一般取 6 .3 /G mm s 所以 9 . 5 5 6 . 3 / 2 2 0 0 . 2 7e m m 则 2 25 12 0 7 . 1 2 2 2 0 0 . 2 7 1 0 5 9 . 3 09 1 0 . 5eFN （ 4）混合轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离eL按下式计算。对于单跨轴： 1 2mi i LieWLm L mL m 所以 44961 4 . 9 4 3 7 1 1 4 . 9 3 3 7 1 1 7 7 . 3 2 2 2 4 8 1 . 5 12 0 7 . 1 2eL m m 而 () ()1 0 0 0 1 0 0 0h i i i e e eRF L L L F L L LMLL Nm 3 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 4 3 7 1 ) 3 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 3 3 7 1 ) 5 9 . 3 0 ( 4 4 9 6 2 4 8 1 . 5 1 ) 1 0 3 . 5 21 0 0 0 4 4 9 6 1 0 0 0 4 4 9 6RM N m （ 5）由轴向推力引起作用于轴上的弯矩AM的计算。 AM的粗略计算：当 2p MPa 或轴上任一混合器 0i时，取 0 .2AM M PaNm 故 0 . 2 1 0 3 . 5 2 2 0 . 7 0 4AM N m 所以 1 2 4 . 2 2 4RAM M M N m 所以 2 2 2 25 9 8 . 4 7 1 2 4 . 2 2 4 6 1 1 . 2 3t e nM M M N m nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 20 所以32 6 1 1 . 2 31 7 . 2 4 3 . 6 13 7 . 5 1d m m前面计算中取轴径为 80 ，故强度符合要求。 3.6.5 按轴封处（或轴上任意点处处）允许径向位移验算轴径因轴承径向游隙 S 、 S 所引起轴上任意点离图中轴承距离 x 处的位移。对于单跨轴： 1 1 ()2x S x S xS LL mm 轴承径向游隙按照附录 C 1 选取，因此传动侧轴承游隙 0.03S mm （传动侧轴承为滚动轴承）单跨轴末端轴承游隙 0.07S mm （该侧轴承为滑动轴承）当oxl时，求得的x即为轴封处的总位移， 12 4 7 5 1 2 0 3 5 5ol H l m m 所以1 1 0 . 0 3 3 5 5 0 . 0 7 3 5 5( 0 . 0 3 ) 0 . 0 1 3 42 4 4 9 6 4 4 9 6x mm 由流体径向作用力hiF所引起轴上任意点离图中轴承距离 x 处的位移。对于单跨轴：两端简支的单跨轴 1355ox l L 且2xL, nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 21 222 () 2 ( ) ( ) 6h i i i ixLF L L L x L L xE I L L L 而 44 480 20096006 4 6 4L dI m m 所以 2233 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 4 3 7 1 ) 4 4 9 6 3 5 5 4 3 7 1 4 3 7 1 3 5 52 2 ( ) ( ) 6 1 9 0 1 0 2 0 0 9 6 0 0 4 4 9 6 4 4 9 6 4 4 9 6x 2233 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 3 3 7 1 ) 4 4 9 6 3 5 5 3 3 7 1 3 3 7 1 3 5 5 2 ( ) ( ) 6 1 9 0 1 0 2 0 0 9 6 0 0 4 4 9 6 4 4 9 6 4 4 9 6 = 0 . 0 0 3 4 0 . 0 2 8 4 0 . 0 3 1 8 一端固支另一端简支的单跨轴： 333 2 33 1 3 32 ( ) ( ) ( 1 ) ( ) 3 ( 1 ) 2 | | ( 1 )6 2 3 2 6ih i i h i ixLL i i i L iF L F LL x L x x xxE I L L L L L E I L 代入已知数据可得 2 1 . 1 0 0 8 0 . 4 6 3 3 1 . 1 0 1 2 0 . 4 6 6 4 0 . 0 0 3 5x mm 由混合轴与各层圆盘（混合器及附件）组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离图中轴承距离 x 处产生的位移3x按下式计算 3 2( ) 1XxkeKnn mm 对两端简支单跨轴： 32 2 (1 )(1 )11 ( 3 ) | |31 (1 ) 3 (1 )11 1 ( 3 ) (1 )3eeexLeeXe e exxLLLLLx LL L LKL L LL L L 代入已知数据可得 1.7746XK 所以3 20 . 2 7 1 . 7 7 4 6 0 . 0 9 2 5547( ) 1220x mm对一端固支一端简支单跨轴： nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 22 2 3 3233 3 3 12 3 (1 ) (1 ) ( ) ( ) ( ) | | (1 )2 2 39 12 3 ( ) ( )22exLe e e eXe e ex L x L x xL L L L L LKL L LL L L 代入已知数据可得： 6.240XK 所以3 20 . 2 7 6 . 2 4 0 0 . 3 2 5 1547( ) 1220X mm一般单跨轴传动侧支点的夹持系数2K介于简支和固支之间，此时2值应取式和式之中间值，查附录 C 4取2 0.6K 查附录 C 5 得 2 2 222( 1 )KK 固简简mm 所以2 0 . 0 0 3 5 ( 1 0 . 6 ) 0 . 0 3 1 8 0 . 6 0 . 0 2 0 4 8 mm 3 2 2( 1 )KK 3 固简 3 简mm 所以3 0 . 3 2 5 1 ( 1 0 . 6 ) 0 . 0 9 2 5 0 . 6 0 . 1 8 5 5 4 mm 总位移及其校核对于刚性轴： 1 2 3X X X X mm 所以 0 . 0 1 3 4 0 . 0 2 0 4 8 0 . 1 8 5 5 4 0 . 2 1 9 4 2X mm 验算应满足下列条件： XX mm 轴封处允许径向位移()oxl 按下式计算： ( ) 3 0 . 1oxl Kd mm 3K 径向位移系数，按附录 C 6 1 选取3 0.3K 所以() 0 . 1 0 . 3 8 0 0 . 2 6 8 3 3x l o mm 则满足 XXnts南昌航空大学科技学院学士学位论文 23 3.6.6 轴径的最后确定由以上分析可得，混合轴轴径 d 满足临界转速和强度要求，故确定轴径为 80mm 。混合轴轴封的选择机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的泄漏率大约为填料密封的 1% ，功率消耗约为填料密封的 30% 。故采用机械密封。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 24 4 支撑装置设计 4.1 混合机的支承部分 4.1.1 机座立式混合机设有机座，在机座上要考虑留有容纳联轴器，轴封装置和上轴承等不见的空间，以及安装操作所需的位置。机座形式分为不带支承的 J-A型和带中间支承的 J-B型以及 JXLD 型摆线针轮减速器支架，由文献 3中的 2.8 用立式减速器的减速器机座的系列选用，当不能满足设计要求时参考该系列尺寸自行设计。由于混合轴轴向力不大，联轴器为夹壳式故选用 J A 型机座，由于减速器轴径为 65mm，故选用 J A 65 该机座结构如图 4-1 所示如图 4-1 上轴承支承装置 4.1.2 轴承装置上轴承：设在混合机机座内。当混合机轴向力较小时，可不设上轴承， (如 J-A型机座 )，但应验算减速机轴承承受混合轴向力的能力。当混合机轴向力较大时，须设上轴承：若减速机轴与混合轴采用刚性连接，可在机座中设一个上轴承，以承担混合机轴向立和部分劲向力，如图 (5-2)所示：若减速机轴用非刚性连接，可在机座中设两个轴承。当混合的轴向力很大时，减速机轴与混合轴应用采用非刚性连接，应在nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 25 机座中设两个上轴承或在机座中设一个上轴承并在容器内或填料箱中再设支承装置。轴承盖处的密封，一般上端用毛圈，下端采用橡胶油封。 4.2 下支撑座的设计 4.2.1 轴承的选型底轴承：设在容器底部，起辅助支承作用，只承受劲向荷载。轴衬和轴套一般是整体式，安装时先将轴承座对中，然后将支架焊于罐体上或将轴承固定于池中预埋件上。底轴承分以下两种： 1. 罐装底轴承：罐用底轴承用于容药混合中，需加压力清水润滑，不能空罐运转，其结构为滑动轴承形式。 (1)适用于大直径容器的三足式底轴承，如图 4-2所示，图 4-2 三足底轴承 (2)可折式底轴承可分为焊接式与铸造式两类。此种结构形式可不拆混合轴即能将底轴拆下。可拆式底轴承尺寸和零件材料。 2. 下底轴承：用于混合池或反应池中。其结构形式分为滚动轴承座和滑动轴承两种： (1)滚动轴承座：在滚动轴承内和滚动轴承座空间须填润滑脂。滚动轴承必须严格密封，以防止泥沙和易沉物质的磨损。 (2)滑动轴承座：这种轴承必须注压力清水进行冲刷和润滑，在混合机起动前应先接通清水，水量不超过 1L/min。滑动轴承材料：滑动轴承中轴衬和护套的材料应选择两中不会胶合的材料。橡胶轴承内环工作面与轴的间隙可取 0.05-0.2mm。在内环工作面应轴向均布 6-8 条梯形截面槽，尖角圆滑过渡。 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 26 4.2.2 支撑套的设计根据上面所选轴承知，支撑套的材料应选 45#钢，且轴承套的内径为轴承的外径。查国标一般选 20mm 的板厚作为支撑套的原材料，该图形设计由上面选择的轴承座的类型根据文献 3选 GPF-80 型，如图 5-3所示：图 4-3 下滑动轴承机座 nts南昌航空大学科技学院学士学位论文 27 5 轴的密封 5.1 密封装置的类型用于机械混合反应器的轴封主要有两种：填料密封和机械密封。轴封的目的是避免介质通过转轴从混合容器内泄漏或外部杂质渗入混合容器内。 5.2 轴的密封选择填料密封结构简单、制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的混合设备。 1填料密封的结构及工作原理填料密封的结构由：底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等组成。在压盖的压力作用下，装在混合轴与填料箱本体之间的填料，对混合轴表面产生径向压紧力。由于填料中含有润滑剂，因此，在对混合轴产生径向压紧力的同时，使混合轴得到润滑，而且阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的。 2填料密封的选用根据填料的性能选用：当密封要求不高时，选用一般石棉或油浸石棉填料，当密封要求高时，选用膨体聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各种填料材料的性能不同，按表选用。填料名称介质极限温度 C 介质极限压力 Mpa 线速度 m/s 适用条件油浸石棉填料 450 6 - 蒸汽、空气、工业用水、重质石油产品、弱酸性等聚四氟乙烯纤维编结填料 250 30 2 强酸、强碱、有机溶剂聚四氟乙烯石棉盘根 260 25 1 酸碱、强腐蚀性溶液、化学试剂等石棉线或石棉线与尼龙线

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