低温蜡制膏机的设计

毕 业 设 计题 目 低温蜡制膏机的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级学 生学 号指导教师二一一 年 五 月 三十一 日毕业设计- 1 -1 前言1.1 熔模铸造的国内外发展在国内的战国时期，我们的祖先就采用蜂蜡配制了模料，生产了曾侯乙铜尊、大型的铜禁器座等多种铸件，现代熔模铸造进入了工业领域。我国在 20 世纪 50 年代的初期，首先在航空航天、军用设备等方面引进了苏联技术，开始现代熔模铸造的生产。目前，中国的熔模铸造存在两类水平的工艺，第一类是企业采用中温模料制模，或者是采用硅溶胶、硅酸乙酯粘结剂制壳的熔模铸造工艺，即国际上通用的熔模铸造工艺；第二类是采用低温模料和水玻璃粘结剂制壳的熔模铸造工艺，其铸件的尺寸精度和表面粗糙度比第一类的差，达不到国际上熔模铸造的水平。铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，铸造作为一种热加工工艺，在我国发展逐步成熟。熔模铸造，又称失蜡铸造或者熔模精密铸造，熔模铸造解决了一些几何形状复杂模具的加工问题并且能够获得较高的尺寸精度，降低了成本，缩短了制造周期，目前广泛应用在玩具、轻工、电子以及机械等行业。因军事的需求，美、英等发展国家采用熔模铸造的加工工艺方法生产出了大量的涡轮喷气发动机的静桨叶，其精度较高。对熔模铸造发展有较大影响的新材料、新工艺、新设备也很多，水溶性型芯、大型熔模铸造技术、定向凝固和单晶铸造、过滤技术、快速成型技术、计算机在熔模铸造中的应用以及机械自动化等技术发展使熔模铸造不仅能生产小型铸件，而且能生产较大铸件。熔模铸件也更趋精密，除了线性公差较小外，熔模铸造零件也能够达到较高的几何公差，熔模铸件的表面粗糙度值也越来越小，可以达到 Ra0.4um 甚至更小。由于铸造的劳动成本高并出于环境保护的要求，欧美等发达国家已经将污染大的砂型铸造逐渐转移到了发展中国家，精密铸造业虽没有砂型铸造业对环境的污染程度大，但也存在废水、废气的大量排放，因此，中国的精铸业必须在环保、产品结构、管理等方面下一番功夫，坚持走可持续发展道路。随着铸造技术的快速发展，为缩短铸件的生产准备周期和降低新产品开发的风险，要求采用快速制模技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术等。而清洁生产、废物再生是铸造业的发展趋势，降低能耗是其持续发展的主题，我国铸造业必须走高效、节能、节材、环保和绿色铸造之路，因为国家和社会要求严厉管控铸造业的能源消耗大户和污染大户，以利改善铸造业的热、脏、累的劳动密集型行业员工的劳动环境。毕业设计- 2 -1.2 熔模铸造机械设备的组成熔模铸造通常是指将易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。由于模样广泛采用蜡质材料来制造，故常将熔模铸造称为“失蜡铸造” 。熔模铸造机械设备从严格意义上讲就是利用这种技术将铸造材料熔炼成符合一定要求的液体或者制备成糊膏状态的基体并浇注入铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的机械，与铸造相关的机械设备都归属于铸造设备，其中包括熔炼设备、分离器、静置桶、低温制膏机、压铸缸、注射机和铸造模具等。1.3 低温蜡制膏机的研制低温蜡制膏机是熔模铸造机械设备的主要设备之一，它与静置桶、低温蜡压蜡机配套使用，用于冷却制蜡膏，同时具有恒温保温的作用。静置桶是中温模料成套设备中的蜡处理专用设备，用于降温和固体物质的沉淀，从而达到净化蜡质的目的，低温蜡压蜡机是把蜡膏注入模具中的工具。目前，制膏机的结构主要有以下两种：(1)搅龙式制膏机主要由料桶和一个垂直的锥形螺旋搅龙组成，其结构如图 1.1所示。其搅龙的螺旋桨叶焊接在螺旋套筒上，螺旋套筒中安装有传动轴，用来传递动力，带动螺旋套筒旋转。螺旋桨叶上安装有动刀，料桶壁面上安装有可拆卸定刀，动刀和定刀的相对运动形成剪切面，从而实现对蜡膏的刮制和搅拌冷却。搅龙式制膏机的螺旋搅龙呈锥形，通常由 2 或 3 片螺旋桨叶焊接在螺旋套筒上组成，其底部桨叶直径与料桶直径几乎相等。搅龙推动物料转动 2 或 3 圈，可将物料从底部推至顶部，由于搅龙的锥形结构，物料在上升过程中，桨叶承载面积逐渐减小，而料桶顶部的空间很宽大，使得一部分物料被推至顶部下落到料桶底部，而另一部分在上升过程中就向周围抛洒，并落至料桶底部，在这过程中进行冷却。在桨叶上上装有长度可调的刮刀，用来刮制料桶壁上的物料。图 1.1 搅龙式制膏机结构图毕业设计- 3 -(2)柱式制膏机的设计融合了容器旋转型和容器固定型制膏机的各自优点， 注重于多功能、高效率和高精度的实现，其结构图如图 1.2 所示。柱式制膏机的料桶上装有搅拌轴, 搅拌轴安装在料桶的轴线上, 并通过轴承和轴承座固定在料桶两端的端盖上；搅拌轴在料桶内的部分装有搅拌棒， 搅拌轴在料桶外的部分采用皮带轮与安装在料桶上的搅拌电机连接, 使搅拌电机驱动搅拌轴旋转，旋转轴安装在料桶上， 并与料桶的轴线相交并垂直。旋转轴通过轴承和轴承座安装在机架上，旋转电机也安装在机架上，旋转轴与旋转电机通过齿轮连接, 使旋转电机驱动料桶绕旋转轴旋转。电刷通过支架固定在机架上， 电刷与集电环配合一起为搅拌电机提供电能。1 制膏筒 2 搅拌轴 3 旋转轴 4 机架 5 旋转电机 6 搅拌电机7 阀门 8 电刷 9 集电环 10 进料口 11 出料口图 1.2 立柱式制膏机结构图结合两种制膏机的优点，力求节能减耗，结构简单，对制膏机的传动部分做一下改进，蜡膏刮刀与搅拌桨叶为集中驱动。为了提高蜡膏制备的效率，适当减少搅拌棒的数量并增加立柱，在立柱上安装刮刀进行刮制料桶壁上的物料，快速搅拌，采用冰水快速冷却制蜡膏。通过研究已有制膏机的结构和工作原理，此低温蜡制膏机的搅拌和刮制采用集中驱动的方式，由行星轮减速器同时带动搅拌轴和搅拌浆叶进行工作，减少了能耗，大大提高了制膏的效率。毕业设计- 4 -低温蜡制膏机结构图如图 1.3 所示：图 1.3 低温蜡制膏机的结构图低温蜡制膏机分为以下装置：（1）输送装置：液压输送蜡液，气压传送蜡膏，管道压力不小于单向阀和射咀压力，设备接口配置一致并且密封良好，以防外部泄露。（2）控制装置：合理选择各种液压阀、气压阀及温度控制装置。（3）传动装置：正确选择电机型号、机械传动方式和传动元件，使其具有较好的机械性能和较高的传动效率。（4）执行装置：确定执行机构的工作原理和工艺动作，恰当的设计蜡膏刮刀与搅拌桨叶的结构，完成预期的作业要求。（5）能源装置：三相四线制 380V/50Hz 电源。低温蜡制膏机采用冰水快速冷却制蜡膏，恒温保温，快速搅拌等方式，2030分钟内可制好一桶蜡膏，蜡膏刮刀与搅拌桨叶为集中驱动。预期低温蜡制膏机采用新的工艺理念，节能减耗，结构简单，性能安全可靠，使用寿命长。毕业设计- 5 -2 低温蜡制膏机的要求及工艺参数2.1 低温蜡制膏机的要求在机械加工工艺中，蜡料性能既要满足精密铸造的要求，还要满足加工工艺的要求。为此按一定比例混合了松香、微晶蜡、聚乙烯蜡、川蜡等，开发了石蜡基蜡料（主要性能如表 1 所示） ，满足了对蜡料性能的要求，并通过实验得到蜡料可加工的各项技术参数。表 1.1 蜡料的主要性能化学成分 熔点/ 抗压强度/MPa 热稳定性/ 灰分/松香、微晶蜡、聚乙烯蜡、川蜡等 75 9.7 50 0.05由于蜡料的性能：熔点和粘度较低，具有一定的硬度和韧性，线收缩率较小，稳定性比较好以及可反复使用等特点，因此其加工过程与金属加工不相同，采用精密铸造方法进行加工可以达到较好的性能，此蜡料应用于航空、汽车行业复杂件的无余量精密铸造，而且可推广应用于民用燃气轮机复杂件的制造等方面，推动了民用精铸技术的进步，对国民经济的发展有重要的意义。蜡熔模铸造工艺的关键是保持半流动成形蜡材料刚好在熔点之上（通常控制在比熔点高 13） ，半流动成形蜡材料的保温时间对注塑蜡模的最终尺寸有很大的影响，因此，低温蜡制膏机要求有特定的工艺参数。低温蜡制膏机的基本组成结构总体可以分为：输送装置、控制装置、传动装置、执行装置和能源装置。在设计过程中，要对低温蜡制膏机的各部分装置进行恰当的设计和选择，重点要对搅拌轴和搅拌桨叶的结构和数量进行设计和合理的选择，同时结合目前的搅龙式制膏机和立柱式制膏机，并借鉴新的工艺理念，本次设计的低温蜡制膏机能够节能减耗，结构简单，性能安全可靠，使用寿命长，广泛应用于低熔点合金、超塑性合金、铸造蜡、修补蜡、粘结蜡等新型熔模铸造材料的制作，能够高效并且有效地制备半流动成形蜡材料。要求低温蜡制膏机采用冰水快速冷却制蜡膏，恒温保温，快速搅拌等方式，2030 分钟内可制好一桶蜡膏，蜡膏刮刀与搅拌桨叶为集中驱动。预期低温蜡制膏机采用新的工艺理念，节能减耗，结构简单，性能安全可靠，使用寿命长。毕业设计- 6 -2.2 低温蜡制膏机的工艺参数采用石蜡基蜡料时, 其低温蜡制膏机工艺参数的设定:蜡桶容积为 80L；压蜡缸容积为 6L；制膏桶内注入的蜡液温度为 70-80；温水温度为 45-50；冰水温度为 10 15 ；每次冷却的蜡片厚度为 0. 5-0. 8 mm； 制膏桶搅拌速度为 70 r/ min； 制膏桶刮制速度为 35 r/ min；制膏桶搅拌时间为 20 30 min； 制膏桶内蜡膏温度为 49 53 ； 压蜡缸贮膏桶温度为 48 52 ；气源压力为 0.7MPa；气源流量为 60L/min；电源使用三相四线制 380V/50Hz；装机功率 7.5KW/380V/50Hz。采用此工艺参数的低温蜡制膏机制造出来的石蜡基蜡料，生产的蜡模表面光洁, 线收缩率小，尺寸一致、稳定性好。毕业设计- 7 -3 低温蜡制膏机的能源装置3.1 能源装置的种类选择由于电能易于转换、传输、分配和控制，所以现代能源的主要形式是电能；空气是常用的气体能源，取用方便并且无污染，也被广泛采用；低温蜡制膏机采用的动力设备为电机和气缸。3.1.1 电机的选择电机可分为电动机和发电机，其中电动机是把电能转换为机械能的装置，与电能密切相关的电机广泛应用于社会生产的大部分部门的各个方面。交流旋转电动机又可分为同步电机和异步电机两类，同步电机主要用作发电机，工农业生产和日常生活中所有的电能几乎都是有同步电机产生的，同步电机业可作为电动机使用，用来拖动生产机械，尤其应用在不要求调速的大功率生产机械中；异步电机也称为感应电机，是现在应用最为广泛的一种电机，因其结构简单、价格低廉、运行可靠、维护方便。交流异步电动机多数为三相结构，但也可以为单相，三相异步电动机广泛应用在各种工业生产中，单相异步电动机则主要应用于家用电器中。随着电子电力技术、计算机技术、自动控制技术的发展，交流电机的调速也取得了较大的发展，三相异步电动机的调速在很多领域得以广泛的应用。根据三相异步电动机的转速表达式(3.1)ssnpf1601该公式中各个参数定义： 电动机转子的转速（r/min ）n电动机的同步转速（r/min ）1转差率s转子绕组的频率（Hz）f电动机的极对数p三相异步电动机的调速方法大致可分为以下三类：（1）改变转差率调速，包括改变定子的电压调速、电磁离合器调速、转子回路串电阻调速、串级调速；（2）改变电动机的定子极对数，变级调速；（3）改变定子的电源频率，变频调速。连续改变三相异步电动机的电源频率可实现对三相异步电动机的平滑调速，变频调速具有转差功率损耗小，效率高、节能；静差率小，调速范围宽，稳定性高的毕业设计- 8 -优点。同时，随着电力电子的发展，变频器的性能日趋完善，价格也越来越便宜，广泛应用于交流调速系统中。由于启动转矩要求不高，采用普通三相鼠笼型异步电动机，根据机械设备对电动机的安装要求，电动机选择单轴电力拖动，即电动机转轴和执行机构的轴颈直接相连，并采用立式安装，机座不带脚，端盖有凸缘的变频调速电动机，实型号为现低温蜡制膏机的的无极调速。选择调频电动机的型号为Y100L-6,额定功率为 1.5kw,满载转速为 940r/min。3.1.2 气缸的选择气缸能够将压缩空气的压力能转变为机械能，可以实现直线运动和摆动；按照结构特征气缸可分为柱塞式气缸、活塞式气缸、薄膜式气缸、桨叶式摆动气缸、齿轮齿条式摆动气缸等，活塞式气缸按活塞两侧端面受压状态又可分为单作用气缸和双作用气缸。在无特殊要求的情况下，普通气缸一般都是采用活塞式气缸，因其具有结构简单、节能、高效、防火、防暴、无污染、寿命长且运行可靠等优点，广泛应用于国内外工业生产中。单作用气缸只有一腔能通入压缩气体，活塞杆可以借助弹簧、重力、膜片张力等将其推回，结构简单、耗气量小、多用于短行程、推力及运动速度要求不高的场合。双作用气缸的两腔可以分别通入压缩气体，此类气缸使用较为广泛，有缸体固定和活塞杆固定两种形式。缸体固定时的工作台运动范围为其有效行程的三倍，安装所占的空间大，常用于小型设备上；活塞杆固定时的工作台运动范围为其有效行程的两倍，适用于中大型设备。气缸可根据主机需要进行设计，但一般要尽量的选用标准气缸，其选择的要点有：（1）安装形式的选择 安装形式由安装位置、使用目的等因素决定多采用固定式安装形式，主要有轴向支座前法兰式、后法兰式、尾部耳轴式、中间轴销式等。（2）输出力的大小 根据工作机构输出力的大小，考虑气缸的载荷率确定活塞杆上的推力、拉力从而确定所选气缸的内径，可采用扩力机构减小尺寸。（3）气缸/活塞的行程 行程与其运动场合和工作机构的行程比有关，为避免活塞和缸盖相撞，需取 100-20mm 的行程余量。（4）运动速度的确定 其运动速度主要由所驱动的工作机构来决定，要求速度缓慢平稳时，易采用气液阻尼缸或者采用节流调速（水平推力常用排气节流，垂直推力常用进气节流） ，缓冲气缸可避免冲击现象，一般在阻力载荷且速度不高时缓冲效果明显。根据低温蜡制膏机的要求，此气缸进行控制阀门的启闭，并结合以上要点所述，查机械设计手册单行本第 24 篇表 24.2-32 选择的气缸型号为 QGBII3263MF(有缓冲、气缸内径为 32mm 行程为 63mm、安装形式为后法兰式)2毕业设计- 9 -4 低温蜡制膏机的传动装置4.1 传动方式的选择传动装置用来传递原动机的动力，变换其运动，以实现搅拌和刮制的工作要求，是制膏机的主要组成部分。在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99；齿轮传动的结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小；工作可靠、寿命长，设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动寿命可长达二十多年，工作十分可靠，这是其它机械传动所不能比拟的；传动比稳定，齿轮传动获得广泛应用也是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造精度要求高且不易用于传动距离过大的场合。采用行星轮进行传动，其中太阳轮带动搅拌桨叶转动，有两个行星轮中间连接起变换转向的作用，外部齿轮带动空心套，空心套连接搅拌轴进行转动，其示意图如下图 4.1 所示图 4.1 行星齿轮机构4.2 齿轮的设计已知此行星齿轮机构应用在转速不高的低温蜡制膏机中，选用直齿圆柱齿轮传动，电动机的输出功率为 1.5KW, 制膏桶搅拌速度为 70 r/ min， 制膏桶刮制速度为 35 r/ min，设定工作寿命为 15 年，每年工作 300 天。4.2.1 行星齿轮齿数的设计由已知条件得知传动比 ，齿轮齿数的确定原则是使齿轮2r/min3570i结构能够紧凑，主轴的转速误差较小，一般要求如下:（1）齿轮的齿数和不应太大，推荐齿数和 ，特殊情况下也可以取到10zs毕业设计- 10 -；120zs（2）最小的齿轮齿数应尽可能的小，在不产生根切的情况下，一般要求取最小齿数 ；8min（3）齿轮齿数应符合传动比的要求，并且齿轮齿数所造成的转速误差不应超过 ， 为标准公比，由于转速要求不高为简化构造可以取 =1.58 或10 =2 等。行星轮与太阳轮的齿数和为 54，行星轮与齿圈的齿数和为 90，查机械装备设计表 3.2-3 选行星轮的齿数 ，太阳轮的齿数 ，齿圈的齿数18z362z723z4.2.2 行星齿轮结构的设计（1）按齿面接触疲劳强度设计查机械设计 （高等教育出版社）有设计计算公式:(4.1)2131tdud2.EHKTZ1).确定公式内的各计算数值试选载荷系数： =1.3t计算小齿轮传递的转矩：(Nmm) (4.2)55151 10.270.9n0.9PT由机械设计 （高等教育出版社）表 10-7 选齿宽系数 ，由表 10-61d查出 45 钢材料的弹性影响系数 ；由图 10-21d 按齿面硬度查小齿轮21a.973MPZE的接触疲劳强度极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 ；601limH a502limMPH计算其应力循环次数(4.3)812 8n03. 10.5230176j0NL）（由机械设计 （高等教育出版社）图 10-19 取接触疲劳寿命系数毕业设计- 11 -6.90 ;.98021HNHNK计算其接触疲劳许用应力选失效概率为 1%，安全系数为 S=1，则(4.4)MPa)(528106.9.2lim21li1 SKHN2).计算试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值得t1dH= =46.92(mm)2131tdu2.EHKTZ3 258.19210. 计算圆周速度 (4.5)(7.069.4106smnvt 计算齿宽 b(4.6).2(m)4.9dt1计算齿宽与齿宽之比 h(4.7)(2.103.4hb)(6.89.dm t1tZ模 数3).计算载荷系数根据 ，7 级精度，由图 10-8 查得动载荷系数 ；直齿轮s.v 5.40VK由表 10-2 查得使用系数 由表 10-4 用插值法查得 7 级精度、1kFHK.01kA小齿轮相对支撑非对称布置时， ，由 , 查图 10-1323.4H2.hb3.1kH得 故载荷系数4.3F 64055.VAK4).按实际的载荷系数校正所得到的分度圆直径(4.8)m)(8.0637.1645092.kd33tt1毕业设计- 12 -5).几何计算 (4.9)mZ59.21806.37dm t 因为此装置中行星齿轮主要受扭矩作用，弯矩对其影响不大，所以只是按照齿面接触疲劳强度设计即可。为了提高其强度，适当增大直径取整数确定为d1=54,d2=108,d3=216 模数取 m=3,齿轮宽度 ，齿顶系数m541db为 ，齿根系数为 ，齿轮的分度圆直径分别为：1*ah25.0c zmzmzdd 21673;0836;483 32（2）齿轮的总体结构设计有以下原则：当齿顶圆直径小于 160mm 时，可做成实心结构的齿轮；当齿顶圆直径在 160500mm 时，可做成腹板式结构的齿轮或者是内齿轮。由于本次设计中的行星轮的分度圆直径为 mm，太阳轮的分度圆直径541d为 mm，因此，它们设计为实心结构；齿圈的分度圆直径为 mm,1082d 2163d外部的直径为 mm。27044.3 轴的设计及键、轴承的选择4.3.1 轴的设计轴是组成机器的主要零件之一，低温蜡制膏机的主轴主要承受扭矩，此轴为传动轴，设计为实心的阶梯轴。轴的结构设计就需要根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件的装配困难。因此，轴的结构设计也是我们这部分要做的主要工作。轴的工作能力计算是指周的强度、刚度和震动稳定性等方面的计算。因为多数情况下，轴的结构工作能力主要取决于轴的强度。在本设计中就是这种情况，因此在设计计算中我们只对轴的强度进行计算，防止其断裂或塑性变形。下面我们进行具体的设计计算。（1）主轴的设计主轴的结构和直径，主要取决于所传递的扭矩以及轴上零件的安装位置，轴的分布类型是多种多样的，结构各有不同。本设计选用刚性的主轴，设计刚性主轴的主要内容之一就是选择主轴的参数。主轴的参数确定正确与否，对主轴的刚度将有较大的影响。 毕业设计- 13 -由齿轮计算知 510.2T.Nm因为轴的扭转强度条件为： ，式中各参数的 含390.2T TPnWd义： 扭转切应力，单位为 Mpa；TT轴所受的扭转力，单位为 ；.Nm轴的抗扭截面系数，单位为 ；W3轴的转速，单位为 r/min.；nP轴传递的功率，单位为 KW；计算截面处轴的直径，单位为 mm；d许用扭转且应力，单位为 MP；T轴采用的材料为 45 号钢， 、Mpa 值在 2545， 值在 126103，本设计T0A取 =126,0A（4.10）代入上式数值得轴的直径 =34.997（mm）3705.126d此设计主轴的最小直径是和电机连接的轴段，根据电机型号得知此轴段直径为28mm，为使所选轴强度足够，在有键的情况下需将尺寸增大，选取轴的平均直径尺寸为 60mm，且需结合轴承型号与安装轴承的孔径相适应，每段的轴颈大小待确定。（2）齿圈轴的设计计算空心部分的直径时，式 中： 空心轴的内径， 空心轴的外d11 d径，常取 ，在这取 6.0，代入数值得6.05（mm） 846.59.1352140 nPdA毕业设计- 14 -（4.11）为了使所选轴的内外径与轴承孔径相适应，此轴的内外径待确定。4.3.2 轴承、键的选择轴承是支承轴和轴上零件的重要部件，分为滑动轴承和滚动轴承两大类。在没有特殊要求的情况下一般选用滚动轴承，在本设计中，根据轴承所受载荷的大小、方向和性质，并且转速不高，本设计都选用单列圆锥滚子轴承。由机械零件设计手册 （第二版）第四篇第二十章中表 20-25 选择单列圆锥滚子轴承的型号分别为2007116、2007136 和 2007114。键可以实现轴与轴毂或者轴与轴之间的连接，健为一种标准零件，固定连接一般选择平键，平键连接的结构简单、装拆方便、对中性较好等优点。此连接选择普通平键圆头平键，此键在键槽中的轴向固定较好。根据轴的直径 d=28mm，查询机械设计课程设计手册 （高等教育出版社）表 4-1 选择键的公称尺寸为 hbmm，结合电机轴的长度从键的长度系列中选择键长 mm。78m 45l根据轴的计算和轴上零件的安装位置并结合轴承的所选型号的内圈尺寸，设计主轴的结构如图 4.2 所示：29 5 45 5 54 5 7 5 2580h670h6 80h6 70h6 601.62?45?1.61.62?45?1.61084330 94315.5285图 4.2 主轴的结构毕业设计- 15 -根据中间带孔轴的计算和轴上零件的安装位置并结合轴承所选型号的内外圈尺寸，设计齿圈轴的结构如图 4.3 所示：0 871.61485582418541.613523812513554270 216 210 10830138 180图 4.3 齿圈轴的结构毕业设计- 16 -5 低温蜡制膏机的执行装置5.1 搅拌桨叶的设计搅拌桨叶的形式、排列的方式、桨叶的数量都会影响搅拌的实际效果，因此在设计搅拌桨叶时，需要恰当的设计这些参数。首先是轴上相邻两个搅拌桨叶的排列，为了保证搅拌桨叶的受力平衡，搅拌桨叶需要采用两两对称布置的形式。它可以有两种排列方式：一种称其为正排列；另一种称其为反排列。其中对桨叶正排列的规定方法是：当逆着物料的流动方向看去，搅拌桨叶的排列顺序方向与搅拌轴转向相同；而顺着物料流动方向看去，二者的方向相反。相反的情况则是桨叶的反排列，对于桨叶的正排列来说，物料从一个桨叶处被推搅到下一个相邻的桨叶处，每一次搅拌轴只需旋转 90 度，就能实现 n 个桨叶也只需 n 一 1 倍的 90 度旋转，显然，对于单排相邻的两个搅拌桨叶，正排列要比反排列推搅得要快。所以在搅拌时间一定的情况下，物料得到的搅拌次数也就较多一些，也就更容易达到匀质的效果，使刮刀刮制下来的膏体与被处理液体充分的混合。搅拌机大多数采用叶轮式搅拌机构作为工作机构，其搅拌桨叶的形式对物料混捏质量影响是最大的，是设计的关键所在。常见搅拌机的搅拌桨叶有 3 种基本形式：平直式、折叶式和后弯式，分别如图 5.1 中(a)、(b)、(c)所示。从制造的工艺来看，平直式搅拌桨叶和折叶式搅拌桨叶要比后弯式搅拌桨叶的制造简单，从实际应用效果来看，后弯式搅拌桨叶远远优于平直式、折叶式的搅拌桨叶，并且后弯式搅拌桨叶具有独特的放射状折流板作用使被处理液不断抛射到低温蜡制膏机的桶壁上，产生新的被处理液的液体界面。综合考虑，低温蜡制膏机的搅拌机构采用后弯式搅拌桨叶的综合效果比较好。图 5.1 搅拌桨叶的基本形式毕业设计- 17 -国内单轴立式搅拌机均采用平直式和折叶式桨叶，其主要原因是加工简便。此外，搅拌桨叶形式的选择对搅拌轴转速选择及设备的维护周期有较大的影响，从实践效果来看，折叶式和平直式桨叶需要较高的转速(80 rmin 以上)才能较好地混捏物料，而后弯式桨叶可以在较低的转速 80rmin 以下达到较好的效果。因此，对于使用膏状物质生产工艺而言，后弯式搅拌桨叶应是多轴立式搅拌机设计的首选形式。搅拌的桨叶数量太多，必然使搅拌轴(即搅拌筒)长度增加，导致其结构强度、刚性下降，造成其长宽比不合理；数量太少，必然减少物料的循环次数，影响搅拌的质量和效率。桨叶数量的确定需满足以下 3 条基本原则：单根轴上的搅拌桨叶数目 n 应在 8-20 之间；单根轴上相邻桨叶的轴向投影应有一定的重叠，以保证料流具有连续性，同时又不能重叠的数目太多，以避免卸料的积料现象，同时清洗也方便；搅拌桨叶数目 n 不宜取奇数个。所以根据上述原则，综合考虑，最终选择桨叶的数量为 12。桨叶轴向间距的确定需根据低温蜡制膏机的的容量大小和搅拌时长要求来确定，保证在额定的容量下最上边的一组桨叶恰好全部没人浆液中，从而确定桨叶的轴向间距。5.2 搅拌轴和刮刀的布置形式搅拌轴均匀地布置在主轴的周围，搅拌轴的数目越多，搅拌轴的长度越长，其强度越不好，同时也影响制膏的数量。搅拌轴的数目和搅拌桨叶的数目确定原则基本相似，选择搅拌轴的数量为 4 个，因为其转速不高及轴上没有零件布置，搅拌轴的直径确定为主轴平均直径的一半。搅拌轴连接在与齿圈轴配合的转动支架和空旋的转动支架的四个叶片上，其转动支架的结构如图 5.2 所示；140图 5.2 转动支架的结构毕业设计- 18 -在与齿圈轴配合的转动支架上对称安装两个桨叶连接轴，连接轴上用螺钉垂直布置上固定板，固定板上附有刮刀，固定板为钢板，刮刀用耐磨材料制造，固定板可以提高刮刀的强度。利用该刮刀刮取容器内壁形成的蜡膏层，使被处理液不断产生新界面。被刮取的蜡膏层在搅拌轴和搅拌桨叶的作用下，与被处理液不断混合，经过翻转、压缩，折叠等被处理液，渐渐形成膏状物。此低温蜡制膏机的搅拌部分具有高转速的且有放射状折流板作用的搅拌桨叶和独特的搅拌轴所构成，而经刮刀刮取容器内壁形成的蜡膏层再混合、运转的功能，不断把被处理液摔向桶壁形成蜡膏，能够高效并且有效地制备蜡膏。毕业设计- 19 -6 低温蜡制膏机的操作及注意事项6.1 低温蜡制膏机的操作确认水源、电源、气源接口连接完好，设备各部分检查完无误后，水箱加上足够的循环用的水后接通电源；打开电控箱门，闭合箱内主电源断路器后关好电控箱门；旋转面板上的电源开关，电源指示灯亮，设定温控表的参数，调整电机的频率控制搅拌转速为合理数值，左水箱和右水箱进行加热，当温度达到 58的时候，旋转 1热水泵和 2热水泵，向桶内和输蜡管内通入保温水，然后进行制造蜡膏:（1）向制膏桶内注入 70-80的蜡液，由于冷却过程中体积额变化，蜡液注入量距离加蜡口应控制在 120-150mm;（2）蜡液注好后，向右旋转左部水阀，通入冰水进行冷却，同时打开电机进行搅拌并开始刮蜡；（3）搅拌十五分钟左右，通过观察口进行观察蜡膏的制作效果；（4）当制出的蜡膏可以使用时，再向左旋转左部水阀，开始通入温水进行保温，整个制蜡过程在 20-30 分钟之间。6.2 低温蜡制膏机的注意事项设备的使用过程中应注意以下几点：（1）低温蜡制膏机应使用洁净的蜡材料，否则有可能造成设备出现故障或者现不必要的设备停机现象；（2）制造蜡膏期间，禁止通过注蜡口伸手触摸膏桶的内部；（3）蜡膏搅拌好以后搅拌动作不能停止；（4）要经常查看两个水箱的水位，不允许对其进行干式加热；（5）使用前设备外壳必须可靠接地，设备长时间不使用时应切断电源。毕业设计- 20 -7 结 论我们在开泰集团进行了参观实习，宋老师为我们安排了相关的毕业设计题目，同时了解了该公司的抛丸机的结构和工作原理。我所设计的题目是低温蜡制膏机的设计，通过现场观察和分析，确定了低温蜡制膏机的基本组成结构，总体可以分为：（1）输送装置（2）控制装置（3）传动装置（4）执行装置（5）能源装置。经过导师的辅导以及和工人师傅、同学之间的探讨，我掌握了其工作原理，经过大量查阅相关资料和多次实地考察，知道了结构零件的内部布置情况，并对其认真的进行测量和研究。低温蜡制膏机的主要工作部分为搅拌轴和搅拌桨叶，搅拌桨叶直接由变频电动机带动，搅拌轴在与齿圈轴配合的转动支架上对称安装，经过一行星齿轮减速连接带动。在与齿圈轴配合的两个转动支架上安装有连接轴上，连接轴上用螺钉垂直布置上固定板，固定板上附有刮刀。利用该刮刀刮取容器内壁形成的蜡膏层，使被处理液不断产生新界面，被刮取的蜡膏层在搅拌轴和搅拌桨叶的作用下，与被处理液不断混合，经过翻转、压缩，折叠等作用，渐渐冷却形成膏状物。此低温蜡制膏机的搅拌部分具有高转速的且有放射状折流板作用的搅拌桨叶和独特的搅拌轴所构成，而经刮刀刮取容器内壁形成的蜡膏层再混合、运转的功能，不断把被处理液摔向桶壁形成蜡膏，能够高