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卧式
搅拌器
结构设计
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卧式搅拌器结构设计,卧式,搅拌器,结构设计
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卧式搅拌器结构设计HORIZONTAL MIXER STRUCTURE DESIGNH 摘要搅拌设备在我国历史上的运用由来已久，被运用在社会发展的方方面面,尤其是化学工业中很多化工生产都或多或少的应用着搅拌操作。只有将物料的充分混合才会产生化学中的种种变化，为了使一些物理现象更加明显，采用搅拌操作是必不可少的。搅拌器有很多时候因为其拥有特有的容器装置而被用来作为一个反应器。比如在农药测试，染料混合创新以及平时所接触的油漆。搅拌器可以从好多的角度去分类，在其安装的角度来分析，可以分为四种安装的形式，有立式安装，偏心式安装，倾斜式安装以及卧式的安装。本次课题所研究的就是卧式型。这次所运用的传动系统是由两个部分组成的一部分是主电机带动的搅拌系统，还有一个是副电机所运行的摆动系统，它们两个是不同时运作的，主电机所带动的系统先运作，其次副电机所带动的摆动部分再运作。在原始搅拌设备的上面进行了创新，增加了一个自动的摆动排料传动系统，这样就可以提高实际中的生产效率，不存在浪费现象，而且便于清洁。本次课题首先对卧式搅拌器的总体方案进行了详细的设计，其次对其部分机构进行了进一步的分析，在设计的最后阶段,对齿轮所配合的键进行了安全性的校核，以确保搅拌器在转动时能够更加稳定。关键词 卧式搅拌；电机；化学行业AbstractThe use of mixing equipment in the history of our country has a long history, has been applied in every aspect of social development, especially a lot of chemical production in chemical industry are more or less the application of the mixing operation. Only fully mixing of the material can produce various changes in the chemistry and some physical phenomena to mix effect is more apparent, the mixing operation is necessary. There are many times when a blender is used as a reactor because of its special container. For example, in pesticide testing, dye mixtures and the usual exposure.Blender can be classified from the perspective of a lot of, in its installation Angle analysis, can be divided into four kinds of installation, in the form of a vertical installation, eccentric type installation, tilting and horizontal installation. The subject is a horizontal type. By the use of the transmission system is composed of two parts of the main motor drive is a part of the mixing system, there is also a vice motor is running the motion of the system, they dont operate at the same time, the two main motor system driven by first operation, second vice motor to operate by the motion of the part. Has carried on the innovation on the top of the original mixing equipment, added a transmission system, the motion of the automatic layout can improve the production efficiency, in our actual so there is no waste, and easy to clean.This topic first overall scheme of horizontal mixer has carried on the detailed design, next to its structure and some institutions into further analyzed, in the later stages of design, gear with the key for the security check, to ensure that the blender can be more stable in rotation.Keywords Horizontal mixing The motor The chemical industry34目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1课题前言11.2搅拌器的分类11.3论文主要完成的工作32卧式搅拌器的总体结构42.1引言42.2卧式搅拌器总结构布置42.2.1传动方式确定42.2.2基本尺寸的确定52.3搅拌容器的性能参数62.4本章小结63卧式搅拌器结构设计73.1引言73.2电机的选择73.2.1电机选择的方法73.2.2主电机83.2.3副电机103.3主传动系统113.3.1基本结构与选材料选择113.3.2带轮与齿轮的具体设计113.3.3轴的结构设计及计算183.3.4搅拌动力系统建模183.4凸轮摆动系统设计193.4.1搅拌结构选定193.4.2传动件的设计193.4.3摆动部分253.5搅拌部分结构设计263.5.1搅拌桨叶的设计263.5.2搅拌容器的外形结构设计273.5.3联轴器273.5.4止动机械的设计283.6 本章小结284安全性计算与校核294.1引言294.2轴承的校核294.3轴的校核294.4键的校核314.5本章小结32结论33致谢34参考文献351 绪论1.1课题前言搅拌顾名思义就是将两种及以上的物质通过搅拌桨叶将这些物质统统都打散它，从而让它们均匀的混合在一起，也可以将它理解成是物料质变的过程或者热量快速传输的过程。就像平时在生活中喝糖水一样的道理，首先是在水杯里放入溶质（红糖），然后在水杯里倒入一定量的溶液（开水），此时为了糖能够更快的溶解在水里，通常会用筷子搅拌几下。因此，在实际的生产运用中一直被作为工艺过程的一部分运用，如污水的处理，造纸业，食品加工等领域。因为搅拌器的容器部分可变性比较大，所以在选择搅拌器的容器时要灵活去选取，不能死板，主要的根据是实际生产需求中的搅拌桨叶的大小，以及依据生产任务等因素来确定。从参数上来选择应选择合理的装料系数，这样可以提高设备的利用率。在特殊情况时，它的选择往往是比较繁琐的，因为选取它时要考虑的设计方面就比较多。比如有些设计是对传热有要求的，那么设计时就要在它的外面设置夹具结构。但是这样的话，制造成本也会随着多要求而提高。但是，这些问题都不可能难倒蓬勃发展的中国制造，所以当在设计时遇到难题时应该迎着难题而上，最终将其克服。在目前生产中所使用的搅拌设备中还是存在一些缺点的，这就需要设计时用智慧去处理，来改进。所以在未来，新的混合设备是研究的重点。1.2搅拌器的分类1、 旋桨式搅拌器使用这种桨叶的搅拌器就叫做旋浆式搅拌器，它的特征很明显，一般是由两到三个叶轮组成。在运用中表现出的主要工作特点是适合速度较高的工作场合，因为速度较高的话利于物料的充分混合。同时因为它的物理构造比较有特点，所以在开始传动后，液体在混合流动时是达不到对称要求的，就连转子有时也是倾斜的。图1-1 推进式螺旋桨叶2、 涡轮式搅拌器它的名称以及实际的用途，会随着叶片的形状以及放置涡轮的方式不同而不同。以下就是折叶式涡轮叶轮，其可以起到的作用是把物料从轴向吸进去最后从与轴相垂直的方向排出去。通常所用到的搅拌器在配备这种叶轮后，其所搅拌液体的粘度一般不会超过的。图1-2 涡轮式折叶叶轮3、 桨式搅拌器这种形式的桨叶一般情况下只有两片叶片，可以从桨叶的安装位置将它区分为两种，第一种是直接采用竖直的安装方式安装的径向流的形式，另一种是有一定角度的轴向流形式。同时由于其结构简单，制造起来费用较低，所以运用时普遍是在大桨叶和转速较低的场合。图1-3 桨式4、 锚式搅拌器配备这种锚式的搅拌器主要是在运用在低速的场合，它的外形特征有三个立着的桨叶，如果生产有需要时可以适当增加桨叶。由于其叶径较大所以通常被用来混合高浓度的流体。其叶片的圆周速度为 。图1-3 锚式5、 螺带式搅拌器6、 窗体顶端窗体底端它的主要特征是在轴线周围有一圈圈细长的金属卷成的楼梯状。装有这种形式叶轮的搅拌设备主要是用来搅拌黏度很高的流体，这种螺带式的螺带宽度大概是叶径的百分之十左右，因此，在实际运用中一般采用两个螺带。图1-4螺带式多年来，主轴为水平式的各种机械混合设备在性能和质量上都得到了很大的改进，在运用中也取得了良好的效果。这意味着随着技术的越发成熟和进步,越来越多的人了解到自己的产品必须得跟上时代的步伐，所以制造商在搅拌器的创新方面不断探索，以满足日益变化的市场环境。这样起到的效果就是为整个产业发展起到了关紧的引领作用,相信在接下来的几年里,通过政府对制造业的大力扶持,食品搅拌行业将来会有很大的突破。1.3论文主要完成的工作卧式搅拌器的主要组成装置有电机、搅拌轴、桨叶、容器这几大部分，其中搅拌轴和搅拌的桨叶组成了搅拌器，传动的装置含有电机、V型带，齿轮，凸轮，联轴器等等。所采用的搅拌器的叶轮是属于螺带式的搅拌叶轮，它提高了效率同时给也给厂家增加了产值。具体设计的要点如下：(1)总体方案设计根据搅拌方式，确定容器的外形，再根据实际工作强度，确立搅拌器的两个传动系统。(2)卧式搅拌器的结构设计设计好容器的下料盖口以及传动结束后振动排除余料时所要用到的排料口，再对整体的结构进行工艺的分析。(3)制造及检验完成一些小的零部件的选用，并且完成它们的安全检测，同时对设计的搅拌器进行一次模拟搅拌。 (4)三维建模利用PROE三维软件，进行三维建模，这样可以更加直观的观测卧式搅拌器的结构，并及时发现不足之处，从而使得成果更加完善。2卧式搅拌器的总体结构2.1引言化学工业机械设备的主要特点是，通过原料的预先处理化学反应等一系列的化工过程实现生产。总的来说其特点如下：涉及的能量多样化；可以适应各种各样的化学反应，可以被当反应器；自动化控制程度不一样。2.2卧式搅拌器总结构布置搅拌器零部件种类多种多样，不能够去一个一个的介绍，所以这一次有针对性的根据搅拌器的结构分析，主要考虑到它的强度计算方法以及结构外形设计。搅拌器的优点表现为价格便宜，下料，排料很方便，可以与其他设备很好的配合工作。卧式搅拌器的旋转主轴线是被设置在水平方向上的。一般设置于容器的中间部位,其结构外形很简单而且这样设置可以很好的将流体的浓度、温度、停留时间控制在一个可控的范围内。虽然它是可以与其他设备一起配合完成连续性的生产,但是这样就会造成占地面积较大的缺点，所以还存在要改的地方。目前其用途广泛，主要用于国内大量生产各类面制食品，生产能力可控范围大，位于25-400公斤。 2.2.1传动方式确定(1)由于搅拌器是一个独立的机器，所以在运行上，它有着自己的传动路线以及驱动方式同时也有着自己的传动媒介。(2)由于此次设计的是一个体型不大的，对于搅拌速度不是很高的搅拌器，所以可以设定它的转速与市面上所用的转速一样，一般选用的转速处于,如果速度过高，与设计的宗旨相违背的话，高速混合就会产生不好的效果,比如造成成本的浪费等。为了更好的配合，电机转速选择的。为了克服起动转矩大带来的不好影响，在减速比的选择上是选择较大的同时为了在一定程度上减少噪声，特意选用皮带和齿轮组合的传动机制。传动机制图如图2-1所示。1- 主动轮 2-从动轮 3-搅拌主轴 4-从动齿轮 5-主动齿轮 6-电机图2-1 传动系统机构简图(3)排料摆动机构的设计，本次设计是通过凸轮的摆动来实现的，本次所采用的是盘形凸轮，它主要是绕着一根固定轴转动并且在径向上产生变化，此类凸轮机构目前是实际中运用最为广泛的。因为凸轮的结构设计本质就是为了完成一种预设的动作，而此处利用凸轮机构正好满足了摆动这一设计要求。由于凸轮结构是一种高副机构，所以在运用上就决定了其运用场合所传输的力不大。具体的结构设计如图2-2：1-（主动）带轮 2-（从动）带轮 3-摆杆 4-盘形凸轮5-（从动）从斜齿轮 6-（主动）斜齿轮 7-（副）电机图2-2 摆动系统结构图2.2.2基本尺寸的确定从综合的角度来考虑此次搅拌器的尺寸设定，首先本次设计的运用场合是食品工业的低速场合，再一个是这次设计的是小型搅拌机,所以应该了解到，它的总体外形尺寸不大，根据实际生产的要求，确定它的总外形大小为，再根据这个总体大小将它的总高度设置为,由于上半部分是一个正方体，下半部分是一个圆柱体的一半，所以可将混合容器底部的气缸直径设为,矩形的上部设为,壁厚设为,搅拌机叶片边缘和筒壁相比有的差距。为了达到更好的混合效应,这次运用了双螺带的搅拌机,搅拌轴直径为，长度为,大型螺钉直径为,带宽为,小螺钉直径为,带宽为。并设置下料口和出料口,先是用上盖鼓用来下料,然后再用下面口子用来出料 ,为了达到快速出料,特意设置了一个摆动的装置，它可以快速的将物料给振出来。它的动力是由副电机马达旋转产生的。以上就是搅拌容器的基本尺寸设定，有了这些基本的总体大小尺寸就可以完成合理的设计。具体结构如图2-3：1-（主）电机 2-（主）带轮 3-（从）带轮 4-（直齿）齿轮 5-（搅拌）容器6-（螺带式）桨叶 7-（盘形）凸轮 8-（斜）齿轮配合 9-（从）带轮 10-副电机图2-3 总体结构图2.3搅拌容器的性能参数搅拌容器的性能参数的设计是这次设计的核心参数，它反应了一个设备性能的好坏，更是所有设计的基础与依据。为了主传动系统的正常工作,将工作时的速度设置为,刚开始启动时所产生的加速时间为,加速度过后，设备进入稳定的运行状态时间是,接着搅拌工作结束，按下停止按钮后，其速度减下来所花费的时间是,最后的停止动作时间为。通过综合考虑，对于凸轮机构的摆动的角度的大小可以设置为度, 一个循环的时间为，接连不断，直到断电停止。而运行动作的时间则是，停止动作的时间则是。这一次为了方便实际的运用，所设计的容器形状从侧面去看是一个正方体与半圆的结合体，具体如图2-4。由于国标规定集装箱装载系数用在固定型混合设备一般为,本次取来设计。图2-4 搅拌容器外形尺寸2.4本章小结本部分从化学工业，食品行业的实用角度去考虑了搅拌器的实际外形设计，以及灵活的去改变搅拌桨叶来实现不同场合以及不同需求的搅拌。首先是确定了它的传动方式，它是采用双传动的系统，这两个系统互不相干，而是先后运作的形式，其次外形尺寸和形状的设计完全按照现实中生产需求来设计。3卧式搅拌器结构设计3.1引言上面讲到了关于设计搅拌器的总体方案怎么去设计，那么现在将会细化的去分析搅拌器各个零部件的设计，在总体数据的基础上进行扩展。现在要做的工作时是分别详细分析每一部分的零部件,透过整体去发现并确定其特定的结构性质。其次为了能够更好地去展现设计成果与摸索出来的理念，还要用平时所学的软件，绘画出它的二维工程图，与此同时当分析搅拌原理与传动原理时同样可以利用所学的三维软件PROE进行立体图的建模，分析出机构的实际工作特征，分析搅拌器的总体性能是否完善。3.2电机的选择3.2.1电机选择的方法在面对电机上的选择这个问题时，主要会从这几个方面去分析考虑：首先要做的事是确定所安装的系列，它的防爆保护、转动速度以及功率等；搅拌设备搅拌轴旋转的动力源通常是来源于电机,在电机选择时要考虑到它的转速级别，主要的档速是下面这几个：，。在这些转速中，最值得推荐的是的转速，它具有很多优点，比如价格很便宜，很适合大多数消费者，而且它的产量足，不存在供应不足的现象。在运用中可以发现搅拌器所用的电机安装的形式多种多样，但是一般有这两大种：卧式和立式。其中卧式有，型，型，型；立式有型，型，所以在选择电动机（驱动元件）时根据其对安装位置的要求去选择。型号如图3-1所示：图3-1 驱动元件安装形式除此之外，电机的选择也要考虑电机的防爆性能，比如采用的隔爆型的电动机应符合隔爆的电气设备的要求，具体标准按国家标准选取（GB3836.1-2000）。3.2.2主电机3.2.2.1搅拌器的启动功率当考虑搅拌器的计算功率时，不用去说都知道，电动机的启动功率是首先要考虑到的重要参数，因为当搅拌器启动的时候是有一定的阻力的，有自身的质量带来的重力，搅拌液体的惯性力，以及产生的摩擦力，所以所设计用来启动的功率，必须要大，最少要克服阻力所带来的桨叶滞后效果，这样搅拌才能正常的开始。假如使用的是的低压去启动电机，那么透过相关数据可以得知启动时的电流将一下子达到固定电流的倍左右。对此可以用公式来分析一下它的启动功率，查阅设计手册可知参数有这些：功率因素、效率、固定电流，所以固定的功率计算公式如下： （3-1）上式中 固定功率 三相电压源 功率因素 电机效率查阅书籍可知搅拌器在功率的消耗上，主要有这几个地方，一是一些加在搅拌器上的其他小的配合装置，还有就是搅拌桨叶所消耗掉的，最后是流体在被混合过程中也会消耗功率。在分析研究此类机械结构时可以透过小实验来验证它的转矩， （3-2）式中 实验的系数，取； 粒子的直径，查表取； 密度 ，查表取； 内摩擦系数，查表取=1.19； 粉粒体层的高度，此次取； 叶片得外径，取； 螺带的节距，取； 叶片的宽度，取； 装料的系数，取。在选择桨叶时是透过已有的一些参数确定选择螺带式，所以可以得到指数如下:；。这次暂定的物料为面粉和砂糖，所以搅拌的叶片与容器的的厚度差距大概为，根据数据查询出密度以及粒子的直径，最终数值计算方法如下所示:螺带1转矩螺带2转矩, 转矩和轴功率 （3-3）上式中 功率，； 回转速度，取； 轴力矩，。轴功率3.2.2.2电动机额定功率的计算关于电机功率的设计上不仅要考虑到它的启动功率，同时也要考虑到工作时产生的额定功率，那么怎么去分析这个额定功率呢，根据查阅资料可知从两个点去着手，第一点是当电机工作时，其表面材料所产生的温度就可以表现出功率的大小，当温度越高，说明功率很大，甚至有可能功率超载；第二个是设备所工作的时间，这同样是设定额定功率时所应考虑的问题。其次所选电机功率时还应该顾及到密封装置对功率的损耗，同时也要时刻注意在工作中其它突发情况会所产生的功率损耗。电机的额定功率： （3-4）式中 电机功率，；搅拌器的功率，； 密封装置耗损功率； 传动效率。关于轴的密封选项有很多种选法，可以从节省成本的角度去考虑，也可以从密封的性能要求去考虑，这边为了较低成本，选择了用填料来密封，这种密封装置是有一定的功率损失的，从密封的材料的材质去考虑，大概在左右，通常都是选取一个中间数来估算，这边选取为，也就是功耗为传动系统的效率，主要是从传动机构效率来看，因为通常传动机构效率代表了所有小的零部件效率之和。在齿轮上的就是，而在带上面就是，因此可以知道： 电机额定效率3.2.2.3电机功率的修正电机适应的范围广泛，可以应对各种艰苦的条件，比如在高原地带，或者深海中它都能够正常的运作，当然在一般情况是碰不到上述情况的，因此本次设计，仅考虑对电机影响最为普遍的因素-温度，从而根据下面的公式来进行功率的补修改正。 （3-5）式中 ； ， ； 。所以最终可以得出电机定功率为3.2.2.4电机的选择角度在额定功率的选择上还是那句话，要从整体的角度去考虑，要满足系统正常运行的基本要求，所以暂定电机功率为,数据从表3-1得来。表3-1电机的一部分参考参数额定功率额定电流额定转速效率质量3.2.3副电机3.2.3.1副电机的选择在给凸轮摆动提供动力源的副电机的选取上，该怎么去选择呢?其实方法还是老样子，与之前的主动轮一样，先是确定它的来回摆动的时间为，角度则是为。这样就可以从上往下的求出像电机的转速等一些用来电机选取的关键参数。首先，可以知道容器的质量为，外形尺寸为，同时通过测量也可以知道中心距离为，所以可以将它的重量算出来： 所有集中质量都在混合桶外壁,然后可得摇摆过程中扭矩摆动角速度摆动功率由所学计算公式可以知道，本设计中电机的功率是V带的功率以及齿轮等传动所产功率的所有积之和。也就是电动机型号为,功率为,具体数据从表3-2可知。表3-2电机的另一部分参考参数名称额定功率额定电流额定转速效率质量3.3主传动系统通过上面的计算设计之后，对于电机已经进行了初步确定，其中将主电机转速定为，搅拌转速则是,由于传动比较多，所以传动比不唯一，在带轮中则为，齿轮中则是,由此可以大概的估算出机器的总体传动比为，下面将详细的计算。3.3.1基本结构与选材料选择在材质的选择上主要是从这样几个方面去考虑，功率，传动比等。所以最终得出的结论是，采用型带，材质为灰铸铁，强度为，齿轮则是采用。 3.3.2带轮与齿轮的具体设计3.3.2.1带轮的具体设计由于设计的是小型搅拌器所以其对于载荷的强度要求是不能太大的，要把握住大小。同时每天的工作周期也不能长。1、带轮的功率 （3-6）式中 计功率，； 动系数，取；电功率，。得出2、带的型号为型的普通 带，因为所选的截面积为，所以得出它的节宽是，高。 3、主动带轮的基准直径，转速，带速验算从动带轮的基准直径为查表得 ， 4、通过中心距验算出带的基准长度中心距 （3-7）计算带长查V带轮的基准直径系列表，取实际中的中心距近似为由于带轮在制造时不可能避免掉所有误差以及因为带有一定的松弛需要张紧，所以这个中心距有一定误差： 5、验证主动带轮的包角是否满足带轮要求因为包角大小为，所以符合要求。 6、计算带的根数 （3-8）由于带在工作时要保证它的平衡，所以带的根数不宜过多，一般不能让它超过。 7、初拉力通过多次验算可知道，的大小是可以影响传动能力的大小，如果小的话，传动能力就会小，而且会很容易发生打滑；另一方面是也不能太大，因为太大的话，就会对带的使用时间产生威胁。所以要通过下面的公式来科学的计算。 （3-9）其中 速度，从带轮上的线速度； 质量，查表得。所以，在没有自动预紧的带轮上，应该加大它的预紧力，防止带的松软现象。通常设置为以上的倍。 8、带作用在轴上的力9、关于V带轮的设计，主要可以采用实心和腹板这两种，当计算出的带轮的基准直径它等于轴径的倍时，这就是一种合格的情况，这种通常是实心式，还有一种是当其小于或等于，用的这是另一种，最后一种情况是基准直径大于时，那么这个时候就要用两者之外的一种了，就是轮辐式。轮槽的设计时带型取Z型，基准的宽度大小是，（上槽），（下槽），间距，槽离端面的长度大小，带轮的边缘宽为，带轮角度选取，小带轮大带轮。小带轮采用的是实心式这种设计方式，轴径d=34mm， 结构由图3-1以及图3-2所示：图3-1 主动轮结构 这个比较适合大批量生产，,唯一不足的是要降低它的惯性力，因为从设计的数据中可以获悉它的直径是挺大的，所以图3-3和图3-4是大带轮的结构图。2.1.1.1 图3-3 大带轮的结构 3.3.2.2齿轮的具体设计在设计齿轮时先要考虑的还是它的传动比的计算，由此计算结果可以得出功率、转速。此次的传动比为，功率、转速如下： 这一次将齿轮的使用时间定为大概年，一年中使用的时间大概是天的样子，一天中的使用时间大概是，同时在其材质的选用上主动轮用的是，大的从动轮用的是钢，两个齿轮所形成的齿数之比，两个齿轮硬度的大小分别是和 。所以齿数分别定为, （3-10）其中，小带转矩，系数，取，齿宽，取 弹性系数取 主动轮强度的最大值从动轮强度的最大值应力循环查阅手册可得， ，失效率为，稳定指数，通过公式可得许用应力为了求取小主动轮的，所以选择小的那个值代入公式可得，圆周齿轮的宽度齿轮的模数齿轮的高度得出，齿轮的宽度除以齿轮的高度，接着依据，齿轮的精度等级，可以知道齿轮的另一载荷系数，动载荷的系数，如果求得，同时查阅得到，这就意味着根据，并且查表可得，因此，齿轮的载荷系数验证小齿轮分度圆的直径齿轮的模数 （3-11）所以各个式中的参数为：大齿轮弯曲疲劳强度极限 通过安全的指数，可以得到它的弯曲许用应力的具体大小为，载荷指数大小查阅手册得齿轮形状 的系数同时查阅手册得到应力校正的系数是求得大齿轮和小齿轮的，接着将两者放在一起比较。大齿轮数值大，取用大齿轮的数值，取，分度圆直径，齿数，大齿轮齿数。齿轮几何尺寸及安装尺寸计算分度圆直径中心距齿轮宽 取小齿轮宽，大齿轮宽。主动轮（小齿轮）所用轴的尺寸如图3-5，大齿轮的尺寸和三维模型如图3-6和图3-7。图3-5 小主动齿轮轴结构图3-6 大齿轮机构3.3.3轴的结构设计及计算首先通过下面的公式可以得到轴最小直径， （3-12）因为实际中电机的轴所留出的长度是小于齿轮的厚度的，因此在此处要设计一个小的齿轮轴。它的热处理方式为调质处理，材质是号钢。由于与轴的材质选择是有关系的，所以要查表，最后取为。所以小带轮轴直径为了设计出便于安装的轴肩和键槽，在设计时轴径的最大取值为,最小的则是在，增大。功率转速所以可得出齿轮轴的最小直径为处于工作的需要，所以截面处设计了一个键槽，其中增加了，3.3.4搅拌动力系统建模之前的一系列计算与理论分析都稍微有点抽象，不能够让人一眼就看出问题的所在。所以这就需要通过三维软件来进行建模设计将其中的运动原理展现出来。通过三级传动:由电机将力传输到带，带再传输到齿轮啮合，最终由大齿轮带动搅拌轴的旋转，这就是搅拌的动力系统部分。具体，如图3-8：图3-8 搅拌动力系统3.4凸轮摆动系统设计这个系统核心就是利用凸轮结构来实现摆动，最终通过摆动将容器里的物料给排干净。它首先是通过主传动系统来进行搅拌，然后搅拌停止后，由于流体有一定的依附性，所以并不能够一下子排干净，这时候就需要通过晃动搅拌容器使里面的料排干净。3.4.1搅拌结构选定在机械设计中有很多的机构可以实现来回摆动这一运动，比如生活中最常见的四杆机构，它就可以很简单达到设计的效果，但是为了起到最佳的配合效果，这边选取的是利用盘形凸轮机构。但是由于动力是由电机产生的，速度是很高的，不能直接将这个转速输送到凸轮上，这是就需要通过带轮配合以及斜齿轮啮合来降低它的转速。在带轮和齿轮材料选用上，带轮选用，齿轮是。 3.4.2传动件的设计3.4.2.1带轮在摆动系统部分的参数中，电动机输入的功率是，载荷的变化也很小，可以查阅出它的，直径是，最终把其功率定为因为带轮上是放的多根带，所以它的型号是，查阅手册得出小带轮的， ，所以可以得出从动轮的实际直径为带的速度因为小于所以此设计合理假定中心距查表得中心距可为332mm，所以带长查表得Le0=1500mm。实际的中心距验证包角因为所以符合要求求多楔带的楔数，首先通过查阅手册知道，在加上本来已知每根楔上的功率是，增量是，求得楔数 带的有效圆周力紧边的拉力松边的拉力轴上的拉力关于带轮的设计数据是总的长度，这边设为120mm，小带轮的内径，（外径）；在大带轮的选用上是采用的是（轮辐）m=4，求得宽度 轴的直径大小是d=45mm，厚度，大带轮结构和三维建模如图3-9和图3-10所示。图3-9 轮辐式多楔带轮图3-10 轮辐式多楔带轮三维建模3.4.2.2斜齿轮的啮合为了使齿轮每年的工作时间达到天，并且连续使用年，可以选择大齿轮与小齿轮比为以及功率是，齿轮的精度等级是。 在挑选齿轮的材质上小的可以用40 cr，齿数是,硬度是；大的是钢，齿数是，螺旋角的大小度。轮齿表面的接触强度 （3-13）其中载荷的系数，取区域的系数，取重合大小，取齿宽系数，取小的齿轮转矩，；最大的接触疲劳强度，查表得，弹性系数，取应力循环的次数带入到分度圆公式可得，圆周的速度齿轮的宽度和齿轮的模数齿轮的纵向重合度求载荷系数已知，KA=1，齿轮为级精度，所以查阅手册可得。因为齿轮不是对称的，所以查图表可得分度圆的校正直径模数的大小由齿根弯曲强度设计 （3-14）其中计算载荷系数，根据纵向重合度，从图中可以查得螺旋角影响系数计算当量齿数，查表确定齿轮形状的系数 查表得到应力校正系数 查表可得，所以将参数带到公式中，可以得到所以，模数至少为，同时要想加强齿轮承载能力的大小，那么，中心距取整得螺旋角由于螺旋角没有多大的变化，因此的值不必去修正齿轮的分度圆直径齿轮的宽度可得 通过计算可以知道齿轮的齿顶圆直径是大于的，所以在它的结构选择上用的是腹板式。3.4.2.3凸轮结构为了使工作更加简单所以在凸轮外形结构上使用的是盘形凸轮，其摆动角度为。时间周期设置的是，它的位移曲线如图3-11 ：图3-11 盘形凸轮位移曲线由于这边设计的凸轮不用产生速度的突变，所以，要对原始的位移进行修补，使它的运动更加平稳。具体如图3-12：图3-12 盘形凸轮的修正位移曲线从上图中可以了解到，凸轮停止运作的时间大概占整个行程的，所以由凸轮的等宽可以知道凸轮转角。公式如下： （3-15）求得 。由公式(3-15)可得，冲程距离，将其放到基圆公式中，求得 所以基圆半径求偏心距大小圆弧半径大小3.4.3摆动部分在设计摆动部分的时候是和传动部分的设计步骤是一样的，都要考虑到整体的设计构架，在各个零部件的配合上也要有秩有序，使得设计看上去就很美观。在理论设计的基础上加上一个三维模型的建模就更加清晰明了了。如图3-13所示：进行三维模拟的是因为透过三维图可以发现凸轮是不是可以正常的运作，仿真时将它的速度定为，这样在来看出它的速度曲线图，如图3-14，主要是分成了三个部分，上半部分是原始的曲线数据图，中间部分则是它的速度曲线，最后一部分则是加速度的曲线图。图3-14 凸轮从动件运动曲线3.5搅拌部分结构设计搅拌部分的设计，是对主传动系统模块化分析的体现，要设计的有桨叶，容器的下料口、排料口等，其中还涉及一个止动装置，用来稳定容器，下面就是一些具体的设计步骤。3.5.1搅拌桨叶的设计为了提高搅拌的效率，以及使物料混合的更加充分，所以使用的是卧着的双螺带，它是由细长的金属卷制而成，它将一条螺带放在中间，另一条是放在外侧，这时候两条螺带推动液体流动的方向是相反的，使用在高粘度的场合。其中螺带的宽度为叶径的通常是取。这次外侧的螺带它的半径是，中间螺带的半径为，所选取的螺带角度是度，具体结构如图3-15所示:图3-15 双螺带式桨叶3.5.2搅拌容器的外形结构设计搅拌容器的作用，既为搅拌提供了空间，同时又成了流体的反应器。这次设计的搅拌容器的形状是由两个形状所组成的，上半部分是一个正方体，下半部分则是一个圆柱体的一半。这样的设计正好与所选用的螺带式搅拌桨叶相匹配。它的容积小于，流体的温度要小于度，黏度的大小要小于，密度是小于，它的上盖是可拆装的。具体的结构如下图3-16所示。1-出料口 2-搅拌筒 3-盖头 4-容器盖 5-联轴 6-销杆图3-16 容器部分3.5.3联轴器联轴器在机械传动中的运用是很是常用的，主要的用途是被用来接连两个轴，使它们相互之间传递运动和转矩。由于运用场合的不同，联轴器也是分了很多种的。因为有时候轴的转速会很大或者转矩比较大，而要使运动正常的进行，就得使用不同的连轴器来完成运动。本机构在主传动部分对联轴器的要求不高，所以对联轴器没有过多要求，而在第二个摆动部分则是有一定的要求，所以为了满足这些要求，所以选用弹性联轴器，像这种联轴器最大的特点就是能补充位移，但缺点是它起不到缓冲的作用。3.5.4止动机械的设计这次设计的搅拌器具体分为两个部分，第一部分是用来搅拌的，第二部分是用来排除容器内的残余流体的。当运行的程序进入到第二阶段时，凸轮机构的来回摆动运动是会带动那个容器晃动的，那么这时候就需要用一个装置来控制它的晃动，使凸轮它在摆动的时候不影响容器的摆动。所以为此设计了这样的一个制动的装置，这样就可以合理的工作。当晃动结束后，把制动装置还到原来的位置就重新回到原来的样子了。具体的结构如图3-17： 1容器 2支架 3支座 4弹簧 5销杆 6把柄图3-17 止动机械结构图上图中此时的止动装置是没有起到止动作用的，只有当提动把柄把销杆放到销孔里时止动装置才可以起到锁死的作用，而当把柄又放下来时又变回到了原来的样子。3.6 本章小结在设计中为了更加直观的表现出所设计的内容的主要特性，通常会绘画出它的工程图以及三维图，本部分内容的主要设计特点是对搅拌器进行了特有的模块化分析。将辅助传动部分的凸轮设计视为主传动部分生命的延续，它的主要作用就是通过摇摆容器将物料从卸料口卸出去。同时进行了三维仿真，这样就可以看到设计的实体效果，同时也能满足对凸轮运动轨迹的观察。4安全性计算与校核4.1引言经过了一系列计算与分析，最终完成了本次设计的基本任务，但是在实际中一个东西被造出来了，并不代表着它就被大家认可了，就会有人去购买了所以接下来要做的就是对所设计的零部件按照国家规定的标准去检测，对存在缺陷的地方加以改正，最终可以完全达到国家标准水平，使这次的设计更加规范可靠，充满科学依据。4.2轴承的校核在传动部分对于轴承的选用上，查阅了轴承设计相关书籍，最终决定选择滚动轴承。它的特点是主要是依靠滚动接触来支撑传动。分为三种：向心，推力，向心推力。在搅拌器传动上其主动轮上用的是深沟球轴承，它可以在承载径向载荷同时又可以承载一点点轴向载荷，由于其在生产中允许的可接受误差较大，所以目前应用很是广泛，价格也是很便宜的。以下是对轴承的安全检测：设计时首先要考虑的就是主动带轮，而它所配备的深沟球轴承所承受的轴向载荷为，径向的载荷则是当量动载荷当位置上所安装的载荷为或者所受的载荷很小时，那么所选择的载荷系数范围 。对于轴承的使用时间则是与搅拌器使用时间相匹配轴承所承受的固定的载荷是这一次在轴承的选用上，选用的是深沟球轴承，它的代号是，额定的动载荷大小定为。对于其它的轴承也完全可以按照这个步骤来设计检验。4.3轴的校核对于此次轴的设计，它设计上存在着两种选择，一种是承受较大的转矩，另一种则是产生很大的径向力，对于两种缺点不得不选择一种，由于设计较为简单所以选择带来的缺点是产生大的转矩。设计轴时，由于轴在运用时是与其他零件相结合运用的，所以不仅要考虑受载很小的直径也要考虑到这些零部件所带来的力。所以，在选择完后要对力的强度进行校核验算，以保证设计的合理性。例如对搅拌轴扭转强度载荷的检查，如图4-1：图4-1 轴的载荷分析图通过之前所计算的以及搅拌的半径得出搅拌叶轮上的力大概为这个力由两个力组成一个是Fa另一个是Ft，搅拌桨叶所产生的倾角30，因此，假如搅拌轴的质量大概是，那就可以得到因为容器大小的限制所以搅拌轴长度，再根据图4-1得出如下参数：扭转强度校核 （4-1）各个参数如下，轴的应力，；弯矩，；折合的系数；扭矩，；轴的抗弯截面系数，；许用弯曲应力，查表得；由公式4-1 得：因此本次设计的轴符合要求。4.4键的校核在对键的选用上首先要考虑的就是它的失效形式，选择型号时要通过类型和尺寸去着手，所以在齿轮、V型带轮以及凸轮的平键的选用上，选择的是用的很多的普通种类的平键。但是还有一点是在设计是必须考虑到的，那就是零件的失效形式。零件的失效形式有多种多样，而用在这个场合会出现表面破碎情况。一般这种情况失效形式是可以不重视的,除非有严重的超载,键才会出现其它严重的失效方式。因此,只有根据挤压压力的强度验算工作平面。对此，可以将普通平键的连接强度设定为： （4-2）接着是验算摆动结构中凸轮用到的两个键，其中：传递的转矩，键与轮毂接触长度键的长度，轴的直径最弱材料的许用挤压应力最弱材料的许用应力对于圆头平键 从以上数据可以得到所以键的强度符合要求。4.5本章小结这部分讲的内容主要是通过国家的设计标准对键，轴承，轴进校核的验算，验算的结果都应符合其应有的标准。这就意味着在设计的过程中要细心再细心，耐心再耐心，只有这样才能真正的完成设计，才能对计算出的结果放心。 结论时光荏苒，本次课题的设计就这样结束了，在这次设计中，首先分析了目前国内搅拌器的运用领域以及方式。然后在根据当今社会的发展要求去改进，去设计。这一次的设计改进的内容就是搅拌器的排料部分，在原有搅拌的基础上新添了一个摆动功能，它可以实现搅拌后的彻底排料，因为当设备运行时由于其设计构造本身的约束，所以并不能够在一个系统的情况下完全将搅拌后的物料完全排出去。这时就需要一个辅助的系统来帮助它完成。具体的设计内容为以下几个步骤：第一步是设计了本次搅拌设备的总体实施方案，确定一些总体的数据参数；第二步择是根据第一步所选的主要参数去规划两个电机的安装方式、型号的选择以及功率等；第三步是完成传动部分，主要体现在V带的选择与齿轮的设计要相互匹配合理；第四步是通过利用凸轮的设计去完成摆动的设计；第五步是用科学的分析去检测之前设计的正确性；第六步也是最后一步是利用所学二维软件CAD画出合
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