液體攪拌機計算說明書

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1、 液體攪拌機 ——升降系統(tǒng)計算設計說明書 學 院：湖南大學機械與運載工程學院 學生姓名：謝玉明 導師姓名：吳常德 學 號：201413030131 班 級：機自1404 日 期：2016年8月28日 12 一、設計題目及相關說明 3 1、設計題目 3 2、設計任務 3 3、設計參數(shù) 4 二、攪拌器市場調(diào)研分析 4 1、簡介 4

2、 2、我國攪拌器行業(yè)現(xiàn)狀 5 3、國際發(fā)展前景 5 三、機構設計方案制定（本方案主要介紹升降系統(tǒng)) 6 1.機構運動分析 6 2、運動方案的選擇 7 3、升降裝置設計的過程及計算 8 4、總體構型 9 四、設計總結 9 一、設計題目及相關說明 1、設計題目 設計一款用于攪拌液體的攪拌機。 原理說明：見下圖例： 液體攪拌機的工作原理是安裝在底座上的主電機通過皮帶傳動帶動攪拌桿旋轉，從而帶動裝在攪拌桿下端的攪拌葉片來攪拌液體介質(zhì)（這里的液體介質(zhì)是油漆）。目的是使液體介質(zhì)組織均勻，稀稠合適。攪拌工作結束后，要使攪拌桿從裝液體介質(zhì)的桶中提起，

3、換上新的攪拌桶后，重新工作，使攪拌桿重新回到工作位置。 2、設計任務 1.可在上圖所示方案上大膽創(chuàng)新設計，除了本方案中采用的螺旋傳動、齒輪傳動、帶傳動之外，還可采用鋼絲繩滑輪、連桿機構、齒輪齒條、鏈傳動、液壓氣壓傳動等任意可行的傳動形式。攪拌裝置可以自己設計，也可以采用市場上可以購買到的成品攪拌裝置，但需做選型設計。 2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 3.在圖紙上畫出機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 4.圖紙上畫主要機構設計圖（包括位移曲線）；要求確定運動規(guī)律，計算及選擇主要尺寸和參數(shù)，校核相關參數(shù)。 5.編寫設計計算說明書。 3、設計參數(shù) 組別 第一

4、組 第二組 第三組 第四組 第五組 主電機功率 5.5kw 5.5kw 4kw 4kw 3kw 攪拌桿轉速（兩級）（rpm） 高速 1250 1200 1150 1100 1050 低速 1000 950 900 850 800 升降有效行程(mm) 1000 950 900 850 800 升降速度(m/min) 1 0.95 0.90 0.85 0.8 主要外形尺寸（mm） 主電機中心與攪拌桿中心的距離（可調(diào)節(jié)） 約750mm 約750mm 約750mm 約750mm 約750mm 立柱中心與主電機中心距

5、離 200 190 180 170 160 攪拌桿直徑 50 50 45 45 40 攪拌桿伸出長度 1000 960 920 880 850 二、攪拌器市場調(diào)研分析 1、簡介 攪拌是過程工業(yè)的基礎單元操作。攪拌器是使液體、氣體介質(zhì)強迫對流并均勻混合的器件，被廣泛用于化工、石油化工、醫(yī)藥、食品、生化、化妝品、膠粘劑、印刷油墨、油漆、涂料等工業(yè)。對于同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉速的攪拌器，功率主要消耗于總體流動，有利于宏觀混合。小直徑、高轉速的攪拌器，功率主要消耗于湍 流脈動，有利于微觀混合。 本課題主要設

6、計用于宏觀混合的大直徑、低轉速的液體攪拌器。 2、我國攪拌器行業(yè)現(xiàn)狀 攪拌設備歷史悠久，應用范圍極其廣泛。但是針對攪拌操作的研究卻遠遠不夠。攪拌操作涉及的因素極為復雜，攪拌的物料的物性千差萬別，攪拌的目的也不盡相同。攪拌設備形式多樣，設備內(nèi)部流動極其復雜，如何正確合理的設計以及選擇攪拌器都沒有一個嚴密的理論指導，仍在很大程度上依賴于經(jīng)驗設計。 我國大型產(chǎn)品的關鍵技術幾乎全部來自國外，普遍缺少核心技術，尤其是自動控制系統(tǒng)等關鍵配套件技術更是如此。將嚴重阻礙企業(yè)涉足高端產(chǎn)品市場或推進國際化戰(zhàn)略。無法擺脫在國際攪拌設備產(chǎn)業(yè)鏈上的下游企業(yè)地位，增值能力有限。 3、國際發(fā)展前景 近年來

7、，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著必須滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。 基于節(jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封，以磁力驅動代替機械傳動。 基于降低產(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設備運行壽命。 基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)了CIP(就地清洗)和SIP(就地殺菌)，提高了自動化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機時間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。 基于環(huán)境保護方面開發(fā)了各種

8、防漏密封技術，使操作過程中揮發(fā)性有機物(VOCs)的泄漏量減少到監(jiān)管法規(guī)所規(guī)定的可接受水平以下。近年來，由于控制各種污染源紛紛立法，特別是清潔空氣法(CleanAirAct)的出現(xiàn)，特別強調(diào)對設備泄漏的控制。 用以下幾個方面舉例： （1） 高粘度和超高粘度攪拌機 由于環(huán)保要求，強制限制空氣中揮發(fā)性有機物(VOCs)的含量，故很多行業(yè)在物料攪拌時采取大力降低有機溶劑用量的措施，從而物料黏度大為增加，要求有對高黏度和超高黏度物料進行攪拌的攪拌機。 （2）新型轉子定子式攪拌機 攪拌器采用轉子一定子技術(Rotor—Stator Technology)可制造亞微米級的各種乳化劑。其原理是

9、令轉子在極高速度下轉動，使轉子尖端速度極大，由于轉子和定子之間的速度差，在轉、定子間隙中產(chǎn)生極大的剪切能和湍動能(High Shear and Turbulent En-ergy)，可使物料在被攪拌的同時，被破碎到亞微米級。這種技術叫高剪切混合技術。 （3） 多功能化和攪拌過程自動化 針對攪拌向更高剪切、更高速度和被攪拌物料更高黏度和容積密度(Bulk Density)的趨勢，多功能化和攪拌過程的自動化是2l世紀提高攪拌產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和滿足環(huán)境保護要求的主導方向，如可廣泛處理多種物料的多軸攪拌機、可自動卸料和互換攪拌容器的攪拌機等。 雙行星攪拌機 普通立式攪拌機 三、機構設計

10、方案制定（本方案主要介紹升降系統(tǒng)) 1.機構運動分析 已知機器由按一定速度勻速轉動的電機驅動。 （1）執(zhí)行機構 ①攪拌裝置——勻速旋轉運動 攪拌桿應穩(wěn)定勻速旋轉，帶動桿下方葉片攪拌桶裝液體介質(zhì) ②升降架——間歇往復直線運動 攪拌結束后，升降架帶動攪拌桿抬起； 待換上新的桶，再使桿下降進行攪拌 （2）傳動機構——變速 改變電機原轉速，實現(xiàn)攪拌桿1250、1000兩級變速； 升降架直線升降 2、運動方案的選擇 （1）攪拌裝置 能夠實現(xiàn)旋轉運動的常用機構有：齒輪機構、雙曲柄機構、轉動導桿機構、輪系等 而攪拌桿要求以自身中心軸為回轉軸勻速轉動，同時電機提供的是勻速轉動

11、的驅動方式，因此只考慮： ①齒輪機構 ②輪系 （2）升降架 如果升降架完全采用自動化控制，那么其運動應與送桶頻率、攪拌頻率相協(xié)調(diào)。 即工作循環(huán)：上升—靜止（換桶）—下降—靜止（攪拌）—上升—靜止（換桶）…… 能實現(xiàn)間歇往復直線運動的常用機構有：凸輪-推桿機構、間歇運動機構+直線運動機構組合 由于移動距離要求行程接近一米，如果采用凸輪-推桿則需要很大尺寸的凸輪，不現(xiàn)實；因此可以考慮： ①間歇運動機構與直線運動機構組合 ②采用手動控制，并利用三相電機正反轉改變主軸轉向。因此只需采用往復直線運動機構即可，如：曲柄滑塊、齒輪齒條、螺旋機構、正弦機構等。 （3） 整體構思

12、 ①傳統(tǒng)攪拌機、采用升降機主體升降，葉片攪拌。 ②構思攪拌機、攪拌機主體攪拌的同時，桶子也進行攪拌并且在攪拌之后可以自行上升下降。 總之、進行比較發(fā)現(xiàn)，采用第二種方法，一是會增加成本，二是在機器工作過程中會出現(xiàn)危險（因為桶子轉動）。則最后考慮采用傳統(tǒng)的攪拌機攪拌方式。 3、升降裝置設計的過程及計算 前期考慮：對于升降裝置，首先它的運動要求是勻速上升和下降，對于這種運動可以有很多機構可以完成。 （1） 由齒輪帶動齒條可以實現(xiàn)這種運動 ，不過由于齒輪齒條在運動停止之后不會出現(xiàn)自鎖 現(xiàn)象，即發(fā)動機停止轉動，在換桶的過程中，裝置有可能會自行下降，帶來危險。雖然有可能在齒輪

13、上增加棘輪機構使裝置停在指 定位置，不過由于棘輪機構會使整個機構單項運動。無法實現(xiàn)上升下降兩個運動要求，則不予采納。 升降絲桿 蝸桿，電機帶動 渦輪 油鏡 軸承 （2） 采用蝸輪蝸桿傳動，因為蝸輪蝸桿傳動在某些條件下會發(fā)生自鎖現(xiàn)象，只能由蝸桿帶動渦輪傳動而渦輪帶不動蝸桿傳動，則滿足升降裝置的要求。（自鎖：蝸桿的展開螺旋角小于蝸輪蝸桿接觸的摩擦角。即β＜α，β為蝸桿的展開螺旋角，α為摩擦角；tgα=μ，μ為摩擦系數(shù)。此處和斜面上物體下滑不一樣，就是要求G*sina

14、般很小，小于摩擦角，能自鎖。一般單線蝸桿都會自鎖。有些多線蝸桿不會自鎖，不過在有些條件之下可以發(fā)生自鎖。） 中期設計構型：決定采用渦輪蝸桿傳動。因為要有自鎖功能，則只能由蝸桿帶動渦輪而不能渦輪帶動蝸桿，則需要再運用絲桿。綜合考慮得出，先有蝸桿帶動渦輪轉動，渦輪內(nèi)部有螺紋帶動絲桿上下移動。簡圖如右： 后期計算：（1）設計要求：升降有效行程 1000、950、900、850、800 （mm） 升降速度 1、 0.95、 0.90、 0.85、 0.80（m/min） （2）設計思路：主要是升降行程和升降速度的影

15、響。對于升降行程，主要由絲桿的螺距限制（假設絲桿螺距為10mm時，上升100個螺距的位移即可達到要求）。 對于升降速度，直接由絲桿轉速控制，間接由發(fā)動機控制。（當絲桿螺距為10mm時，需要絲桿在1min之內(nèi)轉動上升100個螺距，而絲桿又有渦輪控制，即需要渦輪轉速為100r/min，蝸桿直接由電動機帶動，進而可以得出蝸桿和渦輪之間的傳動比。） （3）具體計算：原理、蝸桿渦輪傳動比計算，i12=渦輪齒數(shù)/蝸桿頭數(shù)（蝸桿有單頭和多頭之分。）要求i12=1440/100=14.4≈14。又因為渦輪齒數(shù)在小于27時會發(fā)生跟切現(xiàn)象，所以渦輪齒數(shù)應該大于等于27。所以最后得出：渦輪齒數(shù)為

16、28，蝸桿頭數(shù)為2。 4、總體構型 四、設計總結 首先，對于機械原理設計，我覺得是機械設計制造及其自動化專業(yè)的核心。機械行業(yè)的發(fā)展，除了科學技術的進步。機械原理的突破，會更加具有本質(zhì)上的改變。所以我們在機械設計過程之中，尋求更加合理化的機器工作原理是極為重要的。 再者，我們設計的項目是液體攪拌機?？傮w而言，前人已經(jīng)做得足夠好，發(fā)動機帶動齒輪，齒輪帶動葉片旋轉，通過旋轉來攪拌液體，使得液體變得均勻。再通過升降裝置使得整體上升下降更換桶子。對于其他的攪拌方式，我們想到可以使桶上升下降代替機器的上升下降和桶子的旋轉代替攪拌器的旋轉，不過后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)。我

17、們所構想的方式還是不能市面上已經(jīng)有的機器相比較，最后我們只能以市面上的攪拌機為原型來設計。通過運用更多的方式，讓攪拌機具有更多的功能和用途。在橫向傳動方面，我們運用變速裝置，使得攪拌機有1000和1250r/min兩種不同的速度，從而可以運用得更廣泛。在升降裝置的設計當中，我們考慮過使用單電機帶動葉片和升降兩個方面。不過由于葉片需要上升下降，他和地面之間的距離會改變，使得運用齒輪和帶傳動又不小的麻煩，最后我們還是選擇雙電機帶動。一個電機帶動整體上升下降，一個電機帶動葉片旋轉。使得兩個運動之間沒有矛盾的地方。 設計感想：對于機械設計，很多時候感覺的很簡單的一個機構，但是在具體計算的時候。會發(fā)

18、現(xiàn)很多問題，尺寸的選擇、速度的選擇都會是很多大的問題。最后就是環(huán)境問題，因為是夏天，中樓又沒有空調(diào)。很難在長時間集中精力搞設計。 本次課程實踐任務鍛煉了我綜合運用所學知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)了較為科學的思維方法和團隊合作的能力，同時也讓我意識到了自身的不足。 我相信，每一個成功的設計產(chǎn)品，都是許多人緊密配合、共同努力的結果，非常感謝老師和同組的小伙伴。一個好的機械設計師應該有發(fā)散的思維、合作的意識、嚴謹?shù)膽B(tài)度和終身學習的熱情。 課程設計結束了，但并不是終點。 五、參考資料 [1]楊華.機械原理.長沙:湖南大學出版社,2014. [2]鄒慧君,張青.機械原理課程設計手冊.北京:高等教育出版社.2010. [3]陳登豐.攪拌器和攪拌容器的發(fā)展.2008.