新型高粘度液体搅拌机设计.doc

1、摘 要搅拌混合设备是一种流体机械产品，种类繁多、应用广泛，覆盖了化工、建筑、医药、食品、涂料等诸多行业,发挥着重要作用。搅拌混合设备是机械产品，但是在整个设计过程中会涉及机械、材料、工艺、控制等多方面知识。本次设计的搅拌机是一款新型高粘度液体搅拌机，适用于多相高粘度液态物质的混合。在设计的过程中，既借鉴了已有经验，进行仿照设计，又在传统搅拌机械的基础上赋予了创新的元素。这款新型高粘度液体搅拌机的主要结构包括：动力装置、传动系统、搅拌系统和支撑部件。主要设计计算内容包括：搅拌器的选型、搅拌桶的设计、传动箱的设计、搅拌轴的设计及强度校核、搅拌功率与电动机额定功率的计算、联轴器的选用、轴承的选用及寿

2、命计算等。关键词： 电动机 传动箱 轴承 搅拌轴 搅拌器 AbstractMixing equipment is a fluid mechanical products which has different types and is widely applied in chemical, construction, medicine, food, coating and many other industries. It plays an important role. Mixing equipment is the mechanical products, but in the whole

3、 course of the design, mechanical, material, process, control and so on various knowledge is involved. What is designed this time is a new kind of high viscosity mixer, suitable for mixing the multiphase high viscosity liquid substances. In the process of design, I referred the previous experience,

4、and added new element to the traditional mixing machinery. The main structure including: power device, transmission system, mixing system and support components. The main design and calculation include: the selection of the blender and coupling, the design of stirred vessel and the transmission case

5、, the calculation of mixing power and the power rating of the motor, designing stirring shaft and check its strength, selecting bearings and calculating their lifetime, etc. Keywords: electromotor transmission case bearings stirring shaft blender目录第1章 绪论1第2章 搅拌机的总体设计72.1 设计对象及要求72.2 搅拌机的主要结构及总体布局72.

6、3 搅拌机的工作原理9第3章 关键零部件的设计与计算103.1 搅拌器的选用103.1.1 搅拌器的分类103.1.2 搅拌器选型123.2 搅拌桶的设计133.3 电动机的选用153.3.1 电动机额定功率的计算153.3.2 电动机选型173.4 传动箱的设计173.5 联轴器的选用193.6 键的选用及强度校核203.6.1 键的选用203.6.2 键的强度校核203.7 搅拌轴的设计及强度校核203.7.1 搅拌轴的设计203.7.2 搅拌轴的强度和刚度校核213.8 轴承的选用及寿命计算223.8.1 轴承的选用223.8.2 轴承的寿命计算243.9 轴封的选用243.10 搅拌桶

7、支架的设计25第4章 搅拌机三维建模264.1 SolidWorks功能简介264.2 搅拌机三维模型274.3 三维设计的优点28总结29谢辞30参考文献31绪论搅拌混合设备是一种流体机械产品，种类繁多、应用广泛，覆盖了化工、建筑、医药、食品、涂料等诸多行业,发挥着重要作用。随着搅拌混合设备的普及应用，各行各业对于搅拌混合的要求也更为严格，因此，在设计的过程中，既要借鉴已有经验，又要掌握科技创新，对传统的搅拌机械加以改善，这样才能适应不同工艺条件下的搅拌混合。根据需要，本课题要求设计一款高粘度搅拌机，适用于多相高粘度液态物质的混合。主要的设计任务包括：搅拌机总体设计、传动系统设计、搅拌叶片设

8、计、主要零部件结构设计、用绘图软件CAXA和Solidworks表述零件及其产品装配图。1.1 搅拌混合技术的发展与应用搅拌混合设备的诞生与广泛应用是伴随着社会进步、科技创新逐步发展而来的。如果留心会发现，搅拌混合的现象层出叠现地发生在生活的诸多细节中，围绕在我们左右。像饮食中加入调味料，建筑业土料混合等等，都是通过搅拌混合使物料之间混合均匀或者促进加速物理、化学过程的操作。当搅拌操作超出人力范围时或者顺应人工化向机械化发展的潮流，搅拌设备便应运而生。随着工业革命的爆发，早在19世纪40年代，德、美、俄等国家便研制生产了自落式搅拌机，这种搅拌机用蒸气机提供动力，搅拌容器是一个木制筒，成多面体状

9、。19世纪80年代，搅拌容器木板开始被铁或者钢件代替，但形状依旧是多面体。步入20世纪后，圆柱形的搅拌筒开始普及，改进了搅拌桶形状之后，有效地避免了搅拌物料在筒内壁上的沉积， 从而改善了搅拌质量。在这同一时代，美国用内燃机代替蒸汽机，为搅拌操作提供动力，不久，又以电动机代替内燃机成为动力源。20世纪中叶，德国发明了强制式搅拌机。不同于自落式搅拌机的是，强制式搅拌机通过叶片的旋转来迫使物料按特定轨迹进行剪切、挤压、 翻滚、抛出，从而使物料搅拌均匀。强制式搅拌机的优点是搅拌作用强、质量好、效率高，但缺点有搅拌器与搅拌容器磨损大，功耗大。随着科技与时代的快速发展，如今搅拌混合设备已经覆盖多个领域，产

10、品规格和生产数量上都达到了一定规模。搅拌混合设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业，搅拌混合设备在许多场合都作为反应器来应用。例如石油工业中，搅拌设备被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等；化工生产中，制造乙烯、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搅拌设备。搅拌混合设备在建筑业中也得以重用，例如混凝土搅拌设备，通过搅拌混合使混凝土中各组分形成物料颗粒相互分散、均匀分布的混合物。随着城市建设的发展和施工技术的进步，人们对混凝土的混合质量和经济指标提出了更高的要求，从而促进了混凝土搅拌混合技术的发展和深化，自动化、机械化的搅拌混合机械与施

11、工工艺也大大改变了混凝土工程的施工面貌。随着科技如雨后春笋般地蓬勃发展，特别是各行各业对于搅拌混合的需求日益增多，要求也更为严格，搅拌与混合设备正伴随着科技的突飞猛进向大型化、标准化、机电一体化、智能化方向发展。1.2 搅拌混合设备概述1.2.1 搅拌与混合搅拌是指使两种或两种以上物料在流动中相互散布，从而达到均匀混合的一种操作。搅拌操作又分为气流搅拌和机械搅拌。气流搅拌是使气体鼓泡经过液体层，借上升作用带动液体产生对流循环。而机械搅拌，顾名思义，则是靠人工或机器对物料进行搅拌。两者各有优劣：与机械搅拌相比，气流搅拌仅靠气泡对液体进行搅拌作用是比较弱的，对于几千MPas以上的高粘度液体更是难于

12、使用。但气流搅拌因为无运动部件，在搅拌腐蚀性液体、高温高压条件下的反应液体时比较方便。混合是指通过搅拌或其他操作，使两种或两种以上物料从不均匀状态达到相对均匀状态的过程。在农业生产、工业加工以及其他相关行业所需的工艺过程中，混合是不可缺少的单元操作之一。例如用混合来完成饲料、饮料、乳制品、调味料的配制，又如用混合来促进溶解、浸出、结晶、生物化学反应、以及均匀加热和冷却等等。搅拌混合通过搅动使两种或两种以上物料发生某种方式的循环流动，从而物料之间相互散布，进而使各物料从不均匀状态达到相对均匀的状态。搅拌既可以是一种独立的流体力学范畴的单元操作，以促进混合为主要目的；又往往是完成其他单元操作的必要

13、手段，以促进传热、传质、化学反应为主要目的。总体来说，搅拌混合的作用主要表现为以下几个方面：（1）促使固体加速溶解或发生液固化学反应；（2）不互溶的液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液；（3）促进溶解和气体吸收，强化传质；（4）强化热交换，防止局部过热或过冷。1.2.2 搅拌物料的分类牛顿流体与非牛顿流体：搅拌物料通常是流体，在应力作用下会流动，按流体力学性质可分为两种牛顿型和非牛顿型流体。牛顿流体的粘度不随搅拌设备的搅拌转速变化，也不随位置变化，在通常的切应变速率范围内。反之，称为非牛顿流体。水、各种盐的水溶液、甘油等均属于牛顿液体。许多工程和领域中涉及到的高分子熔体与溶液、原油、各种浓悬浊

14、液乳浊液均属于非牛顿流体。单相物料体系：如果需要搅拌的物料是单相的，单向流体按照粘度的大小又可分为低粘度互溶液体、高粘度流体、粘弹性流体和异粘流体等。一般认为，在搅拌过程中，粘度大于50Pas的称为高粘度流体，粘度在5-50Pas范围内的流体称为中粘度流体，粘度小于5Pas的液体称为低粘度流体。低粘度互溶液体的搅拌是两种及两种以上互溶液体在搅拌作用下，任意一点的浓度、密度、温度以及其他物理状态达到均匀的过程，属于搅拌过程中最基本、最容易完成的过程。这种搅拌过程的主要特征就是不存在传递过程的相界面，一般都在湍流状态下进行。因而该过程具有较强的主体扩散、湍流扩散和分子扩散。高粘度流体的搅拌泛指互溶

15、的高粘度液体间的混合。在工业生产中，高粘流体的使用日益增多，许多高分子聚合物都是高粘度流体。由于粘滞力的影响，高粘流体的搅拌过程一般只能出现层流状态，而这种层流只能位于在搅拌器附近，离搅拌器稍远的区域高粘度液体可能形成不了循环流动，造成死区，对混合效果大打折扣。因此，只靠增大搅拌转速来提高循环流量的做法是行不通的，最重要的是增大搅拌器直径与设备内径的比值、搅拌器叶片的宽度以及增加搅拌器的层数。多相物料体系：如果被混合的物料是多相的，主要有以下几种情况：（1）液液相：可以互溶或乳化，也可以通过搅拌使互不相溶的两种液体进行分散。（2）固固相：粉粒体或团粒状的混合。（3）固液相：当液相多于固相时，可

16、以形成溶液或悬浮液；当液相少于固相时，仍然形成粉粒状或团粒状；当液相和固相比例在某一特定范围内时，可形成稠状物料或无定型团块，这是一种特殊的相变状态。（4）固液气相：食品生产中的特有混合现象，某些食品生产中要将空气或惰性气体混入物料以增加物料的体积、改善物料的质构特性以及口感，如制造充气糖果等。（5）气液相：有通气式、自吸式和表面更新式三种类型，工业应用中80%以上采用通气式装置的搅拌器。气液搅拌主要是为了使气泡在液相中均匀分散，从而使得气液两相良好接触，在气液界面传质或者发生化学反应等。1.2.3 搅拌混合设备的分类搅拌机根据搅拌对象的性质分为固体搅拌设备、固-液搅拌设备、液-液搅拌设备、气

17、-液和气-液-固搅拌设备。固体混和设备：常用的固体混合设备有三种类型：容器转动；容器固定，内部器件转动；容器和内部器件同时转动。有时在混合器中装有档板和叶片。（1）容器回转式： 图1-1所示是一种典型的容器回转式混合设备，在无内部器件时，具有混合温和、处理量大、易清洗、研磨作用强的特点；有时为了要破坏粉体团块还可以在容器中安置破坏杆和挡板或者安装喷射器。图1-1 容器回转式 图1-2 容器固定式（2）容器固定式：犁刀式混合机是一种典型的容器固定式搅拌混合设备，搅拌容器呈U形， 内部有一条带犁刀的轴，在桶体侧面带高转速飞刀，与主混合轴成90度，电机减速机位于主体设备的端面。此设备主要应用于粉体与

18、粉体的混合，如建材、太白粉、纤维粉体混合等。固-液搅拌设备：固-液悬浮搅拌设备主要应用于五个方面：（1）磷肥、湿法冶金等行业中处理矿砂用的大型搅拌设备；（2）化工生产中辅助生产工序用槽，如用作固体物料溶解配料槽以及在中间贮槽中防止固体颗粒在釜底的沉积等；（3）用于生成结晶，即所谓晶析槽；（4）把固体的细粉均匀地分散于中粘或高粘液体中，如生产涂料、油墨和化妆品等；（5）用于使用固体催化剂的化学反应。液-液搅拌设备：通过搅拌使互不相容的两种液体进行分散是一个重要的单元操作，常用于萃取、乳液聚合和悬浮聚合等。通常，液-液搅拌的目的如下：（1）通过液-液分散，使相界面增加。（2）使分散相液滴外部的扩散

19、膜阻力减少。（3）产生湍流促进浓度和温度均一化。（4）使分散相液滴反复进行分裂和凝并从而促进分散相液滴间的传质。气-液和气-液-固搅拌设备：气-液分散机理：气流搅拌是使气体鼓泡经过液体层，借上升作用带动液体产生对流循环。气流搅拌仅靠气泡对液体进行搅拌作用是比较弱的，对于几千MPas以上的高粘度液体更是难于使用。但气流搅拌因为无运动部件，在搅拌腐蚀性液体、高温高压条件下的反应液体时比较方便。气-液-固三相体系：在三相混合体系中，固体的存在使搅拌机的功耗效率降低，且对气泡周围的传质通道有阻塞作用，因此，比界面积、平均气含率和传质系数均减小。此外，整个体系的湍动强度下降，使传热系数也减小。1.3 设

20、计应用的研究方法（1）收集文献资料，熟悉搅拌混合设备理论、现状分析和与之相关的结构设计，借鉴前人已经掌握的经验，在设计过程中类比实际中已有产品的方法进行仿照设计。（2）对于技术人员来说，在借鉴已有经验的同时，还要掌握新的变化情况，改进传统的搅拌装置、研制新型混合设备，正确选用和设计不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备。（3）注重机械与过程工艺专业知识结合，一方面，搅拌混合设备是机械产品，需通过机械设计、材料选用和机械加工制得；另一方面，在设计过程中会涉及到搅拌器选型、电动机选型、搅拌功率计算等，这些属于工艺范畴。（4）针对所需设计的搅拌机要求，提出总体设计方案，初步选定零部件。用SolidWor

21、ks绘制生成各零件的三维立体模型，并进行零件的装配形成各部件，然后进行搅拌机的总体装配形成总装图。下一步由三维图直接生成工程图，再辅以尺寸标注和技术要求。最后进行零部件的详细设计、强度校核及细节评估，对方案进行修改完善。1.4 搅拌机的选题意义搅拌混合的现象充斥着生活中的诸多细节，搅拌设备的应用与发展使得搅拌操作可以大大超出人力范围，也顺应了人工化向机械化发展的潮流。设计一款高粘度液体用搅拌机，最直接的意义在于可以满足客户在搅拌高粘度物料方面的需要；其次需要设计人员在搅拌混合设备上继续投注精力，在借鉴已有经验的同时，不断完善创新，在传统的搅拌机械上加以改善并赋予创新的元素，以适应不同工艺条件下

22、的搅拌混合，这也就是本次毕业设计选题的意义所在。第2章 搅拌机的总体设计2.1 设计对象及要求设计一款多用途搅拌机，该机适用于高粘度液体的混合，要求该机使两种或多种物质混合均匀，生产效率高，且便于清洗。主要的设计任务：1搅拌机总体设计，包括总体布局、结构等；2主要零部件结构设计，主要是传动系统设计、搅拌叶片设计。3. 用绘图软件CAXA和Solidworks表述零件及其产品装配图。2.2 搅拌机的主要结构及总体布局一般而言，搅拌设备的设计遵循以下三个过程：根据搅拌目的和物料性质进行搅拌设备的选型；在选型的基础上，明确搅拌器的几何尺寸、安装位置及转速，确定搅拌容器（搅拌桶）的结构与尺寸，计算搅拌

23、功率，选取合适的电动机。进行搅拌设备的机械设计。设计过程中主要采取类比实际中已有产品的方法，进行仿照设计。根据对实际中已有产品的分析，搅拌机主要包括动力装置、传动系统、搅拌系统以及支撑部件。2.2.1 动力装置动力装置一般包括电动机与减速器，或者带减速头的电动机。它能够为搅拌这一操作过程稳定地、源源不断地输出所需要的能量。2.2.2 传动系统搅拌机的传动系统主要包括联轴器、轴承、传动箱、传动箱安装底座等。传动装置的作用主要体现在能使搅拌轴按照所需的转速、方向平稳地传递转矩。联轴器可以将电机输出轴或者减速器输出轴与搅拌轴连接起来，保持两者转速一致。传动箱既可以保证变速器或电机输出轴与搅拌轴对中，

24、又可以承受径向载荷与搅拌器产生的轴向力。传动箱安装底座一方面能够使搅拌物料与传动箱内部部件隔开，另一方面可以保证传动箱上下两端面处于水平位置。2.2.3 搅拌系统搅拌系统则主要包括搅拌轴、搅拌容器、搅拌器等。搅拌轴通常自搅拌桶顶部中心垂直插入，有时也采用侧面插入、底部插入或者侧面伸入方式，应该根据不同的搅拌要求选择不同的安装方式。由于搅拌轴需要传递电动机输出的动力给搅拌器，所以必须具有足够的扭转强度、弯曲强度、合理的结构、较高的加工精度以及配合公差。搅拌容器是搅拌混合这一过程发生的场所，其作用是为物料搅拌提供合适的空间。在选用搅拌容器时应注意根据生产规模、物料特性确定其形状和尺寸，尽量提高设备

25、的利用率。一般来说可以选用立式圆筒形的结构形式，并选择适宜的高径比，一般取11.3，最大时可达6。搅拌器是参与搅拌混合的最直接部件，也是搅拌设备的核心部件。搅拌器的结构形式和性能特征很大程度上影响了搅拌混合效果，因此在设计中，根据搅拌物料的属性选择合适类型的搅拌器尤为重要。选用搅拌器时应满足下列基本要求：保证物料有效混合，低耗能，低耗费，易于制造和维修。同时，搅拌器的桨叶应具有足够的强度。桨叶根部所受弯矩很大，该截面必须具有足够的抗弯截面模量。本次设计选用立式带减速头电动机、螺带式搅拌器、120o无折边锥形底平盖可拆盖型搅拌容器，搅拌机传动箱、传动箱安装底座、搅拌桶顶盖、搅拌桶支架等零部件的选

26、用与设计详见第3章。其主要结构部件如图2-1所示。图2-1 搅拌机的主要结构及总体布局2.3 搅拌机的工作原理本次设计的高粘度液体用搅拌机通过立式带减速头电机和传动系统带动竖直搅拌轴旋转，从而带动安装在搅拌轴上的搅拌器一起旋转，带动搅拌桶内液体转动，使液体混合均匀。本次设计采用螺带式搅拌器，适用于高粘度流体的搅拌混合。搅拌器旋转带动液体向上流动，形成良好的上下循环，并保证了离搅拌器中心较远的流体流动良好，搅拌效果不错。搅拌机搅拌混合物料时，搅拌器将转动能量传给物料，并直接推动物料作对流、剪切、扩散三种不同形式的运动，从而使得物料之间相互散布，进而使各物料从不均匀状态达到相对均匀的状态。在对流混

27、合中，物料沿转轴方向经过多次翻转、位移而达到对流混合。在剪切混合中，基于物料内部存在速度梯度分布，而剪切力作用于速度梯度交界面，使颗粒破碎并物料之间发生碰撞与滑动，形成剪切混合。在扩散混合中，由于物料之间紊乱运动、相互摩擦渗透导致物料之间产生大量的局部性漩涡，并迅速向四周扩散，把更多的物料卷进来，在一定范围内形成扩散混合。混合物无离析现象，不会破坏原有物理状态。第3章 关键零部件的设计与计算3.1 搅拌器的选用3.1.1 搅拌器的分类搅拌器是搅拌设备的关键部件，在设计搅拌设备的过程中，搅拌器的选型尤为重要，搅拌器的分类决定了搅拌设备对不同物料的使用与否。搅拌器的分类方法主要有以下几种：按搅拌桨

28、叶结构 分为平叶、斜（折）叶、弯叶、螺旋面叶式搅拌器。桨式、涡轮式的桨叶为平叶和斜叶结构；推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶结构。按流体流动形态 分为轴向流搅拌器（如推进式搅拌器）、径向流搅拌器（如平直叶涡轮搅拌器）以及混合流型搅拌器（如斜叶涡轮搅拌器）。按搅拌器的用途 分为低粘度流体用搅拌器、高粘度流体用搅拌器。一般低粘度流体所用的搅拌器有：桨式、涡轮式、推进式等等，高粘度流体所用的搅拌器有：锚式、框式、螺杆式、螺带式等等。（1）桨式搅拌器 桨式搅拌器结构简单，通常只有两个叶片，如图3-1所示。叶片有平直式和斜式。主要应用于液液体系、固液体系。桨式搅拌器可用于高粘度物料的搅拌，促进流体上

29、下交换。转速一般在20100r/min。 图3-1 桨式搅拌器 图3-2 推进式搅拌器（2）推进式搅拌器推进式搅拌器结构简单、制造方便，有三瓣叶片，如图3-2所示。通常用于低粘度流体，促进流体上下交换。搅拌时湍流程度不高，但是循环量大。搅拌功率小，但搅拌效果较好。（3）涡轮式搅拌器应用较广的一种桨叶，可分为开式和盘式，能处理流体的粘度范围很广，如图3-3所示一种典型的结构。涡轮式搅拌器剪切力较大，能够使流体分散均匀，适用于搅拌混合低粘度到中粘度流体。 图3-3 涡轮式搅拌器 图3-4 锚式搅拌器（4）锚式搅拌器锚式搅拌器结构也很简单，如图3-4所示。适用于粘度范围为1Pas以下。在锚式搅拌器中

30、间加一横桨可变成框式搅拌器，适用于粘度在110Pas的流体。锚式和框式搅拌器的搅拌混合效果不是十分理想，仅适用于混合要求不高的场合。（5）螺带式搅拌器螺带式搅拌器的叶片是焊接在轴上的，用带钢卷成螺旋状。适用于中、高粘度的搅拌，上下循环性能良好，搅拌效果也不错。螺带式有单螺带和双螺带、螺带-螺杆等多种形式，图2-5所示为双螺带式搅拌器。 图3-5螺带式搅拌器 图3-6 螺杆式搅拌器（6）螺杆式搅拌器螺杆式搅拌器具有一个或多个叶片，叶片螺距等于搅拌器直径，如图2-6所示。螺杆式搅拌器也适用于高粘度流体的搅拌混合，但与螺带式搅拌器不同的是，它保证了中心部分流体的流动，但离搅拌器较远的流体流动状况不理

31、想，此外，螺杆与螺带式搅拌器的螺带螺旋方向相反，螺杆向下推动液体，螺带向上推动液体。3.1.2 搅拌器选型由于需要设计的搅拌机是一款高粘度液体用搅拌机，粘度50Pas，按搅拌物料的粘度选取搅拌器类型为：螺带式。查搅拌与混合设备设计选用手册表5-3，得螺带式搅拌器的结构及主要参数如表3-1、3-2所示。表3-1 螺带式搅拌器的结构及主要参数表3-2 螺带式搅拌器主要参数选用搅拌轴直径d=100mm。相应参数：搅拌器直径D1=950mm，螺带宽度b=80mm，螺距S=950mm，螺带厚度=10mm，螺带高度h=950mm，转轴转速n=50r/min，流动状态：轴流型，一般是液体沿槽壁螺旋上升再沿桨

32、轴而下，层流状态操作。具体结构如下图：图3-7 螺带式搅拌器搅拌器的一般技术要求有：1）一般情况下，加工面的未标注尺寸公差按GB1804未标注公差尺寸的极限偏差中第12级精度，非加工面的未主尺寸公差按GB1804第14级精度。2）当搅拌容器有抛光要求时，搅拌器接触物料的表面也应进行抛光，其表面粗糙度应与所在容器相同。3）用焊接结构的搅拌器，设计时还应注意提出焊接方面的要求，如焊接材料、焊接方法等。3.2 搅拌桶的设计搅拌桶可以在标准件的结构基础上加以改进：在桶底开孔，安装一个法兰，与另一个法兰结合件连接，用以导出搅拌混合好的物料。搅拌容器的结构形式按表3-3用，主要参数按表3-4用。表3-3

33、搅拌容器的结构形式表3-4 搅拌容器的主要参数根据表3-4，表3-5，选取120o无折边锥形底、平盖可拆盖型的搅拌容器。因为搅拌器直径D1=950mm，且搅拌器直径与搅拌容器直径之比D1/D=0.90.98，所以取搅拌容器直径D=1000mm。相应参数为：容器内径D=1000mm，高度H=1200mm，公称容积V=1.00m3。查搅拌与混合设备设计选用手册表6-8，选取搅拌容器壁厚=10mm。搅拌桶包括桶体、法兰和钢圈。搅拌桶部件的材料均为304不锈钢。对于圆形桶体，采取压弯钢板，然后将两部分半桶体焊接起来的方法生成。法兰与桶体之间的联结均为焊接，且需要围绕工件周围施焊。各焊缝要打磨光滑，要求

34、不准有气孔、夹渣、裂纹等缺陷。最终设计的搅拌桶结构如下图：图3-8 搅拌桶3.3 电动机的选用搅拌设备的搅拌轴通常由电动机驱动。因为搅拌设备的转速一般比较低，（如本次所要设计的搅拌机，转速只有50r/min。）所以电动机需要与减速器结合，或者采用变频器直接调速，使输出转速与要求搅拌轴转速相等。随着商品经济发展和科技的进步，现在的市面上可以提供带减速头的电动机，因此，在本次设计中优先选用带减速头的电动机。如要选用合适的电动机，还必须确定电动机的额定功率、转速以及电动机的型号和几何尺寸。3.3.1 电动机额定功率的计算电动机的额定功率必须满足克服物料阻力的搅拌功率以及搅拌中密封部件之间的摩擦损失功

35、率。一、搅拌功率搅拌设备消耗的能量主要提供给搅拌容器内物料进行剪切与循环。搅拌功率即搅拌过程中，单位时间输入给物料的能量（不包括摩擦损失的能量）。影响搅拌功率的因素很多，但归结起来，可以用下式关联：P=NpN3d5 （式3-1）式中 Np功率准数 搅拌物料的密度，kg/m3N搅拌转速，l/sd搅拌器直径，m式中，、N、 d为已知数，所以计算搅拌功率的关键是求得Np。对于双螺带式搅拌器，北京化工大学朱秀林、王凯等人提出功率准数Np与雷诺数Re的关系式，即NpRe=329.4(d/D/1-d/D) 0.341(/d)0.43(p/d)0.41(L/d)0.78 （式3-2）式中 螺带宽，m P螺距

36、，mL螺带高度，m带入相关参数值：d=0.95，D=1，=0.08，p=0.95，L=0.95，得：NpRe=329.4（0.95/（1-0.95）0.341（0.08/0.95）0.43(0.95/0.95) 0.41(0.95/0.95) 0.78=329.42.7290.345=310.19因为Re=Nd2/ (为物料的粘度，高粘度物料取50)， 所以Np=310.19/Nd2。因此，搅拌功率P=NpN3d5 =310.19N3d5/Nd2=310.19N2 d3 =310.19500.83320.953 =9722 W=9.722 KW二、摩擦损失功率 摩擦损失功率主要由密封装置摩擦造

37、成，一般来说，填料密封功率损失约为搅拌功率的10%或者至少0.368KW，而机械密封的功率损失仅为填料密封的10%50%。可见，摩擦损失功率相对于搅拌功率而言，对于电机额定功率的确定影响是较小的。对于高粘物料搅拌机，密封装置采用回转密封圈，摩擦损失功率可以忽略。三、电动机额定功率电动机额定功率可按下式确定： PN=（P+Ps）/ （式3-3）式中PN电动机功率，KW； P搅拌功率，KW； Ps摩擦损失功率，KW； 传动装置的机械效率。式中P、Ps都已确定，而传动装置的机械效率与其结构有关，具体数值按表3-6规定选取：表3-6 传动装置的机械效率最终可得：电动机额定功率PN=（P+Ps）/=9.

38、7/0.99=9.798 KW 3.3.2 电动机选型根据Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机技术数据（JB/T9619-1999）选取Y160M-4型电动机，其安装结构型式为借凸缘在底部安装，代号为V1。图3-9 Y160M-4型电动机其工作参数如下：额定功率PN=11KW，满载转速n=1460r/min，质量M=122kg3.4 传动箱的设计由于本次设计中搅拌轴较长，在搅拌的过程中可能摆动幅度很大，因此，为了使搅拌轴平稳地传递动力，宜选用双支点传动箱。传动箱及其安装底座的结构如图3-10所示，具体几何尺寸和配合形式详见零件图： 图3-10 传动箱传动箱采用钢板焊接方式生成，最上端是圆环形

39、传动箱顶板，用以与电机法兰连接、支撑电机；中间是壁厚为10mm的圆筒形传动箱壁，内部留有足够的位置安放联轴器、轴承、轴承套筒、搅拌轴等零部件；最下端是矩形传动箱底板，采用6个M16螺钉与传动箱安装垫板、传动箱安装底座连接，固定传动箱。此外，为了保证传动箱的强度，需要在传动箱底板与传动箱壁、传动箱顶板与传动箱壁、传动箱壁与两轴承套筒之间焊接筋板，数量分别为2个、4个、8个。传动箱的作用体现在：既可以保证变速器或电机输出轴与搅拌轴对中，又可以承受径向载荷与搅拌器产生的轴向力。由于传动箱不可能与搅拌桶直接相连接，所以需要设计一个传动箱安装底座。传动箱安装底座由弯板、端板、底板及铰链座组成，通过焊接的

40、方式生成。传动箱安装底座如图3-11所示，具体尺寸详见零件图： 图3-11 传动箱安装底座 图3-12 传动箱安装垫板传动箱安装底座的作用：一是能够建立传动箱与搅拌桶之间的桥梁关系，支撑传动箱；二是可以保证传动箱两端面处于水平位置；三是能够使搅拌物料与传动箱内部部件隔开；四是可以在传动箱安装底座的左右两侧通过铰链分别连接两个搅拌桶盖子，方便加入物料和观察。为了保证传动箱两端面处于水平位置，需要在传动箱和传动箱安装底座之间加入一垫板，该垫板上下两面需要磨平，并用焊接的方式固定在传动箱安装底座上。安装传动箱时，只需要用M16的螺钉将传动箱与垫板连接即可。垫板如图3-12所示，具体尺寸详见零件图。在

41、传动箱的焊接中，主要应用的是角焊，且需要围绕工件周围施焊。而传动箱安装底座弯板与传动箱安装底座底板的焊接采用断续焊，在工程图中标注焊缝尺寸时，应注意标明焊缝长度、焊缝间距和焊缝段数。各焊缝要求不准有夹渣、气孔、裂纹等缺陷，并且要去除毛刺。传动箱安装底座与顶盖通过铰链、销轴连接在一起，通过打开顶盖向搅拌桶内加料。图3-13 传动箱安装底座与顶盖3.5 联轴器的选用联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器主要有立式夹壳联轴器、凸缘联轴器、三分式联轴器、带短节联轴器；挠性联轴器分为有弹性元件式联轴器和无弹性元件式联轴器。因为传动箱采用双支点结构，所以选用TK型有弹性元件式联轴器。TK型有弹性元件

42、式联轴器结构如图3-14所示：图3-14 联轴器结构该TK型弹性联轴器的几何尺寸取值如下：D=250，D1=160，H=195，H1=100，H2=25，H3=60，H4=35，T=100，t=25，d0=M16。3.6 键的选用及强度校核3.6.1 键的选用根据联轴器d孔=95mm，电机输出轴与搅拌轴上的键均选用双圆头普通平键（A型），尺寸均为bh=2514,长度L=70mm。3.6.2 键连接的强度校核查机械设计表6-2得许用挤压应力p=100120MPa，取平均值p=110MPa。键的工作面长度l=L-25=45mm，k=5mm。p=2T1000/kld=29550000P/nkld=9

43、8.3MPap=110MPa故键连接强度满足要求。3.7 搅拌轴的设计及强度校核3.7.1 搅拌轴的设计搅拌轴的设计跟其它轴类设计是类似的，主要包括结构设计和工作能力的计算。搅拌轴的结构设计是根据搅拌轴上零件的安装、定位等要求，合理确定搅拌轴的结构形式和几何尺寸。搅拌轴的工作能力计算是指确定危险截面处搅拌轴的最小尺寸，进行强度、刚度的计算或校核，以保证搅拌轴能平稳、安全地运转。根据搅拌轴上有深沟球轴承、调心轴承、推力球轴承和搅拌器需要安装，轴端有联轴器需要连接，本次所设计的搅拌轴结构与几何尺寸如图3-15所示： 图3-15 搅拌轴结构及尺寸该搅拌轴设计为阶梯轴，轴材料为3Cr13。轴各表面要求

44、去除材料加工，粗糙度值大小如图3-15所示。总长度为1950mm，轴端倒角为245。轴上有键槽部分直径为95mm,装深沟球轴承部分直径为100mm,装调心轴承部分直径为110mm，装推力球轴承部分直径为100mm。轴装键槽部分截面尺寸及公差如下图所示：图3-16 装键部分轴的截面图3.7.2 搅拌轴的强度和刚度校核计算搅拌轴的强度校核计算:轴在结构设计后还需要进行校核计算，计算准则是满足轴的强度和刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。轴的强度校核计算方法有按扭转强度条件计算、按弯扭合成强度条件计算、按疲劳强度条件进行精确校核、按静强度条件进行校核。轴的刚度校核计算包括弯曲刚度校核计算、扭转刚

45、度校核计算。该设计主要按扭转强度和刚度条件进行校核。轴的扭转强度条件为 （式3-4）其中为轴的扭转切应力，P为电机功率，n为轴的转速，d为轴的直径。将P=11KW，n=50r/min，d=100mm代入式3-1中，计算得扭转强度为: =10.505 MPa 3555 MPa 所以轴扭转强度满足条件。搅拌轴的刚度校核计算:本次设计中选用的轴为阶梯轴，对计算精度要求不高，可把该阶梯轴看成光轴计算。光轴扭转角=5.7310000T/（GIp） （式3-5）其中T为扭矩，G为剪切弹性模量，钢材为8.110000MPa。已知T=9550000P/n=2101000 N/mm,G=8.110000MPa,Ip=d4/32=9.82106代入式3-2中，计算得扭转角=0.150.51（）/m，符合要求。3.8 轴承的选用及寿命计算3.8.1 轴承的选用轴承依靠主要元件间的滚动接触来支承传动零件，具有摩擦阻力小、功耗低、易启动的优点。本次设计的电动机搅拌轴旋转需要