涂层浆料搅拌机的设计

涂层浆料搅拌机的设计摘要着生产和流通的日益社会化，现代化，尤其是半个世纪以搅拌机产品得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。特别是机械化，自动化设备的普遍应用，更为这些领域增添了活力，机械行业也不例外。现在大部分的搅拌机过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使机械搅拌机的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了搅拌机的营销，提高了搅拌机在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。本课题是设计浆料搅拌机，涂层织物涂刮的浆料粘度很高，由甲苯、丙酮、有机浆料等按一定的比例充分混合搅拌组成，搅拌顺序和时间加以控制。关键词： 机械；现代化 ；搅拌机1ABSTRCTThe production and circulation of the increasing socialization, modernization, especially for half a century by mixing machine products has been rapid development, an important position in the market of commodity exchange also becomes more and more outstanding, at present, has been widely attention.The development of science and technology have had a profound impact on the contemporary social different fields. Especially the universal application of mechanization, automation equipment, more of these fields and add a dynamic, mechanical industry is no exception. Now the existing manual mixer most into mechanical work. This not only reduces the labor intensity of people, but also to accelerate the speed of production, enhance productivity, but also the mechanical mixing machine in the form of continuous improvement, innovation, so that the majority of consumers are generally able to accept. This promotes the mixing machine marketing objectively, improves the mixing machine in the market, also can bring high profit for the enterprise.This topic is the design of slurry mixer, coating fabric material scraping slurry viscosity is very high, by toluene, acetone, organic slurry, etc. according to a certain proportion of fully mixed stirring composition, stirring time order and control.KEY WORDS：Machine ；Modernize Up；Bowl Type; Mixing Machine2目 录摘要 .1ABSTRCT .2第 1 章 绪论 .51.1 课题背景 .51.2 搅拌机概述及发展趋势 .51.2.1 搅拌机械概述 .51.2.2 国内外搅拌机械的现状与发展 .61.2.3 搅拌机械的特点及发展方向 .91.4 搅拌机设计的重要性 .10第 2 章 浆料搅拌机的设计方案 .132.1 研究内容 .132.2 浆料搅拌机的设计方案 .142.2.1 总体方案 .142.2.2 搅拌容器 .15第 3 章 浆料搅拌机的零部件设计 .193.1 搅拌叶轮的设计 .193.1.1 已知参数和工作条件 .193.1.2 确定搅拌叶轮长度和直径 .193.1.3 叶轮的速度 .193.1.4 叶轮的校核 .203.2 生产能力 .233.3 功率 .243.4 端盖的设计校核 .2433.5 轴的设计校核 .253.6 传动轴的设计及强度校核 .273.6.1 传动轴强度计算 .283.6.2 传动轴的疲劳强度校核 .293.6.3 传动轴的接触应力校核 .32结论 .33致谢 .36参考文献 .374第 1 章 绪论1.1 课题背景 涂层织物涂刮的浆料粘度很高，由甲苯、丙酮、有机浆料等按一定的比例充分混合搅拌组成，搅拌顺序和时间一定要加以控制。本次课题设计的浆料搅拌机是一种带叶片的轴在圆筒或槽中旋转用以把甲苯、丙酮、有机浆料混合搅拌的机械。主要由拌筒、加料、传动机构、机架和支承装置等组成。浆料搅拌机是一种十分重要的施工设备，广泛应用于房产、公路、铁路、建筑、桥梁、港口、机场等工程中，在“十二五”期间，我国眼建设一大批基础建设等重点工程，同时也要进行大量的城市道路、城镇住宅的开发与建设，这都需要用到大量的浆料搅拌机，所以现在正是发展、研究浆料搅拌机的大好时机，有非常大的实用前景。机械搅拌反应器适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成材料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。如实验室的搅拌反应器可小至数十毫升，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。除用作反应器外，搅拌反应器还可大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。1.2 搅拌机概述及发展趋势1.2.1 搅拌机械概述在生产过程中，通常用到的搅拌器种类有桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器等。各类搅拌器由于其构造，性能等差异，使其能够分别适用于生产中各种不同的工况。桨式搅拌器又可分为平直叶和折叶搅拌器两种。这类搅拌器的结构和加工都比较简单。搅拌器直径 d 与釜径 D 之 比dD 为 03508，其运转速度为 10100r min，为大型低速搅拌器，适用于低、5中等粘度物料的混合及促进传热，可溶固体的混合与溶解等场合。涡轮式搅拌器又可分为开启涡轮式和圆盘涡轮式两类，每类又可分为平直叶、折叶、后弯叶三种。涡轮式搅拌器外形结构上与桨式搅拌器类似，只是叶片较多。搅拌器直径 d 与釜径 D 之比dD 为 01705，转速为 30500rmin。旋转时有较高的局部剪切作用，能得到高分散度微团，适用于气液混合及液液混合或强烈搅拌的场合，常用于低中等粘度物料 (5 10 cP)。就一开启式和圆盘式相比较而言，其构造上差异造成开启式比圆盘式循环流量更大，轴向混合效果更好。推进式搅拌器也常被称为旋桨式搅拌器。顾名思义，其叶片形式类似于轮船上的螺旋桨。搅拌器直径 d 与釜径 D 之比 dD 为 0205，转速较高，为 100800rmin。运转时产生较大的轴向循环流量，宏观混合效果较好，适用于均相液体混合等搅拌不是非常强烈的以宏观混合为目的的搅拌场合，常用于低粘度料液 (2000cP) 的混合。框式搅拌器的搅拌外缘与釜壁间隙很小，dD 为 09098，此特点使得搅拌时物料不易产生死区。转速为 1100r min，为低速搅拌器，只产生切线流，剪切作用小，无轴向混合，适用于高粘度物料的搅拌。如精细产品涂料油漆、化妆品的生产过程中常用到此类搅拌器。螺带式搅拌器是把一定螺距的螺旋形钢带固定在搅拌轴上，螺带外缘很接近釜壁。搅拌时，物料沿釜壁上升，沿轴向下运动。适用于高粘度料液的混合。本课题涉及到学生在大学期间所学的工程制图、机械设计、机械原理等基础知识，通过本次设计，训练学生掌握独立进行科学研究的方法，掌握文献查阅并能综合分析，发现并解决问题的能力。1.2.2 国内外搅拌机械的现状与发展搅拌机发展初期，先是世界知名企业在中国建搅拌机生产企业，如德国 maxit 集团、汉高公司、法国圣哥班等，这些公司不仅给中国带来了先进的技术和设备，同时也带来了国际先进的管理经验，对推动我国搅拌机的发展提供了很大的帮助。 随后，我国的企业家也向搅拌机领域渗透，起初主要是引进国外技术和设备生产、使用搅拌机，投资大，生产成本较高。我国搅拌机技术研究始于 20 世纪 80 年代，直到 90 年代6末期，才开始出现具有一定规模的搅拌机生产企业。进入 21 世纪以来，在市场推动和政策干预的双重作用下，我国搅拌机行业已逐步从市场导入期向快速成长期过渡。随着国家相关政策的推动，国外先进理念和先进技术的引进，以及各级政府、生产企业、用户的积极努力，我国搅拌机行业稳步发展。搅拌机科研开发、原料供应、产品生产、物流及产品应用的完整产业链已初步形成。 目前我国经济发展较快的长江三角洲、珠江三角洲和环渤海地区仍然是搅拌机发展最快的三个地区，80%以上的搅拌机企业都集中在此。上海市是我国开展科研工作最早的城市之一，也是目前发展搅拌机生产量最大的地区；北京市近几年搅拌机市场异常活跃。特别是北京奥运工程对搅拌机的使用，如国家体育场和国家游泳中心建设都被北京市建委作为搅拌机应用示范项目率先使用搅拌机；广州市搅拌机市场稳步发展；天津市以建筑施工示范工程为市场拉动点，搅拌机市场发展速度也较为速猛；近两年，郑州、成都、苏州、南昌等地搅拌机市场得到了较快发展，上海、北京、广州、常州等城市的搅拌机市场相对趋于成熟。近几年在国家及各级政府的扶持和政策引导下，一些企业协同科研院所和大专院校的科技力量，纷纷投资自主研发搅拌机生产、流通、使用的相关设施设备，并与相关行业协会共同努力，在标准化、产品认定、市场准入等方面取得了突破性进展。目前全国主要搅拌机生产设备企业 20 余家，物流设施制造企业十几家，施工设备生产企业 10 余家，技术水平正逐步达到国外先进水平，初步形成了我国搅拌机相关设施设备的国产化，大大降低了搅拌机的生产、物流、施工成本，基本满足了国内搅拌机市场的需求。目前主要使用的混合设备有搅拌机、轮式浆料搅拌机以及圆筒浆料搅拌机等，搅拌机、轮式浆料搅拌机和圆筒浆料搅拌机都属于一次混合设备；其中圆筒搅拌机除构造简单外还有生产率高、生产可靠等优点，实践证明，用于一次混合是一种行之有效的设备。但目前还存在内壁粘料现象、混合时间不足以及震动较大等缺点。搅拌机是由多个参数决定的，用任何一个单一参数来描述一台搅拌机是不可能的。轴功率、 桨叶排液量、压头、桨叶直径及搅拌转速是描述一台搅拌机的五个基本参数。在搅拌槽中，要使微团相互碰撞，唯一的办法是提供足够的剪切速率。从搅拌机理看，正是由于流体速度差的存在，才使流体各层之间相互混合，因此，凡搅拌过程总是涉7及到流体剪切速率。剪切应力是一种力，是搅拌应用中气泡分散和液滴破碎等的真正原因。因小槽与大槽相比，小槽搅拌机往往具有:高转速、小桨叶直径及低叶尖速度等特性，而大槽搅拌机往往具有低转速、大桨叶直径及高叶尖速度等特性。圆盘造球机是球团生产工艺中的制造生球的设备。其结构组成为转动心轴结构，造球机圆盘支承在主轴上，主轴靠前端两支点铰接于设备底座的支承轴上，主轴箱的末端通过倾角调整器于底座相连。其工作原理是，机体上周边圆盘与水平成 30-55 度的倾斜角度，可在规定的范围内任意调节。电机通过齿轮减速机和一对圆锥齿轮来带动圆盘转动。盘上装有喷水管及刮料板等装置。粉料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒-小料球-大料球，当小球偏向盘的中部继续滚大时，则滚向盘边排出。包括电动机、减速机、圆盘、支架、刮刀、支座、齿轮、底座和机座，圆盘调整装置位于机座上与底座连接，电动机、行星齿轮减速机、小齿轮位于同一直线上，安装在机座上，其中小齿轮安装在行星齿轮减速机轴上，与大齿轮相啮合，大齿轮位于主轴上，与支座、机座相连接，刮刀装置与支架连接位于机座上，圆盘与主轴、大齿轮连接成一体位于底座上。该机用行星齿轮减速机代替减速机，结构简单，与电机直线连接，整体重量轻，电机功率小，节约能源，易加工，制造成本低，且使用寿命长，工作效率高。近年来国外搅拌机发展很快, 种类很多,结构各异。据我们初步统计, 不同结构型式的搅拌机有 30 余种; 生产率大小不等, 有供实验室科研用的小型搅拌机。当然, 在各种搅拌机中行的工艺过程是比较复杂的, 要在每台搅拌机内准确区分这兰个过程是很困难的。一般, 辗轮式搅拌机是以辗压为主, 而叶片式搅拌机则以混合为主。随着目前造型工艺的不断进展, 出现了高压造型等新工艺, 但仍以粘土型芯料为主。不过对粘土型芯料的各种性能提出了新的要求( 如高压造型用的一般型料湿压强度在 1 公斤/厘米2 左右 , 水分为 1.3 、2.7 拓, 粘土为 6 、10 拓) , 且需在很短的时间内使水分、粘土与料子充分混制, 达到所需的性能。另一方面 ,随着铸造生产机械化、自动化程度不断提高,单位时间内型芯料的需要量大幅度增加。为此, 搅拌机的结构需作较大的改8进。搅拌机按工作方式可分为间歇式搅拌机和连续式搅拌机两类。下面分别列举国外几种有代表性的搅拌机, 加以介绍。间歇式搅拌机, 即为一次加料, 混制后一次卸料的搅拌机。本世纪初出现了第一台 Si m p s o n 型辗轮式搅拌机。该机有笨重的辗轮来辗压型芯料, 主轴转速较低, 故混制时间长, 生产率低。该机以辗压与搓研作用为主,混制的型芯料质量较高。但沉重的辗轮易使混制的型芯料粒度变细, 影响料子的质量。同时, 沉重的辗轮也不利于提高主轴转速, 阻碍生产率的提高。间歇式搅拌机有加料和卸料的辅助时间，这个时间约 30 秒左右，因此对单位时间内的生产能力是一个很大的损失。尤其对那些自动化程度高的造型、混料处理系统，更是不利。因此，连续性搅拌机近几年来受到重视。连续式搅拌机生产率较高, 应用也较广。但一般混制质量较低 , 辅助机构较复杂, 适用于混制大量的单一型芯料及背料。随着我国铸造机械化自动化程度的不断提高, 对双辗盘搅拌机等连续搅拌机, 也需加以研制。1.2.3 搅拌机械的特点及发展方向搅拌混合设备是一种应用广泛、品种繁多的流体机械产品，适用于化工、冶金、医药、食品和饲料等领域。搅拌操作是工业反应过程的重要环节，它的原理涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种过程，而搅拌器是为了使搅拌介质获得适宜的流动场而向其输入机械能量的装置。因此搅拌器也叫做 Mixer，或叫做Agitator,Stirrer。广义的搅拌还包括将固体微粒分散悬浮在溶液里面或将溶液变成均匀的乳化液，因此它包括分散器和均质机。某些搅拌器能产生极大的剪切力，以获得细化的粒子比胶体磨大 10 倍以上的亚微米悬浮体，因此，可用于制造色拉酱、美容乳之类的精细食品和化学品。石化工业常用于聚氯乙烯合金、顺丁橡胶合釜、反应釜、汽提釜等统称为搅拌容器（Agitatored Vessels，或 Stirred Vessels）。鉴于大多数搅拌机机构复杂、动作精确、远行速度快、工位多,所以应力求其工作协调可靠,尽量少发生故障和误动作。为此，要设法改善自动搅拌机及自动搅拌机线的整机造型、总体布局、故障显示和安全防护等措施。9近年来，搅拌器和搅拌容器获得飞速发展的同时，正面临着满足合理利用资源、节能降耗和对环境保护要求的严峻挑战。搅拌器和搅拌容器在服从装置规模经济化和品种多样化的同时，正日趋大型化。日立制作所自 1949 年生产搅拌反应釜以来已为聚氯乙烯、对苯二甲酸、苯乙烯单体、聚丙烯等装置生产了搅拌反应釜近 4000 台，容器的最大容量达 576m3 ，最大直径达 7620 mm，圆筒部分最大长度达 44380 mm，设计压力最大 28 MPa，设计温度最高 530 ，电机最大功率达 1100 kW。基于节能的要求，开发出变频调速电机、小剪切阻力桨叶、以新型密封代替机械密封和填料密封，以磁力驱动代替机械传动。基于降低产品总体成本、减少维修保养成本和提高设备平均维修间隔时间的要求，大大提高了设备运行寿命。基于满足卫生和降低清洗和杀菌成本的要求，实现了 CIP(就地清洗 )和 SIP(就地杀菌)，提高了自动化水平，避免了人与产品的接触，减少了人工操作和待机时间，大大提高了产品的卫生水平。1.4 搅拌机设计的重要性根据搅拌器的形状可以分成直叶桨式、开启涡轮式、推进式、圆盘涡轮式、锚式、螺带式、螺旋式等；根据不同液体的粘度可以分为低粘度液搅拌器、中高粘度液搅拌器。低粘度液搅拌器，如：三叶推进式叶轮，折叶桨式 (24 折叶)，6 直叶涡轮式，超级混合叶轮式 (HRO0，HV200)等 ；中高粘度液搅拌器如：锚式、螺杆叶轮式，双螺旋螺带叶轮型，超混台搅拌器 (MR205，305)等。为了达到成品高精度、高品质化要求，国外，特别是日本开发了新型的搅拌装置 ，以满足高粘度产品的生产需要。如倒圆锥形螺带翼式搅拌器、超混合搅拌器、高性能浮动搅拌槽、超振动 型搅拌器等。 在对物料的搅拌操作中，人们希望实现多种搅拌目的，因此了解各种搅拌器的特点，选择适宜的叶轮型式，设计出符合流动状态特性的搅拌器是非常重要的。搅拌槽内的液体进行着三维流动，为了区分搅拌桨叶排液的流向特点，根据主要排液方向，按圆柱坐标把典型桨叶分成径向流叶轮和轴向流叶轮 。齿片式、平叶桨式、直叶圆盘涡轮式和弯曲叶涡轮式在无挡板搅拌槽中除了使液体产生与叶轮一起回转的周向流外，还由于叶轮的离心力是液体沿叶片向槽壁射出，形成强 大有力的径向流，故称这些叶10轮为径向流叶轮。径向流叶轮搅拌器旋转时，将物料由轴向吸入再径向排出，叶轮功率消耗大，搅拌速度较快，剪切力强。在湍流状态下，推进式叶轮除了产生周向流动外，还产生大量轴向流动，是典型的轴向流叶轮。折叶涡轮式叶轮与直叶圆盘涡轮和弯曲叶涡轮式叶轮相比，轴向流成分较多，多用于轴向流的场合。螺带式和螺杆式叶轮使高粘度物料产生轴向流动，也属轴向流叶轮型式。轴向流叶轮搅拌器不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速率小且在桨叶附近较大范围内分布均匀，具有较强的最大防脱流能力。新型轴向流叶轮 在通常情况下，大量的搅拌设备用于低粘物系的混合和固一液悬浮操作，要求叶轮能以低的能耗提供高的轴向循环流量。由于传统的推进式叶轮叶片为复杂的立体曲面，虽能满足要求，但制造却很困难，亦不易大型化。因此竞相开发节能高效 、造价低廉且易于大型化的第二代高效轴流搅拌器成为混合设备公司的目标。美国莱宁公司开发了A310 和 A315 系列。 国内如北京化工大学和华东理工大学等也分别开发了 CBY 轴流桨和翼型桨；中国石油化工学院的沈惠平教授等人还研制开发了一种新型高效易于加工的轴流式搅拌叶轮。它是一种空间扭曲板材型桨叶，从叶片端部看，它由许多相似的拱组成，与其所处半径有关，且具有合理的叶片倾角、拱度及叶片宽度。新型搅拌混合设备 近年来欧洲和 Et 本开发了很多种适用于高粘和超高粘物系的卧式自清洁搅拌设备。瑞士卧式双轴全相(AllPhase)型搅拌机就是典型的一例。 另外，北京燕山石油化工有限公司设计院针对在大直径、低转速、介质较粘稠的场合，设计了一种复合式搅拌器，很好地解决了无法配备大功率的电机，存在制造、检修 以及安装的困难等问题。复合式搅拌器的结构如图 1.8 所示。 设备设计智能化的实现 根据混合专家的经验和常识，将搅拌混合设备与自动控制技术相结合，在混合设11备选型和设计中运用人工智能技术(AJ)和基于知识的系统(KBS)，即实现了混合设备选型和设计的智能化。搅拌设备设计专家系统采用总设计任务控制各阶段设计分任务，分任务调度相应的设计知识和数据，实现混合设备的专家系统设计的组织方法。通过仔细的分析、归属，用智能化设计系统原型阶段性地实现混合设备的设计过程，可以把其表示为一系列的设计过程的链式序列。各阶段相对独立又相互连续，其中每一个设计阶段都将设计结构传递给后继设计过程 L6j。该系统从搅拌叶轮的选型、过程设计、机械设计和经济分析评价，到最终机械绘图的全过程的都给出了智能化的计算机辅助设计。它可应用于牛顿流体和非牛顿流体，液一液体系、固 一液体系和气 一液体系，并且可以处理容积超过上百立方米的应用体系。20 世纪 90 年代以来，有关搅拌设备选型和设计的专家系统在国外已有少量报道。如 1994 年美国 Chemineer 公司报道了该公司有一个用于涡轮式搅拌设备设计的知识库软件 AgDesign，据称该公司 90顶伸人搅拌器的设备均已用此软件进行设计。芬兰的 Lappeenranta 工业大学在 1994 年发表了有关混合设备初步设计的知识库系统的设计。在国内，浙江大学也正与大型石化企业合作开发搅拌槽式反应器的智能化辅助选型和设计软件。无论在国内和国外，搅拌机已涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易以及国防建设等都带来了深刻的影响。随着人民生活水平的不断提高，物质和精神生活上都有了更高的要求，很难想象现代生活中如果没有了搅拌机会是什么样的，但是我国的搅拌机业起步相对来说还是比较晚的。为了快速的发展我国的搅拌机工业，需要加快步伐研制出适合中国国情的先进的搅拌机设备。对于做设计的学生来说，设计无疑是一次很好的学习和锻炼自己的机会。设计是对四年来所学知识的一个总结和融会贯通。以前所学的全都是课本上的理论性的知识，而这样的一次设计使我们将课本知识和实际问题紧密的联系到一起了，综合的运用了所学的理论知识和技能。另外通过做设计还提高了我们分析问题和解决问题的能力；培养收集、阅读和分析参考资料，运用各种标准和工具书，编写技术工作文件的能力；培养实验研究，运算和数据处理能力；培养翻译外文资料的能力，进一步培养学生的计算和制图等基本技能。对12于即将走向工作岗位的同学门来说，无疑是一次很好的锻炼机会，给以后的工作奠定了坚实的基础。所以设计对每位生来说都是非常重要的，是大学生活中不可缺少的一个重要的环节。虽说我们的这次设计只能作为一次练习，但是我个人认为这的确是一次具有实际意义的设计练习。所以我们必需要认真的对待这次的实际任务，努力的完成好这次设计的任务。第 2 章 浆料搅拌机的设计方案本课题涉及到学生在大学期间所学的工程制图、机械设计、机械原理等基础知识，通过本次设计，训练学生掌握独立进行科学研究的方法，掌握文献查阅并能综合分析，发现并解决问题的能力。最后还有主机的装配工艺等内容。本次设计我在老师和公司的综合指导下和详细查阅有关机械方面书籍来完成设计的。以下从工作原理逐步展开：涂层织物涂刮的浆料粘度很高，由甲苯、丙酮、有机浆料等按一定的比例充分混合搅拌组成，搅拌顺序和时间一定要加以控制。2.1 研究内容（1）传动系统：电动机通过联轴器带动减速器，然后经过斜齿轮传动带动旋转轴，旋转轴内的齿轮传动系统带动两侧滚轮绕旋转轴转动。（2）搅拌机构设计：搅拌仓为圆筒式结构，便于浆料的搅拌，上部有电机带动减速机再带动两侧滚轮旋转，滚轮上有叶片，一起旋转，搅拌混合原料，使其达到混合要求（3）机架结构：机架结构，把机架支腿设计为梯形，像河海边堤坝一样，坚固，不易弯曲，反倒。（4）传送机构：浆料通过料斗，用开关控制流入速度，从管道进入混料仓，可以随时控制浆料的流量。132.2 浆料搅拌机的设计方案2.2.1 总体方案图 1 总体方案示意图总体方案设计图如图 1 所示。工作原理为启动电动机，带动减速器，减速器通过轴与键连接带动料箱旋转，上部由电机带动涡轮蜗杆减速机再通过轴旋转并且使两侧混料轮随着旋转轴的转动而转动，在两侧混料轮上有凸起的叶片，使混合更充分并且快速。浆料通过料斗进入，用开关控制速度和流量送进混料仓，进行混合。(1)滚轮结构14图 2 滚轮结构示意图1：叶片 2：齿轮如图 2 所示，如果只是正常的滚轮，不一定能够达到设计要求，所以在滚轮周围设置叶片，使浆料能够在短时间内达到均匀混合。2.2.2 搅拌容器搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间。搅拌容器的筒体基本上是圆柱筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封头应用最广。下封头与筒体一般为焊接连接，上封头与筒体也可采用焊接连接，但在筒体直径 DN1500mm的场合多采用法兰连接。筒体的直径和高度是容器设计的基本尺寸。工艺条件通常给出设备容积 V 或操作容积 V0 ,有时也给出筒体内径 Di，或者筒体高度 H1 和筒体内径 Di 之比（称为长径比）,其中 V0=nV，n 为装料系数，表明容器操作时所允许的装满程度，在确定搅拌容器的容积时，其值通常可取 0.60.85.如果物料在反应中产生泡沫或沸腾状态，取 0.60.7；如果物料在反应中比较平稳，可取 0.80.85.一般搅拌罐根据罐内物料类型筒体的高径比可分为液固相、液液相 11.3，气液相12.本课题选用筒式搅拌器。将搅拌器的外壳设计成圆筒形，搅拌器旋转时，把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混和区，并产生一股高速射流，使流体具有较高的压头，推动液体在搅拌容器内循环流动。在圆筒的导流作用下，介质从简体的顶部和底部流入筒内，完成一个循环，使介质产生高速的径向流和轴向流，同时加大介质流量，介质流动更均匀。通过筒式搅拌器与涡轮式搅拌器和推进式搅拌器的功率对比试验，在相同的拌情况下，筒式搅拌器将电能转化为机械能的效率更高。15(1) 筒式搅拌器的搅拌流型适于低黏度液体的搅拌，搅拌釜内的搅拌死角较少。 (2) 筒式搅拌器对电能的利用率高，在相同的情况下，筒式搅拌器的功率准数较小，耗能少，表明筒式搅拌器在节能方面具有非常好的效果。 (3) 筒式搅拌器的搅拌混合效率高，在相同的情况下，是涡轮式和推进式搅拌器的23 倍。因此，本课题选用的筒式搅拌器能够满足设计的要求。(1)筒体型式选择圆柱形筒体（2）确定内筒筒体的直径和高度由于搅拌过程是液液相混合，一般来说搅拌装置的高径比（H D ）为 11.3，本次设计选用高径比为 1.2。已知搅拌容积是 500L，根据公式D= 3/4HV可以计算处筒体的内直径 D=0.80m，筒体高 H=0.96 m。（3）筒体材料的选择及估算筒体钢板的厚度根据冶金手册产品的标准，我们选用普通碳素钢，根据 GB1501998 中对碳素钢的要求和钢板之间的差别，我们选用 Q235B 热轧钢板，厚度尺寸选用 9mm。（4）计算筒体的壁厚及强度校核按照材料力学中的强度理论，对于钢制容器适宜采用第三、第四强度理论，但是由于第一强度理论在容器设计史上使用最早，有成熟的实践经验，而且由于强度条件不同而引起的误差已考虑在安全系数内，所以至今在容器常规设计中仍采用第一强度理论，即1式中是器壁中 1 三个主应力中最大一个主应力。对于内压薄壁容器的回转壳体，轴向应力 为第一主应力，径向应力 为第二主应力，而另一个主应力 z 是径向应力，16由于 、 与 z 相比可忽略不计，即 3=z=0，所以第三强度理论与第一强度理论趋于一致。因此在对容器个元件进行强度计算时，主要确定 1，并将其控制在许用应力范围内，进而求取容器的壁厚。容器圆筒承受均匀内压作用时，其器壁中产生的如下薄膜应力（圆筒的平均直径为D，壁厚为 t）：= tPD2= t4很显然， 1=，故按照第一强度理论，有1 = t tPD2在容器设计中，一般只给出内径值 Di，则 D=Di + t，将其代入上式，得P(Di+t)/2t t 容器圆筒在制造时由钢板卷焊而成，焊缝区金属强度一般低于木材，所以上式中的 t 应乘以系数 。所以，考虑容器内部介质和周围大气腐蚀、供货钢板厚度的负偏差等原因，设计厚度应比计算厚度大。设 t 为圆筒的计算厚度，则由上式可得 mpDt2式中 p设计内压力，MpaDi圆筒内直径，mmt 计算厚度，mm焊缝系数，1.0 t设计温度下圆筒材料的作用应力，Mpa。式（2.4）即为内压圆筒厚度的计算公式。已知 Q235B 钢的设计内压力 P1.6 Mpa，选用 P=1.0Mpa，许用应力 t=125 Mpa，=125 Mpa，=0.5，所以计算厚度 t=（1.0800）（21250.51）=7mm。代入公式（2.2）验算得171=61.4=125 Mpa，符合要求。18第 3 章 浆料搅拌机的零部件设计3.1 搅拌叶轮的设计3.1.1 已知参数和工作条件涂层织物涂刮的浆料粘度很高，由甲苯、丙酮、有机浆料等按一定的比例充分混合搅拌组成，搅拌顺序和时间一定要加以控制。3.1.2 确定搅拌叶轮长度和直径叶轮直径一般根据给料的尺寸来决定，提出叶轮直径与给料块尺寸之比为1.25,搅拌机取低值。D=794mm。叶轮内径与长度之比值一般为 0.72，物料冲击力较强时,应取较大的比值.0LD79486.m3.1.3 叶轮的速度从搅拌机的特点可看见，叶轮转速是搅拌机的重用工作参数，它影响着搅拌机的破碎效率、破碎比和生产能力。由 Dvn60 叶轮的圆周速度，m/s；v 叶轮直径，m。D得 3.14791.5/60nvms193.1.4 叶轮的校核叶轮如图 4 所示：图 4：叶轮零件图视作简支梁，两端支撑的端面在水平面内及垂直面内均为铰支。作用在叶轮体上的载荷有输送带对叶轮的张力 ，圆周驱动力 以及输送带横向位移产生的轴向力，FuF该力与前两项力相比数值较小，故忽略不计，-叶轮上紧边张力， ;1FN-叶轮上松边张力， ;2-叶轮上平均输送带张力, ;120FK式中 -允许过载系数，通常取 =1.05；0 0-圆周驱动力，N;u因为 ， 12F12ueF则 (N) 1ue20式中 -叶轮之摩擦系数，按潮湿空气运行取 （光滑钢叶轮）； 0.2-叶轮的围包角，一般在 之间，现取 002.84()164rad3.5rad0()2由此可以得出： 。则 ， 近似计算式： 0.235.e1F2（N） 11uuuFF（N） 2从而也就得到平均张力 的近似计算式：(N) 1201.057uuFFKF为叶轮所受之扭矩：3M52uDPV()NmA式中 -圆周驱动力，F310uv()-叶轮直径， ;Dm-功率， ;PkW-带速， ;v/s为弯矩，力 沿叶轮长度 均匀地分布在叶轮上，则叶轮单位长度上受的力MFl因此Fql2max0.12584qllFl()NmA式中 -叶轮长度， ;l根据第四强度理论，合成弯矩 可以写成：hM234hM()NA或者合成应力（相当应力） 写成：h2h21式中 -弯矩作用下的正应力， ；2/Nm-扭矩作用下的剪切应力， ；-许用应力，按第四强度理论，取1.5s2/Nm,其许用应力23sMPa156.7MPa而 W2/3n2/Nm式中 -抗弯截面模数，对于内径为 ,外径为 的电动叶轮，其抗弯截面模dD数应按圆柱壳理论选取：20.196316WRtt2()因此 225.MMttR2(/)Nm333.472(0.196)tt/式中 -（简体）的平均半径；R-（简体）的厚度；t其他符号意义同前。还可以根据机械设计手册所提供的公式来验算壳的允许临界载荷 及 :c2153()cEtR2(/)Nm0.94scKlq 2/式中 -钢的弹性模量，取E06EMPa-泊松比，对于 Q235 钢，=0.3；-壳（筒体）长度，mm;l-系数，sK0.758sZ2222()1ZRtl0.963W222(80.75)uFlD即 2 22(.3.18)0.1963)utlR整理后，叶轮体厚度 计算公式：t22254.0.75Pt lDv()m式中 -功率， ;kW-带速， ;/ms-长， ;l-叶轮直径， , ;D()2DRm-许用应力， ;/N通常取 ,这里取 。对于 钢， ,1().54s1.5s235Q235/sNm则 287/m226.10.3.87PtlDvRmt5.74. 501.460.8 2所以取 12tm3.2 生产能力KnrZLbdQk60式中 L 叶轮长度，m；b 卸料间歇，m； 出料的粒度，m；kd23Z 卸料间歇的数目， 松散与排料不均匀系数 0.02；K 叶轮圆周方向；n 叶轮转速，r/min；r 堆积比重， 。3/mt60=60.84.120.34791.=2kQLbdZr3.3 功率功率消耗和很多因数有关，但主要取决于物料的性质，叶轮的圆周速度，搅拌和生产能力。 kwefnmRN32108式中 m 质量，kg；R 叶轮半径，m；n 叶轮转速，r/min； 机械效率， =0.70.85； 修正系数。与叶轮的圆周速度有关，随圆周速度增加而减少，因为速度f愈高，搅拌物料的机会率愈低。查机械设计表 1-4 得 =0.00125。f32108efnmRN23.9741.5708kw3.4 端盖的设计校核端盖的材料为 Q235 钢。结构如图 5 所示，直径为 90mm。24图 5：端盖零件图在实际工作中端盖只受到支撑力的作用，因此只要校核端盖的支撑应力即可。从图 5 可以看出，端盖在连接处的面积最小，即属于危险截面。906()1.5sMPan右端连接处最大应力max2.41.89()0.506NFaA左端连接处的最大应力max1.2.7()NMP3.5 轴的设计校核轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动及动力。轴按照承受载荷的不同，可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。25轴按轴线形状的不同，可分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不容易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。直轴可做成实心或空心，在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大做用的场合，轴可作成空心。空心轴内径与外径的比值通常为 0.50.6,以保证轴的刚度和扭转稳定性.此外,还有一种钢丝软轴又称钢丝挠性轴，它是由多组钢丝分层卷成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。 轴的设计包括轴的结构设计和工作能力设计。1） 轴的结构设计是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，合理地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装配的困难等，因此，轴的结构设计是轴设计的重要内容。2）. 轴的工作能力计算是指轴的强度刚度和稳定性等方面的计算.多数情况下, 轴的工作能力主要取决于轴的强度.这时对轴进行强度计算 ,以防止轴的断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形，对于高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。本次设计的轴如图 6 所示：26图 6：轴零件图轴长度为 410mm0)(435)(cbaFaBAcb；BA43510458BFFN许用应力 用插入法查得： 012.5bMPa许用应力值 16应力校正系数 100.582b当量弯矩 .5938.67.TNm22()5.AMT73.8B 设计的最小直径 min0d27轴直径 31380.AAbMdm； 验算合格。min3.6 传动轴的设计及强度校核传动轴的材料为 20Cr13，设计如图所示：图 7：传动轴零件图3.6.1 传动轴强度计算281631792N/m0.Pqb式中： 传动轴的均布载荷；力；P宽度。b22163208457N/m.WRFqL式中： 均布载荷；反力；R长度2L103270.6N/m.9Tqb式中： 前后均布载荷3q103()27.3876/9TRmb式中： 平面上附加的均布力矩3按扭转条件计算截面的强度 MPa159.175.02463PaWTca因此截面安全。按弯扭合成条件计算截面 Pa133.8760.1)5.23(784) 2222 PaTMca （因此截面安全。3.6.2 传动轴的疲劳强度校核截面直径最小，且有应力集中；截面为连接处，由于直径发生实然变化，产29生明显的应力集中；由于直径最大且无应力集中，故不必对其他地方处进行校核，而只需对、截面进行校核。截面右侧 MPa94.175.02463.0713dWT 因为截面受扭矩作用，所以 a.8ma由于变化形成的理论应力集中系数 由表查取。因 ，0.165dr，经插值后可查得1.0538dD.2轴的材料的敏性系数为 85.0q有效应力集中系数为 28.)1.(.1)(1k尺寸系数 75.0表面质量系数为 8.0处未经表面强化处理，即 ，则得综合系数值为1q18.3.075.2kK取 计算安全系数 5.197.3.80597.1831 SSmaca可知其安全。截面左侧弯曲应力 MPa7.1542.0861.0233dWMb30所以 ，MPaa7.10m扭转应力 9.452.04632.073dWT所以 Pa7ma由于轴径变化形成的理论应力集中系数 因 ， ，0.83542dr1.354270dD经插值后可查得，8.1.轴的材料的敏性系数为，3.0q5.有效应力集中系数为 6.1)8.(.1)(1k 45350q尺寸系数 5.0尺寸系数 7.表面质量系数为 91.0此处未经表面强化处理，即 ，则得综合系数值为1q12.39.05.6kK.7.41取 ，计算系数值 caS 64.305.712.31 maK .7.4.0S315.129.364.7.322 SSca故安全。3.6.3 传动轴的接触应力校核最大压应力Hbq2max637.0式中： 均布载荷；2接触区宽度的一半。Hbm05.814.3.0128457.152.1921 REq式中： 模数；半径；1R半径。2所以 2max84570.637.1.02.MPa.HqPab max45a.03.26.7 故安全。3.6.4 轴承的选择a. 从负荷大小和方向考虑, 既受到径向又有轴向还存在轴或壳体变形较大以及安装对中性差的情况且要求具有调心功能,故选用调心轴承.b. 从轴承的刚性考虑,一般滚子轴承大于球轴承, 故选用滚子轴承.c. 从轴向游动考虑,一是可选用内或外圈无挡边的轴承,二是在内圈与轴或外圈与轴座孔之间用间隙配合.32d. 从安装与拆卸角度考虑,装卸频繁时,可选用分离型轴承或选用内圈为圆锥孔的、带紧定套或退卸套的调心轴承.综上,采用装在紧定套上的调心滚子轴承.参照工作要求并根据 d-= 130mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组,标准精度等级的调心滚子轴承,从3中表 7-2-69 中找到装在紧定套上的调心滚子轴承.,其型号为 3013728,尺寸为 d x D x B=140x270x86,基本额定负荷 Cr=1530kN Cor=1854KN,计算系数为 e=0.34,Y1= 2.0 Y2=2.9 Y0=2.0 故 d-=140mm,相应地查的紧定套长度 B1=119mm,考虑到拆卸轴承和安装轴上零件的方便性及参考经验尺寸,取 l-=217mm.(3). 根据轴间的高度要求单边轴肩取 5mm 故取 d-=150, 为满足安装轴端密封的长度要求和参考滑毂等零件长度尺寸，取l-=198mm.(4). 安装搅拌臂的轴径暂取 d-=180mm,其长度 l-=8x195=1560mm,由于安装和制造的误差,故取 l-=1582mm.(5). 由安装零件对称性，故尺寸设计可用对称法取 d-=150mm, l-=198mm,d-=140mm, l-=120mm.对于圆锥滚子轴承有中按表 13-7,轴承内部附加轴向力 S=R/2Y,式中 Y 为对应2中表 13-5 中 A/Re 的 Y 值. 由仿照双列圆锥滚子轴承的计算公式:当量动载荷: 当 Fa/Fr e, Pr= Fr + Y1Fa; Fa/Fr e, Pr= 0.67Fr + Y2Fa; 其中 Fr 为径向载荷; Fa 为轴向载荷; Pr 为当量动载荷.当量静负荷: Por= Fr + YoFa;