SH280卧式混合机设计说明书

无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 I 摘 要 混合机械是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。本设计所设计的混合机为 该混合机主要应用于塑料产品的混合，性能优越，可达到较高的混合度，是塑料生产行业的主要生产器械之一。 本设计首先从塑料产品混合是应遵循的机理和需要的预混和混合工序开始，逐步深入的进行了该混合机的设计，并对设计的各参数进行了计算和验证，对设计出来的混合机的性能进行了测试，最终，对该混合机的操作维护与保养进行了简要的说明！ 关键词：混合机 预混 混合 塑料 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 录 一 、 概述 1 二 、 混合分析 2 1、混合分类 3 2、 混合过程的基本要素 3 3、 混合时遵循的传递机理 4 4、塑料的预混和混合 4 三 、 混合机设计 5 1、 混合机工作原理和工作原理图 6 2、 电机选择 6 3、 传动部件设计 8 4、传动 方案设计 9 5、参数计算 17 6、 转子设计 20 四 、 塑料混合质量的定量分析 27 1 取样 28 2、 检测 28 3、 检测 28 五 、 操作程序 29 六 、 维护与保养 29 七、结束语 31 八、 参考文献 32 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 1 - 式混合机 一、 概述 混合机械是利 用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。混合机械可以将多种物料配合成均匀的混合物，如将水泥、砂、碎石和水混合成混凝土湿料等；还可以增加物料接触表面积，以促进化学反应；还能够加速物理变化，例如粒状溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速溶解混匀。常用的混合机械分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。气体和低黏度液体混合机械的特点是结构简单，且无转动部件，维护检修量小，能耗低。这类混合机械 又分为气流搅拌、管道混合、射流混合和强制循环混合等四种。中、高黏度液体和膏状物的混合机械，一般具有强的剪切作用；热塑性的物料混合机主要用于热塑性物料 (如橡胶和塑料 )与添加剂混合；粉状、粒状固体物料混合机械多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械，如轮辗机等。 混合时要求所有参与混合的物料均匀分布。混合的程度分为理想混合、随机混合和完全不相混三种状态。各种物料在混合机械中的混合程度，取决于待混物料的比例、物理状态和特性，以及所用混合机械的类型和混合操作持续的时间等因素。液体的混合主要靠机械搅拌器、气流和待 混液体的射流等，使待混物料受到搅动，以达到均匀混合。搅动引起部分液体流动，流动液体又推动其周围的液体，结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散称为主体对流扩散。当搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用，从而产生大量的局部性漩涡。这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。机械搅拌器的运动部件在旋转时也会对液体产生剪切作用，液体在流经器壁和安装在容器内的各种固定构件时，也要受到剪切作用，这些剪切作用都会引起许多 局部涡流扩散。 搅拌引起的主体对流扩散和涡流扩散，增加了不同液体间分子扩散的表面积减少了扩散距离，从而缩短了分子扩散的时间。若待混液体的粘度不高，可以在无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 2 - 不长的搅拌时间内达到随机混合的状态；若粘度较高，则需较长的混合时间。对于密度、成分不同、互不相溶的液体，搅拌产生的剪切作用和强烈的湍动将密度大的液体撕碎成小液滴并使其均匀地分散到主液体中。搅拌产生的液体流动速度必须大于液滴的沉降速度。少量不溶解的粉状固体与液体的混合机理，与密度成分不同，互不相溶的液体的混合机理相同，只是搅拌不能改变粉状固体的粒度。若混合前固 体颗粒不能使其沉降速度小于液体的流动速度，无论采用何种搅拌方式 二、混合分析 由于混合物的物理性能、力学性能和化学性能和化学性能等与其各组分之间的混合状态有关，因此，可以不需检查混合物各组分的混合状态，仅通过检测混合物的这些性能就可以对其混合状态进行间接的判定。例如，聚合物共混物的玻璃化转变温度通常与两种聚合物组分分子级的混合程度有直接关系。若两种聚合物完全达到分子级的混合形成均相体系，则只有一个玻璃化温度，该玻璃化温度决定于两组分的玻璃化温度和每一组分所占的体积分数 ;如果两种聚合物完全没有分子级的混合，就 有两个玻璃化温度，分别等于两组分的玻璃化温度。当两组分有一定程度的分子级混合时，虽仍有两个玻璃化温度，但这两个玻璃化温度相互靠近了，其接近程度取决于分子级的混合程度。分子级混合程度越大，靠近程度越大。因此，只要测定共混物的玻璃化温度。即可判断其分子级的混合程度，也可得到形态结构方面的间接信息，如相状态、界面情况等。其他类似方法还有：通过测定单一聚合物对溶剂混合热与共混物对溶剂混合热的差异来判定其共混状态 ;通过测定聚合物共混物各部位的熔点来判定共混状态 ;通过测定聚合物共混物各组分的结晶度以判定共混状态。又如填 充改性所得混合物的力学性能，除了与参与填充改性的聚合物种类、数量和填充剂的种类、数量、偶联剂的使用与否（以及何种偶联剂）等一系列因素有关以外，一般说来，聚合物与填充剂混合得越均匀，混合物的力学性能越好。因此，也可以通过测定混合物试剂或制品的力学性能来判定其混合状态。 但是，用间接方法来判定混炼设备的混合能力（不是混合物的混合状态），有时并不能得到准确的结果。例如：通过测定挤出物（做成样条）的力学性能来判定状态，进而判断挤出机的混合能力就会遇到这种情况。因为一般要将挤出混无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 3 - 合物在注射机上制成标准样条，再去做力学 性能测定，这时实际上物料又经历了一次注射机的混合，这使结果与实际情况之间必然产生一定的偏差。 1、混合分类 混合有以下两种分类方法，按混合形式可以分为分布混合和分散混合。按混合物料的状态又分为固体 体 体 分布混合又称非分散混合，是通过重复地排列少组分而实现。分布混合在原理上可把混合物的非均匀性减少到分子水平。分布混合主要发生在固体与固体、固体与液体、液体与液体之间，它可能是无序的，也可能是有序的，这主要取决于混合设备的选择。一般来说，分布混合中各粒子之间只有相互位置的变化， 而无粒度的变化。 分布混合又可以分有序分布性混合和无序分布性混合。有序分布性混合比较容易表征，用条纹厚度可以很好地表征混合物的混合状态和混合过程。 分散混合：在聚合物加工过程中，常需将固体颗粒或结块的物料（附聚物）加到聚合物中（例如填充改性或染色），以及将粘弹聚合物液滴混合到聚合物熔体中。这时要将它们分散开来，使固体颗粒或结块和液滴破裂。这种混合过程通常称之为分散混合，又称强烈混合。其目的是把少组分的固体颗粒和液滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中。因此，在这种混合中，固体 颗粒不仅有位置的变化，其粒度也会减小。对于液体物料，就涉及到其在变形粘性流体中的液滴破裂问题。这是靠强迫混合物通过在窄间隙形成的 沟槽 完成的 ;对于固体结块，当作用于结块上的剪切超过某个临界值时，结块就破裂。 2、 混合过程的基本要素 高聚物的混合过程是一个动态平衡过程，即在一定的剪切场的作用下，分散相不断被粉碎，与此同时，在分子热运动的作用下，破碎的分散相又趋向重新集聚，最终使分散相达到该条件下的平衡粒径的过程。一般以为，无论使用何种设备做混合操作，混合过程都应具备以下混合要素，即剪切、分流和位置交换。同时，混 炼过程还应有压缩、拉伸和分配置换等作用。 混合过程主要是通过剪切、分流、位置交换三要素，使共混物在一定的体积空间内均匀分布，最终得到一种宏观上的分散混合休。在混合过程中，被混物料无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 4 - 一般不发生冲突（有时也有少量发生相变）。而混炼过程增加了压缩、拉伸和重新集聚的作用。 物料在压缩状态下所承受的高剪切速率所产生的 摩 擦热（有时还有輔助外加热），往往足以使共混物发生，使其变为熔体。这样，才使共混物中在固体状态下集聚的较大的颗粒粉碎、熔融和细化，从而得到更为理想的均化共混物。 对流混合又称体积扩散。它是指物系中的质点、液 滴或固体粒子在系统内从一个空间位置向另一空间位置的运动，运动可以发生在单一组分的物质系统中，也可以发生在两种或两种以上组分的系统中。在聚合物加工中，这种多组分的物系的混合占支配地位。对流混合通常通过两种机理来完成，即体积对流混合和层流对流混合。体积对流混合是指被混物体通过体积的重新排序来完成，该过程可以是有序的（如静态混合器中的物料流动混合），但通常是无规的。物料在层流混合过程中受到了剪切、拉伸（伸长）和挤压（捏合）作用。该混合过程一般发生在高聚物的熔体中，而固体粒子的混合通常被认 为 对流混合。 分子扩散是以 物料的浓度梯度（化学势能）为驱动力，使物质由高浓度处自发地向低浓度处扩散，从而达到各处组分均化的过程。分子扩散在气体和低粘度液体的混合中占主导地位。对于气体与气体之间的混合，分子扩散能较快地、自发地进行 ;在液体质间自身的浓度梯度往往难以达到理想的混合状态。固体与因体、高聚物的熔体之间，由于熔体的粘度很高，分子的扩散作用很小，甚至不可能自发进行，因此即使使用具有极高剪切速率的混合设备进行强制共混，也只能达到微观状态下的的混合。要使聚合物达到分子的混合，往往要通过化学改性的办法，即嵌段、接技共聚等方法才能实现。 3、 混合时遵循的传递机理 湍流扩散又称涡流扩散。 在聚合物加工中，由于高分子材料熔体通常具有很高的粘度，要提高熔体的流速，使其达到湍流状态，势必要对高粘度熔体施加极高的剪切速率。在很多情况下，这往往会造成高分子聚合物大分子的断裂，使聚合物部分降解，因此这是不允许的。但是，在以层流混合为主的聚合物共混加工过程中，局部、少量的湍流混合也会经常发生，这将有助于提高共混物的混合质量。 4、塑料的预混和混合 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 5 - 混合是在某个区域内，使不均匀分布的物系变成某种程度上趋于均匀分布的操作过程。物系可以是单组分也可以是多组分。单 组分物系的混合可以使其质量浓度梯度与体积尺寸梯度趋于均匀。而通常的混合是指二元或二元以上多组分的质量和体积的均化。例如用预混设备对物料进行混合，其目的在于迫使被混合的各组分物质之间进行质量传递，并随着物质的传递、扩散，形成达到某种均匀程度的均化物。通常在混合时遵循三种传递机理：对流混合、分子扩散、湍流扩散。 预混的目的是将树脂、增塑剂、润滑剂、着色剂、偶联剂等组合充分混合均匀，并通过一定的加料顺序，保证增塑剂等特定的添加剂充分地渗入树脂的分子链中，并保证各组分分散均匀。 普通预混设备有：转鼓式混合机、 V 形混 合机、双锥混合机、螺带式混合机、犁状转子混合机、 Z 形捏合机等。一般普通预混设备的搅拌浆的转速比较低，在混合过程中，物料各组分在混合室内的运动速度比较慢，它们与混合室桶壁之间以及相互之间的碰撞与磨擦比较缓和，发热量也比较少，混合均匀所需要的时间也比较长。但是，该类预混设备的结构比较简单，设备的费用较低，通常用于对温度比较敏感的物料的混合和对经过热混以后的物料的冷混操作。 高速预混设备，搅拌浆的转速比较高，在混合过程中，物料各组分在混合室内的运动速度比较快，它们与混合室桶壁之间以及相互之间的碰撞与磨擦比较激烈， 发热量也比较大，混合均匀所需要的时间比较短。经过该类设备预混的物料的温度一般比较高，卸料后应该进行冷混操作，以防止物料的结团或焦烧、降解。 三、混合机设计 式混合机是塑料制品加工行业应用最广泛的辅助设备之一，主要用于原料混合和改性等领域。由于混合过程同时存在复杂的化学反应，过去混合机桨叶普遍选用不锈钢制造。随着塑料改性技术快速发展，玻璃纤维，玻璃微珠等硬质填充剂的填充量越来越多，对高速混合机桨叶提出了更高的耐磨要求。在许多场合下，原来采用的 1造的桨叶不能满足用户的需要。 目前国内多家高速混合机制造商都采用了 术，就是在原 1叶表层注渗进高耐磨的 种桨叶通过许多用户实践证明，耐磨性达到普 通1件桨叶的 4 倍以上，达到和超过了国外高耐磨合金或硬质合金喷涂的桨叶的使用寿命。因此 叶广泛应用于玻璃微珠、铁氧体、陶瓷等改无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 6 - 性塑料领域高速混合机中，不但提高了 混合机 使用寿命，还降低了磨耗微粒对混合塑料造成的污染。 本塑料混合机采用搅拌叶片旋转翻动塑料原料，进 行快速混合。主要适用于各种塑料粒子的混合着色工作，是注塑机、挤出机的必备配套设备之一。 本混合机的动力是通过链轮由电机给主轴，该主轴上焊有六个特殊角度的桨叶，桨叶带动物料左右翻动，在机内全方位连续循环运动，相互对流，扩散，剪切从而达到快速柔和混合的效果。 本混合机的 特点主要有： 搅拌时与桶全部采用不锈钢制造。 搅拌时装卸方便，易于清理。 封闭式搅拌，安全可靠。 短时间内可以完全混合。 装有定时器可以任意调节混合时间。 1、混合机工作原理和工作原理图 式混合机 筒体内装有双轴旋转方向相反的浆 叶，浆叶呈重叠状并形成一定角度，浆叶旋转将物料抛向空间流动层，产生瞬间失重，相互落入对方区域内，物料来回渗混，中央部位形成一个流态化的失重区和旋转涡流，物料并沿轴向径向运动，从而形成全方位复合循环，迅速达到均匀混合。 其工作原理图如下图所示。 工作原理图 2、 电机的选择 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 7 - 原动机的运动形式主要有回转运动、往 复 摆动和往复直线运动等。电动机、液压马达和气动马达等原动机可作连续回转运动，后两者也可作往复摆动；往复式泊缸、气缸或直线电动机等原动机可作往复直线运动。 原动机的选择对整个机械性能、机械传动系统的组成及繁简程度将有直接影响。原动机类型种类很多，各自有其特性和适用场合。选择与机械性能要求相适应的原动机的类型及其参数，是机械传动系统设计的重要环节。 本混合机主要使用交流电动机 为原动机。 交流电动机不论三相异步电动机还是三相同步电动机，它们的转速 N 公式为： N=60F/P （同步电动机） N=60F/P(1异步电动机） 式中： 0% 3%或 0% 6%）。 由转速公式可见，只要设法改变三相交流电动机的供电率 F，就十分方便地改变了电动机的转速 N。比改变极对数 P 和转差率 S 两个参数简单得多，特别是近二十多年来，静态电力变频调速器突飞猛进的发展，使得三相交流电动机变频调速成为当前电气调速的主流。 实际上仅仅改变电动机 的频率并不能获得良好的变频特性。例如：标准设计的三相异步电动机， 380V， 50果电压不 变，只改变频率，会产生什么问题？ 380V 不变，频率下调 (50则使磁通减弱。所以，真正应用变频调速时，一般需要同时改变电压和频率，以保持磁通基本恒定。因此，变频调速器又称为 置。 电动机是专门工厂批量生产的标准部件。我国新设计的 相变 频调速异步电动机属于一般用途的全封闭的自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。 根据本混合机的设计要求： 本混合机有效容积 280L 每批混合量 100合均匀度 % 主轴转速 85r/据公式 P=FV 和物料运动对流剪切互相作用初步选用 毕业设计 (论文 )说明书 - 8 - （ 6P）电机（含 减速机） 转矩 输入转速 1440r/电机配套的减速机： 该减速机是摆线针轮减速机 型号： 率： 3压： 380V 该机的传动比大，一级可达 结构简单，体积小，重量轻，与同样传动比和同样功率的普通齿轮减速机相比重量可减轻 1/2； 效率高，一般减速机的效率可达到 磨损小，使用寿命长，易于修配；参加啮合的齿数多，有尽半数的齿在啮 合并承受载荷，所以传动平稳，承载能力高；无齿廓重迭干涉现象。 将三相电源接入开关，请注意主轴转动方向（即打开桶盖，检查叶片转向，如叶片以顺时针方向旋转，则说明转向正确，如转向相反，可将三相电源线中的任间两根对调即可）。 3、传动部件 设计 机械传动系统的首要作用是将原动机的运动转变为执行构件所需的运动。而执行构件的运动形式和运动参数又是选定原动机的类型、运动参数和运动形式的依据。 （ 1） 执行构件的运动形式 执行构件常见的运动形式有回转运动、直线运动、曲线运动及复合运动等四种。前两种运动形式是最基本的。 回转运动 连续回转运动如车床、铣床、钻床等的主轴转动的运动参数为每分钟的转数；间歇回转运动 (如电影放映机的抓片机构等 )的运动参数为每分钟转动次数、转角大小和运动系数等；往复摆动 (如额式破碎机的动颐板运动 )的运动参数为每分钟摆动次数、摆角大小和行程速比系数等。 直线运动 往复直线运动 (如牛头刨床的刨刀运动等 )的运动参数为每分无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 9 - 钟往复次数、行程大小和行程速比系数等；带停歇的往复直线运动 (如自动机、半自动机的刀架运动等 )的运动参数为 个工作循环中停歇次数、停歇位置、停歇时间、行程大小和工作速度等；带停歇的单向 直线运动 (如刨床进给机构的运动 )的运动参数为每次进给量的大小等。 曲线运动 定曲线运动 (如搅拌机的执行构件运动 )的运动参数为坐标 x、y、 曲线运动 (如起重吊钩的空间运动 )的运动参数由各方向移动的配合关系而定。 复合运动 由单一运动组合而成的运动 (如插齿机插刀的直线切削运动和回转范成运动的合成 )的运动参数由单一运动及其组合关系而定。 本混合机所实现的运动形式是： 回转运动 。其执行机构在下文中给出 （ 2） 各执行构件件间运动的协调配合及其工作循环图 在某些机械传动系统中，各执行构件的运动 被此沪立，因此在设计中可不考虑运动的协调配合问题。而在另一些机械传动系统中，各执行构件的运动之间必须保证严格的协调配合，才能实现机械的职能。 备执行构件动作先后应协调配合： 如 牛头刨床刨刀和工作台的动作必须协调配合，保证退刀先，工作台进给后的顺序。 各执行构件运动速度的协调配合：如范成法加工齿轮时，刀具和工件的范成运动必须保持某一传动比恒定；车床车制螺纹时，主袖的转速和刀架的走刀速度也必须保持严格的恒定速比关系。 为保证机械工作时各执行构件间动作的协调配合关系，设计机械时，应编制以表明机械一个工作循环 中各执行构件运动配合关系的工作循环因 (或称运动循环图 )。编制时应选定一个构件的运动位置为其他执行构件运动先后次序的基准。 4、传动 方案设计 （ 1） 选定机械的工作原理和机械传动方案 机械为完成同一生产工作任务，可以根据不同的工作原理来实现。机械的工作原理不同，其传动方案也就不同。例如螺校的螺纹可以车削、套丝、也可以滚压加工。即用同一工作原理，也可有不同的机械传动方案，例如范成法加工齿轮，可以在滚齿机上用波刀切制齿轮，也可以在插齿帆上用插刀切制齿轮。显然该齿机和插齿机的传动方案就完全不一样。 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 10 - 根据相同或不同机械 工作原理拟定出的不同传动方案必然有优劣之分，故在设计时应评价选出最佳传动方案。机械的工作原理是否合理先进，在很大程度上决定了该机械的先进程度。其传动方案设计是否恰当，对机械性能、质量及成本起着决定性的影响。同时，选择和拟定传动方案时，必须考虑机械工作的适应性、可靠性、先进性、工艺性和经济性等多方面的因素。 （ 2） 传动 方式的选择 机械传动机构在机械行业中可谓是随处可见 ,是由各种传动元件、轴、及轴系部件、离合、制动、止动、换向等元件组成的 ,其主要任务是： 把动力机输出的速度降低或增高，以适合工作机构的需要 。 用动力机进行调速不经济或不可能时，采用变速传动来满足工作机构经常调速的要求 。 把动力机输出的转距变换为工作机构所需要的转距或力 。 把动力机输出的等速回转运动转换为工作机构所要求的、其速度按某种规律变化的回转或非回转运动 。 实现由一个或多个动力机驱动若干个速度相同或不相同的工作机构 。 由于受机体外形、尺寸的限制，或为了安全和操作方便，工作机构不宜与动力机直联时，也需要用传动装置来连接 。 目前，在机械传动中使用最多的主要有：齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动和链传动。 1）各种传动方式性能分析 和特点 齿轮传动性能分析 齿轮传动的适用范围很广，传递功率可高达数万千瓦，圆周速度可达 150m s(最高 300m s)，直径能做到 10m 以上，单级传动比可达 8 或更大，因此在机器中应用很广。 和其他机械传动比较，齿轮传动的主要优点是：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。缺点是：齿轮制造需专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于 齿轮传动应满足两项基本要求 :1)传动平稳 ;2)承载能力高。 在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强度 、制造精度、加工方无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 11 - 法以及热理工艺等，基本上都是围绕这两个基本要求进行的。 蜗杆传动性能分析 蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下，两轴在空间是互相垂直的轴交角为 90。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中，最大传动功率可达 750常用在 50高滑动速度可达 35m s，通常用在 15m s 以下。蜗杆传动的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及能得到很大的单级传动比。在传递动力时，传动比一般为 8100，常用的为 1550。 在机床工作台中，传动比可达几百，甚至到 1 000。这时 需采用导程角很小的单头蜗杆，但传动效率很低，只能用在功率小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效率，多头蜗杆的传动效率已可达到 98%；与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少，结构尺寸小，重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下，蜗杆传动的效率比齿轮传动低，同时蜗轮一般需用贵重的减摩材料 (如青铜 )制造。蜗杆传动多用于减速，以蜗杆为原动件。也可用于增速，齿数比单级为 515，但应用很少。 蜗杆传动的，失效形式和齿轮传动类似，有疲劳点蚀、胶合磨 损、轮齿折断等。在一般情况下轮的强度较弱，所以，失效总是在蜗轮上发生。又由于蜗轮和蜗杆之间的相对滑动较大，是容易产生胶合和磨粒磨损。蜗轮轮齿的材料通常比蜗杆材料软得多，在发生胶合时，蜗轮表面的金属粘到蜗杆的螺旋面上去，使蜗轮的工作齿面形成沟痕。蜗轮轮齿的磨损比齿轮传动严童得多，这是因为啮合处的相对滑动较大所致。在开式传动和润滑油不清洁的闭式传动中，磨损尤其显著。因此蜗杆齿面的表面粗糙度值宜小些，在闭式传动中还应注意润滑油的清洁。在蜗杆传动中，点蚀通常只出现在蜗轮轮齿上。 带传动性能分析 带传动是两个或多 个带轮之间用带作为挠性拉曳零件的传动，工作时借助零件之间的摩擦 (或啮合 )来传递运动或动力。根据带的截面形状不同，可分为平带传动、 V 带传动、同步带传动、多楔带传动等。带的传动形式分为开口传动、交叉传动、半交叉传动、张紧传动等。 带传动是具有中间挠性件的一种传动，所以： 1)能缓和载荷冲击； 2)运行平稳，无噪声； 3)制造和安装精度不象啮合传动那样严格： 4)过载时将引起带在带无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 12 - 轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏； 5)可增加带长以适应中心距较大的工作条件 (可达 15m)。 带传动和摩擦轮传动一样，也有下列缺点： 1)有弹性 滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比 (同步带传动是靠啮合传动的，所以可保证传动同步 )， 2)传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大： 3)带的寿命较短。带传动的应用范围很广，带的工作速度一般为 5m s，使用高速环形胶带时可达 60m s；使用锦纶片复合平带时，可高达 80m s。胶帆布平带传递功率小于 500通 V 带传递功率小于 700 链传动性能分析 链传动是在两个或多于两个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动。因其经济、可靠，故广泛用于农业、采矿、冶金、起 重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。 和带传动比较，链传动的主要优点是： 1)没有滑动； 2)工况相同时，传动尺寸比较紧凑； 3)不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小； 4)效率较高，约为 98； 5)能在温度较高、湿度较大的环境中使用等。因链传动具有中间元件(链 )，和齿轮、蜗杆传动比较，需要时轴间距离可以很大。 链传动的缺点是： 1)只能用于平行轴间的传动； 2)瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传动平稳； 3)不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用； 4)工作时有噪声； 5)制造费用比带传动高等。 按照工作性质的不同，链有传动链、起重链、曳引链三种。传动链主要用来传递动力，通常都在中等速度 (u20m s)以下工作。起重链主要用在起重机械中提升重物，其工作速度不大于 0 25m s。曳引链主要用在运输机械中移动重物，其工作速度不大于 2m s 一 4m s。 链传动在传递功率、速度、传动比、中心距等方面都有很广的应用范围。目前，最大传递功率达到 5000高速度达到 40n s，最大传动比达到 15，最大中心距达到 8于经济及其他原因，链传动的传动功率一般小于 100度小于 15m s，传动比小于 8。 链传动除广泛用作定传动比的传动外，也能做成有级链式变速器和无级链式变速器。 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 13 - 2）传动方式的确定 本混合机采用链轮传动，与带传动相比，采用带传动，由于其材料的弹性变形会产生弹性滑动，又因为皮带传动是摩擦传动，且易磨损，当有效拉力大于摩擦力时就会产生打滑现象，使摩擦加剧甚至使传动失效，应设法避免。而弹性滑动是摩擦传动中固有的，是不可避免的，弹性滑动亦造成带的磨损，还使带传动不能保证准确的传动比。至于蜗杆传动，虽传动比大但效率低，有自锁现象且常常会因为蜗杆的刚度不足而影响正常啮合，破坏机器；链轮传动则无弹 性滑动和打滑现象，有唯一的传动比，传动效率高，结构紧凑，传递圆周力大，张紧力小，轴上受力小，与齿轮传动相比，本链传动能缓冲和吸振，结构简单，加工成本低，安装低廉，安装精度要求低，适用与两轴中心距离较大的传动。从本混合机的结构来看，采用链传动结构也比较紧凑，节约空间，所以采用链传动。 （ 3） 传动链的选取及相关计算 传动链的设计方案 传动链主要有下列几种型式：套简链、套筒滚子链 (简称滚子链 )、齿形链和成型链。 滚子链是由内链板、外链板、销轴、套筒、滚子等所组成。销轴与外链板、套筒与内链板分别用过盈配合固定 ，滚子与套筒为间隙配合。套筒链除没有滚子外，其他结构与滚子链相同。当链节屈伸时，套筒可在销轴上自由转动。当套筒链和链轮进入啮合和脱离啮合时，套筒将沿链轮轮齿表面滑动，易于引起轮齿磨损。滚子链则不同，滚子起着变滑动摩擦为滚动摩擦的作用，有利于减小摩擦和磨损。套筒链结构较简单、重量较轻、价格较便宜，常在低速传动中应用。节距是链的基本特性参数。滚子链的节距是指链在拉直情况下，相邻滚子外圆中心之间的距离 长销轴联接起来的链称为多排链当载荷大而要求排数多时，可采用两根或两根以上的双排链或三排 链。滚于链已标准化，其系列、尺寸、极限拉伸在和见相关标准。 链接头形式有多种。当一根链的链节数为偶数时采用连接链节，其形状与链节相同，仅连接链板与销轴为间隙配合，用弹簧卡片或钢丝锁销等止锁件将销轴与连接链板固定；当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节。过渡链节的链板受有附加弯矩，最好不用，但在重载、冲击、反向等繁重条件下工作时，采用全无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 14 - 部由过度节构成的链，柔性较好，能减轻冲击和振动。 链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带传动很相似，边单相当于链节距，当链节进入主动轮时，其销轴总是随着链轮的转动而不断改变其位 置。链速应为销轴圆周速度在水平方向的分速度，不可能得到常数。这也说明了链传动的瞬时传动比不等于常数。由此可知，链速是作着由小至大、又由大至小的变化，而且每转过一个链节要重复上述的变化一次。正由于链速作着周期性的变化，因而给链传动带来了速度的不均匀性。链轮齿数愈少，链速不均匀性也愈增加。 链在水平方向上的速度作周期性变化的同时，在垂直方向上还要作上下移动。开始时以减速上升，随后又以增速下降。因为链节作着忽上忽下、忽快忽慢的变化，所以给链传动带来了工作的不平稳性和有规律的振动。只有当两链轮的齿数相等、紧边的 长度又恰为链节距的整数倍时，才能得到恒定值。 链传动在工作时引起动载荷的主要原因是： 因为链速和从动链轮角速度周期性变化，从而产生了附加的动载荷。动载荷也将愈大。从上述关系可以说明，链轮转速愈高、链节距愈大、链轮齿数念少，动载荷都将愈大。且知当转速、链轮大小一定时，也即链速一定时，采用较多的链轮齿数和较小的链节距对降低传动的动载荷是有利的。 当链节进入链轮的瞬间，链节和轮齿以一定的相对速度相啮合，从而使链和轮齿受到冲击并产生附加的动载荷。由于链节对轮齿的连续冲击，将使转动产生振动和噪声，并将加速 链的损坏和轮齿的磨损，同时增加了能量的消耗。链节对轮齿的冲击动能愈大，对传动的破坏作用也愈大。因此，从减少冲击能量看来，应采用较小的链节距并限制链轮的极限转速。 若链张紧不好，链条松弛，在起动、制动、反转、载荷变化等情况下，将产生惯性冲击，使链传动产生很大的动载荷。 主要参数的选择 1） 传动比 链传动的传动比一般 i8，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到 10(个别情况可到 15)。如传动比过大 ，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合，通常包角最好不小于120，传动比在 3 左右。 本混合机的传动比 i= 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 15 - 2） 链轮齿数 链轮齿数不宜过多或过少。过少时将： 1)增加传动的不均匀性和动载荷； 2)增加链节间的相转角，从而增大功率消耗； 3)增加铰链承压面间的压强 (因齿数少时，链轮直径小，链的工作拉将增加 )，从而加速铰链磨损等。过多时将缩短链的使用寿命。从增加传动均匀性和减少动载荷考虑，小链轮齿数宜适当多些。 链轮齿数太多将缩短链的使用寿命。因为链节磨 损后，套筒和滚子都被磨薄而且中心偏移，这时，链与轮齿实际啮合的节距将增长，链节势必沿着轮齿齿廓向外移，因而分度圆直径将由 d 增至 d+d，则链轮齿数愈多，分度圆直径的增量 d 就愈大，所以链节愈向外移，因而链从链轮上脱落下来的可能性也就愈大，链的使用期限也就愈短。因此，链轮最多齿数限制为 120。 在选取链轮齿数时，应同时考虑到均匀磨损的问题。由于链节数应选用偶数，所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数 ，因此本混合机选用链的齿数为：122 7 , 4 8。 3） 链速和链轮的极限 转速 链速的提高受到动载荷的限制，所以一般最好不超过 12m s。如果链和链轮的制造质量很高，链节距较小，链轮齿数较多，安装精度很高，以及采用合金钢制造的链，则链速也允许超过 20m s 一 30s。链轮的最佳转速和极限转速可取接近于最大额定功率时的转速为最佳转速。链速和链轮的极限转速 的计算见下文。 4） 链节距 链节距越大，链和链轮齿各部分尺寸也愈大，链的拉曳能力也越大，但传动的速度不均匀性、动载荷、噪声等都将增加。因此设计时，在承载能力足够条件下，应选取较小节距的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。一 般，载荷大、中心距小、传动比大时，选小节距多排链；速度不太高、中心距大时选大节距单排链。 链节距的选取见下文。 5） 中心距和链长 当链速不变，中心距小、链节数少的传动，在单位时间内同一链节的屈伸次数势必增多，因此会加速链的磨损。中心距大、链较长，则弹性较好，抗振能力较高，又因磨损较慢，所以链的使用寿命较长。但中心距如果太大，又会发生松无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 16 - 边上下颤动的现象，使传动运行不平稳。 合理布置链传动的原则简要说明如下： 两链轮的回转平面应在同一垂直平面内，否则易使链条脱落和产生不正常的磨损。两链轮中心连线最好是水平的，或与 水平面成 45以下的倾斜角，尽量避免垂直传动。以免与下方链轮啮合不良或脱离啮合。 属于下列情况时，紧边最好布置在传动的上面： 1)中心距 a30p和 i2的水平传动； 2)倾斜角相当大的传动； 3)中心距 a60P、传动比 i5的水平传动。 在前两种情况中，松边在上时，能有少数链节垂落到小链轮上或下方的链轮上，因而有咬链的危险；在后一种情况中，松边在时，有发生紧边和松边相互碰撞的可能。 6） 张紧方法 链传动中如松边垂度过大，将引起啮合不良 和链条振动现象，所以链传动张紧的目动不同，张紧力并不决定链工作能力，而只是决定垂度的大小。 张紧方法很多，最常见的是移动链轮以增大两轮的中心距。但如中心距不可调时，也可以采用张紧轮传动，张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上。不论是带齿的还是不带齿的张紧轮，其分度圆直径最好与小链轮的分度圆直径相近。不带齿的张紧轮可以用夹布胶木制成，宽度应比链约宽 5外还可用压板或托板张紧。特别是中心距大的链传动，用托板控制垂度更为合理 。 本链传动所使用的张紧方式为：张紧轮张紧。 7） 链传动的润滑 铰链中有润滑油时，有利于 缓和冲击、减小摩擦和降低磨损。润滑条件良好与否对传动工作能力和使用寿命有很大影响。 本 链传动的润滑方法 为： 润滑时，应设法将油注入链活动关节间的缝隙中，并均匀分布于链宽上。润滑油应加在松边上，因这时链节处于松弛状态，润滑油容易进入各摩擦面之间。链传动使用的润滑油运动粘度在运转温度下约为 20m s 40m s。只有转速很慢又无法供油的地方，才可以用油脂代替。采用喷镀塑料的套筒或粉末冶金的含油套筒，因有自润滑作用， 允许不另加润滑油。 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 17 - 5、参数计算 查机械设计手册可知： 该减速机效率 1 取 条的效率 2 取 链为闭式） 轴承的效率 3 取 子轴承） 机械总效率 a=1*2*3 =轴功率： P 主 =P*a =链轮功率： P 小 =P*1 =链轮功率： P 大 =P*1*2 =链轮与主轴相连其转速即主轴转速： 40 据公式： 1n/2n=1Z/2Z=i(传动比 ) 40/2n=27/48 2n=小链轮转速） （ 1） 、大链轮的设计： 大链轮初步选用 45 钢， 计算主轴的转矩： 根据公式 T=9550*P/n T=9550*0 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 18 - =M) 按扭距强度计算主轴的扭剪应力 根据公式 T/ 06P/(n t (n/式中 扭剪应力 T 轴承受的工作扭距 轴的抗扭截面模量 P 轴传递的功率 n 轴的转速 许用扭剪应力 查机械设计可知轴的常用材料的 及 A 值如下：表（ 1） 轴的材料： 20 45 120 3040 A 118107 160135 注：、上表中所列的 值及 A 值，当弯矩的作用较扭矩小或只受扭矩时， 取较大值， A 取较小值，反之 取较小值， A 取较大值； 、当用 35， 取较小值， A 取较大值 根据公式 T/ 得 06P/(n (n/ 主轴设计的公式为： 63 339 . 5 5 1 00 . 2 n n 上式中： A 值因材料的不同而异，可查上 表（ 1） 当轴上有键槽时，一个键槽其直径增加 3%， 2个键槽则增加 7%然后加以圆整； 上式计算主轴设计公式因为只适用于只受扭矩的传动轴，对于同时承受扭矩和弯矩的转轴来说，往往用来估算轴的直径， 无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 19 - 因为材料为 45 钢，且该混合机主要承受的只是扭矩而弯矩只是受本身重力而引起，所以 A 取较小值，取 118： 33 1 4 . 9 91 1 8 8 040n 初步定大链轮的中心孔为 80 2）、 小链轮的设计 按大链轮的设计方法同理可确定小链轮的尺寸： 小链轮的中心孔： dA3 /1183 71/=1183 =70 初定小链轮的中心孔为 70据两齿轮的传动比可查机床设计手册，两个链轮的齿形 采用套筒滚子链链轮， 按 手册可取大链轮参数如下： 节距： P 子直径 D 数 2柱测量距 0 量柱直径 (+) 齿形 按 链轮： 节距： P 子直径 D 数 1柱测量距 0 量柱直径 ) 齿形 按 3）、中心距的确定： 查手册可取 a=73锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 20 - （ 4） 选择相配的链条： 链条采用 204 该链条滚子直径是 20 级别 A 级 最低破载荷 Q（ 9000 是双排链，链宽为 94 每米重量 为 、 转子 的设计 作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承或滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主要用于作往复运动的机械中。 （ 1） 轴的分类 根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴三类。只承受弯矩，不承受转矩的轴称为 “心轴 ”；只承受转矩，不承受弯矩的轴称为 “传动轴 ”；同时承受弯矩和转矩的轴称为 “转轴 ”。 （ 2） 轴的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。 常用的碳素钢有 3050 钢，最常用的是 45 钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理 。不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可以使用275 钢。 合金钢具有较高的机械强度，可淬性也较好，可以在传递大功率并要求减少质量和提高轴颈耐磨性时采用。常用的合金钢有 121220408。 轴的材料也可采用合金铸铁或球墨铸铁。轴的毛坯是铸造成型的，所以易于得到更合理的形状。这些材料吸振性较高，可用热处理方法获得所需的耐磨性，对应力集中敏感性也较低。因铸造品质不易控制；故可靠性不如钢制轴。 本混合机的关键就是主轴转子，因为在该转子上还 焊有等距离的桨叶起中间部位选用空心轴，两端选用实心轴焊接而成。若中间轴也采用实心轴则会造成材料电力等浪费，转子与桨叶支架间的焊接不够牢靠，在转子中间段打通孔则浪费无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 21 - 材料，增加重量，选用刚度和强度足够的空心轴，这样可以减轻其重量，节约材料等资源，这样桨叶支架与空心轴间的衔接则更牢靠再加上焊接固定其位置，因为混合机的转速是 85r/转距较大，这样就可以避免实心轴的问题。 在一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度，对于机床主轴，后者尤为重要。高速转轴则还决定于它的振动稳定性；在设计轴时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计上还须满足其他一系列的要求，例如： 1)多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置； 2)为传递转矩，轴上零件还应作周向固定； 3)对轴与其他零件 (如滑动轴承、移动齿轮 )间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求； 4)轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺性； 5)对重型轴还须考虑毛坏制造、探伤、起重等问题。 （ 3）轴的结构设计 轴的毛坯 尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用很少。 为了减少质量或结构需要，有一些机器的轴 (如水轮机轴和航空发动机主轴等 )常采用空心的截面。因为传递转矩主要靠轴的近外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。但空心轴的制造比较费工，所以必须从经济和技术指标进行全面分析才能决定是否有利。有时为了节约贵重的合金钢或优质钢，或是为了解决大件锻造的困难，也可用焊接的毛坯。 轴颈、轴头、轴身 轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成：轴上被支承部分叫做轴颈，安装轮毂部分叫做轴头，联接轴颈和轴头的部分叫做轴身。轴颈和轴头的直径应该按规范取圆整尺寸，特别是装滚动轴 承的轴颈必须按轴承的内直径选取。轴颈的结构随轴承的类型及其安装位置而有所不同，轴颈、轴头与其相联接零件的配合要根据工作条件合理地提出，同时还要规定这些部分的表面粗糙度，这些技术条件对轴的运转性能关系很大。为使运转平稳，必要时还应对轴颈和轴头提出平行度和同轴度等要求。对于滑动轴承的轴颈，有时还须提出表面热处理的条件等。 从节省材料、减少质量的观点来看，轴的各横截面最好是等强度的。但是从无锡职业技术学院 毕业设计 (论文 )说明书 - 22 - 加工工艺观点来看，轴的形状却是愈简单愈好。简单的轴制造时省工，热处理不易变形，并有可能减少应力集中。当决定轴外形时，在保证装配 精度的前提下，既要考虑节约材料，又要考虑便于加工和装配。因此，实际的轴多做成阶梯形 (阶梯轴 )，只有一些简单的心轴和一些有特殊要求的转轴，才做成具有同一名义直径的等直径轴。 零件在轴上的固定 轴上零件常以其毂和轴联接在一起。轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定两类。 1）轴上零件的轴向固定 轴上零件轴向固定的方法有：轴肩 (或轴环 )、挡圈、圆螺母、套筒、圆锥形轴头等。轴肩结构简单，可以承受较大的轴向力；螺钉锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，在轴上零件两侧各用一个挡圈时，可任意调整轴上零件的位置，装拆方便， 但不能承受大的轴向力，且钉端坑会引起轴应力集中；当轴上零件一边采用轴肩定位时，另一边可采用套筒定位，以便于装拆；如果要求套筒很长时，可不采用套筒而用螺母固定轴上零件，螺母也可用于轴端；轴端挡圈常用于轴端零件的固定；圆锥形轴头对中好，常用于转速较高时，也常用于轴端零件的固定。为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合，应保证轴的圆角半径 毂孔的倒角高度C(或圆角半径 r)、轴肩高度 a 之间有下列关系： 00 250 375390 215 170 105 125 70 40 优质碳素钢 45 正火 100 170210 590 295 255 140 195 95 55 回火 100 300 162217 570 285 245 134 195 95 55 调质 200 217255 640 355 275 155 215 100 60 查机械设计手册可知以下数据： 弯曲，扭转时的尺寸系数 直径 碳钢 2030 3040 4050 5060 6070