雙軸槳葉式混合機(jī)

?0催命技尊隗機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課題作業(yè)題目雙軸槳葉式混合機(jī)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級12級卓越班姓名武國良學(xué)號1666120129指導(dǎo)教師孟令啟日期： 2014.10.29摘要隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，復(fù)合肥廠規(guī)模不斷擴(kuò)大，對混合機(jī)混合均勻度的要求不斷提高隨著飼制液體添加量增加，傳統(tǒng)的臥式雙螺帶混合機(jī)已不能滿足上述要求.于是新一代高性能雙軸槳葉式混合機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生從而雙軸槳葉式混合機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。該機(jī)器廣泛用于飼料、糧食、化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)中粉狀、顆粒狀、片狀、雜狀及粘稠狀物料的混合；混合周期短、混合均勻度高：一般物料準(zhǔn)0?90S時(shí)間內(nèi)混合均勻度CV^5%；減少了混合時(shí)間，提高了飼料廠生率；裝填量可變范圍大：裝填系數(shù)可變范圍為0.3?0.8,適用與多行業(yè)中不同比重、粒度等物料的混合；混合不產(chǎn)生偏析：該機(jī)在1分鐘內(nèi)混合均勻后，繼續(xù)混合物料不發(fā)生分級現(xiàn)象，且不會(huì)因?yàn)楸戎亍⒘６鹊任镄圆顒e大而產(chǎn)生析；出料快、殘留量?。旱撞坎捎盟拈_門結(jié)構(gòu)，排料迅速、殘留少；液體添加量大：添加30%的液體仍能將物料混合均勻，即能混合粘稠物料；采用獨(dú)特的鏈條張緊機(jī)構(gòu)，裝拆、調(diào)節(jié)快捷而方便；排料門密封可靠：排料門采用氣囊密封，密封可靠、使用壽命長，更換方便；采用叩形混合室，內(nèi)置風(fēng)道，整體式機(jī)座，側(cè)置檢修門，造型美觀，裝拆檢修方便。關(guān)鍵詞：槳葉式復(fù)合肥混合機(jī)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章設(shè)計(jì)任務(wù) 1\o"CurrentDocument"第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容 1\o"CurrentDocument"2. 1結(jié)構(gòu)與原理 1\o"CurrentDocument"2. 2混合機(jī)殼體的計(jì)算 1\o"CurrentDocument"2.2.1容積(V)的計(jì)算 22.2.2混合室有效容積各部分尺寸的確定 2\o"CurrentDocument"2. 3葉片設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"23.1槳葉的形狀的設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"23.2葉片的安裝方式 3\o"CurrentDocument"23.3葉片參數(shù)的確定 423.4葉片安裝角的確定 4\o"CurrentDocument"23.5槳葉與軸的配合 5\o"CurrentDocument"23.6槳葉與軸的材料選擇和連接方式 6\o"CurrentDocument"2. 4轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"2 4.1兩轉(zhuǎn)子的安裝關(guān)系 6\o"CurrentDocument"2 4.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的確定 7\o"CurrentDocument"2. 5出料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"2 5.1出料機(jī)構(gòu)工作原理 7\o"CurrentDocument"2 5.2放料機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì)和選擇 9\o"CurrentDocument"第四章總結(jié) 13\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 14第一章設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一種適用于食品、醫(yī)藥、化工、建材、塑料、肥料等行業(yè)的粉體混合，可進(jìn)行固-固混合、噴加液體混合的混合機(jī)。并具有適用物料范圍廣，混合精度高，混合速度快，混合過程溫和，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，不污染環(huán)境，安裝、使用、維修保養(yǎng)方便的特點(diǎn)。根據(jù)參考有關(guān)書籍，我們設(shè)定主要技術(shù)參數(shù)如下：產(chǎn)量500KG電動(dòng)機(jī)功率11KW。第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1結(jié)構(gòu)與原理該雙軸混合機(jī)主要由兩根相反旋轉(zhuǎn)的軸以一定的相位排列及由安裝在軸上面的槳葉構(gòu)成。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，一側(cè)軸上的槳葉將物料甩起隨其一道旋轉(zhuǎn)，另一側(cè)軸上的槳葉利用相位差將一側(cè)甩起的物料反向旋轉(zhuǎn)甩起。這樣，兩側(cè)的物料便相互落人兩軸問的腔內(nèi)。從而物料在混合機(jī)的中央部位形成了一個(gè)流態(tài)化的失重區(qū)（見圖1）度安裝，且以低圓周速旋轉(zhuǎn)。物料被提升后形成了旋轉(zhuǎn)渦流，這種處于失重狀態(tài)下的渦流產(chǎn)生混合作用。使物料快速、充分均勻地混臺運(yùn)動(dòng)著的物料。雖然是固體，但其表現(xiàn)卻象流體一樣。由于槳葉以一定的角安裝，且以低圓周速轉(zhuǎn)，使物料快速、充分、均勻地混合。圖-1物料混合運(yùn)動(dòng)示意圖2.2混合機(jī)殼體的計(jì)算依據(jù)該餛合機(jī)兩根槳葉軸的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)殼體為獨(dú)特的w型結(jié)構(gòu)，外型框如圖2圖-2雙軸混合機(jī)殼體示意圖2.2.1容積⑺的計(jì)算根據(jù)混合機(jī)的理論，混合機(jī)的最佳混合批量應(yīng)以物料剛好達(dá)到轉(zhuǎn)子中心線為佳、而對于新型獨(dú)特的雙軸機(jī)，要求其能在滿負(fù)荷下工作（即其生產(chǎn)能力超過其設(shè)計(jì)能力），則其充滿系數(shù)應(yīng)在0.2?1.4范圍內(nèi)，依據(jù)公式：v=G （1）ir9式中：V—混合機(jī)有效容積（m3）G一批次混合量（500公斤/批）r一物料容重（飼料r=500kg/m3）9—充滿系數(shù)（取9=0.6）2.2.2混合室有效容積各部分尺寸的確定混合機(jī)的混合室有效容積結(jié)構(gòu)如圖2中所示。將混合室容積分成圓柱體與長方體的組合，依據(jù)幾何關(guān)系得：.一兀 1 兀V'=2—D;L+冗］D;L-—D;L） （2）式中：V'—混合室有效容積（V，=V1=1.67m3）D一半邊“W”型殼體內(nèi)徑（mm）L一殼體長度（m）為了造型美觀，將殼體的長寬比定為黃金分割比，艮即D1：L=0.618 (3)由⑵⑶得：V'=V=1.67=(-兀+1)D2D12 (4)1 8 2 10.618根據(jù)對殼體的設(shè)計(jì)計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)如下：混合機(jī)有效容積V=1.67m2W型殼體內(nèi)徑D1=802.88mm殼體的長度L=1235.2mm2.3葉片設(shè)計(jì)23.1槳葉的形狀的設(shè)計(jì)根據(jù)物料特性及工藝要求定，對于有液體添加的混合物料，槳葉應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單的形狀，以減少卸料及清理困難。此外，為減小物料阻力，還應(yīng)盡量縮短槳葉切割邊長度，由于在面積相同的情況下，正方形的周長較短，所以槳葉的形狀應(yīng)設(shè)計(jì)成正方形或接近正方形為宜。為保證槳葉與機(jī)體內(nèi)壁的間隙均勻一致，槳葉頂端邊線應(yīng)設(shè)計(jì)成橢圓弧線。23.2葉片的安裝方式葉片的安裝方式是保證雙軸混合機(jī)性能的關(guān)鍵，安裝不恰當(dāng)，就不能達(dá)到期望的憂越性能；叉根據(jù)物料流態(tài)化區(qū)的形成機(jī)理及圖-3葉片安裝示意圖軸的受力均衡情況，初定每螺距上安裝四個(gè)葉片.安裝角為(待定).如圖3所示。23.3葉片參數(shù)的確定如圖3示，設(shè)葉片長為L,寬為c.軸向投影長度為b,徑向投影為a.葉片安裝角為a考慮葉片轉(zhuǎn)子的平衡穩(wěn)定性，葉片在軸上的安裝數(shù)目應(yīng)取偶數(shù)，又因?yàn)槊柯菥嗌嫌兴膫€(gè)葉片故：a=L/4K(K=2,4,6…) (5)上式中：a一葉片徑向投影長度(mm)L一混合機(jī)殼體長度(L=1235.2mm)k?偶數(shù)因子(取k=4)則式(5)：a=1235.2/16=77.2(mm)根據(jù)圖2的幾何關(guān)系：c=a/SINa (6)23.4葉片安裝角的確定混合室內(nèi)的物料顆粒除了受電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸葉片上力的作用外，還受物料粒子問的摩擦力及物料粒子與殼體的摩擦作用而產(chǎn)生復(fù)雜的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，設(shè)其合成運(yùn)動(dòng)速度^V、在圖-4物料顆粒運(yùn)動(dòng)示意圖軸線上的速度為勺由，圓周上的速度為V周運(yùn)動(dòng)示意圖如圖4：如圖4所示，依據(jù)幾何關(guān)系V合二ABXSINa-FCOSpAB=2nRn/60V合=2nRn/60-SINa：COSpV軸=V合COS(a+P)=竺D1-擋色COS(a+p) (7)60cosp式⑺中：n—葉片軸轉(zhuǎn)速(r/min)D1-半邊殼體的內(nèi)徑(mm)a—葉片安裝角p—物料顆粒的摩擦角角(p=23°s28°)對于雙軸混合機(jī)，要達(dá)到其晟佳的混合效果，最大限度地降低動(dòng)力消耗，使物料能形成流態(tài)化的失重區(qū)，應(yīng)使物料的離心力(mW2R)小于重力(mg),mW2R<mg.W=2nn/60 (8)由上式(8)n<42蘭8(D1=802.88mm)31n<47.21(r/min)即混合機(jī)轉(zhuǎn)于的臨界轉(zhuǎn)速n臨＜47.21(r/min).那么由轉(zhuǎn)速n導(dǎo)致的物料顆粒軸向速度V也應(yīng)有一個(gè)極大值。顯然，要求得式(6)的v軸的極大值，只需對安裝角(a)求一階導(dǎo)數(shù)。然后令dv軸/da=0即可。TOC\o"1-5"\h\zdV軸n兀D1 1= ? [COSa?COS(以+p)-SINa?(以+p)]da 60COSpn兀D1 1? COS(2a+p)=060COSp因?yàn)閪——豐0,—-—豐0(p=23。~28。)60 COSp所以cos(2a+p)=0得：2a+p=n/2或2a+p=-n/2(舍去)取p=24°.則有a=33°，即葉片的安裝角a=33°.則上式(6)C=a/SINa=77.2/SIN33°=141.65(mm)23.5槳葉與軸的配合機(jī)體內(nèi)并排裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由軸和多組槳葉組成，每組槳葉有兩片葉片，槳葉一般呈45。角安裝在軸上，只有一根軸最左端的槳葉和另一根軸最右端的槳葉與軸線的夾角小于其它槳葉，目的是讓物料在此處獲得更大的拋犧而較快地進(jìn)入另一轉(zhuǎn)子作用區(qū)。槳葉通過支撐桿固定在軸上，軸一般在中段采用空心軸，兩端為實(shí)心軸端，以減輕自重，改善受力狀況。槳葉與軸的配合如圖5所示圖-5槳葉與軸的配合示意圖23.6槳葉與軸的材料選擇和連接方式槳葉與支承桿間采用焊接方式連接。焊接件加工簡單，裕量小，受力也較明確，同時(shí)焊接的剛度大，整體性好。在此槳葉與支撐桿選用0號鋼，該材料有較高的強(qiáng)度和較好的韌性，焊接性中等，熱處理方式為正火。軸采刖5號鋼，該材料具有良好的綜合力學(xué)性能，熱處理方式為調(diào)質(zhì)。支撐桿與軸間采用過渡配合，使支撐桿固定在軸上。2.4轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)24.1兩轉(zhuǎn)子的安裝關(guān)系根據(jù)兩轉(zhuǎn)子的受力分析及葉片的受力對性.采用兩轉(zhuǎn)子葉片間相切及相位為180°的安裝方式.如圖6所示

圖-6兩轉(zhuǎn)子安裝關(guān)系示意圖24.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速11的確定據(jù)有關(guān)資料介紹.混合機(jī)葉片末端線速度范圍國內(nèi)為V=0.8?162(m/s)；日本RM公司為V=1?1.2(m/s)；美國SW公司為V=09?125(m/s)；挪威Forberg公司為0.85?1.28(m/s)由于挪威Forberg公司生產(chǎn)的雙軸混合機(jī)最早取得成成功，這里試取V=0.85s1.28進(jìn)行計(jì)算。由上式(7)知2兀Rsin以= n? v合60cosp因?yàn)閂合即為葉片末端的線速度。所以：0.85<|堅(jiān)D1?蘭螞<1.28(D1=2R)60cosp解上式得：34.31(r/min)<n<47.68(r/min)又因?yàn)閚臨<47.21(r/min)所以34.31(r/min)<n<47.21(r/min)即該(500公斤/批)混合機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速應(yīng)在34.31(r/min)<n<47.21(r/min)范圍內(nèi)。具體轉(zhuǎn)速要視電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)比而定。2.5出料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)25.1出料機(jī)構(gòu)工作原理該機(jī)底部設(shè)有兩個(gè)出料門.一般采取大開門結(jié)構(gòu)，門體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮位置微

調(diào)結(jié)構(gòu)，必要時(shí)，可方便地調(diào)節(jié)門體位置，使門體緊貼于機(jī)槽底部，保證出料門位置正確，密封可靠。門框周圍還應(yīng)設(shè)置橡膠密封件，門關(guān)閉時(shí)，門體側(cè)面緊貼密封件，防止機(jī)內(nèi)物料泄漏，密封件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮更換問題，以便橡膠條損壞或老化后更換方便。兩個(gè)出料門由控制機(jī)構(gòu)控制，分別控制出料門的開關(guān).該機(jī)構(gòu)采用一只氣缸同時(shí)控制兩排料門開關(guān)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用一個(gè)與氣缸塞桿鉸接的雙聯(lián)主動(dòng)搖桿，其兩端分別與兩連桿鉸接，氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩從動(dòng)搖桿同時(shí)相向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩排料門同步開關(guān)動(dòng)作。出料門裝在聯(lián)動(dòng)軸上，該軸與從動(dòng)搖桿連接。圖-7控制放料口開關(guān)的機(jī)構(gòu)示意圖1-支桿12-連桿13-雙聯(lián)主動(dòng)搖桿4-連桿25-支桿26-氣缸座7-氣缸8-活塞桿計(jì)算該連桿機(jī)構(gòu)的自由度：F=3n-(2p+P「P')-F'F一自由度n—活動(dòng)構(gòu)件P—低副LP—高副P'—虛約束F'一局部自由度得出結(jié)果F=1,所以該機(jī)構(gòu)的是運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的可動(dòng)機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件為活塞桿。圖-89-放料門10-密封圈 11-殼體支桿1和支桿2分別與兩個(gè)聯(lián)動(dòng)軸鉸接，同時(shí)聯(lián)動(dòng)軸與放料口連接在一起。當(dāng)氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，雙聯(lián)主動(dòng)搖桿從而推動(dòng)從動(dòng)搖桿帶動(dòng)放料口的開關(guān)。25.2放料機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì)和選擇氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算選用彈簧復(fù)位氣缸，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，氣缸的尺寸設(shè)計(jì)如下：圖-9根據(jù)力平衡原理，如圖9所示的單向作用氣缸活塞桿上輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為：兀F1=4D2Pq-F-FF-彈簧反作用力tF-活塞桿上的推力1D-活塞直徑P-氣缸工作壓力F-氣缸工作時(shí)的總阻力Zq-載荷率，主要考慮保證氣缸動(dòng)態(tài)特性參數(shù)及總阻力。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取門二0.3~0.5，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值；若氣缸動(dòng)態(tài)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，可只考慮其總阻力，其載荷率可取q=0.7~0.85根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選取D=100mm。由于《和「相對于F1非常小，可取它們?yōu)?。又因?yàn)榛旌蠙C(jī)在工作時(shí)轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，q=0.7~0.85，所以：F=-D2Pq=-x0.01x50000x0.7=274.7514 4活塞桿的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿的直徑。dJ互，兀。'P式中F-氣缸的推力1bp-活塞桿材料的許用應(yīng)力bp二氣/Sab-材料的抗拉強(qiáng)度S-安全系數(shù)S>1.4選用材料Q235，Q235的抗拉強(qiáng)度為370-500MPA，取氣二400.可得：d>34.37所以活塞桿的直徑取35mm。根據(jù)機(jī)械零件手冊，選用型號為QGS的氣缸，設(shè)計(jì)行程為400mm。于是在計(jì)算時(shí)我們認(rèn)為活塞桿的長度為400,直徑為35。在實(shí)地測量后得出了該機(jī)構(gòu)其他零件的數(shù)據(jù)，詳見各零件的零件圖紙。這些桿件均由自由鍛造加工成型。自由鍛造是采用通用工具或在鍛造設(shè)備的上下此間進(jìn)行鍛造，金屬只有部分表面受到工具的限制。材料選用Q235，該材料的強(qiáng)度與韌性有較好的配合，鍛造性，沖壓性以及焊接性良好，熱處理為淬火加回火。在設(shè)計(jì)時(shí)，初定入與（3點(diǎn)的中心距為1000mm，AB與BC的夾角為120°，從而計(jì)算出AB和BC的長度約為578mm。EE圖-10根據(jù)固定鉸鏈的的中心位置，通過作圖法設(shè)計(jì)出各桿的長度尺寸，如圖10。各桿的尺寸詳見零件圖。連桿的強(qiáng)度校核:6=—=一竺一=0.29Mpa<q=375MpaS兀x0.01752 bF故安全。各桿間通過螺栓和螺母進(jìn)行鉸接，規(guī)格選用M20。由于螺母為標(biāo)準(zhǔn)件，直接選用。桿5和桿1與軸通過鍵相連接，采用A型普通平鍵。平鍵的尺寸如下：BxHxL=32x18x100（mm）R=b/2桿1和桿5是通過兩根直軸控制放料門的開關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)所用的軸為光軸。光軸形狀簡單，加工容易，應(yīng)力集中源少。該軸兩端有兩個(gè)鍵槽，用來安裝鍵，一端連接連桿機(jī)構(gòu)，一端連接放料門。材料選用40cr，熱處理方式為調(diào)質(zhì)，6B=640Mpa，6S=355Mpa。光軸的長度為箱體的長度1235.2mm，光軸的直徑由經(jīng)驗(yàn)選取60mm。軸承的選擇軸承的作用是支撐軸及軸上的零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支撐之間的摩擦和磨損。因?yàn)闈L動(dòng)軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)