多功能搅拌机设计

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1、装订线安徽工业大学 毕业设计说明书多功能搅拌机设计机械设计制造及自动化专业 吴胜（079054323）指导老师：吴玉国 教授摘要伴随着社会、科学技术的发展，越来越多的机械设备被应用于人们的日常生活中，从而大大的提高了生产效率，也使人们能从繁杂的、重复的琐事种解脱出来而只进行简单的控制操作就可以达到以前的工作效果。其中食品搅拌机就是一个典型的例子，由于食品搅拌机的广泛应用显著提高了食品加工的效率和质量，大大地降低了厨师们的劳动强度。但由于现在市场上出售的多功能食品搅拌机都存在设计比较复杂，操作不够简单，售价普遍偏高的缺点，于是设计一款设计简单易操作而同时成本较低的多功能食品搅拌机就显得迫在眉睫了

2、。 本课题设计的是一款多功能食品搅拌机，包括机头、机身、机座、电动机、料桶和搅拌器，向下输出装置连接搅拌器，电动机连接控制器，通过三角V带、行星架和行星齿轮的传动连接，实现多档输出。本实用新型操作方便，性能稳定、效率高、适用范围大。可广泛应用于面点房、宾馆、餐馆及家庭制作蛋糕、面点等各种食品的加工。 关键词：搅拌机 多功能 行星轮 皮带传动 开关磁阻电动机 Design of Multi-functional mixer abstract With the development of science and the society, more and more machinery equip

3、ment have been applied to peoples daily life. People can get rid of complicated and repetitious trifles in life but accompany the job more efficient than before by some simple control and operation. Among which, food muddler is such a typical machinery equipment. The wide application of food muddler

4、 obviously increases the efficiency and equality of food processing, and highly lowers cooks labor intensity. But, the selling multifunctional food muddlers on the market are generously designed complicatedly, operated intricately and priced highly. Thus, it is necessary to design a new multifunctio

5、nal food muddler which is simply and easily operated and with lower price. This thesis offers a new multifunctional food muddler which is composed by handpiece, frame, base, engine, vessel and blender. The food multiple-processing is realized by downward output unit linking to blender, engine to con

6、troller, and the driving motion of triangle V tape, planet carrier and planet gear. The new design is easy to operate and possesses stable property, high efficiency and broad range of application such as cake-making room, restaurant, hotel and ordinary family, for making cake and the processing of f

7、ood. Keywords mixer multi-function planet gear Belt transmission Switched Reluctance Motor38装订线安徽工业大学 毕业设计说明书第一章 绪论一、课题背景 人们膳食结构的调整和饮食习惯的改变，促进了食品工业的快速发展，同时也对食品工业提出了更高的要求。食品工业的现代化水平在很大程度上取决于食品机械的发展和现代化水平，先进、可靠的食品加工机械是现代食品加工的前提和先决条件，没有先进的现代化仪器和设备，就谈不上现代食品工业，也无法保证食品的安全。随着社会、科学技术的发展，越来越多的机械设备被用于人们的日常生活中

8、，促进了食品机械的现代化进程，从而大大的加快了生产效率，也使人们能从繁杂的、重复的琐事种解脱出来而只进行简单的控制操作就可以达到以前的工作效果。其中食品搅拌机就是一个典型的例子，由于食品搅拌机的广泛应用显著提高了食品加工的效率和质量，大大地降低了厨师们的劳动强度。但由于现在市场上出售的多功能食品搅拌机都存在设计比较复杂，操作不够简单，售价普遍偏高的缺点，于是设计一款设计简单易操作而同时成本较低的多功能食品搅拌机就显得迫在眉睫了。传统的搅拌机设计由于电动机的选择限制，其结构比较复杂，尤其是传动装置，传动比比较大，需要使用多级的减速结构，从而大大的降低了能源的使用效率。主要是因为传统的搅拌机所使用

9、的电动机一般是不可调速的，当使用在多功能搅拌机上时，往往很难实现多级调速或者是调速机构非常复杂。二、搅拌混合相关原理简述混合是使两种或两种以上不同的物质从不均匀的状态通过搅拌或是其他手段达到相对均匀状态的过程。混合操作是食品加工工艺过程中不可缺少的单元操作之一。如饮料、乳制品的配制，调味料的配制。均质是借助于流动中产生的剪切力将物料细化、将液滴碎化的操作，其作用是将食品原料的浆、汁、液进行细化、混合、均质处理，以提高产品的质量和档次，如冰淇淋等冷饮的生产都要对物料进行均质处理。混合后的物料可以是食品工业中的最终产品，但是搅拌混合也可以作为实现某种工艺操作的需要组合在工艺过程中，例如，可以用来促

10、进溶解、吸附、结晶等。被混合的物料常常是多相的，根据被混合物料的状态不同，可以将混合分为：（1） 液液相， 可以有互溶或乳化等现象；（2） 固固相， 纯粹是粉粒体的物理混合现象； 固液相，当液相多而固相少时，可以形成溶液或是悬浮液；当液相少而固相多时，混合的结果仍然是粉粒状态或是团粒状态；当液相和固相的比例在某一特定的范围内，可能形成粘稠状物料或是无定形团块； 气液相， 采用充气搅拌的目的，是使气体成为微细气泡，在液相中均匀分布。本多功能搅拌机的研究目的就是要既能完成液液相、气液相的混合， 也要能完成固液相的无聊混合。搅拌器是搅拌设备的主要工作部件。根据搅拌器的安装位置不同，有多种的安装形式。

11、不同的安装形式会产生不同的流场，使搅拌的效果有明显的差别。通常搅拌器安装的类型有以下几种：立式中心搅拌安装类型这种安装形式是将搅拌轴与搅拌器配置在搅拌桶的中心线上，呈对称布局。偏心式搅拌安装类型这种安装形式是将搅拌器安装在搅拌桶的偏心位置，倾斜式搅拌安装类型这种安装形式是将搅拌器安装在搅拌桶的上部边缘处，用夹板或是卡盘与搅拌桶边缘夹持固定。这种安装类型的搅拌设备比较灵活机动，使用维修方便，结构简单轻便。底部搅拌安装类型这种类型的搅拌设备，搅拌器安装在搅拌桶的底部。5、旁入式搅拌安装类型旁入式搅拌设备是将搅拌器安装在桶的侧壁上，这在消耗同等功率的情况下，能得到最好的搅拌效果。除了以上5种不同的搅

12、拌器安装类型外，还有一些其他类型的搅拌器，如卧式搅拌器。本次设计的多功能搅拌机主要用于打蛋和和面，考虑到其经济性和通用性，采用立式搅拌比较合理。立式中心搅拌的搅拌轴设置在桶的中心线上，工作时会在搅拌器附近产生明显的涡流回转区域，使搅拌不均匀、效果变差。而偏心式搅拌装置则可以显著的解决这一问题。能有效防止液体在搅拌器附近产生我留回转区域，使液流在各处的压力分布不同，从而加强了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的改善。所以本多功能搅拌机采用的是偏心式搅拌安装类型。第二章 总体方案论述本课题是要完成一款多功能搅拌机的设计工作，使其既能完成打蛋的工作，也能完成和面的工作。所采用的安装类型为偏心式搅拌结构

13、，多功能食品搅拌机，包括机头、机身、机座、电动机、料桶和搅拌器，向下输出装置连接搅拌器，电动机连接控制器，动力由电动机经过2级三角V带传递到行星架，再由行星架传递到行星轮上，从而使搅拌器转动，通过改变该电流的大小和通断电时刻，可改变转矩，改变转速，实现多档输出，达到搅拌的效果。其工作原理图如图21所示，搅拌器的运动轨迹图如图22所示。搅拌机的动力源选用开关磁阻电动机。开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，覆盖功率范围10W5MW的各种高低速驱动调速系统

14、，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。搅拌机的传动装置是采用2级三角V带传动，V带传动较齿轮等其他传动方式，其具有结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护等特点。三角带传动的不足之处，是皮带在工作时，由于带轮两边的拉力差以及相应的变形经差形成弹性滑动，导致带轮与从动轮的速度损失。过载时将引起打滑，使皮带的运动处于不稳定状态，效率急剧下降，磨损加剧，严重影响皮带的寿命。但作为搅拌机的传动装置，考虑到搅拌机的成本、简单易操作，选用三角V带作为搅拌机的传动装置更适合。搅拌器的安装形式采用的是偏心式搅拌结构，其实现形式是通过行星轮装置，将V带的动力传递到搅拌器上。行星

15、轮采用普通的渐开线圆柱齿轮，机架，机架是支撑和固定各部件的关键零件，在工作过程中需要承受很大的冲击载荷，所以要求机架必须具有足够的强度、刚度和稳定性，提升装置采用的是曲柄滑块机构。搅拌桶安装在滑轨上，转动曲柄，通过连杆带动滑轨移动，从而使搅拌桶能够上下移动，使物料得到充分搅拌。搅拌机的电气控制如图23所示。由设计要求可知，在搅拌机工作时，需要选择一种转速，高速、中档速或者是低档速。而同时只可以有一种转速，这就需要用到互锁装置，即保证三个接触器不能同时工作。在图23中，高档速接触器KM1的两个动断辅助触点分别串联在中档速接触器KM2和低档速接触器KM3的线圈电路中，而中档速接触器和低档速接触器的

16、动断辅助触点串联在高档速接触器的电路中。这样一来，当按下高档速启动按钮SB1时，高档速接触器线圈接通，主触电KM1闭合，电动机输出高档速。与此同时，连锁触点断开了中档速接触器KM2和低档速接触器KM3的线圈电路。因此，即使误按中档速启动按钮SB2或者低档速启动按钮SB3时，中档速接触器KM2和低档速接触器KM3也不能动作。图21 搅拌机结构原理图图22 搅拌器的运动轨迹图图23 搅拌机电气控制原理图第三章 具体零部件设计一、 搅拌机工作相关参数计算 电动机选为开关磁阻电动机，其额定输出功率为p=0.37kw，转速分为3档，分别为300 r/min、600r/min、900r/min。查取参考资

17、料【6】可得带传动的传动效率为=0.96，齿轮的传动效率为=0.98，则电动机输出的最大扭矩为=11.78；轴1所传递的扭矩为=39.12；轴1所传递的扭矩为=129.95；轴1所传递的扭矩为=63.83。传动装置的传动比计算由参看资料【10】可得行星轮传动的传动比计算公式为 选取行星架与行星轮之间的传动比为：那么内齿轮与行星轮之间的齿数比为=3行星齿轮机构的传动比，电动机的最低转速为300r/min，搅拌器的最低输出转速为50r/min，所以减速机构的传动比=12，带传动选用2级三角V带传动，传动比分别为、，=3.46，搅拌机的工作条件：每天工作8小时，一年工作300天，工作情况平稳，设计为

18、5年进行一次修理。二、 电动机选择开关磁阻电机（SRM，Switched Reluctance Motor）是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，覆盖功率范围10W5MW的各种高低速驱动调速系统，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。开关磁阻电机传动系统主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。开关磁阻电机不像传统的交直流电动机那样依靠定、转子绕电流所产生磁场间的相

19、互作用形成转矩和转速。它遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径闭合的原理，产生磁拉力形成磁阻性质的电磁转矩。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁导要有尽可能大的变化，一般采用凸极定子和凸极转子，即双凸极型结构，并且定、转子齿极数(简称极数)不相等。开关磁阻调速电机控制器工作原理是通过改变定子绕组供电电压来实现对电机的调速控制。开关磁阻电机因其起动力矩大、 起动电流小，可以频繁重载起动，无需其它的电源变压器，节能，维护简单，应用范围非常的广泛。电动机为定转子双凸极12/8齿结构，如图31所示。定子齿上有集中绕组，每四个齿的绕组相连接，构成A、B、C三相绕组。当某相绕组通电时，将产生一个使邻近转子齿与

20、该相绕组轴线相重合的电磁转矩。顺序对各相绕组通电（如ABCA），则可使转子连续转动。改变通电次序，可改变电动机的转向。控制该电流的大小和通断电时刻，可改变转矩，改变转速，还可以实现制动运行。图31 电动机结构图三、 带传动设计计算（一） 第一级V带传动设计由参考资料【5】的表87查得工作情况系数=1.0，所以计算功率=0.37kw根据、由参考资料【5】的表84a选用Z型V带，由参考资料【5】的表86和表88选取小带轮的基准直径=50mm，则V带的带速 =2.36m/s计算大带轮的基准直径=173mm，根据参考资料【5】的表88，将大带轮的直径圆整为=180mm，初定中心距=230mm，则V带所

21、需的基准长度： =840mm由参考资料【5】的表82选带的基准长度，则实际中心距 =210mm验算小带轮的包角 计算V带的根数Z由=50mm、=900r/min查参考资料【5】的表84a得=0.12kw，由=900r/min、=3.46和Z型V带查参考资料【5】的表84b得=0.02kw，查参考资料【5】的表85得包角修正系数=0.91，查表82得=1.00，那么单根V带的额定功率为 =(0.12+0.02)0.911.00 =0.127kwV带的数量Z =2.9选取V带数量为3。则V带的初拉力的最小值，由参考资料【5】的表83得Z型V带的单位长度质量单位长度质量q=0.06kg/m, =46

22、N如图32所示图32 V带轮受力图V带的实际初拉力，带轮上的压轴力最小值 =263N（二） 第二级V带传动设计由参考资料【5】的表87查得工作情况系数=1.0，V型带的传递效率=0.96，=260r/min，所以计算功率=1.00.960.37kw=0.355kw根据、由表84a选用A型V带，由参考资料【5】的表86和表88选取小带轮的基准直径=75mm，则V带的带速 =1.02m/s计算大带轮的基准直径=259.5mm，根据参考资料【5】的表88，将大带轮的直径圆整为=250mm，初定中心距=325mm，则V带所需的基准长度 =1184mm由参考资料【5】的表82选带的基准长度=1120mm

23、，则实际中心距 =293mm验算小带轮的包角 =计算V带的根数Z由=75mm、=260r/min查表84a得=0.26kw，由=260r/min、=3.46和Z型V带查表84b得=0.05kw，查参考资料【5】的表85得包角修正系数=0.91，查表82得=0.91，那么单根V带的额定功率为 =(0.26+0.05)0.910.91 =0.257kwV带的数量Z =1.38选取V带数量为2。则V带的初拉力的最小值，由参考资料【5】的表83得Z型V带的单位长度质量单位长度质量q=0.10kg/m， =152.1N如图33所示图33 V带轮受力图V带的实际初拉力，带轮上的压轴力最小值 =581.5N

24、（三） 带轮设计计算 由前计算可知，带轮1的公称直径为=50mm，带轮的最大转速为=900r/min，固其结构形式选为实心式，材料选用HT200，采用铸造的方式制成毛坯，再经过机床精加工得到符合要求的带轮，V带轮的轮槽选为与V带型号相对应的Z型槽； 带轮2的公称直径为=180mm，带轮的最大转速为=260r/min，其结构形式选为腹板式，材料选用HT200，采用铸造的方式得到带轮毛坯，再经过精加工得到符合要求的带轮，V带轮的轮槽选为与V带型号相对应的Z型槽； 带轮3的公称直径为=75mm，带轮的最大转速为=260r/min，其结构形式选为实心式，材料选为HT200，采用铸造的方式得到带轮毛坯，

25、再进过精加工得到符合要求的带轮，V带轮的轮槽选为与V带型号相对应的A型槽； 带轮4的公称直径为=250mm，带轮的最大转速为=75r/min，其结构形式选为腹板式，材料选用HT200，同样是采用铸造的方式得到带轮毛坯，再经过精加工得到符合要求的带轮，V带轮的轮槽选为与V带型号相对应的A型槽。四、 轴设计计算轴1受力分析轴1受力分析图：图34 轴1受力分析图为带轮3施加于轴1上的力；为带轮2施加于轴1上的力；为轴承1施加于轴上的力；为轴承2施加在轴上的力。 计算得到：=1983N ， =1664.6N，轴2受力分析当方向为向左时轴2受力分析图： 图35 当方向为向左时轴2受力分析图为带轮4施加于

26、轴2上的力；为轴承3作用于轴上的力；为轴承4作用于轴上的力；为行星架作用于轴上的力。 计算得到： =5067N, =5032N当方向为向右时轴2受力分析图：图36 当方向为向右时轴2受力分析图 经计算可得：=45.3N，=1172.8N轴3受力分析在正视图方向上的受力分析图：图37 在正视图方向上的受力分析图为行星轮作用于轴3上的力；为轴承5作用于轴上的里；为轴承6作用于轴上的力； 经计算可得：=1385.8N，=839.8N在左视方向上的受力分析图：图38 在左视方向上的受力分析图为搅拌物料阻力作用于搅拌器上。 经计算可得：=1851.1N，=4443.1N合成得：=2312.4N； =45

27、21.8N。五、 轴上件设计计算（一） 轴上轴承设计计算轴上轴承1的设计计算，根据搅拌机的工作条件可以得出轴承的预期寿命 =83005h=12000h；由前计算可知轴承1受力： =1983N；由参考文献【8】得到轴承1基本额定动载荷值计算公式为 由前计算可知轴1的转速为=260r/min，那么轴承1基本额定动载荷值=11.34kN；按照设计手册选择=14.0kN的6205轴承，其相关尺寸为：外径52mm，宽度15mm；轴上轴承2的设计计算，根据搅拌机的工作条件可以得出轴承的预期寿命 =83005h=12000h；由前计算可知轴承2受力： =1664.6N；由参考文献【8】得到轴承2基本额定动载

28、荷值计算公式为 由前计算可知轴1的转速为=260r/min那么轴承2基本额定动载荷值=9.52kN；按照设计手册选择的6205轴承，其相关尺寸为：外径52mm，宽度15mm；轴上轴承3的设计计算，根据搅拌机的工作条件可以得出轴承的预期寿命=83005h=12000h；由前计算可知轴承3受力： =5067N；由参考文献【8】得到轴承3基本额定动载荷值计算公式为 由前计算可知轴2的转速为=75r/min，那么轴承3基本额定动载荷值=19.1kN按照设计手册选择的6207轴承，其相关尺寸为：外径72mm，宽度17mm；轴上轴承4的设计计算，根据搅拌机的工作条件可以得出轴承的预期寿命=83005h=1

29、2000h；由前计算可知轴承4受力： =5032N；由参考文献【8】得到轴承4基本额定动载荷值计算公式为 由前计算可知轴2的转速为=75r/min，那么轴承4基本额定动载荷值=19.0N；按照设计手册选择=25.5N的6207轴承，其相关尺寸为：外径72mm，宽度17mm；轴上轴承5的设计计算，根据搅拌机的工作条件可以得出轴承的预期寿命 =83005h=12000h；由前计算可知轴承5受力： =2312.4N；由参考文献【8】得到轴承5基本额定动载荷值计算公式为 由前计算可知轴3的转速为=150r/min那么轴承5基本额定动载荷值=11.0kN，按照设计手册选择的6006轴承，其相关尺寸为：外

30、径55mm，宽度13mm；轴上轴承6的设计计算，根据搅拌机的工作条件可以得出轴承的预期寿命=83005h=12000 h；由前计算可知轴承6受力： =4521.8N；由参考文献【8】得到轴承6基本额定动载荷值计算公式为 由前计算可知轴3的转速为=150r/min那么轴承6基本额定动载荷值=21.5N按照设计手册选择=27.0kN的6306轴承，其相关尺寸为：外径72mm，宽度14mm；（二） 轴上键设计计算轴1上键的设计计算 轴与皮带轮之间连接选用普通圆头平键连接，根据轴径=20mm，选择键的截面尺寸为bh=66。轴上槽的深度为3.5mm，带轮上槽的深度为2.8mm，长度选为L=20mm,校核

31、其强度 键、轴、带轮的材料都选为45号钢，其许用挤压应力=100120MPa ，取其平均值=110MPa，键的工作长度=L-b=(20-6)mm=14mm，键与带轮上键槽的接触高度k=0.5h=0.56mm=3mm，由参考资料【5】得到普通平键的校核公式： ，校核键为： 所以键的选择是符合要求的轴2上键的设计计算 轴与皮带轮之间连接选用普通圆头平键连接，根据轴径30mm，选择键的截面尺寸为bh=108。轴上槽的深度为5.0mm，带轮上槽的深度为3.3mm，长度选为L=31mm，校核其强度 键、轴、带轮的材料都选为45号钢，其许用挤压应力=100120MPa，取其平均值=110MPa，键的工作长

32、度=Lb=(3110)mm=21mm，键与带轮上键槽的接触高度k=0.5h=0.58mm=4mm。 校核键为： 所以键的选择是符合要求的轴3上键的设计计算 轴与行星轮之间连接选用普通圆头平键连接，根据轴径=24mm，选择键的截面尺寸为bh=87。轴上槽的深度为4.0mm，行星轮上槽的深度为3.3mm，长度选为L=23mm；校核其强度 键、轴、带轮的材料都选为45号钢，其许用挤压应力=100120MPa ，取其平均值=110MPa，键的工作长度=Lb=(238)mm=15mm，键与带轮上键槽的接触高度k=0.5h=0.57mm=3.5mm，校核键为： 所以键的选择是符合要求的轴3末端销的设计计算

33、 由前计算可知，轴3所承受的扭矩=63.83，那么销所收的力F=4728N，销的材料选为45号钢，其许用挤压应力 ，取安全系数为1.3，那么销的横截面上的切应力为；曲柄的横截面面积为，所以销的直径=9.89mm；圆整取销的直径为d=10mm，六、 轴的尺寸确定轴1如图所示 ：图39 轴1尺寸段安装螺母以固定带轮3，轴径选为30mm，长度选为23mm；段安装带轮3，轴径选为28mm，长度选为32mm；段留有台阶以保证带轮2与带轮3之间的距离，轴径选为30mm，长度选为5mm；段安装有带轮2，轴径选为28mm，长度选为37mm；段安装有定位套、轴承，轴径选为25mm，长度选为35mm； 段制有螺纹

34、，用于安装螺母以将轴1固定于机架，轴径选为20mm，长度选为23mm。轴2如图所示：图310 轴2尺寸段制有螺纹，安装螺母用于固定带轮4，轴径选为30mm，长度选为33mm；段安装带轮4，轴径选为35mm，长度选为32mm；段留有轴肩，以保证带轮4与带轮3处于同一高度，其轴径选为38mm，长度选为43mm；段制有轴阶以固定轴于轴承上，轴径选为42mm，长度选为5mm；段安装轴承，轴径选为35mm，长度选为38mm；段安装定位套筒、行星架，轴径选为33mm，长度选为104.5mm；段安装螺母，将行星架固定于轴上，轴径选为30mm，长度选为33mm。轴3如图所示：图311 轴3尺寸段制有螺纹，安装

35、螺母将轴固定于行星架上，轴径选为24mm ，长度选为27mm；段安装行星轮，轴径选为27mm，长度选为43mm；段安装轴承、定位套筒，轴径选为30mm，长度选为46mm；段留有轴阶以将轴固定于行星架上，轴径选为37mm，长度选为5mm；段用于连接搅拌器，轴径选为27mm，长度选为100mm。七、 行星轮设计计算 在设计行星齿轮传动时，其主要参数（小齿轮分度圆直径和模数m等）先按类比法，即参照已有的相同类型的行星齿轮传动来进行初步确定，或者根据具体的工作条件、结构尺寸和安装条件等来确定。较常用的方法是按齿面接触强度初算小齿轮分度圆的直径或按轮齿弯曲强度初算齿轮模数m，按齿面接触强度初算小齿轮分度

36、圆直径由参考文献【8】得到小齿轮分度圆直径的初算公式： 算式系数，对于钢对钢配对的齿轮副、直齿传动，=768；啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩， ；使用系数，见参考文献【8】表67；综合系数，见参考文献【8】表65；计算接触强度的行星轮载荷分布不均匀系数；小齿轮齿宽系数，见参考文献【8】表66；齿数比，；实验齿轮的接触疲劳强度极限，按参考文献【8】图611图615选取，且取和中的较小值。 =85.11mm按齿根弯曲强度初算齿轮模数m由参考文献【8】得到齿轮模数m的初算公式： 算式系数，对于直齿轮传动，=12.1；使用系数，见参考文献【8】表67；综合系数，见参考文献【8】表65；计算弯曲强度的行星

37、轮间载荷分布不均匀系数，；小齿轮齿形系数，见参考文献【8】图622；齿轮副中小齿轮齿数；实验齿轮弯曲疲劳极限，按参考文献【8】图626图630选取，且取和中的较小值。 =2.09mm就近圆整取为m=2.5mm，则小齿轮的齿数：=34。八、 行星架设计计算 行星架是行星齿轮传动装置中的主要构件之一，行星轮轴或轴承就装在行星架上。当行星架作为基本构件时，它是机构中承受外力矩最大的零件。行星架的结构设计和制造对各行星轮间的载荷分配以至传动装置的承载能力、噪音和振动等有很大影响。行星架的合理结构应该是重量轻、刚性好便于加工和装配。其常见结构形式有双壁整体式、双壁分开式和单壁式三种。 双壁整体式行星架的

38、刚性好，通常用铸造和焊接方法得到结构和尺寸接近成品的毛坯，但必须注意消除铸造或焊接缺陷和内应力，否则将影响行星架的强度、加工质量及使用时可能产生变形。 双壁分开式行星架较整体式行星架结构复杂，主要用于传动比较小的情。 单壁式行星架结构比较简单，可容纳较多的行星轮，但由于行星轮心轴呈悬臂状态，受力情况不好。 本课题设计的多功能搅拌机，功率比较小，所采用的行星轮机构比较简单，所以选用单壁式行星架就可以满足要求。由参考文献【9】可得到行星架的厚度计算公式： c=0.5b； 行星轮的宽度c=0.5b=0.5 0.585.11mm =21.25mm 行星架的外径 行星轮与行星架间的中心距； 行星轮分度圆

39、直径， =238mm九、 内齿圈设计计算 不旋转也不浮动的内齿轮常用平键、圆销或螺栓连接在集体上，且与机体有精确的定位配合。有时为了保证制造精度，直接把内齿轮加工在机体上，这时机体的材料就按齿轮的要求确定。 旋转和不旋转的内齿轮可做成薄壁带孔结构的，以增加柔性，起缓冲和弹性均载作用。内齿轮的结构与安装方式和均载机构类型有关。还必须考虑插齿时的工艺因素。 为使内齿轮与行星轮正确啮合，内齿轮的模数选为与行星轮一致m=2.5mm，齿数为102。压力角选为。十、 搅拌桶设计计算 搅拌桶又称搅拌容器，其作用是为物料搅拌提供合适的空间，搅拌桶的桶体大多数是圆筒形的，下端采用椭圆抛物面的桶底， 搅拌容器通常

40、是立式安装的， 搅拌桶的几何尺寸确定 搅拌桶的几何尺寸是指搅拌桶的容积V、桶体的高度、内径以及壁厚等， （1）、搅拌桶的体积 工艺设计给定的容积，对直立式搅拌桶通常是指内桶体和下封头两部分的容积之和。本课题设计的多功能搅拌机的容积为10L。 （2）、搅拌桶的装液高径比 在确定了搅拌桶的容积后，必须选择适宜的容器装液高度和内直径之比值 ，以确定桶体的内径D和高度H。 选择装液高径比时应综合考虑三方面因素，即装液高径比对搅拌功率的影响和对传热的影响，以及物料搅拌反应特征对装液高径比的要求。 装液高径比对搅拌功率的影响 不同结构形式搅拌器的直径与搅拌容器内径通常有一定的比例关系。随着装液高径比的减小

41、，即装液高度减小而直径放大，搅拌器的直径相应放大，在搅拌轴转速一定的条件下，搅拌器的功率与搅拌器的直径的5次方成正比。因此，一般的搅拌过程，装装液高径比应考虑适当选得大一些，以避免随搅拌容器桶体直径的放大，搅拌功率无谓的损耗； 装液高径比对传热的影响 当搅拌容器的容积一定时，装液高径比愈大，则桶体盛料部分表面积愈大，桶的传热面积也就愈大；同时随装液高径比的增大，传热表面距桶体的中心就越近，物料的温度梯度就越小，愈有利于提高传热效率。因此从传热角度考虑，一般希望装液高径比取得大一些； 物料特性对装液高径比的要求 某些物料的搅拌过程要求通入桶体的空气与物料有充分的接触时间，需要有足够的液位高度。

42、综合考虑以上各因素，搅拌桶的高径比选为 =1.3。十一、 搅拌器设计计算 搅拌器又称搅拌桨或叫板叶轮等，它是机械搅拌设备的关键部件。在搅拌设备的机械工程设计以及新型搅拌设备的开发中，搅拌器的选型是十分重要的。搅拌操作涉及流体的流动、传质和传热，所进行的物理和化学过程对搅拌效果的要求也不同。搅拌器的选型从以下几方面考虑： 有类似应用，且搅拌效果较满意的可选择相同的搅拌器； 生产过程对搅拌有严格要求又无类似搅拌器型式可供参考时，则应对工艺、设备、搅拌要求、经济性等作全面评价。找出操作的主要控制因素，选择合适的搅拌器形式。 生产规模较大或新开发的搅拌设备，需要进行一定的实验研究，寻求最佳的搅拌器型式

43、、尺寸及操作条件。并经中试后才能应用于工业装置中。搅拌器的结构形状根据被搅拌物料的性质以及工艺要求决定。本多功能搅拌机设计要求是能完成低粘度物料搅拌同时也能完成中高黏度物料的搅拌。 高档速用于搅拌低黏度的物料，如稀蛋白液，如图312(a)。它由不锈钢丝制成鼓形结构，这类搅拌器搅拌时可造成物料液的湍动，但由于搅拌钢丝较细，故强度较低，只适用于工作阻力小的低黏度物料的搅拌。 中档速用于搅拌中等黏度的物料，如糖浆等，如图312(b)。该搅拌器采用整体锻造成网拍形，搅拌器外缘与搅拌器形状一致，它具有一定的强度，作用面积较大，可增加剪切作用。适用于中黏度物料的搅拌。 低档速用于搅拌高黏度的物料，如面粉等

44、，如图312(c)。选用钩形搅拌器。该搅拌器采用整体锻造，一侧形状与容器侧壁弧形相同，顶端为钩形。这种搅拌器的强度高，运转时各点能在容器内形成复杂运动轨迹，主要用于搅拌高黏度的物料。 （a） (b) (c)图312 搅拌器示意图十二、 提升装置设计计算 由前计算可知搅拌桶的高度为244mm，搅拌器的高度为180mm，则提升装置的导轨行程为64mm，搅拌器的下端部距离搅拌桶为10mm，曲柄的转动中心与导轨的水平距离为42mm，取连杆的长度为190mm，曲柄的的终止位置与水平方向成角，如图313所示： 图313 提升装置尺寸经计算可以得到曲柄的长度为35mm。 面粉的密度为，所以面粉的重量为10L

45、=12kg。按照和面时面粉的含水率为40%计算，那么面粉所含的水的重量为4.8kg。则面团的重量为16.8kg，取搅拌桶的重量为2.5kg。搅拌桶装入面团的总体重量为G=190N。以滑块为受力分析对象，如图所示 图314 提升装置收集分析 是连杆所收到的力，是滑轨对导轨的压力，是搅拌桶的重量，与是互余关系，即。由图可以列出方程式：可得连杆的拉力F=200.2N。45号钢的许用切应力为，选取安全系数为4，那么曲柄横截面上的切应力为；曲柄的横截面面积为，所以连杆的直径=3.57mm；圆整取连杆的直径为d=4mm，曲柄的横截面的厚度选为4mm，则其宽度为2.5mm，曲柄零件图见图315：图315 曲

46、柄摇杆的直径在摇杆的圆截面外缘上应力最大，由前计算可知连杆的拉力为F=200.2N，曲柄的长度为，那么摇杆上的扭矩为：，D12.1mm，曲柄与摇杆之间的固定，选用圆柱销连接，所以摇杆上开有一个销孔，应将摇杆的直径扩大20%，D=14.52mm，圆整取摇杆的直径为15mm。开口销选择；所以选择销的直径d=3.9mm，查参考资料【6】表圆整取为4mm，长度选为35mm。十三、 机架设计计算 机架的形状随搅拌器的安装类型分为立式和卧式。一般采用较多的机架为立式机架。立式搅拌设备传动装置是通过机架安装在搅拌设备封头上的，机架内应留有足够的位置，以容纳联轴器、轴封装置、提升装置等部件，并保证安装操作所需

47、要的空间。大多数情况下，机架中间还要安装中间轴承装置，以改善搅拌轴的支撑条件。机架下端采用螺柱与安装底盖连接。机架的型式可分为无支点机架、单支点机架和双支点机架。当电动机或减速器有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷，或者设置底轴承作为支点的轴承时，可以选用单支点机架，当在一些小功率和较小的轴向载荷等场合，可选用无支点机架，但电动机与变速器具备两个支点，并且必须同时具备选用单支点机架的条件。当不具备选用单支点或无支点机架的条件是，应选用双支点机架。 机体结构要根据制造工艺、安装工艺和使用维护的方便与否以及经济性等条件来决定。其结构尺寸由机架公称直径和搅拌轴轴径确定。对于非标准的、单间生产和要求重

48、量较轻的搅拌机，一般采用焊接机体。反之在大批生产时，通常采用铸造机体。本课题设计的立式多功能食品搅拌机的机架在工作过程中承受搅拌操作的全部负荷。搅拌器作行星运动，使机架受到交变偏心矩和弯矩的联合作用，因此，采用薄壁大断面轮廓焊接箱体结构来保证搅拌机的刚度和稳定性。十四、 轴封设计计算 轴封即搅拌设备传动轴的密封装置，是搅拌设备的一个重要组成部分。其功能是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空状态，阻止或减少工作介质向外泄漏以及外界杂质进入内部工作系统。搅拌设备常用的轴封结构有液封、填料密封和机械密封三种类型。（1） 液封 当搅拌设备内工作压力为常压，轴封的作用仅是为了防止灰尘与杂质进入内部工作介质

49、，或者隔离工作介质与搅拌设备周围的环境介质相互接触时，可选用液封。液封结构简单，没有与传动轴直接接触引起摩擦的零件。但为保证圆柱形壳体或静止元件与旋转元件之间的间隙符合设计要求，其密封部位零件的加工、安装要求较高。（2） 填料密封 是搅拌设备较早采用的一种转轴密封结构，具有结构简单、制造要求低、维护保养方便等优点。但填料易磨损，密封可靠性较差，一般只适用于常压或低压低转速、非腐蚀性或弱腐蚀性介质，并允许定期维护的搅拌设备。（3） 机械密封 机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封的装置，机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，

50、无需经常维修。但是机械密封对密封端面的平面度和粗糙度要求较高，其密封部位零件的加工、安装要求较高。 本设计的多功能食品搅拌机的工作强度较低，考虑到其经济性，使用普通的填料密封即可以取得较理想的效果。总结随着学期的推进，毕业设计的工作也渐渐进入了尾声，在这几个月的时间里，通过我自己的努力以及老师的耐心指导，完成了大学4年里最后的设计实践工作。本次毕业设计的课题是多功能搅拌机设计。本设计采用比较先进的开关磁阻电动机从而对传统搅拌机的传动系统重新进行全面的优化设计，开关磁阻电动机的优点是其可以进行比较大的范围内调速。运用这款电动机可以简单的实现多级调速，从而使传动机构大大的得到简化。通过具体参数的设

51、计计算，初步完成了本课题多功能搅拌机的设计工作，取得了较为满意的结果。这次设计是我第一次从理论构思到实践工程论证的设计，它使我更深刻的理解了在大学里学的知识，能够综合运用机械设计中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识。独立地分析和解决问题。期间，寻找有关的资料并且研究设计方案，进行设计的总体规划，理清设计思路，再将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中去，每一步都是一次很好的尝试。这其中难免会出现一些错误，这就需要在进行设计的过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题，不断地改正自己设计中的不足之处和错误，通过不断的设计尝试和反复地设计校核解决问题。多功能搅拌机设计是一

52、项非常综合的设计工作，各方面的问题都需要考虑周到。通过本次设计工作，使我们初步具备设计一款机械的能力。拟定总体的设计方案，完成各零部件的具体设计计算，即让我懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。它更是自己综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节。它要求我们能够充分运用机械设计制造、理论力学、材料力学、CAD制图、公差配合和大部分的专业课的知识。这为今后从事的设计工作打下良好的基础。也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写说明书等基本技能的一次实践机会。这次实践是对自己大学四年所学的一次全面的检查、巩固和提高，使我明白自己

53、只是还很浅薄。由于在学习过程中不够到位，能力有限，加上实际经验明显不足，虽然设计过程中很多错误被纠正、克服了，但是设计中难免还有很多不足之处，希望各位评委老师和同学给予指正与建议。 参考文献【1】朱秀娟. 多功能搅拌机传动装置的创新设计J.佛山.2010.7【2】冯忠绪，王卫军，姚运仕，赵利军，汪建卫.搅拌机合理转速研究J.西安.2006.3【3】陈志平，章序文，林兴华.搅拌与混合设备设计选用手册M.北京.化学工业出版社2004.5【4】肖旭林.食品机械与设备M.北京.科学出版社.2006.7【5】濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）M.北京.高等教育出版社.2006.5【6】吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册（第三版）M.北京.高等教育出版社.2006.5【7】张展.减速器设计选用手册M.上海.上海科学技术出版社.2002【8】饶振纲.行星齿轮传动设计M.北京.化学工业出版社.2003.9【9】张展，张弘松，张晓维.行星差动传动装置M.北京.机械工业出版社.2008.12【10】孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）M.北京.高等教育出版社.2006.5【11】刘鸿文.材料力学（第四版）M.北京.高等教育出版社.2004.1