1966_小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计
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黄河科技学院本 科 毕 业 设 计 (论文) 任 务 书工 学院 机 械 系 机械设计制造及其自动化 专业 2008 级 3 班学号 080105650 学生 杜 炳 指 导 教 师 杨 汉 嵩 毕业设计(论文)题目小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计 毕业设计(论文)工作内容与基本要求(目标、任务、途径、方法,应掌握的原始资料(数据) 、参考资料(文献)以及设计技术要求、注意事项等)一、设计技术要求、原始资料(数据) 、参考资料(文献)搅拌器是化工生产中经常使用的设备,该设备可以代替手动搅拌对人体有毒或对皮肤有伤害的化工原料,结构简单,使用方便,在化工生产应用比较广泛。本课题要求利用三维软件,设计出一个小型搅拌器搅拌器,容积在 1000 升左右,工作平稳灵活,使用方便,并对关键零部件进行工艺设计。在做本课题时,需要查阅机械制图、机械设计、化工工程与设备、机械制造工艺学等资料,结合实际情况,进行设计。二、设计目标与任务利用三维软件对搅拌器进行设计,并完成其装配图与部分零件图造型图,查阅文献资料不少于 12 篇,其中外文资料不少于 2 篇。1、文献综述一篇,不少于 3000 字,与专业相关的英文翻译一篇,不少于 3000 汉字。2、毕业设计说明书一份,内容与字数都不少于规定的任务量。3、图纸若干(折合后不少于 A1 图纸 3 张,可以用计算机绘图) 。4、包含本次设计的所有内容的光盘一张。毕业设计(论文)撰写规范及有关要求,请查阅黄河科技学院本科毕业设计(论文)指导手册 。三、时间安排1-4 周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案设计5-11 周 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书12-13 周 修改论文、资格审查等14 周 毕业答辩毕业设计(论文)时间: 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日计 划 答 辩 时 间: 2012 年 5 月 19 日专业(教研室)审批意见:审批人签名:1黄河科技学院毕业设计开题报告表课题名称 小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计课题来源 教师拟订 课题类型 AX 指导教师 杨汉嵩学生姓名 杜炳 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105650一、调研资料的准备根据任务书的要求,在做本课题前,查阅了与课题相关的资料有:机械设计、机械制图、机械制造工艺学、机械设计手册、机械设计课程设计手册、化工工程与设备与毕业设计指导等以及与设计相关的手册。二、设计的目的与要求 毕业设计是大学教学中最后一个实践性教学环节,通过该设计过程,可以检验学生所学的知识,同时培养学生处理工程中实际问题的能力,因此意义特别重大。 根据所确定的工艺规程进行相应总体设计及其主要零部件设计,绘制模具总装图及主要零部件图等图纸,用 pro/e 画出装配图与部分零件图型。三、设计的思路与预期成果 1、设计思路先整体后部分,先大概后具体。 (1)首先按照工艺条件、搅拌目的和要求,选择搅拌器型式,选择搅拌器型式。(2)按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态,工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求,通过实验手段和计算机模拟设计,确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。(3)按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件,从减速机选型表中选择确定减速机机、联轴器、机架型号。(4)按照安装形式和结构要求,设计选择搅拌轴结构型式,并校检其强度、刚度。2、预期的成果(1)设计出既符合使用要求又经济合理的数控工作台;(2)完成文献综述一篇,不少与 3000 字,与专业相关的英文翻译一篇,不少于 3000 字;(3)绘制装配图和部分零件图;(4)完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份;(5)刻录包含本次设计所有内容的光盘一张。2四、任务完成的阶段内容及时间安排1 周2 周 收集设计资料并完成开题报告3 周4 周 完成英文资料翻译并写出文献综述5 周6 周 进行总体设计和部分零部件的选择与设计7 周10 周 绘制装配图和部分零件图、用 pro/e 绘制三维立体图、编写毕业设计说明书11 周 修改整理,准备答辩五、完成设计所具备的条件因素本人已修完机械设计、机械制图、机械制造技术基础、机械制造工艺学与毕业设计指导等课程,借助图书馆的相关文献资料,以及相关的网络等资源。 指导教师签名: 日期: 课题来源:(1)教师拟订;(2)学生建议;(3)企业和社会征集;(4)科研单位提供课题类型:(1)A工程设计(艺术设计) ;B技术开发;C软件工程;D理论研究;E调研报告 (2)X真实课题;Y 模拟课题;Z虚拟课题要求(1) 、 (2)均要填,如 AY、BX 等。单位代码 0 2 学 号 080105650 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计文献翻译院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 杜 炳指 导 教 师 杨 汉 嵩2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 1 页 快速碰撞检测方法,以便在虚拟环境中的互动组合夹具装配设计彭高粱 侯鑫 吴崇 金天国 张序堂收稿日期: 2008 年 5 月 27 日接受日期:2009 年 4 月 21 日发表于:2009 年 5 月 9 日施普林格出版社 2009 年伦敦有限公司摘要: 碰撞检测是在虚拟现实系统的模拟现实和自然的对象行为的一个基本组成部分。在本文中,混合的空间分解方法和边界体积法提出了建立一个虚拟环境,以协助组合夹具装配设计。基于组合夹具的特点,提出一个新的空间对象级别的分解方法。从几个组合夹具设计系统显示性能测试结果表明,与其他通用算法相比,该方法的一个重要优势是其简单的信息表示和预处理成本低。关键词:碰撞检测 虚拟装配 组合夹具 空间分解 包围体1 引言虚拟现实(VR)成为一个在工业产品的发展期间非常普遍的平均值。虚拟现实提供的援助是明显的,因为用户可以在一个非常自然的方式中1-3进行虚拟样机交互。VR 在制造应用中拥有很大的潜力,VR 在实际生产中在致命的错误发生之前将其解决,以防止产生巨大的成本。VR 应用已经获得了国际上越来越多的关注。夹具设计的一个重要组成部分是技术和工艺生产准备所需的总时间(成本) 。夹具的设计是一个需要知识和经验的非常复杂的、直观的过程。模块化夹具是制造业的重要方面之一。适当的夹具设计对产品质量的精度、准确性和加工零件的完成是至关重要的。组合夹具是一个可以安全和准确位置的夹住,并支持工件整个加工过程的系统互换和高度标准化的组件设计。传统上,夹具设计师依靠经验或使用反复试验法来确定一个合适的夹具方案。由于潜在的高度,在一个虚拟环境(VE)的“现实”的经历,VR 基于模块化夹具设计在设计夹具上有一个自然的和有启发性的方式的优点,提供更匹配的工作条件,减少前置时间,一般夹具的生产力和经济性有了一个显著增强。为了实现这一目标,VR 系统必须有能够模拟现实和自然物体的能力。首先,作为一个夹具设计的基本要求,应该是在夹具、元件和机床之间没有碰撞;必须保证不渗透到其他的对象。因此,快速交互碰撞检测(CD)算是法建立在这样一个 VR 系统的基础上黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 2 页 然而,碰撞检查对于一个复杂的 VE 是需要大量计算的。研究人员已经解决了一些“万能”的算法,以减少计算成本。但是,这些算法往往需要辅助数据结构,并需要大量的预处理时间成本。此外,这种算法的执行情况非常复杂。因此,在组合夹具的特点和实际需求以及研究的基础上,我们开发了一个“特殊”的 CD 算法来尽可能的降低 VR 的组合夹具装配设计的相关费用。 。2 相关工作在过去几年中,尽了很大的努力来解决各种类型的交互式三维图形和场景的 CD 问题。对于充满了 n 个对象的工作区,最明显的问题是所有对象里 O(n2)的检测碰撞问题,如果 n 数是巨大的,这是费时且不能忍受。因此,需要一些必要的技术,以减少计算成本。一般来说,CD 算法包括两个主要步骤,即广泛的相位和缩短周期。第一阶段的目标是过滤掉不可能的互动的对对象,并确定对象在整个工作区潜在的互动。第二阶段是执行更准确的测试,以确定在第一阶段的选定对象部分之间的碰撞,而且如果有必要,找到原始的几何元素(多边形)的接触对,并计算重叠的距离。对于 CD 算法,关键是要减少对需要检查的对象或基元。因此,许多不同的技术已被用来使粗粮检测,其中最流行的空间分解和边界卷。在空间分解方法,环境分为空间层次空间划分网格。根据它们落入该地区聚集层次的环境中的物体。然后检查这些对象通过测试的交汇重叠网格,像八叉树,BSP 树,kd 树等以分层方式使用这种分解可以进一步加快利用空间分割方法导致了碰撞检测的过程,但有极高的存储需求。边界体积(BV)的方法是使用在以前的计算机图形算法,以加快计算和渲染过程。几何对象 BV 是一个简单卷,封闭的对象。通常情况下,BV 类型是 axisaligned 盒(的AABB) ,球,方向包围盒(OBB) 。该系统利用的 AABB 的 AABB 方法是计算简单,并允许高效率的重叠查询,它通常被用在层次结构,但它也可能无限逼近他们的边界,留下大的“空角落。 ”该系统利用的 AABB 包括 I-COLLIDE,QCOLLIDE,SOLID 等碰撞球是另一个自然的选择,因为它是一个对象的近似对偶非凡简单测试重叠,更新为一个移动的物体是微不足道的。然而,类似于 AABBs 领域,因为他们可能无穷的逼近所蕴涵的对象。相比之下,OBB 是在三维空间中任意方向的矩形边界框。OBB 在理想的情况下,可黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 3 页 以重新定位等,它是能够尽可能紧地附上一个对象。换句话说,OBB 的是最小的边界任意方向盒,可以附上的几何问题。在执行快速甩负荷试验时这种做法是非常好。所谓的 RAPID 可以干扰检测是在 OBB 已建成的基础上,比 AABB 更接近于几何形体。OBB 的缺点在于其缓慢的更新和方向感。大多数与 CD-相关的研究是纠缠于 “万能”算法,并发现一些文献中有在一个虚拟装配等特殊应用发展 CD 的方法,开发。其实,一个快速和互动的碰撞检测算法是允许设计者在虚拟装配环境将零件或部件进行组装和拆卸操作的基础。菲格雷多提出了一个更快的算法确定在虚拟样机环境下的三维装配模型表面之间的精确碰撞的碰撞检测算法的广义和狭义的阶段。该算法使用重叠 AABB 式的 R-树的数据结构来提高碰撞检测的广义和狭义阶段的性能。这种方法是这样一个虚拟空间分散的对象。此外,R-树的数据结构是密集的。斯特凡从事连续碰撞检测方法在桌面虚拟样机中处理刚性多面体对象的研究工作。而这样一个 4D 的方法是只处理已知的移动物体的路径。尤其是,该算法是计算密集型的,它只能在高端计算机上运行。碰撞检测是在多轴联动数控(NC)加工复杂的加工环境的关键问题。干扰检测和避免在数控加工仿真上已经有很多以前的工作。王开发辅助图形的多轴数控加工碰撞检测方法。在此方法中,用于加工环境扑杀和两相碰撞检测策略的组合。调查上述研究提供了各种有效的技术开展多边形模型的碰撞检测。然而,这些流行的算法针对一般的多边形模型,大部分需要昂贵的预处理或大型系统内存或,或者他们他们全部,以此来提高性能并满足实时要求。因此,当这些算法利用在桌面 VR 应用系统,如模块化夹具设计,实时性要求不能得到良好保障。对于 CD 的研究可以建立在计算机辅助夹具设计方面。胡-提出了一种快速干扰的算法,检查加工刀具和夹具单位之间,以及夹具单位之间,以取代目测的方法。此外,库马尔的工作25,以自动无干扰的组合夹具装配设计,加工干涉检测来完成,通过刀掠固体的使用刀波及体积方法的基础上的。然而,这些算法是静态干涉检查能力和应用 CAD 软件包。3 算法概述3.1 演算法的要求我们的目的是开发基于桌面 VR 模块化夹具装配设计系统,其中设计人员可以选择黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 4 页 合适的夹具元件,并把它们像“积木”一样放在一起生成夹具结构, 。没有具体的夹具元件,他/她可以测试不同的结构方案,并最终设计出一个可行的能满足功能要求配置的夹具。为了留住在工程应用中的“现实”的高度,有一个 CD 算法进行模块化夹具配置设计的三个主要要求:1.精确和快速:在装配和拆卸操作的模拟,寻找精确的碰撞是一项重要的任务,为实现现实的行为。当用户交互的装配零件或组件,静态模型“飞”的对象可能会发生碰撞,因此系统必须立即找出“碰撞”事件。两个检查点之间的间隔时间应该是足够近,以达到更好的性能。否则,当物体移动速度非常快,他们可能会在检查前出现,这将减少身临其境的感受。此外,在组合夹具装配设计过程中,设计师选择元素和组装他们到合适的位置或拆卸他们改变夹具配置。一旦元素被组装或拆卸, “静态”环境模型更新。因此,CD 会检查模型需要重组。所以在预处理时间不要太长,否则,建议系统的性能将受损严重,一定的“手感光滑”无法实现。2.低系统要求:寻找在 3D 环境中的碰撞是费时。在某些情况下,它可以很容易地消耗高达 50的总运行时间。然而,在组合夹具的设计工作区,还有其他一些耗时的任务,如设计过程控制和推理,几何约束自动识别和解决等等。尽管由于数以千计的多边形的 3D 虚拟原型的复杂性,检查程序设计的 CD,必须做到实时系统资源的需求相对较低。3.硬件成本低:为了实现更广泛的工程应用,建议组合夹具装配系统设计运行在普通 PC 机上,如流行的 CAD 商业软件。虽然许多研究已在从事开发硬件加速 CD 算法,它利用特殊的图形硬件像图形处理单元一样,处理计算碰撞,从而使系统的 CPU 可以被释放。不过,我们不打算采用这种方法,只能从软件实现优化性能。本研究的目标是创建一个 CD 算法3.2 模块化夹具分析本研究的目的是制定一个协助在组合夹具装配虚拟设计操作的 CD 算法。为了简化算法,并获得高性能,模块化夹具的特点,应仔细地研究。1.组合夹具装配设计:组合夹具装配设计的任务是根据设计的夹具计划选择合适的夹具元件和组装配置的过程。因此,基于虚拟现实的组合夹具装配设计的 CD 问题可以表述为:一个移动的物体与静态环境中的对象(组装元素)在离散时间(组装元素或单位)之间的路口检查。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 5 页 2.夹具元件形状:形状规则的模块化夹具元件可分为三种类型,即块、气缸、气缸体。其他复杂的装配单元可被视为这三个元元素组成。这是众所周知的 OBB 的 AABB和球体紧密。此外,当一个对象在 VE 改变它的位置和方向,其 OBB 不需要重建。因此,我们可以构造 OBBs 的模块化夹具元件脱机存储元模型的属性。模块化夹具结构在装配设计过程中,这些属性可以直接检索,从而可避免运行时构造包围体的复杂工作。3.夹具元件布局:一个模块化的夹具系统配套单位,有定位单位和夹紧装置组成。这些单位在底板固定的位置上,并提供相应的功能。在底板平行投影视图,各单位都安排在某种“地区” 。此外,为了满足夹具点的高度要求,一个单位往往利用封锁支持一定数量元素对象来切断联系。因此,在垂直方向的底板,元素奠定了层次。因此,我们可以分解元素的布局功能方面的空间。3.3 算法流程图根据上述特点模块化夹具的算法的设计,是以降低组合夹具装配设计的复杂性和满足基于虚拟现实的要求。在预处理阶段,一旦一个元素或部件组装或拆卸,基于层投影模型(LPM)是建立在这些组装元素 OBBs 的方面。这样的 LPM 用于检查时,一个新的 CD 对象在组装。就像传统的 CD 的方法,提出的算法包括两个步骤,即:广阔的阶段和窄阶段。广大阶段是不能过滤相交的对象。在这个阶段,它决定了对象在同一子空间,其在防止LPM 重叠和他们 OBBs 的轮廓相交。这些成对的对象是精确在未来的窄阶段的基于多边形的碰撞测试。测试在广大阶段,可能会在任何时候停止,如果没有找到路口,这有助于抑制许多非相撞或琐碎的碰撞案件。在狭窄的阶段,碰撞检测算法,将计算对象之间的几何网格的详细交集。如果被发现,没有交集多边形的碰撞不会发生,活动对象可以保持移动。否则,当发现重叠,相关反应(建议的制度,它突出的对象和不回跟踪)可能出现。单位代码 0 2 学 号 080105650 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计文献综述院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 杜 炳指 导 教 师 杨 汉 嵩2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 1 页 前言搅拌设备使用历史悠久,应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单,但实际上,它所涉及的因素却极为复杂。搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散,从而达到均匀混合;也可以加速传热和传质过程。搅拌操作的例子在化验室里制备某种盐类的水溶液时,为了加速溶解,常常用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。搅拌设备在工业生产中应用范围很广,尤其在化学工业中,很多化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合是作为反应器。例如在三大合成材料的生产中,搅拌设备作为反应器,约占反应器总数的 90%。其他如染料、医药、农药、油漆等行业,搅拌设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备作乐调查及功率测试,结果是许多湿法车间的动力消耗 50%以上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这么广泛,还因搅拌设备操作条件(如浓度、温度、停留时间等)的可控制范围较广,又能适应多样化的生产。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中,异种原油的混合调整和精制,汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合,使原料液或产品均匀化。化工生产中,制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料和油漆颜料等工艺过程,都装备着各种形式的搅拌设备。搅拌设备在化学纤维生产中,如聚酯、尼龙等生产中就有很多种类。功率从 0.0937KW,转速从 6.51500rpm,种类繁多,桨叶的型式也多种多样。在建筑工业上,石灰、水泥的搅拌也得到了非常广泛的应用,但是在少量水泥、沙子和水一起搅拌的时候大多数还停留在手工搅拌的工序上,造成了大量的原材料的损失和环境的污染。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 2 页 一 搅拌器的发展20 世纪 90 年代末 , 四川西昌锌业公司在中浸工段使用了一台美国莱宁公司的搅拌机 , 浸出槽容积 50 m , 配备电机功率 715kW, 取代了原国产 1815 kW 搅拌机。经过试用 , 该机性能优越。此后, 美国莱宁搅拌机在国内许多工厂得到应用, 均获得一致好评。进口高效节能搅拌机得到了充分的肯定 , 其优越的运行性能及节能性能为有目共睹。然而 , 其市场普及应用速度远不如想像的快 , 国内低效能搅拌机仍然占据主要地位。究其原因 , 其实很简单: 进口高效搅拌机价格不菲, 大量使用令生产厂家不堪承受。同时 , 国内许多厂家并不期望长的使用效果 , 更主关心尽可能小的投资及短期的经济效益。另外 , 过高的价格大大削弱了高效搅拌机的节能性能。国内厂家迫切需要一种新型的搅拌机 ,它具有与进口高效搅拌机相同或接近的运行性能及节能性能 , 同时具有与常规搅拌机竞争的市场价格。浙江恒丰泰减速机制造有限公司是一家颇具实力的国内减速机及搅拌机制造公司在向市场推销其产品时 , 他们看到了国外先进的搅拌机 , 也意识到了与别人的差距 , 立志开发高效节能型搅拌机 , 与国外企业竞争。昆明有色冶金设计研究院长期从事有色冶金工厂的设计工作 , 对冶炼工艺及搅拌机有着丰富的技术资源及实践经验 , 可与恒丰泰一起进行高效节能搅拌机的开发。罗平锌电股份有限公司长期进行电锌生产 , 有着丰富的经验 , 他们在 2002 年使用了 5 台美国莱宁公司的高效节能搅拌机 , 对高效节能搅拌机体会颇深 , 希望看到国产高效节能且价格便宜的搅拌机投入使用。上述 3 家单位决定共同开发新型高效节能搅拌机 , 由恒丰泰公司进行投资试制 , 昆明院提供技术支持 , 罗平锌电提供试验槽及样机测试并提供运行报告 , 对样机提出修改意见等。2002 年初 , 恒丰泰生产的第一台高效节能搅拌机抵达罗平 , 安装在 50 m 搅拌槽上 , 取代原 1815 kW 搅拌机。经过一段时间的试运行 , 其运行性能良好 , 搅拌性能基本达到设计要求。然而 , 这台机器离大家的期望值尚远。主要缺点是: 机体大而高 , 外形与原用的摆线针轮式搅拌机相差不大 , 与相邻的莱宁搅拌机更是不堪一比 ; 搅拌效果不如原来使用的好 , 与莱宁机也有一定的差距。虽然电机功率达到国外先进水平 , 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 3 页 但此机尚不能称为成功。在第一台样机的基础上 , 三方提出了各自的看法及改进意见 , 经过充分讨论及技术分析 , 产生了一个综合的改进方案: 减速机部分重新设计 , 采用体积小、性能优越的 LFY 型减速机 , 使搅拌机外观小巧 , 提高转速增加搅拌强度; 搅拌浆叶进行改进 , 提高搅拌性能。2002 年 9 月 , 恒丰泰公司制造的第一台 LFY 型硬齿面减速机式搅拌机配备该公司研制的高效 GBT 螺旋搅拌器抵达罗平安装在另一台50 m 浸了槽上 , 配备电机功率为 715 kW, 取代原 1815 kW 搅拌机。经过试运行 , 该机的各项性能均达到设计要求。经过几个月的生产使用 , 罗平锌电公司对该机作出运行使用报告 , 确认其具有运行(平稳、噪声小 其附近操作人员无明显噪声)感觉 、搅拌性能优越的特点。该机的整体性能已基本达到进口机的水平。罗平锌电公司随后向恒丰泰公司订购了一批 LFY 型搅拌机。在取得成功后 , 恒丰泰公司再接再厉 ,进一步对样机进行了局部的改进 , 使该机更为小巧美观。在产品推向市场的过程中 , 该机受到使用厂家的重视 , 许多厂家纷纷订购 , 表示出今后购买的意向。目前 , 该机已在国内十几个厂家使用。20 世纪 90 年代以后 , 世界先进的搅拌机制造公司陆续亮相中国 , 美国、德国、法国、芬兰等国际知名的搅拌机制造公司 , 逐渐被国人所了解。它们的产品美观精致、噪声小、经久耐用 , 更为令人惊叹的是, 这些机器异乎寻常地节能。以 50 m 搅拌槽为例 , 国内普遍生产使用的搅拌机配备的电动机功率为 181522 kW, 而美国莱宁公司配备的电机只需 71511 kW。再如 100 m 净化槽 , 国内产品配备 3745 kW 的电动机 , 美国莱宁公司只配备 22 kW 的电机。以德国 IKA 公司及瑞士 KIEMATICA AG 公司为代表的欧洲各国 , 在搅拌、分散、混合的技术领域 , 创新与发展走在了世界的前列。从流体力学的角度分析流动混合特性 , 可将欧洲搅拌机分为二类。一类是以改善宏观循环状态为目的 , 在搅拌机上装有抽气罩壳。另一类是以流体内部的局部区域产生剪切流为目的的高剪切搅拌机。有罩壳的搅拌机:这类搅拌机的特点是: 搅拌器装在罩壳内 , 随着搅拌轴的高速动转 , 液体从罩壳上方卷入 , 下方吐出 , 液体流动模型为向下流动的轴流型 。物料和槽底碰撞 , 致使液体破碎 , 促进了混合效果。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 4 页 搅拌机的结构特征:1、搅拌机的罩壳上下开放 , 罩壳壁上开有横沟槽或者是一条条窄缝 , 亦或是罩壳不开缝。2、搅拌叶的型式常见的有: 倾斜式三叶桨片及两叶的螺旋桨式。应根据具体的搅拌要求来选用。3、罩壳的上部、下部以及周(围都可设置不同形状的挡板 ), 目的是抑制液面上产生旋涡 ,避免空气的卷入。4、当加粉体物料时 , 可将粉体加料管直接插入罩壳 , 由于罩壳内强烈的液体紊流 , 使得加入的粉罩壳挡板体不聚团 , 能迅速分散于液体中。因此结构最适于固体的分散、溶解 , 效果十分理想。高剪切型搅拌机这类搅拌机的主要特点及机理是: 将搅拌机的罩壳做成类似于梳状的许多窄缝 , 并称之为定子 , 而位于罩壳内的搅拌叶作为转子。转子与定子的间隙很小 , 一般为011 mm015 mm。转子以 15 m/ s21 m/ s 的转速高速运转 , 从而产生极大的抽吸力 , 将液体从窄缝状罩壳的上方、下方吸入壳内 , 再从其侧面吐出。当液体通过定子与转子之间的狭窄缝隙时 , 受到高剪切力的作用而破碎 , 达到分散混合及乳化的效果。值得一提的是 , 关于破碎机理 , 还有一种解释为: 流入罩壳的液体在流出时 , 和窄缝状的罩壳剧烈碰撞 , 产生高频率的声波 , 致使液体分裂破碎。但目前未见这方面定量分析的研究报道。如果能将作用于液体的声波频率。强度与搅拌转速及罩壳窄缝形状的关系定量化 , 则这类搅拌机的用途将会进一步扩大。1、定子、转子的结构特征作为转子的搅拌翼 , 其形式有涡轮式、带锐边的三爪式或圆柱面的梳齿状 , 目的是提高剪切效果。柱面梳状搅拌翼可以做成一层 , 二层或多层 , 应根据不同的分散、乳化细度要求来选用不同的形式。定子的形式为柱面细小窄缝梳状 , 并可根据物料的黏度来调整缝的宽窄 , 一般细缝适合于低黏度液体 , 宽缝适合于高黏度液体。此外 , 定子也可以做成多层 , 与多层的转子啮合 , 共同完成剪切乳化作用。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 5 页 德国翰德乐推出带有自动清理筛孔的双轴筛式搅拌机在重粘土工业原料处理中占有重要的地位 ,这是由于其具有除杂质、搅拌、均化、揉搓及蒸汽处理等多重作用 ,当然 ,其最重要的作用还是除去原料中的杂质。原料经过双轴筛式搅拌机时 ,在封闭的双缸内原料被三螺旋头的绞刀推出筛板 ,原料中的杂质如石块、木屑、树根、杂草、塑料等就会被筛板挡住 ,并聚集的杂质箱内。筛孔中的杂质再由工人用手清理掉 ,工作量很大且浪费很多时间。针对以往双轴筛式搅拌机存在的弊端 ,德国翰德乐公司推出了带有自动清理筛孔的双轴筛式搅拌机。新型双轴筛式搅拌机装有活动的可以清理筛子的由导轨控制的耙子 ,搅拌机工作时 ,耙子不工作。当已被堵塞筛孔的筛板被干净的筛板替换下来时 ,耙子就自动清理筛板 ,将杂质聚集在杂质箱内。新型双轴筛式搅拌机的推出 ,再次证明了“设计中小小的改进往往会产生巨大的效果” 。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 6 页 二 搅拌器的工作加工原理、特点及应用范围搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层,对液体产生搅拌作用,或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比,仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的,对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件,所以在处理腐蚀性液体,高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中,大多数的搅拌操作均系机械搅拌,以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。搅拌设备在工业生产中的应用范围很广,尤其是化学工业中,很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中,搅拌设备作为反应器约占反应器总数的 99%。 。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛,还因搅拌设备操作条件(如浓度、温度、停留时间等)的可控范围较广,又能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下:使物料混合均匀;使气体在液相中很好的分散;使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀的悬浮;使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化;强化相间的传质(如吸收等) ;强化传热。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中,异种原油的混合调整和精制,汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中,制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、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。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 7 页 三 搅拌机的结构搅拌机主要结构为马达、减速机、机架;搅拌器包含联轴器、转轴、轮叶等,本页面针对其大部结构简单说明如下 1、马达马达之选用除其最基本之输入电源条件外,首当要注意其安装环境,包刮室内、室外及搅拌物之物性闪火条件,分别指明屋内型、屋外型、防爆等级条件(安全增防爆或耐压防爆);甚至为气动马达等。本公司将针对不同环境提供最专业与安全之选配。 2、减速机由於减速机种类繁多,结构与效率值异同,价格相对差异也大,安装方式与现场空间可亦可能有所受限,本公司提供数十种不同机型,分别将负载之轻重机型搭配不同之减速机,一则节省成本,再则可提供高负载机型之需求。 3、机架由於液体混合中产生激烈之动负载,搅拌机之运动稳定性及寿命取决於支撑机架之结构,转速、黏度、容量等条件将是考虑因素。我们针对轻负荷、中负荷及重负荷均提供专用之型号,所有机架均采用精密加工以增加其稳定运转,全密闭设计并可完全保护配件受环境之腐蚀之顾虑,并延长其寿命。由於结构成本差异极大,帮客户慎选合适机型可以达到既经济又实用之目的。 4、安装贴版直接与桶槽接触之法兰面,容易受液体喷溅、气体之腐蚀,因此材质之选择极为重要。本公司可以为客户打造最合适之安装选择。 5、轴封压力容器、反应槽及有毒、恶臭等容器都必须做隔离与气密,一般可为机械轴封、格兰轴封、油封或特殊复合式隔离设备。并完整考量其适用材质、维修及运转过程之冷却条件等。 6、联轴器连结传动轴与搅拌器之稳定运动,我们提供结构坚固之 CF 型凸缘式联轴器,让搅拌器能与搅拌机扎实又直线结合在一起,轻型搅拌设备并提供 CO 型套管式以供选择。特殊运用时并可设计为专用之快速拆解设计。 7、搅拌轴可采实心轴或管材,经校直处里。於高转速环境下可作精车或研磨加工,协助客户选择最适当之材质,设计最佳之轴径搭配,并配合做抛光或包衬处理。 8、搅拌叶搅拌器叶片之选择决定其搅拌效果之优劣,本公司备有数十种不同形式之叶片可供客户选择,并可针对特殊用途设计专用之叶片。举凡材质选用、加工包黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 8 页 覆处理皆可做最佳之服务。 9、水中轴受当搅拌器需要高速运转、阻力极大之高黏度混合,或置放於较深之桶槽运动时,必须考虑於中段或底部支撑。除考虑其与液体接触之防腐蚀材质及耐磨耗条件外,拆装更换耗材简易是本公司著重之设计重点。部份容器本身因涂装及材质受限无法加装支撑轴受条件时,本公司并可提供不同之设计。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 9 页 总 结在搅拌混合技术领域 , 特别是在强化搅拌改良实用装置方面 , 工业发达的欧美各国以及日本处于世界领先地位。对于搅拌技术的研究已不仅仅局限于传统单一的搅拌操作 , 也不仅仅满足于提高搅拌效率 , 而是向着多功能多目的的搅拌方向发展 , 即在同一搅拌作用下 , 完成反/应、分散、破碎、均一及乳化等多种过程 , 目的是以更短的操作时间 , 更少的动力消耗以及更低的设备投资来取得更高的搅拌效率 , 这就是当今世界搅拌混合技术的发展趋势。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 10 页 参考文献1李孝明.中国液压挖掘机产品市场发展状况与 2000 年市场预测D,建设机械,2000.2璞良贵、纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2000.3陈宜通.混凝土机械M.北京:中国建材工业出版社,2002.6.4成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2000.5Mamoru Kanda,Tokyo;Teruo Udagawa,Kathuichi Numagami,both of Fukaya;all of Japan.Dual Shaft Pan Mixer.United States Patent,1998.6 Masuda Riichi,Watanabe Masayasu,Yoshida Motoaki,Yamamoto Akihiro,Sasaki Hiroyuki. Two-Shaft Concrete Mixer.JP11221818.1999-08-17.7冯忠绪.混凝土搅拌理论与设备M. 北京:人民交通出版社 ,2001.8王卫中. 双卧轴搅拌机工作装置的试验研究D. 西安:长安大学 ,2004.9姚运仕.双叶片搅拌机参数优化及其试验研究D.西安:长安大学 ,2004.单位代码 0 2 学 号 080105650 分 类 号 TH6 密 级 毕 业 设 计 说 明 书小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析院 ( 系 ) 名 称工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 杜 炳指 导 教 师 杨 汉 嵩2012 年 5 月 6 日 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 I 页小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析摘要搅拌设备使用历史悠久,应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单,但实际上,它所涉及的内容却极为广泛。本文介绍了小型搅拌器设计的基本思路和基本理论,分析了搅拌器的基本结构及其相关内容及搅拌器的运动和其动力装置。通过对搅拌器的基本设备的描述和对其基本工作原理、作用和功能等相关文献的参考,从而对小型搅拌器的设计加以综述。用 pro/e 设计软件对搅拌器的零部件和整体进行三维设计。并对关键的零部件进行了工艺分析。关键词:传动装置,联轴器,支承装置,电动机,减速器 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 II 页The 3D Design of Small Blender and the Process analysis for the Key componentsAuthor:Du BingTutor:Yang HansongAbstractThe equipment of pulsator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry,petroleum industry,architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness,but actually, the ingredient it involved are plaguy complexity. Tht text introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design,and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator.Overpass describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment principle,function and operation,thereby summarize the design of small pulsator. Using Pro/e software to draw a stirrer on the components and the overall three-dimensional image. And the analysis of key parts of the process.Key word: Gearing,Join shaft ware,Bearing device,Electromotor,Reducer 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 III 页目 录1 绪论 .11.1 搅拌设备应用及作用 .11.2 搅拌物料的种类及特性 .11.3 搅拌装置的安装形式 .21.4 毕业设计的意义 .32 搅拌器罐体结构设计 .42.1 罐体的尺寸确定及结构选型 .42.2 内筒体及夹套的壁厚计算 .52.3 搅拌器的选型 .73 传动装置选型 .93.1 选择电动机功率 .93.2 确定电动机转速 .93.3 减速器的选择 .93.4 确定传动装置的总传动比和分配传动比 .103.5 计算传动装置的运动和动力参数 .104 传动系统的总体设计 .124.1 高速级直齿轮传动的设计计算 .124.2 低速级直齿轮传动的设计计算 .164.3 用 pro/e 绘制齿轮的三维图形 .204.4 圆柱齿轮的加工工艺分析 .255 减速器轴及轴承装置、键的设计 .275.1 高速轴及其轴承装置、键的设计 .275.2 中间轴及其轴承装置、键的设计 .345.3 低速轴及其轴承装置、键的设计 .405.4 用 pro/e 绘制轴承的三维图形 .466 搅拌轴的设计与校核 .496.1 轴的结构 .496.2 轴的材料 .49 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 IV 页6.3 搅拌轴的计算 .506.4 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求 .506.5 轴径的最后确定 .506.6 轴轴的加工工艺分析 .517 搅拌器附件的选择 .537.1 搅拌器的轴封装置 .537.2 结构选择及计算 .547.3 液体进料管 .557.4 设备支座的选择 .55结论 .57致谢 .58参考文献 .59附录 .60附录 A 齿轮的加工工艺过程 .60附录 B 轴的加工工艺过程 .61 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页1 绪论搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散,从而达到均匀混合;也可以加速传热和传质过程。在工业生产中,搅拌操作时从化学工业开始的,围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等,作为工艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层,对液体产生搅拌作用,或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比,仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的,对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件,所以在处理腐蚀性液体,高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中,大多数的搅拌操作均系机械搅拌,以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。1.1 搅拌设备应用及作用搅拌设备在工业生产中的应用范围很广,尤其是化学工业中,很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中,搅拌设备作为反应器约占反应器总数的 99%。 。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛,还因搅拌设备操作条件(如浓度、温度、停留时间等)的可控范围较广,又能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下:使物料混合均匀;使气体在液相中很好的分散;使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀的悬浮;使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化;强化相间的传质(如吸收等) ;强化传热。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中,异种原油的混合调整和精制,汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中,制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、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。1.2 搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中,把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用,而使流体运动。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页1.3 搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不同的角度进行分类,如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。(1)立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上,驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动,用普通电机直接联接。一般认为功率 3.7kW 一下为小型,5.522kW 为中型。(2)偏心式搅拌搅拌装置在立式容器上偏心安装,能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区” ,可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心,会使液流在各店所处压力不同,因而使液层间相对运动加强,增加了液层间的湍动,使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动,一般用于小型设备上比较适合。(3)倾斜式搅拌为了防止涡流的产生,对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备,可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘,搅拌轴封斜插入筒体内。此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单,操作容易,应用范围广。一般采用的功率为 0.122kW,使用一层或两层桨叶,转速为 36300r/min,常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及 pH 值的调整等。(4)底搅拌搅拌装置在设备的底部,称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是:搅拌轴短、细,无中间轴承;可用机械密封;易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细,轴的稳定性好,既节省原料又节省加工费,而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小,避免了长轴吊装工作,有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上,从而改善了封头的受力状态,同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌虽然有上述优点,但也有缺点,突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积,时间一长,变成小团物料,混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间,注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度,以防止聚合物沉降结块。另外,检修搅拌器和轴封时,一般均需将腹内物料排净。(5)卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器上面,壳降低设备的安装高度,提高搅拌设备的抗震性, 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页改进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料,例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。(6)卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行的轴上,两根轴上的搅拌叶轮不同,轴速也不等,这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。(7)旁入式搅拌旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上,所以轴封结构是罪费脑筋的。旁入式搅拌设备,一般用于防止原油储罐泥浆的堆积,用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌,用于各种液体的混合和防止沉降等。(8)组合式搅拌有时为了提高混合效率,需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用,称为组合式搅拌设备。1.4 毕业设计的意义通过本次毕业设计,我们对搅拌器有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力,不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握,同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料,为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅,通过研究解决一些工程技术问题,各方面的能力均有提升。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页2 搅拌器罐体结构设计2.1 罐体的尺寸确定及结构选型(1)筒体及封头型式选择圆柱形筒体,采用标准椭圆形封头(2)确定内筒体和封头的直径搅拌罐类设备长径比取值范围是 12,综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取 /2.0iHD根据工艺要求,装料系数 ,罐体全容积 m3,罐体公称容积(操作时盛71v装物料的容积) 。.1vg初算筒体直径 iiDHV423igiD即 340.7.86.12i m圆整到公称直径系列,去 。封头取与内筒体相同内经,封头直边高度90DN,mh25(3)确定内筒体高度 H当 时,查化工设备机械基础表 16-6 得封头的容积290,5DNhmv=0.1113m3,取224(1.3).980iVvH1.4Hm核算 与/iD,该值处于 之间,故合理。1.409.56i12 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页220.70.69 91434ggiVDHv该值接近 ,故也是合理的。0.7(4)选取夹套直径内筒径,iDm5067018203夹套 j iDiDiD表 2-1 夹套直径与内通体直径的关系由表 2-1,取 。10910ji m夹套封头也采用标准椭圆形,并与夹套筒体取相同直径2.2 内筒体及夹套的壁厚计算(1)选择材料,确定设计压力按照钢制压力容器 ( )规定,决定选用 高合金钢板,该板15098GB0189CrNi材在 一下的许用应力由过程设备设计附表 查取, ,常温屈150C D3tMPa服极限 。37sMPa计算夹套内压介质密度 310/kgm液柱静压力 1.40HMPa最高压力 max.25P设计压力 a1.所以 0.4%0.125gHMPa故计算压力 .37cPgMP内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用,按内压则取 ,按外压0.375cMPa则取 0.25ca 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页(2)夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择 热轧钢板,其235QB235,13tsMPaa夹套筒体计算壁厚 j2cjjtPD夹套采用双面焊,局部探伤检查,查过程设备设计表 4-3 得 0.85则 0.51.304238.j m查过程设备设计表 4-2 取钢板厚度负偏差 ,对于不锈钢,当介质的10.8Cm腐蚀性极微时,可取腐蚀裕量 ,对于碳钢取腐蚀裕量 ,故内筒体厚度20C2附加量 ,夹套厚度附加量 。120.8aCm1.b根据钢板规格,取夹套筒体名义厚度 。4njm夹套封头计算壁厚 为kj0.591.720.52138.5cjkjtPD确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。(3)内筒体壁厚计算按承受 内压计算0.57MPa焊缝系数同夹套,则内筒体计算壁厚为: 0.37591.9342218.cjtDm按承受 外压计算0.5Pa设内筒体名义厚度 ,则 ,内筒体外径6nm60.852enaC。291.29.4oinD由过程设备设计图 4-6 查得 ,图 4-9 查得 ,此时许用外0.ABMPa 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页压 为:P50.280.2594eoBMPaD故取内筒体壁厚 可以满足强度要求。6nm2.3 搅拌器的选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比 ,涡轮式叶轮的 一般为 0.250.5,涡轮式/dD/dD为快速型,快速型搅拌器一般在 时设置多层搅拌器,且相邻搅拌器间距不小1.3H于叶轮直径 d。适应的最高黏度为 左右。50Pas搅拌器在圆形罐中心直立安装时,涡轮式下层叶轮离罐底面的高度 C 一般为桨径的 11.5 倍。如果为了防止底部有沉降,也可将叶轮放置低些,如离底高度 ./10D最上层叶轮高度离液面至少要有 1.5d 的深度。图 2-1 搅拌器符号说明键槽的宽度 搅拌器桨叶的宽度b B轮毂内经 搅拌器紧定螺钉孔径d 1d轮毂外径 搅拌器直径2 JD搅拌器参考质量 圆盘到轮毂底部的高度G2h 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页搅拌器许用扭矩 轮毂内经与键槽深度之和 M()Nmt搅拌器桨叶的厚度选定搅拌器为六直叶开启涡轮式搅拌器,如图 2-1 所示。搅拌器的通用尺寸为桨径 :桨长 :桨宽 。jdl20:54b由前面的计算可知液层深度 ,而 ,故 ,则设置1.23Hm.170iDm1.3iHD两层搅拌器。为防止底部有沉淀,将底层叶轮放置低些,离底层高度为 ,上层叶轮高度2离液面 的深度,即 。则两个搅拌器间距为 ,该值大于也轮直径,故2JD60370符合要求。 查 HG-T 3796.112-2005,选取搅拌器参数如表 2-2:JDd21dB450 55 85 0M890hbt G100 14 53.8864 8.8表 2-2 搅拌器参数 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页3 传动装置选型3.1 选择电动机功率根据具体需求设计搅拌器转速为 ,工作机所需的功率为n60r/miPw=nM/9549=60324/9549=2.0358kW由电动机至工作机之间的总效率(包括工作机效率)为= 12 24 32式中: 1、 2、 3 分别为联轴器、齿轮传动的轴承、齿轮传动。根据机械设计指导书P5 表 1-7 得:各项所取值如表 3-1:种 类 取 值齿轮传动的轴承 深沟球轴承 0993齿轮传动 7 级精度的一般齿轮传动0962联轴器 刚性联轴器 099表 3-1 各传动件的传动效率=0 9920993 40962 20.8819所以 Pd=Pw/=2.03580.8819kW=2.3084kW3.2 确定电动机转速搅拌轴的工作转速 nw=60 r/min,按推荐的合理传动比范围,两级齿轮传动比i=860,故电动机转速可选范围为nd=inw=(860)60r/min=(4803600)r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比,比较三个方案选定电动机型号为 Y160M18,所选电动机的额定功率 Ped=4kW,满载转速nm=720 r/min,总传动比适中,传动装置结构紧凑。3.3 减速器的选择搅拌轴的工作转速 nw=60 r/min,选定的电动机转速 nm=720 r/min,由推荐传动比选 i=860,选定两级圆柱齿轮减速器。综合搅拌器器型选择同轴式减速器。如图 3-1: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页图 3-1 同轴式减速器3.4 确定传动装置的总传动比和分配传动比(1)总传动比因为 r/min720电所以:总传动比 72016ni电总 搅 拌 轴2)分配传动比根据均匀磨损要求,采用两级减速器连接传动机构,i=i 1*i2=12 则:1243ii,3.5 计算传动装置的运动和动力参数(1)电动机轴:P 0 = Pd =4kWn 0 = nm =720 r/minT 0 = 9550( )=53.06 Nm0Pn(2)高速轴:P 1 = P01 = 3.96 kWn 1 = n0 =720 r/minT 1 = 9550( )=52.525Nm1n(3)中间轴: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页P 2 = P123 =3.783 kWn 2 = = 180 r/min01iT 2 = 9550( )=200.7091 Nm2n(4)低速轴:P 3 = P223 = 3.614 kWn 3 = =60 r/min2iT 3 = 9550( )=575.228Nm3n(5)输出轴:P 4 = P33= 3.578kWn 4 = = 60r/min0iT 4 = 9550( )= 569.498Nm4Pn输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以联轴器效率(0.99)运动和动力参数计算结果整理后如表 3-2 所示:轴名功率 P/kw转矩 T/(Nm) 转速 n/(rmin-1)传动比 i效率电机轴 4kw 53.06 720 1 0.99高速轴 3.96kw 52.525 7204.0 0.95中间轴 3.783kw 200.7091 1803.0 0.95低速轴 3.614kw 575.228 60输出轴 3.578kw 569.498 601 0.99表 3-2 运动和动力参数计算结果 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页4 传动系统的总体设计4.1 高速级直齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数(1)材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.两者皆为软齿面。(2)运输机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度。(3)选小齿轮齿数 z1=20,大齿轮齿数 z2=802.按齿面接触疲劳强度设计d1t2.32311 ()2确定公式内各计算数值(1)试选 Kt=1.6(2)小齿轮传递的转矩 T1 =52.525Nm。(3)按 机械设计表 10-7 选取齿宽系数 =1(4)由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MP12(5) 由机械设计图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 =600MPa;1大齿轮接触疲劳强度极限 =550MPa2(6)由机械设计式 10-13 计算应力循环次数N1=60n1jLh=607201(2830010)=2.0736109N2=60n2jLh=607201(2830010)/4=5.184108(7)按机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.90,KHN2=1.05.(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由机械设计式(10-12)得 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页1= =0.90600MPa=540MPa112= =1.05550MPa=577.5MPa22计算(1)计算小齿轮分度圆直径 d1t= =54.5112.3231.65.251041 54(189.8540)2(2)计算圆周速度V= = =2.05m/s.1160100054.511720601000(3)计算齿宽 b 及模数 mnt。b= d1t=154.511=54.511mnt= = =2.72551154.51120h=2.25 mnt=2.252.62=6.1323b/h=8.89(4)计算载荷系数 K已知使用系数 KA=1,根据 v=2.05m/s,7 级精度,由机械设计图 10-8 查得动载系数KV=1.1,由机械设计表 10-4 查得 1.421,由机械设计图 10-13 查得 =1.35.由机械设= 计表 10-3 查得 =1。故载荷系数直 齿轮 =K=KAKV =11.111.421=1.5631(5)按实际的载荷校正所算得的分度圆直径,由机械设计式(10-10a)得d1=d1t =54.511 =54.0883 31.56311.6(6)计算模数 mnmn= = =2.70441154.08820 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页3.按齿根弯曲强度设计由机械设计式 10-17mn32121(1)确定计算参数1)计算载荷系数。K=KAKV =11.111.35=1.4852)查取齿形系数由机械设计表 10-5 查得 YFa1=2.80;Y Fa2=2.223)查取应力校正系数。由机械设计表 10-5 查得 YSa1=1.57;Y Sa2=1.774)由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500MPa,大齿轮弯曲1疲劳强度极限 =380MPa。27)由机械设计图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.88,KFN2=0.90。8)计算弯曲疲劳许用应力1 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由机械设计式(10-12 )得:1= =314.29MPa11 =0.885001.42= =244.29MPa22 =0.903801.49)计算大小齿轮的 并加以比较= =0.013991 2.801.57314.29= =0.016081 2.221.77244.29大齿轮的数值大。(2)设计计算 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页mn =1.84321.4855.251041202 0.01608对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 mn 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取 mn=2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=54.088l 来计算应有齿数。于是由Z1= = =27.044154.0882取 Z1=28,则 Z2=uZ1=428=112。4.几何尺寸计算(1)计算大小齿轮的分度圆直径d1= = =561282d2= = =22421122(2)计算中心距a= =140(1+2)2 =(28+112)22(3)计算齿轮宽度b= =156=561圆整后 B2=55,B 1=605主要设计计算结果。中心距: a=140;法面模数: mn=2;齿数; Z1=28,Z2=112分度圆直径:d 1=56,d2=224mm基圆直径:d b1=52.623mm,d b2=210.491齿顶圆直径:d a1=60mm,da2=228mm齿根圆直径:d f1=51mm,df2=219mm 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页全齿高:h 1=4.5mm,h2=4.5mm材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.4.2 低速级直齿轮传动的设计计算1.选精度等级、材料及齿数1)材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.两者皆为软齿面。2)运输机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度。3)选小齿轮齿数 z1=24,大齿轮齿数 z2=722.按齿面接触疲劳强度设计d1t2.32311 ()2(1)确定公式内各计算数值1)试选 Kt=1.62)小齿轮传递的转矩 T1 =200.709Nm。3)按 机械设计表 10-7 选取齿宽系数 =14)由机械设计表 10-6 查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MP125) 由机械设计图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 =600MPa;1大齿轮接触疲劳强度极限 =550MPa26)由机械设计式 10-13 计算应力循环次数N1=60n1jLh=607201(2830010)=5.184108N2=60n2jLh=607201(2830010)/4=1.2961087)按机械设计图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=1.0,KHN2=1.1. 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由机械设计式(10-12)得1= =1.0600MPa=600MPa112= =1.1550MPa=605MPa22(2)计算1)计算小齿轮分度圆直径d1t= =81.1822.3231.62.007091051 43(189.8600)22)计算圆周速度V= = =0.765m/s. d1tn1601000 81.1821806010003)计算齿宽 b 及模数 mnt。b= d1t=181.182=81.182mnt= = =3.3831181.18220h=2.25 mnt=2.253.383=7.6108b/h=10.674)计算载荷系数 K已知使用系数 KA=1,根据 v=0.765m/s,7 级精度,由机械设计图 10-8 查得动载系数KV=1.05,由机械设计表 10-4 查得 1.426,由机械设计图 10-13 查得 =1.35.由机械= 设计表 10-3 查得 =1。故载荷系数直 齿轮 =K=KAKV =11.0511.426=1.49735)按实际的载荷校正所算得的分度圆直径,由机械设计式(10-10a)得d1=d1t =81.182 =79.4063 31.49731.6 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页6)计算模数 mnmn= = =3.3081179.406243.按齿根弯曲强度设计由机械设计式 10-17mn32KT1dZ21(1)确定计算参数1)计算载荷系数。K=KAKV =11.0511.35=1.41752)查取齿形系数由机械设计表 10-5 查得 YFa1=2.65;Y Fa2=2.243)查取应力校正系数。由机械设计表 10-5 查得 YSa1=1.58;Y Sa2=1.754)由机械设计图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500MPa,大齿轮弯曲1疲劳强度极限 =380MPa。27)由机械设计图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.93,KFN2=0.96。8)计算弯曲疲劳许用应力1 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由机械设计式(10-12 )得:1= =332.14MPaKFN1 FE1S =0.935001.42= =260.57MPaKFN2 FE2S =0.963801.49)计算大小齿轮的 并加以比较= =0.01261 2.651.58332.14 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页= =0.0151 2.241.75260.57大齿轮的数值大。(2)设计计算mn =2.456321.41752.007091051242 0.01608对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 mn 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取 mn=2.5,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=79.406来计算应有齿数。于是由Z1= = =27.624179.4062.5取 Z1=28,则 Z2=uZ1=328=84。4.几何尺寸计算(1)计算大小齿轮的分度圆直径d1= = =701282.5d2= = =2102842.5(2)计算中心距a= =140(1+2)mn2 =(70+210)22(3)计算齿轮宽度b= =170=701圆整后 B2=80,B 1=855主要设计计算结果。中心距: a=140;法面模数: m=2.5mm;齿数; Z1=28,Z2=84 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页分度圆直径:d 1=70,d 2=210mm基圆直径:d b1=65.778mm,d b2=197.335齿顶圆直径:d a1=75mm,da2=215mm齿根圆直径:d f1=63.75mm,df2=213.75mm全齿高:h 1=6.25mm,h2=6.25mm材料选择及热处理小齿轮 1 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS1=280.大齿轮 2 选用 45 号钢,热处理为调质 HBS2=240.4.3 用 proe 绘制齿轮的三维图形在 proE 中直齿圆柱齿轮是利用参数进行绘制的,在零件模式下,取消默认模板,使用公制尺寸模板,新建零件零件模型。1) 使用front 平面草绘4个任意半径的同心圆,确定,按“”退出草绘。2) 点击 “工具参数”弹出参数设置框,点击“+”增加参数行,在“名称”列输入直齿圆柱齿轮的参数符号,在“值”列输入需要指定的参数值。如图4-1:图4-1 输入参数其中:m(模数)、z(齿数)、Prsangle (齿形角)ha (齿高)、c(齿隙系数)、width(齿宽)的参数值需要指定其值,其余如d(分度圆直径)、 db(基圆直径)、da(齿顶圆直径)、 df(齿根圆直径)使用关系式进行尺寸赋值。参数设置完成后,点击“确定”关闭。3) 点击 “工具 关系” 弹出“关系”框,对齿轮的参数建立参数关系式。将鼠标移到至同心圆上,4个同心圆同时加亮,点击,显示同心圆的尺寸符号。在“关系” 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页栏中输入如下关系式,点击“确定”关闭窗口。如图4-2:图4-2 输入关系式d=m*zdb=d*(cos(prsangle)da=d+2*m*hadf=d-2*(ha+c)*mD0=dD1=dbD2=daD3=df4) 执行 “编辑再生”,图形中通过关系式赋值的4个同心圆的直径确定,即d、db、da、df 的值,再次打开参数栏可以看到这4个参数已经被赋值。如图4-3: 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页图4-3 5) 绘制齿轮的渐开线点击窗口“创建基准曲线”按钮,选取“从方程”,确定,选取坐标类型为圆柱坐标系后弹出程序运行框和记事本,在记事本中输入渐开线方程如下:x=t*sqrt(da/db)2-1)y=180/pir=0.5*db*sqrt(1+x2)theta=x*y-atan(x)z=0图4-4 绘制渐进线点击记事本“文件保存”后关闭记事本,在“曲线:从方程”的右下角点击“预览”或直接确定,渐开线绘制成功,如图4-4。6) 创建渐开线与分度圆的交点为基准点。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页执行“基准点创建”工具,选取渐开线后,按下“ctrl”选取分度圆,“确定”,基准点PNT0 创建成功。7) 创建基准轴A-1执行“基准轴”创建工具,选取TOP平面后按“ctrl”选取RIGHT平面,取两个平面的交线为基准轴。8) 创建基准平面DTM1执行“基准平面”工具,选取基准轴后按“ctrl”选取基准点PNT0,“确定”基准平面创建成功。9) 创建基准平面DTM2执行“基准平面”工具,选取基准平面DTM1 后按“ctrl”选取基准轴A-1 ,在偏距中输入旋转角度值“360/4/Z”,选取“是”添加“360/4/Z ”作为特征关系,“确定”。如图4-5:图4-5 10) 通过基准平面DTM2 镜像渐开线11) 修剪齿形选取FRONT平面进入草绘模式,点击“通过边创建图元”按钮,选取齿根圆和两条渐开线,创建渐开线与齿根圆之间的圆角,圆角半径为“d/400 ”,修剪去除多余的曲线,按“”退出草绘。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 24 页图4-612) 拉伸齿顶圆成特征实体:如图4-7:图4-7 拉伸13) 利用去除材料拉伸出第一个齿槽在草绘模式下利用“通过边创建图元”选取齿形曲线与齿顶圆的的封闭曲线。如 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 25 页图: 图4-814) 阵列齿形选取整列方式为“轴”,数量为75,阵列角度为“360/z”,按确定:如图4-9 :图 4-9 齿轮4.4 齿轮的加工工艺分析1)圆柱齿轮的结构忒点圆柱齿轮一般分为齿圈和轮体两部。在齿圈上切出直齿,而在轮体上有空或带有轴。轮体结构形状直接影响齿轮加工工艺的制定。2)圆柱齿轮传动的精度要求要求齿轮能准确地传递运动,传动比恒定,齿轮转动时瞬时传动比的变化量在一定限度内。要求齿轮工作是齿面接触要均匀,并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置。3)齿轮的材料选择一般讲,对于低速重载的传动力齿轮,有冲击载荷的传力齿轮面受压产生塑性变 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 26 页形或磨损,且轮齿容易折断,应选用机械强度、硬度等综合力学性能好的材料,经渗碳淬火,芯部具有良好的韧性,齿面硬度可达 56-62HRC。4)齿轮的毛坯齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮。当吃了要求强度高、耐磨和耐冲击是,多选用锻件。这里选用锻件为毛坯。5)圆柱齿轮的加工工艺过程圆柱齿轮的加工工艺如表 4-1:表 4-1 圆柱齿轮加工工艺过程序号 工序内容及要求 定位基准 设备1 锻造2 正火3 粗车各部,均留余量 1.5mm 外圆、端面 转塔车床4粗车各部,内孔只锥孔塞规刻线外 6-8mm,其余达图样要求外圆、内孔、端面C6165滚齿 Fw-0.036mm, Fi=0.10mmFi=0.22mm , =0.011W= mm ,齿面80.840.140.19Ra2.5 m内孔、端面 Y386 倒角 内孔、端面 倒角机7 插键槽达图样要求 外圆、端面 插床8 去毛刺9 剃齿 内孔、端面 Y671410热处理:齿面淬火后硬度达 50-55HRC11 磨内孔锥,磨至锥孔塞规小端平 齿面、端面 M22012 衔齿达图样要求 内孔、端面 Y5714 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 27 页13 终结检验5 减速器轴及轴承装置、键的设计1 2 3 4 5 6 7 图 5-1 高速轴1 2 3 4 5图 5-2 中间轴1 2 3 4 5 6 7 图 5-3 低速轴轴5.1 高速轴及其轴承装置、键的设计 1. 输入轴上功率 113.96,n70/minPKwr转 速41.20TNm2求作用在齿轮上的力415.2075.88tan3.tan136.trTFNd3初定轴的最小直径 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 28 页选轴的材料为 40Cr,调质处理。根据机械设计表,取 于是初步估算12A轴的最小直径33min1/2.96/701.dAPm这是安装联轴器处轴的最小直径 ,由于此处开键槽,校正值d,联轴器的计算转矩 查表 14-1 取129.7(5%)0.785d 1TKAca,则AK4121089.25caATKNm查机械设计手册 ,选用 LX2 型联轴器,其公称转矩为 140N。半联轴器的孔径,轴孔长度 L38,J 型轴孔,C 型键,轴段 1 的直径 ,轴段 1 的长度m24 d241应比联轴器主动端轴孔长度略短,故取 。135l4轴的结构设计()拟定轴上零件的装配方案(见前图)()根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度)为满足半联轴器的轴向定位要求,轴段右端需制处一轴肩,轴肩高度,故取段的直径dh1.07.md272)初选型号 6206 的角接触球轴承参数如下基本额定动载荷63BDda3Da56基本额定静载荷19.5rCKN1.rCKN故 轴段 7 的长度比轴承宽度少小,故取 m073 715lm3 )由于是做成齿轮轴, .故取md364l644 )由上可确定轴段 5 的直径, 取 ,取550为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸,轴段 6 的直径应根据 62
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