273 雙軸槳葉式高效混合機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),槳葉,高效,混合,機(jī)工,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)
江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位答辯 雙軸槳葉式高效混合機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),指導(dǎo)教師: 嚴(yán)霖元 姓名: 汪奇超 班級(jí): 機(jī)制051班,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、飼料等行業(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(guò)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(shū)籍，我們?cè)O(shè)定主要技術(shù)參數(shù)如下：產(chǎn)量500KG 電動(dòng)機(jī)功率11KW 參與設(shè)計(jì)的共三個(gè)人，本人負(fù)責(zé)的是混合機(jī)構(gòu)帶有槳葉軸和控制放料口的連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),第二章 工作原理,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(wèn)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(jiàn)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(tái)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,第三章 混合機(jī)殼體的計(jì)算,根據(jù)孫楠同學(xué)對(duì)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=1.67 W型殼體內(nèi)徑 =802.88mm 殼體的長(zhǎng)度L=1235.2mm,,,,,,,第四章 葉片設(shè)計(jì),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(duì)于有液體添加的混合物料，槳葉應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)度，由于在面積相同的情況下，正方形的周長(zhǎng)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。,,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(yōu)越性能；叉根據(jù)物料流態(tài)化區(qū)的形成機(jī)理及軸的受力均衡情況，初定每螺距上安裝四個(gè)葉片．安裝角為 (待定)． 如圖3所示。
3.葉片參數(shù)的確定
如圖3示，設(shè)葉片長(zhǎng)為L(zhǎng) ，寬為c．軸向投影長(zhǎng)度為b，徑向投影為a．葉片安裝角為α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…) (4)
上式中： a—葉片徑向投影長(zhǎng)度(mm)
L—混合機(jī)殼體長(zhǎng)度(L=1235.2mm)
k～偶數(shù)因子(取k=4)
則式(4)：a=1235.2/16=77.2(mm)
根據(jù)圖2的幾何關(guān)系：c=a/SINα,,圖3 葉片安裝示意圖,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(wèn)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)速度為V 、在軸線上的速度為 ．圓周上的速度為運(yùn)動(dòng)示意圖如圖4：,通過(guò)計(jì)算得出角α=33
C=a/SINα=77.2/SIN33°=141.65（mm）,,,,圖4物料顆粒運(yùn)動(dòng)示意圖,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(guò)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
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(jiǎn)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30號(hào)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。軸采用45號(hào)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(guò)渡配合，使支撐桿固定在軸上。,圖5 槳葉與軸的配合示意圖,,第五章 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)子的安裝
根據(jù)兩轉(zhuǎn)子的受力分析及葉片的受力對(duì)性．采用兩轉(zhuǎn)子葉片間相錯(cuò)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,第六章 出料機(jī)構(gòu)工作原理,該機(jī)底部設(shè)有兩個(gè)出料門(mén)．一般采取大開(kāi)門(mén)結(jié)構(gòu)，門(mén)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(mén)體位置，使門(mén)體緊貼于機(jī)槽底部，保證出料門(mén)位置正確，密封可靠。門(mén)框周?chē)€應(yīng)設(shè)置橡膠密封件，門(mén)關(guān)閉時(shí)，門(mén)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(wèn)題，以便橡膠條損壞或老化后更換方便。兩個(gè)出料門(mén)由控制機(jī)構(gòu)控制，分別控制出料門(mén)的開(kāi)關(guān)．該機(jī)構(gòu)采用一只氣缸同時(shí)控制兩排料門(mén)開(kāi)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(guò)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(mén)同步開(kāi)關(guān)動(dòng)作。出料門(mén)裝在聯(lián)動(dòng)軸上，該軸與從動(dòng)搖桿連接。
支桿1和支桿5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(kāi)關(guān)。,第七章 放料機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì)和選擇,1.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(cè)，氣缸的尺寸設(shè)計(jì)如下：
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：
-彈簧反作用力
-活塞桿上的推力
D-活塞直徑
P-氣缸工作壓力
-氣缸工作時(shí)的總阻力
-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=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=0.7~0.85,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取D=100mm。由于和相對(duì)于非常小，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)，=0.7~0.85，所以：
= =274.75N,,,,,圖9,2.活塞桿的設(shè)計(jì)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿的直徑。
d
式中 -氣缸的推力
-活塞桿材料的許用應(yīng)力 = /S
-材料的抗拉強(qiáng)度
S-安全系數(shù) S1.4
選用材料Q235，Q235的抗拉強(qiáng)度為370-500MPA，取 =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(cè)，選用型號(hào)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(zhǎng)度為400，直徑為35。在實(shí)地測(cè)量后得出了該機(jī)構(gòu)其他零件的數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)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)備的上下跕間進(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。,,,,,,,,,,,根據(jù)固定鉸鏈的的中心位置，通過(guò)作圖法設(shè)計(jì)出各桿的長(zhǎng)度尺寸，各桿的尺寸詳見(jiàn)零件圖。
經(jīng)過(guò)校核后連桿的強(qiáng)度符合要求
各桿間通過(guò)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(guò)鍵相連接，采用A型普通平鍵。平鍵的尺寸如下：
B·H·L=32·18·100（mm） R=b/2
桿1和桿5是通過(guò)兩根直軸控制放料門(mén)的開(kāi)關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)所用的軸為光軸。光軸形狀簡(jiǎn)單，加工容易，應(yīng)力集中源少。該軸兩端有兩個(gè)鍵槽，用來(lái)安裝鍵，一端連接連桿機(jī)構(gòu)，一端連接放料門(mén)。材料選用40cr，熱處理方式為調(diào)質(zhì)，бB=640Mpa，бS=355Mpa。光軸的長(zhǎng)度為箱體的長(zhǎng)度1235.2mm，光軸的直徑由經(jīng)驗(yàn)選取60mm。,,,,第八章 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)化，所以我們只需要選型就可以了。滾動(dòng)軸承的類(lèi)型應(yīng)根據(jù)所受的載荷大小、性質(zhì)、方向、轉(zhuǎn)速及工作要求來(lái)選擇。由于本設(shè)計(jì)的軸基本上只承受徑向載荷且承載能力不要求很高，所以我們選擇深溝球軸承6000系列。由于軸的直徑為60mm，所以我選取滾動(dòng)軸承代號(hào)為61312。,第九章電動(dòng)機(jī)的選擇及葉片軸轉(zhuǎn)速的確定,由于該混合機(jī)適合于添加高液態(tài)糖脂，相對(duì)電機(jī)功率要大些．筆者建議選用電機(jī)功率不應(yīng)低于7．5k，設(shè)主從鏈輪傳動(dòng)比為1：1，初步選擇電動(dòng)機(jī)為JXJ5— 35一ll的擺線針輪減速電動(dòng)機(jī)，電機(jī)功率為l1kw輸出轉(zhuǎn)速為41．7r／min，則葉片軸的轉(zhuǎn)速為n=41．7r／min。而此轉(zhuǎn)速與我在計(jì)算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速符合，在34.31(r/min)
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