液體攪拌機(jī)計(jì)算說明書

1、液體攪拌機(jī)升降系統(tǒng)計(jì)算設(shè)計(jì)說明書學(xué)院：大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院學(xué)生：玉明導(dǎo)師：吳學(xué)號(hào)：1班級(jí)：機(jī)自1404日期：2016年8月28日一、設(shè)計(jì)題目及相關(guān)說明 31、設(shè)計(jì)題目 32、設(shè)計(jì)任務(wù) 33、設(shè)計(jì)參數(shù) 4二、攪拌器市場(chǎng)調(diào)研分析 51、簡(jiǎn)介 52、我國(guó)攪拌器行業(yè)現(xiàn)狀 53、國(guó)際發(fā)展前景 5三、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案制定（本方案主要介紹升降系統(tǒng) ）71. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 72、運(yùn)動(dòng)方案的選擇 83、升降裝置設(shè)計(jì)的過程及計(jì)算 94、總體構(gòu)型 10四、設(shè)計(jì)總結(jié) 11、設(shè)計(jì)題目及相關(guān)說明1、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一款用于攪拌液體的攪拌機(jī)。原理說明：見下圖例：液體攪拌機(jī)的工作原理是安裝在底座上的主電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)攪拌桿旋轉(zhuǎn)

2、，從而帶動(dòng)裝在攪拌桿下端的攪拌葉片來攪拌液體介質(zhì)（這里的液體介質(zhì)是油漆）。目的是使液體介質(zhì)組織均勻，稀稠合適。攪拌工作結(jié)束后， 要使攪拌桿從裝液體介質(zhì)的桶中提起，換上新 的攪拌桶后，重新工作，使攪拌桿重新回到工作位置。圖5.液體攪拌機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖1>.主電機(jī)2>.底座3>.升降絲桿4>.立柱5>.蝸輪副6>.升降電機(jī)7>.攪拌桿2、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 可在上圖所示方案上大膽創(chuàng)新設(shè)計(jì)，除了本方案中采用的螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)之外，還可采用鋼絲繩滑輪、連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條、鏈傳動(dòng)、液壓氣壓傳動(dòng)等任意可行的傳動(dòng)形式。攪拌裝置可以自己設(shè)計(jì)，也可以采用市場(chǎng)上可以購(gòu)買

3、到的成品攪拌裝置，但需做選型設(shè)計(jì)。2. 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。3. 在圖紙上畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。4. 圖紙上畫主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（包括位移曲線）；要求確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 計(jì)算及選擇主要尺寸和參數(shù)，校核相關(guān)參數(shù)。5. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。3、設(shè)計(jì)參數(shù)組別第一組第二組第三組第四組第五組主電機(jī)功率5.5kw5.5kw4kw4kw3kw攪拌桿轉(zhuǎn)速（兩級(jí)）（rpm）高速12501200115011001050低速1000950900850800升降有效行程（mm）1000950900850800升降速度（m/min）10.950.900.850.8主要外形尺寸（mm主電機(jī)中心與攪拌桿中心

4、的距離（可調(diào)節(jié)）約 750mm約 750mm約 750mm約 750mm約 750mm立柱中心與主電機(jī)中心距離200190180170160攪拌桿直徑5050454540攪拌桿伸出長(zhǎng)度1000960920880850二、攪拌器市場(chǎng)調(diào)研分析1、簡(jiǎn)介攪拌是過程工業(yè)的基礎(chǔ)單元操作。攪拌器是使液體、氣體介質(zhì)強(qiáng)迫對(duì)流并均勻混合的器件，被廣泛用于化工、石油化工、醫(yī)藥、食品、生化、化妝品、膠粘劑、印刷油墨、油漆、涂料等工業(yè)。對(duì)于同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于總體流動(dòng)，有利于宏觀混合。小直徑、高轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于湍流脈動(dòng)，有利于微觀混合。本課題主

5、要設(shè)計(jì)用于宏觀混合的大直徑、低轉(zhuǎn)速的液體攪拌器。2、我國(guó)攪拌器行業(yè)現(xiàn)狀攪拌設(shè)備歷史悠久， 應(yīng)用圍極其廣泛。 但是針對(duì)攪拌操作的研究卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。攪拌操作涉及的因素極為復(fù)雜， 攪拌的物料的物性千差萬別，攪拌的目的也不盡相同。 攪拌設(shè)備形式多樣，設(shè)備部流動(dòng)極其復(fù)雜，如何正確合理的設(shè)計(jì)以及選擇攪拌器都沒有一個(gè)嚴(yán)密的理論指導(dǎo)，仍在很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。我國(guó)大型產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)幾乎全部來自國(guó)外，普遍缺少核心技術(shù)，尤其是自動(dòng)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵配套件技術(shù)更是如此。將嚴(yán)重阻礙企業(yè)涉足高端產(chǎn)品市場(chǎng)或推進(jìn)國(guó)際化戰(zhàn)略。無法擺脫在國(guó)際攪拌設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上的下游企業(yè)地位，增值能力有限。3、國(guó)際發(fā)展前景近年來，攪拌器和攪拌容器獲

6、得飛速發(fā)展的同時(shí)，正面臨著必須滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、 減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時(shí)間的要求， 大大提高 了設(shè)備運(yùn)行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實(shí)現(xiàn)了 CIP（ 就地清洗 ）和 SIP（ 就地殺菌 ），提 高了自動(dòng)化水平， 避免了人與產(chǎn)品的接觸， 減少了人工操作和待機(jī)時(shí)間， 大大提高了產(chǎn)品的 衛(wèi)生水平?；诃h(huán)境保護(hù)方面開發(fā)了各種防漏密封

7、技術(shù)，使操作過程中揮發(fā)性有機(jī)物 （VOCs）的泄漏量減少到監(jiān)管法規(guī)所規(guī)定的可接受水平以下。 近年來， 由于控制各種污染源紛紛立法， 特別是清 潔空氣法 （CleanAirAct） 的出現(xiàn)，特別強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)備泄漏的控制。用以下幾個(gè)方面舉例：（1）高粘度和超高粘度攪拌機(jī)由于環(huán)保要求，強(qiáng)制限制空氣中揮發(fā)性有機(jī)物 （VOCs）的含量，故很多行業(yè)在物料攪拌時(shí)采取 大力降低有機(jī)溶劑用量的措施， 從而物料黏度大為增加， 要求有對(duì)高黏度和超高黏度物料進(jìn) 行攪拌的攪拌機(jī)。（2）新型轉(zhuǎn)子定子式攪拌機(jī)攪拌器采用轉(zhuǎn)子一定子技術(shù) （Rotor Stator Technology） 可制造亞微米級(jí)的各種乳化劑。 其 原理是令

8、轉(zhuǎn)子在極高速度下轉(zhuǎn)動(dòng)， 使轉(zhuǎn)子尖端速度極大， 由于轉(zhuǎn)子和定子之間的速度差， 在 轉(zhuǎn)、定子間隙中產(chǎn)生極大的剪切能和湍動(dòng)能 （High Shear and Turbulent En-ergy） ，可使物 料在被攪拌的同時(shí)，被破碎到亞微米級(jí)。這種技術(shù)叫高剪切混合技術(shù)。（3）多功能化和攪拌過程自動(dòng)化針對(duì)攪拌向更高剪切、更高速度和被攪拌物料更高黏度和容積密度（Bulk Density） 的趨勢(shì)，多功能化和攪拌過程的自動(dòng)化是 2l 世紀(jì)提高攪拌產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和滿足環(huán)境保護(hù)要求的主 導(dǎo)方向，如可廣泛處理多種物料的多軸攪拌機(jī)、可自動(dòng)卸料和互換攪拌容器的攪拌機(jī)等。雙行星攪拌機(jī)普通立式攪拌機(jī)三、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案制定（

9、本方案主要介紹升降系統(tǒng) ）1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析已知機(jī)器由按一定速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（1 ）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 攪拌裝置一一勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)攪拌桿應(yīng)穩(wěn)定勻速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)桿下方葉片攪拌桶裝液體介質(zhì) 升降架一一間歇往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)攪拌結(jié)束后，升降架帶動(dòng)攪拌桿抬起；待換上新的桶，再使桿下降進(jìn)行攪拌（2 ）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一一變速改變電機(jī)原轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)攪拌桿1250、1000兩級(jí)變速；升降架直線升降2、運(yùn)動(dòng)方案的選擇（1）攪拌裝置 能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)有：齒輪機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、輪系等 而攪拌桿要求以自身中心軸為回轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)， 同時(shí)電機(jī)提供的是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式， 因 此只考慮：齒輪機(jī)構(gòu)輪系（2）升降架 如果升

10、降架完全采用自動(dòng)化控制，那么其運(yùn)動(dòng)應(yīng)與送桶頻率、攪拌頻率相協(xié)調(diào)。即工作循環(huán)：上升一靜止（換桶）一下降一靜止（攪拌）一上升一靜止（換桶）能實(shí)現(xiàn)間歇往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)有： 凸輪-推桿機(jī)構(gòu)、 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) +直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合 由于移動(dòng)距離要求行程接近一米，如果采用凸輪 - 推桿則需要很大尺寸的凸輪，不現(xiàn)實(shí)；因 此可以考慮：間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合采用手動(dòng)控制， 并利用三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)改變主軸轉(zhuǎn)向。 因此只需采用往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)即 可，如：曲柄滑塊、齒輪齒條、螺旋機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)等。（ 3 ）整體構(gòu)思 傳統(tǒng)攪拌機(jī)、采用升降機(jī)主體升降，葉片攪拌。 構(gòu)思攪拌機(jī)、攪拌機(jī)主體攪拌的同時(shí)，桶子也進(jìn)行攪拌并

11、且在攪拌之后可以自行上升下降?？傊?、進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)， 采用第二種方法，一是會(huì)增加成本， 二是在機(jī)器工作過程中會(huì)出現(xiàn) 危險(xiǎn)（因?yàn)橥白愚D(zhuǎn)動(dòng)）。則最后考慮采用傳統(tǒng)的攪拌機(jī)攪拌方式。3、升降裝置設(shè)計(jì)的過程及計(jì)算前期考慮：對(duì)于升降裝置，首先它的運(yùn)動(dòng)要?jiǎng)蛩偕仙拖陆担瑢?duì)于這種運(yùn)動(dòng)可以有很多機(jī) 構(gòu)可以完成。（1）由齒輪帶動(dòng)齒條可以實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)，不過由于齒輪齒條在運(yùn)動(dòng)停止之后不會(huì)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，即發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在換桶的過程中，裝置有可能會(huì)自行下降，帶來危險(xiǎn)。雖然有可能在齒輪上增加棘輪機(jī)構(gòu)使裝置停在指定位置，不過由于棘輪機(jī)構(gòu)會(huì)使整個(gè)機(jī)構(gòu)單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。無法實(shí)現(xiàn)上升下降兩個(gè)運(yùn)動(dòng)要求，則不予采納。（2）采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，因

12、為蝸輪蝸桿傳動(dòng)在某些條件下會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象，只能由蝸桿帶單線蝸桿都會(huì)自鎖。有些多線蝸桿不會(huì)自鎖，不過在有些條件之下可以發(fā)生自鎖。）中期設(shè)計(jì)構(gòu)型：決定采用渦輪蝸桿傳動(dòng)。因?yàn)橐凶枣i功能，則只能由蝸桿帶動(dòng)渦輪而不 能渦輪帶動(dòng)蝸桿，則需要再運(yùn)用絲桿。綜合考慮得出，先有蝸桿帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪部有螺 紋帶動(dòng)絲桿上下移動(dòng)。簡(jiǎn)圖如右:后期計(jì)算：（1）設(shè)計(jì)要求：升降有效行程 1000、950、900、850、800（mr）升降速度 1、0.95、0.90、0.85、0.80(m/min)（2）設(shè)計(jì)思路：主要是升降行程和升降速度的影響。對(duì)于升降行程，主要由絲桿的螺距限制（假設(shè)絲桿螺距為10mm寸，上升100個(gè)螺距

13、的位移即可達(dá)到要求）。對(duì)于升降速度，直接由絲桿轉(zhuǎn)速控制， 間接由發(fā)動(dòng)機(jī)控制。（當(dāng)絲桿螺距為10mnW,需要絲桿在1min 之轉(zhuǎn)動(dòng)上升100個(gè)螺距，而絲桿又有渦輪控制，即需要渦輪轉(zhuǎn)速為100r/min ,蝸桿直接由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，進(jìn)而可以得出蝸桿和渦輪之間的傳動(dòng)比。）（3） 具體計(jì)算：原理、蝸桿渦輪傳動(dòng)比計(jì)算，山=渦輪齒數(shù)/蝸桿頭數(shù)（蝸桿有單 頭和多頭之分。）要求i 12=1440/100=14.4沁14。又因?yàn)闇u輪齒數(shù)在小于 27時(shí)會(huì)發(fā)生跟切現(xiàn) 象，所以渦輪齒數(shù)應(yīng)該大于等于 27。所以最后得出：渦輪齒數(shù)為 28,蝸桿頭數(shù)為2。4、總體構(gòu)型四、設(shè)計(jì)總結(jié)首先， 對(duì)于機(jī)械原理設(shè)計(jì)， 我覺得是機(jī)械設(shè)計(jì)制造

14、及其自動(dòng)化專業(yè)的核心。 機(jī)械行業(yè)的發(fā) 展，除了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。機(jī)械原理的突破， 會(huì)更加具有本質(zhì)上的改變。所以我們?cè)跈C(jī)械設(shè) 計(jì)過程之中，尋求更加合理化的機(jī)器工作原理是極為重要的。再者，我們?cè)O(shè)計(jì)的項(xiàng)目是液體攪拌機(jī)。 總體而言， 前人已經(jīng)做得足夠好， 發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪， 齒輪帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)， 通過旋轉(zhuǎn)來攪拌液體， 使得液體變得均勻。 再通過升降裝置使得整體上 升下降更換桶子。 對(duì)于其他的攪拌方式， 我們想到可以使桶上升下降代替機(jī)器的上升下降和 桶子的旋轉(zhuǎn)代替攪拌器的旋轉(zhuǎn)， 不過后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)。 我們所構(gòu)想的方式還是不能市面上 已經(jīng)有的機(jī)器相比較， 最后我們只能以市面上的攪拌機(jī)為原型來設(shè)計(jì)。 通過運(yùn)用更

15、多的方式， 讓攪拌機(jī)具有更多的功能和用途。 在橫向傳動(dòng)方面， 我們運(yùn)用變速裝置， 使得攪拌機(jī)有 1000 和 1250r/min 兩種不同的速度， 從而可以運(yùn)用得更廣泛。 在升降裝置的設(shè)計(jì)當(dāng)中， 我們考慮 過使用單電機(jī)帶動(dòng)葉片和升降兩個(gè)方面。 不過由于葉片需要上升下降， 他和地面之間的距離 會(huì)改變， 使得運(yùn)用齒輪和帶傳動(dòng)又不小的麻煩， 最后我們還是選擇雙電機(jī)帶動(dòng)。 一個(gè)電機(jī)帶 動(dòng)整體上升下降，一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。使得兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之間沒有矛盾的地方。設(shè)計(jì)感想：對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)，很多時(shí)候感覺的很簡(jiǎn)單的一個(gè)機(jī)構(gòu)，但是在具體計(jì)算的時(shí)候。 會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問題，尺寸的選擇、 速度的選擇都會(huì)是很多大的問題。 最后就是環(huán)境問題， 因?yàn)?是夏天，中樓又沒有空調(diào)。很難在長(zhǎng)時(shí)間集中精力搞設(shè)計(jì)。本次課程實(shí)踐任務(wù)鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決