小型多自由度可调搅拌装置(附件)
摘 要摘 要随着工业化进程的推动，各种单一固定动作逐渐被机械代替，解放了大量劳动力，可以用来从事更多其他事情。小型搅拌机在人们的日常生活中应用广泛，用于自动化搅拌各种物料，例如辣椒酱生产厂需要定期搅拌辣酱，大酱生产厂需要定期搅拌豆类，事情更好的发酵，生产出更加香浓的大酱。这些单一重复的动作原先只能雇佣大量劳动力手动完成，费时费力，难以考核，无法按照统一化的步骤实施，难以保证产品质量，采用自动搅拌机可以节省大量人力无力。本课题设计的小型多自由度可调搅拌装置，利用可调速电机与摆动直线液压缸分别提供桨叶旋转以及轴向往复运动的动力，可以加大搅拌装置的工作能力，利用锥齿轮传动代替传统的同步带传动，能够增加工作的平稳性及可靠性，还可延长工作寿命；同时可以适应不同粘度原料的加工，实用性强、适用范围广，具有一定的市场推广价值。关键词 ：小型化；多自由度；搅拌机 目 录
第一章 绪论 11
1.1 应用背景 11
1.2 小型搅拌装置发展 12
1.2.1小型搅拌装置发展历史 12
1.2.2小型搅拌装置的发展水平 14
1.3本章小结 16
第二章 搅拌装置工作原理分析 18
2.1 搅拌装置工作原理 18
2.2 搅拌器形式 19
2.3 搅拌器的选型 20
2.3.1 选型依据 20
2.3.2 常用搅拌器 20
第三章 小型多自由度搅拌装置总体设计 24
3.1 搅拌器旋转动作的实现 24
3.1.1 旋转运动的实现方式 24
3.1.2 搅拌器旋转动作的实现 25
3.2 搅拌器轴向进给运动的实现 26
3.2.1 搅拌器轴向进给运动的动作要求分析 26
3.2.2 铰链四杆机构的特点 26
3.2.3 曲柄摇杆机构的设计计算 26
3.3 搅拌装置总体架构设计 27
第四章 搅拌装置传动系统设计 28
4.1 搅拌器旋转运动传动系统设计 28
4.1.1 锥齿轮副设计计算 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
进给运动的实现 26
3.2.1 搅拌器轴向进给运动的动作要求分析 26
3.2.2 铰链四杆机构的特点 26
3.2.3 曲柄摇杆机构的设计计算 26
3.3 搅拌装置总体架构设计 27
第四章 搅拌装置传动系统设计 28
4.1 搅拌器旋转运动传动系统设计 28
4.1.1 锥齿轮副设计计算 28
4.2 搅拌器驱动设计 30
4.2.1 变频调速电机选择流程 30
4.3 调速电机的确定 35
4.4搅拌轴的计算 36
4.5轴承的选择 37
第五章 搅拌装置三维模型设计 38
5.1 整体三维模型 38
5.2 关键零件三维模型 39
结 论 42
致 谢 43
参 考 文 献 44
第一章 绪论
1.1 应用背景
随着工业化的推进，各种单一固定动作逐渐采用机械代替，解放了大量劳动力，可以用来从事更多其他事情。小型搅拌机在人们的日常生活中应用广泛，用于自动化搅拌各种物料，例如辣椒酱生产厂需要定期搅拌辣酱，大酱生产厂需要定期搅拌豆类，事情更好的发酵，生产出更加香浓的大酱。这些单一重复的动作原先只能雇佣大量劳动力手动完成，费时费力，难以考核，无法按照统一化的步骤实施，难以保证产品质量，采用自动搅拌机可以节省大量人力无力。因为很多运动方式单一的搅拌机有着很多不足,普遍的现象有搅拌物料不够充分,混凝土搅匀的质量不好；除此之外工作时会发出许多噪声,根本满足不了其搅拌机设计的要求而且会阻碍其新技术和新工艺的普及化，所以，就非常需要一款构造简易、易于操作、损耗低的新品种的搅拌机来代替旧式搅拌机,并且亦可以进行普遍地推广于其他需要被搅拌地方。本课题设计的小型多自由度可调搅拌装置，利用可调速电机与摆动直线液压缸分别提供桨叶旋转以及轴向往复运动的动力，可以加大搅拌装置的工作能力，利用锥齿轮传动代替传统的同步带传动，能够增加工作的平稳性及可靠性，还可延长工作寿命；同时可以适应不同粘度原料的加工，实用性强、适用范围广，具有一定的市场推广价值。
1.2 小型搅拌装置发展
1.2.1小型搅拌装置发展历史
在搅拌机兴起之前，自落式搅拌机占据了建筑行业主导地位。但是由于建筑行业对于混凝土搅拌质量的越来越严格，逐渐发展了新品种强制式搅拌机。强制式搅拌机又可被分成两大类，分别为卧轴和立轴两类。这两类占据了中国市场的主要地位。?卧轴式搅拌机是由70年代就发展而来的一种新式搅拌机，又叫圆槽式搅拌机。它可被分为两种系列产品即双轴式和单轴式，这种形式的搅拌机同时拥有这两种搅拌机的性能，并且这种搅拌机的搅拌叶片的运动速度相比于涡浆式的要更小，所以，在耐磨性能上相比卧轴式要比涡桨式的要高。立轴式搅拌机（又称涡浆式强制式搅拌机），并且这种搅拌机装有一个由减速器驱动的转子臂架，它的主体是被放在圆盘中央，而且臂架上面装有内外壁铲刮叶片和搅拌叶片，借助电动机的带动根据各组搅拌叶片的安装角度位置不同从而强烈的混合搅拌转子跟圆盘之间的原材料[14]。随着混凝土施工工艺的改进和完善双卧轴式搅拌机也相继发展起来。从20世纪50年代初期在德国跟美国初露头角，然而因双卧轴式搅拌机仍存在不足（轴端密封不够完美）从而致使其发展受到极大阻碍、基本上毫无发展。一直到70年代初期，轴端密封技术的飞速发展使得被很多国家重新青睐于双卧轴式搅拌机，并且对其进行大力发展，研制出许多种型号的产品。同时，在20世纪80年代末期我国也成功研制了双卧轴式搅拌机，并且将其快速发展并进行普及化，其生产规格和质量是其他型号搅拌机无可比拟的。单卧轴搅拌机（由德国ELLBA公司研制），这种搅拌机不仅功耗小、叶片衬板耐磨性能好、结构紧凑，而且具备搅拌轻质混凝土的优点和满负荷启动的能力。搅拌装置是双卧轴搅拌机的核心部件，以及搅拌后混凝土质量的优劣，混凝土生产效率高低与否，维修使用费用的高低都与它有着很大关系。搅拌机由两个反向运动的搅拌轴、叶片和水平摆放的圆筒槽组成。主轴的中心线与搅拌叶片形成一个相应的角度使得当搅拌轴随着电机转动时，混凝土原材料被搅拌叶片带动作圆周运动的同时不断滚动，并且在搅拌叶片重合的地方；在两轴的交集混合原材料处互相交换；另一边重复地作着的来回的旋转平面运动并沿着搅拌轴旋转的方向推动着混合原材料。搅拌混合设备是一种流体机械产品，这种产品品种繁多，应用广泛，适用于冶金、化工、食品、医药等诸多领域。搅拌操作在工业反应过程中占据极重要地位，它的原理涉及多个方面，如传热、流体力学、传质等诸多过程，而搅拌器是向其输入机械能量的装置从而为了使搅拌介质获得适宜的流动场。所以搅拌器也叫做Mixer，或Agitator,Stirrer。广义的搅拌同时还包括将溶液变成均匀的乳化液或将固体微小粒子搅匀分散悬浮在溶液里面，所以它包括均质机和分散器。有些搅拌器通过产生很大的剪切力，从而获得比胶体磨大的多的细化的粒子（亚微米悬浮体），由此，可用于制造美容乳、色拉酱之类等等的化学品和精细食品。近些年以来，虽然搅拌容器和搅拌器发展迅速，但是也正面临着多种严峻的挑战，比如节能降耗、合理充分利用资源、保证环境质量等。搅拌容器和搅拌器产品结构正逐渐走向大型化同时品种也繁多，装置规模也很经济。自从1949年生产搅拌反应釜以来日立制作所已为对苯二甲酸、聚氯乙烯、聚丙烯、苯乙烯单体等装置生产了搅拌反应釜大约4000台，容器的最大直径达7620 mm，最大容量达576m ，，圆筒部分设计压力最大 28 MPa，设计温度最高 530 cI，电机最大功率达 1100 kW，最大长度达 44380 mm。考虑到节能的要求，开发出小剪切阻力桨叶、变频调速电机、以磁力驱动代替机械传动、以新型密封替代机械密封和填料密封。考虑到减少维修保养成本，减少产品总体上成本和增加设备平均维修时间的间隔的要求，极大大增加了设备运行寿命。考虑到满足卫生和降低杀菌成本和清洗的各种要求，实现了CIP和 SIP，改善了自动化水平，避免了人与产品的直接接触从而在减少待机时间短同时也减少了操控时间，产品的卫生水平得到质的提高。搅拌器发展初期基本上以自落式的形式出现的。后来由于对多种物料条件的不断增加，最后出现了强制式
第一章 绪论 11
1.1 应用背景 11
1.2 小型搅拌装置发展 12
1.2.1小型搅拌装置发展历史 12
1.2.2小型搅拌装置的发展水平 14
1.3本章小结 16
第二章 搅拌装置工作原理分析 18
2.1 搅拌装置工作原理 18
2.2 搅拌器形式 19
2.3 搅拌器的选型 20
2.3.1 选型依据 20
2.3.2 常用搅拌器 20
第三章 小型多自由度搅拌装置总体设计 24
3.1 搅拌器旋转动作的实现 24
3.1.1 旋转运动的实现方式 24
3.1.2 搅拌器旋转动作的实现 25
3.2 搅拌器轴向进给运动的实现 26
3.2.1 搅拌器轴向进给运动的动作要求分析 26
3.2.2 铰链四杆机构的特点 26
3.2.3 曲柄摇杆机构的设计计算 26
3.3 搅拌装置总体架构设计 27
第四章 搅拌装置传动系统设计 28
4.1 搅拌器旋转运动传动系统设计 28
4.1.1 锥齿轮副设计计算 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
进给运动的实现 26
3.2.1 搅拌器轴向进给运动的动作要求分析 26
3.2.2 铰链四杆机构的特点 26
3.2.3 曲柄摇杆机构的设计计算 26
3.3 搅拌装置总体架构设计 27
第四章 搅拌装置传动系统设计 28
4.1 搅拌器旋转运动传动系统设计 28
4.1.1 锥齿轮副设计计算 28
4.2 搅拌器驱动设计 30
4.2.1 变频调速电机选择流程 30
4.3 调速电机的确定 35
4.4搅拌轴的计算 36
4.5轴承的选择 37
第五章 搅拌装置三维模型设计 38
5.1 整体三维模型 38
5.2 关键零件三维模型 39
结 论 42
致 谢 43
参 考 文 献 44
第一章 绪论
1.1 应用背景
随着工业化的推进，各种单一固定动作逐渐采用机械代替，解放了大量劳动力，可以用来从事更多其他事情。小型搅拌机在人们的日常生活中应用广泛，用于自动化搅拌各种物料，例如辣椒酱生产厂需要定期搅拌辣酱，大酱生产厂需要定期搅拌豆类，事情更好的发酵，生产出更加香浓的大酱。这些单一重复的动作原先只能雇佣大量劳动力手动完成，费时费力，难以考核，无法按照统一化的步骤实施，难以保证产品质量，采用自动搅拌机可以节省大量人力无力。因为很多运动方式单一的搅拌机有着很多不足,普遍的现象有搅拌物料不够充分,混凝土搅匀的质量不好；除此之外工作时会发出许多噪声,根本满足不了其搅拌机设计的要求而且会阻碍其新技术和新工艺的普及化，所以，就非常需要一款构造简易、易于操作、损耗低的新品种的搅拌机来代替旧式搅拌机,并且亦可以进行普遍地推广于其他需要被搅拌地方。本课题设计的小型多自由度可调搅拌装置，利用可调速电机与摆动直线液压缸分别提供桨叶旋转以及轴向往复运动的动力，可以加大搅拌装置的工作能力，利用锥齿轮传动代替传统的同步带传动，能够增加工作的平稳性及可靠性，还可延长工作寿命；同时可以适应不同粘度原料的加工，实用性强、适用范围广，具有一定的市场推广价值。
1.2 小型搅拌装置发展
1.2.1小型搅拌装置发展历史
在搅拌机兴起之前，自落式搅拌机占据了建筑行业主导地位。但是由于建筑行业对于混凝土搅拌质量的越来越严格，逐渐发展了新品种强制式搅拌机。强制式搅拌机又可被分成两大类，分别为卧轴和立轴两类。这两类占据了中国市场的主要地位。?卧轴式搅拌机是由70年代就发展而来的一种新式搅拌机，又叫圆槽式搅拌机。它可被分为两种系列产品即双轴式和单轴式，这种形式的搅拌机同时拥有这两种搅拌机的性能，并且这种搅拌机的搅拌叶片的运动速度相比于涡浆式的要更小，所以，在耐磨性能上相比卧轴式要比涡桨式的要高。立轴式搅拌机（又称涡浆式强制式搅拌机），并且这种搅拌机装有一个由减速器驱动的转子臂架，它的主体是被放在圆盘中央，而且臂架上面装有内外壁铲刮叶片和搅拌叶片，借助电动机的带动根据各组搅拌叶片的安装角度位置不同从而强烈的混合搅拌转子跟圆盘之间的原材料[14]。随着混凝土施工工艺的改进和完善双卧轴式搅拌机也相继发展起来。从20世纪50年代初期在德国跟美国初露头角，然而因双卧轴式搅拌机仍存在不足（轴端密封不够完美）从而致使其发展受到极大阻碍、基本上毫无发展。一直到70年代初期，轴端密封技术的飞速发展使得被很多国家重新青睐于双卧轴式搅拌机，并且对其进行大力发展，研制出许多种型号的产品。同时，在20世纪80年代末期我国也成功研制了双卧轴式搅拌机，并且将其快速发展并进行普及化，其生产规格和质量是其他型号搅拌机无可比拟的。单卧轴搅拌机（由德国ELLBA公司研制），这种搅拌机不仅功耗小、叶片衬板耐磨性能好、结构紧凑，而且具备搅拌轻质混凝土的优点和满负荷启动的能力。搅拌装置是双卧轴搅拌机的核心部件，以及搅拌后混凝土质量的优劣，混凝土生产效率高低与否，维修使用费用的高低都与它有着很大关系。搅拌机由两个反向运动的搅拌轴、叶片和水平摆放的圆筒槽组成。主轴的中心线与搅拌叶片形成一个相应的角度使得当搅拌轴随着电机转动时，混凝土原材料被搅拌叶片带动作圆周运动的同时不断滚动，并且在搅拌叶片重合的地方；在两轴的交集混合原材料处互相交换；另一边重复地作着的来回的旋转平面运动并沿着搅拌轴旋转的方向推动着混合原材料。搅拌混合设备是一种流体机械产品，这种产品品种繁多，应用广泛，适用于冶金、化工、食品、医药等诸多领域。搅拌操作在工业反应过程中占据极重要地位，它的原理涉及多个方面，如传热、流体力学、传质等诸多过程，而搅拌器是向其输入机械能量的装置从而为了使搅拌介质获得适宜的流动场。所以搅拌器也叫做Mixer，或Agitator,Stirrer。广义的搅拌同时还包括将溶液变成均匀的乳化液或将固体微小粒子搅匀分散悬浮在溶液里面，所以它包括均质机和分散器。有些搅拌器通过产生很大的剪切力，从而获得比胶体磨大的多的细化的粒子（亚微米悬浮体），由此，可用于制造美容乳、色拉酱之类等等的化学品和精细食品。近些年以来，虽然搅拌容器和搅拌器发展迅速，但是也正面临着多种严峻的挑战，比如节能降耗、合理充分利用资源、保证环境质量等。搅拌容器和搅拌器产品结构正逐渐走向大型化同时品种也繁多，装置规模也很经济。自从1949年生产搅拌反应釜以来日立制作所已为对苯二甲酸、聚氯乙烯、聚丙烯、苯乙烯单体等装置生产了搅拌反应釜大约4000台，容器的最大直径达7620 mm，最大容量达576m ，，圆筒部分设计压力最大 28 MPa，设计温度最高 530 cI，电机最大功率达 1100 kW，最大长度达 44380 mm。考虑到节能的要求，开发出小剪切阻力桨叶、变频调速电机、以磁力驱动代替机械传动、以新型密封替代机械密封和填料密封。考虑到减少维修保养成本，减少产品总体上成本和增加设备平均维修时间的间隔的要求，极大大增加了设备运行寿命。考虑到满足卫生和降低杀菌成本和清洗的各种要求，实现了CIP和 SIP，改善了自动化水平，避免了人与产品的直接接触从而在减少待机时间短同时也减少了操控时间，产品的卫生水平得到质的提高。搅拌器发展初期基本上以自落式的形式出现的。后来由于对多种物料条件的不断增加，最后出现了强制式
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