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1、机 械 工 程 学 院 机械制造技术基础课题作业题 目： 双轴桨叶式混合机 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12级卓越班 姓 名： 武国良 学 号： 1666120129 指导教师： 孟令启 日 期： 2014.10.29 摘 要随着现代化工业的发展，复合肥厂规模不断扩大，对混合机混合均匀度的要求不断提高随着饲制液体添加量增加，传统的卧式双螺带混合机已不能满足上述要求于是新一代高性能双轴桨叶式混合机便应运而生从而双轴桨叶式混合机应运而生。该机器广泛用于饲料、粮食、化工、医药、农药等行业中粉状、颗粒状、片状、杂状及粘稠状物料的混合；混合周期短、混合均匀度高：一般物料在5090S时间内
2、混合均匀度CV5%；减少了混合时间，提高了饲料厂生率；装填量可变范围大：装填系数可变范围为0.30.8，适用与多行业中不同比重、粒度等物料的混合；混合不产生偏析：该机在1分钟内混合均匀后，继续混合物料不发生分级现象，且不会因为比重、粒度等物性差别大而产生析；出料快、残留量小：底部采用四开门结构，排料迅速、残留少；液体添加量大：添加30%的液体仍能将物料混合均匀，即能混合粘稠物料；采用独特的链条张紧机构，装拆、调节快捷而方便；排料门密封可靠：排料门采用气囊密封，密封可靠、使用寿命长，更换方便；采用W形混合室，内置风道，整体式机座，侧置检修门，造型美观，装拆检修方便。关键词：桨叶式 复合肥 混合机
3、 第一章 设计任务1第二章 设计内容121 结构与原理122 混合机壳体的计算1221 容积(V)的计算2222 混合室有效容积各部分尺寸的确定223 叶片设计32 3.1桨叶的形状的设计32 32 叶片的安装方式32 33 叶片参数的确定42 34 叶片安装角的确定42 3.5 桨叶与轴的配合52 3.6桨叶与轴的材料选择和连接方式624 转子设计62 41 两转子的安装关系62 42 转子转速n的确定725 出料机构设计72 5.1出料机构工作原理72 5.2 放料机构各零件的设计和选择9第四章 总结13参 考 文 献14第一章 设计任务设计一种适用于食品、医药、化工、建材、塑料、肥料等行
4、业的粉体混合，可进行固-固混合、喷加液体混合的混合机。并具有适用物料范围广，混合精度高，混合速度快，混合过程温和，运转平稳，噪声低，不污染环境，安装、使用、维修保养方便的特点。根据参考有关书籍，我们设定主要技术参数如下：产量500KG 电动机功率11KW 。第二章 设计内容21 结构与原理该双轴混合机主要由两根相反旋转的轴以一定的相位排列及由安装在轴上面的桨叶构成。在电机的驱动下，一侧轴上的桨叶将物料甩起随其一道旋转，另一侧轴上的桨叶利用相位差将一侧甩起的物料反向旋转甩起。这样，两侧的物料便相互落人两轴问的腔内。从而物料在混合机的中央部位形成了一个流态化的失重区(见图1) 度安装，且以低圆周速
5、旋转。物料被提升后形成了旋转涡流，这种处于失重状态下的涡流产生混合作用。使物料快速、充分均匀地混台运动着的物料。虽然是固体，但其表现却象流体一样。由于桨叶以一定的角安装，且以低圆周速转，使物料快速、充分、均匀地混合。 图-1 物料混合运动示意图22 混合机壳体的计算依据该馄合机两根桨叶轴的特点，设计壳体为独特的 w 型结构， 外型框如图2图-2 双轴混合机壳体示意图221 容积(V)的计算根据混合机的理论，混合机的最佳混合批量应以物料刚好达到转子中心线为佳、而对于新型独特的双轴机，要求其能在满负荷下工作(即其生产能力超过其设计能力)，则其充满系数应在02 14范围内，依据公式：（1）式中： V
6、 混合机有效容积()G批次混合量(500公斤批)r物料容重(饲料r=500kg)充满系数(取=06)222 混合室有效容积各部分尺寸的确定混合机的混合室有效容积结构如图2中所示。将混合室容积分成圆柱体与长方体的组合，依据几何关系得： (2)式中：混合室有效容积 （=1.67） D 半边“W”型壳体内径(mm) L 壳体长度(m)为了造型美观，将壳体的长宽比定为黄金分割比， 即： D1：L=06l8 （3）由(2)(3)得：=1.67=（4）根据对壳体的设计计算，得出的数据如下：混合机有效容积 V=1.67 W型壳体内径 =802.88mm 壳体的长度L=1235.2mm23 叶片设计2 3.1
7、桨叶的形状的设计根据物料特性及工艺要求定，对于有液体添加的混合物料，桨叶应选用结构简单的形状，以减少卸料及清理困难。此外，为减小物料阻力，还应尽量缩短桨叶切割边长度，由于在面积相同的情况下，正方形的周长较短，所以桨叶的形状应设计成正方形或接近正方形为宜。为保证桨叶与机体内壁的间隙均匀一致，桨叶顶端边线应设计成椭圆弧线。2 32 叶片的安装方式叶片的安装方式是保证双轴混合机性能的关键，安装不恰当，就不能达到期望的忧越性能；叉根据物料流态化区的形成机理及图-3 叶片安装示意图轴的受力均衡情况，初定每螺距上安装四个叶片安装角为 (待定) 如图3所示。2 33 叶片参数的确定如图3示，设叶片长为L ，
8、宽为c轴向投影长度为b，径向投影为a叶片安装角为考虑叶片转子的平衡稳定性，叶片在轴上的安装数目应取偶数，又因为每螺距上有四个叶片 故：a=L/4K(K=2,4,6)(5)上式中： a叶片径向投影长度(mm)L混合机壳体长度(L=1235.2mm)k偶数因子(取k=4)则式(5)：a=1235.2/16=77.2(mm)根据图2的几何关系：c=a/SIN（6）2 34 叶片安装角的确定混合室内的物料颗粒除了受电机驱动轴叶片上力的作用外，还受物料粒子问的摩擦力及物料粒子与壳体的摩擦作用而产生复杂的复合运动，设其合成运动速度为V 、在图-4物料颗粒运动示意图轴线上的速度为，圆周上的速度为运动示意图如
9、图4：如图4所示，依据几何关系V合=ABSINCOSAB=2Rn/60V合=2Rn/60SINCOSV轴=V合COS(+)= COS(+)(7)式(7)中： n叶片轴转速(rmin)D1半边壳体的内径(mm)叶片安装角物料颗粒的摩擦角角（=2328）对于双轴混合机，要达到其晟佳的混合效果，最大限度地降低动力消耗，使物料能形成流态化的失重区，应使物料的离心力 (mR)小于重力(m g)，mRmg.W=2n/60(8)由上式(8)n (D1=802.88mm)n47.21(rmin)即混合机转于的临界转速n临 47.21(r/min)那么由转速n导致的物料颗粒轴向速度V也应有一个极大值。显然，要求
10、得 式(6)的v轴的极大值，只需对安装角()求 一阶导数。然后令dv轴/d=0即可。 所以cos(2 +)=0得：2+=/2或2 +=-/2(舍去)取=24 则有 =33，即叶片的安装角=33则上式(6)C=a/SIN=77.2/SIN33=141.65（mm）2 3.5 桨叶与轴的配合机体内并排装有两个转子，转子由轴和多组桨叶组成，每组桨叶有两片叶片，桨叶一般呈45角安装在轴上，只有一根轴最左端的桨叶和另一根轴最右端的桨叶与轴线的夹角小于其它桨叶，目的是让物料在此处获得更大的抛牺而较快地进入另一转子作用区。桨叶通过支撑杆固定在轴上，轴一般在中段采用空心轴，两端为实心轴端，以减轻自重，改善受力
11、状况。桨叶与轴的配合如图5所示图-5 桨叶与轴的配合示意图2 3.6桨叶与轴的材料选择和连接方式桨叶与支承杆间采用焊接方式连接。焊接件加工简单，裕量小，受力也较明确，同时焊接的刚度大，整体性好。在此桨叶与支撑杆选用30号钢，该材料有较高的强度和较好的韧性，焊接性中等，热处理方式为正火。轴采用45号钢，该材料具有良好的综合力学性能，热处理方式为调质。支撑杆与轴间采用过渡配合，使支撑杆固定在轴上。24 转子设计2 41 两转子的安装关系根据两转子的受力分析及叶片的受力对性采用两转子叶片间相切及相位为180的安装方式如图6所示 图-6 两转子安装关系示意图2 42 转子转速n的确定据有关资料介绍混合
12、机叶片末端线速度范围国内为V=08 1 62(ms)；日本RM 公司为V=1 12(ms)；美国SW 公司为V=0 9 1 25(ms)；挪威Forberg公司为085 128(m/s) 由于挪威Forberg公司生产的双轴混合机最早取得成成功，这里试取V=0.851.28进行计算。由上式(7)知因为V合即为叶片末端的线速度。所以：0.85 1.28 (D1=2R)解上式得：34.31(r/min)n47.68(r/min)又因为 n临 47.21(r/min)所以34.31(r/min)n47.21(r/min)即该(500公斤批)混合机转子的转速应在34.31(r/min)n47.21(r
13、/min)范围内。具体转速要视电动机及传动比而定。25 出料机构设计2 5.1出料机构工作原理该机底部设有两个出料门一般采取大开门结构，门体设计时应考虑位置微调结构，必要时，可方便地调节门体位置，使门体紧贴于机槽底部，保证出料门位置正确，密封可靠。门框周围还应设置橡胶密封件，门关闭时，门体侧面紧贴密封件，防止机内物料泄漏，密封件设计时应考虑更换问题，以便橡胶条损坏或老化后更换方便。两个出料门由控制机构控制，分别控制出料门的开关该机构采用一只气缸同时控制两排料门开关的结构，该结构采用一个与气缸塞杆铰接的双联主动摇杆，其两端分别与两连杆铰接，气缸往复运动时，通过连杆机构带动两从动摇杆同时相向转动，
14、从而带动两排料门同步开关动作。出料门装在联动轴上，该轴与从动摇杆连接。 图-7 控制放料口开关的机构示意图1- 支杆1 2-连杆1 3-双联主动摇杆 4-连杆2 5-支杆2 6-气缸座 7-气缸 8-活塞杆计算该连杆机构的自由度： F=3n-（2 + - ）- F自由度n活动构件低副高副虚约束局部自由度得出结果F=1,所以该机构的是运动稳定的可动机构，原动件为活塞杆。图-8 9-放料门 10-密封圈 11-壳体支杆1和支杆2分别与两个联动轴铰接，同时联动轴与放料口连接在一起。当气缸往复运动，双联主动摇杆从而推动从动摇杆带动放料口的开关。2 5.2 放料机构各零件的设计和选择气缸的设计与计算选用
15、弹簧复位气缸，参考机械设计手册，气缸的尺寸设计如下： 图-9根据力平衡原理，如图9所示的单向作用气缸活塞杆上输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为：-弹簧反作用力-活塞杆上的推力D-活塞直径P-气缸工作压力-气缸工作时的总阻力-载荷率，主要考虑保证气缸动态特性参数及总阻力。若气缸动态参数要求较高，且工作频率高，其载荷率一般取=0.30.5，速度高时取小值，速度低时取大值；若气缸动态要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，可只考虑其总阻力，其载荷率可取=0.70.85根据机械设计手册，选取D=100mm。由于和相对于非常小，可取它们为0。又因为混合机在工作时转子匀速转动，
16、=0.70.85，所以： =0.01500000.7=274.75活塞杆的设计根据机械设计手册，按强度条件计算活塞杆的直径。d,式中 -气缸的推力 -活塞杆材料的许用应力=/S -材料的抗拉强度 S-安全系数 S1.4选用材料Q235，Q235的抗拉强度为370-500MPA，取=400.可得：d 34.37所以活塞杆的直径取35mm。根据机械零件手册，选用型号为QGS的气缸，设计行程为400mm。于是在计算时我们认为活塞杆的长度为400，直径为35。在实地测量后得出了该机构其他零件的数据，详见各零件的零件图纸。这些杆件均由自由锻造加工成型。自由锻造是采用通用工具或在锻造设备的上下跕间进行锻造
17、，金属只有部分表面受到工具的限制。材料选用Q235，该材料的强度与韧性有较好的配合，锻造性，冲压性以及焊接性良好，热处理为淬火加回火。在设计时，初定A与C点的中心距为1000mm，AB与BC的夹角为120，从而计算出AB和BC的长度约为578mm。图-10根据固定铰链的的中心位置，通过作图法设计出各杆的长度尺寸，如图10。各杆的尺寸详见零件图。连杆的强度校核： =375 故安全。各杆间通过螺栓和螺母进行铰接，规格选用M20。由于螺母为标准件，直接选用。杆5和杆1与轴通过键相连接，采用A型普通平键。平键的尺寸如下： BHL=3218100（mm） R=b/2杆1和杆5是通过两根直轴控制放料门的开
18、关，在设计时所用的轴为光轴。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少。该轴两端有两个键槽，用来安装键，一端连接连杆机构，一端连接放料门。材料选用40cr，热处理方式为调质，B=640Mpa，S=355Mpa。光轴的长度为箱体的长度1235.2mm，光轴的直径由经验选取60mm。轴承的选择轴承的作用是支撑轴及轴上的零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支撑之间的摩擦和磨损。因为滚动轴承已经标准化，所以我们只需要选型就可以了。滚动轴承的类型应根据所受的载荷大小、性质、方向、转速及工作要求来选择。由于本设计的轴基本上只承受径向载荷且承载能力不要求很高，所以我们选择深沟球轴承6000系列。由于轴的直径为60m
19、m，所以我选取滚动轴承代号为61312。第三章 装配图设计 装配图如下图所示： 第四章 总结 通过这次设计，无论是我们的学习知识的能力得到了锻炼，更是使我们团队协作精神得到了很好的锻炼，此项设计是由我们两个人共同完成，在整个设计的过程中，我们两个人主动承担任务，分工协作、积极配合，我在设计中负责设计混合机，杨宇负责设计粉碎机，几次修改设计方案，并进行了大量的理论计算，努力是设计更加趋向完善，虽然过程中曾经出现过闹矛盾的时候，但事后互相都能清楚的认识问题，因为大家都是想努力把设计做好，难免有心急的时候，但是相互宽容、谅解才是同学之间相处的根本，头脑清醒了以后，我们又能积极的配合在一起努力工作，争
20、取把设计早日完成，同时也更加深了对团队协作意识的理解。参 考 文 献1机械制造基础 严霖元主编 中国农业出版社2机械零件手册 贾耀卿，夏恭忱主编 中国标准出版社3机械零件工艺性手册 蔡兰主编 机械工业出版社4机械设计手册 徐灏主编 机械工业出版社5机械设计 杨明忠，朱家诚主编 武汉理工大学出版社 6图学基础教程 潭建荣主编 高等教育出版社7机械设计课程设计 席伟光主编 高等教育出版社8机械设计课程设计 周元康主编 重庆大学出版社9简明机械实用手册 杨晓辉主编 科学出版社10机械设计手册（单行本）机械传动 成大先主编 化学工业出版社11袖珍机械设计师手册 毛谦德主编 机械工业出版社12简明机械零件设计手册 朱龙根主编 机械工业出版社13金属切削机床 戴曙主编 机械工业出版社
