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1、 0催命技尊隗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：一般物料准0 90S时间内混合均匀度CV5% ；减少了
2、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；采用叩形混合室，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第一章设计任务
3、1第二章设计内容12.1结构与原理12.2混合机壳体的计算12. 2. 1容积(V)的计算22. 2. 2混合室有效容积各部分尺寸的确定22.3叶片设计32 3.1桨叶的形状的设计32 3. 2叶片的安装方式32 3. 3叶片参数的确定42 3. 4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62.4转子设计624. 1两转子的安装关系624. 2转子转速n的确定72.5出料机构设计725.1出料机构工作原理725.2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、肥料等行业的粉体混合， 可
4、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2. 1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，且以低圆周速旋转。物
5、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2. 2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2. 2. 1容积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0. 21. 4范围内，依据公式：v = G（1）i
6、 r9式中：V 混合机有效容积（m3）G一批次混合量（500公斤/批）r一物料容重（饲料r=500kg / m3）9 充满系数（取9 =0. 6）2. 2. 2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：.一兀1兀V = 2D; L + 冗D; L - D; L）（2）式中：V混合室有效容积（V，= V 1=1.67 m3）D 一半边“W”型壳体内径（mm）L 一壳体长度（m）为了造型美观，将壳体的长宽比定为黄金分割比，艮即D1：L=0. 618(3)由得：V = V =1.67=(-兀 +1) D 2 D12
7、(4)1821 0.618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 m2W型壳体内径 D1=802.88mm 壳体的长度L=1235.2mm2. 3叶片设计2 3.1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 3. 2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
8、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 3. 3叶片参数的确定如图3示，设叶片长为L ,宽为c.轴向投影长度为b,径向投影为a.叶片安 装角为a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一叶片径向投影长度(mm)L一混合机壳体长度(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/SINa(6)2 3. 4叶片安装角
9、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V、在图-4物料颗粒运动示意图 轴线上的速度为勺由，圆周上的速度为V 周 运动示意图如图4：如图4所示，依据几何关系V合二ABXSINa -FCOSpAB=2n Rn/60V合=2n Rn/60 - SINa ：COSpV轴=V合COS(a +P )=竺D1 -挡色 COS(a +p )(7)60 cosp式中：n叶片轴转速(r / min)D1-半边壳体的内径(mm)a 叶片安装角p 物料颗粒的摩擦角角(p =23s28)对于双轴混合机，要达到其
10、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(mW2R)小于重力(m g), m W 2 Rmg.W=2n n/60(8)由上式(8)n 42兰8 (D1=802.88mm)31n47.21(r / min)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，要求得式(6)的v轴的极大值，只需对安装 角(a )求一阶导数。然后令dv轴/da =0即可。dV轴 n兀D11=COSa COS (以 + p) - SINa (以 + p)da60 COS pn 兀 D11COS (2a + p) =
11、 060 COS p因为 丰 0,-丰 0( p = 23。 28。)60COS p所以cos(2a +p )=0得：2a +p =n /2或2a +p =-n /2(舍去)取p =24 .则有a =33，即叶片的安装角a =33 .则上式(6)C=a/SINa =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
12、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0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。轴采刖5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。2.4转子设计2 4. 1两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
13、两转子安装关系示意图2 4. 2转子转速11的确定据有关资料介绍.混合机叶片末端线速度范围国内为V=0. 8162(m/s)； 日本RM公司为V=11. 2(m/s)；美国SW公司为V=0 91 25(m/s)；挪威 Forberg公司为0. 851. 28(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=0.85s1.28进行计算。由上式(7)知2兀R sin以=n v合 60 cos p因为V合即为叶片末端的线速度。所以：0.85|坚D1 兰蚂1.28 (D1=2R)60 cosp解上式得：34.31(r/min)n47.68(r/min)又因为 n 临 4
14、7.21(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)n 1.4选用材料Q235，Q235的抗拉强度为370-500MPA，取气二400.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此间进行锻造， 金属只有部分表面受到工具的限制。材料选用Q235，该
15、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，初定入与（3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。E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:6 = 一竺一 =0.29Mpa q =375 MpaS 兀 x 0.01752b F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：BxHxL=32x 18x 100（mm）R=b/2
16、杆1和杆5是通过两根直轴控制放料门的开关，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，6 B=640Mpa，6 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
17、，所以我们选择深沟球轴承6000 系列。由于轴的直径为60mm，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
18、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
