HD600多向混合机的设计毕业设计.docx

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HD600多向混合机的设计毕业设计

HD600多向混合机的设计

HD600多向运动混合机的设计

摘要：

HD600多向运动混合机广泛应用于医药、食品、轻工业等行业，能在三维空间实现回转、平移、翻转等复杂运动，是一种高效的混合设备。

在该设计任务书中，我综合分析了该混合机的空间运动结构，并对该混合机传动系统进行了详细的说明计算，同时对空间6杆机构进行运动分析，最后绘制出该混合机的装配图和各主要零件的零件图。

该机的混合筒多方向运动，物料无离心力作用，无比重偏析及分层、积聚现象，各组分可有悬殊的重量比，混合率达99.9％以上，是目前各种混合机中的一种较理想产品。

筒体装料率大，最高可达90％（普通混合机仅为40％），效率高，混合时间短。

筒体各处为圆弧过渡，经过精密抛光处理。

多向运动混合机的优势在于其特殊的工作原理，以及桶体结构的设计无死角，不污染物料，出料方便，清洗容易，操作简单等优点。

多向运动混合机的混料桶具有X、Y、Z方向的三维运动，多方向运动的功能，物料在容器内作旋转、翻转、湍动和剪切作用，使物料在混合时不产生积聚现象，对不同比重，不同密度和状态的物料混合不产生离心力的影响和偏折；混合时间短，某些物料5-8分钟即可混合均匀。

既提高了工作效率，又达到了极高的均匀度，混合均匀性达到99.9%以上。

因其最大装载系数可达0.9（普通混合机为0.4～0.6）这一特点，大大缩短了混合物料的时间，提高了混合物料效率。

关键词：

混合机传动系统空间6杆机构

HD600multi-sportmixertothedesign

Abstract:

HD600multi-sportmixerwidelyusedinmedicine,foodandlightindustries,canrealizerotary,translation,rollerandsomeothercomplexsportsinthethree-dimensional.It’sahighlyefficienthybriddevice.Inthisdesignoftheassignment,IhaveanalyzedtheHD400mixerofmorespacetothesportsmovementmixerstructurecomprehensively,andthemixercontainingadetaileddescriptionoftransmission,whileusingthe6Routfitofmixer.Atlast,Idrewaassemblymapandallthemajorpartsmapsofthismixer.

Hybridmulti-barrelmachinedirection,materialisnotcentrifugalforce,nospecificgravitysegregationandstratification,accumulationofthephenomenon,eachcomponentmayhavepoorweightratio,mixingrateof99.9%,andisoneofavarietyofmixerkindsofbetterproducts.Cylinderloadingrateishigh,upto90%（ordinarymixeronly40%）,highefficiency,shortmixingtime.Throughoutthetransitionforthearctube,afterthepolishingtreatment.Multi-directionalmovementmixerhastheadvantageofspecialworks,aswellasthedesignofbarrelstructurenodead,nocontaminatedmaterial,thematerialconvenient,easytoclean,andeasyoperation.

Multi-directionalmovementmixermixingbucketwithX,Y,Zdirectionofthethree-dimensionalmotion,multi-directionfunction,thematerialinthecontainerforrotating,flipping,turbulenceandshear,sothatdoesnotproducethematerialinthemixedaccumulationphenomenon,differentspecificgravity,density,andstatusofdifferentmaterialsmixedcentrifugalforcedoesnotproducetheimpactanddeflection;mixingtimeisshort,someofthematerialcanbemixedfor5-8minutes.Notonlyimprovestheworkefficiency,butalsotoachieveahighuniformity,mixinguniformityof99.9%ormore.Itsmaximumloadfactorofupto0.9（normalmixer0.4~0.6）thisfeature,greatlyreducingthetimethemixedmaterialstoimprovetheefficiencyofthehybridmaterials.

Keywords:

mixertransmissionsystem6Routfit

第一章概述

多向混合机广泛应用于化工、医药、食品、粉末冶金、涂料、电子、军工、材料等粉体混合领域。

粉体混合的质量有时在生产过程中起着关键的作用,例如在化工生产中，均匀的粉体混合为反应创造良好条件；在医药固体制剂的生产中,极微量的药效成分与大量增量剂混合的均匀水平直接影响着药的质量；在粉末冶金中各种不同成分的混合均匀水平影响着材料的强度。

混合设备的发展直接影响着粉体混合单元操作的效果。

随着纳米技术的发展,粉体混合更显示出它的重要性。

1.1混合机的概念

混合机是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。

混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。

混合机可以将多种物料配合成均匀的混合物，如将水泥、砂、碎石和水混合成混凝土湿料等；还可以增加物料接触表面积，以促进化学反应；还能够加速物理变化，例如粒状溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速溶解混匀。

常用的混合机分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。

1.气体和低黏度液体混合机械的特点是结构简单，且无转动部件，维护检修量小，能耗低。

这类混合机械又分为气流搅拌、管道混合、射流混合和强制循环混合等四种。

2.中、高黏度液体和膏状物的混合机械，一般具有强的剪切作用；热塑性的物料混合机主要用于热塑性物料（如橡胶和塑料）与添加剂混合；不同膏状物的混合主要是将待混物料反复分割并使其受到压、辗、挤等动作所产生的强剪切作用，随后又经反复合并、捏合，最后达到所要求的混合程度。

这种混合很难达到理想混合，仅能达到随机混合。

粉状固体与少量液体混合后为膏状物，其混合机理与膏状物料混合的机理相同。

3.不同的热塑性物料以及热塑性物料与少量粉状固体的混合，需要依靠强剪切作用，反复地揉搓和捏合，才能达到随机混合。

4.粉状、粒状固体物料混合机械多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械，如轮辗机等。

少量不溶解的粉状固体与液体的混合机理，与密度成分不同，互不相溶的液体的混合机理相同，只是搅拌不能改变粉状固体的粒度。

若混合前固体颗粒不能使其沉降速度小于液体的流动速度，无论采用何种搅拌方式都形不成均匀的悬浮液。

1.2混合机的结构

该机由机座，传动系统，电器控制系统，多向运机构。

1.3混合机的优点

由于混合桶体具有多方向的运动，使桶体内的物料交叉混合点多，混合效果高，均匀度可达99.9%以上最大装载系数可达0.9（普通混合机为0.4～0.6）。

混合时间短，效率高。

三维混合机混合桶体型设计独特，桶体内壁经过精细抛光，无死角，不污染物料，出料方便，清洗容易操作简单等优点。

1.4混合机的工作环境

混合时要求所有参与混合的物料均匀分布。

混合的程度分为理想混合、随机混合和完全不相混三种状态。

各种物料在混合机械中的混合程度，取决于待混物料的比例、物理状态和特性，以及所用混合机械的类型和混合操作持续的时间等因素。

　液体的混合主要靠机械搅拌器、气流和待混液体的射流等，使待混物料受到搅动，以达到均匀混合。

搅动引起部分液体流动，流动液体又推动其周围的液体，结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散称为主体对流扩散。

当搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用，从而产生大量的局部性漩涡。

这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。

机械搅拌器的运动部件在旋转时也会对液体产生剪切作用，液体在流经器壁和安装在容器内的各种固定构件时，也要受到剪切作用，这些剪切作用都会引起许多局部涡流扩散。

搅拌引起的主体对流扩散和涡流扩散，增加了不同液体间分子扩散的表面积减少了扩散距离，从而缩短了分子扩散的时间。

若待混液体的粘度不高，可以在不长的搅拌时间内达到随机混合的状态；若粘度较高，则需较长的混合时间。

对于密度、成分不同、互不相溶的液体，搅拌产生的剪切作用和强烈的湍动将密度大的液体撕碎成小液滴并使其均匀地分散到主液体中。

搅拌产生的液体流动速度必须大于液滴的沉降速度。

1.5混合机的工作原理：

混合机究竟是怎么工作的，其工作原理又是怎样的呢？

三维混合机在运行中，由于混合桶体具有多方向运转动作，使各种物料在混合过程中，加速了流动和扩散作用，同时避免了一般混合机因离心力作用所产生的物料比重偏析和积聚现象，混合无死角，能有效确保混合物料的最佳品质。

混合机工作起来主要靠其自身的机械搅拌器、气流还有待混液体的射流等辅助工作，以搅动待混物料，使之混合均匀。

而在胶东过程中会引起部分液体流动，流动液体又推动其周围的液体，结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散我们称之为主体对流扩散。

   搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用，从而产生大量的局部性漩涡。

这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。

1.6多向运动混合机

图1.3多向运动混合机

1.7多向运动混合机的概述

多向运动混合机用于制药、化工、食品、轻工、电子、机械、矿冶、国防工业以及科研单位的粉状、颗粒状物料的高均匀度混合。

混合机、多向运动混合机，是一种新颖结构的容器旋转型混合机，是无菌、无尘、全封闭式的高效节能混和机。

混合机、多向运动混合机由机座、调速电机、回转连杆及混合筒体等部分组成，其中筒体为工作（杆）部件。

混合机、多向运动混合机的工作原理是装料的筒体在主轴的带动下作平移、翻滚等复合运动，促使物料沿着筒体作环向、径向、轴向的三向复合运动，使物料相互流动扩散，掺杂，当主传动轴旋转时，筒体的几何中心线也是回转中心线在三维空间周期性地改变其在空间的位置，而筒体则在空间的任何位置上始终绕其回转中心线旋转，致使固定于筒体内的容器中的物料周期性地进行旋转，颠倒和平移摇动的三维运动并连续改变物料间的相互位置，达到高效混合的目的。

混合机、多向运动混合机混合筒多方向运动，物料无离心力作用，无比重偏析及分层积聚、现象，混合率高达99.9％，是目前各种混合机中较理想的产品。

混合机、多向运动混合机筒体装料率大，利用率最高可达90％，最佳添充率80％，混合时间短、效率高、混合时无升温现象。

多向运动混合机利用独特的三度摆动，在主动轴的带动下，作周而复始的平移、转动和翻滚等复合运动，从而实现多种物料的互相流动、扩散、积聚、掺杂，以达到均匀混合的目的。

多向运动混合机因其混合快速且均匀的特点，被广泛的运用于制药、化工、食品、电子、矿冶、国防工业及科研单位的粉状、颗粒物料的高均匀度的混合。

1.8多向运动混合机的特殊功能及特点

该机的混合筒多方向运动，物料无离心力作用，无比重偏析及分层、积聚现象，各组分可有悬殊的重量比，混合率达99.9％以上，是目前各种混合机中的一种较理想产品。

筒体装料率大，最高可达90％（普通混合机仅为40％），效率高，混合时间短。

筒体各处为圆弧过渡，经过精密抛光处理。

多向运动混合机的优势在于其特殊的工作原理，以及桶体结构的设计无死角，不污染物料，出料方便，清洗容易，操作简单等优点。

多向运动混合机的混料桶具有X、Y、Z方向的三维运动，多方向运动的功能，物料在容器内作旋转、翻转、湍动和剪切作用，使物料在混合时不产生积聚现象，对不同比重，不同密度和状态的物料混合不产生离心力的影响和偏折；混合时间短，某些物料5-8分钟即可混合均匀。

既提高了工作效率，又达到了极高的均匀度，混合均匀性达到99.9%以上。

因其最大装载系数可达0.9（普通混合机为0.4～0.6）这一特点，大大缩短了混合物料的时间，提高了混合物料效率。

除以上优点外，多向运动混合机还具备以下优点：

1.低噪音，低耗能，寿命长；

2.体积小，结构简单，便于操作和维护；

3.根据物料混合要求，可任意调节转速，并可设置混合时间。

1.9多向运动混合机混合过程的基本要素

各种物料在多向运动混合机中是怎样工作的？

需要经历哪些过程呢？

构成多向运动混合机混合的基本要素又有哪些呢？

    多向运动混合机混合过程主要是通过剪切、分流、位置交换三要素，使共混物在一定的体积空间内均匀分布，最终得到一种宏观上的分散混合体。

在混合过程中，被混物料一般不发生冲突（有时也有少量发生相变）。

而混炼过程增加了压缩、拉伸和重新集聚的作用。

物料在压缩状态下所承受的高剪切速率所产生的磨擦热（有时还有輔助外加热），往往足以使共混物发生，使其变为熔体。

这样，才使共混物中在固体状态下集聚的较大的颗粒粉碎、熔融和细化，从而得到更为理想的均化共混物。

    物料的混合过程是一个动态平衡过程，即在一定的剪切场的作用下，分散相不断被粉碎，与此同时，在分子热运动的作用下，破碎的分散相又趋向重新集聚，最终使分散相达到该条件下的平衡粒径的过程。

一般以为，无论使用何种设备做混合操作，混合过程都应具备以下混合要素，即剪切、分流和位置交换。

同时，混炼过程还应有压缩、拉伸和分配置换等作用。

第二章传动系统的设计

2.1传动方案的设计

2.1.1选用传动方案

根据混合机的功能要求，考虑题设功能参数及约束条件，可构思出一系列传动方案，经初步淘汰，现列举两种传动方案。

方案一：

传动系统示意图如2.1所示。

（a）

（b）

图2.1方案一传动系统示意图

其中，图2.1（b）为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴的展开图，其空间位置可由图2.1（a）看出。

传动链由电动机经V带传动、两级齿轮传动再通过链传动传至Ⅴ轴。

方案二：

传动方案示意图如2.2所示

（a）

（b）

图2.2方案二传动示意图

方案一和方案二均能满足HD400多向混合机的功能要求，但方案一与方案二相比有结构紧凑，传动平稳，传动效率高，成本低等优点，故最终选用方案一。

2.1.2计算总传动比及分配各级传动比

传动装置的总传动比为

由于拟采用带传动和两级齿轮传动以及链轮传动减速，按[1]表1-8的推荐范围，初定i1=3.4,i2=3.4,i3=2.9,i4=3.6

2.1.3计算传动装置的运动和动力参数

从电机到执行机构有四轴依次为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴，则

1）各轴转速：

2）各轴功率：

由[1]表1-7查得各轴之间的传动效率为：

ηmⅡ=0.96,ηⅡⅢ=0.98，ηⅢⅣ=0.98,ηⅣⅤ=0.97

故PⅡ=PmηmⅡ=2.2×0.96=2.12kw；

PⅢ=PⅡηⅡⅢ=2.12×0.98=2.07kw；

PⅣ=PⅢηⅢⅣ=2.07×0.98=2.03kw；

PⅤ=PⅣηⅣⅤ=2.03×0.97=1.99kw

2.2带轮传动的设计

1.确定计算功率Pca

由[2]中表8-7查得工作情况系数KA=1.1，故

Pca=KAPm=1.1×2.2kw=2.42kw

2.选择V带的带型

根据Pca、KA由图8-11选用A型。

3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v

1）初选小带轮基准直径dd1。

由表8-6和8-8，取小带轮的基准直径dd1=90mm。

2）验算带速v。

按式（8-13）验算带的速度

因为5m/s

3）计算大带轮的基准直径。

根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径dd2

dd2=i1dd1=3.4×90mm=306mm根据表8-8，圆整为dd2=315mm。

4.确定V带的中心距a和基准长度Ld

1）根据式（8-20），初定中心距a0=500mm。

2）由式（8-22）计算带所需的基准长度

由表8-2选带的基准长度Ld=1600mm。

3）按式（8-23）计算实际中心距a。

中心距的变化范围为443～515mm。

5.验算小带轮上的包角α1

6.计算带的根数z

1）计算单根V带的额定功率Pr。

由dd1=90mm和nm=1430r/min,查表8-4a得P0=1.064kw。

根据nm=1430r/min，iⅠ=3.4和A型带，查表8-4b的

。

查表8-5得Kα=0.925，表8-2得KL=0.99，于是

2）计算V带的根数z。

取4根。

7.计算单根V带的初拉力的最小值（F0）min

由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以

应使带的实际初拉力F0﹥（F0）min。

8.计算压轴力Fp

压轴力的最小值为

9.带轮结构设计

小带轮的结构形式采用实心式，大带轮采用轮辐式，其他有关尺寸按图8-14荐用的经验公式设计，小带轮、大带轮如下图所示

图2.3小带轮图2.4大带轮

2.3第一级齿轮传动的设计

1.选用齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）按选用的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

2）混合机为一般工作机，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。

3）材料选择。

由表10-1选用小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，两者硬度差为40HBS。

4）选用小齿轮齿数z1=23，大齿轮齿数z2=3.4×23=78.2,取z2=79。

2.按齿面接触强度设计

由设计计算公式（9-10a）进行试算，即

（1）确定公式内的个计算数值

1）试选用载荷系数Kt=1.3。

2）计算小齿轮传递的转矩。

3）由[3]表13-1-79选取齿宽系数φd=0.6。

4）由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa

。

5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限δHlim1=600Mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2=550Mpa。

6）由式10-13计算应力循环次数。

N1=60nⅡjLh=60×423.53×1×（8×300×15）=9.148×108

N2=N1/3.4=9.148×108÷3.4=2.69×108

7）由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.92；KHN2=0.96。

8）计算接触疲劳许应力。

取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得

（2）计算

1）试算小齿轮分度圆的直径d1t，代入[σH]中较小的值。

2）计算圆周速度v。

3）计算齿宽b。

4）计算齿宽与齿高之比

。

模数

齿高

5）计算载荷系数。

根据v=1.622m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数Kv=1.08；

直齿轮KHα=KFα=1；

由表10-2查得使用系数KA=1；

由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KHβ=1.208。

由

，KHβ=1.203查图10-13得KFβ=1.17；故载荷系数

K=KAKVKHαKHβ=1×1.08×1×1.208=1.305

6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得

7）计算模数m

3.按齿根弯曲强度设计

由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为

（1）确定公式内的各计算值

1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=500Mpa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2=380Mpa；

2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.89,KFN2=0.914；

3）计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得

4）计算载荷系数K。

K=KAKVKFαKFβ=1×1.08×1×1.17=1.264

5）查取齿形系数。

由表10-5查得YFa1=2.69；YFa2=2.222.

6）查取应力校正系数。

由表10-5查得YSa1=1.575；YSa2=1.772。

7）计算大、小齿轮的

并加以比较。

大齿轮的数值大。

（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度算得的模数2.22并就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=73.247mm，算出小齿轮齿数

大齿轮齿数z2=3.4×30=102

4.几何尺寸计算

（1）计算分度圆直径

d1=z1m=30×2.5mm=75mm；d2=z2m=102×2.5mm=255mm

（2）计算中心距

（3）计算齿轮宽度

b=φdd1=0.6×75mm=45mm取B2=45mm，B1=50mm

5.齿轮结构设计

由于小齿轮的齿顶圆直径小于160mm，故选用实心结构，而大齿轮齿顶圆直径小于500mm，故选用腹板式结构为宜。

其他有关尺寸按图10-39荐用的结构尺寸设计，所设计的大、小齿轮如下：

图2.5小齿轮图2.6大齿轮

2.4第二级齿轮传动的设计

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：

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该论文已经通过答辩6链轮的结构设计

小链轮采用整体式，大链轮采用孔板式，其具体参数参照[2]表9-3和9-4进行设计，设计出最终链轮如下图所示：

图2.7小链轮图2.8大链轮

2.5节中所用公式，所查图表若无说明均来自书[3]。