HD600多向混合机的设计.docx

题 目：HD600多向混合机的设计专 业：机械设计制造及其自动化学 号：第一章 概述1第二章传动系统的设计62.1传动方案的设计62.2带轮传动的设计82.3第一级齿轮传动的设计102.4第二级齿轮传动的设计152.5链轮传动的设计18第三章部分轴的设计213.1轴II的设计213.2轴III的设计243.3轴W的设计27第四章 其他零件的设计28设计心得30参考文献附录I3131HD600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0.40.6）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HD600 multi-sport mixer to the designAbstract： HD 600multi-sport mixer widely used in medicine ,food and light industries, can realize rotary, translation, roller and some other complex sports in the three-dimensional. Its a highly efficient hybrid device. In this design of the assignment, I have analyzed the HD400 mixer of more space to the sports movement mixer structure comprehensively, and the mixer containing a detailed description of transmission, while using the 6R outfit of mixer. At last, I drew a assembly map and all the major parts maps of this mixer.Hybrid multi-barrel machine direction, material is not centrifugal force, no specific gravity segregation and stratification, accumulation of the phenomenon, each component may have poor weight ratio, mixing rate of 99.9%, and is one of a variety of mixer kinds of better products. Cylinder loading rate is high, up to 90% (ordinary mixer only 40%), high efficiency, short mixing time. Throughout the transition for the arc tube, after the polishing treatment. Multi-directional movement mixer has the advantage of special works, as well as the design of barrel structure no dead, no contaminated material, the material convenient, easy to clean, and easy operation. Multi-directional movement mixer mixing bucket with X, Y, Z direction of the three-dimensional motion, multi-direction function, the material in the container for rotating, flipping, turbulence and shear, so that does not produce the material in the mixed accumulation phenomenon, different specific gravity, density, and status of different materials mixed centrifugal force does not produce the impact and deflection; mixing time is short, some of the material can be mixed for 5-8 minutes. Not only improves the work efficiency, but also to achieve a high uniformity, mixing uniformity of 99.9% or more. Its maximum load factor of up to 0.9 (normal mixer 0.4 0.6) this feature, greatly reducing the time the mixed materials to improve the efficiency of the hybrid materials.Key words: mixer transmission system 6R outfit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0.40.6）。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0.40.6）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。(b)图2.1方案一传动系统示意图其中，图2.1 (b)为II、III、W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。万案一:(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n1430 r /min传动装置的总传动比为，总=nm=I； r /mi=12。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 i =3.4, i =3.4, i =2.9, i =3.612342.1.3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、W、V轴，则1）各轴转速：n =幻=143皈/min = 420.59r/miniii 3.4in 420.59r /min3.4n = i = 123.71r / minini2n = ="/min =42.66r /min w i 2.93n = % = 42"/min = 11.85r /min v i 3.642）各轴功率:IIIIV由1表1-7查得各轴之间的传动效率为：0师二0.96, 0顿=0.98,=0.98, n VV=0.97故 Pi=Pmn m=2.2X0.96=2.12kw；Pm=Pnn Im=2.12X0.98=2.07kw；PV= Pnn nv=2.07X0.98=2.03kw；PV= Pvn VV=2.03X0.97=1.99kw2.2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K=1.1，故AP =KAPm=1.1X2.2kw=2.42kw2. 选择V带的带型根据PcKA由图8-11选用A型。3. 确定带轮的基准直径dd并验算带速v1）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dd90mm。2) 验算带速v。按式(8-13)验算带的速度v =叫七=脂 90 *1430 m / s = 6.78m / s60 x 100060 x 1000因为5m/s<v<30m/s,故带速合适。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dd2d =i d =3.4X90mm=306mm 根据表 8-8,圆整为 d =315mm。d2 1 dld24. 确定V带的中心距a和基准长度Ld1) 根据式(8-20)，初定中心距ao=500mmo2) 由式(8-22)计算带所需的基准长度L 牝 2a + (d + d ) +巳 1)= 2x500x(90 + 315) + ，mm 牝 1661mmd 00 2 d 1d 24a24 x 500由表8-2选带的基准长度L =1600mm。d3) 按式(8-23)计算实际中心距a。=(500 +1600 1661、2)mm 牝 470mm中心距的变化范围为443515mm。5. 验算小带轮上的包角a157.3°57.3°a 1 总 180° (dd2 dd 1)= 180。一(315 - 90)总 152° > 90°6. 计算带的根数z1) 计算单根V带的额定功率Pr。由 d =90mm 和 n =1430r/min,查表 8-4a 得 P =1.064kw。 d1m0根据 n =1430r/min, i3.4 和 A 型带，查表 8-4b 的询 =0.17kw。查表 8-5 得 Ka =0.925，表 8-2 得 =0.99，于是P = (P +AP ) % kl = (1.064 + 0.17) x 0.925 x 0.99kw = 0.733kw2) 计算V带的根数z。z = 土 =竺=3.32P 0.73取4根。7. 计算单根V带的初拉力的最小值(F )0 min由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m,所以(F )= 500 (2.5 匕)匕 + qV2 = 500x (2.5-0.92距2.42 + 0>1 x6.782N = 143N0 minKz0.925 x 4 x 6.78应使带的实际初拉力F0 > (七)讪。8. 计算压轴力Fp压轴力的最小值为(F ) min = 2 z (F ) sin 1 = 2 x 4 x 143 x sin '以 N = 1110 NP0 min 229. 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2.3第一级齿轮传动的设计please contact Q 3053703061give you more perfectdrawings第四章其他零件的设计HD400多向运动混合机由机座、驱动系统、万向摇臂机构、独特形状混料桶等部件 组成。机座：该机机座由型钢制成，外覆不锈钢面板。机座结构合理，能有效地稳定整机。其结 构如下图：图4.3箱体万向摇臂机构为了使混料桶能在立体三维空间做复杂的平移、转动、摇滚运动，该机设计了一对 摇臂。万向摇臂机构采用全不锈钢材料，并经镜面抛光，造型美观。结构图如图4.2。混合桶本机混合桶置于两个空间交叉又相互垂直，分别由Y型万向摇臂连接的主、从动轴 间。混合桶由桶身、正锥台进料端、出料端及密封装置组成。混合桶采用优质不锈钢精 制，其内壁及外壁经镜面抛光处理。桶体气密性好，平滑光洁无死角、五残留、易清洗。 其结构示意图如图4.3。4.2摇杆图4.3混合桶设计心得随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于 完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但 是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的 一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知 识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西 都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以 后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不 懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮 助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真 是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出 一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时 候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师文美纯对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过 程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自 己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多 东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学 习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造 过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所 学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献:1 孙恒，陈作模主编.机械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，20002 张启新编著.空间机构的分析与综合.北京：机械工业出版社，19843 纪名刚主编.机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社，20014 陈志平、章序文、林兴华等编著.搅拌与混合设备选用手册.北京：化学工业出版社，20045 张剑澄、黄胜、王天翔编著.proe高级篇.北京：机械工业出版社，20046 余国宗主编.化工机械工程手册.北京：化学工业出版社，20037 羊拯民主编.传动轴和万向节.北京：人民交通出版社，19868徐灏主编.机械设计手册（第4卷）.北京：机械工业出版社，19919 范德顺，王雷.摆动式混合机性能研究J.北京化工学院学报,1994, （21）： 42-45.附录外文资料翻译译文摘要圆锥渐开线齿轮（斜面体齿轮）被用于交叉或倾斜轴变速器和平行轴自由侧隙变 速器中。圆锥齿轮是在齿宽横断面上具有不同齿顶高修正（齿厚）的直齿或斜齿圆柱齿 轮。这类齿轮的几何形状是已知的，但应用在动力传动上则多少是个例外。ZF公司已将 该斜面体齿轮装置应用于各种场合：4W D轿车传动装置、船用变速器（主要用于快艇）机 器人齿轮箱和工业传动等领域。斜面体齿轮的模数在0. 7 mm-8 mm之间，交叉传动角在0° - 25°。之间。这些边界条件需要对斜面体齿轮的设计、制造和质量 有一个深入的理解。在锥齿轮传动中为获得高承载能力和低噪声所必须进行的齿侧修形 可采用范成法磨削工艺制造。为降低制造成本，机床设定和由于磨削加工造成的齿侧偏 差可在设计阶段利用仿真制造进行计算。本文从总体上介绍了动力传动变速器斜面体齿 轮的研发，包括:基本几何形状、宏观及微观几何形状的设计、仿真、制造、齿轮测量 和试验。