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黃河科技學院本科畢業(yè)設計（論文）任務書
工 學院 機 械 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 2008 級 3 班
學號 080105650 學生 杜 炳 指導教師 楊 漢 嵩
畢業(yè)設計（論文）題目
小型攪拌器三維造型設計及關鍵零部件工藝設計
畢業(yè)設計（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）
一、設計技術要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）
攪拌器是化工生產(chǎn)中經(jīng)常使用的設備，該設備可以代替手動攪拌對人體有毒或對皮膚有傷害的化工原料，結構簡單，使用方便，在化工生產(chǎn)應用比較廣泛。本課題要求利用三維軟件，設計出一個小型攪拌器攪拌器，容積在1000升左右，工作平穩(wěn)靈活，使用方便，并對關鍵零部件進行工藝設計。
在做本課題時，需要查閱機械制圖、機械設計、化工工程與設備、機械制造工藝學等資料，結合實際情況，進行設計。
二、設計目標與任務
利用三維軟件對攪拌器進行設計，并完成其裝配圖與部分零件圖造型圖，查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
1、文獻綜述一篇，不少于3000字，與專業(yè)相關的英文翻譯一篇，不少于3000漢字。
2、畢業(yè)設計說明書一份，內(nèi)容與字數(shù)都不少于規(guī)定的任務量。
3、圖紙若干（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計算機繪圖）。
4、包含本次設計的所有內(nèi)容的光盤一張。
畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范及有關要求，請查閱《黃河科技學院本科畢業(yè)設計（論文）指導手冊》。
三、時間安排
1-4 周 完成開題報告、文獻翻譯、文獻綜述及總體方案設計
5-11 周 完成總體設計、完成部分機構的裝配圖及部分零件圖并撰寫說明書
12-13 周 修改論文、資格審查等
14 周 畢業(yè)答辯
畢業(yè)設計（論文）時間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日
計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 5 月 19 日
專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人簽名：
黃河科技學院畢業(yè)設計開題報告表
課題名稱
小型攪拌器三維造型設計及關鍵零部件工藝設計
課題來源
教師擬訂
課題類型
AX
指導教師
楊漢嵩
學生姓名
杜炳
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
學 號
080105650
一、調(diào)研資料的準備
根據(jù)任務書的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關的資料有：機械設計、機械制圖、機械制造工藝學、機械設計手冊、機械設計課程設計手冊、化工工程與設備與畢業(yè)設計指導等以及與設計相關的手冊。
二、設計的目的與要求
畢業(yè)設計是大學教學中最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該設計過程，可以檢驗學生所學的知識，同時培養(yǎng)學生處理工程中實際問題的能力，因此意義特別重大。
根據(jù)所確定的工藝規(guī)程進行相應總體設計及其主要零部件設計，繪制模具總裝圖及主要零部件圖等圖紙，用pro/e畫出裝配圖與部分零件圖型。
三、設計的思路與預期成果
1、設計思路
先整體后部分，先大概后具體。
（1）首先按照工藝條件、攪拌目的和要求，選擇攪拌器型式，選擇攪拌器型式。
（2）按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動狀態(tài)，工藝對攪拌混合時間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實驗手段和計算機模擬設計，確定電動機功率、攪拌速度、攪拌器直徑。
（3）按照電動機功率、攪拌轉速及工藝條件，從減速機選型表中選擇確定減速機機、聯(lián)軸器、機架型號。
（4）按照安裝形式和結構要求，設計選擇攪拌軸結構型式，并校檢其強度、剛度。
2、預期的成果
（1）設計出既符合使用要求又經(jīng)濟合理的數(shù)控工作臺；
（2）完成文獻綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關的英文翻譯一篇，不少于3000字；
（3）繪制裝配圖和部分零件圖；
（4）完成內(nèi)容與字數(shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設計說明書一份；
（5）刻錄包含本次設計所有內(nèi)容的光盤一張。
四、任務完成的階段內(nèi)容及時間安排
1周——2周 收集設計資料并完成開題報告
3周——4周 完成英文資料翻譯并寫出文獻綜述
5周——6周 進行總體設計和部分零部件的選擇與設計
7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、用pro/e繪制三維立體圖、編寫畢業(yè)設計說明書
11周 修改整理，準備答辯
五、完成設計所具備的條件因素
本人已修完機械設計、機械制圖、機械制造技術基礎、機械制造工藝學與畢業(yè)設計指導等課程，借助圖書館的相關文獻資料，以及相關的網(wǎng)絡等資源。
指導教師簽名： 日期：
課題來源：（1）教師擬訂；（2）學生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設計（藝術設計）；B—技術開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報告 （2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
2
目 錄
1．任務書……………………………………………………… 1
2．開題報告…………………………………………………… 2
3．指導教師評閱表…………………………………………… 4
4．主審教師評審表…………………………………………… 5
5．畢業(yè)設計（論文）答辯評審與總成績評定表…………… 6
6．畢業(yè)設計說明書…………………………………………… 7
7．文獻綜述……………………………………………………73
8．文獻翻譯……………………………………………………84
9．光盤
10．設計圖紙或實驗數(shù)據(jù)記錄
黃河科技學院畢業(yè)設計(文獻綜述) 第 10 頁
單位代碼 0 2
學 號 080105650
分 類 號 TH6
密 級
畢業(yè)設計
文獻綜述
院（系）名稱
工學院機械系
專業(yè)名稱
機械設計制造及其自動化
學生姓名
杜炳
指導教師
楊漢嵩
2012年 03 月 10 日
前言
攪拌設備使用歷史悠久，應用范圍廣。在化學工業(yè)、石油工業(yè)、建筑行業(yè)等等傳統(tǒng)工業(yè)中均有廣泛的使用。攪拌操作看來似乎簡單，但實際上，它所涉及的因素卻極為復雜。
攪拌可以使兩種或多種不同的物質在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質過程。攪拌操作的例子在化驗室里制備某種鹽類的水溶液時，為了加速溶解，常常用玻璃棒將燒杯中的液體進行攪拌。攪拌設備在工業(yè)生產(chǎn)中應用范圍很廣，尤其在化學工業(yè)中，很多化工生產(chǎn)都或多或少地應用著攪拌操作。攪拌設備在許多場合是作為反應器。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設備作為反應器，約占反應器總數(shù)的90%。其他如染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆等行業(yè)，攪拌設備的使用亦很廣泛。有色冶金部門對全國有色冶金行業(yè)中的攪拌設備作樂調(diào)查及功率測試，結果是許多濕法車間的動力消耗50%以上是用在攪拌作業(yè)上。攪拌設備的應用范圍之所以這么廣泛，還因攪拌設備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控制范圍較廣，又能適應多樣化的生產(chǎn)。攪拌設備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進行混合，使原料液或產(chǎn)品均勻化?；どa(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺染料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種形式的攪拌設備。攪拌設備在化學纖維生產(chǎn)中，如聚酯、尼龍等生產(chǎn)中就有很多種類。功率從0.09~37KW，轉速從6.5~1500rpm，種類繁多，槳葉的型式也多種多樣。在建筑工業(yè)上，石灰、水泥的攪拌也得到了非常廣泛的應用，但是在少量水泥、沙子和水一起攪拌的時候大多數(shù)還停留在手工攪拌的工序上，造成了大量的原材料的損失和環(huán)境的污染。
一 攪拌器的發(fā)展
20 世紀 90 年代末 , 四川西昌鋅業(yè)公司在中浸工段使用了一臺美國萊寧公司的攪拌機 , 浸出槽容積 50 m , 配備電機功率 715kW, 取代了原國產(chǎn) 1815 kW 攪拌機。經(jīng)過試用 , 該機性能優(yōu)越。此后, 美國萊寧攪拌機在國內(nèi)許多工廠得到應用, 均獲得一致好評。進口高效節(jié)能攪拌機得到了充分的肯定 , 其優(yōu)越的運行性能及節(jié)能性能為有目共睹。然而 , 其市場普及應用速度遠不如想像的快 , 國內(nèi)低效能攪拌機仍然占據(jù)主要地位。究其原因 , 其實很簡單: 進口高效攪拌機價格不菲, 大量使用令生產(chǎn)廠家不堪承受。同時 , 國內(nèi)許多廠家并不期望長的使用效果 , 更主關心盡可能小的投資及短期的經(jīng)濟效益。另外 , 過高的價格大大削弱了高效攪拌機的節(jié)能性能。國內(nèi)廠家迫切需要一種新型的攪拌機 ,它具有與進口高效攪拌機相同或接近的運行性能及節(jié)能性能 , 同時具有與常規(guī)攪拌機競爭的市場價格。
浙江恒豐泰減速機制造有限公司是一家頗具實力的國內(nèi)減速機及攪拌機制造公司在向市場推銷其產(chǎn)品時 , 他們看到了國外先進的攪拌機 , 也意識到了與別人的差距 , 立志開發(fā)高效節(jié)能型攪拌機 , 與國外企業(yè)競爭。昆明有色冶金設計研究院長期從事有色冶金工廠的設計工作 , 對冶煉工藝及攪拌機有著豐富的技術資源及實踐經(jīng)驗 , 可與恒豐泰一起進行高效節(jié)能攪拌機的開發(fā)。羅平鋅電股份有限公司長期進行電鋅生產(chǎn) , 有著豐富的經(jīng)驗 , 他們在 2002 年使用了 5 臺美國萊寧公司的高效節(jié)能攪拌機 , 對高效節(jié)能攪拌機體會頗深 , 希望看到國產(chǎn)高效節(jié)能且價格便宜的攪拌機投入使用。上述3 家單位決定共同開發(fā)新型高效節(jié)能攪拌機 , 由恒豐泰公司進行投資試制 , 昆明院提供技術支持 , 羅平鋅電提供試驗槽及樣機測試并提供運行報告 , 對樣機提出修改意見等。
2002年初 , 恒豐泰生產(chǎn)的第一臺高效節(jié)能攪拌機抵達羅平 , 安裝在 50 m 攪拌槽上 , 取代原1815 kW攪拌機。經(jīng)過一段時間的試運行 , 其運行性能良好 , 攪拌性能基本達到設計要求。然而 , 這臺機器離大家的期望值尚遠。主要缺點是: 機體大而高 , 外形與原用的擺線針輪式攪拌機相差不大 , 與相鄰的萊寧攪拌機更是不堪一比; 攪拌效果不如原來使用的好 , 與萊寧機也有一定的差距。雖然電機功率達到國外先進水平 , 但此機尚不能稱為成功。在第一臺樣機的基礎上 , 三方提出了各自的看法及改進意見 , 經(jīng)過充分討論及技術分析 , 產(chǎn)生了一個綜合的改進方案: 減速機部分重新設計 , 采用體積小、性能優(yōu)越的LFY型減速機 , 使攪拌機外觀小巧 , 提高轉速增加攪拌強度; 攪拌漿葉進行改進 , 提高攪拌性能。2002年 9 月 , 恒豐泰公司制造的第一臺LFY型硬齒面減速機式攪拌機配備該公司研制的高效 GBT 螺旋攪拌器抵達羅平安裝在另一臺50 m 浸了槽上 , 配備電機功率為715 kW, 取代原 1815 kW 攪拌機。經(jīng)過試運行 , 該機的各項性能均達到設計要求。經(jīng)過幾個月的生產(chǎn)使用 , 羅平鋅電公司對該機作出運行使用報告 , 確認其具有運行(平穩(wěn)、噪聲小 其附近操作人員無明顯噪聲)感覺 、攪拌性能優(yōu)越的特點。該機的整體性能已基本達到進口機的水平。羅平鋅電公司隨后向恒豐泰公司訂購了一批 LFY型攪拌機。在取得成功后 , 恒豐泰公司再接再厲 ,進一步對樣機進行了局部的改進 , 使該機更為小巧美觀。在產(chǎn)品推向市場的過程中 , 該機受到使用廠家的重視 , 許多廠家紛紛訂購 , 表示出今后購買的意向。目前 , 該機已在國內(nèi)十幾個廠家使用。
20 世紀 90 年代以后 , 世界先進的攪拌機制造公司陸續(xù)亮相中國 , 美國、德國、法國、芬蘭等國際知名的攪拌機制造公司 , 逐漸被國人所了解。它們的產(chǎn)品美觀精致、噪聲小、經(jīng)久耐用 , 更為令人驚嘆的是, 這些機器異乎尋常地節(jié)能。以50 m 攪拌槽為例 , 國內(nèi)普遍生產(chǎn)使用的攪拌機配備的電動機功率為1815～22 kW, 而美國萊寧公司配備的電機只需715～11 kW。再如 100 m 凈化槽 , 國內(nèi)產(chǎn)品配備37～45 kW的電動機 , 美國萊寧公司只配備22 kW的電機。
以德國 IKA公司及瑞士 KIEMATICA AG公司為代表的歐洲各國 , 在攪拌、分散、混合的技術領域 , 創(chuàng)新與發(fā)展走在了世界的前列。從流體力學的角度分析流動混合特性 , 可將歐洲攪拌機分為二類。一類是以改善宏觀循環(huán)狀態(tài)為目的 , 在攪拌機上裝有抽氣罩殼。另一類是以流體內(nèi)部的局部區(qū)域產(chǎn)生剪切流為目的的高剪切攪拌機。
有罩殼的攪拌機：
這類攪拌機的特點是: 攪拌器裝在罩殼內(nèi) , 隨著攪拌軸的高速動轉 , 液體從罩殼上方卷入 , 下方吐出 , 液體流動模型為向下流動的軸流型 。物料和槽底碰撞 , 致使液體破碎 , 促進了混合效果。
攪拌機的結構特征:
1、攪拌機的罩殼上下開放 , 罩殼壁上開有橫溝槽或者是一條條窄縫 , 亦或是罩殼不開縫。
2、攪拌葉的型式常見的有: 傾斜式三葉槳片及兩葉的螺旋槳式。應根據(jù)具體的攪拌要求來選用。
3、罩殼的上部、下部以及周(圍都可設置不同形狀的擋板 ), 目的是抑制液面上產(chǎn)生旋渦 ,避免空氣的卷入。
4、當加粉體物料時 , 可將粉體加料管直接插入罩殼 , 由于罩殼內(nèi)強烈的液體紊流 , 使得加入的粉罩殼擋板體不聚團 , 能迅速分散于液體中。因此結構最適于固體的分散、溶解 , 效果十分理想。
高剪切型攪拌機
這類攪拌機的主要特點及機理是: 將攪拌機的罩殼做成類似于梳狀的許多窄縫 , 并稱之為定子 , 而位于罩殼內(nèi)的攪拌葉作為轉子。轉子與定子的間隙很小 , 一般為011 mm～015 mm。轉子以15 m/ s～21 m/ s的轉速高速運轉 , 從而產(chǎn)生極大的抽吸力 , 將液體從窄縫狀罩殼的上方、下方吸入殼內(nèi) , 再從其側面吐出。當液體通過定子與轉子之間的狹窄縫隙時 , 受到高剪切力的作用而破碎 , 達到分散混合及乳化的效果。值得一提的是 , 關于破碎機理 , 還有一種解釋為: 流入罩殼的液體在流出時 , 和窄縫狀的罩殼劇烈碰撞 , 產(chǎn)生高頻率的聲波 , 致使液體分裂破碎。但目前未見這方面定量分析的研究報道。如果能將作用于液體的聲波頻率。強度與攪拌轉速及罩殼窄縫形狀的關系定量化 , 則這類攪拌機的用途將會進一步擴大。
1、定子、轉子的結構特征
作為轉子的攪拌翼 , 其形式有渦輪式、帶銳邊的三爪式或圓柱面的梳齒狀 , 目的是提高剪切效果。柱面梳狀攪拌翼可以做成一層 , 二層或多層 , 應根據(jù)不同的分散、乳化細度要求來選用不同的形式。定子的形式為柱面細小窄縫梳狀 , 并可根據(jù)物料的黏度來調(diào)整縫的寬窄 , 一般細縫適合于低黏度液體 , 寬縫適合于高黏度液體。此外 , 定子也可以做成多層 , 與多層的轉子嚙合 , 共同完成剪切乳化作用。
德國翰德樂推出帶有自動清理篩孔的雙軸篩式攪拌機在重粘土工業(yè)原料處理中占有重要的地位 ,這是由于其具有除雜質、攪拌、均化、揉搓及蒸汽處理等多重作用 ,當然 ,其最重要的作用還是除去原料中的雜質。原料經(jīng)過雙軸篩式攪拌機時 ,在封閉的雙缸內(nèi)原料被三螺旋頭的絞刀推出篩板 ,原料中的雜質如石塊、木屑、樹根、雜草、塑料等就會被篩板擋住 ,并聚集的雜質箱內(nèi)。篩孔中的雜質再由工人用手清理掉 ,工作量很大且浪費很多時間。針對以往雙軸篩式攪拌機存在的弊端 ,德國翰德樂公司推出了帶有自動清理篩孔的雙軸篩式攪拌機。
新型雙軸篩式攪拌機裝有活動的可以清理篩子的由導軌控制的耙子 ,攪拌機工作時 ,耙子不工作。當已被堵塞篩孔的篩板被干凈的篩板替換下來時 ,耙子就自動清理篩板 ,將雜質聚集在雜質箱內(nèi)。
新型雙軸篩式攪拌機的推出 ,再次證明了“設計中小小的改進往往會產(chǎn)生巨大的效果”。
二 攪拌器的工作加工原理、特點及應用范圍
攪拌操作分為機械攪拌與氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機械攪拌相比，僅氣泡的作用對液體進行的攪拌時比較弱的，對于幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難于使用的。但氣流攪拌無運動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應液體的攪拌時比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌操作均系機械攪拌，以中、低壓立式鋼制容器的攪拌設備為主。攪拌設備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。
攪拌設備在工業(yè)生產(chǎn)中的應用范圍很廣，尤其是化學工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應用著攪拌操作。攪拌設備在許多場合時作為反應器來應用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設備作為反應器約占反應器總數(shù)的99%。。攪拌設備的應用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應多樣化的生產(chǎn)。
攪拌設備的作用如下：①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好的分散；③使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸??；④使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化；⑤強化相間的傳質（如吸收等）；⑥強化傳熱。
攪拌設備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化?；どa(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設備。
三 攪拌機的結構
攪拌機主要結構為馬達、減速機、機架；攪拌器包含聯(lián)軸器、轉軸、輪葉等，本頁面針對其大部結構簡單說明如下∶
1、馬達∶馬達之選用除其最基本之輸入電源條件外，首當要注意其安裝環(huán)境，包刮室內(nèi)、室外及攪拌物之物性閃火條件，分別指明屋內(nèi)型、屋外型、防爆等級條件(安全增防爆或耐壓防爆)；甚至為氣動馬達等。本公司將針對不同環(huán)境提供最專業(yè)與安全之選配。
2、減速機∶由於減速機種類繁多，結構與效率值異同，價格相對差異也大，安裝方式與現(xiàn)場空間可亦可能有所受限，本公司提供數(shù)十種不同機型，分別將負載之輕重機型搭配不同之減速機，一則節(jié)省成本，再則可提供高負載機型之需求。
3、機架∶由於液體混合中產(chǎn)生激烈之動負載，攪拌機之運動穩(wěn)定性及壽命取決於支撐機架之結構，轉速、黏度、容量等條件將是考慮因素。我們針對輕負荷、中負荷及重負荷均提供專用之型號，所有機架均采用精密加工以增加其穩(wěn)定運轉，全密閉設計并可完全保護配件受環(huán)境之腐蝕之顧慮，并延長其壽命。由於結構成本差異極大，幫客戶慎選合適機型可以達到既經(jīng)濟又實用之目的。
4、安裝貼版∶直接與桶槽接觸之法蘭面，容易受液體噴濺、氣體之腐蝕，因此材質之選擇極為重要。本公司可以為客戶打造最合適之安裝選擇。
5、軸封∶壓力容器、反應槽及有毒、惡臭等容器都必須做隔離與氣密，一般可為機械軸封、格蘭軸封、油封或特殊復合式隔離設備。并完整考量其適用材質、維修及運轉過程之冷卻條件等。
6、聯(lián)軸器∶連結傳動軸與攪拌器之穩(wěn)定運動，我們提供結構堅固之CF型凸緣式聯(lián)軸器，讓攪拌器能與攪拌機扎實又直線結合在一起，輕型攪拌設備并提供CO型套管式以供選擇。特殊運用時并可設計為專用之快速拆解設計。
7、攪拌軸∶可采實心軸或管材，經(jīng)校直處里。於高轉速環(huán)境下可作精車或研磨加工，協(xié)助客戶選擇最適當之材質，設計最佳之軸徑搭配，并配合做拋光或包襯處理。
8、攪拌葉∶攪拌器葉片之選擇決定其攪拌效果之優(yōu)劣，本公司備有數(shù)十種不同形式之葉片可供客戶選擇，并可針對特殊用途設計專用之葉片。舉凡材質選用、加工包覆處理皆可做最佳之服務。
9、水中軸受∶當攪拌器需要高速運轉、阻力極大之高黏度混合，或置放於較深之桶槽運動時，必須考慮於中段或底部支撐。除考慮其與液體接觸之防腐蝕材質及耐磨耗條件外，拆裝更換耗材簡易是本公司著重之設計重點。部份容器本身因涂裝及材質受限無法加裝支撐軸受條件時，本公司并可提供不同之設計。
總 結
在攪拌混合技術領域 , 特別是在強化攪拌改良實用裝置方面 , 工業(yè)發(fā)達的歐美各國以及日本處于世界領先地位。對于攪拌技術的研究已不僅僅局限于傳統(tǒng)單一的攪拌操作 , 也不僅僅滿足于提高攪拌效率 , 而是向著多功能多目的的攪拌方向發(fā)展 , 即在同一攪拌作用下 , 完成反/應、分散、破碎、均一及乳化等多種過程 , 目的是以更短的操作時間 , 更少的動力消耗以及更低的設備投資來取得更高的攪拌效率 , 這就是當今世界攪拌混合技術的發(fā)展趨勢。
參考文獻
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黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 II 頁
單位代碼 0 2
學 號 080105650
分 類 號 TH6
密 級
畢業(yè)設計說明書
小型攪拌器三維設計及關鍵零部件工藝分析
院（系）名 稱
工學院機械系
專業(yè)名稱
機械設計制造及其自動化
學生姓名
杜 炳
指導教師
楊漢嵩
2012年5月6日
黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 62 頁
小型攪拌器三維設計及關鍵零部件工藝分析
摘要
攪拌設備使用歷史悠久，應用范圍廣。在化學工業(yè)、石油工業(yè)、建筑行業(yè)等等傳統(tǒng)工業(yè)中均有廣泛的使用。攪拌操作看來似乎簡單，但實際上，它所涉及的內(nèi)容卻極為廣泛。本文介紹了小型攪拌器設計的基本思路和基本理論，分析了攪拌器的基本結構及其相關內(nèi)容及攪拌器的運動和其動力裝置。通過對攪拌器的基本設備的描述和對其基本工作原理、作用和功能等相關文獻的參考，從而對小型攪拌器的設計加以綜述。用pro/e設計軟件對攪拌器的零部件和整體進行三維設計。并對關鍵的零部件進行了工藝分析。
關鍵詞：傳動裝置，聯(lián)軸器，支承裝置，電動機，減速器
The 3D Design of?Small?Blender and the Process analysis for the?Key components
Author:Du Bing
Tutor:Yang Hansong
Abstract
The equipment of pulsator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry，petroleum industry，architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness，but actually，the ingredient it involved are plaguy complexity. Tht text introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design，and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator.Overpass describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment principle，function and operation，thereby summarize the design of small pulsator. Using Pro/e software to draw a stirrer on the components and the overall three-dimensional image. And the analysis of key parts of the process.
Key word: Gearing，Join shaft ware，Bearing device，Electromotor，Reducer
目 錄
1緒論 1
1.1 攪拌設備應用及作用 1
1.2攪拌物料的種類及特性 1
1.3攪拌裝置的安裝形式 2
1.4 畢業(yè)設計的意義 3
2 攪拌器罐體結構設計 4
2.1罐體的尺寸確定及結構選型 4
2.2內(nèi)筒體及夾套的壁厚計算 5
2.3攪拌器的選型 7
3 傳動裝置選型 9
3.1選擇電動機功率 9
3.2確定電動機轉速 9
3.3減速器的選擇 9
3.4確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 10
3.5計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 10
4 傳動系統(tǒng)的總體設計 12
4.1高速級直齒輪傳動的設計計算 12
4.2低速級直齒輪傳動的設計計算 16
4.3用pro/e繪制齒輪的三維圖形 20
4.4圓柱齒輪的加工工藝分析 25
5 減速器軸及軸承裝置、鍵的設計 27
5.1高速軸及其軸承裝置、鍵的設計 27
5.2中間軸及其軸承裝置、鍵的設計 34
5.3低速軸及其軸承裝置、鍵的設計 40
5.4用pro/e繪制軸承的三維圖形 46
6 攪拌軸的設計與校核 49
6.1軸的結構 49
6.2軸的材料 49
6.3攪拌軸的計算 50
6.4攪拌軸的形位公差和表面粗糙度要求 50
6.5軸徑的最后確定 50
6.6軸軸的加工工藝分析 51
7 攪拌器附件的選擇 53
7.1攪拌器的軸封裝置 53
7.2結構選擇及計算 54
7.3液體進料管 55
7.4設備支座的選擇 55
結論 57
致謝 58
參考文獻 59
附錄 60
附錄A 齒輪的加工工藝過程 60
附錄B 軸的加工工藝過程 61
1 緒論
攪拌可以使兩種或多種不同的物質在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作時從化學工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應用。
攪拌操作分為機械攪拌與氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機械攪拌相比，僅氣泡的作用對液體進行的攪拌時比較弱的，對于幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難于使用的。但氣流攪拌無運動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應液體的攪拌時比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌操作均系機械攪拌，以中、低壓立式鋼制容器的攪拌設備為主。攪拌設備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。
1.1 攪拌設備應用及作用
攪拌設備在工業(yè)生產(chǎn)中的應用范圍很廣，尤其是化學工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應用著攪拌操作。攪拌設備在許多場合時作為反應器來應用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設備作為反應器約占反應器總數(shù)的99%。。攪拌設備的應用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應多樣化的生產(chǎn)。
攪拌設備的作用如下：①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好的分散；③使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸??；④使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化；⑤強化相間的傳質（如吸收等）；⑥強化傳熱。
攪拌設備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化?；どa(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設備。
1.2攪拌物料的種類及特性
攪拌物料的種類主要是指流體。在流體力學中，把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。在攪拌設備中由于攪拌器的作用，而使流體運動。
1.3攪拌裝置的安裝形式
攪拌設備可以從不同的角度進行分類，如按工藝用途分、攪拌器結構形式分或按攪拌裝置的安裝形式分等。以下僅就攪拌裝置的各種安裝形式進行分類說明。
(1)立式容器中心攪拌
將攪拌裝置安裝在立式設備筒體的中心線上，驅動方式一般為皮帶傳動和齒輪傳動，用普通電機直接聯(lián)接。一般認為功率3.7kW一下為小型，5.5~22kW為中型。
(2)偏心式攪拌
攪拌裝置在立式容器上偏心安裝，能防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生“圓柱狀回轉區(qū)”，可以產(chǎn)生與加擋板時相近似的攪拌效果。攪拌中心偏離容器中心，會使液流在各店所處壓力不同，因而使液層間相對運動加強，增加了液層間的湍動，使攪拌效果得到明顯的提高。但偏心攪拌容易引起振動，一般用于小型設備上比較適合。
(3)傾斜式攪拌
為了防止渦流的產(chǎn)生，對簡單的圓筒形或方形敞開的立式設備，可將攪拌器用甲板或卡盤直接安裝在設備筒體的上緣，攪拌軸封斜插入筒體內(nèi)。
此種攪拌設備的攪拌器小型、輕便、結構簡單，操作容易，應用范圍廣。一般采用的功率為0.1~22kW，使用一層或兩層槳葉，轉速為36~300r/min，常用于藥品等稀釋、溶解、分散、調(diào)和及pH值的調(diào)整等。
(4)底攪拌
攪拌裝置在設備的底部，稱為底攪拌設備。底攪拌設備的優(yōu)點是：攪拌軸短、細，無中間軸承；可用機械密封；易維護、檢修、壽命長。底攪拌比上攪拌的軸短而細，軸的穩(wěn)定性好，既節(jié)省原料又節(jié)省加工費，而且降低了安裝要求。所需的檢修空間比上攪拌小，避免了長軸吊裝工作，有利于廠房的合理排列和充分利用。由于把笨重的減速機裝置和動力裝置安放在地面基礎上，從而改善了封頭的受力狀態(tài)，同時也便于這些裝置的維護和檢修。
底攪拌雖然有上述優(yōu)點，但也有缺點，突出的問題是葉輪下部至軸封處的軸上常有固體物料粘積，時間一長，變成小團物料，混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)品質量。為此需用一定量的室溫溶劑注入其間，注入速度應大于聚合物顆粒的沉降速度，以防止聚合物沉降結塊。另外，檢修攪拌器和軸封時，一般均需將腹內(nèi)物料排凈。
(5)臥式容器攪拌
攪拌器安裝在臥式容器上面，殼降低設備的安裝高度，提高攪拌設備的抗震性，改進懸浮液的狀態(tài)等?？捎糜跀嚢铓庖悍蔷嘞档奈锪?，例如充氣攪拌就是采用臥式容器攪拌設備的。
(6)臥式雙軸攪拌
攪拌器安裝在兩根平行的軸上，兩根軸上的攪拌葉輪不同，軸速也不等，這種攪拌設備主要用于高黏液體。采用臥式雙軸攪拌設備的目的是要獲得自清潔效果。
(7)旁入式攪拌
旁入式攪拌設備是將攪拌裝置安裝在設備筒體的側壁上，所以軸封結構是罪費腦筋的。旁入式攪拌設備，一般用于防止原油儲罐泥漿的堆積，用于重油、汽油等的石油制品的均勻攪拌，用于各種液體的混合和防止沉降等。
(8)組合式攪拌
有時為了提高混合效率，需要將兩種或兩種以上形式不同、轉速不同的攪拌器組合起來使用，稱為組合式攪拌設備。
1.4 畢業(yè)設計的意義
通過本次畢業(yè)設計，我們對攪拌器有了完整的了解和深刻認識。而且學會把所學知識有效的用運到解決實際問題中的能力，不僅對課本所學知識有了更深層次的掌握，同時提高了自己解決實際問題的能力。學會了更好的查閱相關資料，為以后打下良好基礎。本次畢業(yè)設計使我們受益匪淺，通過研究解決一些工程技術問題，各方面的能力均有提升。
2 攪拌器罐體結構設計
2.1罐體的尺寸確定及結構選型
(1)筒體及封頭型式
選擇圓柱形筒體，采用標準橢圓形封頭
(2)確定內(nèi)筒體和封頭的直徑
攪拌罐類設備長徑比取值范圍是1~2，綜合考慮罐體長徑比對攪拌功率、傳熱以及物料特性的影響選取
根據(jù)工藝要求，裝料系數(shù)，罐體全容積m3，罐體公稱容積（操作時盛裝物料的容積）。
初算筒體直徑
即
圓整到公稱直徑系列，去。封頭取與內(nèi)筒體相同內(nèi)經(jīng)，封頭直邊高度，
(3)確定內(nèi)筒體高度H
當時，查《化工設備機械基礎》表16-6得封頭的容積v=0.1113m3
，取
核算與
，該值處于之間，故合理。
該值接近，故也是合理的。
(4)選取夾套直徑
內(nèi)筒徑
夾套
表2-1 夾套直徑與內(nèi)通體直徑的關系
由表2-1，取。
夾套封頭也采用標準橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑
2.2內(nèi)筒體及夾套的壁厚計算
(1)選擇材料，確定設計壓力
按照《鋼制壓力容器》（）規(guī)定，決定選用高合金鋼板，該板材在一下的許用應力由《過程設備設計》附表查取，，常溫屈服極限。
計算夾套內(nèi)壓
介質密度
液柱靜壓力
最高壓力
設計壓力
所以
故計算壓力
內(nèi)筒體和底封頭既受內(nèi)壓作用又受外壓作用，按內(nèi)壓則取，按外壓則取
（2）夾套筒體和夾套封頭厚度計算
夾套材料選擇熱軋鋼板，其
夾套筒體計算壁厚
夾套采用雙面焊，局部探傷檢查，查《過程設備設計》表4-3得
則
查《過程設備設計》表4-2取鋼板厚度負偏差，對于不銹鋼，當介質的腐蝕性極微時，可取腐蝕裕量，對于碳鋼取腐蝕裕量，故內(nèi)筒體厚度附加量，夾套厚度附加量。
根據(jù)鋼板規(guī)格，取夾套筒體名義厚度。
夾套封頭計算壁厚為
確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。
（3）內(nèi)筒體壁厚計算
①按承受內(nèi)壓計算
焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計算壁厚為：
②按承受外壓計算
設內(nèi)筒體名義厚度，則，內(nèi)筒體外徑。
由《過程設備設計》圖4-6查得，圖4-9查得，此時許用外壓為：
故取內(nèi)筒體壁厚可以滿足強度要求。
2.3攪拌器的選型
槳徑與罐內(nèi)徑之比叫槳徑罐徑比,渦輪式葉輪的一般為0.25~0.5，渦輪式為快速型，快速型攪拌器一般在時設置多層攪拌器，且相鄰攪拌器間距不小于葉輪直徑d。適應的最高黏度為左右。
攪拌器在圓形罐中心直立安裝時，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度C一般為槳徑的1~1.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，如離底高度.最上層葉輪高度離液面至少要有1.5d的深度。
圖2-1 攪拌器
符號說明
——鍵槽的寬度 ——攪拌器槳葉的寬度
——輪轂內(nèi)經(jīng) ——攪拌器緊定螺釘孔徑
——輪轂外徑 ——攪拌器直徑
——攪拌器參考質量 ——圓盤到輪轂底部的高度
——攪拌器許用扭矩 ——輪轂內(nèi)經(jīng)與鍵槽深度之和 ——攪拌器槳葉的厚度
選定攪拌器為六直葉開啟渦輪式攪拌器，如圖2-1所示。攪拌器的通用尺寸為槳徑:槳長:槳寬。
由前面的計算可知液層深度，而，故，則設置兩層攪拌器。
為防止底部有沉淀，將底層葉輪放置低些，離底層高度為，上層葉輪高度離液面的深度，即。則兩個攪拌器間距為，該值大于也輪直徑，故符
合要求。
查HG-T 3796.1~12-2005,選取攪拌器參數(shù)如表2-2：
450
55
85
90
100
14
864
8.8
表2-2 攪拌器參數(shù)
3 傳動裝置選型
3.1選擇電動機功率
根據(jù)具體需求設計攪拌器轉速為，工作機所需的功率為
Pw=n×M/9549=60×324/9549=2.0358kW
由電動機至工作機之間的總效率（包括工作機效率）為
η=η12·η24·η32
式中：η1、η2、η3分別為聯(lián)軸器、齒輪傳動的軸承、齒輪傳動。根據(jù)《機械設計指導書》P5表1-7得：各項所取值如表3-1：
種 類
取 值
齒輪傳動的軸承
深溝球軸承
0．993
齒輪傳動
7級精度的一般齒輪傳動
0．962
聯(lián)軸器
剛性聯(lián)軸器
0．99
表3-1 各傳動件的傳動效率
η=0．992×0．9934×0．9622＝0.8819
所以 Pd=Pw/η=2.0358／0.8819kW=2.3084kW
3.2確定電動機轉速
攪拌軸的工作轉速nw=60 r/min，按推薦的合理傳動比范圍，兩級齒輪傳動比i=8~60,故電動機轉速可選范圍為
nd=i’·nw=(8~60)×60r/min=（480~3600）r/min
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的傳動比，比較三個方案選定電動機型號為Y160M1—8，所選電動機的額定功率Ped=4kW，滿載轉速nm=720 r/min，總傳動比適中，傳動裝置結構緊湊。
3.3減速器的選擇
攪拌軸的工作轉速nw=60 r/min，選定的電動機轉速nm=720 r/min，由推薦傳動比選i=8~60,選定兩級圓柱齒輪減速器。綜合攪拌器器型選擇同軸式減速器。如圖3-1：
圖3-1 同軸式減速器
3.4確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比
（1）總傳動比
因為
所以：總傳動比
2)分配傳動比
根據(jù)均勻磨損要求，采用兩級減速器連接傳動機構，i=i1*i2=12則：
3.5計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
（1）電動機軸：
P0 = Pd =4kW
n0 = nm =720 r/min
T0 = 9550×()=53.06 N·m
(2)高速軸：
P1 = P0η1 = 3.96 kW
n1 = n0 =720 r/min
T1 = 9550×()=52.525N·m
(3)中間軸：
P2 = P1η2η3 =3.783 kW
n2 = = 180 r/min
T2 = 9550×()=200.7091 N·m
(4)低速軸：
P3 = P2η2η3 = 3.614 kW
n3 = =60 r/min
T3 = 9550×()=575.228N·m
(5)輸出軸：
P4 = P3η3= 3.578kW
n4 = = 60r/min
T4 = 9550×()= 569.498N·m
輸出軸功率或輸出軸轉矩為各軸的輸入功率或輸入轉矩乘以聯(lián)軸器效率(0.99）
運動和動力參數(shù)計算結果整理后如表3-2所示：
軸名
功率P/
kw
轉矩T/(N·m)
轉速n/
(r·min-1)
傳動比i
效率
電機軸
4kw
53.06
720
1
0.99
高速軸
3.96kw
52.525
720
4.0
0.95
中間軸
3.783kw
200.7091
180
3.0
0.95
低速軸
3.614kw
575.228
60
1
0.99
輸出軸
3.578kw
569.498
60
表3-2 運動和動力參數(shù)計算結果
4 傳動系統(tǒng)的總體設計
4.1 高速級直齒輪傳動的設計計算
1.選精度等級、材料及齒數(shù)
(1)材料選擇及熱處理
小齒輪1選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS1=280.
大齒輪2選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS2=240.
兩者皆為軟齒面。
(2)運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。
(3)選小齒輪齒數(shù)z1=20,大齒輪齒數(shù)z2=80
2.按齒面接觸疲勞強度設計
d1t≥2.323KtT1?du±1uZEσH2
確定公式內(nèi)各計算數(shù)值
(1)試選Kt=1.6
(2)小齒輪傳遞的轉矩T1 =52.525N·m。
(3)按 機械設計表10-7選取齒寬系數(shù)?d=1
(4)由機械設計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
ZE=189.8MPa12
(5) 由機械設計圖10-21按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa；大齒輪接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa
(6)由機械設計式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)
N1=60n1jLh=60×720×1×(2×8×300×10)=2.0736×109
N2=60n2jLh=60×720×1×(2×8×300×10)/4=5.184×108
(7)按機械設計圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90,
KHN2=1.05.
(8)計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機械設計式（10-12）得
σH1=KHN1σlim1S=0.90×600MPa=540MPa
σH2=KHN2σlim2S=1.05×550MPa=577.5MPa
計算
(1)計算小齒輪分度圓直徑d1t=2.3231.6×5.25×1041×54×189.85402=54.511㎜
(2)計算圓周速度
V=πd1tn160×1000=π×54.511×72060×1000=2.05m/s.
(3)計算齒寬b及模數(shù)mnt。
b=?dd1t=1×54.511=54.511㎜
mnt=d1tZ1=54.51120=2.7255㎜
h=2.25 mnt=2.25×2.62=6.1323㎜
b/h==8.89
(4)計算載荷系數(shù)K
已知使用系數(shù)KA=1,根據(jù)v=2.05m/s,7級精度，由機械設計圖10-8查得動載系數(shù)KV=1.1,由機械設計表10-4查得KHβ=1.421,由機械設計圖10-13查得KFβ=1.35.由機械設計表10-3查得直齒輪KHα=KFα=1。故載荷系數(shù)
K=KAKVKHαKHβ=1×1.1×1×1.421=1.5631
(5)按實際的載荷校正所算得的分度圓直徑，由機械設計式（10-10a）得
d1=d1t3KKt=54.511×31.56311.6=54.088㎜
(6)計算模數(shù)mn
mn=d1z1=54.08820=2.7044㎜
3.按齒根彎曲強度設計
由機械設計式10-17
mn≥32KT1?dZ12·YFaYSaσF
（1）確定計算參數(shù)
1）計算載荷系數(shù)。
K=KAKVKFαKFβ=1×1.1×1×1.35=1.485
2)查取齒形系數(shù)
由機械設計表10-5查得YFa1=2.80；YFa2=2.22
3）查取應力校正系數(shù)。
由機械設計表10-5查得YSa1=1.57；YSa2=1.77
4)由機械設計圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=500MPa,大齒輪彎曲疲勞強度極限σFE2=380MPa。
7）由機械設計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.88,KFN2=0.90。
8）計算彎曲疲勞許用應力
1取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由機械設計式（10-12）得：
σF1=KFN1σFE1S=0.88×5001.4=314.29MPa
σF2=KFN2σFE2S=0.90×3801.4=244.29MPa
9)計算大小齒輪的YFaYSaσF并加以比較×
YFaYSaσF1=2.80×1.57314.29=0.01399
YFaYSaσF1=2.22×1.77244.29=0.01608
大齒輪的數(shù)值大。
（2）設計計算
mn≥32×1.485×5.25×1041×202×0.01608=1.84㎜
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn=2㎜，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=54.088㎜l來計算應有齒數(shù)。于是由
Z1=d1mn=54.0882=27.044
取Z1=28,則Z2=uZ1=4×28=112。
4.幾何尺寸計算
（1）計算大小齒輪的分度圓直徑
d1=Z1mn=28×2=56㎜
d2=Z2mn=112×2=224㎜
（2）計算中心距
a=(Z1+Z2)mn2=(28+112)×22=140㎜
(3)計算齒輪寬度
b=?bd1=1×56=56㎜
圓整后B2=55㎜,B1=60㎜
5．主要設計計算結果。
中心距： a=140㎜；
法面模數(shù)： mn=2；
齒數(shù); Z1=28,Z2=112
分度圓直徑：d1=56㎜,d2=224mm
基圓直徑：d b1=52.623mm，db2=210.491
齒頂圓直徑：da1=60mm,da2=228mm
齒根圓直徑：df1=51mm,df2=219mm
全齒高：h1=4.5mm,h2=4.5mm
材料選擇及熱處理
小齒輪1選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS1=280.
大齒輪2選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS2=240.
4.2 低速級直齒輪傳動的設計計算
1.選精度等級、材料及齒數(shù)
1）材料選擇及熱處理
小齒輪1選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS1=280.
大齒輪2選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS2=240.
兩者皆為軟齒面。
2）運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。
3）選小齒輪齒數(shù)z1=24,大齒輪齒數(shù)z2=72
2.按齒面接觸疲勞強度設計
d1t≥2.323KtT1?du±1uZEσH2
(1)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值
1）試選Kt=1.6
2）小齒輪傳遞的轉矩T1 =200.709N·m。
3）按 機械設計表10-7選取齒寬系數(shù)?d=1
4)由機械設計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
ZE=189.8MPa12
5) 由機械設計圖10-21按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa；大齒輪接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa
6)由機械設計式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)
N1=60n1jLh=60×720×1×(2×8×300×10)=5.184×108
N2=60n2jLh=60×720×1×(2×8×300×10)/4=1.296×108
7)按機械設計圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=1.0,
KHN2=1.1.
8)計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機械設計式（10-12）得
σH1=KHN1σlim1S=1.0×600MPa=600MPa
σH2=KHN2σlim2S=1.1×550MPa=605MPa
（2）計算
1）計算小齒輪分度圓直徑d1t=2.3231.6×2.00709×1051×43×189.86002=81.182㎜
2）計算圓周速度
V=πd1tn160×1000=π×81.182×18060×1000=0.765m/s.
3)計算齒寬b及模數(shù)mnt。
b=?dd1t=1×81.182=81.182㎜
mnt=d1tZ1=81.18220=3.383㎜
h=2.25 mnt=2.25×3.383=7.6108㎜
b/h==10.67
4）計算載荷系數(shù)K
已知使用系數(shù)KA=1,根據(jù)v=0.765m/s,7級精度，由機械設計圖10-8查得動載系數(shù)KV=1.05,由機械設計表10-4查得KHβ=1.426,由機械設計圖10-13查得KFβ=1.35.由機械設計表10-3查得直齒輪KHα=KFα=1。故載荷系數(shù)
K=KAKVKHαKHβ=1×1.05×1×1.426=1.4973
5）按實際的載荷校正所算得的分度圓直徑，由機械設計式（10-10a）得
d1=d1t3KKt=81.182×31.49731.6=79.406㎜
6)計算模數(shù)mn
mn=d1z1=79.40624=3.308㎜
3.按齒根彎曲強度設計
由機械設計式10-17
mn≥32KT1?dZ12·YFaYSaσF
（1）確定計算參數(shù)
1）計算載荷系數(shù)。
K=KAKVKFαKFβ=1×1.05×1×1.35=1.4175
2)查取齒形系數(shù)
由機械設計表10-5查得YFa1=2.65；YFa2=2.24
3）查取應力校正系數(shù)。
由機械設計表10-5查得YSa1=1.58；YSa2=1.75
4)由機械設計圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=500MPa,大齒輪彎曲疲勞強度極限σFE2=380MPa。
7）由機械設計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.93,KFN2=0.96。
8）計算彎曲疲勞許用應力
1取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由機械設計式（10-12）得：
σF1=KFN1σFE1S=0.93×5001.4=332.14MPa
σF2=KFN2σFE2S=0.96×3801.4=260.57MPa
9)計算大小齒輪的YFaYSaσF并加以比較
YFaYSaσF1=2.65×1.58332.14=0.0126
YFaYSaσF1=2.24×1.75260.57=0.015
大齒輪的數(shù)值大。
（2）設計計算
mn≥32×1.4175×2.00709×1051×242×0.01608=2.456㎜
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn=2.5㎜，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=79.406㎜來計算應有齒數(shù)。于是由
Z1=d1mn=79.4062.5=27.624
取Z1=28,則Z2=uZ1=3×28=84。
4.幾何尺寸計算
（1）計算大小齒輪的分度圓直徑
d1=Z1mn=28×2.5=70㎜
d2=Z2mn=84×2.5=210㎜
（2）計算中心距
a=(d1+d2)mn2=(70+210)×22=140㎜
(3)計算齒輪寬度
b=?bd1=1×70=70㎜
圓整后B2=80㎜,B1=85㎜
5．主要設計計算結果。
中心距： a=140㎜；
法面模數(shù)： m=2.5mm；
齒數(shù); Z1=28,Z2=84
分度圓直徑：d1=70㎜,d2=210mm
基圓直徑：d b1=65.778mm，db2=197.335
齒頂圓直徑：da1=75mm,da2=215mm
齒根圓直徑：df1=63.75mm,df2=213.75mm
全齒高：h1=6.25mm,h2=6.25mm
材料選擇及熱處理
小齒輪1選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS1=280.
大齒輪2選用45號鋼，熱處理為調(diào)質HBS2=240.
4.3 用proe繪制齒輪的三維圖形
在 proE 中直齒圓柱齒輪是利用參數(shù)進行繪制的，在零件模式下，取消默認模板，使用公制尺寸模板，新建零件零件模型。
1） 使用front平面草繪4個任意半徑的同心圓，確定，按“√”退出草繪。
2) 點擊“工具—>參數(shù)”彈出參數(shù)設置框，點擊“+”增加參數(shù)行，在“名稱”
列輸入直齒圓柱齒輪的參數(shù)符號，在“值”列輸入需要指定的參數(shù)值。如圖4-1：圖4-1 輸入?yún)?shù)
其中：m（模數(shù)）、z（齒數(shù)）、Prsangle（齒形角）ha（齒高）、c（齒隙系數(shù)）、
width（齒寬）的參數(shù)值需要指定其值，其余如d（分度圓直徑）、db（基圓直徑）、
da（齒頂圓直徑）、df（齒根圓直徑）使用關系式進行尺寸賦值。
參數(shù)設置完成后，點擊“確定”關閉。
3) 點擊“工具—>關系”彈出“關系”框，對齒輪的參數(shù)建立參數(shù)關系式。將鼠標移到至同心圓上，4個同心圓同時加亮，點擊，顯示同心圓的尺寸符號。在“關系”欄中輸入如下關系式，點擊“確定”關閉窗口。如圖4-2：圖4-2 輸入關系式
d=m*z
db=d*(cos(prsangle))
da=d+2*m*ha
df=d-2*(ha+c)*m
D0=d
D1=db
D2=da
D3=df
4) 執(zhí)行“編輯—>再生”，圖形中通過關系式賦值的4個同心圓的直徑確定，即d、
db、da、df 的值，再次打開參數(shù)欄可以看到這4個參數(shù)已經(jīng)被賦值。如圖4-3：圖4-3
5) 繪制齒輪的漸開線
點擊窗口“創(chuàng)建基準曲線”按鈕，選取“從方程”，確定，選取坐標類型為圓柱
坐標系后彈出程序運行框和記事本，在記事本中輸入漸開線方程如下：
x=t*sqrt((da/db)^2-1)
y=180/pi
r=0.5*db*sqrt(1+x^2)
theta=x*y-atan(x)
z=0
圖4-4 繪制漸進線
點擊記事本“文件—>保存”后關閉記事本，在“曲線：從方程”的右下角點擊
“預覽”或直接確定，漸開線繪制成功，如圖4-4。
6) 創(chuàng)建漸開線與分度圓的交點為基準點。
執(zhí)行“基準點創(chuàng)建”工具，選取漸開線后，按下“ctrl”選取分度圓，“確定”，
基準點PNT0 創(chuàng)建成功。
7) 創(chuàng)建基準軸A-1
執(zhí)行“基準軸”創(chuàng)建工具，選取TOP平面后按“ctrl”選取RIGHT平面，取兩
個平面的交線為基準軸。
8) 創(chuàng)建基準平面DTM1
執(zhí)行“基準平面”工具，選取基準軸后按“ctrl”選取基準點PNT0，“確定”基
準平面創(chuàng)建成功。
9) 創(chuàng)建基準平面DTM2
執(zhí)行“基準平面”工具，選取基準平面DTM1 后按“ctrl”選取基準軸A-1，在
偏距中輸入旋轉角度值“360/4/Z”，選取“是”添加“360/4/Z”作為特征關系，
“確定”。如圖4-5：
圖4-5
10) 通過基準平面DTM2 鏡像漸開線
11) 修剪齒形
選取FRONT平面進入草繪模式，點擊“通過邊創(chuàng)建圖元”按鈕，選取齒根圓和
兩條漸開線，創(chuàng)建漸開線與齒根圓之間的圓角，圓角半徑為“d/400”，修剪去除
多余的曲線，按“√”退出草繪。
圖4-6
12) 拉伸齒頂圓成特征實體：如圖4-7：
圖4-7 拉伸
13) 利用去除材料拉伸出第一個齒槽
在草繪模式下利用“通過邊創(chuàng)建圖元”選取齒形曲線與齒頂圓的的封閉曲線。如圖：圖4-8
14) 陣列齒形
選取整列方式為“軸”，數(shù)量為75，陣列角度為“360/z”，按確定：如圖4-9 ：
圖4-9 齒輪
4.4 齒輪的加工工藝分析
1）圓柱齒輪的結構忒點
圓柱齒輪一般分為齒圈和輪體兩部。在齒圈上切出直齒，而在輪體上有空或帶有軸。輪體結構形狀直接影響齒輪加工工藝的制定。
2）圓柱齒輪傳動的精度要求
要求齒輪能準確地傳遞運動，傳動比恒定，齒輪轉動時瞬時傳動比的變化量在一定限度內(nèi)。要求齒輪工作是齒面接觸要均勻，并保證有一定的接觸面積和符合要求的接觸位置。
3）齒輪的材料選擇
一般講，對于低速重載的傳動力齒輪，有沖擊載荷的傳力齒輪面受壓產(chǎn)生塑性變形或磨損，且輪齒容易折斷，應選用機械強度、硬度等綜合力學性能好的材料，經(jīng)滲碳淬火，芯部具有良好的韌性，齒面硬度可達56-62HRC。
4）齒輪的毛坯
齒輪的毛坯形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸、結構簡單且對強度要求低的齒輪。當吃了要求強度高、耐磨和耐沖擊是，多選用鍛件。這里選用鍛件為毛坯。
5）圓柱齒輪的加工工藝過程
圓柱齒輪的加工工藝如表4-1：
表4-1 圓柱齒輪加工工藝過程
序號
工序內(nèi)容及要求
定位基準
設備
1
鍛造
2
正火
3
粗車各部，均留余量1.5mm
外圓、端面
轉塔車床
4
粗車各部，內(nèi)孔只錐孔塞規(guī)刻線外6-8mm，其余達圖樣要求
外圓、內(nèi)孔、端面
C616
5
滾齒Fw-0.036mm， Fi=0.10mm
Fi=0..22mm ， Fβ=0.011mm
W=80.84-0.19-0.14mm ，齒面Ra2.5μm
內(nèi)孔、端面
Y38
6
倒角
內(nèi)孔、端面
倒角機
7
插鍵槽達圖樣要求
外圓、端面
插床
8
去毛刺
9
剃齒
內(nèi)孔、端面
Y6714
10
熱處理：齒面淬火后硬度達50-55HRC
11
磨內(nèi)孔錐，磨至錐孔塞規(guī)小端平
齒面、端面
M220
12
銜齒達圖樣要求
內(nèi)孔、端面
Y5714
13
終結檢驗
5 減速器軸及軸承裝置、鍵的設計
1 2 3 4 5 6 7
圖5-1高速軸
1 2 3 4 5
圖5-2 中間軸
1 2 3 4 5 6 7
圖5-3 低速軸軸
5.1 高速軸及其軸承裝置、鍵的設計
1. 輸入軸上功率
2．求作用在齒輪上的力
3．初定軸的最小直徑
選軸的材料為40Cr，調(diào)質處理。根據(jù)機械設計表１５－３，取于是初步估算軸的最小直徑
這是安裝聯(lián)軸器處軸的最小直徑，由于此處開鍵槽，校正值，聯(lián)軸器的計算轉矩 查表14-1取，則
查《機械設計手冊》，選用LX2型聯(lián)軸器，其公稱轉矩為140N·ｍ。半聯(lián)軸器的孔徑，軸孔長度L＝38ｍｍ,J型軸孔,C型鍵,軸段1的直徑,軸段1的長度應比聯(lián)軸器主動端軸孔長度略短,故取。
4．軸的結構設計
(１)擬定軸上零件的裝配方案（見前圖）
(２)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
１）為滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，１－２軸段右端需制處一軸肩，軸肩高度,故?。捕蔚闹睆?
2）初選型號6206的角接觸球軸承 參數(shù)如下
基本額定動載荷
基本額定靜載荷
故 軸段7的長度比軸承寬度少小,故取
3 )由于是做成齒輪軸，.故取
4 )由上可確定軸段5的直徑, 取,取
為減小應力集中,并考慮右軸承的拆卸,軸段6的直徑應根據(jù)6206角接觸球軸承的定位軸肩直徑確定,即
5 )取齒輪端面與機體內(nèi)壁間留有足夠間距H,取 ,取軸承上靠近機體內(nèi)壁的端面與機體內(nèi)壁見的距離S=9mm,取軸承寬度T=16mm.由機械設計手冊可查得軸承蓋凸緣厚度e=10mm,取聯(lián)軸器輪轂端離K=20mm.
故
6）鍵連接。聯(lián)軸器：選圓頭平鍵 鍵A 8*28 t=4mm h=7mm
b=8mm
5.軸的受力分析
1)畫軸的受力簡圖
２)計算支承反力
在垂直面上
在水平面上
故
總支承反力
3）畫彎矩圖
故
4）畫轉矩圖
圖5-4 轉矩圖
B
L3
L2
L1
FV1
FH2
FV2
Fa
Fr
Ft
FH1
C
FV2
FV1
Ft
MVB
FH2
Fr
Fa
FH1
T
M2
M1
M’’HB
M’HB
6． 校核軸的強度
C剖面左側，因彎矩大，有轉矩，還有鍵槽引起的應力集中，故C剖面左右兩側均為危險剖面即4-5段的左右兩側，先計算C面的左側：
，M=M154.3-27.554.3=25206.76N?mm
，
，
軸的材料為40Cr, 調(diào)質處理.由表 15-1查得,. 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按表3-2查取.因 , ,經(jīng)插值后可查得 ，
可得軸的材料的敏性系數(shù)為
，
故有應力集中系數(shù)按式(附3-4)為
得尺寸系數(shù)得扭轉尺寸系數(shù)
得
軸未經(jīng)表面強化處理,即,則按式3-12及3-12a得綜合系數(shù)值為
由3-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù)
, 取
, 取
于是,計算安全系數(shù)值,按式(15-6)~(15-8)則得
故安全
計算C的右側面：
過盈配合處的，由附表3-8用插值法求出=0.8，并取有：
=2.83，=2.27，同時
于是,計算安全系數(shù)值,按式(15-6)~(15-8)則得:
故安全
7 按彎矩合成應力校核軸的強度
對于單向轉動的轉軸,通常轉矩按脈動循環(huán)處理,故取折合系數(shù),則
查表15-1得[]=70mpa,因此,故安全.
8 校核鍵連接強度
聯(lián)軸器:
查表得.故強度足夠.
9. 校核軸承壽命
軸承載荷 軸承1 徑向:
軸向:
軸承2 徑向:
軸向:
因此,軸承1為受載較大的軸承,按軸承1計算
按表13-6,,取, 介于0.029~0.058間，e值介于0.40~0.43有：，故>e。
在表13-5中,對應的e值為0.4~0.43,Y值為1.4~1.3線性插值法求Y值
故
查表13-3得預期計算壽命 ，按一天工作8小時一年300天可用35年。
5.2 中間軸及其軸承裝置、鍵的設計
1. 中間軸上的功率
轉矩
２．求作用在齒輪上的力
高速大齒輪:
低速小齒輪:
３．初定軸的最小直徑選軸的材料為４５鋼，調(diào)質處理。
根據(jù)表１５－３，取于是由式１５－２初步估算軸的最小直徑
由于此處開鍵槽，校正值，取軸段最細的直徑
４．軸的結構設計
(１)擬定軸上零件的裝配方案（見前圖）
(２)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
1 )初選型號6207深溝球軸承 參數(shù)如下
基本額定動載荷
基本額定靜載荷 故
2 )軸段2上安裝齒輪,為便于齒輪的安裝,應略大與,可取.齒輪左端用套筒固定,為使套筒端面頂在齒輪左端面上,軸段2的長度應比齒輪轂長略短,已知齒寬,故取。
3 )齒輪右端用肩固定,由此可確定軸段3的直徑, 軸肩高度,取,為了與1、3軸的齒輪相嚙合，故取
4 )取齒輪端面與機體內(nèi)壁間留有足夠間距H,取 ,取軸承上靠近機體內(nèi)壁的端面與機體內(nèi)壁見的距離S=8mm,取軸承寬度C=17mm.故
5）鍵連接。
高速齒輪：選圓頭普通平鍵 鍵A 12*70 GB1095-1979 t=5mm h=8mm
低速齒輪：選圓頭普通平鍵 鍵A 12*45 GB1095-1979 t=5mm h=8mm
5.軸的受力分析
(1)畫軸的受力簡圖
(２)計算支承反力
在垂直面上
MVB=FV1L1=206.47×52.8=10901.62N
MVC=FV2L3=-3286.36×62.8=180450.78N
在水平面上
總支承反力
(3) 畫彎矩圖
故
(4) 畫轉矩圖
轉矩圖，如圖5-5：
圖5-5 轉矩圖
6 校核軸的強度
高速大齒輪剖面，因彎矩大，有轉矩，還有鍵槽引起的應力集中，故高速大齒輪剖面為危險剖面
軸的材料為45剛 , 調(diào)質處理. 由 表 15-1 查得,. 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按附表3-2查取.因 , ,經(jīng)插值后可查得
可得軸的材料的敏性系數(shù)為
故有應力集中系數(shù)按式(附3-4)為
得尺寸系數(shù)，得扭轉尺寸系數(shù)
得
軸未經(jīng)表面強化處理,即,則按式3-12及3-12a得綜合系數(shù)值為
由3-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù)
, 取
, 取
于是,計算安全系數(shù)值,按式(15-6)~(15-8)則得
故安全
同時由于低速小齒輪剖面，因彎矩大，有轉矩，還有鍵槽引起的應力集中，故低速小齒輪剖面為危險剖面
其他參數(shù)同上。
故安全
7 按彎矩合成應力校核軸的強度
對于單向轉動的轉軸,通常轉矩按脈動循環(huán)處理,故取折合系數(shù),則
B面：
C面：
查表15-1得[]=60MPa,因此,故安全.
8 校核鍵連接強度
高速齒輪:
查表得.故強度足夠.
低速齒輪:
查表得.故強度足夠.
9. 校核軸承壽命
軸承載荷 軸承1 徑向:
軸向:
軸承2 徑向:
軸向:
因此,軸承2為受載較大的軸承,按軸承2計算
,介于0.058~0.087間，e值介于0.43~0.46間, 故
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