机械毕业设计1386调料混合机结构设计.docx
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机械毕业设计1386调料混合机结构设计
摘要
本次设计的主要内容是调料混合机结构设计，首先要了解调料混合机装置的基本构成及工作原理，然后根据其技术要求进行设计。
调料混合操作常用于原料的配制及产品的制造，如谷物、面粉的混合、粉状食品中添加辅料和添加剂、固体饮料的制造、汤粉的制造、调味粉的制造、医药等等。
对于标准件，可以在相应的资料中获得。
其他零部件，首先要根据技术要求，选择合适的材料，然后对其结构设计，其中要注意件与件之间的连接方式。
设计是一个将机构的各个零件分别建模然后在软件中进行组装的过程。
装配的过程中要注意各个零件之间的配合。
关键词：
混合，调料混合机构，基本原理，结构设计，标准件的选择
第1章绪论
1.1调料混合机构的生产工艺···············································1
1.2调料混合机构的优缺点··············································1
第2章调料混合机构组成及原理
2.1调料混合机构组成·····················································2
2.2调料混合机构原理·····················································2
第3章调料混合机构的总体设计
3.1鼓风机的设计·························································4
3.2调料机上罩的设计·····················································4
3.3上插板的设计·························································4
3.4电机·································································5
3.5机架的设计···························································6
3.6滑动轴承的选择·······················································6
3.7滚筒的设计···························································7
3.8出料斗的设计························································11
3.9调料机上挡板的设计··················································12
3.10进料斗的设计·······················································12
3.11轴的设计···························································13
3.12电动机皮带轮及V带设计·············································15
3.13带轮护罩的设计·····················································18
3.14从动辊装置的设计···················································19
3.15主动辊的设计·······················································21
3.16主动辊、从动辊支架的设计···········································23
3.17无级减速器的设计············································24
3.18轴承座的设计···············································25
第4章标准件的选择
4.1电动机的选择························································25
4.2螺栓、螺钉、垫片、键等标准件的选择··································26
结论·································································27
参考文献······························································28
谢辞·································································29
1绪论
混合：
使两种或两种以上不同组分的物质在外力作用下由不均匀状态达到相对均匀状态的过程
混合操作的任务：
通过混合获得化学、物理均匀度达到要求的混合产品，同时通过混合可以实现某种工艺目的
混合作业机械分类：
混合机、搅拌机、捏和机
对混合机械的要求：
混合物的混合均匀度高，混合速度快；调料在容器内的残留量少；设备结构简单，坚固耐用，操作方便，便于检视、取样和清理；机械设备要防锈，耐腐蚀，容器表面光滑，工作部件能拆卸清洗；电机设备和电控装置应能防爆、防湿、防尘，符合环境保护和安全运行的要求。
1.1调料混合机构的生产工艺
1--1调料混合机构的生产工艺图
1.2调料混合机构的优缺点
调料混合机构的优点
1、调料混合机构的全部工作都是全自动生产线，节省了大量的人力资源。
2、卧式螺旋调料机具有混合时间短，混合质量高，排料迅速等优点。
3、调料速度较快，适于公司生产线作业。
调料混合机构的缺点
1.调料机的滚筒太短，食品容易飞出滚筒
调料机在运转时由于离心力的作用，会有一部分食品飞出滚筒，解决这个问题方法是加长滚筒。
2.调料容易粘在滚筒上不容易清除。
由于食物在调料时是热的，这样才能够时调料粘在食品表面，在调料过程中食品冷却，就会有一部分调料从食品表面脱落，粘在滚筒内壁上，这部分调料如果不及时清除就会影响产品的质量。
解决这一问题的方法是定期清除滚筒里的调料。
3.当调料少时没办法控制，只有人工检查。
2调料混合机构组成及原理
2.1调料混合机构组成
调料混合机构由四大部分组成：
搅拌系统、驱动系统、支撑系统、运输系统
搅拌系统：
滚筒、滚筒箍、螺旋机构、调料斗组件、
驱动系统：
电动机、驱动装置、减速器
支撑系统：
从动棍、主动辊、机架、带轮、V带
运输系统：
进料斗、出料斗
2.2调料混合机构原理
应用场合：
调料混合操作常用于原料的配制及产品的制造，如谷物、面粉的混合、粉状食品中添加辅料和添加剂、固体饮料的制造、汤粉的制造、调味粉的制造、医药等等。
（一）混合机理
混合的形式有对流混合、扩散混合和剪切混合。
1．对流混合又称为体积混合或移动混合。
是指调料在混合容器和搅拌装置的运动作用下，各组分调料以成团的形式从一处移向另一处而产生的混合现象。
这种混合作用通常发生在混合的初始阶段，对流混合的混合速度较快，但是混合的均匀程度较差。
对流混合在固定容器式混合机中表现得非常明显。
2．扩散混合又称为点混合。
是指调料由于单个粒子以分子扩散形向四周作无规律运动而产生的混合现象。
这种混合作用通常发生在混合操作的中后期，扩散混合的混合速度较慢，但是最终达到的混合的均匀程度较高，扩散混合在旋转容器式混合机中表现得特别明显。
3．剪切混合又称为面混合或切变混合。
是指调料受剪切作用组分内部粒子之间产生相对滑动，调料组分被拉成愈来愈薄的料层，使组分之间接触界面愈来愈大，从而引起的混合现象。
剪切混合现象在液体与固体混合的捏和机和高粘度液体的搅拌机中表现得特别明显
（二）混合均匀度的表示方法
混合物的混合均匀程度是衡量混合机性能好坏的主要技术指标之一。
通常用混合物中定量统计组分含量的变异系数CV（%）来衡量。
变异系数是指混合物中定量统计组分的含量偏离配方要求含量的程度。
经过充分混合后，混合物为无秩序的，不规则排列的随机完全混合状态。
这时，在混合物内任意处的随机取样中，同一种组分的摩尔分数应该接近一致。
从混合机中取n个样品，每个样品中定量统计组分的摩尔分数分别为X1、X2…XN，当测定次数为有限次数n时，定量统计组分摩尔分数的算术平均值为：
=
标准偏差为：
s=
则变异系数为：
CV（%）=
混合物的变异系数愈大，则混合均匀程度愈差
（三）混合过程
由混合特性曲线可以看出固体混合过程分为三个阶段：
（1）初始阶段对流混合为主，离析作用不明显。
（2）混合均匀阶段对流混合和扩散混合共同作用
（3）平衡阶段达到动态平衡混合特性曲线
1—混合初始阶段；2—混合均匀阶段；3—平衡阶段
图2-1特性曲线
3.调料混合机构的总体设计
3.1鼓风机的设计
鼓风机的主要作用是将调料斗输送来的调料均匀的吹入搅拌筒，使调料与调料均匀混合，选用OZR型鼓风机。
鼓风机管子部分加长管，加长管伸入滚筒中，用来调料出入滚筒。
3.2调料机上罩的设计
材料的选择：
上罩的主要作用是防尘，以及整体的美观性，还防止鼓风机将调料反吹出调料
厚度为1mm,选用Q235-A，冷轧板钢，它韧性良好，有一定强度和伸长率，铸造性、冲压性和焊接性均良好。
结构的设计：
如图3.2所示。
图3.2
3.3上插板的设计
3.3.1材料的选择
上插板的作用是防止调料被鼓风机吹出调料斗，其受力不大，选用Q234-A即可满足工作要求。
加工完毕后去毛刺，表面喷防锈漆。
选择油漆主要应考虑以下几个因素：
（1）各种油漆的性能及用途
（2）油漆的作用及其使用环境
（3）施工条件的局限性。
（4）油漆成本。
经以上条件综合考虑，采用保护涂层，主要用以保护物体在各种环境、各种介质中不受腐蚀，有的可兼顾一些装饰作用，但有的可完全不需要装饰，适用于各种需要防腐蚀的机械，金属结构和管道等。
3.3.2结构设计
上插板与调料机上罩间隙配合，方便经常拉开增加和观察调料斗里的调料
因受力不大，取厚度为1mm,长度为160mm，宽度为175mm。
3.4电机
3.4.1电机的选择标准
电动机容量（功率）选的合适与否对电动机的功率和经济性都有影响。
当容量小于工作要求时，电动机不能保证正常工作或电动机因长期发热量大而过早损坏，功率过大则电动机价格过高，能量不能充分利用，经常处于满载运行，其效率和功率因数都较低，增加电能损耗，造成很大浪费。
3.4.2选择电机类型和结构型式：
电机4的主要作用是带动鼓风机和调料斗的的工作。
电动机带动调料斗里的拨子旋转运动，因为膨化食品机械上使用所需要的功率不大，所以选用YZA5614型，它为笼型转子电动机，有较高的机械强度及过载能力，转动惯量小，适合室内外多尘和频繁快速启动及反转频繁制动场合，转速720r/min,转动惯量6.68kg/m,电压380v,额定功率50Hz。
（机械设计手册，成大先主编）
电机21，选用Y90s-6,它属于Y系列封闭式三相异步电动机，他的特点是效率高、耗电少、噪音低、震动小、体积小、重量轻、运作可靠、维修方便，为B级绝缘。
结构为全封闭式，自扇冷式，能防止灰尘、铁屑等杂物侵入电机内部IC411,为Y型接法。
电动机21的主要作用是通过带带动滚筒旋转工作，，因为膨化食品在机械上使用对功率要求不高，又是在室内使用，所以选用Y90s-6（0.75kw）j就可以满足工作要求。
其外部尺寸高为200mm，长为360mm。
3.5机架的设计
3.5.1材料的选择
机架的设计主要应该保证刚度强度及其稳定性，本机架使用焊接机架，焊接机架具有制造周期短、重量轻和成本低等优点，选用40*40*4的冷弯等边角钢，表面质量好，光滑美观，用于机械轻工，电工等角接焊接性能好，经济性好。
3.5.2结构设计
机架主要作用是用来安装调料斗和电动机，调料斗位于机架右侧，电动机安装在机架左侧，在机架左侧加两个加劲肋，增加机架强度，电动机和机架通过四个鍵连接
机架右侧为两立柱与调料机相焊接，两力柱之间距离为160mm,与调料斗进相配合，既减轻了机架重量，又方便了进料。
结构如图3.5.2所示：
图3.5.2
3.5.3连接方式
型材之间焊接按手工电弧焊或双面焊进行焊接，架子表面焊缝磨平，表面喷防锈漆。
角焊缝采用手工电弧焊，这种焊接方法的优点是灵活机动，适用性广泛，可进行全位置焊接，所用设备简单，耐用性好，维护费用低等。
焊接完毕后焊缝应磨平，安全美观，表面喷防锈漆，防止机架生锈，减低寿命和强度。
3.6滑动轴承
选用材料为H62的滑动轴承用来连接和支撑电动机的轴与调料斗，此种材料具有良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性，具有足够的强度和抗腐蚀能力，滑动轴承适用于转速特高，特大冲击与震动，径向尺寸受到限制或必须部分安装，以及需要在水或者腐蚀性介质中工作的场合，所以此处选用滑动轴承。
尺寸及其形状如图3.6所示：
图3.6
3.7滚筒的设计
3.7.1滚筒本体的设计
（1）材料的选择：
滚筒主要作用是调料混合，要求滚筒有教好的抗腐蚀性和耐热性，使用材料1Cr18Ni9Ti板厚δ=2即可满足要求。
（2）连接方式及结构设计：
由于板材较薄，所以使用用焊接，技术要求为：
焊接牢固，焊缝均匀无裂缝，焊缝表面光滑平整，无焊瘤，无凹坑，焊接连接处不得有大于1mm的咬边。
滚筒箍与滚筒采用螺栓螺钉连接，加防滑垫片，使滚筒箍与滚筒相对固定，使之同步旋转。
焊接有其自身独特的特点：
焊接的优缺点
焊接的优缺点：
焊接方法的优点：
A结构可靠，连接接头系数高
B、与铆接件和铸件相比，结构简化，同样的承载条件，焊接结构更轻更薄，可节省大量的材料
C、密封性能好，适用于各种容器和设备
D、连接厚度大（与铆接比较）
E、可焊接不同的材料
F、设计灵活、简单
G、制造工艺简单，生产周期短，成本低，更易实现专业化批量生产，经济效益明显
H、容易实现机械化和自动化
焊接的缺点：
A焊接变形和焊接残余应力
B、焊接接头的性能不均匀性
C、裂纹性严重
焊接残余应力产生的危害及消除方法
焊接残余应力产生的危害：
A降低钢结构静载荷强度
B、残余应力影响结构的尺寸
C、影响受压杆件的稳定性
D、容易造成应力腐蚀裂纹
消除残余应力的方法：
A热处理（包括整体高温回火和局部回火）
B锤击法
C振动消除法
（2）机架整体结构的设计如下：
滚筒本体的设计尺寸为638（长）×690（直径）锥度60和减轻重量，采用锥体设计，一方面可以节省材料，可以使用集中在两滚筒箍之间的距离为保证为379°-1：
装配后两滚筒箍外圆柱同轴度误差为φ1。
如图3.7.1所示：
图3.7.1
3.7.2螺旋设计
（1）材料的选择：
螺旋的主要作用是搅拌和输送已被预调的食品，使成品能够更加均匀材料选择1Cr18Ni9Ti即可满足工作要求。
（2）结构的设计：
选择左旋螺旋可以使材料向调料向右运输，根据搅拌筒尺寸，使用四跟螺旋即可，螺旋的宽度占到搅拌的2/3，相邻螺旋之间的距离为100mm螺旋和滚筒之间采用焊接相对固定，使用手工电弧焊。
如图3.7.2所示：
图3.7.2
3.7.3拨板
（1）材料的选择：
选用1Cr18Ni9Ti，焊接性能好，防腐蚀能力强，而且从经济性方面考虑来说也比较合适。
（2）结构设计：
（如图3.7.3所示）
倾斜角度60°，为了方便出料和出料保持一致，方便出料，长度为130mm，宽度为50mm，δ=2mm，沿滚筒圆周布置7个拨板，形状如图4.7.3所示
图3.7.3
滚筒设计中用到的标准件的设计：
螺母GB41-86工型六角螺母，C级，螺纹规格D=M12mm。
性能等级为10级表面镀锌纯化
螺钉M6×25GB68-85螺纹规格d=M6mml=25mm。
性能等级为4.8级，表面镀锌化的开槽沉头螺钉。
弹簧垫圈：
GB95-87标准型弹簧垫圈，规格16mm，材料为65Mn表面氧化的标准型弹簧垫圈。
垫圈6GB95-85平垫圈C级，标准系列公称尺寸d=8mm，性能等级为1000HV级。
由于本设计中大多是焊接件，在设计重要焊接件时，应选择适当的钢材。
必须从结构的复杂程度、刚度、焊接方法、采用的焊条及焊接工艺性等因素综合考虑。
一般认为含碳量（质量分数）<0.25%的碳钢及含碳量（质量分数）<0.18%的合金钢焊接性良好。
由于振动体只是起到支承作用的部件，因此在满足力学性能的情况下，权衡其实用经济性，综合考虑选用碳素结构钢Q235-A。
碳素结构钢Q235-A韧性良好，有一定的强度和伸长率，铸造性、冲压性和焊接性均良好，是一般机械制造中的主要材料，广泛用于制作一般的机械零件，如机架、焊接件等。
Q235-A的化学成分及力学性能如表3-1摘自（GB/T700-1988）
化学成份（质量分数）（%）
力学性能（厚度≤16mm）
C
Mn
Si
S
P
屈服点
/Mp
抗拉强度
/Mp
Q235-A
0.14-0.22
0.30-0.65
0.30
0.050
0.045
235
375-500
表3-1
本次设计中多数零件如支架、封板等材料均采用碳素结构钢Q235-A，所以后面设计中关于此种材料的选择及性能均不再赘述。
滚筒的工作原理：
调料由鼓风机吹入滚筒，食品由进料口直接进入滚筒，在滚筒左侧预调，进入滚筒，通过螺旋进行进一步搅拌更加均匀。
到达滚筒2/3的拨板处，由拨板带动调好的食品旋转，旋转至滚筒上方后由于中立作用落下，落在出料斗上，调料后的食品由出料斗输送到下一个工序。
3.8出料斗
出料斗由接料斗和支撑弯板组成，主要作用是将调料后的食品从滚筒输送到下一个工序。
3.8.1接料斗的设计
（1）材料的选择：
采用1Cr13，具有良好的耐蚀性，机械加工性，δ=1mm
因输送的调料后的食品，所以要求材料要有良好的耐蚀性，彭化食品重量较轻，采用δ=1mm即可满足工作要求，又满足经济性要求又因1Cr13的机械加工性较好，所以选用此种材料。
（2）结构设计如图3.8.1所示：
图3.8.1
3.8.2支撑弯板的设计
（1）材料的选择：
选用Q235-AF。
韧性良好，有一定强度和伸长率
支撑弯板的主要作用是支撑接料斗，使接料斗保持倾斜平衡。
选用Q235-A是因为此种材料的韧性良好，还有一定的强度和伸长率，弯曲半径r=1.5mm
（2）结构设计:
如图3.8.2所示
支撑弯板在距离下方20mm处用3个φ6.5的螺栓与挡板相连。
（3）支撑弯板和接料斗的连接方式：
两零件采用点焊连接，两件厚度较小，故采用点焊，加工完毕后去边角毛刺。
图3.8.2
3.9调料机上挡板的设计
调料机上挡板的作用是为了电动机以及内部零件的防尘，和机器整体的美观性，调料机上挡板有2件，选用Q235-A，即可满足工作要求，为从经济性方面考虑δ=1mm即可，长度为200mm，宽度为425mm。
加工完毕后应去毛刺，表面喷防绣漆防止锈蚀，影响机器的寿命和美观性
3.10进料斗
进料斗由进料斗和支撑弯板组成，进料斗和支撑弯板因其厚度较小，故采用点焊连接。
3.10.1进料斗的设计
进料斗使用材料1Cr18Ni9Ti，因此种材料有良好的耐热性和抗腐蚀性。
进料斗进入的是油炸后的食品，温度高。
这就要求进料的材料要有较好的耐热性，所以选用1Cr18Ni9Ti。
δ=1mm（经济性）。
进料斗设计为锥性（如图3.10.1所示），上口的宽度为60，斜度60°，为了使食品可以顺利进入进料斗，口径较大，下口的宽度为40，斜度为30°，目的是使食品减缓进入滚筒的速度使食品可以更加均匀的调料。
图3.10.1
3.10.2支撑弯板的设计
支撑板选用冷轧板Q235-A即可，因Q235-A韧性较好，又有一定强度和伸长率，使用支撑板，弯曲半径R=2mm。
使用2个φ=6.5的螺栓与挡板相连，形状如图4.10.2
图3.10.2
3.11轴的设计
3.11.1材料的选择
轴的主要材料是碳钢和合金钢，由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较低，同时也可以作热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故此处采用45#。
3.11.2轴的结构设计
（1）拟订轴上零件上的装配方案
拟订轴上零件上的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定轴的基本形式，轴的装配方案是：
轴承、左轴承、轴承盖、主动辊、轴套、右轴承、轴承盖、皮带轮、挡盖依次左端向右端安装。
（2）轴上零件的定位：
为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置来进行加工。
零件的轴向定位：
轴的左端采用过盈定位，用螺钉固定防滑，GB65-85开槽圆柱头螺钉，螺纹规格d=M5mm,l=12mm,性能等级4.8级，不经表面处理的开槽圆柱头螺钉。
因为滚筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽，钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位，而且两零件的间距不是太大，因而第二段采用套筒定位。
第三段因轴向力较大，采用轴肩定位。
轴的右端和左端尺寸对称所以选用相同的定位方式，在轴的最右端，有皮带轮，采用挡盖进行轴向定位，挡盖用于固定端零件可以承受较大轴向力。
零件的周向定位：
周向定位的目的的是限制轴上零件与轴发生相对车专动。
此外采用键定位采用键A8×50，GB1096-79，平头普通平键（B型）b=8mm,l=50mm
（3）各轴段直径和长度确定。
a.为了满足半联轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，因此取Ⅱ段直径DⅡ-Ⅱ=27mm，左端用过盈定位，按轴端直径取挡圈直径24mm现取LⅠ-Ⅱ=16mm
b.初步选择因轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选用伸沟球轴承参照工作要求并根据DⅡ-Ⅱ=27mm，GB276-1994其尺寸为d×D×T=25×37×7mm，故dⅢ-Ⅳ=dⅤ-Ⅵ=30mm,而lⅢ-Ⅳ=dⅤ-Ⅵ=58mm右端滚动轴承采用轴肩定位。
c.精确校核轴的疲劳强度：
进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当的选取许用应力。
此外，对于瞬时过载很大后者应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生塑性变形。
截面上有键槽，轴肩及过度配合所引起的应力集中，均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的所以Ⅱ，Ⅱ以及有键的截面均无需校核。
又因为彭化食品调料机为特轻型机械，其轴上载荷很小，绝对满足，不必校核。
d.轴的结构设计：
如图3.11.2所示：
图3.11.2
3.12电动机皮带轮及V带设计
3.12.1电动机V带的设计
电动机为Y90S-6，功率P=0.75KW，n=1000r/minI=1.56每天工作24小时，I=3.3
（1）确定计算功率
由表8-6查得工作情况系数
=1.3
故
=
×p=1.3×0.75=0.925KW（3-1）
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