新型高粘度液体搅拌机设计毕业论文Word格式.docx
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Mixingequipmentisafluidmechanicalproductswhichhasdifferenttypesandiswidelyappliedinchemical,construction,medicine,food,coatingandmanyotherindustries.Itplaysanimportantrole.Mixingequipmentisthemechanicalproducts,butinthewholecourseofthedesign,mechanical,material,process,controlandsoonvariousknowledgeisinvolved.Whatisdesignedthistimeisanewkindofhighviscositymixer,suitableformixingthe
multiphasehighviscosityliquidsubstances.Intheprocessofdesign,Ireferred
thepreviousexperience,andaddednewelementtothetraditionalmixing
machinery.Themainstructureincluding:
powerdevice,transmissionsystem,
mixingsystemandsupportcomponents.Themaindesignandcalculation
include:
theselectionoftheblenderandcoupling,thedesignofstirredvessel
andthetransmissioncase,thecalculationofmixingpowerandthepower
ratingofthemotor,designingstirringshaftandcheckitsstrength,selecting
bearingsandcalculatingtheirlifetime,etc.
Keywords:
electromotortransmissioncasebearingsstirring
shaftblender
第1章绪
论...................................................................................................................................1
第2章搅拌机的总体设
计...........................................................................................................7
2.1设计对象及要
求........................................................................................................................7
2.2搅拌机的主要结构及总体布
局...................................................................................................7
2.3搅拌机的工作原
理....................................................................................................................9
第3章关键零部件的设计与计算.............................................................
错误～未定义书签。
3.1搅拌器的选用...........................................................错误～未定义书签。
3.1.1搅拌器的分类
3.1.2搅拌器选
型..........................................................................................错误～未定义书签。
3.2搅拌桶的设
计.............................................................................................错误～未定义书签。
3.3电动机的选
用.............................................................................................错误～未定义书签。
3.3.1电动机额定功率的计
算........................................................................错误～未定义书签。
3.3.2电动机选
3.4传动箱的设
3.5联轴器的选
用.........................................................................................................................
19
3.6键的选用及强度校
核...............................................................................................................20
3.6.1键的选
用.........................................................................................................................20
3.6.2键的强度校
核..................................................................................................................20
3.7搅拌轴的设计及强度校
核........................................................................................................20
3.7.1搅拌轴的设
计..................................................................................................................20
3.7.2搅拌轴的强度和刚度校
核.................................................................................................21
3.8轴承的选用及寿命计
算...........................................................................................................22
3.8.1轴承的选
用......................................................................................................................22
3.8.2轴承的寿命计
算...............................................................................................................24
3.9轴封的选
用..........................................................................................................................
...24
3.10搅拌桶支架的设
计................................................................................................................25
第4章搅拌机三维建模.............................................................................
4.1SolidWorks功能简
介....................................................................................错误～未定义书签。
4.2搅拌机三维模
型..........................................................................................错误～未定义书签。
4.3三维设计的优
点..........................................................................................错误～未定义书签。
总
结...............................................................................................................................................29
谢
辞...............................................................................................................................................30
参考文
献.......................................................................................................................................31
第1章错误～未
第1章绪论
搅拌混合设备是一种流体机械产品，种类繁多、应用广泛，覆盖了化工、建筑、医药、食品、涂料等诸多行业,发挥着重要作用。
随着搅拌混合设备的普及应用，各行各业对于搅拌混合的要求也更为严格，因此，在设计的过程中，既要借鉴已有经验，又要掌握科技创新，对传统的搅拌机械加以改善，这样才能适应不同工艺条件下的搅拌混合。
根据需要，本课题要求设计一款高粘度搅拌机，适用于多相高粘度液态物质的混合。
主要的设计任务包括:
搅拌机总体设计、传动系统设计、搅拌叶片设计、主要零部件结构设计、用绘图软件CAXA和Solidworks表述零件及其产品装配图。
1.1搅拌混合技术的发展与应用
搅拌混合设备的诞生与广泛应用是伴随着社会进步、科技创新逐步发展而来的。
如果留心会发现，搅拌混合的现象层出叠现地发生在生活的诸多细节中，围绕在我们左右。
像饮食中加入调味料，建筑业土料混合等等，都是通过搅拌混合使物料之间混合均匀或者促进加速物理、化学过程的操作。
当搅拌操作超出人力范围时或者顺应人工化向机械化发展的潮流，搅拌设备便应运而生。
随着工业革命的爆发，早在19世纪40年代，德、美、俄等国家便研制生产了自落式搅拌机，这种搅拌机用蒸气机提供动力，搅拌容器是一个木制筒，成多面体状。
19世纪80年代，搅拌容器木板开始被铁或者钢件代替，但形状依旧是多面体。
步入20世纪后，圆柱形的搅拌筒开始普及，改进了搅拌桶形状之后，有效地避免了搅拌物料在筒内壁上的沉积，从而改善了搅拌质量。
在这同一时代，美国用内燃机代替蒸汽机，为搅拌操作提供动力，不久，又以电动机代替内燃机成为动力源。
20世纪中叶，德
国发明了强制式搅拌机。
不同于自落式搅拌机的是，强制式搅拌机通过叶片的旋转来迫使物料按特定轨迹进行剪切、挤压、翻滚、抛出，从而使物料搅拌均匀。
强制式搅拌机的优点是搅拌作用强、质量好、效率高，但缺点有搅拌器与搅拌容器磨损大，功耗大。
随着科技与时代的快速发展，如今搅拌混合设备已经覆盖多个领域，产品规格和生产数量上都达到了一定规模。
搅拌混合设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业，搅拌混合设备在许多场合都作为反应器来应用。
例如石油工业中，搅拌设备被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等;
化工生产中，制造乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。
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搅拌混合设备在建筑业中也得以重用，例如混凝土搅拌设备，通过搅拌混合使混凝土中各组分形成物料颗粒相互分散、均匀分布的混合物。
随着城市建设的发展和施工技术的进步，人们对混凝土的混合质量和经济指标提出了更高的要求，从而促进了混凝土搅拌混合技术的发展和深化，自动化、机械化的搅拌混合机械与施工工艺也大大改变了混凝土工程的施工面貌。
随着科技如雨后春笋般地蓬勃发展，特别是各行各业对于搅拌混合的需求日益增多，要求也更为严格，搅拌与混合设备正伴随着科技的突飞猛进向大型化、标准化、机电一体化、智能化方向发展。
1.2搅拌混合设备概述
1.2.1搅拌与混合
搅拌是指使两种或两种以上物料在流动中相互散布，从而达到均匀混合的一种操作。
搅拌操作又分为气流搅拌和机械搅拌。
气流搅拌是使气体鼓泡经过液体层，借上升作用带动液体产生对流循环。
而机械搅拌，顾名思义，则是靠人工或机器对物料进行搅拌。
两者各有优劣:
与机械搅拌相比，气流搅拌仅靠气泡对液体进行搅拌作用是比较弱的，对于几千MPa?
s以上的高粘度液体更是难于使用。
但气流搅拌因为无运动部件，在搅拌腐蚀性液体、高温高压条件下的反应液体时比较方便。
混合是指通过搅拌或其他操作，使两种或两种以上物料从不均匀状态达到相对均匀状态的过程。
在农业生产、工业加工以及其他相关行业所需的工艺过程中，混合是不可缺少的单元操作之一。
例如用混合来完成饲料、饮料、乳制品、调味料的配制，又如用混合来促进溶解、浸出、结晶、生物化学反应、以及均匀加热和冷却等等。
搅拌混合通过搅动使两种或两种以上物料发生某种方式的循环流动，从而物料之间相互散布，进而使各物料从不均匀状态达到相对均匀的状态。
搅拌既可以是一种独立的流体力学范畴的单元操作，以促进混合为主要目的;
又往往是完成其他单元操作的必要手段，以促进传热、传质、化学反应为主要目的。
总体来说，搅拌混合的作用主要表现为以下几个方面:
（1）促使固体加速溶解或发生液固化学反应;
（2）不互溶的液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液;
（3）促进溶解和气体吸收，强化传质;
（4）强化热交换，防止局部过热或过冷。
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1.2.2搅拌物料的分类
牛顿流体与非牛顿流体:
搅拌物料通常是流体，在应力作用下会流动，按流体力学性质可分为两种——牛顿型和非牛顿型流体。
牛顿流体的粘度不随搅拌设备的搅拌转速变化，也不随位置变化，在通常的切应变速率范围内。
反之，称为非牛顿流体。
水、各种盐的水溶液、甘油等均属于牛顿液体。
许多工程和领域中涉及到的高分子熔体与溶液、原油、各种浓悬浊液乳浊液均属于非牛顿流体。
单相物料体系:
如果需要搅拌的物料是单相的，单向流体按照粘度的大小又可分为低粘度互溶液体、高粘度流体、粘弹性流体和异粘流体等。
一般认为，在搅拌过程中，粘度大于50Pa?
s的称为高粘度流体，粘度在5-50Pa?
s范围内的流体称为中粘度流体，粘度小于5Pa?
s的液体称为低粘度流体。
低粘度互溶液体的搅拌是两种及两种以上互溶液体在搅拌作用下，任意一点的浓度、密度、温度以及其他物理状态达到均匀的过程，属于搅拌过程中最基本、最容易完成的过程。
这种搅拌过程的主要特征就是不存在传递过程的相界面，一般都在湍流状态下进行。
因而该过程具有较强的主体扩散、湍流扩散和分子扩散。
高粘度流体的搅拌泛指互溶的高粘度液体间的混合。
在工业生产中，高粘流体的使用日益增多，许多高分子聚合物都是高粘度流体。
由于粘滞
力的影响，高粘流体的搅拌过程一般只能出现层流状态，而这种层流只能位于在搅拌器附近，离搅拌器稍远的区域高粘度液体可能形成不了循环流动，造成死区，对混合效果大打折扣。
因此，只靠增大搅拌转速来提高循环流量的做法是行不通的，最重要的是增大搅拌器直径与设备内径的比值、搅拌器叶片的宽度以及增加搅拌器的层数。
多相物料体系:
如果被混合的物料是多相的，主要有以下几种情况:
（1）液—液相:
可以互溶或乳化，也可以通过搅拌使互不相溶的两种液体进行分散。
（2）固—固相:
粉粒体或团粒状的混合。
（3）固—液相:
当液相多于固相时，可以形成溶液或悬浮液;
当液相少于固相时，仍然形成粉粒状或团粒状;
当液相和固相比例在某一特定范围内时，可形成稠状物料或无定型团块，这是一种特殊的相变状态。
（4）固—液—气相:
食品生产中的特有混合现象，某些食品生产中要将空气或惰性
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气体混入物料以增加物料的体积、改善物料的质构特性以及口感，如制造充气糖果等。
（5）气—液相:
有通气式、自吸式和表面更新式三种类型，工业应用中80%以上采用通气式装置的搅拌器。
气—液搅拌主要是为了使气泡在液相中均匀分散，从而使得气液两相良好接触，在气液界面传质或者发生化学反应等。
1.2.3搅拌混合设备的分类
搅拌机根据搅拌对象的性质分为固体搅拌设备、固-液搅拌设备、液-液搅拌设备、气-液和气-液-固搅拌设备。
固体混和设备:
常用的固体混合设备有三种类型:
容器转动;
容器固定，内部器件转动;
容器和内部器件同时转动。
有时在混合器中装有档板和叶片。
（1）容器回转式:
图1-1所示是一种典型的容器回转式混合设备，在无内部器件时，具有混合温和、处理量大、易清洗、研磨作用强的特点;
有时为了要破坏粉体团块还可以在容器中安置破坏杆和挡板或者安装喷射器。
图1-1容器回转式图1-2容器固定式
（2）容器固定式:
犁刀式混合机是一种典型的容器固定式搅拌混合设备，搅拌容器呈U形，内部有一条带犁刀的轴，在桶体侧面带高转速飞刀，与主混合轴成90度，电机减速机位于主体设备的端面。
此设备主要应用于粉体与粉体的混合，如建材、太白粉、纤维粉体混合等。
固-液搅拌设备:
固-液悬浮搅拌设备主要应用于五个方面:
（1）磷肥、湿法冶金等行业中处理矿砂用的大型搅拌设备;
（2）化工生产中辅助生产工序用槽，如用作固体物料溶解配料槽以及在中间贮槽中防止固体颗粒在釜底的沉积等;
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（3）用于生成结晶，即所谓晶析槽;
（4）把固体的细粉均匀地分散于中粘或高粘液体中，如生产涂料、油墨和化妆品等;
（5）用于使用固体催化剂的化学反应。
液-液搅拌设备:
通过搅拌使互不相容的两种液体进行分散是一个重要的单元操作，常用于萃取、乳液聚合和悬浮聚合等。
通常，液-液搅拌的目的如下:
（1）通过液-液分散，使相界面增加。
（2）使分散相液滴外部的扩散膜阻力减少。
（3）产生湍流促进浓度和温度均一化。
（4）使分散相液滴反复进行分裂和凝并从而促进分散相液滴间的传质。
气-液和气-液-固搅拌设备:
气-液分散机理:
气流搅拌仅靠气泡对液体进行搅拌作用是比较弱的，对于几千MPa?
气-液-固三相体系:
在三相混合体系中，固体的存在使搅拌机的功耗效率降低，且对气泡周围的传质通道有阻塞作用，因此，比界面积、平均气含率和传质系数均减小。
此外，整个体系的湍动强度下降，使传热系数也减小。
1.3设计应用的研究方法
（1）收集文献资料，熟悉搅拌混合设备理论、现状分析和与之相关的结构设计，借鉴前人已经掌握的经验，在设计过程中类比实际中已有产品的方法进行仿照设计。
（2）对于技术人员来说，在借鉴已有经验的同时，还要掌握新的变化情况，改进传统的搅拌装置、研制新型混合设备，正确选用和设计不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备。
（3）注重机械与过程工艺专业知识结合，一方面，搅拌混合设备是机械产品，需通过机械设计、材料选用和机械加工制得;
另一方面，在设计过程中会涉及到搅拌器选型、电动机选型、搅拌功率计算等，这些属于工艺范畴。
（4）针对所需设计的搅拌机要求，提出总体设计方案，初步选定零部件。
用SolidWorks绘制生成各零件的三维立体模型，并进行零件的装配形成各部件，然后进行搅拌机的总体装配形成总装图。
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