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畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）任務(wù)書(shū)
學(xué) 院
機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
任務(wù)規(guī)定
進(jìn)行日期 自 2006 年 2 月 20 日起，至 2006 年 6 月 23 日止
一、題目來(lái)源、目的、意義
本課題來(lái)自于上海貝思特包裝機(jī)械有限公司。真空乳化機(jī)是食品、藥品、
化妝品等生產(chǎn)過(guò)程中的專(zhuān)用設(shè)備，乳化，既兩種不同相的液體，在乳化鍋中通
過(guò)攪拌，剪切，使之混合為痛相的過(guò)程。設(shè)計(jì)高效率的乳化機(jī)，就是要設(shè)計(jì)出
高質(zhì)量傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)。2004年我國(guó)乳化廠由于乳化效率低下，又沒(méi)能通
過(guò)國(guó)家GMP認(rèn)證而被關(guān)閉了4000余家。本設(shè)計(jì)主要指該設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)、乳
化攪拌系統(tǒng)，同時(shí)，采用適當(dāng)?shù)牟牧希岣呷榛Ч?，又符合?guó)家GMP認(rèn)證。
二、主要工作內(nèi)容
1. 調(diào)研并寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。
2. 傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)（0號(hào)圖）。
3. 電動(dòng)機(jī)的選擇、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算。
4. 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5. 傳動(dòng)零件（齒輪）的設(shè)計(jì)計(jì)算。
6. 軸承類(lèi)型的選擇和壽命計(jì)算。
7. 其它零件的強(qiáng)度校核。
三、主要技術(shù)指標(biāo)（或主要論點(diǎn)）
主要技術(shù)指標(biāo)：
1. 工作容積：350L
2. 刮板漿轉(zhuǎn)速：(10－60)r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率0.92KW
3. 均質(zhì)器轉(zhuǎn)速：(500－2900) r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率4.62KW
4. 使用年限：5年
四、進(jìn)度計(jì)劃
第1周~4周： 調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料。
第5周~6周： 方案設(shè)計(jì)及比較、確定方案，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算。
第7周~11周： 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和零件強(qiáng)度計(jì)算、校核。
第12周~16周： 攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)和零件強(qiáng)度計(jì)算、校核。
第17周： 整理資料，撰寫(xiě)論文。
第18周： 準(zhǔn)備答辯。
五、主要參考資料（外文資料至少一篇）
1. 班省華.國(guó)外均質(zhì)乳化機(jī)攪拌系統(tǒng)的技術(shù)特征分析.[J].甘肅輕紡科技.1996，04:10.
2. 裘炳毅.乳化作用及其在化妝品工業(yè)的應(yīng)用(五) 各種乳化劑體系和乳化工藝技術(shù)(續(xù)1). [J].日用化學(xué)工業(yè). 2000，30.（1）:23-26.
3. 陸光崇. 乳化技術(shù)新進(jìn)展[J]. 日用化學(xué)品科學(xué)， 2000，06:2-5.
4. 胡長(zhǎng)鷹.王有倫. 高剪切均質(zhì)機(jī)機(jī)理研究[J]. 化學(xué)裝備技術(shù)，1997，01:56-61.
5. V. Schroder, H. Schubert . Influence of emulsifier and pore size on membrane emulsification [J]. in: Food Emulsions and Foams. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999:70–80.
6. 陳大先 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社（第四版）. 2001.
7. 濮良貴 紀(jì)名剛 . 機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M]. 高等教育出版社. 2001.
8. 沈志昌 . 高剪切混合乳化機(jī)[J]. 化工機(jī)械 2000，18（6）:359.
9. 王昆.何小柏.汪信遠(yuǎn). 機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M]. 1995年12月第一版. 北京：高等教育出版社. 2003.
10. 張文明. 剪切式均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)與理論研究[J]. 食品與機(jī)械， 2001，（3）：19-21.
六、系審批意見(jiàn)
系主任（簽名）:
七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見(jiàn)
院領(lǐng)導(dǎo)（簽名）:
八、學(xué)生實(shí)際完成日期 九、同組設(shè)計(jì)（論文）者
4
開(kāi)題報(bào)告 ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 綜述
1.1 概述
人們進(jìn)行混合操作時(shí),首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡(jiǎn)單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術(shù)則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質(zhì)中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導(dǎo)入介質(zhì)的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。
而能實(shí)現(xiàn)這一高速攪拌方法的機(jī)器就是乳化機(jī)。乳化機(jī)是攪拌機(jī)的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質(zhì)乳化過(guò)程是依靠攪拌裝置的機(jī)械作用所產(chǎn)生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質(zhì)攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長(zhǎng)攪拌時(shí)間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內(nèi)在質(zhì)量。好的均質(zhì)攪拌裝置主要應(yīng)滿(mǎn)足乳化力強(qiáng)，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。
乳化機(jī)的用途十分廣泛，適用于化妝品、生物制藥、霜類(lèi)產(chǎn)品、石油化工、涂料以及一些精細(xì)化工的生產(chǎn)，尤其對(duì)基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。[1]
1.2 ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的
真空乳化機(jī)是食品、藥品、化妝品等生產(chǎn)過(guò)程中的專(zhuān)用設(shè)備，而我國(guó)現(xiàn)今的乳化設(shè)備在設(shè)計(jì)和機(jī)械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過(guò)設(shè)計(jì)新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，提高真空乳化機(jī)的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過(guò)國(guó)家的GMP認(rèn)證。
1.3 ZRJ系列真空乳化機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
ZRJ系列真空乳化機(jī)是引進(jìn)消化日本乳化機(jī)技術(shù)研制的較為先進(jìn)的產(chǎn)品，具有整體性強(qiáng)，測(cè)試功能全、操作方便、乳化效果好等特點(diǎn)、被輕工部列為替代進(jìn)口產(chǎn)品。如圖1.1，圖1.2，圖1.3所示，表1.1是ZRJ真空乳化機(jī)在各個(gè)工作容積下的主要技術(shù)參數(shù)。
1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質(zhì)器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器
圖1.1 ZRJ系列真空乳化均質(zhì)鍋內(nèi)部結(jié)構(gòu)
表1.1 主要技術(shù)參數(shù)
型式
全容量
乳化馬達(dá)
攪拌馬達(dá)
外型尺寸
H.P.
R.P.M
H.P.
R.P.M
長(zhǎng)
寬
高
全高
BX-ZRJ
100
2
300-3600
1
19-75
1800
800
2000
2650
BX-ZRJ
150
3
500-3600
1
19-75
1900
800
2100
2900
BX-ZRJ
200
3
500-3600
2
19-75
2000
950
2200
3100
BX-ZRJ
300
5
500-3600
3
19-75
2200
1050
2400
3400
BX-ZRJ
500
5
500-3600
3
19-75
2500
1100
2600
3600
BX-ZRJ
650
7.5
500-3600
5
19-75
2750
1200
2950
3950
BX-ZRJ
800
7.5
500-3600
7.5
19-75
2950
1400
3050
4150
BX-ZRJ
1000
10
500-3600
7.5
19-75
3100
1520
3100
4250
圖1.2 ZRJ350真空乳化機(jī)全圖
圖1.3 真空混合乳化機(jī)
其工作原理：物料在水鍋、油鍋內(nèi)通過(guò)加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內(nèi)，再經(jīng)過(guò)乳化鍋內(nèi)的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)器后，經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的切割輪與固定的切割套之間所產(chǎn)生的強(qiáng)力的剪斷、沖擊、亂流等過(guò)程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內(nèi)處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡會(huì)被及時(shí)的抽走。
其特點(diǎn)：料鍋蓋為自動(dòng)升降式，乳化鍋鍋體是翻轉(zhuǎn)可傾式，便于清洗，并可通過(guò)電熱管對(duì)鍋夾層內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的加溫，加熱溫度任意設(shè)定，自動(dòng)控制。在夾層內(nèi)接入冷卻水即可對(duì)物料進(jìn)行冷卻，操作簡(jiǎn)單、方便，夾層外設(shè)有保溫層。均質(zhì)器與槳葉攪拌可分開(kāi)使用，也可同時(shí)使用。而鍋內(nèi)刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進(jìn)行均衡而充分的熱交換，防止過(guò)熱或過(guò)冷，從而保證產(chǎn)品受到均勻的攪拌和混合。
乳化設(shè)備對(duì)乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對(duì)乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過(guò)低，顯然達(dá)不到充分混合的目的，但攪拌速度過(guò)高，會(huì)將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意轉(zhuǎn)速的控制和密封條件的保持。[12]
1.4 ZRJ-350A真空乳化機(jī)均質(zhì)鍋的攪拌系統(tǒng)的特點(diǎn)
基于乳化機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對(duì)其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過(guò)GMP認(rèn)證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫(xiě)，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標(biāo)準(zhǔn)，是一種特別注重制造過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程、裝運(yùn)輸、質(zhì)量控制等方面按國(guó)家有關(guān)法規(guī)達(dá)到衛(wèi)生質(zhì)量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，加以改善。[16]
我所設(shè)計(jì)的乳化機(jī)中的攪拌軸是采用單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌，利用蝸桿蝸輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其帶動(dòng)攪拌葉輪使其產(chǎn)生單個(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)（中間攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)軸為兩層），這樣攪拌雖然沒(méi)有采用雙向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌來(lái)的充分均勻混合，即利用圓錐齒輪傳動(dòng)三層套的二、三層的轉(zhuǎn)動(dòng)軸（中間軸為均質(zhì)器的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)軸），并帶動(dòng)攪拌葉輪使其產(chǎn)生相反兩個(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)。但是采用單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌比雙向的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單且緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸部分，夾層為兩層，這減少了泄漏的幾率，所以不易污染產(chǎn)品的生產(chǎn)。
1.5 乳化機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.5.1 乳化機(jī)的分類(lèi)
均質(zhì)乳化機(jī)是現(xiàn)代國(guó)際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無(wú)菌制造乳、膏狀均相產(chǎn)品的設(shè)備，通常被廣泛應(yīng)用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調(diào)味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學(xué)工業(yè)的某些涂料、染色劑等。
目前乳化機(jī)的類(lèi)型按工作原理來(lái)分主要有三種：乳化攪拌機(jī)、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機(jī)的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大?。ǚ稚⑿裕┘叭闋钜旱馁|(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機(jī)，所制得的乳狀液其分散性差。微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產(chǎn)生污染。膠體磨和均質(zhì)器是比較好的乳化設(shè)備。近年來(lái)乳化機(jī)械有很大進(jìn)步。
除了以上的分類(lèi)，按乳化燃料來(lái)分有重油乳化機(jī)、煤焦油乳化機(jī)、柴油乳化機(jī)，按工作方式來(lái)分有高剪切乳化機(jī)、多功能混合乳化機(jī)等，按用途來(lái)分有瀝青乳化機(jī)、果汁飲料乳化機(jī)、涂料油墨乳化機(jī)、油脂化乳化機(jī)等。如圖1.4所示。[1]
（a）高剪切混合乳化機(jī) （b）VME-10C真空均質(zhì)乳化機(jī)
（c）SVME-C型三重四功能真空均質(zhì)乳化機(jī) （d）VME-80C型真空均質(zhì)乳化機(jī)
圖1.4 各類(lèi)乳化機(jī)
1.5.2 國(guó)外乳化機(jī)的發(fā)展
要制造優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的乳狀體產(chǎn)品，除選用合格的原料，適當(dāng)?shù)呐浞剑侠淼酿I工藝技術(shù)路線外，設(shè)備的先進(jìn)性就成為關(guān)鍵因素。均質(zhì)乳化機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵是其罐內(nèi)三種不同類(lèi)型的均質(zhì)攪拌裝置。
目前在世界上通行的乳化機(jī)代表基本上分為三大派系，即美國(guó)ROSS公司，日本TK公司及德國(guó)IKA公司。國(guó)內(nèi)雖然已有仿制進(jìn)口的均質(zhì)乳化機(jī)，但某些性能上仍有一定差距。
美國(guó)ROSS公司是由美國(guó)查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專(zhuān)業(yè)性混合設(shè)備制造公司，以生產(chǎn)混合器、混合機(jī)和研磨機(jī)而聞名于世。ROSS公司的乳化機(jī)具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能，其特點(diǎn)是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動(dòng)劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶(hù)代表有揚(yáng)州膚美靈。
日本TK公司，其公司正式名稱(chēng)叫特殊機(jī)化工業(yè)株式會(huì)社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥(niǎo)區(qū)）。其乳化機(jī)的特點(diǎn)是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動(dòng)，呈周期復(fù)合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國(guó)的典型應(yīng)用代表是北京資生堂。
德國(guó)IKA公司，具有上百年歷史的德國(guó)IKA公司在全球有很多分公司，中國(guó)廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實(shí)驗(yàn)室分析設(shè)備方面有著獨(dú)到的一面，產(chǎn)品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進(jìn)行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設(shè)備方面不具有優(yōu)勢(shì)，其用戶(hù)代表有深圳小護(hù)士。[13]
1.5.3 國(guó)內(nèi)乳化機(jī)的發(fā)展
1988年，第一臺(tái)高剪切乳化機(jī)在中國(guó)試制成功（原國(guó)營(yíng)啟東長(zhǎng)江廠）。
2000年，第一臺(tái)高剪切乳化機(jī)在納米碳酸鈣的合成中成功應(yīng)用（內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù)）。
2001年，第一臺(tái)高剪切乳化機(jī)應(yīng)用于瀝青 （上海威宇和長(zhǎng)安大學(xué)合作）。
2002年，中國(guó)最大的200KW乳化機(jī)應(yīng)用成功（克拉瑪依煉油廠）。
2004年，中國(guó)最快的生產(chǎn)用管線式乳化機(jī)（泵）以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。
1.5.4 乳化機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
產(chǎn)品趨向高檔，乳化設(shè)備外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，尤其是智能控制技術(shù)的成功運(yùn)用，使得乳化設(shè)備的技術(shù)水平得到了進(jìn)一步的提升。環(huán)保型的乳化設(shè)備產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成為企業(yè)重要的一項(xiàng)工作。節(jié)能技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用已到了必須直面的時(shí)候。采用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，提高操作的智能化，減少噪聲和振動(dòng)，注重外觀造型設(shè)計(jì)的要求更高。
例如生產(chǎn)食品的乳化機(jī)，通常，用于乳壯物均質(zhì)乳化的乳化機(jī)壓力是150kg/cm2左右，若壓力是200-300 kg/cm2，在食品方面則可以滿(mǎn)足任何要求。但近來(lái)由于腸胃營(yíng)養(yǎng)劑等乳化安定，微粒化能促進(jìn)體內(nèi)吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機(jī)，高壓乳化機(jī)主要用于延長(zhǎng)保存時(shí)間，改善口感，食感，保持風(fēng)味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個(gè)性化。
現(xiàn)在一些混合設(shè)備還根據(jù)混合專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)，將攪拌混合設(shè)備與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)中運(yùn)用人工智能技術(shù)（AI）和基于知識(shí)的系統(tǒng)（KBS），即實(shí)現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)的智能化。[12]
2 方案論證
2.1總體方案的擬訂
2.1.1 兩套總體方案的介紹
在對(duì)本課題的調(diào)研極其研究后，了解了真空乳化機(jī)的工作原理和一些技術(shù)要求，于是確定了兩套總體方案。
方案一：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌。
方案二：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用圓錐齒輪傳動(dòng)，攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用雙向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌。
2.1.2 兩套總體方案的比較
第一套方案中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，這樣就能帶動(dòng)攪拌的葉輪，使其能夠進(jìn)行單個(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以使中間攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)軸只有兩層，這種方案可以使乳化機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊湊。
第二套方案中的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用圓錐齒輪傳動(dòng)，這樣可以帶動(dòng)攪拌葉輪進(jìn)行雙向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，為了達(dá)到這樣的效果，中間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸就要有三層，這種方案由于可以進(jìn)行相反兩個(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使物料充分得到均勻混合。
2.1.3 總體方案的最終確定
通過(guò)對(duì)兩套方案的比較，最終我決定采用第一套方案。因?yàn)榈谝惶追桨冈诮Y(jié)構(gòu)上較為緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸部分夾層只有兩層，這樣一來(lái)可以明顯減少潤(rùn)滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒(méi)有雙向攪拌來(lái)得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機(jī)生產(chǎn)的大多是食品，藥物等供人們食用的產(chǎn)品，所以很忌諱其產(chǎn)品受到污染。
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)
本課題來(lái)自于上海貝思特包裝機(jī)械有限公司。乳化機(jī)主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此這次我所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是ZRJ-350A真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)。
2.2.1主要工作內(nèi)容
a) 調(diào)研并寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。
自己通過(guò)各種渠道查找與本課題相關(guān)的資料文獻(xiàn)，仔細(xì)研讀后，了解并熟悉掌握相關(guān)的知識(shí)和內(nèi)容。在知道設(shè)計(jì)任務(wù)后開(kāi)始構(gòu)思設(shè)計(jì)過(guò)程，并著手撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
b) 傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)（0號(hào)圖）。
設(shè)計(jì)并繪制合理的傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。
c) 電動(dòng)機(jī)的選擇、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算。
根據(jù)刮板槳轉(zhuǎn)速和均質(zhì)器轉(zhuǎn)速選擇適當(dāng)功率的電機(jī)，計(jì)算并記錄運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。
d) 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
根據(jù)傳動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計(jì)算最大扭矩和最大彎矩，校核所設(shè)計(jì)的軸系結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以達(dá)到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
e) 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
由攪拌輪單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，計(jì)算蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比，并計(jì)算和校核蝸輪蝸桿的強(qiáng)度。
f) 軸承類(lèi)型的選擇和壽命計(jì)算。
根據(jù)傳動(dòng)軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤(rùn)滑措施，并計(jì)算校核其強(qiáng)度。
g) 其它零件的強(qiáng)度校核。
根據(jù)均質(zhì)鍋的密封真空效果，采用合理的密封配件，并計(jì)算校核其強(qiáng)度；根據(jù)所選軸承選擇合理的軸承支承結(jié)構(gòu)，并計(jì)算校核其強(qiáng)度。
h) 撰寫(xiě)論文和答辯。
由所設(shè)計(jì)的各參數(shù)和機(jī)構(gòu)圖撰寫(xiě)論文，并做到熟悉掌握每一個(gè)部件的設(shè)計(jì)過(guò)程及原理，充分做好答辯的準(zhǔn)備。
2.3主要技術(shù)指標(biāo)
a) 工作容積：350L
b) 刮板漿轉(zhuǎn)速：(10－60)r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率0.92KW
c) 均質(zhì)器轉(zhuǎn)速：(500－2900) r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率4.62KW
d) 使用年限：5年
2.4進(jìn)度計(jì)劃
a) 調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料（1-4周）
b) 方案設(shè)計(jì)及比較、確定方案，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算（5-6周）
c) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和零件強(qiáng)度計(jì)算、校核（7-11周）
d) 攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)和零件強(qiáng)度計(jì)算、校核（12-16周）
e) 整理資料，撰寫(xiě)論文（17周）
f) 答辯（18周）
參考文獻(xiàn)
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開(kāi)題報(bào)告 ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目 錄
1 綜述………………………………………………………………… 1
1.1 概述……………………………………………………………… 1
1.2 ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的…………… 2
1.3 ZRJ系列真空乳化機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)……………………………… 2
1.4 ZRJ-350A真空乳化機(jī)均質(zhì)鍋的攪拌系統(tǒng)的特點(diǎn)……………… 5
1.5乳化機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………… 6
1.5.1乳化機(jī)的分類(lèi)…………………………………………………… 6
1.5.2國(guó)外乳化機(jī)的發(fā)展……………………………………………… 7
1.5.3國(guó)內(nèi)乳化機(jī)的發(fā)展……………………………………………… 8
1.5.4乳化機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………… 9
2 方案論證………………………………………………………………9
2.1總體方案的擬訂……………………………………………………10
2.1.1兩套總體方案的介紹……………………………………………10
2.1.2兩套總體方案的比較……………………………………………10
2.1.3總體方案的最終確定……………………………………………10
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………………11
2.3主要技術(shù)指標(biāo)………………………………………………………12
2.4進(jìn)度計(jì)劃……………………………………………………………12
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 13
ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要………………………………………………………………………… 1
ABSTRACT…………………………………………………………………… 2
0 引言……………………………………………………………………… 4
1 概述……………………………………………………………………… 4
1.1 乳化機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………… 5
2 設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………… 10
2.1 ZRJ-350真空乳化機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)………………………………… 10
2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………………… 12
2.3 設(shè)計(jì)目的……………………………………………………………… 12
2.4 主要技術(shù)指標(biāo)………………………………………………………… 13
2.5 設(shè)計(jì)步驟……………………………………………………………… 13
3 設(shè)計(jì)方案擬定…………………………………………………………… 14
3.1 參考方案……………………………………………………………… 14
3.2 兩套參考方案的比較………………………………………………… 15
3.3設(shè)計(jì)方案的最終確定………………………………………………… 15
4 ZRJ-350A真空乳化機(jī)各系統(tǒng)分析………………………………… 15
4.1傳動(dòng)系統(tǒng)分析………………………………………………………… 16
4.2攪拌系統(tǒng)分析………………………………………………………… 17
5 傳動(dòng)方案確定…………………………………………………………… 18
5.1傳動(dòng)方案……………………………………………………………… 18
5.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………… 18
6 傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核………………………………………………… 25
6.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)………………………………………………………… 25
6.1.1 主要傳動(dòng)參數(shù)……………………………………………………… 25
6.1.2 蝸輪蝸桿的強(qiáng)度校核計(jì)算………………………………………… 25
7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核…………………………………………… 27
7.1 最外軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核……………………………………… 27
7.2 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核……………………………………… 31
7.3 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核……………………………………… 33
8軸承的壽命驗(yàn)算………………………………………………………… 37
8.1各軸上所用的軸承…………………………………………………… 37
8.2各個(gè)軸承的壽命驗(yàn)算………………………………………………… 38
9 鍵連接工作能力驗(yàn)算…………………………………………………… 50
9.1 各軸上所用的鍵……………………………………………………… 50
9.2 各鍵的工作能力驗(yàn)算………………………………………………… 50
10 聯(lián)軸器………………………………………………………………… 53
10.1 聯(lián)軸器的選型說(shuō)明…………………………………………………… 53
10.2 聯(lián)軸器的選擇與型號(hào)尺寸…………………………………………… 53
11 結(jié)論……………………………………………………………………… 54
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 57
致謝………………………………………………………………………… 60
譯文………………………………………………………………………… 61
原文說(shuō)明…………………………………………………………………… 74
附錄：機(jī)械裝配圖（0號(hào)圖紙2張）
附錄1 傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖
附錄2 攪拌系統(tǒng)裝配圖
3
ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
真空乳化機(jī)是一種在食品、化工、藥品的生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用的設(shè)備。但由于目前國(guó)內(nèi)的一些乳化設(shè)備與國(guó)外先進(jìn)水平還有很大差距，需要我們進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)。本文所主要介紹的是ZRJ-350A真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)。
該文介紹了設(shè)計(jì)ZRJ-350A真空乳化機(jī)攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的一系列過(guò)程：先是前期調(diào)研，再設(shè)計(jì)總體方案并加以比較，然后確定方案，再進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，對(duì)主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，最后提供傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的裝配圖。
整個(gè)設(shè)計(jì)中攪拌系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)中最重要的部分之一：主要由攪拌槳和均質(zhì)器這兩部分組成。物料在攪拌槳的低速攪拌下，不斷地被切割，翻轉(zhuǎn)，再重新組合。外側(cè)攪拌槳的周?chē)€有一些刮板，用于把黏結(jié)在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質(zhì)器則用于高速攪拌，在高速的旋轉(zhuǎn)中重復(fù)著將物料吸入，剪切，分割，送出，再重新吸入這一過(guò)程，是乳化機(jī)最重要的部件。
傳動(dòng)系統(tǒng)也是最重要的部分之一：在機(jī)器頂端有一臺(tái)高速電機(jī)，它是用來(lái)驅(qū)動(dòng)高速軸，而另一臺(tái)橫放的低速電機(jī)通過(guò)蝸桿傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)低速軸。作者巧妙地應(yīng)用高、低速兩套攪拌系統(tǒng)，以便提高乳化效果。
關(guān)鍵詞：乳化機(jī)，均質(zhì)器，傳動(dòng)系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)
The Design of ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s Transmission System and Mixing System
ABSTRACT
The Vacuum Emulsifying Complex is a equipment which is widely used in food, chemic products and medicine. But now there is a large distance between the emulsifying machines made in china and the machines made in foreign countries in technique, so we need researching and empoldering further. ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s mixing system and transmission system is mainly introduced by this article.
The whole design process of the ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s mixing system and transmission system has been introduced in this article: firstly we make the former investigation, and design and compare the total project, then confirm the project, after that design the assemblage and calibrate some primary parts, finally offer the drawing of mixing system and transmission system..
The mixing system is one of the most important parts in the whole design: it is mainly composed by the stirrer and homogenizer. the materiel is incised, overturned, and then compounded again continually by the low speed mill of the stirrer. There are some scrappers around the outboard stirrers, which can scrape off the materiel felting on the cauldron and then mill again. The homogenizer is fixed in the high speed shaft, and the materiel is inbreathed, cut, divided, sended and inbreathed again by the homogenizer which is the most important part of the emulsifying machine.
Transmission system is also one of the most important parts: there is a high speed electromotor which can drive the high speed shaft, and another thwart low speed electromotor can drive the low speed shaft connecting the worm’s transmission. The designer uses the high and low speed mixing system dexterously to improve the effect of the emulsification.
Key words: emulsifying machine，homogenizer，transmission system，mixing system
ZRJ-350A真空乳化機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
0 引言
攪拌混合設(shè)備是化工、冶金、醫(yī)藥、食品、飼料等各種工業(yè)反應(yīng)所不可缺少的重要工具。
隨著整個(gè)社會(huì)的發(fā)展以及人們對(duì)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益苛刻，普通的攪拌混合技術(shù)已經(jīng)難以滿(mǎn)足人們的需要，然而乳化作為攪拌混合技術(shù)中較為先進(jìn)的技術(shù)將會(huì)在很大程度上滿(mǎn)足這一需要，乳化機(jī)作為能產(chǎn)生乳化效果的設(shè)備正被越來(lái)越多的廠商所應(yīng)用。
乳化是將一種（或幾種）液體以液珠形式分散在另一種不相混溶的液體之中構(gòu)成分散體系。制備乳狀液的機(jī)械設(shè)備——乳化機(jī)，它是一種使油、水兩相混合均勻的乳化設(shè)備，目前乳化機(jī)的類(lèi)型主要有三種：乳化攪拌機(jī)、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機(jī)的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大小（分散性）及乳狀液的質(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。而能決定乳狀液微粒大小和乳狀液質(zhì)量高低是乳化設(shè)備中的攪拌系統(tǒng)以及傳動(dòng)系統(tǒng)，所以為了達(dá)到良好的乳化效果，本次課題的研究設(shè)計(jì)對(duì)象正是這兩大系統(tǒng)。[7]
1 概述
人們進(jìn)行混合操作時(shí),首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡(jiǎn)單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術(shù)則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質(zhì)中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導(dǎo)入介質(zhì)的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。
而能實(shí)現(xiàn)這一高速攪拌方法的機(jī)器就是乳化機(jī)。乳化機(jī)是攪拌機(jī)的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質(zhì)乳化過(guò)程是依靠攪拌裝置的機(jī)械作用所產(chǎn)生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質(zhì)攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長(zhǎng)攪拌時(shí)間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內(nèi)在質(zhì)量。好的均質(zhì)攪拌裝置主要應(yīng)滿(mǎn)足乳化力強(qiáng)，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。
乳化機(jī)的用途十分廣泛，適用于目前化妝品、生物制藥、霜類(lèi)產(chǎn)品、石油化工、涂料以及一些精細(xì)化工的生產(chǎn)，尤其對(duì)基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。[6]
1.1乳化機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1.1乳化機(jī)的分類(lèi)
目前乳化機(jī)的類(lèi)型按工作原理來(lái)分主要有三種：乳化攪拌機(jī)、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機(jī)的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大?。ǚ稚⑿裕┘叭闋钜旱馁|(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機(jī)，所制得的乳狀液其分散性差，微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產(chǎn)生污染。膠體磨和均質(zhì)器是比較好的乳化設(shè)備，它們所制得的乳狀液微粒小，分散性好，穩(wěn)定性也不錯(cuò)。
近年來(lái)乳化機(jī)械有很大進(jìn)步，如真空混合乳化機(jī)，如圖1.1所示，其制備出的乳狀液的分散性和穩(wěn)定性極佳。
圖1.1 真空混合乳化機(jī)
除了以上的分類(lèi)，一般還有按乳化燃料來(lái)分有重油乳化機(jī)、煤焦油乳化機(jī)、柴油乳化機(jī)，按工作方式來(lái)分有高剪切乳化機(jī)、多功能混合乳化機(jī)等，按用途來(lái)分有瀝青乳化機(jī)、果汁飲料乳化機(jī)、涂料油墨乳化機(jī)、油脂化乳化機(jī)等。如圖1.2所示。[6]
（a）高剪切混合乳化機(jī) （b）VME-10C真空均質(zhì)乳化機(jī)
（c）SVME-C型多功能真空均質(zhì)乳化機(jī) （d）VME-80C型真空均質(zhì)乳化機(jī)
圖1.2 各類(lèi)乳化機(jī)
1.1.2 乳化機(jī)的應(yīng)用
乳化機(jī)是現(xiàn)代國(guó)際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無(wú)菌制造乳、膏狀均相產(chǎn)品的設(shè)備，通常被廣泛應(yīng)用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調(diào)味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學(xué)工業(yè)的某些涂料、染色劑等。
基于乳化機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對(duì)其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過(guò)GMP認(rèn)證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫(xiě)，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標(biāo)準(zhǔn)，是一種特別注重制造過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程、裝運(yùn)輸、質(zhì)量控制等方面按國(guó)家有關(guān)法規(guī)達(dá)到衛(wèi)生質(zhì)量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，加以改善。[19]
1.1.3 國(guó)內(nèi)乳化機(jī)的發(fā)展
1988年，第一臺(tái)高剪切乳化機(jī)在中國(guó)試制成功（原國(guó)營(yíng)啟東長(zhǎng)江廠）。
2000年，第一臺(tái)高剪切乳化機(jī)在納米碳酸鈣的合成中成功應(yīng)用（內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù)）。
2001年，第一臺(tái)高剪切乳化機(jī)應(yīng)用于瀝青 （上海威宇和長(zhǎng)安大學(xué)合作）。
2002年，中國(guó)最大的200KW乳化機(jī)應(yīng)用成功（克拉瑪依煉油廠）。
2004年，中國(guó)最快的生產(chǎn)用管線式乳化機(jī)（泵）以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。
1.1.4 國(guó)外乳化機(jī)的發(fā)展
要制造優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的乳狀體產(chǎn)品，除選用合格的原料，適當(dāng)?shù)呐浞?，合理的工藝技術(shù)路線外，設(shè)備的先進(jìn)性就成為關(guān)鍵因素。均質(zhì)乳化機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵是其罐內(nèi)三種不同類(lèi)型的均質(zhì)攪拌裝置。
目前在世界上通行的乳化機(jī)代表基本上分為三大派系，即美國(guó)ROSS公司，日本TK公司及德國(guó)IKA公司。國(guó)內(nèi)雖然已有仿制進(jìn)口的均質(zhì)乳化機(jī)，但某些性能上仍有一定差距。
美國(guó)ROSS公司是由美國(guó)查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專(zhuān)業(yè)性混合設(shè)備制造公司，以生產(chǎn)混合器、混合機(jī)和研磨機(jī)而聞名于世。ROSS公司的乳化機(jī)具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能，其特點(diǎn)是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動(dòng)劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶(hù)代表有揚(yáng)州膚美靈。
日本TK公司，其公司正式名稱(chēng)叫特殊機(jī)化工業(yè)株式會(huì)社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥(niǎo)區(qū)）。其乳化機(jī)的特點(diǎn)是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動(dòng)，呈周期復(fù)合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國(guó)的典型應(yīng)用代表是北京資生堂。
德國(guó)IKA公司，具有上百年歷史的德國(guó)IKA公司在全球有很多分公司，中國(guó)廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實(shí)驗(yàn)室分析設(shè)備方面有著獨(dú)到的一面，產(chǎn)品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進(jìn)行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設(shè)備方面不具有優(yōu)勢(shì)，其用戶(hù)代表有深圳小護(hù)士。[16][17]
1.1.5乳化機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品趨向高檔，乳化設(shè)備外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，尤其是智能控制技術(shù)的成功運(yùn)用，使得乳化設(shè)備的技術(shù)水平得到了進(jìn)一步的提升。環(huán)保型的乳化設(shè)備產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成為企業(yè)重要的一項(xiàng)工作。節(jié)能技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用已到了必須直面的時(shí)候。采用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，提高操作的智能化，減少噪聲和振動(dòng)，注重外觀造型設(shè)計(jì)的要求更高。
例如生產(chǎn)食品的乳化機(jī)，通常，用于乳壯物均質(zhì)乳化的乳化機(jī)壓力是150kg/cm2左右，若壓力是200-300 kg/cm2，在食品方面則可以滿(mǎn)足任何要求。但近來(lái)由于腸胃營(yíng)養(yǎng)劑等乳化安定，微粒化能促進(jìn)體內(nèi)吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機(jī)，高壓乳化機(jī)主要用于延長(zhǎng)保存時(shí)間，改善口感，食感，保持風(fēng)味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個(gè)性化。
現(xiàn)在一些混合設(shè)備還根據(jù)混合專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)，將攪拌混合設(shè)備與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)中運(yùn)用人工智能技術(shù)（AI）和基于知識(shí)的系統(tǒng)（KBS），即實(shí)現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)的智能化。[15][21]
2 設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1 ZRJ-350真空乳化機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
ZRJ是真空乳化機(jī)的中文拼音縮寫(xiě)，350是其工作容積的大小。ZRJ-350真空乳化機(jī)是根據(jù)化妝品、藥膏類(lèi)產(chǎn)品的制膏工藝而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的較為先進(jìn)的產(chǎn)品，本機(jī)組由預(yù)處理鍋、真空乳化攪拌鍋、真空泵、液壓系統(tǒng)、倒料系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、工作平臺(tái)等部分組成。 本機(jī)組攪拌器采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，能滿(mǎn)足不同粘度物料需求，操作簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，均質(zhì)性好，乳化效果好，生產(chǎn)效率高，清洗方便，結(jié)構(gòu)合理，占地面積少，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。
用途：適用于化妝品廠，藥廠的膏、霜類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)，尤其對(duì)基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效，如圖2.1，圖2.2是ZRJ真空乳化機(jī)設(shè)計(jì)的最終效果圖，而表2.1是ZRJ真空乳化機(jī)在各個(gè)工作容積下的主要技術(shù)參數(shù)。
圖2.1 ZRJ350真空乳化機(jī)全圖
1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質(zhì)器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器
圖2.2 ZRJ系列真空乳化均質(zhì)鍋內(nèi)部結(jié)構(gòu)
表2.1 主要技術(shù)參數(shù)
型式
全容量
乳化馬達(dá)
攪拌馬達(dá)
外型尺寸
H.P.
R.P.M
H.P.
R.P.M
長(zhǎng)
寬
高
全高
BX-ZRJ
100
2
300-3600
1
19-75
1800
800
2000
2650
BX-ZRJ
150
3
500-3600
1
19-75
1900
800
2100
2900
BX-ZRJ
200
3
500-3600
2
19-75
2000
950
2200
3100
BX-ZRJ
300
5
500-3600
3
19-75
2200
1050
2400
3400
BX-ZRJ
500
5
500-3600
3
19-75
2500
1100
2600
3600
BX-ZRJ
650
7.5
500-3600
5
19-75
2750
1200
2950
3950
BX-ZRJ
800
7.5
500-3600
7.5
19-75
2950
1400
3050
4150
BX-ZRJ
1000
10
500-3600
7.5
19-75
3100
1520
3100
4250
其工作原理：物料在水鍋、油鍋內(nèi)通過(guò)加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內(nèi)，再經(jīng)過(guò)乳化鍋內(nèi)的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)器后，經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的切割輪與固定的切割套之間所產(chǎn)生的強(qiáng)力的剪斷、沖擊、亂流等過(guò)程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內(nèi)處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡會(huì)被及時(shí)的抽走。
其特點(diǎn)：料鍋蓋為自動(dòng)升降式，乳化鍋鍋體是翻轉(zhuǎn)可傾式，便于清洗，并可通過(guò)電熱管對(duì)鍋夾層內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的加溫，加熱溫度任意設(shè)定，自動(dòng)控制。在夾層內(nèi)接入冷卻水即可對(duì)物料進(jìn)行冷卻，操作簡(jiǎn)單、方便，夾層外設(shè)有保溫層。均質(zhì)器與槳葉攪拌可分開(kāi)使用，也可同時(shí)使用。而鍋內(nèi)刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進(jìn)行均衡而充分的熱交換，防止過(guò)熱或過(guò)冷，從而保證產(chǎn)品受到均勻的攪拌和混合。
乳化設(shè)備對(duì)乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對(duì)乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過(guò)低，顯然達(dá)不到充分混合的目的，但攪拌速度過(guò)高，會(huì)將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意轉(zhuǎn)速的控制和密封條件的保持。[12]
2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
本課題來(lái)自于上海貝思特包裝機(jī)械有限公司。乳化機(jī)主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此本文所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是ZRJ-350A真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)。
2.3 設(shè)計(jì)目的
真空乳化機(jī)是食品、藥品、化妝品等生產(chǎn)過(guò)程中的專(zhuān)用設(shè)備，而我國(guó)現(xiàn)今的乳化設(shè)備在設(shè)計(jì)和機(jī)械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過(guò)設(shè)計(jì)新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，提高真空乳化機(jī)的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過(guò)國(guó)家的GMP認(rèn)證。
2.4 主要技術(shù)指標(biāo)
工作容積：350L
刮板漿轉(zhuǎn)速：(10－60)r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率0.92KW
均質(zhì)器轉(zhuǎn)速：(500－2900) r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率4.62KW
使用年限：5年
2.5 設(shè)計(jì)步驟
2.5.1 調(diào)研并寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告
作者通過(guò)各種渠道查找與本課題相關(guān)的資料文獻(xiàn)，仔細(xì)研讀后，了解并熟悉掌握相關(guān)的知識(shí)和內(nèi)容——乳化機(jī)的工作原理以及工作方式，然后在知道設(shè)計(jì)任務(wù)后開(kāi)始構(gòu)思設(shè)計(jì)過(guò)程，并著手撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告以及英文文獻(xiàn)的翻譯。
2.5.2 總體方案的論證
在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一些總體方案并且對(duì)這些方案的優(yōu)缺點(diǎn)加以比較，從中選出最符合本課題要求的方案確定為最終方案。
2.5.3 傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)并繪制合理的傳動(dòng)系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。
2.5.4 電動(dòng)機(jī)的選擇、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
根據(jù)給定的刮板槳轉(zhuǎn)速和均質(zhì)器轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，選擇適當(dāng)功率的電機(jī)，計(jì)算并記錄運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。
2.5.5 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
由攪拌輪單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，計(jì)算蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比，并計(jì)算和校核蝸輪蝸桿的強(qiáng)度。
2.5.6 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)所選電動(dòng)機(jī)的功率以及蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比來(lái)設(shè)計(jì)各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計(jì)算最大扭矩和最大彎矩，校核所設(shè)計(jì)的軸系結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以達(dá)到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
2.5.7 軸承類(lèi)型的選擇和壽命計(jì)算
根據(jù)傳動(dòng)軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤(rùn)滑措施，并計(jì)算校核其強(qiáng)度。
2.5.8 鍵的強(qiáng)度校核
根據(jù)軸和聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)逆I，并計(jì)算校核其強(qiáng)度。
2.5.9 撰寫(xiě)論文和答辯
由所設(shè)計(jì)的各參數(shù)和機(jī)構(gòu)圖撰寫(xiě)論文，并做到熟悉掌握每一個(gè)部件的設(shè)計(jì)過(guò)程及原理，充分做好答辯的準(zhǔn)備。
3 設(shè)計(jì)方案的擬定
3.1參考方案
在對(duì)本課題的調(diào)研和研究后，了解了真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)和一些技術(shù)要求，于是確定了兩套參考方案。
方案一：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌。
方案二：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用圓錐齒輪傳動(dòng)，攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用雙向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌。
3.2兩套參考方案的比較
第一套方案中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，這樣就能帶動(dòng)攪拌的葉輪，使其能夠進(jìn)行單個(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以使中間攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)軸只有兩層，這種方案可以使乳化機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊湊，這樣就能減低一定的生產(chǎn)成本，而且這種結(jié)構(gòu)有助于潤(rùn)滑油的密封，使得在乳化過(guò)程中，產(chǎn)品不被污染。
第二套方案中的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用圓錐齒輪傳動(dòng)，這樣可以帶動(dòng)攪拌葉輪進(jìn)行雙向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，為了達(dá)到這樣的效果，中間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸就要有三層，這種方案由于可以進(jìn)行相反兩個(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使物料充分得到均勻混合，但同時(shí)會(huì)使得結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這樣就使生產(chǎn)成本提高，而且結(jié)構(gòu)越復(fù)雜產(chǎn)生潤(rùn)滑油泄露的幾率也越大，這樣就會(huì)造成在乳化過(guò)程中，產(chǎn)品受到污染。
3.3設(shè)計(jì)方案的最終確定
通過(guò)對(duì)兩套方案的比較，最終本文決定采用第一套方案。因?yàn)榈谝惶追桨冈诮Y(jié)構(gòu)上較為緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸部分夾層只有兩層，這樣一來(lái)可以明顯減少潤(rùn)滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒(méi)有雙向攪拌來(lái)得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機(jī)生產(chǎn)的大多是食品，藥物等供人們食用的產(chǎn)品，所以很忌諱其產(chǎn)品受到污染。
4 ZRJ-350A真空乳化機(jī)各系統(tǒng)分析
由于本文設(shè)計(jì)的是ZRJ-350A真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，所以作者就對(duì)這兩大系統(tǒng)作必要的分析，如圖4.1。
圖4.1 ZRJ-350A真空乳化機(jī)攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖
4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)分析
ZRJ-350A真空乳化機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)：由電動(dòng)機(jī)2輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，通過(guò)聯(lián)軸器連接電機(jī)軸和蝸桿軸，再由蝸輪蝸桿作為傳動(dòng)零件分配適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比，通過(guò)鍵使蝸桿能使軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，又因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)2有著變頻功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使得軸1能夠在規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)軸1能帶用攪拌漿2以及外側(cè)攪拌槳周?chē)墓伟鍧{轉(zhuǎn)動(dòng)。
由電動(dòng)機(jī)1輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，通過(guò)聯(lián)軸器使得電機(jī)軸與軸3相連接，由于電動(dòng)機(jī)1有變頻功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，所以軸3能夠在規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。而軸2是不轉(zhuǎn)動(dòng)的。
4.2 攪拌系統(tǒng)分析
圖4.2 軸2的固定方式
ZRJ-350A真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)：主要由攪拌槳和均質(zhì)器這兩部分組成。攪拌槳主要負(fù)責(zé)低速攪拌，把物料不斷切割，翻轉(zhuǎn)，再重新組合。外側(cè)攪拌槳的周?chē)€有一些刮板，用于把黏結(jié)在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質(zhì)器則用于高速軸的攪拌，在高速的旋轉(zhuǎn)中重復(fù)著把物料吸入——剪切——分割——送出——在重新吸入這一過(guò)程，是乳化機(jī)最重要的部件。
如圖4.1，軸1與攪拌漿2以及外側(cè)攪拌槳周?chē)墓伟鍧{相連接的，于是軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了攪拌漿2和刮板漿相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。又如圖4.2，液面板用于固定軸2使之不轉(zhuǎn)動(dòng)，而攪拌漿1與軸2相連接，所以是固定不轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此攪拌漿2在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)和攪拌漿1會(huì)產(chǎn)生一定的剪切力，達(dá)到一定的混合攪拌的功能，而軸3是與均質(zhì)器直接相連的，軸3的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)均質(zhì)器的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于均質(zhì)器是達(dá)到500-2900r/min，屬于高速轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌漿2的轉(zhuǎn)速只有10-60 r/min，所以物料的高速攪拌主要是靠均質(zhì)器。
5 傳動(dòng)方案確定
5.1 傳動(dòng)方案
本傳動(dòng)裝置是由均質(zhì)器部分——電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)均質(zhì)攪拌葉，和單向攪拌系統(tǒng)——蝸輪蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)方式組合而成的。均質(zhì)器的攪拌是高速且可無(wú)級(jí)調(diào)速的，而單向攪拌系統(tǒng)是慢速且可無(wú)級(jí)調(diào)速的。
5.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
5.1.1.1 選型說(shuō)明
工業(yè)上一般采用三相交流電源，無(wú)特殊要求一般選三相交流異步電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)中均質(zhì)器部分的傳動(dòng)采用YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)采用AMCAD設(shè)計(jì)而成，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，具有運(yùn)行噪聲低，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，調(diào)整性能好，調(diào)整比寬等優(yōu)點(diǎn)，能和國(guó)內(nèi)外各類(lèi)變頻裝置相配套。
電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，按安裝位置不同，有臥式和立式兩類(lèi)。本設(shè)計(jì)中均質(zhì)器傳動(dòng)采用立式安裝，單向攪拌部分采用臥式安裝。
5.1.1.2 電動(dòng)機(jī)容量的選擇
合理的確定電動(dòng)機(jī)的額定功率，決定電動(dòng)機(jī)的功率時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過(guò)載能力和起動(dòng)能力。
（一） 均質(zhì)器部分
(1) 工作機(jī)所需功率（均質(zhì)器輸入功率）
(2) 電動(dòng)機(jī)輸出功率：
由資料[2] p.7式（2-4）得：………………………………………………(5.1)
聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率： ；
滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率：；
傳動(dòng)裝置總效率：
故電動(dòng)機(jī)輸出功率：…………………………………… (5.2)
(3) 電動(dòng)機(jī)額定功率選擇
由于
由資料[5]的表1選：
(4) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定：
由資料[2] p.8式（2-6）得：……………………………………………(5.3)
式中: ─ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍；
─ 傳動(dòng)比范圍；
由傳動(dòng)設(shè)計(jì)，可知：i=1
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：
因此參照YVP系列電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，外形和安裝尺寸，綜合考慮其傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格等因素后，決定選用同步轉(zhuǎn)速為2900r/min的電動(dòng)機(jī)。
(5) 電動(dòng)機(jī)型號(hào)及安裝尺寸：
根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，結(jié)構(gòu)型式，功率為5.5 kw，轉(zhuǎn)速為2900r/min，結(jié)合YVP系列電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)，選用YVP132S1-2型的電動(dòng)機(jī)，如表5.1，表5.2，和圖5.1。
表5.1 電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
（kw）
同步轉(zhuǎn)速
（r/min）
電流
（A）
額定轉(zhuǎn)矩
（Nm）
YVP132S1-2
5.5
2900
10.9
17.5
表5.2 電動(dòng)機(jī)的外型和安裝尺寸
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
M
T
N
E
D
F′GD
L
G
YVP132S
265
4
230
80
38
10′8
530
33
AC
AD
HF
S
275
210
315
4XΦ15
圖5.1 電動(dòng)機(jī)外形示意圖
(6) 傳動(dòng)比分配：
總傳動(dòng)比：……………………………………………………(5.5)
(7) 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：
設(shè)：電動(dòng)機(jī)軸為0軸
與聯(lián)軸器聯(lián)接的高速軸為I軸
各軸的轉(zhuǎn)速：
第0軸：
第I軸：
各軸的輸入功率：
第0軸：
第I軸：
各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
第0軸：……………………………(5.6)
第I軸：
數(shù)據(jù)整理成表5.3：
表5.3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)匯總表
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
功率（kw）
轉(zhuǎn)矩T(N×m)
傳動(dòng)比i
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
第0軸
2900
5.5
18.11
1
0.99
第I軸
2900
5.5
5.45
18.11
17.95
1
0.98
（二） 攪拌漿部分：
(1) 工作機(jī)所需功率：
(2) 蝸輪蝸桿軸輸出功率：
由資料[2]的表2-4得：
滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率：；
蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率：；
(3) 電動(dòng)機(jī)輸出功率：
由資料[2] p.7式（2-4）：
由資料[2]的表2-4得：
聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率：
滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率：
傳動(dòng)裝置總效率：
故電動(dòng)機(jī)輸出功率：
(4) 電動(dòng)機(jī)額定功率選擇
由于
由資料[5]選：
(5) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定：
由資料[2] p.8式（2-6）得：
式中： ─ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍；
─ 蝸輪蝸桿傳動(dòng)比范圍；
由傳動(dòng)設(shè)計(jì)可知：
可選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：
參照YVP系列電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，外形和安裝尺寸，綜合考慮其傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格等因素后，決定選用輸出轉(zhuǎn)速為720 r/min的電動(dòng)機(jī)。
(6) 電動(dòng)機(jī)型號(hào)及安裝尺寸：
根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，結(jié)構(gòu)型式，功率為1.5 kw，轉(zhuǎn)速為720r/min，結(jié)合YVP系列電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)，選用YVP100L-6型的電動(dòng)機(jī)，如表5.4，表5.5，和圖5.2。
表5.4 電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
（kw）
輸出轉(zhuǎn)速
（r/min）
電流
（A）
輸出轉(zhuǎn)矩
（N·m）
YVP100L-6
1.5
720
4.4
14.0
表5.5 電動(dòng)機(jī)的外型和安裝尺寸
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
H
A
B
C
D
E
L
G
YVP100L
100
160
140
63
28
60
430
24
K
AB
AD
AC
HD
F′GD
12
205
180
215
245
8′7
圖5.2 電動(dòng)機(jī)外形示意圖
(7) 傳動(dòng)比分配：
總傳動(dòng)比：
(8) 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
設(shè)：電動(dòng)機(jī)軸為0軸
蝸輪蝸桿軸為I軸
刮板槳傳動(dòng)軸為Ⅱ軸（軸套最外軸）
各軸的轉(zhuǎn)速：
第0軸：
第I軸：
第Ⅱ軸：
各軸的輸入功率：
第0軸：
第I 軸：
第II軸：
各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
第0軸：
第I軸：
第II軸：
數(shù)據(jù)整理成表5.6：
表5.6運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)匯總表
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速n
功率（kw）
轉(zhuǎn)矩T（N·m）
傳動(dòng)比i
效率
(r/min)
輸入
輸出
輸入
輸出
第0軸
720
1.5
19.9
1
0.995
第I軸
60
1.5
1.49
19.9
237.16
12
0.985
第Ⅱ軸
60
1.49
1.08
237.16
171.9
1
0.985
6 傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核
6.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)
6.1.1 主要傳動(dòng)參數(shù)
由資料[4]的表4-1-7得：
表6.1 蝸輪與蝸桿的參數(shù)匹配
中心距a
(mm)
傳動(dòng)比i
模數(shù)m
(mm)
蝸桿分度圓直徑
(mm)
蝸桿頭數(shù)
蝸輪齒數(shù)
蝸輪變位系數(shù)
180
12
6.3
63
4
48
-0.4286
6.1.2 蝸輪蝸桿的強(qiáng)度校核計(jì)算
由資料[4]的表4-3-4得：
普通圓柱蝸桿傳動(dòng)蝸輪的強(qiáng)度計(jì)算公式：
按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：…………………………………(6.1)
按接觸強(qiáng)度校核：……………………………(6.2)
按彎曲強(qiáng)度校核：………………………………… (6.3)
式中： ─ 載荷系數(shù)
=237160
─ 材料性能系數(shù)
─ 許用應(yīng)力
(1) 按接觸強(qiáng)度校核：
∵……………………………………………………………… (6.4)
式中： ─ 蝸桿變形系數(shù)，由資料[4]的表4-3-9得：=70
─ 蝸輪上按時(shí)間計(jì)的平均轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩的比值，=0.59
∴，
∴
由資料[4]的表4-3-4得：，代入式(6.2)
由資料[4]的表4-3-5得：，代入式(6.2)
得：
由資料[4]的表4-3-6得：113MPa
∴
∴按接觸強(qiáng)度校核合格。
(2) 按彎曲強(qiáng)度校核：
由資料[4]的表4-3-10得：
由資料[4]的表4-1-6得：
∴
∵，
∴
由資料[4]的表4-3-8得：
∴
∴
∴按彎曲強(qiáng)度校核合格。
7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
7.1 最外軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
7.1.1 最外軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 最外軸上的功率，轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩：
，，
(2) 初步確定軸的最小直徑：
最外軸選用材料：1Cr18Ni9Ti
由資料[3]的表15-3得：
=62.17mm………………………………………………… (7.1)
式中：β ─ 空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取0.5-0.6
按直徑長(zhǎng)度系列值取
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
圖7.1 最外軸的結(jié)構(gòu)
如圖7.1，，該段軸伸的需要安裝軸承，初選軸承7222E，其外型尺寸為，，為了軸向固定軸承。，由于安裝軸承，所以。
7.1.2 最外軸的強(qiáng)度校核
(1) 作用在蝸桿上的力：
……………………………………………………(7.2)
……………………………………………………(7.3)
…………………………………………… (7.4)
(2)求軸上的載荷：
a) 在水平面內(nèi)：
…………………………………………(7.5)
……………………………………………(7.6)
………………………………… (7.7)
b) 在垂直面內(nèi)：
…………………………………………(7.8)
……………………………………(7.9)
……………………………………(7.10)
……………………………………(7.11)
………………………… (7.12)
……………………(7.13)
c) 總彎矩：
…………………………………… (7.14)
由資料[3]p364 式（15-4）得： ………………………………………………………………… (7.15)
取，則有：
d) 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖7.2）：
圖7.2 軸的載荷分析圖
數(shù)據(jù)整理成表7.1：
表7.1 軸的受力情況
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
FNH1=N
FV1=N
FNH2=N
FV2=N
彎矩M
MH=N·mm
MV1=N·mm
MV2=N·mm
MV3=N·mm
總彎矩
M1=N·mm
M2=N·mm
M3=N·mm
扭矩T
T=N·mm
計(jì)算彎矩Mca
Mca1=N·mm
Mca2=N·mm
(2) 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：
由資料[3]的表15-1得：
∴該軸強(qiáng)度合格。
7.2 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
7.2.1 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 中間軸上的功率：，轉(zhuǎn)速：以及轉(zhuǎn)矩：
， ，
(2) 初步確定軸的最小直徑：
中間軸選用材料：45號(hào)鋼
由資料[3]的表15-3得：
=25.64mm
按直徑長(zhǎng)度系列值取
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
圖7.3 中間軸的結(jié)構(gòu)
如圖7.3， ，該段軸伸的左側(cè)需要安裝軸承，初選軸承6006，其外型尺寸為，因此，為了軸向固定軸承。又因?yàn)樯弦惭b軸承，初選軸承6207，其外型尺寸為，因此， ，由于安裝軸承，所以，，。
7.2.2 中間軸的強(qiáng)度校核
∵中間軸只受扭矩
∴按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算中間軸的強(qiáng)度
由資料[2]的表15-3得：
……………………………………… (7.15)
∴該軸強(qiáng)度合格。
7.3 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
7.3.1 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 蝸桿軸上的功率，轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩：
， ，
(2) 初步確定軸的最小直徑
蝸桿軸選用材料：40Cr
由資料[3]的表15-3得：
………………………………………………………(7.16)
式中： ─ 電動(dòng)機(jī)軸直徑，YVP100L-6型電動(dòng)機(jī)的電機(jī)軸為 28mm
按直徑長(zhǎng)度系列值取
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
圖7.4 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)
如圖7.4，，該段軸伸的左側(cè)需要安裝軸承，所以為了方便軸承的安裝拆卸又需要通過(guò)骨架式旋轉(zhuǎn)唇形密封裝置進(jìn)行密封，初選軸承30205，其外型尺寸為，因此，為了軸向固定軸承。，由于安裝軸承，所以。
7.3.2 蝸桿軸的強(qiáng)度校核
(1) 作用在蝸桿上的力：
(2)求軸上的載荷：
a) 在水平面內(nèi)：
b) 在垂直面內(nèi)：
c) 總彎矩：
由資料[3]p364 式（15-4）得：
取，則有
d) 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖7.5）：
圖7.5 軸的載荷分析圖
數(shù)據(jù)整理成表7.2：
表7.2 軸的受力情況
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
FNH1=N
FV1=N
FNH2=N
FV2=N
彎矩M
MH=N·mm
MV1=N·mm
MV2=N·mm
MV3=N·mm
總彎矩
M1=N·mm
M2=N·mm
M3=N·mm
扭矩T
T=N·mm
計(jì)算彎矩Mca
Mca1=N·mm
Mca2=N·mm
(2) 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：
由資料[3]的表15-1得：
∴該軸強(qiáng)度合格。
8 軸承的壽命驗(yàn)算
8.1 各軸上所用的軸承
在軸的設(shè)計(jì)計(jì)算中，已經(jīng)分別完成了對(duì)各軸的軸頸尺寸的確定?，F(xiàn)軸承分配如下表8.1：
表8.1 軸承的分配
編號(hào)
軸承型號(hào)
所在軸
明細(xì)表中對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)
1
6210
蝸桿軸
104
2
7222E
最外軸
72
3
1222
最外軸
16
4
1213
刮板軸
92
5
6007
中間軸
49
6
6306
中間軸
95
7
6007
中間軸
23
8
6006
中間軸
29
8.2 各個(gè)軸承的壽命驗(yàn)算
8.2.1預(yù)期壽命
在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中，給定該傳動(dòng)裝置的工作年限為5年，雙班制，則預(yù)期其工作壽命為：
8.2.2 軸承1的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：如圖8.1
圖8.1軸系部件受力簡(jiǎn)圖
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P1和P2：
由資料[3]的表13-5得：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.3軸承2的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：如圖8.2
圖8.2 軸系部件受力簡(jiǎn)圖
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P1和P2：
由資料[1]的表6-7得：
由資料[3]的表13-7得：
式中： —— 軸向派生力
當(dāng)時(shí)，則軸有向左竄動(dòng)的趨勢(shì)，相當(dāng)于軸承1被壓緊，軸承2被放松，但實(shí)際上軸必須處于平衡位置（軸承座必然要通過(guò)軸承元件施加一個(gè)附加的軸向力來(lái)阻止軸的竄動(dòng)），所以被壓緊的軸承1所受的總軸向力：
由資料[1]的表6-7得：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.4 軸承3的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：如圖8.3
圖8.3軸系部件受力簡(jiǎn)圖
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P1和P2：
由資料[1]的表6-7得：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.5軸承4的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：如圖8.4
圖8.4軸系部件受力簡(jiǎn)圖
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P1和P2：
由資料[1]的表6-7得：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.6 軸承5的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.7 軸承6的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.8 軸承7的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
8.2.9 軸承8的壽命驗(yàn)算
(1) 受力分析：
(2) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P：
由資料[3]的表13-6得：
(3) 驗(yàn)算軸承的壽命：
則：
∴該軸承壽命合格。
9 鍵連接工作能力驗(yàn)算
9.1 各軸上所用的鍵
各軸所用鍵代號(hào)見(jiàn)下表9.1
表9.1 各軸上的鍵
編號(hào)
明細(xì)表編號(hào)
鍵
尺寸（b×h×L）
1
115
單圓頭普通平鍵（C）型
8×7×50
2
29
單圓頭普通平鍵（C）型
20×12×85
3
39
單圓頭普通平鍵（C）型
12×8×20
4
98
單圓頭普通平鍵（C）型
8×7×25
5
20
單圓頭普通平鍵（C）型
8×7×25
9.2 各鍵的工作能力驗(yàn)算
9.2.1 鍵1的工作能力驗(yàn)算
(1) 選擇鍵的類(lèi)型和尺寸：
選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45號(hào)鋼, 聯(lián)軸器的材料為低碳碳素鋼Q235。
查資料[2]的表6-2得：
取中間值
鍵的工作長(zhǎng)度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k
………………………………………………………………(9.1)
………………………………………………………………(9.2)
(2) 校核鍵連接的強(qiáng)度：
……………………………(9.3)
∴鍵聯(lián)接擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。
9.2.2 鍵2的工作能力驗(yàn)算
(1) 選擇鍵的類(lèi)型與尺寸：
選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為1Cr18Ni9Ti。
查資料[2]的表6-2得：
取中間值
鍵的工作長(zhǎng)度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k
(2) 校核鍵連接的強(qiáng)度：
∴鍵聯(lián)接擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。
9.2.3 鍵3的工作能力驗(yàn)算
(1) 選擇鍵的類(lèi)型與尺寸：
選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為1Cr18Ni9Ti。
查資料[2]的表6-2得：
取中間值
鍵的工作長(zhǎng)度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k
(2) 校核鍵連接的強(qiáng)度：
∴鍵聯(lián)接擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。
9.2.4 鍵4的工作能力驗(yàn)算
(1) 選擇鍵的類(lèi)型與尺寸
選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45#鋼。
查資料[2]的表6-2得：
取中間值
鍵的工作長(zhǎng)度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k
(2) 校核鍵連接的強(qiáng)度：
∴鍵聯(lián)接擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。
9.2.5 鍵5的工作能力驗(yàn)算
(1) 選擇鍵的類(lèi)型與尺寸
選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45#鋼。
查資料[2]的表6-2得：
取中間值
鍵的工作長(zhǎng)度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k
(2) 校核鍵連接的強(qiáng)度：
∴鍵聯(lián)接擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足。
10 聯(lián)軸器
10.1聯(lián)軸器的選型說(shuō)明
根據(jù)聯(lián)軸器對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力（即能否在相對(duì)位移條件下保持連接的功能）聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無(wú)補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類(lèi)。本傳動(dòng)裝置中所用的是有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。選擇有彈性元件的撓性聯(lián)軸器的原因是其不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且有減振和緩沖的性能，廣泛適用于一般的中小功率的傳動(dòng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。
10.2 聯(lián)軸器的選擇與型號(hào)尺寸
(1) 計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
由資料[3]的表14－1中查得：KA=1.5；
則：
(2) 選型：
由上式得，由[2]的表17－4得合適的型號(hào)是HL2，如圖10.1，表10.1。
圖10.1 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器
表10.1 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的技術(shù)參數(shù)
類(lèi)型
公稱(chēng)扭矩
（Nm）
許用轉(zhuǎn)速
n（r/min）
軸孔直徑d1、d2、d3（mm）
HL2
315
5600
25、30
11 結(jié)論
這次課題要求作者對(duì)ZRJ-350A真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：
(1) ZRJ-350A真空乳化機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，而其攪拌系統(tǒng)采用單向轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌的總體設(shè)計(jì)方案，采用這套方案能使得乳化機(jī)的結(jié)構(gòu)較為緊湊，能夠降低成本，和占地面積，還能很好的做到密封，因?yàn)檎婵杖榛瘷C(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是食品，藥品，化妝品，所以對(duì)于衛(wèi)生要求十分的高，這就意味著在能達(dá)到混合攪拌要求的同時(shí)，還要兼顧嚴(yán)密的密封，要使得潤(rùn)滑油泄露的幾率降到最低。使其能夠順利的通過(guò)國(guó)家GMP認(rèn)證。
(2)在電動(dòng)機(jī)的選擇方面，本次設(shè)計(jì)選擇了YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行噪聲低，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，調(diào)整性能好等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，這樣就能使轉(zhuǎn)速任意連續(xù)的變化，從而達(dá)到滿(mǎn)足不同粘度物料需求。
(3)該真空乳化機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器的連接來(lái)驅(qū)動(dòng)蝸桿，然后再由蝸桿通過(guò)鍵的連接來(lái)帶動(dòng)攪拌漿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于選擇了YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)和蝸桿傳動(dòng)，所以傳動(dòng)比較平穩(wěn)而且噪音很小
(4)該真空乳化機(jī)的攪拌系統(tǒng)主要由攪拌槳和均質(zhì)器這兩部分組成。攪拌槳主要負(fù)責(zé)低速攪拌，把物料不斷切割，翻轉(zhuǎn)，再重新組合。外側(cè)攪拌槳的周?chē)€有一些刮板，用于把黏結(jié)在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質(zhì)器則用于高速軸的攪拌，在高速的旋轉(zhuǎn)中重復(fù)著把物料吸入，剪切，分割，送出，在重新吸入這一過(guò)程。由于有了攪拌槳的低速攪拌和均質(zhì)器的高速攪拌，所以能夠很好的提升乳化的效果。
(5)對(duì)一些主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核：電動(dòng)機(jī)的選擇，軸的設(shè)計(jì)與校核，軸承的壽命計(jì)算，蝸輪蝸桿的校核以及鍵的強(qiáng)度驗(yàn)算。結(jié)果證明這些零件都達(dá)到原定的主要技術(shù)參數(shù)的要求。
當(dāng)然，作者的設(shè)計(jì)不可能完美無(wú)缺，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了不少困難和一些不盡人意的地方，本文所確定的方案雖然在密封方面做的不錯(cuò)，但因?yàn)槭菃蝹€(gè)方向的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在物料的充分混合這一點(diǎn)上還略顯不足。在遇到需要生產(chǎn)精度很高的產(chǎn)品時(shí)可能不太適用。還有對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇上，為了達(dá)到無(wú)極調(diào)速和達(dá)到所給技術(shù)指標(biāo)的要求，要選擇變頻而且?guī)p速的電動(dòng)機(jī)，這就需要作者到處查找資料，但由于作者手頭資料的限制，最后所選擇的電動(dòng)機(jī)雖然達(dá)到了要求，但未必是最適當(dāng)?shù)倪x擇。
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