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雙軸無重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì)
摘要：混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作是從化學(xué)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(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的混合操作均系機(jī)械混合，以中、低壓立式鋼制容器的混合設(shè)備為主?；旌显O(shè)備主要由混合裝置、軸封和混合罐三大部分組成。
本設(shè)計(jì)的課題是雙軸無重力粉塵混合機(jī)主要涉及反應(yīng)混合機(jī)的混合單元的設(shè)計(jì)，主要包括混合罐、電動機(jī)及減速器的選型、支撐裝置設(shè)計(jì)、軸的密封設(shè)置的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：混合機(jī) 雙軸無重力 混合單元 機(jī)械設(shè)計(jì)
The design of double-axial without gravity powder mixer's mixing unit
Abstract: Mixing can make two or more different substances dispersed into each other in each other, so as to achieve uniform mixing, that can also speed up the process of heat and mass transfer.In industrial production, mixing operation is started from the chemical industry, focusing on food, fiber, paper, petroleum, water treatment, as part of the process widely used. In industrial production, most of the mixing operations are mechanical mixing system to medium and low voltage vertical mixing equipment based steel containers. Mixing equipment mainly contains three major parts of mixing device,seal and mixed cans.
The design issue is mainly related to biaxial mixer weightless dust mixed reaction mixer unit design, including mixed cans, motor and reducer selection, support equipment design, shaft seal set design.
Keywords: Mixer Axis gravity Mixing unit Mechanical design
目 錄
1 緒論 1
1.1 混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 1
1.2 混合物料的種類及特性 2
2 混合罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型 2
2.1.1 筒體及封頭型式 2
2.1.2 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑 2
2.1.3 確定內(nèi)筒體高度H 3
2.1.4 選取夾套直徑 3
2.1.5 校核傳熱面積 3
2.2 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算 3
2.2.1 選擇材料，確定設(shè)計(jì)壓力 4
2.2.2 夾套筒體和夾套封頭厚度計(jì)算 5
2.2.3 內(nèi)筒體壁厚計(jì)算 6
2.3入孔選型及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 6
2.4混合器的選型 8
2.5混合附件 9
3 傳動裝置的設(shè)計(jì) 10
3.1 減速器和電動機(jī)的選型條件 10
3.2 電動機(jī)與減速器的選擇 10
3.3 聯(lián)軸器的選型 12
3.4 混合軸的設(shè)計(jì)及其結(jié)果驗(yàn)證 12
3.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接 12
3.5.1 連接形式 12
3.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 13
3.6 軸承的設(shè)計(jì)與校核 13
3.6.1 混合軸受力模型選擇與軸長的計(jì)算 14
3.6.2 按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算計(jì)算混合軸的軸徑 17
3.6.3 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算混合軸軸徑 20
3.6.4 按強(qiáng)度計(jì)算混合軸的軸徑 23
3.6.5 按軸封處（或軸上任意點(diǎn)處處）允許徑向位移驗(yàn)算軸徑 24
3.6.6 軸徑的最后確定 24
4 支撐裝置設(shè)計(jì) 24
4.1 混合機(jī)的支承部分 24
4.1.1 機(jī)座 25
4.1.2 軸承裝置 25
4.2 下支撐座的設(shè)計(jì) 26
4.2.1 軸承的選型 27
4.2.2 支撐套的設(shè)計(jì) 27
5 軸的密封 27
5.1 密封裝置的類型 27
5.2 軸的密封選擇 27
5.3 封口錐結(jié)構(gòu)選型與計(jì)算 28
結(jié) 論 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
雙軸無重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì)
1 緒論
混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作時(shí)從化學(xué)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(yīng)用。
混合操作分為機(jī)械混合與氣流混合。氣流混合是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生混合作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機(jī)械混合相比，僅氣泡的作用對液體進(jìn)行的混合時(shí)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。但氣流混合無運(yùn)動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體的混合時(shí)比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的混合操作均系機(jī)械混合，以中、低壓立式鋼制容器的混合設(shè)備為主。混合設(shè)備主要由混合裝置、軸封和混合罐三大部分組成。
1.1 混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著混合操作?；旌显O(shè)備在許多場合時(shí)作為反應(yīng)器來應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，混合設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的99%。。混合設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因混合設(shè)備操作條件（如濃度、溫度、停留時(shí)間等）的可控范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。混合設(shè)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(qiáng)化相間的傳質(zhì)（如吸收等）；⑥強(qiáng)化傳熱?；旌显O(shè)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(yīng)、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(jìn)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混合設(shè)備。
1.2 混合物料的種類及特性
混合物料的種類主要是指流體。在流體力學(xué)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。在混合設(shè)備中由于混合器的作用，而使流體運(yùn)動。
2 混合罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本課題的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是：
1、生產(chǎn)率：5噸/時(shí)；
2、裝機(jī)容量：11千瓦；
3、分批混合：500kg/批；
4、產(chǎn)品質(zhì)量：混合均勻度變異系數(shù)cv≤5%；
5、能耗：耗電≤5kWh/t；
2.1 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型
2.1.1 筒體及封頭型式
選擇圓柱形筒體，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭
2.1.2 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑
發(fā)酵罐類設(shè)備長徑比取值范圍是1.7~2.5，綜合考慮罐體長徑比對混合功率、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，罐體公稱容積（操作時(shí)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，
2.1.3 確定內(nèi)筒體高度H
當(dāng)時(shí)，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表16-6得封頭的容積
，取
核算與
，該值處于之間，故合理。
該值接近，故也是合理的。
2.1.4 選取夾套直徑
表1 夾套直徑與內(nèi)通體直徑的關(guān)系
內(nèi)筒徑
夾套
由表1，取。
夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑
2.1.5 校核傳熱面積
工藝要求傳熱面積為，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表16-6得內(nèi)筒體封頭表面積高筒體表面積為
總傳熱面積為
故滿足工藝要求。
2.2 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算
2.2.1 選擇材料，確定設(shè)計(jì)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(yīng)力由《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》附表查取，，常溫屈服極限。
計(jì)算夾套內(nèi)壓
介質(zhì)密度
液柱靜壓力
最高壓力
設(shè)計(jì)壓力
所以
故計(jì)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
2.2.2 夾套筒體和夾套封頭厚度計(jì)算
夾套材料選擇熱軋鋼板，其
夾套筒體計(jì)算壁厚
夾套采用雙面焊，局部探傷檢查，查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-3得
則
查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-2取鋼板厚度負(fù)偏差，對于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí)，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(jì)算壁厚為
取厚度附加量，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。
2.2.3 內(nèi)筒體壁厚計(jì)算
①按承受內(nèi)壓計(jì)算
焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計(jì)算壁厚為：
②按承受外壓計(jì)算
設(shè)內(nèi)筒體名義厚度，則，內(nèi)筒體外徑。
內(nèi)筒體計(jì)算長度。
則，，由《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-6查得，圖4-9查得，此時(shí)許用外壓為：
不滿足強(qiáng)度要求，再假設(shè)，則，，
內(nèi)筒體計(jì)算長度
則，
查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-6得,圖4-9得，此時(shí)許用外壓為：
故取內(nèi)筒體壁厚可以滿足強(qiáng)度要求。
考慮到加工制造方便，取封頭與夾套筒體等厚，即取封頭名義厚度。按內(nèi)壓計(jì)算肯定是滿足強(qiáng)度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進(jìn)行校核。封頭有效厚度。由《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)，則橢圓形封頭的當(dāng)量球殼內(nèi)徑，計(jì)算系數(shù)A
查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-9得
故封頭壁厚取可以滿足穩(wěn)定性要求。
2.2.4 水壓試驗(yàn)校核
①試驗(yàn)壓力
內(nèi)同試驗(yàn)壓力取
夾套實(shí)驗(yàn)壓力取
②內(nèi)壓試驗(yàn)校核
內(nèi)筒筒體應(yīng)力
夾套筒體應(yīng)力
而
故內(nèi)筒體和夾套均滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力要求。
③外壓實(shí)驗(yàn)校核
由前面的計(jì)算可知，當(dāng)內(nèi)筒體厚度取時(shí)，它的許用外壓為，小于夾套的水壓試驗(yàn)壓力，故在做夾套的壓力實(shí)驗(yàn)校核時(shí)，必須在內(nèi)筒體內(nèi)保持一定壓力，以使整個(gè)試驗(yàn)過程中的任意時(shí)間內(nèi)，夾套和內(nèi)同的壓力差不超過允許壓差。
2.3 入孔選型及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)
①入孔選型
選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸法蘭入孔，標(biāo)記為：入孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示:
密封面
形式
公稱壓力PN（MP）
公稱直徑DN
突面
（RF）
螺柱
螺母
螺柱
總質(zhì)量
（）
數(shù)量
直徑長度
開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)
最大的開孔為入孔，筒節(jié)，厚度附加量，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如下：
開孔直徑
圓形封頭因開孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積為：
入孔材料亦為不銹鋼0Cr18Ni9，所以
所以
有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)尺寸：
在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，殼體承受內(nèi)壓所需設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬面積為：
故
可見僅就大于,故不需另行補(bǔ)強(qiáng)。
最大開孔為入孔，而入孔不需另行補(bǔ)強(qiáng)，則其他接管均不需另行補(bǔ)強(qiáng)。
2.4 混合器的選型
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，快速型混合器一般在時(shí)設(shè)置多層混合器，且相鄰混合器間距不小于葉輪直徑d。適應(yīng)的最高黏度為左右。
混合器在圓形罐中心直立安裝時(shí)，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。
符號說明
——鍵槽的寬度
——混合器槳葉的寬度
——輪轂內(nèi)經(jīng)
——混合器槳葉連接螺栓孔徑
——混合器緊定螺釘孔徑
——輪轂外徑
——混合器直徑
——混合器圓盤的直徑
——混合器參考質(zhì)量
——輪轂高度
——圓盤到輪轂底部的高度
——混合器葉片的長度
——弧葉圓盤渦輪混合器葉片的弧半徑
——混合器許用扭矩
——輪轂內(nèi)經(jīng)與鍵槽深度之和
——混合器槳葉的厚度
——混合器圓盤的厚度
工藝給定混合器為六彎葉圓盤渦輪混合器，其后掠角為，圓盤渦輪混合器的通用尺寸為槳徑:槳長:槳寬，圓盤直徑一般取槳徑的，彎葉的圓弧半徑可取槳徑的。
查HG-T 3796.1~12-2005,選取混合器參數(shù)如下表
由前面的計(jì)算可知液層深度，而，故，則設(shè)置兩層混合器。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(gè)混合器間距為，該值大于也輪直徑，故符合要求。
2.5 混合附件
①擋板
擋板一般是指長條形的豎向固定在罐底上板，主要是在湍流狀態(tài)時(shí)，為了消除罐中央的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”而增設(shè)的。罐內(nèi)徑為，選擇塊豎式擋板，且沿罐壁周圍均勻分布地直立安裝。
3 傳動裝置的設(shè)計(jì)
3.1 減速器和電動機(jī)的選型條件
(1) 機(jī)械效率，傳動化，功率，進(jìn)出軸的許用扭距和相對位置。
(2) 出軸旋轉(zhuǎn)方向是單項(xiàng)或雙向。
(3) 混合軸軸向力的大小和方向。
(4) 工作平穩(wěn)性，如震動和荷載變化情況。
(5) 外形尺寸應(yīng)滿足安裝及檢修要求。
(6) 使用單位的維修能力。
(7) 經(jīng)濟(jì)性。
3.2電動機(jī)與減速器的選擇
混合設(shè)備的電動機(jī)通常選用普通異步電動機(jī)。澄清池混合機(jī)采用YCT系列滑差式電磁調(diào)速異步電動機(jī)，消化池混合機(jī)一般采用防爆異步電動機(jī)。
混合設(shè)備的減速器應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)減速器及專業(yè)生產(chǎn)廠產(chǎn)品，參考文獻(xiàn)[2]“標(biāo)準(zhǔn)減速器及產(chǎn)品”選用，其中一般選用機(jī)械效率較高的擺線針輪減速器或齒輪減速器：有防爆要求時(shí)一般不采用皮帶傳動：要求正反向傳動時(shí)一般不選用蝸輪傳動。電動機(jī)及減速機(jī)選用，見表3-1
表3-1電動機(jī)與減速器的選型
名稱
符號
單位
第一檔
第二檔
第三檔
混合器的轉(zhuǎn)速
n
r/min
7.5
5.9
3.64
混合功率
N
KW
0.34
0.16
0.04
電動機(jī)算功率
N=式中
k—工況系數(shù)24h連續(xù)運(yùn)行為1.2
=擺線針輪減速機(jī)傳動效率
=滾動軸承傳動效率
KW
0.46
0.22
0.05
選用電動機(jī)的功率
KW
0.8
0.4
0.4
電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速
r/min
1500
1500
1500
減速比
200
254
412
選用減速器減速比
187
289
385
選用減速器輸出軸轉(zhuǎn)速
r/min
8
5.2
3.9
3.3 聯(lián)軸器的選型
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊及混合機(jī)的類型選用凸緣聯(lián)軸器，由電機(jī)的尺寸選擇聯(lián)軸器軸徑d=65mm， L1=104mm，L2 =42mm，許用扭轉(zhuǎn)為850N.m，質(zhì)量為17.97Kg，標(biāo)記為：聯(lián)軸器D65-ZG，
3.4 混合軸的設(shè)計(jì)及其結(jié)果驗(yàn)證
由上面所選聯(lián)軸器的類型初步確定混合軸小徑為：d1=65mm
下面來做軸徑的理論計(jì)算：
由《過程裝備設(shè)計(jì)》查的公式：
（3.1）
式中C2—按扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角為1/m時(shí)，C2=91.5
N—混合器的功率，單位KW
n—混合器的轉(zhuǎn)速，單位r/min
得：
第一檔：
第二檔：
第三檔：
經(jīng)上面計(jì)算所的結(jié)果可以看出3個(gè)軸徑的理論數(shù)值都小于65mm，故軸的小徑選：
d1=65mm
3.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接
3.5.1 連接形式
槳式混合器與軸的連接，當(dāng)采用槳葉一端煨成半個(gè)軸套，用螺栓將對開的軸套夾緊在混合軸上的結(jié)構(gòu)時(shí)D≤600mm時(shí)用一對螺栓鎖緊：D＞600mm時(shí)用兩對螺栓鎖緊。這種連接結(jié)構(gòu)為傳遞扭距可靠起見，宜用一穿軸螺栓使混合器與軸固定。
本設(shè)計(jì)由于軸選取D≤600mm，故選用一對螺栓縮緊裝置。
3.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接
當(dāng)采用鍵和止動螺釘將混合器軸套固定在混合軸上的結(jié)構(gòu)時(shí)，鍵應(yīng)按GB1095-79《平鍵和鍵槽的剖面尺寸》選取?；旌掀鬏S套外勁D宜為軸徑D的1.6-2倍。軸套長度應(yīng)略大于軸套處槳葉寬度在軸線上的投影長度，但不小于D1。
由上面設(shè)計(jì)知：d1=65mm，再由文獻(xiàn)[4]查得，選取鍵為圓鍵，長度為85mm，寬度為18mm，厚度為14mm。
3.6 軸承的設(shè)計(jì)與校核
3.6.1 混合軸受力模型選擇與軸長的計(jì)算
軸長：
3.6.2 按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算計(jì)算混合軸的軸徑
軸的許用扭轉(zhuǎn)角，對單跨軸有；
混合軸傳遞的最大扭矩
上式中,，帶傳動取，
所以
根據(jù)前面附件的選型。取
根據(jù)軸徑計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)角
所以
3.6.3 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算混合軸軸徑
剛性軸（不包括帶錨式和框式混合器的剛性軸）的有效質(zhì)量等于軸自身的質(zhì)量加上軸附帶的液體質(zhì)量。
對單跨軸
所以
圓盤（混合器及附件）有效質(zhì)量的計(jì)算
剛性混合軸（不包括帶錨式和框式混合器的剛性軸）的圓盤有效質(zhì)量等于圓盤自身重量叫上混合器附帶的液體質(zhì)量
上式中：
——第個(gè)混合器的附加質(zhì)量系數(shù)，查表3.3.4—1
——第個(gè)混合器直徑，
——第個(gè)混合器葉片寬度，
葉片傾角，圓盤質(zhì)量
所以
作用集中質(zhì)量的單跨軸一階臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算
（1）兩端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為：
第個(gè)圓盤有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為：
所以
在點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為：
所以
臨界轉(zhuǎn)速為：
所以
（2）一端固定另一端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為：
第個(gè)圓盤有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為：
所以
在點(diǎn)處總的相當(dāng)質(zhì)量為：
所以
臨界轉(zhuǎn)速為：
所以
（3）單跨混合軸傳動側(cè)支點(diǎn)的夾持系數(shù)的選取
傳動側(cè)軸承支點(diǎn)型式一般情況是介于簡支和固支之間，其程度用系數(shù)表示。采用剛性聯(lián)軸節(jié)時(shí)，,取。
所以
根據(jù)混合軸的抗震條件：當(dāng)混合介質(zhì)為液體—液體，混合器為葉片式混合器及混合軸為剛性軸時(shí)，且
所以滿足該條件。
3.6.4 按強(qiáng)度計(jì)算混合軸的軸徑
受強(qiáng)度控制的軸徑按下式求得：
式中：——軸上扭矩和彎矩同時(shí)作用時(shí)的當(dāng)量扭矩
——軸材料的許用剪應(yīng)力
軸上扭矩按下式求得：
——包括傳動側(cè)軸承在內(nèi)的傳動裝置效率，按附錄D選取，則
所以
軸上彎矩總和應(yīng)按下式求得：
（1） 徑向力引起的軸上彎矩的計(jì)算
對于單跨軸，徑向力引起的軸上彎矩可以近似的按下式計(jì)算：
第個(gè)混合器的流體徑向力應(yīng)按下式求得 ：
式中：——流體徑向力系數(shù)，按照附錄C. 2有
——第個(gè)混合器功率產(chǎn)生的扭矩
——第個(gè)混合器的設(shè)計(jì)功率，按附錄 C. 3有
兩個(gè)混合器為同種類型，，則
所以
所以
（2） 混合軸與各層圓盤的組合質(zhì)量按下式求得。
對于單跨軸：
——單跨軸段軸的質(zhì)量
所以
故
（3）混合軸與各層圓盤組合質(zhì)量偏心引起的離心力按下式求得。
對于單跨軸：
上式中，對剛性軸的初值取
——許用偏心距（組合件重心處），
——平衡精度等級，。一般取
所以
則
（4）混合軸與各層圓盤組合重心離軸承的距離按下式計(jì)算。
對于單跨軸：
所以
而
（5）由軸向推力引起作用于軸上的彎矩的計(jì)算。
的粗略計(jì)算：
當(dāng)或軸上任一混合器時(shí)，取
故
所以
所以
所以
前面計(jì)算中取軸徑為，故強(qiáng)度符合要求。
3.6.5 按軸封處（或軸上任意點(diǎn)處處）允許徑向位移驗(yàn)算軸徑
因軸承徑向游隙、所引起軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離處的位移。
對于單跨軸：
軸承徑向游隙按照附錄C．1選取，因此
傳動側(cè)軸承游隙 （傳動側(cè)軸承為滾動軸承）
單跨軸末端軸承游隙 （該側(cè)軸承為滑動軸承）
當(dāng)時(shí)，求得的即為軸封處的總位移，
所以
由流體徑向作用力所引起軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離處的位移。
對于單跨軸：
兩端簡支的單跨軸
且,
而
所以
=
一端固支另一端簡支的單跨軸：
代入已知數(shù)據(jù)可得
由混合軸與各層圓盤（混合器及附件）組合質(zhì)量偏心引起的離心力在軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離處產(chǎn)生的位移按下式計(jì)算
對兩端簡支單跨軸：
代入已知數(shù)據(jù)可得
所以
對一端固支一端簡支單跨軸：
代入已知數(shù)據(jù)可得：
所以
一般單跨軸傳動側(cè)支點(diǎn)的夾持系數(shù)介于簡支和固支之間，此時(shí)值應(yīng)取式和式之中間值，查附錄C．4取
查附錄C．5得
所以
所以
總位移及其校核
對于剛性軸：
所以
驗(yàn)算應(yīng)滿足下列條件：
軸封處允許徑向位移按下式計(jì)算：
——徑向位移系數(shù)，按附錄C．6．1選取
所以
則滿足
3.6.6 軸徑的最后確定
由以上分析可得，混合軸軸徑滿足臨界轉(zhuǎn)速和強(qiáng)度要求，故確定軸徑為。
混合軸軸封的選擇
機(jī)械密封是一種功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用壽命長的旋轉(zhuǎn)軸密封。與填料密封相比，機(jī)械密封的泄漏率大約為填料密封的，功率消耗約為填料密封的。故采用機(jī)械密封。
4 支撐裝置設(shè)計(jì)
4.1混合機(jī)的支承部分
4.1.1機(jī)座
立式混合機(jī)設(shè)有機(jī)座，在機(jī)座上要考慮留有容納聯(lián)軸器，軸封裝置和上軸承等不見的空間，以及安裝操作所需的位置。
機(jī)座形式分為不帶支承的J-A型和帶中間支承的J-B型以及JXLD型擺線針輪減速器支架，由文獻(xiàn)[3]中的2.8用立式減速器的減速器機(jī)座的系列選用，當(dāng)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)參考該系列尺寸自行設(shè)計(jì)。
由于混合軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式故選用J—A型機(jī)座，由于減速器軸徑為65mm，故選用J—A—65
該機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖4-1所示
如圖4-1 上軸承支承裝置
4.1.2軸承裝置
上軸承：設(shè)在混合機(jī)機(jī)座內(nèi)。當(dāng)混合機(jī)軸向力較小時(shí)，可不設(shè)上軸承，(如J-A型機(jī)座)，但應(yīng)驗(yàn)算減速機(jī)軸承承受混合軸向力的能力。當(dāng)混合機(jī)軸向力較大時(shí)，須設(shè)上軸承：若減速機(jī)軸與混合軸采用剛性連接，可在機(jī)座中設(shè)一個(gè)上軸承，以承擔(dān)混合機(jī)軸向立和部分勁向力，如圖(5-2)所示：若減速機(jī)軸用非剛性連接，可在機(jī)座中設(shè)兩個(gè)軸承。當(dāng)混合的軸向力很大時(shí)，減速機(jī)軸與混合軸應(yīng)用采用非剛性連接，應(yīng)在機(jī)座中設(shè)兩個(gè)上軸承或在機(jī)座中設(shè)一個(gè)上軸承并在容器內(nèi)或填料箱中再設(shè)支承裝置。
軸承蓋處的密封，一般上端用毛圈，下端采用橡膠油封。
4.2下支撐座的設(shè)計(jì)
4.2.1軸承的選型
底軸承：設(shè)在容器底部，起輔助支承作用，只承受勁向荷載。軸襯和軸套一般是整體式，安裝時(shí)先將軸承座對中，然后將支架焊于罐體上或?qū)⑤S承固定于池中預(yù)埋件上。
底軸承分以下兩種：
1. 罐裝底軸承：罐用底軸承用于容藥混合中，需加壓力清水潤滑，不能空罐運(yùn)轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)為滑動軸承形式。
(1) 適用于大直徑容器的三足式底軸承，如圖4-2所示，
圖4-2 三足底軸承
(2) 可折式底軸承可分為焊接式與鑄造式兩類。此種結(jié)構(gòu)形式可不拆混合軸即能將底軸拆下?？刹鹗降纵S承尺寸和零件材料。
2. 下底軸承：用于混合池或反應(yīng)池中。其結(jié)構(gòu)形式分為滾動軸承座和滑動軸承兩種：
(1) 滾動軸承座：在滾動軸承內(nèi)和滾動軸承座空間須填潤滑脂。滾動軸承必須嚴(yán)格密封，以防止泥沙和易沉物質(zhì)的磨損。
(2) 滑動軸承座：這種軸承必須注壓力清水進(jìn)行沖刷和潤滑，在混合機(jī)起動前應(yīng)先接通清水，水量不超過1L/min。
滑動軸承材料：滑動軸承中軸襯和護(hù)套的材料應(yīng)選擇兩中不會膠合的材料。橡膠軸承內(nèi)環(huán)工作面與軸的間隙可取0.05-0.2mm。在內(nèi)環(huán)工作面應(yīng)軸向均布6-8條梯形截面槽，尖角圓滑過渡。
4.2.2支撐套的設(shè)計(jì)
根據(jù)上面所選軸承知，支撐套的材料應(yīng)選45#鋼，且軸承套的內(nèi)徑為軸承的外徑。查國標(biāo)一般選20mm的板厚作為支撐套的原材料，該圖形設(shè)計(jì)由上面選擇的軸承座的類型根據(jù)文獻(xiàn)[3]選GPF-80型，如圖5-3所示：
圖4-3 下滑動軸承機(jī)座
5 軸的密封
5.1密封裝置的類型
用于機(jī)械混合反應(yīng)器的軸封主要有兩種：填料密封和機(jī)械密封。軸封的目的是避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從混合容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入混合容器內(nèi)。
5.2 軸的密封選擇
填料密封結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、密封要求不高、并允許定期維護(hù)的混合設(shè)備。
1．填料密封的結(jié)構(gòu)及工作原理
填料密封的結(jié)構(gòu)由：底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等組成。在壓蓋的壓力作用下，裝在混合軸與填料箱本體之間的填料，對混合軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。由于填料中含有潤滑劑，因此，在對混合軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時(shí)，使混合軸得到潤滑，而且阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達(dá)到密封目的。
2．填料密封的選用
根據(jù)填料的性能選用：當(dāng)密封要求不高時(shí)，選用一般石棉或油浸石棉填料，當(dāng)密封要求高時(shí)，選用膨體聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各種填料材料的性能不同，按表選用。
填料名稱
介質(zhì)極限溫度oC
介質(zhì)極限壓力Mpa
線速度m/s
適用條件
油浸石棉填料
450
6
-
蒸汽、空氣、工業(yè)用水、重質(zhì)石油產(chǎn)品、弱酸性等
聚四氟乙烯
纖維編結(jié)填料
250
30
2
強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、
有機(jī)溶劑
聚四氟乙烯
石棉盤根
260
25
1
酸堿、強(qiáng)腐蝕性溶液、化學(xué)試劑等
石棉線或石棉線與尼龍線浸漬聚四氟乙烯填料
300
30
2
弱酸、強(qiáng)堿、
各種有機(jī)溶劑等
柔性石墨填料
250-300
20
2
醋酸、硼酸、檸檬酸鹽酸等酸類
膨體聚四氟
乙烯石墨盤根
250
4
2
強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、
有機(jī)溶液
因?yàn)樵谒幚碇袑γ芊庖蟛桓撸灰軌蜃柚乖O(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達(dá)到密封目的即可。根據(jù)以上的填料密封的介紹，本課題的密封裝置選用：油浸石棉填料填料密封。
5.3 封口錐結(jié)構(gòu)選型與計(jì)算
符號說明
——軸向力系數(shù)；
——封口錐的連接系數(shù)；
——內(nèi)筒體厚度附加量，；
——夾套厚度附加量，；
——容器內(nèi)徑，；
——夾套內(nèi)徑，；
——夾套封頭與容器封頭的連接園直徑，；
——容器外壁至夾套壁中面的距離
——封口錐連接的強(qiáng)度系數(shù)；
——與封口錐相接的夾套加強(qiáng)區(qū)的實(shí)際長度，或連接封口錐與夾套
的第一道環(huán)焊縫至折邊錐體切線的距離，；
——工作或試驗(yàn)條件下容器內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力，；
——工作或試驗(yàn)條件下夾套或通道內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力，；
——夾套或通道的許用內(nèi)壓力，；
——容器筒體的實(shí)際壁厚，；
——夾套筒體、封口錐或通道的實(shí)際壁厚，；
——夾套筒體、封口錐或通道的計(jì)算厚度，；
——容器殼體與夾套殼體的間距系數(shù)；
——容器殼體與夾套殼體強(qiáng)度比系數(shù)；
——封口錐連接長度系數(shù)；
——封口錐相對有效承載長度系數(shù)；
——封口錐過渡區(qū)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑系數(shù)；
——設(shè)計(jì)溫度下容器殼體材料的許用應(yīng)力，；
——設(shè)計(jì)溫度下夾套殼體或通道材料的許用應(yīng)力，；
——計(jì)算的焊縫系數(shù)；
——夾套筒體的縱焊縫系數(shù)；
——容器筒體的環(huán)焊縫系數(shù)；
——夾套筒體的縱焊縫系數(shù)；
選擇（a）型結(jié)構(gòu)
a. 軸向力系數(shù)A
式中：，
即，取
所以
輔助系數(shù)、、、、、、
容器殼體與夾套殼體的間距系數(shù)
上式中：
所以
因所選封口錐結(jié)構(gòu)為（a）型，故封口錐過渡區(qū)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑系數(shù)。
封口錐連接長度系數(shù)，對于有
容器殼體于夾套殼體強(qiáng)度比系數(shù)
計(jì)算的焊縫系數(shù)、
封口錐相對有效承載長度系數(shù)
所以
封口錐的連接系數(shù)
式中：
對于，
所以
則
對于，
所以
，
所以
則
封口錐的許用內(nèi)應(yīng)力
所以
封口錐壁厚應(yīng)等于或大于與其相連接的夾套筒體壁厚，故取封口錐壁厚為。
總 結(jié)
兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在忙碌中就快要結(jié)束了,在這兩個(gè)多月的時(shí)間里,在畢業(yè)設(shè)計(jì)之余還要兼顧找工作,因此,在這段時(shí)間里我覺得生活非常的充實(shí).不但在畢業(yè)設(shè)計(jì)中鞏固了以前的知識,而且在人生道路上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會交際.
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越.認(rèn)識到這點(diǎn),我對待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.
在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我最大的動力，讓我了解專業(yè)知識的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。
在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識，因此設(shè)計(jì)之前就對大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開始對本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計(jì)的感覺。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力和分析解決實(shí)際問題的能力。通過本次設(shè)計(jì)還使我更深切地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊(duì)合作精神也得到了增強(qiáng)?？梢哉f，畢業(yè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識，也檢驗(yàn)了我們的綜合素質(zhì)和實(shí)際能力
。
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致 謝
為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計(jì)，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計(jì)過程中一直幫助我的老師。
我要感謝XXX指導(dǎo)老師，老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對我的影響很大，設(shè)計(jì)過程中的很多個(gè)難點(diǎn)都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的。也因?yàn)檫@樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無，我也就大方的有問題就問，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，并解決問題。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的專業(yè)知識，誨人不倦教學(xué)精神，在學(xué)術(shù)上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時(shí)我還要感謝跟我一起參與設(shè)計(jì)的同學(xué)，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問題，并互相提出解決的方法，設(shè)計(jì)能夠順利完成，也因?yàn)樗麄兊膸椭?
結(jié)束代表著新的開始，新的征程，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)將會成為我今后工作，學(xué)習(xí)生活中的一份堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保證。從中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)也將成為我們在今后生活道路上的一筆財(cái)富，挫折永遠(yuǎn)是前進(jìn)道路上所必須面對的，相信我們的未來會走的更好，也可以讓我們大學(xué)的老師放心。真心的感謝在大學(xué)幫助過我的老師和同學(xué)們，再次感謝你們！
42
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
雙軸無重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì)
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
1、生產(chǎn)率：5噸/時(shí)；
2、裝機(jī)容量：11千瓦；
3、分批混合：500kg/批；
4、產(chǎn)品質(zhì)量：混合均勻度變異系數(shù)cv≤5%；
5、能耗：耗電≤5kWh/t；
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1．查閱資料，英文資料翻譯 （2周）1月3日～1月17日
2．撰寫開題報(bào)告 （1周）1月18日～1月23日
3．設(shè)計(jì)并繪制混合機(jī)混合單元裝配圖 確 （5周）2月21日～3月27日
4．繪制主要零件圖若干張 （4周）3月27日～4月23日
5．編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（畢業(yè)論文）一份 （3周）4月25日～5月21日
6．畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 （1.5周）5月23日～ 6月2日
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 璞良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京：高等教育出版社，2001
[2] 金國淼等.攪拌設(shè)備(化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書). 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2002
[3] 徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.12
[4] 李克永.化工機(jī)械手冊. 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5
[5] Bathala C. Redlaty, V. S. Muvthy, Madaboosi S. Ananth, Chamarti D. P. Rao. Modeling of continuous Fertilizer Cranulation process for control. Part. Part. Syst. Charact 15(1998):156-160
航空工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè)類 0781051 班
學(xué)生（簽名）：
日期： 2011 年 01 月 03 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 系（室）主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書首頁。