塑料臥式混合機設計說明書

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1、 畢業(yè)設計 設計題目：塑料臥式混合機 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 完成時間： 目 錄 一. 概述……………………………………………2 二. 混合機設計……………………………………2 三. 混合均勻度性能測試………………………14 四. 操作程序……………………………………20 五．維護與保養(yǎng)…………………

2、………………21 六． 參考文獻……………………………………22 七.工作小結與致謝………………………………23 塑料臥式混合機 一、 概述 在塑料工業(yè)生產中混合是將配合后的各種物料混合均勻的一道關鍵工序，是確保質量的重要環(huán)節(jié)，同時混合機的生產效率還影響著塑料廠的生產規(guī)模，所以混合機已經(jīng)成為塑料廠的關鍵設備之一。如何提高混合機的使用效率也是塑料廠家關心的問題。 本塑料混合機采用攪拌葉片旋轉翻動塑料原料，進行快速混合。主要適用于各種塑料粒子的混合著色工作，是注塑機、擠出機的必備配套設備之一。 本混合機的動力是通過鏈輪由電機給主軸，該主軸上焊有六個

3、特殊角度的槳葉，槳葉帶動物料左右翻動，在機內全方位連續(xù)循環(huán)運動，相互對流，擴散，剪切從而達到快速柔和混合的效果。 二、根據(jù)本混合機的設計要求： 1、電機的選擇： 本混合機有效容積 280L 每批混合量 100kg 混合均勻度 CV≤5% 主軸轉速 85r/min 根據(jù)公式P=F×V和物料運動對流剪切互相作用初步選用BWD16-23-18.5（6P）電機（含減速機） 轉矩238.0N·m 輸入

4、轉速1440r/min 型號： Y200L1-6 功率：3KW 電壓：380V 與電機配套的減速機： 該機的傳動比大，一級可達9-11.5；結構簡單，體積小，重量輕，與同樣傳動比和同樣功率的普通齒輪減速機相比重量可減輕1/2-1/3； 效率高，一般減速機的效率可達到0.9～0.94；磨損小，使用壽命長，易于修配；參加嚙合的齒數(shù)多，有盡半數(shù)的齒在嚙合并承受載荷，所以傳動平穩(wěn)，承載能力高; 無齒廓重迭干涉現(xiàn)象。 將三相電源接入開關，請注意主軸轉動方向（即打開桶蓋，檢查葉片轉向，如葉片以順時針方向旋轉，則說明轉向正確，如轉向相反，可將三相電源線中的任間兩根對調即可）。 2

5、、傳動鏈的選取及相關計算 本混合機采用鏈輪傳動，與帶傳動相比：采用帶傳動，由于其材料的彈性變形會產生彈性滑動，又因為皮帶傳動是摩擦傳動，且易磨損，當有效拉力大于摩擦力時就會產生打滑現(xiàn)象，使摩擦加劇甚至使傳動失效，應設法避免。而彈性滑動是摩擦傳動中固有的，是不可避免的，彈性滑動亦造成帶的磨損，還使帶傳動不能保證準確的傳動比。至于蝸桿傳動，雖傳動比大但效率低，有自鎖現(xiàn)象且常常會因為蝸桿的剛度不足而影響正常嚙合，破壞機器；鏈輪傳動則無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，有唯一的傳動比，傳動效率高，結構緊湊，傳遞圓周力大，張緊力小，軸上受力小，與齒輪傳動相比，本鏈傳動能緩沖和吸振，結構簡單，加工成本低，安裝低廉，安

6、裝精度要求低，適用與兩軸中心距離較大的傳動。從本混合機的結構來看，采用鏈傳動結構也比較緊湊，節(jié)約空間，所以采用鏈傳動。 查機械設計手冊可知： 該減速機效率η1取0.9 鏈條的效率η2取0.97（此鏈為閉式） 軸承的效率η3取0.98（滾子軸承） 機械總效率ηa=η1?η2?η3 =0.9?0.97?0.98 =0.81 主軸功率：P主=P?ηa =18.5?0.81 =14.99KW 小鏈輪功率：P小=P?η1 =18.5?0.9 =15.73KW 大鏈輪功率：P大=P?η1?η2 =18.5?0.9?0.97 =15.25KW

7、 大鏈輪與主軸相連其轉速即主軸轉速：40 r/min 根據(jù)公式： n1/n2=z2/z1=i(傳動比) ∴　　　　40/x=27/48 ∴　　　　x=71.11 r/min（即小鏈輪轉速） 3、大鏈輪的設計： 大鏈輪初步選用45鋼， 計算主軸的轉矩： 根據(jù)公式T=9550?P/n T=9550?15.25/40 =3640.94(N·m) 按扭距強度計算主軸的扭剪應力 根據(jù)公式 τt≤［τt］ T/Wt≤［τt］ 9.55?106p/(0.2d3)n≤［τt］(n/mm2) 式中 τt———— 扭剪切應力

8、 T———— 軸承受的工作扭距 Wt———— 軸的抗扭截面模量 P————— 軸傳遞的功率 n————— 軸的轉速 ［τt］————許用扭剪切應力 查機械設計可知軸的常用材料的［τt］及A值如下：表（1） 軸的材料： Q235，20 45 ［τt］ 12～20 30～40 A 160～135 118～107 注：㈠、上表中所列的［τt］值及A值，當彎矩的作用較扭矩小或只受扭矩時，［τt］取較大值，A取較小值，反之［τt］取較小值，A取較大值； ㈡、當用Q235及35SiMn時

9、，［τt］取較小值，A取較大值 根據(jù)公式 τt≤［τt］ T/ Wt≤［τt］ 得 9.55?106p/(0.2d3)n≤［τt］(n/mm2) ∴ 主軸設計的公式為： d≥ = =A 上式中：A值因材料的不同而異，可查上表（1） 當軸上有鍵槽時，一個鍵槽其直徑增加3%，2個鍵槽則增加7%然后加以圓整； 上式計算主軸設計公式因為只適用于只受扭矩的傳動軸，對于同時承受扭矩和彎矩的轉軸來說，往往用來估算軸的直徑， 因為材料為45鋼，且該混合機主要承受的只是扭矩而彎矩只是受本身重力而引起，所以A取較小值，取118 d≥A? =118?

10、 =118?0.678 ≈80 初步定大鏈輪的中心孔為80mm 4小鏈輪的設計 按大鏈輪的設計方法同理可確定小鏈輪的尺寸： 小鏈輪的中心孔：d≥A? =118? =70 初定小鏈輪的中心孔為70mm 根據(jù)兩齒輪的傳動比可查機床設計手冊，兩個鏈輪的齒形 采用套筒滾子鏈鏈輪， 按GB1244-85 查手冊可取 大鏈輪參數(shù)如下： 節(jié)距： P 31.75 滾子直徑 D 19.05 齒數(shù) Z 48

11、 量柱測量距 Mr 504.50（0～0.40） 量柱直徑 Dr 19.0 5(+0.01～0) 齒形 按GB1244-85 小鏈輪： 節(jié)距： P 31.75 滾子直徑 D 19.05 齒數(shù) Z 27 量柱測量距 Mr 291.59（0～-0.32） 量柱直徑

12、 Dr 19.05(+0.01～0) 齒形 按GB1244-85 選擇相配的鏈條： 鏈條采用20A-2×94 該鏈條滾子直徑是20 級別A級 最低破載荷Q（kgf）9000 是雙排鏈，鏈寬為94 每米重量為3.9kg 5、主軸的設計： 材料的選擇：本混合機的關鍵就是主軸轉子，因為在該轉子上還焊有等距離的槳葉起中間部位選用空心軸，兩端選用實心軸焊接而成。若中間軸也采用實心軸則會造成材料電力等浪費，轉子與槳葉支架間的焊接不夠牢靠，在轉子中間段打通孔則浪費材料，增加重量，選用剛度和

13、強度足夠的空心軸，這樣可以減輕其重量，節(jié)約材料等資源，這樣槳葉支架與空心軸間的銜接則更牢靠再加上焊接固定其位置，因為混合機的轉速是85r/min，且轉距較大，這樣就可以避免實心軸的問題。 轉子的兩端選用45鋼，中間選用Q235 根據(jù)本混合機的工作示意圖可知： 主軸扭矩圖如下： 安全系數(shù)校核計算： 對一般的軸，用彎扭合成強度計算的方法，已經(jīng)足夠精確，但對與比較重要的軸，還要考慮應力集中，表面質量和尺寸對疲勞強度的影響，對于應力循環(huán)嚴重不對稱或出現(xiàn)緩時過載的軸，當然疲勞破壞不致發(fā)生，卻可能引起較大的塑性變形，對此，還要進行靜強度的校核。 ① 疲勞強度安全系數(shù)校核 根據(jù)

14、軸的疲勞安全系數(shù)公式，安全系數(shù)為： S=Sσ?δγ/≥［S］ 式中Sσ——彎矩作用的安全系數(shù) Sσ=（σ-1）/Kσ?σa/βξσ+ψσ+σm Sγ————扭轉作用的安全系數(shù) Sσ=（τ-1）/Kτ?σa/βξσ+ψττm 式中σ-1，τ-1對稱循環(huán)應力時試件材料的彎曲扭剪的疲勞極限見下表（2）來自機械設計 查機械設計手冊可知以下數(shù)據(jù)： ξσ　ξτ——彎曲，扭轉時的尺寸系數(shù) 直徑 碳鋼 ξσ ξτ ＞20～30 0.91 0.89 ＞30～40 0.88 0.81 ＞40～50 0.84 0.78 ＞50～60 0

15、.81 0.76 ＞60～70 0.78 0.74 ＞70～80 0.75 0.73 ＞80～100 0.73 0.72 ＞100～120 0.70 0.70 ＞120～150 0.63 0.68 ＞150～500 0.60 0.60 ψσ，ψτ——彎曲，扭曲時等效系數(shù)，碳鋼取ψσ=0.2 ψτ=0.1 σa, σm——彎曲變應力的應力幅,平均應力σa=(σmax-σmin)/2 σm=(σmax+σmin)/2 τa,τm——扭剪變應力的應力幅，平均應力τa=(τmax-τmin)/2 τm=(τmax+τmin)/2 ［S］——許用

16、安全系數(shù)： 軸的疲勞強度許用安全系數(shù) 適用條件 ［S］ 載荷經(jīng)精確分析，材料均勻，材料性能均可靠 1.3～1.5 計算精度較低，材料不夠均勻 1.5～1.8 計算精度很低，材料很不均勻，尺寸很大，（D＞200） 1.8～2.5 將數(shù)據(jù)代入以上公式中可得軸的疲勞安全系數(shù)S≥［S］所以，該軸是安全的。 對于一般轉軸，彎曲變應力按對稱循環(huán)計算，所以σa=M/W σm=0單向扭剪變應力通常按可永動循環(huán)考慮，即τa= τm=T/2WT經(jīng)常正反轉的作為雙向扭剪應力則按對稱循環(huán)計算，即τa=T/M,τm=0，τa，τm為抗彎，抗扭截面模量 ②計

17、算軸的抗彎抗扭強度 查機械設計手冊可以知道其計算公式如下： 抗彎，抗扭截面模量計算公式： W=πd3/32≈0.1 d3 WT=πd3/16≈0.2 d3 W=πd3(1-β4)/32≈0.1 d3(1-β4) WT=πd3(1-β4)/16≈0.2 d3(1-β4) β=d/D β=d/D W

18、=πd3/32-bt(d-t)2/2d WT=πd3/16-bt(d-t)2/2d WT=πd3(1-1.54d/D)/32 WT=πd3(1-d/D)/16 查機床設計手冊可知空心軸直徑計算公式 得 d=650.8=52mm 靜強度安全系數(shù)校核： Ss=-SσsSτs/(S2σs+S2τs)1/2 Ss=σs/σmax Ss=τs/τmax 式中:Ss————綜合靜強度安全系數(shù)； Sσs—————受彎曲的靜強度安全系數(shù)； Sτs—————受扭剪的靜強度安全系數(shù) σsiτs————

19、材料的拉壓屈服極限，扭剪屈服極限，N/mm2 σmaxσmax———-瞬時尖峰載荷產生的最大拉壓應力，扭剪應力，N/mm2 同理可以計算出軸的靜強度安全系數(shù)S≥［S］　 四、混合均勻度性能測試 本測定法是通過混合物料中示蹤物或某一組分含量差異的測定來反映該混合物料中各 組分分布的均勻性。 （一）測試方法 各混合物料成品的混合均勻度可用甲基紫法進行測定。 本法以甲基紫色素作為示蹤物，將其與添加劑一道加入，預先混合于混合物料中，然后 以比色法測定樣品中甲基紫含量，作為反映混合物料混合均勻度的依據(jù)。 1 儀器與試劑 72型分光光度計，150目標準銅絲網(wǎng)篩，甲基紫

20、，無水乙醇。 2　示蹤物的制備與添加 將測定用的甲基紫混勻并充分研磨，使其全部通過１５０目標準篩。 按照混合物料成品量十萬之一的用量，在加入添加劑的工段投入甲基紫。 （二）混合精度測評 涉及概率論、取樣論與測試技術規(guī)范等，目前采用樣本標準偏差S或變異系數(shù)CV%為表征數(shù)的評估，已獲得世界各國的普遍認同。但在測定方法上遠未統(tǒng)一，取樣論上仍有歧見。用缺乏等效性驗證的不同的測定方法，所獲得的測定結果也就沒有可比性，這對技術交流不利。 　除定型鑒定或型式批準時需對混合機測評外，國家和地方檢測部門也將飼料產品混合均勻度列為重要檢測項目，廠內質檢部門還要對混合機和粉料成品出口的混合均

21、勻度作定期檢測。后者頻繁而工作量大，因此尋找一種快速、簡便和經(jīng)濟的測定方法是生產急需；但這種簡易測定方法，應與國際等效或呈高度顯著正相關。 （三）、混合誤差 　　混合誤差是指測量示值偏離統(tǒng)計的完全混合期望值的離散程度?；旌险`差可以用標準誤差σ來表示： 　　(1) 式中，n——樣本數(shù)； 　　　xi——樣本測量值； 　　　μ——被測量的期望值。 在n次測量序列中，獨立地測得樣本測量值xi，其平均值為： 　　(2) 在有限次樣本測量中，期望值μ不可能求出；這時標準誤差σ就用樣本標準偏差S來表示。 　 在有限次樣本測量中，期望值μ不可能求出；這時標準誤差σ就用樣本標準偏差S來表示。

22、 　　(3) 　標準偏差S總是正數(shù)，它可以較準確地表征測量值xi偏差其平均值的離散程序。(3)式的表達很適合于計算編程。在實際測定結果計算中，當xi對的偏離大于或等于3.S時，應將該測量值剔除。 混合物料混合均勻度用M%或其變異系數(shù)CV%表示： 　　(4) 或混合均勻度　M=(1-CV).100%　　(5) 當前國內外通用的規(guī)范是：合格的混合產品CV≤10%；優(yōu)秀的混合產品CV≤5%。如果混合產品CV＞20%，則無論產品質量或成本，都會變得令人無法忍受。筆者認為，從技術和經(jīng)濟的角度來講，無論何種產品的混合均勻度都是愈均勻愈好，高速高效混合機的成功便是一例。 （四）　混合誤差來

23、源 混合誤差來源于三個主要部分：混合物料組份的物理性質與混合工藝特性不同而引起的誤差，在一定的工藝條件下由于混合機工作特性不同而導致的誤差，測定儀器與方法不同而引起的誤差。簡言之，混合誤差是由物料誤差、混合機誤差和測量誤差的合成。 本文討論的前提是在相同的混合物料與工藝條件下，因此忽略物料誤差，主要討論混合機誤差和測量誤差。 GB 5918-86《配合飼料混合均勻度測定法》和ZB B93 016-89《飼料混合機　試驗方法》均規(guī)定了采用甲基紫示蹤法進行混合均勻度測試的方法。前者還規(guī)定了每批飼料至少抽取10個具有代表性的原始樣品，測定結果數(shù)據(jù)處理與特征數(shù)與(2)～(5)式同。測定結果顯然包

24、括了測量誤差和混合機誤差兩部分。 測量追求的目標是獲得被測量的真值。但是測量時，由于測量器具和方法、環(huán)境與操作者的影響，或測量對象的不完善和不確定，就會出現(xiàn)偏差。在混合均勻度測定中，我們把前者作為系統(tǒng)誤差并認為它是測量誤差的主要來源；后者則是隨機誤差并且是混合機誤差的表現(xiàn)。因為我們的出發(fā)點是：測量序列中各個單次測量值xi是隨機變量的具體表現(xiàn)。xi服從用期望值μ和標準誤差σ來表征的概率分布。只要不出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，被測量的期望值μ就同真值相一致。標準誤差σ代表xi對μ的隨機誤差的離散程度。如(2)式，以xi的算術平均值作為μ的估計值；如(3)式，以樣本的標準偏差S作為σ的估計值。 （五）測量誤差

25、估計 測量誤差主要是系統(tǒng)誤差，一般可據(jù)經(jīng)驗予以估計。如排除環(huán)境與操作等隨機因素的影響，現(xiàn)有較精確的混合均勻度測定方法的測量誤差約為CV≈3%。 對于未知的系統(tǒng)誤差，或者可以考慮選擇一個足夠大的置信區(qū)間。 由于xi是一個隨機變量，所以隨機地偏離μ，S隨機地偏離σ；而且我們知道，測量值xi服從正態(tài)分布。借助于估計值和S以及預定的置信概率、即所謂置信水平(1-α)，就可以給出期望值μ所在的置信區(qū)間。 X--S.tn0.5≤μ≤x+S.t n0.5　　(6) 式中，t——t分布的隨機變量，取決于n和所選擇的置信水平(1-α)，可查表求出。 工業(yè)生產技術測量中數(shù)值計算，一般采取置信水平(1-

26、α)=0.95，表示置信區(qū)間復蓋μ的概率為95%。 在飼料混合均勻度測定中，被測量值的理論值μ。比較容易得到，我們可以利用這個特點，通過(6)式求出測量精度σ。將(6)式改寫成： 　?。黊--μ｜≤S.tn0.5　　(7) 用μ0代替μ，并令μ0=100，(7)式的兩邊除以μ0=100得： 　　δ=｜100- X-｜%≤S．t n0.5%　　(8) (8)式表示了在置信概率為預定值時，測量值的算術平均值偏離其理論值的程度。(8)式的最后一項前的符號取等號的話，其計算值就是其最大允許相對誤差。故δ可以用來表征測量誤差或測量精確度；(7)式還可以用來估算測量誤差。 下表是在(1-α)=

27、0.95時，用(7)式估算出的混合均勻度測量誤差。 n 10 20 50 100 T/ n0.5 0.71 0.48 0.28 0.20 S 5 10 5 10 5 10 5 10 δ/% 3.55 7.10 2.40 4.80 1.40 2.80 1.00 2.00 由此可知，測量誤差在整個混合誤差中所占比例，只與測量數(shù)n和置信概率有關。當后者確定為95%時，則僅和n有關，其數(shù)值為t/。從上表還可以看出，混合測定時選n=10是遠遠不夠的。筆者建議，對合格混合機的測定應取n≥20；對優(yōu)秀混合機的測定宜取n≥50。此外，由于測量誤差的存在

28、，那種認為混合機CV≤2%～3%的說法也是令人懷疑的。 （六）混合誤差的置信區(qū)間 樣本的標準偏差S可表征混合誤差。S是指單個測量值xi對其平均值的隨機偏差的離散程度。對標準誤差σ，同樣也可以給出置信區(qū)間，以研究S值的精確度。 對來自正態(tài)總體的樣本值xi，如需根據(jù)樣本標準偏差S來確定在一定置信概率下，標準誤差σ的置信區(qū)間，可以證明S2/σ2的概率分布服從x2分布，因此σ不處在置信區(qū)間的中點。置信區(qū)間由下式給出： 　　K下．S≤σ≤K上．S　　(9) 式中，K下，K上——分別是標準偏差的置信限(x2分布)的下限和上限值，取決于置信概率和樣本數(shù)n；可由參考文獻1第418頁表1-5選取。

29、　　令(1-α)=0.95，幾個常用置信限如下： 　　n=10 0.69S≤σ≤1.83S 　　n=20 0.76S≤σ≤1.46S 　　n=50 0.84S≤σ≤1.25S 　　n=1000.88S≤σ≤1.16S 可見，在置信概率一定時，S的置信限只與樣本數(shù)n有關。 五．操作程序 1.檢查整機安裝是否平穩(wěn)，如不平穩(wěn)，可調節(jié)底腳上的螺母，以防整機運轉時震動。 2.在加入塑料粒子前，應先將放料插板插好，以防塑料粒子漏出。 3.開機，首先將時間繼電器調節(jié)到設定的混合時間，將混合開關轉至開位置，即可自行完成混合工作。（一般混合時間為5－10min） 4.放料，旋開緊定螺釘，將放

30、料插板打開，即可放料，放完后將打開控制箱內的自動開關。放料插板插上，旋緊螺釘即可。 5關機，將拌料開關轉至關位置，即停止工作。如暫時不工作，可不必關掉電源自動開關。 六、維護與保養(yǎng) 1. 應經(jīng)常查看減速器的油標，油位情況，如降低了需及時加滿，以防卡死。 2. 在使用一段時間后，應檢查連接螺釘是否松動，如有此現(xiàn)象，及時加以擰緊。如發(fā)現(xiàn)皮帶松脫，應適當調整電機安裝位置，以防整機不轉。 參 考 文 獻 1、《機床設計》………………………………沈陽工業(yè)大學等編 上海科學技術出版社 2、《畢業(yè)設計指導書》………………………李恒權 等編 青島

31、海洋大學出版社 5、《機械制圖》………………………………大連理工大學 高等教育出版社 6、《互換性與測量技術》……………………陳于濤 主編 機械工業(yè)出版社 7、《工裝設計》………………………………陳立德 主編 上海交通大學出版社 8、《機械制造技術》…………………………李華 主編 高等教育出版社 9、《非標準設備設計》……………………姚永明 主編 上海交通大學出版 10、《機械設計》………………………………揚州市職業(yè)大學 王家禾 主編 工作小結與致謝 畢業(yè)設

32、計就要結束了，這次設計與前幾次設計有很大不同，它使我們對機械的各個方面有了一定的了解，而不在某一方面的學習。對我們畢業(yè)生來說是一次踏上工作崗位的一次嚴格檢驗。 這次畢業(yè)設計我主要進行混合機的整體設計，要求能設計出能夠達到工作要求的機器，整機的設計參考了其他的飼料混合機，并在其基礎上進行了調整，改變和完善，提高了了混合機的使用效率，使其更適合于各種塑料粒子的著色工作。 在設計過程中我取得可很大的收獲，第一，使我認識了設計是嚴謹而且又反復的過程，不的半點馬虎，必須要有刻苦鉆研的精神。第二，通過設計，使我對機械傳動系統(tǒng)有了一個全面的較深刻的認識，特別的機械系統(tǒng)的設計方法。第三，設計過程培養(yǎng)了我 細心，認真的工作作風。由于本人還存在很多的不足，故在設計中產生了許多不合理的地方，望老師，同學批評指正。 最后還要特別感謝在設計過程中對我指導的沈老師，回顧整個設計過程，本著對自己負責的原則，認真的對待設計中每個環(huán)節(jié)，有目的有針對的進行分析。設計過程中沈老師經(jīng)常陪同一起探討各種問題，由于我的能力有限，沈老師費了很多心思，認真的帶領我們完成了這次畢業(yè)設計，在此我非常感謝沈老師為我們付出的時間和心血。 23