塑料卧式混合机设计说明书

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1、 毕业设计 设计题目：塑料卧式混合机 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 目 录 一. 概述……………………………………………2 二. 混合机设计……………………………………2 三. 混合均匀度性能测试………………………14 四. 操作程序……………………………………20 五．维护与保养…………………

2、………………21 六． 参考文献……………………………………22 七.工作小结与致谢………………………………23 塑料卧式混合机 一、 概述 在塑料工业生产中混合是将配合后的各种物料混合均匀的一道关键工序，是确保质量的重要环节，同时混合机的生产效率还影响着塑料厂的生产规模，所以混合机已经成为塑料厂的关键设备之一。如何提高混合机的使用效率也是塑料厂家关心的问题。 本塑料混合机采用搅拌叶片旋转翻动塑料原料，进行快速混合。主要适用于各种塑料粒子的混合着色工作，是注塑机、挤出机的必备配套设备之一。 本混合机的动力是通过链轮由电机给主轴，该主轴上焊有六个

3、特殊角度的桨叶，桨叶带动物料左右翻动，在机内全方位连续循环运动，相互对流，扩散，剪切从而达到快速柔和混合的效果。 二、根据本混合机的设计要求： 1、电机的选择： 本混合机有效容积 280L 每批混合量 100kg 混合均匀度 CV≤5% 主轴转速 85r/min 根据公式P=F×V和物料运动对流剪切互相作用初步选用BWD16-23-18.5（6P）电机（含减速机） 转矩238.0N·m 输入

4、转速1440r/min 型号： Y200L1-6 功率：3KW 电压：380V 与电机配套的减速机： 该机的传动比大，一级可达9-11.5；结构简单，体积小，重量轻，与同样传动比和同样功率的普通齿轮减速机相比重量可减轻1/2-1/3； 效率高，一般减速机的效率可达到0.9～0.94；磨损小，使用寿命长，易于修配；参加啮合的齿数多，有尽半数的齿在啮合并承受载荷，所以传动平稳，承载能力高; 无齿廓重迭干涉现象。 将三相电源接入开关，请注意主轴转动方向（即打开桶盖，检查叶片转向，如叶片以顺时针方向旋转，则说明转向正确，如转向相反，可将三相电源线中的任间两根对调即可）。 2

5、、传动链的选取及相关计算 本混合机采用链轮传动，与带传动相比：采用带传动，由于其材料的弹性变形会产生弹性滑动，又因为皮带传动是摩擦传动，且易磨损，当有效拉力大于摩擦力时就会产生打滑现象，使摩擦加剧甚至使传动失效，应设法避免。而弹性滑动是摩擦传动中固有的，是不可避免的，弹性滑动亦造成带的磨损，还使带传动不能保证准确的传动比。至于蜗杆传动，虽传动比大但效率低，有自锁现象且常常会因为蜗杆的刚度不足而影响正常啮合，破坏机器；链轮传动则无弹性滑动和打滑现象，有唯一的传动比，传动效率高，结构紧凑，传递圆周力大，张紧力小，轴上受力小，与齿轮传动相比，本链传动能缓冲和吸振，结构简单，加工成本低，安装低廉，安

6、装精度要求低，适用与两轴中心距离较大的传动。从本混合机的结构来看，采用链传动结构也比较紧凑，节约空间，所以采用链传动。 查机械设计手册可知： 该减速机效率η1取0.9 链条的效率η2取0.97（此链为闭式） 轴承的效率η3取0.98（滚子轴承） 机械总效率ηa=η1•η2•η3 =0.9•0.97•0.98 =0.81 主轴功率：P主=P•ηa =18.5•0.81 =14.99KW 小链轮功率：P小=P•η1 =18.5•0.9 =15.73KW 大链轮功率：P大=P•η1•η2 =18.5•0.9•0.97 =15.25KW

7、 大链轮与主轴相连其转速即主轴转速：40 r/min 根据公式： n1/n2=z2/z1=i(传动比) ∴　　　　40/x=27/48 ∴　　　　x=71.11 r/min（即小链轮转速） 3、大链轮的设计： 大链轮初步选用45钢， 计算主轴的转矩： 根据公式T=9550•P/n T=9550•15.25/40 =3640.94(N·m) 按扭距强度计算主轴的扭剪应力 根据公式 τt≤［τt］ T/Wt≤［τt］ 9.55•106p/(0.2d3)n≤［τt］(n/mm2) 式中 τt———— 扭剪切应力

8、 T———— 轴承受的工作扭距 Wt———— 轴的抗扭截面模量 P————— 轴传递的功率 n————— 轴的转速 ［τt］————许用扭剪切应力 查机械设计可知轴的常用材料的［τt］及A值如下：表（1） 轴的材料： 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，当弯矩的作用较扭矩小或只受扭矩时，［τt］取较大值，A取较小值，反之［τt］取较小值，A取较大值； ㈡、当用Q235及35SiMn时

9、，［τt］取较小值，A取较大值 根据公式 τt≤［τt］ T/ Wt≤［τt］ 得 9.55•106p/(0.2d3)n≤［τt］(n/mm2) ∴ 主轴设计的公式为： d≥ = =A 上式中：A值因材料的不同而异，可查上表（1） 当轴上有键槽时，一个键槽其直径增加3%，2个键槽则增加7%然后加以圆整； 上式计算主轴设计公式因为只适用于只受扭矩的传动轴，对于同时承受扭矩和弯矩的转轴来说，往往用来估算轴的直径， 因为材料为45钢，且该混合机主要承受的只是扭矩而弯矩只是受本身重力而引起，所以A取较小值，取118 d≥A• =118•

10、 =118•0.678 ≈80 初步定大链轮的中心孔为80mm 4小链轮的设计 按大链轮的设计方法同理可确定小链轮的尺寸： 小链轮的中心孔：d≥A• =118• =70 初定小链轮的中心孔为70mm 根据两齿轮的传动比可查机床设计手册，两个链轮的齿形 采用套筒滚子链链轮， 按GB1244-85 查手册可取 大链轮参数如下： 节距： P 31.75 滚子直径 D 19.05 齿数 Z 48

11、 量柱测量距 Mr 504.50（0～0.40） 量柱直径 Dr 19.0 5(+0.01～0) 齿形 按GB1244-85 小链轮： 节距： P 31.75 滚子直径 D 19.05 齿数 Z 27 量柱测量距 Mr 291.59（0～-0.32） 量柱直径

12、 Dr 19.05(+0.01～0) 齿形 按GB1244-85 选择相配的链条： 链条采用20A-2×94 该链条滚子直径是20 级别A级 最低破载荷Q（kgf）9000 是双排链，链宽为94 每米重量为3.9kg 5、主轴的设计： 材料的选择：本混合机的关键就是主轴转子，因为在该转子上还焊有等距离的桨叶起中间部位选用空心轴，两端选用实心轴焊接而成。若中间轴也采用实心轴则会造成材料电力等浪费，转子与桨叶支架间的焊接不够牢靠，在转子中间段打通孔则浪费材料，增加重量，选用刚度和

13、强度足够的空心轴，这样可以减轻其重量，节约材料等资源，这样桨叶支架与空心轴间的衔接则更牢靠再加上焊接固定其位置，因为混合机的转速是85r/min，且转距较大，这样就可以避免实心轴的问题。 转子的两端选用45钢，中间选用Q235 根据本混合机的工作示意图可知： 主轴扭矩图如下： 安全系数校核计算： 对一般的轴，用弯扭合成强度计算的方法，已经足够精确，但对与比较重要的轴，还要考虑应力集中，表面质量和尺寸对疲劳强度的影响，对于应力循环严重不对称或出现缓时过载的轴，当然疲劳破坏不致发生，却可能引起较大的塑性变形，对此，还要进行静强度的校核。 ① 疲劳强度安全系数校核 根据

14、轴的疲劳安全系数公式，安全系数为： S=Sσ•δγ/≥［S］ 式中Sσ——弯矩作用的安全系数 Sσ=（σ-1）/Kσ•σa/βξσ+ψσ+σm Sγ————扭转作用的安全系数 Sσ=（τ-1）/Kτ•σa/βξσ+ψττm 式中σ-1，τ-1对称循环应力时试件材料的弯曲扭剪的疲劳极限见下表（2）来自机械设计 查机械设计手册可知以下数据： ξσ　ξτ——弯曲，扭转时的尺寸系数 直径 碳钢 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——弯曲，扭曲时等效系数，碳钢取ψσ=0.2 ψτ=0.1 σa, σm——弯曲变应力的应力幅,平均应力σa=(σmax-σmin)/2 σm=(σmax+σmin)/2 τa,τm——扭剪变应力的应力幅，平均应力τa=(τmax-τmin)/2 τm=(τmax+τmin)/2 ［S］——许用

16、安全系数： 轴的疲劳强度许用安全系数 适用条件 ［S］ 载荷经精确分析，材料均匀，材料性能均可靠 1.3～1.5 计算精度较低，材料不够均匀 1.5～1.8 计算精度很低，材料很不均匀，尺寸很大，（D＞200） 1.8～2.5 将数据代入以上公式中可得轴的疲劳安全系数S≥［S］所以，该轴是安全的。 对于一般转轴，弯曲变应力按对称循环计算，所以σa=M/W σm=0单向扭剪变应力通常按可永动循环考虑，即τa= τm=T/2WT经常正反转的作为双向扭剪应力则按对称循环计算，即τa=T/M,τm=0，τa，τm为抗弯，抗扭截面模量 ②计

17、算轴的抗弯抗扭强度 查机械设计手册可以知道其计算公式如下： 抗弯，抗扭截面模量计算公式： 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 查机床设计手册可知空心轴直径计算公式 得 d=650.8=52mm 静强度安全系数校核： Ss=-SσsSτs/(S2σs+S2τs)1/2 Ss=σs/σmax Ss=τs/τmax 式中:Ss————综合静强度安全系数； Sσs—————受弯曲的静强度安全系数； Sτs—————受扭剪的静强度安全系数 σsiτs————

19、材料的拉压屈服极限，扭剪屈服极限，N/mm2 σmaxσmax———-瞬时尖峰载荷产生的最大拉压应力，扭剪应力，N/mm2 同理可以计算出轴的静强度安全系数S≥［S］　 四、混合均匀度性能测试 本测定法是通过混合物料中示踪物或某一组分含量差异的测定来反映该混合物料中各 组分分布的均匀性。 （一）测试方法 各混合物料成品的混合均匀度可用甲基紫法进行测定。 本法以甲基紫色素作为示踪物，将其与添加剂一道加入，预先混合于混合物料中，然后 以比色法测定样品中甲基紫含量，作为反映混合物料混合均匀度的依据。 1 仪器与试剂 72型分光光度计，150目标准铜丝网筛，甲基紫

20、，无水乙醇。 2　示踪物的制备与添加 将测定用的甲基紫混匀并充分研磨，使其全部通过１５０目标准筛。 按照混合物料成品量十万之一的用量，在加入添加剂的工段投入甲基紫。 （二）混合精度测评 涉及概率论、取样论与测试技术规范等，目前采用样本标准偏差S或变异系数CV%为表征数的评估，已获得世界各国的普遍认同。但在测定方法上远未统一，取样论上仍有歧见。用缺乏等效性验证的不同的测定方法，所获得的测定结果也就没有可比性，这对技术交流不利。 　除定型鉴定或型式批准时需对混合机测评外，国家和地方检测部门也将饲料产品混合均匀度列为重要检测项目，厂内质检部门还要对混合机和粉料成品出口的混合均

21、匀度作定期检测。后者频繁而工作量大，因此寻找一种快速、简便和经济的测定方法是生产急需；但这种简易测定方法，应与国际等效或呈高度显著正相关。 （三）、混合误差 　　混合误差是指测量示值偏离统计的完全混合期望值的离散程度。混合误差可以用标准误差σ来表示： 　　(1) 式中，n——样本数； 　　　xi——样本测量值； 　　　μ——被测量的期望值。 在n次测量序列中，独立地测得样本测量值xi，其平均值为： 　　(2) 在有限次样本测量中，期望值μ不可能求出；这时标准误差σ就用样本标准偏差S来表示。 　 在有限次样本测量中，期望值μ不可能求出；这时标准误差σ就用样本标准偏差S来表示。

22、 　　(3) 　标准偏差S总是正数，它可以较准确地表征测量值xi偏差其平均值的离散程序。(3)式的表达很适合于计算编程。在实际测定结果计算中，当xi对的偏离大于或等于3.S时，应将该测量值剔除。 混合物料混合均匀度用M%或其变异系数CV%表示： 　　(4) 或混合均匀度　M=(1-CV).100%　　(5) 当前国内外通用的规范是：合格的混合产品CV≤10%；优秀的混合产品CV≤5%。如果混合产品CV＞20%，则无论产品质量或成本，都会变得令人无法忍受。笔者认为，从技术和经济的角度来讲，无论何种产品的混合均匀度都是愈均匀愈好，高速高效混合机的成功便是一例。 （四）　混合误差来

23、源 混合误差来源于三个主要部分：混合物料组份的物理性质与混合工艺特性不同而引起的误差，在一定的工艺条件下由于混合机工作特性不同而导致的误差，测定仪器与方法不同而引起的误差。简言之，混合误差是由物料误差、混合机误差和测量误差的合成。 本文讨论的前提是在相同的混合物料与工艺条件下，因此忽略物料误差，主要讨论混合机误差和测量误差。 GB 5918-86《配合饲料混合均匀度测定法》和ZB B93 016-89《饲料混合机　试验方法》均规定了采用甲基紫示踪法进行混合均匀度测试的方法。前者还规定了每批饲料至少抽取10个具有代表性的原始样品，测定结果数据处理与特征数与(2)～(5)式同。测定结果显然包

24、括了测量误差和混合机误差两部分。 测量追求的目标是获得被测量的真值。但是测量时，由于测量器具和方法、环境与操作者的影响，或测量对象的不完善和不确定，就会出现偏差。在混合均匀度测定中，我们把前者作为系统误差并认为它是测量误差的主要来源；后者则是随机误差并且是混合机误差的表现。因为我们的出发点是：测量序列中各个单次测量值xi是随机变量的具体表现。xi服从用期望值μ和标准误差σ来表征的概率分布。只要不出现系统误差，被测量的期望值μ就同真值相一致。标准误差σ代表xi对μ的随机误差的离散程度。如(2)式，以xi的算术平均值作为μ的估计值；如(3)式，以样本的标准偏差S作为σ的估计值。 （五）测量误差

25、估计 测量误差主要是系统误差，一般可据经验予以估计。如排除环境与操作等随机因素的影响，现有较精确的混合均匀度测定方法的测量误差约为CV≈3%。 对于未知的系统误差，或者可以考虑选择一个足够大的置信区间。 由于xi是一个随机变量，所以随机地偏离μ，S随机地偏离σ；而且我们知道，测量值xi服从正态分布。借助于估计值和S以及预定的置信概率、即所谓置信水平(1-α)，就可以给出期望值μ所在的置信区间。 X--S.tn0.5≤μ≤x+S.t n0.5　　(6) 式中，t——t分布的随机变量，取决于n和所选择的置信水平(1-α)，可查表求出。 工业生产技术测量中数值计算，一般采取置信水平(1-

26、α)=0.95，表示置信区间复盖μ的概率为95%。 在饲料混合均匀度测定中，被测量值的理论值μ。比较容易得到，我们可以利用这个特点，通过(6)式求出测量精度σ。将(6)式改写成： 　　｜X--μ｜≤S.tn0.5　　(7) 用μ0代替μ，并令μ0=100，(7)式的两边除以μ0=100得： 　　δ=｜100- X-｜%≤S．t n0.5%　　(8) (8)式表示了在置信概率为预定值时，测量值的算术平均值偏离其理论值的程度。(8)式的最后一项前的符号取等号的话，其计算值就是其最大允许相对误差。故δ可以用来表征测量误差或测量精确度；(7)式还可以用来估算测量误差。 下表是在(1-α)=

27、0.95时，用(7)式估算出的混合均匀度测量误差。 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，测量误差在整个混合误差中所占比例，只与测量数n和置信概率有关。当后者确定为95%时，则仅和n有关，其数值为t/。从上表还可以看出，混合测定时选n=10是远远不够的。笔者建议，对合格混合机的测定应取n≥20；对优秀混合机的测定宜取n≥50。此外，由于测量误差的存在

28、，那种认为混合机CV≤2%～3%的说法也是令人怀疑的。 （六）混合误差的置信区间 样本的标准偏差S可表征混合误差。S是指单个测量值xi对其平均值的随机偏差的离散程度。对标准误差σ，同样也可以给出置信区间，以研究S值的精确度。 对来自正态总体的样本值xi，如需根据样本标准偏差S来确定在一定置信概率下，标准误差σ的置信区间，可以证明S2/σ2的概率分布服从x2分布，因此σ不处在置信区间的中点。置信区间由下式给出： 　　K下．S≤σ≤K上．S　　(9) 式中，K下，K上——分别是标准偏差的置信限(x2分布)的下限和上限值，取决于置信概率和样本数n；可由参考文献1第418页表1-5选取。

29、　　令(1-α)=0.95，几个常用置信限如下： 　　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 可见，在置信概率一定时，S的置信限只与样本数n有关。 五．操作程序 1.检查整机安装是否平稳，如不平稳，可调节底脚上的螺母，以防整机运转时震动。 2.在加入塑料粒子前，应先将放料插板插好，以防塑料粒子漏出。 3.开机，首先将时间继电器调节到设定的混合时间，将混合开关转至开位置，即可自行完成混合工作。（一般混合时间为5－10min） 4.放料，旋开紧定螺钉，将放

30、料插板打开，即可放料，放完后将打开控制箱内的自动开关。放料插板插上，旋紧螺钉即可。 5关机，将拌料开关转至关位置，即停止工作。如暂时不工作，可不必关掉电源自动开关。 六、维护与保养 1. 应经常查看减速器的油标，油位情况，如降低了需及时加满，以防卡死。 2. 在使用一段时间后，应检查连接螺钉是否松动，如有此现象，及时加以拧紧。如发现皮带松脱，应适当调整电机安装位置，以防整机不转。 参 考 文 献 1、《机床设计》………………………………沈阳工业大学等编 上海科学技术出版社 2、《毕业设计指导书》………………………李恒权 等编 青岛

31、海洋大学出版社 5、《机械制图》………………………………大连理工大学 高等教育出版社 6、《互换性与测量技术》……………………陈于涛 主编 机械工业出版社 7、《工装设计》………………………………陈立德 主编 上海交通大学出版社 8、《机械制造技术》…………………………李华 主编 高等教育出版社 9、《非标准设备设计》……………………姚永明 主编 上海交通大学出版 10、《机械设计》………………………………扬州市职业大学 王家禾 主编 工作小结与致谢 毕业设

32、计就要结束了，这次设计与前几次设计有很大不同，它使我们对机械的各个方面有了一定的了解，而不在某一方面的学习。对我们毕业生来说是一次踏上工作岗位的一次严格检验。 这次毕业设计我主要进行混合机的整体设计，要求能设计出能够达到工作要求的机器，整机的设计参考了其他的饲料混合机，并在其基础上进行了调整，改变和完善，提高了了混合机的使用效率，使其更适合于各种塑料粒子的着色工作。 在设计过程中我取得可很大的收获，第一，使我认识了设计是严谨而且又反复的过程，不的半点马虎，必须要有刻苦钻研的精神。第二，通过设计，使我对机械传动系统有了一个全面的较深刻的认识，特别的机械系统的设计方法。第三，设计过程培养了我 细心，认真的工作作风。由于本人还存在很多的不足，故在设计中产生了许多不合理的地方，望老师，同学批评指正。 最后还要特别感谢在设计过程中对我指导的沈老师，回顾整个设计过程，本着对自己负责的原则，认真的对待设计中每个环节，有目的有针对的进行分析。设计过程中沈老师经常陪同一起探讨各种问题，由于我的能力有限，沈老师费了很多心思，认真的带领我们完成了这次毕业设计，在此我非常感谢沈老师为我们付出的时间和心血。 23