三维运动混合机设计 - 图文

1 前言

1.1 选题的背景及其意义

（1） 三维运动混合机在国内外的研究现状

三维运动混合机属于新型的容器运动型混合机，容器运动型混合机包括两种[1]：摇滚式混合机和摇摆式混合机。三维运动混合机又称为摇摆式混合机。我国从1990年开始到现在，三维运动混合机从无到有，并逐渐形成规模化生产和销售，并且早已广泛应用到生活生产实践中，并且已经有少量的三维运动混合机用于出口。而且国外很多厂家的产品也已经逐渐退出了中国的市场。从此可以看出中国在三维运动混合机的设计领域取得了丰硕的成果。由于我国工业水平的和装置水平的落后，目前仍普遍使用传统的混合机，如V型和双锥型混合机[2]，它们的混合时间长、能耗高、装填系数小、混合度不稳定等问题严重影响产品的质量和企业的生产效率及其经济效益。国内有关三维运动混合机的设计专利主要涉及到混合机的出料装置等具体结构。近几年的时间国外有关三维运动混合机的设计专利主要涉及到驱动方式如液压驱动，双轴驱动。相对来说国内有关混合机的理论研究和国外还有一定距离。国内外现有的三维运动混合机的容积都偏小，发展大型的容器既参与转动又参与平动的混合机也是今后发展的方向。国内的三维运动混合机驱动方式只有一种，对三维运动混合机驱动方式的研究应该加大力度。还应该向多方面发展，满足加热、保温、低温等工艺要求。

（2） 选题的意义

目前，国内许多医药、化工、轻工业等许多行业常用的混合设备主要是：V型混合机、双锥形混合机二维运动混合机等[3]。这些混合机物料在筒内翻转式，主要依靠动作简单的旋转运动。其混合效益主要取决于转动速度转速应当小于临界转速，转速过大会使混合效率降低；速度太慢不能产生所需的强烈翻转动作和应有的切变速度。所以说这些混合设备有很多缺点：混合不够均匀、装料系数低、回转高度高[4]。

三维运动混合机能使物料在三维空间的轨迹中运动，不仅有湍动，可以加速物料的扩散和运动，而且有翻转运动，可以克服离心力的影响，消除比重偏差现象，不产生物料积聚和团块滞留现象，它的湍动作用是强烈的，翻转运动是缓慢的，使物料在混合筒内的运动无任何死角。这种混合机混合筒的运动型态是：在进行自转的同时，还进行公转，并且有上下左右前后全方位的运动。所以三维运动混合机有许多优点：混合时间少，混合匀度高、混合筒的装料系数大，设备高度低，回转空间小，占地面积少，工位可调进出料方便，振动小噪音低等。最重要的是提高了生产效率和产品质量[5]。

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综上所述可以看出三维运动混合机相比于其他类型的混合机有很多的优点，因此选择设计三维运动混合机。

1.2设计内容

1.2.1混合机机理

混合在生产过程中有两个目的，一是在物料制备过程中由于各部分或前后生产的产品其成分或粒度不均匀，而在使用时需要性能均一的物料，为消除各部分性能上的差异需要对每一批次的粉末进行混合与均化处理。二是有些物料需要进行改性处理或造粒处理，为保证改性或造粒处理的均一性，也需要进行混合与均化处理。

这次设计的三维运动混合机主要是第一个用途。 1.2.2混合的种类

固体与固体、固体与液体、液体与液体、液体与气体物料相混合构成的混合物和固体-液体-气体三类物料构成的混合物。

这次设计的三维运动混合机用于药品的混合，即混合物的种类是固体与固体的混合。

1.2.3混合机的种类

容器旋转混合机和容器固定混合机。容器旋转混合机又分为摇滚式混合机和摇摆式混合机。 三维运动混合机属于摇摆式混合机。 1.2.4三维运动混合机的用途及其工作原理

（1）用途：三维运动混合机主要用于制药、化工食品、轻工、电子、机械、矿冶、国防工业以及各种科研单位的粉状、颗粒状物料的高匀度混合。

（2）工作原理：三维运动混合机在三维空间的轨迹中运动，不仅有湍流运动作用，可以加速物料的扩散和运动，而且有翻转运动，可以克服离心力的影响。它的湍流作用是强烈的，翻转作用是缓慢的，是物料在混合筒内的运动没有死角。混合筒的运动型态是：在进行自转的同时，还进行公转，并且有上下左右前后全方位的运动。混合筒的运动可以分解成如下几种运动方式的组合：上下的剪切运动；左右的平移运动；自转和公转的旋转运动。

湍流运动：湍流运动是流体的不规则运动，流场中各种量随时间和空间坐标发生紊乱的变化，然而从统计意义上说，可以得到它们的准确的平均值。

剪切混合：又称为面混合或切变混合。是指物料受剪切作用组分内部粒子之间产生相对滑动，物料组分被拉成愈来愈薄的料层，使组分之间接触界面愈来愈大，从而引起的混合现象。此种混合在液体与固体的混合和高精度混合的混合机中特别常见。

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三维运动混合机的这几种混合运动组成了复杂的运动形式完全解决了药物比重差异所形成的偏差和积聚滞留等现象，提高了混合质量和精度，使物料混合均匀度达到85%以上，装填系数达到80%以上。

三维运动混合机的总体设计图如图1.1所示。

图1.1 三维运动混合机

1.3方案设计

根据三维运动混合机的工作要求：1.混合桶容积800L 2.主轴转速18rpm 3.混合时间180s对其进行动力部分，传动装置，执行装置进行设计。

三维运动混合机的工作原理：电动机通过带传动，减速器，链传动把动力传递到混合机的主轴上，主轴带动混合桶运动。

其最主要的组成部分是：电动机，带轮，传动带，减速器，链轮，链传动，轴，滚动轴承，万向节，混合桶。设计简图如图1.2所示。

图1.2三维运动混合机设计简图

1.4方案实施

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（1）三维运动混合机能使物料在三维空间的轨迹中运动，不仅有湍动作用，还可以加速物料的扩散和运动，而且有翻转运动，可以克服离心力的影响，消除比重偏差现象，不产生物料积聚和团块滞留，它的湍动作用是强烈的，翻转作用是缓慢的，使得物料在混合桶内的运动没有死角。三维运动混合机的混合桶运动形态为：在进行自转的同时，还进行公转，并且有上下左右前后全方位的运动。混合桶的运动可以分解成以下几种形式：上下的剪切运动；左右的平移运动；自转和公转的旋转运动。这几种运动组成的复杂运动形式解决了物料比重差异所形成的偏析和积聚滞留等现象，提高了混合的质量和精度。

（2）混合桶的桶壁经过镜面抛光，无死角、不剩余料、进出料方便，无交叉污染，容易清洗、造型美观。

（3）混合桶的出口处安装一个蝶阀便于物料的放出而且密封效果较好。 （4）混合摇臂为铸造，坚固不变形，被动轴有自动调节装置，消除工作时的强大扭矩。

（5）三维运动混合机在工作时有恒速、调速两用。

1.5 设计步骤

（1）根据工作机的工作要求，对各个部分进行初步选型。

（2）根据工作机的工作参数要求，进行一系列的参数计算。从而确定各个传动部件。最终确定传动效率和传动比。

（3）对容易在工作过程中遭到损坏的部件进行校核。

（4）在满足工作要求的情况下进行各个结构的优化设计，查阅各种资料对零部件进行结构合理化设计，经济化设计。最终确定具体的结构。

（5）画出各部分的图纸，最终完成工程图。

进行设计和总结，与说明书的完成，对怎样进行设计和怎样实现设计的优化以及在设计过程中需要考虑的一系列问题进行总结与归纳，使所学理论知识的认识更加深刻与实际更好的结合。

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2 三维运动混合机传动装置的总体设计

2.1 对传动装置部分零部件的初步选择

传动系统包括：电动机—小带轮—皮带—大带轮—减速器—小链轮—链传动—大链轮。

传动过程如图2.1所示

动力源（电动机） 动力传递装置装置（皮带、带轮、） 减速装置（减速器） 动力应用（轴、混合桶） 图 2.1 传动过程示意图

动力传递装置（链、链轮）

（1）轴承的选择：为了能从众多的结构、尺寸中，选择最合适的轴承，需要从各种角度研究。在选择轴承时一般考虑作为轴系的轴承排列、安装、拆卸之难易程度、轴承所允许的空间、尺寸及其轴承的价格，从而大致决定轴承的结构。其次，一边比较研究使用轴承的各种机械的设计寿命和轴承的各种不同的耐久限度，一边决定轴承尺寸。

轴承根据其摩擦形式的不同可以分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承。滑动摩擦轴承主要用于低速重载工况条件下，或者是维护保养及其加注润滑油困难的运转部位。本次设计的三维运动混合机用于医药工业的混合使用，工作环境还有润滑条件比较好所以可以直接选用滚动轴承。滚动轴承使用和维护比较方便，工作可靠，启动性好。在中等速度下承载能力较高。尺寸标准化，具有互换性，便于安装和拆卸，结构紧凑，重量轻。所以选用滚动轴承。

滚动轴承根据外载荷的不同可以分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。滚动轴承在选择时主要依据轴承所受载荷的大小、方向、性质。根据载荷大小的选择轴承时，由于滚子轴承中主要原件间是线接触，宜用于较大载荷。而球轴承中主要是点接触，宜用于承载较轻的载荷或中等载荷。根据载荷的方向不同对纯轴向力的载荷，一般选择推力轴承。较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承，对纯径向力的载荷，一般选

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