500升可调速立式食品搅拌机
毕业设计题 目 500升可调速立式食品搅拌机 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及其自动化 班 级 机升0902班 学 生 刘钊 学 号 20210404042 指导教师 潘永智 二一一年 五 月 三十 日目 录摘要.IABSTRACT.II1 前言.11.1课题背景及研究意义.11.2 课题解决的问题和主要工作.12可调速食品搅拌机设计方案论述.3 功能结构分析.32.2 总体设计方案 .43主要部件设计.7.73.2 搅拌锅的设计.73.3搅拌轴的设计计算.83.4 压缩机的选用.114传动机构设计计算.124.1 V带传动设计.124.2 变速箱的结构设计.15变速箱中零件布置设计15变速箱中齿轮传动计算.224.变速箱中传动轴的设计计算.234.3 锥齿轮的传动计算.255 结论.30参考文献.31致谢.321 前言课题背景及研究意义随着经济的开展，人们的生活水平日益提高，对食品的需求也越来越多，这使食品行业充满了生机与活力。同时也对食品机械提出了更高的要求，以满足市场需求，提高食品产量。而在食品加工中，食品搅拌机具有食品混合、打碎、搅拌等功能，并能为后续生产工作做好食品加工准备，食品搅拌机性能的好坏制约着食品加工的质量，在食品加工中占有非常重要的地位。现在国内搅拌机产品虽然种类繁多，但专门用于食品领域的并不多，且以小容积的搅拌机为主，但现在食品加工中需要大容积产品，并且食品搅拌对象多为有一定粘稠度的食品原料，这就要求食品搅拌机要有大功率，高强度，保证食品原料从混合到打碎再到均匀输出，而我国缺乏适用于此类需求的食品搅拌机，且现有的产品存在效率不高，搅拌不均匀等问题，这不符合我国食品产业的开展需求。国外同类产品虽然研发较早，技术成熟、结构完善，但大容量的食品搅拌产品也较缺乏，价格昂贵，生产本钱太高。由于国内外缺乏此类产品，根据市场的需要，有必要设计一种专门的食品搅拌机来满足国内食品行业的需求。吸取现有产品的成熟技术，借鉴国内外先进设计经验，保证所设计的食品搅拌机有足够的容量，能够完成粘稠度较大食品原料的搅拌，并且能够快速的搅拌均匀。该食品搅拌机填补了现在的空缺，而且通过自主研发设计不仅提高了自主创新的能力，还能有效的降低生产本钱。食品搅拌机的研发不仅促进了食品产业的开展，也促进了食品机械的进步。课题解决的问题和主要工作设计一款食品搅拌机，能够满足食品的混合、搅拌且能够实现变速搅拌，由于搅拌对象多为粘稠的食品原料，要求食品搅拌机要有高强度，保证食品原料能够从混合到打碎再到均匀输出。1搅拌对象：食品原料。2使用场合：食品加工领域。3搅拌机的结构设计确定总体结构主要取决于搅拌效果、搅拌对象、巷道尺寸、性能可靠性和操作方便程度。考虑到食品搅拌机的工作地点，设计的搅拌机结构应当结构紧凑，重量轻便于移动，且要使用方便。合理布置搅拌轴安放形式，传动装置。 4 搅拌机动力源的选用搅拌机的动力有多种形式可供采用, 可用液压马达, 也可用电机, 液压马达可通过调节进油量改变马达转速, 亦即改变了搅拌叶轮的转速。但其结构复杂, 油管多, 能耗大, 两台搅拌机合用一台泵站时, 还要用分流器来保证各马达转速相等。电机不能调速, 但系统简单, 能耗低, 各搅拌机可单独控制, 操作方便。应了解各种动力源的特点，并结合产品的实际需要进行选择。5搅拌轴的叶轮结构设计搅拌叶轮是搅拌机的关键部件, 其结构是否合理、参数是否恰当对搅拌机的性能起决定因素。在搅拌机工作过程中,搅拌臂和叶片直接与食品原料相互作用,决定着搅拌质量和搅拌效率。因此,搅拌臂的数目和搅拌叶片的面积将在一定程度上决定着搅拌性能的好坏,且这两个因素又与搅拌设备的其他结构参数互相关联。在设计确定搅拌臂数目及叶片形式的时候,往往采用经验值或模仿其他产品的方式,因而,设计的产品性能差异很大7。搅拌臂数目的多少对搅拌机的工作效率及混合料的搅拌质量都有一定的影响,不仅单根轴上相邻搅拌臂间的相位角与搅拌臂的数目密切相关,而且双轴上搅拌臂排列组合形式及其合理逆流的最小相位差也与搅拌臂的数目有关。搅拌臂数目多,使搅拌轴长度增加,结构强度、刚性下降;而拌筒的长度增加,会使长宽比不适宜。而且搅拌机拌筒长度的增加,使卸料门的长度也要增加,这对总体布置不利。另外,搅拌臂越多,使浆体内部的层流变得复杂，使计算聊增大，且各搅拌轴之间相互影响；搅拌臂数目少,必然减少原料的循环次数,减少原料与搅拌的叶片直接接触而发生强制作用的时机,影响搅拌质量。因此,合理地确定搅拌机的搅拌臂数目具有重要的意义3。6 变速设计由于在食品搅拌中不可能单一的搅拌一种食品原料，在实际生产中可能会遇到各种搅拌情况。对于不同的食品原料就需要不同的搅拌速度。应此，有必要设计一种装置实现搅拌轴转速的调整，以满足实际生产的需要。2可调速食品搅拌机设计方案论述功能结构分析功能设计即在调研分析，确定了所设计的搅拌机械的工作参数之后，通过功能分解，创新出或类比出可以实现加工要求的各种总体布局方案。创新设计，主要通过对运动功能的分解和合成来确定其布局方案，这对设计搅拌特定原料的食品搅拌机布局较为有效。而变型设计或类比设计主要通过查询比拟确定可参照的搅拌机械布局方案，大量用于设计一般的通用机械。结构设计是在总体布局方案根本确定后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的设计，这同样有类比和创成设计两类。类比设计是建立在成组技术和模块化技术的根底上，采用参数化设计方案来实现。而创成设计主要是按照设计人员的意志，通过对模块的实体进行拼装、重叠等操作来实现。图 方案设计流程本课题研究的可调速食品搅拌机，用于食品加工领域。总功能设计是对食品原料的搅拌加工，并可以根据对不同原料的加工需求调整搅拌轴的转速，使食品原料能够快速高质的完成搅拌。搅拌机根据搅拌轴的布局有立式与卧式之分。卧式搅拌机上料高度低, 但由于搅拌对象为浆体, 密封难度大，搅拌机易跑浆。而立式搅拌机虽然上料高度有所增加, 搅拌机整体高度也有所提高, 但搅拌浆体的密封问题容易解决，且立式拥有一定高度，搅拌完成后，浆体在重力作用下易于出料。同时立式布置可提高搅拌轴转速和叶轮对浆体能量的传输效率, 因而减少搅拌时间, 提高了搅拌效率，故最终使用立式布置。立式搅拌机布局如图2.2，动力源为电动机1，电动机通过V带将动力传递到变速箱2中，通过不同齿轮组的啮合输出不同的转速，再通过锥齿轮将转速传递到搅拌轴7完成搅拌功能。图 立式搅拌机结构1.电动机； 2.变速箱； 3.空气压缩机； 4.空气吹嘴；5.出料口； 6.搅拌锅； 7.搅拌轴；1.选择动力源：搅拌机的动力有多种形式可供采用, 可用液压马达, 也可用电机, 液压马达可通过调节进油量改变马达转速, 亦即改变了搅拌叶轮的转速。但其结构复杂, 油管多, 能耗大, 两台搅拌机合用一台泵站时, 还要用分流器来保证各马达转速相等。电机虽不能调速, 但系统简单, 能耗低, 各搅拌机可单独控制, 操作方便, 本设计考虑到可由变速箱进行变速,电机无需改变速度, 应选用电机作为搅拌机的动力源。电动机是搅拌机械的动力源，电动机的好坏直接影响着搅拌质量，电动机的选取是非常重要的。应根据搅拌轴功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机的型号,并遵循以下根本原那么: 根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等的要求,选择电动机类型。 根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求,考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩,合理选择电动机容量,并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求。 根据使用场所的环境条件,如温度、灰尘等,考虑必要的防护方式和电动机的结构型式,确定电动机的防爆等级和防护等级。 根据企业电网电压标准和对功率因数的要求,确定电动机的电压等级。 根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求,以及机械减速的复杂程度,选择电动机的额定转速。除此之外,选择电动机还必须符合节能要求,并综合考虑运行可靠性、供货情况、备品备件通用性、安装检修难易程度、产品价格、运行和维修费用等因素。电动机额定功率可按下式确定:PN =P+ PS/ ；式中PN 电动机功率, kw；P 搅拌器功率，kw；PS轴封装置的磨擦损失功率，kw； 传动装置的机械效率。当搅拌器由静止启动时, 桨叶除要克服自身的惯性,还要克服桨叶所推动的液体的惯性以及液体的摩擦力。这时桨叶与液体的相对速度最大,桨叶受液体阻力的作用面积最大,因而所需的功率值必然较大, 该最大功率值即为搅拌器的启动功率4。2.选择搅拌轴：1确定搅拌轴数目根据搅拌需要，搅拌机可选择单轴，双轴，或多轴搅拌。由于双轴及其多轴搅拌时，各搅拌轴之间会发生干预，不易控制浆体的流层，从而影响搅拌效果。而单轴搅拌易控制，且设计简便，易实现，应选用单轴设计方案。2确定叶片安装角、叶轮直径和叶片宽度为了使桶内浆体一方面跟随叶轮旋转, 另一方面使得食品原料快速与水搅拌产生轴向循环流, 叶片需要一定的安装角。经试验, 叶片与轴的夹角为45度时效果较好。叶轮直径与浆体流型相关, 叶轮直径大, 那么旋转流成分大, 叶轮直径小, 那么循环流成份小。3确定搅拌轴的转速搅拌轴
