J-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計【7張圖紙】

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畢業(yè)設計（畢業(yè)論文）任務書 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班級學號 學 生 指導教師 題 目 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 任務規(guī)定 進行日期 自 2006 年 2 月 20 日起，至 2006 年 6 月 23 日止 一、題目來源、目的、意義 本課題來自于上海貝思特包裝機械有限公司。真空乳化機是食品、藥品、 化妝品等生產過程中的專用設備，乳化，既兩種不同相的液體，在乳化鍋中通 過攪拌，剪切，使之混合為痛相的過程。設計高效率的乳化機，就是要設計出 高質量傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)。2004年我國乳化廠由于乳化效率低下，又沒能通 過國家GMP認證而被關閉了4000余家。本設計主要指該設備的傳動系統(tǒng)、乳 化攪拌系統(tǒng)，同時，采用適當?shù)牟牧?，提高乳化效果，又符合國家GMP認證。 二、主要工作內容 1.　調研并寫出開題報告。 2.　傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計（0號圖）。 3.　電動機的選擇、運動參數(shù)和動力參數(shù)計算。 4.　軸系的結構設計。 5.　傳動零件（齒輪）的設計計算。 6.　軸承類型的選擇和壽命計算。 7.　其它零件的強度校核。 三、主要技術指標（或主要論點） 主要技術指標： 1.　工作容積：350L 2.　刮板漿轉速：(10－60)r/min，無級調速，功率0.92KW 　3.　均質器轉速：(500－2900) r/min，無級調速，功率4.62KW 　4.　使用年限：5年 四、進度計劃 第1周~4周： 調研、查閱文獻資料。 第5周~6周： 方案設計及比較、確定方案，運動和動力參數(shù)計算。 第7周~11周： 傳動系統(tǒng)設計和零件強度計算、校核。 第12周~16周： 攪拌系統(tǒng)設計和零件強度計算、校核。 第17周： 整理資料，撰寫論文。 第18周： 準備答辯。 五、主要參考資料（外文資料至少一篇） 1. 班省華.國外均質乳化機攪拌系統(tǒng)的技術特征分析.[J].甘肅輕紡科技.1996，04:10. 2. 裘炳毅.乳化作用及其在化妝品工業(yè)的應用(五) 各種乳化劑體系和乳化工藝技術(續(xù)1). [J].日用化學工業(yè).　2000，30.（1）:23-26. 3. 陸光崇. 乳化技術新進展[J]. 日用化學品科學， 2000，06:2-5. 4. 胡長鷹.王有倫. 高剪切均質機機理研究[J]. 化學裝備技術，1997，01:56-61. 5. V. Schroder, H. Schubert . Influence of emulsifier and pore size on membrane emulsification [J]. in: Food Emulsions and Foams. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999:70–80. 6. 陳大先 . 機械設計手冊 [M]. 北京：化學工業(yè)出版社（第四版）. 2001. 7. 濮良貴 紀名剛 . 機械設計（第七版）[M]. 高等教育出版社. 2001. 8. 沈志昌 . 高剪切混合乳化機[J]. 化工機械 2000，18（6）:359. 9. 王昆.何小柏.汪信遠. 機械設計和機械設計基礎課程設計[M]. 　1995年12月第一版. 北京：高等教育出版社.　2003. 10. 張文明. 剪切式均質機的結構與理論研究[J]. 食品與機械， 2001，（3）：19-21. 六、系審批意見 系主任（簽名）: 七、院領導審核意見 院領導（簽名）: 八、學生實際完成日期 九、同組設計（論文）者 4 開題報告 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 1 綜述 1.1 概述 人們進行混合操作時,首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導入介質的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。 而能實現(xiàn)這一高速攪拌方法的機器就是乳化機。乳化機是攪拌機的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質乳化過程是依靠攪拌裝置的機械作用所產生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長攪拌時間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內在質量。好的均質攪拌裝置主要應滿足乳化力強，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。 乳化機的用途十分廣泛，適用于化妝品、生物制藥、霜類產品、石油化工、涂料以及一些精細化工的生產，尤其對基質粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。[1] 1.2 ZRJ-350A真空乳化機傳動和攪拌系統(tǒng)設計的目的 真空乳化機是食品、藥品、化妝品等生產過程中的專用設備，而我國現(xiàn)今的乳化設備在設計和機械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過設計新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，提高真空乳化機的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過國家的GMP認證。 1.3 ZRJ系列真空乳化機的結構和特點 ZRJ系列真空乳化機是引進消化日本乳化機技術研制的較為先進的產品，具有整體性強，測試功能全、操作方便、乳化效果好等特點、被輕工部列為替代進口產品。如圖1.1，圖1.2，圖1.3所示，表1.1是ZRJ真空乳化機在各個工作容積下的主要技術參數(shù)。 1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器 圖1.1 ZRJ系列真空乳化均質鍋內部結構 表1.1 主要技術參數(shù) 型式 全容量 乳化馬達 攪拌馬達 外型尺寸 H.P. R.P.M H.P. R.P.M 長 寬 高 全高 BX-ZRJ 100 2 300-3600 1 19-75 1800 800 2000 2650 BX-ZRJ 150 3 500-3600 1 19-75 1900 800 2100 2900 BX-ZRJ 200 3 500-3600 2 19-75 2000 950 2200 3100 BX-ZRJ 300 5 500-3600 3 19-75 2200 1050 2400 3400 BX-ZRJ 500 5 500-3600 3 19-75 2500 1100 2600 3600 BX-ZRJ 650 7.5 500-3600 5 19-75 2750 1200 2950 3950 BX-ZRJ 800 7.5 500-3600 7.5 19-75 2950 1400 3050 4150 BX-ZRJ 1000 10 500-3600 7.5 19-75 3100 1520 3100 4250 圖1.2 ZRJ350真空乳化機全圖 圖1.3 真空混合乳化機 其工作原理：物料在水鍋、油鍋內通過加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內，再經過乳化鍋內的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉的均質器后，經過高速旋轉的切割輪與固定的切割套之間所產生的強力的剪斷、沖擊、亂流等過程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過程中產生的氣泡會被及時的抽走。 其特點：料鍋蓋為自動升降式，乳化鍋鍋體是翻轉可傾式，便于清洗，并可通過電熱管對鍋夾層內的導熱介質進行加熱來實現(xiàn)對物料的加溫，加熱溫度任意設定，自動控制。在夾層內接入冷卻水即可對物料進行冷卻，操作簡單、方便，夾層外設有保溫層。均質器與槳葉攪拌可分開使用，也可同時使用。而鍋內刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進行均衡而充分的熱交換，防止過熱或過冷，從而保證產品受到均勻的攪拌和混合。 乳化設備對乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過低，顯然達不到充分混合的目的，但攪拌速度過高，會將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設計過程中要注意轉速的控制和密封條件的保持。[12] 1.4 ZRJ-350A真空乳化機均質鍋的攪拌系統(tǒng)的特點 基于乳化機生產的產品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過GMP認證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標準，是一種特別注重制造過程中產品質量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強制性標準，要求企業(yè)從原料、人員、設施設備、生產過程、裝運輸、質量控制等方面按國家有關法規(guī)達到衛(wèi)生質量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)生產過程中存在的問題，加以改善。[16] 我所設計的乳化機中的攪拌軸是采用單向轉動攪拌，利用蝸桿蝸輪傳動的轉動軸，其帶動攪拌葉輪使其產生單個方向的攪拌轉動（中間攪拌轉動軸為兩層），這樣攪拌雖然沒有采用雙向轉動攪拌來的充分均勻混合，即利用圓錐齒輪傳動三層套的二、三層的轉動軸（中間軸為均質器的轉動傳動軸），并帶動攪拌葉輪使其產生相反兩個方向的攪拌轉動。但是采用單向轉動攪拌比雙向的結構要簡單且緊湊，尤其是中心轉動軸部分，夾層為兩層，這減少了泄漏的幾率，所以不易污染產品的生產。 1.5 乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.5.1 乳化機的分類 均質乳化機是現(xiàn)代國際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無菌制造乳、膏狀均相產品的設備，通常被廣泛應用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學工業(yè)的某些涂料、染色劑等。 目前乳化機的類型按工作原理來分主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質器。乳化機的類型及結構、性能等與乳狀液微粒的大小（分散性）及乳狀液的質量（穩(wěn)定性）有很大的關系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機，所制得的乳狀液其分散性差。微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產生污染。膠體磨和均質器是比較好的乳化設備。近年來乳化機械有很大進步。 除了以上的分類，按乳化燃料來分有重油乳化機、煤焦油乳化機、柴油乳化機，按工作方式來分有高剪切乳化機、多功能混合乳化機等，按用途來分有瀝青乳化機、果汁飲料乳化機、涂料油墨乳化機、油脂化乳化機等。如圖1.4所示。[1] （a）高剪切混合乳化機 （b）VME-10C真空均質乳化機 （c）SVME-C型三重四功能真空均質乳化機 （d）VME-80C型真空均質乳化機 圖1.4 各類乳化機 1.5.2 國外乳化機的發(fā)展 要制造優(yōu)質穩(wěn)定的乳狀體產品，除選用合格的原料，適當?shù)呐浞剑侠淼酿I工藝技術路線外，設備的先進性就成為關鍵因素。均質乳化機的技術關鍵是其罐內三種不同類型的均質攪拌裝置。 目前在世界上通行的乳化機代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。國內雖然已有仿制進口的均質乳化機，但某些性能上仍有一定差距。 美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專業(yè)性混合設備制造公司，以生產混合器、混合機和研磨機而聞名于世。ROSS公司的乳化機具有分散、混合、乳化、剪切、均質的功能，其特點是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶代表有揚州膚美靈。 日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機化工業(yè)株式會社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥區(qū)）。其乳化機的特點是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復合分散、乳化、均質、混合系統(tǒng)。其產品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國的典型應用代表是北京資生堂。 德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產品主要在實驗室分析設備方面有著獨到的一面，產品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設備方面不具有優(yōu)勢，其用戶代表有深圳小護士。[13] 1.5.3 國內乳化機的發(fā)展 1988年，第一臺高剪切乳化機在中國試制成功（原國營啟東長江廠）。 2000年，第一臺高剪切乳化機在納米碳酸鈣的合成中成功應用（內蒙蒙西高新技術）。 2001年，第一臺高剪切乳化機應用于瀝青 （上海威宇和長安大學合作）。 2002年，中國最大的200KW乳化機應用成功（克拉瑪依煉油廠）。 2004年，中國最快的生產用管線式乳化機（泵）以8000rpm的高轉速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。 1.5.4 乳化機的發(fā)展趨勢 產品趨向高檔，乳化設備外形結構緊湊、精巧，尤其是智能控制技術的成功運用，使得乳化設備的技術水平得到了進一步的提升。環(huán)保型的乳化設備產品的開發(fā)成為企業(yè)重要的一項工作。節(jié)能技術和機電一體化技術的應用已到了必須直面的時候。采用人機工程學設計，提高操作的智能化，減少噪聲和振動，注重外觀造型設計的要求更高。 例如生產食品的乳化機，通常，用于乳壯物均質乳化的乳化機壓力是150kg/cm2左右，若壓力是200-300 kg/cm2，在食品方面則可以滿足任何要求。但近來由于腸胃營養(yǎng)劑等乳化安定，微?；艽龠M體內吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機，高壓乳化機主要用于延長保存時間，改善口感，食感，保持風味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個性化。 現(xiàn)在一些混合設備還根據(jù)混合專家的經驗和常識，將攪拌混合設備與自動控制技術相結合，在混合設備選型和設計中運用人工智能技術（AI）和基于知識的系統(tǒng)（KBS），即實現(xiàn)了混合設備選型和設計的智能化。[12] 2 方案論證 2.1總體方案的擬訂 2.1.1 兩套總體方案的介紹 在對本課題的調研極其研究后，了解了真空乳化機的工作原理和一些技術要求，于是確定了兩套總體方案。 方案一：傳動系統(tǒng)設計采用蝸輪蝸桿傳動，攪拌系統(tǒng)設計采用單向轉動攪拌。 方案二：傳動系統(tǒng)設計采用圓錐齒輪傳動，攪拌系統(tǒng)設計采用雙向轉動攪拌。 2.1.2 兩套總體方案的比較 第一套方案中傳動系統(tǒng)設計采用蝸輪蝸桿傳動，這樣就能帶動攪拌的葉輪，使其能夠進行單個方向的攪拌轉動，這樣就可以使中間攪拌轉動軸只有兩層，這種方案可以使乳化機的內部結構較為緊湊。 第二套方案中的傳動系統(tǒng)設計采用圓錐齒輪傳動，這樣可以帶動攪拌葉輪進行雙向的攪拌轉動，為了達到這樣的效果，中間的轉動軸就要有三層，這種方案由于可以進行相反兩個方向的攪拌轉動，可以使物料充分得到均勻混合。 2.1.3 總體方案的最終確定 通過對兩套方案的比較，最終我決定采用第一套方案。因為第一套方案在結構上較為緊湊，尤其是中心轉動軸部分夾層只有兩層，這樣一來可以明顯減少潤滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒有雙向攪拌來得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機生產的大多是食品，藥物等供人們食用的產品，所以很忌諱其產品受到污染。 2.2設計任務 本課題來自于上海貝思特包裝機械有限公司。乳化機主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此這次我所要設計的內容就是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。 2.2.1主要工作內容 a) 調研并寫出開題報告。 自己通過各種渠道查找與本課題相關的資料文獻，仔細研讀后，了解并熟悉掌握相關的知識和內容。在知道設計任務后開始構思設計過程，并著手撰寫開題報告。 b) 傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計（0號圖）。 設計并繪制合理的傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。 c) 電動機的選擇、運動參數(shù)和動力參數(shù)計算。 根據(jù)刮板槳轉速和均質器轉速選擇適當功率的電機，計算并記錄運動參數(shù)和動力參數(shù)。 d) 軸系的結構設計。 根據(jù)傳動特點，設計轉動軸的機械結構，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計算最大扭矩和最大彎矩，校核所設計的軸系結構的強度，以達到適當?shù)慕Y構。 e) 傳動零件的設計計算。 由攪拌輪單向轉動攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動，計算蝸輪蝸桿的傳動比，并計算和校核蝸輪蝸桿的強度。 f) 軸承類型的選擇和壽命計算。 根據(jù)傳動軸的機械結構選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤滑措施，并計算校核其強度。 g) 其它零件的強度校核。 根據(jù)均質鍋的密封真空效果，采用合理的密封配件，并計算校核其強度；根據(jù)所選軸承選擇合理的軸承支承結構，并計算校核其強度。 h) 撰寫論文和答辯。 由所設計的各參數(shù)和機構圖撰寫論文，并做到熟悉掌握每一個部件的設計過程及原理，充分做好答辯的準備。 2.3主要技術指標 a) 工作容積：350L b) 刮板漿轉速：(10－60)r/min，無級調速，功率0.92KW c) 均質器轉速：(500－2900) r/min，無級調速，功率4.62KW d) 使用年限：5年 2.4進度計劃 a) 調研、查閱文獻資料（1-4周） b) 方案設計及比較、確定方案，運動和動力參數(shù)計算（5-6周） c) 傳動系統(tǒng)設計和零件強度計算、校核（7-11周） d) 攪拌系統(tǒng)設計和零件強度計算、校核（12-16周） e) 整理資料，撰寫論文（17周） f) 答辯（18周） 參考文獻 [1] 班省華.國外均質乳化機攪拌系統(tǒng)的技術特征分析[J].甘肅輕紡科技，1996，04：10. [2] 裘炳毅.乳化作用及其在化妝品工業(yè)的應用(五) 各種乳化劑體系和乳化工藝技術(續(xù)1)[J].日用化學工業(yè)，2000，30(1)：23-26. [3] 沈志昌. 高剪切混合乳化機[J]. 化工機械，2000，18(6)：359. [4] 胡長鷹，王有倫. 高剪切均質機機理研究[J]. 化學裝備技術，1997，01：56-61. [5] V. Schroder, H. Schubert . Influence of emulsifier and pore size on membrane emulsification [J]. in: Food Emulsions and Foams. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999:70–80. [6] 陳大先. 機械設計手冊（第四版）[M]. 化學工業(yè)出版社， 2001. [7] 濮良貴，紀名剛. 機械設計（第七版）[M]. 高等教育出版社，2001. [8] Bakker A,Morton J R,Berg G M.Computerizing the steps of mixer Selection[J].Chemical Engineering March,1994(3):120-129. [9] 王昆，何小柏，汪信遠. 機械設計機械設計基礎課程設計[M]. 1995年12月第一版. 高等教育出版社.　2003，2. [10] 張文明. 剪切式均質機的結構與理論研究[J]. 食品與機械， 2001，03. [11] 林嬌芬，林河通，陳紹軍，趙云峰，陳蓮. 真空技術在食品貯藏保鮮和加工中的應用[J]. 包裝與食品機械， 2005，02：30-34. [12] 韓丹，李龍，程云山，徐峰. 現(xiàn)代攪拌技術的研究進展[J]. 2004，20(4)：31-33. [13] 韓東海.日本混合、攪拌、乳化機械的最新動態(tài)[J]. 中外食品， 2000，03：26-27. [14] 韓東海，日本混合、攪拌、乳化機械的最新動態(tài)（續(xù)）[J]. 中外食品， 2000，05：41-42. [15] 陳允中，汪霞倩.攪拌設備的設計與計算[J].食品與機械，2001，85(5)：14-22. 14 開題報告 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 目 錄 1 綜述………………………………………………………………… 1 1.1 概述……………………………………………………………… 1 1.2 ZRJ-350A真空乳化機傳動和攪拌系統(tǒng)設計的目的…………… 2 1.3 ZRJ系列真空乳化機的結構和特點……………………………… 2 1.4 ZRJ-350A真空乳化機均質鍋的攪拌系統(tǒng)的特點……………… 5 1.5乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………… 6 1.5.1乳化機的分類…………………………………………………… 6 1.5.2國外乳化機的發(fā)展……………………………………………… 7 1.5.3國內乳化機的發(fā)展……………………………………………… 8 1.5.4乳化機的發(fā)展趨勢……………………………………………… 9 2 方案論證………………………………………………………………9 2.1總體方案的擬訂……………………………………………………10 2.1.1兩套總體方案的介紹……………………………………………10 2.1.2兩套總體方案的比較……………………………………………10 2.1.3總體方案的最終確定……………………………………………10 2.2設計任務……………………………………………………………11 2.3主要技術指標………………………………………………………12 2.4進度計劃……………………………………………………………12 參考文獻……………………………………………………………… 13 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 目 錄 摘要………………………………………………………………………… 1 ABSTRACT…………………………………………………………………… 2 0 引言……………………………………………………………………… 4 1 概述……………………………………………………………………… 4 1.1 乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………… 5 2 設計任務………………………………………………………………… 10 2.1 ZRJ-350真空乳化機的結構和特點………………………………… 10 2.2 設計內容……………………………………………………………… 12 2.3 設計目的……………………………………………………………… 12 2.4 主要技術指標………………………………………………………… 13 2.5 設計步驟……………………………………………………………… 13 3 設計方案擬定…………………………………………………………… 14 3.1 參考方案……………………………………………………………… 14 3.2 兩套參考方案的比較………………………………………………… 15 3.3設計方案的最終確定………………………………………………… 15 4 ZRJ-350A真空乳化機各系統(tǒng)分析………………………………… 15 4.1傳動系統(tǒng)分析………………………………………………………… 16 4.2攪拌系統(tǒng)分析………………………………………………………… 17 5 傳動方案確定…………………………………………………………… 18 5.1傳動方案……………………………………………………………… 18 5.1.1 電動機的選擇……………………………………………………… 18 6 傳動零件的強度校核………………………………………………… 25 6.1 蝸輪蝸桿傳動………………………………………………………… 25 6.1.1 主要傳動參數(shù)……………………………………………………… 25 6.1.2 蝸輪蝸桿的強度校核計算………………………………………… 25 7 軸的結構設計和強度校核…………………………………………… 27 7.1 最外軸的結構設計和強度校核……………………………………… 27 7.2 中間軸的結構設計和強度校核……………………………………… 31 7.3 蝸桿軸的結構設計和強度校核……………………………………… 33 8軸承的壽命驗算………………………………………………………… 37 8.1各軸上所用的軸承…………………………………………………… 37 8.2各個軸承的壽命驗算………………………………………………… 38 9 鍵連接工作能力驗算…………………………………………………… 50 9.1 各軸上所用的鍵……………………………………………………… 50 9.2 各鍵的工作能力驗算………………………………………………… 50 10 聯(lián)軸器………………………………………………………………… 53 10.1 聯(lián)軸器的選型說明…………………………………………………… 53 10.2 聯(lián)軸器的選擇與型號尺寸…………………………………………… 53 11 結論……………………………………………………………………… 54 參考文獻…………………………………………………………………… 57 致謝………………………………………………………………………… 60 譯文………………………………………………………………………… 61 原文說明…………………………………………………………………… 74 附錄：機械裝配圖（0號圖紙2張） 附錄1 傳動系統(tǒng)裝配圖 附錄2 攪拌系統(tǒng)裝配圖 3 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 摘 要 真空乳化機是一種在食品、化工、藥品的生產過程中得到廣泛應用的設備。但由于目前國內的一些乳化設備與國外先進水平還有很大差距，需要我們進一步的研究和開發(fā)。本文所主要介紹的是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。 該文介紹了設計ZRJ-350A真空乳化機攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的一系列過程：先是前期調研，再設計總體方案并加以比較，然后確定方案，再進行裝配設計，對主要零件進行設計校核，最后提供傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的裝配圖。 整個設計中攪拌系統(tǒng)是整個設計中最重要的部分之一：主要由攪拌槳和均質器這兩部分組成。物料在攪拌槳的低速攪拌下，不斷地被切割，翻轉，再重新組合。外側攪拌槳的周圍還有一些刮板，用于把黏結在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質器則用于高速攪拌，在高速的旋轉中重復著將物料吸入，剪切，分割，送出，再重新吸入這一過程，是乳化機最重要的部件。 傳動系統(tǒng)也是最重要的部分之一：在機器頂端有一臺高速電機，它是用來驅動高速軸，而另一臺橫放的低速電機通過蝸桿傳動來帶動低速軸。作者巧妙地應用高、低速兩套攪拌系統(tǒng)，以便提高乳化效果。 關鍵詞：乳化機，均質器，傳動系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng) The Design of ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s Transmission System and Mixing System ABSTRACT The Vacuum Emulsifying Complex is a equipment which is widely used in food, chemic products and medicine. But now there is a large distance between the emulsifying machines made in china and the machines made in foreign countries in technique, so we need researching and empoldering further. ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s mixing system and transmission system is mainly introduced by this article. The whole design process of the ZRJ-350A Emulsifying Machine Complex’s mixing system and transmission system has been introduced in this article: firstly we make the former investigation, and design and compare the total project, then confirm the project, after that design the assemblage and calibrate some primary parts, finally offer the drawing of mixing system and transmission system.. The mixing system is one of the most important parts in the whole design: it is mainly composed by the stirrer and homogenizer. the materiel is incised, overturned, and then compounded again continually by the low speed mill of the stirrer. There are some scrappers around the outboard stirrers, which can scrape off the materiel felting on the cauldron and then mill again. The homogenizer is fixed in the high speed shaft, and the materiel is inbreathed, cut, divided, sended and inbreathed again by the homogenizer which is the most important part of the emulsifying machine. Transmission system is also one of the most important parts: there is a high speed electromotor which can drive the high speed shaft, and another thwart low speed electromotor can drive the low speed shaft connecting the worm’s transmission. The designer uses the high and low speed mixing system dexterously to improve the effect of the emulsification. Key words: emulsifying machine，homogenizer，transmission system，mixing system ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 0 引言 攪拌混合設備是化工、冶金、醫(yī)藥、食品、飼料等各種工業(yè)反應所不可缺少的重要工具。 隨著整個社會的發(fā)展以及人們對工業(yè)產品質量要求的日益苛刻，普通的攪拌混合技術已經難以滿足人們的需要，然而乳化作為攪拌混合技術中較為先進的技術將會在很大程度上滿足這一需要，乳化機作為能產生乳化效果的設備正被越來越多的廠商所應用。 乳化是將一種（或幾種）液體以液珠形式分散在另一種不相混溶的液體之中構成分散體系。制備乳狀液的機械設備——乳化機，它是一種使油、水兩相混合均勻的乳化設備，目前乳化機的類型主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質器。乳化機的類型及結構、性能等與乳狀液微粒的大小（分散性）及乳狀液的質量（穩(wěn)定性）有很大的關系。而能決定乳狀液微粒大小和乳狀液質量高低是乳化設備中的攪拌系統(tǒng)以及傳動系統(tǒng)，所以為了達到良好的乳化效果，本次課題的研究設計對象正是這兩大系統(tǒng)。[7] 1 概述 人們進行混合操作時,首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導入介質的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。 而能實現(xiàn)這一高速攪拌方法的機器就是乳化機。乳化機是攪拌機的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質乳化過程是依靠攪拌裝置的機械作用所產生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長攪拌時間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內在質量。好的均質攪拌裝置主要應滿足乳化力強，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。 乳化機的用途十分廣泛，適用于目前化妝品、生物制藥、霜類產品、石油化工、涂料以及一些精細化工的生產，尤其對基質粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。[6] 1.1乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1乳化機的分類 目前乳化機的類型按工作原理來分主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質器。乳化機的類型及結構、性能等與乳狀液微粒的大?。ǚ稚⑿裕┘叭闋钜旱馁|量（穩(wěn)定性）有很大的關系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機，所制得的乳狀液其分散性差，微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產生污染。膠體磨和均質器是比較好的乳化設備，它們所制得的乳狀液微粒小，分散性好，穩(wěn)定性也不錯。 近年來乳化機械有很大進步，如真空混合乳化機，如圖1.1所示，其制備出的乳狀液的分散性和穩(wěn)定性極佳。 圖1.1 真空混合乳化機 除了以上的分類，一般還有按乳化燃料來分有重油乳化機、煤焦油乳化機、柴油乳化機，按工作方式來分有高剪切乳化機、多功能混合乳化機等，按用途來分有瀝青乳化機、果汁飲料乳化機、涂料油墨乳化機、油脂化乳化機等。如圖1.2所示。[6] （a）高剪切混合乳化機 （b）VME-10C真空均質乳化機 （c）SVME-C型多功能真空均質乳化機 （d）VME-80C型真空均質乳化機 圖1.2 各類乳化機 1.1.2 乳化機的應用 乳化機是現(xiàn)代國際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無菌制造乳、膏狀均相產品的設備，通常被廣泛應用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學工業(yè)的某些涂料、染色劑等。 基于乳化機生產的產品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過GMP認證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標準，是一種特別注重制造過程中產品質量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強制性標準，要求企業(yè)從原料、人員、設施設備、生產過程、裝運輸、質量控制等方面按國家有關法規(guī)達到衛(wèi)生質量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)生產過程中存在的問題，加以改善。[19] 1.1.3 國內乳化機的發(fā)展 1988年，第一臺高剪切乳化機在中國試制成功（原國營啟東長江廠）。 2000年，第一臺高剪切乳化機在納米碳酸鈣的合成中成功應用（內蒙蒙西高新技術）。 2001年，第一臺高剪切乳化機應用于瀝青 （上海威宇和長安大學合作）。 2002年，中國最大的200KW乳化機應用成功（克拉瑪依煉油廠）。 2004年，中國最快的生產用管線式乳化機（泵）以8000rpm的高轉速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。 1.1.4 國外乳化機的發(fā)展 要制造優(yōu)質穩(wěn)定的乳狀體產品，除選用合格的原料，適當?shù)呐浞剑侠淼墓に嚰夹g路線外，設備的先進性就成為關鍵因素。均質乳化機的技術關鍵是其罐內三種不同類型的均質攪拌裝置。 目前在世界上通行的乳化機代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。國內雖然已有仿制進口的均質乳化機，但某些性能上仍有一定差距。 美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專業(yè)性混合設備制造公司，以生產混合器、混合機和研磨機而聞名于世。ROSS公司的乳化機具有分散、混合、乳化、剪切、均質的功能，其特點是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶代表有揚州膚美靈。 日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機化工業(yè)株式會社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥區(qū)）。其乳化機的特點是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復合分散、乳化、均質、混合系統(tǒng)。其產品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國的典型應用代表是北京資生堂。 德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產品主要在實驗室分析設備方面有著獨到的一面，產品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設備方面不具有優(yōu)勢，其用戶代表有深圳小護士。[16][17] 1.1.5乳化機的發(fā)展趨勢 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產品趨向高檔，乳化設備外形結構緊湊、精巧，尤其是智能控制技術的成功運用，使得乳化設備的技術水平得到了進一步的提升。環(huán)保型的乳化設備產品的開發(fā)成為企業(yè)重要的一項工作。節(jié)能技術和機電一體化技術的應用已到了必須直面的時候。采用人機工程學設計，提高操作的智能化，減少噪聲和振動，注重外觀造型設計的要求更高。 例如生產食品的乳化機，通常，用于乳壯物均質乳化的乳化機壓力是150kg/cm2左右，若壓力是200-300 kg/cm2，在食品方面則可以滿足任何要求。但近來由于腸胃營養(yǎng)劑等乳化安定，微粒化能促進體內吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機，高壓乳化機主要用于延長保存時間，改善口感，食感，保持風味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個性化。 現(xiàn)在一些混合設備還根據(jù)混合專家的經驗和常識，將攪拌混合設備與自動控制技術相結合，在混合設備選型和設計中運用人工智能技術（AI）和基于知識的系統(tǒng)（KBS），即實現(xiàn)了混合設備選型和設計的智能化。[15][21] 2 設計任務 2.1 ZRJ-350真空乳化機的結構和特點 ZRJ是真空乳化機的中文拼音縮寫，350是其工作容積的大小。ZRJ-350真空乳化機是根據(jù)化妝品、藥膏類產品的制膏工藝而專門設計的較為先進的產品，本機組由預處理鍋、真空乳化攪拌鍋、真空泵、液壓系統(tǒng)、倒料系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、工作平臺等部分組成。 本機組攪拌器采用變頻無級調速，能滿足不同粘度物料需求，操作簡便，性能穩(wěn)定，均質性好，乳化效果好，生產效率高，清洗方便，結構合理，占地面積少，自動化程度高等特點。 用途：適用于化妝品廠，藥廠的膏、霜類產品的生產，尤其對基質粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效，如圖2.1，圖2.2是ZRJ真空乳化機設計的最終效果圖，而表2.1是ZRJ真空乳化機在各個工作容積下的主要技術參數(shù)。 圖2.1 ZRJ350真空乳化機全圖 1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器 圖2.2 ZRJ系列真空乳化均質鍋內部結構 表2.1 主要技術參數(shù) 型式 全容量 乳化馬達 攪拌馬達 外型尺寸 H.P. R.P.M H.P. R.P.M 長 寬 高 全高 BX-ZRJ 100 2 300-3600 1 19-75 1800 800 2000 2650 BX-ZRJ 150 3 500-3600 1 19-75 1900 800 2100 2900 BX-ZRJ 200 3 500-3600 2 19-75 2000 950 2200 3100 BX-ZRJ 300 5 500-3600 3 19-75 2200 1050 2400 3400 BX-ZRJ 500 5 500-3600 3 19-75 2500 1100 2600 3600 BX-ZRJ 650 7.5 500-3600 5 19-75 2750 1200 2950 3950 BX-ZRJ 800 7.5 500-3600 7.5 19-75 2950 1400 3050 4150 BX-ZRJ 1000 10 500-3600 7.5 19-75 3100 1520 3100 4250 其工作原理：物料在水鍋、油鍋內通過加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內，再經過乳化鍋內的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉的均質器后，經過高速旋轉的切割輪與固定的切割套之間所產生的強力的剪斷、沖擊、亂流等過程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過程中產生的氣泡會被及時的抽走。 其特點：料鍋蓋為自動升降式，乳化鍋鍋體是翻轉可傾式，便于清洗，并可通過電熱管對鍋夾層內的導熱介質進行加熱來實現(xiàn)對物料的加溫，加熱溫度任意設定，自動控制。在夾層內接入冷卻水即可對物料進行冷卻，操作簡單、方便，夾層外設有保溫層。均質器與槳葉攪拌可分開使用，也可同時使用。而鍋內刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進行均衡而充分的熱交換，防止過熱或過冷，從而保證產品受到均勻的攪拌和混合。 乳化設備對乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過低，顯然達不到充分混合的目的，但攪拌速度過高，會將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設計過程中要注意轉速的控制和密封條件的保持。[12] 2.2 設計內容 本課題來自于上海貝思特包裝機械有限公司。乳化機主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此本文所要設計的內容就是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。 2.3 設計目的 真空乳化機是食品、藥品、化妝品等生產過程中的專用設備，而我國現(xiàn)今的乳化設備在設計和機械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過設計新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，提高真空乳化機的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過國家的GMP認證。 2.4 主要技術指標 工作容積：350L 刮板漿轉速：(10－60)r/min，無級調速，功率0.92KW 均質器轉速：(500－2900) r/min，無級調速，功率4.62KW 使用年限：5年 2.5 設計步驟 2.5.1 調研并寫出開題報告 作者通過各種渠道查找與本課題相關的資料文獻，仔細研讀后，了解并熟悉掌握相關的知識和內容——乳化機的工作原理以及工作方式，然后在知道設計任務后開始構思設計過程，并著手撰寫開題報告以及英文文獻的翻譯。 2.5.2 總體方案的論證 在前期調研的基礎上，設計一些總體方案并且對這些方案的優(yōu)缺點加以比較，從中選出最符合本課題要求的方案確定為最終方案。 2.5.3 傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 設計并繪制合理的傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。 2.5.4 電動機的選擇、運動參數(shù)和動力參數(shù)計算 根據(jù)給定的刮板槳轉速和均質器轉速和轉矩，選擇適當功率的電機，計算并記錄運動參數(shù)和動力參數(shù)。 2.5.5 傳動零件的設計計算 由攪拌輪單向轉動攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動，計算蝸輪蝸桿的傳動比，并計算和校核蝸輪蝸桿的強度。 2.5.6 軸系的結構設計 根據(jù)所選電動機的功率以及蝸輪蝸桿的傳動比來設計各個轉動軸的機械結構，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計算最大扭矩和最大彎矩，校核所設計的軸系結構的強度，以達到適當?shù)慕Y構。 2.5.7 軸承類型的選擇和壽命計算 根據(jù)傳動軸的機械結構選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤滑措施，并計算校核其強度。 2.5.8 鍵的強度校核 根據(jù)軸和聯(lián)軸器的結構特點選擇適當?shù)逆I，并計算校核其強度。 2.5.9 撰寫論文和答辯 由所設計的各參數(shù)和機構圖撰寫論文，并做到熟悉掌握每一個部件的設計過程及原理，充分做好答辯的準備。 3 設計方案的擬定 3.1參考方案 在對本課題的調研和研究后，了解了真空乳化機的攪拌系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)和一些技術要求，于是確定了兩套參考方案。 方案一：傳動系統(tǒng)設計采用蝸輪蝸桿傳動，攪拌系統(tǒng)設計采用單向轉動攪拌。 方案二：傳動系統(tǒng)設計采用圓錐齒輪傳動，攪拌系統(tǒng)設計采用雙向轉動攪拌。 3.2兩套參考方案的比較 第一套方案中傳動系統(tǒng)設計采用蝸輪蝸桿傳動，這樣就能帶動攪拌的葉輪，使其能夠進行單個方向的攪拌轉動，這樣就可以使中間攪拌轉動軸只有兩層，這種方案可以使乳化機的內部結構較為緊湊，這樣就能減低一定的生產成本，而且這種結構有助于潤滑油的密封，使得在乳化過程中，產品不被污染。 第二套方案中的傳動系統(tǒng)設計采用圓錐齒輪傳動，這樣可以帶動攪拌葉輪進行雙向的攪拌轉動，為了達到這樣的效果，中間的轉動軸就要有三層，這種方案由于可以進行相反兩個方向的攪拌轉動，可以使物料充分得到均勻混合，但同時會使得結構較為復雜，這樣就使生產成本提高，而且結構越復雜產生潤滑油泄露的幾率也越大，這樣就會造成在乳化過程中，產品受到污染。 3.3設計方案的最終確定 通過對兩套方案的比較，最終本文決定采用第一套方案。因為第一套方案在結構上較為緊湊，尤其是中心轉動軸部分夾層只有兩層，這樣一來可以明顯減少潤滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒有雙向攪拌來得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機生產的大多是食品，藥物等供人們食用的產品，所以很忌諱其產品受到污染。 4 ZRJ-350A真空乳化機各系統(tǒng)分析 由于本文設計的是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，所以作者就對這兩大系統(tǒng)作必要的分析，如圖4.1。 圖4.1 ZRJ-350A真空乳化機攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的簡圖 4.1 傳動系統(tǒng)分析 ZRJ-350A真空乳化機的傳動系統(tǒng)：由電動機2輸出相應的轉矩，通過聯(lián)軸器連接電機軸和蝸桿軸，再由蝸輪蝸桿作為傳動零件分配適當?shù)膫鲃颖龋ㄟ^鍵使蝸桿能使軸1轉動，又因為電動機2有著變頻功能，能夠實現(xiàn)無級調速，從而使得軸1能夠在規(guī)定的技術指標內轉動，同時軸1能帶用攪拌漿2以及外側攪拌槳周圍的刮板漿轉動。 由電動機1輸出相應的轉矩，通過聯(lián)軸器使得電機軸與軸3相連接，由于電動機1有變頻功能，能夠實現(xiàn)無級調速，所以軸3能夠在規(guī)定的技術指標內轉動。而軸2是不轉動的。 4.2 攪拌系統(tǒng)分析 圖4.2 軸2的固定方式 ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)：主要由攪拌槳和均質器這兩部分組成。攪拌槳主要負責低速攪拌，把物料不斷切割，翻轉，再重新組合。外側攪拌槳的周圍還有一些刮板，用于把黏結在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質器則用于高速軸的攪拌，在高速的旋轉中重復著把物料吸入——剪切——分割——送出——在重新吸入這一過程，是乳化機最重要的部件。 如圖4.1，軸1與攪拌漿2以及外側攪拌槳周圍的刮板漿相連接的，于是軸1的轉動帶動了攪拌漿2和刮板漿相應的轉動。又如圖4.2，液面板用于固定軸2使之不轉動，而攪拌漿1與軸2相連接，所以是固定不轉動的，因此攪拌漿2在轉動的同時和攪拌漿1會產生一定的剪切力，達到一定的混合攪拌的功能，而軸3是與均質器直接相連的，軸3的轉動帶動均質器的轉動，由于均質器是達到500-2900r/min，屬于高速轉動，攪拌漿2的轉速只有10-60 r/min，所以物料的高速攪拌主要是靠均質器。 5 傳動方案確定 5.1 傳動方案 本傳動裝置是由均質器部分——電動機直接傳動均質攪拌葉，和單向攪拌系統(tǒng)——蝸輪蝸桿傳動的傳動方式組合而成的。均質器的攪拌是高速且可無級調速的，而單向攪拌系統(tǒng)是慢速且可無級調速的。 5.1.1 電動機的選擇 5.1.1.1 選型說明 工業(yè)上一般采用三相交流電源，無特殊要求一般選三相交流異步電動機。本設計中均質器部分的傳動采用YVP系列變頻調速三相異步電動機，YVP系列變頻調速三相異步電動機采用AMCAD設計而成，可實現(xiàn)電動機的無級調速，具有運行噪聲低，轉動平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，調整性能好，調整比寬等優(yōu)點，能和國內外各類變頻裝置相配套。 電動機的結構形式，按安裝位置不同，有臥式和立式兩類。本設計中均質器傳動采用立式安裝，單向攪拌部分采用臥式安裝。 5.1.1.2 電動機容量的選擇 合理的確定電動機的額定功率，決定電動機的功率時要考慮電動機的發(fā)熱過載能力和起動能力。 （一） 均質器部分 (1) 工作機所需功率（均質器輸入功率） (2) 電動機輸出功率： 由資料[2] p.7式（2-4）得：………………………………………………(5.1) 聯(lián)軸器的傳動效率： ； 滾動軸承的傳動效率：； 傳動裝置總效率： 故電動機輸出功率：…………………………………… (5.2) (3) 電動機額定功率選擇 由于 由資料[5]的表1選： (4) 電動機轉速的確定： 由資料[2] p.8式（2-6）得：……………………………………………(5.3) 式中: ─ 電動機轉速可選范圍； ─ 傳動比范圍； 由傳動設計，可知：i=1 電動機轉速為： 因此參照YVP系列電動機的技術數(shù)據(jù)，外形和安裝尺寸，綜合考慮其傳動裝置的尺寸、重量、價格等因素后，決定選用同步轉速為2900r/min的電動機。 (5) 電動機型號及安裝尺寸： 根據(jù)選定的電動機的類型，結構型式，功率為5.5 kw，轉速為2900r/min，結合YVP系列電動機的主要參數(shù)，選用YVP132S1-2型的電動機，如表5.1，表5.2，和圖5.1。 表5.1 電動機的主要技術數(shù)據(jù) 電動機型號 額定功率 （kw） 同步轉速 （r/min） 電流 （A） 額定轉矩 （Nm） YVP132S1-2 5.5 2900 10.9 17.5 表5.2 電動機的外型和安裝尺寸 電動機型號 M T N E D F′GD L G YVP132S 265 4 230 80 38 10′8 530 33 AC AD HF S 275 210 315 4XΦ15 圖5.1 電動機外形示意圖 (6) 傳動比分配： 總傳動比：……………………………………………………(5.5) (7) 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)： 設：電動機軸為0軸 與聯(lián)軸器聯(lián)接的高速軸為I軸 各軸的轉速： 第0軸： 第I軸： 各軸的輸入功率： 第0軸： 第I軸： 各軸的輸入轉矩： 第0軸：……………………………(5.6) 第I軸： 數(shù)據(jù)整理成表5.3： 表5.3 運動和動力參數(shù)匯總表 軸號 轉速n (r/min) 功率（kw） 轉矩T(N×m) 傳動比i 效率 輸入 輸出 輸入 輸出 第0軸 2900 5.5 18.11 1 0.99 第I軸 2900 5.5 5.45 18.11 17.95 1 0.98 （二） 攪拌漿部分： (1) 工作機所需功率： (2) 蝸輪蝸桿軸輸出功率： 由資料[2]的表2-4得： 滾動軸承傳動效率：； 蝸輪蝸桿傳動效率：； (3) 電動機輸出功率： 由資料[2] p.7式（2-4）： 由資料[2]的表2-4得： 聯(lián)軸器的傳動效率： 滾動軸承的傳動效率： 傳動裝置總效率： 故電動機輸出功率： (4) 電動機額定功率選擇 由于 由資料[5]選： (5) 電動機轉速的確定： 由資料[2] p.8式（2-6）得： 式中： ─ 電動機轉速可選范圍； ─ 蝸輪蝸桿傳動比范圍； 由傳動設計可知： 可選擇電動機轉速為： 參照YVP系列電動機的技術數(shù)據(jù)，外形和安裝尺寸，綜合考慮其傳動裝置的尺寸、重量、價格等因素后，決定選用輸出轉速為720 r/min的電動機。 (6) 電動機型號及安裝尺寸： 根據(jù)選定的電動機的類型，結構型式，功率為1.5 kw，轉速為720r/min，結合YVP系列電動機的主要參數(shù)，選用YVP100L-6型的電動機，如表5.4，表5.5，和圖5.2。 表5.4 電動機的主要技術數(shù)據(jù) 電動機型號 額定功率 （kw） 輸出轉速 （r/min） 電流 （A） 輸出轉矩 （N·m） YVP100L-6 1.5 720 4.4 14.0 表5.5 電動機的外型和安裝尺寸 電動機型號 H A B C D E L G YVP100L 100 160 140 63 28 60 430 24 K AB AD AC HD F′GD 12 205 180 215 245 8′7 圖5.2 電動機外形示意圖 (7) 傳動比分配： 總傳動比： (8) 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 設：電動機軸為0軸 蝸輪蝸桿軸為I軸 刮板槳傳動軸為Ⅱ軸（軸套最外軸） 各軸的轉速： 第0軸： 第I軸： 第Ⅱ軸： 各軸的輸入功率： 第0軸： 第I 軸： 第II軸： 各軸的輸入轉矩： 第0軸： 第I軸： 第II軸： 數(shù)據(jù)整理成表5.6： 表5.6運動和動力參數(shù)匯總表 軸號 轉速n 功率（kw） 轉矩T（N·m） 傳動比i 效率 (r/min) 輸入 輸出 輸入 輸出 第0軸 720 　 1.5 　 19.9 1 0.995 第I軸 60 1.5 1.49 19.9 237.16 12 0.985 第Ⅱ軸 60 1.49 1.08 237.16 171.9 1 0.985 6 傳動零件的強度校核 6.1 蝸輪蝸桿傳動 6.1.1 主要傳動參數(shù) 由資料[4]的表4-1-7得： 表6.1 蝸輪與蝸桿的參數(shù)匹配 中心距a (mm) 傳動比i 模數(shù)m (mm) 蝸桿分度圓直徑 (mm) 蝸桿頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 蝸輪變位系數(shù) 180 12 6.3 63 4 48 -0.4286 6.1.2 蝸輪蝸桿的強度校核計算 由資料[4]的表4-3-4得： 普通圓柱蝸桿傳動蝸輪的強度計算公式： 按接觸強度設計：…………………………………(6.1) 按接觸強度校核：……………………………(6.2) 按彎曲強度校核：………………………………… (6.3) 式中： ─ 載荷系數(shù) =237160 ─ 材料性能系數(shù) ─ 許用應力 (1) 按接觸強度校核： ∵……………………………………………………………… (6.4) 式中： ─ 蝸桿變形系數(shù)，由資料[4]的表4-3-9得：=70 ─ 蝸輪上按時間計的平均轉矩與最大轉矩的比值，=0.59 ∴， ∴ 由資料[4]的表4-3-4得：，代入式(6.2) 由資料[4]的表4-3-5得：，代入式(6.2) 得： 由資料[4]的表4-3-6得：113MPa ∴ ∴按接觸強度校核合格。 (2) 按彎曲強度校核： 由資料[4]的表4-3-10得： 由資料[4]的表4-1-6得： ∴ ∵， ∴ 由資料[4]的表4-3-8得： ∴ ∴ ∴按彎曲強度校核合格。 7 軸的結構設計和強度校核 7.1 最外軸的結構設計和強度校核 7.1.1 最外軸的結構設計 (1) 最外軸上的功率，轉速以及轉矩： ，， (2) 初步確定軸的最小直徑： 最外軸選用材料：1Cr18Ni9Ti 由資料[3]的表15-3得： =62.17mm………………………………………………… (7.1) 式中：β ─ 空心軸的內徑與外徑之比，通常取0.5-0.6 按直徑長度系列值取 (3) 軸的結構設計： 圖7.1 最外軸的結構 如圖7.1，，該段軸伸的需要安裝軸承，初選軸承7222E，其外型尺寸為，，為了軸向固定軸承。，由于安裝軸承，所以。 7.1.2 最外軸的強度校核 (1) 作用在蝸桿上的力： ……………………………………………………(7.2) ……………………………………………………(7.3) …………………………………………… (7.4) (2)求軸上的載荷： a) 在水平面內： …………………………………………(7.5) ……………………………………………(7.6) ………………………………… (7.7) b) 在垂直面內： …………………………………………(7.8) ……………………………………(7.9) ……………………………………(7.10) ……………………………………(7.11) ………………………… (7.12) ……………………(7.13) c) 總彎矩： …………………………………… (7.14) 由資料[3]p364 式（15-4）得： ………………………………………………………………… (7.15) 取，則有： d) 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖7.2）： 圖7.2 軸的載荷分析圖 數(shù)據(jù)整理成表7.1： 表7.1 軸的受力情況 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F FNH1=N FV1=N FNH2=N FV2=N 彎矩M MH=N·mm MV1=N·mm MV2=N·mm MV3=N·mm 總彎矩 M1=N·mm M2=N·mm M3=N·mm 扭矩T T=N·mm 計算彎矩Mca Mca1=N·mm Mca2=N·mm (2) 彎扭合成應力校核軸的強度： 由資料[3]的表15-1得： ∴該軸強度合格。 7.2 中間軸的結構設計和強度校核 7.2.1 中間軸的結構設計 (1) 中間軸上的功率：，轉速：以及轉矩： ， ， (2) 初步確定軸的最小直徑： 中間軸選用材料：45號鋼 由資料[3]的表15-3得： =25.64mm 按直徑長度系列值取 (3) 軸的結構設計： 圖7.3 中間軸的結構 如圖7.3， ，該段軸伸的左側需要安裝軸承，初選軸承6006，其外型尺寸為，因此，為了軸向固定軸承。又因為上要安裝軸承，初選軸承6207，其外型尺寸為，因此， ，由于安裝軸承，所以，，。 7.2.2 中間軸的強度校核 ∵中間軸只受扭矩 ∴按扭轉強度條件計算中間軸的強度 由資料[2]的表15-3得： ……………………………………… (7.15) ∴該軸強度合格。 7.3 蝸桿軸的結構設計和強度校核 7.3.1 蝸桿軸的結構設計 (1) 蝸桿軸上的功率，轉速以及轉矩： ， ， (2) 初步確定軸的最小直徑 蝸桿軸選用材料：40Cr 由資料[3]的表15-3得： ………………………………………………………(7.16) 式中： ─ 電動機軸直徑，YVP100L-6型電動機的電機軸為 28mm 按直徑長度系列值取 (3) 軸的結構設計： 圖7.4 蝸桿軸的結構 如圖7.4，，該段軸伸的左側需要安裝軸承，所以為了方便軸承的安裝拆卸又需要通過骨架式旋轉唇形密封裝置進行密封，初選軸承30205，其外型尺寸為，因此，為了軸向固定軸承。，由于安裝軸承，所以。 7.3.2 蝸桿軸的強度校核 (1) 作用在蝸桿上的力： (2)求軸上的載荷： a) 在水平面內： b) 在垂直面內： c) 總彎矩： 由資料[3]p364 式（15-4）得： 取，則有 d) 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖7.5）： 圖7.5 軸的載荷分析圖 數(shù)據(jù)整理成表7.2： 表7.2 軸的受力情況 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F FNH1=N FV1=N FNH2=N FV2=N 彎矩M MH=N·mm MV1=N·mm MV2=N·mm MV3=N·mm 總彎矩 M1=N·mm M2=N·mm M3=N·mm 扭矩T T=N·mm 計算彎矩Mca Mca1=N·mm Mca2=N·mm (2) 彎扭合成應力校核軸的強度： 由資料[3]的表15-1得： ∴該軸強度合格。 8 軸承的壽命驗算 8.1 各軸上所用的軸承 在軸的設計計算中，已經分別完成了對各軸的軸頸尺寸的確定?，F(xiàn)軸承分配如下表8.1： 表8.1 軸承的分配 編號 軸承型號 所在軸 明細表中對應的標號 1 6210 蝸桿軸 104 2 7222E 最外軸 72 3 1222 最外軸 16 4 1213 刮板軸 92 5 6007 中間軸 49 6 6306 中間軸 95 7 6007 中間軸 23 8 6006 中間軸 29 8.2 各個軸承的壽命驗算 8.2.1預期壽命 在設計任務書中，給定該傳動裝置的工作年限為5年，雙班制，則預期其工作壽命為： 8.2.2 軸承1的壽命驗算 (1) 受力分析：如圖8.1 圖8.1軸系部件受力簡圖 (2) 求軸承當量動載荷P1和P2： 由資料[3]的表13-5得： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.3軸承2的壽命驗算 (1) 受力分析：如圖8.2 圖8.2 軸系部件受力簡圖 (2) 求軸承當量動載荷P1和P2： 由資料[1]的表6-7得： 由資料[3]的表13-7得： 式中： —— 軸向派生力 當時，則軸有向左竄動的趨勢，相當于軸承1被壓緊，軸承2被放松，但實際上軸必須處于平衡位置（軸承座必然要通過軸承元件施加一個附加的軸向力來阻止軸的竄動），所以被壓緊的軸承1所受的總軸向力： 由資料[1]的表6-7得： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.4 軸承3的壽命驗算 (1) 受力分析：如圖8.3 圖8.3軸系部件受力簡圖 (2) 求軸承當量動載荷P1和P2： 由資料[1]的表6-7得： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.5軸承4的壽命驗算 (1) 受力分析：如圖8.4 圖8.4軸系部件受力簡圖 (2) 求軸承當量動載荷P1和P2： 由資料[1]的表6-7得： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.6 軸承5的壽命驗算 (1) 受力分析： (2) 求軸承當量動載荷P： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.7 軸承6的壽命驗算 (1) 受力分析： (2) 求軸承當量動載荷P： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.8 軸承7的壽命驗算 (1) 受力分析： (2) 求軸承當量動載荷P： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 8.2.9 軸承8的壽命驗算 (1) 受力分析： (2) 求軸承當量動載荷P： 由資料[3]的表13-6得： (3) 驗算軸承的壽命： 則： ∴該軸承壽命合格。 9 鍵連接工作能力驗算 9.1 各軸上所用的鍵 各軸所用鍵代號見下表9.1 表9.1 各軸上的鍵 編號 明細表編號 鍵 尺寸（b×h×L） 1 115 單圓頭普通平鍵（C）型 8×7×50 2 29 單圓頭普通平鍵（C）型 20×12×85 3 39 單圓頭普通平鍵（C）型 12×8×20 4 98 單圓頭普通平鍵（C）型 8×7×25 5 20 單圓頭普通平鍵（C）型 8×7×25 9.2 各鍵的工作能力驗算 9.2.1 鍵1的工作能力驗算 (1) 選擇鍵的類型和尺寸： 選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45號鋼, 聯(lián)軸器的材料為低碳碳素鋼Q235。 查資料[2]的表6-2得： 取中間值 鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k ………………………………………………………………(9.1) ………………………………………………………………(9.2) (2) 校核鍵連接的強度： ……………………………(9.3) ∴鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。 9.2.2 鍵2的工作能力驗算 (1) 選擇鍵的類型與尺寸： 選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為1Cr18Ni9Ti。 查資料[2]的表6-2得： 取中間值 鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k (2) 校核鍵連接的強度： ∴鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。 9.2.3 鍵3的工作能力驗算 (1) 選擇鍵的類型與尺寸： 選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為1Cr18Ni9Ti。 查資料[2]的表6-2得： 取中間值 鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k (2) 校核鍵連接的強度： ∴鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。 9.2.4 鍵4的工作能力驗算 (1) 選擇鍵的類型與尺寸 選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45#鋼。 查資料[2]的表6-2得： 取中間值 鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k (2) 校核鍵連接的強度： ∴鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。 9.2.5 鍵5的工作能力驗算 (1) 選擇鍵的類型與尺寸 選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45#鋼。 查資料[2]的表6-2得： 取中間值 鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k (2) 校核鍵連接的強度： ∴鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。 10 聯(lián)軸器 10.1聯(lián)軸器的選型說明 根據(jù)聯(lián)軸器對各種相對位移有無補償能力（即能否在相對位移條件下保持連接的功能）聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力）兩大類。本傳動裝置中所用的是有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。選擇有彈性元件的撓性聯(lián)軸器的原因是其不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且有減振和緩沖的性能，廣泛適用于一般的中小功率的傳動，且結構簡單，轉動慣量小。 10.2 聯(lián)軸器的選擇與型號尺寸 (1) 計算聯(lián)軸器的計算轉矩： 由資料[3]的表14－1中查得：KA=1.5； 則： (2) 選型： 由上式得，由[2]的表17－4得合適的型號是HL2，如圖10.1，表10.1。 圖10.1 彈性柱銷聯(lián)軸器 表10.1 彈性柱銷聯(lián)軸器的技術參數(shù) 類型 公稱扭矩 （Nm） 許用轉速 n（r/min） 軸孔直徑d1、d2、d3（mm） HL2 315 5600 25、30 11 結論 這次課題要求作者對ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)進行設計： (1) ZRJ-350A真空乳化機的傳動系統(tǒng)采用蝸輪蝸桿傳動，而其攪拌系統(tǒng)采用單向轉動攪拌的總體設計方案，采用這套方案能使得乳化機的結構較為緊湊，能夠降低成本，和占地面積，還能很好的做到密封，因為真空乳化機生產的產品大多是食品，藥品，化妝品，所以對于衛(wèi)生要求十分的高，這就意味著在能達到混合攪拌要求的同時，還要兼顧嚴密的密封，要使得潤滑油泄露的幾率降到最低。使其能夠順利的通過國家GMP認證。 (2)在電動機的選擇方面，本次設計選擇了YVP系列變頻調速三相異步電動機，該電動機具有運行噪聲低，轉動平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，調整性能好等優(yōu)點，最重要的是它能實現(xiàn)無極調速，這樣就能使轉速任意連續(xù)的變化，從而達到滿足不同粘度物料需求。 (3)該真空乳化機的傳動系統(tǒng)由一個YVP系列變頻調速三相異步電動機通過聯(lián)軸器的連接來驅動蝸桿，然后再由蝸桿通過鍵的連接來帶動攪拌漿軸的轉動，由于選擇了YVP系列變頻調速三相異步電動機和蝸桿傳動，所以傳動比較平穩(wěn)而且噪音很小 (4)該真空乳化機的攪拌系統(tǒng)主要由攪拌槳和均質器這兩部分組成。攪拌槳主要負責低速攪拌，把物料不斷切割，翻轉，再重新組合。外側攪拌槳的周圍還有一些刮板，用于把黏結在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質器則用于高速軸的攪拌，在高速的旋轉中重復著把物料吸入，剪切，分割，送出，在重新吸入這一過程。由于有了攪拌槳的低速攪拌和均質器的高速攪拌，所以能夠很好的提升乳化的效果。 (5)對一些主要零件進行設計和校核：電動機的選擇，軸的設計與校核，軸承的壽命計算，蝸輪蝸桿的校核以及鍵的強度驗算。結果證明這些零件都達到原定的主要技術參數(shù)的要求。 當然，作者的設計不可能完美無缺，在設計的過程中也遇到了不少困難和一些不盡人意的地方，本文所確定的方案雖然在密封方面做的不錯，但因為是單個方向的攪拌轉動，所以在物料的充分混合這一點上還略顯不足。在遇到需要生產精度很高的產品時可能不太適用。還有對電動機的選擇上，為了達到無極調速和達到所給技術指標的要求，要選擇變頻而且?guī)p速的電動機，這就需要作者到處查找資料，但由于作者手頭資料的限制，最后所選擇的電動機雖然達到了要求，但未必是最適當?shù)倪x擇。 參考文獻 [1] 張展.機械設計通用手冊[M].中國勞動出版社，1994. 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