0155-雙軸無重力粉體混合機混合單元的設(shè)計【全套6張CAD圖】
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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目雙軸無重力粉體混合機混合單元的設(shè)計
1、 選題的依據(jù)及意義：
本課題符合本專業(yè)貫徹因材施教的原則的培養(yǎng)目標及教學(xué)基本要求；課題結(jié)合了生產(chǎn)科研和實驗室的建設(shè)任務(wù)；課題的類型可能多種多樣；在保證教學(xué)基本要求的前提下，使畢業(yè)設(shè)計在教學(xué)計劃的時間內(nèi)經(jīng)過努力能夠完成。
混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作時從化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，CAD（計算機輔助設(shè)計）與CAE（計算機輔助分析）得到了廣泛的應(yīng)用，因此，對混合機設(shè)計并進行簡單的分析能夠為今后的工作積累一些經(jīng)驗，以便畢業(yè)后能很快適應(yīng)現(xiàn)代化的工作環(huán)境；通過運用四年來學(xué)過的專業(yè)知識，使用現(xiàn)代化的設(shè)計手段，檢索國內(nèi)外資料，使自己的專業(yè)綜合能力得到提高，以適應(yīng)以后工作崗位的要求；通過與同學(xué)探討，請教指導(dǎo)老師提高了溝通能力。
2、 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
研究概況：目前國內(nèi)混合機，均向著混合精度高、速度快、殘留量小、低耗高效、系列化和適用范圍廣等方向研制和發(fā)展，其中以雙軸無重力臥式混合機的發(fā)展為迅速。國內(nèi)各企業(yè)、科研部門所研制的臥式雙軸無重力混合機機型結(jié)構(gòu)基本相同。國外的雙軸無重力混合機在20世紀80年代末已經(jīng)開始研制，挪威Forberg公司在上 20 世紀 90 年代初推出了雙軸無重力系列混合機［8］，其有效容積 25 至 5000，結(jié)構(gòu)特點、混合機理、傳動方式與國內(nèi)雙軸槳葉式混合機基本相同。目前國外流行的翻轉(zhuǎn)雙軸無重力混合噴涂機是在普通雙軸槳葉無重力式混合機基礎(chǔ)之上研制而成的。但需要增加一系列的液體噴涂和真空管道以及一套機體翻轉(zhuǎn)及傳動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。
發(fā)展趨勢：混合是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的生產(chǎn)工藝，隨著中國工業(yè)的不斷發(fā)展，混合系統(tǒng)及混合設(shè)備的發(fā)展將越來越強大?；旌细采w著整個工業(yè)領(lǐng)域，如化工、食品、建材、藥品、化肥，我們每天每時使用的產(chǎn)品在生產(chǎn)中至少有一步混合工藝。無重力混合機廣泛用于化工、化妝品、洗滌劑、農(nóng)藥、染料、食品、釀造、飼料、建材、陶瓷、涂料、樹脂等物料的混合。無重力混合機具有混合時間短、混合均度高等特點。其屬于新型高效類混合設(shè)備，性能遠比常規(guī)的雙螺旋環(huán)帶混合機優(yōu)越。而快速無殘留雙軸無重力混合機也將為國內(nèi)物料機械的進步掀開新的一頁。
三、研究內(nèi)容及實驗方案：
研究內(nèi)容：本設(shè)計的課題是雙軸無重力粉塵混合機主要涉及反應(yīng)混合機的混合單元的設(shè)計，主要包括混合罐、電動機及減速器的選型、支撐裝置設(shè)計、軸的密封設(shè)置的設(shè)計。
實驗方案：(1).結(jié)構(gòu)尺寸的確定；
(2).混合機大小的確定及轉(zhuǎn)速和功率的計算；
(3).由混合機功率來做電機的選型設(shè)計；
(4).由電機的型號尺寸來做聯(lián)軸器的選型設(shè)計；
(5).由聯(lián)軸器的型號尺寸來決定軸徑以及對所決定的軸徑驗證；
(6).由軸徑來做軸承的選型；
(7).由軸承的尺寸來做機座及支撐座的選型設(shè)計
四、目標、主要特色及工作進度
1 目標：把大學(xué)四年里所學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)地復(fù)習(xí)一遍，也學(xué)到了更多的知識，為以后工作打下基礎(chǔ)。
2 主要特色：根據(jù)原始數(shù)據(jù)設(shè)計雙軸無重力混合機，用CAD,Word軟件完成本次課程設(shè)計。
3工作進度：
1．查閱資料，英文資料翻譯 （2周）
2．撰寫開題報告 （1周）
3．設(shè)計并繪制混合機混合單元裝配圖 確 （5周）
4．繪制主要零件圖若干張 （4周）
5．編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 （3周）
6．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 （1.5周）
5、 參考文獻
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雙軸無重力粉體混合機混合單元的設(shè)計
摘要：混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作是從化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的混合操作均系機械混合，以中、低壓立式鋼制容器的混合設(shè)備為主?；旌显O(shè)備主要由混合裝置、軸封和混合罐三大部分組成。
本設(shè)計的課題是雙軸無重力粉塵混合機主要涉及反應(yīng)混合機的混合單元的設(shè)計，主要包括混合罐、電動機及減速器的選型、支撐裝置設(shè)計、軸的密封設(shè)置的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：混合機 雙軸無重力 混合單元 機械設(shè)計
關(guān)于離心流化床烘干機熱量與質(zhì)量傳遞的試驗研究
M.H．Shi，H.Wang，Y.L.Hao
中國南京東南大學(xué)電力工程系 210096
摘要
我們正在做一項熱量和質(zhì)量傳遞特性的試驗研究，就是前兩天潮濕的物質(zhì)在離心流化床（CFB）烘干機的干燥過程。每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)要300到500之間。測試材料有濕的沙，玻璃粉和切成片的食物。入口和出口的氣體溫度和濕球溫度，以及床的溫度都被測出。通過質(zhì)量平衡法，在氣體階段立即決定了水分含量?？梢詼y出表面氣流速度、顆粒直徑和形狀、床的厚度、床的轉(zhuǎn)數(shù)以及干燥特性最初的溫度的影響。我們獲得了一個經(jīng)驗系數(shù)，可以用來計算在離心流化干燥器內(nèi)氣體顆粒的熱量傳遞系數(shù)。
關(guān)鍵詞：干燥；熱量和質(zhì)量傳遞；離心流化床
1. 引言
CFB干燥是一項新技術(shù)，潮濕的材料要離心力范圍內(nèi)通過機床的旋轉(zhuǎn)來完成一個被高度提高的熱量和質(zhì)量傳遞。這種機床本質(zhì)上是一個圍繞對稱軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形籃子，上面有一個能滲水的圓柱形墻體。干燥物進入籃子，因為旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大的離心力，它們被迫在籃子周圍形成一個環(huán)形層。氣體通過能滲水的圓柱墻注入，當力量通過流化介質(zhì)平衡了離心力，機床開始流化。不像垂直機床一樣有一個固定的引力力場，離心床的體積力成為一個可調(diào)節(jié)的參數(shù)，這個參數(shù)由旋轉(zhuǎn)速度和籃子的半徑?jīng)Q定。原則上，在任何氣體流速情況下，通過改變機床旋轉(zhuǎn)速度都能達到最小流化作用。用一個比引力還大得多的強離心力場，機床可以經(jīng)得起一個大的流速，而不形成大的氣泡。因此，在高氣體流速下氣體-液體的聯(lián)系得到了改進，并且在干燥過程中能達到熱量和質(zhì)量傳遞。因為這個原因，CFB干燥器在干燥業(yè)得到頗多關(guān)注。
文獻中只能找到一些研究CFB干燥的調(diào)查著作。拉扎爾和法卡斯[1,2]布朗[3]執(zhí)行了CFB切片水果和蔬菜的干燥過程，卡爾森[4]調(diào)查了CFB大米干燥情況。這些調(diào)查報告都非常的有益，但它們主要關(guān)注的是工業(yè)申請CFB的可能性。CFB的流動行為和干燥特性是非常復(fù)雜的，并且仍然不是很清楚。為了評估物體表面溫度，從氣體到物體的熱量傳遞知道是標非常有必要的。為了特定的目的，定量的CFBs熱量傳遞特性的知識是必須的。
在這篇論文中，做了一個關(guān)于流動行為和CFB的氣體-液體的熱量和質(zhì)量傳遞特性的試驗，影響干燥過程的主要因素被檢測和討論。
2. 實驗裝置
圖1為實驗裝置示意表。一個圍繞水平軸的圓柱形籃子安裝在一個密封的圓柱形盒子內(nèi)?；@子直徑為200mm，寬度為80mm?；@子的側(cè)面有直徑為3mm的洞，用來分散氣體，有22.7%的開放區(qū)域。
圖1.實驗裝置
內(nèi)表覆有200個不銹鋼絲網(wǎng)，用來防止機床材料腐蝕。在籃子末端墻體的中心處有一個直徑為80mm的洞，用來排出氣體。一個變速發(fā)動機被用來轉(zhuǎn)動籃子，通過一個軸來連接籃子墻體的另一端。用一個LZ-45轉(zhuǎn)速計來測量發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。空氣由一個鼓風(fēng)機吹入?？諝赓|(zhì)量流率的測量采用孔板流量計?？諝饧訜崾褂玫氖且粋€電熱器。一個t形管閥是用來控制流體方向?？諝鉁囟确€(wěn)定在期望值(約100℃)后，打開球上的閥門，干燥實驗便開始了；熱空氣流經(jīng)分散器到達機床后進入大氣層。壓降是通過一個U形量表來測量的。一個壓力探針沿著中心線伸到籃筐里，離端壁10毫米遠。在相同的操作條件下，也進行了不使用機床材料來獲取穿過分散器的壓力差異的試驗。穿過機床的壓降通過ΔpBed =Δ pTotal ? Δp分散器來測量。入口氣體溫度、出口氣體溫度和在不同位置的床溫度隨時間變化是使用熱電偶探頭來測量的，數(shù)據(jù)記錄是采用3497A記錄數(shù)據(jù)采集/控制單元。在干燥過程中測試材料的含水量是通過在氣體階段的水分平衡法來測量，即通過測量在氣體階段用干濕燈泡溫度計來入口與出口處的濕潤度。
圖2.離心流化床的一個特別部分
時間間隔從tj到tjC1的水分平衡是 （公式1）。在時間tj+1,測試材料的水含量是 (公式2）。采用干燥重量法測試材料樣品達到初始含水率,我們能得到隨著時間的含水率的變化,因而,干燥率計算為 （公式3）. 干燥的表面Sp作為測試材料全部表面積為（公式4）。忽略射線熱傳導(dǎo)和周圍的熱損失，如圖2所示，不同體積時, 在任何給定的時間機床的能量等式是這樣的：（公式5）。該方程可以使用在整個機床來獲得傳熱系數(shù):（公式6）
3.結(jié)果與討論
3.1.機床的壓降與初始流化特性
圖3顯示機床壓降的變化，沙床表面氣流速度,在干燥測試中不同的旋轉(zhuǎn)速度，在初始流化階段,壓降增大均隨著流速。
圖3.CFB沙子的流化曲線 (dpD0.245 mm, nD400rpm).材料 (上/下): (m/h) 沙; (d/s) 玻璃珠
當?shù)竭_臨界點時，壓降將保持幾乎不變。但是，切片，觀察成塊的材料所得的結(jié)果不同。壓降曲線有一個最大值，它對應(yīng)的臨界液化點,如圖4。在初始流化階段,慢慢增大壓力降的增加與流速。當達到臨界點,壓降隨著氣速的增加而下降。這是因為在離心力場內(nèi)，切片材料的自鎖現(xiàn)象逐漸減弱,并且因為機床變得統(tǒng)一。這造成了一個流阻。降低機床轉(zhuǎn)速可以降低機床壓降和臨界氣速，如圖4。
這是由于減在了床上旋轉(zhuǎn)速度就會削弱離心力場和導(dǎo)致流動阻力減少。它也可以從圖4看出來:切片土豆的臨界流化速度要小于塊狀土豆，是由于片狀材料更大地觸風(fēng)面積。
圖4.不同形狀材料的流化曲線（切片土豆10mm_10mm_1.5 mm, nD300 rpm; (h) 塊狀土豆5mm_5mm_5 mm, nD300 rpm; (s)塊狀土豆5mm_5mm_5 mm, nD250 rpm.
3.2.干燥曲線
典型的氣體溫度和機床層溫度曲線和濕沙的干燥曲線的在間歇干燥過程中顯示如圖5。
圖5.CFB間歇干燥曲線(sand,dpD0.411mm,MD2.48kg, !D41.9rads?1,U0D1.71ms?1,HinD0.016kg kg?1): (1) Tg;in ; (2) Tg;out ;(3) Tb; (4) R; (5) x.
并且，片狀材料機床的壓降也小于塊狀物料機床，是因為碎片材料在CFB有更好的流化特性。這從理論性顆粒物質(zhì)模型[6]是獲得的初始流化關(guān)系并不適合切片材料。不同形狀切片材料的初始流化條件是試驗性的，單獨決定的。
圖6片狀土豆的水份含量變化（曲線6）和干燥率（曲線7）
這也顯示出像沙子這種干燥材料的特點,其中水分含量主要是表面的水分, 就像在一個普通的干燥機，整個干燥過程即可分為三個階段。在一個簡短的初期階段,材料預(yù)熱和干燥速度迅速增加; 機床溫度增加到一個穩(wěn)定值。第二階段是干燥速率恒定階段,從氣體到材料的熱量轉(zhuǎn)移完全為材料表面水分的蒸發(fā)。材料溫度保持不變,干燥速率也不變。最后一個階段被稱為降速階段，材料的溫度和干燥速率也逐漸增加，直到干燥過程的最后。
CFB片狀食品產(chǎn)品的干燥行為與圖6所示的沙子又有些不同。顯然,CFB切片土豆的干燥特性與在傳統(tǒng)的干燥過程基本相似。在一開始,有一個短暫的最初階段。在這一時期,機床材料預(yù)先加熱;機床溫度迅速達到一個穩(wěn)定值，干燥速率快速增加。這個初步的時期之后是一個干燥速率穩(wěn)定階段。在恒定的速率期,測試材料的表面覆蓋著一層很薄的水膜。氣體流動至材料的熱轉(zhuǎn)移用來完全蒸發(fā)水分,所以切片材料的溫度保持平衡，溫度和干燥速度是在最大值。這是很重要的,土豆的主要的水分含量是細胞水分,所以恒定的速率時期是很短暫的。最重要的干燥過程是在降速時期完成的。在降速時期,表面附近的干燥層出現(xiàn)并由于內(nèi)部水分外流的運輸阻力更大而逐漸減弱。這導(dǎo)致熱傳遞阻力增加,干燥速率在第一階段迅速降低。干層后的溫度已上升到一定的值,干燥速率慢慢的減少。這表明,在該降速時期，切片土豆在循環(huán)流化床干燥機可以分開成兩個不同的階段。這對工程設(shè)計與操作都至關(guān)重要。實驗結(jié)果表明, 干燥過程中切片土豆比塊狀土豆有一個更大的干燥速率和較短的干燥時間。這是因為在切片材料中從內(nèi)細胞到外蒸發(fā)表面的水分運輸距離比在塊狀材料中要短。特別值得一提的是，在干燥過程中，在第二階段的降速時期片狀材料更短。
一般來說,由于薄片材料可能被流態(tài)化和混合得很好,干燥時間極短。例如,CFB切片土豆的干燥時間比隧道式干燥機短15倍，比常規(guī)流化干燥器短5倍。
3.3.操作參數(shù)的影響
3.3.1表面氣體流速
很明顯,表面流速的增加將增加流化的程度,因此,氣體階段與固體階段之間的熱量與質(zhì)量傳遞可能會大幅提高。這導(dǎo)致了干燥速度更大和干燥時間短,是,如圖7。這臨界水分含量會隨氣流速度增加而增加，如圖7虛線所示。對于食品原料,實驗結(jié)果表明,在穩(wěn)定速度時期和在第一時期，干燥速度會隨著在低氣流速度區(qū)域的氣體流速的增加而增加。因此,總干燥時間會減少。然而,當流速增加到一定值,恒定的速率會消失,降速時期的第一階段減短而第二階段增長。 .
圖7表觀氣速對水分含量的影響
(dpD0.411 mm, MD2.50 kg, !D41.9 rad s?1, HinD0.016 kg kg?1): (1)
U0D1.66ms?1; (2) U0D2.17ms?1.
M.H. Shi et al. / 化工雜志 78 (2000) 107–113 111
總干燥時間就會保持不變;這是因為馬鈴薯的主要水含量是內(nèi)層細胞水和主要的干燥過程是在降速時期的第二階段。增加進口燃氣溫度,所有的干燥速率和干燥周期總數(shù)增加，干燥時間就減少。然而,燃氣溫度的增加會受制于干燥食物的質(zhì)量。我們的測試中,最好的入口氣體溫度大約是100-110℃。實驗結(jié)果也表明, 在相同的操作條件下，固定尺寸的切片蘿卜的干燥速率比切片土豆的更大。這是因為微觀組織的測試實例表明,蘿卜比土豆有一個更大的帶有一種更加規(guī)則性排列細胞結(jié)構(gòu)，而且，蘿卜細胞里液體的粘性更??；這些結(jié)構(gòu)特點讓蘿卜容易干燥。
3.3.2.旋轉(zhuǎn)速度
相同的氣速,降低床上旋轉(zhuǎn)速度將會減少離心力作用于物質(zhì)的流態(tài)化程度,而提高材料的流化程度;這導(dǎo)致氣體階段和固體階段之間的熱量和質(zhì)量傳遞會增加。因此,當減少機床的旋轉(zhuǎn)速度,干燥速度增加了,如圖8。并且整個機床的干燥過程會比較均勻。這意味著,對于CFB一個給定的材料干燥,機床轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量放低，直到流化狀態(tài)可能就不能維持。當通過提高在CFB干燥器內(nèi)的氣體速度來增強干燥過程， 同時,必須增加速度,避免干燥材料從機床上吹出去。在理論上,通過限制CFB機床的旋轉(zhuǎn)速度，在任何氣體流速下機床操作都能是最佳流化狀態(tài)。
圖8.旋轉(zhuǎn)速度的影響 (dpD0.411 mm, MD2.41 kg, U0D
1.43ms?1, HinD0.0123 kg kg?1): (1) !D52.4 rad s?1; (2) !D41.9 rad s?1.
圖 9. 粒子直徑的影響 (MD2.4 kg, !D41.9 rad s?1, U0D
1.43ms?1, HinD0.0123 kg kg?1): (1) dpD0.245 mm; (2) dpD0.411 mm.
3.3.3.粒子直徑
圖9顯示了CFB下粒子直徑對干燥行為的影響。顯而易見的是,對于走直徑更大的粒子，由于氣體和固體顆粒之間更大的下滑速度，干燥過程中的熱量與質(zhì)量傳遞將會增強。 因此,CFB干燥速率會隨著粒子直徑的增加而增加，如圖9所示。然而,隨著增加物質(zhì)維度,內(nèi)部傳熱傳質(zhì)阻力會增加,因此,對于一個給定的干燥材料,在特定操作條件下，那對于決定干燥過程中最佳材料規(guī)模是非常重要的。
3.3.4.機床厚度
圖10顯示初始床厚度的影響上干燥工藝?？梢钥闯?以提高料層厚度,干燥速率會減少,這是因為氣體階段和固體階段之間的熱量與質(zhì)量傳遞的驅(qū)動力在陜窄的機床條件下更大。
圖 10. 機床厚度的影響 (dpD0.411 mm, !D41.9 rad s?1,
U0D1.43ms?1, HinD0.0123 kg kg?1): (1) L0D30 mm; (2) L0D20 mm.
112 M.H. Shi et al. / 化工雜志78 (2000) 107–113
圖 11.初始水分含量(dpD0.411 mm, MD2.48 kg, !D41.9
rad s?1, U0D1.71ms?1, HinD0.016 kg kg?1): (1) x0D0.221 kg kg?1; (2)
x0D0.0574 kg kg?1.
3.3.5.初始水分含量的影響
很明顯,初始水分含量越大的材料干燥時間更長 (圖11),但是干燥特性都是相同的。唯一的區(qū)別在于恒定速率階段的持續(xù)時間。
3.4.熱量傳遞關(guān)聯(lián)性
65%的實驗操作都是通過濕沙和玻璃珠進行的，機床高度固定為10-30mm之間，雷諾系數(shù)從5.47到35.3以及離心力這重力的10.08到28倍。熱量傳遞系數(shù)被轉(zhuǎn)換成努塞系數(shù)，看作是平均溫度下的平均直徑和熱電導(dǎo)率。使用迴歸分析的程式，獲得了在干燥過程中的CFB氣體與粒子間熱量傳遞的無量綱關(guān)聯(lián)。擴散系數(shù)的指數(shù)比(Prandtl號碼)已被假設(shè)為1 / 3;
圖12.試驗結(jié)果與計算結(jié)果的比較
（公式7）
因此，合適的參數(shù)范圍內(nèi)對上述二者的相互關(guān)系是,FcD10.0-28.0 ReD5.0-42.0。 努塞爾系數(shù)定義為NuDhdp /λ;雷諾數(shù)為ReDρgU0dp / μ;普朗特數(shù)是PrDCpgμ/λ; 然后,無量綱的離心力被定義為Fc=ro ω2/g。圖12顯示的是試驗的熱量傳遞與公式7的計量值比較。這項工作測試得到的所有數(shù)據(jù)偏差在25%以內(nèi)。
4. 結(jié)語
1.CFB可能可以在填充床上操作,剛剛出現(xiàn)的流化或流化機床在給定的流速下，通過使用一個強流率的離心力場，可以維持穩(wěn)定的流化狀態(tài)。
2.CFB分散器附近沒有明顯的“活躍區(qū)域”。在表觀氣速、粒子直徑、粒子形狀因子、、粒子密度、機床厚度和機床轉(zhuǎn)速的影響下，氣體與團體之間的熱傳遞產(chǎn)生。
3.CFB干燥器中，干燥過程可以分為三個階段,干燥速度隨著表觀氣速和顆粒直徑的增加及旋轉(zhuǎn)速度和初始機床厚度的減少而增加，
4．在CFB中切片食品產(chǎn)品能夠流化和混合和非常好。壓降曲線有一個最大值，臨界流化參數(shù)隨著干燥產(chǎn)品及材料本身形狀和大小的變化及操作條件的變化而變化。
5.切片食品產(chǎn)品可以干得很好很快。干燥的主要過程是在降速期間,干燥速率速率取決于干燥產(chǎn)口的材料、形狀、和尺寸以及操作條件。
5．術(shù)語
a 顆粒表面每單位體積
Cpg,Cps 氣體或固體的比熱容
Dp 平均粒子直徑
DAB 分子擴散性
Fc 無量鋼的離心力，
G 氣體質(zhì)量流率
h 熱傳系數(shù)
H 機床寬度；氣體可濕性
Lo 固定床厚度
M 干燥材料的重量
n 機床轉(zhuǎn)速（每分鐘轉(zhuǎn)速）
Nu 努塞爾數(shù)，hdp/
△P 壓降（kpa）
Pr 普朗特系數(shù)，
R 干燥速率
Re 雷諾系數(shù)
T 溫度
U0 表面氣體流速
x 水分含量
希臘字母
ε 多孔性
λ 導(dǎo)電性
μ 氣體粘度
υ 氣體運動粘度
氣體或固體密度
球形
ω 角速度
致謝
本項目由中國國家自然科學(xué)基金會支持。
參考文獻
[1] M.E. Lazar, D.F. Farkas, The centrifugal fluidized bed. 2. Drying studies on piece form foods, J. Food Sci. 36 (1971) 315–319.
[2] M.E. Lazar, D.F. Farkas, J. Food Sci. 44 (1979) 242–246.
[3] G.E. Brown, D.F. Farkas, Centrifugal fluidized bed, Food Technol. 26 (12) (1972) 23–30.
[4] R.A. Carlson, R.L. Roberts, D.F. Farkas, Preparation of quick cooking rice products using a centrifugal fluidized bed, J. Food Sci. 41 (1976) 1177–1179.
[5] D.F. Hanni, D.F. Farkas, G.E. Brown, Design and operating parameters for a continuous centrifugal fluidized bed drier, J. Food Sci. 41 (1976) 1172–1176.
[6] C.I. Metcalfe, J.R. Howard, Fluidization, Cambridge University Press, Cambridge, 1978, pp. 276–327.
13
目 錄
1 緒論 1
1.1 混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 1
1.2 混合物料的種類及特性 2
2 混合罐結(jié)構(gòu)設(shè)計 2
2.1 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型 2
2.1.1 筒體及封頭型式 2
2.1.2 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑 2
2.1.3 確定內(nèi)筒體高度H 3
2.1.4 選取夾套直徑 3
2.1.5 校核傳熱面積 3
2.2 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計算 3
2.2.1 選擇材料，確定設(shè)計壓力 4
2.2.2 夾套筒體和夾套封頭厚度計算 5
2.2.3 內(nèi)筒體壁厚計算 6
2.3入孔選型及開孔補強設(shè)計 6
2.4混合器的選型 8
2.5混合附件 9
3 傳動裝置的設(shè)計 10
3.1 減速器和電動機的選型條件 10
3.2 電動機與減速器的選擇 10
3.3 聯(lián)軸器的選型 12
3.4 混合軸的設(shè)計及其結(jié)果驗證 12
3.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接 12
3.5.1 連接形式 12
3.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 13
3.6 軸承的設(shè)計與校核 13
3.6.1 混合軸受力模型選擇與軸長的計算 14
3.6.2 按扭轉(zhuǎn)變形計算計算混合軸的軸徑 17
3.6.3 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算混合軸軸徑 20
3.6.4 按強度計算混合軸的軸徑 23
3.6.5 按軸封處（或軸上任意點處處）允許徑向位移驗算軸徑 24
3.6.6 軸徑的最后確定 24
4 支撐裝置設(shè)計 24
4.1 混合機的支承部分 24
4.1.1 機座 25
4.1.2 軸承裝置 25
4.2 下支撐座的設(shè)計 26
4.2.1 軸承的選型 27
4.2.2 支撐套的設(shè)計 27
5 軸的密封 27
5.1 密封裝置的類型 27
5.2 軸的密封選擇 27
5.3 封口錐結(jié)構(gòu)選型與計算 28
結(jié) 論 32
參考文獻 33
致 謝 34
The design of double-axial without gravity powder mixer's mixing unit
Abstract: Mixing can make two or more different substances dispersed into each other in each other, so as to achieve uniform mixing, that can also speed up the process of heat and mass transfer.In industrial production, mixing operation is started from the chemical industry, focusing on food, fiber, paper, petroleum, water treatment, as part of the process widely used. In industrial production, most of the mixing operations are mechanical mixing system to medium and low voltage vertical mixing equipment based steel containers. Mixing equipment mainly contains three major parts of mixing device,seal and mixed cans.
The design issue is mainly related to biaxial mixer weightless dust mixed reaction mixer unit design, including mixed cans, motor and reducer selection, support equipment design, shaft seal set design.
Keywords: Mixer Axis gravity Mixing unit Mechanical design
Signature of supervisor:
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：
雙軸無重力粉體混合機混合單元的設(shè)計
II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求：
1、生產(chǎn)率：5噸/時；
2、裝機容量：11千瓦；
3、分批混合：500kg/批；
4、產(chǎn)品質(zhì)量：混合均勻度變異系數(shù)cv≤5%；
5、能耗：耗電≤5kWh/t；
III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1．查閱資料，英文資料翻譯 （2周）1月3日～1月17日
2．撰寫開題報告 （1周）1月18日～1月23日
3．設(shè)計并繪制混合機混合單元裝配圖 確 （5周）2月21日～3月27日
4．繪制主要零件圖若干張 （4周）3月27日～4月23日
5．編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 （3周）4月25日～5月21日
6．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 （1.5周）5月23日～ 6月2日
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 璞良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計.第七版.北京：高等教育出版社，2001
[2] 金國淼等.攪拌設(shè)備(化工設(shè)備設(shè)計全書). 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2002
[3] 徐灝主編，機械設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.12
[4] 李克永.化工機械手冊. 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5
[5] Bathala C. Redlaty, V. S. Muvthy, Madaboosi S. Ananth, Chamarti D. P. Rao. Modeling of continuous Fertilizer Cranulation process for control. Part. Part. Syst. Charact 15(1998):156-160
雙軸無重力粉體混合機混合單元的設(shè)計
1 緒論
混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作時從化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。
混合操作分為機械混合與氣流混合。氣流混合是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生混合作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機械混合相比，僅氣泡的作用對液體進行的混合時比較弱的，對于幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難于使用的。但氣流混合無運動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體的混合時比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的混合操作均系機械混合，以中、低壓立式鋼制容器的混合設(shè)備為主。混合設(shè)備主要由混合裝置、軸封和混合罐三大部分組成。
1.1 混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著混合操作?；旌显O(shè)備在許多場合時作為反應(yīng)器來應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，混合設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的99%。?；旌显O(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因混合設(shè)備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)?；旌显O(shè)備的作用如下：①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好的分散；③使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸?。虎苁共幌嗳艿牧硪灰合嗑鶆驊腋』虺浞秩榛?；⑤強化相間的傳質(zhì)（如吸收等）；⑥強化傳熱?；旌显O(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化?；どa(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的混合設(shè)備。
1.2 混合物料的種類及特性
混合物料的種類主要是指流體。在流體力學(xué)中，把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。在混合設(shè)備中由于混合器的作用，而使流體運動。
2 混合罐結(jié)構(gòu)設(shè)計
本課題的主要設(shè)計參數(shù)是：
1、生產(chǎn)率：5噸/時；
2、裝機容量：11千瓦；
3、分批混合：500kg/批；
4、產(chǎn)品質(zhì)量：混合均勻度變異系數(shù)cv≤5%；
5、能耗：耗電≤5kWh/t；
2.1 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型
2.1.1 筒體及封頭型式
選擇圓柱形筒體，采用標準橢圓形封頭
2.1.2 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑
發(fā)酵罐類設(shè)備長徑比取值范圍是1.7~2.5，綜合考慮罐體長徑比對混合功率、傳熱以及物料特性的影響選取根據(jù)工藝要求，裝料系數(shù)，罐體全容積，罐體公稱容積（操作時盛裝物料的容積）。
初算筒體直徑
即
圓整到公稱直徑系列，去。封頭取與內(nèi)筒體相同內(nèi)經(jīng)，封頭直邊高度，
2.1.3 確定內(nèi)筒體高度H
當時，查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表16-6得封頭的容積
，取
核算與
，該值處于之間，故合理。
該值接近，故也是合理的。
2.1.4 選取夾套直徑
表1 夾套直徑與內(nèi)通體直徑的關(guān)系
內(nèi)筒徑
夾套
由表1，取。
夾套封頭也采用標準橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑
2.1.5 校核傳熱面積
工藝要求傳熱面積為，查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表16-6得內(nèi)筒體封頭表面積高筒體表面積為
總傳熱面積為
故滿足工藝要求。
2.2 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計算
2.2.1 選擇材料，確定設(shè)計壓力
按照《鋼制壓力容器》（）規(guī)定，決定選用高合金鋼板，該板材在一下的許用應(yīng)力由《過程設(shè)備設(shè)計》附表查取，，常溫屈服極限。
計算夾套內(nèi)壓
介質(zhì)密度
液柱靜壓力
最高壓力
設(shè)計壓力
所以
故計算壓力
內(nèi)筒體和底封頭既受內(nèi)壓作用又受外壓作用，按內(nèi)壓則取，按外壓則取
2.2.2 夾套筒體和夾套封頭厚度計算
夾套材料選擇熱軋鋼板，其
夾套筒體計算壁厚
夾套采用雙面焊，局部探傷檢查，查《過程設(shè)備設(shè)計》表4-3得
則
查《過程設(shè)備設(shè)計》表4-2取鋼板厚度負偏差，對于不銹鋼，當介質(zhì)的腐蝕性極微時，可取腐蝕裕量，對于碳鋼取腐蝕裕量，故內(nèi)筒體厚度附加量，夾套厚度附加量。
根據(jù)鋼板規(guī)格，取夾套筒體名義厚度。
夾套封頭計算壁厚為
取厚度附加量，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。
2.2.3 內(nèi)筒體壁厚計算
①按承受內(nèi)壓計算
焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計算壁厚為：
②按承受外壓計算
設(shè)內(nèi)筒體名義厚度，則，內(nèi)筒體外徑。
內(nèi)筒體計算長度。
則，，由《過程設(shè)備設(shè)計》圖4-6查得，圖4-9查得，此時許用外壓為：
不滿足強度要求，再假設(shè)，則，，
內(nèi)筒體計算長度
則，
查《過程設(shè)備設(shè)計》圖4-6得,圖4-9得，此時許用外壓為：
故取內(nèi)筒體壁厚可以滿足強度要求。
考慮到加工制造方便，取封頭與夾套筒體等厚，即取封頭名義厚度。按內(nèi)壓計算肯定是滿足強度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進行校核。封頭有效厚度。由《過程設(shè)備設(shè)計》表4-5查得標準橢圓形封頭的形狀系數(shù)，則橢圓形封頭的當量球殼內(nèi)徑，計算系數(shù)A
查《過程設(shè)備設(shè)計》圖4-9得
故封頭壁厚取可以滿足穩(wěn)定性要求。
2.2.4 水壓試驗校核
①試驗壓力
內(nèi)同試驗壓力取
夾套實驗壓力取
②內(nèi)壓試驗校核
內(nèi)筒筒體應(yīng)力
夾套筒體應(yīng)力
而
故內(nèi)筒體和夾套均滿足水壓試驗時的應(yīng)力要求。
③外壓實驗校核
由前面的計算可知，當內(nèi)筒體厚度取時，它的許用外壓為，小于夾套的水壓試驗壓力，故在做夾套的壓力實驗校核時，必須在內(nèi)筒體內(nèi)保持一定壓力，以使整個試驗過程中的任意時間內(nèi)，夾套和內(nèi)同的壓力差不超過允許壓差。
2.3 入孔選型及開孔補強設(shè)計
①入孔選型
選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸法蘭入孔，標記為：入孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示:
密封面
形式
公稱壓力PN（MP）
公稱直徑DN
突面
（RF）
螺柱
螺母
螺柱
總質(zhì)量
（）
數(shù)量
直徑長度
開孔補強設(shè)計
最大的開孔為入孔，筒節(jié)，厚度附加量，補強計算如下：
開孔直徑
圓形封頭因開孔削弱所需補強面積為：
入孔材料亦為不銹鋼0Cr18Ni9，所以
所以
有效補強區(qū)尺寸：
在有效補強區(qū)范圍內(nèi)，殼體承受內(nèi)壓所需設(shè)計厚度之外的多余金屬面積為：
故
可見僅就大于,故不需另行補強。
最大開孔為入孔，而入孔不需另行補強，則其他接管均不需另行補強。
2.4 混合器的選型
槳徑與罐內(nèi)徑之比叫槳徑罐徑比,渦輪式葉輪的一般為0.25~0.5，渦輪式為快速型，快速型混合器一般在時設(shè)置多層混合器，且相鄰混合器間距不小于葉輪直徑d。適應(yīng)的最高黏度為左右。
混合器在圓形罐中心直立安裝時，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度C一般為槳徑的1~1.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，如離底高度.最上層葉輪高度離液面至少要有1.5d的深度。
符號說明
——鍵槽的寬度
——混合器槳葉的寬度
——輪轂內(nèi)經(jīng)
——混合器槳葉連接螺栓孔徑
——混合器緊定螺釘孔徑
——輪轂外徑
——混合器直徑
——混合器圓盤的直徑
——混合器參考質(zhì)量
——輪轂高度
——圓盤到輪轂底部的高度
——混合器葉片的長度
——弧葉圓盤渦輪混合器葉片的弧半徑
——混合器許用扭矩
——輪轂內(nèi)經(jīng)與鍵槽深度之和
——混合器槳葉的厚度
——混合器圓盤的厚度
工藝給定混合器為六彎葉圓盤渦輪混合器，其后掠角為，圓盤渦輪混合器的通用尺寸為槳徑:槳長:槳寬，圓盤直徑一般取槳徑的，彎葉的圓弧半徑可取槳徑的。
查HG-T 3796.1~12-2005,選取混合器參數(shù)如下表
由前面的計算可知液層深度，而，故，則設(shè)置兩層混合器。為防止底部有沉淀，將底層葉輪放置低些，離底層高度為，上層葉輪高度離液面的深度，即。則兩個混合器間距為，該值大于也輪直徑，故符合要求。
2.5 混合附件
①擋板
擋板一般是指長條形的豎向固定在罐底上板，主要是在湍流狀態(tài)時，為了消除罐中央的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”而增設(shè)的。罐內(nèi)徑為，選擇塊豎式擋板，且沿罐壁周圍均勻分布地直立安裝。
3 傳動裝置的設(shè)計
3.1 減速器和電動機的選型條件
(1) 機械效率，傳動化，功率，進出軸的許用扭距和相對位置。
(2) 出軸旋轉(zhuǎn)方向是單項或雙向。
(3) 混合軸軸向力的大小和方向。
(4) 工作平穩(wěn)性，如震動和荷載變化情況。
(5) 外形尺寸應(yīng)滿足安裝及檢修要求。
(6) 使用單位的維修能力。
(7) 經(jīng)濟性。
3.2電動機與減速器的選擇
混合設(shè)備的電動機通常選用普通異步電動機。澄清池混合機采用YCT系列滑差式電磁調(diào)速異步電動機，消化池混合機一般采用防爆異步電動機。
混合設(shè)備的減速器應(yīng)優(yōu)先選用標準減速器及專業(yè)生產(chǎn)廠產(chǎn)品，參考文獻[2]“標準減速器及產(chǎn)品”選用，其中一般選用機械效率較高的擺線針輪減速器或齒輪減速器：有防爆要求時一般不采用皮帶傳動：要求正反向傳動時一般不選用蝸輪傳動。電動機及減速機選用，見表3-1
表3-1電動機與減速器的選型
名稱
符號
單位
第一檔
第二檔
第三檔
混合器的轉(zhuǎn)速
n
r/min
7.5
5.9
3.64
混合功率
N
KW
0.34
0.16
0.04
電動機算功率
N=式中
k—工況系數(shù)24h連續(xù)運行為1.2
=擺線針輪減速機傳動效率
=滾動軸承傳動效率
KW
0.46
0.22
0.05
選用電動機的功率
KW
0.8
0.4
0.4
電動機同步轉(zhuǎn)速
r/min
1500
1500
1500
減速比
200
254
412
選用減速器減速比
187
289
385
選用減速器輸出軸轉(zhuǎn)速
r/min
8
5.2
3.9
3.3 聯(lián)軸器的選型
根據(jù)機械設(shè)計手冊及混合機的類型選用凸緣聯(lián)軸器，由電機的尺寸選擇聯(lián)軸器軸徑d=65mm， L1=104mm，L2 =42mm，許用扭轉(zhuǎn)為850N.m，質(zhì)量為17.97Kg，標記為：聯(lián)軸器D65-ZG，
3.4 混合軸的設(shè)計及其結(jié)果驗證
由上面所選聯(lián)軸器的類型初步確定混合軸小徑為：d1=65mm
下面來做軸徑的理論計算：
由《過程裝備設(shè)計》查的公式：
（3.1）
式中C2—按扭轉(zhuǎn)剛度計算系數(shù)，當扭轉(zhuǎn)角為1/m時，C2=91.5
N—混合器的功率，單位KW
n—混合器的轉(zhuǎn)速，單位r/min
得：
第一檔：
第二檔：
第三檔：
經(jīng)上面計算所的結(jié)果可以看出3個軸徑的理論數(shù)值都小于65mm，故軸的小徑選：
d1=65mm
3.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接
3.5.1 連接形式
槳式混合器與軸的連接，當采用槳葉一端煨成半個軸套，用螺栓將對開的軸套夾緊在混合軸上的結(jié)構(gòu)時D≤600mm時用一對螺栓鎖緊：D＞600mm時用兩對螺栓鎖緊。這種連接結(jié)構(gòu)為傳遞扭距可靠起見，宜用一穿軸螺栓使混合器與軸固定。
本設(shè)計由于軸選取D≤600mm，故選用一對螺栓縮緊裝置。
3.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接
當采用鍵和止動螺釘將混合器軸套固定在混合軸上的結(jié)構(gòu)時，鍵應(yīng)按GB1095-79《平鍵和鍵槽的剖面尺寸》選取?；旌掀鬏S套外勁D宜為軸徑D的1.6-2倍。軸套長度應(yīng)略大于軸套處槳葉寬度在軸線上的投影長度，但不小于D1。
由上面設(shè)計知：d1=65mm，再由文獻[4]查得，選取鍵為圓鍵，長度為85mm，寬度為18mm，厚度為14mm。
3.6 軸承的設(shè)計與校核
3.6.1 混合軸受力模型選擇與軸長的計算
軸長：
3.6.2 按扭轉(zhuǎn)變形計算計算混合軸的軸徑
軸的許用扭轉(zhuǎn)角，對單跨軸有；
混合軸傳遞的最大扭矩
上式中,，帶傳動取，
所以
根據(jù)前面附件的選型。取
根據(jù)軸徑計算軸的扭轉(zhuǎn)角
所以
3.6.3 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算混合軸軸徑
剛性軸（不包括帶錨式和框式混合器的剛性軸）的有效質(zhì)量等于軸自身的質(zhì)量加上軸附帶的液體質(zhì)量。
對單跨軸
所以
圓盤（混合器及附件）有效質(zhì)量的計算
剛性混合軸（不包括帶錨式和框式混合器的剛性軸）的圓盤有效質(zhì)量等于圓盤自身重量叫上混合器附帶的液體質(zhì)量
上式中：
——第個混合器的附加質(zhì)量系數(shù)，查表3.3.4—1
——第個混合器直徑，
——第個混合器葉片寬度，
葉片傾角，圓盤質(zhì)量
所以
作用集中質(zhì)量的單跨軸一階臨界轉(zhuǎn)速的計算
（1）兩端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量在中點處的相當質(zhì)量為：
第個圓盤有效質(zhì)量在中點處的相當質(zhì)量為：
所以
在點處的相當質(zhì)量為：
所以
臨界轉(zhuǎn)速為：
所以
（2）一端固定另一端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量在中點處的相當質(zhì)量為：
第個圓盤有效質(zhì)量在中點處的相當質(zhì)量為：
所以
在點處總的相當質(zhì)量為：
所以
臨界轉(zhuǎn)速為：
所以
（3）單跨混合軸傳動側(cè)支點的夾持系數(shù)的選取
傳動側(cè)軸承支點型式一般情況是介于簡支和固支之間，其程度用系數(shù)表示。采用剛性聯(lián)軸節(jié)時，,取。
所以
根據(jù)混合軸的抗震條件：當混合介質(zhì)為液體—液體，混合器為葉片式混合器及混合軸為剛性軸時，且
所以滿足該條件。
3.6.4 按強度計算混合軸的軸徑
受強度控制的軸徑按下式求得：
式中：——軸上扭矩和彎矩同時作用時的當量扭矩
——軸材料的許用剪應(yīng)力
軸上扭矩按下式求得：
——包括傳動側(cè)軸承在內(nèi)的傳動裝置效率，按附錄D選取，則
所以
軸上彎矩總和應(yīng)按下式求得：
（1） 徑向力引起的軸上彎矩的計算
對于單跨軸，徑向力引起的軸上彎矩可以近似的按下式計算：
第個混合器的流體徑向力應(yīng)按下式求得 ：
式中：——流體徑向力系數(shù)，按照附錄C. 2有
——第個混合器功率產(chǎn)生的扭矩
——第個混合器的設(shè)計功率，按附錄 C. 3有
兩個混合器為同種類型，，則
所以
所以
（2） 混合軸與各層圓盤的組合質(zhì)量按下式求得。
對于單跨軸：
——單跨軸段軸的質(zhì)量
所以
故
（3）混合軸與各層圓盤組合質(zhì)量偏心引起的離心力按下式求得。
對于單跨軸：
上式中，對剛性軸的初值取
——許用偏心距（組合件重心處），
——平衡精度等級，。一般取
所以
則
（4）混合軸與各層圓盤組合重心離軸承的距離按下式計算。
對于單跨軸：
所以
而
（5）由軸向推力引起作用于軸上的彎矩的計算。
的粗略計算：
當或軸上任一混合器時，取
故
所以
所以
所以
前面計算中取軸徑為，故強度符合要求。
3.6.5 按軸封處（或軸上任意點處處）允許徑向位移驗算軸徑
因軸承徑向游隙、所引起軸上任意點離圖中軸承距離處的位移。
對于單跨軸：
軸承徑向游隙按照附錄C．1選取，因此
傳動側(cè)軸承游隙 （傳動側(cè)軸承為滾動軸承）
單跨軸末端軸承游隙 （該側(cè)軸承為滑動軸承）
當時，求得的即為軸封處的總位移，
所以
由流體徑向作用力所引起軸上任意點離圖中軸承距離處的位移。
對于單跨軸：
兩端簡支的單跨軸
且,
而
所以
=
一端固支另一端簡支的單跨軸：
代入已知數(shù)據(jù)可得
由混合軸與各層圓盤（混合器及附件）組合質(zhì)量偏心引起的離心力在軸上任意點離圖中軸承距離處產(chǎn)生的位移按下式計算
對兩端簡支單跨軸：
代入已知數(shù)據(jù)可得
所以
對一端固支一端簡支單跨軸：
代入已知數(shù)據(jù)可得：
所以
一般單跨軸傳動側(cè)支點的夾持系數(shù)介于簡支和固支之間，此時值應(yīng)取式和式之中間值，查附錄C．4取
查附錄C．5得
所以
所以
總位移及其校核
對于剛性軸：
所以
驗算應(yīng)滿足下列條件：
軸封處允許徑向位移按下式計算：
——徑向位移系數(shù)，按附錄C．6．1選取
所以
則滿足
3.6.6 軸徑的最后確定
由以上分析可得，混合軸軸徑滿足臨界轉(zhuǎn)速和強度要求，故確定軸徑為。
混合軸軸封的選擇
機械密封是一種功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用壽命長的旋轉(zhuǎn)軸密封。與填料密封相比，機械密封的泄漏率大約為填料密封的，功率消耗約為填料密封的。故采用機械密封。
4 支撐裝置設(shè)計
4.1混合機的支承部分
4.1.1機座
立式混合機設(shè)有機座，在機座上要考慮留有容納聯(lián)軸器，軸封裝置和上軸承等不見的空間，以及安裝操作所需的位置。
機座形式分為不帶支承的J-A型和帶中間支承的J-B型以及JXLD型擺線針輪減速器支架，由文獻[3]中的2.8用立式減速器的減速器機座的系列選用，當不能滿足設(shè)計要求時參考該系列尺寸自行設(shè)計。
由于混合軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式故選用J—A型機座，由于減速器軸徑為65mm，故選用J—A—65
該機座結(jié)構(gòu)如圖4-1所示
如圖4-1 上軸承支承裝置
4.1.2軸承裝置
上軸承：設(shè)在混合機機座內(nèi)。當混合機軸向力較小時，可不設(shè)上軸承，(如J-A型機座)，但應(yīng)驗算減速機軸承承受混合軸向力的能力。當混合機軸向力較大時，須設(shè)上軸承：若減速機軸與混合軸采用剛性連接，可在機座中設(shè)一個上軸承，以承擔混合機軸向立和部分勁向力，如圖(5-2)所示：若減速機軸用非剛性連接，可在機座中設(shè)兩個軸承。當混合的軸向力很大時，減速機軸與混合軸應(yīng)用采用非剛性連接，應(yīng)在機座中設(shè)兩個上軸承或在機座中設(shè)一個上軸承并在容器內(nèi)或填料箱中再設(shè)支承裝置。
軸承蓋處的密封，一般上端用毛圈，下端采用橡膠油封。
4.2下支撐座的設(shè)計
4.2.1軸承的選型
底軸承：設(shè)在容器底部，起輔助支承作用，只承受勁向荷載。軸襯和軸套一般是整體式，安裝時先將軸承座對中，然后將支架焊于罐體上或?qū)⑤S承固定于池中預(yù)埋件上。
底軸承分以下兩種：
1. 罐裝底軸承：罐用底軸承用于容藥混合中，需加壓力清水潤滑，不能空罐運轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)為滑動軸承形式。
(1) 適用于大直徑容器的三足式底軸承，如圖4-2所示，
圖4-2 三足底軸承
(2) 可折式底軸承可分為焊接式與鑄造式兩類。此種結(jié)構(gòu)形式可不拆混合軸即能將底軸拆下?？刹鹗降纵S承尺寸和零件材料。
2. 下底軸承：用于混合池或反應(yīng)池中。其結(jié)構(gòu)形式分為滾動軸承座和滑動軸承兩種：
(1) 滾動軸承座：在滾動軸承內(nèi)和滾動軸承座空間須填潤滑脂。滾動軸承必須嚴格密封，以防止泥沙和易沉物質(zhì)的磨損。
(2) 滑動軸承座：這種軸承必須注壓力清水進行沖刷和潤滑，在混合機起動前應(yīng)先接通清水，水量不超過1L/min。
滑動軸承材料：滑動軸承中軸襯和護套的材料應(yīng)選擇兩中不會膠合的材料。橡膠軸承內(nèi)環(huán)工作面與軸的間隙可取0.05-0.2mm。在內(nèi)環(huán)工作面應(yīng)軸向均布6-8條梯形截面槽，尖角圓滑過渡。
4.2.2支撐套的設(shè)計
根據(jù)上面所選軸承知，支撐套的材料應(yīng)選45#鋼，且軸承套的內(nèi)徑為軸承的外徑。查國標一般選20mm的板厚作為支撐套的原材料，該圖形設(shè)計由上面選擇的軸承座的類型根據(jù)文獻[3]選GPF-80型，如圖5-3所示：
圖4-3 下滑動軸承機座
5 軸的密封
5.1密封裝置的類型
用于機械混合反應(yīng)器的軸封主要有兩種：填料密封和機械密封。軸封的目的是避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從混合容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入混合容器內(nèi)。
5.2 軸的密封選擇
填料密封結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、密封要求不高、并允許定期維護的混合設(shè)備。
1．填料密封的結(jié)構(gòu)及工作原理
填料密封的結(jié)構(gòu)由：底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等組成。在壓蓋的壓力作用下，裝在混合軸與填料箱本體之間的填料，對混合軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。由于填料中含有潤滑劑，因此，在對混合軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時，使混合軸得到潤滑，而且阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達到密封目的。
2．填料密封的選用
根據(jù)填料的性能選用：當密封要求不高時，選用一般石棉或油浸石棉填料，當密封要求高時，選用膨體聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各種填料材料的性能不同，按表選用。
填料名稱
介質(zhì)極限溫度oC
介質(zhì)極限壓力Mpa
線速度m/s
適用條件
油浸石棉填料
450
6
-
蒸汽、空氣、工業(yè)用水、重質(zhì)石油產(chǎn)品、弱酸性等
聚四氟乙烯
纖維編結(jié)填料
250
30
2
強酸、強堿、
有機溶劑
聚四氟乙烯
石棉盤根
260
25
1
酸堿、強腐蝕性溶液、化學(xué)試劑等
石棉線或石棉線與尼龍線浸漬聚四氟乙烯填料
300
30
2
弱酸、強堿、
各種有機溶劑等
柔性石墨填料
250-300
20
2
醋酸、硼酸、檸檬酸鹽酸等酸類
膨體聚四氟
乙烯石墨盤根
250
4
2
強酸、強堿、
有機溶液
因為在水處理中對密封要求不高，只要能夠阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達到密封目的即可。根據(jù)以上的填料密封的介紹，本課題的密封裝置選用：油浸石棉填料填料密封。
5.3 封口錐結(jié)構(gòu)選型與計算
符號說明
——軸向力系數(shù)；
——封口錐的連接系數(shù)；
——內(nèi)筒體厚度附加量，；
——夾套厚度附加量，；
——容器內(nèi)徑，；
——夾套內(nèi)徑，；
——夾套封頭與容器封頭的連接園直徑，；
——容器外壁至夾套壁中面的距離
——封口錐連接的強度系數(shù)；
——與封口錐相接的夾套加強區(qū)的實際長度，或連接封口錐與夾套
的第一道環(huán)焊縫至折邊錐體切線的距離，；
——工作或試驗條件下容器內(nèi)的設(shè)計壓力，；
——工作或試驗條件下夾套或通道內(nèi)的設(shè)計壓力，；
——夾套或通道的許用內(nèi)壓力，；
——容器筒體的實際壁厚，；
——夾套筒體、封口錐或通道的實際壁厚，；
——夾套筒體、封口錐或通道的計算厚度，；
——容器殼體與夾套殼體的間距系數(shù)；
——容器殼體與夾套殼體強度比系數(shù)；
——封口錐連接長度系數(shù)；
——封口錐相對有效承載長度系數(shù)；
——封口錐過渡區(qū)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑系數(shù)；
——設(shè)計溫度下容器殼體材料的許用應(yīng)力，；
——設(shè)計溫度下夾套殼體或通道材料的許用應(yīng)力，；
——計算的焊縫系數(shù)；
——夾套筒體的縱焊縫系數(shù)；
——容器筒體的環(huán)焊縫系數(shù)；
——夾套筒體的縱焊縫系數(shù)；
選擇（a）型結(jié)構(gòu)
a. 軸向力系數(shù)A
式中：，
即，取
所以
輔助系數(shù)、、、、、、
容器殼體與夾套殼體的間距系數(shù)
上式中：
所以
因所選封口錐結(jié)構(gòu)為（a）型，故封口錐過渡區(qū)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑系數(shù)。
封口錐連接長度系數(shù)，對于有
容器殼體于夾套殼體強度比系數(shù)
計算的焊縫系數(shù)、
封口錐相對有效承載長度系數(shù)
所以
封口錐的連接系數(shù)
式中：
對于，
所以
則
對于，
所以
，
所以
則
封口錐的許用內(nèi)應(yīng)力
所以
封口錐壁厚應(yīng)等于或大于與其相連接的夾套筒體壁厚，故取封口錐壁厚為。
總 結(jié)
兩個多月的畢業(yè)設(shè)計在忙碌中就快要結(jié)束了,在這兩個多月的時間里,在畢業(yè)設(shè)計之余還要兼顧找工作,因此,在這段時間里我覺得生活非常的充實.不但在畢業(yè)設(shè)計中鞏固了以前的知識,而且在人生道路上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會交際.
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年所學(xué)知識的一個考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計是課程設(shè)計一個質(zhì)的飛越.認識到這點,我對待畢業(yè)設(shè)計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認真謹慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.
在接到畢業(yè)設(shè)計課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計就不同了，它是一個綜合設(shè)計，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。
雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計是我最大的動力，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。
在本次設(shè)計中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識，因此設(shè)計之前就對大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認真的復(fù)習(xí)了一遍，開始對本課題的設(shè)計任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計的感覺。同時，由于設(shè)計的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機械制造方面的文獻，進而對這些文獻進行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運用能力和分析解決實際問題的能力。通過本次設(shè)計還使我更深切地感受到了團隊的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團隊合作精神也得到了增強。可以說，畢業(yè)設(shè)計體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識，也檢驗了我們的綜合素質(zhì)和實際能力
。
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致 謝
為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計過程中一直幫助我的老師。
我要感謝張緒坤指導(dǎo)老師，老師在整個設(shè)計過程中對我的影響很大，設(shè)計過程中的很多個難點都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的。也因為這樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無，我也就大方的有問題就問，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并解決問題。老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的專業(yè)知識，誨人不倦教學(xué)精神，在學(xué)術(shù)上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時我還要感謝跟我一起參與設(shè)計的同學(xué)，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問題，并互相提出解決的方法，設(shè)計能夠順利完成，也因為他們的幫助。
結(jié)束代表著新的開始，新的征程，本次的畢業(yè)設(shè)計將會成為我今后工作，學(xué)習(xí)生活中的一份堅實的基礎(chǔ)和保證。從中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)也將成為我們在今后生活道路上的一筆財富，挫折永遠是前進道路上所必須面對的，相信我們的未來會走的更好，也可以讓我們大學(xué)的老師放心。真心的感謝在大學(xué)幫助過我的老師和同學(xué)們，再次感謝你們！
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