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搅拌机传动机构设计


1 概 述
 
文中所述的搅拌机是用来对粉体混合的装备,其粉体混合是指两种或两种以上的组分,按不同的目的,使用选定的搅拌机将其均匀地混合在一起,使其在空间上分布均匀。粉体混合是一项重要的单元操作,广泛用于建筑、食品、饲料、化工、涂料、建材、塑料等领域;它在某些生产过程中还起着关键性的作用,良好的混合状况是产品质量的保障。
 
本文主要针对建筑工地对搅拌机的需求,设计一种螺旋式的搅拌机构,它在自转的同时使其粉体沿着螺旋线上升,并且一部分被摔出。这样更有利于使其充分的混合,使各个粉体单元在空间有了一定的自由度,所设计的螺旋轴见图1。有了螺旋结构可使每个小单元做上下运动,但是时间太长,所以结合了叶片结构(见图2),使其上升的同时加上叶片对周围的扩散作用,更能充分到达空间的任何部位,保障粉体小单元混合均匀的前提条件;但是,如果叶片采用相对混合面的切线的垂直方向,采用平行方式,则会使其中间有部分粉体单元不能出来,形成死角地带。为了克服这种死角现象,让其每个叶片都倾斜一个角度,排列成一定的层次角度,这样会使粉体充分搅拌到任何角落,又使搅拌力降低下来。本文设计的叶片搅拌式的结构如图2所示。以上两种结构就是该混粉机的主要传动机构,这两种结构通过合适的传动比,配置与之匹配的电动机,再加上自动上料与下料装置,则完成整台搅拌机的设计。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图1 螺旋轴结构 图2 叶片搅拌式结构
 
2 传动机构的设计与计算[1]
 
2.1 螺旋杆的几何形状
为使螺旋杆符合一定标准化,并考虑强度、刚度和有效截面积等因素,查标准采用135 型摆线齿形螺旋
 
杆,即 d j :D a =3:5.
 
式中:dj为节圆直径;Da 为顶圆直径螺旋杆导程:
 
T =(4/3)d j ~(10/3)d j .
 
2.2 螺旋型面的方程式
 
横截面齿形曲线含有齿根圆弧、齿根外摆线、齿顶外摆线、齿顶圆弧四段。它们均以导程围绕螺旋杆轴线作螺旋运动,形成螺旋型面。将圆弧看作特殊的外摆线,径向直线看作特殊的内摆线,则任意一段齿型都可用下面的摆线方程表达:
 
X=a cos( θ + τ )-b cos(m θ + τ ). Y=a sin( θ + τ )-b sin(m θ + τ ).
右旋螺旋杆的螺旋型面方程为:
X=a cos(m θ + ∂ + τ )-b cos(m θ + ∂ + τ ). Y=a sin(θ + τ + ∂ )-b sin(m θ + ∂ + τ ).
 
Z =K δ .
 
式中:θ 为齿形滚角(从 θ1 变** θ2 );τ 为x 轴同
各段齿形曲线起点与中心线连线之间的夹角;δ 为螺旋运动转动角;K 为螺旋参数。
 
螺旋杆的空间坐标示意,见图3 所示。
 
根据设计需求,设计螺旋轴的直径为110 mm,
 
即取D a =110 mm. d j :D a = 图3 螺旋杆空间坐标系
3:5,可得d j =66 mm .    
为使螺旋有较大的导程,螺旋轴自转的同时,能使粉体被甩出轴体,选取T =(10/3)d j =(10/3)×66=220.
 
即螺旋参数K 为:k =(T / 2π)=35.032.
 
根据要求:a  dj =0.5;b  dj =0.
即:a =110;b =0.
 
所以,右旋螺旋杆的螺旋型方程参数如下:
X=a cos(m θ + ∂ + τ )-b cos(m θ + ∂ + τ )
 
Y=a sin(θ + τ + ∂ )-b sin(m θ + ∂ + τ )


Z=K δ . X=0,Y=110.
 
Z =24.445.
 
2.3 叶片的设计与计算[3]
 
叶片要组装在一个叶轮上,其工作原理:叶轮由一个原动件带动后,叶片随之旋转,粉体经过叶片
 
在周围空间进行的搅拌和 4 直板式叶片叶轮所受到的切向力,使其在
 
空间获得更多的自由度。为使粉体更充分地运动,要按粉体的材料,选择合适的转速,更要设计比较好的叶片叶轮结构,所以按照设计需求,配合各种粉体都能达到预期设计目的,查到的叶轮结构见图4。
3 搅拌机的叶片设计
 
整个设计中,将叶片设计作为关键元件。为使箱
 
体与电机相接触的部位能够紧密地结合在一起,箱体采用了整体式焊接件,就要考虑到叶片在拆装过程中及维修中的方便性,所以叶片、叶轮、螺旋轴都采用分离的办法(不用固连式相接),相接处用螺纹连接。这样,既有利于装配,也有利于拆卸。叶片的总长度由箱

体的直径尺寸确定,箱体的内壁半径为192 mm,所以叶片的长度设计为180 mm,厚度为4 mm,叶片的三维模型,见图5。
 
 
 
 
 
 
 
 
图5 叶片的三维模型
 
4 结束语
 
搅拌机所含结构件较多,本文仅对传动机构进行介绍,可对搅拌机传动系统设计提供一定参考作用,也为搅拌机在建筑工地的应用打下基础。
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