小型搅拌器三维造型设计及关键零部件工艺设计

小型搅拌器三维设计及关键零部件工艺分析

摘要

搅拌设备使用历史悠久，应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，它所涉及的内容却极为广泛。本文介绍了小型搅拌器设计的基本思路和基本理论，分析了搅拌器的基本结构及其相关内容及搅拌器的运动和其动力装置。通过对搅拌器的基本设备的描述和对其基本工作原理、作用和功能等相关文献的参考，从而对小型搅拌器的设计加以综述。用pro/e 设计软件对搅拌器的零部件和整体进行三维设计。并对关键的零部件进行了工艺分析。

关键词：传动装置，联轴器，支承装置，电动机，减速器

The 3D Design of Small Blender and the

Process analysis for the Key components

Author:Du Bing

Tutor:Yang Hansong

Abstract

The equipment of pulsator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry，petroleum industry，architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness，but actually，the ingredient it involved are plaguy complexity. Tht text introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design，and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment principle，function and operation，thereby summarize the design of small https://www.360docs.net/doc/0914361869.html,ing Pro/e software to draw a stirrer on the components and the overall three-dimensional image.And the analysis of key parts of the process.

Key word: Gearing，Join shaft ware，Bearing device，Electromotor，Reducer

目录

No table of contents entries found.1 绪论

搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。

搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕·秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。

搅拌设备应用及作用

搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的99%。。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。

搅拌设备的作用如下：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好的分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；

⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥强化传热。

搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。

搅拌物料的种类及特性

搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器

的作用，而使流体运动。

搅拌装置的安装形式

搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。

(1)立式容器中心搅拌

将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。一般认为功率一下为小型，~22kW为中型。

(2)偏心式搅拌

搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。

(3)倾斜式搅拌

为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。

此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。一般采用的功率为~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值的调整等。

(4)底搅拌

搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。

底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。

(5)卧式容器搅拌

搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改

进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。

(6)卧式双轴搅拌

搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。

(7)旁入式搅拌

旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。

(8)组合式搅拌

有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。

毕业设计的意义

通过本次毕业设计，我们对搅拌器有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力，不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握，同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料，为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅，通过研究解决一些工程技术问题，各方面的能力均有提升。

2 搅拌器罐体结构设计

罐体的尺寸确定及结构选型

(1)筒体及封头型式

选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 (2)确定内筒体和封头的直径

搅拌罐类设备长径比取值范围是1~2，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取/ 2.0i H D =

根据工艺要求，装料系数0.7η=，罐体全容积1v =m 3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）7.07.01v g =?=?=ηv 。

初算筒体直径

i

i

i D H D H D V 4

4

2

π

π

=

≈

3

4ηπi g

i D H V D ≈

即0.86i D m =≈

圆整到公称直径系列，去900DN mm =。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度

mm h 252=，

(3)确定内筒体高度H

当2900,25DN mm h mm ==时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积v=

2

2

4(10.1113)

1.3983.140.94

i V v

H m D π

--=

=

=?，取 1.4H m =

核算/i H D 与η

/ 1.4/0.9 1.556i H D ==，该值处于1~2之间，故合理。

220.7

0.699'

0.9 1.40.1113

4

4

g g

i V V V D H v

ηπ

π

=

=

=

=+??+

该值接近0.7，故也是合理的。

表2-1 夹套直径与内通体直径的关系

由表2-1，取1009001001000j i D D mm =+=+=。 夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 内筒体及夹套的壁厚计算

(1)选择材料，确定设计压力

按照《钢制压力容器》（15098GB -）规定，决定选用0189Cr Ni 高合金钢板，该板材在150C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D 查取，[]103t MPa σ=，常温屈服极限137s MPa σ=。

计算夹套内压

介质密度31000/kg m ρ=

液柱静压力100010 1.40.014gH MPa ρ=??= 最高压力max 0.25P MPa = 设计压力max 1.10.25P P MPa ==

所以0.0145%0.0125gH MPa P MPa ρ=>= 故计算压力0.250.01250.375c P P gH MPa ρ=+=+=

内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0.375c P MPa =，按外压则取0.25c P MPa =

（2）夹套筒体和夹套封头厚度计算

夹套材料选择235Q B -热轧钢板，其235,[]113t s MPa MPa σσ== 夹套筒体计算壁厚j δ

2[]c j j t

c

P D P δσ?=

-

夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得0.85?= 则0.251000

1.30421130.850.55

j mm δ?=

=??-

查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差10.8C mm =，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量20C =，对于碳钢取腐蚀裕量22C mm =，故内筒体厚度附加量120.8a C C C mm =+=，夹套厚度附加量12 2.8b C C C mm =+=。

根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度4nj mm δ=。 夹套封头计算壁厚kj δ为

0.55900

1.172[]0.521130.850.50.55

c j kj t c

P D mm P δσ?=

=

=-??-?

确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。 （3）内筒体壁厚计算 ①按承受0.5775MPa 内压计算

焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：

0.375900

1.9342[]21030.850.5775

c j t c

P D mm P δσ??=

=

=-??-

②按承受0.25MPa 外压计算

设内筒体名义厚度6n mm δ=，则60.8 5.2e n a C mm δδ=-=-=，内筒体外径

2900211.2922.4o i n D D mm δ=+=+?=。

由《过程设备设计》图4-6查得0.0004A =，图4-9查得50B MPa =，此时许用外压

[]P 为：

50 5.2

[]0.2820.25922.4

e o B P MPa MP D δ?=

==> 故取内筒体壁厚6n mm δ=可以满足强度要求。

搅拌器的选型

桨径与罐内径之比叫桨径罐径比/d D ,涡轮式叶轮的/d D 一般为~，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在 1.3H D >时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d 。适应的最高黏度为50Pa s ?左右。

搅拌器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C 一般为桨径的1~倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度/10C D =.最上层叶轮高度离液面至少要有的深度。

图2-1 搅拌器

符号说明

b ——键槽的宽度 B ——搅拌器桨叶的宽度 d ——轮毂内经 1d ——搅拌器紧定螺钉孔径

2d ——轮毂外径 J D ——搅拌器直径

G ——搅拌器参考质量 2h ——圆盘到轮毂底部的高度

M ——搅拌器许用扭矩()N m ? t ——轮毂内经与键槽深度之和 δ——搅拌器桨叶的厚度

选定搅拌器为六直叶开启涡轮式搅拌器，如图2-1所示。搅拌器的通用尺寸为桨径

j d :桨长l :桨宽20:5:4b =。

由前面的计算可知液层深度 1.23H m =，而1.31170i D mm =，故 1.3i H D >，则设置两层搅拌器。

为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为200mm ，上层叶轮高度离液面2J D 的深度，即600mm 。则两个搅拌器间距为370mm ，该值大于也轮直径，故符 合要求。

查HG-T ~12-2005,选取搅拌器参数如表2-2：

表2-2 搅拌器参数

3 传动装置选型

选择电动机功率

根据具体需求设计搅拌器转速为n 60r/min =，工作机所需的功率为 P w =n ×M/9549=60×324/9549=

由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为

η=η12·η24·η32

式中：η1、η2、η3分别为联轴器、齿轮传动的轴承、齿轮传动。根据《机械设计指导书》P5表1-7得：各项所取值如表3-1：

表3-1 各传动件的传动效率

η=0．992×0．9934×0．9622＝

所以P d=Pw/η=／=

确定电动机转速

搅拌轴的工作转速n w=60 r/min，按推荐的合理传动比范围，两级齿轮传动比i=8~60,故电动机转速可选范围为

n d=i’·nw=(8~60)×60r/min=（480~3600）r/min

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，比较三个方案选定电动机型号为Y160M1—8，所选电动机的额定功率P ed=4kW，满载转速n m=720 r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。

减速器的选择

搅拌轴的工作转速n w=60 r/min，选定的电动机转速n m=720 r/min，由推荐传动比选i=8~60,选定两级圆柱齿轮减速器。综合搅拌器器型选择同轴式减速器。如图3-1：

图3-1 同轴式减速器

确定传动装置的总传动比和分配传动比

（1）总传动比 因为

r/min

720=电η

所以：总传动比 720

1260

n i n =

=

=电总搅拌轴

2)分配传动比

根据均匀磨损要求，采用两级减速器连接传动机构，i=i 1*i 2=12则：

1243i i ==，

计算传动装置的运动和动力参数

（1）电动机轴： P 0 = Pd =4kW n 0 = nm =720 r/min

T 0 = 9550×(0

0P n )= N·m (2)高速轴： P 1 = P 0η1 = kW n 1 = n0 =720 r/min

T 1 = 9550×(11P n )=·m (3)中间轴： P 2 = P 1η2η3 = kW

n2 =

1

n

i= 180 r/min

T2 = 9550×(

2

2

P

n)= N·m

(4)低速轴：

P3 = P2η2η3 = kW

n3 =

2

2

n

i=60 r/min

T3 = 9550×(

3

3

P

n)=·m

(5)输出轴：P4 = P3η3=

n4 =

3

n

i= 60r/min

T4 = 9550×(

4

4

P

n)= ·m

输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以联轴器效率）运动和动力参数计算结果整理后如表3-2所示：

表3-2运动和动力参数计算结果

此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系在线扣扣：九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！全部设计都已通过答辩

7 搅拌器附件的选择

搅拌器的轴封装置

解决化工设备的跑、冒、滴、漏，特别是防止有毒、易燃介质的泄露，是一个很重要的问题。因此，在搅拌器的设计过程中选择合理的密封装置是很重要的。在反应釜中使用的轴封装置主要是填料箱密封和机械密封两种。通过下表填料箱密封和机械密封的比较，我们选取机械密封作为搅拌器的轴封装置。

机械密封系指两块环形密封元件，在其光洁面平直的端面上，依靠介质压力或弹簧力的作用，在相互贴合的情况下作相对转动，从而构成密封结构。图7-1是一种釜用机械密封装置的简单结构图。当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧、弹簧压板、动环等零件一起旋转。由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。当轴旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定于座架上静止不动，动环与静环相接触的环形密封端面阻止了介质的泄露。因此，从结构上看，机械密封主要是将较易泄露的轴向密封，改为不易泄露的端面密封。

难解决

加工及安装加工要求一段，填料更

换方便

动环、静环表面光洁程度及平直度要求

高，不易加工，成本高，装卸不便

对材料要求一般动环、静环要求较高减磨性能

表7-1 填料密封与机械密封的比较

图7-1 机械密封

化工部门已将釜用机械密封的基本型式及参数制定了系列标准《搅拌传动装置—机械密封》（HG21571—95），并有定点厂供应各种规格产品，一般只需选用、订购即可。根据本次设计情况，我们选用单端面小弹簧平衡型，型号为2001，代号为HG21571 95 MS 2001—300—BUPFEBUP。

液体进料管

液体进料管我们选用图7-2所示的结构，接管伸入设备并将管口切成45°，这样可以避免液料沿搅拌器的内壁流动，减少物料对壁面的磨损与腐蚀。

图7-2 进料口

管材的选用参照《化工设备机械基础课程设计指导书》（北京化工学院出版）表C

—1，C—2可得，选用20号钢，GB699—88。

液体出料管

出料管结构设计主要从物料易放尽，阻力小和不易堵塞等因素考虑，另外还要考虑温差应力的影响。如图7-3所示是两种常见的结构。

图7-3 出料口根据设计我们选用（a）图出料管，直接为100mm，其结构尺寸参照表7-2：

管径D 50 70 100 125 150

Dmin 130 160 210 260 290

表7-2 出料口参数

设备支座的选择

化工设备上的支座是支承设备重量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件。在某些场合下，支座还可能承受设备操作时的振动、载荷等。支座的结构形式和尺寸往往决定于设备的型式、载荷情况及构造材料。最常用的有：耳式支座、支承式支座和鞍式支座。

根据实际情况，我们选用耳式支座。它通常有两块筋板及一块底板焊接而成。筋板设备筒体焊接在一起，如图7-4所示:

图7-4 支座

底板上开有通孔，可供安装定位用。筋板是增较支座刚性的，轻型设备可以只用一块。每个设备可用2—4个支座，必要时可用得跟多些。但个数多往往不能保证全部耳座都装在同一水平面上。因而也就不能保证每个耳座受力均匀。根据有关部门制定的系列标准，我们选用A型3号耳式支座。支座材料为Q235—，其标记为：JB/T4725—92

耳座AN3。其尺寸见《化工设备机械基础》（第二版）表16—22。支座的安装尺寸D （图7-5）可按下式计算：

D=

()()222231222δδδ--++b D n +2（L 2-S 1） （16）

式中D ——支座安装尺寸，mm ； D1——容器内径，mm ； δn ——壳体名义厚度，mm ； δ1——加强垫板厚度，mm 。

图7-5 支座安装图

计算得D=1100mm 。

结论

此次搅拌器的设计，经过努力,我终于将毕业设计做完了。

在本课题完成的过程中,虽然有遇到了很多难, 遇到计算数据不准确的问题，不懂书,但是在老师的指导下和同学的帮助下,我还是把问题解决了。对机械设计基础课本的知识有了更进一步的了解。

虽然完成设计的时间是比较长, 但我的收获还是很大的。设计结束后我体会很多，当一名机械设计师真是不容易。首先要有很好的知识，还要有一些耐心。这次我又积累了不少经验，对本课程应该掌握的知识点进行了梳理优化，不仅仅掌握了设计一个完整机械的步骤与方法;也对机械设计手册有了更进一步的掌握。我相信在以后的工作中设计能够更快的完成，学到更多的的知识。

毕业设计是大学生专业知识深化和系统提高的重要过程，是对学生实践能力、理论联系实际能力和创新精神的综合训练，是培养学生探求真理的科学精神、科学研究方法和优良的思想品质等综合素质的重要途径。通过本次搅拌器的设计，加深了我对专业知识的理解和应用，同时，也弥补了以前的知识漏洞，巩固了知识的积累。更好的利用所学知识解决实际问题。在老师的指导下，自己的各方面能力有了全面提高。

通过这次毕业设计，不仅对搅拌器有了完整的了解，而且学会了解决一些工程技术问题的方法，对自己有很大帮助，为我即将走上工作岗位打下良好的基础，同时开阔了自己的视野，对机械相关产品及知识有了更多的了解。

致谢

本次设计得到了杨汉嵩老师的大力帮助，为本人完成本次设计提供了大量的帮助，在设计中提出了许多有益的意见，提出了设计中的不足，使我及时得到改正。在整个设计过程中老师孜孜不倦的指导、严谨的治学及对学生的关心与爱护极大的提高了我毕业设计的效率和进度，同时使我学到了更多东西。同时，本次设计也得到了同学们的大力帮助。给我提出了许多好的意见和建议。对此，我向杨汉嵩老师及同学们表示衷心的感谢。

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附录

附录A 齿轮的加工工艺过程

表A-1齿轮的加工工艺过程