一種涂料攪拌機(jī)設(shè)計(jì)

陳敏 莊學(xué)文 王振亞 方竹

關(guān)鍵詞：涂料攪拌機(jī);攪拌裝置;傳動(dòng)裝置

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)在涂料的生產(chǎn)、涂料的使用等方面已排人世界前列，但是發(fā)展所面對(duì)的困難也是比較突出，技術(shù)上和國(guó)外的比，也有著明顯的差距，為了從根本解決這個(gè)現(xiàn)狀，使涂料的生產(chǎn)技術(shù)從量變轉(zhuǎn)為質(zhì)變，就必須把國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)涂料攪拌機(jī)具有分散時(shí)間長(zhǎng)、分散范圍較小等問(wèn)題，導(dǎo)致分散效率和分散質(zhì)量較低。因此，設(shè)計(jì)一款操作簡(jiǎn)單、效率更高的涂料攪拌機(jī)械具有十分重要的意義。

1涂料攪拌機(jī)總體設(shè)計(jì)

由當(dāng)今市面上常見的涂料攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)可知，機(jī)器的大致機(jī)構(gòu)分為攪拌分散系統(tǒng)、動(dòng)力裝置系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)，以及其他的重要結(jié)構(gòu)。本次涂料攪拌機(jī)設(shè)計(jì)采用三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置，它可以為涂料的分散提供需要的動(dòng)力。傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成由傳動(dòng)箱、減速機(jī)、聯(lián)軸器和軸承等機(jī)械構(gòu)件組成，主要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的轉(zhuǎn)矩傳遞，使攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向滿足設(shè)計(jì)要求。攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。

2攪拌分散系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1攪拌器設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)攪拌器攪拌分散范圍較小，分散時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用螺旋葉片搭配數(shù)個(gè)分散片結(jié)構(gòu)，螺旋葉片的作用是對(duì)轉(zhuǎn)軸周圍的涂料進(jìn)行分散，葉片上分布分散片又進(jìn)一步對(duì)涂料進(jìn)行分散，兩個(gè)分散結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使涂料的分散范圍擴(kuò)大，可以明顯提高分散效率。攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

由于本次設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)針對(duì)的是多種黏度涂料的分散，通過(guò)查閱相關(guān)資料，涂料的黏度范圍通常約為數(shù)個(gè)Pa·s，所以在設(shè)計(jì)攪拌速度時(shí)不宜過(guò)快，通過(guò)查閱已有攪拌機(jī)的性能參數(shù)，本攪拌器設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速為50r/min，攪拌功率為4.5kW。

2.2桶體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.2.1桶體容積的確定

此次設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)主要是用于攪拌液態(tài)涂料，屬于液一液混合型，結(jié)構(gòu)采用圓柱形桶體，查閱相關(guān)資料，攪拌桶體的高度和直徑之比（H/D）應(yīng)為1～1.3。本桶體設(shè)計(jì)選用高徑比為1.3，即攪拌桶體直徑設(shè)計(jì)為0.65m，高度設(shè)為0.85m，根據(jù)公式

2.2.2桶體材料的選擇及估算鋼板的厚度

通過(guò)查閱機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，桶體材料可以采用普通碳素鋼，依據(jù)GB150-1998中對(duì)碳素鋼的要求，最終，桶體材料選用Q235-B熱軋鋼板，厚度尺寸為7mm。

2.3攪拌軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核

2.3.1攪拌軸的設(shè)計(jì)

軸的材料有很多種類，設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循經(jīng)濟(jì)適用的原則。一般情況下，合金鋼和碳素鋼這類材料用得比較多，通過(guò)比較，碳素鋼具備較高力學(xué)性能，而且價(jià)格低廉，所以通常選用優(yōu)質(zhì)中碳鋼制造，其45鋼是用得比較多的品種。故本設(shè)計(jì)軸材料采用45鋼，軸的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)z=1000mm。

2.3.2攪拌軸的強(qiáng)度和剛度校核

（1）軸的強(qiáng)度計(jì)算。

軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是：

最后算出軸的直徑d=45.6mm。在軸的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須符合強(qiáng)度和剛度兩個(gè)要求，所以最終攪拌軸直徑取值為50mm。

2.4擾流框的設(shè)計(jì)

為了使物料更好地進(jìn)行粉碎溶解，提高物料的混合質(zhì)量和效果，在桶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在其內(nèi)側(cè)壁設(shè)計(jì)兩個(gè)擾流框結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成兩個(gè)通孔的形狀，配合主軸和分散片對(duì)物料進(jìn)行混合，提高效率。

3動(dòng)力裝置電動(dòng)機(jī)的選用

本次涂料攪拌機(jī)設(shè)計(jì)采用三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置，它可以為涂料的分散提供需要的動(dòng)力，查閱相關(guān)資料，Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)可滿足設(shè)計(jì)要求。查閱相關(guān)電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)表，本次設(shè)計(jì)軸的功率為4.5kW，考慮到電動(dòng)機(jī)的使用效率（一般取值為0.8），選用Y132S-4型電機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求，電機(jī)額定功率為5.5KW，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。

4傳動(dòng)系統(tǒng)裝置

4.1傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)

本次攪拌軸的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1000mm，在其工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的振幅，為解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)箱來(lái)使減速機(jī)的輸出軸與攪拌軸工作狀態(tài)一致，在攪拌過(guò)程中所產(chǎn)生的徑向載荷和軸向力能夠得以有效支撐，從而確保攪拌軸平穩(wěn)運(yùn)行。

鋼板作為此次傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)材料，形狀為圓筒狀，軸承，聯(lián)軸器以及攪拌軸等部件在其內(nèi)部空間依次放置。為了使電機(jī)能固定在傳動(dòng)箱上，在箱體最上端搭配一個(gè)圓環(huán)形狀頂板，最下端設(shè)計(jì)矩形結(jié)構(gòu)式墊板，上端通過(guò)螺栓螺母與電機(jī)法蘭連接，下端采用焊接的方式連接，并在周圍四個(gè)方向焊接4個(gè)筋板，使設(shè)計(jì)的傳動(dòng)箱滿足強(qiáng)度要求。

4.2減速機(jī)與軸承的選用

減速機(jī)作為傳遞轉(zhuǎn)矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通常是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工作機(jī)，原動(dòng)機(jī)之間進(jìn)行工作。其中立式減速機(jī)主要結(jié)構(gòu)有V帶式，擺線針輪式，兩級(jí)齒輪式和蝸桿式。減速機(jī)選用都有標(biāo)準(zhǔn)系列，通過(guò)查閱資料，本設(shè)計(jì)采用用擺線針輪減速機(jī)。

軸承根據(jù)工作時(shí)摩擦性質(zhì)，可以分成滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種不同的結(jié)構(gòu)類型。在相同工作條件下，兩種軸承通過(guò)對(duì)比，滾動(dòng)軸承工作時(shí)的摩擦阻力要偏小一些，相對(duì)于后者功率損耗也較少，啟動(dòng)性能好。本設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承。軸承選用需要考慮到載荷大小、載荷方向，載荷性質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)條件等要求，本次設(shè)計(jì)采用深溝球軸承，因?yàn)槠淠Σ烈驍?shù)小、價(jià)格低、應(yīng)用范圍廣。

4.3聯(lián)軸器的選用

聯(lián)軸器作為兩軸之間的連接件，因?yàn)榇嬖诎惭b誤差，磨損等原因，比較難實(shí)現(xiàn)兩軸之間的連接能精確同心，所以容易導(dǎo)致軸向偏移、徑向偏移、角偏移等問(wèn)題出現(xiàn)。因此在設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要能夠及時(shí)補(bǔ)償這些偏移，否則就會(huì)造成附加載荷，影響傳動(dòng)效果。本次攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)，采用彈性柱銷聯(lián)軸器作為連接件。

彈性柱銷聯(lián)軸器是在兩個(gè)半聯(lián)軸器凸緣的孔中均勻放置若干個(gè)柱銷，可在其上下兩個(gè)端面設(shè)置環(huán)形擋圈，避免柱銷滑出。彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖3所示：

彈性柱銷聯(lián)軸器主要是采用彈性件實(shí)現(xiàn)主動(dòng)軸到從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩傳遞，具有減輕甚至消除振動(dòng)的能力，還能補(bǔ)償較大的軸向位移的能力。通過(guò)這些彈性柱銷在工作時(shí)發(fā)生的形變，可以忽略轉(zhuǎn)軸在工作過(guò)程中出現(xiàn)的少量徑向位移與角位移。如果角位移或徑向位移較大，在安裝選用這種聯(lián)軸器時(shí)需要更加細(xì)致，否則會(huì)加速?gòu)椥灾N的磨損。

5其他結(jié)構(gòu)部件

5.1鍵的選用及強(qiáng)度校核

本次設(shè)計(jì)中攪拌軸和電機(jī)輸出軸之間的連接鍵選用雙圓頭普通平鍵，查詢相關(guān)資料，軸直徑在（44～50）mm之間時(shí)，平鍵的尺寸bxh=14×9，長(zhǎng)度取L=80mm，連接鍵的許用擠壓應(yīng)力范圍為[o-p]=（100～120）MPa，已知鍵的工作長(zhǎng)度z=66ram，則：

5.2軸封的選用

攪拌系統(tǒng)的傳動(dòng)軸離不開軸封，軸封的主要作用是使桶體內(nèi)形成正壓或真空狀態(tài)，讓桶內(nèi)的工作環(huán)境與外界隔絕。在日常生活中，常見的有機(jī)械密封、液封及填料密封等三種結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)選用填料密封可以滿足密封要求。

6結(jié)論

在設(shè)計(jì)涂料攪拌機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)過(guò)程中，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如攪拌軸和聯(lián)軸器，除了需要使用公式計(jì)算外，還需要進(jìn)行軟件仿真、可行性分析，最后才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖形仿真是基于UG平臺(tái)，通過(guò)用UGNX軟件對(duì)涂料攪拌機(jī)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，使本次設(shè)計(jì)能更好地展現(xiàn)出來(lái)。設(shè)計(jì)的涂料攪拌機(jī)可以有效增加涂料的分散范圍，縮短分散時(shí)間，提高分散效率。

附錄

涂料攪拌機(jī)整體裝配圖如下：