毕业设计500L可调速立式食品搅拌机

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1、毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 500 升可调速立式食品搅拌机 学学 院院 机械工程学院 专专 业业 机械工程及其自动化 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 前 言.1 1.1 课题背景及研究意义. .1 1.2 课题解决的问题和主要工作. .1 2 可调速食品搅拌机设计方案论 述.3 2.1 功能结构分 析.3 2.2 总体设计方案 .4 3 主要部件设计. .7 3.1 电动机的选用.7 3.2 搅拌锅的设 计.7 3.3 搅拌轴的设计计 算.8 3.4 压缩机的选 用.11 4 传动机构设计计 算.12 4.1 V 带传动设 计.12 4.2 变速箱的结构设 计.15 4

2、.2.1 变速箱中零件布置设 计15 4.2.2 变速箱中齿轮传动计 算.22 4.2.3 变速箱中传动轴的设计计 算.23 4.3 锥齿轮的传动计 算.25 5 结论. . 30 参考文献. . .31 致. . .32 1 1 前言 1.11.1 课题背景及研究意义 随着经济的发展，人们的生活水平日益提高，对食品的需求也越来越多，这使 食品行业充满了生机与活力。同时也对食品机械提出了更高的要求，以满足市场需 求，提高食品产量。而在食品加工中，食品搅拌机具有食品混合、打碎、搅拌等功 能，并能为后续生产工作做好食品加工准备，食品搅拌机性能的好坏制约着食品加 工的质量，在食品加工中占有非常重要的

3、地位。现在国搅拌机产品虽然种类繁多， 但专门用于食品领域的并不多，且以小容积的搅拌机为主，但现在食品加工中需要 大容积产品，并且食品搅拌对象多为有一定粘稠度的食品原料，这就要求食品搅拌 机要有大功率，高强度，保证食品原料从混合到打碎再到均匀输出，而我国缺乏适 用于此类需求的食品搅拌机，且现有的产品存在效率不高，搅拌不均匀等问题，这 不符合我国食品产业的发展需求。国外同类产品虽然研发较早，技术成熟、结构完 善，但大容量的食品搅拌产品也较缺乏，价格昂贵，生产成本太高。 由于国外缺乏此类产品，根据市场的需要，有必要设计一种专门的食品搅拌机 来满足国食品行业的需求。吸取现有产品的成熟技术，借鉴国外先进

4、设计经验，保 证所设计的食品搅拌机有足够的容量，能够完成粘稠度较大食品原料的搅拌，并且 能够快速的搅拌均匀。该食品搅拌机填补了现在的空缺，而且通过自主研发设计不 仅提高了自主创新的能力，还能有效的降低生产成本。食品搅拌机的研发不仅促进 了食品产业的发展，也促进了食品机械的进步。 1.21.2 课题解决的问题和主要工作 设计一款食品搅拌机，能够满足食品的混合、搅拌且能够实现变速搅拌，由于 搅拌对象多为粘稠的食品原料，要求食品搅拌机要有高强度，保证食品原料能够从 混合到打碎再到均匀输出。 1 搅拌对象：食品原料。 2 使用场合：食品加工领域。 3 搅拌机的结构设计 确定总体结构主要取决于搅拌效果、

5、搅拌对象、巷道尺寸、性能可靠性和操作 方便程度。考虑到食品搅拌机的工作地点，设计的搅拌机结构应当结构紧凑，重量 轻便于移动，且要使用方便。合理布置搅拌轴安放形式，传动装置。 4 搅拌机动力源的选用 搅拌机的动力有多种形式可供采用, 可用液压马达, 也可用电机, 液压马达可 通过调节进油量改变马达转速, 亦即改变了搅拌叶轮的转速。但其结构复杂, 油管 多, 能耗大, 两台搅拌机合用一台泵站时, 还要用分流器来保证各马达转速相等。 电机不能调速, 但系统简单, 能耗低, 各搅拌机可单独控制, 操作方便。应了解各 种动力源的特点，并结合产品的实际需要进行选择。 5 搅拌轴的叶轮结构设计 搅拌叶轮是搅

6、拌机的关键部件, 其结构是否合理、参数是否恰当对搅拌机的性 能起决定因素。在搅拌机工作过程中,搅拌臂和叶片直接与食品原料相互作用,决定 着搅拌质量和搅拌效率。因此,搅拌臂的数目和搅拌叶片的面积将在一定程度上决定 着搅拌性能的好坏,且这两个因素又与搅拌设备的其他结构参数互相关联。在设计确 定搅拌臂数目及叶片形式的时候,往往采用经验值或模仿其他产品的方式,因而,设计 的产品性能差别很大7。 搅拌臂数目的多少对搅拌机的工作效率及混合料的搅拌质量都有一定的影响,不 仅单根轴上相邻搅拌臂间的相位角与搅拌臂的数目密切相关,而且双轴上搅拌臂排列 组合形式及其合理逆流的最小相位差也与搅拌臂的数目有关。搅拌臂数

7、目多,使搅拌 轴长度增加,结构强度、刚性下降;而拌筒的长度增加,会使长宽比不合适。而且搅拌 机拌筒长度的增加,使卸料门的长度也要增加,这对总体布置不利。另外,搅拌臂越多,使 浆体部的层流变得复杂，使计算聊增大，且各搅拌轴之间相互影响；搅拌臂数目少, 必然减少原料的循环次数,减少原料与搅拌的叶片直接接触而发生强制作用的机会, 影响搅拌质量。因此,合理地确定搅拌机的搅拌臂数目具有重要的意义3。 6 变速设计 由于在食品搅拌中不可能单一的搅拌一种食品原料，在实际生产中可能会遇到 各种搅拌情况。对于不同的食品原料就需要不同的搅拌速度。应此，有必要设计一 种装置实现搅拌轴转速的调整，以满足实际生产的需要

8、。 2 2 可调速食品搅拌机设计方案论述 2.1 功能结构分析 功能设计即在调研分析，确定了所设计的搅拌机械的工作参数之后，通过功能 分解，创新出或类比出可以实现加工要求的各种总体布局方案。创新设计，主要通 过对运动功能的分解和合成来确定其布局方案，这对设计搅拌特定原料的食品搅拌 机布局较为有效。而变型设计或类比设计主要通过查询比较确定可参照的搅拌机械 布局方案，大量用于设计一般的通用机械。 结构设计是在总体布局方案基本确定后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的 设计，这同样有类比和创成设计两类。类比设计是建立在成组技术和模块化技术的 基础上，采用参数化设计方案来实现。而创成设计主要是按照设计人

9、员的意志，通 过对模块的实体进行拼装、重叠等操作来实现。 图 2.1 方案设计流程 本课题研究的可调速食品搅拌机，用于食品加工领域。总功能设计是对食品原 料的搅拌加工，并可以根据对不同原料的加工需求调整搅拌轴的转速，使食品原料 能够快速高质的完成搅拌。 2.2 总体设计方案 搅拌机根据搅拌轴的布局有立式与卧式之分。卧式搅拌机上料高度低, 但由于 搅拌对象为浆体, 密封难度大，搅拌机易跑浆。而立式搅拌机虽然上料高度有所增 加, 搅拌机整体高度也有所提高, 但搅拌浆体的密封问题容易解决，且立式拥有一 定高度，搅拌完成后，浆体在重力作用下易于出料。同时立式布置可提高搅拌轴转 速和叶轮对浆体能量的传输

10、效率, 因而减少搅拌时间, 提高了搅拌效率，故最终使 用立式布置。 立式搅拌机布局如图 2.2，动力源为电动机 1，电动机通过 V 带将动力传递到变 速箱 2 中，通过不同齿轮组的啮合输出不同的转速，再通过锥齿轮将转速传递到搅 拌轴 7 完成搅拌功能。 图 2.2 立式搅拌机结构 1.电动机； 2.变速箱； 3.空气压缩机； 4.空气吹嘴； 5.出料口； 6.搅拌锅； 7.搅拌轴； 1.选择动力源： 搅拌机的动力有多种形式可供采用, 可用液压马达, 也可用电机, 液压马达可 通过调节进油量改变马达转速, 亦即改变了搅拌叶轮的转速。但其结构复杂, 油管 多, 能耗大, 两台搅拌机合用一台泵站时,

11、 还要用分流器来保证各马达转速相等。 电机虽不能调速, 但系统简单, 能耗低, 各搅拌机可单独控制, 操作方便, 本设计 考虑到可由变速箱进行变速,电机无需改变速度, 故选用电机作为搅拌机的动力源。 电动机是搅拌机械的动力源，电动机的好坏直接影响着搅拌质量，电动机的选 取是非常重要的。应根据搅拌轴功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机 的型号,并遵循以下基本原则: 根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等的要 求,选择电动机类型。 根据负载转矩、转速变化围和启动频繁程度等要求,考虑电动机的温升限制、过 载能力和启动转矩,合理选择电动机容量,并确定冷却通风方式。同

12、时选定的电动机 型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求。 根据使用场所的环境条件,如温度、灰尘等,考虑必要的防护方式和电动机的结构 型式,确定电动机的防爆等级和防护等级。 根据企业电网电压标准和对功率因数的要求,确定电动机的电压等级。 根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求,以及机 械减速的复杂程度,选择电动机的额定转速。 除此之外,选择电动机还必须符合节能要求,并综合考虑运行可靠性、供货情况、 备品备件通用性、安装检修难易程度、产品价格、运行和维修费用等因素。 电动机额定功率可按下式确定: PN =（P+ PS）/ ； 式中PN 电动机功率, kw； P

13、 搅拌器功率，kw； PS轴封装置的磨擦损失功率，kw； 传动装置的机械效率。 当搅拌器由静止启动时, 桨叶除要克服自身的惯性,还要克服桨叶所推动的液体 的惯性以及液体的摩擦力。这时桨叶与液体的相对速度最大,桨叶受液体阻力的作用 面积最大,因而所需的功率值必然较大, 该最大功率值即为搅拌器的启动功率4。 2.选择搅拌轴： （1）确定搅拌轴数目 根据搅拌需要，搅拌机可选择单轴，双轴，或多轴搅拌。由于双轴及其多轴搅 拌时，各搅拌轴之间会发生干涉，不易控制浆体的流层，从而影响搅拌效果。而单 轴搅拌易控制，且设计简便，易实现，故选用单轴设计方案。 （2）确定叶片安装角、叶轮直径和叶片宽度 为了使桶浆体

14、一方面跟随叶轮旋转, 另一方面使得食品原料快速与水搅拌产生 轴向循环流, 叶片需要一定的安装角。经试验, 叶片与轴的夹角为45度时效果较好。 叶轮直径与浆体流型相关, 叶轮直径大, 则旋转流成分大, 叶轮直径小, 则循环流 成份小。 （3）确定搅拌轴的转速 搅拌轴转速的确定需综合考虑三方面因素确定。一是高效搅拌均匀的速度；二 是叶轮旋转时, 保证浆体不往外飞溅的最大速度；三是叶轮旋转搅动浆体, 产生轴 向循环流时, 使固体颗粒悬浮起来的最小速度。根据试验, 转速与生料搅拌至偏均 质体的时间成正比, 转速越高所需时间越少, 单纯从提高效率的角度说, 转速越高 越好。保证浆体不往外飞溅的最大速度与

15、叶轮、搅拌桶的直径、搅拌桶高度与浆体 液面高度差有关，故设计搅拌轴有30r/min，60r/min，90r/min三个速度。 3.电动机与搅拌轴之间的转动机构 选择好电动机型号，搅拌轴固定后。可采用V带作为中间传动机构，将动能从电 动机输出，传入变速箱，有变速箱中的锥齿轮带动搅拌轴旋转，实现搅拌功能。也 可采用链条传动及其齿轮传动，但链条传动效率低，齿轮传动不适于远距离传动， 所以采用V带传动。V带传动方便可靠，可传递较大的功率，且有过载保护功能，从 而避免负载过大导致闷车，烧坏电机。 4.空气压缩机及其空气吹嘴 食品原料在搅拌时，由于食品原料的密度不同，会在搅拌锅分层，密度大的会 聚集在底部

16、，而密度小的会积聚在顶部，这样不利于搅拌均匀，影响搅拌效果。利 用空气压缩器可以不断地将新鲜空气打入搅拌锅，使底部密度大的原料吹到上层， 上下之间形成对流运动使原料充分混合。这样提高了搅拌质量，也提高了搅拌的效 率。且可以使食品原料有一定程度的膨松度，增加食品的口感。 5.出料装置 可通过倾覆锅体到出原料，但立式搅拌机的高度较高，不易反转锅体，故不选 用。因此可在搅拌锅的底部安装一个漏斗出料装置，由液压开关控制其开关。立式 搅拌机有较高的高度，搅拌完成的食品原料可以依靠自身重力作用从搅拌锅中流出， 实现出料功能。 6.调速机构 为实现搅拌轴的调速可用液压马达或变速箱实现，液压马达通过调节其流量来 实现速度的调整，但精度不高，不易维护，且无法与前面所选的电动机配合使用。 而变速箱调速方便简单，易操作实现。应此选用变速箱进行调速，实现搅拌轴 30r/min，60r/min，90r/min 三个转速的变化。 3 3 主要部件设计 3.1 电动机的选用 通常应根据搅拌轴功率，考虑到电动机的温升限制、过载能力、起动转矩及起 动电流，除此之外,选择电动机还必须考虑运行可靠性、安装检修难易程度、产品