毕业设计论文基于SW磁力搅拌器装置设计.docx

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1、基于SW磁力搅拌器装置设计本文介绍了磁力搅拌器在我国食品，石油化工行业生产中应用的重要意义及一些国内外的一些发展现状。根据近年来的相关资料，主要介绍了磁力驱动搅拌器的原理、分类、特点等。，本文中主要对磁力搅拌器的方案，传动系统和工作部件进行规范的设计和描述。从而达到所需要求。关键词：磁力搅拌传动系统摘要11.1 研究目的与意义31.2 国内外研究现状31.3 设计的任务及参数要求52减速箱总体方案的确定62.1 传动方案的确定62.2 传动装置的合理布置62.3 各级传动比的合理分配72.3.1 传动比分配的基本原则72.3.2 电动机的初步选择72.3.3 传动比具体分配83.1 各轴的转速

2、93.3 各轴的转矩94.1 圆锥齿轮计算104.1.1 齿轮相关参数的选择101.1.2 按齿面接触疲劳强度设计101.1.3 2.3确定公式内的各计算数值101.1.4 计算114.3 按齿根弯曲强度设计124. 3.1确定公式内的各计算数值125. 3.2设计计算134.4 几何尺寸计算134.5 验算145轴的设计与校核155.1 输出轴的功率P,转速N和转矩T155.2 求作用在齿轮上的力155.3 初步确定轴的最小直径值155.4 轴的结构设计155.5 求轴上的载荷165.6 按弯扭合成应力校核轴的强度175.7 精确校核轴的疲劳强度186滚动轴承的选择与校核227搅拌器的功率计

3、算247.1 运转功率的计算247.2 影响搅拌器功率得因素24参考文献271前言1.1 研究目的与意义随着医药、食品、有机合成、石油化工以及核工业等行业的发展，工业中对一些易燃、易爆、有毒、强腐蚀性和贵重介质的搅拌或搅拌反应过程的要求越来越严格，对反应设备清洗和灭菌的要求也十分苛刻。因此，在上述工况中所使用的搅拌釜或搅拌反应釜，其密封要求是应做到零泄漏。在此背景下，磁力密封技术已成为必然的选择，磁力釜（或磁力搅拌器）应运而生。磁力釜以静密封结构取代动密封，该结构无接触传递力矩，能彻底解决机械密封与填料密封的泄漏问题，并且搅拌部件处于绝对密封状态，是石油化工、有机合成、食品加工、生物制药过程中

4、进行硫化、氢化、氧化及酵等反应的选择趋势。1.2 国内外研究现状早在20世纪30年代，人们已经对磁力驱动技术在搅拌反应釜中的应用问题进行了探讨和展望，40年代出现了简易磁力驱动搅拌器（如美国专利MagnetiCStirrer）,这种简易的搅拌器是在一个这种简易的搅拌器是在一个玻璃器皿底部的外侧装有永磁元件,器皿内部放置一个磁性搅拌子，当外部永磁元件旋转时，带动磁性搅拌子运动，从而达到搅拌介质的目的。永磁传动技术用于化工搅拌的密封始于20世纪60年代，由于当时的磁性材料性能差，传动装置体积大，影响了其在化工搅拌方面的应用。随着磁性材料的发展，20世纪70年代国际上开始重视对磁力驱动技术的研究，8

5、0年代初，由于磁性材料的快速发展,磁路设计也有一定进展，并出现了叶轮式下磁力搅拌器，美国专利MagnetiCMiXei就是典型的叶轮式下磁力搅拌器。同时，德、日等国家也相继报道研制出了小型磁力驱动反应釜。90年代，卫生级下磁力搅拌器逐渐发展起来，其结构更简单、更开放，搅拌桨叶与从动转子整体加工，且推拉组合磁路已比较成熟，可传递更大的磁扭矩。关键部件轴承，采用的是硬质合金。21世纪起，磁力搅拌器在结构上不断改进创新，叶轮和轴承都往开放式发展，轴承是用硬质合金（如SiC、TC、Si3N4等）制成的滑动轴承，无清洗死角，实现了CIP和SIP,并且对叶片的结构形式也有了深入地研究（如叶片上开通槽、叶片

6、的曲度等），能够满足更高的流体剪切量要求。由此可见，磁力搅拌技术经过半个多世纪的发展，对科研和生产的各行各业发挥着越来越重要的作用，同时取得了巨大的经济效益。随着其技术的改进和发展，很大程度上扩展了磁力搅拌器的使用范围，如在制药、食品、乳品、啤酒、饮料、水处理、化工、化妆品、生物工程以及机械制造等工业领域，特别是在消毒和无菌应用及其他特殊应用中，如涉及对剪切力敏感的产品，在真空或压力下处理等得到了广泛应用。国外对磁力传动技术的研究较早，其应用范围也很广，从最早的磁力泵，扩展到制药、食品、乳品、啤酒、饮料、水处理、化工、化妆品、生物工程以及机械制造等工业领域。随着材料科学和结构设计的进步，磁力搅

7、拌器的材料安全性已解决，产品结构更开放、无死角、易于清洗灭菌，所以许多对无菌工艺耍求很高的工艺选择了磁力搅拌器。一般叶轮、定位轴承和焊接板的上部是完全与物料接触的，叶轮的设计越开放,CIPSIP的效果越好。叶轮和焊接板一般采用3161不锈钢，轴承材料采用耐磨耐蚀的硬质合金（如SiC、Si3N4）。如今生物制药巨头的前IOO强都已经在大规模地使用罐底磁力搅拌器，其中瑞典NovASePtiC磁力搅拌器较为出名，它在磁力搅拌器的无菌设计和功能划分上非常具有代表性。与釜底齐平，其特点是易于拆卸，可靠、耐用和便于维修，且能满足C1P和S1P的要求。NoVASePtiC公司进行了微粒测试，支撑轴承在工作4

8、8h后，检测到非常小的失重（仅为0.5mg）o瑞典ROP1AN集团下STERIDOSE公司生产的STERIMIXER磁力搅拌器，1ighmin公司生产的MBI系列清洁磁力搅拌器和阿法拉伐的新型磁力搅拌器等均为该领域的先进产品。德国IKA集团的实验室用磁力搅拌器是实验室用搅拌混合领域的领导者。国内对于磁力搅拌器的研究起步稍晚，但进步很大。国内从20世纪80年代开始制造磁力传动设备，所研制的磁力驱动搅拌釜在第七届国际稀土永磁材料及应用会议上引起了各国专家的极大关注和好评。我国不断吸收国外的先进技术，探索创新，磁力搅拌器正在向大功率、大容积、高温、高压、高转速方向发展。1990年，北京大学在世界上首

9、次研制成Sm2Fe17Nx,居里温度提高到480C,且成本低于铉铁硼磁体，开拓了世界永磁材料研究与开发的新领域，也带来了磁力传动技术的新发展7。江苏大学许士芬（香港）联合研究所研制的耐高温异步磁力联轴器，利用电磁感应原理进行传动，不需在内转子上布置永磁体，有效地解决了同步磁力联轴器高温时内转子上永磁体退磁的问题。90年代开始，磁力搅拌装置在我国进入了快速发展阶段。国内曾经以昂贵的外汇引进了瑞典的磁力传动药用搅拌釜，提高了注射液的纯度。20世纪80年代，兰州物理研究所与重庆化工机械厂密切协作，研制了国内首台药用磁力搅拌釜。在药用磁力传动搅拌釜基础上为几家农药厂研制了国内首台加氢磁力搅拌釜，该釜是

10、为生产当时国内紧俏农药原料研制的。何承代为温州龙化塑料制剂有限公司某装置设计的合成釜和蒸馈釜，2001年3月正式投入生产，该装置外磁钢等配循环水冷却，运行期间传动装置性能稳定，密封安全可靠。2001年,兰化有机厂二六二叔丁苯酚装置中的反应釜采用了磁力传动装置，效果良好。目前，国内威海自控反应釜公司、威海坤昌化机公司、威海瑞丰化机设备厂、威海新元化工机械有限公司、威海宏协化机公司、开原化工机械磁力反应釜厂、上海志威电器有限公司、温州中伟磁传密封设备厂、温州市工业科学研究院磁传动设备厂以及天津市欧诺仪器仪表有限公司等均生产磁力搅拌器。中牧股份兰州生物药品厂、燕山石化、双鹤药业、威远生化、新昌制药、

11、成都生物制品研究所及成都英德生物科技有限公司等单位在使用磁力搅拌器。1.3 设计的任务及参数要求设计的磁力搅拌器是用于液体混合的实验室仪器，主要用于搅拌低粘稠度的液体或固液混合物。其基本原理是利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理。使用时，先将液体放入容器中，再将搅拌子放入液体中，当底座产生磁场后，利用磁力耦合和漩涡的原理，带动搅拌子做圆周循环运动，从而达到搅拌液体的目的。与电动搅拌器相比磁力搅拌器的优点有：a.噪音小，调速平稳；b.可以在密闭的容器中进行混合，使用方便；c.搅拌子是由优质磁钢包覆聚四氨乙烯精制而成的，耐热、耐磨、耐腐蚀；磁力搅拌器主要设计参数：最大搅拌容量：2000m1搅拌介质：

12、水或液体混合物（低粘度）搅拌叶轮：4片工位：1工位电源电压：AC220V50Hz外形尺寸：350300360(mm)2减速箱总体方案的确定总体设计的任务为拟订设计方案，选择动力机，确定传动比并合理分配传动比，计算传动装置的运动和动力参数，为各级传动零件设计、装配图设计做准备。拟订传动方案：由于本次设计的要求是设计一种适合实验室的磁力搅拌器，工作环境一般用于室内。还要充分考虑次类磁力搅拌机应该利于搬动，重量不宜过大，搅拌时的噪音应该尽量减小到最小，我们用提高传动装置的效率的方式，从而来减少能耗，降低运行费用。所以应选用传动效率较高的齿轮传动进行传动，以达到要求。在满足功能的前提下应尽量简化以降低

13、费用。2.1 传动方案的确定本次设计的一个重点之一就是如何正确合理的设计传动装置，由于本次设计是设计一种磁力搅拌器，所以保证此类搅拌器具有少能耗高效率的特点则显得有为重要，所以选择1级齿轮传动机构，齿轮传动结构简单，体积较小，重量较轻。在整个传动过程中，要比普通传动减速器更好，效率更高，同时零件数量较少，承载能力高，使用寿命长等优点。2.2 传动装置的合理布置许多传递装置往往需要选用不同的传动机构，以多级传动方式组成，而传动先后顺序的变化将对整机的性能和结构尺寸产生重要影响，必须合理安排，本次设计采用I级传动，由一对圆柱齿轮改变传动比，并输出于执行元件。所以初步拟订的磁力搅拌器传动方案如下图2

14、1所示。/X-1电动机图27磁力搅拌机传动原理图2.3 各级传动比的合理分配在设计一级减速器时，合理地分配各级传动比是很重要的，因为它将影响减速箱的轮廓尺寸和重量以及润滑的条件。2.3.1传动比分配的基本原则1）各种传动的传动比，均有其合理应用的范围，通常不应超过。2）各级传动的承载能力近于相等。3）各级传动中的大齿轮浸入油中的深度大致相近，从而使润滑最为方便。4）齿轮减速传动中，传动比的分配将直接影响传动的多项技术经济指标。例如：传动的外廓尺寸和质量很大程度上取决于低速级大齿轮的尺寸，低速级传动比小些,有利于减小外廓尺寸和质量。闭式传动中，齿轮多采用溅油润滑，为避免各级大齿轮直径相差悬殊时，

15、因大直径齿轮浸油深度过大导致搅油损失增加过多，常希望各级大齿轮直径相近。故适当加大高速级传动比，有利于减少各级大齿轮的直径差。2.3.2电动机的初步选择根据本次设计的具体要求，搅拌容量2000m1,转速0-600rmin计算。根据非标准机械设备设计手册，第17章搅拌机械；选择开启涡轮式，平直叶，叶轮数Z=4搅拌容量最大2000m1,选取容器直径D=135mm,根据dD=0.33（0.33值居多选取，查表），计算叶轮直径d=45mm根据bd=0.2计算出叶轮厚度b=9mm计算搅拌器功率时，应用以下方法计算：P功率（W）P液体水密度（Kg/m3）：1000n搅拌器转速（r/s）：10d桨叶直径（m）：0.045Fr弗劳德数表示流体惯性力与重力之比Fr=n2dg=0.46流体粘度(Pa.s)1.139103Re雷诺数表示惯性力与粘滞力之比Re=nd2P/=1.6功率因数查表17-13得，二75当Re30时，层流有；搅拌器功率：P=p3d5=75100010000.04555=13.84W应选取：15W可逆电机，电压AC220,50Hzo2.3.3传动比具体分配根据上面电动机的初步选择，电动机的转速在1250rmin,我