一種涂料攪拌機設計

陳敏 莊學文 王振亞 方竹

關鍵詞：涂料攪拌機;攪拌裝置;傳動裝置

隨著經濟的不斷發展，中國在涂料的生產、涂料的使用等方面已排人世界前列，但是發展所面對的困難也是比較突出，技術上和國外的比，也有著明顯的差距，為了從根本解決這個現狀，使涂料的生產技術從量變轉為質變，就必須把國內的生產技術進一步提高。傳統涂料攪拌機具有分散時間長、分散范圍較小等問題，導致分散效率和分散質量較低。因此，設計一款操作簡單、效率更高的涂料攪拌機械具有十分重要的意義。

1涂料攪拌機總體設計

由當今市面上常見的涂料攪拌機結構可知，機器的大致機構分為攪拌分散系統、動力裝置系統、傳動系統，以及其他的重要結構。本次涂料攪拌機設計采用三相異步電動機作為動力裝置，它可以為涂料的分散提供需要的動力。傳動系統的構成由傳動箱、減速機、聯軸器和軸承等機械構件組成，主要實現主動軸與從動軸之間的轉矩傳遞，使攪拌機的轉速和方向滿足設計要求。攪拌機結構方框圖如圖1所示。

2攪拌分散系統設計與計算

2.1攪拌器設計

針對傳統攪拌器攪拌分散范圍較小，分散時間較長的問題，本設計采用螺旋葉片搭配數個分散片結構，螺旋葉片的作用是對轉軸周圍的涂料進行分散，葉片上分布分散片又進一步對涂料進行分散，兩個分散結構的設計，使涂料的分散范圍擴大，可以明顯提高分散效率。攪拌器結構設計圖如圖2所示：

由于本次設計的攪拌機針對的是多種黏度涂料的分散，通過查閱相關資料，涂料的黏度范圍通常約為數個Pa·s，所以在設計攪拌速度時不宜過快，通過查閱已有攪拌機的性能參數，本攪拌器設計的轉速為50r/min，攪拌功率為4.5kW。

2.2桶體結構的設計

2.2.1桶體容積的確定

此次設計的攪拌機主要是用于攪拌液態涂料，屬于液一液混合型，結構采用圓柱形桶體，查閱相關資料，攪拌桶體的高度和直徑之比（H/D）應為1～1.3。本桶體設計選用高徑比為1.3，即攪拌桶體直徑設計為0.65m，高度設為0.85m，根據公式

2.2.2桶體材料的選擇及估算鋼板的厚度

通過查閱機械產品設計制造標準，桶體材料可以采用普通碳素鋼，依據GB150-1998中對碳素鋼的要求，最終，桶體材料選用Q235-B熱軋鋼板，厚度尺寸為7mm。

2.3攪拌軸的設計及強度校核

2.3.1攪拌軸的設計

軸的材料有很多種類，設計過程中要遵循經濟適用的原則。一般情況下，合金鋼和碳素鋼這類材料用得比較多，通過比較，碳素鋼具備較高力學性能，而且價格低廉，所以通常選用優質中碳鋼制造，其45鋼是用得比較多的品種。故本設計軸材料采用45鋼，軸的長度設計z=1000mm。

2.3.2攪拌軸的強度和剛度校核

（1）軸的強度計算。

軸的扭轉強度條件是：

最后算出軸的直徑d=45.6mm。在軸的設計過程中，必須符合強度和剛度兩個要求，所以最終攪拌軸直徑取值為50mm。

2.4擾流框的設計

為了使物料更好地進行粉碎溶解，提高物料的混合質量和效果，在桶體結構的基礎上，在其內側壁設計兩個擾流框結構，機構設計成兩個通孔的形狀，配合主軸和分散片對物料進行混合，提高效率。

3動力裝置電動機的選用

本次涂料攪拌機設計采用三相異步電動機作為動力裝置，它可以為涂料的分散提供需要的動力，查閱相關資料，Y系列三相異步電動機可滿足設計要求。查閱相關電動機型號參數表，本次設計軸的功率為4.5kW，考慮到電動機的使用效率（一般取值為0.8），選用Y132S-4型電機可以滿足設計要求，電機額定功率為5.5KW，同步轉速為1500r/min。

4傳動系統裝置

4.1傳動箱的設計

本次攪拌軸的設計長度為1000mm，在其工作的過程中會產生較大的振幅，為解決這個問題，通過設計一個傳動箱來使減速機的輸出軸與攪拌軸工作狀態一致，在攪拌過程中所產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運行。

鋼板作為此次傳動箱設計材料，形狀為圓筒狀，軸承，聯軸器以及攪拌軸等部件在其內部空間依次放置。為了使電機能固定在傳動箱上，在箱體最上端搭配一個圓環形狀頂板，最下端設計矩形結構式墊板，上端通過螺栓螺母與電機法蘭連接，下端采用焊接的方式連接，并在周圍四個方向焊接4個筋板，使設計的傳動箱滿足強度要求。

4.2減速機與軸承的選用

減速機作為傳遞轉矩的機械結構，通常是在執行機構，工作機，原動機之間進行工作。其中立式減速機主要結構有V帶式，擺線針輪式，兩級齒輪式和蝸桿式。減速機選用都有標準系列，通過查閱資料，本設計采用用擺線針輪減速機。

軸承根據工作時摩擦性質，可以分成滾動軸承和滑動軸承兩種不同的結構類型。在相同工作條件下，兩種軸承通過對比，滾動軸承工作時的摩擦阻力要偏小一些，相對于后者功率損耗也較少，啟動性能好。本設計采用滾動軸承。軸承選用需要考慮到載荷大小、載荷方向，載荷性質以及經濟條件等要求，本次設計采用深溝球軸承，因為其摩擦因數小、價格低、應用范圍廣。

4.3聯軸器的選用

聯軸器作為兩軸之間的連接件，因為存在安裝誤差，磨損等原因，比較難實現兩軸之間的連接能精確同心，所以容易導致軸向偏移、徑向偏移、角偏移等問題出現。因此在設計聯軸器時，要能夠及時補償這些偏移，否則就會造成附加載荷，影響傳動效果。本次攪拌機的設計，采用彈性柱銷聯軸器作為連接件。

彈性柱銷聯軸器是在兩個半聯軸器凸緣的孔中均勻放置若干個柱銷，可在其上下兩個端面設置環形擋圈，避免柱銷滑出。彈性柱銷聯軸器結構如圖3所示：

彈性柱銷聯軸器主要是采用彈性件實現主動軸到從動軸的轉矩傳遞，具有減輕甚至消除振動的能力，還能補償較大的軸向位移的能力。通過這些彈性柱銷在工作時發生的形變，可以忽略轉軸在工作過程中出現的少量徑向位移與角位移。如果角位移或徑向位移較大，在安裝選用這種聯軸器時需要更加細致，否則會加速彈性柱銷的磨損。

5其他結構部件

5.1鍵的選用及強度校核

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

5.2軸封的選用

攪拌系統的傳動軸離不開軸封，軸封的主要作用是使桶體內形成正壓或真空狀態，讓桶內的工作環境與外界隔絕。在日常生活中，常見的有機械密封、液封及填料密封等三種結構。本次設計的攪拌機選用填料密封可以滿足密封要求。

6結論

在設計涂料攪拌機的各個結構過程中，有些結構設計如攪拌軸和聯軸器，除了需要使用公式計算外，還需要進行軟件仿真、可行性分析，最后才能實現預期的效果。設計結構圖形仿真是基于UG平臺，通過用UGNX軟件對涂料攪拌機進行三維模型構建，使本次設計能更好地展現出來。設計的涂料攪拌機可以有效增加涂料的分散范圍，縮短分散時間，提高分散效率。

附錄

涂料攪拌機整體裝配圖如下：