一种涂料搅拌机设计

陈敏 庄学文 王振亚 方竹

关键词：涂料搅拌机;搅拌装置;传动装置

随着经济的不断发展，中国在涂料的生产、涂料的使用等方面已排人世界前列，但是发展所面对的困难也是比较突出，技术上和国外的比，也有着明显的差距，为了从根本解决这个现状，使涂料的生产技术从量变转为质变，就必须把国内的生产技术进一步提高。传统涂料搅拌机具有分散时间长、分散范围较小等问题，导致分散效率和分散质量较低。因此，设计一款操作简单、效率更高的涂料搅拌机械具有十分重要的意义。

1涂料搅拌机总体设计

由当今市面上常见的涂料搅拌机结构可知，机器的大致机构分为搅拌分散系统、动力装置系统、传动系统，以及其他的重要结构。本次涂料搅拌机设计采用三相异步电动机作为动力装置，它可以为涂料的分散提供需要的动力。传动系统的构成由传动箱、减速机、联轴器和轴承等机械构件组成，主要实现主动轴与从动轴之间的转矩传递，使搅拌机的转速和方向满足设计要求。搅拌机结构方框图如图1所示。

2搅拌分散系统设计与计算

2.1搅拌器设计

针对传统搅拌器搅拌分散范围较小，分散时间较长的问题，本设计采用螺旋叶片搭配数个分散片结构，螺旋叶片的作用是对转轴周围的涂料进行分散，叶片上分布分散片又进一步对涂料进行分散，两个分散结构的设计，使涂料的分散范围扩大，可以明显提高分散效率。搅拌器结构设计图如图2所示：

由于本次设计的搅拌机针对的是多种黏度涂料的分散，通过查阅相关资料，涂料的黏度范围通常约为数个Pa·s，所以在设计搅拌速度时不宜过快，通过查阅已有搅拌机的性能参数，本搅拌器设计的转速为50r/min，搅拌功率为4.5kW。

2.2桶体结构的设计

2.2.1桶体容积的确定

此次设计的搅拌机主要是用于搅拌液态涂料，属于液一液混合型，结构采用圆柱形桶体，查阅相关资料，搅拌桶体的高度和直径之比（H/D）应为1～1.3。本桶体设计选用高径比为1.3，即搅拌桶体直径设计为0.65m，高度设为0.85m，根据公式

2.2.2桶体材料的选择及估算钢板的厚度

通过查阅机械产品设计制造标准，桶体材料可以采用普通碳素钢，依据GB150-1998中对碳素钢的要求，最终，桶体材料选用Q235-B热轧钢板，厚度尺寸为7mm。

2.3搅拌轴的设计及强度校核

2.3.1搅拌轴的设计

轴的材料有很多种类，设计过程中要遵循经济适用的原则。一般情况下，合金钢和碳素钢这类材料用得比较多，通过比较，碳素钢具备较高力学性能，而且价格低廉，所以通常选用优质中碳钢制造，其45钢是用得比较多的品种。故本设计轴材料采用45钢，轴的长度设计z=1000mm。

2.3.2搅拌轴的强度和刚度校核

（1）轴的强度计算。

轴的扭转强度条件是：

最后算出轴的直径d=45.6mm。在轴的设计过程中，必须符合强度和刚度两个要求，所以最终搅拌轴直径取值为50mm。

2.4扰流框的设计

为了使物料更好地进行粉碎溶解，提高物料的混合质量和效果，在桶体结构的基础上，在其内侧壁设计两个扰流框结构，机构设计成两个通孔的形状，配合主轴和分散片对物料进行混合，提高效率。

3动力装置电动机的选用

本次涂料搅拌机设计采用三相异步电动机作为动力装置，它可以为涂料的分散提供需要的动力，查阅相关资料，Y系列三相异步电动机可满足设计要求。查阅相关电动机型号参数表，本次设计轴的功率为4.5kW，考虑到电动机的使用效率（一般取值为0.8），选用Y132S-4型电机可以满足设计要求，电机额定功率为5.5KW，同步转速为1500r/min。

4传动系统装置

4.1传动箱的设计

本次搅拌轴的设计长度为1000mm，在其工作的过程中会产生较大的振幅，为解决这个问题，通过设计一个传动箱来使减速机的输出轴与搅拌轴工作状态一致，在搅拌过程中所产生的径向载荷和轴向力能够得以有效支撑，从而确保搅拌轴平稳运行。

钢板作为此次传动箱设计材料，形状为圆筒状，轴承，联轴器以及搅拌轴等部件在其内部空间依次放置。为了使电机能固定在传动箱上，在箱体最上端搭配一个圆环形状顶板，最下端设计矩形结构式垫板，上端通过螺栓螺母与电机法兰连接，下端采用焊接的方式连接，并在周围四个方向焊接4个筋板，使设计的传动箱满足强度要求。

4.2减速机与轴承的选用

减速机作为传递转矩的机械结构，通常是在执行机构，工作机，原动机之间进行工作。其中立式减速机主要结构有V带式，摆线针轮式，两级齿轮式和蜗杆式。减速机选用都有标准系列，通过查阅资料，本设计采用用摆线针轮减速机。

轴承根据工作时摩擦性质，可以分成滚动轴承和滑动轴承两种不同的结构类型。在相同工作条件下，两种轴承通过对比，滚动轴承工作时的摩擦阻力要偏小一些，相对于后者功率损耗也较少，启动性能好。本设计采用滚动轴承。轴承选用需要考虑到载荷大小、载荷方向，载荷性质以及经济条件等要求，本次设计采用深沟球轴承，因为其摩擦因数小、价格低、应用范围广。

4.3联轴器的选用

联轴器作为两轴之间的连接件，因为存在安装误差，磨损等原因，比较难实现两轴之间的连接能精确同心，所以容易导致轴向偏移、径向偏移、角偏移等问题出现。因此在设计联轴器时，要能够及时補偿这些偏移，否则就会造成附加载荷，影响传动效果。本次搅拌机的设计，采用弹性柱销联轴器作为连接件。

弹性柱销联轴器是在两个半联轴器凸缘的孔中均匀放置若干个柱销，可在其上下两个端面设置环形挡圈，避免柱销滑出。弹性柱销联轴器结构如图3所示：

弹性柱销联轴器主要是采用弹性件实现主动轴到从动轴的转矩传递，具有减轻甚至消除振动的能力，还能补偿较大的轴向位移的能力。通过这些弹性柱销在工作时发生的形变，可以忽略转轴在工作过程中出现的少量径向位移与角位移。如果角位移或径向位移较大，在安装选用这种联轴器时需要更加细致，否则会加速弹性柱销的磨损。

5其他结构部件

5.1键的选用及强度校核

本次设计中搅拌轴和电机输出轴之间的连接键选用双圆头普通平键，查询相关资料，轴直径在（44～50）mm之间时，平键的尺寸bxh=14×9，长度取L=80mm，连接键的许用挤压应力范围为[o-p]=（100～120）MPa，已知键的工作长度z=66ram，则：

5.2轴封的选用

搅拌系统的传动轴离不开轴封，轴封的主要作用是使桶体内形成正压或真空状态，让桶内的工作环境与外界隔绝。在日常生活中，常见的有机械密封、液封及填料密封等三种结构。本次设计的搅拌机选用填料密封可以满足密封要求。

6结论

在设计涂料搅拌机的各个结构过程中，有些结构设计如搅拌轴和联轴器，除了需要使用公式计算外，还需要进行软件仿真、可行性分析，最后才能实现预期的效果。设计结构图形仿真是基于UG平台，通过用UGNX软件对涂料搅拌机进行三维模型构建，使本次设计能更好地展现出来。设计的涂料搅拌机可以有效增加涂料的分散范围，缩短分散时间，提高分散效率。

附录

涂料搅拌机整体装配图如下：