摘要
该设计为食品机械设计基础的课程设计，主题是啤酒发酵中低速锚式搅拌机。该搅拌设备用于啤酒发酵过程麦芽的糖化（或醪液的制备）及啤酒的主发酵中，可用于非均相（多为粘度较大的液相或悬浮物）发酵，使参加反应的物料混合均匀，强化相间的传热传质，操作条件的可控范围广，可以打开盖子清洗内部表面，也可清除醪渣。本装置电机为动力来源，选用转速为720r/min的电机，带动减速器，它们之间为带传动，使转速降至286 r/min，然后再用双级减速器减速，并减至40r/min，减速器采用直齿圆柱齿轮。然后带动搅拌轴转动，且与其同转速。 ABSTRACT
The design for the food-based curriculum design, mechanical design, theme is anchored low-speed mixer. The mixing equipment used for beer, malt saccharification fermentation process (or the preparation of mash) and the main fermentation of beer, can be used for non-homogeneous (mostly higher viscosity liquid or suspended matter) fermentation to participate in response mixed materials, enhanced heat and mass transfer between phases, the controllability of a wide range of operating conditions, can open the lid clean interior surfaces, but also clear the mash residue.
The motor as power source device, select the motor speed 720r/min to drive reducer, belt drive between them as to speed down to 286 r / min, and then use the two-stage reduction gear reducer, and reduced to 40r / min, with spur gear reducer. Then driven stirring shaft rotation, and with the same speed.
Keywords: blender; reducers; gears; shafts; design; check
啤酒发酵中低速锚式搅拌机
1 前言
近年来随着人们生活水平的提高，啤酒越来越普遍的被人们喜爱饮用，一些企业单位（非啤酒发酵生产单位）、大中型酒店、宾馆等服务产业单位拥有了自己的啤酒生产线，其中重要的设备就是麦芽糖化器和啤酒发酵罐，低速搅拌器为其上的一重要机构，以满足良好的液体混合及好的传质相传热速率。
啤酒发酵或麦芽糖化时要求搅拌器转速低，起泡沫少，转速稳定，且料液有一定的粘度和悬浮物。本设计针对这些进行设计。
本设计为框锚式低速搅拌器，主要分为五部分：第一部分为电动机选择及传动系统总的传动比分配；
主要确定电动机类型和结构形式、工作机主动轴功率、电动输出功率及传动系统总的传动比分配。第二部分为带轮的设计包括带轮类型的选择、带轮尺寸参数的确定，及校核计算。第三部分为减速器的运动和动力参数计算，主要确定各轴转速、各轴的输入功率、及各轴转矩、各圆柱齿轮的尺寸参数，选择齿轮、材料、精度、等级、确定齿轮齿数、转矩、载荷系数、轮宽系数及齿根弯曲疲劳强度校核。第四部分为轴系的结构设计，包括轴径和轴身长度的计算和设计尺寸。第五部分为各附件的选择和确定。
常用的搅拌器有涡轮式搅拌器、桨式搅拌器、锚式搅拌器、螺带式搅拌器、磁力加热搅拌器、磁力搅拌器。搅拌器的类型、尺寸及转速，对搅拌功率在总体流动和湍流脉动之间的分配都有影响。一般说来，涡轮式搅拌器的功率分配对湍流脉动有利，而旋桨式搅拌器对总体流动有利。对于同一类型的搅拌器来说，在功率消耗相同的条件下，大直径、低转速的搅拌器，功率主要消耗于总体流动，有利于宏观混合。小直径、高转速的搅拌器，功率主要消耗于湍流脉动，有利于微观混合。针对设计要求本设计中搅拌器采用框锚式或锚式搅拌器，该搅拌器工作时，主要产生轴向液流。叶轮直径与搅拌罐内径比为0.7～0.95，叶片宽度与罐内径的比为1：12，转速低，通常为10～50r/min，线速度一般小于3m/s，由与锚与罐内壁间隙小，可清除附在槽壁上的粘性反应产物或堆积于槽底的固体物，保持较好的传热效果。在锚外缘处存在强烈的剪切作用，产生局部涡旋，引起液体物料间的不断交换，因此锚式搅
拌器尤其适合带加套的搅拌罐内料液的传热。另外，由于叶轮直径大，且与罐底贴近，较适合与高浓度沉淀物料，能较好的防止罐壁上物料的结晶和罐底物料沉淀。可用于搅拌粘度高达 200Pa·s的牛顿型流体和拟塑性流体。
搅拌器的传动方式为带传动和齿轮传动。
带传动具有适于两轴中心距较大的传动；具有良好的弹性，可吸振缓冲，尤其是V带没有接头，传动平稳，噪声小；过载时带与带轮之间会自动打滑，防止其他零件因过载而损坏；带传动结构简单，制造与维护方便，成本低。因此本设计采用V带传动。
齿轮传动能保证瞬时传动比的恒定，传动平稳性好，传递运动准确可靠，适用的功率和速度范围广。传递的功率小至低于lW (如仪表中的齿轮传动)，大至5×l04kW，甚至高达l×l05kW；其传动时圆周速度可达至300m/s。传动效率高。一般传动效率 =0.94～0.99。
结构紧凑，工作可靠，寿命长。设计正确、制造精良、润滑维护良好的齿轮传动，可使用数年乃至数十年。因此本设计采用直齿齿轮传动。
本设计的搅拌机构可为锚式或框锚式（在轴和锚之间有肋条或肋板，兼有两者的优点）。
根据物料和工作情况的不同，安装不同的搅拌机构。另外，对于容易起泡的物料还可以将锚的边缘做
成锯齿状，增加消泡能力。
当然还有一些不足之处，比如电机质量较大，转速不可调等，需要寻求指导和改进.
家用食品搅拌机2 设计要求
啤酒发酵或麦芽糖化(醪液的制备)时要求搅拌器转速低，起泡沫少(搅拌器最好能起到一定的消泡作用)，转速稳定，且料液有一定的粘度和悬浮物，某些特殊阶段还需控制进氧量（或溶氧量），本设计针对其中这些主要要求进行设计。
输出功率P
w =6.0Kw，输出轴转速n
w
=40r/min，传动不逆转，工作平稳，可有
轻微振动，轻载启动，间歇操作，平均每天工作12小时，要求寿命8年。
3 分析传动方案
本次设计的方案有很多，可以优先选用的三种方案：（1）先用V带传动，再用一级齿轮减速器传动。（2）直接用两级齿轮减速器传动。（3）先用V带传动，再用两级级齿轮减速器传动。
方案（1）中传动装置尺寸大，大带轮尺寸接近1m，齿轮若用软齿，齿轮直径特较大。方案（2）中直接用齿轮传动，平稳性没有经带传动传递后平稳，影响其寿命，且需经常维护。若用软齿，尺寸也较大。方案（3）中，经V带传动后，平稳性较好，第一级减速用软齿，可节省成本，结构尺寸也不大，第一级减速用硬齿，可使结构更紧凑。因此，选用方案（3）。
本设计采用渐开线直齿圆柱齿轮，主要由于该类型齿轮在机械传动中，结构较简单，传动较平稳，强度高，制造、安装方便，应用广泛。
本设计采用深沟球轴承，主要由于轴向几乎无轴向力，该轴承适用，且摩擦阻力小，启动灵活，效率高，易配备。
本次设计的转速低，选用低转速电机，传动比较大，选用双级减速器，它们之间为带传动，减速器采用直齿圆柱齿轮，然后带动搅拌轴转动，且与其同转速。在机械传动中，一般应将带传动设置在传动系统的高速级，使之与原动机相连，齿轮或其他传动装置在带传动之后。这样，即可以减小传动的外廓尺寸，又可以起到过载保护的作用，还可以减少机械的振动和噪音。传动装置的简图如图1
所示。
图1 设计传动方案简图
1 4—大、小带轮 2—电机 3 5 8—轴Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 6—深沟球轴承
7 9—一、二级减速齿轮副 10—联轴器 11—筒体 12—锚式搅拌器
4 选择电动机类型，确定各轴的运动和动力参数
4.1 确定电动机的输出功率
4.1.1 确定传动装置的总效率
由李秀珍主编《机械设计基础（少学时）第四版》机械工业出版社，2005版（以
下未说明者均为该书籍）表11-3选取V带η
1＝0.95，轴Ⅱ滚动轴承η
2
＝0.98、
一级齿轮η
3＝0.96、轴Ⅲ滚动轴承η
4
＝0.98、二级齿轮η
5
＝0.98，轴Ⅳ滚动轴
承η
6＝0.99、联轴器η
7
＝0.993；又由设计可知，需要V带传动、3对轴承、1
个联轴器、2对齿轮传动，故总效率：
η＝0.95×0.98×0.96×0.98×0.98×0.99×0.993=0.84 4.1.2 计算需要电动机输出的功率Pd
电动机功率P
d
P
d=Pw/η
总
=6.0/0.84=7.1KW
4.1.3 初定电动机的转速
4.1.3.1 初定各级传动的传动比，求初定总传动比I’
由表11-3查得: V带传动比i
1’=2.70 齿轮传动比i
2
’=2.60，链传动传动比
i
3
’=2.56，则总传动比i’=18 4.1.3.2 计算所需电动机转速
n d ’=I’×n
w
=18×40r/min=720 r/min
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