三足式離心機(jī)設(shè)計

1、緒 論 離心機(jī)是實(shí)現(xiàn)離心分離過程的機(jī)器。鹵水蒸發(fā)水分以后鹽呈結(jié)晶析出，將固體晶鹽 從含鹽漿料液中分離出來，此分離過程就是靠離心機(jī)來完成的。鹽漿離心脫水的好壞不 僅與結(jié)晶鹽粒的粗細(xì)、鹽漿中含固體石膏的多少，旋流后鹽漿的固液比以及料液的粘度 等因素有關(guān)外， 還直接與選用的離心機(jī)機(jī)型有關(guān)。 制鹽生產(chǎn)中使用的離心機(jī)的機(jī)型較多， 但是，我國現(xiàn)行真空制鹽生產(chǎn)中普遍使用的離心機(jī)則不外乎兩種關(guān)型:第一種，活塞卸料離心機(jī)，如廣重產(chǎn)的WH800活塞卸料離心機(jī)、引進(jìn)瑞士的P4/2型雙級活塞卸料離心機(jī)、江北機(jī)械廠生產(chǎn)的HR500N型雙級活塞卸料離心機(jī)及杭州產(chǎn) 的雙級活塞卸料離心機(jī)等。第二種，離心力卸料離心機(jī)，如廣重產(chǎn)

2、的wi650型錐藍(lán)離 心機(jī)及自行改裝wzsso型錐藍(lán)離心機(jī)等。 表 0-1 各種機(jī)型離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 一、各種機(jī)型結(jié)構(gòu)的比較 上述幾種離心機(jī)其工作原理是相同的，都是利用離心分離的原理來分離物料的，所 不同的只是其結(jié)構(gòu)上的差異和卸料方式的不同而已，這就決定了它們在結(jié)構(gòu)上存在著諸 多的異同點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)：由于這幾種離心機(jī)分離的工作原理相同，因此它們在結(jié)構(gòu)上必有 很多相同點(diǎn).此四種機(jī)型的離心機(jī)都有回轉(zhuǎn)體，機(jī)殼、軸承座、機(jī)座等部件.活塞卸料離 心機(jī)都有卸料機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)。而且這些部件在不同的機(jī)型上所起的作用也是相同的， 回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)鼓壁上開有過濾孔，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有篩網(wǎng)，用以阻留物料，分離料液，轉(zhuǎn)動主

3、軸同 轉(zhuǎn)鼓相連，用以傳遞轉(zhuǎn)矩布料斗(分配盤)同轉(zhuǎn)鼓同步旋轉(zhuǎn)，均勻分布物料于篩網(wǎng)上，機(jī) 殼則起收集物料及分離出的料液軸承座起支撐回轉(zhuǎn)體的作用。 而機(jī)座除支撐軸承座外還2起降低設(shè)備的重心，增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性等作用。對于活塞卸料離心機(jī)，其液壓系統(tǒng)是提 供液壓油，而卸料機(jī)構(gòu)則以液壓油為動力，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料推出進(jìn)入前機(jī)殼或集料槽。 結(jié)構(gòu)上的不同點(diǎn)：以上幾種離心機(jī)，錐藍(lán)離心機(jī)的結(jié)構(gòu)最簡單，它沒有液壓系統(tǒng)和 卸料機(jī)構(gòu)，其卸料是靠其本身高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力來完成的。其轉(zhuǎn)鼓是圓錐形的， 電機(jī)帶動主軸，轉(zhuǎn)鼓隨同主軸一起旋轉(zhuǎn)，在分離出料液的同時物料在離心力的作用下沿 著篩網(wǎng)的表面卸出而進(jìn)入前機(jī)殼。所以它的結(jié)構(gòu)較活塞

4、卸料離心機(jī)大大簡化?；钊读?離心機(jī)的物料卸出是靠液壓系統(tǒng)提供的液壓油使活塞在換向滑桿的作用下實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn) 動，由與推桿相連的推料盤將物料卸出，也正由于它們有液壓系統(tǒng)和推料機(jī)構(gòu)，并有安 全閥、調(diào)節(jié)閥等附屬結(jié)構(gòu)，較錐藍(lán)離心機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多。而雙級活塞卸料離心機(jī)較單級 活塞卸料離心機(jī)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，雙級活塞卸料離心機(jī)有兩級轉(zhuǎn)鼓，其推桿是與一級轉(zhuǎn)鼓 相連，而推料盤在軸向和徑向上均與二級轉(zhuǎn)鼓保持相對固定，其初級轉(zhuǎn)鼓兼作二級轉(zhuǎn)鼓 的推料盤。其檢修難度較單級活塞卸料離心機(jī)要大，檢修時間也長。 因此， 從結(jié)構(gòu)上看， 錐藍(lán)離心機(jī)明顯優(yōu)越于其它機(jī)型的離心機(jī):結(jié)構(gòu)簡單， 檢修方便。 二、分離能力的比較 離心機(jī)分離因數(shù)F

5、r=Rw2/g是表示離心機(jī)性能的重要參數(shù)，其值愈大，表示物料 受到的離心力愈大， 則分離的效果也愈好。 從表1可以看出錐藍(lán)離心機(jī)的分離因數(shù)最大， 故分離效果也最好單級活塞離心機(jī)WH800的分離因數(shù)最小.故分離的效果也最差而P4/2或HR500N型)型的離心機(jī)的分離因數(shù)介于前二者之間。 物料的含水量也是衡量離 心機(jī)分離效果好壞的一個重要指標(biāo)。活塞卸料離心機(jī)，由于其物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留的時間 較長，同時推料盤的脈動推料，物料有個不斷被擠壓的過程，所以分離出的物料含水量 較小對于雙級活塞卸料離心機(jī)， 其物料在卸出的過程中有個完全疏松、 重新布料的過程， 故其分離的效果更好，含水量更小。含水量越小，越有利

6、于下一工序干燥。由上所述 可知，P4/2型(或HR500N型)離心機(jī)較WI一650(或WZ一650)型或WH一800型離 心機(jī)更適合于制鹽生產(chǎn)。1生產(chǎn)能力及能耗的比較 表01可以看出P4/2型(或HR500N型)離心機(jī)的生產(chǎn)能力最大，每小時可產(chǎn)鹽1218t錐藍(lán)離心機(jī)的生產(chǎn)能力為712t/h,WH800型離心機(jī)的生產(chǎn)能.力最小，為37t/h，一臺P4/2型離心機(jī)相當(dāng)于兩臺WH800離心機(jī)的生產(chǎn)能力還要多。由0表2可知，錐藍(lán)離心機(jī)噸鹽耗電最小而WH800離心機(jī)噸鹽耗電最多，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì).P4/2型 則介于其間。2操作及卒故頻度的比較 現(xiàn)真空制鹽所使用的離心機(jī)均需手動洗車，人工調(diào)節(jié)進(jìn)料量，其自動化程序

7、較低，但是其操作均較簡單。對于活塞卸料離心機(jī)，可每班洗車一次.在工藝穩(wěn)定的情況下，其 運(yùn)行狀況是很穩(wěn)定的，而不需經(jīng)常調(diào)節(jié)，一旦工藝有波動，則對其影響較大.需適當(dāng)調(diào)節(jié) 進(jìn)料量對于錐藍(lán)離心機(jī).則需每半小時洗車一.次，操作工的勞動強(qiáng)度較活塞卸料離心機(jī) 要大。但是其運(yùn)行狀況較活塞卸料離心機(jī)要穩(wěn)定得多，其原因是物料的錐形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留 時間很短，短時的不均勻進(jìn)料對其影響很小，一旦進(jìn)料正常，它可很快回到穩(wěn)定運(yùn)行狀 態(tài)，調(diào)節(jié)進(jìn)料量次數(shù)比活塞卸料離心機(jī)要少。 錐藍(lán)離心機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單.運(yùn)行狀況穩(wěn)定， 出現(xiàn)設(shè)備事故的情況很少，如我廠除因油泵電機(jī)燒毀、電氣聯(lián)鎖裝置失靈而使軸承燒毀 情況外，沒有出現(xiàn)過其它事故。同時由于結(jié)

8、構(gòu)的不斷完善和改進(jìn)，更換面網(wǎng)更為方便， 面網(wǎng)的使用壽命大為延長，停機(jī)檢修的頻度很小。WH800離心機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，推料速度 慢，對工藝波動適應(yīng)性最差，經(jīng)常發(fā)生振動、機(jī)身螺絲斷或松動、轉(zhuǎn)鼓松動等事故，事 故發(fā)生率最高P4/2型(或HR500N型)離心機(jī)推料速度較快，對工藝波動適應(yīng)性較WH800離心機(jī)要好得多，雖然其結(jié)構(gòu)較WH800型離心機(jī)要復(fù)雜，但是其發(fā)生事故的 頻率卻較小。因此，從這方面來看，WI650型離心機(jī)和P4/2型(或HR500一N型)離 心機(jī)WH一800型離心機(jī)。 因此，WI650型離心機(jī)和P4/2型(或HR500N型)離心機(jī)較WH一800離心機(jī) 運(yùn)行要經(jīng)濟(jì)。以上從三個方面對制鹽在役的幾

9、種離心機(jī)進(jìn)行比較，我們可以得到以下幾 點(diǎn)結(jié)論:1.不論從哪一方面看，WH800離心機(jī)都應(yīng)屬于被淘汰的機(jī)型。2.雖然從結(jié)構(gòu)、能耗及故障率等方面來看，錐藍(lán)離心機(jī)具有明顯的優(yōu)勢.但是從設(shè)備的 技術(shù)先進(jìn)性，鹽的含水量、生產(chǎn)能力及勞動強(qiáng)度的改善方面來看，P4/2(或HR500N)型離心機(jī)比WI650型錐藍(lán)離心機(jī)更適合于制鹽生產(chǎn)。3.由于錐藍(lán)離心機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、檢修方使等特點(diǎn)。它在很長一段時間將同P4/2(或HR500N型)離心機(jī)并存而不會被取而代之，如果其自動洗車問題得到解決，它將有很 大的發(fā)展前途。 三、選型論證，總體結(jié)構(gòu)概述，本機(jī)型的發(fā)展簡史及趨勢 分離機(jī)械的選型應(yīng)從分離物料的性質(zhì)、分離效果、處理量

10、、分離過程的工藝要求、 經(jīng)濟(jì)性等幾方面考慮。(一)分離物料的性質(zhì)、分離效果 分離物料的特性對分離機(jī)械的選用至關(guān)重要。 物料中固相濃度含量、 固體顆粒大小、 形狀及分布、液固相的重度、液相粘度、揮發(fā)性、pH值、顆粒聚積狀態(tài)、腐蝕性、是 否易燃、易爆、有毒等，這些特性決定了分離機(jī)械的類型，如液一液分離，則用分離機(jī)； 如有毒則必須使用密閉式的，含固量少且顆粒小的宜用分離因素大的分離機(jī)；易揮發(fā)的4不宜用真空過濾機(jī)；固相顆粒較細(xì)，物料易堵塞濾布或?yàn)V網(wǎng)不易再生的，可采用沉降式 離心機(jī)等等。另外分離效果、分離要求對選型也至關(guān)重要。若分離后回收的是濾渣，則 應(yīng)考慮濾渣的完整性，如不允許破壞固體顆粒結(jié)晶的則不能

11、用刮刀卸料離心機(jī)或螺旋卸 科離心機(jī)，還應(yīng)考慮濾渣的干燥度及洗滌效果等；若分離后回收的是濾液，則須考慮濾 液的澄清度，濾液的回收率等。(二)分離過程的工藝要求及處理量 分離過程為間歇的還是連續(xù)的，卸渣是人工的還是自動的，自控的程度為多少，處 理量的大小，這些因素對分離機(jī)械的選型起決定性的作用。如管式分離機(jī)適于處理量較 小的場合等。選擇分離機(jī)械時，可根據(jù)分離物料的要求及物料特性，選出一種或幾種適 用的機(jī)械，再根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、安裝維修是否方便等選出最佳的分離機(jī)械。 三足式離心機(jī)：三足式離心機(jī)是一種間歇操作的離心機(jī)。適用于分離含固相顆m的懸浮液，如枝狀、結(jié)晶狀或纖維狀物料，也可供紡織物的脫水，金屬切削鐵屑

12、和潤滑 油的回收等。該類機(jī)型具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)，過濾時間可根據(jù)物料特性 及分離要求靈活掌握，濾渣洗滌充分，固體顆粒不易破碎等優(yōu)點(diǎn)。 主要技術(shù)參數(shù)表02表02轉(zhuǎn)鼓 直徑mm800高度mm400有效容積L100裝料限度kg1000轉(zhuǎn)速r/min1500分離因素1000電機(jī)功率KW7.5外形尺寸長寬高mm16301250980主機(jī)重量kg988第 1章 材料選擇1.1轉(zhuǎn)鼓的材料NaCl與轉(zhuǎn)鼓有直接接觸，對一般的材料具有腐蝕作用，故需采用抗腐蝕材料對轉(zhuǎn)鼓 進(jìn)行設(shè)計，不銹鋼鋼種很多，性能又各異，常見的分類方法有： 按鋼的組織結(jié)構(gòu)分類，如馬氏體不銹鋼、鐵索體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙 相不銹鋼

13、等。 按鋼中的主要化學(xué)成分或鋼中一些特征元素來分類，如鉻不銹鋼、鉻鎳不銹 鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及超低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等。 按鋼的性能特點(diǎn)和用途分類，如耐硝酸(硝酸級)不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點(diǎn) 蝕不銹鋼、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼、高強(qiáng)度不銹鋼等。 按鋼的功能特點(diǎn)分類，如低溫不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、超塑性 不銹鋼等。 鉻鎳奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼類，鉻鎳奧氏體不銹鋼在多種腐蝕介質(zhì)中 具有優(yōu)秀的耐蝕性，并且綜合力學(xué)性能良好，同時工藝性能和可焊性等優(yōu)良，因此選用 此類不銹鋼作為轉(zhuǎn)鼓的材料制造，由于介質(zhì)中含有Cl1離子，所以要加入鉬這種合金元 素，加入鉬后的鉻鎳奧氏體不銹鋼，提

14、高了鋼的耐還原性介質(zhì)的腐蝕性能和耐點(diǎn)腐蝕、 耐縫隙腐蝕等的性能，所以在實(shí)際應(yīng)用中此類不銹鋼常常比不含鉬鋼具有更好的耐氯化 物應(yīng)力腐蝕性能。選用的不銹鋼的鋼號為：0Cr18Ni12Mo2Ti。性能如下： 表 1-1 化學(xué)成分(%) 鋼號CSiMnCrNiMoTiSP0Cr18Ni12Mo2Ti0.081.02.0161911141.82.55(C%0.020.8)0.0300.035表 1-2 力學(xué)性能 熱處理制度 室溫力學(xué)性能b，MPas，MPab,%，%10001100水冷 530205405510001100水冷53976721641441.2675577.5熱處理制度 溫度 高溫力學(xué)性能

15、b，MPa02，MPa，%，%K， ，109J/m220588255657525.562004005006007004514514313923041771771281181183832403547686162624735.335.335.332.3狀態(tài) 溫度 低溫力學(xué)性能b，MPas，MPa,%，%退火冷卻后2176932127582493223317360表 1-3 耐蝕性 （主要為 Cl離子腐蝕） 介質(zhì)條件 腐蝕速度mm/a介質(zhì) 濃度，%溫度， 鹽酸0.50.51155101020203020沸騰2050206020602060200.13.00.13.00.13.01.03.010.03

16、.010.03.010.0氯 干燥的 潮濕的 潮濕的 氯水2020100200.110.010.01.0氯化氫 干燥的氣體 干燥的氣體201002001.010.0氯化鐵 氯化銨 氯化鈣305028飽和溶液 飽和溶液201001003.00.10.1碘 碘仿 溴化鉀 溶液 蒸汽 溶液20602010.00.10.1工藝性能：0Cr18Ni12Mo2Ti鋼有良好的冷、熱加工性能，熱加工適宜溫度為9001200，此 鋼可進(jìn)行冷軋、冷拔、深沖、彎曲、卷邊、折疊等冷加工成型而無特殊困難。固溶處理 溫度為10001100，加熱后需快冷(水冷或空冷)。 此類鋼的焊接性能均佳，可采用通用的方法進(jìn)行焊接。但鎢

17、極氬弧焊、金屬極氬弧 焊和手工電弧焊最為常用，焊后均無晶間腐蝕傾向。一般采用奧202，奧207，奧212焊條。 表 1-4 物理性能 鋼號 密度103kg/m3彈性模量E（20）MPa線脹系數(shù)106K1熱導(dǎo)率102W/(mK)2010020300205001001001000Cr18Ni12Mo2Ti7.919900015.716.717.60.160.210.241.2主軸的材料 主軸零件要求材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、韌性和耐磨性。這些性質(zhì)是通過熱處理方 法實(shí)現(xiàn)的。因此要求材料具有良好的淬火硬度，同時保持材料內(nèi)在的韌性。一般機(jī)器的 主軸用45鋼。45鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T6991999)

18、,表 1-5 化學(xué)成分：% 鋼號CSiMnSP450.420.290.620.0090.017表 1-6 力學(xué)性能：b，MPas，MPa，%，%，MPa600355164035表 1-7 經(jīng)不同工藝處理的 40Cr和 45 鋼的力學(xué)性能比較 鋼號 熱處理工藝 力學(xué)性能b，MPa，%，%K， 縱向/橫向/Jcm2硬度，HBS40Cr 1160鍛造余熱淬火660回火 856 66.1 19.5 166/94 2522608850淬火610回火 799 65.6 20.6 163/59 249255 45 1180鍛造余熱淬火600回火 914 58.2 19.3 123 246 850淬火550回

19、火 877 57.4 18.2 121 235 熱處理工藝： 調(diào)質(zhì)是淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚?，其目的是使工件具有良好的綜合機(jī)械性能。 調(diào)質(zhì)鋼有碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼二大類，不管是碳鋼還是合金鋼，其含碳量控制 比較嚴(yán)格。如果含碳量過高，調(diào)質(zhì)后工件的強(qiáng)度雖高，但韌性不夠，如含碳量過低，韌 性提高而強(qiáng)度不足。為使調(diào)質(zhì)件得到好的綜合性能，一般含碳量控制在0.300.50%。45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯，機(jī)械性能較好，且價格低、來源廣，所 以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。 因?yàn)檎{(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機(jī)械性能， 所以硬度范圍比較寬。 但圖紙有硬度要求的，

20、 就要按圖紙要求調(diào)整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強(qiáng)度高，硬度要求就 高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調(diào)質(zhì)后還要進(jìn)行銑、插加工，硬度要求就低些。1.3油箱和機(jī)殼的材料 由于油箱和機(jī)殼一般采用鑄造或焊接，當(dāng)采用鑄造式，常用鑄鐵(HT150或HT200) 制成。鑄鐵易于切削，抗壓性能好，并且有一定的吸振性。但其彈性模量E較小，剛性 較差，因?yàn)殡x心機(jī)振動較大，故在離心機(jī)中比較少使用。 當(dāng)采用鋼板焊接來代替鑄造時，不但不用模具，簡化了毛胚制造，而且由于鋼的彈 性模量E與切變模量G均較鑄鐵大40%70%，因而可以得到重量較輕而剛性較好的油 箱和機(jī)殼。 這里選用鑄造碳鋼牌號為：ZG23045

21、0。 我國多年來沿用的是以鋼的含碳量作為分級的標(biāo)準(zhǔn)。牌號中的“ZG表示鑄鋼，其 后的數(shù)字表示鋼中碳的重量分?jǐn)?shù)的公稱值，以萬分之幾表示。鑄造碳鋼依其雜質(zhì)元素磷 和硫含量的高低而分為三級，磷和硫單項(xiàng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)各低于 0.04%的特質(zhì)(級)鋼;低于 0.05%的優(yōu)質(zhì)(級)鋼.低于0.06%的為普通（級）鋼。 一般工程用鑄造碳鋼的標(biāo)準(zhǔn)（GB5676-85）將鑄造碳鋼按照室溫下的機(jī)械性能分為5 個牌號，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。對鋼中的基 本化學(xué)成分只規(guī)定其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上限，對鋼中殘余合金元素的限制比較寬。第2章 轉(zhuǎn)鼓的機(jī)械計算 離

22、心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓是在較高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速從每分鐘幾百轉(zhuǎn)、幾千轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)。因 此轉(zhuǎn)鼓壁在回轉(zhuǎn)時，除了承受鼓壁自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力所引起的應(yīng)力外，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上 還存在物料和液體層，它們回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力也作用在鼓壁上面而引起應(yīng)力。有時在 這些離心力作用下產(chǎn)生很大的應(yīng)力，使轉(zhuǎn)鼓壁“飛裂”，引起嚴(yán)重后果。因此需要計算 這些應(yīng)力以保證鼓壁的強(qiáng)度。 對于轉(zhuǎn)鼓壁與攔液板，鼓壁與鼓底的邊緣連接的地方（活塞卸料離心機(jī)無攔液板）， 以及轉(zhuǎn)鼓的圓筒形與圓錐形邊緣連接（如上懸式離心機(jī)）的部分，由于變形相互受到約 束，將產(chǎn)生附加的“邊緣應(yīng)力”。邊緣應(yīng)力一般都是局限在連接處，隨著離邊緣距離的 增大而迅速的衰減。如對鋼制圓筒，當(dāng)

23、離產(chǎn)生邊緣應(yīng)力的距離RS5.2 c （R為圓筒半 徑、S 為圓筒壁厚）處，邊緣應(yīng)力就衰減到很小的數(shù)值。在工程設(shè)計中，往往要采用合 理的結(jié)構(gòu)來減小邊緣應(yīng)力。如為了盡量避免由于厚度、載荷和曲率發(fā)生突變，使連接件 變形不諧調(diào)，而采用連接處用圓弧連接，或加小一段圓滑的過渡部分；也有時在邊緣連 接處適當(dāng)增加厚度以承受邊緣應(yīng)力，并采用塑性好的材料制作轉(zhuǎn)鼓。這里僅研究在高速 回轉(zhuǎn)下受離心載荷作用的轉(zhuǎn)鼓壁的強(qiáng)度計算。 轉(zhuǎn)鼓鼓壁在工作時，需承受轉(zhuǎn)鼓鼓壁本身質(zhì)量在回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力、篩網(wǎng)質(zhì)量 產(chǎn)生的離心力以及物料質(zhì)量產(chǎn)生的離心力。 轉(zhuǎn)鼓的示意圖如下 2.1 圓筒形轉(zhuǎn)鼓的鼓壁質(zhì)量引起的鼓壁應(yīng)力 圖21所示為繞對稱

24、軸旋轉(zhuǎn)的圓筒形轉(zhuǎn)鼓。 圖 2-1 圓筒形轉(zhuǎn)鼓示意圖10設(shè)鼓壁的半徑為R，鼓壁的厚度為S，高度為L，密度為o。在轉(zhuǎn)鼓上劃出寬度為的細(xì)條，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓以一定的角速度旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)鼓細(xì)條單元質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力為2o2oRSLRSLC w r a w r a =(21)其中R為轉(zhuǎn)鼓壁的平均半徑，2SRR + = ，但因SR，所以取RR 。 此力可認(rèn)為均勻地作用于這一單元體的表面上，因此由鼓壁本身質(zhì)量產(chǎn)生的單位面 積上的離心壓力為2o1RSLCp = =(22)p1是由轉(zhuǎn)鼓鼓壁本身質(zhì)量而產(chǎn)生的垂直于鼓壁的離心壓力。由p1的作用，使得轉(zhuǎn) 鼓象受內(nèi)壓的殼體一樣，它的環(huán)向應(yīng)力可由拉普拉斯方程式求得SpRR2211 =

25、s + s(23)式中1 s經(jīng)向應(yīng)力；2 s 環(huán)向應(yīng)力R1第一曲率半徑，此R1R2第二曲率半徑，此R2R；p殼體內(nèi)壓力，此pp1；S殼體壁厚，m。 因?yàn)镽1=，所以11R s 0，則SpR122 = s 即SRp12 = s 202202202uRSRS r = w r = w r = s(24)由鼓壁質(zhì)量所產(chǎn)生的離心壓力pc1的方向是垂直于軸線而指向外的，因此，它不產(chǎn) 生軸向力，也不產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力1 s，即01 = s(25)由式(24)、(25)可導(dǎo)出：0maxu r s (26)即離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的最大圓周速度umax僅取決于轉(zhuǎn)鼓材料的許用拉應(yīng)力及密度o。因此，對于超高速離心機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓要選用強(qiáng)度

26、高而密度小的材料制做。 2.2 圓筒形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的篩網(wǎng)質(zhì)量引起的鼓壁應(yīng)力 過濾式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)側(cè)，均勻的布滿著篩網(wǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時，篩網(wǎng)質(zhì)量也 就產(chǎn)生離心力作用在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上。這相當(dāng)于轉(zhuǎn)鼓受內(nèi)壓。使鼓壁產(chǎn)生應(yīng)力。 作用在鼓壁單位面積上的離心壓力為2ss2s2s2RSL2MRL2RMp w r = p w = p w =(27)式中Ms篩網(wǎng)的總質(zhì)量，sssRLS2M r p = ；Ss篩網(wǎng)當(dāng)量厚度，m；s篩網(wǎng)當(dāng)量密度，kg/m3；R篩網(wǎng)回轉(zhuǎn)半徑，一般取鼓壁內(nèi)徑；L篩網(wǎng)的寬度。 在此離心壓力作用下，引起鼓壁的環(huán)向應(yīng)力為SRSSRp22ss22 w r = = s (28)而離心壓力在鼓壁內(nèi)不產(chǎn)生經(jīng)

27、向應(yīng)力，即01 = s 2.3 圓筒形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料質(zhì)量引起的鼓壁應(yīng)力 對于立式離心機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料在高速回轉(zhuǎn)時，液面基本為平行于軸線的同心圓 柱面；而臥式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料表面為平行于軸線的同心圓柱面，如圖22所示。 圖 2-2 物料作用在轉(zhuǎn)鼓上的離心壓力 若想求出物料質(zhì)量引起的鼓壁應(yīng)力，首先須導(dǎo)出物料在高速回轉(zhuǎn)時作用于鼓壁的離 心壓力。為此在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)任取一微塊的物料(見圖22)，其體積為dydddV q r r = 。設(shè)物料 的密度為mf，則該微塊物料所受的離心力為dydddF22mf q r w r r =(29)12根據(jù)微塊物料在徑向上的平衡條件可得dFdyd2dsinp2dydpdyd

28、)d)(dddpp( = r q - q r - q r + r r r + 因d很小，2d2dsin q q 經(jīng)化簡可得2mfddp rw r = r 積分得C2p22mf + r w r =(210)上式中的積分常數(shù)C由邊界條件來確定：=r0時，p=0，則式(210)可得2rC202mf w r - = 代入式(210)后，得到物料作用于轉(zhuǎn)鼓壁上的離心壓力為)r(2p2022mf3 - r w r =(211)由上式可見，物料層產(chǎn)生的離心壓力隨半徑的變化而變化，當(dāng)=R時，離心壓力 達(dá)最大值， 即：)rR(2p2022mfmax3 - w r =(212)求得了離心壓力，就可分析鼓壁的應(yīng)力和

29、形變。根據(jù)軸向平衡條件可得： - w pr = r pr - r w r = r pr = s pRr22022mf2022mfRr100)rR(4d2)r(2d2pRS2(213)離心壓力p3引起轉(zhuǎn)鼓壁上的環(huán)向應(yīng)力可由拉普拉斯方程式求得S2KRRS2)rR(SRp32mf2022mfmax32 w r = - w r = = s (214)式中K轉(zhuǎn)鼓的填充系數(shù)，220Rr1K - = 。 對于有頂蓋和鼓底的轉(zhuǎn)鼓，離心壓力p3不僅作用于轉(zhuǎn)鼓壁上，同時也作用于頂蓋和 鼓底上。作用于頂蓋和鼓底上的離心壓力p3將引起鼓壁的經(jīng)向應(yīng)力1 s ，此應(yīng)力的大小 可根據(jù)軸向力的平衡條件而求得。其平衡條件為22

30、02Rr2mf2022mf1)rR(4d2)r(2RS20 - w pr = r pr - r w r = s p (215)則物料離心力在轉(zhuǎn)鼓上引起的經(jīng)向應(yīng)力為S8KRSR8)rR(232mf22022mf1 w r = - w r = s (216)2.4 轉(zhuǎn)鼓壁的強(qiáng)度計算 由于轉(zhuǎn)鼓壁上有開孔的，也有關(guān)無孔的，而鼓壁上開孔對鼓壁的強(qiáng)度影響較大，因 此進(jìn)行強(qiáng)度計算時要分別考慮。開孔轉(zhuǎn)鼓 過濾式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓壁上開有許多小孔，屬于開孔轉(zhuǎn)鼓。對于過濾式離心機(jī)，因轉(zhuǎn) 鼓上開有許多小孔，一方面，使鼓壁強(qiáng)度降低，許用應(yīng)力還需計入開孔削弱系數(shù)的影響， 即為 j s。開孔削弱系數(shù)為tdt- = j(222)

31、式中d開孔直徑，m；t轉(zhuǎn)鼓在軸線方向上的相鄰兩孔間的距離，m。 另一方面使鼓壁質(zhì)量有所減小，從而使鼓壁質(zhì)量離心力產(chǎn)生的應(yīng)力變?yōu)?1(2 y - s ，其中為開孔率，=鼓體開孔總面積/鼓體全面積。并為了計算方便起見，近似取篩網(wǎng)質(zhì)量 離心力產(chǎn)生的應(yīng)力為)1(2 y - s 。 圓筒形轉(zhuǎn)鼓壁的經(jīng)向總應(yīng)力和環(huán)向總應(yīng)力分別為S8KR232mf11 = =(223)S)1(2RKSS1)(1(RS2KR)1(SRS)1(R)1()1(0mf0ss22032mf22ss2202222 y - r r + r r + y - w r = w r + y - w r + y - w r = s + y - s

32、+ y - s = s 當(dāng)0s r = r ，并令k0mf)1( l = y - r r ，則上式可簡寫為：)S2KRSS1)(1(ks22 l + + y - s = s(224)按第三強(qiáng)度理論，開孔轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度條件為： j j s l + + y - sHks2)S2KRSS1)(1(225)由式(225)可得轉(zhuǎn)鼓壁厚度為14)1()KRS2(2)1(S2Hks2 y - s - j j s l + y - s (226)2.5 具體設(shè)計過程轉(zhuǎn)鼓壁厚計算 現(xiàn)已知物料NaCl懸浮液的密度mf=1.56103kg/m3； 轉(zhuǎn)鼓材料的密度0=7.9103kg/m3； 篩網(wǎng)材料的密度s=7.9103

33、kg/m3； 轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑D=800mm。 計算開孔率： 開孔有很多種方法，主要有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正方形。其中 正三角形用的最多。如圖23所示 圖 2-3 開孔方式 開孔直徑選取，這里取20mm，正三角形排列。相鄰兩孔的間距t通常為(25)d； 這里取30mm。 開孔率12.0866.0t4d22 = p = y 開孔削弱系數(shù)8.0504050tdt = - = - = j 焊縫系數(shù)H j 進(jìn)行100%的射線探傷進(jìn)行檢查，其焊縫系數(shù)取為95.0H = j 。 物料層內(nèi)徑d0=600mm。 篩網(wǎng)的當(dāng)量厚度Ss=0.0055m。 材料許用應(yīng)力n,nminssbb s s = s

34、常溫下0Cr18Ni12Mo2Ti的不銹鋼,錯誤！ 未找到引用源。錯誤！ 未找到引用源。550b = s ，220s = s ，0.3nb = ，5.1ns = 則5.1374550nbb = = sMPa885.2220nss = = sMPa取錯誤！未找到引用源。88 = sMPa。16.3160150024.0109.7R232202 = p = w r = sMPa44.04003001Rr1K22220 = - = - =18.0)12.01(109.71056.1)1(330mfk = - = y - r r = lmm7.80087.0)12.01(16.316.095.067.

35、146)44.04.018.00055.02(2)12.01(16.31)1()KRS2(2)1(S2Hks2 = = - - + - = y - s - j j s l + y - s 所以設(shè)計厚度Sd=S+C2=4.3+3=7.3mm，其中腐蝕裕量C2取3mm； 名義厚度Sn=Sd+C1=7.3+0.6=7.9mm，其中厚度負(fù)偏差C1取0.3mm； 圓整名義厚度取Sn=12mm轉(zhuǎn)鼓的剛度分析 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓周向旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到數(shù)十米每秒， 分離腔內(nèi)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流流場， 轉(zhuǎn) 鼓處于其中肯定會發(fā)生振動。如果激勵頻率和轉(zhuǎn)鼓的固有頻率相接近，即共振現(xiàn)象，轉(zhuǎn) 鼓將產(chǎn)生劇烈的變形， 嚴(yán)重的將發(fā)生爆裂，所以轉(zhuǎn)

36、鼓還應(yīng)滿足其剛度要求。0055.0109.7)3.04.0(121099.14.2716.0104.090014.3)L(12EK110nRS3211202221 = - = r m - j p m其中：E、0分別為轉(zhuǎn)鼓材料的彈性模量、泊松比和密度；K2由公式)LR(36.195.1Kln2 + = 來計算。 即4.27718.2eK40040036.195.140040036.195.12 = = = + +R、L分別為轉(zhuǎn)鼓的半徑、長度，j是開孔削弱系數(shù)。 對于0Cr18Ni12Mo2Ti材料，11101.2 =EPa，3.0 = m ，30109.7 = rkg/m3所以設(shè)計厚度Sd1=S

37、1+C2=5.5+3=8.5mm，其中腐蝕裕量C2取3mm； 名義厚度Sn1=Sd1+C1=8.5+0.6=9.1mm，其中厚度負(fù)偏差C1取0.6mm； 圓整名義厚度取Sn1=12mm由強(qiáng)度計算和剛度計算，取轉(zhuǎn)鼓標(biāo)準(zhǔn)厚度S=12mm16第 3章 主軸計算 3.1 概述 作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件都要裝在軸上來實(shí)現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動，大多數(shù)軸還起著傳遞轉(zhuǎn)矩的作 用軸要用滑動軸承或滾動軸承來支承。 在一般情況下，軸的工作能力決定于它的強(qiáng)度和剛度，對于機(jī)床主軸，后者尤為重 要。高速轉(zhuǎn)軸則還決定于它的振動穩(wěn)定性。在設(shè)計軸時，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計 計算或校核計算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還須滿足其他一系列的要求，例如：多數(shù)軸

38、上零件 不允許在軸上作軸向移動，需要用軸向固定的方法使它們在軸上有確定的位置；為傳 遞轉(zhuǎn)矩，軸上零件還應(yīng)作周向固定；對軸與其他零件(如滑動軸承、移動齒輪)間有相 對滑動的表面應(yīng)有耐磨性的要求；軸的加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)、維修等都應(yīng)有良 好的工藝性；對重型軸還須考慮毛坯制造、探傷、起重等問題。 3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）軸的毛坯 尺寸較小的軸可以用圓鋼車制， 尺寸較大的軸則應(yīng)用鍛造毛坯。 鑄造毛坯應(yīng)用很少。 為了減少質(zhì)量或結(jié)構(gòu)需要，有一些機(jī)器的軸(如水輪機(jī)軸和航空發(fā)動機(jī)主軸等)常采用空 心的截面。因?yàn)閭鬟f轉(zhuǎn)矩主要靠軸的近外表面材料，所以空心軸比實(shí)心軸在材料的利用 上較經(jīng)濟(jì)。但空心軸的制造比較

39、費(fèi)工，所以必須從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面分析才能決 定是否有利。有時為了節(jié)約貴重的合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋼，或是為了解決大件鍛造的困難，也 可用焊接的毛坯。 （2） 軸頸、軸頭、軸身 軸主要由軸頸、軸頭、軸身三部分組成：軸上被支承部分叫做軸頸，安裝輪轂部分 叫做軸頭， 聯(lián)接軸頸和軸頭的部分叫做軸身。 軸頸和軸頭的直徑應(yīng)該按規(guī)范取圓整尺寸， 特別是裝滾動軸承的軸頸必須按軸承的內(nèi)直徑選取。 軸頸、軸頭與其相聯(lián)零件的配合要根據(jù)工作條件合理地提出，同時還要規(guī)定這些部 分的表面粗糙度，這些技術(shù)條件對軸的運(yùn)轉(zhuǎn)性能關(guān)系很大。為使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必要時還應(yīng) 對軸頸和軸頭提出平行度和同軸度等要求。對于滑動軸承的軸頸，有時還須提出

40、表面熱 處理的條件等。 從節(jié)省材料、減少質(zhì)量的觀點(diǎn)來看，軸的各橫截面最好是等強(qiáng)度的。但是從加工工 藝觀點(diǎn)來看，軸的形狀卻是愈簡單愈好。簡單的軸制造時省工，熱處理不易變形，并有可能減少應(yīng)力集中。當(dāng)決定軸的外形時，在能保證裝配精度的前提下，既要考慮節(jié)約材 料，又要考慮便于加工和裝配。因此，實(shí)際的軸多做成階梯形(階梯軸)，只有一些簡單 的心軸和一些有特殊要求的轉(zhuǎn)軸，才做成具有同一名義直徑的等直徑軸。 （3）軸上零件的聯(lián)接 軸上零件常以其轂和軸聯(lián)接在一起。軸和轂的固定可分為軸向固定和周向固定兩類。 軸上零件的軸向固定 軸上零件軸向固定的方法有：軸肩(或軸環(huán))、擋圈、圓螺母、套筒、圓錐形軸頭等。 軸肩結(jié)

41、構(gòu)簡單，可以承受較大的軸向力；螺釘鎖緊擋圈用緊定曙釘固定在軸上，在軸 上零件兩側(cè)各用一上擋圈時，可任意調(diào)整軸上零件的位置，裝拆方便，但不能承受大的 軸向力，且釘端坑會引起軸應(yīng)力集中；當(dāng)軸上零件一邊采用軸肩定位時，另一邊可采用 套筒定位，以便于裝拆；如果要求套筒很長時，可不采用套筒而用螺母固定軸上零件， 螺母也可用于軸端；軸端擋圈常用于軸端零件的固定；圓錐形軸頭對中好，常用于轉(zhuǎn)速 較高時，也常用于軸端零件的固定。 軸上零件的周向固定 周向固定的方法可采用鍵、花鍵、成形、彈性環(huán)、銷、過盈等聯(lián)接，通稱軸轂聯(lián)接。 3.3 軸的強(qiáng)度計算 軸的強(qiáng)度計算主要有三種方法：許用切應(yīng)力計算；許用彎曲應(yīng)力計算；安全

42、系數(shù)校 核計算。 許用切應(yīng)力計算只需知道轉(zhuǎn)矩的大小，方法簡便，但計算精度較低。它主要用于下 列情況：傳遞以轉(zhuǎn)矩為主的傳動軸；初步估算軸徑以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；不重要的 軸。彎矩等的影響，可在計算中適當(dāng)降低許用切應(yīng)力。 許用彎曲應(yīng)力計算必須先知道作用力的大小和作用點(diǎn)的位置、軸承跨距、各段軸徑 等參數(shù)。為此，常先按轉(zhuǎn)矩估算軸徑并進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，即可畫出軸的彎扭合成圖， 然后計算危險截面的最大彎曲應(yīng)力。它主要用于計算一般重要的、彎扭復(fù)合的軸，計算 精度中等。 安全系數(shù)校核計算也要在結(jié)構(gòu)后進(jìn)行，不僅要定出軸的各段直徑，而且要定出過渡 圓角、軸轂配合、表面粗糙度等細(xì)節(jié)。它主要用于重要的軸，計算精度較高，

43、但計算較 復(fù)雜， 且常需有足夠的資料才能進(jìn)行。 安全系數(shù)校核計算能判斷各危險截面的安全程度， 從而改善各薄弱環(huán)節(jié)，有利于提高軸的疲勞強(qiáng)度。按許用切應(yīng)力計算 受轉(zhuǎn)矩T(Nmm)的實(shí)心圓軸，其切應(yīng)力18d2.0n/P1055.9WTT36TT t = = tMPa(31)寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑33T6nPCn2.0P1055.9d = t mm(32)其中WT軸的抗扭截面系數(shù)，mm3P軸傳遞的功率，kWn軸的轉(zhuǎn)速，r/minT許用切應(yīng)力，MPaC與軸材料有關(guān)的系數(shù)按許用彎曲應(yīng)力計算 由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力b應(yīng)不超過許用彎曲應(yīng)力b。計算應(yīng)滿足下列條件： 實(shí)心軸d1.0MWMb13b - s =

44、= s(33)其中W軸的抗彎截面系數(shù)安全系數(shù)校核計算 疲勞強(qiáng)度校核 疲勞強(qiáng)度的校核即計入應(yīng)力集中、表面狀態(tài)和尺寸影響以后的精確校核。計算應(yīng)滿 足下列條件：SSSSSS22 + = t s t s(34)其中 sS彎矩作用下的安全系數(shù) tS轉(zhuǎn)矩作用下的安全系數(shù)S復(fù)合安全系數(shù) 靜強(qiáng)度校核 靜強(qiáng)度校核的目的在于校核軸對塑性變形的抵抗能力。軸上的尖峰載荷即使作用時 間很短和出現(xiàn)次數(shù)很少，不足以引起疲勞破壞，但卻能使軸產(chǎn)生塑性變形。所以設(shè)計時 應(yīng)當(dāng)按尖峰載荷進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。在校核時取maxSbS s s = smaxTSS t t = t(36)其中max s 和maxT t 由于尖峰載荷所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)

45、力和切應(yīng)力Sb s 和S t 材料的彎曲和剪切屈服極限3.4 具體計算過程 現(xiàn)在進(jìn)行主軸的計算。 軸結(jié)構(gòu)圖見附圖2以下是尺寸簡圖： 圖 3-1 主軸簡圖計算主軸受力 轉(zhuǎn)矩1500151055.9nP1055.9T661 = =T1=95500Nmm圓周力60955002dT2F11t = =Ft=3183.3N3.31838.9304853FFFFtt + + = + + = 轉(zhuǎn)鼓 物料 總N5.7015Ft = 總 圖 3-2 主軸受力圖計算支承反力 水平面反力300)300160(67.1534F1R + = N16.2353F1R = 30016067.1534F2R = N49.818

46、F2R = 20垂直面反力3001005.7015F1R = N5.2338F1R = 300)100300(5.7015F2R + = N9354F2R = 水平面(xy)受力圖： 圖 3-3 水平面受力圖 垂直面(xz)受力圖： 圖 3-4 垂直面受力圖畫軸彎矩圖 水平面彎矩圖： 圖 3-5 水平面彎矩圖 垂直面彎矩圖： 圖 3-6 垂直面彎矩圖 合成彎矩圖：2xz2xyMMM + =圖 3-7 合成彎矩圖畫軸轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩T=T1T=196306Nmm轉(zhuǎn)矩圖：mm.N56345T = 圖 3-8 軸轉(zhuǎn)矩圖許用應(yīng)力 許用應(yīng)力值 用插入法由機(jī)械設(shè)計表16.3查得：0b=102.5MPa，1b=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)5.10260b0b1 = s s = a -=0.59畫當(dāng)量彎矩圖 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩