高剪切均質(zhì)機(jī)設(shè)計(jì)[全套CAD圖紙].pdf

高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 24 頁 目錄 1 、緒論1 1 . 1 高剪切均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)原理 1 1 . 2 電 動(dòng) 機(jī) 與 轉(zhuǎn) 軸 連 接 形 式3 2 、均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 4 2 . 1 電動(dòng)機(jī)的選擇4 2 . 2 軸的設(shè)計(jì)與校核5 2 . 2 . 1 軸的設(shè)計(jì)5 2 . 2 . 2 軸的校核5 2 . 3 軸 承 的 選 用8 2 . 3 . 1 軸 承 型 號(hào) 選 用8 2 . 3 . 2 潤滑和密封8 2 . 3 . 3 軸承的固定9 2 . 4 聯(lián)軸器的選用9 2 . 4 . 1 幾種聯(lián)軸器的比較9 2 . 4 . 2 聯(lián)軸器型號(hào)的選用1 0 2 . 5 密封選用1 0 2 . 5 . 1 機(jī)械密封1 0 2 . 6 定子、轉(zhuǎn)子、葉片結(jié)構(gòu)與尺寸的確定1 2 2 . 6 . 1 定 子 與 轉(zhuǎn) 子 的 設(shè) 計(jì)1 2 2 . 6 . 2 葉片的設(shè)計(jì)1 4 2 . 6 . 3 葉片和轉(zhuǎn)子的裝配關(guān)系1 5 2 . 7 固定葉片和轉(zhuǎn)子的鍵的選用與校核1 5 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 2 頁 共 24 頁 2 . 7 . 1 鍵的選用1 5 2 . 7 . 2 鍵的校核1 5 2 . 8 固定葉片和轉(zhuǎn)子的螺栓的校核1 6 2 . 9 支座的設(shè)計(jì)1 7 2 . 1 0 物料進(jìn)口 、出口尺寸的確定1 7 2 . 1 1 轉(zhuǎn)軸的加工工藝1 8 2 . 1 2 設(shè)備安裝、調(diào)試與操作1 8 總 結(jié) 和 展 望 2 0 致 謝 2 1 參考文獻(xiàn)2 2 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 24 頁 1 緒論 剪切式均質(zhì)技術(shù)作為一種新型微米技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、輕工、微生物等 諸多行業(yè)，并得到迅速發(fā)展，已成為這些行業(yè)對(duì)有關(guān)流體、半流體產(chǎn)品品質(zhì)所必不可少的 工藝過程。 國外早在 3 0年前就產(chǎn)生并使用均質(zhì)機(jī)，且應(yīng)用于生產(chǎn)。目前，已有美國、日本、德 國等 1 0多個(gè)國家生產(chǎn)均質(zhì)機(jī)。剪切式均質(zhì)機(jī)作為均質(zhì)機(jī)械中的佼佼者，也被廣泛的認(rèn)識(shí) 和研究。自從 1 9 4 8年德國 f l u k o公司首次發(fā)明了應(yīng)用高剪切原理制成分散乳化設(shè)備，高 剪切分散乳化設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了多種系列產(chǎn)品，在世界均質(zhì)機(jī)械行業(yè)處于領(lǐng)先地位。近 4 0 年來，國外，特別是歐洲一些國家在高剪切分散均質(zhì)機(jī)行業(yè)得到迅速發(fā)展，并在很多領(lǐng)域 發(fā)揮著重大作用，如化裝品、制藥、食品、涂料、黏合劑等。國外所研究制造的剪切式均 質(zhì)設(shè)備基本上上是采用定一轉(zhuǎn)子型（s t a t o r - r o t o r ）結(jié)構(gòu)作為均質(zhì)頭，在電機(jī)的高速驅(qū)動(dòng) 下（3 0 0 - 1 0 0 0 0 r / m i n ） ，物料在轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)，形成強(qiáng)烈的液力剪切 和湍流，使物料在同時(shí)產(chǎn)生的離心、擠壓、碰撞等綜合作用力的協(xié)調(diào)作用力下，得到充分 的分散、乳化、破碎，達(dá)到要求的的效果。美國和德國在剪切式均質(zhì)機(jī)的研究和開發(fā)方面 都取得了顯著進(jìn)展。如美國 i k a - w e r k e g m h b c o . k g 生產(chǎn)的多系列分散均制設(shè)備；美國 r o s s 公司研制的高剪切混合乳化機(jī)；德國 i k a - m a s c h i n e n b a u公司研制的 u l t r a分散機(jī)；德國 y s t r a l 公司生產(chǎn)的 x 4 0 型分散攪拌機(jī)；德國公司研制的系列高剪切分散乳化劑、管線式高 剪切分散乳化劑、管式分散乳化劑、間歇式高剪切與間歇式無軸承分散乳化劑、高效強(qiáng)力 分散乳化劑等世界領(lǐng)先高科技產(chǎn)品。 我國的均質(zhì)機(jī)研究產(chǎn)品是從 5 0年代個(gè)別廠家開始的，最早是上海煙草機(jī)械廠仿制美 國產(chǎn)品，直到 8 0年代才開始逐漸的生產(chǎn)均質(zhì)機(jī)，而且大多是傳統(tǒng)的高壓均質(zhì)設(shè)備。隨著 國外剪切式均質(zhì)機(jī)的迅速發(fā)展，近年來，國內(nèi)許多科研人員，制造和使用廠家也開始重視 對(duì)剪切式均質(zhì)機(jī)的研究工作。目前，已建立了與國外廠商聯(lián)營、合資研制生產(chǎn)剪切式均質(zhì) 機(jī)的公司。如上海菲魯克（f l u k o ）機(jī)電設(shè)備有限公司；中美合資南通羅斯（r o s s ）混合 設(shè)備有限公司等。 現(xiàn)在國內(nèi)有許多廠家開始生產(chǎn)高剪切均質(zhì)機(jī)， 如東市長江機(jī)電有限公司、 上海環(huán)保設(shè)備總廠、上海威宇機(jī)電有限公司、上海市化工裝備研究所生產(chǎn)的集混合、分散、 乳化、溶解、粉碎等功能為一體的系列剪切式均質(zhì)機(jī)。 1 . 1 高剪切均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)原理 剪切均質(zhì)機(jī)基于超剪切原理，實(shí)現(xiàn)固相的微化和液相的乳化。目前采用剪切式均質(zhì)機(jī) 主要工作部件為一級(jí)或多極的相互嚙合的定轉(zhuǎn)子又有數(shù)層齒圈。其均質(zhì)乳化有以下方面： 1 液力剪切作用 液力剪切是指高速流動(dòng)的流體本身會(huì)對(duì)流體內(nèi)粒子產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切作用，而且由于高 速流動(dòng)產(chǎn)生劇烈的微湍流，在湍流邊緣出現(xiàn)很高的局部速度梯度，處于這種局部速度梯度 下的粒子會(huì)受剪切而微?；?，液力剪切分層流剪切和湍流剪切。在層流區(qū)域，流體在定轉(zhuǎn) 子槽道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)的最大流速及所受到的最大剪切力與流體流動(dòng)方向上的壓力梯度 成正比。當(dāng)施以周期性高頻脈動(dòng)壓力梯度時(shí)，最大速度在槽道壁面與機(jī)理道中心之間，偏 離中心，且頻率增大，最大速度增大，且向壁面趨近，剪切力增大。流體在同軸圓筒之間 成為旋轉(zhuǎn)流，由于兩圓筒速度不同，間隙內(nèi)流體層之間存在速度梯度，產(chǎn)生剪切力。如圓 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 4 頁 共 24 頁 筒設(shè)為定子和轉(zhuǎn)子，在定轉(zhuǎn)子間隙很小情況下，轉(zhuǎn)子速度越大，定轉(zhuǎn)子間隙越小，則最大 剪切越大。而對(duì)于纖維物料處理時(shí)，在由高速旋轉(zhuǎn)的定轉(zhuǎn)子形成的流場(chǎng)內(nèi)，由于流動(dòng)著的 流體流于齒槽邊界接觸、 不同速度運(yùn)動(dòng)的兩股流體相互接觸產(chǎn)生劇烈的湍流。 湍流狀態(tài)下， 由于不斷變化的流動(dòng)速度和由此產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力作用于分散向顆粒表面，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的 剪切作用力。湍流強(qiáng)度越大，流體所受的剪切作用越大 ，另外，湍流運(yùn)動(dòng)的脈動(dòng)特性使 其具有傳遞擴(kuò)散性，從而使物料的粉碎過程中能更產(chǎn)生很好的分散、混合效果?？梢钥闯?， 當(dāng)速度達(dá)到一定值時(shí)，流體各層之前產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大于纖維物料的臨界剪切應(yīng)力，從而 使纖維物料破碎。 液力剪切是高速流動(dòng)的流體本身對(duì)流體內(nèi)粒子產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切作用，而且由于高速流 動(dòng)產(chǎn)生劇烈的微湍流，在湍流邊緣出現(xiàn)很高的局部速度梯度，處于這種局部速度下的粒子 會(huì)受剪切而微?；毫羟蟹謱恿骷羟信c湍流剪切，高黏度物料一般處于層流狀態(tài)，低 黏度物料一般處于湍流狀態(tài)，果蔬汁物料處于兩者之間。 2 高頻壓力波作用 高頻壓力波主要有空穴效應(yīng)，高頻壓力振動(dòng)，可使顆粒表面周期性膨脹、壓縮，致使 固相與液相顆粒破裂?？昭ㄐ?yīng)是由于大量氣泡隨壓力升高而瞬間潰滅而產(chǎn)生的高速微射 流，速度可達(dá)到 1 0 0 m / s到 3 0 0 m / s這一高速微射流產(chǎn)生的脈沖壓力接近 2 0 0 m p a這就是空 穴效應(yīng)。高頻壓力振動(dòng)是由于定轉(zhuǎn)子齒槽時(shí)開時(shí)閉時(shí)產(chǎn)生的，高頻壓力波對(duì)果疏汁等含液 - 液相的物料可達(dá)到很好的均質(zhì)效果。 3 機(jī)械撞擊、剪切作用 對(duì)于含固體顆粒物料的粉碎均質(zhì)，機(jī)械剪切與撞擊起主導(dǎo)作用，轉(zhuǎn)子帶有葉高速旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子中心形成很強(qiáng)的負(fù)壓區(qū)，料液（液液或液固混合物）從定轉(zhuǎn) 子中心被吸入，在離心力地作用下，物料由內(nèi)圈向外圈運(yùn)動(dòng)，線速度越來越高，形成極大 的壓力梯度場(chǎng)，在該場(chǎng)中，物料受機(jī)械力、流體力作用下，產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切、摩擦、撞擊 以及物料間的相互碰撞、摩擦實(shí)現(xiàn)固相在微粒與液相的乳化。 圖 1- 1 定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 24 頁 圖 1- 2 高剪切粉碎機(jī)定轉(zhuǎn)子示意圖 其工作原理為：物料經(jīng)初粉碎后，與大量的水混合物，使物料有了一定的流動(dòng)性。轉(zhuǎn) 子帶有葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子中心形成的負(fù)壓區(qū)，料液（纖維物料與 流體混合物）從定轉(zhuǎn)子中心被吸入，在離心力作用下，物料由中心向四周擴(kuò)散，在向四周 擴(kuò)散過程中，物料首先受到葉片的攪拌、并在葉片端面與定子齒圈內(nèi)側(cè)窄隙間受到剪切， 然后進(jìn)入內(nèi)圈轉(zhuǎn)齒與定齒的窄小的間隙內(nèi)，在機(jī)械力和流體力學(xué)效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生很大 的剪切、摩擦、撞擊以及物料間的相互碰狀和摩擦作用而使物料破碎。隨著轉(zhuǎn)齒的線速度 由內(nèi)圈向外圈逐漸增高，粉碎環(huán)境不斷改善，物料在向外圈運(yùn)動(dòng)過程中受到越來越強(qiáng)烈的 剪切、摩擦、沖擊、碰撞等作用而被粉碎得越來越細(xì)。以下是定子和轉(zhuǎn)子的實(shí)物圖。 圖 1 - 3 定子轉(zhuǎn)子實(shí)物圖 1 . 2 電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)軸連接形式 通常，帶傳動(dòng)用于中小功率電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間的動(dòng)力傳遞。其優(yōu)點(diǎn)主要有：適用 于中心距較大的傳動(dòng)；帶具有良好的撓性，可緩沖和沖擊、吸收振動(dòng)；過載時(shí)帶與帶輪間 回出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動(dòng)失效，但可防止損壞其他零件；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。當(dāng)然他 也有不少缺點(diǎn)；傳動(dòng)的外輪廓尺寸較大；需要張緊裝置；由于帶的滑動(dòng)，不能保證固定不 變的傳動(dòng)比；帶的壽命較短；傳動(dòng)效率較低。在此生產(chǎn)線中設(shè)計(jì)使用的高剪切均質(zhì)機(jī)，其 功率不算大，所以其整個(gè)機(jī)體的尺寸也較小。聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，且效率高。 綜合以上各個(gè)方面，可以將電動(dòng)機(jī)軸和轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸器直接連接起來，做成臥式結(jié)構(gòu)， 這樣其傳動(dòng)效率較高，且使其專用空間減少，從而大大提高機(jī)器工作效率。如圖 1 - 4 所示。 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 6 頁 共 24 頁 圖 1- 4 電動(dòng)機(jī)遇轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)簡圖 2 均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 2 . 1 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的類別有一般異步電動(dòng)機(jī)、變速異步電動(dòng)機(jī)、防爆異步電動(dòng)機(jī)等, 在此選用一 般異步電動(dòng)機(jī)即可滿足工作要求. 電動(dòng)機(jī)外殼結(jié)構(gòu)形式: 在本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)環(huán)境中, 可能有水滴落、飛濺, 容易造成電機(jī)燒 壞; 且空氣中經(jīng)常存在叫多的灰塵, 所以在此電動(dòng)機(jī)的外殼形式選擇封閉式中的自扇冷卻 式結(jié)構(gòu), 其在本身轉(zhuǎn)軸上( 封閉部分以外) 裝有風(fēng)扇, 以冷卻機(jī)身. 一般異步電動(dòng)機(jī)中包括 y 系列( i p 2 3 ) 三相異步電動(dòng)機(jī)、 y 系列( i p 4 4 ) 三相異步電動(dòng)機(jī)、 y h 系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)和 y e j 系列電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī). y h系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)和 y h j系列電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)均是 y系列 ( i p 4 4 ) 電機(jī)的派生產(chǎn)品, 而對(duì)于 y 系列( i p 4 4 ) 三相異步電動(dòng)機(jī), 此電動(dòng)機(jī)為封閉自扇冷式鼠 籠型三相異步電動(dòng)機(jī), 效率高、節(jié)能, 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距高、噪聲低、振動(dòng)小, 運(yùn)行安全可靠. 能防止 灰塵、鐵屑或其他雜務(wù)侵入電機(jī)內(nèi)部; 具有與 y系列相同的用途于驅(qū)動(dòng)無特殊要求的各種 機(jī)械設(shè)備, 如水泵、鼓風(fēng)機(jī)、金屬切削機(jī)床及運(yùn)輸機(jī)械等) 外, 還能適用于灰塵多、水土飛 濺的場(chǎng)所, 如球磨機(jī)、碾米機(jī)、磨粉機(jī)、脫谷機(jī)及其他農(nóng)用機(jī)械、食品機(jī)械、礦山機(jī)械等. 已知電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為 2 2 k w . 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)( 1 ) 第九章, 在此處選用 y 1 8 0 m - 2型電 動(dòng)機(jī), 機(jī)座不帶底腳, 端蓋不帶凸緣. 轉(zhuǎn)速為 2 9 4 0 r / m i n . 如圖 2 - 1 所示, 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 24 頁 圖 2- 1 電動(dòng)機(jī)簡圖 2 . 2 軸的設(shè)計(jì)與校合 2 . 2 . 1 軸的設(shè)計(jì) 3 n p cd 式中 c - 由軸的材料和承載系數(shù)確定的常數(shù) p - 軸傳遞的功率, k w n - 軸的轉(zhuǎn)速, r / m i n 電機(jī)和軸之間使用一彈性聯(lián)軸器相連 992. 0 1 軸用滾動(dòng)球軸承支撐 99. 0 2 軸選用材料: 1 c r 1 7 n i 2 , 取 c = 1 4 0 （不銹鋼 c 一般為 1 2 5 - 1 4 5 ） ， p =kwp6 .2199. 0992. 022 21 = 機(jī) , n = 2 9 4 0 r / m i n , 所以 mmd2 .27 2940 6 .21 140 3 = 考慮到軸上要開鍵槽, 所以直徑放大 7 % 左右 所以 d = 2 7 . 2 + 2 7 . 27 % = 2 9 . 1 m m 又因?yàn)檩S上每個(gè)轉(zhuǎn)子處要開兩個(gè)鍵槽, 所以去= 取 d = 3 5 m m 2 . 2 . 2 軸的校合 2 . 2 . 2 . 1 軸的強(qiáng)度校核 軸的受力情況如圖 2 - 2所示, 未注單位為 m m , 其中重力ngngng30,98,70 321 =; 由 于 軸 的 轉(zhuǎn) 速 較 高 ,所 以 轉(zhuǎn) 子 產(chǎn) 生 的 偏 心 力 得 加 以 考 慮 ,偏 心 力 nmrf 8 . 21)98(1046105 2332 1 = , 其中m 為轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量, . r 為偏心距, 所 以nfff 8 . 21 132 =。 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 8 頁 共 24 頁 f 1f 2f 3 g 1 g 2 g 3 a b f a f b 圖 2- 2 軸的受力簡圖 - 4 4 . 1 n . m 1 8 . 9 n . m - 2 . 1 3 n . m 圖 2- 3 軸的彎矩和成圖 - 1 6 0 . 8 n . m - 1 0 7 . 2 n . m - 5 3 . 6 n . m 圖 2- 4 軸的扭矩圖 軸的材料為 1 c r 1 7 n i 2 , , 經(jīng)淬回火后, 其許用應(yīng)力mpa b 230 1 = , 做出軸的彎距圖, 如圖 2 - 3 所示, 則 m = - 4 4 . 1mn 軸的轉(zhuǎn)矩: mn n p t=2 .107 2940 22 99509550 軸的扭矩圖如圖 2 - 4 所示, 則 危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩: 從圖可見, 若將此軸看作 d = 3 5 m m 的等直徑軸, 則軸承所支撐的 a 處截 面最危險(xiǎn), 其當(dāng)量彎矩為: 22 )( tmme+= 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 24 頁 如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力, 取折合系數(shù), 代入上式可得: mnme=+=0 .78)2 .1076 . 0(1 .44 22 所以 b e e mpa d m 1 3 3 3 2 . 18 351 . 0 10 0 . 78 1 . 0 = = 所以此軸符合強(qiáng)度要求. 2 . 2 . 2 . 2 軸的剛度校核 將軸的受力進(jìn)行簡化, 如圖 2 - 5 所示, g 2 g 3 a b f a f b p = 9 4 . 4 n 4 4 3 m m 圖 2- 5 軸的受力簡圖 當(dāng)量作用力 p 處的撓度最大, 且最大撓度 ei pl f p 3 3 =, 其中mmlp443=e 為材料的彈性摸量, 查得 1 c r 1 7 n i 2 在 2 0 時(shí)的 e 為mpa 5 1006 . 2 ; 當(dāng)軸為等直徑時(shí), 4 64 di =. 求軸的當(dāng)量直徑; 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得不等直徑的階梯軸的當(dāng)量直徑 m d 的計(jì)算公式為 = = n i i i m d l l d 1 4 式中 il 階梯軸 i 段的長度; i d 階梯軸 i 段的直徑 l 兩支承之間的長度; 當(dāng)載荷作用于兩支承之間時(shí), l = 1 ; 當(dāng)載荷作用于兩懸臂時(shí), l = 1 + k ; k 軸的懸臂長度. 所以 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 10 頁 共 24 頁 mmdm 4 . 35 60 14 55 17 50 131 42 93 35 150 16 24 917 444444 = + = 所以mmf2 . 0 4 .35 64 1006. 23 4434 .94 45 = = 因?yàn)檗D(zhuǎn)子與定子每一圈齒之間的間隙為 0 . 5 m m , 所以起剛度也符合要求. 2 . 3 軸承的選用 軸承分為滾動(dòng)式軸承和滑動(dòng)式軸承兩大類, 其中滾動(dòng)軸承按滾動(dòng)體的形狀又可分為球 軸承和滾子軸承, 滾子軸承中又包括圓住滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承和調(diào)心滾子 軸承; 滾動(dòng)軸承可分為干摩擦軸承和含油軸承等. 2 . 3 . 1 軸承型號(hào)選用 與滑動(dòng)軸承比, 滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、啟動(dòng)靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換 等優(yōu)點(diǎn); 本質(zhì)均機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速較高, 載荷不大, 主要承受徑向載荷, 但其旋轉(zhuǎn)精度要求較高, 且支 承剛度較高, 所以可成對(duì)采用深溝球軸承. 當(dāng)軸承內(nèi)徑相同時(shí), 外徑愈小, 滾動(dòng)體愈小愈輕, 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體作用于外圈滾道上的離 心力愈小, 因此更合適與高速下工作, 但同時(shí)要承受一定的載荷, 所以直徑系列選用 3 ( 中) 系列. 綜上考慮, 選用深溝球軸承 6 3 2 . 2 . 3 . 2 潤滑和密封 潤滑的作用 潤滑過程中, 軸承內(nèi)部各元件見, 均存在不同程度的相對(duì)滑動(dòng), 從而導(dǎo) 致摩擦發(fā)熱和元件的磨損. 因此工作中必須對(duì)軸承進(jìn)行可靠的潤滑. 潤滑的主要目的是; 1 ) 減小摩擦發(fā)熱, 避免工作溫度過高 2 ) 降低磨損 3 ) 防止銹蝕 4 ) 密封( 脂潤滑) d 代表軸承內(nèi)徑( m m ) , a 代表軸承的轉(zhuǎn)速( r / m i n ) , 當(dāng) n d ( 1 . 5 2 ) 5 10min/rmm時(shí), 一般可采用潤滑脂潤滑, 在此 n d = 6 02 9 4 0 = 1 7 6 4 0min/rmm, 所以可以選用脂潤滑. 且脂潤滑的優(yōu)點(diǎn)在于: 油膜強(qiáng)度高; 油脂粘附性好, 不易流失, 使用時(shí)間較長; 密封簡單, 能 防止灰塵、水分和其他雜務(wù)進(jìn)入軸承. 此外, 潤滑脂的不足或過多, 都會(huì)導(dǎo)致軸承工作中升 溫增大, 磨損加快, 故潤滑脂的填充量要適度. 一般, 以填充量占軸承與外殼見的 1 / 3 1 / 2 為宜. 考慮其工作環(huán)境相對(duì)還不錯(cuò), 且操作方便, 所以對(duì)軸承的密封可采用防塵蓋. 所以選用軸承為 6 3 1 2 2 z . 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 24 頁 2 . 3 . 3 軸承的固定 軸承的固定方式有兩端固定支承、固定游動(dòng)支承、兩端游動(dòng)支承. 在此, 周主要用于 傳遞扭矩, 軸承所受的軸向和徑向力都很小, 且由于安裝了機(jī)械密封, 為防止其的損壞, 要 求軸基本上不產(chǎn)生軸向位移, 由此對(duì)其軸承的固定采用固定游動(dòng)的方式. 其固定方式如 圖 2 - 6 所示。 圖 2- 6 軸承固定方式圖 2 . 4 聯(lián)軸器的選用 2 . 4 . 1 幾種聯(lián)軸器的比較 序號(hào) 1 2 3 聯(lián)軸器名稱 凸緣聯(lián)軸器 （g b / t 5 8 4 3 1 9 8 6 ） 彈性套柱銷聯(lián)軸器 （g b / t 4 3 2 3 1 9 8 4 ） 梅花型彈性聯(lián)軸器 （g b / t 5 2 7 2 1 9 8 5 ） 轉(zhuǎn)距范圍/ nm 1 0 2 0 0 0 0 6 . 3 1 6 0 0 0 1 6 2 5 0 0 0 軸徑范圍/ m m 1 0 1 8 0 9 1 7 0 1 2 1 4 0 最高轉(zhuǎn)距 / 1 min r 1 3 0 0 0 1 4 0 0 8 8 0 0 1 1 5 0 1 5 3 0 0 1 1 0 0 軸向 / m m 較大 1 . 2 5 . 0 徑向 / m m 0 . 2 0 . 6 0 . 5 1 . 8 許用 相對(duì) 位移 角向 要求兩軸嚴(yán)格精確對(duì) 中 1 3 0 0 3 0 1 2 特點(diǎn)及應(yīng)用說 明 機(jī)構(gòu)簡單， 工件可靠， 裝拆方便，剛性好， 傳遞轉(zhuǎn)距大，但不能 吸收沖擊。當(dāng)兩軸對(duì) 中精度較低時(shí)，將引 起較大的附加載荷， 適用于工件平穩(wěn)的一 結(jié)構(gòu)緊湊， 裝配方便， 具有一定的彈性和緩 沖性能，補(bǔ)償兩軸相 對(duì)位移不大，當(dāng)位移 量太大時(shí)，彈性件容 易損壞，主要用于一 般的中小功率傳動(dòng)軸 結(jié)構(gòu)簡單， 維修方便， 有緩沖減振性能，安 全可靠，耐磨，對(duì)加 工精度要求不高，適 應(yīng)范圍廣，可用于各 種中小功率的水平和 垂直傳動(dòng)軸系，工作 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 12 頁 共 24 頁 般傳動(dòng)，高速傳動(dòng)時(shí) 需要有高的對(duì)中和制 造精度 系， 工作溫度- 2 0 7 0 溫度- 3 5 8 0 2 . 4 . 2 聯(lián)軸器型號(hào)的選用 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 mn n p t=2 .107 2940 22 95509550 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 表 1 7 - 1 , 得 5 . 1= a k 所以mntkt ac = 8 . 160 2 . 1075 . 1 1 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 4 1 . 5 - 3 4 選取梅花型彈性聯(lián)軸器 m l 6 。 2 . 5 密封選用 密封可以分為靜密封和動(dòng)密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸 密封三大類。動(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。 目前，常用于旋轉(zhuǎn)軸密封的有機(jī)械密封、填充密封和油封。填充密封主要作動(dòng)密封， 它廣泛用做離心泵、壓縮機(jī)、真空泵、攪拌機(jī)和船舶螺旋槳的轉(zhuǎn)軸密封等。機(jī)械密封又稱 端面密封，是旋轉(zhuǎn)軸用動(dòng)密封，被廣泛用于石油、化工、冶金、航空、原子能等工業(yè)中。 油封也可用于旋轉(zhuǎn)軸密封。 2 . 5 . 1 機(jī)械密封 2 . 5 . 1 . 1 機(jī)械密封原理 圖 2- 7 機(jī)械密封原理簡圖 1- 靜環(huán)，2- 動(dòng)環(huán)，3- 動(dòng)環(huán)密封圈，4- 推環(huán) 5- 傳動(dòng)座，6- 彈簧，7- 靜環(huán)密封圈，8- 靜環(huán)圈 在總裝圖中可以看到，機(jī)械密封采用了外裝形式，其定位依靠甩水環(huán)和套筒，均質(zhì)腔 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 24 頁 底盤中心有凸緣回轉(zhuǎn)臺(tái)，以及用來排除液料的渦輪結(jié)構(gòu)防止了大部分的含顆粒料液進(jìn)入， 避免了因介質(zhì)壓力與彈簧力的方向相反而相互縣的泄露。但是，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，彈簧力不變， 端面受力太大，由于摩擦副尚未形成液面，端面上比壓過大容易磨傷密封面。在這里采用 機(jī)械密封將容易泄露的軸向密封改變?yōu)檩^難泄露的靜密封和端面徑鄉(xiāng)接觸的動(dòng)密封。減少 了泄露量，降低了對(duì)軸的精度和表面粗糙的要求，由于減少了軸的接觸面積，使得軸不易 受磨損。 2 . 5 . 1 . 2 機(jī)械密封與成型填料密封的比較 機(jī)械密封與軟填料密封相比較，有如下優(yōu)點(diǎn)：密封可靠，在長期的運(yùn)行中，密封狀態(tài) 穩(wěn)定，泄露量很小，按粗略統(tǒng)計(jì)，其泄露量一般僅為軟填料密封的 1 / 1 0 0 ；使用壽命長， 在油、水類介質(zhì)中一般可達(dá) 1 2年或更長時(shí)間，在化工介質(zhì)中通常也能達(dá)半年以上；摩 擦功率消耗小，機(jī)械密封的摩擦功率緊為軟填料密封的 1 0 % 5 0 % ；軸或軸套基本上不受磨 損；維修周期長，端面磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，一般情況下，無須經(jīng)常的維修；抗振性好，對(duì) 轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)、偏擺以及軸對(duì)密封腔的偏斜不敏感；適用范圍廣，機(jī)械密封用于低溫、高溫、 真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。但其也有一些缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)制造加工要求高；安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術(shù)水 平；發(fā)生偶然性事故時(shí)，處理較困難；一次性投資高。 本均質(zhì)機(jī)在工作中要求密封處基本上無泄露，一旦泄露，會(huì)對(duì)機(jī)內(nèi)的物料造成污染。 綜上考慮，在此選用機(jī)械密封。 對(duì)于軸：srad /98 60 22940 = = 機(jī)械密封處線速度：smrv/465. 6981021 3 = 2 . 5 . 1 . 3 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式的選擇 對(duì)本均質(zhì)機(jī)調(diào)查后可發(fā)現(xiàn) 介質(zhì)為液體， 起壓力為 2 公斤， 溫度在 0 8 0 范圍內(nèi)， 軸徑為 4 2 m m轉(zhuǎn)速為 2 9 4 0 r / m i n 。 介質(zhì)特性介質(zhì)壓力低，無腐蝕性，無固體顆粒及纖 維雜質(zhì)，且不宜汽化和結(jié)晶。 主機(jī)工作特點(diǎn)與環(huán)境條件連續(xù)操作；主機(jī)安裝在室內(nèi)； 周圍氣氛性質(zhì)良好，溫度變化不大。 幾乎不允許有泄露，并且對(duì)泄露方向有要求；壽 命盡量長些，從而降低更換次數(shù)，且可靠性要高些。 綜上考慮選用： m y v 1 = 1 4 2 型機(jī)械密封， 2 . 5 . 1 . 4 機(jī)械密封的冷卻與潤滑 機(jī)械密封的冷卻與端面潤滑由循環(huán)請(qǐng)水系統(tǒng)保證。循環(huán)水流量由機(jī)體外管道閥門控 制。少量泄露的清水被甩水環(huán)甩至軸承座支架板，經(jīng)由排水管排出。 2 . 5 . 2 油封的選用 2 . 5 . 2 . 1 油封與其它密封裝置的比較 油封與其它密封裝置比較有下列優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。簡單油封一次便可以 模壓成型，即使最復(fù)雜的油封，制造工藝不復(fù)雜。金屬骨架油封也只需要經(jīng)過沖壓、膠接、 鑲嵌、模壓等工序即可將金屬與橡膠組成所需要求的油封。 重量輕、耗材少。每種油 封都是薄壁的金屬件與橡膠件的組合，其材料耗費(fèi)極少，因而每個(gè)油封的重量很輕。 油封的安裝位置小，軸向尺寸小，容易加工，并使機(jī)器緊湊。 密封性能好，使用壽命 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 14 頁 共 24 頁 較長。對(duì)機(jī)器的振動(dòng)和主軸的偏心都有一定的適應(yīng)性。 裝拆容易、檢修方便。 價(jià)格 便宜。 油封對(duì)內(nèi)可封油，對(duì)外可防塵。 油封的缺點(diǎn)在于不能承受高壓，但機(jī)械密封處由油所產(chǎn)生的壓力在兩公斤左右，油封 足可以承受。 2 . 5 . 2 . 2 油封的工作范圍 油封的工作范圍如表 2 - 1 所示 表 2 - 1 油封的工作范圍表 工作壓力 0 . 3 m p a 密封面線速度 低速型 4 m / s 高速型 4 1 5 m / s 工作溫度 - 6 0 1 5 0 （與橡膠種類有關(guān)） 適用介質(zhì) 油、水及弱腐蝕性液體 壽命 5 0 0 2 0 0 0 h 油封處線速度：smrv/70. 7981025 3 = 2 . 5 . 2 . 3 油封的結(jié)構(gòu) 在此選擇橡膠骨架結(jié)構(gòu) 把沖壓好的金屬骨架包在橡膠之中，成為內(nèi)包骨架型，其 制造工藝稍微復(fù)雜一些。但剛度好，易裝配，且鋼板材料要求不高。 2 . 5 . 2 . 4 油封材料 鑒于油封處于大氣和油的環(huán)境中，所以要求材料的耐油性、耐大氣老化性能良好；同 時(shí)它常遇灰塵、水，且有很高的轉(zhuǎn)速，因此要求耐磨性和耐熱性良好。丁腈橡膠的耐油性 能優(yōu)異。 所以選擇丁腈橡膠作為油封材料。 2 . 5 . 2 . 5 油封的潤滑 安裝時(shí)對(duì)油封唇部涂潤滑脂。因?yàn)殇嚮鶟櫥哪蜔?、耐水性能好，溫度變化時(shí)稠度 很少變化，適用溫度范圍廣，遇水也不降低其潤滑性能，所以油封的潤滑選用鋰基潤滑脂。 2 . 5 . 2 . 6 密封圈 用做油封的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈選用內(nèi)包骨架有副唇的密封。對(duì)于外部環(huán)境多灰塵、雨水及 雜質(zhì)等場(chǎng)合，應(yīng)采用有副唇的密封圈。 綜上所述，選用 g b 9 8 7 7 8 8 中的 f b 型油封。 2 . 6 定子、轉(zhuǎn)子、葉片結(jié)構(gòu)與尺寸的確定 2 . 6 . 1 定子與轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) 紡織漿料的均質(zhì)步驟，在整個(gè)生產(chǎn)工序中非常重要，此工序中的主要部件高剪切均 質(zhì)機(jī)，其中的關(guān)鍵部件為定轉(zhuǎn)子部件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量有非常大的影 響。 2 . 6 . 1 . 1 定子的設(shè)計(jì) 定子的材料為 z g 0 c r 1 3 n i 4 m n , 其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖 2 - 8 及表 2 - 2 所示， 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 24 頁 3 7 4 0 6 1 6 4 3 0 2 9 . 5 圖 2- 8 定子結(jié)構(gòu)圖 表 2 - 2 定子結(jié)構(gòu)主要尺寸 名稱 定子直徑 定子高 齒高 齒 圈 槽 深 齒圈距 齒間距 齒厚 數(shù)值 （m m ） 1 9 8 4 0 2 9 . 5 3 0 7 3 6 此定子裝拆方便，且盤上開了一個(gè)鍵槽，利用鍵來防止其在剪切過程中轉(zhuǎn)動(dòng)。 2 . 6 . 1 . 2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子的材料也是 z g 0 c r 1 3 n i 4 m n ，其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖 2 - 9 及表 2 - 3 所示， 圖 2 - 9 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 16 頁 共 24 頁 表 2 - 3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要尺寸 名稱 轉(zhuǎn)子直徑 轉(zhuǎn)子高 齒高 齒圈槽深 齒圈距 齒間距 齒厚 數(shù)值 （m m ） 1 3 7 4 5 2 9 . 5 3 0 7 3 6 轉(zhuǎn)子與葉片做成分離式，便于裝拆。 2 . 6 . 2 葉片的設(shè)計(jì) 葉片的材料也是 z g 0 c r 1 3 n i 4 m n ，葉片的設(shè)計(jì)參考離心泵葉片的設(shè)計(jì)，考慮到處理的是 含固體顆粒的固- 液相的液料，因此將葉片設(shè)計(jì)成開啟式后彎葉片渦輪，這種渦輪直徑小， 葉片寬，轉(zhuǎn)速高，具有高剪切力和較強(qiáng)的循環(huán)能力，同時(shí)，由于中間無圓盤，上下液體流 動(dòng)通暢，排除性能好，且葉片不易磨損，并且要求葉片彎曲公式：)cos()sin(3 . 1ttt， t 值范圍為 0 - 3 8 % ，其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖 2 - 1 0 及表 2 - 4 所示， 7 . 5 圖 2- 10 葉片結(jié)構(gòu)圖 表 2- 4 葉片結(jié)構(gòu)主要尺寸 名稱 葉片直徑 葉片總高 葉片高 葉片數(shù)目 數(shù)值 （m m ） 8 5 4 8 3 0 5 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 24 頁 2 . 6 . 3 葉片和轉(zhuǎn)子的裝配關(guān)系 葉片和轉(zhuǎn)子均做成分離式，其裝配非常方便，其裝配關(guān)系如圖 2 - 1 1 所示 圖 2 - 1 1 葉片和轉(zhuǎn)子裝配 2 . 7 固定葉片和轉(zhuǎn)子的鍵的選用與效核 l b h / 2 2 . 7 . 1 鍵的選用 因?yàn)?d = 3 5 m m ，普通平鍵中 a 型鍵在槽中固定良好，所選用鍵4510 g b 1 0 9 6 7 9 較松 鍵聯(lián)結(jié)。 2 . 7 . 2 鍵的效核 如圖 2 - 1 2所示，查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表 1 0 - 1 0 ，得 mpampa p 50,130=鍵的擠壓強(qiáng) 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 18 頁 共 24 頁 度效核： pp mpa dhl t = = 7 . 22 458355 . 1 10 2 . 1074 5 . 1 4 3 所以所選鍵的擠壓強(qiáng)度符合要求。 鍵的剪切強(qiáng)度效核： = =mpa bld t 08 . 9 3545105 . 1 10 2 . 1072 5 . 1 2 3 所以所選鍵的剪切強(qiáng)度也符合要求 綜上得，所選鍵符合要求。 2 . 8 固定葉片和轉(zhuǎn)子的螺栓的效核 一隊(duì)轉(zhuǎn)字齒盤與葉片用 5 個(gè)均布的螺栓聯(lián)結(jié)，螺栓20005783/168tgbm，材料位 不銹鋼。 各螺栓受力 54321 rrrrr t fb + = 式中 t 軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩；r 各螺栓中心線與轉(zhuǎn)軸中心線的距離， 所以 nfb640 5 5 . 33 10 2 . 107 3 = = 單個(gè)螺栓預(yù)緊力 mf fk f bf p =， 式中 f k可靠性系數(shù)，取1 . 1= f k； m 接合面數(shù)目，m = 1 ； f 接合面摩擦系數(shù)，取 f = 0 . 1 5 , 所以 nfp33.4693 15. 01 6401 . 1 = = 2 1 4 3 . 1 d fp = 式中 1 d螺紋小徑， 所以 mpa168 8 . 6 4 33.46933 . 1 2 = = ， 又 s s =， 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 24 頁 s 材料屈服極限， s = 9 0 0 m p a ; s 緊螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，取 s = 5 ， 所以 mpa180 5 900 =， mpampa180168=， 所以此處固定所用的螺栓符合強(qiáng)度要求。 2 . 9 支座的設(shè)計(jì) 注意的一些問題有由于鑄鐵的鑄造性能好、 價(jià)廉和吸振能力強(qiáng)， 此支座采用鑄造完成。 設(shè)計(jì)中要注意的一些問題有： 支座的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。 1 剛度 評(píng)定大多數(shù)支座工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度。 2 強(qiáng)度 強(qiáng)度是評(píng)定重載支座工作性能的基本準(zhǔn)則。 3 穩(wěn)定性 支座受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題。 此外，再滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，支座設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足其設(shè)計(jì)中的一般要求： 1 支座的重量應(yīng)要求輕、成本低。 2 抗振性好。把受迫振動(dòng)限制在允許范圍內(nèi)。 3 噪聲小。 4 溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響小。 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工。 6 結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件。 7 造型好。使之既適用經(jīng)濟(jì)，又美觀大方。 參考已有均質(zhì)機(jī)的支座設(shè)計(jì)，本均質(zhì)機(jī)支座的結(jié)構(gòu)如圖 2 - 1 3 所示， 圖 2- 13 指座結(jié)構(gòu)圖 2 . 1 0 物料 2 進(jìn)口、出口尺寸的確定 本均質(zhì)機(jī)的處理量約為hm /15 3 （包括水在內(nèi)） ，由trq= 2 ，q 處理量，hm / 3 ； 江南大學(xué)畢業(yè)論文 第 20 頁 共 24 頁 r 進(jìn)口內(nèi)徑，m ;舞料進(jìn)口流速，m / s ; t 時(shí)間，s . 有 mmm t q r0 .210210. 0 36003 15 = = 考慮到物料進(jìn)去后有個(gè)加速，所以取 d = 4 5 m m 。查機(jī)械手冊(cè)（新版）1 此處內(nèi)螺紋選用圓柱 內(nèi)螺紋 g 1 1 / 2 ； 對(duì)于物料出口，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新版） 1 選用圓柱外螺紋 g 1 1 / 4 。 2 . 1 1 轉(zhuǎn)軸的加工工藝 轉(zhuǎn)軸的機(jī)械加工工藝過程如表 2 - 5 所示。 2 . 1 2 設(shè)備安裝、調(diào)試與操作 在零件裝配中注意以下幾點(diǎn)要求： 零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有銹蝕、切屑、油圬、著色劑和灰塵。 裝配完成后，撥動(dòng)聯(lián)軸器，若出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，金屬碰撞聲等，檢查后進(jìn)行重新裝配。 筒體外表涂黃色油漆。 再按照總裝配圖進(jìn)行裝配，在裝配中注意以下幾點(diǎn)要求： 零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有氧化皮、銹蝕、切屑、油圬和灰塵等。 裝配前應(yīng)對(duì)零、部件的主要配合尺寸，及相關(guān)精度進(jìn)行復(fù)查。 裝配完成后，撥動(dòng)聯(lián)軸器，若出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，金屬碰撞聲等，進(jìn)行重新裝配。 泵入清水循環(huán)潤滑冷卻，加入適量的水進(jìn)行二十分鐘的試驗(yàn)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無沖擊。 要求各聯(lián)接件、緊固件不松動(dòng)。密封處、結(jié)合處無泄露。 底座和機(jī)身涂黃色油漆。 高剪切均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 24 頁 表 2 - 5 轉(zhuǎn)軸機(jī)械加工工藝過程 工 序 號(hào) 工 序 名稱 工序內(nèi)容要求 基面 設(shè)備 1 下料 不銹鋼 1cr17ni2106580 鋸床 2 車 光右端面，加工右端外形5077， 右端打中心孔5，保持有效總長 1060；光左端面，左端打中心孔5 左 端 面 外 形；右端外 形5077 c6140- 1； 三爪 定心卡盤 3 粗 車 各 端 長 度 和 直 徑 各尺寸留余量 2- 3 毫米 右 端 外 形 5077； 左端中心孔 c6140- 1； 三爪 定心卡盤；尾 頂尖 4 粗 車 （ 調(diào) 頭） 各尺寸留余量 2- 3 毫米 左端外形； 右端中心孔 c6140- 1； 三爪 定心卡盤；尾 頂尖 5 檢驗(yàn) 6 熱 處 理 固溶 hbs150187 7 研 磨 頂 尖 孔 研去兩端 60錐面的