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文檔簡介
1、緒 論 離心機是實現(xiàn)離心分離過程的機器。鹵水蒸發(fā)水分以后鹽呈結晶析出,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來完成的。鹽漿離心脫水的好壞不 僅與結晶鹽粒的粗細、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 等因素有關外, 還直接與選用的離心機機型有關。 制鹽生產中使用的離心機的機型較多, 但是,我國現(xiàn)行真空制鹽生產中普遍使用的離心機則不外乎兩種關型:第一種,活塞卸料離心機,如廣重產的WH800活塞卸料離心機、引進瑞士的P4/2型雙級活塞卸料離心機、江北機械廠生產的HR500N型雙級活塞卸料離心機及杭州產 的雙級活塞卸料離心機等。第二種,離心力卸料離心機,如廣重產
2、的wi650型錐藍離 心機及自行改裝wzsso型錐藍離心機等。 表 0-1 各種機型離心機的主要技術參數(shù) 一、各種機型結構的比較 上述幾種離心機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 不同的只是其結構上的差異和卸料方式的不同而已,這就決定了它們在結構上存在著諸 多的異同點。 結構上的相同點:由于這幾種離心機分離的工作原理相同,因此它們在結構上必有 很多相同點.此四種機型的離心機都有回轉體,機殼、軸承座、機座等部件.活塞卸料離 心機都有卸料機構和液壓系統(tǒng)。而且這些部件在不同的機型上所起的作用也是相同的, 回轉體轉鼓壁上開有過濾孔,轉鼓內裝有篩網,用以阻留物料,分離料液,轉動主
3、軸同 轉鼓相連,用以傳遞轉矩布料斗(分配盤)同轉鼓同步旋轉,均勻分布物料于篩網上,機 殼則起收集物料及分離出的料液軸承座起支撐回轉體的作用。 而機座除支撐軸承座外還2起降低設備的重心,增強設備的穩(wěn)定性等作用。對于活塞卸料離心機,其液壓系統(tǒng)是提 供液壓油,而卸料機構則以液壓油為動力,將轉鼓內的物料推出進入前機殼或集料槽。 結構上的不同點:以上幾種離心機,錐藍離心機的結構最簡單,它沒有液壓系統(tǒng)和 卸料機構,其卸料是靠其本身高速旋轉所產生的離心力來完成的。其轉鼓是圓錐形的, 電機帶動主軸,轉鼓隨同主軸一起旋轉,在分離出料液的同時物料在離心力的作用下沿 著篩網的表面卸出而進入前機殼。所以它的結構較活塞
4、卸料離心機大大簡化?;钊读?離心機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現(xiàn)往復運 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)和推料機構,并有安 全閥、調節(jié)閥等附屬結構,較錐藍離心機結構復雜得多。而雙級活塞卸料離心機較單級 活塞卸料離心機結構更為復雜,雙級活塞卸料離心機有兩級轉鼓,其推桿是與一級轉鼓 相連,而推料盤在軸向和徑向上均與二級轉鼓保持相對固定,其初級轉鼓兼作二級轉鼓 的推料盤。其檢修難度較單級活塞卸料離心機要大,檢修時間也長。 因此, 從結構上看, 錐藍離心機明顯優(yōu)越于其它機型的離心機:結構簡單, 檢修方便。 二、分離能力的比較 離心機分離因數(shù)F
5、r=Rw2/g是表示離心機性能的重要參數(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可以看出錐藍離心機的分離因數(shù)最大, 故分離效果也最好單級活塞離心機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 心機分離效果好壞的一個重要指標。活塞卸料離心機,由于其物料在轉鼓內停留的時間 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, 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)離心機較WI一650(或WZ一650)型或WH一800型離 心機更適合于制鹽生產。1生產能力及能耗的比較 表01可以看出P4/2型(或HR500N型)離心機的生產能力最大,每小時可產鹽1218t錐藍離心機的生產能力為712t/h,WH800型離心機的生產能.力最小,為37t/h,一臺P4/2型離心機相當于兩臺WH800離心機的生產能力還要多。由0表2可知,錐藍離心機噸鹽耗電最小而WH800離心機噸鹽耗電最多,運行不經濟.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均需手動洗車,人工調節(jié)進料量,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,可每班洗車一次.在工藝穩(wěn)定的情況下,其 運行狀況是很穩(wěn)定的,而不需經常調節(jié),一旦工藝有波動,則對其影響較大.需適當調節(jié) 進料量對于錐藍離心機.則需每半小時洗車一.次,操作工的勞動強度較活塞卸料離心機 要大。但是其運行狀況較活塞卸料離心機要穩(wěn)定得多,其原因是物料的錐形轉鼓內停留 時間很短,短時的不均勻進料對其影響很小,一旦進料正常,它可很快回到穩(wěn)定運行狀 態(tài),調節(jié)進料量次數(shù)比活塞卸料離心機要少。 錐藍離心機由于結構簡單.運行狀況穩(wěn)定, 出現(xiàn)設備事故的情況很少,如我廠除因油泵電機燒毀、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
8、構的不斷完善和改進,更換面網更為方便, 面網的使用壽命大為延長,停機檢修的頻度很小。WH800離心機結構復雜,推料速度 慢,對工藝波動適應性最差,經常發(fā)生振動、機身螺絲斷或松動、轉鼓松動等事故,事 故發(fā)生率最高P4/2型(或HR500N型)離心機推料速度較快,對工藝波動適應性較WH800離心機要好得多,雖然其結構較WH800型離心機要復雜,但是其發(fā)生事故的 頻率卻較小。因此,從這方面來看,WI650型離心機和P4/2型(或HR500一N型)離 心機WH一800型離心機。 因此,WI650型離心機和P4/2型(或HR500N型)離心機較WH一800離心機 運行要經濟。以上從三個方面對制鹽在役的幾
9、種離心機進行比較,我們可以得到以下幾 點結論:1.不論從哪一方面看,WH800離心機都應屬于被淘汰的機型。2.雖然從結構、能耗及故障率等方面來看,錐藍離心機具有明顯的優(yōu)勢.但是從設備的 技術先進性,鹽的含水量、生產能力及勞動強度的改善方面來看,P4/2(或HR500N)型離心機比WI650型錐藍離心機更適合于制鹽生產。3.由于錐藍離心機具有結構簡單、檢修方使等特點。它在很長一段時間將同P4/2(或HR500N型)離心機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,總體結構概述,本機型的發(fā)展簡史及趨勢 分離機械的選型應從分離物料的性質、分離效果、處理量
10、、分離過程的工藝要求、 經濟性等幾方面考慮。(一)分離物料的性質、分離效果 分離物料的特性對分離機械的選用至關重要。 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械的類型,如液一液分離,則用分離機; 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;易揮發(fā)的4不宜用真空過濾機;固相顆粒較細,物料易堵塞濾布或濾網不易再生的,可采用沉降式 離心機等等。另外分離效果、分離要求對選型也至關重要。若分離后回收的是濾渣,則 應考慮濾渣的完整性,如不允許破壞固體顆粒結晶的則不能
11、用刮刀卸料離心機或螺旋卸 科離心機,還應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,這些因素對分離機械的選型起決定性的作用。如管式分離機適于處理量較 小的場合等。選擇分離機械時,可根據分離物料的要求及物料特性,選出一種或幾種適 用的機械,再根據經濟性、安裝維修是否方便等選出最佳的分離機械。 三足式離心機:三足式離心機是一種間歇操作的離心機。適用于分離含固相顆m的懸浮液,如枝狀、結晶狀或纖維狀物料,也可供紡織物的脫水,金屬切削鐵屑
12、和潤滑 油的回收等。該類機型具有結構簡單,操作方便,適應性強,過濾時間可根據物料特性 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。 主要技術參數(shù)表02表02轉鼓 直徑mm800高度mm400有效容積L100裝料限度kg1000轉速r/min1500分離因素1000電機功率KW7.5外形尺寸長寬高mm16301250980主機重量kg988第 1章 材料選擇1.1轉鼓的材料NaCl與轉鼓有直接接觸,對一般的材料具有腐蝕作用,故需采用抗腐蝕材料對轉鼓 進行設計,不銹鋼鋼種很多,性能又各異,常見的分類方法有: 按鋼的組織結構分類,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。 按鋼的性能特點和用途分類,如耐硝酸(硝酸級)不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點 蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、高強度不銹鋼等。 按鋼的功能特點分類,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中 具有優(yōu)秀的耐蝕性,并且綜合力學性能良好,同時工藝性能和可焊性等優(yōu)良,因此選用 此類不銹鋼作為轉鼓的材料制造,由于介質中含有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的腐蝕性能和耐點腐蝕、 耐縫隙腐蝕等的性能,所以在實際應用中此類不銹鋼常常比不含鉬鋼具有更好的耐氯化 物應力腐蝕性能。選用的不銹鋼的鋼號為:0Cr18Ni12Mo2Ti。性能如下: 表 1-1 化學成分(%) 鋼號CSiMnCrNiMoTiSP0Cr18Ni12Mo2Ti0.081.02.0161911141.82.55(C%0.020.8)0.0300.035表 1-2 力學性能 熱處理制度 室溫力學性能b,MPas,MPab,%,%10001100水冷 530205405510001100水冷53976721641441.2675577.5熱處理制度 溫度 高溫力學性能
15、b,MPa02,MPa,%,%K, ,109J/m220588255657525.562004005006007004514514313923041771771281181183832403547686162624735.335.335.332.3狀態(tài) 溫度 低溫力學性能b,MPas,MPa,%,%退火冷卻后2176932127582493223317360表 1-3 耐蝕性 (主要為 Cl離子腐蝕) 介質條件 腐蝕速度mm/a介質 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械強度、韌性和耐磨性。這些性質是通過熱處理方 法實現(xiàn)的。因此要求材料具有良好的淬火硬度,同時保持材料內在的韌性。一般機器的 主軸用45鋼。45鋼是優(yōu)質碳素結構鋼(GB/T6991999)
18、,表 1-5 化學成分:% 鋼號CSiMnSP450.420.290.620.0090.017表 1-6 力學性能:b,MPas,MPa,%,%,MPa600355164035表 1-7 經不同工藝處理的 40Cr和 45 鋼的力學性能比較 鋼號 熱處理工藝 力學性能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: 調質是淬火加高溫回火的雙重熱處理,其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。 調質鋼有碳素調質鋼和合金調質鋼二大類,不管是碳鋼還是合金鋼,其含碳量控制 比較嚴格。如果含碳量過高,調質后工件的強度雖高,但韌性不夠,如含碳量過低,韌 性提高而強度不足。為使調質件得到好的綜合性能,一般含碳量控制在0.300.50%。45鋼是中碳結構鋼,冷熱加工性能都不錯,機械性能較好,且價格低、來源廣,所 以應用廣泛。它的最大弱點是淬透性低,截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。 因為調質的目的是得到綜合機械性能, 所以硬度范圍比較寬。 但圖紙有硬度要求的,
20、 就要按圖紙要求調整回火溫度,以保證硬度。如有些軸類零件要求強度高,硬度要求就 高;而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件,因調質后還要進行銑、插加工,硬度要求就低些。1.3油箱和機殼的材料 由于油箱和機殼一般采用鑄造或焊接,當采用鑄造式,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,因為離心機振動較大,故在離心機中比較少使用。 當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準。牌號中的“ZG表示鑄鋼,其 后的數(shù)字表示鋼中碳的重量分數(shù)的公稱值,以萬分之幾表示。鑄造碳鋼依其雜質元素磷 和硫含量的高低而分為三級,磷和硫單項質量分數(shù)各低于 0.04%的特質(級)鋼;低于 0.05%的優(yōu)質(級)鋼.低于0.06%的為普通(級)鋼。 一般工程用鑄造碳鋼的標準(GB5676-85)將鑄造碳鋼按照室溫下的機械性能分為5 個牌號,即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。對鋼中的基 本化學成分只規(guī)定其質量分數(shù)的上限,對鋼中殘余合金元素的限制比較寬。第2章 轉鼓的機械計算 離
22、心機的轉鼓是在較高的轉速下運轉,轉速從每分鐘幾百轉、幾千轉到幾萬轉。因 此轉鼓壁在回轉時,除了承受鼓壁自身質量產生的離心力所引起的應力外,轉鼓內壁上 還存在物料和液體層,它們回轉時產生的離心力也作用在鼓壁上面而引起應力。有時在 這些離心力作用下產生很大的應力,使轉鼓壁“飛裂”,引起嚴重后果。因此需要計算 這些應力以保證鼓壁的強度。 對于轉鼓壁與攔液板,鼓壁與鼓底的邊緣連接的地方(活塞卸料離心機無攔液板), 以及轉鼓的圓筒形與圓錐形邊緣連接(如上懸式離心機)的部分,由于變形相互受到約 束,將產生附加的“邊緣應力”。邊緣應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
23、離產生邊緣應力的距離RS5.2 c (R為圓筒半 徑、S 為圓筒壁厚)處,邊緣應力就衰減到很小的數(shù)值。在工程設計中,往往要采用合 理的結構來減小邊緣應力。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,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 接處適當增加厚度以承受邊緣應力,并采用塑性好的材料制作轉鼓。這里僅研究在高速 回轉下受離心載荷作用的轉鼓壁的強度計算。 轉鼓鼓壁在工作時,需承受轉鼓鼓壁本身質量在回轉時所產生的離心力、篩網質量 產生的離心力以及物料質量產生的離心力。 轉鼓的示意圖如下 2.1 圓筒形轉鼓的鼓壁質量引起的鼓壁應力 圖21所示為繞對稱
24、軸旋轉的圓筒形轉鼓。 圖 2-1 圓筒形轉鼓示意圖10設鼓壁的半徑為R,鼓壁的厚度為S,高度為L,密度為o。在轉鼓上劃出寬度為的細條,當轉鼓以一定的角速度旋轉時,轉鼓細條單元質量所產生的離心力為2o2oRSLRSLC w r a w r a =(21)其中R為轉鼓壁的平均半徑,2SRR + = ,但因SR,所以取RR 。 此力可認為均勻地作用于這一單元體的表面上,因此由鼓壁本身質量產生的單位面 積上的離心壓力為2o1RSLCp = =(22)p1是由轉鼓鼓壁本身質量而產生的垂直于鼓壁的離心壓力。由p1的作用,使得轉 鼓象受內壓的殼體一樣,它的環(huán)向應力可由拉普拉斯方程式求得SpRR2211 =
25、s + s(23)式中1 s經向應力;2 s 環(huán)向應力R1第一曲率半徑,此R1R2第二曲率半徑,此R2R;p殼體內壓力,此pp1;S殼體壁厚,m。 因為R1=,所以11R s 0,則SpR122 = s 即SRp12 = s 202202202uRSRS r = w r = w r = s(24)由鼓壁質量所產生的離心壓力pc1的方向是垂直于軸線而指向外的,因此,它不產 生軸向力,也不產生經向應力1 s,即01 = s(25)由式(24)、(25)可導出:0maxu r s (26)即離心機轉鼓的最大圓周速度umax僅取決于轉鼓材料的許用拉應力及密度o。因此,對于超高速離心機,其轉鼓要選用強度
26、高而密度小的材料制做。 2.2 圓筒形轉鼓內的篩網質量引起的鼓壁應力 過濾式離心機的轉鼓壁內側,均勻的布滿著篩網。當轉鼓高速旋轉時,篩網質量也 就產生離心力作用在轉鼓的內壁上。這相當于轉鼓受內壓。使鼓壁產生應力。 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篩網的總質量,sssRLS2M r p = ;Ss篩網當量厚度,m;s篩網當量密度,kg/m3;R篩網回轉半徑,一般取鼓壁內徑;L篩網的寬度。 在此離心壓力作用下,引起鼓壁的環(huán)向應力為SRSSRp22ss22 w r = = s (28)而離心壓力在鼓壁內不產生經
27、向應力,即01 = s 2.3 圓筒形轉鼓內的物料質量引起的鼓壁應力 對于立式離心機,其轉鼓內的物料在高速回轉時,液面基本為平行于軸線的同心圓 柱面;而臥式離心機轉鼓內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 物料作用在轉鼓上的離心壓力 若想求出物料質量引起的鼓壁應力,首先須導出物料在高速回轉時作用于鼓壁的離 心壓力。為此在轉鼓內任取一微塊的物料(見圖22),其體積為dydddV q r r = 。設物料 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,得到物料作用于轉鼓壁上的離心壓力為)r(2p2022mf3 - r w r =(211)由上式可見,物料層產生的離心壓力隨半徑的變化而變化,當=R時,離心壓力 達最大值, 即:)rR(2p2022mfmax3 - w r =(212)求得了離心壓力,就可分析鼓壁的應力和
29、形變。根據軸向平衡條件可得: - w pr = r pr - r w r = r pr = s pRr22022mf2022mfRr100)rR(4d2)r(2d2pRS2(213)離心壓力p3引起轉鼓壁上的環(huán)向應力可由拉普拉斯方程式求得S2KRRS2)rR(SRp32mf2022mfmax32 w r = - w r = = s (214)式中K轉鼓的填充系數(shù),220Rr1K - = 。 對于有頂蓋和鼓底的轉鼓,離心壓力p3不僅作用于轉鼓壁上,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將引起鼓壁的經向應力1 s ,此應力的大小 可根據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)則物料離心力在轉鼓上引起的經向應力為S8KRSR8)rR(232mf22022mf1 w r = - w r = s (216)2.4 轉鼓壁的強度計算 由于轉鼓壁上有開孔的,也有關無孔的,而鼓壁上開孔對鼓壁的強度影響較大,因 此進行強度計算時要分別考慮。開孔轉鼓 過濾式離心機的轉鼓壁上開有許多小孔,屬于開孔轉鼓。對于過濾式離心機,因轉 鼓上開有許多小孔,一方面,使鼓壁強度降低,許用應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。 另一方面使鼓壁質量有所減小,從而使鼓壁質量離心力產生的應力變?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,近似取篩網質量 離心力產生的應力為)1(2 y - s 。 圓筒形轉鼓壁的經向總應力和環(huán)向總應力分別為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)按第三強度理論,開孔轉鼓的強度條件為: j j s l + + y - sHks2)S2KRSS1)(1(225)由式(225)可得轉鼓壁厚度為14)1()KRS2(2)1(S2Hks2 y - s - j j s l + y - s (226)2.5 具體設計過程轉鼓壁厚計算 現(xiàn)已知物料NaCl懸浮液的密度mf=1.56103kg/m3; 轉鼓材料的密度0=7.9103kg/m3; 篩網材料的密度s=7.9103
33、kg/m3; 轉鼓的內徑D=800mm。 計算開孔率: 開孔有很多種方法,主要有正三角形、轉角正三角形、正方形、轉角正方形。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 進行100%的射線探傷進行檢查,其焊縫系數(shù)取為95.0H = j 。 物料層內徑d0=600mm。 篩網的當量厚度Ss=0.0055m。 材料許用應力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,其中厚度負偏差C1取0.3mm; 圓整名義厚度取Sn=12mm轉鼓的剛度分析 離心機轉鼓周向旋轉速度達到數(shù)十米每秒, 分離腔內將產生強烈的湍流流場, 轉 鼓處于其中肯定會發(fā)生振動。如果激勵頻率和轉鼓的固有頻率相接近,即共振現(xiàn)象,轉 鼓將產生劇烈的變形, 嚴重的將發(fā)生爆裂,所以轉
36、鼓還應滿足其剛度要求。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,其中厚度負偏差C1取0.6mm; 圓整名義厚度取Sn1=12mm由強度計算和剛度計算,取轉鼓標準厚度S=12mm16第 3章 主軸計算 3.1 概述 作回轉運動的零件都要裝在軸上來實現(xiàn)其回轉運動,大多數(shù)軸還起著傳遞轉矩的作 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度和剛度,對于機床主軸,后者尤為重 要。高速轉軸則還決定于它的振動穩(wěn)定性。在設計軸時,除應按工作能力準則進行設計 計算或校核計算外,在結構設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 遞轉矩,軸上零件還應作周向固定;對軸與其他零件(如滑動軸承、移動齒輪)間有相 對滑動的表面應有耐磨性的要求;軸的加工、熱處理、裝配、檢驗、維修等都應有良 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 軸的結構設計 (1)軸的毛坯 尺寸較小的軸可以用圓鋼車制, 尺寸較大的軸則應用鍛造毛坯。 鑄造毛坯應用很少。 為了減少質量或結構需要,有一些機器的軸(如水輪機軸和航空發(fā)動機主軸等)常采用空 心的截面。因為傳遞轉矩主要靠軸的近外表面材料,所以空心軸比實心軸在材料的利用 上較經濟。但空心軸的制造比較
39、費工,所以必須從經濟和技術指標進行全面分析才能決 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直徑選取。 軸頸、軸頭與其相聯(lián)零件的配合要根據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,這些技術條件對軸的運轉性能關系很大。為使運轉平穩(wěn),必要時還應 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、減少質量的觀點來看,軸的各橫截面最好是等強度的。但是從加工工 藝觀點來看,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,并有可能減少應力集中。當決定軸的外形時,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
41、構簡單,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 上零件兩側各用一上擋圈時,可任意調整軸上零件的位置,裝拆方便,但不能承受大的 軸向力,且釘端坑會引起軸應力集中;當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 軸的強度計算 軸的強度計算主要有三種方法:許用切應力計算;許用彎曲應力計算;安全
42、系數(shù)校 核計算。 許用切應力計算只需知道轉矩的大小,方法簡便,但計算精度較低。它主要用于下 列情況:傳遞以轉矩為主的傳動軸;初步估算軸徑以便進行結構設計;不重要的 軸。彎矩等的影響,可在計算中適當降低許用切應力。 許用彎曲應力計算必須先知道作用力的大小和作用點的位置、軸承跨距、各段軸徑 等參數(shù)。為此,常先按轉矩估算軸徑并進行軸的結構設計后,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力。它主要用于計算一般重要的、彎扭復合的軸,計算 精度中等。 安全系數(shù)校核計算也要在結構后進行,不僅要定出軸的各段直徑,而且要定出過渡 圓角、軸轂配合、表面粗糙度等細節(jié)。它主要用于重要的軸,計算精度較高,
43、但計算較 復雜, 且常需有足夠的資料才能進行。 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度。按許用切應力計算 受轉矩T(Nmm)的實心圓軸,其切應力18d2.0n/P1055.9WTT36TT t = = tMPa(31)寫成設計公式,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軸的轉速,r/minT許用切應力,MPaC與軸材料有關的系數(shù)按許用彎曲應力計算 由彎矩所產生的彎曲應力b應不超過許用彎曲應力b。計算應滿足下列條件: 實心軸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 疲勞強度校核 疲勞強度的校核即計入應力集中、表面狀態(tài)和尺寸影響以后的精確校核。計算應滿 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轉矩作用下的安全系數(shù)S復合安全系數(shù) 靜強度校核 靜強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,但卻能使軸產生塑性變形。所以設計時 應當按尖峰載荷進行靜強度校核。在校核時取maxSbS s s = smaxTSS t t = t(36)其中max s 和maxT t 由于尖峰載荷所產生的彎曲應
45、力和切應力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)在進行主軸的計算。 軸結構圖見附圖2以下是尺寸簡圖: 圖 3-1 主軸簡圖計算主軸受力 轉矩1500151055.9nP1055.9T661 = =T1=95500Nmm圓周力60955002dT2F11t = =Ft=3183.3N3.31838.9304853FFFFtt + + = + + = 轉鼓 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 合成彎矩圖畫軸轉矩圖 軸受轉矩T=T1T=196306Nmm轉矩圖:mm.N56345T = 圖 3-8 軸轉矩圖許用應力 許用應力值 用插入法由機械設計表16.3查得:0b=102.5MPa,1b=60MPa應力校正系數(shù)5.10260b0b1 = s s = a -=0.59畫當量彎矩圖 當量轉矩
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