1、目录1 前言 .11.1 本课题的来源，基本前提条件和技术要求 .11.2 本课题要解决的主要问题和设计总体思路 .11.3 预期的成果及其理论意义 .22 国内外发展状况及现状介绍 .33 总体方案论证 .44 具体设计说明 .64.1 离心机转鼓设计 .64.1.1 离心机转鼓壁厚计算 .64.1.2 转鼓的强度校核 .74.2 离心机驱动功率计算 .84.3 电机的选用 .104.4 带轮的设计计算 .104.5 齿轮的设计与计算 .124.5.1 选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数 .124.5.2.按齿根弯曲疲劳强度设计 .134.5.3.校核齿面接触疲劳强度 .154.6 轴
2、的设计计算 .154.6.1 轴的设计 .154.6.2 对该轴进行强度校核 .164.7 空心轴的设计计算 .204.7.1 空心轴的设计 .204.7.2 对轴进行强度校核 .215.结论 .25主要参考文献 .26致 谢 .27附 录 .28 1立式沉降离心机1 前言立式沉降离心机,主要用于 化工部门对固、液体的悬浮液或含不同比重液体的乳浊液进行沉降分离的离心机。该螺旋卸料沉降离心机中，沉渣沿转鼓内壁的移动全靠螺旋输送器与转鼓的相对运动来实现。此离心机具有能连续工作、对物料适应性好、结构紧凑等优点。1.1 本课题的来源，基本前提条件和技术要求A.本课题来源：本课题来源于对沉降式离心机市场
3、的调研结果。众所周知，沉降式离心机是在高速旋转的转鼓内利用旋转物料本身所受到的离心力来对固、液体的悬浮液或含不同比重液体的乳浊液进行沉降分离的离心机。沉降离心机分间歇操作和连续操作两种类型。工业上常用的间歇操作沉降离心机有三足式沉降离心机和刮刀卸料沉降离心机。连续操作沉降离心机常用的为螺旋卸料沉降离心机。B.基本前提条件：以工厂现行生产的卧式沉降离心机有关样本；设计立式结构离心机，该离心机转鼓为柱锥型，其轴线呈立式安置；转鼓；大端直径为 800mm；转鼓半锥角为 712 度；转鼓高度为 480520mm（即转鼓长径比（L/D）为 0.60.65） ；转鼓转速：1500r/min；分离因数为 F
4、r1006；电机功率：小于 30KW。C.技术要求：a.该立式沉降离心机能使滤料在转鼓内的滞留时间（即固液分离时间）比现行的卧式沉降离心机延长 1015 倍（15min） ，从而提高分离效果；b.本机工作时滤料由上部料斗的进料口进入，同时电机起动运转；滤料在由螺旋送料机构输送的同时被离心机进行沉降分离被分离的滤液和滤渣各行其道，分别经离心机的出液口和出渣口被引出机外；整个操作过程是在全速、连续运转下自动进行； c.进料口直径不小于 50mm；d.离心机工作安全、可靠，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单；f.生产率为每小时排出渣 3 立方米；g.本机结构紧凑，其进料口、出液口和出渣口便于连接到
5、生产自动线上。1.2 本课题要解决的主要问题和设计总体思路a.本课题要解决的主要问题：螺旋卸料沉降离心机是全速运转、连续进料、沉降分离和卸料的离心机。(1)螺旋卸料沉降离心机中，沉渣沿转鼓内壁的移动2全靠螺旋输送器与转鼓的相对运动来实现。两者的差转速为转鼓转速的 0.54 %，多数为 12 %。该差转速由差速变速器产生。常用的差速变速器有摆线针轮行星变速器和双级 2K-H 渐开线齿轮行星变速器。该两种变速器结构复杂，价格昂贵，往往使用户望而却步。(2)现有沉降离心机在提高其分离因数的同时带来了像占地面积大或分离时间长等缺点b.设计思路:为解决上述弊端，按离心分离理论，一是向高速和大型发展（即提
6、高其分离因数） ；二是延缓滤料（渣）在转鼓内的运行速度，即延长固、液（或液、液）分离时间，以达到充分脱液之目的。为克服现行螺旋卸料沉降离心机的缺点，本设计旨在提供一种能解决上述缺点和弊端的新型机种立式（螺旋卸料）沉降机。差速变速器设计成斜齿轮结构。1.3 预期的成果及其理论意义通过对立式沉降离心机的各种设计要求和性能的改变，使离心机在不增加占地面积的情况下提高了分离效率，达到了增加生产效率。采用斜齿轮变速器常用的摆线针轮行星变速器和双级 2K-H 渐开线齿轮行星变速器差速变速器结构复杂，价格昂贵的现象，改变了使用户望而却步状况，降低了安装难度。 提供一种能解决上述缺点和弊端的新型机种立式（螺旋
7、卸料）沉降机和斜齿轮差速变速器。32 国内外发展状况及现状介绍综观国内沉降离心机之发展，虽致力于提高其分离因数，然仍与国外差距较大。理论研究表明，分离因数的提高虽有利于脱液分离，但滤料（渣）在转鼓内停留时间因此也更短，反而于脱液分离不利，故部分地抵消了转鼓转速加快的效果。更何况转鼓转速加快，致使能耗呈三次方速率上升；而加大转鼓直径，则因转鼓各部尺寸必须随之相应增大乃至造成离心机之成本剧增；且大幅度提高其分离因数往往还要受到转鼓筒体及转鼓底座（铸件）等材料强度的限制。在现今，工业上还很难由工艺来保证能廉价地提供这些高强度材料的情况下，实为我国之国情所不容。故人们常将视线转向后者延长滤料（渣）在转
8、鼓内的滞留时间而这一时间的长短又取决于转鼓长度及转鼓部件与螺旋输（卸）料装置之差转速。增加转鼓长度无疑能达到延长滤料（渣）的脱液时间之目的。理论上，脱液时间与转鼓有效长度成正比。目前，国内外这类机型的长, 径比 L/ D 为 1.53.5 ，且 L/ D 还有增大的趋势，如美国已达 3.8 ，德国为 4.2 。但 L/D 愈大，则愈难保证转鼓筒体之圆柱度及筒体各段的同轴度，也愈难保证转鼓筒体与螺旋输（卸）料装置（刮刀）之配合，故 L/ D 一般不大于 4 。大长径比的离心机的整机轴向尺寸均较大（除与转鼓 L/ D 有关外，还与差动变速器轴向尺寸有关） ，因而只能做成卧式。显然，其占地面积（或体
9、积）也大。43 总体方案论证本方案主要是考虑现行螺旋卸料沉降离心机的的缺点和弊端提出以下方案：方案一：按离心分离理论，向高速和大型发展（即提高其分离因数）或延缓滤料（渣）在转鼓内的运行速度，即延长固、液（或液、液）分离时间，以达到充分脱液之目的。采用有摆线针轮行星变速器和双级 2K-H 渐开线齿轮行星变速器差速变速器。图 3-1 卧式螺旋卸料离心机结构简图方案二：为克服现行螺旋卸料沉降离心机的缺点，重新设计一种能解决上述缺点和弊端的新型机种立式（螺旋卸料）沉降机和相对便宜且安装方便，同样有现行差速变速器的斜齿轮差速变速器。所以选择方案二更好详细 DWG 图 纸 请 加：三 二 1 爸 爸 五
10、四 0 六5图 3-2 立式离心机结构简图64 具体设计说明立式沉降离心机,由转鼓、主轴、轴承、壳体、带传动组件(皮带轮及皮带等) 组成。立式沉降离心机的基本参数包括:转鼓的直径、转鼓的工作转速、转鼓的一次最大加料量、物料密度、物料固液比、离心机由静止到达工作转速所需的启动时间等。对于这些参数,设计过程中可以通过查阅有关资料找到所需要的参数4.1 离心机转鼓设计离心机转鼓优化设计的目标函数选为转鼓的质量。质量为最小,不仅可节省机器造价还可以降低离心机的启动功率,降低消耗。离心机转鼓是离心机的关键部件之一。一方面，转鼓的结构对离心机的用途、操作、生产能力和功率等均有决定性影响。另一方面，转鼓自身
11、因高速旋转(其工作转速通常在每分钟几百转至每分钟几万转之间)，受到了离心力的作用，在离心力作用下转鼓体内会产生很大的工作应力，一旦发生强度破坏，必将产生极大的危害，尤其是有时由于应力过高发生“崩裂” ，常会引起严重人身伤害事故。同时，对于高速旋转的转鼓而言，转鼓的刚度同样非常重要。若转鼓的刚度不足，工作中转鼓的几何形状将会发生明显变化，轻则会出现转鼓与机壳撞击、摩擦，损坏零部件；重则同样会引起转鼓的爆裂，甚至出现人身伤害事故。多年来，由于转鼓设计不当、转鼓制造质量不高等原因导致重大事故的现象频频发生。这已引起了设计人员、制造厂家和使用部门的重视，经常进行三足式离心机事故原因的诊断、分析与研究。
12、因此，对离心机转鼓设计计算的分析研究也是十分必要的。4.1.1 离心机转鼓壁厚计算转鼓是柱锥形(4-1)00cos2sHSKRS(4-2)002S00cossHSKR(4-3)Lm2式中: , 转鼓厚度和筛网当量厚度；S转鼓内半径；R筛网质量；m7转鼓内物料的填充系数；K(4-4)201RrK(4-5)20式中: 鼓壁的密度；03085.7mkg旋转角速度；223 614.185.7 smkg= s439=105Mpa 20MPans=168.3MPa5.31b取其小者，许用应力为 =105MP=12o ； =7.85103/m 3 ； =1.5103/m 30mf=0.191； kgmf30
13、15.87=1 H=0.20.5201RrK00coss2HSkRS= 1cos/95.326mg MPm95.30154.872cos.10mm因为在生产过程中由于各种原因的损失（如：腐蚀）所以取 S=12mm4.1.2 转鼓的强度校核转鼓应力:a 转鼓圆筒部分空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力:（4-5）21190Rq8(4-6)MPa2.6式中： 对不开孔转鼓的开孔系数,q1q转鼓材质密度,131/9.7cmg转鼓平均半径,2R40 R2料载荷离心力产生的鼓壁环向应力:（4-7）PaZr8.)(9013212 式中: 物料的密度,5g/c32转鼓内半径,1 40 物料环内半径,3Rm3R转鼓壁
14、厚,加强箍系数,Z=1Z圆筒部分应力: MPak24.39)(21tb.转鼓锥体部分空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力:(4-8)2110Rq(4-9)a.62物料载荷离心力产生的鼓壁环向应力: MPr6.1)cos()(91013122 锥段应力: MPak4.)(1t取其大者 ,转鼓强度满足要求。t054.2 离心机驱动功率计算离心机所需要的功率主要包括以下几个方面的功率：(1)启动转鼓等转动部件所需的功率Nl；(2)启动物料达到操作转速所需的功率N2；(3)克服支撑轴承摩擦所需的功率N ；(4)克服转鼓以及物料与空气摩擦所需的功率N4；(5)卸出物料所需的功率肌。a.启动转动件所需功率G=7.
15、85103/m 3 (0.41220.4 2)0.08 (0.36020.348 2)0.42 m37.8510 3/m 3 (0.47220.412 2)0.01227.8510 3 /m3 0.47220.012 m3=108kg离心机转动时克服转鼓的惯性力所需功率离心机起动时间 30240s(4-10)jgtGRN20419= =21.48kw1N12054.082b.加入转鼓内的物料达到工作转速所需消耗的功率悬浮液物料所消耗的功率 N2为沉渣和分离液所需功率之和一般可取范围为 1.11.23(4-11)2213204RGrgtjN2 =221218.65rs0.004kwc.轴承及机械密封摩擦消耗的功率轴承摩擦消耗的功率N 3= (4-12)gdPf20421式中:f轴承的摩擦系数 (滚动轴承的摩擦系数范围为 0.0010.02)主轴受到的总载荷为:kgf (4-13)gemP201式中: 转鼓等转动件与转鼓内物料的总质量，kg0e转鼓等转动件与转鼓内物料的质心对转鼓回转轴线的偏心距,m对于间歇操作沉降离心机和连续操作过滤离心机e=110-3R大约为 120kg0me=110-3R=1203.5421.82NkgNP8.9106215023N 3= =gdf20421206082.14. =0.044 kw机械密封摩擦消耗的功率
