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JX14-112
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【JX14-112】活塞推料离心机设计,JX14-112
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摘要卧式活塞推料离心机是一种高效的分离机械，具有自动控制、工作连续、产量大、单位产量耗电量小、运转平稳、耐腐蚀、操作维修简单等特点，广泛应用于化工、制药、肥料等工业部门，特别适用于碳酸氢铵、氯化铵、芒硝、棉花籽酸洗等固液分离。本次设计是对适合分离含固相物粒度大于0.1mm，浓度大于40%的悬浮液。首先确定设计参数，弄清设计目的；查阅设计所需资料，然后对机器进行选型论证以及主要结构参数的确定、材料选择；对转鼓、主轴的进行机械计算和推料系统、传动系统的计算及校核；计量控制与技术安全；完成总装图及设计说明书最后专题讨论。关键词：离心机；结构设计；强度计算；刚度分析32AbstractHorizontal pusher centrifuge is a highly efficient mechanical separation, with automatic control, continuous work, production, energy consumption per unit of production of small, smooth, corrosion-resistant, easy operation and maintenance and other characteristics, widely used in chemical, pharmaceutical , fertilizers and other industrial sectors, especially for ammonium bicarbonate, ammonium chloride, Glaubers salt, cotton seed pickling liquid separation. This design is suitable for separating solid phase particle size greater than 0.1mm, concentrations greater than 40% of the suspension. First, determine the design parameters, to ascertain designed; access to the information required for the design and selection of the machine to determine the structural parameters of the main demonstration and material selection; the drum spindle mechanically calculated and pusher system, the transmission system calculation and checking; measurement and control technology security; complete the final assembly drawing workshops and design specification.Keywords: centrifuge; strength calculation ; stiffness analysis ; processing目 录摘要IAbstractII目 录III1 任务说明11.1 引言11.2 背景21.2 .1 离心机的分类及介绍21.2.2 离心机的起源与发展31.3 任务要求51.3.1 性能参数52 方案设计与选择52.1 本次设计的特点52.2 方案的选择62.2.1 活塞推料离心机推料液压控制系统的选择82.2.2 推料次数的确定93 参数计算103.1 活塞推料离心机转鼓的计算103.1.1 离心机转鼓壁厚计算103.1.2 转鼓的强度校核113.2 离心机驱动功率计算123.2.1电机的选用143.2.2带轮的设计计算143.3 推料轴的设计计算163.3.1轴的设计163.3.2 对该轴进行强度校核173.4 空心轴的设计计算213.4.1 空心轴的设计213.4.2 对轴进行强度校核224 活塞推料离心机的安装264.1 安装方法的分类264.2 安装步骤及技术要求26设计总结30谢辞32参考文献331 任务说明1.1 引言离心分离是利用离心力对液-固、液-液-圈、液-液等非均相混合物进行分离的过程。实现离心分离操作的机械称为离心机。离心机和其它分离机械相比，不仅能得到含湿量低的固相和高纯度的液相，而且具有节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件，具有连续运转、自动遥控、操作安全可靠和占地面积小等优点。因此，自1836年第一台工业用三足式离心机在德国闯世，迄今一百多年以来己获得很大的发展。各种类型的离心机品种繁多，各有特色，并正在向提高技术参数、系列化、自动化方向发展，且组合转鼓结构增多，专用机种越来越多。现在，离心机己广泛用于化工、石油化工、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等各个领域。例如：湿法采煤中粉煤的回收，石油钻井泥浆的回收，放射性元素的浓缩，三废治理中的污泥脱水，各种石油化工产品的制造，各种抗菌素、淀粉及农药的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品的制造，织品、纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都使用离心机。离心机己成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。离心机基本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。例如：18世纪产业革命后，随着纺织工业的迅速发展，1836年出现了棉布脱水机。1877年为适应乳酪加工工业的需要，发明了用于分离牛奶的分离机。进入20世纪之后，随着石油综合利用的发展，要求把水、固体杂质、焦油状物料等除去，以便使重油当作燃料油使用，50年代研制成功了自动排渣的碟式活塞排渣分离机，到60年代发展成完善的系列产品。随着近代环境保护、三废治理发展的需要，对于工业废水和污泥脱水处理的要求都很高，因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机有了进一步的发展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的发展尤为迅速。离心机的结构、品种机器应用等方面发展迅速，但理论研究落后于实践是个长期存在的问题。目前在理论研究方面所获得的知识，主要还是用来说明试验的结果，而在预测机器的性能、选型以及设计计算，往往仍要凭借经验或试验。但随着现代科学技术的发展，固-液分离技术越来越受到重视，离心分离理论研究迟缓落后的局面也在积极扭转。1.2 背景1.2 .1 离心机的分类及介绍离心机是用于分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开（例如从牛奶中分离出奶油）；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。 宏观的“场外力”作用过程是将混合物置于一定的力场之中，利用混合物的各个相在力场中受到不同的力从而到较大的“像重差”使其分离。悬浮液和乳浊液的分离是非均一系分离的典型情况，其分离形式按照分离机的不同分为沉降和过滤两种。混合物在某种装置中，由于两相在力场中所受的力的大小不同而沉降分层，轻相在上层形成澄清液，重相在下层形成沉淀物而实现分离。离心机是在离心力的作用下，实现分离的机器，而这种分离液态非均匀混合物的过程称离心分离。离心机的主要工作部件为转鼓，高速旋转的转鼓带动物料旋转产生离心惯性力，通过沉降或过滤完成悬浮液、乳浊液或其他物料的分离、浓缩或澄清。离心分离与其他分离相比，推动力大，分离能力强，分离范围广，固体中含有液体少，分离效率高，结构紧凑，附属设备少。在含水率较高时或悬浮液中的固体颗粒很小、液相粘度很大时，也可得到较好的分离效果。因此离心机已广泛用于化工、石油、医药、冶金、三废治理及轻工等工业生产中。利用离心机分离的过程可分为离心过滤、离心沉降及离心分离，与此分离过程相对应的离心机称为过滤式离心机、沉降式离心机及分离机。（1） 过滤式离心机高速旋转的转鼓是过滤式离心机的主要工作部件，转鼓壁上开有许多小孔，并衬有多孔的过滤介质，当加入转鼓内的悬浮液随转鼓作高速旋转时，受离心力作用，液相经过滤渣层、过滤介质及壁上小孔被连续排出，而固相沉积下来成为滤渣。随着过滤的进行，滤渣层被压紧，渣层空隙内的液体亦被排出。因而离心过滤不仅推动力大，产生的离心惯性力比重力大千百倍，而且得到的滤渣较为干燥，滤渣含湿量对细分散物料为510，对中粗物料0.55。 过滤式离心机适于分离含固量较多，颗粒大干10m的悬浮液。（2）沉降式离心机转鼓壁上有无开孔是沉降式离心机与过滤式的主要区别，沉降式离心机是一种新型的卧式螺旋卸料离心机，其工作原理是利用固-液比重差，并依靠离心力场使之扩大几千倍，固相在离心力的作用下被沉降，从而实现固液分离，并在特殊机构的作用下分别排出机体。 沉降式离心机适用于含固量少、颗粒小的悬浮液。（3）分离机分离机与沉降式离心机原理相同，但其转速更高，转鼓体积小，长径比大，分离因素大，能分离一般离心机不能分离的物料。常用于分离密度差较小的液液或液液固相，按离心力不同，重液在外层，轻液在里层，微量固体沉渣沉积在转鼓壁上，通过一定的装置分别将它们引以，就可达到分离目的。1.2.2 离心机的起源与发展中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。 由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。 工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现液-固分离；离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固(或液-液)分离。还有一类实验分析用的分离机，可进行液体澄清和固体颗粒富集，或液-液分离，这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。 衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值，分离因数越大，通常分离也越迅速，分离效果越好。工业用离心分离机的分离因数一般为10020000，超速管式分离机的分离因数可高达62000，分析用超速分离机的分离因数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积，工作面积大处理能力也大。过滤离心机和沉降离心机，主要依靠加大转鼓直径来扩大转鼓圆周上的工作面；分离机除转鼓圆周壁外，还有附加工作面，如碟式分离机的碟片和室式分离机的内筒，显著增大了沉降工作面。此外，悬浮液中固体颗粒越细则分离越困难，滤液或分离液中带走的细颗粒会增加，在这种情况下，离心分离机需要有较高的分离因数才能有效地分离；悬浮液中液体粘度大时，分离速度减慢；悬浮液或乳浊液各组分的密度差大，对离心沉降有利，而悬浮液离心过滤则不要求各组分有密度差。 选择离心分离机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性，以及分离的要求等进行综合分析，满足对滤渣(沉渣)含湿量和滤液(分离液)澄清度的要求，初步选择采用哪一类离心分离机。然后按处理量和对操作的自动化要求，确定离心机的类型和规格，最后经实际试验验证。 通常，对于含有粒度大于0.01毫米颗粒的悬浮液，可选用过滤离心机；对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的，则宜选用沉降离心机；对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时，应选用分离机。离心分离机未来的发展趋势将是强化分离性能、发展大型的离心分离机、改进卸渣机构、增加专用和组合转鼓离心机、加强分离理论研究和研究离心分离过程最佳化控制技术等。 强化分离性能包括提高转鼓转速；在离心分离过程中增加新的推动力；加快推渣速度；增大转鼓长度使离心沉降分离的时间延长等。发展大型的离心分离机，主要是加大转鼓直径和采用双面转鼓提高处理能力使处理单位体积物料的设备投资、能耗和维修费降低。理论研究方面，主要研究转鼓内流体流动状况和滤渣形成机理，研究最小分离度和处理能力的计算方法。以上说明了国内设计生产的离心机有很多的不足有很多需要向国外学习的地方。1.3 任务要求1.3.1 性能参数本次设计在数据方面有如下要求：机型：活塞推料离心机；1、转鼓内/外径（mm）：337/4002、过滤区长度（mm）：145/1553、转鼓转速（r/min）：150022004、分离因数：50310835、推料行程（mm）：406、推料次数（1/min）：3087、主电机/油泵电机功率（kw）：11/42 方案设计与选择2.1 本次设计的特点本次离心机的设计有以下几个特点：（1） 采用全新结构，设计更加可靠，先进的布料方式，换向快捷平稳的轴向换向机构，较高的转速和推料次数，光滑平整的铣制板网，合理的工艺参数可获得理想的高产量。（2） 高转速带来的高分离因数,物料由一级转鼓进入二级转鼓时的充份翻松过程，从而使滤饼的含湿量降得很低。（3） 对固体产品的纯度有要求时，该机可以进行有效的洗涤，如果需要的话，洗涤液与母液可以分别排出。（4） 铣制筛网的密集均匀的精确间隙，较厚的滤饼形成的过滤床可截留大量的细小结晶，可减少晶体随母液流失，从而获得较高的固体回收率。（5） 精确的设计、精心的选择、精密的加工装配、使得机器可实行长时间无故障工作，保养维修费用很低。（6） 铣制筛网高精度的缝隙及高开孔率,使该型号离心机的用途日益广阔。2.2 方案的选择图（2-1）所示的是活塞推料离心机的一般结构：图2-1 活塞推料离心机一般结构图A物；B洗涤管：C滤饼出口；D母液出料口；1进料管；2进料分配器：3一级转鼓；4二级转鼓；5固体收集槽在此特别指出：被处理物料的固体颗粒大小、均匀度、母液的粘度、悬浮液的固体含量、加料的均匀程度都对离心机的产量有明显的影响，并且还影响到分离过滤过程中细颗粒的丢失，分离后固体的含湿率等技术指标。活塞推料离心机的主要构件有：本机主要由01机座部件、02转鼓部件、03轴和轴承座部件、04油缸部件、05液压部件、06罩壳部件和工具部件组成，详情参见总装图。（1）机座部件；机座部件是整机的支承主体，机座的上部用来支承轴承座及罩壳部件。底部为油箱，上面有加油孔、排油孔、油位视镜、压力表、温度表、节流阀、溢流阀、主电机、油泵和油泵电机等，油冷却器安装在油箱内。机座加大的底部保证了机器的稳定。（2）转鼓部件；转鼓部件是实现分离的主要工作部件，由第一级、第二级转鼓以及筛网、耐磨环、导向板、进料分配器、推料圈、推料片等零件组成。一级转鼓与二级转鼓分别联接安装在推料轴与空心轴上，从而实现旋转和往复运动。两级转鼓都开有许多孔，内表面上衬有板式筛网。本部件经精确动平衡校正，使用中不得随意改变零件的形状及重量。检修中应严格控制转鼓的径向、端面跳动量。（3）轴和轴承部件本部件由空心轴、推料轴、轴承座、滚动轴承、前后轴套、密封衬套和前后迷宫圈等零件组成。空心轴由前后两个滚动轴承支承，推料轴既与空心轴一起转动，又与安装在空心轴上的前后两个轴套作往复运动。推料轴由前后连个轴套支承和导向。滚动轴承和轴套均由液压系统提供的压力油润滑。轴承座两端设有迷宫密封圈，用来保护该系统不受有害物质的侵入。（4）油缸部件油缸部件由压力油缸、推料活塞、左活塞环、右活塞环、导杆、控制套、导向柱塞、压力油缸盖等零件组成。来自油泵的压力油经过机座、轴承座、空心轴和推料轴的轴向中心孔进入油缸，在换向装置的作用下活塞产生轴向往复运动，与活塞连接在一起的推料轴及第一级转鼓也作同样运动，强大的轴向推力将滤饼连续不断地推出。该部件所有运动零件均有较高的加工精度，联接件也有强度要求。压力油缸即为驱动转鼓的皮带轮。（5）液压部件本部件由油泵座、螺杆泵、溢流阀、节流阀、压力表、双金属温度计、空气滤清器和油冷却器等机电配套件组成，油冷却器安装在油箱内。油泵电机带动油泵旋转，产生压力油进入油缸，回油直接返回机座底部油箱。当工作油压超过调定值2MPa后，溢流阀被打开并卸荷。通过节流阀控制压力油流量来调节推料次数。液压原理图见图2。注意：油泵电机未启动决不能启动主电机，在操作中推料突然停止时，应立即停机进行及时处理。 图2-2 液压原理图2.2.1 活塞推料离心机推料液压控制系统的选择离心机推料盘位于其分离转鼓内,连接推料盘的推料活塞借助于液压系统控制作往复运动,转鼓壁上的滤饼层被推料盘不断地沿转鼓轴向前推移,最后被推出转鼓。在该设计中液压系统主要由复合油缸来控制。其结构如图2-3所示。A腔为高压油入口,油压一般4.0MPa。B、C腔通过油路与A腔常通,传力板将主活塞与推料杆(虚线)连为一体,通过推料杆内中心孔回油。如图,主活塞左端油路通过D、E、F与回油路沟通,处于卸荷状态,A腔中的高压油通过主活塞左端的缺口进入主滑阀左端,在油压力作用下,主滑阀右移,当滑移到B腔与D沟通时,压力油进入主活塞左端,推动活塞带动推料杆右移;而此时主滑阀右端进油道被导向活塞右端台阶封闭、切断,其右端与回油路沟通;当主活塞继续右移至导向活塞右端碰上油缸壁时,导向活塞开始相对于活塞左移(实际上导向活塞不动,而活塞继续右移),当导向活塞左端台阶将活塞盘中的油孔封闭时,右端的台阶从孔中退出,此时A腔中的压力油进入主滑阀右端,而左端卸荷,主滑阀开始换向,此时主活塞继续在压力油作用下右移;当主滑阀中间台阶将主活塞左端进油口D关闭后,主活塞左端卸荷,右端进油,开始制动,然后换向。图2-3 复合油缸结构示意图由上可知该结构简单紧凑，维修方便，能较好的实现活塞的换向功能。2.2.2 推料次数的确定推料次数可由下列公式求得：I =qn / v式中 q 油泵的每转排量，ml/r； n 油泵转速，r/min； v 活塞移动体积，dm3；上式中活塞移动体积是确定的，只要改变压力油的排量，既可调整推料次数。3 参数计算3.1 活塞推料离心机转鼓的计算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。因此，对离心机转鼓设计计算的分析研究也是十分必要的。3.1.1 离心机转鼓壁厚计算转鼓是柱锥形 (3-1) (3-2) (3-3)式中: ,转鼓厚度和筛网当量厚度；转鼓内半径；筛网质量；转鼓内物料的填充系数； (3-4) (3-5)式中: 鼓壁的密度；旋转角速度；=105Mpa =168.3MPa取其小者，许用应力为=105MP=12o ； =7.85103/m3 ； =1.5103/m3=0.191； =1 =0.20.5=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=12mm3.1.2 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: （3-5） (3-6) 式中：对不开孔转鼓的开孔系数, 转鼓材质密度, 转鼓平均半径,料载荷离心力产生的鼓壁环向应力: （3-7）式中:物料的密度, 转鼓内半径, 物料环内半径, 转鼓壁厚, 加强箍系数,Z=1圆筒部分应力:b.转鼓锥体部分空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力: (3-8) (3-9)物料载荷离心力产生的鼓壁环向应力:锥段应力:取其大者,转鼓强度满足要求。 3.2 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=7.85103/m3(0.41220.42)0.08(0.36020.3482)0.42 m37.85103/m3(0.47220.4122)0.01227.85103 /m30.47220.012 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 (3-10)=21.48kwb.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1.11.2 (3-11)N2 = 0.004kwc.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= (3-12)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 (3-13)式中:转鼓等转动件与转鼓内物料的总质量，kge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120kge=110-3R=1203.5421.82NN 3= =0.044 kw机械密封摩擦消耗的功率 (3-14)式中:摩擦副窄环端面内半径，m； 摩擦副窄环端面宽度，m；密封端面的摩擦系数，一般可取为0.020.2； 密封端面的比压力，Pa； 动环线速度，m/s；0.475 kwd.离心机所需消耗总功率= 21.48+0.004+0.044+0.47622 kw3.2.1电机的选用电机的容量（功率）选用是否合适，对电机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电机不能保证工作工作装置的正常工作，或电机因长期过载而过早损坏；容量过大则电机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成浪费。所以电机的选用（IP44）Y200L4，定功率P=30kw ，步转速r=1470r/min。3.2.2带轮的设计计算A.选择V带型号a.确定计算功率查表得工作情况系数1.4=1.430=42 kwb.选择V带型号按=42kw, =1470r/min 查表选C型V带B.确定带轮直径, a.选择小带轮直径 参考图及表选取小带轮直径=220mm b验算带速 =32.23m/s c确定主动带轮直径 =1.04 =1.04400=216.9mm 查表可知 =220mmd.计算实际传动比=1f验算从动轮实际转速= /=1470/1=1470r/min=0120F.确定V带根数A.确定额定功率由 =400mm，=1470r/min，=1470r/min，查表得单根C型V带的额定功率为=15.53kwb.考虑传动比的影响，额定功率的增量，由表查得=0.28kwc.确定V带的根数 (3-17)查表得1，查表4.2得=0.99=3.737根 取4根合适G.计算单根V带初拉力查表得=0.3kg由式 (3-18)=271NH.计算对轴的压力 =3252NJ.确定带轮的结构尺寸,绘制带轮工作图3.3 推料轴的设计计算3.3.1轴的设计按轴的材料和结构要求，调用公用区的部分数据，确定出轴的各部分直径，精确校核轴的强度。轴的材料选用45钢调质A .确定输出轴远运动和动力参数a确定电动机额定功率P和满载转速由Y200L4,查标准JB/T52741991P=30kW, =1470r/minb确定相关件效率带轮效率=0.94斜齿轮啮合效率=0.97一对滚动轴承的效率=0.98电动机实心轴总效率=0.940.970.98=0.89c输出轴的输出功率=300.89=26.7kWd输出轴的转速=147037/38=1431.32r/minf输出轴的转矩= =1.746105NmmB.轴的结构设计 图4-2 轴的结构示意图a.确定轴上零件的装配方案b.确定轴的最小直径,轴端处仅受转矩,直径最小估算轴的最小直径45钢调质处理,查表11.3确定轴的A值,A=133144=(133144) =35.2738.19单键槽轴径应增大5%7%,即增大至b.确定轴的最小直径应满足=46取=48mm选择滚动轴承型号查轴承样本,选用型号为7308C的角接触球轴承,其内径d=48mm,外径D=80mm,宽度B=18mm3.3.2 对该轴进行强度校核A求轴上载荷a.计算齿轮受力齿轮分度圆直径=639/cos15.9=242.49mm圆周力=21.746105/242.49=1140.06N径向力=1141.7N轴向力=1140.060.363=413.82N对轴心产生的弯矩=413.82242.49/2=50173.8Nmmb.求支反力轴承的支点位置由7208AC 角接触球轴承查手册 =18mm齿宽中点距左支点距离 72m齿宽中点距右支点距离60/2+71=101mm左支点水平面的支反力, =(1011140.06)/(72+101) =666N右支点水平面的支反力, =(721140.06)/(72+101) =474N左支点垂直面的支反力=(1011141.7+50173.8)/ (72+101)=957N右支点垂直面的支反力= (721141.7+50173.8)/ (72+101) =765N右支点轴向反力B .绘制弯矩图和扭矩图截面C处水平面弯矩=66672=47952Nmm截面C处垂直面弯矩=95772=68904 Nmm =765101=77265 Nmm截面C处合成弯矩=70552.8 Nmm=90935.6 NmmC .弯扭合成强度校核通过只校核轴上受到的最大弯矩,扭矩,抗拉的截面的强度危险截面C处计算弯矩考虑启动、停机影响，扭矩为脉冲循环变应力, ,=126302.6 Nmm截面C处计算应力=19.7MPa强度校核45钢调质处理,由表查得=60Mpa S疲劳强度合格F. 抗拉强度校核=206169.69N(4-26)式中:沉渣与转鼓壁的摩擦系数，一般为0.30.85 取=0.5=241347.01N (4-27)45钢=20.2mm3.4 空心轴的设计计算3.4.1 空心轴的设计轴的材料选用45钢调质A.确定输出轴远运动和动力参数a.确定电动机额定功率P和满载转速由Y200L4,查标准JB/T52741991P=30kW, =1470r/minb.确定相关件效率带轮效率=0.94斜齿轮啮合效率=0.97一对滚动轴承的效率=0.98电动机空心轴总效率=0.940.970.98=0.89c.输出轴的输出功率=300.89=26.7kWd.输出轴的转速=147038/37=1500r/minf.输出轴的转矩= =1.67105NmmB轴的结构设计图4-3 轴的结构示意图a.确定轴上零件的装配方案b.确定轴的最小直径,轴端处仅受转矩,直径最小a)估算轴的最小直径45钢调质处理,查表11.3确定轴的A值,A=133144 (4-28)式中：空心轴的内径与外径之比=50.554.6mm单键槽轴径应增大5%7%,即增大至53.058.4b）确定轴的最小直径应满足=83.088.4mm所以取=90mmc)选择滚动轴承型号 查轴承样本,选用型号7224C的角接触球轴承,其内径d=120mm,外径D=215mm,宽度B=40mm，选用型号30224的圆锥滚子轴承,其内径d=120mm,外径D=215mm,宽度B=40mm3.4.2 对轴进行强度校核A求轴上载荷a计算齿轮受力齿轮分度圆直径=637/cos19.95=234.04mm圆周力=21.746105/234.04=1492.05N径向力=577.73N轴向力=1492.050.363=541.49N对轴心产生的弯矩=541.49234.04/2=63376.6Nmmb求支反力轴承的支点位置由30224圆锥磙子轴承查手册 =40mm齿宽中点距上下支点距离72mm齿宽中点距支点距离60/2+309=339mm左支点水平面的支反力,=(3391492.05)/(72+339)=1230N右支点水平面的支反力,=(721492.05)/(72+339) =261N左支点垂直面的支反力=(339577.7+63376.6)/ (72+339)=1121N右支点垂直面的支反力= (72577.7+63376.6)/ (72+339) =255N右支点轴向反力B. 绘制弯矩图和扭矩图截面C处水平面弯矩=123072=47952Nmm截面C处垂直面弯矩=112172=68904 Nmm =765101=77265 Nmm截面C处合成弯矩=70552.8 Nmm=90935.6 NmmC. 弯扭合成强度校核通过只校核轴上受到的最大弯矩,扭矩,抗拉的截面的强度危险截面C处计算弯矩考虑启动、停机影响，扭矩为脉冲循环变应力, ,=126302.6 Nmm截面C处计算应力=19.7MPa强度校核45钢调质处理,由表11.2查得=60Mpa S疲劳强度合格F. 抗压强度校核=206169.69N=241347.01N45钢=60.2mm4 活塞推料离心机的安装4.1 安装方法的分类活塞推料离心机的机型，长短，高低，还有周围场地的大小都能影响到它的安装方法。一般情况下，卧式离心机都是从头到尾进行安装的。而立式离心机有以下几种安装方法：（1）整体组装法，即先把零部件放在地上，从头到尾加以组装，然后在竖立来调整加以紧固。（2）倒装法，从尾部开始进行组装，此安装方法比较容易，但安装中心也容易出现偏差。（3）顺装法，从头部开始，先固定好头部，以头部为基准确定垂直中心，然后从头到尾进行组装，最后进行调整并加以紧固。4.2 安装步骤及技术要求在离心机使用时，由于不均匀进料等，能造成很大的旋转不平衡力，以及推进机构的周期性轴向力，都会产生振动。振动的环境不仅给操作者造成不适，而且可能会使建筑物产生共振而损坏。因此离心机的安装十分重要，必须采用防振装置，见图4-1。实践证明这一措施是行之有效的。 图4-1防震座示意图（1）安装过程中始终要以水平度、垂直度或者是安装平面为安装基准，且整机的直线度要控制在一定的范围内。由于壳体的对称中心是无形的，无法测量与检查，故经常以机头、机尾的中心线及壳体的外廓为测量基准。（2）防震装置的安装防振装置包括：抗震座1、缓冲垫2、减震方框3。（1）抗震座抗震座是用钢筋混凝土(也可以用钢、铸铁等材料)制成，由于它增加了机器的惯性，因而减小了振动的振幅，但同时也增加基础的静态载荷。按图4-2所示，用下减振方框和硬泡沫塑料作底，按基础图所给尺寸制作抗振座的模板，内敷塑料薄膜或涂脱模油，将制作好的钢筋构件，放入模板指定位置，用高标号耐酸、碱水泥制作混凝土，留出离心机的地脚螺栓孔，待混凝土保养期满后，去掉硬泡沫塑料，吊装上推料离心机，再用钢锲块置于地脚螺栓附近，把水平仪放在离心机上平整的面上，校正其水平，然后灌浆。待固化后，再牢牢拧紧地脚螺栓。抗震座的外表面可贴地砖装饰。 图4-2 抗震座示意图（2）缓冲垫缓冲垫是由弹性垫制成的，它能把很低的振动频率给予系统，而又能将不平衡力有效隔离。（3）减振方框减振方框共有上下两块分别安装，安装方式见安装联接图。（3）基础的设计与安装基础的设计，应由在这方面具有经验的土建工程师来完成。不论对新建的还是原有的建筑物，基础都必须进行校核计算，离心机应该安装在坚固的混凝土基础上工作。如图4-3所示，可先将基础地面灌浆（预留出螺栓孔），并用钢制锲块校正下减振方框至水平后灌混凝土。图4-3基础示意图土建工程师应对以下内容进行校核，并控制在许用值内:（1）由动载荷和静载荷所产生的应力；（2）振动振幅；（3）绝对避免基础及与基础相联的建筑物和离心机产生共振，基础的固有频率至少应比离心机的最大转速高1.3倍，当固有频率是转速的整数倍时也是危险的，应尽量避免。离心机应安装在尽可能低的水平上；当不得不将基础做得比较高时，可采用框架结构形式；基础与建筑物之间应留有一定的距离，以防止振动传递；当离心机安装在工业建筑物的楼上时，对安装离心机的建筑物(顶板、地板、钢筋混凝土构件)应仔细校核它的承载能力和振动特性，必要时应予以改造和加固。（4）安装中的注意事项 （1）为了操作和维修离心机的方便，在离心机的四周应留有足够的空间。 （2）在离心机的上方应设置一条与离心机轴线平行的轨道，并在轨道上安装提升装置，方便大修工作，减轻劳动强度。（3）根据随机附带的基础图、安装连接图正确安装机器，离心机安装后必须校正水平。（4）离心机的罩壳不能作为任何装置和管道的支承。（5）排液口处必须安装气液分离器，主要由筒体(建议筒体内径219mm)和放空管(建议内径159mm)构成。注意必须安装支承架以支承气液分离器，绝对不允许以离心机罩壳作为全部支承。设计总结在这次毕业设计中，我更进一步地了解了离心机行业的国内外的现状，学到了很多课堂上学习不来的东西。这些知识对我在完成这次毕业设计中起到了很大的帮助。此次毕业设计是对我在大学四年所学知识的巩固，也是我学习机械行业知识的一个很好的平台，更是我走上社会走向工作岗位实现我人生理想的重要的一步。在毕业设计前段时间，需要综合运用所学的专业知识对课题内容进行了解，多方搜索行业资料。设计实践的环节为我们在生产实践中进行调查研究的能力、观察问题、分析问题、解决问题的能力的培养至关重要。通过毕业设计的锻炼，我们运用所学到的知识的能力、解决问题的能力、创新设计的能力得到了很好的锻炼和加强。毕业设计巩固了大学期间我们学到，如机械设计、机械原理、机械制造等有关机械的知识。在毕业设计期间按我们还学到了不少新的知识和学习方法，完善了自己的知识结构，它使我在大学期间所学的基础理论知识、专业技术知识得到了融会贯通。通过几个月做离心机这样的化工分离机械设备，我增强了对实际问题的了解，解决问题的能力，体会到了理论与实际相结合的重要性。虽然大学期间安排了好几次课程设计或者实习，但是没有一次像这样的课程设计能与此次相比，设计限定了时间长，而且是一人一个课题要求更为严格，任务更加繁多、细致、要求更加严格、设计要求的独立性更加
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