闭风器的设计

1优秀设计一 引言闭风器是制粉系统维持系统负压的关键设备 ,其主要作用是将粉料与空气有效隔断 ,起到气粉分离的作用 ,叶轮式闭风器的主要作用就在于使卸料器或除尘器在有压力差的情况下，物料得以顺利地排出，并阻止空气泄漏，从而保证输送和除尘设备能正常与高效地工作。随着机械行业的迅速发展和市场竞争的日益激烈 ,如何提高产品品质 ,增强产品的市场竞争能力 ,缩短产品开发周期 ,降低成本已成为企业十分重视的问题。现代化的开发手段是提高企业竞争力的重要保证。企业应用 Pro/ E 后 ,可改变传统的设计方法 ,显著缩短了新产品的设计周期 ,为新产品占领市场创造了有利的条件。产品造型设计是以产品为主要对象, 着意对与造型有关的功能、结构、材料、工艺、视觉传递、美学基础、宜人性以及市场关系等诸方面进行综合的创造性设计, 使之获得人 机环境协调统一, 符合时代要求的艺术与技术相结合的创造性活动。它包括充分表现产品功能的形态构成设计、实现形态的结构方法和工艺方面的设计、达到方便宜人与环境协调的人机关系设计; 它有机地以“造型”把产品的功能、人机关系、形态、色彩等因素及有关的工程技术问题和形态的艺术表现自然地融为一体。2二 任务书2.1 图形设计图 1 2.2 数据表 1闭风器排料量(吨/时)容积（升/转） 叶轮直径（毫米）叶轮长度（毫米）转速(转/分) 动力(千瓦)1.5 10 300 250 30-40 0.75/1.12.3 设计要求 .粉状物料提升装置中闭风器的国内外研究现状 .了解其工作场所要求及原理 .确定总体方案和各部分结构方案 .画图 .部分设计计算三 闭风器的原理及应用3闭风器是粉状物料提升输送装置中一个重要部件。工程上一般要求该部件在负压差下工作 ,即将物料由压力较低处送往压力相对较高处。在工作过程中 ,要求对通过的物料量具有良好的调节性能 ,并且保证它所连接的两器气体互相不泄漏。从而保证输送能正常与高效地工作。因此在闭风器结构的设计中，能否有效地解决闭风器的防堵性与气密性，是防止闭风器被物料堵塞以及顺利排料的关键。3.1.用途和适用范围全新气封式叶轮闭风器适用干将压力状态下的粉状或颗粒状物料连续地、顺利地排入大气，是气力输送和通风除尘网路中的一种重要设备。其主要工作件是旋转的叶轮，既起着输送物料的作用，又担负着密封作用。使用安全可靠，体积小、重量轻、 容量大、 功率消耗低等特点。广泛用于粮食、食品、饲料、油脂、化工、储运及其它工业中的气力输送或通风除尘网路卸料器之排料、排尘。3.2.产品描述采用国内外最先进卸料器特点，又集中国内外各种干燥机、除尘器联接尺寸而设计制造的，它三机一体，结构紧凑、密封性好、运转平稳、造型美观、噪音低、体积小、重量轻、使用方便等特点，是气力输送、自动计量排料重要设备之一。3.3.产品说明、星形缷料器的上、下法兰口圆形。、耐磨损封闭型转子叶轮该型星形缷料器特点是移子叶片的端部带用特殊耐材料制所，能保证叶片端部与壳内壁有良好接触，并且磨损后可方便地调节叶片端部，使其仍然与壳体内部保持良好接触，具有更好的锁气性能。、耐高温型它所输送物料的温度可达 280C 两端轴承与叶轮有一定隔离，能防止超细粉料与轴承接触。 7四 设计总体方案的拟定闭风器排料量的计算：G = 0.06VnYrK (吨 /小时 )式中： G闭风器排料量V 一闭风器容积（ 升转）n 一闭风器转速（转分）4Y 一闭风器容积效率：颗粒状物料 0.7-0.8 粉状物料 0.5-0.6r 一物料容重（吨米 3）K 一修正系数，一般取 0.7-0.8任务书的设计数据表 1 可知:物料容重 r(吨/立方米) 容积（升/转）V 叶轮半径（毫米）R叶轮长度（毫米）l转速(转/分)n动力(千瓦)w 2.48 10 150 250 35 0.75/1.1粉状物料的容积效率 Y=0.6修正系数 K=0.8闭风器排料量的计算：G =0.06VnYrK=0.06100.00135600.62.480.8=1.5(吨/时)五 各零件的数据设计和选择.5.1 叶轮的设计从几何意义来计算:(如图 2 所示)图 2六个叶片间的间隙是相等的扇形,夹角为 60 度.每个叶片也可以近似看成是相等的矩形.根据实习经验和资料的查阅可以把穿叶轮的轴径 D 定为 36mm,5叶轮的小径 d 定为 42mm 机械设计手册 1闭风器的容积 V= R2- d2-6(R-d)a (a 为叶轮的宽度)a=V/ R2- d2-6(R-d) =10/3.14150150-3.142121-6（150-21）=12(mm)叶轮的数据 表 2 叶轮小径（毫米）D 叶轮内径（毫米）d 叶轮半径（毫米）R 叶轮长度（毫米）l2.48 10 150 2505.2 轴承的选择 2滚动轴承在机械设计中,主要起以滚动代替滑动从而减少摩擦力的作用.它依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件.滚动轴承具有摩擦里小,功率消耗少,启动容易等优点.滚动轴承是现代机器中广泛应用的零部件之一,绝大多数已经标准化.轴的最大直径 d1 等于叶轮的内径 d. 有轴的最大直径可以确定轴承的内径为30mm，选轴承型号为 6206.如图 3 所示:轴承数据 基本尺寸/mm/d: 30基本尺寸/mm/: 62基本尺寸/mm/B: 16安装尺寸/mm/da (min): 36安装尺寸/mm/Da (max): 56安装尺寸/mm/ra (max): 1其他尺寸/mm/d2 : 40.8其他尺寸/mm/D2 : 52.2 6图 3机械设计手册 15.3 挡板的设计挡板的要作用就在于使卸料器或除尘器在有压力差的情况下，物料得以顺利地排出，并阻止空气泄漏，还可以防止物料粉尘进入轴承，从而保证输送和除尘设备能正常与高效地工作。因此，在闭风器结构的设计中，档板的防堵性与气密性的好坏，是防止闭风器被物料堵塞以及顺利排料的关键。档板位于轴承和叶轮之间，受力比较小。最大直径与叶轮的直径相等为300mm,小径与轴承内径相等为 30mm。 75.4 轴的设计 5轴类零件主要用于支撑齿轮、链轮、叶轮、带轮等传动件,以传递运动和动力.其基本结构为数段共轴回转体.轴类零件的特征之一是细长,既有较大的半径比,其材料一般为钢棒或锻件. 径向尺寸轴的最大直径 d1等于叶轮的内径 d。轴与轴承的配合为过盈配合，可以确定穿轴承的轴径为 31mm，轴承轴的一端与联轴器连接，查机械设计手册确定轴的最小轴径为 25mm。 轴向尺寸穿叶轮的轴的长度等于叶轮的宽度为 250mm，穿轴承的轴的长度等于轴承7的宽度+挡板的厚度为 20mm。查机械设计手册连接联轴器的轴的长度为 50mm。5.5 壳体的设计这类零件的内外结构都很复杂,它是用来支撑、包容运动零件或其它零件,因此其内部常有空腔.箱体内腔常用来安装传动轴、齿轮(或叶轮)及滚动轴承等,故两端均有装轴承盖及套的孔.所以箱体的盖、座上有许多安装孔、定位销孔、连接孔;由于箱体是空腔的,通常壁比较薄,由于形状复杂,箱体多为铸件,闭风器中的箱体材料可以选 HT150.壳体的整体壁厚为 10mm,壳体的内腔直径与叶轮的大径相配合，叶轮在腔内转动，所以确定壳体的内腔直径为 300.01mm,以保证叶轮在腔内安全运转。螺栓连接的边缘宽度为 30mm 进料口和出料口的法兰圆盘的最大直径可定为 365mm,其小径 Q 的大小为 3/2 的叶轮扇形的宽度。即：Q= 23)(2dR= 150=190(mm)5.6 密封圈的设计为了减小设计和制造装配过程中的误差引起的漏风量，要在壳体端盖和壳体之间设计一个密封圈，主要起到密封作用，不受其他外力，可以选用橡胶材料，密封圈的内径要少小于壳体的内径，可以确定为 298mm,厚度和宽度也都不需设计很大，可以确定为 6mm 和 10mm。一半嵌在壳体端盖一半嵌在壳体端边。5.7 壳体端盖的设计壳体的端盖起着多方面的作用，可以密封防漏气支撑轴承.轴承工作过程中内圆随轴转动，外圈保持不动，则轴承的外圆与壳体之间的配合为过盈配合，那么端盖的内径就可以确定为 61mm,考虑到与壳体的配合，可把外径确定为 360mm 等于壳体的最外圆的直径。在壳体的内面设计一个小槽，用来配合密封圈，小槽的宽度与密封圈的厚度相等为 6mm，深度是密封圈宽度的一半为 5mm. 5.8 轴承端盖的设计为了保证轴在工作时保持正确位置，防止轴向窜动，轴系必须有可靠的轴向固8定。利用轴肩顶住内圈，两端成对称配置，各限制一个方向的轴向移动，这样就保证了轴系的轴向位置固定。轴承盖就可以完成这种限制。并且其内圆的直径要大于轴承的 D2 小于轴承的D，可确定为 54mm，轴承盖的外圆的直径等于轴承的外径 D=62mm。5.9 其他标准连接件的选择任何机器都是由各种零件组成,其中标准件占有大量的比例,它们以一定的形式连接,保持相互之间的位置和按一定的规律相对运动,标准件可以互换通用,从而提高经济效率.常用的标准件有紧固件(螺栓、螺母、螺钉)、键等.5.9.1 螺栓的选择 螺纹规格(6g)|d: M12螺纹规格(6g)|dP: M121.5b(参考)|l125: 30B(参考)|125l200: 36e min: 20.03s|max: 18s|min|: 17.73k 公称: 7.5l 长度范围|: 45120 图 4机械设计手册 15.9.2 沉头螺钉的选择由于轴承盖是与壳体的端盖连接在一起的，属于内部连接所以要选用沉头螺钉。螺钉9螺纹规格: ST2.2螺距 P=a(max): 0.8dk(max): 3.8k(max): 1.1十字槽|槽号: 0十字槽|H 型插入深度|max: 1.2l长度范围: 4.516表面处理: 镀锌钝化图 5机械设计手册 15.9.3 螺母的选择其内径与螺栓的 d 相等为 12mm，可以查机械设计手册如下：螺母螺纹规格(6H)|D: M12螺纹规格(6H)|DP: M121.5 e/min: 20.03s/max: 18s/min: 17.73m/max: 10.810图 6机械设计手册 15.9.4 键的选择根据键连接的轴的轴径，查阅机械设计手册可以得到标准键为：轴径 d: 3038键的公称尺寸|b(h8): 10键的公称尺寸|(h8)h(11): 8键的公称尺寸|c 或 r: 0.40.6键的公称尺寸|L（h14）: 22110键槽|轴槽深 t|基本尺寸: 5.0键槽|轴槽深 t|公差: (+0.2,0)键槽|毂槽深 t1|基本尺寸: 3.3键槽|毂槽深 t1|公差: (+0.2,0)键槽|圆角半径 r|min: 0.25键槽|圆角半径 r|max: 0.4 图 7机械设计手册 1六 用 Pro/E 对主要零件的三维实体造型设计随着信息技术的发展 ,同时面对日益激烈的竞争 ,企业设计产品向高效率、11低成本和一次成型的目标方向发展 ,企业采用并行、协同设计势在必行 ,可见应该大力推广一些高性能的产品设计软件及其设计思想 , Pro/E 即是这种概念下的产物 . Pro/E 采用基于特征的参数化造型、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改和全数据相关的技术 ,使得它与其他的二维、三维设计软件在设计思想上有着本质的区别.该设计技术以全新的思维方式支持产品的设计、修改和变形. 企业应用 Pro/ E 后 ,可改变传统的设计方法 ,显著缩短了新产品的设计周期 ,为新产品占领市场创造了有利的条件。6.1 叶轮的三维实体造型设计 双击桌面上的快捷启动 Pro/ENGINEER. 选择【文件】|【设置工作目录】命令,将工作目录切换到Eercise.单击工具栏中新建图标,在弹出的新建对话框的 “类型”栏中选择 “零件”,在 “名称”文本框内输入 “ye”,在 “子类型”栏中选择 “实体”,单击 “确定”按钮加以确认,即可新建一个零件. 进入设置草绘平面的对话框.选择【零件】|【特征】|【创建】|【实体】|【加材料】|【拉伸】|【实体】|【完成】|【单侧】|【完成】 进入草绘平面. 【设置平面】|【平面】,选择 Top 面为草绘平面,【方向】|【正向】确定绘图的视图方向是垂直屏幕向里,【草绘视图】|【缺省】选择系统默认的格式放置平面. 设置草绘参照. 草绘平面和参考平面设置后,系统显示草绘【参照】对话框.分别选择 Right 面和 Front 面为竖直和水平参照.点击关闭进入草绘状态绘制草图. 绘制草图.选择画圆工具,在草绘平面画两个同心圆,双击默认尺寸标注修改尺寸,大圆直径为 “300”,小圆直径为 “29”. 完成截面草绘.在工具栏中单击绘图确认图标【】完成截面草绘. 定义拉伸深度.选择【定义起始】|【盲孔】|【确定】命令,输入拉伸深度“250”. 完成特征创建.拉伸特征的所有元素已定义完成,在特征对话框中单击【确定】按钮后完成特征创建.在【特征】菜单中选择【完成】命令,返回【零件】菜单. 改变模型的显示方向.按下 Ctrl 键和鼠标中键并移动鼠标,调整模型的视图方向,以获得最佳的视图效果.12 重复步骤,并把中的【加材料】改为【减切材料】. 重复进入草绘平面. 【设置平面】|【产生基准】|【穿过】|【角】,穿过 Right 面和 Front 面的轴线,选择 Front 面为参考面,角度输入 60 度,成功建立内部参照 DTM1.选模型的拉伸圆面为草绘平面, 分别选择 DTM1 为斜角度参照,Right 面和 Front 面为竖直和水平参照.点击关闭进入草绘状态绘制草图. 绘制草图.以坐标原点为圆心画圆,修改直径为 “300”,以圆心为交点画两条相交中心线,修改夹角为 60 度,在相交中心线中间画叶轮间隙形状,直线和中心线的距离为叶轮宽度的一半,利用修剪命令把封闭区域外的实线删除. 完成截面草绘.在工具栏中单击绘图确认图标【】完成截面草绘. 定义拉伸深度.选择【定义起始】|【盲孔】|【穿过所有】|【确定】命令. 完成特征创建.拉伸特征的所有元素已定义完成,在特征对话框中单击【确定】按钮后完成特征创建.在【特征】菜单中选择【完成】命令,返回【零件】菜单. 阵列叶轮选择【零件】|【特征】|【创建】. |【阵列】,在左面模型树里选择上一步的减切特征, 阵列选项中【一般】|【完成】|【阵列尺寸增量】|【值】.选择内部参照的角度,输入阵列特征的角度为 60 度,点击【】第一方向的增量尺寸选【确定】,在此方向的实例总数(包括原始的),输入“6”,单击【】返回【零件】菜单,叶轮的阵列特征创建完成. 减切键槽. 选择【零件】|【特征】|【创建】|【实体】|【加材料】|【拉伸】|【实体】|【完成】|【单侧】|【完成】.进入草绘平面. 【设置平面】|【平面】,选择 Top 面为草绘平面,【方向】|【正向】确定绘图的视图方向是垂直屏幕向里,【草绘视图】|【缺省】选择系统默认的格式放置平面.使用默认参照.按照键的标准画键槽的宽度为 10,深度设为 3.3. 完成截面草绘.在工具栏中单击绘图确认图标【】完成截面草绘.在特征对话框中单击【确定】完成键槽特征.保存文件到工作目录下13图 96.2 轴承的三维实体造型设计 4 双击桌面上的快捷启动 Pro/ENGINEER. 选择【文件】|【设置工作目录】命令,将工作目录切换到Eercise.单击工具栏中新建图标,在弹出的新建对话框的 “类型”栏中选择 “零件”,在 “名称”文本框内输入 “cheng”,在 “子类型”栏中选择 “实体”,单击 “确定”按钮加以确认,即可新建一个零件. 进入设置草绘平面的对话框.选择【零件】|【特征】|【创建】|【实体】|【加材料】|【旋转】|【实体】|【完成】|【单侧】|【完成】 进入草绘平面. 【设置平面】|【平面】,选择 Top 面为草绘平面,【方向】|【正向】确定绘图的视图方向是垂直屏幕向里,【草绘视图】|【缺省】选择系统默认的格式放置平面. 设置草绘参照. 草绘平面和参考平面设置后,系统显示草绘【参照】对话框.分别选择 Right 面和 Front 面为竖直和水平参照.点击关闭进入草绘状态绘制草图. 绘制滚动轴承内外圈旋转截面草图.单击绘图区域右边的 “中心线”按钮,绘制一条通过坐标原点的竖直中心线;分别单击绘图区域右边的 “矩形”按钮. “直线”按钮.和“ 圆”按钮,画出矩形,直线和圆.最后生成草图.然后单击 “修剪”按钮,再单击草绘中要删除的线段,将其删除,按所选轴承的尺寸对各部分进行修改, 修改完后的滚动轴承内外圈旋转截面如图 10 所示.单击绘图区域右边的【】,完成草图绘制.14图 10 生成滚动轴承的内外圈的实体图.在菜单管理器中选择旋转角度为 360 度.旋转特征的所有元素已定义完成,在特征对话框中单击【确定】按钮后完成特征创建.在【特征】菜单中选择【完成】命令,返回【零件】菜单. 绘制单个滚动体.重复、进入草图绘制.,从工具栏图标中选取 “线框”按钮.以虚线形式显示滚动轴承实体,以便草绘. 单击绘图区域右边的 “中心线”按钮,绘制一条通过坐标原点的竖直中心线; 单击绘图区域右边的“圆”按钮,画出一个过原点的圆,修改尺寸为 8, 然后单击 “修剪”按钮,再单击草绘中要删除的线段,将其删除, 单击绘图区域右边的【】,完成草图绘制.在菜单管理器中选择旋转角度为 360 度.旋转特征的所有元素已定义完成,在特征对话框中单击【确定】按钮后完成特征创建.在【特征】菜单中选择【完成】命令,返回【零件】菜单. 按照叶轮阵列的方法阵列滚动体,角度阵列增量为 30 度.阵列总数为 12.对边缘进行倒圆角,完成轴承的三维实体造型. 5 保存文件到工作目录下15图 116.3 轴的三维实体造型设计 双击桌面上的快捷启动 Pro/ENGINEER. 选择【文件】|【设置工作目录】命令,将工作目录切换到Eercise.单击工具栏中新建图标,在弹出的新建对话框的 “类型”栏中选择 “零件”,在 “名称”文本框内输入 “zhou”,在 “子类型”栏中选择 “实体”,单击 “确定”按钮加以确认,即可新建一个零件. 进入设置草绘平面的对话框.选择【零件】|【特征】|【创建】|【实体】|【加材料】|【旋转】|【实体】|【完成】|【单侧】|【完成】 进入草绘平面. 【设置平面】|【平面】,选择 Top 面为草绘平面,【方向】|【正向】确定绘图的视图方向是垂直屏幕向里,【草绘视图】|【缺省】选择系统默认的格式放置平面. 设置草绘参照. 草绘平面和参考平面设置后,系统显示草绘【参照】对话框.分别选择 Right 面和 Front 面为竖直和水平参照.点击关闭进入草绘状态绘制草图. 绘制轴旋转截面草图.如下所示:图 12 轴16 生成轴的实体图.在菜单管理器中选择旋转角度为 360 度.旋转特征的所有元素已定义完成,在特征对话框中单击【确定】按钮后完成特征创建.在【特征】菜单中选择【完成】命令,返回【零件】菜单.图 13 轴 保存文件到工作目录下.6.4 壳体端盖和轴承端盖的三维实体造型设计 双击桌面上的快捷启动 Pro/ENGINEER. 选择【文件】|【设置工作目录】命令,将工作目录切换到Eercise.单击工具栏中新建图标,在弹出的新建对话框的 “类型”栏中选择 “零件”,在 “名称”文本框内输入 “gai”/“dagai”,在 “子类型”栏中选择 “实体”,单击 “确定”按钮加以确认,即可新建一个零件. 进入设置草绘平面的对话框.选择【零件】|【特征】|【创建】|【实体】|【加材料】|【旋转】|【实体】|【完成】|【单侧】|【完成】 进入草绘平面. 【设置平面】|【平面】,选择 Top 面为草绘平面,【方向】|【正向】确定绘图的视图方向是垂直屏幕向里,【草绘视图】|【缺省】选择系统默认的格式放置平面. 设置草绘参照. 草绘平面和参考平面设置后,系统显示草绘【参照】对话框.分别选择 Right 面和 Front 面为竖直和水平参照.点击关闭进入草绘状态绘制草图.17图 14 箱体端盖 图 15 轴承端盖 绘制端盖旋转截面草图.生成轴的实体图. 并对个边缘进行倒圆角处理.保存文件到工作目录下.实体如图。 3 七 闭风气器的改进和发展闭风器是气力输送系统的关键部件. 气力输送装置能否成功和有效地运转, 首先取决于叶轮供料器是否合适, 能否满足物料性质和气力输送系统的要求. 下面就密相高压低速 超细微粉, 化学药剂添加剂, 食品卫生等各种要求的叶轮闭风器新产品作简介. 7.1 防卡型叶轮闭风器落料过量或物料中存在异物会造成进料口部位卡死故障,下面介绍几种较新防卡装置.如图 15.图 15 a 是适用于粉料的防卡板构造图;图 15 b 是适用于颗粒料的防卡进料斗结构;图 15 c,是可动式壳体闭风器结构 当有异物进导向板 1, 克服压簧的作用而绕销轴 4 摆动入时这样就起到过载保护作用。18图 16 防卡叶轮供料器的几种结构图 16 是一种用于港口卸船的粮食气力输送装置上的叶轮闭风器, 它是一个可转动柔性的壳体。 叶轮旋转时, 粮食中秸杆, 绳头和大片块料顺流而下不会卡住。图 17 是一种无死角削尖转子 端板和转子之间 壳体和转子之间的摩擦可达最小 防止叶轮卡堵和较粘性物料积存。图 17 柔性壳体叶轮供料器 图 18 无死角削尖转子图 18 是一种闭风器的叶轮结构,它的叶片是 V 字型结构(也可以单边斜的叶片结构), 这样叶片与方进口形成剪刀口形点接触减少旋转摩擦力 物料进入不易堵卡。也可以采用 V 字型进口.如果叶轮叶片为直叶作用是一样的 可一定程度上减少堵卡的可能性。V 字型进口如图 19图 19 V 型叶轮 图 21 V 型进口7.2 防黏附型叶轮闭风器当叶轮闭风器用于超细粉体应注意构造的设计使它不易滞留黏附粉体, 一般宜用直径较大的转。子 并按所需容量在叶片之间制成隔底结构 见图 20.图 20 a 的夹层内还置入钢球 利用旋转振动来减少粉体粘附。19a 内置钢球防黏叶轮 b 防黏附叶轮图 21 防黏附叶轮的构造7.3 弹性体转子闭风器图 21 a、b、c 是用弹性材料制成的转子构造 具有很好的密闭性能,材料是尼龙, 可密封压力达 0.1Mpa, 并在其端部嵌入具有弹性的合成树脂, 完全以弹性材料制成的转子的最大密封压力可达 0.2Mpa.图 21 a 为原理图,图 21 b 所示 T 形叶轮,密封压力 00.1MPa, MC 尼龙,端部嵌合成树脂管.图 21 c 所示, S 形叶轮,密封压力 00.2MPa, 由弹性体制成.1-粉料, 2-叶片, 3-密封端, 4-叶轮,5-壳体图 22 用弹性材料制成的转子7.4 洁净型旋转式叶轮闭风器食品、制药的工艺系统流程中的相关设备常常要求可迅速拆开,分解及清洗以利于净化、更换物料时,保质和防止交叉污染,这种洁净型供料器销售量呈上升趋势。图 22 ab 是二种不同的洁净型叶轮闭风器. 图 22 a 为端盖有销铰的拆卸式叶轮闭风器.图 22 b 为较大直