过程装备与控制工程毕业论文

四川理工学院毕业设计（论文） 篮离心机设计 学 生： 学 号： 专 业：过程装备与控制工程 班 级： 指导教师：王维慧 四川理工学院机械工程学院 二 O 一五年六月 四 川 理 工 学 院 毕业设计 （论文） 任务书 设计（论文）题目： 篮离心机设计 学院： 机械工程学院 专业： 过程装备与控制工程 班级： 学号 学生： 指导教师： 王维慧 接受任务时间 系主任 （签名） 院长 （签名） 1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 (1) 原始数据： 浮液浓度： 65% 粒平均粒度： 浮液密度： 滤渣含湿量： 5% 晶粒密度： 漏晶率： 2% (2) 主要内容： 完成离心机转鼓的计算、主轴的设计和强度刚度校核以及主要零部件的材料选择；进行传动系统的设计及相关部件的选型。 (3) 基本要求： 装配图 1 张 (0 号图 ) ，零件图 2 张 (图面总量大于 1 号图 )，设计说明书 1 份。 2指定查阅的主 要参考文献及说明 1 高慎琴主编 . 化工机器 . 北京：化学工业出版社， 1992 2 孙启才，金鼎五主编 . 离心机原理结构与设计计算 . 北京：机械工业出版社， 1987 3 康永等主编 . 过程流体机械 . 北京：化学工业出版社， 4 章棣主编 . 分离机械选型与使用手册 . 北京：机械工业出版社， 5 机械设计手册，机械工业出版社 6 苏家庆主编 . 真空制盐 1983 3进度安排 设计（论文）各阶段 工作安排 起 止 日 期 1 资料收集，阅读文献，完成开题报告 完成所有结构设计和设计计算工作 完成所有图纸绘制 完成设计说明书及图纸的修改 答辩的准备和毕业答辩 I 摘 要 锥篮 离心机是一种离心卸料连续操作过滤式离心机，能在全速运行下连续进料、分离、洗涤和自动卸料。 广泛适用于化工、医药、食品等行业，特别适用于果汁、酒糟、食盐的分离。 主要对一些主要零部件进行了重点设计和强度校核，如转鼓、转轴等；对重要零件进行了选型和校核，包括键、轴承等；对离心机的振动、制造与维护也作了详细介绍。最后对本次锥篮离心机的设计进行了总结和讨论。 关键词 ：锥篮离心机；设计计算；强度校核 is a of at in in of of on as a An of of in to of 目 录 第 1 章 绪论 . 3 心机的应用及其发展 . 3 离心卸料离心机总体设计 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 离心力场和分离物料的特性 . 4 心力场基本特性 . 4 离因数的概念 . 4 降速度. 5 离物料的特性 . 错误 !未定义书签。 浮液特性 . 错误 !未定义书签。 体颗粒特性 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 离心机的分类及主要技术参数 . 5 心过滤 . 5 滤式离心机的种类 . 5 心沉降 . 错误 !未定义书签。 降式离心机的种类 . 错误 !未定义书签。 心分离 . 错误 !未定义书签。 心分离机的种类 . 错误 !未定义书签。 心力卸料离心机 . 错误 !未定义书签。 心力卸料离心机的概况 . 错误 !未定义书签。 构与原理 . 错误 !未定义书签。 能特点 . 错误 !未定义书签。 心力卸料离心机主要技术参数 . 错误 !未定义书签。 心力卸料离心机优缺点 . 错误 !未定义书签。 心卸料离心机的发展趋势 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 材料选择 . 7 卤对钢材的腐蚀 . 7 料的选择 . 错误 !未定义书签。 网的选择 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 转鼓的设计 . 8 速转鼓壁的强度 . 8 鼓壁自身质量引起的引力 . 错误 !未定义书签。 料质量引起的转鼓壁应力 . 错误 !未定义书签。 鼓壁强度 . 错误 !未定义书签。 缘应力问题 . 错误 !未定义书签。 第 6 章 转轴设计 . 8 述 . 8 设计的主要内容 . 8 的设计 . 错误 !未定义书签。 小轴径的确定 . 错误 !未定义书签。 的结构设计 . 错误 !未定义书签。 连接 . 错误 !未定义书签。 的强度校核 . 错误 !未定义书签。 核键的连接强度 . 错误 !未定义书签。 核轴承寿命 . 错误 !未定义书签。 第 7 章 离心机的振动 . 9 的临界转速 . 9 响临界转速的其它因素 . 错误 !未定义书签。 心机的减振设计 . 错 误 !未定义书签。 振原理 . 错误 !未定义书签。 振器的选择 . 错误 !未定义书签。 第 8 章 离心机制造、装配、安装调试及维护 . 10 要零件的制造 . 10 配 . 错误 !未定义书签。 心机的安装 . 错误 !未定义书签。 心机的调试 . 错误 !未定义书签。 心机保养维护 . 错误 !未定义书签。 第九章 专题讨论 . 11 第十章 结论 . 13 参 考 文 献 . 14 致 谢 . 57 第 1 章 绪论 心机的应用及其发展 离心机是利用转鼓旋转产生的离心惯性力来实现液相非均匀系混合物（如液体与固体颗粒相混合的悬浮液、两种互不相容液体相混合的乳浊液等）分离的机械。离心分离是利用离心力对液 固、液 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 台工业用三足式离心机在德国闯世，迄今 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、军工等资源开发、过程生产、三废治理和国防工业各个领域。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 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，因此促进了各类离心机的发展。 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 )12( )22( 发展，固 心分离理论研究迟缓落后的局面也在积极扭转。 详细总装图，零件图，文档 。 前，国内大的离心机生产厂家有重庆江北离心机厂、湖南昌森离心机（湘潭离心机）、浙江轻工机械厂、广州重型机械厂和上海化工机械厂等。 第 2 章 离心力场和分离物料的特性 心力场基本特性 离因数的概念 离心分离过程是在离心力场中进行的，离心力场由离心机转鼓高速回转所形成的。转鼓内物料颗粒做回转运动时所受的离心力 2 式中 m 物料颗粒质量， R 颗粒位置处回转半径， m ； w 回转角速度， 。 离心机转鼓内物料在离心力场中所受离心力与其所受重力比值，即离心加速度与重力加速度的比值，称为分离因数 2322 wK c 式中 n 转鼓速度， r 。 分离过程中物料在转鼓内位于不同半径时，所受离心力不同，心机的俗的讲，分离因数就是离心机的离心力与重力的比值。分离因数是衡量离心机分离性能的主要指标，除了对具有可压缩变形滤渣的悬浮液进行离心过滤时，过大的隙堵塞，分离效果反而恶化之外，一般来讲离性能越好。分离因数范围：工业用过滤式和沉降式离心机为 1203000，离心分离机为 300020000，超速离心机为 20000以上，实验和分析用超速离心机可高达 600000。 )32( 降速度 时，颗粒在溶液中的沉降速度 (2 式中 颗粒在溶液中的沉降速度， ； D 颗粒直径， m ； d 颗粒密度， 3/ l 溶液密度， 3/ u 液体粘度， 2/ 以上式子可以看出，颗粒的沉降速度颗粒与液体的密度差成正比，与液体粘度成反比。 第 3 章 离心机的分类及主要技术参数 离心分离过程一般可分为离心过滤、离心沉降和离心分离。据此，离心机可分为过滤式离心机、沉降式离心机和离心分离机三大类。 心过滤 离心过滤一般用于固相含量较多（高于 8%），固体颗粒尺寸大于 悬浮液过滤。实现离心过滤操作过程的离心机称为过滤式离心机。过滤式离心机鼓壁上开有许多孔，供排出滤液用。内侧上衬有底网及过滤介质，转鼓回转时液体在离心力作用下通过转鼓壁上的孔被甩出，而固相介质被截留。 滤式离心机的种类 过滤式离心机有 ： 三足式离心机、上悬式离心机、卧式刮刀卸料离心机、虹吸刮刀卸料离心机、 活塞推料离心机、 离心力卸料离心机、 螺旋卸料过滤离心机、 振动卸料离心机、 进动卸料离心机。 （ 1）三足式离心机 三足式离心机的应用最广泛的过滤式离心机，它对物料适应性强，可以用于成件产品的脱液，也可以用于各种不同浓度和不同固相颗粒粒度的悬浮液的分离、洗涤脱水。 对一些细粒级难分离悬浮液在无适合分离设备时，也可以用三足式离心机分离。机器安装在弹性悬挂支承上，质量中心低，机器运转平稳，结构简单，制造容易，安装方便，操作维护易于掌握。但是三足式离心机由于是间歇过滤操作、周期长，单机生产能力低，主要用于中小型的生产规模，用于固体颗粒粒度大于 浓度 5%7%悬浮液分离以及成件产品、金属制品的脱液。 目前，国内外生产的三足式离心机参数一般范围如下： 转鼓直径 55 分离因数 2252100 主轴转速 m 003500 r 转鼓容量 （ 2）上悬式离心机 上悬式离心机为立式离心机，主要特点是对物料适应性较强，特别适用于糖膏等黏稠物料的脱液，结构简单，安装、操作、维修方便，处理结晶形物料，采用重力卸料，晶形能保持完整无损，适用于味精、砂糖类晶形要求严格的物料分离。 缺点是整机高大、需较高的安装高度。 目前，国产上悬式离心机参数飞一般范围如下： 转鼓直径 000 分离因数 15001100 转鼓转速 450960 r 有效容积 10 （ 3）卧式刮刀卸料离心机 卧式刮刀卸料离心机的主要特点是：对进料浓度、进料量变化不敏感；过滤循环周期可以根据物料的特性和分离要求调节；可获得滤渣含液量低、滤液澄清度高的分离效果；具有洗涤装置，可对滤渣进行充分洗涤，获得高纯度的产品；自动化程度高，生产能力大。同时，机器结构紧凑、体积小。由于刮刀卸料，对卸料有一定的破碎作用。适用于分离中等颗粒或细颗粒（ 的悬浮液，也可以分离含短纤维（纤维长度小于 4的悬浮液。 目前国产卧式刮刀卸料离心机的主要技术参数如下： 转鼓直径 50 分离因数 2830140 转鼓转速 m 000450 r 有效容积 5 （ 4）虹吸刮刀卸料离心机 动控制、连续循环工作、虹吸过滤离心机。能在全速运转下自动实现进料、分离、洗涤、脱水、排液、卸料、洗网等工序。具有结构新颖、运转平稳、自动化程度高、劳动强度低、生产能力大、洗涤效果好、滤饼含湿率低等特点。适合分离含固相物粒度大于 度范围在 25悬浮液。 适用于化工、食品、制药等行业，如淀粉、柠檬酸、氨基酸等加工的固液分离。 目前，国产 虹吸刮刀卸料离心机的主要技术参数如下： 转鼓直径 00 分离因数 2000630 转鼓转速 m 000760 r 有效容积 1 (5)活塞推料离心机 活塞推料离心机是连续运转、自动操作、脉动卸料的过滤离心机。具有分离效率高，生产能力大，生产连续，操作稳定，滤渣含液量低，滤渣破碎小，功率小等特点，适于中、粗颗粒且浓度高的悬浮液的过滤脱水。 活塞推料离心机的分离操作对悬浮液的浓度变化很敏感，要求加料浓度很稳定。如果悬浮液浓度突然变稀，将会冲走筛网上已形成的均匀滤渣层，造成物料分布不均；如果固相浓度突然升高，料浆流动性差将使物料在上局部堆积，引起机器的振动。活塞推料离心机所适应的典型物料有：碳酸氢铵、硫酸铵、食盐、钾肥等。 第 4 章 材料选择 卤对 钢材的腐蚀 腐蚀是材料与环境相互作用并导致材料的结构完整性遭到破坏的过程。材料是否遭受腐蚀取决于 “材料一环境 ”体系的特性。一种材料在不同的环境中其耐腐蚀性能是不同的，甚至相差很大，故不存在绝对耐腐蚀的材料。 金属腐蚀发生的根本原因是其热力学上的不稳定性造成的，即金属及其本身较其某些化合物（如氧化物，氢氧化物，盐等）原子处于自由能较高的状态，这种倾向在条件（动力学因素）具备时，就会发生金属单质向化合物的转化，即发生腐蚀。 金属和金属的腐蚀主要是化学或电化学作用引起的破坏，有时还同时包含机械物理或生物作用。单 纯物理作用的破坏（如合金在液态金属中的物理溶解）仅是少数的例子。 离心分离氯化钠悬浮液 过程中，设备材质的腐蚀是很严重的，特别是与物料直接接触的设备。影响设备材质腐蚀的因素很多，材质的性质、化学成分、内部组织结构和受力情况，还有介质的酸碱性、有害杂质、温度和压力等等很多。制盐无疑氯化钠是主要产品，而氯化钠中的活性离子氯离子对金属腐蚀尤其严重，它不仅加速金属的腐蚀，而且与金属发生反应，产生钝化。氯化钠中含有少量的镁离子、钾离子、铁离子等，虽然 是少量但也对金属有腐蚀作用。还有 离心卸料 离心机是连续生产的，这样一来生产强度很大，离心机也难免有振动，又产生应力腐蚀破坏。 第 5 章 转鼓的设计 速转鼓壁的强度 离心机的转鼓是每分钟旋转几百转到几万转的高速回转容器，一般由转鼓壁、转鼓底及挡液板组成，过滤式离心机转鼓底还有筛网。转鼓壁是高速回转并受离心力作用的壳体，除了受转鼓自身质量产生的离心力外，还承受筛网和和物料质量引起的离心力。此外在转鼓壁与鼓底和挡液板的连接处、由转鼓壁、筛网、物料质量产生的离心力作用在转鼓壁上引起的应力，如同受内压的薄壁容器一样，只不过这里的内压是转鼓壁、筛网、物料引起的离心压力，而不是容器内的液体或气体产生的工作压力。因此，可以借助受内压薄壁容器的无力矩理论来解决转鼓压力计算的问题，至于边 缘应力的分析需要用有力矩理论进行求解。 第 6 章 转轴设计 述 轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零部件，如齿轮、涡轮等，都必须安装在轴上才能进行运动和动力的传递。所以，轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动力。按照轴承受载荷的不同，分为转轴、心轴和传动轴三类。按照轴线形状的不同，轴又可分为曲轴和直轴两大类。直轴一般制成实心的，只有在极少数具有特殊要求的场合才制成空心的。 设计的主要内容 轴的设计和其他零部件的设计相似，包括结构设计和工作能力两个方面的内容。 轴的结构设计是根据轴上各个部件的安装、定位和制造工艺等方面的要求，来确定轴的结构形式以及尺寸。轴的设计是轴设计中极为重要的内容。 轴的工作能力的计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴工作能力主要是取决于轴的强度。这时只需要进行强度的计算，以防止断裂或者 是塑性变形。对于一些刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还要进行刚度计算，防治工作时产生过大的弹性变形。对于高速运转的轴，还应当进行振动稳定性计算，防止发生共振而遭到破坏。 第 7 章 离心机的振动 的临界转速 离心机是回转类机械 ，离心机在回转过程中产生的振动是工程机械的重要问题。 轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显著的反复变形，这现象称为轴的振动。如果继续提高转速，振动就会衰减，运转又趋于平稳，但是当转速达到另一较高值时，振动又复现。发生显著变形的转速，称为轴的临界转速。同振型的临界转速可以有好多个，最低的一个叫做第一阶临界转速。轴的工作转速不能和其临界转速重合或接近，否则将发生共振现象而使轴发生破坏。计算临界转速的目的就在于使工作转速 n 避开轴的临界转速 转鼓内壁表面积 =物料质量 3111 转鼓质量 3222 筛网质量 3m ，取筛网当量厚度 材料与转鼓相同，则 s 333 总质量 惯性矩 48434 042( 轴的临界转速： 3 893 c 而轴的转速与转鼓转速相同，均为 ，远离轴的临界转速，故轴转速 设计合理。 第 8 章 离心机制造、装配、安装调试及维护 要零件的制造 机械加工质量包括机械加工精度和机械加工表面质量 2 个方面，机械加工质量的高低将直接影响到整台机器和零件的使用性能和寿命 . 机械加工精度是指零件在加工以后的实际几何参数（包括尺寸、形状和表面相互位置三个方面）与图纸规定的理想零件几何参数相符合的程度。符合程度愈高，就是说加工误差愈小，则加工精度愈高；反之，则加工精度愈低。 生产实践表明，任何一种加工方法不可能将零件的尺寸、形状和表面相互位置做得绝对准确，总是存在一定的加工误差；从机器 使用要求来看，也没有必要把零件做得绝对准确，允许有一定的误差存在。因此，设计人员可根据机器的使用要求给出零件的精度等级，加工后的零件只要达到给定的精度，就可以完成预定的任务获得加工精度的方法有：试切法、调整法、定尺寸刀具法和自动控制法； 获得表面形状精度的方法：轨迹法、成形法和展成法；获得位置精度的方法也是三种。一是按照加工过的表面进行找正的方法；二是用夹具安装工件，工件的位置精度由夹具来保证；三是划线法，根据工件上所划线来找正。 影响加工精度的因素，机械加工时，刀具与工件之间在切削运动过程中的相对位移形成 所需要的加工表面。如车削时，工件夹持在夹具上，随车床主轴作旋转运动；刀具装夹在刀架上，相对与工件作横向或纵向移动。因此，机床、夹具、刀具和工件构成一个完整的的系统，称之为工艺系统。构成工艺系统的各组成部分本身存在一定的误差；加工过程中产生的切削力、切削热、摩擦等因素使工艺系统产生受力变形、热变形、刀具磨损等，上述因素均会引起加工误差。除了上述主要因素外，尚有原理误差、测量误差和被加工零件由于内应力重新分布引起的变形等。 机械零件的机械加工质量除了加工精度以为，表面质量也是极为重要的一个方面，会直接影响到产品 工作的可靠性和使用寿命。 加工表面质量包括：表面的几何形状特征和表面层的物理机械性能变化。表面质量对零件使用性能的影响：表面质量对零件耐磨性的影响；表面质量对疲劳强度的影响；表面质量对零件耐蚀性的影响；表面质量对配合性质的影响；其他影响 。 第九章 专题讨论 对于本离心机而言，由于其所要分离的物料氯化钠悬浮液的分离，所以腐蚀就是一个很值得重视的问题，关于腐蚀的问题在第四章有详细的讨论，在这里就暂时不予讨论。 本离心机主轴转速高达 1645r/于高速回转部件，故振动问题对机械的影响是相当重要的，必须予以特别重视。 对于任何运转机械而言，防止其发生共振是首要的，这一点就是要求计算回转部件的临界转速，这一点在第四章有详细的计算。 在这里我们讨论下一般振动的影响与防止。 这里的振动主要由两方面的原因引起，轴的回转以及电机自身的振动。对于电机而言，本设计所选用的 相异步电动机，其实际工作功率为 30率较大，用 4 个 栓固定在底座之上，要使电机自身工作时的振动对设备的影响降低到最低程度，这就有两个要求： 1、 电机的固定要好，其轴线要和主轴中心线有很高的平行度； 2、 机座与底座的固定，除螺栓紧固外，可以在两面间加垫片，同时还应保证底面的水平度。要使电机振动影响达到最低，最好的办法就是将电机与机座隔离，采取分别与水泥地面接触的方式。然而考虑到本离心机属于中小机械，电机功率又不大，在设计时应尽量减小其体积，达到紧凑实用的效果。 相对于电机而言，轴的振动问题就要复杂得多。其影响因素有： 1、轴的挠度； 2、轴的加工精度； 3、轴和轴承的装配精度； 4、润滑。 轴有两轴承支撑，且两端各负重，一端为转鼓重力，一端为皮带拉力这就使得轴有了弯曲的趋势，而这对于高速回转件来讲是相当危险的如果次弯曲的趋势过大，机械的振动是相当强烈的，很容易损坏机械。出于安全的考虑，有以下措施加以改善： 1、 适当的增加轴径，这样可以使得轴抵抗弯曲趋势的能力有所增强，当然轴径的增加是有限度的，要考虑到经济和结构的合理性，不能过大； 2、增加轴的刚度，轴所采用的材料为 45#，为提高其刚度，所以必须对其进行调质处理，也就是习惯上讲的淬火和高温回火的结合，经过调质处理可以具有良好的综合机械性能，使其强度、塑性、韧性都较好； 3、可以将垂直方向的力转移一部分，即将电机和轴在垂 直方向便宜一定的距离，使得皮带的拉力不完全作用于垂直方向，减小了垂直方向力对轴的弯曲趋势的影响。 由于轴是本设计的主要构件，其加工质量的好坏直接影响到整个机器的运转质量， 而对于振动的影响主要在于两轴承安装环面的同轴度，同时，轴表面的加工质量也起着重要的作用。 轴和轴承相装配再安装于轴承箱，轴承箱通过螺栓和机座相连。在装配时需要注意的是要保证两轴承的同轴度、轴与电机轴线的平行度。 轴为高速回转件，为了避免由磨损而造成轴心偏移引起振动，所以适当的润滑是相当必要的。具体见装配图技术要求所注。 此外，操作中装料不均 匀也会引起振动。 第十 章 结论 设计中主要针对锥篮离心机的转鼓、转轴及皮带传动系统构进行设计，其中转鼓大端直径为 1000度 500顶角 60，皮带传动系统选择了 对工况下的转鼓、转轴进行了强度校核，也对键和轴承进行了选型和校核，其中带轮端选用 普通平键 63810 鼓端选用普通平键 100810 实际工程中锥篮离心机的设计与制造提供理论基础及计算方法。