机械毕业设计高压均质机机械传动部分设计

1、1 引言1.1 均质机的现状与发展均质技术是一项应用相当广泛的细化分散技术，广泛应用于乳品、饮料、食品、化 妆品和化工行业等。所谓均质，就是将液态物料中的固体颗粒打碎，使固体颗粒实现超 细化，并形成均匀的悬浮乳化液的工艺过程。多年来均质技术一直未有重大的突破， 应用最多、最广泛的仍然是高压均质技术，其原因是高压均质技术比较成熟物科经均 质后，平均粒径一般可以达到 lUm 以下，效果较好。均质机的作用主要有：提高产品的 均匀度和稳定性、增加保质期、减少反应时间从而节省大量催化剂或添加剂、改变产品 的稠度改善产品的口味和色泽等等，均质机广泛应用于食品、乳品、饮料、制药、精细 化工和生物技术等领域的

2、生产、科研和技术开发。随着我国国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高， 我国均质业得到了飞跃 发展，已经成为我国国民经济的支柱产业。但是我国研制并生产均质机械比较落后，国 外相比，起步晚、发展比较慢。至今，许多行业仍普遍采用传统的高压均质机。我国的 均质机研制并生产是从 50 年代开始的，直到 80年代才开始逐渐的生产均质机，而且大 多是传统的高压均质设备。水平相对比较低，无论是材料选择，加上精度、使用寿命、 规格品种、应用领域及能源消耗，都与国际先进水平有着不小的差距，这显示我国均质 机产业的发展任重而道远。中、高压均质机，因加工工艺和材料等原因，在我国一直是空白。随着奶制品、饮 料、化

3、工、制药等行业新产品研制、生产的需要 , 上海科技大学七十年代末在国内率先 进行了高压均质机的研制工作，八十年代初研制成功。从此，我国均质机生产逐步步入 了快速发展时期。国产低压、中压、高压各种规格的均质机相继投放市场，极大地满足 了我国各行各业的生产需求。随着人们对均质乳化作用的不断认识和研究，均质技术得到了迅猛的发展，相应地 出现了多种不形式的均质机，其中典型的有高低压均质机、离心式均质机、胶体磨、超 声波均质机和剪切式均质机。它们已在食品、制药、化妆品等行业中得到广泛应用，不 同形式均质机的使用范围有所不同，我们可以根据物料的浓度、粘度等特性的不同，选 择相应的均质设备。离心式均质机、超

4、声均质机由于其结构复杂、成本高、能耗大、维 修不方便等缺点，使得它们的应用有一定的局限性。近年来，高压均质机，以其独特的 剪切分散机理和低成本、超细化、高质量、高效率等优点在众多的工业领域中得到普遍 应用，并在某些领域逐渐地替代传统的均质机。基于此，有必要对均质技术投入更多的 研究和探讨。1.2 高压均质机的工作原理及课题设计要求高压均质机的工作原理高压均质机以高压往复泵为动力传递及物料输送机构，将物料输送至工作阀（一级 均质阀及二级乳化阀）部分。要处理物料在通过工作阀的过程中，在高压下产生强烈的 剪切、撞击和空穴作用，从而使液态物质或以液体为载体的固体颗粒得到超微细化。如 图 1 所示。图

5、1 高压均质机的工作原理相对于离心式分散乳化设备（如胶体磨、高剪切混合乳化机等） ，高压均质机的特点是：1）细化作用更为强烈。这是因为工作阀的阀芯和阀座之间在初始位是紧密贴合的， 只是在工作时被料液强制挤出了一条狭缝； 而离心式乳化设备的转定子之间为满足高速 旋转并且不产生过多的热量，必然有较大的间隙（相对均质阀而言） ；同时，由于均质 机的传动机构是容积式往复泵，所以从理论上说，均质压力可以无限地提高，而压力越 高，细化效果就越好。2）均质机的细化作用主要是利用了物料间的相互作用，所以物料的发热量较小，因而能保持物料的性能基本不变。3) 均质机能定量输送物料，因为它依靠往复泵送料。4) 均质

6、机耗能较大。5) 均质机的易损使较多，维护工作量较大，特别在压力很高的情况下。6) 均质机不适合于粘度很高的情况。本课题设计要求 本课题要研究或解决的问题：在工业生产中，均质机占有很重要的地位，均质技术 与人们生活息息相关。 本次毕业设计主要是设计小型高压均质机中的传动部分及辅助部 分，进行性能计算及结构设计。主要技术要求：1) 所设计的均质机能够完成对两种流体物料的均质与乳化。2) 额定压力为一级60Mpa、二级20Mpa3) 尺寸规格为 1446X1220X1435mm4) 额定流量为 2000L/h2总体方案确定及工作原理2.1方案确定本课题主要设计的是小型高压均质机的传动及辅助部分。高

7、压均质机的传动及辅助 部分主要包括电动机、皮带轮传动、减速器、曲轴、连杆及柱塞泵。主要通过曲轴连杆 机构和变速箱将电机高速旋转运动变成低速往复直线运动，采用皮带轮变速。变速后,使柱塞往复运动的速度控制在130170 r/ min。这种速度下，机器运转稳定、噪声低， 柱塞及其密封耐用性好。其中电动机可根据参数计算选择型号，皮带轮及减速器同样由 计算得出。具体计算见第三章。工作过程可参见示意图 2。141泵体 2柱塞 3连杆 4曲轴图2均质机的工作过程2.2 工作原理在图 2 所示中，柱塞的一段伸入到泵体的泵腔内在传动机构的带动下柱塞在泵腔 内往复运动。 当柱塞向右移动时泵腔内形成低压， 排料阀关

8、闭进料阀打开， 物料被吸入。 当柱塞向左移动时泵腔内形成高压进料阀关闭，排料阀打开，物料被排出。由于曲轴 使连杆相位差为 120 ，它们并联在一起，使排出的流量基本平衡 柱塞随曲轴旋转作往 复运动。在主泵体内通过进料阀、出料阀以及均质阀，完成进料一压缩一泄放一进料一 压缩一泄放 ?周而复始运行。对于每一个柱塞泵来说，进料和泄放都是间歇的。管道的 液流必然是脉冲状态，即使是多柱塞合成的液流也成脉动状态。这个脉冲（ 动）频率会引起管道的振动如果柱塞运行速度130170 r/min，柱塞每一个行程周期仅0.360.46 S,进出料单向阀开启时间仅0.180.23 S。表明主泵体在短时间内完成进料、压

9、缩和泄 放全过程首先必须具备稳定进料速度和进料压力。实践中，选择合理均质机的进、出料 管径，输送泵和缓冲管，是十分必要的。3主要传动部件的设计计算与分析3.1 均质机的功率和电动机的选择均质机的有效功率在单位时间内，均质机排除的液体由均质机所获得的能量成为均质机的有效功率，也就是均质机对排除的液体所做的有效功。均质机的有效功率可以根据全压力和实际流 量进行计算。由于高压均质机的全压力和均质压力（即排除压力）基本接近，所以，一 般均依照均质压力和实际流量按下式计算：Np -PQ1000式中 Np 均质机的有效功率，kW ；P均质机的均质压力，Pa；Q 均质机的实流量，m3/s。将 p=60 10

10、3 Pa Q=2000 L/h带入上式中得Np= 33.33 kW均质机的输入功率均质机的输入功率也就是均质机（高压泵）的轴功率是原动机（如电动机）传给均 质机输入轴上的功率。当均质机与原动机直接连接时，均质机输入功率就等于原动机的 输出功率。由于存在机械摩擦等损失，均质机的输入功率大于有效功率。输入功率可按 下式计算：Np式中N 均质机的输入功率，kW；Np 均质机的有效功率，kW ；均质机的效率。均质机的效率 的计算方法很难确定，只能用试验方法确定。在进行均质机设计时， 通常要根据均质机的结构型式和参数以及加工质量等预先选取，一般=0.800.90。流量较大，压力较低，制造质量高，介质含气

11、量较少时，可选较大值。反之则选较小值。根据此次课题的要求选 =0.85。33 3计算的 N =一 =39.18kW0.85电动机功率及电动机的选择上面所述均质机的效率只包括均质机输入轴后面机构的机械损失，并不包括电动机至输入轴之间传动机构的机械损失，所以，电动机的功率应按下式进行计算M NpNd =d式中Nd 电动机功率，kW ；Np 均质机的有效功率，kW ；均质机的效率；d均质机输入轴前传动装置效率。d的取值可根据电动机至均质机输入轴采用的传动装置而定。直联时，d =1 ；采用三角带传动时，d=0.900.96;齿轮传动（闭式）时，d=0.950.99;蜗轮传动时（闭 式），d =0.700.94。式中d又称为均质的整机效率。对均质机整机效率要求见表1。表1均质机整机效率均质机压力（MPa）20>2032>3250整机效率0.840.830.80计算d查表机械传动和摩擦的效率概略值，确定各部分效率为：联轴器效率1=0.99，滚动轴承传动效率（一对） 2=0.99,三角带传动效率3=0.96, 闭式齿轮传动效率 4=0.97d = 12234 =0.90则33.3Nd =43.53 kW0.90 0.85考虑到均质机的流量是脉动的，载荷也是脉动的，其瞬时功率和平均功率差别较大, 而且不同类型的均质机，差别程度也不同，特别是单柱塞均质机，差别