Φ400进动卸料离心机设计

1、 400进动卸料离心机设计学 生：学 号：专 业：过程装备与控制工程班 级：指导教师： 二O一三年六月毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 400进动卸料离心机设计院：专业：过程装备与控制工程 班级： 学号：学生： 指导教师： 接受任务时间 2013年3月1 日 教研室主任 （签名）系主任 （签名）1 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求1) 设计（论文）的原始数据NaCl悬浮液浓度：60%， 粒平均粒度：0.1mm；NaCl悬浮液密度：1.56103(Kg/m3)， 晶粒密度：2.165103(Kg/m3)；滤渣含湿量：5%， 漏晶率：3%。基本要求：以进动卸料离心机结构设计为主，包括主

2、轴、转鼓等。2) 设计（论文）的要求：设计说明书一份，0#总装配图1张，零部件图若干，总量不少于0#2 指定查阅的主要参考文献及说明李克永.化工机械手册M，天津大学出版社，1991李金桂，赵闺彦.腐蚀与腐蚀控制手册M.国防工业出版社，1988陆振东.化工工艺设计手册（下）M，第二版.化学工业出版社，1996孙启才离心机原理结构与设计计算M机械工业出版社，19873 进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告2013.03.01-2013.03.252完成工艺计算及结构设计2013.03.26-2013.04.203完成所有图纸的绘制2013.04.21-20

3、13.05.154完成设计说明书的撰写2013.05.16-2013.05.305完成图纸、设计说明书的修改，答辩的准备2013.05.30-2013.06.07摘 要进动卸料离心机是一种高效的分离机械，具有生产能力大、动力消耗小、物料磨损小、对物料适应性大、机器运行平稳、无噪声、无需笨重基础、造价低，使用方便等特点，广泛应用于化工、制药、肥料等工业部门。本次设计是对晶盐进行分离的离心机设计。查阅设计所需资料，然后选择材料、对机器进行选型论证、对转鼓，主轴的进行机械设计。完成总装图及设计说明书。关键词：进动卸料离心机；强度计算；ABSTRACTPrecession discharge cent

4、rifuge is a highly efficient separation machinery, has a large capacity, power consumption, material wear, great adaptability of materials, machinery running smoothly, no noise, no bulky base, low cost, easy to use It is widely used in chemical, pharmaceutical, fertilizer and other industrial sector

5、s.This design is a crystalline salt separating centrifuge designs. Now design the required information, and then select the materials, the machine selection argument, the drum, the mechanical design of the spindle. Complete assembly drawings and design specifications.Keywords: Precession Centrifuge;

6、 strength calculation目 录摘要IABSTRACTI第一章 绪论11.1 离心机的概述11.2 进动卸料离心机2第二章 材料的选择62.1 转鼓的材料62.2 主轴的材料82.3 油箱和机壳的材料10第三章 转鼓的机械设计123.1 圆锥形转鼓的鼓壁质量引起的鼓壁应力123.2 圆锥形转鼓筛网质量引起鼓壁的应力143.3 圆锥形转鼓的物料质量引起鼓壁的应力143.4 转鼓壁的强度计算153.5 设计计算15第四章 主轴计算184.1 概述184.2 轴的结构设计184.2.1 轴的毛坯184.2.2 轴颈、轴头、轴身184.2.3 轴上零件的联接194.3 轴的强度计算19

7、4.3.1 按许用切应力计算194.3.2 按许用弯曲应力计算204.3.3 安全系数校核计算204.4 轴的设计214.4.1 计算实心轴受力214.4.2 计算支承反力214.4.3 画轴弯矩图224.4.4 画轴转矩图234.4.5 许用应力234.4.6 画当量弯矩图234.4.7 校核轴径244.5 空心轴的设计244.5.1计算空心轴设受力244.5.2 计算支承反力244.5.3画轴弯矩图254.5.4 画轴转矩图254.5.5 许用应力254.5.6 画当量弯矩图254.5.7 校核轴径264.6主轴的设计264.6.1 主轴应力274.6.2 主轴强度274.6.3 模糊可靠

8、设计27第五章 临界转速的确定295.1 概述295.2 转子的振动和临界转速295.3 临界转速的计算方法305.3.1 影响系数法315.3.2 考虑某些因素对临界转速的影响355.4 临界转速的确定445.4.1 轴的断面惯性矩445.4.2 分别计算各部分的质量445.4.3 确定质心m的位置445.4.4 计算各部分对质心m的离心力矩455.4.5 计算影响系数45第六章 传动系统的设计476.1 带传动计算476.1.1 定V带型号和带轮直径：476.1.2 计算带长476.1.3 求中心距和包角486.1.4 求带根数486.1.5求轴上载荷486.2轴承的选择48第七章 计量控

9、制与技术安全507.1 计量控制507.1.1 计量器的选择507.1.2 工作原理517.2 技术安全517.2.1 基本要求517.2.2 噪声与振动517.2.3 液压与气动系统517.2.4 密闭防爆要求527.2.5 温升527.2.6 材料要求527.2.7 热处理527.2.8 焊接527.2.9 无损探伤537.2.10 动平衡537.2.11 电气要求537.2.12 随机档案53结 论54参考文献55致 谢56第一章 绪论1.1 离心机的概述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

10、的机械。离心机基本上属于后期处理设备，主要用于脱液、浓缩、澄清、净化及固体颗粒分等级等工艺过程、广泛用于资源开发、过程生产、三废治理和国防工业等部门。离心分离过程一般可分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种。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。离心机和其他分离机械相比，不仅能得到含湿量较低的固相和高纯度的液相，而且具有节省劳动力，减轻劳动强度，改善劳动条件，并具有连续运转，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问世，迄今一百多年以来已获得很大的发展。各种类型的离心机品种繁多，各有特色，正在向提高技术参数、系列化、自动化

11、方向发展，且组合转鼓结构增多，专业机种越来越多。现在离心机已经广泛用于化工、石油化工、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、船舶、军工等各个领域。离心机已经成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。18世纪工业革命以后，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的发展，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。固体杂交物质、焦油状物质等除去，以便使重油当作燃料使用，50年代研制成功了自动排渣的蝶式活塞排渣分离机，到60年代发展为完善的系列产品。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

12、高，因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、蝶式分离机和三足式下部卸料沉降离心机的进一步发展，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、品种及其应用等方面发展很迅速，单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、选型及其设计计算，往往仍要凭借着经验或试验。造成这种现象的主要原因是由于离心分离过程的多样性和复杂性，例如悬浮液的的物理性能和浓度非常容易变化，沉降速度、渗透率、孔隙率以及若干其它参数变化，都随着悬浮液性质的改变而改变。特别适用于固体颗粒的大小、形状和运动杂乱状态所带来的数学问题，在目前无法解决，给研究这

13、一过程的理论带来了很大的困难，其次55，要能真正的了解液体以及固体颗粒在离心场中运动的真相，而又不干扰这些运动，这需要科学的观察和测试手段，也许正是因为这种缘故，是离心分离理论研究受到了一定的影响，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正在积极扭转，离心机是固液分离技术的主要设备之一，其发展前途大有可为。1.2 进动卸料离心机进动卸料离心机取厚层分离与薄层分离之优点，具有如下特点，生产能力大、动力消耗小、物料磨损小，是一种有发展前途的离心机。进动卸料离心机与一般离心机不同,它的转鼓不仅作自转运动,而且同时还作公转运动。这种复合运动在力学上叫做进动运

14、动。图1-1 转鼓示意图进动卸料离心机有两条轴线（分别定义为OZ和OY），它们之间保持一个夹角-章动角。截锥形转鼓绕倾斜的轴线OY自转，而轴线OY又以一点O为顶点绕轴线OZ公转，运动中O点位置始终不变，转鼓绕O点作定点运动。进动运动是定点运动的一个特例，一般章动角、自转角速度及公转角速度的大小均不随时间而变化。进动卸料离心机配置数种锥角的转鼓和数种规格的滤网，加上章动角、自转和公转转速的变动即能满足不同物料的分离要求。改变参数可调节物料在滤网上的停留时间（一般为2S7S）。除进动卸料离心机的本身参数以外，影响滤饼在滤网上移动的因素还有悬浮液在滤网小端的进料动压力，以及悬浮液浓度、固体颗粒大小和

15、形状、液体粘度等。一般根据滤饼在滤网上的分布状况确定参数是否合适。进动卸料离心机滤渣层处于运动状态，过滤阻力不大。由于进给运动给物料一个附加运动，筛网上各点物料的速度，加速度都不相同，再加上筛网是锥形的，使滤渣层在分离过程中不断的减薄和疏松，从而强化了过滤和脱水效果。所以，进给离心机用较低的分离因数就能达到其他分离机要以较高的分离因数才能达到的分离效果。进动离心机不宜用于对滤饼需要长时间洗涤的物料。进动离心机适用于分离处理量大、固体颗粒为0.0520（mm）之悬浮液。国外已广泛用于钾盐、食盐、芒硝、磷酸盐、硫铵、矿砂、细煤之分离。进动卸料离心机今年来在结构、操作、实验等方面有了明显的进展，其发

16、展趋势是进一步使机器完善，扩大使用范围。分离机械的选型应从分离物料的性质、分离效果、处理量、分离过程的工艺要求、经济性等几方面考虑。(1)分离物料的性质、分离效果分离物料的特性对分离机械的选用至关重要。物料中固相浓度含量、固体颗粒大小、形状及分布、液固相的重度、液相粘度、挥发性、pH值、颗粒聚积状态、腐蚀性、是否易燃、易爆、有毒等，这些特性决定了分离机械的类型，如液一液分离，则用分离机；如有毒则必须使用密闭式的，含固量少且颗粒小的宜用分离因素大的分离机；易挥发的不宜用真空过滤机；固相颗粒较细，物料易堵塞滤布或滤网不易再生的，可采用沉降式离心机等等。另外分离效果、分离要求对选型也至关重要。若分离

17、后回收的是滤渣，则应考虑滤渣的完整性，如不允许破坏固体颗粒结晶的则不能用刮刀卸料离心机或螺旋卸科离心机，还应考虑滤渣的干燥度及洗涤效果等；若分离后回收的是滤液，则须考虑滤液的澄清度，滤液的回收率等。(2)分离过程的工艺要求及处理量分离过程为间歇的还是连续的，卸渣是人工的还是自动的，自控的程度为多少，处理量的大小，这些因素对分离机械的选型起决定性的作用。如管式分离机适于处理量较小的场合等。选择分离机械时，可根据分离物料的要求及物料特性，选出一种或几种适用的机械，再根据经济性、安装维修是否方便等选出最佳的分离机械。第二章 材料的选择2.1 转鼓的材料本次设计的相关介质为NaCl，此介质与转鼓有直接

18、接触，对一般的材料具体腐蚀作用，故需采用抗腐蚀材料对转鼓进行设计，选用不锈钢进行转鼓设计，不锈钢钢种很多，性能又各异，常见的分类方法有： 按钢的组织结构分类，如马氏体不锈钢、铁索体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。 按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类，如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。 按钢的性能特点和用途分类，如耐硝酸(硝酸级)不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。 按钢的功能特点分类，如低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。铬镍奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢类，与其它几类不锈钢相比，

19、铬镍奥氏体不锈钢在多种腐蚀介质中具有优秀的耐蚀性，并且综合力学性能良好，同时工艺性能和可焊性等优良，因此选用此类不锈钢作为转鼓的材料制造，由于介质中含有Cl-1离子，所以要加入钼这种合金元素，加入钼后的铬镍奥氏体不锈钢，提高了钢的耐还原性介质的腐蚀性能和耐点腐蚀、耐缝隙腐蚀等的性能，所以在实际应用中此类不锈钢常常比不含钼钢具有更好的耐氯化物应力腐蚀性能。选用的不锈钢的钢号为：0Cr18Ni12Mo2Ti。0Cr18Ni12Mo2Ti的性能如下：表2-1 0Cr18Ni12Mo2Ti的化学成分(%)钢号CSiMnCrNiMoTiSP0Cr18Ni12Mo2Ti0.081.02.016191114

20、1.82.55(C%0.020.8)0.0300.035表2-2 转鼓材料力学性能室温力学性能b，MPas，MPab,%，%10001100水冷530205405510001100水冷53976721641441.2675577.5温度高温力学性能b，MPa02，MPa，%，%K，109J/m22020040050060070058845145143139230425517717712811811865383240354775686162624725.535.335.335.332.3状态温度低温力学性能b，MPas，MPa,%，%退火冷却后2176932127582493223317360表

21、3-3 转鼓材料耐蚀性介质条件腐蚀速度mm/a介质浓度，%温度，盐酸0.50.51155101020203020沸腾2050206020602060200.13.00.13.00.13.01.03.010.03.010.03.010.0氯干燥的潮湿的潮湿的氯水2020100200.110.010.01.0氯化氢干燥的气体干燥的气体201002001.010.0氯化铁氯化铵氯化钙碘碘仿溴化钾305028饱和溶液饱和溶液溶液蒸汽溶液201001002060203.00.10.110.00.10.10Cr18Ni12Mo2Ti钢有良好的冷、热加工性能，热加工适宜温度为9001200，此钢可进行冷轧、

22、冷拔、深冲、弯曲、卷边、折叠等冷加工成型而无特殊困难。固溶处理温度为10001100，加热后需快冷(水冷或空冷)。此类钢的焊接性能均佳，可采用通用的方法进行焊接。但钨极氩弧焊、金属极氩弧焊和手工电弧焊最为常用，焊后均无晶间腐蚀倾向。一般采用奥202，奥207，奥212焊条。表2-4 0Cr18Ni12Mo2Ti的物理性能钢号密度103kg/m3弹性模量E（20）MPa线胀系数10-6K-1热导率102W/(mK)2010020300205001001001000Cr18Ni12Mo2Ti7.915.716.717.60.160.210.242.2 主轴的材料主轴零件要求材料具有良好的机械强度、

23、韧性和耐磨性。这些性质是通过热处理方法实现的。因此要求材料具有良好的淬火硬度，同时保持材料内在的韧性。一般机器的主轴用45钢。45钢的特性：45钢是优质碳素结构钢(GB/T699-1999), 表2-5 45钢的化学成分%钢号CSiMnSP450.420.290.620.0090.017表2-6 45钢的力学性能b，MPas，MPa，%，%，MPa600355164035表2-7 主轴材料显微硬度HVHB近轴表面209216凹槽表面228230 表2-8 经不同工艺处理的40Cr和45钢的力学性能比较钢号热处理工艺力学性能b，MPa，%，%K，纵向/横向/Jcm-2硬度，HBS40Cr1160

24、锻造余热淬火660回火85666.119.5166/94252260850淬火610回火79965.620.6163/59249255451180锻造余热淬火600回火91458.219.3123246850淬火550回火87757.418.2121235调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.300.50%。调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工显微

25、组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。45钢的调质45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。45钢淬火温度在A3+(3050)，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏

26、体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷(如能油冷

27、更好)。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC5659，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560600，硬度要求为HRC2234。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些

28、齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。2.3 油箱和机壳的材料由于油箱和机壳一般采用铸造或焊接，当采用铸造式，常用铸铁(HT150或HT200)制成。铸铁易于切削，抗压性能好，并且有一定的吸振性。但其弹性模量E较小，刚性较差，因为离心机振动较大，故在离心机中比较少使用。当采用钢板焊接来代替铸造时，不但不用模具，简化了毛胚制造，而且由于钢的弹性模量E与切变模量G均较铸铁大40%-70%，因而可以得到重量较轻而刚性较好的油箱和机壳。这里选用铸造碳钢牌号为：ZG230-450。我国多年来沿用的是以钢的含碳量作为分级的标准。牌号中的“ZG表示铸钢，其后的数字表示钢中碳的重量分数的公称值，以万分之几表示。铸造碳钢依其杂质元素磷和硫含量的高低而分为三级，磷和硫单项质量分数各低0.04%的特质(级)钢;低于0.05%的优质(级)钢.低于0.06%的为普通（级）钢。一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个