Φ1200机械翻倒卸料离心机设计毕业设计论文.doc

摘要

该毕业设计题目是Φ1200机械卸料翻倒离心机的设计。刚选到这个课题的时候首先我查看了一些关于机械卸料翻倒离心机的相关知识。翻倒卸料离心机是在三足式上卸料离心机基础上研发而成的一种新型离心机。它具有对物料适应性强，操作方便等特点，同时克服了三足式上卸料离心机劳动强度大、工作效率低的缺点，同时又避免刮刀卸料离心机在卸料时刮滤网和破坏物料晶粉的缺点，最适合于石英砂,化工原料,医药中间体等松散晶体物料的分离脱水；蔬菜、衣布等物料脱水；金属切削、研磨粉的脱油；电镀件、民用小五金等产品的酸洗脱液。
在王敬依老师悉心指导下，准备了大量的准备工作，收集参考书籍，借鉴了其他的论文和数据，翻阅了大量的文献和书籍进行了大量的计算。把离心机分成若干个部分计算，其中包括：转鼓壁的厚度计算，拦液板的计算，转鼓底的设计，功率计算和电动机的选择，传动皮带的设计及选择，主轴的设计和强度校核，轴承的选择，翻到架的设计和强度计算，刹车的结构设计和强度计算，翻倒传动部分的设计计算，和其它的一些设计计算。计算完成以后又重新检查了一边保证准确率
在设计中，首先要了解到离心机的工作原理：先由控制电路接通带动转鼓转动的电动机，通过皮带的传动使转鼓转动，转鼓转动使物料固液分离，液体通过离心机底部的排液管流出，固体留在转鼓壁上，然后再由控制电路接通翻倒电动机使离心机翻转倒出固体，这样就完成了分离的整个过程，这也是设计必须明白的。然后使了解离心机的各个零部件的构造和它们的材料工艺要求。然后查看各个数据是否正确，进行最后的准备工作。最后对离心机进行整体的评定。

关键词： 离心机；转鼓壁；转鼓底；主轴；

Abstract
The graduation design topic is the design of phi 1200 mechanical unloading knockturn centrifuge. Just choose this topic first when I see a number of related knowledge about mechanical unloading knockturn centrifuge. Knockturn centrifuge is a new type of centrifuge in the three foot centrifuge on the basis of research and development. It has strong adaptability for the material, the operation is convenient wait for a characteristic, and overcome the three foot type loading and unloading centrifuge high labor intensity, the disadvantage of low efficiency and avoid scraper centrifuge in discharging scraping the shortcomings of filter and material destruction crystal powder, the most suitable for quartz sand, chemical raw materials, pharmaceutical intermediates and other loose crystal material separation dehydration; vegetables, cloth and other material dehydration; metal cutting, grinding powder oil removal; acid eluates of plating, civil hardware products.
Under the guidance of teacher Wang Jingyi, prepared a lot of preparation, collection of reference books, drawing on other papers and data, read a lot of literature and books for a large number of calculations. The calculation of the centrifuge is divided into several parts, including: drum wall thickness calculation, calculation of liquid plate stopped, the design of drum bottom, power calculation and motor, belt drive design and the selection of the,

spindle design and strength check, bearing selection, turn to frame the design and strength calculation, structure design and strength calculation of the brake, overturned transmission part of the design and calculation, and the other some design calculation. The calculation is completed and then re checked to ensure the accuracy of the side
In the design, first I have to understand the working principle of centrifuge: first control circuit is connected to the drum is driven to rotate the motor, belt drive through the rotary drum to rotate, drum rotation causes the material to solid-liquid separation, liquid through the bottom of the centrifuge tube for discharging liquid outflow, remained in the solid walls of the basket, then by the control circuit is connected to the overturned motor enable centrifuge flip poured out solid, thus completing the separation of the whole process, and this is our design must understand. And then make understanding of the various parts of the centrifuge structure and their materials technology requirements. Then check the data is correct, the final preparations. Finally, the overall evaluation of the centrifuge
key words：Centrifuge ；Drum wall ；Drum bottom ；Principal axis；

目 录
第一章 绪论 1
第二章 原始数据 3
第三章 转鼓强度计算与校核 4
3.1 体壁厚的计算 4
3.2 液板壁厚计算 5
第四章 质量，质心，转动惯量的计算 7
4.1 加强箍的质量，质心及转动惯量的计算 7
4.2 拦液板的质量，质心及转动惯量的计算 7
4.3 转鼓的质量，质心，及转动惯量的确定 8
4.4 转鼓底的质量，质心及转动惯量 9
第五章 功率的确定及电机的选择 14
5.1功率的确定 14
5.2 电机的选择 15
第六章 主轴的结构设计，强度校核 19
6.1.选材 19
6.2 求支反力、弯矩、扭矩 20
6.3 主轴疲劳强度校核计算 22
6.4 轴的静强度校核 23
6.5 轴的临界转速 23
6.6 轴承的校核 26
第七章 刹车轮的结构设计及强度计算 28
7.1. 选用带式制动器 28
7.2. 摩擦面压校核： 28
7.3.钢带拉伸应力的校核 28
第八章 翻倒架的计算，设计 29
8.1 上机壳的设计 29
8.2 下机壳的设计 30
8.3 轴承支座的设计 31
8.4 翻倒架的质量设计 32
8.5 翻倒架位置的确定几质心的位置 33
8.6 翻倒架的强度计算 33
8.7 左、右轴的结构设计 36
8.8 键的校核 38
参考文献 41
致 谢 42

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论
第一章 绪论
离心机的发展有着悠久的历史，早在19世纪30年代在德国便问世了第一台离心机。在随后的时间里，离心机的技术发展获得了很大的进步，结构越来越紧凑，体积越来越小，分离效率不但提高等优点，使其在生产过程中得到广泛应用。
离心机又称沉淀器，类型有用来将液体中的悬浮物质很快分离出来的分离型离心机，有用浓缩和提纯微粒的制备式大型离心机，还有实验分析用的低速分析用离心机，尽管离心机的类型不同，但功能可视为分离、浓缩、提纯和分析几类
离心机可以得到含湿量较低的固相和高纯度的液相，节省大量劳动时间和精力,减轻劳动强度，改善工作条件，提高工作效率，还具有连续运转，自动遥控，操作可靠安全，占地面积小等优点，很受欢迎。它的工作原理是以用转鼓旋转产生离心惯力，实现悬浊液，乳浊液及其它固液混合物料的分离或浓缩。
自动翻到卸料离心机是在三足式离心机的基础上，记过改良设计而成的。它保留了三足式离心机对物料适应性强，分离精度高，运转平稳，做法简单等优点。而新增了对翻到架的设计，采用机械翻到卸料的方式，简化了操作过程，降低了劳动强度，提高了工作效率，同时也避免了刮刀卸料会破坏滤网和破坏物料晶粒的缺点。广泛的应用于松散晶体物料的分离脱水及化工，轻工，食品等行业。
离心机的发展表现在构造的不断改进和离心方法的改进。构造的改进首先体现在转速的提高，由最初仅有几十转发展到今天有几十万转的超高速离心机经历了六代，驱动系统的寿命从1O亿转提高到200亿转；工作时间由几小时发展到数十小时或数天；离心转子(转头)的种类不断改进和增加；控制的自动化程度不断提高；机体外型朝着美观、实用、小型化的方向发展；最大的进步是离心方法的不断丰富和发展；使离心机的应用范围不断的扩大。
离心机的传动方式经历了手摇式到电动式、机械变速、油压气压为动力的机械变速直至当今的变频电机变速的过程。十九世纪末和二十世纪初离心机停留在低速电动的状态上，到20年代则出现了超高速离心机，美国杜邦公司生产了油透平式离心机．1933年又推出了空气透平式离心机，以压缩空气推动蜗轮，再带动离心机旋转；70年代以后，出现了高速电机即变频电机的应用，在80年代又将变频电机和微型计算机相结合，使离心机转速和性能都有了较大的提高，进人如年代以后，离心机技术已臻成熟，较好地满足了科研生产和医学上的需要。

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 原始数据
第二章 原始数据
转鼓直径： 1200mm
工作转速： 1000r/min
物料密度： 1.110kg/m
启动时间： 60～120s
固液比 ： 1：1
设计专题： 翻倒架结构设计

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 转鼓强度计算与校核
第三章 转鼓强度计算与校核
3.1 体壁厚的计算
转鼓材料：不锈钢（1Cr18Ni9Ti）
密度：ρ0=7.9×103 Kg／m3
离心机转鼓内半径R=600mm
转速n=1000 r／min
0=ρ0 W 2 R 2 =7.9×103×（1000/3600）2×( 0.6 ) 2=219.4MPa
0—由筒体自身质量高速旋转引起的环向应力。
取鼓壁开孔直径d=10mm,开孔间距t=50mm
（3-1）
—开孔削弱系数。
t－孔的轴向或斜向中心距（两者取小值）。
d－开孔直径。

=0.0363
=0.174 （3-2）
－物料的密度。

K－转鼓的填充系数。 K=0.36
－焊缝系数。 （按无损检测计算）
－许用应力。 取=2.0 =3.5
查机械设计手册一P1-6
查化工机器P7
(3-3)
－焊缝系数。
转鼓壁的径向应力=0（离心力与轴线垂直）
转鼓壁的周向应力=ρ0 W 2 R 2=7.9××(1000/3600) 2×(0.6)2=219.4

(3-4)
(3-5)

所以　Ｓ取12mm
3.2 液板壁厚计算
拦液板的厚度，材料同转鼓选用1Cr18Ni9Ti
确定挡液板的内径
既应考虑机构设置及操作的方便，又应考虑不使容渣空间过小。
一般情况下取D1=（～0.8）D;此时最大滤饼厚度为[0.1～0.15]D[1]
取D=0.8D=960mm
最大滤饼厚度=0.125D=150mm
挡液板壁厚按圆锥形转鼓计算
S （3-6）
—转鼓材料的密度，kg/m3
R—大端半径，m. r—小端半径
—转鼓材料的许用应力,Pa
—焊逢系数，按100%探伤 =1

圆整取S=12mm，见图3-1：

图3-1 挡液板壁厚

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 质量 质心 转动惯量的计算
第四章 质量，质心，转动惯量的计算
4.1 加强箍的质量，质心及转动惯量的计算
图4-1：

图4-1 拦液板壁厚
材料为1Cr18Ni9TI h=45mm mm
（4-1）
m=2=2×7.9×V=32.5kg （4-2）
Jy==11.94kg m2 （4-3）
I=h/2=45/2=22.5mm （4-4）
4.2 拦液板的质量，质心及转动惯量的计算
d=960mm D=1200mm h=120mm D=1224mm d=984mm
V= =4.5m （4-5）
m==7.85×V=35.3kg
Is ==31mm （4-6）
Jy ===12.96kg.m （4-7）

图4-2 拦液板
4.3 转鼓的质量，质心，及转动惯量的确定
转鼓高H=0.5D
H=0.5×1200=600mm
以知 D=1224 d=1200 [1]

图4-3 转股
V===0.027m （4-8）
m==7.85×103V=211.95kg
Is==300mm
Jy==77.84kg m2
4.4 转鼓底的质量，质心及转动惯量
转鼓底的材料： 铸铁=7.0×103kg m2 进行分段计算
（1）

图4-4 转股底
V=0.0069m
m==7.0×103V=48.3kg
Is==24m
Jy=16.04kg m2

图4-5 转鼓底

（2） 分为3小段
① R=115mm r=100mm h=40
V== （4-9）
=0.00145 m
m==7.0103V=10.18㎏
Jy=0.059㎏·㎡ (4-10)
Is= (4-11）
==23.1mm
圆柱体
R=100 Is=20
m=7.0103V =7.0100.10.04=8.792㎏
Jy =㎏·㎡
所以m=10.188.79=1.39㎏
Jy=0.0590.044=0.015㎏·㎡
Is==30.93kg m2

图4-6 圆柱体
②圆筒体 r=100 mm R=115mm h=30 Is=15mm
m=7.0103V=7.0103(0.1115 0.1)0.03=1.6㎏
Jy==㎏·㎡

图4-7 圆筒体
③ 圆台体 h=20mm r=100mm R=135mm
Is==31.4mm (4-12)
m=7.0103V=7.0103=6.11kg
Jy= 0.024kg m2 (4-13)
圆柱体 R=100mm h=30mm Is=15mm
m=7.0103V=6.594kg
Jy= kg m2
所以 m=
Jy=kg m2
Is==9.67mm
m=33.274kg Is=32.77mm
（3）dmm Dmm h=140mm
d=460mm D=630mm

图4-8 圆台体
V=0.0014m (4-14）
m==7.0×103V=9.8kg
Is ==48.71mm
Jy= 0.185kg m2

图4-9 转鼓底
（4）简化为空心圆台 d=280mm d=350mm
D=360mm D=440mm h =50mm
V= 0.00156m
m==7.0×103V=10.92kg
Is = =16.67mm (4-15)
Jy = =0.349kg m2

图4-10 空心圆台
（5）d=500 d=668mm
D=960mm D=1128mm h=45mm
V= 0.0093
m==7.0×103V=65.28㎏
Is = =18.12mm
Jy = =11.68kg m2
（6）d=960mm D=996mm h=45mm
V==
以转鼓的中心为基准：
转动件的总质心为：

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 功率的确定及电机的选择
第五章 功率的确定及电机的选择
5.1功率的确定
5.1.1起动转鼓及其它回转件消耗的功率
Ti—启动时间， Ti=120s(60~120）
—离心机的角速度，=
根据A=
A==656kJ
N==656/120=5.47kw
考虑其他转动件功率增加 5%～8% 取5%
N=5.47(1+0.05)=7.74kw
5.1.2加入转鼓内的物料达到工作转速耗的功率
N‘2=[5] （5-1）
物料中固液比为 1∶1
d=0.48m h=0.6m
m==244 m= =122kg
则N=
=3.21kw
5.1.3 轴承摩擦消耗的功率
N3= （5-2）
f—轴承的摩擦系数。对于滚动轴承（0.005～0.02） f=0.01
m=596.38kg
e—重心偏移值，间歇操作的过滤离心机 e=2×10-3Rm
e=2××0.6=1.2m
F =m=596.38×1.21000=715656kgf
F×292=715656×1.2×10×(125.6)
F=49396N
F=F/292=2450N
N3=0.01×125.6×（2450×75+49396×90）/2000=2.3kw
5.1.4 转鼓及物料层与空气摩擦消耗的功率
N4=11.3×10-6 (5-3)
L—转鼓的长度，m L=0.6m
—转鼓的旋转角速度，
R0—转鼓外半径，m R0=0.612m
R1—转鼓中物料层内半径，m R1=0.48m
a—空气密度，常压下取 a=1.29㎏/m3
N4=11.3×10-6×1.29×0.6×125.63×（0.6122-0.482)=3.3kw
5.1.5 轴功率
起动阶段
间歇动转的三足式
启动阶段消耗总功率：
N=N1+N2+N3+N4=4.7+1.3+2.3+3.3=11.6 kw （5-4）
5.2 电机的选择
考虑各项因素，离心机配用电机的功率应为：
三角皮带传动 =0.95
离心式摩擦离合器传动 =0.98
液力联轴器传动 =0.95
K4—安全裕量的系数， (N+)kw时，K4=1.15
实际功率Nd=×1.15=14.3kw
表一查得电机的参数
型号
功率Pe kw
转速ne ,r/min
效率
质量kg
Y160L-4
15
1460
87%
144
5.2.1 确定计标功率 P
P=kp 其中k-工作情况系数 p-额定功率15kw
k=1.2 则P= kp=1.2×15=18kw
5.2.2 选择带的型号
根据计算功率P和 n 确定选B型带
5.2.3 确定带轮的基准直径 D
由表13—15 13-1-6 B=（4-1）×19+2×11.5〈1.5d
B = L d=200mm ∴D=d=200mm
5.2.4 传动比计算
I===0.82
5.2.5 大带轮的直径
D=D/2=200/0.82=243.9mm
取 D=250mm
5.2.6 验证带的速度
V===15.28m/s<25m/s 合适
5.2.7 确定V带的基准长度和转动中心距
根据 0.7（D+D）<a<2(D+D)
初定中心距 a=890mm
确定所需的基准长度
L=2 a+（D+D）+=2987.2mm[12]
L=2500mm
实际中心距
a≈a+=890+=896.4mm
a=a+0.02L=971.4mm
a=a0.015 L=858.9mm
5.2.8 验算主轮上的包角
=180=176.7>120 合适
5.2.9 计算V带的根数
P=5.15kw 额定功率增△P=0.25kw
K=1.03 K=0.994
Z===3.25 （5-5）
取Z=4
5.2.10 计算初拉力F
F==225.7N （5-6）
5.2.11 计算轴上的压力Q
Q=2Z Fsin=2×4×225.7×sin=1804.9N （5-7）

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 主轴的结构设计 强度校核
第六章 主轴的结构设计，强度校核
6.1.选材
选用45＃钢，正火处理，硬度HB=170～210
力学性能
=640Mpa =355Mpa =275Mpa
与带轮接触键 B×h×L=18×7×56 t=L-b=38
键连接处传递扭矩T===70.03N （6-1）
P===17.55 （6-2）
根据原来求得的数据〔p〕=60 ∵p<〔p〕 ∴键满足强度要求

图6-1 主轴结构简图
6.2 求支反力、弯矩、扭矩

图6-2 主轴的受力分析图
水平面受力
a 离心惯性力与压轴力反向

图6-3 主轴的受力方向
F=13453.9 FP=2707.4
=0 117.5×2707.4+1898.31×（91.5+292）
=F×292 ∴ F=18759.2N
代入F=18759.2+13453.9-2707.4=8012.7N

图6-4 主轴弯矩图
b离心惯性力与压轴力正向

图6-5 主轴的受力方向
=117.5×2707.4+ F×292=13453.9×（91.5+292）
F=16580.3N
∴F=13543.9+2707.4-16580.3=-419N

图6-6 弯矩图

图6-7 扭矩图
(a)R=18759.2 R=8012.7 =318.1 =1231
(b) R=16580.3 R=-419 =318.1 =1231
6.3 主轴疲劳强度校核计算
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
T（N.m） 70.03 70.03 70.03
M（N.m） 453 240.13 0
Z（cm） 26.9 44.79 21.19
Z（cm） 53.8 89.58 42.38
（N/mm） 255 255 255
. 0.1 0.1 0.1
kk 圆角 r/d==0.03 r/d=0.043 r/d==0.033
D/d=1 D/d==1.1 D/d==1.03
k=1.96 k=1.36 k=1.96 k=1.36 k=1.96 k=1.63
键槽：k=1.96 k=1.54
k k=1.08(R=0.8) 1.08(R=0.8) 1.08(R=0.8)
=0.78=0.74 =0.75=0.73 =0.81=0.76
圆角 圆角
= =2.62 =2.72 =2.52
配合 =3.42 =3.42 =3.42
= =1.95 =1.97 =1.89
配合 =2.45 =1.45 =2.26
S=4.3 S=13.9 S=19.9
取许用安全系数〔S〕=1.8 计算安全系数均大于许用值
故轴的疲劳强度足够
6.4 轴的静强度校核
危险截面的安全系数
T=2TN.m M=2MN.m Z(cm) Z(cm)
70.03×2=140.06 2×453=906 26.9 53.8
70.03×2=140.06 2×240.13=480.26 44.79 89.58
70.03×2=140.06 0 21.19 42.38
N/m （6-3）
S=8.86 S=26.6 S=50.9
轴的许用安全系数[s]=1.5 计算安全系数均大于许用值
故轴的静强度足够
6.5 轴的临界转速
（1）阶梯轴的当量
轴的直径 d= （6-4）
=1.094
d=（60×70+50×97+50×112+47×95
90×247+37×75+78×68+70×60+40×50）
=71.43mm
(2) 轴的抗弯模量
EJ=2×10×
=2×10×3.14×0.07143/64=2.5×10N.m
(3) 转动件的总质量
鼓底m=22.7 鼓盖m=39.1
鼓壁m=211.95 物料 m=245
m=465.7
(4) 确定臂长和质心位置：