φ400液压翻倒卸料离心机设计.doc

摘要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。对于400液压翻倒离心机的设计，在王敬伊老师的指导下分别对转鼓壁的厚度计算，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。在设计中，我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，这也是我们设计必须明白的。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。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AbstractTipping discharge centrifuge is a three-foot centrifuge discharge on the basis of research and development from a new type of centrifuge. It has a strong adaptability of materials, easy to operate, while overcoming a three-foot upper discharging centrifuge labor-intensive, low efficiency shortcomings, while avoiding Scraper centrifuges and screen scraping when unloading the disadvantage to destroy its crystal powder, the most suitable material for loose crystal quartz sand, chemicals, pharmaceutical intermediates, separation of dehydration; vegetables, clothing fabrics and other materials dehydration; metal cutting, grinding powder de-oiled; plating parts, hardware and other civil acid eluent products.For 400 hydraulic tipping centrifuge design, respectively, the thickness of the drum wall is calculated at Wang Jing Yi teachers guidance, select the calculation liquid blocking plate, drum bottom design, computing power and a motor, transmission belt design and selection spindle design and strength check, bearing selection, turn the frame design and strength calculations, structural design and brake strength calculation, tipping the transmission part of the design calculations, and some other design calculations.In the design, I first want to understand the centrifuge works: first control circuit connected to a motor driven drum is rotated by a belt drive to make the drum rotates, the drum is rotated so that the material solid-liquid separation, liquid by centrifuge drain at the bottom of the outflow pipe, a solid left in the drum wall, then overturned by the control circuit is turned on so that the centrifuge motor flip poured solid, thus completing the whole process of separation, which is why we design must understand. Then understand the structure of the various components of centrifuges and their materials process requirements. Finally, an overall assessment of the centrifuge.Key Words: Centrifuge;Drum Wall; Drum Bottom; Spindle;原始数据转鼓直径： 400mm工作转速： 1200r/min物料密度： 1.0510kg/m最大加料量: 115kg启动时间： 60120s固液比： 1：1设计专题： 主轴结构设计目录引言1第一章转鼓强度计算与校核21.1转鼓的设计与校核21.1.1转鼓筒体壁厚的计算21.1.2转鼓壁的厚度计算41.1.3拦液板的强度校核4第二章质量，质心，转动惯量的计算62.1加强箍的质量，质心，转动惯量的计算62.2锥形拦液板质量，质心以及转动惯量的计算62.3转鼓筒体的质量，质心以及转动惯量的计算72.4转鼓底的质量以及转动惯量的计算8第三章功率的计算与电机的选择133.1功率计算133.1.1启动转鼓等转动件所需的功率133.1.2启动物料达到工作转速所需的功率133.1.3克服轴与轴承摩擦所需要的功率143.1.4转鼓及物料层与空气层摩擦消耗的功率153.1.5轴功率163.2电机的选择16第四章皮带传动的设计与校核184.1皮带及皮带轮的设计计算184.1.1材料的选择184.1.2设计步骤184.2带轮的设计204.2.1带轮材料20第五章主轴的设计计算215.1主轴的设计计算要求215.2主轴的受力分析215.2.1根据受力列方程：215.3主轴的强度校核225.3.1载荷计算225.3.2弯矩合成应力校核强度235.4轴临界转速的计算与校核265.4.1计算阶梯轴的当量直径265.4.2临界转速265.5轴承的校核265.5.1轴承选择：265.5.2计算两轴承的当量载荷275.6确定轴承寿命27第六章翻倒架的设计计算286.1一些固定件的质量、质心计算286.2轴承架的质量、质心计算296.3 机筒上各处连接螺栓的校核306.4大小耳朵的设计316.5翻倒架的安装位置的设计与计算336.5.1一些固定件的质量质心计算336.6翻倒架的强度计算34第七章右轴的结构设计与强度计算357.1结构设计：357.2轴的受力分析357.3右轴的静强度安全系数校核367.4键的校核36第八章翻倒传动部分的设计与计算388.1液压缸的选择388.2液压缸壁厚计算388.3活塞杆的计算398.3.1选取d值398.3.2纵向弯曲轴向应力的计算398.4活塞杆的强度计算408.4.1 材料与技术要求41第九章刹车的结构设计与强度计算429.1. 制动系统的选择429.2带式制动器的强度校核42总结43参考文献44感谢45沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言引言离心机的发展历史悠久，第一台离心机在19世纪30年代德国问世。在之后的时间里，离心机的核心技术发展获得了很大的进步，结构越来越严谨，体积越来越小，分离的效率几何倍增加，这使离心机在生产过程中应用范围的到极大提升。离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开，或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开；它也可用于排除湿固体中的液体；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。翻倒卸料离心，由离合器联接主电机，平稳启动，通过三角带传动给转鼓，形成离心力场。物料由转鼓上口直接进入转鼓内滤袋中，离心力迫使物料均匀分布在转鼓内进行离心过滤，液相体穿过滤袋缝隙和转鼓孔甩到外罩空腔，落入底盘，由排液口排出流至收集器，固体物料截留在转鼓内滤袋中。待物料离心甩干后手动停机，同时开动液压旋转开关，使转鼓体旋转一定角度后，物料自动落入料桶。卸料完后，再打开液压旋转返回开关，使转鼓体到位，进行下一循环周期生产。机械翻倒卸料离心机是在三足式离心机的基础上，经过改良设计而成的。他保留了三足式离心机的造价低廉，抗震性好，结构简单，操作方便等优点。机械翻倒卸料离心机对比三足式离心机新增了翻到架的设计，采用机械反倒卸料的方式，简化了操作的过程，降低了劳动强度，提高了工作效率。广泛应用于松散晶体物料的分离脱水及化工，轻工，食品等行业。52沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 转鼓强度计算与校核第一章转鼓强度计算与校核1.1转鼓的设计与校核1.1.1转鼓筒体壁厚的计算转鼓的材料：不锈钢（1Cr8Ni9Ti）密度：(机械设计手册)查11P21得离心机转鼓内半径 （1-1）转速 （1-2）由筒体自身的质量高速旋转引起的环向应力求： （1-3）（设计中没有筛网）开口削弱系数。 （1-4）孔的轴向或斜向中心距（两者取小值）开口直径开口率开口转鼓的应力为对于间歇翻倒卸料离心机开口率孔径现取孔径 （1-5）合格 （1-6）物料的密度物料层内半径转鼓的填充系数， （1-7）焊接系数，（按无损检测计算）许用应力取（塑性材料可取）查16P52得取（脆性材料）对1Cr18Ni9Ti的屈服极限强度极限一般情况下，转股的焊缝处是不开孔的所以许用应力可选取即两个值中较小者 （1-8） （1-9）所以取82MPa1.1.2转鼓壁的厚度计算 （1-10）为使转鼓壁使用更长时间取壁厚1.1.3拦液板的强度校核拦液板的厚度按锥形转鼓计算材料同转鼓选用1Cr18Ni9Ti 查3P34得确定拦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；此时最大滤饼厚度为取所以 （1-11）滤饼体积 （1-12）拦液板容积 （1-13）换料容积（1-14）填充系数拦液板的许用应力计算如下，查 6P31-P42 得取 （1-16）取两者最小值 （1-17）大端周向应力 （1-18） = 拦液板的厚度计算 （1-19）为使转鼓壁使用更长时间取壁厚沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 质量，质心，转动惯量的计算第二章质量，质心，转动惯量的计算2.1加强箍的质量，质心，转动惯量的计算材料为1Cr18Ni9Ti h=20mm 厚度 （2-2）（2-2） （2-3）2.2锥形拦液板质量，质心以及转动惯量的计算图2-1 锥形拦液板（1）第I段 （2-4）（2）第II段 （2-5） （2-6） （2-7）（3）第III段 （2-8）2.3转鼓筒体的质量，质心以及转动惯量的计算转鼓筒采用不锈钢制作，衬套采用38CrMoAlA制作，内部调值HB250-280，内孔表面氮化层深度0.3-0.7mm，硬度HRC65-70 查16P15-P32得出相关数据转鼓高已知图2-2 转鼓筒体 （2-9） （2-10）2.4转鼓底的质量以及转动惯量的计算转鼓底的材料：灰铸铁转鼓分为五段图2-3 转鼓底剖面简图图2-3-1 转鼓底第一段（1）第I段 （2-11）图2-3-2 转鼓底第二段（2）第II段 （2-13）= （2-14） （2-15） （2-16）图2-3-3 转鼓底第三段（3）第III段 （2-17） （2-18）= （2-19） （2-20）图2-3-4 转鼓底第四段（5）第IV段 （2-21） （2-22） （2-23） （2-24）图2-3-5 转鼓底第五段（5）第V段 （2-25） （2-26）对于转鼓底（以转鼓底下底边为基准）转动件总转动惯量转动件总质量沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率的计算与电机的选择第三章功率的计算与电机的选择3.1功率计算3.1.1启动转鼓等转动件所需的功率 （3-1）：绕轴旋转的转动件的转动惯量，启动时间 离心机的角速度，3.1.2启动物料达到工作转速所需的功率所设计的为间歇加料离心机，考虑加料时物料搅动和流动阻力损耗能量，故功率增加，以损耗系数 则 （3-2）式中 ： 每次加料得到的滤液质量 ： kg滤渣层内半径 ： m滤渣层外半径 ： m每次加料得到的滤液的质量： kg滤液排除位置半径： m每次加料的时间 ： s 最大加料量为 115kg：固液比为 ： 1:1则由 （3-3）由滤渣的转动惯量： （3-4）由滤液的转动惯量： （3-5）故得出：3.1.3克服轴与轴承摩擦所需要的功率 （3-6）式中：轴承的摩擦系数， 对于滚动轴承（）设轴颈及其他的总质量 转鼓及其他的总质量 偏心距，间歇式过滤离心机主轴承上受到得总载荷力所以 （3-7）且因为 设 （3-8）3.1.4转鼓及物料层与空气层摩擦消耗的功率 （3-9）式中:转鼓的长度 ： 常压下取 （3-10）3.1.5轴功率间歇操作的离心机：启动阶段消耗的功率：N=1.58+0.26+0.17+0.32=2.33kw分离阶段：过滤阶段：3.2电机的选择根据离心机的轴功率确定电机功率时，尚考虑传动系统的效率，液压传动系统应考虑液压系统的效率，并加一个安全余量。三角带的传动效率： 取离心式摩擦离合器传动效率 ：安全裕量系数K=1.15实际需要的功率： （3-11）由以上数据可以选择Y系列封闭式三相异步电动机（380V50Hz）查7得，选用Y112M-4电动机的各相参数如下所示表一 Y112M-4电机参数名称大小单位额定功率4Kw满载时转速1400r/min额定电流22.6A效率88%额定扭矩2.0kN净重44kg沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 皮带传动的设计与校核第四章皮带传动的设计与校核4.1皮带及皮带轮的设计计算4.1.1材料的选择皮带轮选用：铸铁0=7.0103kg/m34.1.2设计步骤（1）设计功率PdPd=KAPKA工况系数,每天工作大于10小时，载荷变动小KA=1.2 P传动功率（ kw ） P=4kwPd=1.24=4.8kw（2）带型根据Pd=4.8kw , n=1400r/min ,查书选用普通V型A带,dd1=112140mm,取dd1=125mm，dd1小带轮基准直径查9得。（3）传动比:i=1.2取0.01i=1 dd2=125mm （4-1）（4）带速: V=3.141001440/601000=7.31Vmax (4-2)Vmax=2530(m/s)（5）初定中心距aa: 0 .7(dd1+dd2)aa2（dd1+dd2） 158a0120o (4-4)（9）单根V带额定功率: P1=2.82 kw（10）K包角的修正系数 K=0.99 KL带正修正系数 KL=0.93P=1.32 ，P=0.0（11）带根数Z Z=3.7 取Z=4 (4-5)（12）单根V带初张紧力： F0=520+mv2=107.84N (4-6) m单根V带的质量 m=0.1/m（13）作用在轴上的力Q： Q=2F0Zsin=862.36 N (4-7)（14）带轮宽B：B=（Z-1）e+2f (4-8) Z轮槽数： e槽间距 e=15+1.3fmin=9B=（4-1）15+210=65mm(15)带轮槽形状尺寸bd=11mm b13.2mmhamin=2.75mm hfmin=8.7mm=6mm4.2带轮的设计由于V=7.31 m/s20 m/s4.2.1带轮材料取HT150查16P15得=（1.82） d=110mmL=（1.52） d=90mmB=（4-1）19+215=106mmdd2=193mmd= dd2+ hamin=193+7=200mm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 主轴的设计计算第五章主轴的设计计算5.1主轴的设计计算要求主轴的设计满足下列几个方面的要求I合理的结构设计II足够的强度III必须的刚度和振动稳定性以及良好的制造加工工艺性能主轴选材选择45钢，调质处理查16P19得根据需要，轴一般经过热处理或者表面强化处理，以提高其力学性能，耐磨性及加工性能等综合机械性能。在一般情况下，合金钢和碳钢的弹性模量相差不大，故采用合金钢不能提高轴的刚度，故选用45钢并做调质处理。45钢调质处理后的力学性能查5得硬度：217-255HB 强度：许用弯曲应力：5.2主轴的受力分析图5-1 主轴结构简图5.2.1根据受力列方程： (5-1)其中：代入方程解得：根据受力图画弯矩图、扭矩图： (5-2)5.3主轴的强度校核5.3.1载荷计算总轴向力：P=G物+G鼓+G轮+G轴=115+46+25.61+3.89.8=1866N偏心载荷：e=D/1000=0.6103mmM= (G物+G鼓)e=(115+46)0.61039.8=0.9466N.m轴传递扭矩T=95505.5/1500=35n.m转鼓的离心力：Fr=mw2e=4615720.6103=680N (5-3)=w/t=15780=1.9625轴的扭矩T=35N.m压轴力：Q=1298NR1+R2+Fr=QQ+105+R1171+M+Fr258.3=0 (5-4)R1+R2+680=12981298105+ R1171+670+798258.3=0解得：R1=1702N， R2=2089N根据第四强度理论：Mca = Mca1=139.62 N.m Mca2=80.26N.m1289= R1+R2根据方程解得：R1=465N，R2=1631N。经以上计算分析比较：第一种情况的支坐反力大，所以要按第一种方法计算。5.3.2弯矩合成应力校核强度W1=11/320.0552=0.00006325m3.W2=11/320.0452=0.00008941 m3.ca1=M ca1/W2=136.29/0.0000016325=9.3MPaca2= M ca2/W2=80.26/0.000008941=7.6 MPas所以合格。计算轴受到的支反力及弯矩 离心力与压轴力方向相同图5-2 主轴受力分析图根据力学关系：RA+RB=F+Fr86F+M+103RB-267Fr=0离心力:F=mw2e=5320N M=(G物+G鼓)e=0.22N Fr=1553.6N所以：RA=6455N RB=418N按弯扭合成较合轴的强度d=21.68=42.7mm 查2P6-7表6-1-5得由于离心机单向旋转，所以取=0.3或0.6其为脉动循环取=0.6d=42.7 mm （5-6）考虑键对轴强度的削弱，轴径应增大3%-5%所以d42.7(1+4%)=44.4mm 取d=46mm所以校合该轴合格。5.3.3按弯扭合成较合轴的强度d=21.68=42.7mm （5-7）查2P6-7表6-1-5由于离心机单向旋转，所以取&=0.3或0.6其为脉动循环 取&=0.6D=42.7 mm （5-8）考虑键对轴强度的削弱，轴径应增大3%-5%所以d=42.71+4%=44.4mm 取d=46mm所以校合该轴合格。5.3.4危险截面的判断经过对整个轴的分析得到最大截面处的弯矩合成的应力相应也最大，而弯矩较小的截面处的应力合成也较小，所以通过对轴的力情况分析校合，完成对轴强度的校合应用以上的两个截面来进行。轴的疲劳强度校合 S=-1/S （5-9）查2P6-4表6-1-1 &=257MPa键的选取：d=46mm bh=149 轮毂宽80 所以取标准长度L=63mm t=5.5mm所以查2 P6-29表6-1-25较小截面Z=8.81 cm3 Zp=17.7cm3在较大截面Z=41.4 cm3 Zp =82.8 cm3(1)弯曲和扭转时平均应力折合为应力幅的等效系数选用45钢属于中碳钢，有效应力集中系数：查22 P6-26表6-1-28到30 K1=1.66 K2=1.23 （小径）K=2.07 K3=1.52 （大径）(2）绝对尺寸影响系数查22P6-28表6-1-32 &1=0.84 &2=0.78 （小径）&3=0.73 &4=0.72 （大径）(3）表面粗糙度系数查23P6-29表6-1-32 kR=1.08(4)表面状态系数查23P6-29表6-1-33到35 得出结论：S小径=34.87S=3 S大径=23.7S=3所以该轴合格。5.4轴临界转速的计算与校核5.4.1计算阶梯轴的当量直径d=71mm (5-10)-经验修正系数取为1.094 5.4.2临界转速nc1= (5-11)=8930r/min1200r/min设计为刚性轴应满足n0.75nc1=0.758930=6697.5r/minn=1200r/min 所以此轴处于稳定状态。5.5轴承的校核5.5.1轴承选择：a.基本尺寸： 50mm 选择轴承型号：46210D=90mm B=20 b.基本尺寸： 40mm 选择轴承型号：46408D=80mm B=19 5.5.2计算两轴承的当量载荷经查16P34-42得：载荷系数.2查13P65-3表得：静载荷安全系数为： (5-12)5.6确定轴承寿命按轴承的受力大小计算寿命系数取 经计算轴承可工作184642.4h轴承每天工作12h，则轴承工作天数：n=184642.4/12=1538.6(天)所以轴承A、B都合格。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 翻到架的设计计算 第六章翻倒架的设计计算6.1一些固定件的质量、质心计算a.电机：型号Y112M4 m1 = 43kg电机座：相对鼓底质心位置：b. 离合器：c. 小带轮：d. 大带轮：e. 翻倒架： (6-1)(2) 上机壳：图6-1 上机壳结构简图M=0.004(-0.3082+0.3962)7.85103=12.216kgM=15.7kgM= (6-2)M4=7.85103（D2-d2）h=13.4kg通过计算得出上机可得质量Mg=M1+M2+M3+M4=49.3kg (6-3)上机壳质心：S=32.2mm(3)下机壳：图6-2 下机壳结构简图6.2轴承架的质量、质心计算材料：HT200 查14P12得材料与零件质心计算以下底面为参考如图所示：段：M= (6-4)段：M=28.9kg, 段：M=23.6kg,段；M=12.4kg,轴承座总质量：M=M+M+M+M=68kg轴承座质心：S=6.3 机筒上各处连接螺栓的校核机筒上的连接螺栓包括机筒与箱体及各机筒间和机头的联接，每处都为均布的6个螺栓，它们所受的力主要是轴向力P 则每个螺栓所受工作拉力为： 以便机筒之间不发生渗漏则所需的残余预紧力取则螺栓说需的预紧力 则 采用普通螺栓，则螺栓材料选用A3钢 及同上各处螺栓都取M27的螺栓联接6.4大小耳朵的设计材料选为A3钢质心计算以下底边为基准大耳子：底边G1=0.43kg S1=3mm侧边2：G2=0.286kg S2=9.8mm大耳子质量：G=G1+G2=0.716kg 共四个大耳GO=4G=2.864kg大耳子质心：S=小耳子设计：底边G1=0.348kg S1=3mm侧边G2=0.172kg S、2=9mm S、2=8.2mm小耳子质量：G=G1+G2=0.52kg 共四个小耳GO=4G=2.081kg小耳子质心：S= (6-5)电机座的设计16P2-8得电机座材料HT200 M