φ600机械翻倒卸料离心机设计.doc

摘要
本毕业设计题目是Φ600机械翻倒离心机的设计。在设计中，首先要知道离心机的工作原理：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。
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。
离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。
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。
论文中设计了转鼓壁的厚度计算，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。然后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。运用AutoCAD绘制机械翻倒卸料离心机离合器结构图、离心机整体装配图。

关键词： 离心机； 转鼓壁； 转鼓底； 刹车

Abstract

This graduation design topic is the design of phi 600 mechanical overturned centrifuge. In the design, we must first know centrifuges working principle, the control circuit is connected with the drum is driven to rotate the motor, through the belt drive the rotary drum to rotate, drum rotates to make the material of 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.
The development of the centrifuge has a long history, the first centrifuge in Germany in 1830s. At a later time, the core technology development of centrifuge obtained great progress, structure is more and more rigorous, smaller and smaller, separation efficiency of geometric fold increase in the centrifuge in the production process application scope to greatly enhance.
Centrifuge is the use of centrifugal rotor high-speed rotation of the strong centrifugal force, to speed up the settling velocity of particles in the liquid, the sample in the different sedimentation coefficient and the buoyancy of the density of material points to leave. When the suspending liquid containing fine particles is not moved, the suspended particles are gradually sinking due to the action of the gravitational field. The heavier the particle, the faster the sinking, and the smaller particles will float on the contrary. The velocity of particles moving in the gravitational field is related to the size, shape and density of particles, and is related to the strength of gravity field and the viscosity of the liquid. Particles, such as the size of the red blood cells, can be a few microns in diameter, and they can be observed under normal gravity.
Tipping 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.
Design I drum wall thickness calculation, calculation of liquid plate stopped, 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. And then understand the various parts of the centrifuge structure and their material requirements, and finally to the overall assessment of the centrifuge. Use AutoCAD to draw mechanical knockturn centrifuge centrifuge clutch structure, overall assembly drawing.

Key words ：Centrifuge; Drum Wall; Drum Bottom; Brake

目 录

第一章 绪论 1
1.1离心机概述 1
1.2三足离心机市场发展 2
1.3论文离心机数据 3
第二章 离心机转鼓的强度计算 4
2.1转鼓强度计算与校核 4
2.1.1转鼓体壁厚的计算 4
2.1.2液板壁厚计算 5
第三章 功率计算 6
3.1所有回转件质量、质心及转动惯量计算 6
3.1.1拦液板直边段 6
3.1.2拦液板锥形段 6
3.1.3转鼓壁 7
3.1.4加强箍 7
3.1.5转鼓 8
3.1.6总体计算 9
3.2功率的计算与电机的选择 10
3.2.1启动转鼓等转动件所需功率N１ 10
3.2.2启动物料所需的功率N２ 10
3.2.3克服轴与轴承摩擦所需的功率N3 11
3.2.4克服转鼓、物料与空气摩擦所需的功率N4 11
3.2.5间歇运转的离心机启动阶段消耗的功率N5 11
第四章 皮带传动的设计与校核 13
4.1皮带及皮带轮的设计计算 13
4.1.1材料的选择 13
4.1.2设计步骤 13
4.2带轮的设计 15
4.2.1强度的计算及校核 15
4.2.2接触强度公式校核 18
第五章 主轴的设计计算 20
5.1主轴的结构设计 20
5.1.1选择的材料 20
5.1.2轴的结构设计 20
5.2主轴的受力分析 20
5.2.1根据受力列方程 20
5.2.2主轴的强度校核 21
5.3轴承的选择、设计及寿命校核 23
5.3.1轴承选择 23
5.3.2确定轴承的径向载荷R1和R2 23
5.3.3确定轴承的轴向载荷A1、A2 24
5.4主轴临界转速计算 25
5.4.1计算阶梯轴的当量直径 25
5.4.2临界转速 26
第六章 翻倒架的设计计算 27
6.1一些固定件的质量、质心计算 27
6.2翻倒架的强度计算 29
6.3右轴的结构设计与强度计算 31
6.3.1右轴结构设计 31
6.3.2右轴的受力分析 31
6.3.3右轴的静强度安全系数校核 32
6.3.4右轴的校核及所选轴承的校核 33
6.4键的校核 36
第七章刹车的结构设计与强度计算 37
7.1制动系统的选择 37
7.2带式制动器的强度校核 37
7.2.1摩擦面的比压校核 37
7.2.2钢带拉伸应力的校核 38
第八章 翻倒传动部分的设计与计算 39
8.1活塞杆的计算 39
8.1.1确定d值 39
8.3.2纵向弯曲轴向应力的计算 39
8.33活塞杆的强度计算 41
总结 42
参考文献 43
感谢 44

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言
第一章 绪论
1.1离心机概述
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。
三足离心机又称三足式离心机，因为底部支撑为三个柱脚，以等分三角形的方式排列而得名。三足离心机是一种固液分离设备，主要适用于固液二相分离。如图1-1
图1-1 三足式离心机
三足式离心机：其主要由转鼓、机壳、弹簧悬挂支承装置、底盘和传动系统等零部件组成。三足式离心机是应用最广的过滤式离心机，它对物料的适应性强，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。对于一些细粒级难分离悬浮液在无合适的分离设备时，也可以用三足式离心机分离，因为在低速下或停车后卸除料渣时，结晶晶粒破碎小。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。特殊结构的密封防爆裂型三足式离心机可用于分离易燃、易爆的悬浮液或应用于工作环境有防爆要求的场合。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5µm、浓度5%~75%悬浮液的分离以及成件产品、金属制品的脱液。
三足式离心机的工作原理：离心机通过高速旋转，产生强大的离心力，其离心分离系数通常是重力加速度的上百倍，上千倍，上万倍，因此分离速度很快，但是由于不同的物料性质差异很大，所以形成了各种不同规格的离心机，一般固体和液体进行分离的离心机转速在3000转以下，颗粒更细，密度差更小的混合液则需要转速在8000～30000之间的离心机进行分离，而像铀的浓缩分离则需要更高转速的离心机。
1.2三足离心机市场发展
三足式离心机是用途最广泛离心机，从第一台离心机开始，广泛用于各行各业，至今天仍在全世界范围内广受欢迎，其造价低廉，抗震性好，结构简单，操作方便。
然而，随着离心分离技术的逐步提高，卧式螺旋沉降离心机（以下简称卧螺离心机）和卧式螺旋过滤离心机（以下简称过滤机）的技术的不断成熟和完善，在很大方面，对三足离心机构成了严重的市场替代威胁。
首先：在工作效率上，无论是卧螺离心机还是过滤机，其都是连续工作，工作效率比三足离心机大大提高
其次：在分离效率上，卧螺离心机和过滤机，其因其材质及加工工艺较三足离心机都有明显的优势，分离因素大大高于三足离心机，因此，分离效率较三足离心机提高约有2~3倍。
第三：在卧螺离心机和过滤机技术窗户纸的捅破，市场竞争的激烈，进口离心机产品已经远远无法保持其超额利润的殿堂。众多进口离心机厂家产品价格纷纷跳水。国内一些注重技术开发的厂家对卧螺离心机和过滤机等高端机型的技术的掌握，也取得了显著的成就。在国内市场上，与进口厂家已经展开了激烈的角逐，且并不一味落败。
由于我国国内使用离心机的客户，绝大多数因其产品技术含量低，利润率不高，劳动密集型企业，因此，还无法大面积使用卧螺离心机和过滤机。纵观国外离心机发展历史，本人，大胆推测，在不远的10年内，卧螺离心机和过滤机将对三足离心机构成越来越严重的威胁。其将分割三足离心机40%以上的市场。
国内，以三足离心机为主要产品的生产厂家，如果在10年内不能够升级产品线，逐步淘汰落后产能产品，在10年后，其市场生存环境将异常艰辛。
1.3论文离心机数据
转鼓直径： 600mm
工作转速： 1200r/min
物料密度： 1.0510kg/m
启动时间： 60～120s
固液比： 1:1

48

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 离心机转鼓的强度计算
第二章 离心机转鼓的强度计算
2.1转鼓强度计算与校核
2.1.1转鼓体壁厚的计算
转鼓材料：不锈钢（1Cr18Ni9Ti）[1]
密度：ρ0=7.9×103Kg/m3
离心机转鼓直径：600mm
转速：n=1200 r/min
0=7.9×103×（50×3.14）2÷9.8=11.15MPa (2-1)
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=6mm
开孔间距
t=18mm
(2-2)
—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。

（2-3）
（2-4）
－物料的密度[10]
==2.8mm （2-5）
K－转鼓的填充系数
K=0.36
－焊缝系数

－许用应力。
取
ns=2.0
nb=3.5

=100MPa
所以取=3mm
2.1.2液板壁厚计算
材料同转鼓选用：1Cr18Ni9Ti[4]
挡液板壁厚按圆锥形转鼓计算
（2-6）
—转鼓材料的密度，kg/m3
—转鼓材料的许用应力Pa
—焊逢系数
按100%探伤=1
=0.134 （2-7）
（2-8）
=0.21mm
所以取=3mm

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率的计算
第三章 功率计算
3.1所有回转件质量、质心及转动惯量计算
3.1.1拦液板直边段
（3-1）

（3-2）
3.1.2拦液板锥形段
根据图3-1
图3-1 拦液板锥形段

（3-3）
（3-4）

3.1.3转鼓壁
根据图3-2
图3-2 转鼓壁结构图

（3-5）
3.1.4加强箍
（3-6）

（3-7）

3.1.5转鼓

图3-3 转鼓结构简图
将图3-3其分段计算
（1）空心圆柱体：
（3-8）
（3-9）
（2）圆台体：

（3-10）

（3）圆筒体：
（3-11）

（4）圆台体：
（3-12）
（3-13）
（5）圆锥块：
（3-14）

（6）空心圆台体：
（3-15）

（7）圆筒：
（3-16）

3.1.6总体计算
总质量：

总质心：
Z=18.97kg
总转动惯量：

3.2功率的计算与电机的选择
3.2.1启动转鼓等转动件所需功率N１

:绕轴旋转的转动件的转动惯量[4]
T1：动时间
离心机的角速度
=125.66
考虑其他转动件[6]功率增加5～8%，取5%

3.2.2启动物料所需的功率N２
加料量为：60kg
固液比为：7:3
=1.05×103kg/m2

得：
Pmf=1.2×103kg/m3

(3-17)

3.2.3克服轴与轴承摩擦所需的功率N3
滚动轴承f=0.005~0.02取f=0.01
（3-18）

3.2.4克服转鼓、物料与空气摩擦所需的功率N4
（3-19）
其中：

3.2.5间歇运转的离心机启动阶段消耗的功率N5

由三角皮带传动效率[9]

取

离心式摩擦离心器传动效率：
，取
安全裕量系数：
则实际功率

因为离心机启动阶段消耗的功率最大，由此选电动机[6]。
选额定功率：4kw
固定转速为：1440r/min
电机型号为：Y112M4
质量：m=43kg
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[14]：铸铁0=7.0×103kg/m3
4.1.2设计步骤
（1）设计功率Pd
Pd=KA·P
KA—工况系数
查[8]知每天工作大于10小时，载荷变动小KA=1.2
P—传动功率kw
P=4kwPd=1.2×4=4.8kw
（2）带型
根据Pd=4.8kw n1=1440r/min
选用普通V型A带
dd1=112～140mm
取
dd1=125mm
dd1—小带轮基准直径
（3）传动比
i==1.217
取
0.01i=1.dd2=125mm
（4）带速V:
V==3.14×100×1440/60×1000=7.31mm
（6）带的基准长度Ld0或有效长度Le0
Ld0=2a0+=1153mm （4-2）
选取Ld=1250
（7）计算中心距
A=a0+(Ld-Ld0)/2=450mm
（8）小带轮包角
=180o-×60o=176.7o>120o
（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=0.93
P=1.32
△P=0.09
V带根数Z
Z==4.8/(1.3+0.09)×1×0.91=3.7 （4-3）
所以Z=4
（11）单根V带初张紧力
F0=520+mv2=107.84N
m—单根V带的质量：m=0.1kg/m
（12）作用在轴上的力Q
Q=2F0Zsin=2×107.84×4×sin176.7/2=862.36 N （4-4）
（13）轮宽B
B=（Z-1）e+2f
Z—轮槽数
e—槽间距
其累积误差不得超过±0.8m
e=15+1.3fmin=9B=（4-1）×15+2×10=65mm
（14）带轮槽形状尺寸
bd=11mm
b13.2mm
hamin=2.75mm
hfmin=8.7mm
=6mm
4.2带轮的设计
由于V=7.31m/s<20 m/s
带轮材料取：HT150
=（1.8～2）d=110mm
L=（1.5～2）d=90mm
B=（4-1）×19+2×15=106mm
dd2=193mm
d= dd2+ hamin=193+7=200mm
4.2.1强度的计算及校核
对于离心机带轮，接触强度增加程度>弯曲强度增大程度，设计时以弯曲强度
行计算确定带轮尺寸，然后按接触[5]。
Mn
式中：
其中：
因为是电机驱动载荷有轻微冲击
试选载荷系数:
因为带轮相对其轴的支撑为不对称位置

Z1=20
则

=450-650MPa
取
=550MPa
又因为

Lh取16小时，为两班制
则

又因为

则

将各数据代入公式得
(4-5)
则取3
又=2.0
则

所以

因为

=446.39N/mm>100N/mm
则

根据插入法
得

则
K=1.25×1.126×1.1×1.19=1.84
取

用第二系列
取
=3.5
则

K：
1.25
1.15
1.1
1.226
1.19
则
K=1.88
因此

满足强度要求
4.2.2接触强度公式校核
(4-6)
式中 ：
K=1.88

取
i=u=7

1.44×10

则

因此

则

=1010.97MPa<
因此带轮满足接触强度要求。

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主轴的结构设计
5.1.1选择的材料
45钢 调质处理

弯曲疲劳极限

剪切疲劳强度极限

5.1.2轴的结构设计
a.拟定轴上零件的装配方案。
b.根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。

图5-1 主轴结构简图
5.2主轴的受力分析
5.2.1根据受力列方程
（5-1）
其中：

代入方程解得：

根据图5-1画弯矩、扭矩：

5.2.2主轴的强度校核
（1）载荷计算
总轴向力
P=G物+G鼓+G轮+G轴=[60+（10+22.5+21.44）+25.61+6.36]×9.8=1430N
偏心载荷
e=D/1000=0.6×103mm
M= (G物+G鼓)e=(10+22.5+21.44+60)×0.6×103×9.8=0.670N.m
轴传递扭矩
T=9550×5.5/1500=35n.m
转鼓的离心力
Fr=mw2e=(10+22.5+21.44)1572×0.6×103=798N （5-2）
∑=w/t=157×80=1.9625
轴的扭矩
T=35N.m
压轴力
Q=1298N
R1+R2+Fr=Q
Q+105+R1×171+M+Fr×258.3=0
R1+R2+798=1298
1298×105+ R1×171+670+798×258.3=0
解得：
R1=1983N，
R2=2430N
根据第四强度理论
Mca = （5-3）
Mca1==139.62N.m
Mca2==80.26N.m
1289=R1+R2798-1298×105+ R1×171=798×258.3+670
解得：
R1=465N
R2=1631N
经以上计算分析第一种情况的支坐反力大，所以要按第一种方法计算。
（2）按弯矩合成应力校核强度
W1=32×0.0552=0.00006325m3
W2=32×0.0452=0.00008941 m3
ca1=M ca1/W2=136.29/0.0000016325=8.34MPa<[]
ca2=M ca2/W2=80.26/0.000008941=8.9 MPa<[]
[]=60MPa
所以，轴的强度理论符合要求。
（3）判断危险截面
弯曲合成他应力最大，最小截面处的弯矩合成应力也较小，所以，通过两轴承处校核得出整个轴校核完成，故疲劳校核采用以上两个截面[7]。
（4）轴的疲劳校核
单向旋转的轴
S=-1/≥[S] （5-4）
-1=60N/mm2
[S]1.7
对于图5-1截面
M1=136.29N.m
T2=32N.m
T1=32×5.52=16.325cm2
Ip=2T1=32.651cm3
S=60/ （5-5）
=3147>[s]
所以合格。
5.3轴承的选择、设计及寿命校核
5.3.1轴承选择
（1）基本尺寸
R=50mm
选择轴承型号：46210[13]
D=90mm
B=20