il1000n锥篮离心机设计大学论文.doc

四川理工学院毕业设计

IL1000-N 锥篮离心机设计

学 生：
学 号：
专 业：过程装备与控制工程
班 级：
指导教师：王

四川理工学院机械工程学院
二O一三年六月

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： IL1000-N锥篮离心机设计
学院： 机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级 学号 学生： 指导教师： 王维慧
接受任务时间 2013.03.01
教研室主任 （签名）　　院长 （签名）

1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求
设计原始数据：
NaCl悬浮液浓度：65% ， 粒平均密度：0.1；
NaCl悬浮液密度：， 晶粒密度：；
滤渣含湿量：5%， 滤晶率：2%。
基本要求：以立式锥篮离心机的结构设计为主体，包括主轴转鼓等。
2.指定查阅的主要参考文献及说明
[1] 李克永.化工机械手册[M]. 天津：天津大学出版社，1991
[2] 李金桂.赵闺彦.腐蚀控制设计手册[M]. 国防工业出版社，1988
[3] 陆振东.化工工艺设计手册（下）[M],第二版.化学工业出版社，1996
[4] [英]A.拉什顿，A.S.沃德，R.G.霍尔迪奇.固液相过滤及分离技术[M]（中译本）. 北 京：化学工业出版社，2005
[5] 王槐德.机械制图新旧标准代换教程[M].中国标准出版社，2005
3．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
3月2日至3月25日
2
完成所有结构设计和设计计算工作
3月26日至4月21日
3
完成所有图纸绘制
4月22日至5月22日
4
完成设计任务书及图纸的修改
5月23日至6月1日
5
答辩的准备和毕业答辩
6月2日至6月10日

摘 要
锥篮离心机是一种离心卸料连续操作过滤式离心机，能在全速运行下连续进料、分离、洗涤和自动卸料。广泛适用于化工、医药、食品等行业，特别适用于果汁、酒糟、食盐的分离。
本设计根据分离物料的特性进行主要部件的材料选择，整体结构设计，并对主要零部件进行强度计算，刚度校核，对其他附件进行校核、设计、计算。并对离心机的振动、制造与维护也作了详细介绍。

关键词：锥篮离心机；结构设计；强度校核

ABSTRACT
Cone basket centrifuge is a kind of centrifugal unloading continuous operating filtering decanter centrifuges, can run at full speed in the continuous feeding, separation, washing and automatic discharging. Widely used in chemical industry, medicine and food industries, especially suitable for fruit juice, vinasse, salt of separation.
For some of the main parts mainly focuses on design and intensity, such as a drum, shaft, etc.; An important part of the selection and check, including key, bearing etc; The vibration of centrifuge, manufacturing and maintenance are introduced in detail. Finally the cone to the design of the centrifuge basket are summarized and discussed.

Keywords: Cone centrifuge basket; Design calculation; Strength check

I
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 离心机的应用及其发展 1
1.2 IL1000-N型离心卸料离心机总体设计 2
第2章 离心力场和分离物料的特性 4
2.1 离心力场基本特性 4
2.1.1 分离因数的概念 4
2.1.2 沉降速度 4
2.2 分离物料的特性 5
2.2.1 悬浮液特性 5
2.2.2 固体颗粒特性 5
第3章 离心机的分类及主要技术参数 7
3.1 离心过滤 7
3.1.1 过滤式离心机的种类 7
3.2 离心沉降 10
3.2.1 沉降式离心机的种类 10
3.3 离心分离 11
3.3.1离心分离机的种类 11
3.4 离心力卸料离心机 12
3.4.1 离心力卸料离心机的概况 12
3.4.2 结构与原理 12
3.4.3 性能特点 13
3.4.4 离心力卸料离心机主要技术参数 14
3.4.5 离心力卸料离心机优缺点 14
3.4.6 离心卸料离心机的发展趋势 15
第4章 材料选择 17
4.1 盐卤对钢材的腐蚀 17
4.2 材料的选择 17
4.3 滤网的选择 21
第5章 转鼓的设计 23
5.1 高速转鼓壁的强度 23
5.1.1转鼓壁自身质量引起的引力 23
5.1.3 物料质量引起的转鼓壁应力 25
5.1.4 转鼓壁强度 27
5.1.5 边缘应力问题 28
第6章 转轴设计 30
6.1 概述 30
6.1.1 轴设计的主要问题 30
6.2 轴的设计 30
6.2.1 最小轴径的确定 30
6.2.2 轴的结构设计 30
6.3 键连接 31
6.5 轴的强度校核 36
6.6 校核键的连接强度 38
6.7 校核轴承寿命 39
第7章 离心机的振动 40
7.1 轴的临界转速 40
7.2 影响临界转速的其它因素 40
7.3离心机的减振设计 41
7.3.1隔振原理 41
7.3.2隔振器的选择 42
第8章 离心机制造、装配、安装调试及维护 44
8.1 主要零件的制造 44
8.2 装配 45
8.3 离心机的安装 46
8.4 离心机的调试 46
8.5 离心机保养维护 46
第9章 专题讨论 48
第10章 结论 50
参 考 文 献 51
致 谢 52

四川理工学院毕业设计
第一章 绪论
1.1 离心机的应用及其发展
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）分离的机械。离心分离是利用离心力对液-固、液-液-固、液-液等非均相混合物进行分离的过程。实现离心分离操作的机械称为离心机。离心机和其它分离机械相比，不仅能得到含湿量低的固相和高纯度的液相，而且具有节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件，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—台工业用三足式离心机在德国闯世，迄今—百多年以来己获得很大的发展。各种类型的离心机品种繁多，各有特色，并正在向提高技术参数、系列化、自动化方向发展，且组合转鼓结构增多，专用机种越来越多。现在，离心机己广泛用于化工、石油化工、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等资源开发、过程生产、三废治理和国防工业各个领域。例如：湿法采煤中粉煤的回收，石油钻井泥浆的回收，放射性元素的浓缩，三废治理中的污泥脱水，各种石油化工产品的制造，各种抗菌素、淀粉及农药的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品的制造，织品、纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都使用离心机。离心机己成为国民经济各个部门广泛应用的—种通用机械。
离心机基本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。例如：18世纪产业革命后，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需要，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、固体杂质、焦油状物料等除去，以便使重油当作燃料油使用，50年代研制成功了自动排渣的碟式活塞排渣分离机，到60年代发展成完善的系列产品。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高，因此促进了各类离心机的发展。
离心机的结构、品种机器应用等方面发展迅速，但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、选型以及设计计算，往往仍要凭借经验或试验。但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也在积极扭转。
目前，国内大的离心机生产厂家有重庆江北离心机厂、湖南昌森离心机（湘潭离心机）、浙江轻工机械厂、广州重型机械厂和上海化工机械厂等。
1.2 IL1000-N型离心卸料离心机总体设计

图1-1 离心卸料离心机结构图
1—电机;2—机座;3—吸振圈;4—传动座;5—轴承:6—主轴;7—转鼓;8—内机壳;9—外机壳;10—排液管;11—蒸汽管;12—布料器;13—进料管;14—洗涤管;15—花燕;16—筛网
离心卸料离心机结构如上图1-1所示，由离心机的基本结构可以看出，就离心机的机械结构设计主要包括转鼓设计，带传动设计、轴承寿命设计计算和主轴结构设计。
转鼓的设计是离心机设计的关键，主要包括转鼓制造材料的确定，转鼓大端直径的确定，转鼓高度的确定，转鼓半锥角的确定，转鼓壁厚的确定。强度计算的公式是以无力矩理论为基础，并按照薄壁压力容器而推导出来的。离心机转鼓壁厚计算公式来源于薄壁压力容器设计规范，即将转鼓视为承受内压的薄壁壳体，以无力矩理论为依据校核转鼓强度。
带传动设计是离心机设计的重要组成部分，其设计输人是上述电动机的计算功率。计算内容主要包括：带型号的确定，传动比的确定，传动带轮基本参数的确定，带速的验算，两带轮中心距的确定，带基准长度计算，带轮包角计算，单根带传递的额定功率的计算，带数量的计算，单根带的预紧力及工作中所有传动作用于转动主轴上的径向力的计算。其各部分的计算公式在各种手册中都有介绍，此处不——列举(以下同)。
轴承寿命设计计算是离心机计算中不可缺少的步骤，主要包括所用轴承型号的确定，轴承所受载荷的确定，轴承基本额定载荷的确定，轴承使用时环境温度和温度系数的确定以及轴承使用寿命的计算等。
主轴结构设计是根据离心机传动时的结构需要，合理地设计传动轴的各部分外形及全部尺寸，轴的结构设计应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件要便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。
轴的计算主要包括轴的转速的确定、轴上所传递的功率、轴上所传递的转矩、轴的材料及相应力学性能的确定、轴的受力分析(包括绘制轴的受力计算简图、确定轴上各支承点的支反力大小的计算等)、轴的强度校核(包括计算轴所受的弯矩大小、绘制弯矩图、计算轴所传递的最大转矩、校核轴的强度，判断轴的安全性等)、轴上危险截面的判断(由于轴上有键槽、各零件的定位轴肩、过渡配合等结构要素，这些结构要素所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，所以应从应力集中对轴的疲劳强度的影响来分析判断轴上危险截面所在的位置，并对该截面的左右两侧分别进行精确疲劳强度的校核计算，以确保危险截面的左右两侧的疲劳强度是安全的)。

3
第二章 离心力场和分离物料的特性
2.1 离心力场基本特性
2.1.1 分离因数的概念
离心分离过程是在离心力场中进行的，离心力场由离心机转鼓高速回转所形成的。转鼓内物料颗粒做回转运动时所受的离心力Fc为
机的值通常指转鼓内壁最大直径处的值。通俗的讲，分离因数就是离心机的离心力与重力的比值。分离因数是衡量离心机分离性能的主要指标，除了对具有可压缩变形滤渣的悬浮液进行离心过滤时，过大的会使滤渣层孔隙率减少、空隙堵塞，分离效果反而恶化之外，一般来讲越大离心分离的推动力越大，分离性能越好。分离因数范围：工业用过滤式和沉降式离心机为120~3000，离心分离机为3000~20000，超速离心机为20000以上，实验和分析用超速离心机可高达600000。
2.1.2 沉降速度
密度差成正比，与液体粘度成反比。
如果在离心力场中，则颗粒的沉降速度为：

在分离中，颗粒的沉降速度越大，分离效果越明显，斯托克斯定律表明了分离效果与物性参数的基本关系。
2.2 分离物料的特性
2.2.1 悬浮液特性
悬浮液是指液体和悬浮在其中的固体颗粒所组成的系统，根据固体颗粒的大小与浓度可以分为：粗颗粒悬浮液，细颗粒悬浮液，高浓度悬浮液和低浓度悬浮液。固体
—纯液相的粘度，；
—悬浮液中所含固体颗粒的体积百分浓度。
2.2.2 固体颗粒特性
固体颗粒特性一般指颗粒群中颗粒的主要物理性质，包括颗粒的大小、颗粒的分类、形状、密度、表面特性等。他们与分离有着密切的关系。
悬浮液与料液中的固体颗粒，是由许多单个颗粒和聚集在一起的颗粒团组成的混合体。颗粒的大小和几何形状与周围液体表面间相互作用有关，颗粒越小，表面积越大，固液间表面效应越显著。
从而固液分离效果。

5
第三章 离心机的分类及主要技术参数
离心分离过程一般可分为离心过滤、离心沉降和离心分离。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。
3.1.1 过滤式离心机的种类
过滤式离心机有：三足式离心机、上悬式离心机、卧式刮刀卸料离心机、虹吸刮刀卸料离心机、活塞推料离心机、离心力卸料离心机、螺旋卸料过滤离心机、振动卸
GKH系列离心机是一种卧式宽刮刀卸料、自动控制、连续循环工作、虹吸过滤离心机。能在全速运转下自动实现进料、分离、洗涤、脱水、排液、卸料、洗网等工序。具有结构新颖、运转平稳、自动化程度高、劳动强度低、生产能力大、洗涤效果好、滤饼含湿率低等特点。适合分离含固相物粒度大于0.015mm，浓度范围在25-60%的悬浮液。适用于化工、食品、制药等行业，如淀粉、柠檬酸、氨基酸等加工的固液分 有效容积
(5) 活塞推料离心机
活塞推料离心机是连续运转、自动操作、脉动卸料的过滤离心机。具有分离效率高，生产能力大，生产连续，操作稳定，滤渣含液量低，滤渣破碎小，功率小等特
转鼓直径 推杆往复次数 次/分
介绍。
体颗粒破碎，且有较多的细小颗粒进入滤液中。常用于分离钾盐、芒硝、硫酸锌、硫酸钠等产品。
国产螺旋卸料过滤离心机的主要参数如下：
转鼓大端直径 分离因数
只能用来处理易过滤的悬浮液。振动卸料离心机常用于粉煤、海盐、矿石以及型砂等物料的脱水。
国产振动卸料离心机的主要技术参数如下：
转鼓大端直径 振动频率
转鼓转速 转股振幅
转鼓半锥角 最大固相产量
分离因数
（9）进动卸料离心机
进动卸料离心机又称为颠动离心机或摆动离心机。进动卸料离心机的特点是生产能力大，造价低廉，无卸料结构，可通过调节章动角、自转和公转速度以适应多种物料的分离。物料表面几乎不被磨损，耗能低，但缺点是不能对虑饼有效的洗涤。
进动卸料离心机用于分离含粗颗粒的浓悬浮液，包括颗粒状的合成树脂、矿砂、细
离心沉降一般用于颗粒含量较少（低于3%）、颗粒较细（小于10）的悬浮液分离。沉降式离心机的鼓壁上无孔。当悬浮液随转鼓旋转时，在离心力作用下，固相颗粒是质量较液相大而向鼓壁沉降。如产品为固相称为离心脱水，产品为液相则称为离心澄清。
3.2.1 沉降式离心机的种类
沉降式离心机有：三足式沉降离心机、刮刀卸料沉降离心机、螺旋卸料沉降离心机。
（1）三足式沉降离心机
三足式沉降离心机的结构与三足式过滤机基本相同，主要区别是转鼓壁不开孔。其特点是可任意调节澄清操作时间，对物料的适应性强，且运转平稳，结构简单，造价低；缺点是间歇操作，生产辅助时间长，生产能力低，人工卸渣劳动强度大。机械卸料、程序控制的三足式沉降离心机，可在转鼓底部排液，实现自动操作。
三足式沉降离心机的主要技术参数如下：
转鼓直径 分离因数
转鼓转速 转鼓容积
（2）刮刀卸料沉降离心机
刮刀卸料沉降离心机除转鼓壁不开孔外，其他结构与卧式刮刀卸料离心机相似。分离时转鼓壁上的沉渣逐渐增厚,转鼓的有效容积减小，液体轴向流速增大，使分离液带走的固体颗粒增多。当分离液澄清度降到最低时，应停止加料，用刮刀刮除滤渣。该离心机用于不易过滤的低浓度悬浮液分离。
刮刀卸料沉降离心机的主要技术参数如下：
转鼓直径 分离因数
转鼓转速 转鼓容积
压、低温下操作；分离因数高，单机生产能力大。但与过滤离心机相比，滤渣含湿量较高。主要有以下四个方面的应用：固体脱液、悬浮液的澄清、固体颗粒的分级、三相分离。
国产螺旋卸料沉降离心机的主要技术参数如下表3-1所示
表3-1 螺旋卸料离心机主要技术参数
以下）固体颗粒是乳浊液分离。在离心力作用下液体按重度不同分为内外两层，重相在外，轻相在内，分别将其导出机外，已达到分离的目的。
3.3.1离心分离机的种类
离心分离机有：管式分离机、室式分离机、碟式分离机。
（1）管式分离机
它的转鼓的直径较小，长度较大，转速高，用于处理难于分离的低浓度悬浮液和乳浊液中的组分，分离因数大，适于处理固体颗粒直径0.01～100微米、固相浓度小于1％、轻相与重相的密度差大于0.01千克／分米的难分离悬浮液或乳浊液，每小时处理能力为0.1～4立方米。管式分离机常用于油水、细菌、蛋白质的分离，香精油的澄清等。特殊的超速
碟式分离机是应用十分广泛的高速沉降离心机。其转速高，分离因数大，能很好实现乳浊液和低浓度悬浮液的分离，用于从牛奶中提取奶油和果汁、啤酒、动植物油、变压器油等的净化，以及酵母浓缩和从动物血浆中提取血清等。
按照排渣方式分，碟式分离机分为人工排渣、环阀排渣和喷嘴排渣三种形式。
碟式分离机的基本参数如下表3-2所示
转鼓转速/()
5000~7000
4000~8500
3000~7000
当量沉降面积/
6.0×107~90×107
6.0×107~80×107
6.0×107~22×107
3.4 离心力卸料离心机
3.4.1 离心力卸料离心机的概况
离心力卸料离心机又称惯性卸料离心机或锥兰离心机，是一种无机械卸料装置的自动连续卸料离心机。
早在1889年已经根据惯性原理设计出惯性离心机，但由于当时未制成它所需要的筛网而未被利用。直到1956年西德介绍了这种离心机，并正式用于制糖工业。从1960年以来，西德、美国、日本、法国等先后制成，并在制糖工业上取代了部分上悬离心机。苏联于1967 年试制成功HBЙ-1000型惯性离心机，用于分离糖膏，产量达6吨/层髙效过滤原理，对悬浮液进行预浓缩或滤饼进一步脱水仍被广泛采用，例如，在活塞离心机中，将布料斗做成带筛网的锥兰过滤段进行预浓缩，在活塞离心机转鼓的末端接上一段锥兰过滤段进一步脱水等。
3.4.2 结构与原理
锥篮离心机结构如图3-1所示，转鼓呈截头圆锥形，锥形筛篮用螺钉紧固在主轴上，整个回转体作垂直放置。轴承座通过吸振圈固定在机座上，主轴底端装有三角带轮，由电动机直接传动，内外机壳都固定在机座上，固、液相分别在外机壳和内机壳内的下部排出。装在转鼓上的冲孔滤网可根据物料的结晶大小选用相应的间隙。
离心力卸料离心机是一种无机械鞋料装置的自动连续卸料离心机。电动机通过三

图3-1离心力卸料离心机结构图
L—电机;2—机座;3—吸振圈;4—传动座;5—轴承:6—主轴;7—转鼓;8—内机壳;9—外机壳;10—排液管;11—蒸汽管;12—布料器;13—进料管;14—洗涤管;15—花燕;16—筛网
3.4.3 性能特点
惯性离心机是属于具有可移动过滤床的自动连续离心机中结构最简单的一种，由于利用薄层过滤原理（滤饼厚度一般为4毫米〉，脱水效率高，物料能在较短的停留时间内获得湿含量较低的滤饼，具有结构简单、效率髙、产量大、制造、运转及维修费表面特性，过滤介质表面状态、转鼓同心度变化、外力干扰（如振动）等因素有关。为此，对加料情况的波动非常敏感，而且，为了产生最好的效果，对每类物料需要一个不同的转鼓锥角。其次，物料很高的卸出速度（10米/秒或更多）使许多物料脱水比较困难，并且筛网磨损很快。因此，除了制糖制盐工业外，它还不能获得很大的推广。
3.4.4 离心力卸料离心机主要技术参数
离心卸料离心机主要用于分离大于0.1的结晶颗粒、无定形物料以及纤维状物料，如食盐、碳酸氢铵、硫酸钛、醋酸纤维、联氨盐、氧化铁等。
国产离心力卸料离心机的主要参数如下表3-3：

表3-3 离心卸料离心机主要参数
型号
IL300
IL800
IL1000
分离因数
1980
1510
1810
电机型号
Y90-2
Y160M-4
Y200L1-2
电机功率(kw)
2.2
11
30
机组重量(kg)
195
2100
2500
它主要应用于大于150目的结晶颗粒或无定形物料以及纤维状物料，例如糖衣、食盐等。
3.4.5 离心力卸料离心机优缺点
离心力卸料离心机属于过滤式离心机的范畴，相对沉降式离心机，其分离因数较低，即转速较低。相对沉降式离心机而言，其在振动控制、设备维护、整机造价方面有较大的优势。离心力卸料离心机没有任何卸料装置，工作原理属于薄层过滤，脱水效率高，能在较短时间内获得含湿量较低的滤饼。离心力卸料离心机还具有生产连续、劳动强度小、结构简单、造价低以及功耗少等优点。
形成滤饼，滤孔被遮盖，脱水能力逐渐下降。当滤饼累积到一定厚度时，并且少部分滤渣“钻进”滤孔内部时，滤孔被完全堵塞，脱水能力也就完全丧失。故现用过滤式离心机一般是间歇工作，以便清理被堵塞的滤孔。
3.4.6 离心卸料离心机的发展趋势
世界新技术的第一次浪潮己将过滤与分离机械技术推进了高速发展的轨道，其总体发展势必与相关产业的发展并进。突出表现在以下几个方面：
(1)高参数发展趋势
为了提高生产率和适应特殊场合，需求全自动化连续作业的设备，向电脑控制、机人操作方面发展，如数控水平带型过滤机、无人操作碟型分离机等。
(4)新材料发趋势
为了提高设备的机械性能，需求强度、刚度、耐磨、抗腐蚀性能优异的新材料，如型工程塑料、陶瓷、橡胶、合成树脂构成的复合材料及粘结、镶嵌、衬包、喷涂新工。
为了提高分离精度和效率，对过滤分离机械的心脏材料—过滤介质提出了更高的要求。如各种物料相适应的新型滤布、烧结网、滤纸板、纳米超滤膜等。
(5)机型多样化发展趋势
为了对可压缩、高精度、高分散性的难分离物料、微粒子进行有效的分离，需研

35
第四章 材料选择
4.1 盐卤对钢材的腐蚀
腐蚀是材料与环境相互作用并导致材料的结构完整性遭到破坏的过程。材料是否遭受腐蚀取决于“材料一环境”体系的特性。一种材料在不同的环境中其耐腐蚀性能是不同的，甚至相差很大，故不存在绝对耐腐蚀的材料。
金属腐蚀发生的根本原因是其热力学上的不稳定性造成的，即金属及其本身较其某些化合物（如氧化物，氢氧化物，盐等）原子处于自由能较高的状态，这种倾向在条件（动制盐无疑氯化钠是主要产品，而氯化钠中的活性离子氯离子对金属腐蚀尤其严重，它不仅加速金属的腐蚀，而且与金属发生反应，产生钝化。氯化钠中含有少量的镁离子、钾离子、铁离子等，虽然是少量但也对金属有腐蚀作用。还有离心卸料离心机是连续生产的，这样一来生产强度很大，离心机也难免有振动，又产生应力腐蚀破坏。
4.2 材料的选择
离心机转鼓是与溶液直接接触的高速回转部件。在工业生产过程中，溶液的种类很多，如有毒，有害，易燃，易爆等，其中酸、碱液体对材料的腐蚀相当严重。转鼓制造结构分类，后一种按热处理方式命名。
以前最常用的一般是0Cr18Ni9Ti这种不锈钢 ，这种不锈钢到目前为止仍然是生产最多、使用最多的一种钢材，价格便宜，性能比较好。但随着现在生产的需要和制钢技术的提高，更优越的钢逐渐取代了这种钢在离心机上的使用，因为目前大规模的生产、技术上的创新和对耐蚀性能的提高，现在很多厂正已相继使用一种钢代号为0Cr18Ni12Mo2Ti这种钢。它与0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相比，Mo的合金使得这种钢耐氯化物孔蚀的性能有明显的提高，这种钢含碳量相对比较低，但耐蚀性却增强了，但强度有
表4-1 化学成分(%)
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Ti
S
P
≤0.08
≤1.0
≤2.0
16-9
11-14
1.8-2.5
0.1-2.5
≤0.03
≤0.035
(2)0Cr18Ni12Mo2Ti力学性能见表4-2
表4-2 力学性能

，
σ0,2，
δ，%
ψ，%
αK，，109J/m2

20
200
400
500
600
700
588
451
451
431
392
304
255
177
177
128
118
118
65
38
32
40
35
47
75
68
61
62
62
47
25.5

35.3
35.3
35.3
32.3
状态
温度
℃
低温力学性能
，

δ,%
ψ，%
退火冷却后
21
－76
932
1275
824
932
23
31
73
60
(3) 0Cr18Ni12Mo2Ti物理性能见表4-3
表4-3 物理性能
钢号
密度
弹性模量E（20º）
线胀系数
热导率
20～100º
20～300º
20～500º
100º
200º
300º

7.9
199000
15.7
16.7
17.6
0.16
0.21
0.24
(4)0Cr18Ni12Mo2Ti耐蚀性能
主要为氯离子的腐蚀，见表4-4
表4-4 氯离子的腐蚀
介质条件
腐蚀速度

介质
浓度，%
温度，
20
沸腾
20
50
20
60
20
60
20
60
20
＜0.1
＜3.0
＜0.1
＜3.0
＜0.1
＜3.0
＜1.0
3.0～10.0
＜3.0
＜10.0
3.0～10.0
＜0.1
＜10.0
＞10.0
＜1.0
＜1.0
＜10.0
3.0
＜0.1
＜0.1
＞10.0
＜0.1
＜0.1
(5)0Cr18Ni12Mo2Ti工艺性能
0Cr18Ni12Mo2Ti钢有良好的冷、热加工性能，热加工适宜温度为900~1200℃，此钢可进行冷轧、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1000～1100℃，加热后需快冷（水冷或空冷）。
是进料管、筛网、转鼓、滤液收集室，这就对部件的防腐提出了要求。
综上，考虑选材要求和材料的性质，各部分选用钢材如下：
转鼓和转盘选用0Cr18Ni12Mo2Ti；
轴选取经过调质处理的45号钢；
机座用ZG25铸钢；
布料斗选用聚乙烯塑料（PF)。
材料具体性能见4-5表：
表4-5 材料性能表
材料
主要性能
用途

0Cr18Ni12Mo2Ti
对酸碱、海水、湿蒸汽耐腐蚀性高
防腐设备所需

45号钢
强度较高、塑性和韧性好、加工性能优，经调质处理后机械性能良好
600
355
40
7.85×103
常用于制造曲轴、心轴、传动轴、拉杆、连杆、齿轮、齿条、蜗杆等

ZG25铸钢
Zg230-450
一定的强度和较好的塑性、韧性焊接性良好，可切削
450
230
22
7.22×103
常用于外壳、底板与支座等
聚乙烯塑料（PF）
耐腐蚀性好、无毒、价格低廉
\\
\\
\\
\\
可用于防腐衬里、小型容器、管道零部件等
4.3 滤网的选择
过滤式离心机的转鼓内装滤网，作为分离悬浮液的过滤介质。离心机的滤网一般有三种类型：条状滤网、板式滤网和编制网。
1、条状滤网 它是将许多梯形截面筛网条（由Ψ2.2～Ψ2.8金属丝冲压而成），用拉紧螺杆组合而成，装配于离心机转鼓内。
我国条状滤网制造已经标准化，目前生产的活塞推料离心机全部采用条状滤网。其特点是：刚性好，物料轴向运动时摩擦阻力小，但漏料量较大，滤液不清，而且安装较困难。
离效果较好。
3、金属丝或金属丝编制滤网 它有两种编制类型：方格型和席型。
方格型网是由断面（圆型和方型）相等的金属丝或非金属丝按正方形编制而成，它可作为离心机底网用。席网是由纵向网丝（经）及横向网丝（纬）组成。此种滤网的纬线彼此靠的很紧密，因而使网孔具有弯曲的形状。编制网造价低，作为面网使用时，滤料一般比条装滤网少。但易堵塞，且刚性差，与物料摩擦阻力大，并容易造成物料分布不均匀而引起机器的振动。

第五章 转鼓的设计
5.1 高速转鼓壁的强度
离心机的转鼓是每分钟旋转几百转至几万转的高速回转容器，一般由转鼓壁、转鼓底及挡液板组成，过滤式离心机转鼓内还有筛网。转鼓壁是高速回转并受离心力作用的壳体，除了受转鼓壁自身质量产生的离心力外，还承受筛网和物料质量引起的离心力。此外在转鼓壁与鼓底和挡液板的连接处以及组合型转鼓的圆筒与圆锥连接处，由转鼓壁、筛网、物料质量产生的离心力作用在转鼓壁上引起的应力，如同受内压的薄壁容器一样，只不过这里的内压是转鼓壁、筛网、物料引起是离心压力，而不是容器内的液体或者气体产生的工作压力。因此，可以借助受内压薄壁容器的无力矩理论来解决转鼓压力的计算问题，至于边缘应力的分析需要用有力矩理论进行求解。
5.1.1转鼓壁自身质量引起的引力
计算转鼓壁应力的基本思想是：因为离心惯性力对转鼓壁的作用和圆筒内的流体压力对薄壁圆筒的作用基本一致，所以从离心惯性力计算出转鼓壁单位面积上大端离心力，再根据内压薄壁容器的薄膜理论就可以计算出转鼓壁的应力。
根据拉普拉斯方程

由于离心力的方向与转鼓轴线垂直，于是径向应力，因为，所以

已知大端半径为R=500mm,半锥角=30º，转鼓材料密度=7.9×kg/,设壁厚为S，取转鼓高度h=×2R=500mm,则小端半径r=R－Rtan30º=211mm,转鼓角速度

值得注意的是，这里转鼓所受的离心力的方向是沿半径向外指的，它不产生轴向力，因此在转鼓壁上只引起周向应力，不产生径向应力。但如果转鼓有挡液板和鼓底，并且具有流动性的物料达到挡液板和鼓底时，由于液体压力是各向同性的，会在转鼓壁上产生径向应力。
5.1.2 筛网引起的转鼓壁应力
在高速回转时，筛网也将产生离心力，筛网对转鼓内表面的作用力是均匀的，相当于转鼓受内压，使转鼓壁内产生应力。
有一圆筒形转鼓，设筛网总质量为，回转半径为（因为筛网厚度小，回转半径可近似的看做是转鼓壁内径），长度，筛网材料密度为，筛网当量厚度为，转鼓以角速度旋转。
作

对于本设计的圆锥形转鼓，计算方法相同，筛网材料同样选为0Cr18Ni12Mo2Ti，取当量厚度，则周向应力

5.1.3 物料质量引起的转鼓壁应力
对于圆筒形的转鼓，物料在半径和处引起的离心力为

设转鼓的填充系数为，令，化简上式得
以上是一般情况，即在任意半径处，下面给出特殊情况。
在圆锥形转鼓小口上，即处，则有；，
在圆锥形转鼓大口上，即上，此时应力最大

。
5.1.4 转鼓壁强度
离心卸料离心机的转鼓壁上开有若干小孔，这一方面削弱鼓壁的强度，另一方面减少了转鼓的质量，从而减小了鼓壁自身质量引起的鼓壁周向应力。同时，需要考虑筛网引起的鼓壁应力。考虑筛网开孔引起强度削弱是，一般在许用应力中引入开孔削弱系数：

式中 ——
=19%
圆筒形转鼓开孔率为

若开孔以正三角形式排列，则
=19%

取孔径d=10mm,则t=22mm. 开孔削弱系数：

考虑以上因素后，用第三强度理论对过滤式离心机转鼓进行校核，强度条件为

式中 ——过滤式转鼓的转鼓壁的总周向应力，；
——转鼓材料的许用应力，；
，——开孔削弱系数和焊接强度系数。
将上面所计算的各
取焊接系数，令，用第三强度理论对离心机转鼓进行校核，则壁厚

对0Cr18Ni12Mo2Ti，取钢板负偏差,腐蚀裕量，则 设计厚度：
，
名义厚度：

由钢板标准规格，名义厚度取为。
5.1.5 边缘应力问题
转鼓的各组成部分因几何尺寸、刚度和受力情况不同，所产生的自由变形大小也不同，所以在连接处，就必然产生附加应力。这种在边缘区由于变形互相受到约束而产生的附加应力，称为边缘应力。
边缘应力的特点是：边缘用力具有局限性，即其作用范围很小；另外，在变形不协调处，应力值往往较大，变形越不协调其值就越大。
应注意的问题或采用有限元计算进行求解。

第六章 转轴设计
6.1 概述
做回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用轴要用滑动轴承或滚动轴承来支承。根据承载情况可分为转轴、心轴、传动轴。
6.1.1 轴设计的主要问题
在一般情况下，轴的工作能力取决于它的强度和刚度，对于机床主轴，后者尤为重要。高速转轴则还决定于它的振动稳定性。在设计轴时，除应按工作能力准则进行设计计算校核计算外，在结构上设计还必须满足其他一系列的要求，例如：1）多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位）对重型轴还必须考虑毛坯制造、探伤、起重等问题。
；
轴，则轴的实际最小直径：

6.2.2 轴的结构设计
1）拟定轴上零件装配方案，如图6-1所示

图6-1 轴的结构图
2）如，故取轴段2直径
III）轴段3安装轴承，为保证轴足够刚度，采用2对轴承支承，初选型号6010深沟球轴承，参数如下，基本额定动载荷，基本额定静载荷，故，取；
IV)轴段4上无零件安装联接，3~4段右端需制一轴肩，轴肩高度，故取轴段4 的直径，取；
V）轴段5安装轴承，初选型圆柱滚子轴承，代号为NJ2210E，其参数如下：，基本额定动载荷，基本额定静载荷，故取，取；
VI）轴段6上开键槽与转鼓相连，考虑轴承的安