裝配圖高剪切均質(zhì)機總體設(shè)計(1)
裝配圖高剪切均質(zhì)機總體設(shè)計(1),裝配,剪切,均質(zhì)機,總體,整體,設(shè)計
高剪切均質(zhì)機的設(shè)計
1 緒論
剪切式均質(zhì)技術(shù)作為一種新型微米技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、輕工、微生物等諸多行業(yè)，并得到迅速發(fā)展，已成為這些行業(yè)對有關(guān)流體、半流體產(chǎn)品品質(zhì)所必不可少的工藝過程。
國外早在30年前就產(chǎn)生并使用均質(zhì)機，且應(yīng)用于生產(chǎn)。目前，已有美國、日本、德國等10多個國家生產(chǎn)均質(zhì)機。剪切式均質(zhì)機作為均質(zhì)機械中的佼佼者，也被廣泛的認(rèn)識和研究。自從1948年德國FLUKO公司首次發(fā)明了應(yīng)用高剪切原理制成分散乳化設(shè)備，高剪切分散乳化設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了多種系列產(chǎn)品，在世界均質(zhì)機械行業(yè)處于領(lǐng)先地位。近40年來，國外，特別是歐洲一些國家在高剪切分散均質(zhì)機行業(yè)得到迅速發(fā)展，并在很多領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用，如化裝品、制藥、食品、涂料、黏合劑等。國外所研究制造的剪切式均質(zhì)設(shè)備基本上上是采用定一轉(zhuǎn)子型（stator-rotor）結(jié)構(gòu)作為均質(zhì)頭，在電機的高速驅(qū)動下（300-10000r/min），物料在轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙內(nèi)高速運動，形成強烈的液力剪切和湍流，使物料在同時產(chǎn)生的離心、擠壓、碰撞等綜合作用力的協(xié)調(diào)作用力下，得到充分的分散、乳化、破碎，達(dá)到要求的的效果。美國和德國在剪切式均質(zhì)機的研究和開發(fā)方面都取得了顯著進展。如美國IKA-WERKE GMHB CO.KG生產(chǎn)的多系列分散均制設(shè)備；美國ROSS公司研制的高剪切混合乳化機；德國IKA-MASCHINENBAU公司研制的ULTRA分散機；德國YSTRAL公司生產(chǎn)的X40型分散攪拌機；德國公司研制的系列高剪切分散乳化劑、管線式高剪切分散乳化劑、管式分散乳化劑、間歇式高剪切與間歇式無軸承分散乳化劑、高效強力分散乳化劑等世界領(lǐng)先高科技產(chǎn)品。
我國的均質(zhì)機研究產(chǎn)品是從50年代個別廠家開始的，最早是上海煙草機械廠仿制美國產(chǎn)品，直到80年代才開始逐漸的生產(chǎn)均質(zhì)機，而且大多是傳統(tǒng)的高壓均質(zhì)設(shè)備。隨著國外剪切式均質(zhì)機的迅速發(fā)展，近年來，國內(nèi)許多科研人員，制造和使用廠家也開始重視對剪切式均質(zhì)機的研究工作。目前，已建立了與國外廠商聯(lián)營、合資研制生產(chǎn)剪切式均質(zhì)機的公司。如上海菲魯克（FLUKO）機電設(shè)備有限公司；中美合資南通羅斯（ROSS）混合設(shè)備有限公司等。現(xiàn)在國內(nèi)有許多廠家開始生產(chǎn)高剪切均質(zhì)機，如東市長江機電有限公司、上海環(huán)保設(shè)備總廠、上海威宇機電有限公司、上海市化工裝備研究所生產(chǎn)的集混合、分散、乳化、溶解、粉碎等功能為一體的系列剪切式均質(zhì)機。
1.1 高剪切均質(zhì)機的均質(zhì)原理
剪切均質(zhì)機基于超剪切原理，實現(xiàn)固相的微化和液相的乳化。目前采用剪切式均質(zhì)機主要工作部件為一級或多極的相互嚙合的定轉(zhuǎn)子又有數(shù)層齒圈。其均質(zhì)乳化有以下方面：
1 液力剪切作用
液力剪切是指高速流動的流體本身會對流體內(nèi)粒子產(chǎn)生強大的剪切作用，而且由于高速流動產(chǎn)生劇烈的微湍流，在湍流邊緣出現(xiàn)很高的局部速度梯度，處于這種局部速度梯度下的粒子會受剪切而微?；?，液力剪切分層流剪切和湍流剪切。在層流區(qū)域，流體在定轉(zhuǎn)子槽道內(nèi)流動時，流體內(nèi)的最大流速及所受到的最大剪切力與流體流動方向上的壓力梯度成正比。當(dāng)施以周期性高頻脈動壓力梯度時，最大速度在槽道壁面與機理道中心之間，偏離中心，且頻率增大，最大速度增大，且向壁面趨近，剪切力增大。流體在同軸圓筒之間成為旋轉(zhuǎn)流，由于兩圓筒速度不同，間隙內(nèi)流體層之間存在速度梯度，產(chǎn)生剪切力。如圓筒設(shè)為定子和轉(zhuǎn)子，在定轉(zhuǎn)子間隙很小情況下，轉(zhuǎn)子速度越大，定轉(zhuǎn)子間隙越小，則最大剪切越大。而對于纖維物料處理時，在由高速旋轉(zhuǎn)的定轉(zhuǎn)子形成的流場內(nèi)，由于流動著的流體流于齒槽邊界接觸、不同速度運動的兩股流體相互接觸產(chǎn)生劇烈的湍流。湍流狀態(tài)下，由于不斷變化的流動速度和由此產(chǎn)生的脈動壓力作用于分散向顆粒表面，進而產(chǎn)生強烈的剪切作用力。湍流強度越大，流體所受的剪切作用越大 ，另外，湍流運動的脈動特性使其具有傳遞擴散性，從而使物料的粉碎過程中能更產(chǎn)生很好的分散、混合效果?？梢钥闯?，當(dāng)速度達(dá)到一定值時，流體各層之前產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大于纖維物料的臨界剪切應(yīng)力，從而使纖維物料破碎。
液力剪切是高速流動的流體本身對流體內(nèi)粒子產(chǎn)生強大的剪切作用，而且由于高速流動產(chǎn)生劇烈的微湍流，在湍流邊緣出現(xiàn)很高的局部速度梯度，處于這種局部速度下的粒子會受剪切而微?；毫羟蟹謱恿骷羟信c湍流剪切，高黏度物料一般處于層流狀態(tài)，低黏度物料一般處于湍流狀態(tài)，果蔬汁物料處于兩者之間。
2 高頻壓力波作用
高頻壓力波主要有空穴效應(yīng)，高頻壓力振動，可使顆粒表面周期性膨脹、壓縮，致使固相與液相顆粒破裂?？昭ㄐ?yīng)是由于大量氣泡隨壓力升高而瞬間潰滅而產(chǎn)生的高速微射流，速度可達(dá)到100m/s到300m/s這一高速微射流產(chǎn)生的脈沖壓力接近200Mpa這就是空穴效應(yīng)。高頻壓力振動是由于定轉(zhuǎn)子齒槽時開時閉時產(chǎn)生的，高頻壓力波對果疏汁等含液-液相的物料可達(dá)到很好的均質(zhì)效果。
3機械撞擊、剪切作用
對于含固體顆粒物料的粉碎均質(zhì)，機械剪切與撞擊起主導(dǎo)作用，轉(zhuǎn)子帶有葉高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力場，在轉(zhuǎn)子中心形成很強的負(fù)壓區(qū)，料液（液液或液固混合物）從定轉(zhuǎn)子中心被吸入，在離心力地作用下，物料由內(nèi)圈向外圈運動，線速度越來越高，形成極大的壓力梯度場，在該場中，物料受機械力、流體力作用下，產(chǎn)生強大的剪切、摩擦、撞擊以及物料間的相互碰撞、摩擦實現(xiàn)固相在微粒與液相的乳化。
圖1-1 定子—轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖
圖1-2 高剪切粉碎機定轉(zhuǎn)子示意圖
其工作原理為：物料經(jīng)初粉碎后，與大量的水混合物，使物料有了一定的流動性。轉(zhuǎn)子帶有葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力場，在轉(zhuǎn)子中心形成的負(fù)壓區(qū)，料液（纖維物料與流體混合物）從定轉(zhuǎn)子中心被吸入，在離心力作用下，物料由中心向四周擴散，在向四周擴散過程中，物料首先受到葉片的攪拌、并在葉片端面與定子齒圈內(nèi)側(cè)窄隙間受到剪切，然后進入內(nèi)圈轉(zhuǎn)齒與定齒的窄小的間隙內(nèi)，在機械力和流體力學(xué)效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生很大的剪切、摩擦、撞擊以及物料間的相互碰狀和摩擦作用而使物料破碎。隨著轉(zhuǎn)齒的線速度由內(nèi)圈向外圈逐漸增高，粉碎環(huán)境不斷改善，物料在向外圈運動過程中受到越來越強烈的剪切、摩擦、沖擊、碰撞等作用而被粉碎得越來越細(xì)。以下是定子和轉(zhuǎn)子的實物圖。
圖1-3 定子—轉(zhuǎn)子實物圖
1.2 電動機與轉(zhuǎn)軸連接形式
通常，帶傳動用于中小功率電動機與工作機械之間的動力傳遞。其優(yōu)點主要有：適用于中心距較大的傳動；帶具有良好的撓性，可緩沖和沖擊、吸收振動；過載時帶與帶輪間回出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動失效，但可防止損壞其他零件；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。當(dāng)然他也有不少缺點；傳動的外輪廓尺寸較大；需要張緊裝置；由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比；帶的壽命較短；傳動效率較低。在此生產(chǎn)線中設(shè)計使用的高剪切均質(zhì)機，其功率不算大，所以其整個機體的尺寸也較小。聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，且效率高。
綜合以上各個方面，可以將電動機軸和轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸器直接連接起來，做成臥式結(jié)構(gòu)，這樣其傳動效率較高，且使其專用空間減少，從而大大提高機器工作效率。如圖1-4所示。
圖1-4 電動機遇轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)簡圖
2均質(zhì)機的設(shè)計
2.1電動機的選擇
電動機的類別有一般異步電動機、變速異步電動機、防爆異步電動機等,在此選用一般異步電動機即可滿足工作要求.
電動機外殼結(jié)構(gòu)形式:在本設(shè)計的生產(chǎn)環(huán)境中,可能有水滴落、飛濺,容易造成電機燒壞;且空氣中經(jīng)常存在叫多的灰塵,所以在此電動機的外殼形式選擇封閉式中的自扇冷卻式結(jié)構(gòu),其在本身轉(zhuǎn)軸上(封閉部分以外)裝有風(fēng)扇,以冷卻機身.
一般異步電動機中包括Y系列(IP23)三相異步電動機、Y系列(IP44)三相異步電動機、YH系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機和YEJ系列電磁制動三相異步電動機.
YH系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機和YHJ系列電磁制動三相異步電動機均是Y系列(IP44)電機的派生產(chǎn)品,而對于Y系列(IP44)三相異步電動機,此電動機為封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機,效率高、節(jié)能,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距高、噪聲低、振動小,運行安全可靠.能防止灰塵、鐵屑或其他雜務(wù)侵入電機內(nèi)部;具有與Y系列相同的用途于驅(qū)動無特殊要求的各種機械設(shè)備,如水泵、鼓風(fēng)機、金屬切削機床及運輸機械等)外,還能適用于灰塵多、水土飛濺的場所,如球磨機、碾米機、磨粉機、脫谷機及其他農(nóng)用機械、食品機械、礦山機械等.
已知電動機的驅(qū)動功率為22KW.查機械設(shè)計手冊(1)第九章,在此處選用Y180M-2型電動機,機座不帶底腳,端蓋不帶凸緣.轉(zhuǎn)速為2940r/min.如圖2-1所示,
圖2-1 電動機簡圖
2.2軸的設(shè)計與校合
2.2.1 軸的設(shè)計
式中 C-由軸的材料和承載系數(shù)確定的常數(shù)
P-軸傳遞的功率,KW
n-軸的轉(zhuǎn)速,r/min
電機和軸之間使用一彈性聯(lián)軸器相連
軸用滾動球軸承支撐
軸選用材料:1Cr17Ni2,取C=140（不銹鋼C一般為125-145），
P=,n=2940r/min,
所以
考慮到軸上要開鍵槽,所以直徑放大7%左右
所以D=27.2+27.27%=29.1mm
又因為軸上每個轉(zhuǎn)子處要開兩個鍵槽,所以去=取D=35mm
2.2.2 軸的校合
2.2.2.1軸的強度校核
軸的受力情況如圖2-2所示,未注單位為mm,其中重力;由于軸的轉(zhuǎn)速較高,所以轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的偏心力得加以考慮,偏心力,其中m為轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量,為偏心距,所以。
圖2-2 軸的受力簡圖
圖2-3軸的彎矩和成圖
圖2-4 軸的扭矩圖
軸的材料為1Cr17Ni2,,經(jīng)淬回火后,其許用應(yīng)力,做出軸的彎距圖,如圖2-3所示,則M=-44.1
軸的轉(zhuǎn)矩:
軸的扭矩圖如圖2-4所示,則
危險截面的當(dāng)量彎矩:從圖可見,若將此軸看作D=35mm的等直徑軸,則軸承所支撐的A處截面最危險,其當(dāng)量彎矩為:
如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力,取折合系數(shù),代入上式可得:
所以
所以此軸符合強度要求.
2.2.2.2 軸的剛度校核
將軸的受力進行簡化,如圖2-5所示,
圖2-5 軸的受力簡圖
當(dāng)量作用力P處的撓度最大,且最大撓度,其中E為材料的彈性摸量,查得1Cr17Ni2在20℃時的E為;當(dāng)軸為等直徑時,.
求軸的當(dāng)量直徑;查機械設(shè)計手冊④得不等直徑的階梯軸的當(dāng)量直徑的計算公式為
式中 —階梯軸i段的長度;
—階梯軸i段的直徑
L—兩支承之間的長度;
當(dāng)載荷作用于兩支承之間時,L=1;
當(dāng)載荷作用于兩懸臂時,L=1+K;
K—軸的懸臂長度.
所以
所以
因為轉(zhuǎn)子與定子每一圈齒之間的間隙為0.5mm,所以起剛度也符合要求.
2.3軸承的選用
軸承分為滾動式軸承和滑動式軸承兩大類,其中滾動軸承按滾動體的形狀又可分為球軸承和滾子軸承,滾子軸承中又包括圓住滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承和調(diào)心滾子軸承;滾動軸承可分為干摩擦軸承和含油軸承等.
2.3.1軸承型號選用
與滑動軸承比,滾動軸承具有摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點;
本質(zhì)均機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速較高,載荷不大,主要承受徑向載荷,但其旋轉(zhuǎn)精度要求較高,且支承剛度較高,所以可成對采用深溝球軸承.
當(dāng)軸承內(nèi)徑相同時,外徑愈小,滾動體愈小愈輕,運轉(zhuǎn)時滾動體作用于外圈滾道上的離心力愈小,因此更合適與高速下工作,但同時要承受一定的載荷,所以直徑系列選用3(中)系列.
綜上考慮,選用深溝球軸承632.
2.3.2 潤滑和密封
潤滑的作用 潤滑過程中,軸承內(nèi)部各元件見,均存在不同程度的相對滑動,從而導(dǎo)致摩擦發(fā)熱和元件的磨損.因此工作中必須對軸承進行可靠的潤滑.
潤滑的主要目的是;
1)減小摩擦發(fā)熱,避免工作溫度過高
2)降低磨損
3)防止銹蝕
4)密封(脂潤滑)
d代表軸承內(nèi)徑(mm),a代表軸承的轉(zhuǎn)速(r/min),
當(dāng)<(1.5～2)時,一般可采用潤滑脂潤滑,
在此 =602940=17640,所以可以選用脂潤滑.
且脂潤滑的優(yōu)點在于:油膜強度高;油脂粘附性好,不易流失,使用時間較長;密封簡單,能防止灰塵、水分和其他雜務(wù)進入軸承.此外,潤滑脂的不足或過多,都會導(dǎo)致軸承工作中升溫增大,磨損加快,故潤滑脂的填充量要適度.一般,以填充量占軸承與外殼見的1/3～1/2為宜.考慮其工作環(huán)境相對還不錯,且操作方便,所以對軸承的密封可采用防塵蓋.
所以選用軸承為 6312—2Z.
2.3.3 軸承的固定
軸承的固定方式有兩端固定支承、固定—游動支承、兩端游動支承.在此,周主要用于傳遞扭矩,軸承所受的軸向和徑向力都很小,且由于安裝了機械密封,為防止其的損壞,要求軸基本上不產(chǎn)生軸向位移,由此對其軸承的固定采用固定—游動的方式.其固定方式如圖2-6所示。
圖2-6 軸承固定方式圖
2.4 聯(lián)軸器的選用
2.4.1 幾種聯(lián)軸器的比較
序號
1
2
3
聯(lián)軸器名稱
凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843—1986）
彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB/T4323—1984）
梅花型彈性聯(lián)軸器（GB/T5272—1985）
轉(zhuǎn)距范圍/Nm
10～20000
6.3～16000
16～25000
軸徑范圍/mm
10～180
9～170
12～140
最高轉(zhuǎn)距/
13000～1400
8800～1150
15300～1100
許用相對位移
軸向/mm
要求兩軸嚴(yán)格精確對中
較大
1.2～5.0
徑向/mm
0.2～0.6
0.5～1.8
角向
1°30′～0°30′
1°～2°
特點及應(yīng)用說明
機構(gòu)簡單，工件可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)距大，但不能吸收沖擊。當(dāng)兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工件平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度
結(jié)構(gòu)緊湊，裝配方便，具有一定的彈性和緩沖性能，補償兩軸相對位移不大，當(dāng)位移量太大時，彈性件容易損壞，主要用于一般的中小功率傳動軸系，工作溫度-20～70℃
結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，有緩沖減振性能，安全可靠，耐磨，對加工精度要求不高，適應(yīng)范圍廣，可用于各種中小功率的水平和垂直傳動軸系，工作溫度-35～80℃
2.4.2 聯(lián)軸器型號的選用
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
查機械設(shè)計基礎(chǔ) 表17-1,得
所以
由機械設(shè)計手冊④ 表41.5-34 選取梅花型彈性聯(lián)軸器ML6。
2.5 密封選用
密封可以分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。動密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。
目前，常用于旋轉(zhuǎn)軸密封的有機械密封、填充密封和油封。填充密封主要作動密封，它廣泛用做離心泵、壓縮機、真空泵、攪拌機和船舶螺旋槳的轉(zhuǎn)軸密封等。機械密封又稱端面密封，是旋轉(zhuǎn)軸用動密封，被廣泛用于石油、化工、冶金、航空、原子能等工業(yè)中。油封也可用于旋轉(zhuǎn)軸密封。
2.5.1 機械密封
2.5.1.1 機械密封原理
圖2-7 機械密封原理簡圖
1- 靜環(huán)，2-動環(huán)，3-動環(huán)密封圈，4-推環(huán)
5-傳動座，6-彈簧，7-靜環(huán)密封圈，8-靜環(huán)圈
在總裝圖中可以看到，機械密封采用了外裝形式，其定位依靠甩水環(huán)和套筒，均質(zhì)腔底盤中心有凸緣回轉(zhuǎn)臺，以及用來排除液料的渦輪結(jié)構(gòu)防止了大部分的含顆粒料液進入，避免了因介質(zhì)壓力與彈簧力的方向相反而相互縣的泄露。但是，當(dāng)啟動時，彈簧力不變，端面受力太大，由于摩擦副尚未形成液面，端面上比壓過大容易磨傷密封面。在這里采用機械密封將容易泄露的軸向密封改變?yōu)檩^難泄露的靜密封和端面徑鄉(xiāng)接觸的動密封。減少了泄露量，降低了對軸的精度和表面粗糙的要求，由于減少了軸的接觸面積，使得軸不易受磨損。
2.5.1.2 機械密封與成型填料密封的比較
機械密封與軟填料密封相比較，有如下優(yōu)點：密封可靠，在長期的運行中，密封狀態(tài)穩(wěn)定，泄露量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄露量一般僅為軟填料密封的1/100；使用壽命長，在油、水類介質(zhì)中一般可達(dá)1～2年或更長時間，在化工介質(zhì)中通常也能達(dá)半年以上；摩擦功率消耗小，機械密封的摩擦功率緊為軟填料密封的10%～50%；軸或軸套基本上不受磨損；維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下，無須經(jīng)常的維修；抗振性好，對轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；適用范圍廣，機械密封用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。但其也有一些缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對制造加工要求高；安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術(shù)水平；發(fā)生偶然性事故時，處理較困難；一次性投資高。
本均質(zhì)機在工作中要求密封處基本上無泄露，一旦泄露，會對機內(nèi)的物料造成污染。
綜上考慮，在此選用機械密封。
對于軸：
機械密封處線速度：
2.5.1.3 機械密封結(jié)構(gòu)形式的選擇
對本均質(zhì)機調(diào)查后可發(fā)現(xiàn) ①介質(zhì)為液體，起壓力為2公斤，溫度在0℃～80℃范圍內(nèi)，軸徑為42mm轉(zhuǎn)速為2940r/min。 ②介質(zhì)特性—介質(zhì)壓力低，無腐蝕性，無固體顆粒及纖維雜質(zhì)，且不宜汽化和結(jié)晶。 ③主機工作特點與環(huán)境條件—連續(xù)操作；主機安裝在室內(nèi)；周圍氣氛性質(zhì)良好，溫度變化不大。 ④幾乎不允許有泄露，并且對泄露方向有要求；壽命盡量長些，從而降低更換次數(shù)，且可靠性要高些。
綜上考慮選用： MYV1=142型機械密封，
2.5.1.4 機械密封的冷卻與潤滑
機械密封的冷卻與端面潤滑由循環(huán)請水系統(tǒng)保證。循環(huán)水流量由機體外管道閥門控制。少量泄露的清水被甩水環(huán)甩至軸承座支架板，經(jīng)由排水管排出。
2.5.2 油封的選用
2.5.2.1 油封與其它密封裝置的比較
油封與其它密封裝置比較有下列優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。簡單油封一次便可以模壓成型，即使最復(fù)雜的油封，制造工藝不復(fù)雜。金屬骨架油封也只需要經(jīng)過沖壓、膠接、鑲嵌、模壓等工序即可將金屬與橡膠組成所需要求的油封。 ②重量輕、耗材少。每種油封都是薄壁的金屬件與橡膠件的組合，其材料耗費極少，因而每個油封的重量很輕。 ③油封的安裝位置小，軸向尺寸小，容易加工，并使機器緊湊。 ④密封性能好，使用壽命較長。對機器的振動和主軸的偏心都有一定的適應(yīng)性。 ⑤裝拆容易、檢修方便。 ⑥價格便宜。
油封對內(nèi)可封油，對外可防塵。
油封的缺點在于不能承受高壓，但機械密封處由油所產(chǎn)生的壓力在兩公斤左右，油封足可以承受。
2.5.2.2 油封的工作范圍
油封的工作范圍如表2-1所示
表2-1 油封的工作范圍表
工作壓力
～0.3Mpa
密封面線速度
低速型 <4m/s
高速型 4～15m/s
工作溫度
-60～150℃（與橡膠種類有關(guān)）
適用介質(zhì)
油、水及弱腐蝕性液體
壽命
500～2000h
油封處線速度：
2.5.2.3 油封的結(jié)構(gòu)
在此選擇橡膠骨架結(jié)構(gòu) 把沖壓好的金屬骨架包在橡膠之中，成為內(nèi)包骨架型，其制造工藝稍微復(fù)雜一些。但剛度好，易裝配，且鋼板材料要求不高。
2.5.2.4 油封材料
鑒于油封處于大氣和油的環(huán)境中，所以要求材料的耐油性、耐大氣老化性能良好；同時它常遇灰塵、水，且有很高的轉(zhuǎn)速，因此要求耐磨性和耐熱性良好。丁腈橡膠的耐油性能優(yōu)異。
所以選擇丁腈橡膠作為油封材料。
2.5.2.5 油封的潤滑
安裝時對油封唇部涂潤滑脂。因為鋰基潤滑脂的耐熱、耐水性能好，溫度變化時稠度很少變化，適用溫度范圍廣，遇水也不降低其潤滑性能，所以油封的潤滑選用鋰基潤滑脂。
2.5.2.6密封圈
用做油封的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈選用內(nèi)包骨架有副唇的密封。對于外部環(huán)境多灰塵、雨水及雜質(zhì)等場合，應(yīng)采用有副唇的密封圈。
綜上所述，選用GB9877—88中的FB型油封。
2.6 定子、轉(zhuǎn)子、葉片結(jié)構(gòu)與尺寸的確定
2.6.1 定子與轉(zhuǎn)子的設(shè)計
紡織漿料的均質(zhì)步驟，在整個生產(chǎn)工序中非常重要，此工序中的主要部件—高剪切均質(zhì)機，其中的關(guān)鍵部件為定—轉(zhuǎn)子部件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣對生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量有非常大的影響。
2.6.1.1 定子的設(shè)計
定子的材料為ZG0Cr13Ni4Mn,其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖2-8及表2-2所示，
圖2-8 定子結(jié)構(gòu)圖
表2-2 定子結(jié)構(gòu)主要尺寸
名稱
定子直徑
定子高
齒高
齒圈槽深
齒圈距
齒間距
齒厚
數(shù)值（mm）
198
40
29.5
30
7
3
6
此定子裝拆方便，且盤上開了一個鍵槽，利用鍵來防止其在剪切過程中轉(zhuǎn)動。
2.6.1.2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計
轉(zhuǎn)子的材料也是ZG0Cr13Ni4Mn，其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖2-9及表2-3所示，
圖2-9 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖
表 2-3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要尺寸
名稱
轉(zhuǎn)子直徑
轉(zhuǎn)子高
齒高
齒圈槽深
齒圈距
齒間距
齒厚
數(shù)值（mm）
137
45
29.5
30
7
3
6
轉(zhuǎn)子與葉片做成分離式，便于裝拆。
2.6.2 葉片的設(shè)計
葉片的材料也是ZG0Cr13Ni4Mn，葉片的設(shè)計參考離心泵葉片的設(shè)計，考慮到處理的是含固體顆粒的固-液相的液料，因此將葉片設(shè)計成開啟式后彎葉片渦輪，這種渦輪直徑小，葉片寬，轉(zhuǎn)速高，具有高剪切力和較強的循環(huán)能力，同時，由于中間無圓盤，上下液體流動通暢，排除性能好，且葉片不易磨損，并且要求葉片彎曲公式：，t值范圍為0-38%，其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖2-10及表2-4所示，
圖2-10 葉片結(jié)構(gòu)圖
表2-4 葉片結(jié)構(gòu)主要尺寸
名稱
葉片直徑
葉片總高
葉片高
葉片數(shù)目
數(shù)值（mm）
85
48
30
5
2.6.3 葉片和轉(zhuǎn)子的裝配關(guān)系
葉片和轉(zhuǎn)子均做成分離式，其裝配非常方便，其裝配關(guān)系如圖2-11所示
圖2-11 葉片和轉(zhuǎn)子裝配
2.7 固定葉片和轉(zhuǎn)子的鍵的選用與效核
2.7.1 鍵的選用
因為D=35mm，普通平鍵中A型鍵在槽中固定良好，所選用鍵 GB1096—79較松鍵聯(lián)結(jié)。
2.7.2 鍵的效核
如圖2-12所示，查機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-10，得鍵的擠壓強度效核：
所以所選鍵的擠壓強度符合要求。
鍵的剪切強度效核：
所以所選鍵的剪切強度也符合要求
綜上得，所選鍵符合要求。
2.8 固定葉片和轉(zhuǎn)子的螺栓的效核
一隊轉(zhuǎn)字齒盤與葉片用5個均布的螺栓聯(lián)結(jié)，螺栓，材料位不銹鋼。
各螺栓受力
式中 T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩；r—各螺栓中心線與轉(zhuǎn)軸中心線的距離，
所以
單個螺栓預(yù)緊力 ，
式中 —可靠性系數(shù)，?。?
M—接合面數(shù)目，m=1；
F—接合面摩擦系數(shù)，取f=0.15,
所以
式中 —螺紋小徑，
所以 ，
又 ，
—材料屈服極限，=900Mpa;
S—緊螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，取S=5，
所以 ，
，
所以此處固定所用的螺栓符合強度要求。
2.9 支座的設(shè)計
注意的一些問題有由于鑄鐵的鑄造性能好、價廉和吸振能力強，此支座采用鑄造完成。設(shè)計中要注意的一些問題有：
支座的設(shè)計主要應(yīng)保證剛度、強度及穩(wěn)定性。
1剛度 評定大多數(shù)支座工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度。
2強度 強度是評定重載支座工作性能的基本準(zhǔn)則。
3穩(wěn)定性 支座受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題。
此外，再滿足強度和剛度的前提下，支座設(shè)計應(yīng)盡量滿足其設(shè)計中的一般要求：
1支座的重量應(yīng)要求輕、成本低。
2抗振性好。把受迫振動限制在允許范圍內(nèi)。
3噪聲小。
4溫度場分布合理，熱變形對精度的影響小。
5結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工。
6結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件。
7造型好。使之既適用經(jīng)濟，又美觀大方。
參考已有均質(zhì)機的支座設(shè)計，本均質(zhì)機支座的結(jié)構(gòu)如圖2-13所示，
圖2-13 指座結(jié)構(gòu)圖
2.10 物料2進口、出口尺寸的確定
本均質(zhì)機的處理量約為（包括水在內(nèi)），由，Q—處理量，；r—進口內(nèi)徑，m;—舞料進口流速，m/s; t—時間，s.
有
考慮到物料進去后有個加速，所以取d=45mm。查機械手冊（新版）1 此處內(nèi)螺紋選用圓柱內(nèi)螺紋G1 1/2；
對于物料出口，查機械設(shè)計手冊（新版） 1 選用圓柱外螺紋 G1 1/4。
2.11 轉(zhuǎn)軸的加工工藝
轉(zhuǎn)軸的機械加工工藝過程如表2-5所示。
2.12 設(shè)備安裝、調(diào)試與操作
在零件裝配中注意以下幾點要求：
① 零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有銹蝕、切屑、油圬、著色劑和灰塵。
② 裝配完成后，撥動聯(lián)軸器，若出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，金屬碰撞聲等，檢查后進行重新裝配。
③ 筒體外表涂黃色油漆。
再按照總裝配圖進行裝配，在裝配中注意以下幾點要求：
① 零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有氧化皮、銹蝕、切屑、油圬和灰塵等。
② 裝配前應(yīng)對零、部件的主要配合尺寸，及相關(guān)精度進行復(fù)查。
③ 裝配完成后，撥動聯(lián)軸器，若出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，金屬碰撞聲等，進行重新裝配。
④ 泵入清水循環(huán)潤滑冷卻，加入適量的水進行二十分鐘的試驗，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無沖擊。要求各聯(lián)接件、緊固件不松動。密封處、結(jié)合處無泄露。
⑤ 底座和機身涂黃色油漆。
表2-5 轉(zhuǎn)軸機械加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容要求
基面
設(shè)備
1
下料
不銹鋼1Cr17Ni2
鋸床
2
車
光右端面，加工右端外形，右端打中心孔，保持有效總長1060；光左端面，左端打中心孔
左端面外形；右端外形
C6140-1；三爪定心卡盤
3
粗車各端長度和直徑
各尺寸留余量2-3毫米
右端外形；左端中心孔
C6140-1；三爪定心卡盤；尾頂尖
4
粗車（調(diào)頭）
各尺寸留余量2-3毫米
左端外形；右端中心孔
C6140-1；三爪定心卡盤；尾頂尖
5
檢驗
6
熱處理
固溶HBS150—187
7
研磨頂尖孔
研去兩端60°錐面的氧化皮
C6132；三爪定心卡盤；60°錐面鑄鐵研具
8
精車
，，，，，過渡圓、倒角、形位公差及粗糙度要求見零件圖圖紙
兩端中心孔
C6140-1B；卡箍、雙頂尖
9
精車（調(diào)頭）
，，，，過渡圓、倒角、形位公差及粗糙度要求見零件圖圖紙
兩端中心孔
C6140-1B；卡箍；雙頂尖
10
精車
當(dāng)圈槽
兩端中心孔
C6140-1B；卡箍；雙頂尖
11
銑
銑三處鍵槽
X52K；銑床機用抱鉗
12
功螺紋
左端螺紋M16深22，孔深24
絲錐
13
檢驗
檢驗8、9、10、11、12工序尺寸
14
鉗
去兩鍵槽周邊毛刺
15
洗滌吹凈稱重量
16
總檢
（按零件圖）
總結(jié)和展望
翻閱了大量資料的基礎(chǔ)上，對紡織漿料真空超細(xì)粉碎系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)裝備進行了研究和設(shè)計。其中重點做了一級高剪切均質(zhì)機的設(shè)計，設(shè)計中許多地方參考了已有產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗。
計中在決定其轉(zhuǎn)軸和電動機的聯(lián)結(jié)方式是，選擇了其二者通過聯(lián)軸器直接相聯(lián)，如此既減少了其所占空間，又提高了其工作效率；均質(zhì)機的機筒和定子采取分離式，大大方便了安裝；對于密封的選用，考慮了多方面的因素，如衛(wèi)生、裝拆等，選擇了機械密封、油封和O型密封圈密封等。
由于自身知識水平及實踐經(jīng)驗的限制，設(shè)計中有許多需要改進的地方，在次希望各位老師給予各種指導(dǎo)意見。相信隨著國內(nèi)高剪切均質(zhì)機的迅速發(fā)展，加之國內(nèi)許多科研人員、制造和使用廠家對剪切式均質(zhì)機研制工作的重視，高剪切均質(zhì)機會逐漸遍及生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。
致謝
在設(shè)計過程中為本人做出指導(dǎo)的裘子劍老師，范豐老師等從生產(chǎn)實踐到課題的設(shè)計計算都付出了辛勤的汗水，在設(shè)計中更是給予了本人非常大的幫助。
由此，在此對以上老師及設(shè)計過程中給予過我?guī)椭母魑煌瑢W(xué)表示誠摯的感謝
參考文獻
[1]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（1）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.
[2]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（2）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.
[3]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（3）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.
[4]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（4）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.
[5]中國機械工程學(xué)會.中國機械設(shè)計大典（3）[M].江西科學(xué)技術(shù)出版社.2002.
[6]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1992.
[7]吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計—課程設(shè)計手冊[M]北京：高等教育出版社，1999.
[8]張裕中，戴寧，臧其梅.食品加工成套裝備應(yīng)用技術(shù)[M].江南大學(xué).
[10]楊詩斌，徐凱，張志森.高剪切機高均質(zhì)機理研究及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].糧食加工食品機械，2002.
[11]張克危.流體機械原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.
[12]張文明，楊詩斌，宋明，張志森.剪切式均質(zhì)機的結(jié)構(gòu)與理論研究[J].食品與機械，2001，（3）.
[13]蔣迪清，唐偉強.食品通用機械與設(shè)備[M].華南理工大學(xué)出版社.
[14]楊可楨，程光蘊.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1999.
[15]胡長鷹，王有倫，陸振曦.高剪切均質(zhì)機機理研究[J].化工裝備技術(shù)，1997，18（1）.
第 21 頁 共 22 頁
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