带卸荷进动卸料卧式离心机（JW1200X型）的结构与调速系统设计

1、四川理工学院毕业设计（论文） 带卸荷进动卸料卧式离心机(JW1200-X型) 的结构与调速系统设计 四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：带卸荷进动卸料卧式离心机(JW1200-X型)的结构与调速系统设计系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 机自（机电方向） 学 生： 学 号： 指导教师： 接受任务时间 2012.02.28 完成任务时间 2012.06.01 教研室主任 （签名）系主任 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求在传统进动卸料卧式离心机（JW1200型）结构设计的基础上，对动力输入端进行结构改造，降低传动径向带拉力对转轴的影响，提

2、高离心机的运转动态稳定性。主要探讨研究内容如下：(1) 完成进动卸料卧式离心机（JW1200-X型）的结构设计。(2) 对进动卸料卧式离心机（JW1200-X型）的动力输入端进行结构改造，使其具有卸荷能力，从而提高输送轴的动态运转稳定性。(3)分析计算离心机的离心力和动态不稳定性。(4)选择合理的调速电动机，调速范围5001800r/min；调速控制电路图设计。(5)完成离心机总体结构方案图设计（A0）；卸荷装置的部件设计（A2）；设计调速控制电路图（A3）；离心机转鼓零件图设计（A2）。(6)完成毕业设计说明书。包括离心机的发展概况，研究的目的和意义，主要研究的内容，工作原理分析与计算（校核

3、），改进后的特点与优势，应用前景分析等。2原始参数与参考数据（1）转鼓大端直径1200mm，转鼓长度800mm，转鼓锥角30，转鼓公转角5；转鼓自传调速范围5001800r/min，转鼓公转转速518 r/min。（2）其他结构参数与材料选用，参考JB/7241-1994(2008) 进动卸料离心机行业标准。3、指定查阅参考文献。JB/7241-1994(2008) 进动卸料离心机行业标准。化工机械设计手册以及相关教科书、参考文献。4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1收集、准备参考资料，查阅文献，最后完成开题报告2012.02.282012.03.162完成所有设计的总体结构设计和

4、计算任务2012.03.172012.04.253完成所有毕业设计的图纸和相关毕业论文的撰写。2012.04.262012.05.204完成所有设计说明书的撰写2012.05.212012.06.015毕业设计（论文）的修改、答辩的准备工作及毕业答辩2012.06.012012.06.24注：本表在学生接受任务时下达四川理工学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）名称带卸荷进动卸料卧式离心机（JW1200X型）的结构与调速系统设计设计（论文）类型 B指导教师 何 庆 中学生姓名吴 建 祥学号A379院、专业、班级机械工程学院、机电一体化、08级4班一、选题依据（简述研究现状或生产需求情况，说明

5、该设计（论文）目的意义） 随着科学技术的高速发展，分离机械在整个工业体系中的地位显得更为突出和重要。目前分离机械工业的发展主要趋势是高效率、连续化和大型化。进动卧式离心机是一种新型自动连续过滤式离心机，我国吸取了立式与卧式锥篮离心机的特点，研制了卧式进动离心机。它除了具有生产能力大、结构简单、造价低廉、对物料有较大的适应性、物料表面几乎不被磨损、动力消耗小、运动平稳不需笨重的基础等进动离心机的优点外，还具有装拆容易、维修方便、润滑可靠、占空间较小等。本课题是在传统进动卸料卧式离心机（JW1200型）结构设计的基础上，对动力输入端进行结构改造，设计出带卸荷进动卸料卧式离心机（JW1200X型）。

6、该设计目的是降低传动径向带拉力对转轴的影响，提高离心机的运转动态稳定性，使进动卸料卧式离心机更可靠，更高效地应用在分离机械工业中。二、设计（论文研究）思路及工作方法1查找离心机结构设计等相关资料，完成对进动卸料卧式离心机（JW1200-X型）的结构设计。 2参考机械原理和机械设计，对进动卸料卧式离心机（JW1200-X型）的动力输入端进行结构改造，使其具有卸荷能力。3参考离心机设计计算等相关资料，计算离心机的离心力，并进行运动和动力学分析。 4参考电动机和机电控制等相关知识，选择合理的调速电动机，并进行调速控制系统的设计。 5综合上述所完成的所有内容，设计出离心机总体结构方案图，卸荷装置的部件

7、图，调速控制电路图，离心机转鼓零件图。 6完成毕业设计说明书的撰写。三、设计（论文研究）任务完成的阶段内容及时间安排 1收集、准备参考资料，查阅文献，最后完成开题报告 2012.02.282012.03.16 2完成所有设计的总体结构设计和计算任务 2012.03.162012.04.25 3完成所有毕业设计的图纸和相关毕业论文的撰写。 2012.04.262012.05.20 4完成所有设计说明书的撰写 2012.05.212012.06.01 5毕业设计（论文）的修改、答辩的准备工作及毕业答辩 2012.06.012012.06.24指导教师意 见指导教师签字： 年 月 日教研室毕业设计（

8、论文）工作组审核意 见难度分量综合训练程度教研室主任： 年 月 日设计（论文）类型：A理论研究；B应用研究；C软件设计；D-其它等。摘要 进动卸料卧式离心机是一种新型自动连续过滤式离心机。其具有生产能力大、适应范围广、动力消耗少、运动平稳等特点，是工业上主要的分离设备之一。现已广泛应用于化工、轻工、石油提炼、医药、食品、冶金、煤炭、选矿等各个领域的固液分离。本课题研究的是在传统进动卸料卧式离心机（JW1200型）结构设计的基础上，对动力输入端进行结构改造，设计出带卸荷进动卸料卧式离心机，使其具有卸荷能力，降低传动径向带拉力对转轴的影响，从而提高输送轴的动态运转稳定性。对改进后的离心机转鼓进行强

9、度计算，动态不稳定性分析，使其设计材料满足转鼓的性能和结构设计要求。设计调速系统，用变频调速电动机对离心机进行调速控制，使离心机满足分离不同材料的要求，达到不同用户的需求。关键词：进动卸料卧式离心机；结构设计；稳定性；变频调速ABSTRACTProcessional discharging horizontal centrifuge is a new type of automatic continuous filtering centrifuge. As important separating equipment in industry, it has a large capacity t

10、o produce, adapt to a wide range, low power consumption, smooth motion and other characteristics. Now it also has been widely used in chemical, oil refining, light industry, medicine, food, metallurgy, coal, marine and other fields of solid-liquid separation. Research on this subject is in the tradi

11、tional discharging horizontal centrifuge(JW1200) on the basis of structural design, to power input structure transformation, designed with unloading processional horizontal centrifuge, to have the unloading capacity and reduce transmission effect of radial tension on the hinge, thus improving the st

12、ability of dynamic operation of the transmission shaft. Improved centrifuge drum make strength calculations, dynamic instability analysis, designed materials to meet performance of drum and design requirements. Designed speed control system, with frequency conversion speed regulating motor control o

13、f the centrifuge, make centrifuge meet requirements of different materials and the needs of different users. Keywords: processional discharging horizontal centrifuge；structure design；stability；frequency control 目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 离心机的应用及其发展11.2 离心机的分离过程及分类21.3 进动卸料离心机31.3.1 进动卸料离心机概述31.3.2 进动

14、卸料离心机的工作原理31.3.3 进动卸料离心机的特点和使用范围51.4 国内外技术现状与发展趋势61.4.1 国内外技术现状61.4.2 国内外技术发展趋势6第二章 进动式离心机的结构方案设计82.1 进动式离心机设计的主要技术性能指标要求82.2 进动式离心机总体结构设计方案82.3 进动式离心机参数计算92.3.1转鼓结构参数分析计算92.3.2欧拉角和角速度92.3.3线速度的计算122.3.4加速度的计算132.3.5分离因数14第三章 转鼓的强度计算153.1 高速回转圆锥形壳体的应力和应变153.1.1鼓壁质量的离心力引起的鼓壁应力和应变153.1.2被分离物料的离心力引起的应力

15、和应变163.1.3筛网等附件的离心力引起的鼓壁应力和应变183.2 高速回转圆盘的应力和变形203.3 转鼓壁的强度计算223.4 分析计算结果评定24第四章 进动离心机的运动分析254.1 离心机转鼓的转动惯量计算254.2 惯性离心力的计算284.3 陀螺力矩的计算28第五章 卸荷装置结构设计315.1 卸荷装置结构315.2 卸荷过程31第六章 离心机的功率计算及带轮设计336.1 离心机的功率计算336.1.1 启动转鼓等转动件所需功率336.1.2 启动物料达到工作转速所需功率346.1.3 克服轴与轴承摩擦所需功率346.1.4 克服转鼓、物料与空气摩擦所需功率356.1.5 离

16、心机功率确定356.2 电动机的选择366.3 带轮设计366.3.1高速带轮设计366.3.2低速带轮设计38第七章 轴的强度校核和轴承校核417.1卸荷轴的强度校核417.2 导向轴的强度校核437.3 轴承校核44第八章 调速系统设计468.1 变频调速原理468.2 变频器的工作原理468.3 变频器的选择478.4 变频调速原理图47第九章 结论48心得体会49参考文献50致谢51第一章 绪论1.1 离心机的应用及其发展在现代工业中，固-液系统（包括悬浮液和乳浊液）分离的目的是：（1）回收有价值的固相，排掉液相；（2）回收液相，排掉固相：（3）固、液两相斗回收：（4）固、液两相都排掉

17、（如污泥脱水）。达到固-液分离的主要操作方法有重力沉降、过滤和离心分离。利用离心力来达到固-液、液-液、以及液-液-固分离的方法通常称为离心分离。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，并具有连续运转、自动遥控、操作安全可靠和占地面积小等优点。因此自1836年第一台工业用三足式离心在德国问世，迄今一百多年以来已获得很大的发展。各类类型的离心机品种繁多，各有特色，正在向调高技术参数、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。现在离心机已广泛用于化工、石油化工、石油炼制、

18、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等各个领域。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、纤维脱水机合成纤维的制造，各种润滑油、燃料油的提纯等都使用离心机。离心机已成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。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

19、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，以便使重油当做燃料油使用，50年代研制成功了自动排渣的蝶式活塞排渣分离机，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，因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、蝶式分离机和三足式下部卸料沉降离心机的进一步发展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心的发展尤为迅速。离心机的结构、品种及其应用等方面发展很迅速，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，主要还是用于说明试验的结果，

20、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。造成这种现象的主要原因是由于离心分离过程的多样性和复杂性，例如悬浮液的物理性能和浓度非常容易变化，沉降速度、渗透率、孔隙率以及若干其它参变数，都随着悬浮液性质的改变而变化。特别是由于固体颗粒的大小、形状和运动的杂乱状态所带来的数学问题，在目前尚无法解决，给研究这一过程的理论带来了很大的困难。其次，要能真正了解液体与固体颗粒在离心力场中运动的真相，而又不干扰或破坏这些运动，这就需要用科学的观察和测试手段，也许正是因为这种缘故，使离心分离理论的研究受到了一定的影响。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

21、缓落后的局面也正在积极扭转。离心机是固-液分离技术的主要设备之一，其发展前途大有可为。1.2 离心机的分离过程及分类离心分离根据操作原理可区分为两类不同的过程离心过滤和离心沉降。而与其相应的机种可区分为过滤式离心机和沉降式离心机。离心过滤过程从广义的概念上来说，可理解为包括加料、过滤、洗涤、甩干和卸渣等五个步骤。如果就狭义的概念而言，可分为两个物理阶段：生成滤渣和压紧滤渣。第一个阶段与普通过滤在原则上相近似，但其推动力不同；而第二阶段与普通过滤的规律根本不同。离心沉降过程也可分为两个物理阶段：固体颗粒的沉降和形成密集的沉渣层。前者遵从固体在流体中相对运动的规律，而后者则遵从土壤力学的基本规律。

22、离心沉降过程本身又可分为离心沉降和离心分离。一般情况下，离心沉降过程是指含有中等及大量固体颗粒的悬浮液的工艺分离过程。对于容积浓度不超过5%的低浓度悬浮液的分离，习惯上称为离心澄清过程。当离心沉降过程用于分离两种重度不同，而又互不相溶的液体所形成的乳浊液时（包括含微量固体颗粒的乳浊液，即液-液-固），称为离心分离过程。这种名称上的区别以及浓度的界限是相对的和人为的，实质上悬浮液或乳浊液中固体颗粒沉降过程的运动学和动力学规律是一样的。离心机的分类方法很多，可按分离原理、操作目的、操作方法、结构形式、分离因数、卸料方式等分类。下图1-1按分离原理法分为过滤式和沉降式两类。图1-1 离心机的分类1.

23、3 进动卸料离心机1.3.1 进动卸料离心机概述 进动离心机又称颠动或摆动离心机。进动离心机是利用进动原理设计的自动、连续式离心机。它的生产能力大，结构简单，动力消耗少，是一种有发展前途的离心机。进动卸料离心机是70年代出现的新机型，迄今为止还只有少数几个国家如德国、日本、前苏联能生产且均为卧式机型。国内自1972年开始设计和研制了具有我国特点颠动卧式进动离心机。该机已有几家工厂试制成功，并在某些工业生产中使用。该种机型两种不同转速的空心轴和实心轴组成，并错开一定的角度，转鼓与实心轴相连，但轴承支承在空心轴内壁，两个转轴的差速旋转运动产生了进动，使转鼓上缘的每个点逐一成为卸料点，从而使物料不断

24、卸出，为使机器适应多种物料的分离，转动角、转速是可以改变的。1.3.2 进动卸料离心机的工作原理进动离心机与一般离心机不同，它的转鼓不仅作自转运动，而且同时还作公转运动。这种复合运动在力学上叫做进动运动。图1-2 进动卧式离心机结构图1轴 2转鼓 3进动头 4万向联轴器 5实心轴6空心轴 7、8皮带轮 9手柄如图1-2所示，进动离心机有两条轴线和，它们之间保持一个夹角-公转角。截锥形转鼓2绕倾斜的轴线自转，而轴线又以点为顶点绕轴线公转，运动中点位置始终不变，转鼓绕点作定点运动。进动运动是定点运动的一个特例，一般公转角、自转角速度及公转角速度的大小均不随时间而变化。转鼓的进动运动由一台电动机通过

25、两组三角皮带来带动。通过皮带轮8、实心轴5、万向联轴器4和安装在进动头3里的轴1，使转鼓以转鼓自转；同时，通过皮带轮7、空心轴6使转鼓以稍慢的转速公转。实心轴和空心轴的转动方向相同，由于两轴存在转速差，进动运动使转鼓上筛网的各条母线对轴线之间的倾斜角在一定范围内周期地变化。最大值，最小值。式中为筛网的半锥角；为公转角。滤渣相对于筛网的最大滑动角约等于，若大于滤渣与筛网的摩擦角，则滤渣就可能在该处滑动。如图示的瞬时位置，转鼓歪向下方时，在转鼓下边筛网母线的倾斜角最大，滤渣在此区间自动滑出筛网大口，进行卸料，于是称这个区间为卸料区。与其相对的的位置上，筛网母线的倾斜角最小，滤渣在此区间内停留在筛网

26、上继续脱水，因此称这个区间为脱水区。由于自转和公转之间存在转速差，筛网上的卸料区和脱水区的位置是不断地进行轮换交替的，所以在筛网大口的圆周上不是同时都在卸料，而只是依次轮流地在某个局部弧段内卸料。悬浮液从离心机上方经进料管加入布料器，在布料器内得到加速后，由布料器底部均匀撒到筛网小口的周壁，滤液从筛网的缝隙中甩走，经排液管流出离心机。留在筛网上滤渣由于进动运动产生的惯性力的作用，不断滑向筛网大口，不须任何卸料装置自动甩离转鼓。滤渣经固料室掉入离心机底部出料。进动离心机滤渣层处于运动状态，过滤阻力不大。由于进动运动给物料一个附加运动，筛网上各点物料的速度、加速度都不相同；再加上筛网是截锥形的，使

27、滤渣层在分离过程中不断减薄和疏松，从而强化了过滤和脱水效果。所以，进动离心机用较低的分离因数，就能达到其它离心机要以较高的分离因数才能达到的分离效果。1.3.3 进动卸料离心机的特点和使用范围 进动卸料离心机属于惯性卸料的过滤离心机，物料在筛网上停留的时间可以再一定的范围内调节，是由离心力卸料离心机和振动卸料离心机发展而来的。与离心力卸料离心机相比，具有生产能力大，使用范围广，停留时间较长，脱水比较充分，颗粒磨损小，筛网寿命长，筛网锥角小，尺寸紧凑等优点。与振动离心机相比具有生产能力大，脱水后滤渣含湿率低，工作可靠，噪声及振动小等优点。进动卸料离心机可以分离固体颗粒粒径为，最适宜分离颗粒直径大

28、于，固体浓度大于55%的大处理量的固液混合物。常见的应用物理为硫铵、氯化钾、磷酸钾等无机盐类和粒状树脂、矿砂，细煤等。这种机型不能对滤饼进行充分的洗涤，洗涤液与滤液液不易分开。进动卸料离心机的主要优点是：（1）生产能力大 一台直径为1200毫米的进动离心机，每小时一般可分离150吨/时的干固物料，最高可分离250吨/时。（2）结构简单、造价低廉 进动运动只须由一台电动机通过皮带轮、轴、轴承、万向联轴器等一般机械零件即可实现，不需要齿轮和液压装置，也没有任何卸料机构，因而杜绝了一般离心机由于卸料机构不良所引起的故障。（3）对物料有较大的适应性 进动离心机的重要参数如公转角，自转和公转速度等都可简

29、便地选调，以适合不同的分离物料以及不同的分离要求。（4）物料表面几乎不被磨损 由于没有卸料机构，分离因数又低，而且有一定的滤渣层，使物料表面很少磨损。（5）动力消耗小 分离每吨干固物料只须耗电（6）运动平稳不需笨重的基础 若保证转鼓重心与两轴线的交点重合，转鼓绕该点作规则运动，运动相当平稳，对基础无特殊要求。1.4 国内外技术现状与发展趋势1.4.1 国内外技术现状 我国离心分离行业尚属正在发展中,总体水平不高。随着社会进步,人们对环保、能源以及装备对品质的影响有了新的认识。同时,通过国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收,促进了我国离心分离技术的迅速发展,主要体现在: （1）已基本

30、形成了一个科研、设计和制造的体系。 （2）成立了分离领域的学术组织。 （3）在基础理论与应用方面进行了研究。 （4）目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料,振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机;分离机则有碟式、室式及管式。上述产品不仅遍及全国且远销国外,且技术特性较“九五”期间有所提高。 （5）为满足特殊工艺要求(防污染、密闭、防爆等),一些新型离心机亦先后问世。例如,笔者曾研制一种适合于GMP的新型离心机,并获国家专利。还有内旋转子过滤离心机的研制,立式密闭螺旋机及复合机等亦已投产。 （6）自控技术与CAD技术的应用。 （7）各种相关标准的制订。（8）同国外著名离心机厂

31、商的技术合作。 尽管我国的离心分离设备有了很大进展,但从整体而言,与世界先进国家相比,差距甚大。主要表现在：（1）规格、品种少,系列化程度差。特别缺少集几种结构形式、集几种推动力于一体的复合式离心机。（2）技术参数低。国外离心分离机械产品的参数普遍高于我国,并继续向高参数、大容量方向发展。目前,较先进的机型都采用计算机控制,会随着物料特性和参数的变化自动调节其相应的工况。（3）产品进展缓慢。而国外,由于采用模块化的组合结构,特别是采用了大规模定制设计的新手段,故能满足用户的个性化需求,并加快了产品的更新换代速度。甚至还储备所谓“冷冻产品”,以随时适应市场竞争的需要。（4）其它方面。在产品的可靠

32、性、稳定性、自控技术、加工工艺、新材料的使用、配套产品的品质,以及理论研究等方面,均存在不少的差距。1.4.2 国内外技术发展趋势 受新技术推动及相关产业发展的影响,离心机分离技术的进展主要体现在以下几个方面:（1）加强理论研究,选择最佳设计方案 采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等,对离心机的工作性能和关键零件进行研究,为设计优良性能的离心机提供了理论依据。（2）技术参数的提高和新机型的问世 盘栈式离心机和新进动卧式离心机的问世。（3）新材料的应用 为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性,一批新型材料不断涌现。如,工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐

33、蚀不锈钢材料。（4）强化动态监测和自动化 随着自动控制和传感技术的发展,许多先进的自控手段被引入,并对离心机运行中的各项参数,如温度、流量、速度、振幅和噪音等进行全方位的监测,并通过传感器将收集信息输入计算机,经系统处理后,可及时了解各种参数的变化以采取相应的措施。（5）各种组合机和专用机的开发 在碟式分离机上组合螺旋输送器形成复合碟式机，沉降过滤复合螺旋离心机等。（6）大规模定制设计（DFMC）离心机 设计被认为是成品形式、成本、可靠性和市场接受程度的重要因素。 第二章 进动式离心机的结构方案设计2.1 进动式离心机设计的主要技术性能指标要求 在传统进动卸料卧式离心机（JW1200型）结构设

34、计的基础上，对动力输入端进行结构改造，降低传动径向带拉力对转轴的影响，提高离心机的运转动态稳定性。主要探讨研究内容如下： （1）完成进动卸料卧式离心机（JW1200-X型）的结构设计。 （2）对进动卸料卧式离心机（JW1200-X型）的动力输入端进行结构改造，使其具有卸荷能力，从而提高输送轴的动态运转稳定性。 （3）分析计算离心机的离心力和动态不稳定性。 （4）选择合理的调速电动机，调速范围。2.2 进动式离心机总体结构设计方案 传统进动卧式离心机（JW1200型）没有卸荷装置，就不存在卸荷功能。本课题是要在传统进动离心机结构的基础上进行改造，使它就有卸荷的功能。它的基本结构不发生改变，还是传

35、统结构，只对它的动力输入端进行一定的改进，使它有一个卸荷装置，就能够达到卸荷的功能，提高离心机的运转动态稳定性。改进后的进动卸荷卧式离心机（JW1200-X型）总体结构如图2-1所示：图2-1 进动离心机总体结构图 通过对离心机的动力分析和运动分析，计算出离心机的离心力和动态稳定性，使离心机能够满足运动平稳性的要求。对离心机的转鼓强度进行计算，使转鼓能够满足强度的要求，使离心机能够安全的运行。最后对离心机的调速系统进行设计，在这儿采用了变频调速系统来对电动机的转速进行调节，使调速电动机能够在的范围内进行稳定的调速。2.3 进动式离心机参数计算2.3.1转鼓结构参数分析计算已知设计转鼓直径mm，

36、转鼓长度800mm，转鼓锥角，转鼓公转角，如下图2-1所示：图2-2 转鼓结构 即：， 进动运动使转鼓上筛网的各条母线对轴线Z轴之间的倾斜角在一定范围内周期地变化,即： 最大值 最小值2.3.2欧拉角和角速度 定点运动之刚体的三个移动自由度被约束了，通常用三个欧拉角来描述其三个转动自由度，如图2-2所示：图2-3 定点运动的运动分析图为静止参数系，为与转鼓固定连接的动坐标系，与oz轴间的夹角称为章动角。平面与平面的交线on称为节线，按右手法则，oz轴以（小于）转至轴时，大拇指的方向为节线的正向。on与间的夹角称为自转角（注意：角在平面上）。ox与on间的夹角称为进动角（在平面上）。、就是用来描

37、述作定点运动的刚体位置的三个欧拉角。当、给定后，定点运动之刚体的位置就完全1确定了。 、随时间而变化，其函数关系为： （2-1） 这就是作定点运动的刚体的运动方程。 对于一般定点运动： （2-2） （2-3） （2-4） 、分别称为自转角速度、进动角速度和章动角速度。其正向分别沿着轴，oz轴和on轴的正方向。 进动离心机转鼓的运动为规则进动，其运动方程比较简单，形式为： （2-5）规则进动的的大小不随时间而变化，的大小和方向均不随时间发生变化，=0。是转鼓相对坐标系的角速度，则是相对静止坐标系的角速度，即转鼓的牵连角速度。直角坐标系对转鼓和静止坐标系均有运动，引用它可使某些动力学计算问题简化。

38、根据运动合成原理，作规则进动的转鼓的绝对角速度应等于和的几何和，即： （2-6）如下图2-3所示，绝对角速度的大小和方向按下式确定： （2-7） （2-8）图2-4 角速度合成图 已知转鼓自转调速范围,转鼓公转转速;即：, = =最大角速度为： = =190.3rad/s最小角速度为： = =52.8rad/s = =合成运动仍为一转动，但不是定轴转动，而是顺轴转动。显然及均以绕oz轴旋转，且三者都在同一平面上。瞬轴轨迹面将是一个半顶角为的圆锥面；的瞬轴轨迹面则为半顶角为的圆锥面。求得之后就可以求转鼓上各点的线速度和加速度。2.3.3线速度的计算转鼓上任一点的线速度，可按下式计算： （2-9）

39、式中 转鼓上任一点的矢径的大小按下式计算： （2-10） 式中 R该点至的垂直距离 当时，； 当时，； 最大线速度为： 最小线速度为： 的方向按右手规则垂直于与所在平面。2.3.4加速度的计算转鼓上任一点的加速度，可按下式计算： （2-11）其中为规则进动的角加速度。根据矢导数的特性可知，就是的端点的线速度，可按下式计算： （2-12）的大小为： （2-13）最大角加速度为： =最小角加速度为： =的方向按右手法则，将垂直于和所在的平面。转鼓上任一点的加速度由两部分所组成：转动加速度： （2-14）向心加速度： （2-15）向心加速度的方向垂直于，且指向，因此而得名。的大小为： （2-16）最

40、大向心加速度为： =最小向心加速度为： = 对规则进动离心机常用参数范围而言，通常比小得多，比较接近。2.3.5分离因数 （2-17） 最大分离因数为： = 最小分离因数为： = 由此可知：离心机的分离因数为第三章 转鼓的强度计算3.1 高速回转圆锥形壳体的应力和应变3.1.1鼓壁质量的离心力引起的鼓壁应力和应变高速回转下的圆锥形壳体，其鼓壁质量产生的离心力垂直于回转轴，在轴向没有分力，故不能产生经线方向的应力，即。鼓壁质量产生的离心力在壁面法线方向的分力、在鼓壁中引起的环向应力可按下式计算： (Pa) （3-1）式中 转鼓壁金属材料的重度 (N/m) 转鼓的回转角速度（/s） 锥形转鼓任意一

41、点处的内半径（m） 锥形转鼓的半锥角（度）选离心机转鼓材料为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈耐酸钢，密度，泊松比，弹性模量。在圆锥大口处的轴向应力为： =在圆锥小口处的轴向应力为： =从式（3-1）可见，在圆锥形转鼓的大口处周向应力最大，大口处周向应力最小，周向应力沿经线方向的分布是不均匀的。在鼓壁质量的离心力作用下，锥形转鼓任意半径的位移为： （3-2）式中 E转鼓材料的弹性模量 （Pa）在圆锥大口处的位移为： =在圆锥小口处的位移为： =由上式可见，锥形转鼓半径的位移和半径的立方成正比，故变形后锥形转鼓的经线必然呈弯曲形状，经线弯曲转角可用下式进行计算： （3-3）式中 锥形转鼓材料的泊松比

42、 取 在圆锥大口处的经线弯曲转角为： = 在圆锥小口处的经线弯曲转角为： =3.1.2被分离物料的离心力引起的应力和应变 如下图3-1所示，如果圆锥形转鼓装有顶盖，并且流体物料达到顶盖，在锥形转鼓任意半径处的经线应力可根据轴向力平衡条件计算：图3-1 （Pa） （3-4）式中 转鼓中流体物料的重度 (N/m) 转鼓的壁厚（m） 转鼓回转式流体的自由表面半径（m） 流体层中任意处半径（m）周向应力可由拉普拉斯方程式求得： (Pa) （3-5） 在锥形转鼓任意半径处的半径方向位移为： （3-6） 在锥形转鼓任意半径处的经线弯曲转角为： （3-7）假设分离固体为细煤，密度，液体为水。物料密度为： （

43、3-8） 式中 悬浮液中固相的质量浓度 取=0.6 悬浮液的密度 =根据分离物质为细煤和它的相关粒子大小等参数，假定转鼓的厚度为。在圆锥大口处的应力和应变为经向应力： =周向应力： = 半径位移： = =经线弯曲转角： = = 在圆锥小口（且认为）的应力和变形为经向应力： 周向应力： 半径位移： 经线弯曲转角： =如果锥形转鼓没有顶盖，或者液面上升未达到顶盖时，锥形转鼓壁内的经向应力等于零。3.1.3筛网等附件的离心力引起的鼓壁应力和应变 圆锥形转鼓中的筛网等附件在高速回转时作用于鼓壁表面的离心压力，等于筛网等附件产生的垂直于锥形转鼓轴线的离心压力在鼓壁法线方向的分量，此分量在锥形转鼓壁内引起的周向应力可由拉普拉斯方程式得到： （Pa） （3-9） 式中 筛网等材料的重度 (N/m) 筛网等附件的当量厚度 （m）选筛网等附件的材料与转鼓材料相等，即，取筛网等附件的当量厚度。在圆锥大口处的轴向应力为： =在圆锥小口处的轴向应力为： =因为筛网等附件的离心力垂直于回转轴，其轴向分力等于零，所以筛网等附件的离心力在锥形转鼓内部产生经向应力。半径位移： （3-10）在圆锥大口处的半径位移为： =在圆锥小口处的半径位移为： =经线弯曲转角： （3-11）在圆锥大口处的经线弯曲转角为： = =在圆锥小口处的经线弯曲转角为： = =上面