2704 高剪切均質機,剪切,均質機 高剪切均質機的設計第 1 頁 共 22 頁1 緒論剪切式均質技術作為一種新型微米技術，已廣泛應用于食品、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)對有關流體、半流體產(chǎn)品品質所必不可少的工藝過程。國外早在 30 年前就產(chǎn)生并使用均質機，且應用于生產(chǎn)。目前，已有美國、日本、德國等 10 多個國家生產(chǎn)均質機。剪切式均質機作為均質機械中的佼佼者，也被廣泛的認識和研究。自從 1948 年德國 FLUKO 公司首次發(fā)明了應用高剪切原理制成分散乳化設備，高剪切分散乳化設備已經(jīng)出現(xiàn)了多種系列產(chǎn)品，在世界均質機械行業(yè)處于領先地位。近 40年來，國外，特別是歐洲一些國家在高剪切分散均質機行業(yè)得到迅速發(fā)展，并在很多領域發(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設備基本上上是采用定一轉子型（stator-rotor）結構作為均質頭，在電機的高速驅動下（300-10000r/min） ，物料在轉子與定子之間的間隙內高速運動，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)調作用力下，得到充分的分散、乳化、破碎，達到要求的的效果。美國和德國在剪切式均質機的研究和開發(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先高科技產(chǎn)品。我國的均質機研究產(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)均質機，而且大多是傳統(tǒng)的高壓均質設備。隨著國外剪切式均質機的迅速發(fā)展，近年來，國內許多科研人員，制造和使用廠家也開始重視對剪切式均質機的研究工作。目前，已建立了與國外廠商聯(lián)營、合資研制生產(chǎn)剪切式均質機的公司。如上海菲魯克（FLUKO）機電設備有限公司；中美合資南通羅斯（ROSS）混合設備有限公司等?，F(xiàn)在國內有許多廠家開始生產(chǎn)高剪切均質機，如東市長江機電有限公司、上海環(huán)保設備總廠、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機。1.1 高剪切均質機的均質原理剪切均質機基于超剪切原理，實現(xiàn)固相的微化和液相的乳化。目前采用剪切式均質機主要工作部件為一級或多極的相互嚙合的定轉子又有數(shù)層齒圈。其均質乳化有以下方面：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粒化，液力剪切分層流剪切和湍流剪切。在層流區(qū)域，流體在定轉子槽道內流動時，流體內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。流體在江南大學畢業(yè)論文第 2 頁 共 22 頁同軸圓筒之間成為旋轉流，由于兩圓筒速度不同，間隙內流體層之間存在速度梯度，產(chǎn)生剪切力。如圓筒設為定子和轉子，在定轉子間隙很小情況下，轉子速度越大，定轉子間隙越小，則最大剪切越大。而對于纖維物料處理時，在由高速旋轉的定轉子形成的流場內，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?，當速度達到一定值時，流體各層之前產(chǎn)生的剪切應力大于纖維物料的臨界剪切應力，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，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怯捎诖罅繗馀蓦S壓力升高而瞬間潰滅而產(chǎn)生的高速微射流，速度可達到 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。高頻壓力振動是由于定轉子齒槽時開時閉時產(chǎn)生的，高頻壓力波對果疏汁等含液-液相的物料可達到很好的均質效果。3 機械撞擊、剪切作用對于含固體顆粒物料的粉碎均質，機械剪切與撞擊起主導作用，轉子帶有葉高速旋轉產(chǎn)生強大的離心力場，在轉子中心形成很強的負壓區(qū)，料液（液液或液固混合物）從定轉子中心被吸入，在離心力地作用下，物料由內圈向外圈運動，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—轉子結構示意圖高剪切均質機的設計第 3 頁 共 22 頁圖 1-2 高剪切粉碎機定轉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。轉子帶有葉片高速旋轉產(chǎn)生強大的離心力場，在轉子中心形成的負壓區(qū)，料液（纖維物料與流體混合物）從定轉子中心被吸入，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側窄隙間受到剪切，然后進入內圈轉齒與定齒的窄小的間隙內，在機械力和流體力學效應的作用下，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。隨著轉齒的線速度由內圈向外圈逐漸增高，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。以下是定子和轉子的實物圖。圖 1-3 定子—轉子實物圖1.2 電動機與轉軸連接形式通常，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；結構簡單、成本低廉。當然他也有不少缺點；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)線中設計使用的高剪切均質機，其功率不算大，所以其整個機體的尺寸也較小。聯(lián)軸器的結構簡單，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軸用聯(lián)軸器直接連接起來，做成臥式結構，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 所江南大學畢業(yè)論文第 4 頁 共 22 頁示。 上1-32 圖 1-4 電動機遇轉軸聯(lián)結簡圖2 均質機的設計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.電動機外殼結構形式:在本設計的生產(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構,其在本身轉軸上(封閉部分以外)裝有風扇,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,堵轉轉距高、噪聲低、振動小,運行安全可靠.能防止灰塵、鐵屑或其他雜務侵入電機內部;具有與 Y 系列相同的用途于驅動無特殊要求的各種機械設備,如水泵、鼓風機、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、礦山機高剪切均質機的設計第 5 頁 共 22 頁械等.已知電動機的驅動功率為 22KW.查機械設計手冊(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.轉速為 2940r/min.如圖 2-1 所示,上2-1 圖 2-1 電動機簡圖2.2 軸的設計與校合2.2.1 軸的設計3npCD?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,KWn-軸的轉速,r/min電機和軸之間使用一彈性聯(lián)軸器相連 92.01??軸用滾動球軸承支撐 2軸選用材料:1Cr17Ni2,取 C=140（不銹鋼 C 一般為 125-145） ，P= ,n=2940r/min,KWP6.19.02.21 ?????機所以 mD.746.03?考慮到軸上要開鍵槽,所以直徑放大 7%左右所以 D=27.2+27.2 7%=29.1mm?又因為軸上每個轉子處要開兩個鍵槽,所以去=取 D=35mm2.2.2 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 ;NGNG30,98,7021??由于軸的轉速較高,所以轉子產(chǎn)生的偏心力得加以考慮,偏心力,其中 m 為轉子的偏心質量, 為偏心距,NmrF8.21)9(10465' 3321 ???????? .r江南大學畢業(yè)論文第 6 頁 共 22 頁所以 。NF8.2132?F13G2G3ABaFb上- 圖 2-2 軸的受力簡圖4.1Nm89-.上2- 圖 2-3 軸的彎矩和成圖 -160.8N753.上2 圖 2-4 軸的扭矩圖軸的材料為 1Cr17Ni2,,經(jīng)淬回火后,其許用應力 ,做出軸的彎距圖,如圖 2-??Mpab2301???3 所示,則 M=-44.1 m?軸的轉矩:mNnpT????2.10794590軸的扭矩圖如圖 2-4 所示,則危險截面的當量彎矩: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 處高剪切均質機的設計第 7 頁 共 22 頁截面最危險,其當量彎矩為:22)(TMe???如認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)變應力,取折合系數(shù),代入上式可得:mNe ???0.78).16.0(.422所以 ??be pad133.851.7.0??????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, G23ABFabP=9.43m上- 圖 2-5 軸的受力簡圖當量作用力 P 處的撓度最大,且最大撓度 ,其中 E 為材料的彈性摸量,EIplf3??mlp43?查得 1Cr17Ni2 在 20℃時的 E 為 ;當軸為等直徑時, .Ma5106.2?46dI?求軸的當量直徑;查機械設計手冊④得不等直徑的階梯軸的當量直徑 的計算公式為 m??niimdlL14式中 —階梯軸 i 段的長度;il—階梯軸 i 段的直徑iL—兩支承之間的長度;當載荷作用于兩支承之間時,L=1; 當載荷作用于兩懸臂時,L=1+K;K—軸的懸臂長度.江南大學畢業(yè)論文第 8 頁 共 22 頁所以mdm 4.35601571342935016244 ????所以 f 2..0.45?????因為轉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;本質均機轉軸轉速較高,載荷不大,主要承受徑向載荷,但其旋轉精度要求較高,且支承剛度較高,所以可成對采用深溝球軸承.當軸承內徑相同時,外徑愈小,滾動體愈小愈輕,運轉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,軸承內部各元件見,均存在不同程度的相對滑動,從而導致摩擦發(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 代表軸承內徑(mm),a 代表軸承的轉速(r/min),當 <(1.5～2) 時,一般可采用潤滑脂潤滑,n?510min/r?在此 =60 2940=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、水分和其他雜務進入軸承.此外,潤滑脂的不足或過多,都會導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.高剪切均質機的設計第 9 頁 共 22 頁所以選用軸承為 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。 上2-31 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）轉距范圍/N m?10～20000 6.3～16000 16～25000軸徑范圍/mm 10～180 9～170 12～140最高轉距/ 1in?r13000～1400 8800～1150 15300～1100軸向/mm較大 1.2～5.0徑向/mm0.2～0.6 0.5～1.8許用相對位移角向要求兩軸嚴格精確對中1°30′～0°30′ 1°～2°特點及應用說明機構簡單，工件可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉距大，但不能吸收沖擊。當兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，結構緊湊，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，當位移量太大時，彈性件容易損壞，主要用于一結構簡單，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，適應范圍廣，可用于各種中小功率的水平和江南大學畢業(yè)論文第 10 頁 共 22 頁適用于工件平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度般的中小功率傳動軸系，工作溫度-20～70℃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矩 mNnpT????2.10794590查機械設計基礎 表 17-1,得 .AK所以 KAc ???8.162.75.1由機械設計手冊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密封和往復密封兩種基本類型。目前，常用于旋轉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軸密封等。機械密封又稱端面密封，是旋轉軸用動密封，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，均質高剪切均質機的設計第 11 頁 共 22 頁腔底盤中心有凸緣回轉臺，以及用來排除液料的渦輪結構防止了大部分的含顆粒料液進入，避免了因介質壓力與彈簧力的方向相反而相互縣的泄露。但是，當啟動時，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、水類介質中一般可達 1～2 年或更長時間，在化工介質中通常也能達半年以上；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、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。但其也有一些缺點：結構較復雜，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。本均質機在工作中要求密封處基本上無泄露，一旦泄露，會對機內的物料造成污染。綜上考慮，在此選用機械密封。對于軸： srad/986024????機械密封處線速度： smv/465.98103????2.5.1.3 機械密封結構形式的選擇對本均質機調查后可發(fā)現(xiàn) ①介質為液體，起壓力為 2 公斤，溫度在 0℃～80℃范圍內，軸徑為 42mm 轉速為 2940r/min。 ②介質特性—介質壓力低，無腐蝕性，無固體顆粒及纖維雜質，且不宜汽化和結晶。 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；周圍氣氛性質良好，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結構簡單、容易制造。簡單油封一次便可以模壓成型，即使最復雜的油封，制造工藝不復雜。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江南大學畢業(yè)論文第 12 頁 共 22 頁輕。 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性。 ⑤裝拆容易、檢修方便。⑥價格便宜。油封對內可封油，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）適用介質 油、水及弱腐蝕性液體壽命 500～2000h油封處線速度： smrv/70.9810253??????2.5.2.3 油封的結構在此選擇橡膠骨架結構 把沖壓好的金屬骨架包在橡膠之中，成為內包骨架型，其制造工藝稍微復雜一些。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軸唇形密封圈選用內包骨架有副唇的密封。對于外部環(huán)境多灰塵、雨水及雜質等場合，應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、轉子、葉片結構與尺寸的確定2.6.1 定子與轉子的設計紡織漿料的均質步驟，在整個生產(chǎn)工序中非常重要，此工序中的主要部件—高剪切均質機，其中的關鍵部件為定—轉子部件，其結構的優(yōu)劣對生產(chǎn)的產(chǎn)品的質量有非常大的影響。2.6.1.1 定子的設計高剪切均質機的設計第 13 頁 共 22 頁定子的材料為 ZG0Cr13Ni4Mn,其結構與尺寸如圖 2-8 及表 2-2 所示，374061643029.5上- 圖 2-8 定子結構圖表 2-2 定子結構主要尺寸名稱 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動。2.6.1.2 轉子的設計轉子的材料也是 ZG0Cr13Ni4Mn，其結構與尺寸如圖 2-9 及表 2-3 所示，上2-61圖 2-9 轉子結構圖江南大學畢業(yè)論文第 14 頁 共 22 頁表 2-3 轉子結構主要尺寸名稱 轉子直徑 轉子高 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轉子與葉片做成分離式，便于裝拆。2.6.2 葉片的設計葉片的材料也是 ZG0Cr13Ni4Mn，葉片的設計參考離心泵葉片的設計，考慮到處理的是含固體顆粒的固-液相的液料，因此將葉片設計成開啟式后彎葉片渦輪，這種渦輪直徑小，葉片寬，轉速高，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%，其結構與尺寸如圖 2-10 及表 2-4 所示，??)cos()sin(3.1t???7.5上2-6 圖 2-10 葉片結構圖表 2-4 葉片結構主要尺寸名稱 葉片直徑 葉片總高 葉片高 葉片數(shù)目數(shù)值（mm）85 48 30 5高剪切均質機的設計第 15 頁 共 22 頁2.6.3 葉片和轉子的裝配關系葉片和轉子均做成分離式，其裝配非常方便，其裝配關系如圖 2-11 所示上2-631 圖 2-11 葉片和轉子裝配2.7 固定葉片和轉子的鍵的選用與效核 lbh/2上-71 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4510?松鍵聯(lián)結。2.7.2 鍵的效核江南大學畢業(yè)論文第 16 頁 共 22 頁如圖 2-12 所示，查機械設計基礎表 10-10，得 鍵的擠壓強????Mpap50,13???度效核：pp MadhlT?????7.24583.1075.43所以所選鍵的擠壓強度符合要求。鍵的剪切強度效核：???? ????pabldT08.9354105.2.7.12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 固定葉片和轉子的螺栓的效核一隊轉字齒盤與葉片用 5 個均布的螺栓聯(lián)結，螺栓 ，材料205783/168??TGBM位不銹鋼。各螺栓受力 54321rrTFB??式中 T—軸所傳遞的轉矩；r—各螺栓中心線與轉軸中心線的距離，所以 NB6405.321073??單個螺栓預緊力 ，mfFKBp?式中 —可靠性系數(shù)，取 ；fK1.fM—接合面數(shù)目，m=1；F—接合面摩擦系數(shù)，取 f=0.15,所以 Np3.46915.0??214dFp??式中 —螺紋小徑，1d所以 ，Mpa168.4392?????高剪切均質機的設計第 17 頁 共 22 頁又 ，??Ss??—材料屈服極限， =900Mpa;s sS—緊螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，取 S=5，所以 ，??Mpa18059??，??6?所以此處固定所用的螺栓符合強度要求。2.9 支座的設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。設計中要注意的一些問題有：支座的設計主要應保證剛度、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則是剛度。2 強度 強度是評定重載支座工作性能的基本準則。3 穩(wěn)定性 支座受壓結構及受壓彎結構都存在失穩(wěn)問題。此外，再滿足強度和剛度的前提下，支座設計應盡量滿足其設計中的一般要求：1 支座的重量應要求輕、成本低。2 抗振性好。把受迫振動限制在允許范圍內。3 噪聲小。4 溫度場分布合理，熱變形對精度的影響小。5 結構設計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工。6 結構力求便于安裝與調整，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。參考已有均質機的支座設計，本均質機支座的結構如圖 2-13 所示，上2-91圖 2-13 指座結構圖江南大學畢業(yè)論文第 18 頁 共 22 頁2.10 物料 2 進口、出口尺寸的確定本均質機的處理量約為 （包括水在內） ，由 ，Q—處理量，hm/153 tr????2；r—進口內徑，m; —舞料進口流速，m/s; t—時間，s.hm/3 ?有 mtQ0.21.036????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 此處內螺紋選用圓柱內螺紋 G1 1/2；對于物料出口，查機械設計手冊（新版） 1 選用圓柱外螺紋 G1 1/4。2.11 轉軸的加工工藝轉軸的機械加工工藝過程如表 2-5 所示。2.12 設備安裝、調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 裝配前應對零、部件的主要配合尺寸，及相關精度進行復查。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，運轉平穩(wěn)，無沖擊。要求各聯(lián)接件、緊固件不松動。密封處、結合處無泄露。⑤ 底座和機身涂黃色油漆。高剪切均質機的設計第 19 頁 共 22 頁表 2-5 轉軸機械加工工藝過程工序號工序名稱工序內容要求 基面 設備1 下料 不銹鋼 1Cr17Ni2 10658??鋸床2 車 光右端面，加工右端外形 ，7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 507??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—1877 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 ， ，2503??934， ，12M60??，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（調頭）， ，8450?0386?， ，過渡圓、倒角、形327?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 絲錐江南大學畢業(yè)論文第 20 頁 共 22 頁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）總結和展望翻閱了大量資料的基礎上，對紡織漿料真空超細粉碎系統(tǒng)和關鍵技術裝備進行了研究和設計。其中重點做了一級高剪切均質機的設計，設計中許多地方參考了已有產(chǎn)品的設計經(jīng)驗。計中在決定其轉軸和電動機的聯(lián)結方式是，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意見。相信隨著國內高剪切均質機的迅速發(fā)展，加之國內許多科研人員、制造和使用廠家對剪切式均質機研制工作的重視，高剪切均質機會逐漸遍及生產(chǎn)和生活的各個領域。高剪切均質機的設計第 21 頁 共 22 頁致謝在設計過程中為本人做出指導的裘子劍老師，范豐老師等從生產(chǎn)實踐到課題的設計計算都付出了辛勤的汗水，在設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計過程中給予過我?guī)椭母魑煌瑢W表示誠摯的感謝江南大學畢業(yè)論文第 22 頁 共 22 頁參考文獻[1]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（1）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[2]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（2）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（3）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[4]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（4）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[5]中國機械工程學會.中國機械設計大典（3）[M].江西科學技術出版社.2002.[6]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.[7]吳宗澤，羅圣國.機械設計—課程設計手冊[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用技術[M].江南大學.[10]楊詩斌，徐凱，張志森.高剪切機高均質機理研究及其在食品工業(yè)中的應用[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.剪切式均質機的結構與理論研究[J].食品與機械，2001， （3）.[13]蔣迪清，唐偉強.食品通用機械與設備[M].華南理工大學出版社.[14]楊可楨，程光蘊.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，1999.[15]胡長鷹，王有倫，陸振曦.高剪切均質機機理研究[J].化工裝備技術，1997，18（1）.