轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)計(jì)算.docx

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1、轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度計(jì)算離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)百至數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的高速回轉(zhuǎn)殼體。高速回轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)要產(chǎn)生很大的應(yīng)力，這些應(yīng)力是由于高速回轉(zhuǎn)時(shí)，鼓壁金屬的自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，及在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上所附著的篩網(wǎng)，物料和液體層所產(chǎn)生的離心力都作用在鼓壁上，使轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。因此，轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度計(jì)算必須同時(shí)考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)組合部件，由筒體，頂蓋及鼓底等幾部分組合而成。組成轉(zhuǎn)鼓的基本零件的形狀有圓筒形、圓錐形及平板型。轉(zhuǎn)鼓的本體有圓筒或圓錐形殼體等，他們屬于高速回轉(zhuǎn)殼體。轉(zhuǎn)鼓的頂蓋及鼓底等其受力狀態(tài)如同高速回轉(zhuǎn)

2、圓盤(pán)及薄板。除此之外，在轉(zhuǎn)鼓本體和頂蓋，鼓底相連接處，以及某些轉(zhuǎn)鼓的圓筒形部分和圓錐形部分的連接處，由于其變形互相受到約束而產(chǎn)生邊緣應(yīng)力。雖然這種邊緣應(yīng)力一般都僅僅局限在邊緣連接處附近，并隨著遠(yuǎn)離邊緣距離的增加而迅速衰減。但是一般在工程設(shè)計(jì)中，由于局部區(qū)域也可能達(dá)到最大值，故對(duì)高速回轉(zhuǎn)件，除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上設(shè)法盡量減小邊緣應(yīng)力，縮小邊緣效應(yīng)的影響之外，在邊緣連接處的危險(xiǎn)點(diǎn)還要校驗(yàn)其邊緣應(yīng)力，使之不超過(guò)允許值。轉(zhuǎn)鼓本體的應(yīng)力計(jì)算主要采用無(wú)力矩理論進(jìn)行分析，因?yàn)殡x心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的直徑比一般壁厚大得多，在δ/R≧0.1時(shí)，（δ為轉(zhuǎn)鼓壁的厚度，R為轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半

3、徑），用無(wú)力矩理論分析鼓壁的應(yīng)力和變形是足夠準(zhǔn)確的。對(duì)于兩個(gè)零件相連接的節(jié)點(diǎn)，由于變形受到約束，在連接處會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的彎矩和彎曲應(yīng)力。這個(gè)彎曲應(yīng)力有時(shí)有可能超過(guò)無(wú)力矩理論計(jì)算所得的薄膜應(yīng)力，這時(shí)就需要在計(jì)算薄膜應(yīng)力的同時(shí)計(jì)算彎矩和彎曲應(yīng)力。關(guān)于邊緣局部區(qū)域的應(yīng)力和變形將按有力矩理論進(jìn)行分析。1、鼓壁質(zhì)量的離心力引起的應(yīng)力和變形高速回轉(zhuǎn)下的圓筒形轉(zhuǎn)鼓，鼓壁金屬本身質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力對(duì)圓筒形鼓壁的作用，就像薄壁圓筒承受內(nèi)、內(nèi)壓一樣。但是由于筒壁質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力，其方向是離開(kāi)回轉(zhuǎn)軸而沿半徑方向向外的，因此它在軸線方向沒(méi)有分量，故筒壁金屬自身質(zhì)量產(chǎn)

4、生的離心力，不可能在筒壁內(nèi)產(chǎn)生經(jīng)線方向的應(yīng)力，而只產(chǎn)生周向力，可用下列拉普拉斯方程進(jìn)行計(jì)算+=（2-1）圖2-1圓筒形轉(zhuǎn)鼓示意圖設(shè)轉(zhuǎn)鼓壁的半徑為R，鼓壁的厚度為S，高度為L(zhǎng)，密度為，在轉(zhuǎn)鼓上劃出密度為α的細(xì)條，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓以一定的角度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)鼓細(xì)條單元所產(chǎn)生的離心力為C=LαSR(2-2)由于S<

5、===（2-4）由轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量所產(chǎn)生的離心壓力的方向是垂直于軸線而指向外的，因此，它不產(chǎn)生軸向力，也不產(chǎn)生徑向力，即（2-5）由式（2-4）、（2-5）可推導(dǎo)得出：（2-6）即離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的最大圓周速度僅取決于轉(zhuǎn)鼓材料的許用拉應(yīng)力[σ]及密度。因此對(duì)于超高速離心機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓要選用強(qiáng)度高而密度小的材料制作。2圓筒形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料質(zhì)量引起的轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力對(duì)于立式離心機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料在高速回轉(zhuǎn)時(shí)，液面基本為平行于軸線的同心圓柱面；而臥式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料表面為平行于軸線的同心圓柱面。其受力分析圖如下：圖2-2物料作用在轉(zhuǎn)鼓上的離心壓力若想求出物料質(zhì)量

6、引起的鼓壁應(yīng)力，首先須導(dǎo)出物料在高速回轉(zhuǎn)時(shí)作用于鼓壁的離心壓力。為此在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)任取一微塊的物料（如圖2-2），其體積為dV=ρdρdθdy。設(shè)物料的密度為，則物塊所受的離心力為dF=dρdθdy(2-7)根據(jù)物塊在徑向上的平衡條件可得(p+d)(+d)dθdy-pρdθdy-2sindρdy=dF因dθ很小，所以sin=化簡(jiǎn)得=ρ積分得p=+C（2-8）上式中的積分常數(shù)C由邊界條件來(lái)確定：ρ=時(shí)，p=0，則式（2-8）可得C=代入式（2-8）后，得到物料作用于轉(zhuǎn)鼓壁上的離心壓力為=（2-9）由上式可見(jiàn)，物料層產(chǎn)生的離心壓力伴隨半徑ρ的變化而變化

7、，當(dāng)ρ=R時(shí)，離心壓力達(dá)最大值，即=（2-10）求得了離心壓力，就可以分析鼓壁的應(yīng)力和形變，根據(jù)軸向平衡條件可得：2∏RS===（2-11）離心壓力引起轉(zhuǎn)鼓壁上的環(huán)向應(yīng)力可由拉普拉斯方程式求得：===（2-12）式中K—轉(zhuǎn)鼓的填充系數(shù)，K=1-對(duì)于有頂蓋和鼓底的轉(zhuǎn)鼓，離心壓力不僅作用在轉(zhuǎn)鼓壁上，同時(shí)也作用于頂蓋和鼓底上。作用于頂蓋和鼓底上的離心壓力將引起轉(zhuǎn)鼓壁的徑向應(yīng)力，此應(yīng)力的大小可根據(jù)軸向力的平衡條件而求得。其平衡條件為2∏RS==（2-13）則物料離心力在轉(zhuǎn)鼓上引起的徑向力為==（2-14）3圓筒形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的篩網(wǎng)質(zhì)量引起的鼓壁應(yīng)力過(guò)濾式離

8、心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)側(cè)，均勻的布滿(mǎn)著篩網(wǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，篩網(wǎng)質(zhì)量也就產(chǎn)生離心力作用在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上。著相當(dāng)于轉(zhuǎn)鼓受壓，使鼓壁產(chǎn)生壓力。作用在鼓壁單位面積上的離心壓力為=