轉(zhuǎn)鼓設計計算.docx

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1、轉(zhuǎn)鼓的強度計算離心機轉(zhuǎn)鼓是一個每分鐘轉(zhuǎn)動數(shù)百至數(shù)萬轉(zhuǎn)以上的高速回轉(zhuǎn)殼體。高速回轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)要產(chǎn)生很大的應力，這些應力是由于高速回轉(zhuǎn)時，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)生相應的應力。因此，轉(zhuǎn)鼓的強度計算必須同時考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應力。離心機的轉(zhuǎn)鼓是一個組合部件，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)生邊緣應力。雖然這種邊緣應力一般都僅僅局限在邊緣連接處附近，并隨著遠離邊緣距離的增加而迅速衰減。但是一般在工程設計中，由于局部區(qū)域也可能達到最大值，故對高速回轉(zhuǎn)件，除了在結(jié)構(gòu)設計上設法盡量減小邊緣應力，縮小邊緣效應的影響之外，在邊緣連接處的危險點還要校驗其邊緣應力，使之不超過允許值。轉(zhuǎn)鼓本體的應力計算主要采用無力矩理論進行分析，因為離心機轉(zhuǎn)鼓的直徑比一般壁厚大得多，在δ/R≧0.1時，（δ為轉(zhuǎn)鼓壁的厚度，R為轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半

3、徑），用無力矩理論分析鼓壁的應力和變形是足夠準確的。對于兩個零件相連接的節(jié)點，由于變形受到約束，在連接處會產(chǎn)生相當大的彎矩和彎曲應力。這個彎曲應力有時有可能超過無力矩理論計算所得的薄膜應力，這時就需要在計算薄膜應力的同時計算彎矩和彎曲應力。關于邊緣局部區(qū)域的應力和變形將按有力矩理論進行分析。1、鼓壁質(zhì)量的離心力引起的應力和變形高速回轉(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，其方向是離開回轉(zhuǎn)軸而沿半徑方向向外的，因此它在軸線方向沒有分量，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)線方向的應力，而只產(chǎn)生周向力，可用下列拉普拉斯方程進行計算+=（2-1）圖2-1圓筒形轉(zhuǎn)鼓示意圖設轉(zhuǎn)鼓壁的半徑為R，鼓壁的厚度為S，高度為L，密度為，在轉(zhuǎn)鼓上劃出密度為α的細條，當轉(zhuǎn)鼓以一定的角度ω旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)鼓細條單元所產(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）可推導得出：（2-6）即離心機轉(zhuǎn)鼓的最大圓周速度僅取決于轉(zhuǎn)鼓材料的許用拉應力[σ]及密度。因此對于超高速離心機，其轉(zhuǎn)鼓要選用強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)鼓應力對于立式離心機，其轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料在高速回轉(zhuǎn)時，液面基本為平行于軸線的同心圓柱面；而臥式離心機轉(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、引起的鼓壁應力，首先須導出物料在高速回轉(zhuǎn)時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由邊界條件來確定：ρ=時，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，物料層產(chǎn)生的離心壓力伴隨半徑ρ的變化而變化

7、，當ρ=R時，離心壓力達最大值，即=（2-10）求得了離心壓力，就可以分析鼓壁的應力和形變，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)鼓壁的徑向應力，此應力的大小可根據(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)量引起的鼓壁應力過濾式離

8、心機的轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)側(cè)，均勻的布滿著篩網(wǎng)。當轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時，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=