1 離心機(jī)工作原理
離心機(jī)是利用離心力分離在液體中含有顆粒的液-固體的懸浮液的設(shè)備。
它的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示,在外殼4上裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)子,外轉(zhuǎn)子是一個(gè)錐形起沉降作用的轉(zhuǎn)鼓5,兩端固定在空心轉(zhuǎn)軸2上,由右邊的皮帶輪9帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),內(nèi)轉(zhuǎn)子為一個(gè)在空心軸上裝有錐形葉片的螺旋推料器7,它由左端的差速器1帶動(dòng),旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)筒相同,差速器為行星輪減速器,它由外轉(zhuǎn)子通過空心軸2帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),使螺旋推料器的轉(zhuǎn)速比錐形轉(zhuǎn)鼓快20-50r/min,這個(gè)差值一般是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的1-2%,通常稱為差轉(zhuǎn)速。差轉(zhuǎn)速使螺旋推料器的螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而螺旋推料器可以推送固體物料。當(dāng)懸浮液從右端進(jìn)料口6連續(xù)加入時(shí),由于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下,物料聚集在轉(zhuǎn)鼓大端,形成一沉降區(qū)。在沉降區(qū)里,懸浮液中的固相物料受離心力的作用而沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上,并被螺旋推料器送到轉(zhuǎn)鼓小端的干燥區(qū),最后從卸渣口甩出。錐形轉(zhuǎn)鼓大端的端面上開有四個(gè)圓形口,達(dá)到一定的深度的澄清液從溢流口8流出,這樣就實(shí)現(xiàn)了固、液的分離。
2 差速器結(jié)構(gòu)分析
2.1差速器結(jié)構(gòu)
離心機(jī)差速器是由兩極行星齒輪系統(tǒng)組成,第一級(jí)為行星機(jī)構(gòu),第二級(jí)為差動(dòng)機(jī)構(gòu),齒形為漸開線形。其第一級(jí)與第二級(jí)均有三個(gè)行星齒輪。一級(jí)輸入軸?。ㄒ患?jí)太陽輪),通過搖臂與力矩保護(hù)裝置相連接,一級(jí)輸出軸與二級(jí)輸入軸(二級(jí)太陽輪)通過短齒漸開線花鍵聯(lián)接為一體(我們稱這一構(gòu)件為小三星盤蓋),二級(jí)輸出軸(大三星盤蓋),通過花鍵軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子相連接。一、二級(jí)內(nèi)齒圈與差速器外殼通過短齒漸開線花鍵聯(lián)結(jié)為一體,差速器外殼通過聯(lián)結(jié)盤與轉(zhuǎn)鼓相連接。
其工作原理為:當(dāng)離心機(jī)工作時(shí),轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)差速器外殼(即一、二 級(jí)內(nèi)齒圈)同步旋轉(zhuǎn)。由于一級(jí)輸入軸被為矩保護(hù)裝置所固定,因而形成了一級(jí)輸入軸與一級(jí)內(nèi)齒圈之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn),這種旋轉(zhuǎn)通過與兩者相嚙合的三個(gè)小行星齒輪按一定轉(zhuǎn)差傳遞給二級(jí)輸入軸(即行星機(jī)構(gòu))。二級(jí)輸入軸與二級(jí)內(nèi)齒圈之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn),又驅(qū)動(dòng)二級(jí)的三個(gè)大行星齒輪按一定轉(zhuǎn)差把相對(duì)旋轉(zhuǎn)傳遞給二級(jí)輸出軸(即差動(dòng)機(jī)構(gòu))。由于二級(jí)輸出軸是通過花鍵軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子相連接的,從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),這樣使離心機(jī)完成了的整個(gè)分離過程。差速器結(jié)構(gòu)見圖:
2.2主要存在的問題
進(jìn)口差速器的結(jié)構(gòu)中一、二級(jí)內(nèi)齒圈依靠加工過盈量將其鑲?cè)氩钏倨鳉んw內(nèi),再通過緊固銷徑向定位,防止內(nèi)齒圈在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng);國產(chǎn)差速器則將一、二級(jí)內(nèi)齒圈與殼體制成一體,同時(shí)國內(nèi)外產(chǎn)差速器的小行星盤蓋與第二級(jí)中心太陽齒輪均制成一體。
上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是內(nèi)齒圈和殼體為一整體,第二級(jí)中心太陽輪與小行星盤蓋制成鋼性整體,若加工精度不高,必然造成各行星輪與太陽輪的嚙合力不均勻,齒面磨損增加或易產(chǎn)生斷齒。尤其國產(chǎn)差速器有一齒損壞,就會(huì)導(dǎo)致殼體報(bào)廢 ,增加了運(yùn)行成本。差速器是在高速、重載、不斷承受沖擊交變載荷的惡劣工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn),故要求差速器的抗過載沖擊及抗扭震性能要好。目前普遍使用的差速器由于其結(jié)構(gòu)存在缺陷,使其加工難、噪音大、壽命短、不易維修。針對(duì)以上缺點(diǎn),我們對(duì)差速器進(jìn)行了改造。
3 技術(shù)改造方案
3.1傳遞扭矩方面
我們?cè)谠O(shè)計(jì)上充分考慮差速器在實(shí)際使用中容易出現(xiàn)的故障,一級(jí)行星機(jī)構(gòu)中,齒輪模數(shù)是DP18相當(dāng)于公制模數(shù)1.411mm(公制模數(shù)=25.4/英制徑節(jié)=25.4/18=1.411),不管是操作不當(dāng)也罷,還是維修不及時(shí)也罷,在實(shí)際應(yīng)用中,齒輪和齒圈磨損較快。因此相應(yīng)加大齒輪模數(shù),這樣可以提高傳動(dòng)強(qiáng)度,使傳遞扭矩能力明顯提高。我們一級(jí)齒輪選用模數(shù)m=3mm,二級(jí)齒輪選用模數(shù)m=4mm,從而提高了齒輪的強(qiáng)度,降低了齒輪被損壞的故障率。
3.2抗扭震性方面
因?yàn)樗蛛x物料的特性,引起扭震而造成主機(jī)和差速器的損壞是一種危害很大的常見故障。我們具體改造的方法是:大、小內(nèi)齒圈與差速器殼體、二級(jí)太陽輪與小三星盤蓋 ,都是通過短齒漸開線花鍵聯(lián)接傳遞動(dòng)力。齒圈模數(shù)m=2mm,齒數(shù)z=184, 壓力角α=30。,二級(jí)太陽輪模數(shù)m=2mm,齒數(shù)z=22, 壓力角α=30。,采用這種結(jié)構(gòu),有三方面的優(yōu)點(diǎn):
1)這種浮動(dòng)方式是靠基本構(gòu)件本身,沒有固定的徑向支承(通過齒聯(lián)接就有齒 側(cè)間隙),在受力不平衡的條件下能夠做徑向游動(dòng),從而使各行星齒輪均勻分擔(dān)載荷。
2)大、小內(nèi)齒圈通過齒與殼體聯(lián)接 ,對(duì)于裝配和維修都很方便 。
3)二級(jí)中心太陽輪與小三星盤蓋通過短齒漸開線花鍵聯(lián)接,既是一個(gè)浮動(dòng)環(huán),又改善了加工性能,使兩個(gè)零件的精度都宜保證。
3.3承載能力方面
改造的行星齒輪支撐結(jié)構(gòu),直接采用行星軸作為滑動(dòng)軸承來支撐。行星軸采 用特殊牌號(hào)的高鉛錫青銅材料制作,此合金含有極高的鉛 (Pb 的重量為?。保叮ァ。玻玻ィ?,錫?。ǎ樱睢〉闹亓繛椤。叮ィ福ィ⑸倭康匿\(Zn?。肌。保玻埃ィ?、鎳(Ni<l%),其余為銅。該合金鑄成的滑動(dòng)軸承,有優(yōu)異的抗劃傷和抗滯塞特性 ,其使用壽命遠(yuǎn)超過常規(guī)的軸承合金,由于鉛呈顆粒狀存在,具有自潤滑功能,因此該合金適用于 高速、磨損厲害、潤滑條件差的工作環(huán)境,抗載能力顯著提高。
3.4運(yùn)行溫度方面
改造后的齒輪及零件的精度、光潔度都要求很高,外齒的齒形、齒頂都進(jìn)行修緣處理,從而降低傳動(dòng)元件之間的摩擦阻力。而且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,行星輪與行星軸之間留有徑向間隙,使?jié)櫥湍艹浞值亓鞯交瑒?dòng)軸承表面上,這樣兩者之間形成油膜,所以潤滑性能好,運(yùn)行溫度低。
3.5齒輪壽命方面
我們?cè)谶x材上,所有的外齒輪均采用優(yōu)質(zhì)合金低碳鋼20CrMnTi,該材料耐磨、抗彎強(qiáng)度沖擊韌性好。大、小內(nèi)齒圈采用優(yōu)質(zhì)合金中碳鋼?。矗玻茫颍停?, 該材料有較高的疲勞強(qiáng)度和抗沖擊能力,沖擊韌性良好。
在熱處理上,所有的外齒輪均采用滲碳淬火方式,除保證表面硬度外,還根據(jù)齒輪的磨數(shù),制定相應(yīng)的滲碳層深度。碳層太薄 ,易產(chǎn)生表面剝落及壓陷,太厚齒輪太脆 ,反而降低齒輪的抗彎強(qiáng)度及耐沖擊能力。因此在熱處理時(shí),嚴(yán)格控制爐溫及時(shí)間,保證合理的滲碳層深度。
對(duì)于內(nèi)齒圈,由于結(jié)構(gòu)原因不能進(jìn)行磨齒,所以我們采用離子氮化處理。這種熱處理方法,變形最小,可以保證精度。通過選材和熱處理方面的改造,齒輪的使用壽命以前延長(zhǎng)近一倍。
4 結(jié)論
經(jīng)過對(duì)離心機(jī)差速器進(jìn)行技術(shù)改造,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上比進(jìn)口差速器簡(jiǎn)單、緊湊,大大改善了加工工藝性能,而且標(biāo)準(zhǔn)化程度大大提高,齒輪的模數(shù)、軸承、骨架油封、螺栓等均采用公制標(biāo)準(zhǔn)系列,這樣易于生產(chǎn)和加工,更易于保證零部件的加工精度,同時(shí)拆裝方便,承載能力大,均載效果好,達(dá)到了運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),運(yùn)行溫度低,噪音小,齒輪壽命長(zhǎng)等目的,保證離心機(jī)長(zhǎng)周期、高效的運(yùn)行。
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