畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-橢球布料盤(pán)催化劑密相裝填成套裝置設(shè)計(jì)

1、橢球布料盤(pán)催化劑密相裝填成套裝置設(shè)計(jì) 摘要：國(guó)內(nèi)外顆粒物料的裝填，尤其是催化劑顆粒的裝填工作，在其相關(guān)的領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。本課題設(shè)計(jì)了一種利用顆粒物料在旋轉(zhuǎn)的橢球型布料盤(pán)中通過(guò)離心力作用將顆粒物料從布料盤(pán)的開(kāi)口中均勻的拋灑出去，從而到達(dá)物料均勻、密相裝填效果的一種裝置。設(shè)計(jì)按照J(rèn)B/4735-1997?鋼制焊接常壓容器?進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收。裝置的材料選用：工作壓力為常壓，工作溫度為常溫。裝填的物料為，物料密度為。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行了設(shè)備材料的選擇，運(yùn)轉(zhuǎn)功率的計(jì)算，布料盤(pán)的強(qiáng)度校核和開(kāi)口槽對(duì)數(shù)螺旋線的說(shuō)明與應(yīng)用，主軸的計(jì)算，齒輪和軸承的選取和校核，電機(jī)的選取及耳式支座的選取，繪制了設(shè)計(jì)裝

2、置的總裝配圖及相關(guān)零件圖。本設(shè)計(jì)裝置主要應(yīng)用于化工、石油化工和生物制藥等行業(yè)的顆粒物料密相裝填。關(guān)鍵詞： 密相裝填； 布料盤(pán)； 設(shè)計(jì)；the design of complete sets of equipment of catalyst dense loading in ellipsoid Throwing particle machineAbstract：Domestic and foreign particle materials loading，especially the catalysts backmix handloading work，in the relevant field

3、 get more and more attention. In order to achieve the desired effect with uniform material and dense loading,the subject designed a device which s- heds evenly granular matertals from the opening of Throwing particle machine by centrifugal force within rotational ellipsoid Throwing particle machine.

4、 Design according to JB/4735-19- 97 ?Steel welded atmospheric pressure vessels?design、manufacture、inspection and ac- ceptance . Device of material selection is ;working pressure is ordinary pressure, working temperature is Normal temperature. loading materials is ,material density is .Design specifi

5、cations have equipment material selection, calculating the power of operation , strength check of Throwing particle machine. Instructions and application of logarithmic spiral, axis calculation, selection and check of Gear and bearing, motor selection and the selection of ear type support. Mapped th

6、e general assembly drawings and related parts drawing. This design device is mainly used in chemical industry, petrochemical industry and biopharmaceutical industries.Key words：dense loading ; Throwing particle machine ; design目 錄摘要目錄術(shù)語(yǔ)表1 緒論1 概述1 顆粒密相裝填的研究的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì)1 課題研究意義 1 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀 1 顆粒密相裝填的研

7、究目標(biāo)和關(guān)鍵問(wèn)題5 研究目標(biāo) 5 解決關(guān)鍵問(wèn)題 5 顆粒密相填裝作用和行業(yè)應(yīng)用52 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和設(shè)計(jì)思路6 設(shè)計(jì)參數(shù)6 設(shè)計(jì)思路6 設(shè)計(jì)內(nèi)容與具體步驟63 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析73.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7 材料的選取7 布料盤(pán)計(jì)算或校核9 布料盤(pán)的選取和強(qiáng)度計(jì)算93.3.2 布料盤(pán)上對(duì)數(shù)螺旋線開(kāi)口槽103.3.2.1 對(duì)數(shù)螺旋線的來(lái)源103.3.2.2 對(duì)數(shù)螺旋線方程103.3.2.3 對(duì)數(shù)螺旋線應(yīng)用123.3.2.4 總結(jié)13 布料盤(pán)開(kāi)口槽寬度的設(shè)計(jì)143.4 電動(dòng)機(jī)的選擇153.5 軸強(qiáng)度的計(jì)算、選材和校核163.5.1 選擇軸材料173.5.2 軸尺寸計(jì)算183.6 齒輪的選取和校核203.

8、7 軸承的選取和校核21.1 軸承的選取21.2軸承進(jìn)行校核223.8 筒體與下料漏斗的計(jì)算23 筒體的計(jì)算23 下料漏斗的計(jì)算243.9 料倉(cāng)的支座25 軸承支座和流量調(diào)節(jié)插板的設(shè)計(jì)27 軸承支座27 流量調(diào)節(jié)插板283.11 螺栓，螺母的選取293.12 鍵的選取294 制造安裝及技術(shù)要求30 零部件的加工要求及檢驗(yàn)30 軸的加工要求及在各種轉(zhuǎn)速下的平直度公差30 布料盤(pán)的加工要求和動(dòng)、靜平衡的精度30.3 布料盤(pán)筒體的制造要求和檢驗(yàn)30 裝置的試運(yùn)轉(zhuǎn)30 加工與成形30 設(shè)備安裝315 結(jié)論32參考文獻(xiàn)34致謝35術(shù) 語(yǔ) 表T公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩是軸承系數(shù)J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒間分配系數(shù)DN公稱(chēng)直徑應(yīng)力校正系

9、數(shù)使用系數(shù)齒形系數(shù)G重力平安系數(shù)V容積接觸疲勞壽命系數(shù)M彎矩動(dòng)載荷系數(shù)使用系數(shù)a常數(shù)F力h小時(shí)L長(zhǎng)度r向徑E彈性模量p壓強(qiáng)I慣性矩布料盤(pán)厚度m質(zhì)量極角g重力加速度額定工作時(shí)間線應(yīng)變摩擦系數(shù)t噸角速度r轉(zhuǎn)速扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度密度，曲率半徑松散物料內(nèi)摩擦角的最小值物料與料倉(cāng)殼體間摩擦產(chǎn)生的應(yīng)力組合軸向應(yīng)力周向應(yīng)力組合應(yīng)力焊接接頭系數(shù)1 緒論 概述催化劑等顆粒物料裝填的好壞對(duì)工業(yè)中許多行業(yè)的生產(chǎn)有很重要的作用，因此密相裝填在其先關(guān)的領(lǐng)域也越來(lái)越受到重視。而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外沒(méi)有一種很好的密相裝填裝置，現(xiàn)有的裝置或多或少的存在這樣或那樣的問(wèn)題，不能很好的滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。所以設(shè)計(jì)一個(gè)高效、平安可靠、自動(dòng)化程度高的催化劑裝

10、填裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)催化劑密相裝填是很有必要的。通過(guò)對(duì)這種裝置的設(shè)計(jì)，我們希望能實(shí)現(xiàn)催化劑密相裝填的機(jī)械化，這樣既可以得到很好的裝填效果，也可以節(jié)省人力、大大提高裝填的工作效率和裝填質(zhì)量。我設(shè)計(jì)的裝置是利用顆粒物料在旋轉(zhuǎn)的橢球型布料中通過(guò)離心力作用將顆粒物料從布料盤(pán)的開(kāi)口中均勻的拋灑出去，從而到達(dá)物料均勻、密相裝填效果的一種裝置。 顆粒密相裝填的研究的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì) 課題研究意義國(guó)內(nèi)外顆粒物料的裝填，尤其是催化劑顆粒的裝填工作，在其相關(guān)的領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。催化劑床層是否架橋，床層高度是否一致將會(huì)影響到床層的堆密度和壓力降的均一性，從而影響到催化劑的效率和裝置的平安性。目前國(guó)內(nèi)外普遍采

11、用的催化劑裝填技術(shù)是一種密相裝填技術(shù)，可以最大限度發(fā)揮反響器內(nèi)催化劑性能。所以設(shè)計(jì)一個(gè)高效、平安可靠、自動(dòng)化程度高的催化劑裝填裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)催化劑密相裝填是很有必要的。通過(guò)對(duì)這種裝置的設(shè)計(jì)，我們希望能實(shí)現(xiàn)催化劑密相裝填的機(jī)械化，這樣既可以得到很好的裝填效果，也可以節(jié)省人力、大大提高裝填的工作效率和裝填質(zhì)量。同時(shí)在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我可以對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)加以穩(wěn)固和應(yīng)用，這是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)時(shí)機(jī)。通過(guò)設(shè)計(jì)我可以學(xué)到怎樣將課本的知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問(wèn)題上，提高自己的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的催化劑裝填技術(shù)是一種密相裝填技術(shù)，可以最大限度發(fā)揮反響器內(nèi)催化劑性能，其主要優(yōu)點(diǎn)有：延長(zhǎng)催

12、化劑使用壽命；提高反響器的實(shí)際處理能力；改善流動(dòng)液氣兩相的分布情況；抑制局部壓差上升和熱點(diǎn)形成；提高產(chǎn)品回收率；節(jié)能等。 國(guó)內(nèi)外催化劑裝填最早是采用人工裝填，存在著速度慢，易架橋，壓力降不均勻，返工多、效率低等問(wèn)題。隨著化工設(shè)備產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，催化劑用量逐漸加大，其裝填方式也逐步開(kāi)展為半機(jī)械化，機(jī)械化裝填【1】。密相裝填法是上世紀(jì)70年代開(kāi)展起來(lái)的技術(shù)，可使催化劑床層的裝填密度提高10%25%【2】，它是通過(guò)布料器將物料沿反響器徑向噴灑，使催化劑顆粒以毛羽狀均勻地落下【3】，實(shí)現(xiàn)密相裝填的目的，如圖1所示。采用密相裝填方法，可以將條狀催化劑在反響器內(nèi)沿半徑方向呈放射性規(guī)整地排列，從而減少催化劑

13、顆粒間的孔隙，提高催化劑裝填密度。此外，由于密相裝填過(guò)程催化劑顆粒在反響器橫截面上規(guī)整排列，因此其沿反響器縱向、徑向的裝填密度也非常均勻。 圖1 催化劑密相裝填示意圖首先介紹最早的人工裝填：人工裝填開(kāi)始前先要將反響器內(nèi)件環(huán)隙等處用寬膠帶嚴(yán)密封閉。測(cè)定催化劑床層高度，從基準(zhǔn)線起在催化劑內(nèi)筒壁上每隔250mm 做標(biāo)高記號(hào)，作為每次裝填、振動(dòng)測(cè)量的基準(zhǔn)。將篩分過(guò)的催化劑計(jì)量后裝入錐形吊桶，由起重機(jī)吊至塔頂?？刂频跬板F部擋板，通過(guò)帆布放料袋將催化劑放至距催化劑裝填外表 處，并順圓周方向移動(dòng)，使催化劑均勻地四周分布。每次裝填后將催化劑外表扒平，放下振動(dòng)模板，按規(guī)定順序在對(duì)稱(chēng)位置上使用兩根振動(dòng)棒同時(shí)振動(dòng)【

14、4】。振動(dòng)時(shí)振動(dòng)棒不僅要穿透本次裝填層，而且還須進(jìn)入前一次裝填層的一半共約400mm。每孔振動(dòng)保持510s。振動(dòng)結(jié)束豎起振動(dòng)模板，測(cè)量、記錄振動(dòng)后的催化劑高度，并重復(fù)上述裝填過(guò)程。隨著裝填在塔內(nèi)催化劑位置逐漸升高，帆布放料袋、引風(fēng)機(jī)管、振動(dòng)器、繩梯需逐步剪短或提升，保持適當(dāng)高度。每一床層催化劑裝填完畢后，用空氣將散落在塔內(nèi)件環(huán)隙四周的催化劑吹除清理干凈，確認(rèn)合格后，方可拆開(kāi)密封寬膠帶【5】。上述人工裝填過(guò)程看起來(lái)簡(jiǎn)單，但在實(shí)際操作中是十分困能的，這個(gè)過(guò)程的完成需要消耗大量的人力和物力，并且很難保證催化劑的裝填質(zhì)量。隨著人們對(duì)催化劑裝填的重視和科技的進(jìn)步，就出現(xiàn)了一些前期的催化劑裝填裝置，這些裝

15、置的出現(xiàn)給催化劑的裝填工作帶來(lái)了不少的方便。我們?cè)賮?lái)介紹一下其他的催化劑裝填裝置；裝填裝置由電機(jī)或氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、其輸出的旋轉(zhuǎn)軸垂直于水平線、播料盤(pán)和安裝支架構(gòu)成，在軸上設(shè)有一至二個(gè)水平旋轉(zhuǎn)的播料盤(pán)【6】當(dāng)安裝兩個(gè)播料盤(pán)時(shí)，上下播料盤(pán)是不同直徑的盤(pán)，上播料盤(pán)直徑大于下播料盤(pán)，上播料盤(pán)中央部位是挖空的連接筋或徑向架，從上播料盤(pán)落料至下播料盤(pán)工作，相對(duì)而言，上播料盤(pán)播料比擬散開(kāi)，在打直徑范圍內(nèi)播料，而下播料盤(pán)在小直徑范圍內(nèi)播料。，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和播料盤(pán)均通過(guò)安裝支架固定在裝料漏斗底部。播料盤(pán)的形狀是橢圓形或卵形，長(zhǎng)短之比【7】。在播料盤(pán)的外表設(shè)有播料齒，播料齒的每條齒的齒線均沿著橢圓形或卵形過(guò)中心

16、點(diǎn)的徑向，播料齒的齒的總數(shù)是4到24條較好，在橢圓形或卵形的平面均勻或不均勻地分布。兩個(gè)齒間均存在徑向凹槽，當(dāng)播料盤(pán)放置時(shí)，物料更均勻的從此凹槽灑出。當(dāng)其工作時(shí)，上下兩個(gè)不同直徑的播料盤(pán)可以同軸驅(qū)動(dòng)或通過(guò)套軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)或氣動(dòng)可以對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制顆粒播出的半徑，如圖2 所示。 圖2 江蘇天鵬密相裝填裝置布料器物料自上而下進(jìn)入氣動(dòng)物料分配器之后，由于重力作用順著中間的通道進(jìn)入下面的播料盤(pán)中，在盤(pán)中物料進(jìn)入凹槽中，依靠旋轉(zhuǎn)的離心力作用，物料顆粒沿徑向以一定的速度被拋出，物料脫離播料盤(pán)后就以一定的拋物線軌跡散落到容器內(nèi)，當(dāng)物料下落到容器內(nèi)物料外表時(shí)，由于有一定的下

17、落速度，從而能夠充分填補(bǔ)物料間的空隙，從而實(shí)現(xiàn)密相裝填，提高裝填密度【8】。這種裝填裝置安裝在立式容器頂部，顆粒能夠均勻的分布在容器內(nèi)部，即每填密度，能夠提供裝填密度10%以上；切顆粒不會(huì)因劇烈撞擊而碎裂。現(xiàn)有的顆粒物料裝填設(shè)備一般都包括一物料分布盤(pán)，該布料盤(pán)或?yàn)殄F形、或?yàn)槠矫鎴A板、或?yàn)槌岚寮蝾w粒噴頭。其目的都是將顆粒物料在圓形容器內(nèi)盡可能的拋灑均勻，但他們實(shí)際拋灑出來(lái)的效果是假設(shè)干個(gè)同心圓環(huán)，物料外表像同心的水波浪一樣【9】，這種裝填情況下，處在高起圓環(huán)局部的催化劑裝填的就比擬緊密，而處在下凹局部的催化劑裝填就比擬疏松，不能很好的實(shí)現(xiàn)物料的密相裝填【10】。在生產(chǎn)過(guò)程中，參與反響的氣體和液

18、體很容易從催化劑疏松的地方通過(guò)，而在裝填緊密的地方較難通過(guò)，這樣就會(huì)嚴(yán)重影響反響器內(nèi)物料的分布，且一些催化劑也很難充分發(fā)揮催化作用【11】，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的損失。1986年公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利2168330介紹了一種把顆粒物料均勻填裝成圓柱型床層的方法和設(shè)備，如圖3所示。該方法是將催化劑布料器設(shè)置于一待一待填裝的床層上部的適當(dāng)高度處，然后將催化劑從配有送料管的料斗供入布料器，送料管所處的位置使大致呈圓柱狀的催化劑落入單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體或圓盤(pán)件。接著，催化劑顆?？繂蝹€(gè)圓盤(pán)分布在催化床的整個(gè)范圍內(nèi)，通過(guò)形成多個(gè)與容器或催化床同心的圓環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)大致均勻的高密度化。圖3 美國(guó)2168330號(hào)專(zhuān)利示意圖1998年公開(kāi)的

19、日本10-43576號(hào)專(zhuān)利介紹了一種催化劑填裝方法與裝置，如圖4所示。圖4 日本1043576專(zhuān)利示意圖在現(xiàn)有的研究根底上，我們提出了一種顆粒物料裝填裝置，安裝在容器的頂部，依靠開(kāi)設(shè)假設(shè)干條形孔的橢圓形布料盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)向容器內(nèi)播撒物料，并使得物料在容器內(nèi)分布均勻，同時(shí)要能夠有效提高物料的裝填密度，并降低顆粒在裝填過(guò)程中的破碎率【12】。這個(gè)裝置的工作流程為:顆粒物料通過(guò)加料漏斗進(jìn)入料筒內(nèi)，依靠重力向下運(yùn)動(dòng)至布料盤(pán)，由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)布料盤(pán)以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，將物料拋灑出去。物料被拋出后，以一定的拋物線軌跡運(yùn)動(dòng)，落到容器或料倉(cāng)內(nèi)部，并在容器或料倉(cāng)底部均勻地按照一定的方向分布【13】。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外催化劑裝填裝

20、置研究狀況的分析可知，最早采用的人工裝填存在著速度慢，易架橋，壓力降不均勻，返工多效率低等問(wèn)題【14】，這種落后的裝填方法勢(shì)必要被淘汰。隨著化工設(shè)備產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，催化劑用量逐漸加大，其裝填方式也逐步開(kāi)展為半機(jī)械化；在隨之產(chǎn)生的半機(jī)械化催化劑裝填裝填中，它們雖然大大提高了催化劑裝填的速度，但在催化劑裝填精度上還有一些欠缺【15】，出現(xiàn)了物料外表不平整、裝填密度不均一等缺陷；并且它們不能很好的實(shí)現(xiàn)裝填的全機(jī)械化。隨著科技和時(shí)代的進(jìn)步，催化劑裝填裝置也要向機(jī)械化開(kāi)展。今后催化劑裝填裝置的開(kāi)展方向是要向結(jié)構(gòu)小巧、操作方便，使用范圍廣，裝填效率和精度高，能實(shí)現(xiàn)密相裝填，自動(dòng)化程度很高等方向開(kāi)展。 顆粒

21、密相裝填的研究目標(biāo)和關(guān)鍵問(wèn)題 研究目標(biāo)了解顆粒物料填裝分布裝置在化工、石油化工等各行各業(yè)的應(yīng)用了解顆粒物料填裝分布裝置的工作原理及完成對(duì)裝置的設(shè)計(jì)掌握顆粒物料填裝分布裝置的設(shè)計(jì)方法，壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)如?壓力容器平安技術(shù)監(jiān)察規(guī)程?、JB/T 4735-1997?鋼制壓力容器焊接規(guī)程?及顆粒物料填裝分布裝置的設(shè)計(jì)、制造等的規(guī)定 解決關(guān)鍵問(wèn)題 按照顆粒物料填裝分布裝置的工作原理，進(jìn)行裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)顆粒物料的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，分析顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡及影響顆粒運(yùn)動(dòng)的因素有哪些。對(duì)裝置控制局部進(jìn)行進(jìn)一步的完善，提高控制的精確度。進(jìn)行工藝計(jì)算、編制制造工藝。 顆粒密相填裝作用和行

22、業(yè)應(yīng)用顆粒物料裝填行業(yè)的開(kāi)展越來(lái)越受到人們的關(guān)注，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的催化劑裝填技術(shù)是一種密相裝填技術(shù)，這種裝填方式可以最大限度發(fā)揮反響器內(nèi)催化劑性能。延長(zhǎng)催化劑使用壽命；提高反響器的實(shí)際處理能力；改善流動(dòng)液氣兩相的分布情況；抑制局部壓差上升和熱點(diǎn)形成；提高產(chǎn)品回收率；節(jié)能等。所以這種密相裝填方法在顆粒物料裝填行業(yè)里得到很大的應(yīng)用，被廣泛的應(yīng)用于石油化工、生物制藥等很多領(lǐng)域。2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)壓力：常壓設(shè)計(jì)溫度：常溫 裝填對(duì)象：催化劑顆粒催化劑平均粒徑：1.5 mm裝填能力：10 t/h裝置型式：轉(zhuǎn)盤(pán)布料、密相裝填 設(shè)計(jì)思路布料盤(pán) 布料盤(pán)上的開(kāi)口槽 軸 軸承 齒輪 電機(jī)

23、 其他附件 總體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)內(nèi)容與具體步驟 = 1 * GB3 初定布料盤(pán)的尺寸,根據(jù)要求選取材料，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定軸的轉(zhuǎn)速。 = 2 * GB3 根據(jù)顆粒在布料盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，確定開(kāi)口槽的形狀。 = 3 * GB3 通過(guò)轉(zhuǎn)速與扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式定功率，從而計(jì)算主軸的尺寸，再根據(jù)要求選取軸的料,并進(jìn)行強(qiáng)度校核。 = 4 * GB3 根據(jù)主軸選取適宜的軸承，并對(duì)軸承進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度校核。 = 5 * GB3 根據(jù)主軸選取適宜的錐形傳到齒輪，并對(duì)齒輪進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度校核。根據(jù)最大功率和扭矩選取電機(jī)型號(hào)。確定料倉(cāng)的參數(shù)：厚度，高度，材料。選用標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，支承設(shè)備的支座，通過(guò)查機(jī)械零部件手冊(cè)來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)件

24、，這樣有利于提高設(shè)備的制造質(zhì)量，降低設(shè)備的制造本錢(qián)。繪制總圖和零部件圖，編制技術(shù)要求和相關(guān)技術(shù)文件。3 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)生產(chǎn)中的固體物料有塊狀、顆粒狀或粉末狀等不同形狀，一般統(tǒng)稱(chēng)為粉粒體物料。本課題做的是關(guān)于顆粒物料密相裝填的裝置。 本課題根據(jù)需要設(shè)計(jì)成上部為直立安裝的圓筒形容器，下部為倒錐形筒體形態(tài)。進(jìn)料口位于設(shè)備的頂部，為敞口進(jìn)料，卸料口安裝在設(shè)備底部。 本裝置設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)為上部的桶體局部是直徑300mm高為398mm，厚度為3mm的圓桶。桶體下面是上口直徑為300mm、下口直徑為100mm、高位97mm的圓錐形下料裝置。裝置中布料盤(pán)的尺寸為長(zhǎng)徑a=150mm、

25、短頸b=75mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭的厚度為3mm，在布料盤(pán)上對(duì)稱(chēng)的開(kāi)了四條對(duì)數(shù)螺旋線的開(kāi)口槽，當(dāng)裝置工作時(shí)，物料就從這些開(kāi)口槽中拋出，均勻的分布在布料盤(pán)的工作區(qū)域內(nèi)。 裝置由步進(jìn)電機(jī)作為裝置運(yùn)行的原動(dòng)力，電機(jī)驅(qū)動(dòng)錐形齒輪，齒輪帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與布料盤(pán)連接，從而使得布料盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物料的密相裝填。為滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)裝置工作時(shí)的最大轉(zhuǎn)速為400r/min，這樣就能使得裝置在實(shí)際生產(chǎn)的適用范圍很大，能很好的滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要。 材料的選取根據(jù)裝置使用條件和設(shè)計(jì)要求選用裝置的材質(zhì)，裝置在工作過(guò)程中受到力不大也不要承受轉(zhuǎn)矩和承受彎矩，多處于應(yīng)力較小條件下工作，但裝置在工作過(guò)程中會(huì)受

26、到物料的腐蝕作用很?chē)?yán)重，因此裝置的材料要求除了應(yīng)具有較好的強(qiáng)度和韌性，還要具有較好的耐腐蝕性。常壓容器的常用材料見(jiàn)?壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)?第一章材料。其中不銹鋼使用廣泛。它具有優(yōu)良的綜合性能。鋼中碳含量的不同除影響力學(xué)性能外，會(huì)對(duì)鋼的耐腐蝕性能特別是產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向產(chǎn)生重大影響。當(dāng)含碳量超過(guò)0.03%時(shí)，不銹鋼焊接后，在焊縫附近有可能產(chǎn)生晶間腐蝕。因而在有晶間腐蝕條件下1Cr18Ni9一般不適用于用作焊接結(jié)構(gòu)材料，而0Cr18Ni9可用于薄截面尺寸的焊接件。要較好的解決防止出現(xiàn)晶間腐蝕問(wèn)題，便是采用超低碳級(jí)的00Cr19Ni10鋼，這種鋼由于碳含量低，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均有所下降。這幾種不銹鋼的

27、耐腐蝕性能是：在冷磷酸、硝酸及其它無(wú)機(jī)酸、多種鹽及堿的溶液、有機(jī)酸、海水、蒸汽以及一系列石油產(chǎn)品中耐腐蝕性能好。但對(duì)硫酸、鹽酸。氫氟酸、氯、碘、濃度大于50%-60%的熱磷酸以及草酸、工業(yè)鉻酸、熔融茍性鉀及碳酸鈉等化學(xué)穩(wěn)定性差。含碳量低的比含碳量高的鋼耐腐蝕性相對(duì)較高。0Cr18Ni9抗高溫氧化性能好，可承受870攝氏度以下反復(fù)加熱。0Cr18Ni9是在化工、原子能，食品設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的不銹鋼、耐熱鋼。除制作承壓容器外，還可做設(shè)備襯里、容器法蘭襯里、緊固螺栓和金屬密封墊。此外，也可制作-196攝氏度的深冷設(shè)備。超低碳的00Cr18Ni9在耐晶間腐蝕方面比0Cr18Ni9有更大的優(yōu)越性。合金鋼

28、對(duì)應(yīng)力集中的敏感性高，所以采用合金鋼的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源，并要求外表粗糙度值低。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的軸類(lèi)零件可用鑄造的方法、常用的鑄材有球墨鑄鐵、稀土-鎂球墨鑄鐵等，由于其強(qiáng)度較高、沖擊韌度較好，具有減摩、吸振和對(duì)應(yīng)力集中敏感性小、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用日趨增多。在高溫和腐蝕條件下工作的裝置，應(yīng)用耐熱鋼和不銹剛，我們這里選用性能較好的0Cr18Ni9 不銹鋼。0Cr18Ni9的材料性能如下表3-1所示表3-1 0Cr18Ni9材料性能材料型號(hào)伸長(zhǎng)率硬度抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)0Cr18Ni940%187520205-210(1) 材料要求原材料的實(shí)際質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)是保證設(shè)備

29、制造質(zhì)量的根底，故必須嚴(yán)格驗(yàn)收才能投產(chǎn)。選擇材料應(yīng)該考慮使用條件，焊接性能，制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性，符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。(2) 材料驗(yàn)收材料的驗(yàn)收與管理材料應(yīng)該具備質(zhì)量證明書(shū)，其內(nèi)容必須齊全、清晰、并有材料生產(chǎn)單位質(zhì)量檢驗(yàn)章。在材料的明顯部位有清晰、牢固的標(biāo)記，至少包括材料制造標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)、材料牌號(hào)及規(guī)格、爐號(hào)、國(guó)家平安監(jiān)察機(jī)構(gòu)認(rèn)可標(biāo)志、材料生產(chǎn)單位名稱(chēng)及檢驗(yàn)印鑒標(biāo)志。鋼材的矯形矯形除要矯正由于鋼材在運(yùn)輸、吊裝或在存放過(guò)程中的不當(dāng)所產(chǎn)生的較大變形外，有些制造精度要求較高的設(shè)備，對(duì)保存較好的供貨鋼材也需要矯形，因?yàn)楣┴洉r(shí)的平面度的要求有時(shí)不能滿(mǎn)足實(shí)際制造的要求。如果不對(duì)原材料的變形給予必要的矯正，將會(huì)影

30、響到劃線、坡口加工、切割、裝配等一系列工序的精度，從而降低設(shè)備質(zhì)量。矯形的方法有機(jī)械矯正和火焰矯正。鋼材的凈化凈化處理主要是對(duì)鋼板、管子和型鋼在劃線、切割、焊接加工之前和鋼材經(jīng)過(guò)切割、坡口加工、成形、焊接之后去除外表的繡、氧化皮、油污和熔渣等。鋼材外表的清潔度對(duì)設(shè)備制造質(zhì)量有影響，有時(shí)甚至有決定性影響。實(shí)驗(yàn)證明，除銹質(zhì)量的好壞直接影響著鋼材的腐蝕速度，在現(xiàn)代專(zhuān)業(yè)化的生產(chǎn)中使用噴砂法、拋丸法和化學(xué)清洗法。(3) 劃線劃線是在原材料或經(jīng)初加工的坯料上劃出下料線、加工線、各種位置線和檢查線等，并打上或?qū)懮媳匾臉?biāo)志、符號(hào)。劃線工序通常包括對(duì)零件的展開(kāi)計(jì)算、放樣和打標(biāo)記。劃線作業(yè)是將設(shè)備零件的空間圖形

31、，在鋼材上展成平面圖形的一整套工藝過(guò)程。劃線將直接決定零件成型后的尺寸和幾何形狀精度，并影響到以后的組隊(duì)焊接工序；對(duì)節(jié)約原材料也有重要意義。(4) 下料用于制造換熱器受壓元件的材料存在切割前(或加工)應(yīng)進(jìn)行標(biāo)記移植。對(duì)于由防腐要求的不銹鋼和復(fù)合鋼板，不得在防腐面采用硬印作為材料確實(shí)認(rèn)標(biāo)記。材料的切割方法有：機(jī)械切割法、氧氣切割法和等離子切割法三種。機(jī)械切割法是用斜口剪板機(jī)切割，效率低，不能切割高硬度的材料；氧氣切割法可以切割較厚碳素鋼板，但不能切割不銹鋼和其他高熔點(diǎn)的金屬或非金屬；等離子切割法不僅可切割高熔點(diǎn)的金屬或非金屬且效率高、切口光滑又平整、熱影響區(qū)小，材料性能無(wú)顯著變化，工件變形小，本

32、錢(qián)低，故多采用此方法。復(fù)合鋼板用機(jī)械切割法時(shí)，基層放下面，復(fù)層放上面，以防止損傷復(fù)層。用氧氣切割法和等離子切割法時(shí)，復(fù)層放現(xiàn)下面，基層放上，切割從基層進(jìn)行。切割時(shí)應(yīng)當(dāng)預(yù)熱或緩冷，以防止發(fā)生裂紋和切割面硬化，切割之后應(yīng)用磁粉或滲透進(jìn)行檢測(cè)，不得存在裂紋、劃痕之類(lèi)阻礙下道工序的缺陷，假設(shè)有那么應(yīng)用砂輪磨掉。(5) 邊緣加工邊緣加工的作用是組對(duì)前切除毛坯的多余金屬，并根據(jù)焊接需要加工適當(dāng)形狀的坡口。邊緣加工對(duì)零件的精度有重要作用，可以為組對(duì)焊接提供良好的條件，并且開(kāi)各種形式的焊接坡口是解決焊縫熔透的極有力的措施。邊緣加工的方法主要是切削加工、氣割和氣刨，不能使用這些方法時(shí)也可用風(fēng)鏟。 布料盤(pán)計(jì)算或校

33、核 布料盤(pán)的選取和強(qiáng)度計(jì)算裝置中，布料盤(pán)采用0Cr18Ni9不銹鋼為材料，其具體材料性能如下表3-2所示：表3-2 0Cr18Ni9材料性能材料型號(hào)伸長(zhǎng)率硬度抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)0Cr18Ni940%187520205-210在裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，布料盤(pán)內(nèi)物料的重力相對(duì)于所受到的離心力來(lái)講，重力要小很多，那么在這里我們主要校核一下布料盤(pán)因旋轉(zhuǎn)離心力所產(chǎn)生的變形量就可以。我們要求變形量在1mm之內(nèi)。布料盤(pán)內(nèi)物料受到的離心力計(jì)算式為 (3-1)通過(guò)式子可以看出當(dāng)半徑越大所受到的離心也就越大。用微分的方法在布料盤(pán)的最頂部取一個(gè)厚度為dx的薄皮用來(lái)計(jì)算。所以可以計(jì)算布料盤(pán)內(nèi)物料的離心力 (3-2) (3-3)

34、 (3-4)計(jì)算布料盤(pán)自身旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力作用 (3-5)可知布料盤(pán)因離心力所產(chǎn)生的拉伸壓強(qiáng)為：由公式來(lái)計(jì)算變形量，這里E=190Gpa ， 所以可得 (3-6) (3-7)所以經(jīng)過(guò)校核后可知，布料盤(pán)厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求。3.3.2 布料盤(pán)上對(duì)數(shù)螺旋線開(kāi)口槽布料盤(pán)上的開(kāi)口卸料槽的線性是采用對(duì)數(shù)螺旋線型，下面對(duì)對(duì)數(shù)螺旋線進(jìn)行介紹：3.3.2.1 對(duì)數(shù)螺旋線的來(lái)源在自然界中對(duì)數(shù)螺旋線非常普遍， 向日葵花盤(pán)上瘦果的對(duì)數(shù)螺旋線的弧形排列，這樣就可以使果實(shí)排得最緊、數(shù)量最多、產(chǎn)生后代的效率也最高。 當(dāng)我們觀察著園蛛，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它的網(wǎng)并不是雜亂無(wú)章的，那些輻排得很均勻，每對(duì)相鄰的輻所交成的角都是相等的；蜘蛛在

35、織網(wǎng)時(shí)，首先要在兩地之間架“天索，把絲固定在一定的地方，并在固定的絲上來(lái)回走幾趟，使絲加粗。然后在“天索上設(shè)置對(duì)角線，再在對(duì)角線的中央織一個(gè)白點(diǎn)，這是將來(lái)網(wǎng)的中心。以后往返于中心和圓周之間織許多呈輻射狀的半徑線。接著自圓心向外作第一螺旋線，再自外向里織粘性強(qiáng)的第二螺旋線。織好第二螺旋線后，將第一螺旋線及其局部射線吃掉，并繼續(xù)自外向里作螺旋線 。 愈近中心，每圈間的距離也愈密，直到不可識(shí)別的地步。這正符合數(shù)學(xué)上的對(duì)數(shù)螺線的情況。蜘蛛確實(shí)不愧是“數(shù)學(xué)家、“織網(wǎng)家。 3.3.2.2 對(duì)數(shù)螺旋線方程 對(duì)數(shù)螺旋線又稱(chēng)等角螺旋線。假設(shè)一條曲線在每個(gè)點(diǎn)P的切向量都與某定點(diǎn)O至此點(diǎn)P所成的向量夾成一定角，且定

36、角不是直角，那么此曲線稱(chēng)為一條等角螺線，O點(diǎn)稱(chēng)為它的極點(diǎn)。在坐標(biāo)平面上，假設(shè)極坐標(biāo)方程式表示一等角螺線，其極點(diǎn)是原點(diǎn)O，定角為,那么因在點(diǎn)的切向量為所以，可得 (3-8)即由此可得下述結(jié)果： (3-9)，上式兩端積分 (3-10) (3-11)換言之，此等角螺線的極坐標(biāo)方程式為 (3-12)在前面所提的四只烏龜追逐問(wèn)題中，假設(shè)中心 O是極點(diǎn)而點(diǎn) A 的極坐標(biāo)為 ，那么甲、乙、丙、丁四只烏龜所跑的路徑分別在下述四等角螺線上： 前面所提的，就是等角螺線的極坐標(biāo)方程式。由于在導(dǎo)出此方程式的過(guò)程中曾經(jīng)引用了自然對(duì)數(shù)，所以，等角螺線也稱(chēng)為對(duì)數(shù)螺線(logarithmicsprial)。四、模型的性質(zhì) 1

37、、相似性質(zhì) 根據(jù)等角螺線的方程式，可以看出：對(duì)每個(gè)值，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的r值；而且不同的值所對(duì)應(yīng)的r值也不同因?yàn)椤?這種現(xiàn)象表示：從等角螺線上某個(gè)點(diǎn)出發(fā)，隨著值的無(wú)限制增大與無(wú)限制減小，此曲線會(huì)環(huán)繞它的極點(diǎn)形成無(wú)數(shù)多圈，一面是愈繞愈遠(yuǎn)，一面是愈繞愈聚集在極點(diǎn)附近假設(shè)， 那么 當(dāng)時(shí),曲線聚集在極點(diǎn)附近。假設(shè)，那么當(dāng)時(shí)曲線愈繞越遠(yuǎn)。圖5是等角螺線的一局部。圖5 等角螺線的一局部 圖6 輻角按等差數(shù)列排布假設(shè)輻角，構(gòu)成一個(gè)等差數(shù)列，那么由指數(shù)的性質(zhì)，對(duì)應(yīng)的向徑，就構(gòu)成等比數(shù)列。假設(shè)令表示極坐標(biāo)的點(diǎn)，那么上述結(jié)果表示，構(gòu)成一個(gè)等比數(shù)列。又因，所以可知與相似，如圖6。由此可知：，構(gòu)成一個(gè)等比數(shù)列假設(shè)上述等差

38、數(shù)列，的公差是2，等乃是過(guò)極點(diǎn)的一射線與等角螺線的交點(diǎn)?？梢?jiàn)：過(guò)極點(diǎn)作任意射線，那么此射線與等角螺線的交點(diǎn)必以等比數(shù)列的形式排列在射線上。 對(duì)于一般的幾何圖形，假設(shè)我們選定某個(gè)點(diǎn)做為伸縮中心將圖形放大或縮小，那么可得到一個(gè)相似的圖形，在等角螺線的情形中，假設(shè)伸縮中心是它的極點(diǎn)，那么不管放大或縮小多少倍，所得的不只是相似圖形而已，它是與原等角螺線全等的一個(gè)等角螺線。為什么呢？假設(shè)以極點(diǎn)為伸縮中心將等角螺線伸縮 m倍，那么所得的圖形是等角螺線。因?yàn)椋钥烧业揭粋€(gè)實(shí)數(shù)使得。于是伸縮后的圖形為，這個(gè)圖形其實(shí)就是等角螺線 繞極點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角所得，它自然與原等角螺線全等。根據(jù)前段的說(shuō)明，我們可以了解：等

39、角螺線上的一段弧經(jīng)伸縮假設(shè)干倍后，必與該等角螺線上的另一弧全等。事實(shí)上，假設(shè)等角螺線經(jīng)伸縮成，那么在等角螺線，輻角 滿(mǎn)足的弧 ，經(jīng)伸縮后必與該等角螺線上輻角 滿(mǎn)足的弧全等。等角螺線的這項(xiàng)特性，使得自然界中許多物體都呈現(xiàn)等角螺線的形狀。對(duì)數(shù)螺旋線是常見(jiàn)形狀中一種非常特殊的幾何形狀，從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)觀點(diǎn)看一 個(gè)螺旋在平面上是一個(gè)曲線,其極半徑為其極角的遞增或遞減函數(shù).它具有特殊的 性質(zhì),如以恒定角度與半徑相交,這個(gè)角度與其連續(xù)方根相符。這意味著它盡管是 增量曲線,但增量遵守著不變法那么.可以把它看作是一個(gè)翻轉(zhuǎn)的在兩端無(wú)限延伸的 圓錐的投影,這個(gè)數(shù)學(xué)描述非常重要。對(duì)數(shù)螺旋線在科學(xué)領(lǐng)域是很著名的。對(duì)數(shù)螺線

40、是一根無(wú)止盡的螺線，它永遠(yuǎn)向著極繞，越繞越靠近極，但又永遠(yuǎn)不能到達(dá)極。即使用最精密的儀器，我們也看不到一根完全的對(duì)數(shù)螺線。這種圖形只存在科學(xué)家的假想中，可令人驚訝的是小小的蜘蛛也知道這線，它就是依照這種曲線的法那么來(lái)繞它網(wǎng)上的螺線的，而且做得很精確。 這對(duì)數(shù)螺旋線還有一個(gè)特點(diǎn)。如果你用一根有彈性的線繞成一個(gè)對(duì)數(shù)螺線的圖 形，再把這根線放開(kāi)來(lái)，然后拉緊放開(kāi)的那局部，那么線的運(yùn)動(dòng)的一端就會(huì)劃成 一個(gè)和原來(lái)的對(duì)數(shù)螺線完全相似的螺線，只是變換了一下位置。這個(gè)定理是一位名叫杰克斯勃諾利的數(shù)學(xué)教授發(fā)現(xiàn)的，他死后，后人把這條定理刻在他的墓碑上，算是他一生中最為榮耀的事跡之一。 3.3.2.3 對(duì)數(shù)螺旋線應(yīng)用

41、 大家可別小看了對(duì)數(shù)螺線:在工業(yè)生產(chǎn)中，把抽水機(jī)的渦輪葉片的曲面作成對(duì)數(shù)；螺線的形狀，抽水就均勻； 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，把軋刀的刀口彎曲成對(duì)數(shù)螺線的形狀，它就會(huì)按特定的角度來(lái)切割草料，又快又好。 建筑師們參照車(chē)前草葉片排列的這一原理，設(shè)計(jì)出現(xiàn)代化螺旋式的高樓，可以使高樓的每個(gè)房間都很明亮，到達(dá)較佳的采光效果。 螺旋線被廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面，如機(jī)械上的螺桿、螺帽、螺釘和日常用品的螺絲扣等。槍膛中的膛線也是螺旋線，就連一些樓梯也是螺旋狀的。被稱(chēng)為“世界七大奇觀之一的意大利比薩斜塔的樓梯，便是 294 階的螺旋線。美國(guó)加州設(shè)計(jì)師還向車(chē)前草借鑒了采光原理，設(shè)計(jì)了一幢 13 層的螺旋狀排列的大樓，結(jié)果證明，每個(gè)

42、房間都能得到充足的陽(yáng)光。下面我們?cè)敿?xì)闡述一下對(duì)數(shù)螺旋線在葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。 3.3.2.4 總結(jié) 通過(guò)對(duì)對(duì)數(shù)螺旋線的研究，我們知道，對(duì)數(shù)螺線在自然界,尤其是生物界非常 常見(jiàn),向日葵、車(chē)前草、菊的種子、蜘蛛、鸚鵡螺、蝸牛、海螺、星體運(yùn)行軌跡、 象鼻、動(dòng)物的角和毛等自然界中的生物總是傾向于選擇最正確的可行方案, 這意味著自然系統(tǒng)總是力爭(zhēng)最優(yōu)性能。 在查閱了大量資料的根底上，我們通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，抽象出了對(duì)數(shù)螺旋線，并了解了它的一些性質(zhì)，諸如變化趨勢(shì)等，對(duì)數(shù)螺旋線是一種奇妙的曲線，優(yōu)美的曲線，“生命的曲線，盤(pán)旋擴(kuò)大而上升至遠(yuǎn)方、更遠(yuǎn)方，以至無(wú)窮，向下盤(pán)旋而縮小，又無(wú)法找出其出發(fā)點(diǎn)。自然界的一切，

43、都像螺旋線那樣的美；自然界的一切，都像螺旋線那樣呈現(xiàn)出無(wú)限寬廣的圖景。在理論聯(lián)系實(shí)際方面，開(kāi)掘到它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、設(shè)計(jì)方面的廣泛應(yīng)用，尤其深入研究了它在工業(yè)方面的攪拌葉片的應(yīng)用，由此我們更發(fā)現(xiàn)了它的奇妙。大自然中有許許多多的微妙，人類(lèi)總是先開(kāi)掘然后應(yīng)用到人類(lèi)世界中來(lái)。 這種自然的幾何學(xué)告訴我們，宇宙間有一位萬(wàn)能的幾何學(xué)家，他已經(jīng)用它神奇的工具測(cè)量過(guò)宇宙間所有的東西。所以萬(wàn)事萬(wàn)物都有一定的規(guī)律。我覺(jué)得用這個(gè)假設(shè)來(lái)解釋鸚鵡螺和蛛網(wǎng)的對(duì)數(shù)螺線，似乎比蠕蟲(chóng)絞尾巴而造成螺線的說(shuō)法更恰當(dāng)。通過(guò)對(duì)對(duì)數(shù)螺旋線的了解和研究，我們發(fā)現(xiàn)它在很多的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中都有很好的效果，很好的幫助我們解決了很多實(shí)際生產(chǎn)過(guò)

44、程中的難題，在我的設(shè)計(jì)中，我也應(yīng)用了這種奇妙的螺線，并且很好的實(shí)現(xiàn)了我的設(shè)想，使我的設(shè)計(jì)取得了成功。在這個(gè)裝置中，布料盤(pán)是整個(gè)裝置的核心局部，布料盤(pán)是實(shí)現(xiàn)密相、均勻布料的關(guān)鍵部件，而布料盤(pán)上開(kāi)口槽的好壞又是布料盤(pán)的重心，起著決定性的作用。我們這里開(kāi)口槽的形式選用對(duì)數(shù)螺旋線，很好的完成了均勻、密相布料的作用。對(duì)數(shù)螺旋線這條古老而又神奇的曲線，又一次展現(xiàn)的它的不同凡響之處。下面圖7是裝置布料盤(pán)的俯視圖，我們可以清楚的看見(jiàn)開(kāi)口槽是對(duì)數(shù)螺旋線型：圖7 布料盤(pán)俯視圖 布料盤(pán)開(kāi)口槽寬度的設(shè)計(jì)一個(gè)好物料分布器應(yīng)能夠在某一轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)整個(gè)反響器截面的物料均勻分布，也就是在催化劑床層的某一截面處同時(shí)產(chǎn)生盡可能多的

45、同心物料圓環(huán)?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有關(guān)于顆粒物料分布器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，要想到達(dá)這一目的，必須使大量的顆粒物料同時(shí)在不同的半徑處拋出，這樣在同樣的角速度下，顆粒水平拋出速度就有所不同，拋出距離也就不同，可以形成多個(gè)同心圓環(huán)。因此考慮將分布器設(shè)計(jì)成橢圓形封頭的形狀其半徑為r，然后在上面開(kāi)孔，這樣就滿(mǎn)足了物料拋出時(shí)具有不同的水平速度，同時(shí)由于采用了橢圓封頭的形狀，顆粒拋出時(shí)的半徑是從0到r連續(xù)變化的，在開(kāi)孔形狀理想的情況下，物料拋出時(shí)應(yīng)具有從0到r的連續(xù)變化的水平初速度，這樣在同一界面的床層上應(yīng)產(chǎn)生連續(xù)的同心圓環(huán)，即實(shí)現(xiàn)物料的均勻分布。由以上分析可以看出，分布器開(kāi)孔決定著分布器分布效果的好壞，因此，要對(duì)

46、布料盤(pán)上開(kāi)口槽的寬度進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)催化劑均勻的裝填，那就要保證布料盤(pán)上任一開(kāi)口處與其他開(kāi)口處拋出的物料的量是一個(gè)定值，分布器設(shè)計(jì)成橢圓形封頭的形狀其半徑為r，然后在上面開(kāi)孔，這樣就滿(mǎn)足了物料拋出時(shí)具有不同的水平速度，同時(shí)由于采用了橢圓封頭的形狀，顆粒拋出時(shí)的半徑是從0到r連續(xù)變化的，在開(kāi)孔形狀理想的情況下，物料拋出時(shí)應(yīng)具有從0到r的連續(xù)變化的水平初速度，也就是說(shuō)在任一開(kāi)口處，物料拋出的速度是各自不同的，為了保證拋出量的一定，這就需要將開(kāi)口的寬度設(shè)計(jì)為變化的。假設(shè)在開(kāi)口槽上任意處取一個(gè)微分小口，在這一處物料拋出的速度為V，那么就可以得到1s中從這個(gè)微分小口處拋出的物料的質(zhì)量M。此處微分

47、小口可按這樣計(jì)算：圖8 布料盤(pán)開(kāi)口槽因?yàn)閽伋鲑|(zhì)量M是個(gè)定值，那么，可以簡(jiǎn)化為常數(shù)，那就得到在半徑大的地方，開(kāi)口的寬度就要越窄，這樣才能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要，使得布料盤(pán)布料均勻。所以布料盤(pán)的開(kāi)口槽寬度是變化的，它隨著半徑逐漸的變大而變小。現(xiàn)有的催化劑形狀和尺寸各有很大的差異，催化劑的形狀有圓球形、圓柱形、三葉草形。尺寸方面也是大小不一，催化劑的尺寸大多是1mm -5mm之間。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際的需要，本設(shè)計(jì)把布料盤(pán)的底部最大開(kāi)口寬度設(shè)定為17mm，隨著布料盤(pán)半徑的變大，開(kāi)口槽的寬度從17mm逐漸的減小，以滿(mǎn)足均勻布料的需要。 電動(dòng)機(jī)的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)綜合考慮如下問(wèn)題：(1) 根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工

48、藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及工作環(huán)境等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型及安裝方式。(2) 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，并考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于或等于計(jì)算所需的功率，按靠近的功率等級(jí)選擇電動(dòng)機(jī)，負(fù)載率一般取0.8 - 0.9。過(guò)大的備用功率會(huì)使電動(dòng)機(jī)效率降低，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)強(qiáng)度的生產(chǎn)機(jī)械造價(jià)提高。(3) 根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方法，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式；(4) 根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)，確定電

49、動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類(lèi)型。(5) 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程性能的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。 除此之外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)備的供貨設(shè)備、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生產(chǎn)過(guò)程中前期與后期電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素。 根據(jù)?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?【16】得出公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩T= 根據(jù)?材料力學(xué)? 得出扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 max = T = max IP = WT = (3-13) 所以 max = 16 (3-14) 選軸材料為0Cr18Ni9不銹鋼，查GB150-1998?鋼制壓力容器?得表3-

50、3：表3-3 0Cr18Ni9材料牌號(hào)抗拉強(qiáng)度b MPa屈服強(qiáng)度s MPa0Cr18Ni9520205這個(gè)裝置所需的轉(zhuǎn)矩為，我們選取步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)對(duì)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩和功率及電機(jī)特性曲線的比擬，我們選取的電機(jī)型號(hào)為86BYG303。其性能如下表3-4：表3-4 電機(jī)性能型號(hào)共相數(shù)電壓電流電阻電感靜轉(zhuǎn)矩點(diǎn)位轉(zhuǎn)矩重量機(jī)身長(zhǎng)VAmHNMNMKGCM86BYG303241263.5 軸強(qiáng)度的計(jì)算、選材和校核軸是機(jī)器中的重要零部件之一。軸的主要功能是支持旋轉(zhuǎn)零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。一般情況下，合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是設(shè)計(jì)軸必須滿(mǎn)足的根本要求。如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，那么會(huì)影響軸的加工和裝配工藝性，增加制造本錢(qián)，

51、甚至影響軸的強(qiáng)度和剛度，足夠的強(qiáng)度是軸承載能力的根本保證。如果軸的強(qiáng)度不夠，那么會(huì)發(fā)生塑性變形或斷裂失效，使其不能正常工作。軸的受載情況分為：(1) 轉(zhuǎn)軸 支撐傳動(dòng)零件又傳動(dòng)動(dòng)力，即同時(shí)承受扭轉(zhuǎn)和彎矩。(2) 心軸 只支撐回轉(zhuǎn)零件而不傳遞動(dòng)力，即只承受彎矩。心軸又分為固定心軸工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸工作時(shí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。(3) 傳動(dòng)軸 主要起傳遞動(dòng)力的作用，即主要承受扭矩。按結(jié)構(gòu)形狀分為：光軸和階梯軸；實(shí)心軸和空心軸。按幾何軸線形狀分為：直軸、曲軸和鋼絲軟軸。軸的設(shè)計(jì)包括軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸的計(jì)算。軸的計(jì)算包括軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的剛度計(jì)算和軸的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。軸的設(shè)計(jì)程序原那么是，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求和強(qiáng)度、剛度要求

52、的條件下，設(shè)計(jì)出尺寸小、重量輕、平安可靠，工藝上又經(jīng)濟(jì)合理，又便于維修檢修的軸。 軸的一般設(shè)計(jì)步驟為： = 1 * GB3 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局，確定軸上零、部件的布置和裝配方案； 選擇軸的材料； 在力的作用點(diǎn)及支點(diǎn)間跨距尚不能確定的情況下，按純扭轉(zhuǎn)工況初步估算軸的直徑； 進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸肩、鍵槽、圓角等； 根據(jù)軸的受載情況及使用工況，進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算； 必要時(shí)進(jìn)行軸強(qiáng)度的精確校核計(jì)算； 對(duì)于轉(zhuǎn)速較高、跨度較大、外伸端較長(zhǎng)的軸要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速公式查?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?第五版第2卷表6-1-46； 如何計(jì)算結(jié)果不能滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度等要求時(shí)，必須采取措施修改軸的設(shè)計(jì)； 繪制軸

53、的工作圖。 由于軸工作時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力是應(yīng)變力，其失效多為疲勞失效，因此軸的材料應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)度，較小的應(yīng)力集中敏感性和良好的加工性能等。3.5.1 選擇軸材料 根據(jù)使用條件選用軸的材質(zhì)，多數(shù)軸既要承受轉(zhuǎn)矩又要承受彎矩，多處于變應(yīng)力條件下工作，因此軸的材料應(yīng)具有較好的強(qiáng)度和韌性，用于滑動(dòng)軸承時(shí)，還要具有較好的耐磨性。軸的常用材料見(jiàn)?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?第五版第2卷 表6-1-1。其中優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用廣泛。45鋼最為常用，它調(diào)質(zhì)后具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。不太重要的軸也可用Q235、Q275等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。高速、重載的軸、受力較大而要求尺寸小的軸以及有特殊要求的軸，要用合金結(jié)構(gòu)鋼，如鉻鋼、硅錳剛及硼

54、鋼等。合金鋼對(duì)應(yīng)力集中的敏感性高，所以采用合金鋼的軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源，并要求外表粗糙度值低。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的軸類(lèi)零件可用鑄造的方法、常用的鑄材有球墨鑄鐵、稀土-鎂球墨鑄鐵等，由于其強(qiáng)度較高、沖擊韌度較好，具有減摩、吸振和對(duì)應(yīng)力集中敏感性小、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用日趨增多。在高溫和腐蝕條件下工作的軸，應(yīng)用耐熱鋼和不銹剛，常用的如0Cr18Ni8 。 軸通常用熱處理和外表處理工藝提高其材料的力學(xué)性能。冷作硬化時(shí)一種機(jī)械外表處理工藝，也可以用來(lái)改善軸的外表質(zhì)量，提高疲勞強(qiáng)度，其方法有噴丸和滾壓等。噴丸外表產(chǎn)生薄層塑性變形和剩余壓縮應(yīng)力，能消除微裂紋和其他加工方法造

55、成的剩余應(yīng)力，多用于熱處理或鍛壓后不需要精加工的外表。滾壓使外表產(chǎn)生薄層塑性變形，并大大降低外表粗糙度，硬化表層，也能消除微裂紋，使外表產(chǎn)生剩余壓縮應(yīng)力。此裝置的軸因?yàn)檠b填的催化劑有一定的腐蝕性，為防止長(zhǎng)時(shí)間使用后軸因腐蝕而消弱太多和保證強(qiáng)度與硬度，應(yīng)選擇0Cr18Ni9不銹鋼。表3-5 0Cr18Ni9材料性能材料型號(hào)伸長(zhǎng)率硬度抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)0Cr18Ni940%187520205-2103.5.2 軸尺寸計(jì)算1布料盤(pán)是采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭做成的，封頭厚度選為3mm公稱(chēng)直徑DN=300mm曲面深度 布料盤(pán)容積的計(jì)算：容積V=布料盤(pán)的自重裝填對(duì)象：催化劑顆粒催化劑平均粒徑：1.5 mm裝填能力：

56、布料盤(pán)中物料的空隙率選取為為菱面體填充或面心立體填充實(shí)心橢球封頭的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (3-15)所以求出橢圓封頭布料盤(pán)的薄壁球殼的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 (3-16) 物料的密度 b 橢球布料盤(pán)的短邊半徑 h 薄壁球殼的壁厚這里可以查出橢圓布料盤(pán)的內(nèi)外表記為 將橢圓布料盤(pán)的內(nèi)外表公式帶入薄殼轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算式中，所以得出橢圓封頭布料盤(pán)的薄壁球殼的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為m 布料盤(pán)內(nèi)物料質(zhì)量R 橢球布料盤(pán)的長(zhǎng)邊半徑布料盤(pán)內(nèi)所能裝存物料的質(zhì)量為： (3-17)功率的計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 布料時(shí)所需的功率 (3-18)假設(shè)裝置在一秒中從轉(zhuǎn)速0加速到400r/min假設(shè)在這一秒內(nèi)布料盤(pán)又向外不料，做功近似為正常工作時(shí)布料盤(pán)所需的功率，那么布料盤(pán)

57、的總功率為：軸的材料選取為0Cr18Ni9不銹鋼，抗拉強(qiáng)度為 屈服強(qiáng)度為 軸的直徑 (3-19) 這里轉(zhuǎn)速?gòu)?到400r/min，取轉(zhuǎn)速為平均轉(zhuǎn)速200r/min選取軸徑為10mm。軸的極限拉力為物料的拉力為小于軸的極限拉力，所以適宜。在工作過(guò)程中，軸受到扭轉(zhuǎn)作用力，需對(duì)軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。軸的扭轉(zhuǎn)變形角為 (3-20)式中 (3-21) (3-22) 這里，選取故要是 即所以但在軸上還要進(jìn)行開(kāi)鍵槽等處理，所以要把軸的直徑改選為20mm 對(duì)軸進(jìn)行彎曲變形的校核： 軸收到的離心力為F=310N,我可以把軸按照外滲梁來(lái)進(jìn)行彎曲變形量的校核，其公式為 (3-23)這里可知， 所以可以計(jì)算出軸的彎曲變

58、形量為 所以所設(shè)計(jì)的軸的尺寸滿(mǎn)足要求。3.6 齒輪的選取和校核對(duì)所選的齒輪進(jìn)行校核：1、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核首先要查找齒輪一系列的系數(shù)使用系數(shù)通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū) p193 的表10-2，選取使用系數(shù)動(dòng)載荷系數(shù)使用系數(shù)通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū) p194 的圖10-8中，齒輪精度為9級(jí)，轉(zhuǎn)速為/s 所以選取齒間載荷分配系數(shù) 齒間分配系數(shù)和都可取為1齒間載荷分布系數(shù)齒間載荷分布系數(shù)可以按下式計(jì)算= 式中是軸承系數(shù)，可以從表10-9查得這里查得和分別為齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)我們齒數(shù)為20，通過(guò)查表10-5可知，在齒數(shù)為20 的齒輪其值為 ，又知 所以 (3-24)所以此齒輪滿(mǎn)足齒根彎曲強(qiáng)度齒面強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度校

59、核 對(duì)的直齒錐齒輪其可得計(jì)算式 (3-25)彈性影響系數(shù) 可通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū) p201 表10-6 中選取還要選取接觸疲勞壽命系數(shù) (查機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū) P207 圖10-19)平安系數(shù) 查得可計(jì)算出 (3-26) (3-27)所以齒輪滿(mǎn)足齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核， 圖9 齒輪綜上所述，所選齒輪滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要，所選齒輪適宜，齒輪如圖9所示。 軸承的選取和校核.1 軸承的選取求軸承在工作過(guò)程中受到的偏心載荷， 偏心載荷因?yàn)樵跒椴剂媳P(pán)裝填物料的過(guò)程中，因?yàn)檠b填流量控制器的缺陷，有可能導(dǎo)致裝填的物料在布料盤(pán)內(nèi)分布不是很均勻，在計(jì)算驗(yàn)證的過(guò)程中，我們?nèi)⊙b填的物料分布最不均勻的極限裝填，這時(shí)的物料偏心裝載最嚴(yán)重，

60、所產(chǎn)生的偏心力也是最大，設(shè)定這時(shí)布料盤(pán)內(nèi)物料的外表與布料盤(pán)的中心軸成30度角的裝填，這時(shí)的物料在一邊的偏移量取為布料盤(pán)裝料總重量的四分之一重量，偏心半徑也取為長(zhǎng)徑的一半，那么我們就可以計(jì)算出布料盤(pán)的最大的偏心載荷。軸向力的計(jì)算軸所受的軸向力就是物料和布料盤(pán)的重力所以軸向力求比值 (3-28)根據(jù)表13-5深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時(shí) 但 故按照表13-6可查得 ，在這里我們?nèi)?求軸承的根本額定動(dòng)載荷值： (3-29)(這里額定工作時(shí)間定為10000小時(shí))按照設(shè)計(jì)手冊(cè)選取c=9.38KN的6004軸承，此軸承的根本額定靜載荷值為.2 軸承進(jìn)行校核1求出相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的e值和Y值，相對(duì)