轉鼓設計計算

1、 轉鼓的強度計算 離心機轉鼓是一個每分鐘轉動數百至數萬轉以上的高速回轉殼體。高速回轉時，在離心力的作用下轉鼓壁內要產生很大的應力，這些應力是由于高速回轉時，鼓壁金屬的自身質量產生的離心力，及在轉鼓內壁上所附著的篩網，物料和液體層所產生的離心力都作用在鼓壁上，使轉鼓壁內產生相應的應力。因此，轉鼓的強度計算必須同時考慮這幾部分離心力所產生的應力。離心機的轉鼓是一個組合部件，由筒體，頂蓋及鼓底等幾部分組合而成。組成轉鼓的基本零件的形狀有圓筒形、圓錐形及平板型。轉鼓的本體有圓筒或圓錐形殼體等，他們屬于高速回轉殼體。轉鼓的頂蓋及鼓底等其受力狀態(tài)如同高速回轉圓盤及薄板。除此之外，在轉鼓本體和頂蓋，鼓底相連

2、接處，以及某些轉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，故對高速回轉件，除了在結構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，因為離心機轉鼓的直徑比一般壁厚大得多，在/R0.1時，（為轉鼓壁的厚度，R為轉鼓的內半徑），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

3、產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、 鼓壁質量的離心力引起的應力和變形高速回轉下的圓筒形轉鼓，鼓壁金屬本身質量所產生的離心力對圓筒形鼓壁的作用，就像薄壁圓筒承受內、內壓一樣。但是由于筒壁質量所產生的離心力，其方向是離開回轉軸而沿半徑方向向外的，因此它在軸線方向沒有分量，故筒壁金屬自身質量產生的離心力，不可能在筒壁內產生經線方向的應力，而只產生周向力，可用下列拉普拉斯方程進行計算 += （2-1） 圖2-1 圓筒形轉鼓示意圖設轉鼓壁的半徑為R，

4、鼓壁的厚度為S，高度為L，密度為，在轉鼓上劃出密度為的細條，當轉鼓以一定的角度旋轉時，轉鼓細條單元所產生的離心力為 C=LSR (2-2)由于S<<R,故取=R此力可認為均勻地作用于這一單元體的表面上，因此有鼓壁本身重量產生的單位面積上的離心壓力為= SR （2-3） 所以式2-1中的 -第一曲率半徑，此 = -第二曲率半徑，此=R p殼體內壓力，此p= S殼體壁厚， m 因為=，所以=0， 則= 即 = = （2-4）由轉鼓質量所產生的離心壓力的方向是垂直于軸線而指向外的，因此，它不產生軸向力，也不產生徑向力，即 （2-5）由式（2-4）、（2-5）可推導得出： （2-6）即離心

5、機轉鼓的最大圓周速度僅取決于轉鼓材料的許用拉應力及密度。因此對于超高速離心機，其轉鼓要選用強度高而密度小的材料制作。 2 圓筒形轉鼓內的物料質量引起的轉鼓應力對于立式離心機，其轉鼓內的物料在高速回轉時，液面基本為平行于軸線的同心圓柱面；而臥式離心機轉鼓內的物料轉鼓內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 物料作用在轉鼓上的離心壓力若想求出物料質量引起的鼓壁應力，首先須導出物料在高速回轉時作用于鼓壁的離心壓力。為此在轉鼓內任取一微塊的物料（如圖2-2），其體積為dV=dddy。設物料的密度為，則物塊所受的離心力為dF=dddy (2-7)根據物塊在徑向上的平衡條件可得(

6、p+d)(+d)ddy-pddy-2sinddy=dF因d很小，所以sin=化簡得 = 積分得p=+C （2-8）上式中的積分常數C由邊界條件來確定：=時，p=0，則式（2-8）可得 C=代入式（2-8）后，得到物料作用于轉鼓壁上的離心壓力為 = （2-9）由上式可見，物料層產生的離心壓力伴隨半徑的變化而變化，當=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，根據軸向平衡條件可得： 2RS=（2-11）離心壓力引起轉鼓壁上的環(huán)向應力可由拉普拉斯方程式求得： = （2-12）式中 K轉鼓的填充系數，K=1-對于有頂蓋和鼓底的轉鼓，離心壓力不僅作用在轉鼓壁上

7、，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鼓壁的徑向應力，此應力的大小可根據軸向力的平衡條件而求得。其平衡條件為2RS= （2-13）則物料離心力在轉鼓上引起的徑向力為= （2-14） 3 圓筒形轉鼓內的篩網質量引起的鼓壁應力過濾式離心機的轉鼓壁內側，均勻的布滿著篩網。當轉鼓高速旋轉時，篩網質量也就產生離心力作用在轉鼓的內壁上。著相當于轉鼓受壓，使鼓壁產生壓力。作用在鼓壁單位面積上的離心壓力為= （2-15）式中 -篩網的總質量， ； -篩網當量厚度，m； -篩網當量密度，kg/； R-篩網回轉半徑，一般取鼓壁半徑； L-篩網的寬度。在此離心壓力作用下，引起鼓壁的環(huán)向壓力

8、為 = （2-16）而離心壓力在鼓壁內不產生徑向應力，即=04 轉鼓壁的強度計算 由于轉鼓壁上有開孔的，也有關無孔的，而轉鼓壁上開孔對鼓壁的強度影響較大，因此進行強度計算時要分別考慮。 4.1 開孔轉鼓 過濾式離心機轉鼓壁上開有許多小孔，屬于開孔轉鼓。對于過濾式離心機，因轉鼓上開有許多小孔，一方面，使鼓壁強度降低，許用應力還需計入開孔削弱系數的影響，即為 . 開孔削弱系數為= （2-17）式中 d開孔直徑，m； t轉鼓在軸線方向上的相鄰兩孔間的距離，m。另一方面使轉鼓質量有所減小，從而使轉鼓質量離心力產生的應力變?yōu)椋?-），其中為開孔率，=鼓體開孔總面積/鼓體全面積。并為了計算方便起見，近似取篩網質量離心力產生的離心力為（1-）。 圓筒形轉鼓壁徑向總應力和環(huán)向總應力分別為 = (