螺旋桨式搅拌机( 二 ) _乐高搅拌器的工作原理

表4-7　选取τk＝310kgf/cm2时各轴的直径、转速、功率关系表
注：在粗线以上范围的建议选用表4-9更为合适。若τk＝310kgf/cm2时，需根据换算系数计算后取两表的较大值。
以45号钢为基础，取τ＝310kgf/cm2（即A＝10.51）时，各轴的直径、转速、功率间的关系见表4-7 。
对于空心轴，轴的直径
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式中　Ds——空心轴的外径（cm）；
α——轴的内径与外径之比；
其余符号的意义和单位同前。
2.轴的刚度计算
为了防止转轴产生过大的扭转变形，以免在运转中引起震动造成轴封失效，应该将轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，这是设计中的扭转刚度条件，为此，搅拌轴要进行刚度计算。
对于实心轴，轴的直径
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式中　d——轴的直径（cm）；
N——轴传递的功率（kW）；
n——轴的转速（r/min）；
B——与扭转变形的扭转角有关的系数。对于剪切弹性模数G0＝8.1×105kgf/㎝2，钢的B值见表4-8 。
表4-8　B系数（G0＝8.1×105kgf/cm2时）
为了使用方便以G0＝8.1×105kgf/cm2、φ＝1/2°为条件，根据公式，把各种不同的转速、传递功率、直径的关系列于表4-9 。
对于空心轴，表4-7或4-9要结合4-10进行选取。
必须指出，在选取轴径时应同时满足刚度和强度计算两个条件。一般按刚度条件计算的轴径较之强度条件计算者为大，所以通常对搅拌轴来说，主要以刚度条件确定轴径。如果刚度条件计算的结果较之强度条件计算结果相差较大时，可考虑改变轴的材质，即选用强度较差的材料。但仍然要满足强度条件要求。当转速较低功率又较大时，对强度条件是不可忽视的。
确定轴的直径时，还必须考虑轴上开有键槽或孔会引起轴的局部削弱，直径因而应适当增大，按照一般经验，轴上开有一个键槽或浅孔时，直径应增大4%～5% 。如果在同一横截面位置开有两个键槽或浅孔，则直径应增大7%～10% 。此外，轴的直径还应增加2～4mm作为腐蚀富裕度。
表4-9　选取φ＝1/2°，G0＝810×105kgf/cm2时轴的直径、转速、功率关系表
注：在粗线以下范围，建议选用表4-7更为合适。若φ≠1/2°时，需根据换算系数计算后取两表的较大值。
表4-10　空心轴换算值b0
注：空心轴查表时，须将实际传动功率除以b0得N换，再查表4-7或4-9 。
立轴是悬伸到搅拌池中进行搅拌操作的，支承条件较差，常常由于侧向外力的作用而造成弯曲，弯曲的结果使离心力增大，从而又进一步增加弯曲的程度，最后使轴和轴承完全破坏。为了防止这种情况发生，在设计中应尽可能增大立轴轴承之间的距离和缩短悬臂的长度，并应对螺旋桨的静平衡精度提出一定的要求。
在一般情况下，立轴轴承之间的距离B和悬臂长度L可用下面的公式验算。
L/B≠4～5　（4-11）
L/ds≤40～50　（4-12）
立轴的不直度允许差一般取为0.1/1000 。
螺旋搅拌机结构简单，操作容易，搅拌作用强烈，效果较好；但磨损较快。使用时要注意不要让搅拌机空转，即搅拌池中没有料浆时不要开动搅拌机。
图4-11　搅拌轴的支承
五、主要参数的确定
1.转速n
螺旋桨的转速太低时，操作强度下降，搅拌效果不好；转速太高时，功率消耗和作用在桨叶上的力都急剧增大。桨叶不能做得过分笨重。根据实际使用的数据，螺旋桨的转速
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式中　n——螺旋桨的转速（r/min）；
d——螺旋桨的直径（m）。
实际上用上式计算的螺旋桨转速往往是偏高的，且供设计和使用时参考。选定螺旋桨转速时，应根据使用要求确定，例如用于松解泥料以制备均质泥浆时，需要有比较强烈的冲刷和碰击作用，应当采用较高的转速；如用于搅拌泥浆使之保持均匀，则可使用较低的转速。
2.功率N
搅拌桨所消耗功率，主要是克服桨叶在运动过程中所遇到流体阻力，因此，所需功率不但和搅拌机的结构尺寸等有关，还和料浆性质、桨叶转速和安装位置等有关，搅拌过程是一个复杂的操作，从理论上可推得：
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式中　ρ——浆料密度（kg/m3）；
n——桨叶转速（r/min）；
d——桨叶直径（m）；
ζ——功率系数，由实际测定得出。
对于三叶单层螺旋桨搅拌机，可用下式估算：
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式中　ρ——浆料密度（kg/m3）；