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第一章前言 . (1)1．1 研究的目的与意义 (1)1．2 国内外研究现状 (1)1．3 研究内容和方法 (2)第二章分析与论证 (3)2．1 胶体磨的原理与结构 (3)2．2 胶体磨的功能与工作范围 (4)2．3 方案论证 (5)第三章主要零部件的设计与计算 (8)3．1 电动机的选择 (8)3．2 联轴器的选择 (9)3．3 传动轴的结构设计与计算 (10)3．4 轴承的选择与计算 (15)3．5 定磨盘与动磨盘的设计 (16)3．6 间隙调节装置 (17)3．7 循环与冷却装置的设计 (18)3．8 其他零部件的设计 (20)3．9 密封的选择 (23)第四章结论与建议 (24)4．1 结论 (24)4．2 意见与建议 (24)致谢 ................................... 错误！未定义书签。
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摘要本文研究了立式胶体磨的设计方法，介绍了其工作原理、结构特点、传动系统及主要技术参数。
采用设计与改进相结合的方法进行主要零件的结构设计。
本课题不仅完成了预期的设计任务，而且做出了较大改进，动、定磨盘等主要零部件均使用优质不锈钢制造，既解决了工作表面易磨损的缺点，也更符合卫生要求；此外本课题还设计了一般胶体磨所不具备的冷却装置和循环装置，使之成为一款更好的产品。
关键词：立式胶体磨，设计，卫生，冷却，循环第一章前言1．1 研究的目的与意义胶体磨是一种磨制胶体或近似胶体物料的超微粉碎设备[1]。
胶体磨已经使人们逐步认识并被确定为食品工业中最优的加工机械设备。
它具有各种搅拌机、粉碎机、磨浆机的机械性能，效率是上述设备的2-5倍，节约能耗，可实现密闭式连续生产，因此在食品加工行业，推广应用胶体磨有着深远的经济意义。
作为生产中重要的超微粉碎设备，胶体磨具有应用范围广、功能多等众多优点。
同时，也存在着一些缺点：对应于不同粘性的物料其流量变化很大；转定子与物料间容易产生较大的热量，使物料变性；表面较易磨损，使细化效果显著下降。
所以，对胶体磨的研究和改进是非常重要且必要的。
本课题不仅完成对立式胶体磨的设计，也对一般胶体磨中存在的流量、热量及表面材料等问题加以解决，使之成为一款好产品。
1．2 国内外研究现状在过去的50多年中，胶体磨本身的超微粉碎能力经历了一个长远的发展过程。
全球关于粉碎问题的研究，从磨矿到超细粉碎兴起一个又一个高潮。
1988年在法国Albi召开的欧洲联邦会议上曾作为主题讨论；特别是超微粉碎，它是加工到细粉、微粉和超细粉的粉碎方法。
粉碎过程不仅是尺寸减少的过程，还伴随着晶体结构及表面性能的变化。
从细粉、微粉尺度粉碎到超细粉是目前研究热点[2]。
美国More-Bouse-Cowles公司生产的胶体磨已用于化工原料及非金属矿的细磨及分散[3]；近年IKA生产的MK 2000系列胶体磨也代表了目前国际先进水平[4]。
在我国，上海光正泵阀制造有限公司是全国生产胶体磨时间最早及规模最大的厂家之一,创办于1982年，专业生产JM系列胶体磨。
经过多年发展，我国通过引进国外先进技术和自主开发，胶体磨技术和生产都达到了一定水平，目前已形成立式胶体磨、分体式胶体磨、卧式胶体磨、全封闭式胶体磨、可空转干湿两用胶体磨等多种系列，并远销东南亚、欧洲、非洲、阿拉伯等多个国家和地区：其中“M60”型胶体磨是我国企业新研制的小型胶体磨、解决了国内小型胶体磨因功率不足、密封性能差而不能长时间连续工作的问题，其整体结构精巧，尺寸小、重量轻、密封结构可靠，可长时间连续工作，电机电压为220V，特别适于小型企业及试验室工作。
但是国内生产的胶体磨仍存在着不少问题：首先，由于作离心运动，其流量是不恒定的，对应于不同粘性的物料其流量变化很大，举例来说，同样的设备，在处理粘稠的漆类物料和稀薄的乳类流体时，流量可相差10倍以上；其次，由于转定子和物料间高速摩擦，故容易产生较大的热量，使被处理物料变性；第三，表面较易磨损，而磨损后，细化效果会显著下降[5]；此外，国内小型胶体磨往往因功率不足、密封性能差而产生不能长时间连续工作。
总体来说，我国胶体磨系列水平、配套性、专业适应性仍与先进国家相差尚远，须尽快引进先进技术并消化吸收，以自主开发更好的胶体磨产品。
针对胶体磨的特点，国内外目前都在积极地研究和改进：首先，研制区别于普通型的卫生型胶体磨，以符合21世纪的绿色环保理念；其次，定转子间的高速相对运动是使胶体磨工作获得物料微细度的主要保证，只有提高转子的线速度，才能达到较好的加工效果。
但高速度运转必然会产生大量的热量，并要求各零件的制造精度、相互配合都必须相当精密[6]；此外，根据被处理的物料性质不同选型必须有所区别[7]。
但材质均由不锈钢制成。
立式胶体磨的电机根据型号不同需要作特殊设计，在电机凸缘端加装挡水盘，以防渗漏[8]。
1．3 研究内容和方法本课题研究内容是立式胶体磨的设计。
了解立式胶体磨的设计要点，根据设计要求确定整体方案，完成主轴的设计与计算、定盘与动盘的设计、定动盘间隙调节装置的设计、进出料循环系统设计等；选择适当的电动机与联轴器；对结构与参数进行优化设计，以获得更紧凑的总体尺寸和较高的效率，以期更好地满足生产需要。
最后使用Auto CAD软件绘制装配图与零件图等，并完成设计说明书。
第二章分析与论证2．1 胶体磨的原理与结构2．1．1 工作原理胶体磨又称分散磨，工作构件由一个固定的磨体（定子）和一个高速旋转的磨体（转子）所组成，两磨体之间有一个可以调节的微小间隙。
当物料通过这个间隙时，由于转子的高速旋转（其线速度一般为13～40m/s[9]），使附着于转子面上的物料速度最大，而附着于定子面上的物料速度为零。
这样产生了急剧的速度梯度，从而使物料受到强烈的剪切、摩擦和湍动，而产生了超微粉碎作用[3]。
由此可知，定转子间的高速相对运动是使胶体磨工作获得物料微细度的主要保证。
只有提高转子的线速度，才能达到衣好的加工效果。
但高速度运转必然会产生大量的热量，并要求各零件的制造精度相互配合都必须相当定精密，而且还要进行冷却。
2．1．2 结构组成如图1所示，胶体磨其主要构造由磨头部件、底座传动部件、专用电机三部分组成。
其中磨头部分的动磨盘与静磨盘是本机的关健部分，所以，根据被处理的物料性质不同选型必须有所区别。
但材质均由不锈钢制成。
连体式（又称立式）电机根据型号不同需要作特殊设计，在电机凸缘端加装挡水盘，以防渗漏。
2．1．3 结构特点相对于压力式均质机，胶体磨首先是一种离心式设备，它的优点是结构简单，设备保养维护方便，适用于较高粘度物料以及较大颗粒的物料。
①可在极短时间内实现对悬浮液中的固形物进行超微粉碎，即微粒化，同时兼有混合、搅拌、分散和乳化的作用，成品粒径可达1μm；②效率和产量高，大约是球磨机和辊磨机效率的2倍以上；③可通过调节两磨体间隙，最小可达到1μm一下，达到控制成品粒径的目的；④结构简单，操作方便，占地面积小。
由于定磨盘和转磨盘之间间隙极微小，因此加工精度较高。
它的主要缺点也是由其结构引起的。
首先，由于作离心运动，其流量是不恒定的，对应于不同粘性的物料其流量变化很大。
举例来说，同样的设备，在处理粘稠的漆类物料和稀薄的乳类流体时，流量可相差10倍以上；其次，由于转定子和物料间高速摩擦，故容易产生较大的热量，使被处理物料变性；第三，表面较易磨损，而磨损后，细化效果会显著下降；此外，国内小型胶体磨往往因功率不足、密封性能差而产生不能长时间连续工作。
图1 立式胶体磨结构原理图1-电动机 2-机座 3-密封盖 4-排料槽 5-离心盘 6-固定磨套 7-定磨盘 8-动磨盘9-调节环 10-调节手柄 11-限定螺钉 12-联接螺钉 13-盖板 14-冷却水管 15-垫圈16-进料斗 17-中心螺钉 18-主轴 19-键 20-机械密封 21-甩油盘 22-密封垫 23-循环管 24-三通阀 25出料管2．2 胶体磨的功能与工作范围2．2．1 胶体磨功能胶体磨属于超微粉碎设备，兼备粉碎、乳化、分散、搅拌等功能，可以代替石磨、砂磨机、球磨机、组织捣碎机等。
胶体磨也可用于均质。
一般来说，其细化作用要弱于均质机，但它对物料的适应能力较强（如高粘度、大颗粒），所以在很多场合下，它用于均质机的前道或者用于高粘度的场合。
在固态物质较多时也常常使用胶体磨进行细化。
有时，胶体磨与均质机可以通用，但一般来说，在21Mpa条件下，胶体磨的能量水平小于均质机。
表1所列为胶体磨与高压均质机的参数及适应范围。
表1 均质机与胶体磨参数及适应范围2．2．2 工作范围★食品工业：（芦荟、花粉破壁、菠萝、芝麻、果茶、冰淇淋、月饼馅、奶油、果酱、果汁、大豆、豆酱、豆沙、花生奶、蛋白奶、豆奶、乳制品、麦乳精、香精、饮料、乳化鸡骨泥、乳化猪皮及其他动物皮等）★化学工业：（油漆、颜料、染料、涂料、润滑油、润滑脂、柴油、石油催化剂、乳化沥青、胶粘剂、洗涤剂、塑料、炸药、玻璃钢、皮革、乳化炸药等）★日用化工：（牙膏、洗涤剂、洗发精、鞋油、高级化妆品、沐浴精、肥皂、香脂等）★医药工业：（各型糖浆、营养液、中成药、膏状药剂、生物制品、鱼肝油、花粉、蜂皇浆、疫苗、各种药膏、各种口服液、针剂、静滴液、胰酶制剂、乳剂、牧药等）★建筑工业：（各种涂料，包括内外墙涂料、防腐防水涂料、阻燃材料、冷瓷涂料、多彩涂料、陶瓷途料等）★其它工业：（塑料工业、纺织工业、造纸工业、生物化工、环保节能、煤炭浮选剂、纳米材料、各大中院校、科研单位等）2．3 方案论证2．3．1.机型的选择胶体磨分为卧式与立式两种。
卧式胶体磨的转子随水平轴旋转，定子与转子之间的间隙通常为50～150μm，依靠转动件的水平位移来调节。
料液在旋转中心处进入，流过间隙后从四周卸出。
转子的转速范围为3000～15000r/min。
这种胶体磨适用于粘性相对较低的物料。
对于粘度相对较高的物料，可采用立式胶体磨。
立式胶体磨的结构如图所示，固定磨盘用连接螺钉固定于盖板上，用调节手柄转动调节环可使盖板升降，从而使固定磨盘上下移动，以调节与旋转磨盘之间的间隙。
旋转磨盘用键和螺钉固定在传动轴上，传动轴用联轴器与电动机联接，在电动机带动下，旋转磨盘高速旋转，转速达3000～10000r/min，由于磨片成水平方向转动，因此卸料和清洗都很方便。
相比之下，立式胶体磨应用更广，结构比较简单，占地面积小，价格相对低廉。
所以本课题选择设计立式胶体磨。
2．3．2 材料的选择由于胶体磨各工作表面较易磨损，而磨损后，细化效果会显著下降，影响生产效果；此外，出于卫生方面的考虑，材料的选择也很重要。