搅拌器实心轴与空心轴的比较
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］
＝
设材 料的最大许用切应力为 ［ ，轴传递 的扭短
Ｔ ＝９ ５ ５ ０× １ ０ ￣ Ｐ／ ｎ＝９ ５ ５ ０× １ ０ ０ ０× ７． ５ ／ ７ ０
＝
１ １ ４ ． ７ ×９ ０ ×｛ ［ ２ Ｏ ６ Ｘ １ ０ ×（ １ — ０ ） ］ ／ ［ ２ ５ ０ ０ × （ ２ ５ ０ ０ ＋ ６ ０ ０ ）×６ ７ ． ９ ９ ９ ］ ＝ ３ ６ ７ ． ３ ８ ｄ ａｉ ｒ ｎ
以下将 通 过计算 来 比较 两种设 计方 案 ，校 核其
可行性及稳定性 。搅拌轴力学模型见图 １ 。
垦
强度及 临界转速要求 ，当有要求时 ，还应计算轴 的刚
度『 １ ］ 。材料力学中指 出，凡有精 度要求 或者 限制振动
～ Ｂ
Ｉ Ｉ
一
百
的机 械 ，需要考虑轴 的刚度 ，对于搅拌轴 ，一般情况
１ ０ ２ ３ Ｎ・ １ ３ ３
计算 实心 圆轴强度 ：
Ｄ ￣＝９ ０ ｍｍ， 实 ＝１ ． ４ ３× １ ０ ｉ ｎ
（ ２ ）空 心轴 的临界转 速计算
搅拌轴 的有效质量为 ：
ｍ Ｌ １ 。 ＝ 兀 ／ ４ ×Ｄ空 × １ ×［ Ｐ ×（ １ 一 ） — ×１ ０
种设计 以供选择 ，技术参数见表 １ 。
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ ． １ ６ ；修 回日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ ． １ ７
作者 简介 ：谢 晓梅 （ １ ９ ７ ９ 一） ，女 ，上海 市人 ，工程 师 。主 要从
事化工装置设计工作 。
源自文库
２ ０ １ ３年 １ ０月
１ ． １ 强 度计算 （ 最大扭剪应力 ） 根 据工程 力学扭 转变 形要 求，实心 轴 的剪 应力 强度条件为 ：
Ｔ ９ ５ ５ ０× １ ０ 尸
—
—— 一
≤［ ｒ Ｔ ］
对于等截面实心 圆轴 ，其抗扭截 面系数
实＝ｒ ｉ Ｄ ￣３ ／ １ ６
供货 商对该 设 备 的搅 拌轴选 择 了 四叶片等直 径 的单 跨 轴桨 式斜 叶搅拌轴 ，其 材质 为 ３ ０ ４ Ｌ ，并 提出 了两
中 图 分 类号 ：Ｔ Ｑ ０ ５ １ ． ７ ；Ｔ Ｈ １ ３ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ － ３ ２ ８ １（ ２ ０ １ ３ ）０ ５ — ０ ０ ５ ８ ． ０ ０ ３
搅 拌设备 在化 工和 石油化 工生 产 中被 广泛地 应 用 ，常用于使物料混合均匀 。近年来 ，供货商提供 的
搅拌 器 ，搅 拌轴 采用 实心 轴和 空心轴 的情 况均有 发
一
薯 叠 ≯ 毒 ｌ 强 凑芯 警 性
、Ａ ｇ ｉ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｔ ｅ ｃ ｌ ｍｉ ｅ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ
技术参数
７ ． ５ｋ Ｗ ３ ０ ４ ９ ０ｌ ｎ ｌ ｎ
７ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ
谢 晓梅 ． 搅 拌 器 实心 轴 与 空 心 轴 的 比较
５ ９
对 于等截面空心 圆轴 ，其抗扭截面 系数
， Ｔ 空 ＝ ｒ ｒ ａ ９空 （ １ 一 ） ／ １ ６
从而得 出一 阶临界转 速：
ｎ ｋ ＝ ｌ １ ４ ． ７ ×Ｊ ［ ） 实 ×｛ ［ ×（ １ — ６ ｃ ） ］ ／ ［ Ｌ １ × １ ＋ ×
＝
实 ＝ ｌ ０ ２ ３ ／ （ １ ． ４ ３ ×１ ０ ） ７ ． １ ５ ＭＰ ａ
计算 空心圆轴强度 ：
Ｄ 空＝１ ０８ ｍｍ ， ｄ －８ ＝ ４ ｒ ｎ ｎ ３ ，ｄ ／ Ｄ ０． ７ ８
ｈ ， － ， ； ８
积 的 比较 ，分析空心轴搅拌轴 的优势所在 。 １ 设 计 实 例 工 艺概 况
以某 聚酯 装置 二氧化 钛调 配单元 中，二 氧化 钛 稀释槽 接收上 游 ５ ０ ％ 的二 氧化钛 溶液 ，并 在该稀 释 槽 中稀释至 １ ０ ％，溶剂为 乙二醇 ，设备材质为 ３ ０ ４ Ｌ。
第５ ０卷第 ５期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
化
工
设
置
与
管
道
、 ， ０ｌ ｌ ＿ ５０ ＮＯ ．５ ０ｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｐ ＲＯ Ｃ Ｅ Ｓ Ｓ Ｅ Ｑ ＵＩ Ｐ ＭＥ ＮＴ＆ Ｐ Ｉ Ｐ Ｉ ＮＧ
搅拌器实心轴 与空心轴 的比较
谢 晓梅
（ 中国昆仑工程公 司，北京 １ ０ ０ ０ ３ ７ ）
下没 有此类要求 】 。本文通过对实心轴和空 心轴强度 计算 （ 计算最 大扭剪应力 ） 、抗振要求 （ 计 算轴 的临
界转速 ）和 刚度要求 （ 计算极惯性矩 ）以及两者截 面
图 １ 搅 拌 轴 力 学 模 型
Ｆｉ ｇ． １ Ａ ｇｉ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏｄ ｅｌ
摘
要：对搅拌 轴 的 刚度进 行计 算 ，分析在 同等长 度 、 同等 材料条 件 下 ，实心 轴和 空心轴 的 强度 以及材 料
用 量之 比 。结 果表 明 ，在载荷 相等 的条 件 下，合 理壁厚 的 空心轴 设计 可 以在 很 大程度 上 节约材料 。 关键词： 实心轴 ；空心 轴 ；扭 剪应 力 ；极惯 性矩 ；壁厚
轴实际传递扭矩
空心 轴
９ ４０Ｎ ・ ｍ
１ ０ ８ｍ／ ｎ× ｌ ２Ｉ ｎ ｔ ｎ
变 形量 超过 允许 限度 ，就 会影 响轴 上零件 的正 常工
作 ，严重的甚至会破坏机器的工作性 能。因此在设计 搅拌轴 时，除了要满足搅拌轴与减速机、机架 、密封 原件及搅拌器等连接 的结构要求外 ，搅拌轴还应满 足
薯 ０ ｊ 鼍 ｌ 薯 薯 、
项目 搅拌器功率 轴材质 实心轴
转速
生 。一般来说各用户更倾 向选择实心轴 ，但实心轴价
格较 贵。
一
般的机械传 动中，轴在载荷作用下，都会发生
不 同程度 的弯曲变形和扭转 变形。无论 哪一种变 形， 如果 变形量 未超 过允许限度，机 器还能照常运转 ；若
＝
设材 料的最大许用切应力为 ［ ，轴传递 的扭短
Ｔ ＝９ ５ ５ ０× １ ０ ￣ Ｐ／ ｎ＝９ ５ ５ ０× １ ０ ０ ０× ７． ５ ／ ７ ０
＝
１ １ ４ ． ７ ×９ ０ ×｛ ［ ２ Ｏ ６ Ｘ １ ０ ×（ １ — ０ ） ］ ／ ［ ２ ５ ０ ０ × （ ２ ５ ０ ０ ＋ ６ ０ ０ ）×６ ７ ． ９ ９ ９ ］ ＝ ３ ６ ７ ． ３ ８ ｄ ａｉ ｒ ｎ
以下将 通 过计算 来 比较 两种设 计方 案 ，校 核其
可行性及稳定性 。搅拌轴力学模型见图 １ 。
垦
强度及 临界转速要求 ，当有要求时 ，还应计算轴 的刚
度『 １ ］ 。材料力学中指 出，凡有精 度要求 或者 限制振动
～ Ｂ
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一
百
的机 械 ，需要考虑轴 的刚度 ，对于搅拌轴 ，一般情况
１ ０ ２ ３ Ｎ・ １ ３ ３
计算 实心 圆轴强度 ：
Ｄ ￣＝９ ０ ｍｍ， 实 ＝１ ． ４ ３× １ ０ ｉ ｎ
（ ２ ）空 心轴 的临界转 速计算
搅拌轴 的有效质量为 ：
ｍ Ｌ １ 。 ＝ 兀 ／ ４ ×Ｄ空 × １ ×［ Ｐ ×（ １ 一 ） — ×１ ０
种设计 以供选择 ，技术参数见表 １ 。
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ ． １ ６ ；修 回日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ ． １ ７
作者 简介 ：谢 晓梅 （ １ ９ ７ ９ 一） ，女 ，上海 市人 ，工程 师 。主 要从
事化工装置设计工作 。
源自文库
２ ０ １ ３年 １ ０月
１ ． １ 强 度计算 （ 最大扭剪应力 ） 根 据工程 力学扭 转变 形要 求，实心 轴 的剪 应力 强度条件为 ：
Ｔ ９ ５ ５ ０× １ ０ 尸
—
—— 一
≤［ ｒ Ｔ ］
对于等截面实心 圆轴 ，其抗扭截 面系数
实＝ｒ ｉ Ｄ ￣３ ／ １ ６
供货 商对该 设 备 的搅 拌轴选 择 了 四叶片等直 径 的单 跨 轴桨 式斜 叶搅拌轴 ，其 材质 为 ３ ０ ４ Ｌ ，并 提出 了两
中 图 分 类号 ：Ｔ Ｑ ０ ５ １ ． ７ ；Ｔ Ｈ １ ３ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ － ３ ２ ８ １（ ２ ０ １ ３ ）０ ５ — ０ ０ ５ ８ ． ０ ０ ３
搅 拌设备 在化 工和 石油化 工生 产 中被 广泛地 应 用 ，常用于使物料混合均匀 。近年来 ，供货商提供 的
搅拌 器 ，搅 拌轴 采用 实心 轴和 空心轴 的情 况均有 发
一
薯 叠 ≯ 毒 ｌ 强 凑芯 警 性
、Ａ ｇ ｉ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｔ ｅ ｃ ｌ ｍｉ ｅ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ
技术参数
７ ． ５ｋ Ｗ ３ ０ ４ ９ ０ｌ ｎ ｌ ｎ
７ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ
谢 晓梅 ． 搅 拌 器 实心 轴 与 空 心 轴 的 比较
５ ９
对 于等截面空心 圆轴 ，其抗扭截面 系数
， Ｔ 空 ＝ ｒ ｒ ａ ９空 （ １ 一 ） ／ １ ６
从而得 出一 阶临界转 速：
ｎ ｋ ＝ ｌ １ ４ ． ７ ×Ｊ ［ ） 实 ×｛ ［ ×（ １ — ６ ｃ ） ］ ／ ［ Ｌ １ × １ ＋ ×
＝
实 ＝ ｌ ０ ２ ３ ／ （ １ ． ４ ３ ×１ ０ ） ７ ． １ ５ ＭＰ ａ
计算 空心圆轴强度 ：
Ｄ 空＝１ ０８ ｍｍ ， ｄ －８ ＝ ４ ｒ ｎ ｎ ３ ，ｄ ／ Ｄ ０． ７ ８
ｈ ， － ， ； ８
积 的 比较 ，分析空心轴搅拌轴 的优势所在 。 １ 设 计 实 例 工 艺概 况
以某 聚酯 装置 二氧化 钛调 配单元 中，二 氧化 钛 稀释槽 接收上 游 ５ ０ ％ 的二 氧化钛 溶液 ，并 在该稀 释 槽 中稀释至 １ ０ ％，溶剂为 乙二醇 ，设备材质为 ３ ０ ４ Ｌ。
第５ ０卷第 ５期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
化
工
设
置
与
管
道
、 ， ０ｌ ｌ ＿ ５０ ＮＯ ．５ ０ｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｐ ＲＯ Ｃ Ｅ Ｓ Ｓ Ｅ Ｑ ＵＩ Ｐ ＭＥ ＮＴ＆ Ｐ Ｉ Ｐ Ｉ ＮＧ
搅拌器实心轴 与空心轴 的比较
谢 晓梅
（ 中国昆仑工程公 司，北京 １ ０ ０ ０ ３ ７ ）
下没 有此类要求 】 。本文通过对实心轴和空 心轴强度 计算 （ 计算最 大扭剪应力 ） 、抗振要求 （ 计 算轴 的临
界转速 ）和 刚度要求 （ 计算极惯性矩 ）以及两者截 面
图 １ 搅 拌 轴 力 学 模 型
Ｆｉ ｇ． １ Ａ ｇｉ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏｄ ｅｌ
摘
要：对搅拌 轴 的 刚度进 行计 算 ，分析在 同等长 度 、 同等 材料条 件 下 ，实心 轴和 空心轴 的 强度 以及材 料
用 量之 比 。结 果表 明 ，在载荷 相等 的条 件 下，合 理壁厚 的 空心轴 设计 可 以在 很 大程度 上 节约材料 。 关键词： 实心轴 ；空心 轴 ；扭 剪应 力 ；极惯 性矩 ；壁厚
轴实际传递扭矩
空心 轴
９ ４０Ｎ ・ ｍ
１ ０ ８ｍ／ ｎ× ｌ ２Ｉ ｎ ｔ ｎ
变 形量 超过 允许 限度 ，就 会影 响轴 上零件 的正 常工
作 ，严重的甚至会破坏机器的工作性 能。因此在设计 搅拌轴 时，除了要满足搅拌轴与减速机、机架 、密封 原件及搅拌器等连接 的结构要求外 ，搅拌轴还应满 足
薯 ０ ｊ 鼍 ｌ 薯 薯 、
项目 搅拌器功率 轴材质 实心轴
转速
生 。一般来说各用户更倾 向选择实心轴 ，但实心轴价
格较 贵。
一
般的机械传 动中，轴在载荷作用下，都会发生
不 同程度 的弯曲变形和扭转 变形。无论 哪一种变 形， 如果 变形量 未超 过允许限度，机 器还能照常运转 ；若