專利名稱：硬軸承乳化器的攪拌頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及攪拌與乳化設備，特別涉及一種用于食品、化工行業的硬軸承乳化器上的攪拌頭。
混合乳化機由機架和攪拌頭兩大部分組成，其中攪拌頭部分由高速轉動的轉子和定子組成。在電動機的驅動下，高速旋轉的轉子將物料從容器底部吸入轉子區，并承受強烈的混合作用，物料被迫經過精密配合的定子與轉子的間隙后，從定子孔中甩出。攪拌頭承受劇烈的機械及液力的剪切作用，將顆粒撕裂和粉碎，與此同時，新的物料被吸進轉子中心，由此完成一個循環。
目前使用的攪拌頭，其轉軸和軸承基本上采用滑動軸承的結構和材料，軸承結構是側面連續的空心圓柱體，由聚四氟乙烯或青銅等耐磨潤滑型材料制造，轉軸則由耐腐蝕的不銹鋼材料如1Cr18Ni9Ti材料制造。
在現有的攪拌頭結構中，軸承結構的側面都是連續性的，雖然有些非液體下工作的滑動軸承的軸襯上開有凹槽，用以存儲潤滑油，但此種凹槽并不破壞軸承側面的連續性，即凹槽并不穿透軸承側面，此種結構對在液下工作的攪拌頭沒有用處，因為攪拌頭不能含有潤滑油。
目前所用攪拌頭的轉軸軸頸都沒有采用硬質合金材料，倒是一些在非液體工作環境下的滑動軸承的軸承采用此種硬質材料，轉軸軸頸滲氮以提高硬度達洛氏硬度HRC60，但是需要潤滑油的充分潤滑才能有效工作。按滑動軸承的一般原理，轉軸軸頸不宜采用硬質合金材料，特別是含有碳化鎢顆粒的鎳基或鈷基硬質合金材料，因為此種材料雖然對自身無損，但是卻對軸承起到加速磨損的作用，如果以提高軸承的硬度來削弱這種磨損，則會損傷轉軸并加速轉軸的疲勞斷裂。但是事實上，在液下工作的攪拌頭的軸承工作狀態存在著如下多種情況1、軸承徑向負載為零，轉軸軸頸與軸承的滑動摩擦力很小；2、轉軸轉速很高，當轉速達到3000轉/分鐘時，由于轉軸的跳動引起軸頸與軸承的頻繁撞擊與摩擦，頻率可達數萬次/分鐘；3、轉軸軸頸與軸承之間存在間隙，間隙內充滿工作介質(物料)。
當攪拌頭中的轉軸軸頸由硬質合金材料、軸承也由硬度較高的金屬材料制成時，攪拌器轉軸軸頸與軸承之間存在著25μm～200μm的間隙，而攪拌器的工作介質終點物料粒度則為0.5μm～20μm，因此在此間隙內積存了大量物料。該間隙中的物料受到轉軸高速旋轉和擠壓的作用，當轉軸轉速高達3000轉/分鐘時，線速度達到3米/秒鐘，該間隙中遠離上下兩端的物料液體部分從上下兩端甩出了間隙，剩下的固體物料則在發熱狀態下被烘干，并受到擠壓后粘附在軸承上，久而久之，該間隙被物料填滿，轉軸被咬死，引起電機燒毀。
上面談到，現有的攪拌頭的軸承普遍采用聚四氟乙烯或青銅材料制造，轉軸采用硬度較高的材料制造，如1Cr18Ni9Ti材料。攪拌頭的滑動軸承的徑向負荷為零或很小，但是由于電機轉軸存在徑向跳動，在高速旋轉下，加上轉軸軸頸與軸承之間充滿粒度為0.5μm～200μm的工作介質物料，類似充滿了磨料，轉軸軸頸與軸承之間的碰撞與摩擦每分鐘達到數萬次，再者，轉軸軸頸和軸承的硬度又太低，因此兩者的使用壽命很短。如果轉軸軸頸和軸承都采用高硬度材料制造，軸頸和軸承會因缺乏潤滑和緩沖介質而受到劇烈磨損。
針對上述攪拌頭所存在的缺點，本發明的目的是提供一種改進的硬軸承乳化器的攪拌頭，其轉軸軸頸和軸承采用硬質材料，既有潤滑作用又能得到緩沖，解決了由物料堵塞而造成轉軸被咬死的難題。
本發明的技術解決方案如下一種硬軸承乳化器的攪拌頭，它包括由轉軸和軸承組成的滑動軸承和軸承座，軸承座由支撐桿固定，軸承座通過緊固螺絲與定子相連接，在定子內設置轉子，轉子上裝有轉子刀片，所述軸承的側面沿軸線方向設有一條以上槽孔；所述軸承座上設有其中一端與軸承槽孔相通、其中另一端與工作介質相通的斜向設置的槽孔，附著在軸承內壁及間隙中的物料由軸承槽孔經過軸承座槽孔輸入到工作介質中，同時工作介質也經過槽孔進入到間隙中補充失去的工作介質，以增加潤滑與緩沖作用；所述轉軸由耐腐蝕材料制造，轉軸的軸頸采用耐腐蝕硬質合金材料強化，所述軸承由耐腐蝕高硬度金屬材料制造，軸承材料硬度大于洛氏硬度HRC30，軸承材料硬度與轉軸軸頸材料硬度之比為0.3～1。
本發明的攪拌頭采用新的結構設計，不會發生物料堵塞現象，轉軸也不會被咬死，轉軸軸頸與軸承之間能起到潤滑作用和產生緩沖效果。轉軸軸頸采用耐腐蝕硬質合金材料強化，軸承則由耐腐蝕高硬度金屬材料制造，由此提高了耐磨性，延長了使用壽命。采用本發明的攪拌頭可以有效地防止轉軸咬死、電機燒毀等現象。
下面結合附圖對本實用新型作詳細說明。
圖1是一種硬軸承乳化器的攪拌頭結構示意圖。
圖2是圖1攪拌頭中的軸承俯視圖。
圖3是圖1攪拌頭中的軸承座結構示意圖。
圖4是按圖3所示的仰視圖。
參看圖1至圖4，一種硬軸承乳化器的攪拌頭包括滑動軸承和軸承座1。滑動軸承由轉軸2和軸承3組成。軸承座1由支撐桿4固定，軸承座1通過緊固螺絲5與定子6相連接。在定子6內設置轉子7，轉子7由緊固螺絲12固定，轉子7上裝有轉子刀片8。
軸承3的側面沿軸線方向設有一條以上槽孔9。軸承槽孔9可以設置成二條或三條長形槽孔。軸承座1上設有斜向設置的槽孔10，該斜置槽孔10的其中一端與軸承槽孔9相通，其中另一端與工作介質相通。附著在軸承3內壁及間隙中的物料由軸承槽孔9經過軸承座槽孔10輸入到工作介質中，同時，新的工作介質也經過槽孔進入到間隙中補充失去的工作介質，以增加潤滑與緩沖作用。
軸承3固定在軸承座1的軸承孔11內，當電機帶動由軸承孔11穿過的轉軸2高速旋轉時，轉子7及轉子刀片8隨之高速旋轉，物料被迫經過轉子刀片8與定子6之間的間隙，并承受著劇烈的機械及液力剪切作用，物料從定子6上的定子孔13中甩出。
本發明的攪拌頭轉軸2由耐腐蝕材料制造，轉軸2的軸頸采用耐腐蝕硬質合金材料強化，轉軸2軸頸的表面涂覆有鎳基自熔合金層或鈷基自熔合金層。軸承3由耐腐蝕高硬度金屬材料制造，軸承3內表面熱噴涂有鎳基自熔合金層或鈷基自熔合金層。轉軸2軸頸材料硬度比軸承3材料硬度高，軸承材料硬度大于洛氏硬度HRC30，軸承3材料硬度與轉軸2軸頸材料硬度之比為0.3～1，最佳為0.65～0.75。
例如轉軸用1Cr18Ni9Ti制造，軸頸熱噴涂鎳基自溶合金層，軸承用STSi15Mo3R高硅耐蝕材料制造。經機械加工至所需尺寸和光潔度要求，測得軸頸HRC64，軸承HRC48。其軸承和軸頸的磨損率見表2之序號7。
又例如；轉軸用1Cr18Ni9Ti制造，軸頸熱噴涂鎳基自溶合金層，軸承用高硅耐蝕材料制造，軸承內表面熱噴涂鎳基自溶合金層作為軸襯。經機械加工至所需尺寸和光潔度要求，測得軸頸HRC64，軸承HRC48。其軸承和軸頸的磨損率見表2之序號7。
本發明在工作時，電機帶動轉軸高速旋轉，轉軸軸頸和軸承間隙中的工作介質隨之高速旋轉，由于離心力的作用，工作介質從槽孔中甩出，同時槽孔中的工作介質被轉軸軸頸卷入到間隙內，甩出的工作介質量與卷入的工作介質量相等，由此在間隙內的工作介質達到動態平衡。此時，附著在軸承內壁上的物料在高速急流的沖刷下也脫落而帶出，經過軸承座槽孔輸入到工作介質中，由此減少了堵塞的可能性。由于間隙內充滿了不斷更新的工作介質，這樣在轉軸軸頸與軸承之間的工作介質就成為一種事實上的潤滑劑和緩沖劑，使得轉軸軸頸對軸承的磨損大為減小，從而延長了軸承和轉軸的使用壽命。
由于物料進入轉軸軸頸與軸承之間的間隙并進入軸承槽孔，物料在起潤滑與緩沖作用的同時，增加了作為磨料的磨損作用，特別是當物料中含有未溶解的固體物質(如氯化鈉顆粒)時，轉軸軸頸和軸承的硬度大于物料的硬度則可以達到較好的效果。軸承硬度為轉軸軸頸硬度的30％～100％均可。根據工作介質的粘度，其粘度越高，硬度也相應提高。例如軸承采用7Cr17不銹鋼材料，硬度為HRC54。
攪拌頭轉軸可以采用1Cr18Ni9Ti材料制造，轉軸軸頸部分經車床粗加工后熱噴涂或噴焊鎳基自熔合金層，經粗磨、精磨后符合尺寸要求，測量該硬質合金層的硬度為HRC60(HV713)，硬質合金層平均厚度為0.28mm。
本發明列表對比了軸承與轉軸軸頸的磨損情況，表1列出現有技術的軸承與轉軸軸頸的磨損率，采用的轉軸材料為1Cr18Ni9Ti；表2列出本發明的軸承與轉軸軸頸的磨損率，轉軸軸頸采用熱噴焊鎳基自熔合金層，硬度為HRC64。由表中可見，本發明的軸承硬度為HRC48，其磨損率為0.74μm/小時，僅為現有技術所用青銅材料ZCuSn5Pb5Zn5磨損率2.78μm/小時的約1/4，轉軸軸頸的磨損率為0.21μm/小時，僅為現有技術0.69μm/小時的1/3。
以上數值的實驗條件是40％氯化鈉水溶液為工作介質(含固體氯化鈉)，轉軸轉速為3500轉/分，運轉100小時后，用游標卡尺測量軸承內徑和軸頸外徑，得出每小時磨損率的平均值。
實現本發明的最好方式是分別提高轉軸軸頸和軸承的硬度，軸頸的硬度確定以后，尋求軸承的一個最佳硬度值，也就是對軸頸不會產生明顯摩擦損傷的一個最大值。最好使轉軸軸頸的硬度達到HRC60(HV713)以上，例如HRC65，軸承硬度與轉軸軸頸硬度之比為0.65～0.75時，硬度為HRC40～HRC50，是最佳硬度值。若低于硬度HRC40時，則軸承達不到最大使用壽命；若超過硬度HRC50時，轉軸軸頸磨損就會加劇。
表1
表權利要求
1.一種硬軸承乳化器的攪拌頭，它包括由轉軸和軸承組成的滑動軸承和軸承座，軸承座由支撐桿固定，軸承座通過緊固螺絲與定子相連接，在定子內設置轉子，轉子上裝有轉子刀片，其特征在于，所述軸承的側面沿軸線方向設有一條以上槽孔；所述軸承座上設有其中一端與軸承槽孔相通、其中另一端與工作介質相通的斜向設置的槽孔，附著在軸承內壁及間隙中的物料由軸承槽孔經過軸承座槽孔輸入到工作介質中，同時工作介質也經過槽孔進入到間隙中補充失去的工作介質，以增加潤滑與緩沖作用；所述轉軸由耐腐蝕材料制造，轉軸的軸頸采用耐腐蝕硬質合金材料強化，所述軸承由耐腐蝕高硬度金屬材料制造，軸承材料硬度大于洛氏硬度HRC30，軸承材料硬度與轉軸軸頸材料硬度之比為0.3～1。
2.根據權利要求1所述的硬軸承乳化器的攪拌頭，其特征在于，所述軸承槽孔設置成二條或三條長形槽孔。
3.根據權利要求1所述的硬軸承乳化器的攪拌頭，其特征在于，所述轉軸軸頸的表面涂覆有鎳基自熔合金層或鈷基自熔合金層。
4.根據權利要求1所述的硬軸承乳化器的攪拌頭，其特征在于，所述軸承材料硬度與轉軸軸頸材料硬度之比為0.65～0.75。
全文摘要
本發明涉及一種硬軸承乳化器的攪拌頭,它包括由轉軸和軸承組成的滑動軸承和軸承座。軸承的側面沿軸線方向設有一條以上槽孔。軸承座上設有其中一端與軸承槽孔相通、其中另一端與工作介質相通的斜向設置的槽孔,附著在軸承內壁及間隙中的物料由軸承槽孔經過軸承座槽孔輸入到工作介質中,以減少堵塞并增加潤滑與緩沖作用。本發明的轉軸軸頸和軸承采用硬質材料,轉軸軸頸材料硬度比軸承材料硬度高,既有潤滑作用又能得到緩沖,解決了由物料堵塞而造成轉軸被咬死的難題。
文檔編號B01F9/10GK1381303SQ0111266
公開日2002年11月27日 申請日期2001年4月18日 優先權日2001年4月18日
發明者陸忠義, 劉和平 申請人:上海威宇機電制造有限公司