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在化工、食品、醫(yī)藥許多工業(yè)方面，都涉及懸浮液中固體微粒和液相分離的工藝過(guò)程，這個(gè)過(guò)程無(wú)需進(jìn)行任何化學(xué)反應(yīng)，只需經(jīng)過(guò)機(jī)械方法對(duì)固液兩相進(jìn)行分離，一般采用沉降分離方法來(lái)完成此項(xiàng)工作。例如濾除渣物提取果汁與油料、經(jīng)過(guò)濕法粉磨的超微礦物粉料的脫水和淀粉加工等，都需考慮快速有效的固液分離技術(shù)。當(dāng)前迅速發(fā)展的精細(xì)化學(xué)工業(yè)，為高價(jià)值地利用碳酸鈣、高嶺土、瓷土等非金屬礦物資源，將礦粉經(jīng)過(guò)濕法碾磨和分級(jí)，得到＜2μm的微粒粉料，可以作為造紙面布涂料和 光學(xué)涂料，這樣的粉漿是一種膠體顆粒懸浮液，要使這些微顆粒在重力場(chǎng)中沉降分離，固體顆粒的沉降速度極小，甚至微顆粒受布朗運(yùn)動(dòng)的作用，重力沉降幾乎不可能。離心沉降則與重力沉降不同，從流體力學(xué)可知，顆粒在重力場(chǎng)中沉降，一方面顆粒受重力加速度作用而加速運(yùn)動(dòng)，另一方面又由于顆粒所受的液體阻力與其運(yùn)動(dòng)速度平方成正比，當(dāng)阻力和重力達(dá)到平衡時(shí)，無(wú)外力作用情況下，顆粒只能以平衡時(shí)的線速度勻速運(yùn)動(dòng)，該速度稱為顆粒的沉降速度。

國(guó)外在20世紀(jì)70年代就廣泛應(yīng)用離心沉降設(shè)備，使懸浮液處于離心力場(chǎng)中得到快速沉降，螺旋卸料轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)就是近年來(lái)被認(rèn)為理想的設(shè)備。

固液兩相混合的懸浮液，通過(guò)輸料管送入到轉(zhuǎn)鼓的離心沉降腔內(nèi)，懸浮液被離心力作用在腔內(nèi)緊貼轉(zhuǎn)鼓壁形成一定厚度的液環(huán)，而液環(huán)中的固相微粒，在離心力場(chǎng)作用下迅速向鼓壁沉降，在內(nèi)壁形成固相物的密集層，不斷供入懸浮液體，并繼續(xù)發(fā)生離心沉降過(guò)程，固相物依附鼓壁，料層不斷增厚，被螺旋卸料器推向轉(zhuǎn)鼓錐形段端側(cè)，而內(nèi)層澄清液向圓筒形轉(zhuǎn)鼓段的端側(cè)溢出，從而達(dá)到了兩相分離的目的。實(shí)際上，當(dāng)離心機(jī)的分離因數(shù)達(dá)到相當(dāng)高的程度，對(duì)于不同密度的兩種不互溶液體的混合液，亦可進(jìn)行分離。

為了使很小粒徑的固體顆粒得到快速沉降，離心機(jī)必須造成足夠的離心力場(chǎng)將微顆粒強(qiáng)迫沉降，而所需的離心力則依靠離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓的高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生，由此可見，轉(zhuǎn)鼓的高轉(zhuǎn)速，僅僅標(biāo)志其對(duì)懸浮液分離難度的有效性，離心機(jī)更重要的性能要求，還要把沉降下來(lái)的固相物有效地收集，在分離過(guò)程中，使超細(xì)顆粒不被澄清液帶走，而且使收集的固相物的含濕量盡可能低。這就要求卸料裝置（螺旋卸料器）的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的合理配置。這些技術(shù)問(wèn)題，就有賴于其驅(qū)動(dòng)裝置——差速器的合理設(shè)計(jì)。

美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、瑞士、日本等 的螺旋離心機(jī)所采用的驅(qū)動(dòng)裝置為齒輪行星差速器，其轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速高達(dá)5000r/min以上，分離因數(shù)（離心加速度與重力加速度之比），可達(dá)6000以上，轉(zhuǎn)鼓與螺旋卸料器的轉(zhuǎn)差率為0.3～4%，對(duì)固液密度差＞0.05g/cm3的懸浮液分離，收得的粒徑＞2μm的渣料含濕量低于20%，而且這種離心機(jī)的分離效果對(duì)進(jìn)料固相濃度變化不敏感。我國(guó)自80年代引進(jìn)國(guó)外裝備，不斷消化吸收國(guó)外技術(shù)，陸續(xù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出多種機(jī)型的同類離心機(jī)，如WL系列離心機(jī)，是目前生產(chǎn)較成熟的產(chǎn)品，但其分離因數(shù)一般在500～2400范圍，大多采用擺線針輪式差速器。由于轉(zhuǎn)速不高，分離因數(shù)值小，其所能達(dá)到分離的效果，也只能對(duì)界限粒度＞10μm的密度較大的固相顆粒進(jìn)行比較有效的分離。而當(dāng)前一些工業(yè)應(yīng)用要求對(duì)＜2μm以下的顆粒進(jìn)行沉降收集，要改進(jìn)離心機(jī)的性能，技術(shù)關(guān)鍵在于提高轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，以提高分離因數(shù)，由此，作為驅(qū)動(dòng)裝置的差速傳動(dòng)裝置也由于提高主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速而需要考慮以下問(wèn)題。

（1）要求很小的回轉(zhuǎn)半徑，很小的回轉(zhuǎn)質(zhì)量，和很高的動(dòng)平衡精度。

（2）由于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速很高，卸料速度仍需保持在一定范圍內(nèi)，也即使輔傳動(dòng)和主傳動(dòng)輸出很小的轉(zhuǎn)速差，則行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)很大。若主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速為5500r/min，卸料輔傳動(dòng)轉(zhuǎn)速差為2r/min，則轉(zhuǎn)差率為0.036%，若輸入轉(zhuǎn)速差為100r/min，則要求行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比＞50，實(shí)際需要還更大，只有加大傳動(dòng)比，才能準(zhǔn)確控制輸出的轉(zhuǎn)速差。

（3）保證輔傳動(dòng)提供螺旋卸料器足夠的工作扭矩，可能還出現(xiàn)隨機(jī)的過(guò)載情況，同時(shí)由于尺寸限制，齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的承載能力安全儲(chǔ)備小，所以需要帶有扭矩離合器，以保安全。

（4）行星機(jī)構(gòu)很緊湊地封裝在圓柱型外殼內(nèi)，內(nèi)部裝載的潤(rùn)滑油也類同于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的被分離的液體，在強(qiáng)大的離心力場(chǎng)作用下對(duì)殼壁產(chǎn)生很大的離心壓力，外殼要有可靠的密封，防止漏油。

目前的大部分離心機(jī)上所采用的差速器為擺線針輪行星機(jī)構(gòu)，實(shí)際上，擺線針輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在著結(jié)構(gòu)性的致命弱點(diǎn)，因?yàn)閿[線針輪傳動(dòng)是依靠少齒差行星傳動(dòng)方式得到較大傳動(dòng)比的，較大質(zhì)量的擺線輪的重心偏置，雖然與針齒輪的中心距不大，而且采用成對(duì)設(shè)計(jì)，但其重心偏置，沿軸向相距一個(gè)擺線輪厚度，在軸向上的偏心質(zhì)量，將在高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)不平衡力矩。仍不能滿足高轉(zhuǎn)速情況下的動(dòng)平衡要求，要達(dá)到離心機(jī)的分離因數(shù)＞6000時(shí)，一般轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速要達(dá)到5000r/min以上，這個(gè)轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)子體是過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，一般要求差速器的動(dòng)平衡精度達(dá)到G2.5級(jí)，由此則要求差速器在此轉(zhuǎn)速下的動(dòng)不平衡矩必須小于12.5～20g·cm。這樣的精度要求，對(duì)于擺線針輪行星差速器，既無(wú)法達(dá)到，也無(wú)法校整。

對(duì)于上述螺旋卸料式離心機(jī)的改進(jìn)要求，設(shè)計(jì)了NC系列的齒輪行星差速器，在較多的主機(jī)上配套，達(dá)到了較好效果，以下作簡(jiǎn)要介紹。

1 NC系列齒輪行星差速器的結(jié)構(gòu)原理

NC型齒輪行星差速器由兩級(jí)NGW行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，內(nèi)齒圈B1、B2連接的外殼和離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓固連，并與主傳動(dòng)皮帶輪連接，輸入主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速。輸出軸以花鍵軸頭和離心機(jī)的螺旋卸料器軸連接，一級(jí)中心輪由輔傳動(dòng)皮帶輪通過(guò)扭矩離合器和輸入軸輸入輔傳動(dòng)轉(zhuǎn)速，由行星輪架（系桿）自帶的二級(jí)中心輪耦合到第二級(jí)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步減速輸出。

設(shè)計(jì)考慮了輸出轉(zhuǎn)速差＜2r/min的情況，行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)為35，57，93和159幾個(gè)公稱傳動(dòng)比，當(dāng)傳動(dòng)比大時(shí)，由于中心輪直徑很小，行星輪個(gè)數(shù)受鄰接條件限制，因此傳動(dòng)比＞57的情況，可采用2個(gè)行星輪，而其它采用3個(gè)行星輪結(jié)構(gòu)。

行星機(jī)構(gòu)還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需要，很方便地改變各級(jí)齒輪的配齒方案，得到所需的各種傳動(dòng)比。

2 差速器額定輸出轉(zhuǎn)矩的確定

差速器額定輸出轉(zhuǎn)矩是決定差速器能夠提供離心機(jī)螺旋卸料器滿足完成一定產(chǎn)量的排料能力的參數(shù)，確定了這參數(shù)值后，才能對(duì)差速器各級(jí)行星機(jī)構(gòu)作準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。所需的輸出轉(zhuǎn)矩決定于所配主機(jī)的工作能力。要確定這個(gè)參數(shù)，必須根據(jù)轉(zhuǎn)鼓和卸料器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，螺旋卸料器葉片方向有垂直于鼓壁母線和垂直于回轉(zhuǎn)軸線兩種結(jié)構(gòu)。為便于敘述，設(shè)轉(zhuǎn)鼓為錐形，半錐角為α，將圓柱形鼓壁部分作為α=0的特例，其計(jì)算方法一致。

差速器的額定輸出轉(zhuǎn)矩決定于以下計(jì)算結(jié)構(gòu)。

2.1 對(duì)于螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線情況

（1）克服沉降物離心力沿轉(zhuǎn)鼓母線分力所需的轉(zhuǎn)矩。

（2）克服沉降物與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦力所需的轉(zhuǎn)矩。

（3）克服沉降物和螺旋桿摩擦力所需的轉(zhuǎn)矩。

2.2 螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓錐段母線情況

（1）克服沉降物產(chǎn)生的離心力沿轉(zhuǎn)鼓圓錐母線方向的分力所需轉(zhuǎn)矩同2.1中（1）的計(jì)算。

（2）克服沉降物與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦力所需的扭矩。

（3）克服沉降物和螺旋桿摩擦力所需的扭矩。

差速器輸出的工作扭矩為三項(xiàng)之和。

3 NC系列行星齒輪差速器的基本參數(shù)

NC系列行星齒輪差速器在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的LW、WL各種型式離心機(jī)上配套應(yīng)用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)考驗(yàn)，達(dá)到了較好效果?？膳溆玫霓D(zhuǎn)鼓直徑在180～800mm范圍，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速3500～5500r/min，輸出差轉(zhuǎn)速為2～80r/min，所配離心機(jī)的分離因數(shù)可達(dá)到4400～5500左右，具體性能參數(shù)如表1。表2列出未改進(jìn)前WL系列離心機(jī)所能達(dá)到的分離因數(shù)指標(biāo)值。

表1：NC系列行星齒輪差速器的基本參數(shù)

表2：未改進(jìn)前WL系列離心機(jī)所能達(dá)到的分離因數(shù)

由數(shù)據(jù)比較可知，采用NC行星齒輪差速器提高了離心機(jī)轉(zhuǎn)速，從而提高了分離因數(shù)。