《制药机械(第二版)》第五章制药设备连接与支承

第五章制药设备连接与支承第五章制药设备连接与支承学习目标：通过本章的学习，应达到以下三点要求：掌握键连接、螺纹连接的类型、特点及应用；轴和联轴器、轴承在制药设备中的应用及维护保养方法。理解各类连接、支承的基本原理。了解各类连接件和支承件的材料选用。19:46在机械设备中，为了满足结构、制造、安装及检修等方面的要求，广泛使用各种连接和支承。所谓连接是指被连接件与连接件的有机组合。如箱体与箱盖、轮圈与轮心、轴与轴上零件的连接等。连接件有螺栓、螺母、键、销、铆钉（又称为用于静连接的紧固件）及连轴器、离合器（又称为动连接件）等。所谓支承实质也是一种连接，但较多的都属于动态连接，在支承中轴与轴承是最常用的支承件。19:46第一节键、花键和销一、键连接键连接通常用于轴和轴上零件(齿轮、带轮、链轮、凸轮、联轴器等)之间的连接。其连接方法见图5-1。图5-1所示为轴与齿轮的连接，首先在轴上和齿轮孔壁上分别加工出键槽，并将键嵌入轴上的键槽内，再将齿轮上的键槽对准轴上的键套到轴上，这就构成了键连接。图5-1键连接1.轴；2.轴上键槽；3.齿轮上键槽；4.齿轮；5.键19:46键是标准连接件，根据使用要求的不同常用类型有平键、半圆键、楔键、切向键几大类。(一)平键连接普通平键用于静连接，图5－2为普通平键连接的结构形式。工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递扭矩。按其用途，平键分为普通平键、导向平键和滑键三种。19:46(a)圆头(A型)(b)方头(B型)(c)单圆头(C型)图5-2平键连接1.普通平键普通平键按端部形状分为圆头平键[图5－2（a）]、方头平键[5－2（b）]及单圆头平键[图5－2（c）]三种。19:46•2.导向平键导向平键(图5-3)是一种较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽中，为了拆卸方便，在键的中部设有起键用螺钉孔，轴上的传动零件可沿键作轴向滑动。•3.滑键当滑动距离较大时，可采用滑键（图5-4）。滑键和轴上零件固定在一起，工作时轴上零件带动键一起沿轴上的长键槽滑动。图5-3导向平键连接图5-4滑键连接19:46•（二）半圆键连接•半圆键连接的键和键槽均做成半圆形，同样也是以两侧面为工作面来传递转矩。键可以在键槽中摆动，因而可以自动适应键槽底面的斜度。半圆键安装方便，对中性好，但轴上的键槽较深，对轴的强度削弱较大，常用于轻载连接或辅助连接。其结构如图5-5所示。图5-5半圆键连接19:46•（三）楔键连接•如图5-6所示，楔键的工作面为上下两面，其上表面和轮毂键槽的底面都具有1：100的斜度，装配时需沿键的轴向打紧，楔紧后上下两面分别与轮毂和轴上键槽的底面贴合，并产生很大的预紧力。工作时，主要依靠此预紧力所产生的摩擦力来传递转矩，并能单方向承受轴向力和轴向固定零件。a圆头楔键b方头楔键c钩头楔键图5-6楔键连接19:46二、花键连接•如图5-7所示，花键连接是平键在数量上发展和质量上改善的一种连接，它是由周向均布多个纵向键齿的轴与带有相应的键齿槽的轴上零件相配合而成的可拆连接，键齿侧面为工作面，依靠这些齿侧面的相互挤压传递转矩。与平键连接相比，花键连接具有承载能力高、对中性好、便于导向、对轴的强度削弱小(齿浅、应力集中小)等优点。缺点是结构复杂，成本较高。适用于载荷较大、定心精度要求较高的静连接和动连接。19:46图5-7花键连接三、销连接•销连接是将销置于两被连接件的销孔中而构成的一种可拆连接，它主要用来固定零件之间的相对位置(图5-8)，它是组合加工和装配的重要辅助零件，也用于轴与轴上零件的连接(图5-9)或其他零件的连接，并可传递不大的载荷；还可作为安全装置的过载剪断元件(图5-10)。19:46•销可分为圆柱销、圆锥销、开口销等。•圆柱销[图5-11（a）]利用微量过盈固定在铰制的销孔中，用以固定零件、传递动力或作定位元件。图5-8定位销图5-9连接销图5-10安全销19:46图5-11圆柱销和圆锥销图5-12螺纹圆锥销图5-13开尾圆锥销图5-14开口销19:46第二节螺纹连接一、螺纹的分类•根据牙型，螺纹可分三角形、矩形、梯形和锯齿形（图5-15），其中三角形螺纹主要用于连接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。a三角形螺纹b矩形螺纹c梯形螺纹d锯齿形螺纹图5-15螺纹的分类19:46二、螺纹连接的类型•螺纹连接的基本类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接。•（一）螺栓连接•螺栓连接(图5-16)用一端有螺栓头另一端制有螺纹的螺栓，穿过被连接的通孔，旋紧螺母，将被连接件连接起来。螺栓连接分为普通螺栓连接[图5-16（a）]和铰制孔用螺栓连接[图5-16（b）]，前者螺栓杆与孔壁之间留有间隙，螺栓承受拉伸变形；后者螺栓杆与孔壁之间没有间隙，螺栓承受剪切和挤压变形。螺栓连接装拆方便，成本低，常用在被连接不太厚并能从连接两边进行装配的场合。19:46•（二）双头螺柱连接•双头螺柱连接(图5-17)是将双头螺柱的一端旋紧在被连接件之一的螺纹孔中，另一端•则穿过其余被连接件的通孔，然后拧紧螺母，将被连接件连接起来。(a)普通螺栓连接(b)铰制孔用螺栓连接图5-16螺栓连接19:46•（三）螺钉连接•螺钉连接(图5-18)是用螺钉穿过较薄的被连接件的通孔，然后旋入另一被连接件的螺纹孔中。这种连接不用螺母，有光整的外露表面。它适用于被连接件之一太厚、不经常装拆、受力不大的场合。经常拆装会使被连接件的内螺纹孔受到损坏。图5-17双头螺柱连接19:46•（四）紧定螺钉连接•螺钉连接(图5-19)是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相互位置。这种连接多用于轴与轴上零件的连接，并可传递不大的载荷。图5-18螺钉连接图5-19紧定螺钉连接19:46三、螺纹连接件•标准螺纹连接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等，其结构、尺寸在国家标准中都有规定，见表5-1。•四、螺纹连接的预紧与防松•螺纹连接在装配时要拧紧，称为预紧。预紧可提高螺纹连接的紧密性、紧固性和可靠性。预紧力应适当，预紧力过大，就有可能破坏螺纹连接，预紧力过小，又起不到预紧作用。控制预紧力可用测力矩扳手（图5-20）图5-20测力矩扳手19:46第三节轴和联轴器一、轴•轴是机械中的重要零件之一。它的主要功用是支承轴上的回转零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等，以实现运动和动力的传递。•（一）轴的分类•根据轴的几何形状，轴可以分为直轴、曲轴和软轴。在制药机械中，直轴应用最为广泛。本章只讨论直轴（以下简称为轴）。•根据轴上所受载荷的不同，轴可以分为以下三类：19:46•1.心轴只受弯矩而不受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴。当心轴随轴上回转零件一起转动时称为转动心轴，如火车轮轴，见图5-21(a)；而固定不转动的心轴称为固定心轴，如自行车前轮轴图5-21(b)•2.传动轴只承受扭矩而不承受弯矩(或弯矩很小，可以忽略不计)的轴称为传动轴，如汽车的主传动轴等，见图5-21(c)。•3.转轴既承受弯矩,又承受扭矩的轴称为转轴，如减速器中的轴，见图5-19(d)。这是制19:46药机械中最常见的轴。(a)转动心轴(b)固定心轴(c)传动轴(d)转轴图5-21轴的分类1-火车轮轴;2-自行车前轮轴;3-汽车主传动轴;4-减速器轴19:46•（二）轴的材料•轴的材料主要采用中碳钢和合金钢。碳钢对应力集中的敏感性较小，价格较低廉，并能通过热处理改善其综合机械性能。常用的碳钢为30、35、40、45、50号钢，尤其是45号钢应用较多。•合金钢比碳钢具有更好的机械性能和热处理性能，但其价格较贵，对应力集中较敏感。因此多用于重载、高温、低温、要求质量和尺寸较小或有腐蚀性介质的场合。常用的有40Cr35SiMn、40MnB等调质，1Crl8Ni9Ti淬火，20Cr渗碳淬火等材料，其中1Crl8Ni9Ti主要用于在高、低温及强腐蚀性条件下工作的轴。•球墨铸铁可用于制造形状复杂的曲轴和凸轮轴。球墨铸铁具有价廉、应力集中不敏感、吸振性好和容易铸成复杂的形状等优点，但铸件的质量不易控制。19:46•（三）轴的结构•轴的结构如图5-22所示。轴上安装零件的部分称为轴头；轴被轴承支承的部分称为轴颈；连接轴头和轴颈的过渡部分称为轴身。轴上直径变化所形成的台阶称为轴肩，环形部分称为轴环，用来实现轴上零件的轴向固定。轴向固定的方法还有靠套筒固定，靠圆螺母固定，靠紧定螺钉固定等。一般轴上要开设键槽，通过键连接使零件与轴一起旋转，即实现轴上零件的周向固定。周向固定的方法还有过盈配合、销连接等。19:46图5-22轴的结构19:46•二、联轴器•联轴器是用来实现同一轴线上两根轴的连接，并传递回转运动和转矩的机械装置。按照有无补偿轴线偏移能力，可将联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类型。•（一）刚性联轴器•刚性联轴器没有补偿轴线偏移的能力。这种联轴器结构简单，制造方便，承载能力大，成本低，适用于载荷平稳、两轴对中良好的场合。常用的刚性联轴器有套筒联轴器、凸缘联轴器。•套筒联轴器是用键或销钉将套筒与两轴连接起来，以传递转矩,如图5-23所示。当轴径较小时，套筒一般用35或45号钢制造，轴径较大时可用HT200制造。这种联轴器结构简单，径向尺寸小，适用于两轴直径较小、同心度较高和工作平稳的场合。19:46凸缘联轴器如图5-24所示，由两个带有凸缘的半联轴器分别用键与两轴相连接，然后用螺栓连接，从而将两轴连接在一起。凸缘联轴器有两种对中方法：一种是用一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中[见图5-24(a)]；另一种则是共同与剖分环相配合而对中[见图5-24(b)]。前者对中精度高，但装拆时轴必须作轴向移动；后者无此缺点，但对中不准确。连接螺栓可以采用普通螺栓，此时转矩靠拧紧螺栓在两个半联轴器接合间产生的摩擦力矩来传递[见图5-24(b)]；也可采用铰制孔螺栓，此时螺杆与螺孔为过渡配合，靠螺栓杆受剪切和挤压来传递转矩[见图5-24(a)]。图5-23套筒联轴器19:46•凸缘联轴器一般用35或45钢制造，转速不高时可用HT200制造。•凸缘联轴器结构简单、使用维护方便、对中性和刚性好、传递转矩大，适用于载荷平稳、转速不高、无冲击、轴的刚性大和对中性好的场合。(a)(b)图5-24凸缘联轴器19:46•（二）挠性联轴器•挠性联轴器分为无弹性元件和有弹性元件两种。无弹性元件的挠性联轴器只具备补偿轴•线偏移的能力，不具备缓冲吸振的能力。滑块联轴器(图5-25)就是无弹性元件的挠性联轴器，它是由两个带有一字凹槽的半联轴器1、2和带有十字凸榫的中间滑块3组成，利用凸榫与凹槽相互嵌合并做相对移动补偿轴线偏移。图5-25滑块联轴器19:46另一种常见的无弹性元件的挠性联轴器为万向联轴器，如图5-26所示。万向联轴器由两个叉形零件1、3用一个中间连接件2和轴销4、5(包括销套及铆钉)相连接而构成，轴销4与5互相垂直配置，并分别把两个叉形接头与中间零件2连接起来，从而成为一个可动的连接。图5-26万向联轴器19:46•万向联轴器各零件的材料，除铆钉用20号钢外，其余用合金钢，以得到较小的结构尺寸和较高的耐磨性。•因这种联轴器结构紧凑，使用维护方便，运转灵活，因而广泛用于制药机机械的传动系统中。图5-27为万向联轴器在三维混合机中的应用。图5-27万向联轴器在三维混合机中的应用19:46•第四节轴承•轴承是支承轴的重要部件，其功用有两方面：一是支承轴及轴上零、部件，并保持轴的旋转精度；二是承受负荷，并减少相对回转零件之间的摩擦与磨损。•根据工作时摩擦性质的不同，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承两大类。•滚动轴承是标准组件，它摩擦损失小，适应转速范围宽，对起动没特殊要求，工作时的维护要求不高，故在一般机械中广泛使用。•对于滚动轴承不能完全满足使用要求的某些场合，如高速、重载荷、高回转精度、低速且有较大冲击，特别是结构上需要剖分等场合，就需要采用滑动轴承，如汽轮机、内燃机、破碎机及水泥搅拌机等机械中多有应用。19:46•一、滑动轴承•（一