化工设备机械基础(化机)3新

概述在化工生产中除了大量使用静止设备（如塔器、换热器）外，还广泛使用各种各样的机器，如带搅拌的反应器、往复式压缩机、离心式压缩机，螺旋输送器等等。一台完整的机器一般包括原动机、工作机和传动装置三部分。第三篇机械传动与减速器机器的组成原动部分：机器的动力来源，如电机等。传动部分：将原动部分的功率和运动传递到工作部分的中间环节，如带传动、链传动、齿轮传动等。工作部分：直接完成生产所需的工艺动作部分，如搅拌反应器中的搅拌桨等。机器传动装置图3－1为一搅拌反应釜的传动装置图，电动机通过减速机将能量传递给搅拌轴，减速机除传递能量外，还改变转速（如由1500r/min降低为250r/min）。在二三十年前，这种搅拌反应釜的传动装置大多数是电动机通过带传动，再通过蜗杆减速机，最后将能量传递给搅拌轴。机械传动按工作原理可将传动分为机械传动、液力传动、电力传动和磁力传动等。其中机械传动最为常见。按照传动原理，机械传动可分为两大类：1、摩擦传动――依靠构件接触面的摩擦力来传递动力和运动的，如带传动、摩擦轮传动；2、啮合传动――依靠构件间的相互啮合来传递动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。两个基本概念在旋转的机械传动中，传动比是指机构中主动件的转速n1与从动件转速n2的比值，并以i表示，i12=n1/n2(3－1)i1，为减速,i1为增速。机械传动中，减速居多。第一章带传动第一节带传动的类型、结构和特点第二节带传动的工作特性分析第三节普通V带传动的设计计算第一节带传动的类型、结构和特点一、带传动的组成及主要几何尺寸带传动的主要几何计算尺寸：0120013.571802180aDD0120023.571802180aDDmmaDDDDaLd422212128)(8)(2)(221221212DDDDLDDLadd二、带传动的类型及V带的型号和结构1、据带的剖面形状分类有：平带、V带、多楔带、圆带传动。2、V带的结构：顶胶1、抗拉体2、底胶3和包布4。3、节面的定义和节面的宽度（节宽）bp。带绕在带轮上时要发生弯曲，造成顶胶伸长，底胶缩短，而在两者之间存在一中性层，其长度不变，在此称为节面。带的节面宽度称节宽bp。4、基准直径D和基准长度Ld。在V带轮上，与所配用V带的节宽bp相对应的带轮直径称为基准直径D。在规定的初拉力下，V带位于带轮基准直径上的周线长度称为为基准长度Ld。5、V带的分类：Y、Z、A、B、C、D、E七种。三、V带轮的材料和结构1、材料：铸铁（HT150或HT200），当转速较高时：可用铸钢，小功率时：铸铝或塑料。2、结构（D为基准直径）1)实心式：a图（D≤（2.5~3）d）d为轴直径2)腹板式：b图（D≤300mm）3)孔板式：c图（D≤300mm但D1-d1≥100mm）4)椭圆轮辐式：d图（D300mm）实心式：腹板式孔板式椭圆轮辐式四、V带传动的使用和维护（1）安装时，保持两带轮轴平行，并使两轮轮槽在同一平面内，以免运转时加剧带的磨损或由轮槽中脱出。（2）严防胶带与矿物油、酸、碱等介质接触，也不宜在阳光下曝晒，以免老化变质，降低带的使用寿命。（3）更换V带时，同一带轮上的V带应全部更换，不能新旧带并用，否则长短不一，引起受力不均，加速新带的损坏。（4）为了保证安全生产，带传动应安装防护罩。（5）V带使用一段时间后，将产生永久变形，导致初拉力减小，因此需要重新进行张紧。五、带传动的优缺点带传动的优点：（1）适用于两轴中心距较大的传动；（2）带具有良好的弹性，可以缓和冲击和吸收振动；（3）过载时，带在带轮上打滑，可防止损坏其他零件；（4）结构简单，加工和维护方便，成本低廉。带传动的缺点：（1）传动的外廓尺寸较大；（2）由于带的弹性伸长，不能保证固定不变的传动比；（3）带的寿命较短；（4）带传动中的摩擦会产生电火花，故不能用于容易引起燃烧爆炸的危险场合；（5）传动效率较低；（6）需要张紧装置。根据上述优缺点，带传动多用于两轴传动比无严格要求、中心距较大的机械中。一般情况下，带速v=5—25m/s，传动比i＜7，传动效率P≈0.94—0.97，传递功率P＜100kW的场合。第二节带传动的工作特性分析一、带传动的受力分析1、带传动的工作原理1)当n=0时，初拉力F0均相等。2)当主动轮以n1转动时，从动轮以n2转动。紧边、松边、有效拉力（Ff）、圆周力（Fe）3)Ff=F1—F2=Fe=1000P1/v（N）当P1一定时，当v一定时，2、带的打滑现象与弹性打滑1)打滑：当有效圆周力Fe超过带与带轮接触面间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。经常出现打滑时，将使带的磨损加剧、传动效率降低，以致使传动失效，故应避免。增大包角、摩擦系数和初拉力可提高带所能传递的圆周力。2)弹性滑动：这种由于带的弹性及其在带轮两边的拉力差引起的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。3)弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由于过载引起的全面滑动，造成传动失效，应该避免；弹性滑动是由于带的弹性和拉力差引起的，只要传递圆周力，必然会发生弹性滑动。二、弹性滑动的定量分析1、设D1、D2为主动轮、从动轮的基准直径（mm）；n1、n2为为主、从动轮的转速（r/min）。两轮的圆周速度分别为：100060111nD100060222nDsm/sm/由于弹性滑动的影响，使从动轮的v2低于主动轮的v1，其降低量用滑动率ε来表示112211121nDnDnD2、实验表明：1）当Fe较小时，弹性滑动发生在带由主、从动轮离开以前的那一部分接触弧上；2）随着Fe的增大，滑动区域增加，当增大至整个圆弧时，此时Fe为最大临界值；3）若工作载荷再进一步增大，那么带与带轮发生显著的相对滑动，这就是打滑。3、包角、摩擦系数和初拉力与圆周力的关系。三、带的耐久性传动时，带中应力由三部分组成：（1）由紧边拉力F1和松边拉力F2产生的拉应力，分别为σ1和σ2；（2）由离心力产生的离心应力σc；（3）由带在小、大带轮上的弯曲而产生的弯曲应力，分别为σb1和σb2；（分析一下）其中σ1=F1/A，σ2=F2/A；2）离心应力σc=qv2/A;（3）弯曲应力σb=Eh/D带在运转中承受的是交变应力，最大应力发生在带的紧边绕到小带轮处，其值为σmax=σ1+σb1+σc第三节普通V带传动的设计计算1、带传动的设计准则为：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。2、V带传动的设计内容包括：确定带的截型、长度、根数、传动中心距、带轮基准直径及结构尺寸。3、设计时须给定的原始数据为：传递功率P，转速n1、n2（或传动比），安装位置要求及工作条件。4、普通V带设计的一般步骤：1)确定V带的截型2)确定带轮基准直径和验算带速3)确定中心距、带的基准长度和验算小带轮包角4)确定带的根数z5)确定带的初拉力F06)确定带传动作用在轴上的力Q主要内容带传动设计计算的主要内容是：确定带的型号、根数、长度、带轮直径和中心距，以及带轮的材料和结构尺寸等。设计的原始条件为：传动的用途和工作情况，传递的功率，主动轮和从动轮的转速（或传动比），以及外廓尺寸的要求等1．选择带的型号V形带的型号可根据计算功率Pc及小轮转速n1由图3－6选取。(3-10)式中KA――工作情况系数，见表3－4；P――传递的功率，kW2．确定小带轮的节圆直径d1、验算带速、确定大带轮节圆直径d2d1应大于或等于表3－3中的最小节圆直径dmax。若d1过小则带的弯曲应力较大；反之，则传动的外廓尺寸增大。带速m/s（3－11）应满足5m/s≤v≤25m/s(30m/s)，否则须重选小轮直径d1。大轮直径（3－12）d1、d2应圆整为标准直径，见表3－5。表3-3V形带带轮最小直径及V形带每m长的质量型号YZABCDEd1min/mm205075125200355500m/Kg/m0.020.060.100.170.300.620.90表3-5V形带带轮节圆直径系列(摘录)d/mmZABd/mmZABCd/mmZABC505663717580859095100106112118******************125132140150160170180200212224236250265**********************************28031535540045050056063071080090010001120*****************************************注：带*为优先系列3．确定中心距a和带长Lp中心距偏大些有利于增大包角，但过大会使结构不紧凑，且在载荷变化时引起带颤动，降低带传动的工作能力。一般根据安装条件的限制或由下式初步确定中心距a0。mm（3－13）初定中心距后，由下式计算出相应于a0的带节线长度Lpomm（3－14）计算出Lpo后，查表3－2选取接近Lpo值的节线长度Lp，再根据选定的长度Lp值反过来求实际中心距a，一般常用下式近似计算中心距a。mm（3－15）4．验算小轮包角带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角如图3－7所示，显然小轮包角α1比大轮包角α2要小。中心距a相同条件下，包角越大，带的摩擦力和能传递的功率也越大。小轮包角α1可按下式近似计算：（3－16）一般应使α1≥1200，否则，可加大中心距或增设张紧轮。5．计算带的根数Z带传动的承载能力受打滑和带疲劳两方面限制。根据计算功率Pc和单根V形带所能传递的功率P0，可按下式计算所需的根数Z（3－17）（3－18）式中P0--单根V形带所能传递的功率，kＷ，见表3－6；ΔP0--考虑i≠1时单根Ｖ形带所能传递功率的增量，kＷ。由于P0是按i＝1，即d1＝d2的条件下计算的。传动比越大，则从动轮直径相对主动轮来说越大，带绕过从动轮时的弯曲应力越小，因此提高了带传动的工作能力。Ka--考虑包角不同时的影响系数，称包角系数，见表3－7；KL--考虑带的长度不同时的影响系数，称带长修正系数，见表3－8；KB--弯曲影响系数，见表3－9；Ki--传动比系数，见表3－10；n1--主动轮转速，r/min。6.计算初拉力F0及作用在轴上的力QN（3－19）式中v――带速，m/s;m――Ｖ形带每m长的质量，Kg/m，见表3－3。由图3－8可得N(3-20)式中α1――主动轮的包角。小设计（2次课时间）设计某液体搅拌机的V带传动。选用的电动机额定功率P=3千瓦，转速n1=1420r/min，从动轮转速n2=350r/min，二班制工作（T=16h）。格式参考资料自动控制系统一套完整的、最简单的自动控制系统包括1）测量元件、变送器（眼）2）自动调节器、计算器（脑）3）执行器（手）一套自控系统可完成对P、F、T、L、A等的调节。如：第二章齿轮传动1、齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动型式。1）其主要优点是：效率高，传动比稳定，工作可靠，寿命长；适用的速度和传递的功率范围广，圆周速度可达300m/s，功率可达105kw；可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。2）其主要缺点是：需要专门的制造设备，成本较高；精度低时噪声和振动较大；不宜用在轴间距离较大的传动等。3）齿轮传动的类型：a.按两齿轮轴线的相对位置可分为：平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿轮传动。b.按两齿轮齿线形状可分为：直齿齿轮、斜齿齿轮和人字齿轮传动。c.按两齿轮齿啮合方式：外啮合、内啮合齿轮传动。d.按齿轮形状分为：圆柱齿轮、圆锥齿轮、条型齿。2、轮齿的失效形式1)轮齿折断轮齿受力后，在齿根处产生的弯曲应力最大，又由于齿根过渡圆角处有应力集中，因此，当作用于轮齿齿根的交变应力超过了齿轮材料的疲劳极限，则在齿根圆角处将产生疲劳裂纹，随着裂纹的不断扩展，最终导致轮齿的疲劳折断。(下图)当轮齿单侧工作时，弯曲应力是按脉动循环变化；双