化工机械基础

化工机械基础化工机械基础概述v在化工生产中除了大量使用静止在化工生产中除了大量使用静止设备设备（如塔器、换热器）外，还广泛使用各（如塔器、换热器）外，还广泛使用各种各样的种各样的机器机器，如带搅拌的反应器、往，如带搅拌的反应器、往复式压缩机、离心式压缩机，螺旋输送复式压缩机、离心式压缩机，螺旋输送器等等。器等等。v一台完整的机器一般包括原动机、工作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。机和传动装置三部分。机器的组成机器的组成 原动部分：原动部分：机器的动力来源，如电机器的动力来源，如电 机等。机等。传动部分：传动部分：将原动部分的功率和运将原动部分的功率和运 动传递到工作部分的中动传递到工作部分的中 间环节，如带传动、链间环节，如带传动、链 传动、齿轮传动等。传动、齿轮传动等。工作部分：工作部分：直接完成生产所需的工直接完成生产所需的工 艺动作部分，如搅拌反艺动作部分，如搅拌反 应器中的搅拌桨等。应器中的搅拌桨等。机机器器传动装置传动装置 图图31为一搅拌反应釜为一搅拌反应釜的传动装置图，电动机通的传动装置图，电动机通过减速机将能量传递给搅过减速机将能量传递给搅拌轴，减速机除拌轴，减速机除传递能量传递能量外，还外，还改变转速改变转速（如由（如由1500r/min降低为降低为250r/min）。在二三十）。在二三十年前，这种搅拌反应釜的年前，这种搅拌反应釜的传动装置大多数是电动机传动装置大多数是电动机通过带传动，再通过蜗杆通过带传动，再通过蜗杆减速机，最后将能量传递减速机，最后将能量传递给搅拌轴。给搅拌轴。机械传动机械传动 按工作原理可将按工作原理可将传动传动分为分为机械传动、液力传动、机械传动、液力传动、电力传动电力传动 和磁力传动等和磁力传动等。其中机械传动最为常。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：见。按照传动原理，机械传动可分为两大类：1、摩擦传动摩擦传动依靠构件接触面的摩擦力来传依靠构件接触面的摩擦力来传递动力和运动的，如递动力和运动的，如带传动、摩擦轮传动；带传动、摩擦轮传动；2、啮合传动啮合传动依靠构件间的相互啮合来传递依靠构件间的相互啮合来传递动力和运动的，如动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动、链传齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。动等。两个基本概念两个基本概念 在旋转的机械传动中，在旋转的机械传动中，传动比传动比是指机构中是指机构中主动件的转速主动件的转速n1 与从动件转速与从动件转速 n2 的比值，的比值，并以并以 i 表示，表示，i12=n1/n2 (31)i1，为减速为减速,i1为增速为增速。机械传动中，减速。机械传动中，减速居多。居多。两个基本概念两个基本概念在机械传动中，摩擦损失是不可避免的，在机械传动中，摩擦损失是不可避免的，因此，传动的输出功率因此，传动的输出功率P2永远小于输入永远小于输入功率功率P1。机械传动的效率机械传动的效率，用，用h h表示表示 h=h=P2/P1 100%(32)效率的大小是衡量各种机械传动形式的效率的大小是衡量各种机械传动形式的一项重要指标。一项重要指标。第十章第十章 带传动带传动主要内容：主要内容：v了解了解V形带传动的特点，适用场合。了解同步形带传动的特点，适用场合。了解同步齿形带的特点。了解带传动中的一些齿形带的特点。了解带传动中的一些国家标准国家标准，必要时会查找。必要时会查找。v 掌握一种最简单的带传动的设计，包括选取型掌握一种最简单的带传动的设计，包括选取型 号及根数，带轮中心距，带长、大小带轮直径等。号及根数，带轮中心距，带长、大小带轮直径等。v 熟悉熟悉V形带的七种型号，形带的七种型号，V形带节线长度系列，形带节线长度系列，带轮的几种结构，带传动的布置，带传动运转带轮的几种结构，带传动的布置，带传动运转 时的受力分析。时的受力分析。第一节第一节 概述概述（一）带传动的工作过程：（一）带传动的工作过程：n带传动是由主动轮带传动是由主动轮1、从动轮、从动轮2和张紧在两轮上的环形和张紧在两轮上的环形传动带传动带3所组成（图所组成（图32）。由于张紧，静止时带已受）。由于张紧，静止时带已受到预拉力，并使带与带轮的接触面间产生压力。当主动到预拉力，并使带与带轮的接触面间产生压力。当主动轮回转时靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮回转。轮回转时靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮回转。观看带传动动画观看带传动动画（二）带的类型（二）带的类型 按截面形状，传动带可分为：按截面形状，传动带可分为：平带、平带、形带形带（又称三角带）、圆形带（又称三角带）、圆形带等类型，如图等类型，如图33所所示。普通示。普通V形带的工作面是两侧面，与平带相形带的工作面是两侧面，与平带相比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所以能传递较大的功率。普通以能传递较大的功率。普通形带无接头，传形带无接头，传动平稳，应用最广泛。本章主要介绍形带传动平稳，应用最广泛。本章主要介绍形带传动。动。1、V形带的截面结构及尺寸形带的截面结构及尺寸图图34所示为所示为V形带形带的截面结构。其包布的截面结构。其包布层是由胶帆布构成的层是由胶帆布构成的保护层；伸张层和压保护层；伸张层和压缩层由橡胶构成，带缩层由橡胶构成，带弯曲时分别承受拉伸弯曲时分别承受拉伸和压缩；强力层承受和压缩；强力层承受基本拉力，由帘布或基本拉力，由帘布或粗绳构成，粗绳结构粗绳构成，粗绳结构较柔软，有利于提高较柔软，有利于提高带的寿命。带的寿命。V形带已形带已标准化，按标准化，按截面尺寸的截面尺寸的不同，分为不同，分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，七种型号，其截面尺寸其截面尺寸见见表表31。表表3-1 V3-1 V形带截面尺寸形带截面尺寸（GB/T13575.1-92GB/T13575.1-92）/mm型号YZABCDE节宽bp5.38.51114192732顶宽b6101317223238高度h4.06.08.011141925楔角j40度沿沿V形带中性层形带中性层（宽度为（宽度为bp处）处）量得的带的周量得的带的周长称为长称为节线长节线长度度Lp，又称为，又称为基准长度、公基准长度、公称长度称长度，它主，它主要用于带传动要用于带传动的几何尺寸计的几何尺寸计算，其长度系算，其长度系列见列见表表32。Lp型号Lp型号Lp型号200224250280315355 Y9001000112012501400 ZAB4000BCD450050005600 E630071008000900010000 1600C400450500 Z1800200022402500 560630710800 A280031503550 D11200125001400016000表表32 普通形带节线长度系列（普通形带节线长度系列（GB11544-89）/mm2、带传动的特点：、带传动的特点：1、由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转、由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转平稳，噪音小。平稳，噪音小。2、可用于两轴中心距较大的传动。、可用于两轴中心距较大的传动。3、由于它是靠摩擦力来传递运动的，当机器过载时，带、由于它是靠摩擦力来传递运动的，当机器过载时，带在带轮上打滑，故能防止机器其它零件的破坏。在带轮上打滑，故能防止机器其它零件的破坏。4、结构简单，便于维修。、结构简单，便于维修。5、带传动在正常工作时有滑动现象，它不能保证准确的、带传动在正常工作时有滑动现象，它不能保证准确的传动比。另外，由于带摩擦起电，不宜用在有爆炸危险传动比。另外，由于带摩擦起电，不宜用在有爆炸危险的地方，这在化工厂中有爆炸危险的车间应特别注意。的地方，这在化工厂中有爆炸危险的车间应特别注意。6、带传动的效率较低（与齿轮传动比较），约为、带传动的效率较低（与齿轮传动比较），约为87%98%3、V形带的应用：形带的应用：通常通常V形带用于功率小于形带用于功率小于100kW、带速、带速530m/s、传、传动比动比i7(少数可达少数可达10)、传动比、传动比要求不十分准确的中小功率传动。要求不十分准确的中小功率传动。第二节第二节 带传动的工作原理及带传动的工作原理及 工作情况分析工作情况分析（一）传动带的受力分析（一）传动带的受力分析由于传动带是张紧在两个带轮上，带中存在着初拉力由于传动带是张紧在两个带轮上，带中存在着初拉力F0。在静止状态时，带。在静止状态时，带上下两边的拉力相等，都等于上下两边的拉力相等，都等于F0，见图，见图35（a）。当工作时，在传动带与带）。当工作时，在传动带与带轮接触面上的摩擦力作用下，主动轮带动从动轮转动。这时，带两边的拉力轮接触面上的摩擦力作用下，主动轮带动从动轮转动。这时，带两边的拉力相应地发生变化：进入主动轮一边的带被拉紧，称为紧边，拉力由相应地发生变化：进入主动轮一边的带被拉紧，称为紧边，拉力由F0增大到增大到F1；离开主动轮一边的带被放松，称为松边，拉力由；离开主动轮一边的带被放松，称为松边，拉力由F0减小到减小到F2，如图，如图35（b）所示。）所示。传送带主、从动边的拉力差（传送带主、从动边的拉力差（F1F2）称为）称为有效有效拉力拉力。有效拉力就是传动带所传递的。有效拉力就是传动带所传递的有效圆周力有效圆周力Fe。它等于带轮作用在带上的。它等于带轮作用在带上的总摩擦力总摩擦力Ff，即：，即：F1F2Fe=Ff-（3-4）带传动所能传递的带传动所能传递的功率功率P为：为：kW-（3-5）式中式中 Fe有效圆周力，有效圆周力，N；带速，带速，m/s（二）带传动的运动分析（二）带传动的运动分析 1、弹性滑动：、弹性滑动：工作时，带两边拉力不相等，带两边工作时，带两边拉力不相等，带两边弹性变形也不相等，由此引起的带与轮之间局部而微弹性变形也不相等，由此引起的带与轮之间局部而微小的相对滑动称为弹性滑动。小的相对滑动称为弹性滑动。显然弹性滑动使主动轮圆周速度大于从动轮圆周速度显然弹性滑动使主动轮圆周速度大于从动轮圆周速度。弹性滑动的大小是随带的两边拉力差（弹性滑动的大小是随带的两边拉力差（F1F2）的变）的变化而变化。因此弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不化而变化。因此弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不可避免的物理现象。可避免的物理现象。不利之处：不利之处：弹性滑动是引起传动比不恒定的重要原因；弹性滑动是引起传动比不恒定的重要原因；引起带的磨损和温度升高，并降低了传动效率。引起带的磨损和温度升高，并降低了传动效率。2、打滑：、打滑：由式（由式（35）可知，有效可知，有效圆周力的大小与带传递的功率圆周力的大小与带传递的功率P以及带的速度以及带的速度有有关。当工作机要求传递的功率增大时，带两边拉力关。当工作机要求传递的功率增大时，带两边拉力差差F1F2Fe也要相应地增大，带两边拉力的这种也要相应地增大，带两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。化。实践证明，当其他条件不变，且初拉力实践证明，当其他条件不变，且初拉力F0一定时，一定时，这个摩擦力有一极限值。若带所传递的圆周力超过这个摩擦力有一极限值。若带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间的极限摩擦力时，带就会沿着轮带与带轮接触面间的极限摩擦力时，带就会沿着轮面发生全面滑动，这种现象称为打滑。面发生全面滑动，这种现象称为打滑。打滑将使传打滑将使传动失效动失效。注：注：弹性滑动弹性滑动和和打滑打滑是两个截然不同的概念。是两个截然不同的概念。打滑打滑是由过载引起的带在带轮上的全面滑动，是由过载引起的带在带轮上的全面滑动，造成传动失效，应当避免。造成传动失效，应当避免。弹性滑动弹性滑动是由带的拉力差引起的，只要传递圆是由带的拉力差引起的，只要传递圆周力，必然会发生弹性滑动，它是不可避免的。周力，必然会发生弹性滑动，它是不可避免的。第三节第三节 形带传动的设计计算形带传动的设计计算主要内容主要内容 带传动设计计算的主要内容是：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和中心距，以及带轮的材料和结构尺寸等。等。设计的原始条件为：传动的用途和工作设计的原始条件为：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），以及外廓尺寸的要转速（或传动比），以及外廓尺寸的要求等求等1选择带的型号选择带的型号V形带的型号可根据计算功率形带的型号可根据计算功率Pc及小轮转速及小轮转速n1由由图图36选取。选取。(3-10)式中式中 KA工作情况系数，见工作情况系数，见表表34；P传递的功率，传递的功率，kW2确定小带轮的节圆直径确定小带轮的节圆直径d1、验算带速、验算带速、确定大带轮节圆直径确定大带轮节圆直径d2 d1应大于或等于应大于或等于表表33中的最小节圆直径中的最小节圆直径dmax。若若d1过小则带的弯曲应力较大；反之，则传动的过小则带的弯曲应力较大；反之，则传动的外廓尺寸增大。外廓尺寸增大。带速带速 m/s（311）应满足应满足5m/sv25m/s(30m/s)，否则须，否则须重选小轮直径重选小轮直径d1。大轮直径大轮直径 （312）d1、d2应圆整为标准直径，见应圆整为标准直径，见表表35。表表3-3 V3-3 V形带带轮最小直径及形带带轮最小直径及V形带每形带每m长的质量长的质量型号YZABCDEd1min/mm205075125200355500m/Kg/m0.020.060.100.170.300.620.90表3-5 V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确定中心距确定中心距a和带长和带长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件的限制或由下式初步确定中心距a0。mm（313）初定中心距后，由下式计算出相应于初定中心距后，由下式计算出相应于a0的带节线长度的带节线长度Lpo mm（314）计算出计算出Lpo后，查后，查表表32选取接近选取接近Lpo值的节线长度值的节线长度Lp，再根据选，再根据选定的长度定的长度Lp值反过来求实际中心距值反过来求实际中心距a，一般常用下式近似计算中，一般常用下式近似计算中心距心距a。mm（315）4验算小轮包角验算小轮包角 带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角如带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角如图图37所示所示，显然小轮包角，显然小轮包角1比大轮包角比大轮包角2要小。要小。中心距中心距a相同条件下，包角越大，带的摩擦相同条件下，包角越大，带的摩擦力和能传递的功率也越大。小力和能传递的功率也越大。小 轮包角轮包角1可可按下式近似计算：按下式近似计算：（316）一般应使一般应使1 1200，否则，可加大中心距，否则，可加大中心距或增设张紧轮。或增设张紧轮。5计算带的根数计算带的根数Z 带传动的承载能力受打滑和带疲劳两方面限制。带传动的承载能力受打滑和带疲劳两方面限制。根据计算功率根据计算功率Pc和单根和单根V形带所能传递的功率形带所能传递的功率P0，可按下式计算所需的根数，可按下式计算所需的根数Z（317）（318）式中式中 P0-单根单根V形带所能传递的功率，形带所能传递的功率，k，见见表表36；P0-考虑考虑i1时单根形带所能传递功率的增时单根形带所能传递功率的增量，量，k。由于。由于P0是按是按i1，即，即d1d2的条件下计算的。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。能力。Ka-考虑包角不同时的影响系数，称包角系数，考虑包角不同时的影响系数，称包角系数，见见表表37；KL-考虑带的长度不同时的影响系数，称带长考虑带的长度不同时的影响系数，称带长修正系数，见修正系数，见表表38；KB-弯曲影响系数，见弯曲影响系数，见表表39；Ki-传动比系数，见传动比系数，见表表310；n1-主动轮转速，主动轮转速，r/min。6.计算初拉力计算初拉力F0及作用在轴上的力及作用在轴上的力Q N（319）式中式中 v带速，带速，m/s;m形带每形带每m长的质量，长的质量，Kg/m，见表，见表33。由由图图38可得可得 N(3-20)式中式中1主动轮的包角。主动轮的包角。例例31：设计某液体搅拌釜的设计某液体搅拌釜的V形带传动形带传动。选用。选用Y型异步电动机，其额定功率型异步电动机，其额定功率P=2.2kW，转速转速n1=1430r/min，搅拌轴转速，搅拌轴转速n2=360r/min，三班制工作。，三班制工作。解：（解：（1）计算功率）计算功率Pc 由由表表34查得查得KA1.3，故，故Pc=KAP=1.32.2=2.86kW （2）选取形胶带型号）选取形胶带型号 根据根据 Pc2.86kW,n1=1430r/min 由图由图36 确定选用确定选用A型。型。由表由表33 取取d1100mm，由式（，由式（312）由由表表35 取取d2=400mm。（3）确定小带轮节圆直径）确定小带轮节圆直径d1及大带轮及大带轮 节圆直径节圆直径d2（4）验算带速）验算带速v带速合适。带速合适。(5)带公称长度带公称长度Lp和中心距和中心距a0初步选中心距初步选中心距a0450mm，符合，符合 由式（由式（314）得带长：）得带长：由由表表32选用普通形带公称长度选用普通形带公称长度 Lp1800mm，再由式（再由式（315）计算实际中心距，得：）计算实际中心距，得：(6)小带轮包角a1由式（由式（316）得：）得：合适。合适。(7)带根数带根数Z由式（由式（317）由由n1=1430r/min，d1=100mm,查表查表36，用内，用内插插法得：法得：P0=1.29kW 由式（由式（318）传动比传动比 查表查表39得得KB1.0310-3；由由i=4,查表查表310得得Ki=1.14，故，故 由由a a1=144 查表查表37得得Ka 0.91；查表查表38 得得Ki=1.01,则则 取取Z=3根。根。（8）作用在带轮轴上的力）作用在带轮轴上的力Q 由式（由式（319）得单根胶带的预拉力）得单根胶带的预拉力 查表查表33得得 m=0.10Kg/m，故，故 由式（由式（320）算出作用在轴上的力为：）算出作用在轴上的力为：(9)带轮结构设计（略）。带轮结构设计（略）。第四节第四节 V形带轮形带轮轮缘、轮辐和轮毂轮缘、轮辐和轮毂1、轮缘、轮缘带轮外圈的环形部分。轮缘的截面及其各带轮外圈的环形部分。轮缘的截面及其各部分尺寸见部分尺寸见表表311。V形带两侧面的夹角为形带两侧面的夹角为40，但在带轮上弯曲时，由于截面变形将使，但在带轮上弯曲时，由于截面变形将使其夹角变小。为了使传动带仍能紧贴轮槽两其夹角变小。为了使传动带仍能紧贴轮槽两侧，将轮槽楔角规定为侧，将轮槽楔角规定为32、34、36和和38。2、轮毂、轮毂带轮内圈环形部分。其带轮内圈环形部分。其内孔与传动轴配合，其内孔与传动轴配合，其外径外径dh和长度和长度L，见见（图图39），可按下列），可按下列经验公式计算经验公式计算 dh=(1.82)ds (321)L=(1.51.8)ds(322)3、轮辐、轮辐轮缘与轮毂间的相联部分。其型式有辐板式轮缘与轮毂间的相联部分。其型式有辐板式(图图39)和轮辐式和轮辐式(图图310)两种。带轮直径两种。带轮直径较小时可采用实心式，如图较小时可采用实心式，如图311。第五节第五节 形带的布置、使用和形带的布置、使用和 维修维修为便于装拆环状为便于装拆环状V形带，带轮宜悬臂装在轴端上。形带，带轮宜悬臂装在轴端上。在水平或近似水平的传动中，应使带的紧边在下，在水平或近似水平的传动中，应使带的紧边在下，松边在上（如图松边在上（如图35所示）。所示）。为了延长带的使用寿命，确保带传动为了延长带的使用寿命，确保带传动的正常运行，必须正确使用和维修。的正常运行，必须正确使用和维修。1 1安装时两带轮轴线必须平行，轮槽应对正，否则将加剧带的磨损，安装时两带轮轴线必须平行，轮槽应对正，否则将加剧带的磨损，甚至使带脱落。安装时先缩小中心距，然后套上甚至使带脱落。安装时先缩小中心距，然后套上V V形带，再作调整，不得形带，再作调整，不得硬撬。硬撬。2 2严防带与矿物油、酸、碱等介质接触，以免变质。也不宜在阳光下严防带与矿物油、酸、碱等介质接触，以免变质。也不宜在阳光下曝晒。曝晒。3 3多根带的传动，坏了少数几根，不要用新带补上，以免新旧带并用，多根带的传动，坏了少数几根，不要用新带补上，以免新旧带并用，长短不一，受载不均匀而加速新带损坏。这时可用未损坏的旧带补全或长短不一，受载不均匀而加速新带损坏。这时可用未损坏的旧带补全或全部换新。全部换新。4 4为确保安全，传动装置须设防护罩。为确保安全，传动装置须设防护罩。5 5带工作一段时间后，会因变形伸长，导致张紧力逐渐减小，严重时带工作一段时间后，会因变形伸长，导致张紧力逐渐减小，严重时出现打滑。因此，要重新张紧带，调整带的初拉力，图出现打滑。因此，要重新张紧带，调整带的初拉力，图3 31212为常见的张为常见的张紧装置，图中紧装置，图中(a)(a)和和(b)(b)设有调整螺栓，可随时调整电动机的位置；图中设有调整螺栓，可随时调整电动机的位置；图中(c)(c)所示的结构，是靠电动机和机架重量的自动张紧装置；图中所示的结构，是靠电动机和机架重量的自动张紧装置；图中(d)(d)为带为带轮中心距固定，利用张紧轮调紧。轮中心距固定，利用张紧轮调紧。思考题：思考题：P195:112作业题：作业题：P259-1结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！59