化工设备基础知识1

1、化工机械基础知识培训化工机械基础知识培训 汇报人/部门：孙荣杰 2013年7月29日 蓝星系统内部使用，请勿外传 一、一、机械零件的常用材料 碳素钢 合金钢 铸钢 碳素结构钢：用于受力不大且基本上是承受静载荷的零件 优质碳素结构钢：用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷 的零件 普通低合金钢 合金结构钢：常用 合金工具钢 特殊合金钢 碳素铸钢 合金铸钢 通常只用于制造重要的或具有特殊 性能要求的零件 钢 制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学性 能要求较高的零件，如联轴器等 铸铁 灰铸铁：用于制造受压状态下的零件 球墨铸铁：可用来制造曲轴、齿轮等，成本低于锻钢件 铜合金 黄铜：制造管件、散热器、

2、垫片以及化工、船用等零件 青铜： 普通青铜：制造蜗轮、对开螺母、滑动轴承中的轴瓦等 特殊青铜：制造蜗轮、在蒸汽和海水条件下工作的齿轮等 非金属材料：橡胶、塑料、皮革、陶瓷、木材、纸板等 复合材料：两种或两种以上的金属或非金属材料复合而成的新型材料 二、机械常见重要零部件 2.1轴 2.1.1轴的材料 2.1.2轴的功能与类型 2.1.3轴的分类 一、轴的失效一、轴的失效：多为疲劳损坏：多为疲劳损坏 二、轴的材料要求二、轴的材料要求：足够的疲劳强度、：足够的疲劳强度、 对应力集中的敏感性小、以及良好的加工性能等。对应力集中的敏感性小、以及良好的加工性能等。 碳素钢：碳素钢：35、45、50钢钢（

3、优质碳素钢：优质碳素钢： 一般正火一般正火）； Q235、Q275（普通碳素钢：不重要或者受力较小普通碳素钢：不重要或者受力较小） 合金钢：合金钢：40CrNi、38CrMoAlA；20Cr、20CrMnTi； （重载、要求减轻重量时、要求提高耐磨性；淬火、调质）（重载、要求减轻重量时、要求提高耐磨性；淬火、调质） 球墨铸铁：球墨铸铁：铸铁铸铁 QT、合金铸铁、形状复杂轴、合金铸铁、形状复杂轴 2.1.1 轴的材料轴的材料 钢种和热处理对弹性模量影响很小，对增大轴刚度无效钢种和热处理对弹性模量影响很小，对增大轴刚度无效 （增大轴径、减小跨距）（增大轴径、减小跨距） 合金钢强度高，但对应力集中敏

4、感，如果结构上和表面上合金钢强度高，但对应力集中敏感，如果结构上和表面上 不注意，轴强度得不到改善不注意，轴强度得不到改善 轴轴 2.1.2轴的功用轴的功用 用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮 类类 型型 转轴转轴-传递扭矩又承受弯矩传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分按承受载荷分 2.1.3轴的分类轴的分类 按轴的形状分按轴的形状分 传动轴传动轴-只传递扭矩只传递扭矩 心轴心轴-只承受弯矩只承受弯矩 直轴直轴 曲轴曲轴 挠性钢丝轴挠性钢丝轴 1. 转轴转轴 组成：组成：轴颈、轴头、轴身；轴颈、轴头、轴身； 特点：特点：传递扭矩又承受弯

5、矩。传递扭矩又承受弯矩。 带式运输带式运输 机机 减速器减速器 电动机电动机 转轴转轴 2.1.3 轴的分类轴的分类 2. 传动轴传动轴 组成：组成：轴颈、轴头、轴身；轴颈、轴头、轴身； 特点：特点：只传递扭矩，不承受弯矩或弯矩很小。只传递扭矩，不承受弯矩或弯矩很小。 发动机发动机 后桥后桥 传动轴传动轴 2.1.3 轴的分类轴的分类 2.1.3 轴的分类轴的分类 3. 心轴心轴 分类：分类：固定心轴、转动心轴；固定心轴、转动心轴； 特点：特点：只承受弯矩，不传递扭矩。只承受弯矩，不传递扭矩。 2.1.3 轴的分类轴的分类 1. 直轴直轴 分类：分类：阶梯轴、光轴；阶梯轴、光轴； 2. 曲轴曲

6、轴 2.1.3 轴的分类轴的分类 3. 挠性钢丝轴挠性钢丝轴 由几层紧贴在一起的钢丝层构成，可以把转矩和旋转由几层紧贴在一起的钢丝层构成，可以把转矩和旋转 运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等设备中。运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等设备中。 2.1.3 轴的分类轴的分类 2.2 齿轮 2.2.1 齿轮材料及热处理 2.2.2 齿轮概述 2.2.3 齿轮分类 2.2.4 齿轮的失效形式和设计准则 一、齿轮材料一、齿轮材料 1. 钢钢 1) 锻钢锻钢 中中( (碳、合金碳、合金) )钢整体、表面淬火钢整体、表面淬火+ +低温回火低温回火 低低( (碳、合金碳、合金) )钢渗碳、淬火、回火钢

7、渗碳、淬火、回火(20Cr) 氮化钢氮化钢(如如30CrMoAlA)调质、渗氮调质、渗氮 氰化钢碳、氮共渗氰化钢碳、氮共渗 2) 铸钢铸钢 ZG270-500(ZG35)、ZG310-570(ZG45)、 ZG40Cr 2. 铸铁铸铁 常用常用HT250、HT350、QT500-7、QT600-3 3. 工程塑料工程塑料 小齿轮用夹布胶木、尼龙小齿轮用夹布胶木、尼龙制造制造 2.2 .1 轮齿材料及热处理轮齿材料及热处理 二、齿轮的热处理二、齿轮的热处理 2.2 .1 轮齿材料及热处理轮齿材料及热处理 热处理方法热处理方法 表面淬火表面淬火 渗碳淬火渗碳淬火 调质调质 正火正火 渗氮渗氮 1.

8、 表面淬火表面淬火 - 高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。等。 表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。 2. 渗碳淬火渗碳淬火 渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，的低碳钢和低碳合金钢， 如如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强，齿面接触强 度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷

9、的 重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS 。 因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用 中易于跑合。中易于跑合。 3. 调调 质质 2.2 轮齿材料及热处理轮齿材料及热处理 4. 正火正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切 削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火削性能。机械强度要求不高的

10、齿轮可用中碳钢正火 处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 渗氮是一种化学处理。渗氮是一种化学处理。 渗氮后齿面硬度可达渗氮后齿面硬度可达6062HRC。 氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场 合，如内齿轮。材料为：合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA. 5. 渗氮渗氮 2.2.1 轮齿材料及热处理轮齿材料及热处理 特点及应用：特点及应用： u 调质、正火处理后的硬度低，调质、正火处理后的硬度低，HBS 350，属软齿，属软齿 面，工艺简单、用于一般传动。面，工艺简单、用于一般传动。 当大小齿轮都是软

11、齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强 度低，故在选材和热处理时，度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高小轮比大轮硬度高: : 2050HBS u 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬度高，属 硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于 结构紧凑的场合。结构紧凑的场合。 2.2.1 轮齿材料及热处理轮齿材料及热处理 一、主要特点一、主要特点 1) 瞬时传动比瞬时传动比 i 恒定恒定 2) 适用的节圆圆周速度范围大适用的节圆圆周速度范围大 3) 传动效率传动效率 高高

12、4) 结构紧凑，适用于近距离传动结构紧凑，适用于近距离传动 5) 传动比范围大传动比范围大 2.2.2 齿轮概齿轮概 述述 二、分类二、分类 单对齿轮传动单对齿轮传动 定轴轮系传动定轴轮系传动 多对齿轮传动多对齿轮传动 动轴轮系传动动轴轮系传动 闭式齿轮传动闭式齿轮传动 开式齿轮传动开式齿轮传动 半开式齿轮传动半开式齿轮传动 1 2 HBS350 HBS350 HBS350 HBS350 软齿面：软齿面： 硬齿面：硬齿面： 组合齿面：组合齿面： 按齿轮对数按齿轮对数 按工作条件按工作条件 按齿面硬度按齿面硬度 2.2.3 齿轮分类齿轮分类 2.2.42.2.4 轮齿的失效形式和设计准则轮齿的失

13、效形式和设计准则 2.3 轴承轴承 一、轴承的作用一、轴承的作用 二、轴承的分类二、轴承的分类 三、滑动轴承三、滑动轴承 四、滚动轴承四、滚动轴承 五、轴承的选型五、轴承的选型 六、轴承的安装与拆卸六、轴承的安装与拆卸 2.3.1 轴承的作用 轴承的作用 1、支撑轴及轴上零件，保持轴的旋转精度； 2、减少转子在旋转过程中的摩擦和磨损； 2.3.2 轴承的分类 根据摩擦性质，轴承分为：滑动摩擦轴承和滚动摩擦 轴承 按受载方向不同，分为： 向心轴承（径向轴承）： 向心推力轴承 （径向止推轴承）： 推力轴承（止推轴承）： 承受径向力 承受轴向力 承受径向力和轴向力 径向滑动轴承推力滑动轴承 滚动轴承

14、（向心轴承）滚动轴承（推力轴承） 轴承的分类 2.3.2.1 滑动轴承 主要用于工作转速特高、支承要求特精、特重型、承受具大冲击、 须成剖分式等特殊工作条件。 滑动轴承 1.滑动轴承的构造与特点 结构：由轴承座、轴承盖、轴瓦、连接螺栓等组成 特点： 、承载能力大，耐冲击； 、工作平稳，噪音低； 、结构简单，径向尺寸小，轴向尺寸大。 滑动轴承的应用场合： 、高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、 水轮发电机、机床等； 、极大型的、极微型的、极简单的场合； 、结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承； 、受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。 滑动轴承 常用径向滑动轴承分2类 整体式径向滑动轴承 剖分式径向

15、滑动轴承 螺纹孔 轴承座 轴承盖 联接螺栓 剖分轴瓦 榫口 轴承 轴承座 特点：结构简单，成本低廉，但轴套磨损后 轴承间隙过大无法调整，不便装拆粗重的轴。 应用：低速、轻载或间歇性工作的机械中。 特点：轴承装拆方便，轴瓦磨损 后便于调整轴承间隙。 应用：工作转速特高、支承要求 特精、承受具大冲击、须成剖分 式等 滑动轴承 1.滚动轴承的构造 滚动轴承的典型结构如图所示,通 常由外圈、内圈、滚动体和保持 架4组成。内圈装在轴颈上, 外圈 装在轴承座孔内, 多数情况下内圈 与轴一起转动, 外圈保持不动。 工作时, 滚动体在内外圈间滚动, 保持架将滚动体均匀地隔开, 以减 少滚动体之间的摩擦和磨损。

16、 四、滚动轴承 滚动轴承 滚动轴承 1、 球轴承 承载能力低，极限转速高 滚子轴承承载能力高，极限转速低 在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐 冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。 球轴承滚子轴承 滚动轴承 2、圆锥滚子轴承 可以同时承受径向载荷及轴向载荷。外圈可分离，安装时可调整 轴承的游隙。一般成对使用。 滚动轴承 3、推力轴承 只能承受轴向载荷。为了防止钢球与滚道之间的滑动，工作时必须加一定的轴向 载荷。高速时离心力大，钢球与保持架摩擦，发热严重，寿命降低，故极限转速很 低。 滚动轴承 4、推力圆柱滚子轴承 推力圆柱滚子轴承可以用于承受单向的 轴向载荷，它比推力球

17、轴承的轴向承载能 力大得多。并且刚性大，占用轴向空间小。 推力圆柱滚子轴承适用于转速低的场合。 推力圆柱滚子轴承与推力调心滚子轴承、 推力圆锥滚子轴承和推力滚针轴承常统称 为推力滚子轴承。 滚动轴承 5.常用滚动轴承的代号 滚动轴承代号是用字母加数字来表示轴承结构、尺寸、公差等级、技术性能等 特征的产品符号。国家标准GB/T272-93规定轴承的代号由三部分组成： 前置代号（字母） 基本代号（数字、字母） 后置代号（字母+数字） 轴 承 分 部 件 代 号 密 封 与 防 尘 代 号 五 四 三 二 一 类 型 代 号 宽 度 系 列 代 号 直 径 系 列 代 号 内 径 代 号 保 持 架

18、 及 材 料 代 号 特 殊 轴 承 材 料 代 号 公 差 等 级 代 号 内 部 结 构 代 号 游 隙 代 号 其 他 代 号 滚动轴承 常见轴承的基本类型代号 滚动轴承 轴承类型代号轴承类型代号 调心球轴承1角接触球轴承7 调心磙子轴承2推力磙子轴承8 圆锥磙子轴承3推力圆锥磙子轴承9 双列深沟球轴承4圆柱磙子轴承N 推力球轴承5滚针轴承NA 深沟球轴承6外球面球轴承U 6103： 6深沟球轴承，1特轻系列，03内径d=17mm，公差等级为0级， 游隙组为0组； 6308： 6深沟球轴承，3中系列，08 内径d=40mm， 公差等级为0级，游隙组为0组； 7214AC/P4： 7角接触

19、球轴承，2轻系列，14内径d=70mm，公差等级 为4级，游隙组为0组； N105/P5： N圆柱滚子轴承，1特轻系列，05内径d=20mm，公差等级为5级， 游隙组为0组； 30213： 3圆锥滚子轴承，2轻系列，13内径d=65mm，0正常宽度(0不 可省略)，公差等级为0级； 滚动轴承 选用原则： 1、球轴承比滚子轴承的极限转速高，应优先选用球轴承； 2、在高速时，以选用超轻、特轻及轻系列的轴承（内径相同 时，外径越 小，滚动体就越轻小，产生的离心惯性力也小）； 3、保持架的材料对轴承转速影响极大，实体保持架比冲压保持架允许有更 高一些的转速； 4、推力轴承的极限转速很低，当工作转速高时

20、，若轴向载荷不是十分大， 可以采用角接触球轴承来承受纯轴向力； 5、若工作转速超过了轴承样本，可以用提高公差等级、适当增大游隙、选 用循环冷却等方法。 轴承选型 五、滚动轴承的安装与拆卸 装拆滚动轴承时，要特别注意以下两点： 1、不允许通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体 造成损伤。 2、由于轴承的配合较紧，装拆时应使用专门的工具。 轴承拆卸 拉拔器应卡住轴承内 环均匀用力 如果拉拔器不能卡在轴承内环，就很 可能对轴承造成伤害，为了尽量小损 坏轴承，可以一边拉拔轴承一边旋转 拉拔器 轴承拆卸 轴承拆卸 一、螺栓的材料一、螺栓的材料 一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，一般螺纹联接件常用材料

21、为低碳钢和中碳钢， 如如 Q215、Q235、15、35、45 等。等。 受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢， 如如 15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB 等。等。 10.7 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力 公差等级：公差等级：A、B、C，其中，其中A级最高。级最高。 力学性能：力学性能：10个等级，个等级， 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 小数点前，代表强度极限的小数点前，代表强度极限的1/100; 小数点后，代表屈服小数点后，代表屈服极限极限与强度极限比与强度极限比

22、值值 的的10倍。倍。 联接的分类联接的分类 ： 动联接动联接 静联接静联接 10.1 螺纹联接螺纹联接 二、二、螺纹的分类螺纹的分类 10.1 螺纹联接螺纹联接 按螺纹的牙型分：按螺纹的牙型分： 螺螺 纹纹 的的 分分 类类 按螺纹的旋向分：按螺纹的旋向分： 按螺旋线根数分：按螺旋线根数分： 按回转体的内外表面分：按回转体的内外表面分： 按螺旋的作用分：按螺旋的作用分： 按母体的形状分：按母体的形状分： 矩形螺纹、三角形螺纹矩形螺纹、三角形螺纹 梯形螺纹、锯齿形螺纹梯形螺纹、锯齿形螺纹 右旋螺纹、左旋螺纹右旋螺纹、左旋螺纹 单线螺纹、多线螺纹单线螺纹、多线螺纹 外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 螺

23、纹副螺纹副 联接螺纹、传动螺纹联接螺纹、传动螺纹 圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹 螺纹的牙型螺纹的牙型 矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 15 30 3 30 10.1 螺纹联接螺纹联接 左旋螺纹和右旋螺纹左旋螺纹和右旋螺纹 左旋右旋 10.1 螺纹联接螺纹联接 双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹 PS S = 2P P S P S =P 一般一般: n 4 n线螺纹线螺纹: S = n P 单线螺纹、多线螺纹单线螺纹、多线螺纹 10.1 螺纹联接螺纹联接 外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 螺纹副螺纹副 10.1 螺纹联接螺纹联接 二、螺纹紧固件二、螺纹

24、紧固件 10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 双头螺柱双头螺柱 螺栓螺栓 螺纹螺纹 紧固紧固 件件 垫圈垫圈 螺母的结构形式螺母的结构形式 10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母 垫圈的结构形式垫圈的结构形式 A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈 10.11 键联接和花键联接键联接和花键联接 作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭 矩，矩， 或实现零件的轴向固定或移动。或

25、实现零件的轴向固定或移动。 类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。 1. 平键平键联接联接 工作面工作面 特点：特点：定心好、定心好、 装拆方便。装拆方便。 种类：种类： 普通平键普通平键 导向平键导向平键 间隙间隙 轴轴 一、键联接的类型一、键联接的类型 10.11 键联接和花键联接键联接和花键联接 普通平普通平 键键 单圆头单圆头(C型型) 圆头圆头(A型型) 方头方头(B型型) 用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。 用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 用于轴端用于轴端 普通平键应用

26、最广。普通平键应用最广。 A型型 B型型C型型 盘铣刀盘铣刀 10.11 键联接和花键联接键联接和花键联接 起键螺孔起键螺孔 导向平键导向平键 固定螺钉固定螺钉 零件可以在轴上移动，构成动联接。零件可以在轴上移动，构成动联接。 结构特点结构特点：长度较长，需用螺钉固定。：长度较长，需用螺钉固定。 为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。 起键螺孔起键螺孔 固定螺钉固定螺钉 10.11 键联接和花键联接键联接和花键联接 2. 半圆键半圆键联接联接 优点：优点：定心好，装配方便。定心好，装配方便。 缺点：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。用于轻载联接。 特别适用于锥形轴端的联接。特别适用于锥形轴端的联接。 工作面工作面 10.11 键联接和花键联接键联接和花键联接 结构特点：结构特点：键的上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度的斜度。 缺缺 点：点：定心精度不高。定心精度不高。 应应 用：用：只能应用于定只能应用于定 心精度不高，载荷平稳和心精度不高，载荷平稳和 低速的联接。低速的联接。 3. 楔键楔键联接和切向键联接联接和切向键联接 10.11 键联接和花键联接键联接和花键联接 类型：类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。 钩头是用来拆卸用的 拆卸空间拆卸空间 10.11