化工设备机械基础

化工设备机械基础方法，正确、清晰地表达机器或部件的工作原理、零件间的装配关系和零件的主要结构形状等2、必要的尺寸装配图中要注出表示机器或部件的性能、规格以及装配、检验、安装时必要的一些尺寸3、技术要求提出机器或部件性能、装配、检验、调试、使用等方面的要求4、零件序号、明细表和标题栏

为了生产和管理上的需要，在装配图上按一定格式将零、部件进行编号并编制明细表。标题栏说明机器或部件的名称、图号、比例等装配图的内容一组视图必要的尺寸技术要求零件序号、明细表标题栏1、一组视图用各种表达螺旋齿轮斜齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮蜗杆蜗轮啮合问题计算问题加工问题定传动比i→需定节点C→啮合基本定律渐开线齿廓↓→四线合一发生线啮合线公法线公切线正确传动条件正确啮合连续传动正确安装单齿轮对齿轮标准齿轮……变位齿轮……→五个基本参数

Zm

ha*c*α→四圆、三高三弧、一角→大小匹配→m1=m2=m→交接及时→重合度ε≥1→无侧隙→a’=a=m(z1+z2)/2

m不同刀不同

m相同滚刀同若问可否同刀铣要看齿数相差几类型不同调距离齿数不同调速比展成法→根切仿形法

↓与z有关

↓Zmin=17β1=-β2β1=β2=0蜗轮转向主平面过杆轴垂轮轴右旋左手定左旋右手定齿轮机构齿轮机构知识系统计算齿轮的主要尺寸齿轮传动设计：根据主要失效形式→

进行强度计算→确定主要尺寸→按其他失效形式校核。齿轮传动设计：主要失效形式设计准则闭式软齿面齿轮传动齿面疲劳点蚀按齿面接触疲劳强度设计，校核弯曲疲劳强度闭式硬齿面齿轮传动齿根弯曲疲劳折断按齿根弯曲疲劳强度设计，校核齿面接触疲劳强度开式齿轮传动磨损和弯曲疲劳折断

按齿根弯曲疲劳强度设计，考虑磨损影响

开式传动：按齿根弯曲疲劳强度设计，考虑磨损将模数放大10%～15%。齿轮受力分析及方向判断

Ft：主动轮上与运动方向相反从动轮上与运动方间相同

Fr：由作用点指向轮心Fa：主动轮用左右手判定：左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲与主动轮转向一致、大拇指伸直指向轴向力方向。齿轮受力分析及方向判断10一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件1两齿轮的法向模数和法向压力角应分别相等；2同时两斜齿轮螺旋角应相等，还要满足:

外啮合时，旋向相反；内啮合时，旋向相同。3因为绝对值相等，所以其端面模数及端面压力角也分别相等。1112受力分析

与斜齿轮受力相似，不考虑摩擦力时作用于齿面上的法向力可分解为圆周力Ft

、径向力Fr

和轴向力Fa

：主动轮Ft1与v1反向；从动轮Ft2与v2同向；Ｆr

指向各自轮心；主动轮Ｆa1用左右手定则判断：左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲与主动轮转向一致、大拇指伸直指向轴向力方向。蜗杆传动13二级斜齿圆柱齿轮减速器。要点：1、各齿轮的旋向（正确啮合条件：旋向相反）

2、注意区分主动轮和从动轮。

3、要抵消轴向力，两齿轮必需轴向力相反试分析各齿轮的旋、向转向及其受力14求蜗轮的转速n4及各轮的转向，并分析蜗杆受力。解：由传动比公式可得：各轮转向如图中箭头所示。

【例】

如图，已知首轮转速n1=800г/min和转向，蜗杆受力如图所示。15

【例】

图示轮系中，已知z1=60，z2=20，z2’=25，z3=15。n1=50r/min，n3=200r/min，转向如图，求nH。nH=75r/min解该轮系为平面周转轮系，其转化机构的传动比为

a）当n1、n3同向时（同为正）nH=－8.3r/min(H与1同向）

b）当n1、n3反向时（3正，1负）(H与1、3同向)

16设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。轴的设计步骤可归纳为如图所示的转轴设计程序框图，其他类型轴的设计步骤与此类似，其中结构设计与验算工作能力往往需交叉进行。18砂轮越程槽倒角轴端挡圈套筒19结构分析20结合下图所示结构，请指出图中结构的错误，并改正21轴的结构设计中重点解决的问题

1.轴上零件的轴向定位、固定和周向固定

2.制造工艺和装配工艺要求

3.标准尺寸要求

4.提高轴的疲劳强度三、轴的结构设计设计要求：1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装要求)3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定要求)4.改善应力状况，减小应力集中。(性能要求)

2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位要求)2223

1、齿轮周向定位用的键太长，不宜超过该轴端长度；

2、透盖与轴之间配合有间隙，且有毡圈密封；

3、两端的端盖与箱体配合处均应有调整垫片；

4、与齿轮配合的轴段长度应比齿轮宽度稍小；

5、右轴承内圈定位用的套筒直径不宜超过内圈高度；

6、左轴承内圈定位用的轴肩高度不宜超过轴承内圈高度；

7、透盖和右端轴承与轴配合处，轴应为阶梯状，且与透盖配合处轴径小；2425

1、端盖密封与轴装配应有间隙；

2、套筒太长，应用轴肩定位；

3、套杯与箱体间应有调整垫片；

4、端盖与套杯间应有密封垫片；

5、锥齿轮轴端处轴太长，应比齿轮端部稍短；

6、右端套杯轴向固定超过了右端轴承外圈；

7、与右端轴承内圈配合的轴颈长度应比轴承内圈宽度稍短；

8、套杯不与轴承接触处的内径应大些，减少加工面；

9、两轴承应反装，以提高轴的支承刚性；若轴承反装，则套杯不与轴承接触处的内径应小些，形成轴承外圈的轴向定位261）画出轴的空间力系图；（分解为水平面分力和垂直面分力）2）计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图；3）计算合成弯矩M并作出弯矩图；4）计算转矩MT并作出转矩图；5）计算当量弯矩M，绘出当量弯矩图。6）根据当量弯矩图找出危险截面，进行轴的强度校核。这种计算一般是在按前述方法求出轴径后，根据选定的装配方案设计出轴的主要结构尺寸的基础上进行的。这时轴上零件的位置已知，即外载荷及约束力的作用位置已知，因而可以分析轴的受力、绘制弯扭图、进行轴的强度校核。其步骤为：2728

图示直杆ACB在两端A、B处固定。关于其两端的约束力有四种答案。试分析哪一种答案最合理。

答案(A)中的杆件只有压缩变形；答案(B)中的杆件只有拉伸变形。因而都不满足变形协调的要求。

答案(C)中的AC段杆和BC段杆的受力相同，但是长度不等，因而压缩变形量不等于拉伸变形量。所以也不满足变形协调的要求。正确答案是

D。

因为是弹性体，所以，ACB杆在C处受沿轴线方向的外力作用后，AC端将会产生伸长变形，CB端将会产生缩短变形，但是，由于杆件的两端都是固定的，所以ACB杆的总长度不能增加也不能减少。这从而要求AC端的伸长量必须等于CB端的缩短量。这就是变形协调。设一长度为l、横截面面积为A的等截面直杆，承受轴向载荷后，其长度变为l十

l，其中

l为杆的伸长量。实验结果表明：在弹性范围内，杆的伸长量

l与杆所承受的轴向载荷成正比。写成关系式为绝对变形这是描述弹性范围内杆件承受轴向载荷时力与变形的胡克定律。其中，FP为作用在杆件两端的载荷；E为杆材料的弹性模量，它与正应力具有相同的单位；EA称为杆件的拉伸（或压缩）刚度;式中“＋”号表示伸长变形；“－”号表示缩短变形。变形计算2930

受到一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的横向平行力作用，变形主要体现为横截面的沿力的作用方向的相对错动。

拉伸或压缩：直杆在一对大小相等、方向相反、作用线与轴线重合的力作用下，变形主要表现为轴线方向的伸长或缩短。

杆的几何特征与基本变形剪切：扭转

：受一组大小相同、方向相反、平行于轴线的力矩的作用，变形主要体现为各相邻横截面绕轴线的相对转动。

杆件受到横向力的作用，其作用是弯曲和剪切两种形式的组合，但弯曲变形是主要的，这种变形通常称为横力弯曲。杆件同时存在几种基本变形的情形称为组合变形。弯曲

：

直杆受一组大小相同、方向相反、垂直于轴线的力矩的作用，变形主要体现为各相邻横截面绕垂直轴线方向的相对转动。1122解：1.计算外力偶矩

图示传动轴，A轮输入功率PA=50kW，B、C轮输出功率PB=30kW，PC=20kW，轴的转速n=300r/min。1）画轴的扭矩图，并求Tmax。2）若将轮A置于B、C轮之间，哪种布置较合理？

MAMBMCABCa)

2.求各段扭矩3.画传动轴的扭矩图(图b)AB段：T1=MA=1592kN·mBC段：T2=MA-MB=1592-955=637kN·m|

Tmax|1=1592kN·m

xT-955kN·m637kN·mc)1592kN·m637kN·mxTb)314.将轮A置于B、C轮之间,画扭矩图(图c)得|

Tmax|2=955kN·m<|

Tmax|1

可见，后一种布置较前种布置合理。由此得出：在轮系的各种布置中，最大扭矩最小的布置为轮系的合理布置。

3例题解：计算各轴的功率与转速P1=14kW,P2=P3=P1/2=7kWn1=n2=120r/minMx1=T1=1114N.mMx2=T2=557N.mMx3=T3=185.7N.m计算各轴的扭矩计算各轴的横截面上的最大切应力32

已知：P1＝14kW,n1=n2=120r/min,z1=36,z3=12;d1=70mm,d2=50mm,d3=35mm.求:各轴横截面上的最大切应力。应力就是单位面积上的内力

讨论拉伸和压缩杆件横截面上应力时，根据拉伸和压缩时均匀变形的特点，推知杆件横截面上的正应力均匀分布，从而得到正应力表达式

其中A为杆件的横截面面积。

当杆件横截面上，所受内力为扭矩、弯矩时，杆上之应力不再是均匀分布的，这时得到的应力表达式，仍然与横截面上的内力分量以及横截面的几何量有关。但是，这时的几何量将不再是横截面的面积，而是其他的形式。

横截面上的内力

横截面上的几何量

34

应力分布应力公式变形应变分布平面假定物性关系静力方程圆轴扭转时的剪应力分析

应力分布应力公式变形应变分布平面假定物性关系静力方程35梁截面上的正应力弯曲时的内力-剪力与弯矩36

图示悬臂梁，在A端作用一集中力F。

取截面左段梁为研究对象列平衡方程

用m-m将梁分为两段，求任意x截面内力。1.用截面法求剪力和弯矩弯矩M—垂直于横截面的力偶矩。剪力FQ—平行于截面的内力。FlBAFlFB=FxmmMB=Fl先画梁的受力图求其约束力FB、约束力偶矩MB。FFQxMl-xFB=FMB=Fl

取截面右段梁为研究对象列平衡方程F'QM'372.剪力、弯矩的正负规定取一梁段如图，

FQ、M的正负规定为弯矩左顺右逆为正，反之为负。剪力左上右下为正，反之为负FQFQMM左端面右端面梁段dx3.求弯曲内力的简便方法FQ(x)=x截面左(右)段梁上外力的代数和，左上右下为正。Ｍ(x)=x截面左(或右)段梁上外力矩的代数和，左顺右逆为正。

内力、外力有区别，平衡力，方向相反，剪力图，关键所在。注意使得梁的变形为上凹下凸的弯矩为正。（形象记忆：盛水的碗）力偶的转动方向：逆时针方向转动者为正；顺时针方向转动者为负38画剪力图和弯矩图的简便方法

1.集中力作用处剪力图有突变。弯矩图有折点。

2.无外力梁段上剪力图保持常量。弯矩图为斜直线。

3.集中力偶作用处剪力图不变化。弯矩图有突变，

4.均布载荷作用的梁段上剪力图为斜直线。弯矩图为二次曲线剪力、弯矩与外力间的关系外力无外力段均布载荷段集中力集中力偶q=0q>0q<0Q图特征M图特征CPCm水平直线xQQ>0QQ<0x斜直线增函数xQxQ降函数xQCQ1Q2Q1–Q2=PxQC自左向右突变无变化斜直线xM增函数xM降函数xMxMxMxM曲线坟状盆状自左向右折角折向与P反向M1

M2自左向右突变与m反402aa2qa1.125qaFQFQMM左端面右端面梁段dx使得梁的变形为上凹下凸的弯矩为正。（形象记忆：盛水的碗）左端面外力向上，剪力必向下，为负41

DaPABa2a2PCFDFA解

:1.求出约束力

FQxP-PPMx-PaPa轴的弯矩和扭矩分析2）画出轴的空间受力图；3）画出轴的水平面受力图，求出水平面约束力，画出水平面弯矩图；4）画出轴的铅垂面受力图，求出铅垂面约束力，画出铅垂面弯矩图；5）画合成弯矩图；6）画轴的扭矩图；7）确定危险截面。1）求出轴上的所有主动力；42对2点取矩计算某减速器输出轴危险截面的直径。已知作用在齿轮上的圆周力Ft=17400N,径向力Fr=6140N,轴向力Fa=2860N,齿轮分度圆直径d2=146mm,作用在轴右端带轮上外力F=4500N（方向未定）,L=193mm,K=206mm解：1)求垂直面的约束力和轴向力L/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2aad举例由轮齿所受功率分析得出432)求水平面的约束力aa3)求F力在支点产生的约束力4)绘制垂直面的弯矩图5)绘制水平面的弯矩图MavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2dF446)求F力产生的弯矩图aa7)绘制合成弯矩图考虑F可能与H、V内合力共面a-a截面F力产生的弯矩为：MaMavM’avFtF1HF2HMaHF1FF2FM2FL/2LKFtFrFaFFAFaFrF1vF2v12=Fad2dFMaFM’a45如图（h）所示，轴AB上装有两个轮子，一轮轮缘上受力F作用，另一轮上绕一绳，绳端悬挂一重G=4KN的物体。若此轴在力F和G作用下处于平衡状态，轴的许用应力[σ]=60MPa,试设计轴的直径。解（1）外力分析。画轴AB的受力简图如图所示。其中：F=2KN

M=0.8KN.m求支座约束力：由∑FY=0得方程：RA-G-F+RB=0再由∑MA=0得方程：-F*0.2-G*1+RB*1.2=0解得：RA=2.33KN，RB=3.67KN。46（2）内力分析画轴AB的弯矩图如图（j）所示。由此可知：Mmax=0.733KN.m画轴AB的扭矩图如图（k）所示。由此可知：Tmax=0.8KN.m因此，横截面D处为危险截面。（3）确定直径。σxd=（公式）而Wz=0.1d3因此，轴AB的直径为；d=56.9(57，58)mm4748母线第一曲率半径O1