化工设备基础知识1

1、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、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、垫片以及化工、船用等零件,青

2、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：多为疲劳损坏,二、轴的材料要求：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。,碳素钢：35、45、50钢（优质碳素钢： 一般正火）； Q235、Q275（普通碳素钢：不重要或者受力较小）,合金钢：40CrNi、38CrMoAlA；20Cr、20Cr

3、MnTi； （重载、要求减轻重量时、要求提高耐磨性；淬火、调质）,球墨铸铁：铸铁 QT、合金铸铁、形状复杂轴,2.1.1 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 （增大轴径、减小跨距） 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,轴,2.1.2轴的功用 用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分,2.1.3轴的分类,按轴的形状分,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,1. 转轴,组成：轴颈、轴头、轴身； 特点：传递扭矩又承受弯矩。,2.1.3 轴的分类,2. 传动轴

4、,组成：轴颈、轴头、轴身； 特点：只传递扭矩，不承受弯矩或弯矩很小。,2.1.3 轴的分类,2.1.3 轴的分类,3. 心轴,分类：固定心轴、转动心轴； 特点：只承受弯矩，不传递扭矩。,2.1.3 轴的分类,1. 直轴,分类：阶梯轴、光轴；,2. 曲轴,2.1.3 轴的分类,3. 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,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,1. 钢,1) 锻钢,中(碳、合金)钢整体、表面淬

5、火+低温回火,低(碳、合金)钢渗碳、淬火、回火(20Cr),氮化钢(如30CrMoAlA)调质、渗氮,氰化钢碳、氮共渗,2) 铸钢 ZG270-500(ZG35)、ZG310-570(ZG45)、 ZG40Cr,2. 铸铁 常用HT250、HT350、QT500-7、QT600-3,3. 工程塑料 小齿轮用夹布胶木、尼龙制造,2.2 .1 轮齿材料及热处理,二、齿轮的热处理,2.2 .1 轮齿材料及热处理,热处理方法,表面淬火,渗碳淬火,调质,正火,渗氮,1. 表面淬火,- 高频淬火、火焰淬火,一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。 表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 5256

6、HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。,2. 渗碳淬火,渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达5662HRC，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45、40Cr、35SiMn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，且在使用中易于跑合。,3. 调 质,2.2 轮齿材料及热处理,4. 正火,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处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。,渗氮是

7、一种化学处理。 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合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.,5. 渗氮,2.2.1 轮齿材料及热处理,特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS 350，属软齿 面，工艺简单、用于一般传动。 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，小轮比大轮硬度高: 2050HBS,表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属 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。,2.2.1 轮齿材料及热处理,一、主要特点,1) 瞬时传动比 i 恒定,2) 适用的节圆圆周速度范围大,

8、3) 传动效率 高,4) 结构紧凑，适用于近距离传动,5) 传动比范围大,2.2.2 齿轮概 述,二、分类,按齿轮对数,按工作条件,按齿面硬度,2.2.3 齿轮分类,2.2.4 轮齿的失效形式和设计准则,2.3 轴承,一、轴承的作用 二、轴承的分类 三、滑动轴承 四、滚动轴承 五、轴承的选型 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

9、（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（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

10、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, 剖分式径向滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承盖,联接螺栓,剖分轴瓦,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

11、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。,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

12、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,

13、 保持架及材料代号, 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,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

14、(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，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

15、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,一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢， 如 Q215、Q235、15、35、45 等。,受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢， 如 15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB 等。,10.7 螺栓的材料和许用应力,公差等级：A、B、C，其中A级最高。,力学性能：10个等级， 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8

16、 9.8 10.9 12.9 小数点前，代表强度极限的1/100; 小数点后，代表屈服极限与强度极限比值 的10倍。,联接的分类 ：,动联接 静联接,10.1 螺纹联接,二、螺纹的分类,10.1 螺纹联接,按螺纹的牙型分：,螺纹的分类,按螺纹的旋向分：,按螺旋线根数分：,按回转体的内外表面分：,按螺旋的作用分：,按母体的形状分：,矩形螺纹、三角形螺纹 梯形螺纹、锯齿形螺纹,右旋螺纹、左旋螺纹,单线螺纹、多线螺纹,外螺纹 内螺纹,联接螺纹、传动螺纹,圆柱螺纹、圆锥螺纹,螺纹的牙型,10.1 螺纹联接,左旋螺纹和右旋螺纹,左旋,右旋,10.1 螺纹联接,双线螺纹,单线螺纹,S = 2P,S =P,

17、一般: n 4,n线螺纹: S = n P,单线螺纹、多线螺纹,10.1 螺纹联接,螺纹副,10.1 螺纹联接,二、螺纹紧固件,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,垫圈,螺母的结构形式,10.4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,垫圈的结构形式,10.11 键联接和花键联接,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭 矩， 或实现零件的轴向固定或移动。,类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。,1. 平键联接,特点：定心好、 装拆方便。,种类：,普通平键,导向平键,一、键联接的类型,10.11 键联接和花键联接,普通平键,单圆头(C型),圆头

18、(A型),方头(B型),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。,用于轴端,普通平键应用最广。,10.11 键联接和花键联接,导向平键,零件可以在轴上移动，构成动联接。,结构特点：长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺孔。,10.11 键联接和花键联接,2. 半圆键联接,优点：定心好，装配方便。,缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。,特别适用于锥形轴端的联接。,10.11 键联接和花键联接,结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。,缺 点：定心精度不高。,应 用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。,3. 楔键联接和切向键联接,10.11 键联接和花键联接,类型：普通楔键、钩头楔键。 钩头是用来拆卸用的,10.11 键联接和花键联接,在重型机械中常采用切向键-一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。,键被剪断,二、平键连接的强度校核,10.11 键联接和花键联接,键的材料：B 370 Mpa的碳素钢，常用45钢。,键的选取：截面尺寸b、h查表选取； 长度L参照轮毂长度从标准中选取。,主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。,一般不会出现,三、花键连接,结构特点：沿周