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3 机械传动基础及化工运转设备
3．1 概 述
3．1 概 述
3．1．1机械传动的概念
在化工生产中，广泛采用各种机器：输送物料、分离、破碎或增加物料的能量等
如图3-1所示带式运输机为一种物料输送机器。
电动机提供机械能，即提供机器动力的来源，称为原动机；
输送带直接运载物料完成预定的工作任务，是工作机。
Ⅴ型带、带轮、齿轮、传动轴、联轴器等，把电动机输出的运动和动力传递给工作机构，是中间环节，称为机械传动系统。
一台完整的机器，主要由动力机、工作机和传动系统组成。
3．1．2机械传动的作用
(1)改变原动机输出的转速和动力的大小，以满足工作机的要求。
(2)把原动机输出的运动形式转变为工作机所需要的运动形式（如将旋转运动改变为直线运动或反之）。
如果动力机的工作性能完全符合工作机的要求，传动系统可省略，可将动力机和工作机直接联接。如电动机通过联轴器可直接驱动离心泵。
3．1．3机械传动的种类
常用的机械传动按工作原理可分为两大类：
3．1．4机械传动的传动比与效率
机械传动的工作能力可以用传递的功率、传动的效率和传动比表示。
（1） 传动比
当机械传动传递转动时，主动件的转速n1（或ω1）和从动件的转速n 2（或ω2）之比称为传动比，用i表示，即
（2） 功率和效率
由于机械传动中会有能量损耗，所以工作机的工作功率Pw会比原动机的功率P0小，二者的比值Pw / P0是小于1的，其比值越接近1，说明传动的效率越高。用η表示机械传动系统的总效率，则
η=
3．1．5机械传动系统的一般组成
传动类零件、支承类零件、联接类零件和箱体四大部分组成。
传动零件：传递运动和动力，如齿轮、带及带轮等；
支承类零件：支承传动零件，如轴和轴承等；
联接类零件：将两个及两个以上零件联接成一个整体，如键、联轴器等；
箱体：支承和固定
传动零件，为传动零件
提供密封的工作空间。
机械传动种类
3.2常见机械传动
3.2.1带传动
（1） 带传动的工作原理
简单的带传动由小带轮1、大带轮2和紧套在带轮上的传动带3所组成。输入运动的小带轮1称为主动轮，被驱动的带轮2称为从动轮。
（2）带传动的种类
常用的带传动如图3-5所示。
以V型带和平带使用最多，由于楔面摩擦产生的静摩擦力大于平面摩擦力，所以V型带的承载能力高于平带。由于同步齿形带和针孔带是啮合传动，因此具有较高的承载能力。
（3）带传动的传动比计算
带传动的传动比是指主动带轮与从动带轮转速之比。
即
（4）带传动的使用特点——全部与“带”有关
优点：
①过载保护：依靠摩擦力传动，传动的负荷过大（超载）时，带会在带轮上打滑，避免电机被烧坏或其它零件的损坏；
②缓冲吸振：带有弹性,传动中能缓和冲击，吸收振动，使带传动工作平稳，无噪声；
③ 可以用在两传动轴中心距较大的场合；
④ 结构简单，维护方便，容易制造，成本低廉。
缺点：
① 不能保证固定的传动比；
② 不适宜用在高温、易燃、易爆的场合，这一点在化工生产中尤其要注意；
③ 外部尺寸大；
④ 使用寿命较短；
⑤ 带与带轮存在弹性滑动，效率较低，约为0.90～0.94。
带传动的使用范围：由于带传动的效率和承载能力较低，故不适用于大功率传动。带传动的功率一般小于50～100KW，带的工作速度一般为5～25m/s。
3．2．2链传动
（1）链传动的组成与特点
由主动链轮1，从动链轮2和链条3组成。依靠链轮与链条的啮合传递运动和动力。
（2）链传动的种类与结构
链传动中最常用的是套筒滚子链和齿形链。
3．2．3齿轮传动
（1）齿轮传动的种类
根据齿轮的形状分类：
① 圆柱齿轮传动
② 圆锥齿轮传动
③螺旋齿轮传动
根据齿轮传动的工作条件分类：
① 开式齿轮传动
② 闭式齿轮传动
（2）齿轮传动的特点及应用
与带传动、链传动相比，优点如下：
① 能保证恒定的瞬时传动比，传递运动准确可靠。
②结构紧凑，体积小，使用寿命长。
③功率和圆周速度范围大。
大到十几万千瓦功率，也可以很小，例如手表；圆周速度最高可达300m/s，也可以象钟表时针。
④ 传动效率比较高。圆柱齿轮的传动效率可达0.98。
主要缺点：
① 两传动轴距离较大时，结构上不如带传动和链传动简单。
② 负载超过正常值时，不象带传动那样会自动打滑，从而保护机器免于损坏。
③ 齿轮的制造成本较高，要用专用机床加工。
(3) 渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称和主要参数
齿轮轮齿的曲线形状有渐开线、圆弧、摆线等多种。
渐开线的形成：当直线n -n沿圆o作纯滚动时，此直线上的一点（K）的轨迹（AK）就是该圆的渐开线 。圆o的大小决定了渐开线的形状，圆越大渐开线越平直；当圆半径趋近无穷大时，渐开线成为直线（成为齿条齿廓）。目前应用最广泛的是渐开线齿形的齿轮。
主要名称和参数
模数是重要参数
模数大，齿形也大
分度圆是重要参数
分度圆上的齿厚和齿槽宽相等
（4）渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件与传动比
①正确啮合条件：
模数相等，压力角相同，即m1=m2=m ， 1= 2=
②传动比：
主动轮每转过一个齿，从动轮相应被拨过一个齿。每分钟两轮转过相同齿数。设主动齿轮齿数z1，转速n1；从动齿轮齿数z2，转速为n2，有
即
所以传动比
（5）齿轮的失效与维护
失效：载荷作用下，发生齿轮损坏，失去正常工作能力。
由于工作条件、应用范围、使用保养情况各异，所以齿轮可能发生的失效有多种：
①齿面磨损
开式齿轮传动，润滑不良，齿面落灰，增加齿面磨损，造成渐开线齿形被破坏，传动的平稳性和精度降低；且轮齿的整体强度下降，轮齿易折断。
②齿面点蚀
闭式齿轮传动中，当齿面较软，使用的润滑油稀薄，
随着使用时间的增加，齿面上会产生细小的裂纹，齿啮
合时润滑油挤入裂纹，使裂纹扩展，直至轮齿表面有小
块材料剥落，形成小坑，称为点蚀。
③齿面胶合
承受重载时，齿面相互摩擦发热，而使两齿面接合时互相粘着，分开时，较软的齿面材料被撕下，齿面形成撕裂沟痕，称为齿面胶合。
④轮齿折断
不论是开式传动还是闭式传动，轮齿都有可能因为长期受载或短期过载以及不正常操作而发生折断。
3．3 轴和轴承
3.3.1轴
（1）概述
转动很常见，齿轮、带轮、链轮等各种传动零件都是通过轴来实现转动。
轴主要用来传递旋转运动和动力，受力过大，轴将出现不应有的变形，或者断裂。
（2）轴的结构
通常轴的外形被制成圆柱形。
轴的形状：直轴、曲轴。
内燃机、压缩机多采用曲轴。
在直轴中，从外形上看，有
光轴和阶梯轴两种。
轴承：用来支承轴及轴上零件；使轴保持正确的空间位置；承受轴上的作用力，并传递到机座上。
主要类型：滚动（摩擦）轴承和滑动（摩擦）轴承两大类。
3.3.2滑动轴承
特点：
轴直接在固定不动的
轴瓦上滑动。
（1）整体式径向滑动轴承
这种轴承分为有轴套和轴无轴套两种。
（2）剖分式滑动轴承
（3）轴瓦和轴承衬
3.3.3滚动轴承
摩擦系数小，机械效率高，起动容易，内部间隙小，运动精度高，润滑油耗量小，便于安装和维护等，应用广泛。
（1）滚动轴承的结构
一般由四个基本部分组成：内圈、外圈、滚动体和保持架。
（2）滚动轴承的主要类型
按照滚动体的形状有球轴承、滚子轴承，滚子轴承中又有短圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承和螺旋滚子轴承等。
常见的滚动体的形状：
按轴承的受载情况，可分为向心轴承（主要
承受径向载荷），推力轴承和向心推力轴承
（能承受轴向与径向联合负载）。
3．4 可拆联接
3．4．1轴毂联接的种类和特点
带轮、齿轮等传动零件的轮毂与轴必须在圆周方向固定，才能传递运动和动力。
轴与轮毂之间的周向固定，称为轴毂联接。以键联接较为常见。
键联接常用的类型有以下三种：
（1） 平键联接
在轴和传动零件的键槽中嵌入键，工作时靠键侧面与键槽的挤压传递转矩。
加工容易、装拆方便、对中性良好，用于传动精度要求较高的场合。
平键联接按不同用途分为普通平键、导向平键和滑键
图3-25 平键联接
图3-26 导向平键联接
图3-27 滑键联接
（2） 半圆键联接
半圆键能在轴的键槽内摆动，来适应轮毂槽底面的斜度，装配方便。在圆锥形轴端部的轴毂联接中常采用。轴上键槽较深，对轴的强度削弱大，只适应于载荷较小的场合。半圆键是标准件。
（3） 楔键联接
楔键的上表面和轮毂槽的底面各有1: 100的斜度，安装时需用力打入（楔紧），靠键的上下两面与键槽之间的静摩擦力工作。
键楔紧后，轮毂与轴产生相对偏心，故主要适用于对中要求不高，载荷平稳和转速较低的场合。
3．4．2螺纹联接的种类及标准
用带螺蚊的零件（也称螺纹紧固件），构成的可拆联接，把若干零件固定在一起。
（1）螺纹的种类
联接用的螺纹有两种：普通螺纹和管螺纹。
（2） 螺纹联接的基本类型
①螺栓联接
②双头螺柱联接
③螺钉联接
④紧定螺纹联接
（3）常用螺纹联接件
常用螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫片等，它们都是标准件。
（4） 螺纹联接常用的防松方法
①增加内外螺纹之间的压紧力和摩擦力。
②用附件锁固，使螺母与螺柱不能相对转动。
3．4．3联轴器
主要用于联接两根轴，共同旋转以传递运动和动力。
(1)刚性联轴器用于两轴有严格的同轴度要求，以及工作时不发生相对移动的场合。刚性联轴器无弹性元件，不具备缓冲和减振作用，只适宜用于载荷平稳或基本无冲击的场合。
(2)弹性联轴器
弹性联轴器具有补偿两轴相对偏移的能力，适用于载荷和转速有变化及两轴有偏移的场合。
3.6化工运转设备
3.6.1泵 将液体或固体悬浮物，从一处输送到另一处或从低压腔体输送到高压腔体的机器。
作为一种通用机械，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用。
全国化工检修钳工技能大赛竞赛——离心泵拆装运行项目现场
按照液体从吸入腔输往压入腔的方式，可以将泵分为两大类：容积泵、叶片泵。
容积泵是利用泵内工作室的容积作周期性变化来输送液体的，有些容积泵的排液过程是间歇的；叶片泵是依靠泵内作高速旋转的叶轮把能量传递给液体，进行液体的输送，排液都是连续的。
3.6.2压缩机
压缩气体，提高气体压力，从而输送气体和使气体增压。
在化工行业中的主要作用有：压缩气体便于合成及聚合反应；压缩制冷气体用于化工制冷或冷冻；将压缩气作为气源，驱动各种风机、风动工具，以及用于控制仪表及自动化装置；实现化工原料的远程管道输送。
压缩机的种类很多，按原理可以分成两大类（与泵相类似）：容积式压缩机，速度式压缩机。
容积式压缩机是依靠气缸工作容积的减小，使气体的密度增加，从而提高气体的压力，最具有代表性的容积式压缩机是往复式（活塞式）压缩机。
速度式压缩机习惯上又称为透平压缩机，气体在高速旋转的叶轮作用下，得到巨大的动能，随后在扩压器中急剧降速，使气体的动能转化成所需
要的压力能。
3.6.3粉碎机
以机械方式粉碎固体原料、半成品或成品。目的：增加物料单位质量的表面积，改善固体物料参与的传热、传质过程，增快化学反应速度，或提高化学产品质量。
（1）旋回破碎机
（2）辊式破碎机
（3）球磨机
3.6.4离心机
利用离心力分离非均相混合物。
分离的混合物中至少有一相是液体，即为悬浮液或乳浊液。
主要部件是一个载着物料高速旋转的转鼓，产生的离心力很大，故保证设备的机械强度和安全是极重要的要求。
可以分离出用一般过滤方法除不去的小颗粒。
可以分离包含两种以上不同的液体混合物。
离心机按分离方式分类，可分为以下几种。
①过滤式离心机
②沉降式离心机
③分离式离心机
3.6.5输送机
化工生产中，常输送固体物料并贮存。如固体原料进厂，卸下运至仓库；固体成品送仓库贮存；生产过程中也要将固体物料从一处输送到另一处。
固体物料输送工作量较大，一般采用机械输送。
按操作方式：间歇式、连续式。
间歇式输送机械：电动葫芦、电梯、架空索道、天车等。
连续式输送机械：带式输送机、斗式输送机、螺旋输送机和气力输送机等。
（1）带式输送机
（2）斗式输送机
（3）螺旋输送机

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