化工机械基础

第三篇机械传动与减速器 概述 在化工生产中除了大量使用静止设备 如塔器 换热器 外 还广泛使用各种各样的机器 如带搅拌的反应器 往复式压缩机 离心式压缩机 螺旋输送器等等 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 机器的组成 原动部分 机器的动力来源 如电机等 传动部分 将原动部分的功率和运动传递到工作部分的中间环节 如带传动 链传动 齿轮传动等 工作部分 直接完成生产所需的工艺动作部分 如搅拌反应器中的搅拌桨等 机器 传动装置 图3 1为一搅拌反应釜的传动装置图 电动机通过减速机将能量传递给搅拌轴 减速机除传递能量外 还改变转速 如由1500r min降低为250r min 在二三十年前 这种搅拌反应釜的传动装置大多数是电动机通过带传动 再通过蜗杆减速机 最后将能量传递给搅拌轴 机械传动 按工作原理可将传动分为机械传动 液力传动 电力传动和磁力传动等 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 1 摩擦传动 依靠构件接触面的摩擦力来传递动力和运动的 如带传动 摩擦轮传动 2 啮合传动 依靠构件间的相互啮合来传递动力和运动的 如齿轮传动 蜗杆传动 链传动等 两个基本概念 在旋转的机械传动中 传动比是指机构中主动件的转速n1与从动件转速n2的比值 并以i表示 i12 n1 n2 3 1 i 1 为减速 i 1为增速 机械传动中 减速居多 两个基本概念 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P2永远小于输入功率P1 机械传动的效率 用h表示h P2 P1 100 3 2 效率的大小是衡量各种机械传动形式的一项重要指标 第十章带传动 主要内容 了解V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国家标准 必要时会查找 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 熟悉V形带的七种型号 V形带节线长度系列 带轮的几种结构 带传动的布置 带传动运转时的受力分析 第一节概述 一 带传动的工作过程 带传动是由主动轮1 从动轮2和张紧在两轮上的环形传动带3所组成 图3 2 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 二 带的类型 按截面形状 传动带可分为 平带 形带 又称三角带 圆形带等类型 如图3 3所示 普通V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 所以能传递较大的功率 普通 形带无接头 传动平稳 应用最广泛 本章主要介绍 形带传动 1 V形带的截面结构及尺寸 图3 4所示为V形带的截面结构 其包布层是由胶帆布构成的保护层 伸张层和压缩层由橡胶构成 带弯曲时分别承受拉伸和压缩 强力层承受基本拉力 由帘布或粗绳构成 粗绳结构较柔软 有利于提高带的寿命 V形带已标准化 按截面尺寸的不同 分为Y Z A B C D E七种型号 其截面尺寸见表3 1 表3 1V形带截面尺寸 GB T13575 1 92 mm 沿V形带中性层 宽度为bp处 量得的带的周长称为节线长度Lp 又称为基准长度 公称长度 它主要用于带传动的几何尺寸计算 其长度系列见表3 2 表3 2普通 形带节线长度系列 GB11544 89 mm 2 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 运转平稳 噪音小 2 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 5 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87 98 3 V形带的应用 通常V形带用于功率小于100kW 带速5 30m s 传动比i 7 少数可达10 传动比要求不十分准确的中小功率传动 第二节带传动的工作原理及工作情况分析 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F0 在静止状态时 带上下两边的拉力相等 都等于F0 见图3 5 a 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F1 离开主动轮一边的带被放松 称为松边 拉力由F0减小到F2 如图3 5 b 所示 传送带主 从动边的拉力差 F1 F2 称为有效拉力 有效拉力就是传动带所传递的有效圆周力Fe 它等于带轮作用在带上的总摩擦力Ff 即 F1 F2 Fe Ff 3 4 带传动所能传递的功率P为 kW 3 5 式中Fe 有效圆周力 N 带速 m s 二 带传动的运动分析 1 弹性滑动 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 弹性滑动的大小是随带的两边拉力差 F1 F2 的变化而变化 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 不利之处 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 2 打滑 由式 3 5 可知 有效圆周力的大小与带传递的功率P以及带的速度 有关 当工作机要求传递的功率增大时 带两边拉力差F1 F2 Fe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化 实践证明 当其他条件不变 且初拉力F0一定时 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 带就会沿着轮面发生全面滑动 这种现象称为打滑 打滑将使传动失效 注 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念 打滑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 弹性滑动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 第三节 形带传动的设计计算 主要内容 带传动设计计算的主要内容是 确定带的型号 根数 长度 带轮直径和中心距 以及带轮的材料和结构尺寸等 设计的原始条件为 传动的用途和工作情况 传递的功率 主动轮和从动轮的转速 或传动比 以及外廓尺寸的要求等 1 选择带的型号 V形带的型号可根据计算功率Pc及小轮转速n1由图3 6选取 3 10 式中KA 工作情况系数 见表3 4 P 传递的功率 kW 2 确定小带轮的节圆直径d1 验算带速 确定大带轮节圆直径d2 d1应大于或等于表3 3中的最小节圆直径dmax 若d1过小则带的弯曲应力较大 反之 则传动的外廓尺寸增大 带速m s 3 11 应满足5m s v 25m s 30m s 否则须重选小轮直径d1 大轮直径 3 12 d1 d2应圆整为标准直径 见表3 5 表3 3V形带带轮最小直径及V形带每m长的质量 表3 5V形带带轮节圆直径系列 摘录 注 带 为优先系列 3 确定中心距a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a0 mm 3 13 初定中心距后 由下式计算出相应于a0的带节线长度Lpomm 3 14 计算出Lpo后 查表3 2选取接近Lpo值的节线长度Lp 再根据选定的长度Lp值反过来求实际中心距a 一般常用下式近似计算中心距a mm 3 15 4 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图3 7所示 显然小轮包角 1比大轮包角 2要小 中心距a相同条件下 包角越大 带的摩擦力和能传递的功率也越大 小轮包角 1可按下式近似计算 3 16 一般应使 1 1200 否则 可加大中心距或增设张紧轮 5 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 根据计算功率Pc和单根V形带所能传递的功率P0 可按下式计算所需的根数Z 3 17 3 18 式中P0 单根V形带所能传递的功率 k 见表3 6 P0 考虑i 1时单根 形带所能传递功率的增量 k 由于P0是按i 1 即d1 d2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 Ka 考虑包角不同时的影响系数 称包角系数 见表3 7 KL 考虑带的长度不同时的影响系数 称带长修正系数 见表3 8 KB 弯曲影响系数 见表3 9 Ki 传动比系数 见表3 10 n1 主动轮转速 r min 6 计算初拉力F0及作用在轴上的力Q N 3 19 式中v 带速 m s m 形带每m长的质量 Kg m 见表3 3 由图3 8可得N 3 20 式中 1 主动轮的包角 例3 1 设计某液体搅拌釜的V形带传动 选用Y型异步电动机 其额定功率P 2 2kW 转速n1 1430r min 搅拌轴转速n2 360r min 三班制工作 解 1 计算功率Pc由表3 4查得KA 1 3 故Pc KAP 1 3 2 2 2 86kW 2 选取 形胶带型号根据Pc 2 86kW n1 1430r min由图3 6确定选用A型 由表3 3取d1 100mm 由式 3 12 由表3 5取d2 400mm 3 确定小带轮节圆直径d1及大带轮节圆直径d2 4 验算带速v 带速合适 5 带公称长度Lp和中心距a0 初步选中心距a0 450mm 符合由式 3 14 得带长 由表3 2选用普通 形带公称长度Lp 1800mm 再由式 3 15 计算实际中心距 得 6 小带轮包角a1 由式 3 16 得 合适 7 带根数Z 由式 3 17 由n1 1430r min d1 100mm 查表3 6 用内插法得 P0 1 29kW由式 3 18 传动比 查表3 9得KB 1 03 10 3 由i 4 查表3 10得Ki 1 14 故由a1 144 查表3 7得Ka 0 91 查表3 8得Ki 1 01 则取Z 3根 8 作用在带轮轴上的力Q 由式 3 19 得单根胶带的预拉力查表3 3得m 0 10Kg m 故由式 3 20 算出作用在轴上的力为 9 带轮结构设计 略 第四节V形带轮 轮缘 轮辐和轮毂 1 轮缘 带轮外圈的环形部分 轮缘的截面及其各部分尺寸见表3 11 V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32 34 36 和38 2 轮毂 带轮内圈环形部分 其内孔与传动轴配合 其外径dh和长度L 见 图3 9 可按下列经验公式计算dh 1 8 2 ds 3 21 L 1 5 1 8 ds 3 22 3 轮辐 轮缘与轮毂间的相联部分 其型式有辐板式 图3 9 和轮辐式 图3 10 两种 带轮直径较小时可采用实心式 如图3 11 第五节 形带的布置 使用和维修 为便于装拆环状V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 松边在上 如图3 5所示 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 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 甚至使带脱落 安装时先缩小中心距 然后套上V形带 再作调整 不得硬撬 2 严防带与矿物油 酸 碱等介质接触 以免变质 也不宜在阳光下曝晒 3 多根带的传动 坏