水工艺设备理论基础

1、球形封头 椭圆封头 球冠形封头 平盖封头可以看出圆柱壳上的环向应力比经向应力大一倍。同时，可以看出圆柱壳的D/ 值越大，在一定的压力作用下所产生的应力越大。因此，决定圆柱壳承压能力大小是中径与壳体壁厚之比，而不是壁厚的绝对数值对于凸形封头和锥形封头，它们的强度计算均以薄膜应力理论为基础，对于平板形封头的强度计算则应以平板弯曲理论为依据：封头内壁曲面高度钢板许用应力时于椭球壳的长短轴之比小1111: 45 . 0 22hhDppD：封头内壁曲面高度钢板许用应力最小有效厚度封头名义厚度为：对于标准椭球形封头，1121n1: 10005 . 15 . 0 2hDCCppDe15 . 02D31. 0

2、188. 0:;max22maxkkkkpDpDk周边简支关的系数，周边固定与平板周边支撑方式有：焊缝系数：钢板许用应力应力：平板封头的最大弯曲：平板封头的计算厚度n优点：优点： 首先齿轮传动具有首先齿轮传动具有较高的传动效率较高的传动效率，这对于大功率传动是很重要的特点，这对于大功率传动是很重要的特点，使机械传动减少大量的能量损失。使机械传动减少大量的能量损失。 齿轮传动承载能力大，与其他传动形式相比，在传递同样载荷的前提下，齿轮传动承载能力大，与其他传动形式相比，在传递同样载荷的前提下，具有较小的体积，具有具有较小的体积，具有较高的使用寿命较高的使用寿命，甚至无限寿命。，甚至无限寿命。 齿

3、轮传动的瞬时传动比（链传动相比）和平均传动比（带传动相比）都齿轮传动的瞬时传动比（链传动相比）和平均传动比（带传动相比）都较稳定，具有较高的较稳定，具有较高的传动精度传动精度。 按工作条件齿轮传动分两种形式按工作条件齿轮传动分两种形式 n开式传动：齿轮外露，易进入灰尘、杂质，磨损严重，润滑差，对安全操作开式传动：齿轮外露，易进入灰尘、杂质，磨损严重，润滑差，对安全操作不利，适用低速场合。例水泥搅拌等设备。不利，适用低速场合。例水泥搅拌等设备。 n闭式传动：封闭在刚性的箱体内，润滑良好，精度高，防护条件好。例机床、闭式传动：封闭在刚性的箱体内，润滑良好，精度高，防护条件好。例机床、减速器等。减速

4、器等。轮齿在节圆附近一轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大对齿受力，载荷大n滑动速度低形成油膜条件滑动速度低形成油膜条件差；差； 产生了接触疲劳。产生了接触疲劳。 n解决措施：解决措施： n 提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度 被动轮齿面上受到的滑动摩擦力方向指向节圆，被动轮齿面上受到的滑动摩擦力方向指向节圆，主动轮齿面上受到的滑动摩擦力方向背离节圆。主动轮齿面上受到的滑动摩擦力方向背离节圆。 由于开始啮合的接触点在主动轮的齿顶和被动轮由于开始啮合的接触点在主动轮的齿顶和被动轮的齿根，所以主动轮相对于被动轮的相对滚动方的齿根，所以主动轮相对于被动轮的相对滚

5、动方向是从齿顶向齿根，而被动轮相对于主动轮的相向是从齿顶向齿根，而被动轮相对于主动轮的相对滚动方向是从齿根向齿顶。对滚动方向是从齿根向齿顶。齿面磨损n原因：砂粒、金属屑进入啮合面。原因：砂粒、金属屑进入啮合面。 n解决措施：解决措施： 加强润滑加强润滑,最好是具有过滤的流动润滑；最好是具有过滤的流动润滑； 开式传动改为闭式传动。开式传动改为闭式传动。 n齿面磨损是不可避免的，特别是对于润齿面磨损是不可避免的，特别是对于润滑不好的开式齿轮，磨损成为主要的失滑不好的开式齿轮，磨损成为主要的失效形式。效形式。 n 齿面的磨损量与齿面的相对滑动量成齿面的磨损量与齿面的相对滑动量成正比，由于齿面上不同位

6、置处的相对滑正比，由于齿面上不同位置处的相对滑动量不同，所以磨损量也不同，由于齿动量不同，所以磨损量也不同，由于齿面的不均匀磨损，面的不均匀磨损，无缝钢管无缝钢管使得磨损后使得磨损后的齿形发生变化，不再满足恒定传动比的齿形发生变化，不再满足恒定传动比传动的条件，造成传动比不稳定，引起传动的条件，造成传动比不稳定，引起附加动载荷。附加动载荷。n齿面磨损使齿厚减薄，使齿根的抗弯曲齿面磨损使齿厚减薄，使齿根的抗弯曲疲劳强度降低，并使齿轮最终表现为齿疲劳强度降低，并使齿轮最终表现为齿根减薄后的弯曲疲劳折断。根减薄后的弯曲疲劳折断。带传动的特点：带传动的特点： （1）传动带具有弹性和挠性，可吸收振动、缓

7、和冲击。传动平）传动带具有弹性和挠性，可吸收振动、缓和冲击。传动平稳，噪声小；稳，噪声小；（2）过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动，起到保护作用；）过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动，起到保护作用；（3）适用于中心距较大的场合；）适用于中心距较大的场合；（4）结构简单，制造、安装、维护方便；）结构简单，制造、安装、维护方便；（5）传动比不准确；）传动比不准确；（6）效率低，寿命短；）效率低，寿命短；（7）由于张紧力存在。轴，轴承受力较大）由于张紧力存在。轴，轴承受力较大 紧边拉应力：紧边拉应力：1; 松边拉应力：松边拉应力：2; n12，带绕过主动轮时，带的应力由，带绕过主动轮时，带的应力

8、由1逐渐降为逐渐降为2；带绕过从动轮时，带的应力由带绕过从动轮时，带的应力由2逐渐升为逐渐升为1。n齿形链齿形链齿形链传动是利用特定齿形的链齿形链传动是利用特定齿形的链板与链轮相啮合来实现传动的。板与链轮相啮合来实现传动的。齿形链是由彼此用铰链联接起来齿形链是由彼此用铰链联接起来的齿形链板组成的齿形链板组成.链板两工作侧面链板两工作侧面间的夹角为间的夹角为600，相邻链节的链，相邻链节的链板左右错开排列，并用销轴、轴板左右错开排列，并用销轴、轴瓦或滚柱将链板联接起来。瓦或滚柱将链板联接起来。按铰链结构不同，分为滑动副和按铰链结构不同，分为滑动副和滚动副，有圆销铰链式、轴瓦铰滚动副，有圆销铰链式

9、、轴瓦铰链式和棱柱滚动铰链式三种。链式和棱柱滚动铰链式三种。链条连接n为了形成链节首尾相接的环形链条，要用接头加以连为了形成链节首尾相接的环形链条，要用接头加以连接。当链节数为偶数时采用连接链节，其形状与链节接。当链节数为偶数时采用连接链节，其形状与链节相同，接头处用相同，接头处用开口销开口销或或弹簧夹片弹簧夹片等止锁件将销轴与等止锁件将销轴与连接链板固定。连接链板固定。n当链节数为奇数时，则必须加一个当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节过渡链节。过渡链。过渡链节的链板在工作时受有附加弯矩，故应尽量避免采用节的链板在工作时受有附加弯矩，故应尽量避免采用奇数链节。奇数链节。a：链轮间距P：链节

10、距螺旋传动（蜗杆传动）螺旋传动的特点和类型螺旋传动的特点和类型 n特点：特点： 1.传动比大：结构紧凑，传动比大：结构紧凑，传动比传动比i=880； 2.传动平稳：连续的螺旋传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮合和退出，齿；逐渐进入啮合和退出，故冲击小、噪声低；故冲击小、噪声低； 3.可自锁：升角小于当量可自锁：升角小于当量摩擦角时；摩擦角时； 4.传动效率低：一般效率传动效率低：一般效率在在0.70.8，滑动速度大，滑动速度大，摩擦与磨损严重。但新型摩擦与磨损严重。但新型的传动效率可达的传动效率可达90%以上。以上。 5. 制造成本高。制造成本高。手工电弧焊设备手工电弧焊设备交流弧焊机交流弧焊

11、机直流弧焊机直流弧焊机发电机式直流弧焊机由一台交流电动机和一台直流弧焊发电机组成，发电机由电动机带动。整流式直流弧焊机的结构相当于在交流弧焊机上加上整流器，从而将交流电变为直流电，故又称弧焊整流器。直流弧焊机的输出端有两种不同的接线方法：正接 反接交流弧焊机直流弧焊机（三）、焊条（三）、焊条焊条的组成和作用焊条的组成和作用1. 组成组成：焊条由金属焊芯金属焊芯和药皮药皮两部分组成。焊芯作用焊芯作用：在焊接时有两个方面的作用：作为电极，传导电流，产生电弧；熔化后作为填充金属，与母材一起组成焊缝金属。焊条药皮：由多种矿石粉、铁合金粉和粘结剂等原料按一定比例配制而成。作用：改善焊条工艺性，如易于引弧

12、，保持电弧稳定燃烧，利于焊缝成形，防止飞溅等；机械保护作用，药皮分解产生大量气体并形成熔渣，对熔化金属起着保护作用冶金处理作用，即通过冶金反应除去有害杂质并补充有益的合金元素，改善焊缝质量焊条的分类和型（牌）号焊条的分类和型（牌）号国产焊条按其用途分为结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、镍及镍合金焊条、铸铁焊条、低温钢焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条十类。其中，结构钢焊条应用最为广泛。焊条焊条 钛焊条钛焊条 焊条的选用原则焊条的选用原则1. 根据母材的化学成分和力学性能选用根据母材的化学成分和力学性能选用 焊接低碳钢和低合金高强度钢时，一般根据母材的抗拉强度按“等强

13、度原则”选择与母材有相同强度等级，且成分相近的焊条；异种钢焊接时，应按其中强度较低的钢材选用焊条。2. 根据焊件的工作条件与工艺特点选用根据焊件的工作条件与工艺特点选用 对于承受交变载荷、冲击载荷的焊接结构，或者形状复杂、厚度大、刚性大的焊件，应选用碱性焊条。3. 按焊接设备、施工条件和焊接工艺性选用按焊接设备、施工条件和焊接工艺性选用 如果焊接现场没有直流弧焊机时，应选用交直流两用焊条；当焊件接头附近污物、锈皮过多时，应选用酸性焊条，在保证焊缝质量的前提下，应尽量选用成本低、劳动条件好的焊条；无特殊要求时，应尽量选用焊接工艺性好的酸性焊条。n焊丝和焊剂焊丝和焊剂n焊丝 气焊丝一般是光金属丝，

14、用作填充金属并与熔化的焊件金属一起形成焊缝。n焊剂 焊剂的作用是去除熔池中形成的氧化物等杂质，保护熔池金属，并增加液态金属的流动性。n气焊火焰：气焊火焰：通过调整混合气体中乙炔与氧气的比例，可获得三种不同性质的火焰：1.中性焰中性焰 中性焰又称正常焰，其氧气和乙炔的混合比为1.0 1.2。n中心焰由焰心、内焰和外焰三部分组成。内焰区是焰心外边颜色较暗的一层，其温度最高，可达30003200C。n中心焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、合金钢、纯铜和铝合金等材料。2. 碳化焰碳化焰 碳化焰的氧气和乙炔混合的体积比小于1.0。由于氧气较少，燃烧不完全，整个火焰比中性焰长，温度较低，最高温度约为270030

15、00 C。由于有乙炔过剩，故适用于焊接高碳钢、硬质合金，焊补铸铁等。焊接其他材料时，会使焊缝材料增碳，变得硬而脆。3. 氧化焰氧化焰 氧化焰的氧气与乙炔混合的体积比大于1.2。由于燃烧时有过剩氧气，故燃烧比中性焰剧烈。由于对金属熔池有氧化作用，降低了焊缝质量，故只适用于焊接黄铜，一般不宜采用。氩气是惰性气体，既不与熔化金属发生任何化学反应，又不溶解于金属，因而能非常有效的保护熔池，获得高质量的焊缝。此外，氩弧焊是一种明弧焊，便于观察，操作灵活，适用于全位置焊接。但是氩弧焊也有其明显的缺点，主要是氩气价格昂贵，焊接成本高，焊前清理要求严格，而且设备复杂，维修不便。氩弧焊主要用于焊接易氧化的非铁金

16、属（如铝、镁、铜、钛及其合金）和稀有金属，以及高强度合金钢、不锈钢、耐热钢等。氩弧焊氩弧焊 氩弧焊是以氩气为保护气体的一种电弧焊方法。焊接接头的选择焊接接头的选择1. 对接接头2. 搭接接头3. 角接和T形接头坡口形式的选择坡口形式的选择为了保证焊透，手弧焊板厚在6mm以上的焊件时，应在焊渐边缘处加工出坡口。一、焊接接头及坡口形式的选择一、焊接接头及坡口形式的选择三、焊接位置及工艺特点三、焊接位置及工艺特点焊缝在焊接构件上的空间位置不同，会直接影响焊接的难易程度，对焊接质量和焊接率也都有影响。一般按焊缝空间位置的不同，将其分为平焊、立焊、横焊、仰焊四种。平焊时操作方便、劳动条件好、生产率高，焊

17、缝质量容易保证。立焊时，因熔池金属有低落趋势，操作难度较大，焊缝成形较困难，生产率较低。横焊时，因熔化的金属液体在重力作用下向下流，导致焊缝上部出现咬边，下部出现焊瘤。仰焊时，操作极不方便，熔滴极易流失，焊缝成形非常困难，不但生产率低，焊接质量也很难保证。因此，应尽量采用平焊位置施焊。四、对接平焊的操作步骤四、对接平焊的操作步骤对接平焊在生产中最为常用。厚度为4 6mm的钢板对接平焊的操作步骤见下表。单位向量表示三个坐标轴方向的沿法线方向温度的导数法线方向上的单位向量:,:kjikztjytixtgradTntnnntgradT与温度梯度方向相反：表示热流向量方向：温度梯度：导热系数热流向量大小成正比热流向量与温度梯度的gradTqgradTq:并把它作为常数看待均值，用温度范围内的算术平使工程中，导热系数常取：温度：实验测定的常数时的导热系数Tb0:000CbT：通过平面的热量：导热热阻；：两个边界的温度；、热流密度；QR:)(;212121TTqRTTFqFQRTTq：各层热阻、32132141RRRRRRTTRTq热阻单位长度圆筒壁的导热:ln21211221ttlRRTTddTTqiiniinninlddTTRliTTq1111111ln21热力学温度黑体的辐射系数: )/(W67. 5:)