机械基础 第3版 课件第十四章　机械节能环保与安全防护

模块六机械的节能环保与安全防护第十四章机械的节能环保与安全防护随着社会的发展和对环境保护的重视，人们越来越注重节能环保技术和安全防护知识。机械零件的摩擦、磨损，会产生噪音、振动，造成零件的失效，带来巨大的经济损失和浪费；废气、废水和废物的外泄，会严重地污染环境，给人类的生存造成极大的影响；安全防护措施可以减少机械故障的发生，保障工作人员的生命安全和身体健康，维护社会和谐稳定、促进经济可持续发展。第一节机械润滑与密封【学习目标】1．了解润滑剂的种类、性能及选用。2．了解机械常用润滑剂和润滑方法。3．掌握典型零部件的润滑方法。4．了解常用密封装置的分类、特点和应用。一、润滑剂的种类、性能及应用场合润滑剂按物理形态分液体润滑剂、半固体润滑剂和固体润滑剂三种，液体润滑剂主要有润滑油、水基液体等，半固体润滑剂有润滑脂；固体润滑剂如石墨、二硫化钼等。1．滑润油润滑油有动植物油、矿物油和合成油几种，起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。（1）粘度。粘度是指润滑油内部摩擦造成的流体对流动的阻力。粘度越大，阻力越大，流动性越差；反之，粘度越小，流动性越好。润滑油的粘度是衡量其保护机械部件能力的重要指标，粘度越大，国家标准规定了40C°时粘度在2～3200mm2/s范围内分为20个粘度等级，从2、3、5、、、3200共20个（2）油性。油性是指润滑油在摩擦表面上形成强固油膜的能力。一般油性越好，润滑能力越强，但润滑油的油性会随温度的变化而变化。在高温条件下，吸附膜可能会分解或破坏，导致油性下降。（3）凝点与倾点。凝点是指在规定条件下冷却至液面停止移动时的最高温度。凝点是评价油品低温性能的关键指标，倾点是指在规定工况下油液能够流动的最低温度。倾点是反映油品低温流动性的重要参数之一，（4）闪点闪点是指在受控条件下，油液蒸发出的足量蒸气在空气中遇微小明火被点燃的最低温度，它是表示石油产品着火危险性指标，（5）极压性。极压性是指润滑油中活性分子与金属表面形成化学反应膜的能力，极压性强，油膜化学稳定性好。低速重载机械设备应采用极压性好的润滑油。2．滑润脂润滑脂是润滑油与稠化剂的膏状混合物，起到填充空隙和防锈的作用。（1）滴点。滴点是指润滑脂在规定条件下加热，达到一定流动性时的温度，它决定了润滑脂可以使用的温度上限，（2）稠度和锥入度。润滑脂的稠度是指其软硬程度，国家标准中规定润滑脂的稠度有000，00，0，1，2，3，4，5，6等9个等级，数值越大，稠度越大锥入度是在规定的时间、温度和负荷等条件下，一个标准物体、圆锥体或针刺入试验部分的深度。锥入度值越大，表示润滑脂的结构力越弱，稠度越小，越易变形和流动。（3）抗水性。指在水中不溶解，不从周围介质中吸收水分，不被水洗掉等性能。常用润滑脂有钠基润滑脂、锂基润滑脂、钙基润滑脂和铝基润滑脂，润滑脂种类性能主要用途钠基润滑脂耐热性好,黏附性强,但不耐水适用于干燥、高温的封闭部件，如纺织机轴承、电炉风机轴承的润滑，使用温度不超过110℃钙基润滑脂成本低、抗水性极强,耐热性差、低温易变硬，寿命短适用于潮湿环境低速轻载部件，如农机轴承、水泵轴承的润滑,逐步为锂基脂所取代钙钠基润滑脂兼有钙基、钠基润滑脂的优点，价格低于锂基润滑脂在80℃～100℃,有水分或较潮湿环境中工作的机械润滑;如铁路机车、列车、小电机滚动轴承；不适用于高负荷、低温或长期浸泡水等场景润滑脂种类性能主要用途通用锂基润滑脂具有良好的润滑性能、抗水性、机械安定性、耐热性和防锈性是工业和民用领域应用最广泛的润滑脂,适用于-20℃～120℃各种机械的轴承及其他摩擦部位的润滑极压锂基润滑脂具有良好的机械安定性、抗水性、极压抗磨性、防锈性和泵送性多效、长寿命通用脂，适用于温度范围为-20℃～20℃的重载机械设备齿轮、轴承的润滑，如矿山机械轴承、起重机车轮轴承等复合铝基润滑脂耐高温性、抗水性、流动性、泵送性、机械安定性等均好称为“万能润滑脂”,适用于高温、高速、重载设备的润滑，如大型电机轴承、高速水泵轴承、炼焦炉风机轴承等3．润滑剂产品的代号ISO－类－品种－数字（或类－品种－数字）润滑剂、工业用油及相关产品“类”代号为“L”。“品种”由1～4个英文字母组成，其中首字母表示产品的组别，其后跟的字母单独存在时有或无含义，“数字”表示润滑油的黏度等级或润滑脂的稠度等级。例如：L-FN32（表示润滑剂、工业用油及相关产品类，全损耗系统精制矿物油，粘度等级为32）L-XBEGB00（表示润滑剂、工业用油及相关产品类，相关条件的润滑脂，稠度等级为00）。组别ACDEFGHMX应用场合全损耗系统齿轮压缩机内燃机油主轴、轴承和离合器导轨液压系统金属加工用润滑脂的场合二、机械润滑方式和润滑装置常用的润滑方法有间歇供油与连续供油两种。1．间歇供油间歇供油是通过人工使用油壶或油枪向润滑点的油孔、油嘴或者用油杯定期加润滑油或润滑脂的润滑，一般用于低速、轻载和间歇工作场合，如开式齿轮、链轮、不重要的轴承等。2．连续供油1．轴瓦(轴套)的材料（1）滴油润滑。依靠油的自重通过油杯中的针阀或油绳滴油进行润滑，结构简单，使用方便，但给油量不易控制（2）油环润滑油环润滑结构简单、可靠，适用于轴颈转速在100～300r／min范围内，轻、中载水平轴轴承。（3）油浴和飞溅润滑该方法简单可靠，但应注意带油零件的回转速度不宜过高，浸入油池也不宜过深。主要用于闭式齿轮传动、蜗杆传动、内燃机曲轴等润滑。（4）喷油润滑。喷油润滑是通过油泵供压力油，经油管、喷嘴喷至摩擦表面，即润滑又冷却。对于v＞10m/s的齿轮传动，应采用喷油润滑。（5）油雾润滑。油雾润滑是经过过滤和脱水的压缩空气将润滑油雾化后喷射到润滑表面。油雾润滑效果良好、能起冷却和清洗作用，但油雾散逸在空气中，会污染环境，主要用于高速轴承、高速齿轮和高温工作场合。（6）压力润滑压力润滑采用液压泵和油管把油液输入到多个润滑部位，这种润滑能保证连续供油，且供油量可以调节，即使在高速重载下也能获得良好的润滑效果。缺点是供油设备复杂，用于润滑点多、高速、重载、精密的重要机械设备上三、典型机械零件的润滑1．滑动轴承的润滑滑动轴承主要采用润滑油润滑。压力大、温度高、载荷冲击变动大的选择粘度大的润滑油，滑动速度大的选择粘度低的润滑油。低、中转速可采用油环滑润、油浴润滑，高速、重载采用压力润滑，高速、高温可采用油雾润滑。低转速滑动轴承也可采用润滑脂润滑。2．滚动轴承的润滑选择滚动轴承润滑主要考虑因素是：速度、载荷、温度、环境等。低转速滚动轴常使用脂润滑，高转速时需使用润滑油采用压力润滑或油雾润滑。3．齿轮、蜗杆传动的润滑开式传动速度较低，一般采用润滑脂或间歇滴油润滑；闭式传动常用油浴润滑、油环润滑或喷油润滑；高速、重载时采用压力润滑。四、机械密封密封的目的是阻止机器内部的液体或气体从两零件的结合面间泄漏出去，同时防止外面的杂质、灰尘进入机械。密封分为静密封和动密封两大类。静密封：两零件接合面间没有相对运动的密封。如减速器箱盖与底座、轴承端盖与箱座端面、液压缸体与缸盖间的密封常采用密封垫片、密封圈、密封胶密封动密封：两零件接合面间有相对运动的密封，动密封又按密封件和被密封面间是否有间隙分为非接触式动密封和接触式动密封。各类示意图特点及应用场合非接触式动密封间隙密封液压缸与活塞间密封（δ＝0.02～0.05mm）轴与端盖间密封（δ＝0.1～0.3mm）是依靠相对运动件配合面之间很小的间隙来防止泄漏而实现密封的。如为了提高间隙密封的效果，在端盖（或轴、活塞）上开几条环形槽，以保持配合间隙并减少运动件间的接触面积及摩擦。间隙密封的摩擦阻力小，密封性能差，加工精度要求高，只适于压力较低、运动速度高的润滑油密封或干燥、清洁环境中脂润滑的密封曲路密封径向沟槽曲路密封轴向沟槽曲路密封又称为迷宫密封，是在需要密封的表面加工几个拐弯的沟槽，形成象迷宫一样的“曲路”，使泄漏的介质在沟槽里产生压降，不能顺利的通过，形成密封。曲路密封效果可靠，用于润滑油或润滑脂的密封接触式动密封毛毡密封通过纤维材料的弹性变形填塞间隙实现密封，该密封结构简单，使用方便，成本低，但密封效果差、易磨损、寿命短，仅用于线速度较小（＜5m/s），工作温度低于90°C的润滑脂场合O型圈密封利用橡胶弹性变形挤压密封面，形成较好的密封效果，其结构简单、成本低、适配性强，寿命高，应用广泛；如管道法兰接口中、泵体与端盖的结合面的静密封，液压缸活塞杆、液压阀阀芯的动密封等唇型密封圈密封通过唇边弹性变形与接触面紧密贴合实现密封，其密封效果随压力增大而增强，并具备磨损自动补偿能力‌，有效解决运动部件的泄漏，密封圈有“Y”型、“V”型等多种形状，其结构复杂，摩擦阻力大，主要用于高压、密封性要求高的场合，如高压阀门、压力容器端盖、液压缸活塞杆等密封。注意安装时密封圈唇口的方向要朝向密封的部位，即开口应向着密封介质或高压区机械密封已实现系列化和标准化的密封装置，原理如图，动环固定在轴上随轴转动，静环固定上轴承端盖内静止不动，在弹簧和液体压力的作用下，动环与静环的端面紧密贴合，实现良好的密封，故又称为端面密封。具有密封性能好、摩擦损耗小，寿命长等优点，用于高速、高压、高温或低温、真空、强腐蚀条件下的旋转轴密封思考与练习1.机械润滑的目的是什么？常用润滑剂有哪两大类？2.润滑油的性能指标有哪些？润滑脂的性能指标有哪些？3.常用滑润脂有哪些？分别用于什么场合？4.常用滑润装置有哪些？分别用于什么场合？5.机械密封是如何分类的？6.接触式动密封有哪几种？分别用于什么场合？第十四章机械的节能环保与安全防护第二节机械节能环保与安全防护【学习目标】1．理解机械噪声的形成和防护措施。2．理解机械传动装置中的危险零部件。3．了解机械伤害的成因及防护措施。机械工程领域，除了对设备进行密封和治漏实现节能环保外，还可以通过节能技术，提高能源利用效率，保护环境，如采用智能控制技术，实现对机械设备的精确控制，降低能源消耗和减少不必要的能源损失；使用新材料有效降低机械设备的重量和能耗；采用高效传动技术如直接驱动和减速器传动以减少能量损失，进一步提高传动效率等。一、机械噪声的形成和防护措施机械噪声是由于机械设备运转时，部件间的摩擦力、撞击力或非平衡力，使机械部件和壳体产生振动而辐射出的声音。机械噪声会干扰人的注意力，容易使人精力分散、出现失误，长期或超强度的噪声会影响人的生理机能，引发事故。1．机械噪声的形成（1）空气动力性噪声。由气体振动产生，如通风机、压缩机、发动机、喷气式飞机和火箭等产生的噪声。（2）机械性噪声。由固体振动产生，如齿轮、轴承和壳体等振动产生的噪声；（3）电磁性噪声。由电磁振动产生，如电动机、发电机和变压器等产生的噪声。2．机械噪声的防护措施（1）源头控制。使用低噪声的设备和技术，如低噪声的风机、电机、压缩机等。改进设备的结构和性能，采用吸声、消声、隔声的技术，以及发展减震、隔震技术等。（2）传播路径控制。使用隔音墙、隔音屏障、隔音窗等措施来阻隔噪声的传播。（3）个人防护。在高噪声环境中作业时，佩戴耳塞、耳罩等防护用品。合理使用防振手套、减振坐椅等3．机械“三废”的减少与防护机械生产中产生的废气、废水、废渣，合称“三废”废气工作场景：除安装吸尘设备、加强通风换气外，操作人员需戴防尘防毒口罩和防护面具。废水：不能再使用的切削液、更换下来的机油、热处理冷却液等应集中保存、送专业部门处理，不可随意倒入下水道或丢弃，影响环境和人们的身体健康。废渣：按类型设置专用收集容器收集管理，交由有资质的单位处理。二、机械伤害的成因及防护措施机械传动装置中的危险零部件及部位主要有：（1）旋转部件和成切线运动部件间的咬合处，（2）旋转的轴，包括联轴器、主轴、卡盘、丝杠、心轴等。（3）旋转的凸块和孔处，如风扇叶、凸轮、飞轮等。（4）对向旋转部件的咬合处，如齿轮、轧钢机、混合辊等。5）旋转部件和固定部件的咬合处，如飞轮和机床床身、旋转搅拌机等。（6）接近类型的零部件，如锻锤的锤体、动力压力机的滑枕等。（7）通过类型的零部件，如金属刨床的工作台及其床身、剪切机的刀刃等。（8）单向滑动部件，如带