机械传动基本知识

一、设备基础知识

1常见的几种机械传动方式

机械传动按传力方式分,可分为摩擦传动和啮合传动,摩擦传动又分为摩擦轮传动和带传动等,啮合传动可分为齿轮传动、涡轮蜗杆传动、链传动等等；按传动比又可分为定传动比和变传动比传动;

皮带传动

皮带传动是由主动轮、从动轮和紧张在两轮上的皮带所组成;由于张紧,在皮带和皮带轮的接触面间产生了压紧力,当主动轮旋转时,借摩擦力带动从动轮旋转,这样就把主动轴的动力传给从动轴;

皮带传动分为平皮带传动和三角皮带传动

皮带传动的特点：

1可用于两轴中心距离较大的传动;

2皮带具有弹性、可缓冲和冲击与振动,使传动平稳、噪声小;

3当过载时,皮带在轮上打滑,可防止其它零件损坏;

4结构简单、维护方便;

5由于皮带在工作中有滑动,故不能保持精确的传动比;

6外廓尺寸大,传动效率低,皮带寿命短;

三角皮带的断面国家规定为O、A、B、C、D、E、F、T等8种,从O到T皮带剖面的面积逐渐增大,传动的功率也逐渐增大;

在机械传动中常碰到传动动比的概念,什么是传动比呢它是指主动轮的转速n1与从动轮的转速n2之比,用I表示：即I=n1/n2;

由于皮带传动中存在“弹性滑动”现象,上述传动比公式只是个近似公式,那么皮带传动中这种“弹性滑动”现象是怎样表现的呢概括如下：在主动轮处,传动带沿带轮的运动是一面绕进,一面向后收缩：在从动轮处,传动带沿带轮的运动是一面绕进,一面向前伸展;

齿轮传动

齿轮传动是由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成;齿轮传动是应用最多的一种传动形式,它有如下特点

能保证传动比稳定不变;

2能传递很大的动力;

3结构紧凑、效率高;

4制造和安装的精度要求较高;

5当两轴间距较大时,采用齿轮传动就比较笨重

齿轮的种类很多,按其外形可分为圆柱齿轮和圆锥齿轮两大类;

6圆柱齿轮的外形呈圆柱形、牙齿分布在圆柱体的表面上,按照牙齿与齿轮轴的相对位置,圆柱齿轮又分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮,现在出现了人字形齿轮,圆柱齿轮多用于外啮合齿轮传动,也可以用作内啮合传动和齿轮齿条传动;在我们所用的许多转动设备的减速器内部使用圆柱齿轮传动结构;圆锥齿轮又叫伞齿轮,他的牙齿分布在圆锥体表面上;常用于相交轴之间的运动,轴线夹角可以是任意的,但最常见的是90度;

一对齿轮的传动比计算如下式：I=n1/n2=z2/z1

n1、n2分别表示主动轮和从动轮转速rpm

z1、z2分别表示主动轮和从动轮的牙齿数

链传动

链传动是由两个具有特殊齿形的的齿轮和一条闭合的链条所组成,工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动;这就是我们常见的自行车链轮链条传动原理;

链传动的特点如下：

1能保证较精确的传动比和皮带传动相比较

2可以在两轴中心距较远的情况下传递动力与齿轮传动相比

3只能用于平行轴间传动

4链条磨损后,链节变长,容易产生脱链现象;

链条传动主要用于传动比要求较准确,且两轴相距离较远,而且不宜采用齿轮的地方;链传动的传动比计算与齿轮传动相同;

蜗轮蜗杆传动

蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度,但彼此既不平行又不相交的情况下,通常在蜗轮传动中,蜗杆是主动件,而蜗轮是被动件;

蜗轮蜗杆传动有如下特点：

1结构紧凑、并能获得很大的传动比,一般传动比为7-80;

2 工作平稳无噪音

3 传动功率范围大

4可以自锁

5传动效率低,蜗轮常需用有色金属制造;蜗杆的螺旋有单头与多头之分;

传动比的计算如下：

I=n1/n2=z/K

n1-蜗杆的转速 n2-蜗轮的转速 K-蜗杆头数 Z-蜗轮的齿数

螺旋传动

螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的,主要用于将回转运动变为直线运动,同时传递运动和动力;

螺旋传动的分类：

1传力螺旋：以传递动力为主,要求以较小的转矩产生较大的轴向推力,用于克服工作阻力;如各种起重或加压装置的螺旋;这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力,一般为简写工作,每次工作时间较短,工作速度也不高;

2 传导螺旋：以传递运动为主,有时也承受较大的轴向载荷;如机床进给机构的螺旋等;传导螺旋主要在较长的时间内连续工作,工作速度较高,因此,要求具有较高的传动精度;

3调整螺旋：以调整、固定零件的相对位置;如机床、仪器、及测试装置中的微调机构的螺旋;调整螺旋不经常转动,一般在空载下调整;

螺旋传动的特点：传动精度高、工作平稳无噪音,易于自锁,能传递较大的动力等特点;

二、流体机械设备

1 概述

在化工的储存和运输过程中,广泛使用了各种流体机械,以用来增加流体的能量,克服流动阻力,达到沿管路输送的目的,其中用于输送液体介质并提高其能量的称为泵,用来输送气体

介质并提高其能量的称为风机或压缩机;

在化工生产中,原料、半成品或产品大多是流体,而泵、风机或压缩机是连接管道和目的地的输送动力,因此流体机械在生产过程中占有极其重要的地位;

分类：容积式往复式、活塞式、隔膜式、回转式

叶片式离心式、轴流式、混流式

喷射式

流体机械的工作原理

容积式：是依靠工作容积的周期性变化来实现流体的增压和输送的;其中活塞式是依靠活塞在汽缸内做往复运动而实现工作容积的周期性变化,例如往复泵和活塞式压缩机、隔膜式属于液压驱动,利用膜片来代替活塞的作用,回转式是借助于转子在在缸内做回转运动来实现工作容积的周期性变化,例如螺杆泵、齿轮泵和螺杆压缩机等;

叶片式：是依靠旋转的工作叶轮,将机械性能传递给流体介质,并转化为流体的动能量,根据介质在叶轮内的流动方向分为离心式、轴流式、混流式,如离心泵、轴流泵、和离心风机等;

喷射式：无工作叶轮,依靠一种介质的能量来输送另一种流体介质,如喷射泵等;

2 流体力学基础

液体的物理性质

1液体的密度、重度：ρ=m/v;Y=G/v;Y=ρg

2液体可压缩性：在受压后,液体的容积会缩小,密度会增大;

3液体的粘性：当液体在外力作用下流动时,一般液体各层的运动速度不相等;由于分子间有内聚力,因此在液体的内部产生内摩擦力,以阻止液层间的相对滑动,物体的这种性质称为粘性;液体粘性的大小用粘度表示;一般情况下,温度升高,粘度降低；温度降低,粘度升高;

液体的静力学性质

1液体的静压力：液体在单位面积上所受的力,它垂直于其承受压力的表面,方向和该面的内法线方向一致;静止液体内任意点处所受的静压力在各个方向上都相等;

2帕斯卡定律：在密闭容器中的平衡液体中,任意一点的压力如有变化,这个压力的变化值将传给液体中的所有各点,其值不变;

液体的动力学性质

1理想液体和稳定流动

2流体的连续性：当理想液体在管中作稳定流动时,根据物质不灭定律,液体在管内既不能增多,也不能减少,因此在单位时间内流过管内每一个横截面的液体质量一定是相等的,这就是流体连续性定律;

3伯努力定律：在密封管道内作稳定流动的理想液体,具有三种形式的能量：压力能、动能、势能,它们之间可以相互转化,并且液体在管道内任一处,这三种能量的总和是一定的,因此伯努力定律也可以称为理想液体作稳定流动时的能量守恒定律;

液体流动中的压力损失

一种是液体在不变的直管中流动因摩擦而产生的沿程压力损失,另一种是由于管线截面形状突然变化,液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起局部压力损失;液体流动中的压力损失就是两者之和;

气体的基本规律：

即理想气体状态方程：PV=nRT;

P是压强,V是体积,n是物质的量,R是个常数,T是开氏温度

3 流体机械

通用离心泵

3.1.1工作原理：在启动泵之前,泵内应灌满液体,此过程为灌泵,工作时做功元件——叶轮中的液体跟着叶轮旋转,产生离心惯性力,在此离心惯性力作用下液体自叶轮甩出,提高了压力和速度,液体经过泵的导轮、压液室和扩压管,进一步提高压力后,从泵的排液口流到泵外管路中;与此同时,由于轮内液体被抛出,在叶轮中间的吸液口造成了低压,于吸入液面的压力形成压力差,于是液体不断被吸入,并以一定的压力排出;

3.1.2主要部件：泵壳、叶轮、密封环、轴和轴承、轴封

3.1.3主要性能参数：流量Q、扬程H、转速n、功率P、效率n

分类：

1按吸入方式分：单吸泵液体从一侧流入叶轮,存在轴向力、双吸泵液体从两侧流入叶轮,不存在轴向力,泵的流量几乎比单吸泵增加一倍

2按级数分：单级泵泵轴上只有一个叶轮、多级泵同一根轴上装两个或多个叶轮,液体依次流过每级叶轮,级数越多,扬程越高

3按泵轴方位分：卧式泵轴水平放置、立式泵轴垂直于水平面

4按泵壳形式分：分段式泵壳体按与轴垂直的平面剖分,节段于节段之间用长螺栓联接、

中开式泵壳体在通过轴心线的平面上剖分、蜗壳泵装有螺旋形压水室的泵、透平式泵装有导叶式压水室的泵

5特殊结构泵：潜水泵、液下泵、管道泵、屏蔽泵、磁力泵、自吸式泵、高速泵等等;

3.1.5启动前的准备：

为了保证泵的安全运行,泵启动前应对设备作全面详细检查,尤其对新安装的泵和大修后的泵,更要注意做好检查工作,以便发现问题及时处理;

1检查设备转子是否灵活轻便,泵内是否有摩擦声,如有应检查原因通过盘车检查

2检查轴承中的润滑油是否正常,油质是否合格,油面应控制在油标1/2 ～2/3范围之内,无油或低油位严禁开车;

3检查阀门启闭是否灵活;

4检查泵电机的地脚螺栓及其它联接螺栓是否有松动或脱落,如有应拧紧或补上;

5检查控制系统是否正常,各仪表显示是否准确;

3.1.6启动和运转

1确认罐中有物料,打开泵进口前的所有阀门；

2启动电机,并检查原动机转向是否正确；

3压力表显示压力数值稳定时,缓慢开启出口阀门为防止泵内液体过热,关闭阀门时间一般不超过3分钟；

4如输送液体温度较高,启动前要均匀预热,其预热速度为3～5℃/分为宜；

5随时观察,运转中轴承最高温度不得超过70℃;

6绝不允许用吸入管路上的阀门来调节流量；避免产生汽蚀;

7泵一般不宜在低于30%设计流量下连续运转,如果必须在该条件下连续运转时,则应在出口

管路上安装旁通管,且使泵的流量达到规定使用范围;

8发现泵有异常现象应及时处理无法判断时,及时停车;

停车

1缓慢关闭泵出口阀门；

2停止电机；

3关闭泵进口阀门

4如环境温度低于液体凝固点或物料易沉淀,要放空泵腔内液体;

磁力驱动离心泵

磁力泵也是离心泵的一种,其叶轮工作原理与通用离心泵一样;不用之处在于磁力泵应用磁学原理,采用推拉式磁路结构,实现力矩的无接触传递,从而变动密封为静密封,达到无泄漏的目的;

当电机转动时,通过联轴节带动泵的外磁钢旋转,磁力线透过隔离套带动内磁钢组件一起旋转,同轴的叶轮一起跟着旋转,从而把液体由吸入口吸入,排出口排出;

由于泵内组件是靠输送的介质来润滑,所以一定不能无液体转动,并且液体必须洁净;

电屏蔽离心泵

电屏蔽泵也是离心泵的一种,其叶轮工作原理与通用离心泵一样;电屏蔽泵把电机和泵融为一体,利用屏蔽套把转子和定子隔开,叶轮装在转子轴上,转子在被输送介质中运转,其动力是定子通过电磁场传给它的;

同磁力泵一样,其泵内组件是靠输送的介质来润滑,所以一定不能无液体转动,并且液体必须洁净无颗粒;

齿轮泵

齿轮泵是靠容积变化达到输送液体的目的;其泵壳内安装有一对互相啮合的齿轮,一个是主动轮,由原动机带动,另一个是从动轮;

在运转时,在轮齿逐渐脱离啮合的一侧,齿间密闭容积增大,形成局部真空,液体在压差作用下进入泵内;随着齿轮旋转,两齿轮逐渐进入啮合,齿间容积减小,液体便被挤压出去;

由于液体进入齿间,所以齿轮泵不能输送含有颗粒的液体,粘度也不易过低;

螺杆泵

螺杆泵内的转子就是螺杆;转子和定子衬套间形成几个互不相通的密封空腔,由于转子的转动,密封空腔沿着轴向由泵的吸入端向排除端方向运动,介质在空腔内连续由吸入端输向排出端;螺杆泵分为单、双、三螺杆泵;

往复泵

往复泵内做功部件是柱塞或活塞;当活塞后退移动时,泵缸内形成负压,则贮槽内液体经吸入阀进入泵缸内；当活塞前进移动时,缸内液体受压挤,压力增大,由排出阀排出;活塞往复一次,各吸入和排出一次液体,称为一个工作循环；这种泵称为单动泵;若活塞往返一次,各吸入和排出两次液体,称为双动泵;活塞由一端移至另一端,称为一个冲程;

往复泵的流量与压头无关,与泵缸尺寸、活塞冲程及往复次数有关;

隔膜泵

隔膜泵也算是一种往复泵;在隔膜驱动装置的作用下,隔膜做往复运动,是泵腔的容积呈周期性变化,从而输送液体;一般流量较小;

液环式真空泵

主要用于抽输低于大气压的气体和蒸汽;

它的工作原理是：装到轴上的叶轮偏心地安装在圆柱形泵体内,并可在其中转动;叶轮的转动

使工作液在泵体内形成一转动的液环,液环在叶轮的两个叶片之间脉动;在吸气侧,液环逐渐远离叶轮轮毂,气体通过圆盘上的吸气口轴向进入泵内；在排气侧,液环又逐渐靠近叶轮毂,气体被压缩并通过圆盘上的排气口被轴向排出;

图通过压缩腔室的原理图

1液环 2泵体 3叶轮 4吸气口5排气口

水或其他液体被用作工作液;

工作液连同被抽气体不停地被排出泵体;因此液环必须不断地补充新鲜的冷却工作液;

除了形成水环这一基本功能外,工作液还有散发压缩气体所产生的热量并密封叶轮和圆盘之间间隙的作用；如果需要,工作液还可冷却轴封的内部;这就是为什么工作液越冷越好的原因例如15℃的水温;

工作液不能含有任何固体杂志,例如砂子等,否则泵将会严重磨损;如果工作液不纯,必须安装合适的过滤器和滤筛;

螺杆真空泵

螺杆真空泵内有一对间隙很小但互不接触的螺旋形转子;两根平行的收敛式螺杆的表面轮廓是由高精度的阿基米德曲线和昆比弧线组成,两根螺杆方向运行;螺旋线型分配齿轮决定了螺杆的相互位置;

通过螺杆的旋转,气体被压缩到泵的排出口;在两个转子之间、转子与壳体之间都有一定的间隙,以避免相互磨擦;泵的增压室是油和水的自由设计;电机动力通过联轴器或皮带轮转给主动轴;

罗茨真空泵

在泵腔内,有二个“8”字形的转子分别安装在一对平行轴上,由一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动;在转子之间,转子与泵壳内壁之间,保持有一定的间隙,可以实现高转速运行;由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵,通常压缩比很低,故高、中真空泵需要前级泵;罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外,还取决于前级泵的极限真空;为了提高泵的极限真空度,常将罗茨泵串联使用;

三、设备管理原则

在长期的化工生产中,逐渐形成了一些言简意赅的化工设备管理原则;

1四懂：即懂性能、懂作用、懂结构原理、懂故障预防和处理

2三会：会使用、会维护保养、会排除故障

3三好：管好、用好、养好

4四项基本要求：要求设备整齐、整洁、润滑、安全

5五项纪律：无操作证件不得操作设备；保持设备的整洁,润滑良好；严格履行交接班制度；随机工具、附件齐全；发现故障,立即停机检查或报告

6润滑管理：

五定：定点、定时、定质、定量、定人

三级过滤：领油大桶到小油桶、小油桶到油壶、油壶到设备之间共三级

7工具箱要求：开门见数、对号入座、清洁整齐、物卡相符

8设备区域管理：

区域划分具体要落实到班组；

做到一平、二净、三见、四无、五不缺；

即：一平：地面平整

二净：门窗玻璃净,四周墙壁净

三见：沟见底、轴见光、设备见本色

四无：无垃圾、无杂草、无废料、无闲散器材

五不缺：保温油漆不缺、螺栓手轮不缺、门窗玻璃不缺、灯泡灯罩不缺、