化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)11軸和聯(lián)軸器ppt課件

1、化工設(shè)備設(shè)計根底化工設(shè)備設(shè)計根底主講教師：劉劍主講教師：劉劍第十一章第十一章 軸和聯(lián)軸器軸和聯(lián)軸器 前面講了傳送動力的兩種方式：帶傳動和齒輪傳動，下面引見第三種動力的傳送方式：軸傳送。11.1概述 軸在機器設(shè)備中是用來支持旋轉(zhuǎn)的零件，如帶輪、齒輪、攪拌器等，并傳送動力。心軸只接受彎矩心軸只接受彎矩- -火車車輛軸火車車輛軸 轉(zhuǎn)軸可同時接受彎矩和扭矩轉(zhuǎn)軸可同時接受彎矩和扭矩- -減減速機中的軸速機中的軸 傳動軸主要接受扭矩，不接受或只接受傳動軸主要接受扭矩，不接受或只接受較小的彎矩較小的彎矩- -汽車的傳動軸和攪拌軸汽車的傳動軸和攪拌軸 11.1 概述概述 根據(jù)所受載荷不同，軸可分為：心軸、轉(zhuǎn)軸

2、、傳動軸。心軸只接受彎矩，如火車車輛軸；轉(zhuǎn)軸可同時接受彎矩和扭矩，如減速機中的軸；傳動軸主要接受扭矩，不接受或只接受較小的彎矩，如汽車的傳動軸和攪拌軸。 根據(jù)構(gòu)造外形，軸又分為：光軸和階梯軸；實心軸和空心軸；直軸和曲軸；圓形截面軸和非圓截面軸等。11.1 概述概述 軸和軸之間常用聯(lián)軸器進展銜接，使之一同回轉(zhuǎn)并傳送扭矩。如電機軸與帶輪軸、減速機軸與攪拌軸之間都采用了聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器可分為固定式和可挪動式兩種。前者兩軸之間任務(wù)時不發(fā)生相對挪動，后者允許兩軸之間有一定的安裝誤差，有少量的相對位移。 11.2 軸徑的計算軸徑的計算 軸的強度計算應(yīng)根據(jù)軸的承載情況，采用相應(yīng)的計算方法。對于只傳送扭矩的圓

3、截面軸其強度條件為：式中：軸的扭剪應(yīng)力，Mpa； T扭矩，Nmm； W抗扭截面模量，mm3， 對圓截面軸：W= d3/16=0.2 d3； 對于空心圓截面：W=0.2 D31d/D4 P軸所傳送的功率，kW； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min； D軸的直徑；mm； 軸的資料的許用剪應(yīng)力，Mpa。(1) 傳動軸外力矩的計算傳動軸外力矩的計算 P=Fv假設(shè)軸的轉(zhuǎn)速是n r/min，那么軸的角速度：線速度等于角速度乘以圓軸半徑R，即v=R，代入上式得 P=Fv=FR式中FR是F對于圓心點的力矩T 2/60nrads260nPTT(1) 傳動軸外力矩的計算傳動軸外力矩的計算T作用在圓軸上的外力矩，kNm；P軸所

4、傳送的功率，KW;n軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，r/min。609.552PPTnn2 2抗扭截面模量的計算抗扭截面模量的計算對于直徑為D的圓截面：對于外徑為D，內(nèi)徑為d的空心圓截面：式中，a=d/D。330.216pDWD3434(1)0.2(1)16pDWaDa3 3圓軸改動時的強度條件圓軸改動時的強度條件 進展圓軸改動時的強度計算，要先找出圓軸上扭矩最大的截面，這一截面就是危險截面。所以，為了保證圓軸改動時平安可靠，其強度條件是危險截面上的最大剪應(yīng)力max不超越資料的許用剪應(yīng)力。設(shè)圓軸上最大扭矩為Tmax，抗扭截面模量為Wp，那么強度條件為：m axm axpTW3 3圓軸改動時的強度條件圓軸改動時

5、的強度條件上式可直接用于校核軸的強度或計算軸的承載才干，如把 代入上式，就得出圓軸直徑的設(shè)計公式：316pDW316 nTD 例：圖中有一槳式攪拌器，攪拌軸上共有上下兩層槳葉。知電動機功率Pk=17KW，攪拌軸轉(zhuǎn)速n=60r/min，機械效率是90%，上下兩層攪拌葉因所受的阻力不同，故所耗費的功率各占總功率Pk的35%和65%。此軸采用117mm 6 mm不銹鋼控制成，其許用剪應(yīng)力=30MPa。試校核此軸的強度。如將此軸改為實心軸，并比較這兩種圓軸的用鋼量。解：1校核空心軸的強度作用在軸上的實踐功率： P=Pk 90%=15.3KW故電動機給予軸的自動力矩： TA=9.55 P/n= 9.55

6、 15.3/60=2.43kNm上下層槳葉構(gòu)成的反力偶矩 TB= 9.55 0.35 15.3/60=0.85kNm TC= 9.55 0.65 15.3/60=1.58kNm在圓軸上作等速轉(zhuǎn)動時，自動力矩TA和阻力矩TB，TC相平衡，軸受改動，由截面法，可求得1-1,2-2截面上的扭矩分別為： T1=TC=1.58kNm T2= TB +TC=2.43kNm作扭矩圖，最大扭矩在AB段，其數(shù)值為 Tmax= T2=2.43kNm 由于軸在腐蝕介質(zhì)中任務(wù)，在校核軸的強度時，應(yīng)該將軸的尺寸減去腐蝕裕度1mm，所以軸的外徑是 D=117-12=115mm而軸的內(nèi)徑是 d=117-26=105mm抗扭

7、截面模量是Wp=0.2D31-a4=92.8 10-6 m3軸內(nèi)的最大剪應(yīng)力是max=Tmax/Wp=26.2 103kN/m2=26.2MPa這闡明軸是平安的。2如將此軸改為實心，計算所需直徑D 思索腐蝕裕量1mm，那么攪拌軸的是 D0=D+21=76mm33316162.430.07474 30 10nTDmmm 3實心軸和空心軸用鋼量的分析實心圓軸橫截面積: A1=D02/4=4536mm2空心圓軸的橫截面積: A2=D2-d2/4=2092mm2采用空心圓軸可節(jié)省鋼材百分數(shù) A1-A2/A1100%=53.9%11.2 軸徑的計算軸徑的計算 對于即傳送扭矩又接受彎曲的軸，也可采用上式初

8、步估算軸的直徑；應(yīng)將軸的許用剪應(yīng)力適當降低見表11-1，以彌補彎矩對軸的影響。將降低后的許用應(yīng)力代入上式可得下式：表表11-111-1幾種常用軸資料的幾種常用軸資料的及及A A值值 軸的材料Q235-A、20Q255-A、351Cr18Ni9Ti4540Cr、35SiMn、42 SiMn、20CrMnTi、38SiMnMo、2Cr13MPa12202030152530404052A160135135118148125118107100.798 在以下情況下，取較大值，A取較小值：彎矩較小或只接受扭矩作用，載荷較平穩(wěn)，無軸向載荷或只需較小的軸向載荷，減速機的低速軸，軸單向旋轉(zhuǎn)。反之，取較小值，A

9、取較大值。11.2 軸徑的計算軸徑的計算 普通化工設(shè)備中不是很重要的軸，按上式確定軸徑就行。這里指的軸徑是軸最細處的直徑。假設(shè)計算截面上開有一個鍵槽或淺孔，應(yīng)將計算出的軸徑增大3%7%；開有兩個鍵槽或淺孔那么添加7%15%；假設(shè)軸上沿徑向開有對穿銷孔，孔徑/軸徑為0.050.25時，軸徑至少應(yīng)添加15%。 此外，也可以采用閱歷公式來估算軸的直徑。11.2 軸徑的計算軸徑的計算實例： 知：攪拌軸的電機功率1.6 kW，電機的轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分，減速機的速比為32，試設(shè)計攪拌軸的直徑。11.2 軸徑的計算軸徑的計算解：攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=1450/32=45轉(zhuǎn)/分 軸的資料普通選用45號鋼，因攪拌軸

10、主要接受扭矩，有P235表11-1查的A=110， =36.2 思索攪拌時介質(zhì)的腐蝕，取攪拌軸的最小直徑40mm。甲酸蒸發(fā)器的主軸甲酸蒸發(fā)器的主軸 的校核的校核 實例：甲酸蒸發(fā)器的主軸如圖，轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分，電機功率為18.5千瓦，機械效率為80%，選用15620的45號鋼管，腐蝕裕度3mm，軸頭沒有腐蝕對照圖紙校核軸徑和軸頭的大小。 甲酸蒸發(fā)器的主軸甲酸蒸發(fā)器的主軸 的校核的校核甲酸蒸發(fā)器的主軸甲酸蒸發(fā)器的主軸 的校核的校核 解：從圖知主軸的外徑為156mm，思索腐蝕裕度3mm，軸的計算外徑為D=15623=150mm，內(nèi)部不要思索腐蝕，軸的內(nèi)徑為d=156220=116mm甲酸蒸發(fā)器的主軸

11、甲酸蒸發(fā)器的主軸 的校核的校核對于空心圓截面的抗扭截面模量是：W=0.2 D 31d/D4 =0.20.150 3 10.116/0.150 4 =0.00048862m 3 =488.610-6 m 3機械效率為80%，實踐功率為： P=Pk=18.580%=14.8KW軸的最大扭矩為：Tmax=9.55P/n=9.5514.8/10=14.134kNm空心軸的最大剪應(yīng)力為：max= TmaxW=14.134kNm(488.610-6)m 3 =28.927103 kN/m2=28.927Mpa不能用1.3 軸的資料與構(gòu)造軸的資料與構(gòu)造11.3.1軸的資料 軸的常用資料是優(yōu)質(zhì)中碳鋼，如具有較

12、高綜合機械性能的35、45、50號鋼等，尤其以45號鋼為主。為了進一步改善其機械性能，還應(yīng)進展正火或調(diào)質(zhì)處置。對于受載較小或不甚重要的軸可用Q235-A、Q255-A等普通碳素鋼。 對于某些具有特殊要求的軸，如齒輪軸、裝有光滑軸承的高速軸及其他重要的軸的重載軸等，需求采用機械性能較高的合金鋼，如20Cr、40Cr、2Cr13、35SiMn、42SiMn、1Cr8Ni9Ti教科書有錯等，運用合金鋼時，普通須進展熱處置及化學(xué)處置，以發(fā)揚合金鋼的優(yōu)點。但須留意的是：鋼材的種類和熱處置對其彈性模量的影響極小，因此如欲采用合金鋼或經(jīng)過熱處置來提高軸的剛度，并無實效，此外，合金鋼對應(yīng)力集中的敏感性較高，因

13、此設(shè)計合金鋼軸時，更應(yīng)從構(gòu)造上防止或減小應(yīng)力集中，并降低其外表粗糙度。11.3.1 軸的資料軸的資料 在化工廠中，有時對某些軸要有耐腐蝕的性能，因此應(yīng)根據(jù)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)及溫度來選擇適宜的資料，如不銹鋼、耐酸鋼等。也可以用碳素鋼而采用各種腐蝕措施。某些反響器中的軸還要思索其鐵離子污染產(chǎn)品。 11.3.2 軸的構(gòu)造設(shè)計軸的構(gòu)造設(shè)計 軸的構(gòu)造設(shè)計就是使軸的各部分具有合理的外形和尺寸。軸的構(gòu)造設(shè)計主要要求： 便于加工；軸上零件易裝折；軸上零件在軸上可以得到準確的位置和可靠的固定；盡量減少應(yīng)力集中等。A 制造安裝上的思索 為了軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯狀，即其直徑從軸端逐漸向中心增大。為了軸上零件易

14、于安裝，各軸段的端部都應(yīng)有倒角。 A 制造安裝上的思索制造安裝上的思索 軸上磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；車制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽。B 軸上零件的固定方法軸上零件的固定方法 零件在軸上的軸向固定，可以經(jīng)過軸肩以及附加套筒、軸端擋圈、螺母等構(gòu)造來實現(xiàn)。 軸和軸上的零件的周向固定，可采用鍵或銷、緊定螺釘、過盈配合等方法。軸端擋圈軸端擋圈螺母固定軸承螺母固定軸承減少應(yīng)力減少應(yīng)力彈簧卡環(huán)彈簧卡環(huán)固定螺釘固定螺釘C 減少應(yīng)力集中的措施減少應(yīng)力集中的措施 零件截面發(fā)生忽然變化的地方，受載后都會呵斥應(yīng)力集中景象。因此階梯軸的截面尺寸變化處應(yīng)采用適當?shù)膱A弧過渡，并盡量防止在軸上，特別是應(yīng)力大的部位開橫孔、切口

15、或凹槽。必需開橫孔時，孔邊要倒圓。11.4聯(lián)軸器的類型與性能聯(lián)軸器的類型與性能 聯(lián)軸器可分為固定式和可挪動式聯(lián)軸器兩種。11.4.1固定式聯(lián)軸器A、凸緣聯(lián)軸器B、夾殼聯(lián)軸器C、三分式聯(lián)軸器D、帶短節(jié)聯(lián)軸器11.4.2可挪動式聯(lián)軸器A、彈性塊式聯(lián)軸器B、彈性套柱銷聯(lián)軸器C、彈性柱銷齒式聯(lián)軸器A、凸緣聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器A、凸緣聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器B、夾殼聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器C、三分式聯(lián)軸器圖、三分式聯(lián)軸器圖11-12aD、帶短節(jié)聯(lián)軸器圖、帶短節(jié)聯(lián)軸器圖11-12b 11.4.2可挪動式聯(lián)軸器可挪動式聯(lián)軸器A、彈性塊式聯(lián)軸器B、彈性套柱銷聯(lián)軸器 C、彈性柱銷齒式聯(lián)軸器A、彈性塊式聯(lián)軸器、彈性塊式聯(lián)軸器B

16、、彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性套柱銷聯(lián)軸器NoImageC、彈性柱銷齒式聯(lián)軸器、彈性柱銷齒式聯(lián)軸器NoImage11.5 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 化工設(shè)備上常用的幾種聯(lián)軸器，都已有規(guī)范系列規(guī)格，如無特殊需求，不用專門設(shè)計，可選用規(guī)范件。A 聯(lián)軸器類型的選擇 化工設(shè)備上常用聯(lián)軸器見P243表11-3。 其根本原那么是：電機軸與減速機以選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器；立式蝸輪減速機輸出軸與攪拌軸的聯(lián)接，選用凸緣聯(lián)軸器等。B 聯(lián)軸器型號及尺寸確實定 聯(lián)軸器的類型選定后，可根據(jù)軸的直徑、轉(zhuǎn)速及計算扭矩，從P243表11-3查得。聯(lián)軸器的扭矩計算： Tc=kT式中：T名義扭矩； k載荷系數(shù)，根據(jù)載荷情況從表11-4查得。 對于固定式聯(lián)軸器取表中較大者，對于挪動式聯(lián)軸器那么取較小者。 改動是桿件變形的根本方式之一。如攪拌器的軸、傳動軸和電機軸都是改動的桿件。 T=9.55P/nk Nm式中：T作用在圓軸上的外力矩，k Nm； P軸所傳送的功率，kW； n軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，r/min。C 零件強度的計算例：試選擇一個化工設(shè)備上攪拌軸與減速機軸之間的聯(lián)軸器，電動機容量為4.0 kW，攪拌軸直徑為55，攪拌轉(zhuǎn)速為85r/min，任務(wù)時扭矩有變化。解：(