化工设备设计基础11轴和联轴器.ppt
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1、化工设备设计基础,主讲教师:刘剑,第十一章 轴和联轴器,前面讲了传递动力的两种方式:带传动和齿轮传动,下面介绍第三种动力的传递方式:轴传递。 11.1概述 轴在机器设备中是用来支持旋转的零件,如带轮、齿轮、搅拌器等,并传递动力。,心轴只承受弯矩-火车车辆轴,转轴可同时承受弯矩和扭矩-减速机中的轴,传动轴主要承受扭矩,不承受或只承受较小的弯矩-汽车的传动轴和搅拌轴,11.1 概述,根据所受载荷不同,轴可分为:心轴、转轴、传动轴。心轴只承受弯矩,如火车车辆轴;转轴可同时承受弯矩和扭矩,如减速机中的轴;传动轴主要承受扭矩,不承受或只承受较小的弯矩,如汽车的传动轴和搅拌轴。 根据结构形状,轴又分为:光
2、轴和阶梯轴;实心轴和空心轴;直轴和曲轴;圆形截面轴和非圆截面轴等。,11.1 概述,轴和轴之间常用联轴器进行连接,使之一起回转并传递扭矩。如电机轴与带轮轴、减速机轴与搅拌轴之间都采用了联轴器。 联轴器可分为固定式和可移动式两种。前者两轴之间工作时不发生相对移动,后者允许两轴之间有一定的安装误差,有少量的相对位移。,11.2 轴径的计算,轴的强度计算应根据轴的承载情况,采用相应的计算方法。对于只传递扭矩的圆截面轴其强度条件为: 式中:轴的扭剪应力,Mpa; T扭矩,Nmm; W抗扭截面模量,mm3, 对圆截面轴:W= d3/16=0.2 d3; 对于空心圆截面:W=0.2 D31(d/D)4 P
3、轴所传递的功率,kW; n轴的转速,r/min; D轴的直径;mm; 轴的材料的许用剪应力,Mpa。,(1) 传动轴外力矩的计算,P=Fv 若轴的转速是n r/min,则轴的角速度: 线速度等于角速度乘以圆轴半径R,即v=R,代入上式得 P=Fv=FR 式中FR是F对于圆心点的力矩T,(1) 传动轴外力矩的计算,T作用在圆轴上的外力矩,kNm; P轴所传递的功率,KW; n轴每分钟的转速,r/min。,(2)抗扭截面模量的计算,对于直径为D的圆截面: 对于外径为D,内径为d的空心圆截面: 式中,a=d/D。,(3)圆轴扭转时的强度条件,进行圆轴扭转时的强度计算,要先找出圆轴上扭矩最大的截面,这
4、一截面就是危险截面。所以,为了保证圆轴扭转时安全可靠,其强度条件是危险截面上的最大剪应力max不超过材料的许用剪应力。设圆轴上最大扭矩为Tmax,抗扭截面模量为Wp,则强度条件为:,(3)圆轴扭转时的强度条件,上式可直接用于校核轴的强度或计算轴的承载能力,如把 代入上式,就得出圆轴直径的设计公式:,例:图中有一桨式搅拌器,搅拌轴上共有上下两层桨叶。已知电动机功率Pk=17KW,搅拌轴转速n=60r/min,机械效率是90%,上下两层搅拌叶因所受的阻力不同,故所消耗的功率各占总功率Pk的35%和65%。此轴采用117mm 6 mm不锈钢管制成,其许用剪应力=30MPa。试校核此轴的强度。如将此轴
5、改为实心轴,并比较这两种圆轴的用钢量。,解:(1)校核空心轴的强度 作用在轴上的实际功率: P=Pk 90%=15.3KW 故电动机给予轴的主动力矩: TA=9.55 P/n= 9.55 15.3/60=2.43kNm 上下层桨叶形成的反力偶矩 TB= 9.55 0.35 15.3/60=0.85kNm TC= 9.55 0.65 15.3/60=1.58kNm,在圆轴上作等速转动时,主动力矩TA和阻力矩TB,TC相平衡,轴受扭转,由截面法,可求得1-1,2-2截面上的扭矩分别为: T1=TC=1.58kNm T2= TB +TC=2.43kNm 作扭矩图,最大扭矩在AB段,其数值为 Tmax
6、= T2=2.43kNm 因为轴在腐蚀介质中工作,在校核轴的强度时,应该将轴的尺寸减去腐蚀裕度1mm,所以轴的外径是,D=117-12=115mm 而轴的内径是 d=117-26=105mm 抗扭截面模量是 Wp=0.2D3(1-a4)=92.8 10-6 m3 轴内的最大剪应力是 max=Tmax/Wp=26.2 103kN/m2=26.2MPa 这说明轴是安全的。,(2)如将此轴改为实心,计算所需直径D 考虑腐蚀裕量1mm,则搅拌轴的是 D0=D+21=76mm,(3)实心轴和空心轴用钢量的分析 实心圆轴横截面积: A1=D02/4=4536mm2 空心圆轴的横截面积: A2=(D2-d2
7、)/4=2092mm2 采用空心圆轴可节省钢材百分数 (A1-A2)/A1100%=53.9%,11.2 轴径的计算,对于即传递扭矩又承受弯曲的轴,也可采用上式初步估算轴的直径;应将轴的许用剪应力适当降低(见表11-1),以弥补弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式可得下式:,表11-1几种常用轴材料的及A值,在下列情况下,取较大值,A取较小值:弯矩较小或只承受扭矩作用,载荷较平稳,无轴向载荷或只有较小的轴向载荷,减速机的低速轴,轴单向旋转。反之,取较小值,A取较大值。,11.2 轴径的计算,一般化工设备中不是很重要的轴,按上式确定轴径就行。这里指的轴径是轴最细处的直径。如果计算截面上开有
8、一个键槽或浅孔,应将计算出的轴径增大3%7%;开有两个键槽或浅孔则增加7%15%;若轴上沿径向开有对穿销孔,孔径/轴径为0.050.25时,轴径至少应增加15%。 此外,也可以采用经验公式来估算轴的直径。,11.2 轴径的计算,实例: 已知:搅拌轴的电机功率1.6 kW,电机的转速为1450转/分,减速机的速比为32,试设计搅拌轴的直径。,11.2 轴径的计算,解:搅拌轴的转速n=1450/32=45转/分 轴的材料一般选用45号钢,因搅拌轴主要承受扭矩,有P235表11-1查的A=110, =36.2() 考虑搅拌时介质的腐蚀,取搅拌轴的最小直径40mm。,甲酸蒸发器的主轴 的校核,实例:甲
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