結(jié)構(gòu)設(shè)計課題設(shè)計--提高強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計-資料下載頁
2025-02-04 09:09本頁面
【導(dǎo)讀】轉(zhuǎn)換、傳遞有關(guān)。機(jī)械零件具有足夠的承載能力是保障機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功。穩(wěn)定性進(jìn)行分析是必不可少的,并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。作用在零件上的外力、彎矩、扭矩等統(tǒng)稱為載荷?；螂S時間變化緩慢的稱為靜載荷。隨時間作周期性變化或非周期性變化的稱。產(chǎn)生相應(yīng)的變形。如果同一零件上同時承擔(dān)了多種載荷的作用,則可考慮將。設(shè)計時采取一定的結(jié)構(gòu)形式,將載荷分給。兩個或多個零件來承擔(dān),從而減輕單個零件的載荷,稱為載荷分擔(dān)原則。數(shù)的變動,將使聯(lián)接的可靠性降低,有可能出現(xiàn)松脫。在應(yīng)力集中的部位,零件的疲勞強(qiáng)度將顯著降低。另外,降低截面尺寸變化處附近的剛度,可以降低應(yīng)力集中的影響程度。設(shè)計時還要注意避免多個應(yīng)力集中源疊加。中狀況比b圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況要嚴(yán)重得多。域里應(yīng)力會急劇上升,這是應(yīng)力集中的另一種情況。變形不協(xié)調(diào)不僅會導(dǎo)致應(yīng)力集中,降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的
【正文】 述了旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械密封中常用作制造摩擦環(huán)的碳石墨、金屬、金屬氧 化物、碳化物和塑料等五大類材料。應(yīng)該說 ,可用作機(jī)械密封摩擦環(huán)的材料是很多的 ,有金屬、有合金 ,有非金屬 ,有金屬非金屬混合物等。但是值得指出的是 ,每一 種材料都不是完美無缺的 ,它們各自都有其不足 之處正是其自身的不足 ,致使其 局限于一定的應(yīng)用范圍這種限制因素是很多的 ,除了其耐化學(xué)腐蝕性能外 ,材料 的強(qiáng)度 ,耐磨性 ,熱導(dǎo)率和溫度膨脹系數(shù)等均屬于限制因素。因此可以這樣認(rèn)為 , 機(jī)械密封摩擦副材料的選擇是一種多元方程的求解 ,它霜要顧及機(jī)械密封裝置具 體的工作參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)條件 ,同時還需要考慮摩擦環(huán)零件的尺寸和形狀的復(fù)雜 性 ,制造工藝上的難易程度以及與材料成本、加工處理和安裝維護(hù)、使用壽命等有關(guān)的經(jīng)濟(jì)性。還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)說明的是 ,由于旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械密封是由一對相互接觸且 作相對運(yùn)動的摩擦環(huán)構(gòu)成 ,因此在選擇摩擦環(huán)的制造材料 時除了要求摩擦副中每一摩擦環(huán)動環(huán)和靜環(huán)在不同程度上滿足所提的要求外 ,還必須注意材料的組合。 合理的組合 ,可以充分發(fā)揮侮種材料的優(yōu)點(diǎn) ,相互低償或互相彌補(bǔ)組合材料的不 足 ,從而能獲得使用壽命長、液體泄漏少、運(yùn)行平穩(wěn)等所需效果不恰當(dāng)?shù)慕M合 ,不 僅不能體現(xiàn)材料本身的長處 ,而且得不到理想的密封效果在選擇材料時 ,除了注意 其化學(xué)成份外 ,還應(yīng)該注意材料的結(jié)構(gòu)晶體組織、機(jī)械特性和制造工藝性等因素 , 因?yàn)檫@些因素在一定程度上都能直接決定該材料的工作能力。譬如當(dāng)選擇鑄鐵作 為摩擦副的一種材料時 ,應(yīng)使鑄鐵的晶體結(jié)構(gòu)為珠光體型當(dāng)選 擇碳鋼作為摩擦 副的一種材料時 ,應(yīng)該充分注意其表面硬度以及熱處理方法當(dāng)選擇錫青銅作為摩 擦副的一種材料時 ,必須認(rèn)真審視其鑄造工藝 ,因?yàn)殄a青銅的熔化溫度和熔化時 間會對其化學(xué)成份、金相組織和機(jī)械性能產(chǎn)生很大的影響 ,比如過長的熔化時 間會導(dǎo)致偶錫現(xiàn)象… … 由于機(jī)械密封摩擦副動環(huán)和靜環(huán)間不可避免的摩擦和磨 損 ,因而制造摩擦副的材料中 ,至少有一個環(huán)的材料要具有良好的導(dǎo)熱性。與此同時 ,應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計時為摩擦副提供導(dǎo)熱通路。對于陶瓷和塑料等導(dǎo)熱性比較差的材料 ,必要時還應(yīng)提供冷卻介質(zhì)為了消除動環(huán)和靜環(huán)間摩擦生熱對密封造 成 的不利影響 ,可以針對機(jī)械密封的工作參數(shù)以及使用機(jī)械密封的設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)等情況 ,采用相適應(yīng)的冷卻措施 ,包括直接向密封面提供冷卻介質(zhì)很多人習(xí)慣于選擇具有不同硬度的材料來組成摩擦副 ,甚至有人還偏重于用非金屬制作靜環(huán) ,用金屬制作動環(huán)但是從動力相似的觀點(diǎn)來看 ,由于密封性能是因兩互相接觸且作相對運(yùn)動的摩擦環(huán)磨合而獲得 ,故任何一種材料的轉(zhuǎn)動或是固定是沒有什么不同的。當(dāng)然 ,由于運(yùn)轉(zhuǎn)條件如振動和熱沖擊等和材料本身質(zhì)地的不同 ,上述選擇也具有一定的道理。另外 ,有很多人認(rèn)為硬度較高的材料的磨損量要低于硬度較低的材料的磨損量 ,但 事實(shí)并不盡然。在某些情況下 ,當(dāng)被密封的液體具有一定的腐蝕性時 ,硬度較差材料的抗蝕性能反而顯得優(yōu)越。 當(dāng)然 ， 在一般情況下 ,硬度是反映材料耐磨性的一個重要參數(shù) ,但它并不是表征材料耐磨性的唯一準(zhǔn)則。應(yīng)該說明的是 ,我們絕對不能忽視硬度對機(jī)械密封摩擦環(huán)材料耐磨性的重要作用 ,相反還必須重視它。大家知道 ,硬度很低的材料是不能用來制作摩擦環(huán)的 ,因?yàn)檫@種材料在與另一材料作相對滑動時 ,會出現(xiàn)粘滯和涂敷等現(xiàn)象 ,表而很快被拉毛 ,從而造成被密封液體的嚴(yán)重泄漏而使密封失效。在一般情況下 ,人們習(xí)慣于這樣來組成摩擦副一個摩擦環(huán)用硬質(zhì)材 料制作 ,而另一個摩擦環(huán)采用硬度較低一點(diǎn)的材料。在這時候 ,由硬質(zhì)材料制成的摩擦環(huán) ,其密封接觸表面的徑向?qū)挾?,必須大于用較軟材料制成的摩擦環(huán)接觸表面的徑向?qū)挾?。如果事?shí)恰如其反 ,那么用硬質(zhì)材料制成的摩擦環(huán)就會逐漸嵌入另一摩擦環(huán)的接觸表面中 ,從而造成材料的輾碎和兩環(huán)的劇烈摩擦和磨損。經(jīng)常會碰到在機(jī)械密封中對兩個摩擦環(huán)都采用同一制造材料的現(xiàn)象。 這樣一來 ,就可以使兩摩擦環(huán)采用同樣的硬度和相同的接觸表面徑向?qū)挾?。此時應(yīng)該注意的是 ,必須要求兩摩擦環(huán)具有足夠的硬度。過軟的相同材料是不能組成摩擦副的。當(dāng)采用兩種具不同硬度的 不同材料或同一材料組成摩擦副時 ,用硬度較小材料制成的摩擦環(huán)的接觸表面徑向?qū)挾戎祵τ谀Σ粮钡墓ぷ髻|(zhì)量具有特別重要的意義。隨著這個寬度值的減小 ,生熱量也減小了 ,熱的導(dǎo)出條件可以得到改善 ,并且由于摩擦環(huán)接觸面內(nèi)外徑差值的減小而使密封表面的磨損比較均勻。隨著這個寬度值的加大 ,表面摩擦加劇 ,磨損增加 ,導(dǎo)熱條件變壞 ,產(chǎn)生干摩擦的可能性加大 ,當(dāng)然 ,過小的接觸寬度又會受到強(qiáng)度的限制 ,同時又容易產(chǎn)生過大的泄漏量。有些外國學(xué)者認(rèn)為 ,在構(gòu)成摩擦副的兩摩擦環(huán)中最小接觸表面徑向?qū)挾葢?yīng)取其外徑的十分之一左右但是根據(jù)作者對數(shù)十臺安裝有機(jī) 械密封的泵包括齒輪泵、螺桿泵、旋渦泵和離心泵等所進(jìn)行的調(diào)查其結(jié)果與上述不同。 由此可知 ,機(jī)械密封摩擦環(huán)接觸表面的徑向?qū)挾仁桥c很多因素有關(guān)的 ,在設(shè)計 時務(wù)必對各種因素加以全面和綜合的考慮?？紤]到機(jī)械密封工作時所產(chǎn)生的磨粒會落入摩擦 與 接觸表面間的間隙中而給密封帶來大的危害 ,在設(shè)計時應(yīng)偏重采用這樣的結(jié)構(gòu) ,在這種結(jié)構(gòu)中 ,慣性力給予磨損物質(zhì)向著接觸表面間隙中的運(yùn)動以反作用。摩擦副接觸表面上的比壓不能超過允許值 ,這種允許值是由摩擦環(huán)材料的強(qiáng)度所限制的。每一種材料都有相對應(yīng)的允許比壓值 ,不同材料配用時 ,允許比壓應(yīng)取低的 一個值。對于摩擦副尤其是用非金屬材料制成的摩擦副 ,所設(shè)計的形狀和斷面尺寸 ,均應(yīng)該保證機(jī)械密封工作時在密封接觸表面上產(chǎn)生最小的變形。最常用的方法之一是使兩摩擦環(huán)都具有對稱形狀 。 因?yàn)檫@樣才能使其承受接觸表面產(chǎn)生畸性的應(yīng)力變形和溫度變形。摩擦副的密封接觸表面通常都作成光滑平面 ,但是如果其中某一摩擦環(huán)材料的磨合跑合性能很差 , 那么其接觸表面也可以作成錐形。當(dāng)被密封液體的潤滑性能較差或者摩擦環(huán)密封接觸表面因強(qiáng)度要求而采用較大徑向尺寸時 ,在接觸表面上也可以開有凹槽。前面已經(jīng)提到 ,制造摩擦環(huán)的材料必須滿足一定的工藝要求。 同一材料如果取用不同的工藝措施 ,會得到不同的物理機(jī)械性能 ,用于制造摩擦環(huán)后也會得到不同的密封效果。機(jī)械密封摩擦副的設(shè)計 ,必須要慎重地選用機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)形式 ,以便能更好地滿足使用機(jī)械設(shè)備對密封性能的要求 。 由于機(jī)械密封裝置在整體設(shè)計時要考慮到其經(jīng)濟(jì)性 ,而摩擦副又是其主要零部件 ,因此在進(jìn)行摩擦副設(shè)計時除了要滿足對密封性能和使用壽命等方面的要求外 ,還應(yīng)該適當(dāng)考慮摩擦環(huán)制造材料的價格、制造成本和有關(guān)費(fèi)用等方面的經(jīng)濟(jì)問題。美國機(jī)械工程師學(xué)會曾對有關(guān)材料價格方面的問題進(jìn)行過調(diào)查 ,得出了相應(yīng)的統(tǒng)計資料資料指出 ,如 果以鑄鐵的 價格為計算 ,則碳石墨為 ,青銅為、陶瓷為 ,碳化鎢為 ,碳化硅為……由此可見 ,對于結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械密封來說 ,摩擦環(huán)的成本在其中將會占有較大的比重 。 開式齒輪的齒面磨損后，輪齒變薄，齒根滿足強(qiáng)度要求。因而適當(dāng)加大齒輪模數(shù)（加大10%~15%），一保證齒輪有一定壽命。機(jī)床導(dǎo)軌，未使用時如正好平直，使用時則由于磨損，精度不斷降低。如作成一定的上凸則可在較長時間內(nèi)保持精度 有些零件在磨損后喪失原有的功能，采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方法，可部分或全部恢復(fù)原有的功能， 如圖中整體式圓柱軸承磨損后調(diào)整困難，圖中的部分式軸承可以在上 蓋和軸座承之間頂加墊片，磨損后間隙變大，減少墊片厚度可調(diào)整間隙。使之見笑到適當(dāng)大小。 圖示的推力軸承中心與邊緣處華東速度差別很大，邊緣磨損比中間嚴(yán)重得多，因而中心處壓強(qiáng)怎打。所以一般斷面摩擦而多做成環(huán)形。吧中間部分去掉，內(nèi)外徑的差別不宜太大以保證磨損較為均勻，此外，應(yīng)使摩擦表面各處姐處壓強(qiáng)相等，以免產(chǎn)生不均勻的磨損，這就要求零件有足夠的剛度和精度，以保證均勻的接觸。如圖中的制動瓦塊，應(yīng)有足夠的厚度，并保證安裝瓦塊的軸 A，與制動輪軸 O 平行，是瓦塊和制動輪均勻的接觸。 對于在多塵條件下工作的機(jī)械應(yīng) 注意防塵和蜜蜂，以免異物進(jìn)入摩擦面，產(chǎn)生磨粒磨損。如鏈條加防塵罩，導(dǎo)軌為防止切削進(jìn)入摩擦而長生嚴(yán)重磨損，也應(yīng)加防護(hù)罩 當(dāng)一對相互接觸的華東表面尺寸不同，因而有一部分表面不接觸時，則可能由于有的部分不磨損二與有磨損的部分之間形成臺階，成為階梯磨損 如圖中如果移動件的形成比支撐件短，則有一部分支撐件無磨損二發(fā)生階梯磨損。因而要合理設(shè)計形成終端的位置。 軸肩與推力滑動軸承的止推端面尺寸很難達(dá)到完全一致，一般采用磨損量較大的一側(cè)全面磨損效果，另一側(cè)為鋼軸肩磨損量很小，階梯磨損效果不顯著。如果 兩側(cè)摩擦面都有明顯的磨損，則令較易修復(fù)的一面出現(xiàn)階梯磨損較合理 氈圈密封、皮圈密封等接觸式密封適用于滾動軸承蛋不適用于滑動軸承。當(dāng)軸承間隙和磨損量較小時可以考慮采用間隙式或徑向曲路密封。這是因?yàn)榛瑒虞S承比滾動軸承間隙大，而且當(dāng)滑動軸承間隙大，而且當(dāng)滑動軸承磨損后，軸中心位置有較大變化 參考文獻(xiàn) 【 1】 汪琪。機(jī)械零件設(shè)計問題解析 【 2】 陳立德。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 【 3】 劉鴻文。材料力學(xué)
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