[精选]第3章水工艺设备理论基础.pptx

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1、第第3章章水工艺设备理论基础水工艺设备理论基础3.1.1概述压力容器基本组成n n压力容器=内件+外壳n n外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座和安全附件，其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间。n n水工艺中使用的容器壁厚与直径之比一般小于10，称作薄壁容器压力容器基本组成n n筒体筒体筒体筒体n n作用作用作用作用：提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容：提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。积往往需由工艺计算确定。n n需根据筒体的直径、长度和壁厚，确定结构形式。需根据筒体的直径、长度和壁

2、厚，确定结构形式。直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。焊缝的方向和圆筒两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。焊缝的方向和圆筒的纵向，即轴向平行，因此称为纵向焊缝，简称纵焊缝。的纵向，即轴向平行，因此称为纵向焊缝，简称纵焊缝。筒体直径较小一般小于筒体直径较小一般小于500mm500mm时，可用无缝钢管制作，此时筒体上没时，可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝。有纵焊缝。当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，需要先用钢板卷焊成假设干段筒当容

3、器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，需要先用钢板卷焊成假设干段筒体某一段筒体称为一个筒节，再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度体某一段筒体称为一个筒节，再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝，由于其方向与的筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环向焊缝，简称环焊缝。筒体轴向垂直，因此称为环向焊缝，简称环焊缝。长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也就制成了一台压力容器外壳。间，也就制成了一台压力容器外壳

4、。圆柱形筒体按其结构可分为：n n单层式单层式单层式单层式:筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构成，即器壁只有一层为防止内部介质腐蚀，成，即器壁只有一层为防止内部介质腐蚀，衬上的防腐层不包括在内。衬上的防腐层不包括在内。单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式等几种。体锻造式、锻焊式等几种。组合式组合式组合式组合式:筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层以上筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层以上互不连续的材料构成。互不连续的材料构成。组合式筒体按结构和制造方式又可分为多层组合式筒体按结构和制造方式又可分为多

5、层式和缠绕式两大类式和缠绕式两大类:封头n n根据几何形状的不同：根据几何形状的不同：凸形封头凸形封头凸形封头凸形封头：n n球形、球冠形、椭圆形、蝶形球形、球冠形、椭圆形、蝶形 锥壳锥壳锥壳锥壳 平盖平盖平盖平盖 n n容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在一起，从而有效地保证密封，节省材料和一起，从而有效地保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量。减少加工制造的工作量。对于因检修或更换内件的原因而需要屡次对于因检修或更换内件的原因而需要屡次开启的容器，封头和筒体的连接应采用可开启的容器，封头和筒体的连接应采用可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须要拆式的，此

6、时在封头和筒体之间就必须要有一个密封装置。有一个密封装置。球形封头椭圆封头球冠形封头平盖封头密封装置n n螺栓法兰连接简称法兰连接是一种应用最广的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。开孔与接管：n n由于工艺要求和检修的需要，常在压力容器的筒由于工艺要求和检修的需要，常在压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开装压力表、液面计、安全阀、测

7、温仪表等接管开孔。孔。n n筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱，筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱，并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大，因而容器应尽量减少开孔的数量，的增大而加大，因而容器应尽量减少开孔的数量，尤其要防止开大孔。对容器已开设的孔，还应进尤其要防止开大孔。对容器已开设的孔，还应进行开孔补强设计，以确保所需的强度。行开孔补强设计，以确保所需的强度。支座：n n压力容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置不同，圆筒形容器支座分:立式容器支座：腿式支座、支承式支座、耳式支座、裙式支座卧式容器支座安全附件n n安全

8、附件：安全附件：连锁装置、警报装置、计量装、泄放装置压力容器安全附件主要有：安全阀、爆破装置、紧急迫断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等压力容器零部件间的焊接n n各部件间的连接大各部件间的连接大多需要经过焊接，多需要经过焊接，对焊接进行质量控对焊接进行质量控制是整个容器质量制是整个容器质量保证体系中极为重保证体系中极为重要的一环。要的一环。n n焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计涉及涉及到接头的形式如到接头的形式如对接、搭接、角接对接、搭接、角接，以及接头的坡，以及接头的坡口形式、几何尺寸口形式、几何尺寸等。等。3.1容器应力理论容器应力理论3.1.1.1容器的结构筒

9、体又称筒身、筒体又称筒身、封头又称端盖、封头又称端盖、法兰、法兰、支座、支座、进出管进出管人孔或手孔、人孔或手孔、视镜等组成视镜等组成3.1.1.2容器的分类容器的分类1 1按容器形状分为按容器形状分为1 1方形或矩形容器：由平板焊成，制造简单，便于布置和分格，但承压能方形或矩形容器：由平板焊成，制造简单，便于布置和分格，但承压能力差，故只用于小型常压设备。力差，故只用于小型常压设备。2 2球形容器球形容器 由数块球瓣板拼焊而成，承压能力好且相同外表积时容器容由数块球瓣板拼焊而成，承压能力好且相同外表积时容器容积最大，但制作麻烦且不便于安置内部构件，故一般只用于承压的贮罐。积最大，但制作麻烦且

10、不便于安置内部构件，故一般只用于承压的贮罐。3 3圆筒形容器圆筒形容器 这种容器由圆柱形简体和各种形状的封头组成，制造较为这种容器由圆柱形简体和各种形状的封头组成，制造较为容易，便于安装各种内部构件，而且承压性能较好，因此在水工艺中应容易，便于安装各种内部构件，而且承压性能较好，因此在水工艺中应用最为广泛。用最为广泛。2 2按容器承压情况分为按容器承压情况分为1 1常压容器：这类容器仅仅承受容器内介质的静压力，一般不设上盖。常压容器：这类容器仅仅承受容器内介质的静压力，一般不设上盖。2 2内压容器内压容器 当容器内部介质压力大于外界压力时称为内压容器。这类容当容器内部介质压力大于外界压力时称为

11、内压容器。这类容器不仅承受容器内介质的静压力，还需承受介质工作压力。器不仅承受容器内介质的静压力，还需承受介质工作压力。按介质工作压力的大小，内压容器可分为低压、中压和高压按介质工作压力的大小，内压容器可分为低压、中压和高压3 3外压容器外压容器 当容器内介质压力小于外界压力时，该容器称作外压容器。当容器内介质压力小于外界压力时，该容器称作外压容器。水工艺中用到的外压容器很少。外压容器设计时主要应考虑稳定问题。水工艺中用到的外压容器很少。外压容器设计时主要应考虑稳定问题。3.1.1.2容器的分类容器的分类3 3按容器材料分为按容器材料分为1 1金属容器金属容器 常用于容器制作的金属材料是低碳钢

12、和普通低合常用于容器制作的金属材料是低碳钢和普通低合金钢。当介质腐蚀性较大时可使用不锈钢、不锈复合钢板或金钢。当介质腐蚀性较大时可使用不锈钢、不锈复合钢板或铝制容器。铝制容器。2 2非金属容器非金属容器 常用于制作容器的非金属材料有聚氯乙烯、玻常用于制作容器的非金属材料有聚氯乙烯、玻璃钢、陶瓷、木材、橡胶等。非金属材料可以独立制作容器，璃钢、陶瓷、木材、橡胶等。非金属材料可以独立制作容器，也可以作为容器的局部构件和衬里。也可以作为容器的局部构件和衬里。4 4按容器内有无填料分为按容器内有无填料分为1 1无填料容器无填料容器 各种贮槽、贮罐以及局部反响器如气浮器、活各种贮槽、贮罐以及局部反响器如

13、气浮器、活性污泥氧化器属于此类。性污泥氧化器属于此类。2 2填料容器填料容器 很多容器，因为工艺的要求在容器内放置了各种很多容器，因为工艺的要求在容器内放置了各种不同的填料，如压滤器、吸附塔、离子交换柱等。这类容器不同的填料，如压滤器、吸附塔、离子交换柱等。这类容器和它里边放置的填料构成了填料容器。和它里边放置的填料构成了填料容器。3.1.1.3容器设计的基本要求容器设计的基本要求1 1工艺要求工艺要求容器的总体尺寸、接口管的数目与位置、介质的工作压力，填料的种类、规格、容器的总体尺寸、接口管的数目与位置、介质的工作压力，填料的种类、规格、厚度等一般是根据工艺生产的要求通过工艺设计计算及生产经

14、验决定。厚度等一般是根据工艺生产的要求通过工艺设计计算及生产经验决定。2 2机械设计的要求机械设计的要求1 1强度强度强度强度 强度是容器抵抗外力而不破坏的能力，容器需保证具有足够的强度。强度是容器抵抗外力而不破坏的能力，容器需保证具有足够的强度。2 2刚度刚度 刚度是容器抵抗外力使其不发生变形的能力。容器必须具有足够的刚度，以刚度是容器抵抗外力使其不发生变形的能力。容器必须具有足够的刚度，以防止在外力作用下容器产生不允许的变形。防止在外力作用下容器产生不允许的变形。3 3稳定性稳定性 稳定性是容器或容器构件在外力作用下维持其原有形状的能力。以防止在稳定性是容器或容器构件在外力作用下维持其原有

15、形状的能力。以防止在外力作用下容器被压瘪或出现折皱。外力作用下容器被压瘪或出现折皱。4 4严密性严密性 容器必须具有足够的严密性，特别是承压容器和贮存、处理有毒介质的容容器必须具有足够的严密性，特别是承压容器和贮存、处理有毒介质的容器应具有良好严密性。器应具有良好严密性。5 5抗腐蚀性和抗冲刷性抗腐蚀性和抗冲刷性 容器的材料及其构件和填充的填料要能有效的抵抗介质的腐容器的材料及其构件和填充的填料要能有效的抵抗介质的腐蚀和水流的冲刷，以保持容器具有较长的使用年限。蚀和水流的冲刷，以保持容器具有较长的使用年限。6 6经济方面的要求经济方面的要求 在保证容器工艺要求和机械设计要求的基础上，应选择较为

16、廉价在保证容器工艺要求和机械设计要求的基础上，应选择较为廉价的材料以降低制作成本。的材料以降低制作成本。77制作、安装、运输及维修均应方便制作、安装、运输及维修均应方便3.1.2回转曲面与回转薄壳回转曲面与回转薄壳回转曲面：以一条直线或平面曲线作母线，绕其同平面的轴线即回转轴旋转一周就形成了回转曲面。以回转曲面作为中间面的壳体称作回转壳体。内外外表之间的法向距离称为壳体厚度。对于薄壳，常用中间面来代替壳体的几何特性。3.1.2回转曲面与回转薄壳回转曲面与回转薄壳回转薄壳回转薄壳回转薄壳回转薄壳：中间面是由一条平面曲线或：中间面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。直线绕同平面内的轴线

17、回转而成。母线母线母线母线：绕轴线回转轴回转形成中面：绕轴线回转轴回转形成中面的平面曲线。的平面曲线。极点极点极点极点：中间面与回转轴的交点。：中间面与回转轴的交点。经线平面经线平面经线平面经线平面：通过回转轴的平面。：通过回转轴的平面。经线经线经线经线：经线平面与中间面的交线。：经线平面与中间面的交线。平行圆平行圆平行圆平行圆：垂直于回转轴的平面与中间面：垂直于回转轴的平面与中间面的交线称为平行圆。的交线称为平行圆。中间面法线中间面法线中间面法线中间面法线：过中间面上的点且垂直于：过中间面上的点且垂直于中间面的直线，法线必与回转轴相交中间面的直线，法线必与回转轴相交 3.1.2回转曲面与回转

18、薄壳回转曲面与回转薄壳第一主曲率半径第一主曲率半径第一主曲率半径第一主曲率半径R R1 1：经线上点的曲率：经线上点的曲率半径。半径。第二主曲率半径第二主曲率半径第二主曲率半径第二主曲率半径R R2 2：垂直于经线的平：垂直于经线的平面与中间面交线上点的曲率半径。等于面与中间面交线上点的曲率半径。等于考察点考察点B B到该点法线与回转轴交点到该点法线与回转轴交点K2K2之之间长度间长度K2BK2B平行圆半径平行圆半径平行圆半径平行圆半径r r：平行圆半径。：平行圆半径。纬线：平行圆就是回转曲面的纬线纬线：平行圆就是回转曲面的纬线同一点的第一与第二主曲率半径都在该同一点的第一与第二主曲率半径都在

19、该点的法线上。点的法线上。3.1.3回转薄壳的薄膜应力回转薄壳的薄膜应力n n回转薄壳承受内压后，在经线方向和纬线方向都要产生伸长变形，所以，在经线方向将会产生经向应力m，在纬线方向会产生环向应力。由于轴对称，故同一纬线上各点的经向应力m和环向应力均相等。n n由于水工艺所涉及的壳体基本为薄壳，可以认为，m、在壳壁厚度上均匀分布经向薄膜及环向薄膜应力经向薄膜及环向薄膜应力 1 1、2 2：壳体第一、第二曲率半径，：壳体第一、第二曲率半径，s1s1、s s-壳体的经向、周向应力，壳体的经向、周向应力，MPaMPa；：壳体的厚度，：壳体的厚度，mmmm；P P：壳体所受介质的压力，：壳体所受介质的

20、压力，MPaMPa。3.1.4内压薄壁容器的应力内压薄壁容器的应力1.1.圆筒形壳体圆筒形壳体圆筒形壳体圆筒形壳体 圆筒壳的第一曲率半圆筒壳的第一曲率半径径 1 1=，第二曲率半，第二曲率半径径 2 2=D D/2/2，壳体壁厚，壳体壁厚为为，中间面直径为，中间面直径为D D，介质对壳体的内压，介质对壳体的内压力为力为P P时，其经向薄膜时，其经向薄膜应力与环向薄膜应力应力与环向薄膜应力为：为：可以看出圆柱壳上的环向应力比经向应力大一倍。同时，可以看出圆柱壳的D/值越大，在一定的压力作用下所产生的应力越大。因此，决定圆柱壳承压能力大小是中径与壳体壁厚之比，而不是壁厚的绝对数值3.1.4.2球壳

21、的薄膜应力球壳的薄膜应力球壳的母线为半径为R的半圆周，其壳体上的任一点的1、2均相等，且都等于球壳的中间面半径。球壳上各点的应力相等，而且球壳上各点的应力相等，而且 mm和和 也相等。也相等。球壳上的薄膜应力只有同直径同球壳上的薄膜应力只有同直径同壁厚圆柱壳的环向应力的一半。壁厚圆柱壳的环向应力的一半。3.1.4.3椭球壳椭球壳水工程中常用椭球壳的一半作为容器的封头，它是由四分水工程中常用椭球壳的一半作为容器的封头，它是由四分之一椭圆曲线绕回转轴之一椭圆曲线绕回转轴O Oy y旋转而形成的。旋转而形成的。半椭球壳上各点的半椭球壳上各点的 mm，3.1.4.3椭球壳椭球壳1.1.椭球壳上各点的应

22、力是不等的，它与各点的坐标椭球壳上各点的应力是不等的，它与各点的坐标x x，y y有有关。关。2.2.椭球壳上应力的大小及其分布情况与椭球的长轴与短轴之比椭球壳上应力的大小及其分布情况与椭球的长轴与短轴之比a ab b有关。有关。a ab b值增大时，椭球壳上的最大应力将增大，而值增大时，椭球壳上的最大应力将增大，而当当a abb1 1时，椭球壳即变为球壳时，椭球壳即变为球壳3.3.水工艺设备用半个椭球做为容器的端盖时，为便于冲压制造水工艺设备用半个椭球做为容器的端盖时，为便于冲压制造和降低容器高度，封头的深度浅一些较好，但和降低容器高度，封头的深度浅一些较好，但a ab b的增大将的增大将导

23、致应力的增大，故椭球封头的导致应力的增大，故椭球封头的a ab b不应超过不应超过2 2。4.4.当当a ab2b钢板负偏差时，钢板负偏差时，可以将可以将C C2 2包括在包括在 minmin之内。之内。n n筒体的最小壁厚的规定如下筒体的最小壁厚的规定如下3.1.5.3容器壁的最小厚度容器壁的最小厚度min名义厚度确实定流程名义厚度确实定流程3.1.6平板的弯曲应力平板的弯曲应力n n应当指出，在承受内压时容器壁会发生弯曲，从而产生弯曲应力，应当指出，在承受内压时容器壁会发生弯曲，从而产生弯曲应力，不过弯曲应力实际上是很小的，远远小于薄膜应力。所以按薄膜应不过弯曲应力实际上是很小的，远远小于

24、薄膜应力。所以按薄膜应力理论进行内压薄膜容器的筒体的设计和计算是安全的力理论进行内压薄膜容器的筒体的设计和计算是安全的n n 但是，容器的封头和矩形压力容器在内压作用下，将产生很大的弯但是，容器的封头和矩形压力容器在内压作用下，将产生很大的弯曲应力，不能仅仅依靠薄膜应力理论来进行它们的设计和计算曲应力，不能仅仅依靠薄膜应力理论来进行它们的设计和计算最大弯曲应力最大弯曲应力Mmaxn n周边简支、承受均布载荷的圆平钢板，最大弯曲应力产生于圆板中心处的上下外表处，其值为：最大弯曲应力最大弯曲应力Mmaxn n周边固定，承受局部荷载时，圆平板的最大弯曲应力出现在板的四周的上下外表处，对于钢板其值为：

25、弯曲应力与薄膜应力的比较弯曲应力与薄膜应力的比较3.1.7压力容器引起的二次应力压力容器引起的二次应力n n一次应力：由外载引起的正应力和切应力，又一次应力：由外载引起的正应力和切应力，又称为基本应力。称为基本应力。外载包括容器及其附件的自重，内压和外压、外力外载包括容器及其附件的自重，内压和外压、外力风载荷、地震载荷等和外加力矩接管力矩风载荷、地震载荷等和外加力矩接管力矩等。等。n n一次应力的特征：能满足外力、内力和弯矩的一次应力的特征：能满足外力、内力和弯矩的平衡要求，即容器在载荷作用下，为保持容器平衡要求，即容器在载荷作用下，为保持容器各局部平衡所需要的力。它不能靠本身到达的各局部平衡

26、所需要的力。它不能靠本身到达的屈服极限来限制其大小屈服极限来限制其大小 属于这种应力的有薄壁圆筒体或球壳等由于压力产属于这种应力的有薄壁圆筒体或球壳等由于压力产生的总体薄膜应力，平端盖中央局部由于压力产生生的总体薄膜应力，平端盖中央局部由于压力产生的弯曲应力。的弯曲应力。二次应力二次应力n n二次应力：我们把由于相互连接的零部件各自欲发生变形而受到对方限制引起的应力称作二次应力n n边界应力：由于封头和筒身连接在一起，二者的变形将相互受到对方的限制，这种相互制约必导致产生一组大小相等，方向相反的内力系，由此而发生于两个部件连接处的应力称为边界应力3.1.8内压封头设计内压封头设计n n封头可分

27、为三类封头可分为三类 第一是凸形封头第一是凸形封头n n半球形封头半球形封头n n半椭球形封头半椭球形封头n n带折边球形封头带折边球形封头n n无折边球形封头四种无折边球形封头四种 第二是锥形封头第二是锥形封头n n无折边锥形封头无折边锥形封头n n带折边锥形封头两种带折边锥形封头两种 第三类为平板形封头第三类为平板形封头对于凸形封头和锥形封头，它们的强度计算均以薄膜应力理论为基础，对于平板形封头的强度计算则应以平板弯曲理论为依据3.1.8.1半球形封头半球形封头n n半球形封头是由半个球壳构成。直径较小的半球形封头可以整体热压成形。直径很大的则采用分瓣冲压后焊接组合的制造工艺。n n球壳的

28、环向薄膜应力与经向薄膜应力相等，其值为m=pD/4n n所以封头的许用应力、理论厚度：3.1.8.2半椭球形封头半椭球形封头n n半椭球形封头的母线是四分之一的椭半椭球形封头的母线是四分之一的椭圆线和平行于回转轴的短线光滑连圆线和平行于回转轴的短线光滑连接而成的，因此这种封头实际上是接而成的，因此这种封头实际上是由半个椭球和一个高度为由半个椭球和一个高度为h h0 0的圆柱筒的圆柱筒节即封头的直边局部构成节即封头的直边局部构成n n半椭球形封头可以减小容器的高度，半椭球形封头可以减小容器的高度，但力学特性不如半球形封头。半椭但力学特性不如半球形封头。半椭球封头圆筒球封头圆筒h h0 0可以按下

29、表选用可以按下表选用3.1.8.2半椭球形封头半椭球形封头3.1.8.3碟形封头碟形封头n n如下图，碟形封头的母线如下图，碟形封头的母线OABCOABC由三段曲由三段曲线光滑连接而成，其中线光滑连接而成，其中OAOA为半径为为半径为R R的大的大圆弧，圆弧，ABAB为半径为为半径为r r的小圆弧，的小圆弧，BCBC为平行为平行于回转轴的短直线。以碟形封头的中央局于回转轴的短直线。以碟形封头的中央局部是一个球面，其四周是一个半径为部是一个球面，其四周是一个半径为r r的的环状壳体，称为封头的折边，折边下边是环状壳体，称为封头的折边，折边下边是一个圆柱形短节，称作封头的直边，一个圆柱形短节，称作

30、封头的直边，n n碟形封头又称作带折边的球形封头。碟形碟形封头又称作带折边的球形封头。碟形封头球面局部的内径封头球面局部的内径R R1 1可取等于封头内直可取等于封头内直径径D D1 1或或0.9D0.9D1 1，直边高度，直边高度h h0 0与标准椭球封头与标准椭球封头的直边相同，的直边相同，n n折边半径折边半径r r越小，则封头的曲面深度将越越小，则封头的曲面深度将越浅，通常取折边的内半径浅，通常取折边的内半径r r0.150.150.200.20RR1 13.1.8.3碟形封头碟形封头n n球面的曲率变化很小，弯曲应力很小，而其一次薄膜应力可按球壳球面的曲率变化很小，弯曲应力很小，而其

31、一次薄膜应力可按球壳的应力公式计算的应力公式计算n n在内压作用下，封头的折边局部会产生较大的曲率变化，因此在折在内压作用下，封头的折边局部会产生较大的曲率变化，因此在折边局部除存在薄膜应力外还存在较大的弯曲应力。其总应力将高于边局部除存在薄膜应力外还存在较大的弯曲应力。其总应力将高于球面内的应力，所以蹀形封头的壁厚：球面内的应力，所以蹀形封头的壁厚：3.1.8.4无折边球形封头无折边球形封头n n如图，无折边球形封头为一内半径为如图，无折边球形封头为一内半径为R R1 1的球面，它直接焊接在圆的球面，它直接焊接在圆柱形的器壁上，这样可以降低封头的曲面高度。无折边封头既可柱形的器壁上，这样可以

32、降低封头的曲面高度。无折边封头既可以用作容器的端封头，也可以作为容器内两个相邻承压空间的隔以用作容器的端封头，也可以作为容器内两个相邻承压空间的隔板。板。n n无折边球形封头与圆柱形筒体的连接处存在着较大的边界应力，无折边球形封头与圆柱形筒体的连接处存在着较大的边界应力，按薄膜应力条件确定的封头厚度将不能满足边界应力的要求。按薄膜应力条件确定的封头厚度将不能满足边界应力的要求。3.1.8.4无折边球形封头无折边球形封头n n解决的方法是在以薄膜应力条件确定的封头解决的方法是在以薄膜应力条件确定的封头厚度上乘以一个大于厚度上乘以一个大于1 1的系数的系数Q Q0 0，Q Q0 0的值可查的值可查

33、阅有关标准和手册。阅有关标准和手册。n n同时需要注意的是边界应力不仅作用于封头，同时需要注意的是边界应力不仅作用于封头，而且也作用于与封头连接处附近的筒壁，故而且也作用于与封头连接处附近的筒壁，故这局部筒壁的厚度应加厚至封头的厚度，筒这局部筒壁的厚度应加厚至封头的厚度，筒壁加厚的高度应不小于壁加厚的高度应不小于3.1.8.5锥形封头锥形封头n n锥形封头常用于立式容器的底部以便于卸出物料，分锥形封头常用于立式容器的底部以便于卸出物料，分为不带折边的和带折边的两种。为不带折边的和带折边的两种。n n不带折边的锥形封头其半锥角不带折边的锥形封头其半锥角3030o o，带折边的锥形，带折边的锥形封

34、头，其半锥角封头，其半锥角6060o o，折边半径，折边半径r r不能小于不能小于0.1D0.1D1 1，直边高度与椭球形封头的规定相同。直边高度与椭球形封头的规定相同。3.1.8.6平板形封头平板形封头n n圆形平板作为容器的封头而承受介质的压力时，将处于受弯的不利状态，它的圆形平板作为容器的封头而承受介质的压力时，将处于受弯的不利状态，它的壁厚将比简体壁厚大很多。壁厚将比简体壁厚大很多。n n同时平板形封头还会对筒体造成较大的边界应力。因此，承压设备一般不采用同时平板形封头还会对筒体造成较大的边界应力。因此，承压设备一般不采用平板封头，仅在压力容器的人孔、手孔处等才采用平板。平板封头，仅在

35、压力容器的人孔、手孔处等才采用平板。n n周边固定和周边简支的圆形平板承受匀布荷载时，封头厚度可以由以下条件导周边固定和周边简支的圆形平板承受匀布荷载时，封头厚度可以由以下条件导出出3.2机械传动理论机械传动理论3.2.13.2.1机械传动概述机械传动概述机械机械:机器和机构的总称。在国防、科技、国民机器和机构的总称。在国防、科技、国民生产的各个领域以及日常生活中都有着极其广泛生产的各个领域以及日常生活中都有着极其广泛的应用。机械化生产的水平上下是衡量一个国家的应用。机械化生产的水平上下是衡量一个国家技术水平和现代化程度的重要标志。技术水平和现代化程度的重要标志。3.2.1.13.2.1.1机

36、构机构 机构是由多种实物如齿轮、螺丝、连杆、叶片机构是由多种实物如齿轮、螺丝、连杆、叶片等机械零件组合而成，各实物间具有确定的相等机械零件组合而成，各实物间具有确定的相对运动如水泵的叶片与外壳间，内燃机的活塞对运动如水泵的叶片与外壳间，内燃机的活塞与气缸间等。组成机构的各相对运动的局部称与气缸间等。组成机构的各相对运动的局部称为构件。为构件。3.2.1.2机器机器机器:根据某种使用要求而设计制造的一种能执行某种机械运动的装置机器依其复杂程度可以由多种机构组合而成，而简单的机器也可以只包含一种机构，如电动机、水泵等。常用机构:齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等。3.2.2机械传动的主要方式机械传动的

37、主要方式n n齿轮传动，带传动，链传动齿轮传动，带传动，链传动n n3.2.2.13.2.2.1齿轮传动齿轮传动n n一、齿轮传动概述一、齿轮传动概述n n齿轮机构是各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它可用来传递齿轮机构是各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它可用来传递空间任意两轴间的运动和动力空间任意两轴间的运动和动力n n优点：优点：优点：优点：首先齿轮传动具有较高的传动效率，这对于大功率传动是很重要的特点，首先齿轮传动具有较高的传动效率，这对于大功率传动是很重要的特点，首先齿轮传动具有较高的传动效率，这对于大功率传动是很重要的特点，首先齿轮传动具有较高的传动效率，这对于大功率传动是

38、很重要的特点，使机械传动减少大量的能量损失。使机械传动减少大量的能量损失。使机械传动减少大量的能量损失。使机械传动减少大量的能量损失。齿轮传动承载能力大，与其他传动形式相比，在传递同样载荷的前提下，齿轮传动承载能力大，与其他传动形式相比，在传递同样载荷的前提下，齿轮传动承载能力大，与其他传动形式相比，在传递同样载荷的前提下，齿轮传动承载能力大，与其他传动形式相比，在传递同样载荷的前提下，具有较小的体积，具有较高的使用寿命，甚至无限寿命。具有较小的体积，具有较高的使用寿命，甚至无限寿命。具有较小的体积，具有较高的使用寿命，甚至无限寿命。具有较小的体积，具有较高的使用寿命，甚至无限寿命。齿轮传动的

39、瞬时传动比链传动相比和平均传动比带传动相比都较齿轮传动的瞬时传动比链传动相比和平均传动比带传动相比都较齿轮传动的瞬时传动比链传动相比和平均传动比带传动相比都较齿轮传动的瞬时传动比链传动相比和平均传动比带传动相比都较稳定，具有较高的传动精度。稳定，具有较高的传动精度。稳定，具有较高的传动精度。稳定，具有较高的传动精度。使用寿命长、工作安全可靠等。使用寿命长、工作安全可靠等。n n缺点：缺点：缺点：缺点：齿轮传动的主要缺点是对传动零件及相关的零件提出较高的制造，安装，齿轮传动的主要缺点是对传动零件及相关的零件提出较高的制造，安装，齿轮传动的主要缺点是对传动零件及相关的零件提出较高的制造，安装，齿轮

40、传动的主要缺点是对传动零件及相关的零件提出较高的制造，安装，调整的要求，另外齿轮传动不适合于远距离传动与带传动和链传动相比调整的要求，另外齿轮传动不适合于远距离传动与带传动和链传动相比调整的要求，另外齿轮传动不适合于远距离传动与带传动和链传动相比调整的要求，另外齿轮传动不适合于远距离传动与带传动和链传动相比3.2.2机械传动的主要方式机械传动的主要方式n n类型：类型：传动比传动比i i1212 1 1/2 2是否恒定，可将齿轮机构分为两大类。是否恒定，可将齿轮机构分为两大类。n n1 1定传动比即定传动比即i i1212常数传动的齿轮机构常数传动的齿轮机构 因为在这种齿轮机构中的齿轮因为在这

41、种齿轮机构中的齿轮都是圆形的如圆柱形和圆锥形等，所以又称为圆形齿轮机构。都是圆形的如圆柱形和圆锥形等，所以又称为圆形齿轮机构。n n2 2变传动比即按一定的规律变化传动的齿轮机构变传动比即按一定的规律变化传动的齿轮机构 因为在这种齿轮机构因为在这种齿轮机构中的齿轮一般是非圆形的，所以又称为非圆齿轮机构。中的齿轮一般是非圆形的，所以又称为非圆齿轮机构。按工作条件齿轮传动分两种形式按工作条件齿轮传动分两种形式按工作条件齿轮传动分两种形式按工作条件齿轮传动分两种形式 n n开式传动：齿轮外露，易进入灰尘、杂质，磨损严重，润滑差，对安全操作开式传动：齿轮外露，易进入灰尘、杂质，磨损严重，润滑差，对安全

42、操作开式传动：齿轮外露，易进入灰尘、杂质，磨损严重，润滑差，对安全操作开式传动：齿轮外露，易进入灰尘、杂质，磨损严重，润滑差，对安全操作不利，适用低速场合。例水泥搅拌等设备。不利，适用低速场合。例水泥搅拌等设备。不利，适用低速场合。例水泥搅拌等设备。不利，适用低速场合。例水泥搅拌等设备。n n闭式传动：封闭在刚性的箱体内，润滑良好，精度高，防护条件好。例机床、闭式传动：封闭在刚性的箱体内，润滑良好，精度高，防护条件好。例机床、闭式传动：封闭在刚性的箱体内，润滑良好，精度高，防护条件好。例机床、闭式传动：封闭在刚性的箱体内，润滑良好，精度高，防护条件好。例机床、减速器等。减速器等。减速器等。减速

43、器等。两轮的相对运动两轮的相对运动n n平面齿轮机构平面齿轮机构n n空间齿轮机构空间齿轮机构n n在各种齿轮机械中应用最广泛的是圆形齿轮机构，它可以保证传动在各种齿轮机械中应用最广泛的是圆形齿轮机构，它可以保证传动比恒定不变，使机械运转平稳，以满足现代机械日益向高速重载方比恒定不变，使机械运转平稳，以满足现代机械日益向高速重载方向开展的需要。向开展的需要。n n而非圆齿轮机构则用于一些具有特殊要求的机械中，例如在某些流而非圆齿轮机构则用于一些具有特殊要求的机械中，例如在某些流量计中常用卵形齿轮量计中常用卵形齿轮1.平面齿轮机构1 1直齿圆柱齿轮机构直齿圆柱齿轮机构直齿圆柱齿轮机构直齿圆柱齿轮

44、机构直齿轮直齿轮直齿轮直齿轮 齿廓曲面母线与齿轮轴线平行。齿廓曲面母线与齿轮轴线平行。齿廓曲面母线与齿轮轴线平行。齿廓曲面母线与齿轮轴线平行。a.a.外啮合齿轮机构外啮合齿轮机构外啮合齿轮机构外啮合齿轮机构 齿排在圆柱体的外侧，两齿轮转向相反。齿排在圆柱体的外侧，两齿轮转向相反。齿排在圆柱体的外侧，两齿轮转向相反。齿排在圆柱体的外侧，两齿轮转向相反。b.b.内啮合齿轮机构内啮合齿轮机构内啮合齿轮机构内啮合齿轮机构 齿排在空心圆柱体的内外表，两齿轮转向齿排在空心圆柱体的内外表，两齿轮转向齿排在空心圆柱体的内外表，两齿轮转向齿排在空心圆柱体的内外表，两齿轮转向 相同。相同。相同。相同。c.c.齿轮

45、齿条机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构 一个齿轮的齿排在平板上。一个齿轮的齿排在平板上。一个齿轮的齿排在平板上。一个齿轮的齿排在平板上。2斜齿圆柱齿轮机构斜齿轮齿廓曲面的母线与齿轮齿廓曲面的母线与齿轮轴线倾斜一个角度。轴线倾斜一个角度。种类：外啮合、内啮合、种类：外啮合、内啮合、齿轮齿条机构齿轮齿条机构3人字齿轮传动人字齿轮传动2.空间齿轮机构n n两齿轮轴线在空间不平行，两轮之间的运动两齿轮轴线在空间不平行，两轮之间的运动两齿轮轴线在空间不平行，两轮之间的运动两齿轮轴线在空间不平行，两轮之间的运动为空间运动。为空间运动。为空间运动。为空间运动。n n1 1圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构圆锥齿

46、轮机构圆锥齿轮机构 a.a.直齿两轴线相交。直齿两轴线相交。直齿两轴线相交。直齿两轴线相交。b.b.曲齿两轴线垂直相曲齿两轴线垂直相曲齿两轴线垂直相曲齿两轴线垂直相交或垂直交错。交或垂直交错。交或垂直交错。交或垂直交错。C.C.斜齿斜齿斜齿斜齿2螺旋齿轮机构交错齿轮机构n n3蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构两轴线垂直交错两轴线垂直交错二、渐开线标准齿轮各局部名称和尺寸二、渐开线标准齿轮各局部名称和尺寸n n1 1齿顶圆齿顶圆：以齿轮的轴心为：以齿轮的轴心为圆心，通过齿轮各轮齿顶端所圆心，通过齿轮各轮齿顶端所作的圆称为齿顶圆。作的圆称为齿顶圆。其直径和半径分别以其直径和半径分别以d da a和和r r

47、a a表示。表示。n n2 2齿根圆：以齿轮的轴心为圆齿根圆：以齿轮的轴心为圆心，通过齿轮各齿槽底部所作心，通过齿轮各齿槽底部所作的圆称为齿根圆。的圆称为齿根圆。其直径和半径分别以其直径和半径分别以d df f和和r rf f表示。表示。n n33齿厚：沿任意圆周所量齿厚：沿任意圆周所量得的轮齿上的弧线厚度称为该得的轮齿上的弧线厚度称为该圆周上的齿厚，以圆周上的齿厚，以s sk k表示。表示。二、渐开线标准齿轮各局部名称和尺寸二、渐开线标准齿轮各局部名称和尺寸n n4 4齿槽宽：相邻两轮齿之间的齿槽宽：相邻两轮齿之间的齿槽沿任意圆周所量的弧线宽度，齿槽沿任意圆周所量的弧线宽度，称为该圆周上的齿

48、槽宽，以称为该圆周上的齿槽宽，以e ek k表表示。示。n n5 5齿距齿距 沿任意圆周所量得的沿任意圆周所量得的相邻两齿上同侧齿廓之间的弧长相邻两齿上同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距，以称为该圆上的齿距，以p pk k表示。表示。在同一圆周上，齿距等于齿厚与齿在同一圆周上，齿距等于齿厚与齿槽宽之和，槽宽之和，n n6 6分度圆分度圆 为了便于齿轮各局为了便于齿轮各局部尺寸的计算，在齿轮上选择一部尺寸的计算，在齿轮上选择一个圆作为计算的基准，其上的齿个圆作为计算的基准，其上的齿厚与齿槽宽相等，称该圆为齿轮厚与齿槽宽相等，称该圆为齿轮的分度圆。其直径、半径、齿厚、的分度圆。其直径、半径、齿厚、

49、齿槽宽和齿距分别以齿槽宽和齿距分别以d d、r r、s s、e e和和p p表示，即表示，即e es s，且，且p ps+es+e二、渐开线标准齿轮各局部名二、渐开线标准齿轮各局部名称和尺寸称和尺寸n n7 7齿顶高齿顶高:介于分度圆与齿介于分度圆与齿顶圆之间的轮齿局部称为齿顶圆之间的轮齿局部称为齿顶，其径向高度称为齿顶高，顶，其径向高度称为齿顶高，以以h ha a表示。表示。n n8 8齿根高齿根高 介于分度圆与齿介于分度圆与齿根圆之间的轮齿局部称为齿根圆之间的轮齿局部称为齿根，其径向高度称为齿根高，根，其径向高度称为齿根高，以以h hf f表示表示。n n9 9齿全高齿全高 齿顶圆与齿根圆

50、齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，即齿顶高之间的径向距离，即齿顶高与齿根高之和称为齿全高，与齿根高之和称为齿全高，以以h h表示，则表示，则h hh ha a+h+hf f三、渐开线标准齿轮的基本参数三、渐开线标准齿轮的基本参数n n1 1齿数齿数 在齿轮整个圆周上轮齿在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为齿数，用的总数称为齿数，用z z表示。表示。n n2 2模数模数 为了便于计算、制造和为了便于计算、制造和检验，将比值检验，将比值p p齿距齿距 人人 为为地规定为一些简单的数值，并把地规定为一些简单的数值，并把这个比值叫做模数，以这个比值叫做模数，以mm表示，即表示，即令令mmpp齿距齿距，其单位为，