前言
第一节换热器的主要形式
换热器是一种进行热交换操作的工艺设备，广泛应用于化工、炼油、动力、冶金、原子能、造船、食品、制冷、建筑、电子、航空等工业部门中。它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一种化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要的地位。通常在化工厂的建设中换热器投资比例为11%，在炼油厂中高达40%。随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高，换热器的投资比例将进一步加大，因此，对换热器的研究备受重视，从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的研究一直十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
在化工生产中，换热器是主要的工艺设备之一。例如，在氮肥生产中，氮气与氢气的混和气体要在500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反应的氮、氢气体的分离，则需要通过冷却与冷凝的办法以液体的形式分离出来。这一生产过程中的加热、冷却与冷凝就是通过换热器实现的。在酒精生产中，酒精精馏塔在操作时，原料液需预热，釜底液体需在再沸器中加热，塔顶产生的蒸汽需冷凝。这一生产过程中的预热、加热和冷凝也都是通过换热器实现的。换热器在化工行业中的应用是十分广泛的，各种化工生产工艺几乎都要用到它。
在制冷工业中，以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例，经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体；液化后的高压液态氨在膨胀机或截流阀中绝热膨胀，使温度下降到远低于周围环境的温度；这种低温氨流体在流经蒸发器时（布置在冷藏室中）吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。然后，再重复新的循环。在其他各种制冷装置中，都存在着冷凝器和蒸发器等换热器。
在火力发电厂中，装有空气预热器、燃油加热器、给水加热器、蒸汽冷凝器等一系列的换热器。其实，蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。燃料在炉膛中燃烧产生的热量，通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤气加热工质，使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。
在核电厂中，蒸汽发生器是一项很重要的的工艺设备。核燃料裂变所产生的大量的热量首先传给冷却剂，冷却剂在蒸汽发生器中再将热量传给水、使水汽化成蒸汽，由蒸汽来转动汽轮发电
机发电。此外，在核电厂系统中还装有各种加热器、蒸汽冷凝器等换热器。
在动力、化工、制冷等工业中，换热器不仅是不可缺少的工艺设备，而且在金属消耗和投资方面也占有较大的比例。在火力发电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占电厂总投资的70%左右。在一般石油化工企业中，换热器的投资约占总投资的40%～50%；在现代石油化工企业中约占30%～40%。在一般制冷机中，蒸发器的金属消耗量约占制冷机金属消耗总量的30%～40%。
第二节再沸器的主要分类
由于工业生产中作用换热器的目的和要求各不相同，换热设备的类型也多种多样。由于换热器的种类繁多，用途广泛，因此出现了多种分类方法，常见的有以下几种：
1.按换热器的工作原理或传热方式分
1)表面式换热器（又称间壁式换热器）
在这类换热器中，冷热两种流体进入换热器后被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体。表面式换热器的应用广泛，形式很多，各种管式换热器和板式结构换热器都属此类。
2)直接接触式换热器（又称混合式换热器）
在这类换热器中，冷热两种流体直接接触彼此混合彼此混合进行换热，如冷水塔、湿式混合冷凝器、空调工程中的喷淋室等。这种换热方式效果好，所用设备也较简单，但必须在工艺上允许两种流体混合的情况下才能使用。
3)蓄热式换热器（又称回热式换热器）
此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体的换热器。当高温流体流过蓄热体壁面时，热量由高温流体传给蓄热体，使蓄热体壁面温度升高。然后再让低温流体流过蓄热体的壁面，这时蓄热体把热量释放给低温流体，使低温流体的温度升高，如此周而复始。锅炉中的旋转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。
使用蓄热式换热器时，两种流体多少会有些混合，如果这种微量掺杂也不允许的话，则不能采用蓄热式换热器。
4)中间载热体换热器
此种换热器是把两个表面式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器
之间循环，在高温流体换热器接受热量，在低温流体换热器把能量释放给低温流体。属于这一类型的换热器有热管式换热器、液体（或气体）偶联的间接换热器等。
虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单，制造容易等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使其在应用上受到限制。因此工业上所用换热设备以间壁式换热器居多。间壁式换热器的类型也是多种多样，从其结构上大致可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括型板式、螺旋板式和板壳式换热器。不同类型的换热器各有自己的优缺点和使用条件。一般来说，板式换热器单位体积的传热面积越大，设备紧凑（250～1500m2/m3）,材耗低（15㎏/ m3），传热系数大，热损失小。但承压能力较低，工作介质的处理量较少，且制造加工较复杂，成本较高。而管式换热器虽然在传热性能和设备的紧凑型上不及板式换热器，但它具有结构较简单，加工制造比较容易，结构坚固，性能可靠，适应面广等突出优点，因此被广泛应用于化工生产中。特别是列管式换热器在现阶段的化工生产中应用最为广泛，而且设计资料和数据较为完善，技术上比较成熟。
列管式换热器在化工生产中主要作为加热（冷却）器、蒸发器或再沸器及冷凝器使用。在这些不同的传热过程中，有些为无相变化传热，有些是由相变化传热，他们具有不同的传热机理，遵循不同的流体力学和传热规律，因此在设计方法上存在一些差别。本设计主要是针对其作为再沸器的列管式换热器进行的。
2.按换热器的用途分
按换热器在生产中的用途，可将其分为：加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸器、冷却器、深冷器、冷凝器。
加热器是将无相变化的流体加热到需要的温度的换热器。
预热器是将流体预先进行加热的换热器，这样可以提高后面操作中的效率。
过热器是用于把流体（一般是气体）加热到过热状态的换热器。
蒸发器是用于加热流体使其蒸发的换热器。
再沸器是使装置中已经冷却了的液体再加热并使之气化的换热器。
冷却器是用于把流体冷却到必要的温度的换热器。
深冷器是用于把流体冷却到0℃以下很低温度的换热器。
冷凝器是用于冷却凝结性气体，并使其凝结液化的换热器。
3.按换热器传热面的形状和结构分
这种分类方法主要是为了区分各种类型的表面式换热器。主要有以下几种：
1)管式换热器
这类换热器都是通过管壁传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式（列管式）、套管式、绕管式和蛇管式四种基本形式。
2)板式结构换热器
这类换热器都是通过板面传热的换热器。按传热板的结构形式可分为螺旋板式、板式、板肋式和板壳式四种基本形式。
3)其它形式的换热器
这类换热器是一些具有特殊结构的换热器，一般都是为了满足某些特殊要求而设计的，如离心式换热器、液体偶联间接换热器、湿式空气冷却器等。
4.按换热器所用的材料分
1)金属材料换热器，如铜、铝、碳钢、不锈钢、钛等制成的换热器。
2)非金属材料换热器，如石墨、玻璃、氟塑料、陶瓷等制成的换热器。
近几十年来，工业和科学技术的发展，一方面不断对换热器提出新的要求，同时也为换热器的发展提供了条件，因而使换热器也进入了一个飞速发展的时期。
第三节换热在各工业生产中的重要作用
近30年来，热管换热器在结构设计上虽然没有多大变化，但在传热管的结构、耐高温高压的能力和大型花灯方面都有了很大进展。
随着强化传热技术的发展，各种型式的强化传热管相继出现。在管壳式换热器中，强化传热管已被广泛采用，在提高传热效率、提高紧凑型和降低材料消耗等方面均取得了显著效果。
通过选用新型材料和对关键受力部件的改进，操作温度和压力都有了明显的提高。
随着工艺和传热学的发展，板式结构换热器在设计和生产上遇到的问题逐步得到解决，在许多工业部门中得到广泛应用。在压力较低、温度不高、流量不很大的若干场合，各种板式结构换热器以逐步取代管式换热器。
传统的蓄热式换热器是固定的，以格子砖为蓄热体（在低温
场合使用石头），体积庞大，效率很低。近年来，为了节约能源，许多国家对蓄热式换热器进行了大量的开发研究工作，使其在材料和结构方面都得到了很大的发展，其性能也有了显著的提高。
为了解决强腐蚀介质的换热问题，用耐腐蚀的新型材料制造的换热器日渐增多。在非金属材料方面，用石磨和聚四氟乙烯塑料制造的换热器已获得广泛的应用。在稀有金属方面，钛制换热器已得到广泛的应用。
新型材料的出现和使用，不仅给制造工艺而且对设备本身也带来了许多新的变化。例如，聚四氟乙烯换热器，由于管子是柔性的，因此可以将换热器制成各种特殊的形式，以适应各种不同场合的需要。
随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。近20年来，国际燃料价格上涨了3倍以上，能源费用在制造成本中的比率迅速增大。因此，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，使燃料消耗指标一降再降。近几年来，我国在节能方面虽然已取得很大的成绩，但能源的供求矛盾仍然十分尖锐。能源不足已经成为当前国民经济发展的一个严重障碍。造成能源紧张的原因很多，其中一个重要的原因是能源的浪费仍然十分严重。我国能源的利用率很低，只有28%左右，还不到日本的一半（日本达57%），比西欧的40%也低得多。由此可见，我国在节能方面存在着很大的潜力。
换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器的效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收余热，可以显著地提高设备的热效率。
工业余热数量大，分布广，各国均已把余热回收列为节能工作的一个重要方面。经验表明，换热器是最有效的余热回收设备。以锻造加热炉为例，普通加热炉每公斤锻件的能耗约为0.7公斤标准燃料，而装有换热器的加热炉每公斤锻件的能耗只有0.15公斤左右标准燃料。烧燃料的工业炉，约有60%～70%的热量由排出的烟气带走，被浪费掉了。早些年，国内曾偏重于用余热锅炉来回收烟气余热，而较少采用换热器。余热锅炉的热回收率虽然较高，但它无助于工业炉本身热效率的提高，因而无助于炉用高质燃料的节省。装设换热器利用烟气余热来预热工业炉的进风，可以使工业炉本身的热效率得到提高，因而可以节省炉用高质燃料。用普通换热器将空气预热至300～400℃，一般可节约燃料15%～25%，用高温换热器时可以取得更好的效果，节约燃料可达
40%以上。烧低热值燃料的加热炉，将空气和煤气预热至300℃，可使升温速度提高1～2倍，可使产量提高20%～30%。对于烧油的炉子，预热空气有助于燃油雾化质量的改善，使燃料得到充分的燃烧。换热器的后面再装余热锅炉，可使燃料热量的利用率达到80%～90%。由此可见，工业炉烟气的余热回收，应首先满足炉内需要以节省炉用高质燃料；然后再考虑外部需要，争取得到更大的经济效益。对于其它余热的回收，也应遵循以节约燃料为中心进行综合利用的原则。由于工业余热分布广、形式各种各样，故节能方案也各不相同，但在各种节能方案中，换热器几乎是不可缺少的。
第四节本工艺立式热虹吸再沸器选用标准
本设计所采用的再沸器为立式热虹吸再沸器。之所以采用立式热虹吸再沸器，原因在于它具有传热系数高，结构紧凑，安装方便，釜液在加热段的停留时间短简，不易结垢，调节方便，占地面积小，设备及运行费用低等显著优点，而且不用设置动力装置，利用塔底单相釜液与换热器传热管内气液混合物的密度差形成推动力，构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环，因此，立式热虹吸再沸器工艺设计需将传热计算和流体力学计算相互关联采用试差的方法，并以出口气含率为试差变量进行计算。其工艺性能足以满足本塔设计的要求，故采用此种类型的再沸器。
第五节设计所用的标准和规范
本设计顺序以GB151为规范；
容器法兰的设计以JB4702-92为标准；
管子规格选用以GB/T8163,GB/T9948及GB/T6479为标准
第一章 列管式换热器零、部件的工艺结构设计
第一节 折流板或支撑板
本换热器采用弓形折流板。弓形折流板在液体流动中死区较少，比较优越，结构比较简单。
由工艺设计给定筒体内径为800mm ，按筒体内径为800mm 做排管图，认定取Di=800mm 合适。同时工艺设计的有关参数计算应重新做修正。
以固定管板兼作法兰的结构形式设计，依工艺条件：管侧压力和壳侧压力中的高值，以及设计温度和公称直径800φ，按JB4702-92乙型平焊法标准选取法兰，材料为16Mn ，管板选用结构尺寸如下（mm ）：
800
=DN
960
=D
915
1=D
790
2=D
853
4=D
800
5=D
800
6=D 60
=b b 1=51 d=27 n=40
螺柱：
mm
d 27= 规格 M24 数量 32 管子与管板采用强度胀接连接 换热管外径mm
d
38= 槽深mm
K
5.0=
1． 弓形折流板主要几何参数 切口尺寸
20
=h %i D =20%×800=160㎜
档板间距
B=（1/5～1）Di =160～800㎜ 取B=600㎜
靠近管板的折流板与管板间距离的最小尺寸 进口
=
l (2/21B L +)-(b-4)+(20～100)(㎜)=(256+800/2)-56+(20～
100)=617～697(㎜) 取620
=l
㎜
出口
=
l (2/21B L +)-(b-4)+(20～100)(㎜)=(206+800/2)-56+(20～
100)=570～650(㎜) 取600
=l
㎜
2 折流板厚度
根据壳体直径、换管无支撑长度，取折流板厚度为10㎜。 3 折流板孔管
折流板的管孔直径 按GB151规定，取孔管直径为d=38（㎜） 管孔中心距 管孔中心距为48㎜
管孔加工 折流板上管孔加工后两端必须倒角0.5×45° 第二节 拉杆、定距管 1 拉杆的结构形式
折流板采用拉杆定距管结构与管板固定。 2 拉杆直径、数量和尺寸
根据换热管外径及再沸器公称直径选取拉杆直径为16㎜，数量为6个，在换热器中均匀分布。
拉杆尺寸 拉杆螺纹公称直径 拉杆直径=
n
d 16㎜ =
a
L 20㎜ =
b
L 60㎜
管板上拉杆孔深 d L =20㎜，拉杆长度2528cm 第三节 接管 1 接管直径
考虑流速及o d =（1/3～1/4）i D =250的原则选取管程接管内径分别为进口处250㎜×9㎜，出口处300㎜×9㎜；壳程接管内径分别为进口处300㎜×9㎜、出口处200㎜×9㎜，选20号钢。
2 接管高度
15
1+++≥δh h l （㎜） 取圆整值为管程进口处250㎜、出
口处300㎜；壳程进口处300㎜、出口处200㎜
3 接管位置最小尺寸 壳程接管位置最小尺寸 进口
()=+-+≥
c b
d L o 42
1300/2+（60-4）+50=256（㎜）取260mm
出口
()=
+-+≥
c b
d L o 42
1200/2+（60-4）+50=206（㎜）取210mm
第四节 接管法兰的要求
按HG20593-97标准选用(PN=2.5MPa) 管程：进口管：接管直径27311.5φ?
出口管：接管直径32525φ?
壳程：
进口管：直径 32510φ?
出口管：直径21910φ?
法兰选用 板式平焊钢制管法兰
2.设备法兰：由压力Pc=1.62MPa,选用PN=2.5MPa选用乙型平焊接法兰
垫片结构形式：选用缠绕垫片（a）形式
垫片尺寸：宽度d由DN=800mm,PN=2.5MPa查表4—24得b=16mm 垫片的外径D=800+2*16=832mm
垫片的内径d=800mm
法兰为凹凸面密封，法兰螺栓孔跨中布置。
第五节排液孔
为提高传热效率，排除或回收工作残液，在换热器壳程和管程的最高，最低点，分别设置排气、排液接管，排液接管的端部与壳体内部平齐。本换热器壳程排液口采用在管板上开设直径为20㎜的孔。
第二章 列管换热器机械结构设计
第一节 传热板与管板的连接
根据设计压力及工作温度等条件，管子与管板的连接采用强度胀接即满足要求。传热管板厚度大于25㎜，强度胀接的管孔结构采用双槽。 胀接长度
min （2×25，50，58-3）=50（㎜） 环形槽深度
K=0.8㎜
所以管板最小厚度为
min
δ=26㎜。
第二节 管板与壳体及管箱的连接 (一) 管板与壳体的连接 延长部分兼作法兰的管板。 (二) 管板与管箱的连接 按照工艺要求及压力、温度选择法兰形式为长颈对焊法兰，密封面采用凹凸面形式。 第三节 管箱 (一) 封头
选用椭圆形封头曲面高度 mm
h 2001
=；直边高度为50㎜。
(二) 管箱结构形式
根据工艺条件，选用单管程换热器管箱。 (三) 惯性结构尺寸确定 1. 管箱最小长度
管箱最小长度的确定原则：
单程管箱采用轴向接管时，接管中心线上的管箱最小长度大于等于接管内径的1/3，即2min
3
1d L g ≥
管箱最小长度计算: 进口处：
按流通面积计算
()'
m in 21125086.673
3
g L d m m ≥
=
?=
按各相邻焊缝间的距离计算
()"m in 428250200478g f L h C L m m ≥++=++= m in
478g L m m
=
出口处：
按流通面积计算
()'
m in 2113001003
3
g L d m m ≥
=
?=
按各相邻焊缝间的距离计算 ()mm L C h L f g 29620050464"min =++=++≥
mm
L g 296min
=
2. 管箱最大长度 mm H 400=
mm
L g 500max =
3. 管箱长度的确定
max
min g g g L L L ≤≤
取进出口处管箱长度均为500㎜。则进出口管箱短节长为300㎜。
第三章 其他结构设计
第一节 法兰选用
以工艺条件：管侧压力和壳侧压力中的的高值，以及设计温度和公称直径Φ800，按JB4703-92长颈对焊法兰标准及JB4702-92乙型平焊法兰标准选取。 法兰结构尺寸如下（mm ）：
800=DN 960
=D
915
1=D
790
2=D
853
4=D
800
5=D
800
6=D
b
=60 t δ=16
a
=32
第二节 垫片 管箱垫片
根据管程操作条件（压力1.7817Mpa ，温度52.5℃）选石棉橡胶垫。结构尺寸为D=832㎜，d=800㎜，厚度27.5mm 。 第三节 防冲板 1）防冲板的材料： 取材料为不锈钢。
2）防冲版的位置：
（i ）防冲板与壳体内壁的高度： H1=（1／4 ～1／3）?接管外径=（1／4 ～1／3）?325=81.25 ～108.33mm 取H1=90mm
(ii) 防冲板尺寸：
防冲板边长：≥L 外接管径+50=325+50=375 取380m 防冲板厚度：对不锈钢取4mm. 第四节 膨胀节
膨胀节设置必要性判断 1. 管子拉脱力计算 a. 在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力p q ：
l
d pf
q o p π=
式中
(
)2
2
2
22
39625
4
32
866.04
866.0mm
d a f o =?-
?=-
=ππ
Mpa
p 7817.1=
mm l 50=
()Mpa
q p 1797.050
25396
7817.1=???=
π
b. 温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力t q ：
()
l
d d d
q o i
o
t
t 42
2-=
σ
式中 ()s
t s t t
A A t t E +
-=
1ασ
(
)2
2034710810S mm
D A n s =??=?=ππ中
()
(
)(
)2
2
2
2
268.67194241
33
38
4
4
mm
n d d
A i o
t =?-?=
-=
ππ
则 ()M p a t
84.2120347
68.6719417
.4310192.0102.116
6
=+
????=
-σ
(
)
()Mpa q t 02.150
38433
38
84.212
2
=??-?=
由已知条件可知，p q 与t q 的作用方向相同，都使管子受压，则合拉脱力：
[]M p a q M p a q q q t p 0.402.1=<=+=
因此，拉脱力在许用范围内。 (二) 计算是否安装膨胀节 管、壳壁温差所产生的轴向力：
()()
6
6
16
11.210
0.1921043.7
2034767194.68
2034767194.68
1.4710
t s s t s t
E t t
F A A A A N α--????=
??=
??++=?压力作用于壳体上的轴向力：
t
s s A A QA F +=
2
其中
()()()()()
2
222
22624800241380.524138 2.52 1.78170.4819104i o s o t t
Q D nd p n d S p N
π
π
??
=-?+-?
???=
-??+?-??=???则 ()6
252400020347
0.122
1020347
67194.68
F N ?=
=?+
压力作用于管子上的轴向力：
()6
352400067194.680.40210
67194.6820347
t t s
Q A F N A A ?=
=
=?++
则
()
()
12
13
1.470.12278.2240.0203471.470.40215.8940.067194
s s t t
F F M p a A F F M p a A σσ++=
=
=-+-+=
=
=-
根据《钢制管壳式换热器设计规定》，
[]()[]()[]78.224218015.89422064.0t
s s t
t t
M pa M pa M pa M pa q q M pa
σφσσσ
=<==-<=<=
条件成立，故本换热器不必设计膨胀节。
支座：
公称直径800D N m m =，采用两个支座。 根据JB/T4725BN 型，确定尺寸如下：（单位㎜）（待查） 高度
H=160 底板
125
1=l
80
1=b 81
=δ
40
1=s
筋板
180
2=l
100
2=b 6
2
=δ
垫板
200
3=l
160
3=b 6
3
=δ
24
=e
地脚螺栓
24
=d 规格M20
第四章 列管换热器机械设计
第一节 筒体壁厚计算
由工艺设计给定温度100℃，设计压力c p =1.7817Mpa,选低合金结构钢板16MnR 卷制，材料100℃是的许用应力[]t
σ=163Mpa,
取焊缝系数Φ=0。9，腐蚀裕度2C =2mm ，则
计算厚度
[]
()1.7817800 4.8921630.9 1.7817
2c i
t
c
p D S m m p σ
?=
=
=??-Φ-
设计厚度
()
2 4.892 6.89d S S C m m =+=+=
名义厚度
=
++=圆整1C S S d n 5.39+0.8+圆整=6.19+圆整，取
n
S =10㎜ 有效厚度
=
--=21C C S S n e 10-0.8-2=7.2（㎜）
水压试验压力
[]
[]=
=t
c
T P P σσ25.1 1.25×1.7817×1=2.227（Mpa ）
所选材料的屈服应力=
s σ314Mpa
水压试验应力校核
()
()
2.2278007.2124.84
227.2
T
i e T e
P D S S σ+?+=
=
=?（Mpa ）
124．84Mpa<0.9s σΦ=0.9×314×1=282.6（Mpa ） 水压强度满足要求。
气密试验压力 T P =c P =1.7817Mpa
第二节 管箱短节、封头厚度计算
由工艺设计给定实际参数为：设计温度100℃，设计压力1.7817Mpa ，选用16MnR 钢板， 材料许用应力[]t
σ=163Mpa ，屈服强度=
s
σ314Mpa ，取焊缝系数Φ
=0.85，腐蚀裕度2C =2㎜。
计算厚度
[]
1.7817800 5.177
21630.85 1.7817
2c i
t
c
p D S p σ
?=
=
=??-Φ-（㎜）
设计厚度
()2 5.17727.177d S S C m m =+=+=
名义厚度
17.1770.87.977n d S S C =++=++=+圆整圆整圆整
结合考虑开孔补强及结构需要取n S =10㎜ 有效厚度
()12100.827.2e n S S C C m m =--=--=
所选材料的屈服应力=
s σ314Mpa
水压试验应力校核
()
()
1.78178007.299.87
227.2
T
i e T e
P D S S σ+?+=
=
=?（Mpa ）
99．87Mpa<0.9s σΦ=0.9×314×1=282.6（Mpa ） 水压强度满足要求。
管箱封头取用厚度与短节相同，取n S =10㎜
第三节 管箱短节开孔补强的校核
开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管尺寸为
Φ300×9，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管[]σ=130Mpa ，Φ300×9，2C =1㎜。
接管计算壁厚
[]
1.781730021300.9 1.7817
2c o
t t
c
p D S p σ
?=
=
??-Φ- =2.30（㎜）
接管有效壁厚
=
--=21C C S S nt et 9-1-9×0.15=6.65（㎜）
开孔直径
=
+=C d d i 2300－2×9＋2×2.35=286.7（㎜）
接管有效补强宽度
==d B 22×286.7=573.4（㎜） 接管外侧有效补强高度
()150.7967h m m =
=
=
需要补强面积
==dS A 286.7×1.54=441.518（㎜2
） 可以作为补强的面积为
()()=--=S S d B A e 1（573.4－286.7）（5.2－1.54）＝1049.322（㎜
２
）
()()211302250.7967 6.65 2.30337.947
170
et t r A h S S f =-=??-?
=（㎜2）
121049.322337.9471387.269441.518A A A +=+=>=（㎜
2
）
该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。 第四节 壳体接管开孔补强校核
开孔补强采用等面积补强法。由工艺设计给定的接管尺寸为200×4.5，考虑实际情况选20号热轧碳素钢
[]
2130,200 4.5,1t
M p a C σφ=?=
接管计算壁厚
基本概念自测题 填空题 1、平面连杆机构是由若干刚性构件用_________副或_________副联接而成，运动 副均为_________接触，压强较小，称为_________副机构，与点、线接触的高副机构相比能用于_________载和_________载荷。 2、只含平面回转副的四杆机构称为_________四杆机构，该机构按两连架杆是否 成为曲柄或摇杆分为_________机构、_________机构和_________机构. 3、在曲柄摇杆机构中，摇杆的两个极限位置出现在_________两个共线位置，该 两共线位置之间所夹的锐角称为_________。 4、曲柄摇杆机构急回运动特性用行程速比系数K表示，K为摇杆往返的_________ 比t1/t2或往返的v2/v1，它与极位夹角的关系式为_________或_________。 5、曲柄摇杆机构的死点位置出现在以_________为原动件时_________与 _________两个共线位置，此时摇杆通过连杆传给曲柄的力通过曲柄回转副中心，不能驱使曲柄转动；机构处于死点位置时从动件会出现_________或曲柄正反转运动_________现象. 6、铰链四杆机构的压力角是指在不计构件质量和运动副中的摩擦情况下连杆作用 于_________上的力与该力作用点_________间所夹的锐角，压力角越大,传动
效率_________,传动性能_________,甚至机构可能发生_________现象。实用上为度量方便,通常用压力角的余角=_________来判断连杆机构的传力性能，称为_________。 7、曲柄摇杆机构运动中传动角是变化的，为保证机构良好的传力性能一般机构 应使最小传动角min〉_________;以曲柄为原动件时,min出现在_________位置之一处，比较此两位置的的大小，取其中_________的一个. 8、以曲柄为原动件时，曲柄滑块机构最小传动角min出现在_________位置之一处。 9、以滑块为原动件时，曲柄与连杆两次共线位置是_________位置。 10、行程速比系数K＝1的曲柄摇杆机构，其摇杆两极限位置铰链中心和曲柄回转 中心必_________ 11、在曲柄摇杆机构中,若增大曲柄长度，则摇杆摆角_________。 12、在曲柄摇杆机构中，若增大连杆长度,则摇杆摆角_________。 13、铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是最短杆与最长杆长度之和-—另外两杆长 度之和；曲柄是最_________杆。 14、铰链四杆机构可通过_________、_________和_________等演化成其他形式的
机械产品设计说明书的撰写规范要求 一、说明书的撰写内容与要求 1 标题（题目）：设计课题的名称，要求简洁、确切、鲜明。为区分大题目下的不同设计内容，可增加副标题。 2 任务书：应说明机械产品设计的教学目的和任务要求；扼要叙述本设计的主要内容、特点、主要结论及创新之处，文字要精练。 3 目录（目次页）：设计说明书目录中的章节按三级目录排列,章节编号依次为第1章；1.1；1.1.1。 4 概述：作为第一章，对设计题目进行简要说明，并说明本设计的目的、意义、范围及达到的技术要求；简述本课题在国内外发展概况及存在的问题；最后一节应说明本设计的主要任务。 5 正文说明书的正文要阐述整个设计内容，包括方案选择、设计计算过程和说明、结构设计、主要零部件的设计选择、必要的机构运动简图、零件结构图等全部内容。正文内容和页码要与目录中的章节目录、页次相对应，三级题目不够时，可继续向下排，如：1.1.1.1;（1）；①；a、b、c…等。 6 结论：作为说明书的最后一章，概括说明本设计的情况和价值，分析其优点、特色，有何创新，性能达到何水平，并应指出其中存在的问题和今后改进的方向。 7 参考文献：设计中曾经查阅的相关文献。注意按顺序编号并按正确格式一一列出。 8 附录：与设计有关的各种篇幅较大的图纸、数据表格、计算机程序、运行结果、主要设备、仪器仪表的性能指标和测试结果等。注意分别按顺序编号。 9 致谢：简述自己的设计体会，并应对指导教师和协助完成设计的有关人员表示谢意。 二、说明书的编辑与打印 1设计说明书一律使用A4复印纸打印,难以用计算机处理的插图和曲线，可以用手工绘制，但必须绘制在打印的A4纸的空白处或单页上，页码必须打印。 2 目录格式：采用三级目录，使用自动生成目录，目录生成后和文本一样可以编辑。章目录采用四号宋体加黑，节、目采用小四号宋体，页码连接符用Arial字体，不要加黑。行距为固定值22磅。章、节、目每一级别右缩进一个中文字符（自动生成），编排要美观，如下图框所示。 2、说明书（论文）格式 （1）文字要求：正文文字内容字体一律采用宋体，标题为黑体，章题目用小三号字，节标题用四号字，目标题用小四号字。内容汉字采用小四号宋体，英文采用四号Time New Roman字体。 （2）每章标题下空一个标准行，节标题和目标题行设臵为：段前、段后均为0.5行，紧接表格后的文字设臵为段前行0.5行。 （3）页面设臵：使用单面打印，上2.5cm,下2.5cm，左2.5cm,右2.0cm （4）页眉设臵：居中以小五号宋体字键入“河北工程大学机电工程学院机械产品设计说明书”。 （5）页脚设臵：插入页码，居中。 （6）正文选择格式段落：最小值，20～22磅；段前、段后均为0行。
机械设计12 一、是非题（每题2分，共10分） 1．选用滑动轴承的润滑油时，转速越高，选用油的粘度越高。（） 2．蜗杆传动，蜗杆头数越少，传动效率越低。（） 3．平键是靠键的两侧面来传递载荷。（） 4．链节距越大，链速也越不均匀。（） 5．螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能愈好。（） 二、选择题（每题2分，共10分） 1.闭式软齿面齿轮传动中，齿轮最可能出现的破坏形式为（）。 a.轮齿折断 b.齿面磨料磨损 c.齿面疲劳点蚀 2.三角带传动工作时，与带轮轮槽接触（）。 a.带的底面 b.带的顶面 c.带的两侧面 3.蜗杆传动比的表达式为（）。 a. b. c. 4.在带、链、齿轮组成的多级减速传动中，链传动应放在（）。 a.高速级 b.低速级 c.高、低均可 5.只承受弯矩的轴，称为（）。 a.转轴 b.心轴 c.传动轴 三、填充（每题2分，共14分） 1．当带传动的传动时，打滑首先发生在带轮的（）轮上。若正常工作时，在（）轮上带的速度大于带轮的速度。 2．根据滚动轴承代号，分别写出相应的含义 6216表示轴承类型（），内径尺寸（）mm。
30516表示轴承类型（），内径尺寸（）mm。 3．蜗杆传动的失效经常发生在（）。 参考答案 四、简答（共16分） 1．蜗杆传动散热计算不能满足时，试举出三种改进措施。（6分） 2．受横向载荷的普通螺栓联接强度计算时，为什么要把螺栓所受的轴向预紧力增大30%？（4分） 3．齿轮传动强度计算中的载荷系数K=KAKνKаKβ，式中KA、Kν、Kа、Kβ的物理含义？（6分） 参考答案 五、设计计算（共50分） 1．如图所示，已知输出轴上的锥齿轮Z4的转向n4，为了使中间轴Ⅱ上的轴向力能抵消一部分，试求：再图上标出各轮的转向。 判断蜗杆传动的螺旋角方向（蜗杆、蜗轮） 蜗杆、蜗轮所受各力方向以及锥齿轮Z3所受轴向力方向。（要求标在图上或另画图表示）（12分） 2．图示斜齿圆柱齿轮传动， 按Ⅱ轴轴向力平衡原则，确定齿轮3、4的旋向。 已知Mn1，T1，Z1,β，写出Ft1、Fr1、Fa1的计算式 判断齿轮1、4的受力方向（各用三个分力标在图上）（16分）
浙大机械设计基础课件 浙大机械设计基础课件 浙大机械设计基础课件，一起来看看吧。 章节 §6-1齿轮传动的特点、应用与分类 §6-2渐开线的形成原理和基本性质 §6-3渐开线齿轮的参数及几何尺寸 教学目的 了解齿轮传动的特点和基本类型，渐开线齿轮齿廓的形成及特点。 掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算。 教学重点 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算 教学难点 渐开线齿轮齿廓的形成及特点；渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算。 教学方法 讲授
教具 挂图 多媒体、模型 相关素材 1、胡家秀主编．机械设计基础．北京：机械工业出版社，2001．5 2、陈立德主编．机械设计基础．北京：高等教育出版社，2000．8 3、郑文维．吴克坚主编(第七版)．机械原理．高等教育出版社．1997 4、邱宣怀主编(第四版)．机械设计．高等教育出版社．1997 教学后记 附：浙大毕业典礼致辞 亲爱的同学们，各位领导，各位老师，各位远道而来的家长们： 下午好! 不知不觉间，又到了毕业的季节，飘雨的季节，还是留恋的.季节，收获的季节。你们在座的每一位在紫金港、玉泉、西溪、华家池、之江这些依水的地方度过了几百几千个难忘的甚至苦逼的日日夜夜。今天，我们相聚在这里，共同见证浙江
大学2016届硕士、博士研究生毕业典礼和学位授予仪式，我作为导师的代表，而不是代表导师，讲几句心里话。首先，是感谢。你们在浙江大学的这几年，是浙江大学历史上发展最快的几年。我不是随便说说的，是用数据来说话：最近，QS 排名浙江大学从144位上升到了110位，US News排名从128位上升到了106位，ARWU排名上升了50位现在位列101-150位，ESI排名位列159位。有些人认为排名不代表什么也不关心，但我认为，排名从一个方面说明了大学的进步和发展。我仔细研究了这些排行榜，他们的排名也是有依据的，其中论文的数量和质量对这些排行榜的贡献多达65%，甚至100%。浙江大学每年发表5000篇左右的SCI论文，我认为每一篇论文的发表都离不开你们研究生的贡献。以我们材料学院为例，每年发表SCI论文500篇左右，90%的论文第一作者都是研究生，我们发表的第一篇Nature和第一篇Science论文的第一作者就是在校博士生。因此，学校的发展和进步有你们的贡献，学院学科的发展和进步有你们的贡献，每一位导师的成长和发展，成为杰青，长江，甚至院士都有你们的贡献。所以，我作为导师代表对你们表示衷心的感谢! 其次，是希望。从今天开始，你们离开浙江大学，进入社会，社会是非常复杂的，比你们在大学中学小学幼儿园复杂得多，肯定会遇到各种各样的困难。毕业后，你们肯定有欢笑，
机械设计基础课程设计计算说明书 题目：设计胶带输送机的传动装置 班级：冶金工程1103 姓名：马林林 学号：20110075 指导教师： 成绩： 2013 年07 月07 日
1、设计内容 1.1设计题目 1.2工作条件 1.3技术条件 2、传动装置总体设计 2.1电动机选择 2.2分配传动比 2.3传动装置的运动和动力参数计算 3、传动零件设计计算以及校核3.1减速器以外的传动零件设计计算 3.2减速器内部传动零件设计计算 4、轴的计算 4.1初步确定轴的直径 4.2轴的强度校核 5、滚动轴承的选择及其寿命验算5.1初选滚动轴承的型号 5.2滚动轴承寿命的胶合计算 6、键连接选择和验算 7、连轴器的选择和验算
kw w 30.3=
一对滚动轴承效率 η2=0.99 闭式齿轮的传动效率 η3=0.97（8级） 开式滚子链传动效率 η4=0.92 一对滑动轴承的效率 η5=0.97 传动滚筒的效率 η6=0.96 8063 .096.097.092.097.099.099.026 5432 21=?????=?????=ηηηηηηη 8063.0=η （3）所需的电动机的功率 Kw p p w r 09.48063 .030.3=== η Kw p r 09.4= 即Pr=4.09kw 查表2-18-1可选的Y 系列三相异步电动机Y132M2-6型， 额定kw P 5.50=。满足r P P >0，其主要性能见表。 2.1.3确定电动机转速 传动滚筒转速 min /4.102280 1000 5.16060w r D v n =???==ππ 现以同步转速为Y132S-4型（1500r/min ） 及Y132M2-6 型（1000r/min ）两种方案比较，查得电动机数据 使传动装置结构紧凑，选用方案2。电动机型号为Y132M2-6。 由表2-18-1和表2-18-2查得其主要性能技术数和安装尺寸 数据列于下表
同济大学 2012-2013《机械设计》 试题编号： 课程代号：2020202课程学时：72 总分 得分 一、填空题 (每空 1 分共 31 分) 1、当一零件受脉动循环变应力时，则其平均应力是其最大应力的 2、三角形螺纹的牙型角α＝，适用于，而梯形螺纹的牙型角α＝，适用于。 3、螺纹连接防松，按其防松原理可分为防松、防松和防松。 4 、带传动在工作过程中，带内所受的应力有、 和，最大应力发生在。 5、链传动设计时，链条节数应选数(奇数、偶数)。链轮齿数应选数；速度较高时，链节距应选些。 6、根据齿轮设计准则，软齿面闭式齿轮传动一般按设计，按校核；硬齿面闭式齿轮传动一般按设计，按校核。
8、蜗杆传动的总效率包括啮合效率 η 1 、效率和效率。其中啮合效率η1 =，影响蜗杆传动总效率的主要 因素是效率。 9、轴按受载荷的性质不同，分为、、。 10、滚动轴承接触角越大，承受载荷的能力也越大。 得分 二、单项选择题 (每选项 1 分,共 11 分) 1、循环特性 r=－1 的变应力是应力。 A．对称循环变B、脉动循环变C．非对称循环变D．静2、在受轴向变载荷作用的紧螺柱连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是()。 A、增大螺栓刚度Cb，减小被连接件刚度Cm B．减小Cb．增大Cm C．增大Cb 和Cm D．减小Cb 和Cm 3、在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则往往在螺栓孔处做 沉头座孔．其目的是 ()。 A．避免螺栓受附加弯曲应力作用B．便于安装 C．为安置防松装置 4、选取 V 带型号，主要取决于。 A．带的线速度B．带的紧边拉力
c．带的有效拉力D．带传递的功率和小带轮转速 5、对于标准齿轮传动，影响齿形系数Y F的主要几何参数是。 A．齿轮的模数B．齿轮的压力角 C．齿轮的齿数D．齿轮的顶隙系数 7、同一工作条件，若不改变轴的结构和尺寸，仅将轴的材料 由碳钢改为合金钢，可以提高轴的而不能提高轴的。 A．强度B．刚度 8、当转速较低、同时受径向载荷和轴向载荷，要求便于安装时，宜选用。 A．深沟球轴承B．圆锥滚子轴承C．角接触球轴承 9、滑动轴承计算中限制pv 值是考虑限制轴承的。 A．磨损B．发热C．胶合D．塑性变形 10、圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径d=6mm,旋绕比 C=5,则它的内径 D1等于。 A、30mm, B、24mm, C、36mm, D、40mm 得分 三、计算题 (38 分) 1、(15 分)有一受预紧力 F0和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，
1.基本概念自测题 一、填空题 1、机械是__________和_________的总称。 2、________________是机械中独立制造单元。 3、机构是由若干构件以___________相联接并具有_____________的组合体。 4、两构件通过____________或_____________接触组成的运动副为高副。 5、两构件用低副联接时，相对自由度为______________。 6、m个构件组成同轴复合铰链具有________________个回转副。 7、在平面运动链中，每个低副________个约束，每个高副引人_______个约束。 8、机构运动简图的长度比例尺 l为________________长度与________________长度之比。 9、机件工作能力准则主要有_______、_________、_______、_______、_________。 10、在静应力作用下，塑性材料的极限应力为________________ 。 11、在静应力作用下，脆性材料的极限应力为_________________。 12、与碳钢相比，铸铁的抗拉强度较________________，对应力集中敏感________________。 13、机件材料选用应考虑______________要求、______________要求、______________要求。 14、工作机械由_______、_________、_________和操纵控制部分组成。 15、机构具确定性相对运动必须使其自由度数等于________________数。 16、在平面内用低副联接的两构件共有________________个自由度。 二、单项选择题(在括号内填入一个选定答案的英文字母代号) 1、构件是机械中独立的( )单元。‘ A．制造 B．运动 C．分析 2、两构件通过( )接触组成的运动副称为低副。 A．面 B．点或线 C.面或线 3、在平面内用高副联接的两构件共有( )自由度。 A．3 B．4 C．5 D．6 4、一般门与门框之间有两个铰链，这应为( )。 A．复合铰链 B．局部自由度 C.虚约束 5、平面运动链成为具有确定运动的机构的条件是其自由度数等于( )数。 A．1 B．从动件 C．原动件 6、循环特性r＝-1的变应力是( )应力。 A．脉动循环 B．对称循环 C．非对称循环 7、钢是含碳量（）铁碳合金。 A．低于2％ B．高于2％巳低于5％ 8、合金钢对应力集中的敏感比碳钢( )。 A．大 B．小 C．相同 9、高碳钢的可焊性比低碳钢( )。 A．好 B．差 C．相同 10、一般情况下合金钢的弹性模量比碳钢( )。 A．大 B．小 C．相同 11、外形复杂、尺寸较大、生产批量大的机件适于采用( )毛坯。 A．铸造 B．锻造 C．焊接 12、要求表面硬芯部软、承受冲击载荷的机件材料选择宜( )。
2013年清华大学机械设计基础考研真题（回忆版） 第一大题，填空12分， 每空一分很简单，大家随便弄弄往年试题都可以做出来十分以上。 第二大题，简答，53分。 （1）七分最大盈亏功，合适有最大最小角速度，是机械原理周期性非周期性波动那一章的。 （2）八分组合机构，给你一个机构简图让你指出基础机构和附加机构，画出组合机构图。 （3）八分告诉你一个机构的运动流程，让你画出构件1和2的构件循环图，这个我没复习到，所以当时就是想办法把那个流程表示出来了，不太符合格式有点乱七八糟的。 （4）六分简答增加齿轮接触疲劳强度的办法 （5）六分简答若齿轮轴同材料同调质，计算二者弯曲疲劳强度是曲阜极限应力是否相同。（6）六分简答导键，滑键的特点和应用场合 （7）六分简答如何平衡螺纹牙间的载荷不平衡。 （8）六分简答若流体动压摩擦的滑动轴承的润滑油由32号机械油换成46号时，其油膜厚度，摩擦力矩，润滑油温升会如何变化。 这个大题都不需要公式，只要知道定性分析就行。后面这五个简答平时就靠大家看书了，反正我是看的不好，答题也不是很满意。 第三大题，计算，50分。 （1）20分，挺简单的一个轮系，就不赘述了。如果有什么坑我没有发现，那就是我悲剧了~~ （2）15分轴承寿命，这个题没有转速n没有Fs,所以我当时做了一半就弄不下去了~~ （3）15分螺栓组还是一个力对其进行转换为一个同方向同大小的力加一个力矩，采用第一和第二个公式解答。今年是胶纸空用螺栓，另外没有给k而是给了一个许用切应力和许用正应力应该是用二者的比值。计算完之后要画一个螺栓的图。 第四大题，35分，设计题。 （1）20分有些类似于去年的四杆机构设计，大家注意看申永胜老师的那本辅导书上面连杆机构设计又一个表格总结。 （2）15分画图题，画出一端固定一段游动的轴承支撑蜗杆，轴与联轴器连接的图。平时要动手练练，否则可能会出一些小问题而不自知。我估计我肯定会有问题，但是考场上面感觉不出来。 自我总结：如果没有一些我看不到的坑的话，今年的题还是很简单的，但是老规矩简单题不简单得分。反正我心里就没有底，有些地方复习的面太窄所以当老师换了一种条件时我就乱
舞台机械设计说明 一、工程概况 1.1工程名称： 1.2项目名称： 1.3建设单位： 1.4建设地点： 二、设计依据 2.1《剧场建筑设计规范》J G J57-2000 2.2《剧场舞台用大幕机械装置》Z B J80017-89 2.3《舞台和影视用吊杆装置》Z B J90011-99 2.4《舞台和影视吊杆装置》Q/321284J D E/01-1999 2.5《建筑与建筑群综合布线系统工程规范》 C E C S72-95 2.6《焊缝_工作位置_倾角和转角的定义》 G B T16672-1996 2.7《钢结构防腐涂装工艺标准》G B508-1996 2.8《舞台机械台上设备安全》W H T28-2007 2.9《纺织物燃烧性能测定垂直法》G B5455-852.10《窗帘幕布类纺织物材料》B1防火标准 G B8624-1997 三、设计的内容 ？？？道灯杆等等。。。。 四、设计思想 舞台机械最重要的指标之一是安全可靠，所 有种类的舞台机械都必须保证在任何时候是绝对 安全可靠的。 对舞台机械的可靠性设计，目前研究的很多。可靠性设计理论是建立在大量实验数据基础上的，不同的使用场合要求不同的可靠度，设备的可靠 性是根据其重要程度、工作要求和维修难易等方 面的因素综合考虑决定的。舞台机械的使用率不高，载荷率较低，对寿命设计有一定要求，而对 可靠性设计则要求很高，因为一旦出现问题就可 能造成严重的安全事故或较大的经济损失。舞台 机械必须有较高的可靠性，其失效概率应在 0.1~1.0%之间。尚无具体应。研究表明，虽然只 用安全系数不能完全反映可靠性水平，但在舞台
机械零部件设计中将各参数作为随机变量处理， 尚缺乏足够的数据。所以，将设计参数作为确定量，用强度安全系数或许用应力作为判别依据， 通过选取适当的安全系数来近似控制其工作可靠 性的要求，仍然是当前舞台机械设计的主导方法。由于计算结果与实际情况有一定偏差，故必须使 计算允许的零部件的承载能力有必要的安全裕量，这就是确定安全系数的基本出发点。通常，舞台 机械还应提出设计寿命指标。以工作年限为单位 的寿命指标对舞台机械并不适用，而以工作小时 计的寿命更符合实际，8000~10000小时的工作寿 命应当是舞台机械设计的基础数据。 舞台机械的安全性指标主要包括设备安全、人 身安全和电气安全等三方面，而且，这三个因素 相互关联、相互影响，有时是不可分割的。 设备安全是指：舞台机械设备在规定的工作条件 下长期使用不产生意外事故的能力；在发生临时 故障时能在降低后的技术参数下继续工作的能力；舞台机械设备对非正常工作状态的感知、显示和报警的能力。这种能力或性能通常是由机械设计 本身和电气控制共同完成的；考虑在演出中尽快 能排除舞台机械的临时故障的能力，使舞台机械 的故障尽量能不影响演出的正常进行。 涉及设备安全的因素很多，主要有以下几个方面：1．足够的安全系数 所有机械零部件的选择和设计必须保证在额 定载荷和惯性载荷的联合作用下，能可靠的工作 并有一定的安全储备，即有足够的安全系数。安 全系数定义为:所有材料的极限应力与零件的最大工作应力之比。零件的最大工作应力应考虑最 大静载荷及动载荷（紧急启制动、碰撞等惯性载荷）作用下产生的应力。例如:悬挂重物或牵引用的钢丝绳，其安全系数应大于或等于10;起重链的安全系数应大于或等于12;传动链的安全系数应大于或等于10;所有传动系统的部件在选用时应能承受两倍的额定载荷;初略计算时，传动件和受力件的安全系数应大于或等于6，精确计算时其安全系数应符合有关标准或规范对该类零件
同济大学机械设计总复 习重点 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
同济机械学院《机械设计》复习要点 一、机械设计中的强度问题 1、几种稳定循环变应力 （1）变应力参数 最大压力 m ax σ 最小应力 min σ 应力幅 2 min max σσσ-=a 平均应力 2 min max σσσ+=m 应力比（循环特性） m ax m in σσγ= （2）对称循环变应力：max min σσ-=、max σσ=a 、0=m σ、1-=γ （3）脉动循环变应力：0min =σ、2 max σσ=a 、2 max σσ= m 、0=γ （4）静应力 2、变应力下的强度条件 （1）不同循环次数N 时的疲劳极限
当0N N 时 N m N K N N ?==γγγσσσ0 当0N N 时 γγσσ=N （2）同一循环次数，不同应力比（循环特性）γ时的疲劳极限 已知材料的机械性能1-σ、0σ（σ?）、s σ，可作出（材料的极限应力）γσ的简图 （σK ）零件的极限应力图 应力比：C =γ时 平均应力：C m =σ时 最小应力：C =min σ时 例：
二、机械传动 A 、带传动 1、带传动的工作情况分析 受力分析：0212F F F =+ e F F F =-21 αv f e F F =2 1 1201-=+=ααv v f f ec ec e e F F F F 1 1 202-=-=αv f ec ec e F F F F 1 1 20lim +-==ααv v f f ec f e e F F F 应力分析：拉应力 弯曲应力 离心拉应力 2min σσσ+=c 11max b c σσσσ++= 运动分析： 2、带传动的失效形式及设计准则：
第一章，摩擦，磨损，润滑，密封 滑动摩擦：干摩擦：无润滑剂表面直接接触，摩擦因数大 边界摩擦：表面吸附薄边界膜，但两表面依然有凸峰接触，小 流体摩擦：两表面完全被流体隔开，无接触，最小 混合摩擦：上述都有，多数情况为混合摩擦，比边界摩擦小 磨损：相互接触物体在相对运动时表面材料不断损耗的过程 磨粒磨损（突出物），粘着磨损（油膜破坏，直接接触后高温发生“焊合”，撕裂）， 接触疲劳磨损（交变应力使金属脱落），腐蚀磨损（化学，电化学反应） 正常磨损：使用年限内磨损量不超过允许值 过程：磨合（缩短），稳定磨损（延长），剧烈磨损（推迟） 润滑：减小摩擦，减轻磨损，减震，防锈 （1）润滑油：粘度（性能指标） 动力粘度 运动粘度：牌号越大，粘度越大 相对粘度 粘度随温度上升而下降，变化越小，黏温特性越好，压力上升，粘度增大，但压力影响很小油性：在金属表面上的吸附能力越强，油性越好 极压性：加入有机极性化合物后，表面生成抗磨，抗高压的化学反应膜的能力 闪点：遇火焰能发光闪烁的最低温度 凝点：规定条件下不能自由流动的最高温度 （2）润滑脂：矿物油加稠化剂 重载，低速，不易加油时使用 指标：针入度，越小，稠度越大，流动性越小，承载能力大，密封性好，摩擦阻力大 滴点：受热开始滴下的温度 密封：防止泄露，防止杂质进入 动密封（密封面相对运动），静密封 应力，疲劳应力 r=o,脉动循环应力；r=1，静应力；r=-1，对称循环应力，r为最小应力除以最大应力
第5章螺旋传动 右旋，左旋，单线螺纹，双线等多线螺纹 常用螺纹： 三角形螺纹：普通螺纹：牙形角60°，其中螺距最大的为粗牙螺纹，其余为细牙，细牙升 角小，强度高，自锁性能好 管螺纹：牙形角55°，圆柱形和圆锥形，后者不用填料可保证紧密型，装卸 迅速 矩形螺纹：牙形角0°，传动效率最高，但精加工困难，易松动 锯齿形螺纹：牙根强度高，承受单向载荷 梯形螺纹：牙形角30°，传动效率较低，牙根强度高，广泛用于螺旋传动 滑动螺旋传动：降速传动比大，获得大轴向力，能自锁，工作平稳无噪声，效率低，磨损快
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设计人: 二 0 10 年一月 目录 一. 设计任务 二. 传动方案的分析与拟定 三. 电动机的选择
四. 传动比的分配及动力学参数的计算 五. 传动零件的设计计算 六. 轴的设计计算 七. 键的选择和计算 八 . 滚动轴承的选择及计算 九. 连轴器的选择 十. 润滑和密封方式的选择，润滑油的牌 号的确定 十一.箱体及附件的结构设计和选择 十二. 设计小结 十三. 参考资料 一设计任务书 设计题目：设计带式运输机传动装置中的双级斜齿圆柱齿轮减速器。 序号F (N) V (m/s) D (mm) 生产规模工作环境载荷特性工作年限3 13000 0.45 420 单件室内平稳 5年(单班) 二.传动方案得分析拟定: 方案1. 方案2. 外传动为带传动,高速级和低速级均高速级,低速级,外传动均为圆柱轮. 为圆柱齿轮传动.
方案的简要对比和选定: 两种方案的传动效率,第一方方案稍高.第一方案,带轮会发生弹性滑动,传动比不够精确.第二方案用齿轮传动比精确程度稍高.第二方案中外传动使用开式齿轮,润滑条件不好,容易产生磨损胶合等失效形式,齿轮的使用寿命较短.另外方案一中使用带轮,可用方便远距离的传动.可以方便的布置电机的位置.而方案二中各个部件的位置相对比较固定.并且方案一还可以进行自动过载保护. 综合评定最终选用方案一进行设计. 三.电动机的选择: 计算公式: 工作机所需要的有效功率为：P=F·v/1000 从电动机到工作级之间传动装置的总效率为 连轴器η1=0.99.滚动轴承η=0.98 闭式圆柱齿轮η=0.97. V带η=0.95 运输机η=0.96 计算得要求: 运输带有效拉力为: 13000 N 工作机滚筒转速为: 0.45r/min 工作机滚筒直径为: 420 mm 工作机所需有效功率为: 5.85 kw 传动装置总效率为: 0.7835701 电动机所需功率为: 7.4 KW 由滚筒所需的有效拉力和转速进行综合考虑: 电动机的型号为: Y160M-6 电动机的满载转速为: 960 r/min 四.传动比的分配及动力学参数的计算:
同济大学机械设计模拟试卷 ( A 卷) 学年第学期命题教师签名：审核教师签名：课号：课名：机械设计考试考查：考试此卷选为：期中考试( ) 、期终考试( ) 、补考( ) 试卷年级专业学号姓名得分 一．单项选择题(每题有一个且只有一个正确答案，请在括号内填上正确选项前的字母) （每题 1 分，共 11 分） 1. 不完全液体润滑滑动轴承设计中，限制pv≤[pv]的目的主要是为了（）。 A. 防止边界膜压溃。 B. 防止轴承温升过高。 C. 防止轴瓦变形。 D. 防止轴瓦压溃。 2. 计算载荷等于（）。 A. 零件所受到的公称载荷。 B. 零件所受到的最小载荷。 C. 公称载荷与载荷系数的乘积。 D. 公称载荷与最大载荷的乘积。 3. 与花键联接相比，普通平键联接的特点是（）。 A. 对中性好。 B. 强度高。 C. 导向性好。 D. 成本低。 4. 齿轮轮齿修缘的目的是为了降低（）。 A. 使用系数。 B.动载系数。 C.齿间载荷分配系数。 D.齿向载荷分布系数。 5. V 带传动在正常工作时，有效拉力等于（） C. 初拉力的两倍。 D. 紧边与松边的拉力和。 6. 设计带传动时，使小带轮直径 d d1 ≥ d dmin 的主要目的是为了（）。 A.减小带的弯曲应力。 B.减小带的速度。 C.增大有效拉力。 D.增大包角。 7. 齿轮接触疲劳强度计算公式中，接触应力是按（）处参数计算的. A. 齿顶圆。 B.齿根圆。 C.节圆。 D.基圆。 8.普通平键的尺寸主要根据（）确定。 A.轴的直径和轮毂的长度。 B.轴和轮毂的材料 C. 轴和轮毂的对中性。 D. 轴上零件的受力方向。
螺旋起重器设计 已知：螺旋起重器的最大载荷30F kN =，最大上升距离180h mm =，试： 1) 选择螺杆、螺母、托杯等零件的材料； 2) 计算螺杆、螺母的主要参数和其他尺寸； 3) 检验稳定性和自锁性； 4) 计算手柄的截面尺寸和长度； 5) 绘制装配图，标出有关尺寸，填写标题栏和零件明细表； 6) 绘制零件图。 受力分析： 螺旋起重器中的滑动螺旋副工作承受的主要载荷包括摩擦力矩（螺纹副旋合部分的摩擦力矩和工件与螺杆支承端面间的摩擦力矩）和作用在螺杆上的压力。 失效分析： 由于螺旋副之间存在较大的相对滑动速度，因此磨损是滑动螺旋的主要失效形式。同时，螺杆承受压力，当支承的长径比较大时，也可能会发生失稳。因此，螺旋起重器的滑动螺旋的设计准则是：根据耐磨性设计计算螺杆的直径及其他参数，同时对螺杆和螺母（主要是螺纹牙）进行强度校核。此外，螺旋起重器还应校核螺杆的稳定性及自锁性能。 设计计算： Step1：选定螺纹类型 考虑到螺旋起重器工作时会受到双向载荷，故选用矩形螺纹，则其牙型角 0α=?。对整体式螺母，磨损后不能够调整，故高径比 2.5φ=。 Step2：选择螺旋副的材料 考虑到螺旋传动低速、重载，螺杆选用合金钢40Cr 调质，螺母选用铝青铜ZCuAl10Fe3。查表2-39，许用压力[]20p MPa =（螺杆-螺母的材料钢-青铜，滑动速度低速），摩擦系数0.10f =（工作总近似起动过程）。 Step3：耐磨性设计 由耐磨性设计准则2d ≥ ，初始假设0.5h P =，则 219.5d mm ≥ =
螺纹参数取中径221d mm =，大径24d mm =，小径118d mm =。 Step4：自锁性校核 取螺距6P mm =。螺纹升角1 126tan tan 5.2021 P d γππ--===??，当量摩擦角11tan tan 0.10 5.71v f ψ--===?，v γψ<，满足自锁性要求。 Step5：计算螺母高度 螺母高度2 2.52152.5H d mm φ==?=，圆整为整数53H mm =。则螺杆总长 180********l H mm =+=+=。 Step6：计算旋合圈数 旋合圈数53 8.83106 H Z P = ==<，满足要求。 Step7：螺纹强度校核 螺杆载荷稳定，由表2-40，许用应力500 []1673 3 s MPa σσ== =。螺杆所受的转矩()()221 tan 30000tan 5.20 5.716071622 v d T F N mm γψ=+=???+?=?，计算应力校核 148[]ca MPa σσ===<。 螺母螺纹牙，由表2-40，许用弯曲应力[]50 b MPa σ=，许用挤压应力[]75p MPa σ=，许用剪应力[]30MPa τ=。螺纹牙根部厚度0.53b P mm ==，螺纹 高度0.53h P mm ==，校核其强度 223330000345[]8.83243b b Fh MPa Z db σσππ??===
. . 东海科学技术学院 课程设计成果说明书 题目：机械设计减速器设计说明书院系：机电工程系 学生姓名： 专业：机械制造及其自动化 班级：C15机械一班 指导教师： 起止日期：2017．12.12-2018.1.3 东海科学技术学院教学科研部
浙江海洋大学东海科学技术学院课程设计成绩考核表 2017 —2018 学年第一学期
设计任务书一、初始数据
设计一级直齿圆柱齿轮减速器，初始数据T = 1500Nm，n = 33r/m，设计年限（寿命）：10年，每天工作班制（8小时/班）：3班制，每年工作天数：250天，三相交流电源,电压380/220V。 二. 设计步骤 1. 传动装置总体设计方案 2. 电动机的选择 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5. 设计V带和带轮 6. 齿轮的设计 7. 滚动轴承和传动轴的设计 8. 键联接设计 9. 箱体结构设计 10. 润滑密封设计 11. 联轴器设计 目录
第一部分设计任务书 (3) 第二部分传动装置总体设计方案 (6) 第三部分电动机的选择 (6) 3.1电动机的选择 (6) 3.2确定传动装置的总传动比和分配传动比 (7) 第四部分计算传动装置的运动和动力参数 (8) 第五部分V带的设计 (9) 5.1V带的设计与计算 (9) 5.2带轮的结构设计 (12) 第六部分齿轮传动的设计 (14) 第七部分传动轴和传动轴承及联轴器的设计 (20) 7.1输入轴的设计 (20) 7.2输出轴的设计 (26) 第八部分键联接的选择及校核计算 (34) 8.1输入轴键选择与校核 (34) 8.2输出轴键选择与校核 (35) 第九部分轴承的选择及校核计算 (35) 9.1输入轴的轴承计算与校核 (35) 9.2输出轴的轴承计算与校核 (36) 第十部分联轴器的选择 (37) 第十一部分减速器的润滑和密封 (38) 11.1减速器的润滑 (38)
844-同济大学机械设计基础考试大纲 一、考试目的 《机械设计基础》是机械工程学术型硕士研究生入学统一考试的科目之一。《机械设计基础》考试力求科学、公平、准确、规范地测评考生的基本素质和综合能力，选拔具有发展潜力的优秀人才入学。 二、考试要求 测试考生对于与机械设计相关的基本概念、基础理论的掌握和运用能力。 三、考试内容 1.平面机构的自由度 1）运动副及其分类 2）平面机构自由度的基本概念与计算 2.平面连杆机构 1）平面四杆机构的基本型式及演化方法 2）四杆机构的基本概念 3）四杆机构的设计 3.凸轮机构 1）从动件常用运动规律 2）凸轮轮廓设计方法 3）凸轮机构基本尺寸的确定 4. 齿轮机构 1）渐开线齿廓及其啮合特点 2）渐开线标准直齿轮的基本概念及几何尺寸计算 3）渐开线标准齿轮的啮合传动 4）根切现象和最少齿数 5）变位齿轮的基本概念 6）平行轴斜齿圆柱齿轮机构 7）锥齿轮机构 5.轮系 1）轮系的分类 2）定轴轮系传动比 3）周转轮系组成及传动比 4）混合轮系传动比
6.联接 1）螺纹主要参数，螺纹力矩、效率和自锁 2）常用螺纹及应用，螺纹联接的主要类型，常用防松方法及原理 3）螺栓组联接的设计与受力分析 4）单个螺栓的强度计算，提高联接强度的措施 5）常用键联接和花键联接，平键联接的尺寸选择及强度校核 7. 齿轮传动 1）齿轮材料及热处理 2）齿轮传动的失效形式、产生原因和提高措施，齿轮传动的设计准则 3）直齿、斜齿圆柱齿轮传动和直齿锥齿轮传动的受力分析 4）直齿、斜齿圆柱齿轮传动的强度计算，以及影响因素分析与主要参数选择5）直齿圆锥齿轮传动强度计算的特点 6）齿轮结构、传动效率及润滑 8.蜗杆传动 1）蜗杆传动的特点，主要参数和尺寸计算 2）蜗杆传动的运动分析和受力分析 3）蜗杆传动的失效形式、材料、结构及强度计算特点 4）蜗杆传动的效率、润滑，热平衡计算目的及方法 9. 带传动 1）带传动的工作原理，主要失效形式及设计准则 2）带传动的工作特性分析（受力分析、应力分析、弹性滑动及打滑） 3）弹性滑动与打滑的区别，弹性滑动率ε及对带传动的影响 4）V带传动工作能力的影响因素分析，及选择计算 5）V带轮结构及带传动的张紧 10.链传动 1）链传动的特点、应用及工作情况分析 2）链传动的主要参数及选择 3）滚子链传动的计算 4）链传动的布置 11. 轴 1）轴的分类（按载荷分类）及常用材料 2）轴系结构设计，包括轴上零件的定位、固定及装配等 3）轴的强度计算和当量弯矩的概念与计算 12. 滑动轴承
题目(中) 姓名与学号年级与专业所在学院
目录 一．设计题目及要求 (2) 1.简介 (2) 2.设计要求 (2) 3.结构设计（绘图）注意事项 (2) 4.螺旋起重器结构图 (2) 二．设计计算 (3) 2.1螺杆螺纹类型的选择 (3) 2.2选择螺杆材料 (3) 2.3确定螺杆直径 (3) 2.4自锁性验证 (4) 2.5螺杆强度计算 (4) 2.6螺母螺牙的强度计算 (4) 2.7稳定性计算 (5) 2.8．螺母外径与凸缘的强度计算 (6) 2.9螺杆其他参数设计 (7) 2.10 底座设计 (7) 三．参考文献 (8)
一．设计题目及要求 1.简介 螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可升起重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄或扳手等零件所组成。 2.设计要求 1）设计参数： 最大起重量Q=20kN 最大升举高度L＝150mm 采用梯形螺纹、单线 GB5796-86 螺杆材料：Q235或45＃ 螺母材料：铸铁或青铜 2）设计需画出装备图 3）自身带有自锁，不会上升或下滑 4）工作安全可靠，在不影响工作状态的情况下，尽可能的完善工艺和节省材料3、结构设计（绘图）注意事项 1）螺母内孔端部应有倒角，以便润滑； 2）螺杆螺纹部分应有退刀槽； 3）铸件壁厚大于或等于8mm。 4.螺旋起重器结构图 滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。
二．设计计算 主要失效形式: 螺牙的磨损 设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距； 校核螺杆、螺母强度等。 2.1螺杆螺纹类型的选择 选择梯形螺纹，单线GB5796—86。 2.2选择螺杆材料 螺杆采用45钢调质，由参考文献查得抗拉强度σb=600Mpa ， σs=355Mpa 。 由于速度较低，螺母材料用铝青铜ZCuAll0Fe3 2.3确定螺杆直径 1）滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件： 2）梯形螺纹以30°计算，锯齿螺纹计算中，防止过度磨损，需要选择合适表面粗糙度和润滑剂润滑方式外，还要校验螺纹表面压强不能 超过螺旋传动副的许用压强。 [p]根据资料螺杆螺母对应是钢对青铜，低速传动时[p]取 11~18MPa 方便后续计算采用15Mpa ） d2[]mm 6.20101514.30.25.01020h 6 3 =?????=≥P Q φπ（0.25.3~2.1，此处取可取φ） 3）由于φ值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。验算工作圈数：10P H Z ≤= ; 4）查表得，d 2取21.5mm ，公称直径d=24.0mm 取螺距p=5 大径D 4=24.5mm H=43mm 计算得z=8.6<10，满足工作圈数条件。 然后可得外螺纹大径d=24mm d1=18mm D=25mm D1=19mm 计算面积为254mm 2 h=0.5P=2.5mm ，代入公式得p=13.779Mpa ，符合要求。 ][22p hH d QP hZ d Q p ≤==ππ P h 5.0=30o锯齿形螺纹 P h 75.0=矩形和梯形螺纹 螺纹工作高度 设计公式：令 2d H =φ则得： ][2p h QP d φπ=
课程设计说明书 课程名称:汽车机械基础课程设计课程代码: 题目:单级圆柱齿轮减速器设计学生姓名: 学号: 年级/专业/班: 学院(直属系) : 指导教师:
摘要 减速器原理减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置。此外，减速器也是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的问转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。 减速器的作用减速器的作用就是减速增矩，这个功能完全靠齿轮与齿轮之间的啮合完成，比较容易理解。 减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。 齿轮减速器应用范围广泛，例如，内平动齿轮传动与定轴齿轮传动和行星齿轮传动相比具有许多优点，能够适用于机械、冶金、矿山、建筑、轻工、国防等众多领域的大功率、大传动比场合，能够完全取代这些领域中的圆柱齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，因此，内平动齿轮减速器有广泛的应用前景。
目录 1.传动方案拟定 (1) 2.电动机选择 (1) 2.1电动机类型的选择 (1) 2.2电动机容量的选择 (1) 2.3电动机功率选择 (1) 2.4确定电动机转速 (2) 2.5确定电动机型号 (2) 2.6计算总传动比及分配各级的传动比 (2) 3.计算传动装置的运动和动力参数 (2) 3.1计算各轴转速 (2) 3.2计算各轴的功率 (3) 3.3计算各轴扭矩 (3) 4.传动零件的设计计算 (4) 4.1选取齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (4) 4.2按齿面接触强度设计 (4) 5. 轴的结构设计及强度计算 (8) 5.1从动轴的计算 (8) 5.2主动轴的计算 (10) 6. 滚动轴承的选择及校核计算 (13) 6.1计算输入轴承 (13) 6.2计算输出轴承 (14) 7.键的选择及校核 (14) 8联轴器的选择 (15) 9. 箱体主要结构设计计算 (16) 结论 (17) 致谢 (19) 参考文献 (19)