第一节　机 械 传 动

石油化工生产中使用的工作机都要由动力机带动，而工作机与动力机之间多通过传动机构来实现连接。传动机构可通过传递转矩、改变转速的方式来驱动工作机运转，从而实现生产装置的工艺过程。传动方式可分为机械传动、流体传动、电气传动及磁力传动。

一、传动概论

（一）传动及其组成

机器通常由动力机、传动机构和工作机（执行机构）三部分组成。

1.动力机

动力机的作用是把各种形态的能转变为机械能，其运动的输出形式通常为传动。它的主体机构比较简单，由于经济上的原因，其运转速度一般较高。动力机分为一次动力机和二次动力机。一次动力机是把自然界的能源转变为机械能的机器，如柴油机、汽油机等。二次动力机是将用动力驱动发电机等变能机构产生的各种形态的能，转变为机械能的机器，它也可以看作传动元件，如电气传动中的电动机，流体传动中的液压电动机和气电动机等。

2.工作机

工作机（执行机构）是利用机械能来改变材料或工件的性质、状态、形态和位置的机器，如水泵压缩机等，其特点是机构的运动比较复杂多样，运转速度受生产性质的限制，一般低于动力机，并常需要按不同的工况和要求做相应的变化。

3.传动机构

传动机构（传动系统或传动装置的统称）是将动力机产生的机械能传送到执行机构上去的中间装置，以传递动力为主的传动称为动力传动，以传递运动为主的传动称为运动传动。传动的任务主要是完成动力机和执行机构之间协调工作，有减速或增速、变速、改变运动形式的作用，除此以外，传动可实现一个或多个动力机驱动着若干个相同或不同速度的执行机构等。机器的工作性能、可靠性、重量和成本很大程度上取决于传动装置的好坏。传动通常由以下三部分组成。

（1）传动系统　把动力机的动力和运动传递给执行机构，使之实现预定动作（包括动力或运动）的装置。它由各种传动元件或装置，轴及轴系部件，离合、制动、换向和蓄能（如飞轮）等元件组成。

（2）操纵和控制系统　是指通过人工操作或自动控制改变动力机或传动系统的工作状态和参数，协调执行机构的动作，使其完成所要求的运动的传递力的装置。它由进行启动、离合、制动、调速、换向的操纵装置，以及按预定顺序工作和自动控制所需的元件及装置所组成。

（3）辅助系统　为保证传动正常工作、改善操作条件、延长使用寿命而设的装置，如冷却、润滑、计数、消声、除尘和安全防护等装置。

（二）常用传动的特性参数

与传动有关的性能特性参数如表3-1所示。

（三）传动的类型

1.机械传动

（1）摩擦传动

①摩擦轮传动　圆柱形、槽形、圆锥形、圆柱圆盘式。

②挠性摩擦传动　带传动：V带（普通带、窄形带、大楔角带、特殊用途带等）、平带、多楔角带、圆带绳传动。

③摩擦式无级变速传动　靠传动元件之间的摩擦力或油膜的切应力传动，有定轴的（无中间体的、有中间体的）、动轴的（行星式）、挠性元件（带、链）的。

（2）齿轮传动

①圆柱齿轮传动　啮合形式：内、外啮合，齿条。齿形曲线：渐开线，单、双圆弧线，摆线，圆柱针轮。齿向曲线：直齿、斜齿、曲线齿。

②圆锥齿轮传动　啮合形式：内、外啮合，平顶及平面齿轮。齿形曲线：渐开线，单、双圆弧。齿向曲线：直齿、斜齿、弧齿。

③动轴轮系　有渐开线齿轮行星传动（单自由度、多自由度）、摆线针轮行星传动、活齿减速传动、谐波传动。

④非圆齿轮传动　可实现连续的单向运动或要求的函数关系。

（3）章动传动　一种大传动比、高效率、低噪声的互包络线结构。

（4）蜗杆传动

①圆柱蜗杆传动　普通圆柱蜗杆传动（阿基米德渐开线、延长渐开线、曲纹面）、圆弧圆柱蜗杆传动（轴向、法向圆弧齿）。

②环面蜗杆传动　直廓环面蜗杆传动、平面包络环面蜗杆传动、锥面蜗杆传动。

（5）挠性啮合传动

①链传动　套筒滚子链、套筒链，簧板链，齿形链。

②带传动　同步带（梯形齿、圆弧齿）。

（6）螺旋传动　滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压螺旋传动。

（7）连杆机构　曲柄摇杆机构（包括脉动无级变速传动）、双曲柄机构、曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、液压缸驱动的连杆机构。

（8）凸轮机构　直动、摆动从动件，反凸轮机构，凸轮式无级变速机构。

（9）组合机构　齿轮-连杆、齿轮-凸轮、凸轮-连杆、液压连杆机构。

2.流体传动

（1）气压、液压传动　运动形式：往复移动、往复摆动、旋转；速度变化：恒速、有级变速、无级变速、按一定规律变速的控制方式，人工、机械、液压、电磁、伺服、复合、载荷传感液压。

（2）静液压调速驱动　用于行走机械传输能量（旋转运动），有可逆传动和自动传动。

（3）液力传动　液力变矩器、液力耦合器、液力机械变矩器。

（4）液体黏性传动　与多片摩擦离合器相似，借改变摩擦片间的油膜厚度与压力，以改变油膜的剪切力进行无级变速传动。

3.电气传动

（1）交流电气传动　恒速、可调速（电磁滑差离合器、调速、串级、变频、可换向电动机等）。

（2）直流电气传动　恒速、可调速（调磁通、调压、复合调速）。

4.磁力传动

（1）可透过隔离物传动　磁吸引式、涡流式。

（2）不可透过隔离物传动　磁滞式、磁粉离合器。

二、带传动

带传动是机械传动中常用的一种传动形式，它的主要作用是传递转矩和改变转速，是靠具有挠性的带与带轮间产生的摩擦力来实现传动的目的，属于摩擦传动。

1.带传动的原理

根据传动原理的不同，有靠带和带轮接触面之间的摩擦传动的平带、V带等，如图3-1（a）所示；也有靠带的内面的凸齿和带轮齿啮合传动的同步齿形带，如图3-1（b）所示。

2.带传动的主要类型

带传动的主要类型如表3-2所示。

3.带传动的常见形式及主要失效形式

（1）带传动的常见形式　带传动的常见形式如表3-3所示。

（2）带传动的主要失效形式

①带在带轮上打滑，不能传递动力。

②带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断。

③带的工作面磨损。

④从动轴的扭振。

4. V带使用和维护

（1）带在运行中应随时调整，以保持适当有预紧力，不能过紧或过松。新装的带不宜过紧，一般应待运转数天并有松弛现象以后，再进行调整。

（2）应防止带接触酸、碱、柴油、机油、汽油等物质，避免阳光直接暴晒。

（3）不同厂生产或新旧程度不同的V带不宜同组使用。不同规格型号的带也不能替代使用。

（4）V带不宜在60℃的环境下运转。

（5）带损坏后应及时更换，带轮磨损严重也应及时更换。

（6）为防止带打滑，使用带蜡或带油时应涂于带的工作面上，但一般不采用，如发生打滑可增加带张紧力。

（7）保持带和带轮的干净，防止灰尘侵入。

（8）为确保运行安全，必须加防护罩。

三、齿轮传动

齿轮传动是依靠轮齿间的啮合来传递或变换角速度及转矩的，它极其广泛地应用于各类机器中。随着机器制造业的迅速发展，目前齿轮传动传递的转矩可大到几千万牛·米，圆周速度可高达300m/s，传递功率可达数万千瓦。

（一）齿轮传动的类型及特点

齿轮的类型很多，常用的齿轮类型及特点如表3-4所示。

（二）齿轮传动的传动比

对于直齿、斜齿及圆锥齿轮传动，两轮在正确啮合的情况下，必然是两分度圆相切并做纯滚动，单位时间内两轮转过的分度圆弧长一定相等，即：

n₁πd_分1= n₂πd_分2　或　n₁mz₁= n₂mz₂　　（3-1）

所以，齿轮传动的传动比应为：

　　（3-2）

即齿轮传动的传动比等于从动轮分度圆直径与主动轮分度圆直径之比，也等于从动轮齿数与主动轮齿数之比。

（三）蜗杆蜗轮传动

1.蜗杆蜗轮传动的特点

蜗杆蜗轮传动用于传递空间交错的两轴之间的运动和转矩，通常两轴间的交错角Σ=90°，绝大多数是蜗杆为主动，蜗轮为从动。与齿轮传动相比，蜗杆传动的主要优点是：传动比大、结构紧凑、传动平稳、无噪声；在一定条件下，蜗杆传动可以自锁，有完全保护作用。蜗杆传动的缺点是摩擦发热大、效率低、成本较高。

蜗杆与螺杆相仿，有左、右旋之分。在分度圆柱上只有一根螺旋线的叫单头蜗杆，显然蜗杆的头数就是它的齿数z₁，一般z₁=1～4。z₁小，传动比大而效率低；z₁大，效率高，但加工困难。

2.蜗杆蜗轮传动的传动比

　　（3-3）

式中，n₁和z₁分别为蜗杆转速和其螺纹头数；n₂和z₂分别为蜗轮转速和其齿数。

四、链传动

链传动由主动链轮、从动链轮和链条组成。工作时，通过和链轮啮合的链条把运动和转矩由主动链轮传给从动链轮。链传动和带传动都是挠性传动，但其工作原理不同。链传动是依靠链节与链轮轮齿的啮合实现传动；而带传动则依靠带与带轮之间的摩擦力实现传动。

（一）链条的种类、结构特点和用途

链条分为传动链和运输链两大类，其结构特点和用途如表3-5所示。

（二）链传动的传动比

1.链速口

　　（3-4）

式中，z₁、z₂分别为主、从动链轮的齿数；n₁、n₂分别为主、从动链轮的转速，r/min；t为链的节距，mm。

2.链传动的传动比i₁₂

　　（3-5）

上面两式可求链速和传动比，但应注意它们反映的仅是平均值。

五、螺纹联接

螺纹是在圆柱（或圆锥）表面上沿螺旋线形成的具有相同剖面（三角形、梯形、锯齿形等）的连续凸起和沟槽。螺纹在管道工程中应用很多。加工在外表面的螺纹称外螺纹，加工在内表面的螺纹称内螺纹。内、外螺纹旋合在一起，可起到连接及密封等作用。

（一）螺纹的形成及种类

1.螺纹的形成

各种螺纹都是根据螺旋线原理加工而成的。

2.螺纹的种类

按照螺纹的用途，大体可分为四大类。

（1）连接和紧固用螺纹。

（2）管用螺纹。

（3）传动螺纹。

（4）专门用螺纹　包括石油螺纹、气瓶螺纹、灯泡螺纹和自行车螺纹。

（二）螺纹术语

螺纹要素包括牙型、螺纹直径（大径、中径和小径）、线数、螺距（或导程）、旋向等。在管道工程中的内、外螺纹成对使用时，上述要素必须一致，两者才能旋合在一起。

（1）螺纹牙型　沿螺纹轴线剖切时，螺纹的轮廓形状称为牙型。螺纹的牙型有三角形、梯形、锯齿形等。常用标准螺纹的牙型及符号如表3-6所示。

（2）牙顶　在螺纹凸起部分的顶端，连接相邻两个侧面的那部分螺纹表面，如图3-2所示。

（3）牙底　在螺纹沟槽的底部，连接相邻两个侧面的那部分螺纹表面，如图3-2所示。

（4）大径　与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。

（5）小径　与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。

（6）中径　一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。

（7）公称直径　代表螺纹尺寸的直径，一般指螺纹大径的基本尺寸。

（8）顶径　与外螺纹或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径，指外螺纹大径或内螺纹小径，如图3-3所示。

（9）底径　与外螺纹或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径，指外螺纹小径或内螺纹大径，如图3-3所示。

（10）螺距　相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离，用P表示，如图3-4所示。

（11）导程　同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，如图3-5所示。当为单线螺纹时，导程与螺距相等。当为多线螺纹（由几个牙型同时形成的）时，导程是螺距的倍数，例如双线螺纹的导程为螺距的两倍。

（12）螺纹旋合长度　两个相互配合的螺纹，沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度，如图3-6所示。

（三）成组螺栓的拧紧顺序注意事项

成组螺栓的拧紧顺序如表3-7所示。

（四）螺纹检修

1.螺纹的损坏形式

螺纹的损坏形式有磨损、锈蚀、裂纹、断裂、断丝、烂牙、滑丝、螺钉或双头螺柱的紧固端配合太松等几种。

2.螺纹的修复

（1）螺栓和螺钉断裂　螺栓和螺钉在运行或拆卸过程中断裂时，若外露部分有一定的高度，可在外露部分顶部锯一条槽，用螺丝刀（螺钉旋具）旋出断在里面的部分，或将外露部分锉出两平行面，用扳手扳出；对直径较大的螺栓，可用管钳拆除。对没有外露部分的螺钉，用直径比原螺钉小径小0.5～1mm的钻头把螺钉钻去，再用丝锥攻出内螺纹；或用同直径的钻头去除原螺纹，改攻大一规格的螺纹；还可用螺钉起拔器拆除；对直径较大的，可在末端焊上螺钉或螺母再用扳手拆除。

（2）螺钉和螺栓锈蚀或咬死　螺钉和螺栓因使用时间过长而锈蚀或咬死难以拆除时，可用松动剂或煤油浸润一段时间后，敲击振动掉部分锈块，再用扳手拆除；对不重要的螺栓可直接割除；对拆除不了的重要的螺钉、螺栓，可采用加备用螺母的方式拆除；若螺母失去了棱角，为了保证螺栓不受损，可采用螺母劈开器拆除螺母，保护螺栓，然后用板牙将螺栓的螺纹攻一遍。

（3）烂牙和滑丝　烂牙和滑丝不严重可修复的，用丝锥和板牙将螺纹攻一遍；光杆有余量可利用的，可用板牙将螺纹多攻几圈，以满足使用要求；若螺纹前端滑丝，孔有深度余量的，可将孔钻深到使用要求后再攻螺纹；对烂牙和滑丝严重不能再用的零部件上的内螺纹，在允许范围内，可将螺纹扩大一个规格，或将原孔填充后重新钻孔攻丝。

（4）螺纹断牙　螺纹前端断牙，用锉刀将断裂部分修整后再用板牙或丝锥处理即可。

（5）螺纹磨损　经常拆卸的螺纹容易磨损，导致螺栓或螺柱与螺孔配合的间隙过大，修复时可采用更换新螺栓或螺柱的方法。若更换后间隙仍大，可以根据间隙的大小，配作异径的螺栓或螺柱，这种异径的螺栓或螺柱不能互换。

3.降级使用

用于高温、高压或重要部位的螺钉或螺栓，其等级和要求都较高，在使用一定的时间后，即使形状完好，但由于高温、高压作用，也会使其产生微小的塑性变形、弹性失效或强度达不到使用要求，必须及时更换。将其降级使用在一般场合，可以避免不必要的浪费。

六、键联接

键联接主要用来连接轴与轴上的零件（如齿轮、带轮、链轮、联轴器等），以实现周向固定传递转矩。

（一）键联接的类型、特点及应用

常用的键联接有平键、半网键、导向平键、滑键、楔键及切向键，如表3-8所示。

（二）键及键槽的修复

1.键磨损

键磨损通常采用更换新键的方法来恢复键的配合精度。

2.键槽磨损

键槽磨损一般是先将被磨损的键槽形状修整完善后，再根据修整后的键槽尺寸配以相应的键。若磨损情况只发生在毂孔或轴的键槽上，另一边不需修整时，可将被磨损的键槽修整完善后，再将键锉成台阶形状相配。

3.键发生变形或剪断

键发生变形或剪断可用增加轮壳槽的宽度或增加键的长度的方法处理；也可增加一个键，采用两个键相隔180°安置，以增大键的抗剪强度。

七、销联接

销联接主要用于固定零部件间的相互位置，是机械装配中很重要的一个辅件。

（一）销联接的类型、特点及应用

常用销联接的类型、特点及应用如表3-9所示。

（二）销联接装配

1.销的种类及应用范围

销联接在机械设备中的主要作用是定位、连接或锁定零件，有时，还可以作为安全装置中的过载剪断元件。

销是一种标准件，形状和尺寸已经标准化。销的种类较多，应用广泛。销的种类有开口销、圆柱销带螺纹圆柱销、弹性圆柱销、圆锥销带螺纹圆锥销及销轴等。其中用得最多的是圆柱销和圆锥销。销的特点和用途如下。

（1）开口销用于经常要拆卸的轴和螺杆带孔的螺栓上，使轴和螺栓上的零件、螺母不能脱落。

（2）圆柱销及带螺纹圆柱销一般依靠过盈固定在孔中，用以定位和连接零部件，传递动力或用于工具、模具上作零件定位。根据不同的使用要求选择不同的直径配合公差。内螺纹供旋入螺栓，取出圆柱销用。B型有通气平面，适用于盲孔。

（3）弹性圆柱销具有弹性，装入销孔后不易松脱，对销孔精度要求不高，可以多次使用，适用于具有冲击、振动的场合，但不适用于高精度定位及不穿通的销孔。

（4）圆锥销及带螺纹圆锥销　销和销孔表面上有1∶50的锥度，销与销孔之间连接紧密可靠，具有对准容易的特点，在承受横向载荷时能自锁，主要用于定位，也可用作固定零件，或用来传送动力，多用于经常拆卸的场合。带螺纹的圆锥销可利用旋紧螺母时螺母的向下移动，拔出圆锥销；内螺纹圆锥销用以旋入拔销器，把圆锥销从销孔中取出。这类圆锥销适用于不通孔的销孔或从销孔中很难取出普通圆锥销的场合。

（5）销轴　销轴连接比较松动，装拆方便，常用于零件之间的铰连接。

2.装配方法

（1）开口销和弹性圆柱销　开口销和弹性圆柱销在安装时对孔的精度要求低，不需做特殊处理，安装简单，只需直接插入即可。开口销装入后要将两脚分开，拆卸时，将两脚合拢；弹性圆柱销装入时需轻轻敲入，拆卸时需用较小的器具敲击退出。

（2）圆柱销及带螺纹圆柱销　装配圆柱销和带螺纹圆柱销时，对销孔的尺寸、形状、表面粗糙度要求较高，装配前需铰削，并且被连接件的两孔应同时钻、铰，孔表面粗糙度R_a值应低于1.6μm，以保证连接质量。装配时，应在销表面涂抹机油，用铜棒轻轻打入；拆卸时，用小于销径的器具向外敲出，带螺纹的圆柱销可用拔销器拔出。

（3）圆锥销及带螺纹圆锥销　圆锥销及带螺纹圆锥销装配时，两连接的销孔也应同时钻、铰。钻孔时，按圆锥小头直径选用钻头（圆锥销以小头直径和长度表示规格），用1∶50锥度的铰刀铰孔。铰孔时，用试装法控制孔径，以圆锥销自由插入全长的80%～85%为宜；然后，用手锤轻轻敲入圆锥销，销的大头可稍微露出。带螺纹的圆锥销的大头应在被连接件中，以便拆卸时旋入螺母拔出圆锥销；不带螺纹的圆锥销拆卸时，可从小头向外敲出；带内螺纹的圆锥销拆卸时，可用拔销器拔出。

3.注意事项

（1）装配开口销时，切记要将开口销的两脚分开，以免销子在使用过程中脱落。

（2）弹性圆柱销装配时不宜太松，若发现销孔被磨损，弹性圆柱销失去弹性作用时，应更换大一规格的弹性圆柱销，或将孔扩大一规格后重新配置相应的弹性圆柱销。

（3）圆柱销在装配时，销子表面应将表面涂抹机油，并且，圆柱销不宜多次拆卸，否则会降低定位精度和连接的紧固性。