Общие понятия о машинах и аппаратах.

Машина — это устройство, выполняющее механи­ческое движение с целью преобразования энергии или материалов. В машине сочетаются три основных узла: двигатель, передаточный и исполнительный меха­низмы. Передаточный и исполнительный механизмы часто объединяются в рабочую машину (станок).

Двигатель – устройство, обеспечивающее движение всех других механизмов машины.

Исполнительный (рабочий) механизм – основа рабочей машины. Служит для воздействия на предмет труда и производит в нем необходимые изменения, являющиеся целью обработки.

Передаточный механизм - это связующее звено между двигателем и исполнительным механизмом, ко­торое осуществляет свою функцию путем передачи, регулирования, преобразования и распределения пер­воначального вращательного движения, создаваемого двигателем, и приведения этого движения в работу в соответствии с задачами исполнительного механиз­ма.

Механизмы с непосредственным касанием деталей – фрикционная и зубчатая передача.

Фрикционная передача. Этот передаточный механизм состоит из двух колес, прижатых друг к другу настолько сильно, что при вращении колеса 1 начинает вращаться колесо 2 (в противоположные стороны). Движение, таким образом, передается исключительно благодаря трению между ободами колес. Вместо колес фрикционные передачи могут иметь катки цилиндрической или конической формы, а также диски.

Зубчатая передача представляет собой пару цилиндрических зубчатых колёс или шестерёнок, с помощью которых осуществляется передача вращательного движения с одного вала на другой. Для передачи вращательного движения ведущего вала на вал, расположенный перпендикулярно или под углом к нему, применяют коническую передачу. Для передачи вращения между перекрещивающимися валами применяют червячную передачу. В этом случае на ведущем валу монтируется червяк, а на ведомом – червячное колесо.

 

К передаточным механизмам, преобразующим вра­щательное движение тела в возвратно-поступательное, относятся шатунно-рычажные механизмы: шатунно-кривошипный, эксцентриковый, кулачковый.

Передаточные механизмы с промежуточной гибкой связью: ременная и цепная передача.

Ременные передачи. Втех случаях, когда расстояние между осями двигателя и машины велико, для передачи вращения применяют ременные передачи. Для этой цели на каждую ось накрепко насаживают колеса, называемые шкивами, на которые в свою очередь надевают приводной ремень. Шкив, который передает вращение, называется ведущим, а принимающий вращение - ведомым.

Цепная передача. Передача вращения между параллельными осями может быть осуществлена также при помощи замкнутой (бесконечной) цепи, надетой на снабженные зубьями колеса-звездочки, закрепленные на валах.

 

Аппарат — механическое устройство, предназначен­ное для проведения различных технологических про­цессов. В отличие от машины аппарат не имеет дви­гателя и передаточных механизмов. Примерами аппа­ратов являются фильтры, экстракторы, отстойники и т. п.

Тепловые процессы-

процесс, при котором осуществляется передача тепла от одного вещества к другому. Теплопроводность - процесс распростра­нения тепла между частицами тела, находящимися в соприкосновении. При этом тепловая энергия пере­дается от одной частицы к другой вследствие их ко­лебательного движения, без перемещения друг относи­тельно друга.

Закон Фурье: количество передаваемого тепла Q прямо пропорционально площади поверхности F, разности температур по обе стороны стенки t₁-t₂; времени τи пропорционально толщине стенки δ:

Коэффициент теплопроводности (λ) представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности при разности температур 1˚С на единицу толщины стенки. Коэффициент теплопроводности зависит от свойств материала стенки и ее температуры.

Конвекция - процесс переноса тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости называется конвекцией. Конвективный теп­лообмен происходит одновременно с теплопроводно­стью.

Закон Ньютона: количество тепла Q, перееденное от теплообменной поверхности к окружающей среде или от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена F, разности температур поверхности и окружающей среды (θ_част.=t_ж-t_ст) и времени τ, в течение которого осуществляется теплообмен:

Q = α*F* θ_част* τ

Коэффициент теплоотдачи (α) показывает, какое количество тепла передается от теплообменной поверхности с площадью 1 м² в окружающую среду (или наоборот) в единицу времени при разности их температур в 1 градус. Зависит от характера движения теплоносителя, его скорости, физических свойств, размера и формы поверхности теплообмена.

Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). Лучистая энергия – энергия электромагнитных колебаний с разными длинами волн. Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно чёрными.

Закон Стефана-Больцмана: количество тепла Q абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т:

, где С – коэф лучеиспускания.

 

Сложный теплообмен – тепловой процесс, при котором распространение тепла осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излуче­нием или хотя бы двумя из них.

Q = α(t_w – t_f)F

α – коэф теплоотдачи

t_w – температура теплоотдающей стенки

t_{f –} температура тепловоспринимающей стенки

F – площадь поверхности теплообмена.

Конденсация - переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Конденсация проводится в аппаратах, называемых конденсаторами, в которых пар охлаж­дается холодным теплоносителем и переводится в жид­кое состояние. Конденсация применяется с целью ус­корения процесса выпаривания растворов, а также для улавливания ценных экстрагентов и растворите­лей.

Различают два вида конденсации: поверхностную, при которой конденсирующие пары и охлаждающий агент разделены стенкой, а конденсация паров проис­ходит на ее внутренней или внешней поверхности, и конденсацию смешением, при которой конденсирую­щие пары непосредственно соприкасаются с охлаж­дающим агентом.