機械設(shè)計基礎(chǔ)教案7

機械設(shè)計基礎(chǔ)教案7436228942

使用教材：機械設(shè)計基礎(chǔ)多媒體CAI教學(xué)教材

編者：王春香等

主講：韓利

聯(lián)系電話：5951633/p>

總學(xué)時：72

第一篇總論

第1章機械設(shè)計基礎(chǔ)概論

【本章提示】

1、介紹機器、機構(gòu)、機械、零件、部件等概念，明確本課程的研究對象、研究內(nèi)容與任務(wù)。

2、闡明機械設(shè)計的基本要求及通常程序。

3、扼要介紹零件設(shè)計的基本知識。

1.1本課程研究的對象、內(nèi)容與任務(wù)

1.1.1基本概念

L機器、機構(gòu)及機械

機械：機器與機構(gòu)的總稱。

機器：一種能實現(xiàn)確定的機械運動，又能做有用的機械功或者完成能量、物料與信息轉(zhuǎn)換或

者傳遞的裝置。

機構(gòu)：能傳遞運動與動力或者改變運動與動力參數(shù)、運動形式的機械傳動裝置

2.機器所具有的特征:

1.它們是人為的實物組合；

2.它們各部分之間具有確定的相對運動；

3.它們用來代替或者減輕人類的勞動去完成有用的機械功或者轉(zhuǎn)換能量。

3.機器的構(gòu)成:

原動機（動力部分）、工作部分、傳動部分與操縱操縱部分。

4.機器的分類（按用途的不一致）:

1.動力機器：實現(xiàn)其他形式的能量與機械能之間的變換（如電動機）。

2.工作機器：做機械功或者搬運物體（如軋鋼機）。

3.信息機器：作信息獲取或者變換。

5.機構(gòu)所具有的特征:

1.它們是人為的實物組合；

2.它們各部分之間具有確定的相對運動；

6.機器與機構(gòu)的關(guān)系:

機器是由一個或者若干個機構(gòu)構(gòu)成的。

7.零件與部件

零件：機器中不可拆卸的制造單元。（如齒輪）

部件；將完成共同任務(wù)的一組協(xié)同工作的零件分別裝配與制造成的一個組合體。（如滾動軸承）

常用機構(gòu)：各類機械中普遍使用的機構(gòu)。（如齒輪機構(gòu)）

通用零件：在各類機器中都普遍使用的機械零件。（如螺栓）

專用零件：只在某些特定類型的機器中使用的零件。（起重機的吊鉤）

1.1.2本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)

1.內(nèi)容以通常工況條件下的常用機構(gòu)與通用機械零、部件為研究對象，以它們的工作原理、

運動特征、結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計、選用與計算方法等為研究內(nèi)容。

2.性質(zhì):重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。

3.任務(wù)：

1.培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想與制造性思維方法，熟悉與貫徹國家的技術(shù)經(jīng)濟政策與法規(guī)。

2.熟悉常用機構(gòu)與通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點與應(yīng)用場合。

3.掌握通用零部件的選用與設(shè)計的基本方法，初步具有正確運用各類標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖

冊、CAD及網(wǎng)絡(luò)信息等工程技術(shù)資料，設(shè)計簡單機械傳動裝置的能力。

4.適當(dāng)熟悉機械設(shè)計的革新與進展，擴大學(xué)生的視野，使所學(xué)知識具有的時候代氣息。

1.2機械設(shè)計的基本要求及通常程序

機械設(shè)計是為了實現(xiàn)機器的某些特定功能要求而進行的制造過程，它能夠開發(fā)制造出新

產(chǎn)品，或者對現(xiàn)有機械局部進行創(chuàng)新改革。概括地說，就是設(shè)計人員按照所設(shè)計的機械需要

具備的功能，運用設(shè)計理論、方法與技能，通過制造性思維與實踐活動，把該機械的系統(tǒng)及

其零部件的參數(shù)與具體結(jié)構(gòu)用圖紙與文字（實物或者電子手段）等技術(shù)文件表達出來。

1.2.1機械設(shè)計的基本要求

1.使用要求

2.可靠性與安全性要求

3.經(jīng)濟性要求

4.其他要求

1.2.2機械設(shè)計的通常程序

1.規(guī)劃與準(zhǔn)備階段

2.方案設(shè)計階段

3.技術(shù)設(shè)計階段

4.試驗分析階段

1.3機械零件設(shè)計的基本知識

1.3.1機械零件設(shè)計的基本知識

1.美宓：由于某些原因不能在既定的工作條件與使用期限內(nèi)正常工作；即喪失工作能力或者

達不到設(shè)計功能的現(xiàn)象。

2.工作能力：在不發(fā)生失效的形式下，零件所能安全工作的限度。

3.機械零件的要緊失效形式:

1、斷裂：疲勞斷裂、過載斷裂；

2、表面失效：疲勞點蝕、膠合、磨損、壓潰、腐蝕；

3.過量變形：塑性變形

4.破壞正常工作條件而引起的失效。

1.3.2機械零件的工作能力計算準(zhǔn)則.

1、強度：零件抵抗整體斷裂、塑性變形與表面失效的能力。

。(0)TW(T)

。：最大計算正應(yīng)力(MPa),T：最大計算剪應(yīng)力(MPa)

(。)：許用正應(yīng)力：(MPa),(t)：許用剪應(yīng)力(MPa)

2、剛度:零件受載后抵抗彈性變形的能力。

fW(f)

f：零件工作時的廣義變形，包含撓度、偏轉(zhuǎn)角、扭轉(zhuǎn)角

(f)：零件工作時的廣義許用變形。

3、勵瘴性：指做相對運動的零件工作表面抵抗磨損的能力。

1)磨損的過程

(1)磨合磨損階段

(2)穩(wěn)固磨損階段

(3)劇烈磨損階段

2)磨損的類型

磨粒磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損。

3)耐磨性計算

pW(p)

p：零件工作表面的壓強(MPa)

(ph零件工作表面的許用壓強(MPa)

pvW(pv)

4、振動穩(wěn)固性

1.3.3機械零件設(shè)計的通常步驟

八選擇材料

2、擬定計算簡圖

3、工作能力計算

4、機構(gòu)設(shè)計

5、繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件

1.3.4機械零件的標(biāo)準(zhǔn)化

1.4機械零件的強度

1.4.1載荷與應(yīng)力：

八載荷及其分類.

(1)靜載荷：不隨時間變化，變化緩慢，變化幅度很小

動載荷：隨時間作周期性或者非周期性變化的載荷

(2)名義載荷：根據(jù)名義功率與轉(zhuǎn)速計算的；

計算載荷：載荷系數(shù)與名義載荷的乘積；

2、應(yīng)力及其分類

(1)靜應(yīng)力：不隨時間變化的或者變化緩慢的應(yīng)力；

變應(yīng)力：隨時間顯著變化的應(yīng)力；

(2)名義應(yīng)力：用名義載荷計算出的應(yīng)力；

計算應(yīng)力：用計算載荷計算出的應(yīng)力；

1.4.2許用應(yīng)力

1.4.3機械零件的靜強度

1.4.4機械零件的疲勞強度

1.4.5機械零件的接觸強度與擠壓強度。

1.5機械零件的材料與選用原則

1.5.1機械零件的材料

1、剛：碳素鋼、合金鋼

2、鑄鐵：

3、有色金屬合金：

4、其他材料:

1.5.2零件材料先用原則

1、使用要求

2、制造工藝要求

3、經(jīng)濟要求。

第3章平面機構(gòu)的構(gòu)成與運動簡圖

【本章提示】

1.從運動學(xué)觀點介紹與機構(gòu)有關(guān)的若干基本概念，如構(gòu)件、運動副、自由度等。

2.說明平面機構(gòu)的構(gòu)成、自由度的計算及其意義與機構(gòu)具有確定運動的條件。

3.闡明如何將具體的機械抽象成簡單的運動學(xué)模型，即如何繪制機構(gòu)運動簡圖。

3.1平面機構(gòu)的構(gòu)成

機構(gòu)的功用:傳遞運動與動力或者改變運動形式、運動軌跡、實現(xiàn)預(yù)期的機械運動。

機構(gòu)分為平面機構(gòu)與空間機構(gòu)。

3.1.1構(gòu)件

1、構(gòu)件及其分類：

構(gòu)件：機構(gòu)運動的最小單元體

(1)原動件：機構(gòu)中按外界給定的運動規(guī)律獨立運動的活動構(gòu)件

(2)從動件：隨原動件的運動而運動的其余活動構(gòu)件

(3)機架：用來支撐活動構(gòu)件的固定構(gòu)件

2、構(gòu)件的自由度：一個做平面運動的構(gòu)件有三個自由度

即沿X、Y軸的移動與繞點K的轉(zhuǎn)動。

3.1.2運動副及其分類

1、運動副：兩構(gòu)件直接接觸而又能同意彼此產(chǎn)生相對運動的可動聯(lián)接。

2、運動副的分類

1)低副：以面接觸構(gòu)成的運動副

(1)回轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件只能在同一平面內(nèi)工作相對的轉(zhuǎn)動

回轉(zhuǎn)副：固定較鏈：有一個構(gòu)件是固定的

活動錢鏈：兩個構(gòu)件均是活動的。

回轉(zhuǎn)副引入了兩個約束，保留了一個自由度

(2)移動副：兩構(gòu)件只能沿某一軸線作相對移動

移動副也引入了兩個約束，保留了一個自由度

2)高副：以點或者線接觸構(gòu)成的運動副

高副引入了一個約束，保留了兩個自由度

3.2平面機構(gòu)的運動簡圖

機構(gòu)運動簡圖：把與實際機構(gòu)運動無關(guān)系的因素拋開，僅用運動副規(guī)定的簡單符號與代表

構(gòu)件的簡單線條，按一定比例定出各運動副的位置，畫出的表示機構(gòu)各構(gòu)件之間相對運動

關(guān)系的簡單圖形。

3.2.1構(gòu)件與運動副的表示方法

3.2.2平面機構(gòu)運動簡圖的繪制

3.3平面機構(gòu)的自由度

3.3.1平面機構(gòu)自由度的計算

機構(gòu)的自由度：機構(gòu)相關(guān)于機架具有的獨立運動數(shù)目

N：構(gòu)件數(shù)n：活動構(gòu)件數(shù)n=N-l

PL：低副PH：高副F：機構(gòu)的自由度

F=3n一2PL一PH

機構(gòu)的自由度取決于活動構(gòu)件的數(shù)目與構(gòu)件間運動副的類型與數(shù)目。

3.3.2機構(gòu)具有確定運動的條件

F=0沒有運動的可能性而不是機構(gòu)

F=3n-2P-P=3X2-2X3-0=0

F=1且有一個原動件，機構(gòu)具有確定的運動

F=3n-2P-P=3X3-2X4-0=1

F=2有一個原動件，機構(gòu)無確定的運動

F=2有兩個原動件，機構(gòu)有確定的運動

F=3n-2P-P=3X4-2X5-0=2

機構(gòu)具有確定運動的條件,(1)F>0(2)F等于原動件個數(shù)

自由度的計算的意義在于自由度數(shù)目就標(biāo)志著機構(gòu)需要的原動件的數(shù)目，即輸入獨立運動

的數(shù)目，當(dāng)F小于原動件個數(shù)時，機構(gòu)就會卡死或者損壞，當(dāng)F大于原動件個數(shù)時，機構(gòu)

將會出現(xiàn)運動不確定狀態(tài)，只有當(dāng)F等于原動件個數(shù)時，機構(gòu)的運動才完全確定。

3.3.3計算機構(gòu)自由度的注意事項

1、復(fù)合較鏈：兩個以上的構(gòu)件在同一處用回轉(zhuǎn)副相聯(lián)接；

處理：A處有K個構(gòu)件，則有(K-1)個回轉(zhuǎn)副

2、局部自由度：機構(gòu)中某些構(gòu)件的局部獨立運動并不影響其他構(gòu)件的運動。

處理：將局部自由度預(yù)先排除

3、虛約束：對機構(gòu)運動不起實際約束效果的重復(fù)約束

處理：虛約束須除去不計

第二篇常用機構(gòu)

第4章平面連桿機構(gòu)

【本章提示】

1.通過錢鏈四桿機構(gòu)，系統(tǒng)介紹平面四桿機構(gòu)的基本類型及其判別法、應(yīng)用與基本特性。

2.討論錢鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件、演化方法、演化類型及其應(yīng)用。

3.說明平面四桿機構(gòu)的運動設(shè)計方法。

4.1概述

平面連桿機構(gòu):所有構(gòu)件都用低副聯(lián)接構(gòu)成的平面機構(gòu)。

1.平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點:

1）低副---面接觸----壓強小----磨損輕----圓柱面、平面----制造簡單----加工精度高。

2）易于實現(xiàn)基本運動形式之間的轉(zhuǎn)換。

3）可使從動件實現(xiàn)多種形式的運動。

2.平面連桿機構(gòu)的缺點:

1）運動傳遞線路長，低副磨損后間隙不易消除，運動累計誤差較大。

2）不宜要求從動件精確實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律。

3.平面四桿機構(gòu):具有4個構(gòu)件的連桿機構(gòu)。

4.2較鏈四桿機構(gòu)類型及應(yīng)用

錢鏈四桿機構(gòu):四桿機構(gòu)的運動副都是回轉(zhuǎn)副

機架:固定不動的桿。

連桿:不與機架直接相聯(lián)而作復(fù)雜平面運動的桿。

連架桿:與機架直接相聯(lián)的桿。

曲柄：能夠繞各自的回轉(zhuǎn)副中心作整圓回轉(zhuǎn)運動的連架桿。

整軸副:相鄰兩桿能作相對整周回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)副。

搖桿:只能在小于360°范圍內(nèi)擺動的連架桿。

根據(jù)兩個連架桿是否為曲柄可將其分為三種型式：

4.2.1曲柄搖桿機構(gòu)

兩連架桿：一個是曲柄，另一個是搖桿

連續(xù)轉(zhuǎn)動一一往復(fù)擺動

4.2.2雙曲柄機構(gòu)

兩連架桿都是曲柄

兩曲柄不等長：等速轉(zhuǎn)動一＞變速轉(zhuǎn)動

4.2.3雙搖桿機構(gòu)

兩連架桿都是搖桿

擺動一-?擺動

4.3鏈接四桿機構(gòu)曲柄存在條件

八曲柄存在條件

欲使AB桿---??曲柄

務(wù)必使BC桿與CD桿不能重合為一直線一-?即B、C、D三點不能共線一--BCD始終保持

為一個三角形。

三角形存在的條件：兩邊之與大于第三邊。

錢鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件:

桿長條件：最短桿與最長桿長度之與不大于其他兩桿長度之與。

最短桿條件：最短桿是連架桿或者機架。

2、錢鏈四桿機構(gòu)類型的判定

1)在滿足桿長條件時

(1)最短桿為機架是雙曲柄機構(gòu)

(2)最短桿的對桿為機架式雙搖桿機構(gòu)

(3)最短桿的鄰桿為機架式曲柄搖桿機構(gòu)

2)不滿足桿長條件時，不論取哪一桿為機架，只能得到雙搖桿機構(gòu)

4.4錢鏈四桿機構(gòu)的演化

4.3.1轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副

單移動副機構(gòu)一一對心式曲柄滑塊機構(gòu)、偏置式曲柄滑塊機構(gòu)

兩個移動副的四桿機構(gòu)：

正弦機構(gòu)：

正切機構(gòu)：

雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)：

雙滑塊機構(gòu)：

4.3.2擴大的轉(zhuǎn)動副一一偏心輪機構(gòu)

4.3.3選取不一致的構(gòu)件為機架

1、曲柄搖桿機構(gòu)

2、對心曲柄滑塊機構(gòu)

(1)導(dǎo)桿機構(gòu)---取1為機架

轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

(2)搖塊機構(gòu)---取2為機架

(3)定塊機構(gòu)---取3為機架

4.5平面四桿機構(gòu)的基本特征

4.5.1急回運動

1、極位夾角：搖桿在兩個極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角

擺角：搖桿在兩個極限位置間的夾角

2、急回運動與行程速比系數(shù)

急回運動：曲柄作等速轉(zhuǎn)動，搖桿作變速擺動。

行程速比系數(shù)：K=V2/V1

0越大，K也越大，急回特性越明顯。

4.5.2傳力性能

1、壓力角與傳動角

壓力角：該點力的方向與其作用點的速度方向所夾的銳角。

壓力角越小，有效分力就越大，機構(gòu)傳力性能越好。

傳動角：壓力角的余角，傳動角越大，機構(gòu)傳力性能越好。

2、最小傳動角的確定

最小傳動角：一定出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩位置之一

4.5.3死點

在曲柄搖桿機構(gòu)中，取搖桿為原動件，在連桿與曲柄共線的兩位置將出現(xiàn)傳動角丫=0°,

力的作用線通過回轉(zhuǎn)中心，不管力多大，都不能使曲柄傳動。

4.6平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

平面四桿機構(gòu)的設(shè)計：根據(jù)給定的運動條件選定機構(gòu)的型式，確定機構(gòu)的運動尺寸。

解決問題

(1)實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律

(2)實現(xiàn)預(yù)定的軌跡

設(shè)計方法:圖解法、解析法、實驗法。

4.6.1圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)

1、按照給定連桿的位置設(shè)計四桿機構(gòu)

2、按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)

1)導(dǎo)桿機構(gòu)：

2)曲柄搖桿機構(gòu)

4.6.2解析法設(shè)計平面四桿機構(gòu)

首先建立方程式，然后根據(jù)已知參數(shù)對方程求解。

4.6.3實驗法設(shè)計四桿機構(gòu)

利用各類模型、模板、線圖等，通過反復(fù)實驗湊出能近似滿足要求的機構(gòu)的設(shè)計方法。

第6章齒輪機構(gòu)

【本章提示】

i.概述齒輪機構(gòu)類型、特點與傳動的基本要求。

2.探討齒廓嚙合基本定律、漸開線齒廓的形成原理、性質(zhì)與傳動特點。

3.通過直齒圓柱齒輪機構(gòu)闡明齒輪嚙合的基本規(guī)律、傳動參數(shù)、幾何尺寸計算與切齒原理等,

在此基礎(chǔ)上研究斜齒圓柱齒輪機構(gòu)、圓錐齒輪機構(gòu)與蝸桿機構(gòu)。

6.1概述

傳動原理:靠一對齒輪的輪齒相互嚙合來傳遞空間任意兩軸之間的運動與動力。

6.1.1齒輪機構(gòu)的傳動特點

優(yōu)點：傳遞的功率大、速度范圍廣、效率高、工作可靠、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、能保證恒定的

瞬時傳動比。

缺點：制造與安裝精度要求高、成本高、不宜用于兩軸之間距離較大的傳動。

6.1.2齒輪機構(gòu)的類型

按照一對齒輪軸線間的相互位置、齒向與嚙合情況，能夠分為：

1.平面齒輪機構(gòu)（兩軸線平行）；

1）軸線平行：直齒圓柱齒輪機構(gòu)、斜齒圓柱齒輪機構(gòu)、人字齒圓柱齒輪機構(gòu)

2）兩齒輪嚙合情況：外嚙合齒輪機構(gòu)、內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)、齒輪與齒條機構(gòu)

2.空間齒輪機構(gòu)（兩軸線不平行）；

1）相交軸圓錐齒輪機構(gòu)：直齒、斜齒

2）交錯軸齒輪機構(gòu)：交錯軸斜齒輪機構(gòu)、蝸桿機構(gòu)

3.按輪齒的齒廓曲線形狀：漸開線、擺線、圓弧齒輪。

6.1.3對齒輪機構(gòu)傳動的基本要求

1、傳動準(zhǔn)確、平穩(wěn)

2、強度高，承載能力強

6.2齒廓嚙合基本定律

6.2.1一對齒輪的傳動比

傳動比：主動輪1與從動輪2的角速度之比，即il2=31/32

6.2.2齒廓嚙合基本定律

齒廓嚙合基本定律：相互嚙合傳動的一對齒輪，在任一位置時的傳動比，都與其連心線0Q2

被其嚙合齒廓在接觸點處的公法線所分成的兩段成反比

節(jié)圓：過節(jié)點所作的圓。

中心距：兩齒輪節(jié)圓半徑之與。

6.2.3共胡齒廓

凡滿足齒廓嚙合基本定律而相互嚙合的一對齒輪的齒廓。

漸開線、擺線、圓弧線

6.3漸開線齒廓

6.3.1漸開線的形成與特性

1、漸開線的形成

當(dāng)一直線1沿半徑是rb的圓周作純滾動時，該直線上任一點K的軌跡AK稱之該圓的漸開線。

半徑為Fh的圓稱之基圓；

直線1則稱之漸開線的發(fā)生線；

漸開線齒輪的齒廓就是由在同一基圓上產(chǎn)生的兩條對稱的漸開線構(gòu)成。

2、漸開線齒廓的特性

1）發(fā)生線沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的弧長；

2）漸開線上各點的法線必與基圓相切，基圓的切線必為漸開線某點的法線；

3）漸開線上各點的壓力角的大小不一致，離基圓越遠，壓力角越大；

4）漸開線的形狀取決于基圓的大小

5）基圓以內(nèi)無漸開線

6.3.2漸開線齒廓的嚙合特點

1、漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律，能夠?qū)崿F(xiàn)定傳動比要求

兩基圓的內(nèi)公切線一一法線一一不發(fā)生變化一一有固定的點一一節(jié)點C

2、中心距具有可分性

一對漸開線齒輪制成后，其基圓便已確定.

中心距的可分性：中心距稍有變化，不改變其瞬時傳動比的大小

3、傳遞壓力的方向不變

1）嚙合線是一直線

嚙合線：兩齒廓接觸點在固定平面的軌跡

直線N,N2一一嚙合線一一兩圓的內(nèi)公切線一一法線為同一直線

W、N,是理論上的兩個極限嚙合點

2）嚙合角與傳力方向不變

嚙合角：嚙合線N|N2與過節(jié)點的兩輪節(jié)圓公切線tt之間所夾的銳角

嚙合過程中一一嚙合角將始終保持不變一一壓力方向不變

四線合一：嚙合線、過嚙合點的公法線、基圓的內(nèi)公切線、法向壓力的作用線。

6.4漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的要緊參數(shù)與基本尺寸計算

6.4.1齒輪各部分的名稱及代號

1、齒頂圓與齒根圓

齒頂圓：輪齒齒頂圓柱面所確定的圓。

齒根圓：輪齒齒槽底部圓柱面所確定的圓。

2、齒厚、齒槽寬與齒距

齒厚：齒輪任意圓周dK上一個輪齒的兩側(cè)齒廓間的弧長。

齒槽寬：齒輪任意圓周dK上一個齒槽的弧長。

齒距：在端平面上，任意圓周上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的弧長。

在齒輪的同一圓周上，齒距等于齒厚與齒槽寬之與。

3、分度圓與基圓

分度圓：為了便于設(shè)計、制造與互換使用，在齒輪的頂圓與根圓之間取一度量齒輪尺寸的基

準(zhǔn)圓，將此基準(zhǔn)圓上的PK/口值規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，壓力角aK也取為標(biāo)準(zhǔn)值，該圓則稱之分度圓。

4、齒頂高、齒根高、全齒高

齒頂高：齒頂圓與分度圓之間的徑向距離。

齒根高：齒根圓與分度圓之間的徑向距離。

全齒高：齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離。

5、齒寬與齒面

齒寬：齒輪輪齒軸向?qū)挾取?/p>

齒面：位于齒頂曲面與齒根曲面間的輪齒側(cè)表面。

6.4.2齒輪的要緊參數(shù)

1、模數(shù)

模數(shù)：分度圓齒距與n的比值

分度圓直徑：d=mZ

M越大，p也越大，承載能力越強。

m已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化表6-1,優(yōu)先選用第一系列，括號內(nèi)的盡量不用。

2、壓力角

分度圓上齒廓的壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值

漸開線的形狀由模數(shù)、壓力角與齒數(shù)決定，最基本的參數(shù)。

3、齒頂高系數(shù)與頂隙系數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)齒輪：模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)與頂隙系數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)值，且分度圓上的齒厚等于齒槽

寬的齒輪。

6.4.3漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的基本尺寸計算

1、外齒輪的幾何尺寸計算（表6—2）

2、公法線長度與分度圓弦齒厚（自學(xué)）

6.5漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動

6.5.1一對齒輪的正確嚙合條件

當(dāng)前一對齒輪嚙合分離后,后續(xù)的齒對已接替進入嚙合。

相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿法線的距離應(yīng)相等

兩輪的法向齒輪相等是一對齒輪相嚙合的正確條件

mi=m2=mai=a2=a

ii2=Z2/Zi

6.5.2一對齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距

標(biāo)準(zhǔn)安裝：分度圓與節(jié)圓重合，保證無側(cè)隙安裝。

分度圓與壓力角，單個齒輪所具有的參數(shù)。

節(jié)圓與嚙合角：對齒輪副而言，安裝以后才具有的參數(shù)，與安裝中心距有關(guān)。

6.5.3一對齒輪的連續(xù)傳動條件

輪1為主動，輪2為從動

嚙合的始點A：從動輪的齒頂圓與嚙合線的交點A；

嚙合的終點E：主動輪的齒頂圓與嚙合線的交點E

AE是一對齒廓嚙合點的實際軌跡，即實際嚙合線段。

連續(xù)傳動的條件：AE2Pb

重合度：實際嚙合線與基圓齒距的比值。

重合度越大，參與嚙合的齒對數(shù)就越多，傳動就越平穩(wěn)，每對輪齒承受的載荷就越小。

6.6漸開線齒廓的切齒原理

6.6.1仿形法

仿形法是利用與齒輪齒槽形狀相同的銃刀（盤形與指狀），通過普通銃床直接在輪坯上加工出

漸開線齒形。

1、切削運動：銃刀繞自己的軸線。。回轉(zhuǎn)，同時，輪坯沿其軸線方向送進，以便切出整個齒

寬；

2、分度運動：銃完一個齒槽之后，輪坯退回原處，分度頭將它轉(zhuǎn)過360°/Z的角度，再銃第

二個齒槽。

特點：成本低，加工簡便

精度低，生產(chǎn)效率低，適用于單件小批量生產(chǎn)

6.6.2范成法

范成法：利用一對齒輪相嚙合時，其共甄齒廓互為包絡(luò)線的原理來切出漸開線齒形。

1、齒輪插刀：

1）范成運動：模仿一對齒輪做緩慢的定傳動比回轉(zhuǎn)運動

2）切削運動：插刀沿齒寬方向所做的往復(fù)運動

3）進給運動：插刀的徑向進給運動

2、齒條插刀

3、齒輪滾刀

6.7漸開線齒廓的根切現(xiàn)象，最少齒數(shù)與變位齒輪

6.7.1根切現(xiàn)象與最少齒數(shù)

1、根切現(xiàn)象：用范成法加工齒數(shù)較少的標(biāo)準(zhǔn)齒輪時，當(dāng)?shù)毒叩凝X頂線（或者齒頂圓）超過嚙

合極限點Ni時，將會切去輪齒根部的一部分漸開線齒廓，這一現(xiàn)象成為輪齒的個別切。

問題:抗載能力降低,傳動平穩(wěn)性變差

2、最少齒數(shù)：加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時不發(fā)生根切的齒數(shù)極限值

條件:Zmi?^17

6.7.2變位齒輪簡介

1、標(biāo)準(zhǔn)齒輪的優(yōu)缺點

優(yōu)點：設(shè)計簡便，互換性好

缺點：1）被切齒輪的齒數(shù)受限，否則出現(xiàn)根切

2）不適合實際中心距W標(biāo)準(zhǔn)中心距

3）大小齒輪的承載能力不一致

2、變位齒輪：通過改變刀具與齒坯相對位置后切制出來的齒輪.

xm：變位量。由切削標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置移動的距離

x：變位系數(shù)

變位后的齒輪，在分度圓上齒厚與齒槽寬不等

x>0正變位正變位齒輪

x<0負變位負變位齒輪

變位齒輪的特點：

1）變位齒輪的模數(shù)與壓力角不變，定傳動比的性質(zhì)不變

2）齒厚、齒槽寬、齒頂圓、齒根圓、齒根高都發(fā)生變位

6.8平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)

端面:垂直于其軸線的平面

直齒輪漸開面的形成:發(fā)生平面S在基圓柱上作純滾動，平面S上與母線平行的直線KK在

空間形成的漸開面。

直齒輪傳動的缺點:平穩(wěn)性較差，易產(chǎn)生振動與沖擊

6.8.1斜齒圓柱齒輪齒面的形成及特點

斜齒輪漸開面的形成：發(fā)生平面S在基圓柱上作純滾動，平面S上與母線不平行的斜直線KK

在空間的軌跡形成的漸開面。

基圓柱螺旋角：KK與其圓柱母線所夾的銳角

特點：傳動平穩(wěn)，振動噪聲小，適合高速承載傳動

6.8.2斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)與尺寸

1、基本參數(shù)：

1）螺旋角：分度圓柱面上的螺旋角

斜齒輪按輪齒傾斜方向：分為左旋、右旋

2）齒距與模數(shù)

3）壓力角：

4）齒頂高系數(shù)與頂隙系數(shù)

國標(biāo)規(guī)定：法面參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值

2、幾何尺寸計算

一對斜齒輪的嚙合從端面來看，相當(dāng)于一對直齒輪的嚙合；

斜齒輪的中心距與螺旋角8有關(guān)

6.8.3斜齒圓柱齒輪機構(gòu)的正確嚙合條件與重合度

1、正確嚙合條件：mni=mn2=ma?i=an2=a3i=-32

2、重合度

直齒：e

斜齒：￡=￡,+￡R

端面重合度￡t

軸向重合度eB

特點：重合度增大，且隨齒寬b與輪齒的傾斜程度的增大而增大。

運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，承載能力高，產(chǎn)生軸向力。

6.8.4斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒輪與當(dāng)量齒數(shù)

以P為分度圓半徑，以斜齒輪的法向模數(shù)*為模數(shù)，取壓力角a為標(biāo)準(zhǔn)壓力角作一假想的直

齒圓柱齒輪，則其齒形與斜齒輪的法面齒形相近，此直齒輪稱斜齒輪的當(dāng)量齒輪。

斜齒輪的最少不根切齒數(shù)：17cos3B

6.9圓錐齒輪機構(gòu)

6.9.1概述：

圓錐齒輪用于傳遞兩相交軸間的運動與動力。

兩軸間的交角2=90°

圓錐齒輪的輪齒均布在一個截錐體上，由大端到小端逐步變小。

單個圓錐齒輪：基圓錐，分度圓錐、齒頂圓錐、齒根圓錐。

相互嚙合的一對圓錐齒輪機構(gòu)有節(jié)圓錐

圓錐齒輪傳動，一對錐頂重合的節(jié)圓錐在作純滾動

理論齒廓應(yīng)是球面漸開線。

6.9.2直齒圓錐齒輪齒面的形成原理

一個圓心與基圓錐錐頂O相切的圓平面(發(fā)生面)S沿基圓錐作純滾動時，S上任一條與基

圓錐母線OA相切的徑向直線OK上的點K在空間展出一條以錐距R為半徑的球面漸開線

AK,該曲面能滿足定傳動比要求。

6.9.3直齒圓錐齒輪的背錐與當(dāng)量齒數(shù)

1、背錐

便于研究，取背錐代替圓錐

2、當(dāng)量齒輪與當(dāng)量齒數(shù)

將背錐展開成平面，則成為兩個扇形齒輪，將它們補足為完整的圓錐齒輪，此圓錐齒輪稱之

原齒輪的當(dāng)量齒輪，此齒輪的齒數(shù)稱之當(dāng)量定數(shù)。

(1)正確嚙合條件：大端模數(shù)與壓力角分別相等，且錐距也分別相等。

(2)一對直齒圓錐齒輪機構(gòu)的傳動比：

(3)直齒圓錐齒輪不根切的最少齒數(shù)：

6.9.4直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)與幾何尺寸計算

1、基本參數(shù)

大端模數(shù)，壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值；大端齒頂高系數(shù)與頂隙系數(shù)分別為1與0.2

2、幾何尺寸計算

￡=90°且節(jié)圓錐與分度圓錐重合。

不等頂隙收縮齒圓錐齒輪，齒頂圓錐、齒根圓錐、分度圓錐錐頂

等頂隙收縮齒圓錐齒輪，齒根圓錐與分度圓錐共錐頂，但齒頂圓錐并不與分度圓錐共錐頂。

6.10蝸桿機構(gòu)

6.10.1蝸桿蝸輪的形成

蝸桿機構(gòu)用于實現(xiàn)兩交錯軸間的傳動，通常兩軸交錯角Z=90°。

蝸桿與蝸輪的形成：

在蝸桿傳動中，常以蝸桿為原動件作減速運動。

蝸桿輪齒的旋向有左旋與右旋之分，常用的是右旋蝸桿。

6.10.2蝸桿機構(gòu)的類型

1、根據(jù)蝸桿的外形

圓柱蝸桿機構(gòu)：制造簡單，應(yīng)用廣泛；

環(huán)面蝸桿機構(gòu)：潤滑狀態(tài)好，效率較高；

錐蝸桿機構(gòu)：嚙合性能好，承載能力大，效率高。

2、圓柱蝸桿機構(gòu)的分類

普通圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿

3、普通圓柱蝸桿

阿基米德蝸桿漸開線蝸桿延伸漸開線蝸桿與錐面包絡(luò)蝸桿。

6.10.3圓柱蝸桿機構(gòu)的要緊參數(shù)

中間平面：垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面

在中間平面,蝸桿與蝸輪的嚙合等同于漸開線齒輪與齒條的嚙合

在蝸桿傳動中,以中間平面上的基本參數(shù)與尺寸計算為基準(zhǔn)

1、模數(shù)與壓力角

正確嚙合條件

2、蝸桿分度圓直徑與蝸桿直徑系數(shù)

3、傳動比i,蝸桿頭數(shù)z,蝸輪齒數(shù)

4、蝸桿分度圓柱上螺旋線的導(dǎo)程角入

5、中心距

6.10.4圓柱蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算

6.10.5蝸桿機構(gòu)的特點

1、傳動比大，零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊；

2、傳動平穩(wěn)，嚙合的齒對數(shù)多，噪聲低；

3、具有自鎖性，蝸桿為原動件，機構(gòu)自鎖；

4、傳動效率低，摩擦大；

5、制造成本高；

第三篇聯(lián)接與螺旋傳動

第8章聯(lián)接

【本章提示】

1.全面介紹螺紋聯(lián)接的類型、結(jié)構(gòu)、性能、使用場合與設(shè)計計算。

2.概述鍵、花鍵、銷聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、特點、選擇，及其強度計算。

聯(lián)接:動聯(lián)接：錢鏈

靜聯(lián)接：焊接

靜聯(lián)接可拆聯(lián)接：不需損壞聯(lián)接中的任一零件；如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等。

不可拆聯(lián)接：不損壞聯(lián)接中的謀一部分就不能拆開的聯(lián)接；如焊接、鉀接、膠接等。

8.1螺紋

8.1.1螺紋的類型與應(yīng)用

將一傾斜角為x的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。

使一平面圖形（如三角形、矩形）沿著螺旋線運動，運動過程中此圖形始終通過圓柱體的軸

線，因此便形成螺紋。

按照平面圖形的形狀：

三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋

按照螺旋線的旋向：

左旋螺紋、右旋螺紋

按照螺旋線的數(shù)目：

單線螺紋、等距排列的多線螺紋

按照螺紋加工的位置

外螺紋、內(nèi)螺紋

按照螺紋的作用：

聯(lián)接螺紋、傳力螺紋

按照螺紋的母體形狀

圓柱螺紋、管螺紋

8.1.2螺紋的要緊參數(shù)

1、大徑d：與外螺紋牙頂（內(nèi)螺紋牙底）相重合的假想圓柱面的直徑，即公稱直徑

2、小徑di：與外螺紋牙底（內(nèi)螺紋牙頂）相重合的假想圓柱面的直徑，強度計算中用作危險

截面直徑的計算直徑。

3、中徑d2：外、內(nèi)螺紋的牙厚與牙間相等的圓柱直徑

4、螺距P：螺紋相鄰兩牙對應(yīng)點間的軸向距離

5、導(dǎo)程S：同一螺旋線上相鄰兩牙對應(yīng)點間的軸向距離

S=nPn：螺紋線數(shù)

6、螺紋升角入：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。

7、牙型角a：螺紋軸向截面中，螺紋牙型兩側(cè)邊間的夾角；

牙側(cè)角B：螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角

8.2螺旋副的受力分析、自鎖與效率

8.2.1矩形螺紋

受力：滑塊沿斜面運動

上升

軸向力Q——外力水平力F一—驅(qū)動力滑塊沿斜面等速上升

F=Qtan（入+p）

下降

F=Qtan（X—p）

說明：

當(dāng)入〉P,在力Q的作用下，滑塊有加速下滑的趨勢，為使滑塊等速下滑，務(wù)必施加一個

向右（反方向）的水平力F。

當(dāng)入VP時，F(xiàn)為負，為使滑塊勻速下滑，務(wù)必在滑塊上施加一個向左的水平力F,如今F

是驅(qū)動力

說明：Q不管多大，如不施加驅(qū)動力E滑塊不可能下滑-->自鎖

8.2.2非矩形螺紋

自鎖條件：入WP'

螺旋副的效率：

當(dāng)人不變，B越大，效率越低。

矩形螺紋效率最高，其次鋸齒形螺紋、梯形螺紋，三角形螺紋效率最低。

8.3機械制造常用螺紋

機械制造常用的三角形螺紋、梯形螺紋與鋸齒形螺紋在我國均已標(biāo)準(zhǔn)化。

8.3.1三角形螺紋一一用于聯(lián)接

1.三角形螺紋

1）普通螺紋一一緊固

粗牙螺紋：螺距最大

細牙螺紋：其余螺距，

2）管螺紋一一有密封要求

非螺紋密封的管螺紋

螺紋密封的管螺紋

米制錐管紋

8.3.2梯形螺紋與鋸齒形螺紋

摩擦小、效率高一一用于傳動

梯形螺紋一一對稱牙型一一錐面貼緊一一不易松動一一工藝性好一一牙根強度高一一對中性

好

鋸齒形螺紋一一外對稱一一便于對中一一只能用于單向受力

8.4螺紋聯(lián)接的基本類型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件

8.4.1螺紋聯(lián)接的基本類型

1、螺栓聯(lián)接

2、雙頭螺柱聯(lián)接

3、螺釘聯(lián)接

4、緊釘螺釘聯(lián)接

8.4.2標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件

1、螺栓

2、雙頭螺柱

3,螺釘

4、緊釘螺釘

5、螺母

6、墊圈

8.5螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松

8.5.1螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

預(yù)緊力：聯(lián)接在承受工作載荷之前，預(yù)先受到一個軸向力的作用。

目的：增強聯(lián)接的可靠性與緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或者相對滑動，同時

可提高聯(lián)接強度

預(yù)緊應(yīng)力的大小:80%os

方法：測力距扳手，定力矩扳手

8.5.2螺紋聯(lián)接的防松

通常情況下，可滿足自鎖、防松的目的是在沖擊、振動、交變載荷、高溫等情況下出現(xiàn)松動。

防松的根本目的在于防止螺旋副相對運動

8.6螺紋聯(lián)接的強度計算

螺栓的要緊失效形式:

a）螺栓桿被拉斷

b）螺栓桿被剪斷或者螺栓桿與被聯(lián)接件外壁被壓潰

c）經(jīng)常拆卸時，因磨損而發(fā)生滑扣現(xiàn)象

螺紋牙的計算是根據(jù)等強度原則；

螺紋聯(lián)接的計算要緊是根據(jù)螺栓的強度確定螺栓危險截面的尺寸，即螺紋小徑山，然后從標(biāo)

準(zhǔn)中確定d及螺距P。

8.6.1松螺栓聯(lián)接

裝配時，螺母不需要擰緊，在承受工作載荷前，螺栓不受力

8.6.2緊螺栓聯(lián)接

1、僅承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接

裝配時，螺母需要擰緊，螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。

根據(jù)第四強度理論：

2、承受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接

用普通螺栓聯(lián)接承受橫向載荷時，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面間產(chǎn)生摩擦力以抵抗工作

載荷。

即：摩擦力＞工作載荷

可用各類剪載零件來承受橫向工作載荷，包含銷、剪載套、鍵等。

用錢制孔螺栓承受橫向載荷；

3、承受預(yù)緊力與工作拉力的緊螺栓聯(lián)接

情況1:螺母與被聯(lián)接件接觸，但螺栓與被聯(lián)接件均未受力，二者都沒有發(fā)生變形

情況2：螺母擰緊，受預(yù)緊力作用；

螺栓受預(yù)緊力Qo——產(chǎn)生伸長量3bo

被聯(lián)接件受Qo——產(chǎn)生壓縮量8co

情況3：承受工作載荷后

螺栓受力由Qo增加到Q,螺栓進一步拉伸，則總拉伸量為6b0+A6

被聯(lián)接件由Q。減小到Qr，壓縮量減少為6“一46

螺栓與被聯(lián)接件這種變形可用線圖表示：

對Qr的要求：

8.7螺栓聯(lián)接件的下料與許用應(yīng)力

材料：Q215、Q235、10、35、45鋼等；

許用應(yīng)力：表8—6

8.8提高螺紋聯(lián)接強度的措施

螺栓的破壞一一螺栓桿部分一一疲勞斷裂一一截面小，應(yīng)力集中處

8.8.1降低螺栓總拉力的變化范圍

總拉力在Qo----(Q()+△Q)之間變化

則減小螺栓的剛度kb或者增大被聯(lián)接件的剛度kc,可降低總拉力的變化范圍。

采?。貉鼱顥U螺栓、空心螺栓

金屬墊片、。型密封元件

8.8.2改善螺紋牙上的載荷分布

螺栓受拉而螺距增大，螺母受壓而螺距變小，軸向載荷在旋合螺紋各圈間的分布不均勻。

大部分載荷集中在前幾圈，八圈以后幾乎不承受載荷

加厚螺母不能提高螺紋聯(lián)接強度

使用懸置螺母

8.8.3減小應(yīng)力集中的影響

8.8.4避免或者減小附加彎曲應(yīng)力

8.9鍵聯(lián)接與花鍵聯(lián)接

8.9.1鍵連接的分類、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，用于實現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有些鍵還能實現(xiàn)軸向固定

或者軸向滑動的導(dǎo)向。

鍵聯(lián)接：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、鍥軸聯(lián)接，切向鍵聯(lián)接

1、平鍵聯(lián)接

鍵的兩側(cè)面為工作面，工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的相互擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。

特點：結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、定心性好。

平鍵分為：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵

普通平鍵：靜聯(lián)接A型（兩圓頭）

B型（平頭）

C型（單圓頭）

A：鍵在鍵槽中固定良好，應(yīng)力集中大

B：應(yīng)力集中小，鍵的尺寸較大

C：用于軸端

導(dǎo)向平鍵：動聯(lián)接，需固定，并沒有起鍵螺孔。

2、半圓鍵

以兩側(cè)面為工作面

具有良好的定心性，繞其幾何中心擺動，裝配方便

鍵槽較深，對軸的強度削弱大

3、鍥鍵聯(lián)接

工作面：上下表面

鍵的上表面與輪轂鍵槽的底部有1：100的斜度

工作時要緊靠鍵的上表面與輪轂間的摩擦力來傳遞，能承受單向的軸向力。

軸與輪轂軸線間會產(chǎn)生偏心與偏移

使用于定心要求不高，傳遞與載荷平穩(wěn)的場合。

4,切向鍵聯(lián)接

切向鍵由一對斜度為1：100的鍥鍵構(gòu)成

鍵的窄面為工作面

工作時，靠工作上的擠壓力與鍵與輪轂間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩

一個切向鍵：單向傳遞轉(zhuǎn)矩

兩個切向鍵：雙向傳遞轉(zhuǎn)矩

8.9.2平鍵聯(lián)接的選擇計算

1、平鍵尺寸的計算

鍵的截面尺寸：按軸的直徑d從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選取

鍵的長度：普通平鍵：鍵的長度等于或者略小于輪轂的長度

導(dǎo)向平鍵：按輪轂長度及滑動距離而定

注：鍵長應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列

2、平鍵聯(lián)接的強度校核

要緊失效形式：工作面得壓潰，過載剪斷

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：工作面上的擠壓應(yīng)力

導(dǎo)向平鍵：失效形式：工作平面的過度磨損

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：工作面上的壓力

8.9.3花鍵聯(lián)接：軸與輪轂孔向均布的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接。

工作面：齒的側(cè)面

特點：承載能力高，受力均勻，對軸與輪轂的強度削弱小，對中性與導(dǎo)向性好。

適用：定心精度高，載荷大，經(jīng)?；频穆?lián)接

類型：

矩形花鍵：常用

漸開線花鍵：承載能力高

三角形花鍵：使用于薄壁零件

8.10銷聯(lián)接

用途：固定零件間的相對位置，傳遞不大的載荷，安全過載裝置

類型：

圓柱銷：過盈配合，多次裝拆合，其定位精度與可靠性下降

圓錐銷：1：50的錐度安裝方便，定位精度高，可多次裝拆

端部帶有螺紋的圓錐銷：適用于盲孔或者拆卸困難的場合。

開尾圓錐銷：適用于有沖擊、振動的場合。

開有縱向溝槽的圓錐銷：彈性變形、不易松脫、因而能承受振動與變載荷。

材料：35鋼、45鋼

第四篇機械傳動

第10章齒輪傳動

【本章提示】

1.闡述齒輪傳動的特點及類型。

2.通過分析齒輪傳動的工作條件與失效形式，制定設(shè)計準(zhǔn)則，說明齒輪的材料及熱處理方式。

3.重點論述漸開線直齒圓柱齒輪傳動的受力分析與承載能力計算，以此為基礎(chǔ)，討論斜齒圓

柱齒輪傳動、直齒圓錐齒輪傳動、蝸桿傳動的承載能力計算。

4.介紹齒輪傳動、蝸桿傳動的效率與潤滑與蝸桿傳動的熱平衡計算。

5.列舉了齒輪、蝸桿與蝸輪的常用結(jié)構(gòu)型式。

10.1齒輪傳動的特點及類型

10.1.1特點：

效率高：最高達99.95%

結(jié)構(gòu)緊湊：在同樣的使用條件下，所需的空間尺寸小

工作可靠：齒與齒的嚙合傳動

壽命長：長達一、二十年

傳動比穩(wěn)固：i=Z2/Z]

制造、安裝精度高，價格較貴，不適合傳動距離過大的場合。

10.1.2類型

1、按照工作條件，閉式齒輪傳動，開式齒輪傳動

2、按照傳遞的速度：低速、高速

3、按照承載的大?。狠p載、重載

4、按照齒輪的材料及熱處理工藝：軟齒面硬齒面

10.1.3對齒輪傳動的基本要求

1、傳動精確平穩(wěn)（第六章）

2、足夠的承載能力（本章重點講解）

10.2齒輪的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則

10.2.1齒輪的失效形式一一要緊指輪齒

1、輪齒折斷

彎曲疲勞折斷：齒根處的彎曲應(yīng)力最大，交變應(yīng)力、應(yīng)力集中；先裂紋、后折斷。

過載折斷：輪齒在短時過載。

局部折斷：不準(zhǔn)確的安裝，制造，軸的變形。

增大齒根處圓角半徑，合理的熱處理，合理的選擇材料及使用變位齒輪。

2、齒面點蝕

長期交應(yīng)變力一一疲勞裂紋一一擴展一一麻點狀小而淺的坑一一點蝕

靠近節(jié)線處嚙合，相對滑動速度低，油膜不易形成，點蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。

閉式齒輪傳動的要緊失效形式；

提高齒面的硬度，降低表面的粗糙度，增大綜合曲率半徑，增大潤滑油的粘度。

3、齒面膠合

壓力大一一溫度高一一潤滑油被擠出一一兩齒面直接接觸，相互粘連一一較軟的齒面形成溝

紋一一膠合

提高齒面的硬度，降低表面的粗糙度，合理選用材料，合理選用潤滑油。

4、齒面磨損

雜質(zhì)的進入

開式齒輪傳動的要緊失效形式

5、齒面塑性變形

過大的應(yīng)力作用

10.2.2設(shè)計準(zhǔn)則

閉式軟齒面齒輪傳動一一點蝕一一按照齒面接觸疲勞強度設(shè)計一一驗算輪齒的彎曲疲勞強度

閉式硬齒面齒輪傳動一一輪齒折斷一一按照齒根的彎曲疲勞強度設(shè)計一一驗算齒面的接觸疲

勞強度

開式齒輪傳動一一磨損與輪齒折斷一一按照輪齒的彎曲疲勞強度設(shè)計一一同時降低許用應(yīng)力

10.3齒輪的材料、熱處理及傳動精度

10.3.1齒輪常用的材料

要求：較高的抗點蝕，抗磨損、抗膠合、抗塑性變形、抗折斷的能力

齒面要硬，齒芯要韌

常用的材料：碳素結(jié)構(gòu)鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼，鑄鋼，鑄塊、塑料、尼龍

10.3.2齒輪的熱處理

軟齒面（齒面硬度W350HBS）調(diào)質(zhì)與正火

硬齒面（齒面硬度>350HBS）表面淬火、表面滲碳淬火、滲氮淬火。

1、軟齒面齒輪的熱處理方法一一調(diào)質(zhì)與正火

加熱后，空冷或者油冷慢慢降溫

小齒輪的齒面硬度>大齒輪的齒面硬度，壽命相近

2、硬齒面齒輪的熱處理方法一一淬火

10.3.3齒輪傳動的精度

齒輪公差分為：傳遞運動的準(zhǔn)確性、傳動的平穩(wěn)性、齒面上載荷分布的均勻性

齒厚極限偏差、等級

10.4直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷

10.4.1直齒圓柱齒輪受力分析

受力分析一一分度圓上嚙合一一忽略摩擦力一一集中力一一作用在齒寬中點一一沿嚙合線

法向力Fn分解為圓周力Ft與徑向力Fr

大?。?/p>

方向：

Ft：主動輪與運動方向相反，從動輪與運動方向相同

Fr：分別指向各自輪心

10.4.2計算載荷

載荷沿齒寬分布不均勻，附加動載荷一一引入載荷系數(shù)K

10.5直齒圓柱齒輪傳動承載能力計算

10.5.1直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算

1、齒面接觸疲勞強度計算

線接觸一一受載后一一彈性變形一一面接觸

齒面接觸應(yīng)力一一參照彈性力學(xué)中的赫茲公式

2、影響齒面接觸強度的參數(shù)與尺寸

1）系數(shù)335只適合鋼對鋼

如鋼對鑄鐵335-->285

鑄鐵對鑄鐵335-->250

2）從公式中分析得出：0Hl=OH2

但當(dāng)兩齒輪的材料及熱處理不一致時，1。Hl）#（OH2）

設(shè)計時按較小值代入計算

3）降低。H與增大（。鬲可提高齒面接觸疲勞強度；

增大齒寬b或者中心距a可降低。H,

b過大，造成載荷分布不均勻，因此提高a可行

結(jié)論：改變齒輪的幾何參數(shù)或者提高齒面的硬度可提高齒面接觸疲勞強度；

10.5.2值齒圓柱齒輪傳動的輪齒彎曲疲勞強度計算

1、齒根彎曲疲勞強度計算

假設(shè)：

1）將齒輪視為懸壁梁；

2）全部載荷僅由一對輪齒承擔(dān)

3）集中力作用于齒頂

危險截面的確定：

30°切線法：作與輪齒對稱中心線成30°夾角并與齒根過渡曲線相切的直線，認為兩切點的

連線是危險截面的位置。

法向力Fn分解為：

Fi：使齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力

F2：產(chǎn)生壓應(yīng)力，忽略

2、影響齒根彎曲強度的參數(shù)與尺寸

1）通常情況F，Z1WZ?,YFIWYF2，。FlW。F2；

2）YJ的比值不一致設(shè)計時代入較大值；

3）提高輪齒齒根彎曲疲勞強度的措施：提高m、b、乙，但提高m效果顯著

4）開式齒輪傳動,（0.7—0.8）（oj

10.5.3齒輪的許用應(yīng)力

（。H）=0Hlim/SH（0F）=0Flim/Sp

。Hlim：圖10—6;OFlim：圖10—7

長期雙側(cè)工作，取0.7的系數(shù)。

SH、SF：表10—5

10.6直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計

1、齒數(shù)比U與齒數(shù)Zi

齒數(shù)比u其值恒大于1,而傳動比i其值可大于1,也可小于1

當(dāng)i>l時u=i當(dāng)i<lu=l/i

通常：u<8降低小齒輪的嚙合次數(shù)

當(dāng)iW4.5時，i同意有±2.5%的誤差

1>4.5時，i同意有±4%的誤差

閉式---軟齒面---接觸疲勞強度----設(shè)計

a一定，降低m,增大Z”增大重合度，提高傳動的平穩(wěn)性，減小齒頂圓直徑與毛坯直徑，

降低成本。Z,=20——40

閉式---硬齒面---彎曲疲勞強度----設(shè)計

Z,=17——20

2、模數(shù)

傳遞動力的齒輪傳動，模數(shù)m不宜過小；按彎曲疲勞強度設(shè)計的m務(wù)必取標(biāo)準(zhǔn)值。

經(jīng)驗公式：閉式齒輪傳動(0.007—0.02)a

開式齒輪傳動m^O.02a

3、齒寬系數(shù)：

輪齒越寬，承載能力也越高，但齒寬過大，載荷分布不均勻，造成偏載。

閉式齒輪傳動:巾a=0.3—0.6,常用/a=0.4(0.35)

開式齒輪傳動：h=0.1—0.3

10.7斜齒圓柱齒輪傳動

10.7.1斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析

忽略齒面間的摩擦力

大?。?/p>

方向：

10.7.2斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算

作用力一一法向平面內(nèi)一一當(dāng)量直齒輪一一用直齒輪的方法計算一一重合度大，曲率半徑大

——比直齒輪承載能力大

1、齒面接觸疲勞強度計算

一對鋼制標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪傳動的齒面接觸疲勞強度條件；

說明：1)鋼對鑄鐵：260；鑄鐵對鑄鐵：228

2)a圓整為?；蛘?

3)m的確定

4)B的確定

2、齒根彎曲疲勞強度計算

說明：YF按當(dāng)量齒數(shù)查表10-4

10.8直齒圓錐輪傳動

10.8.1直齒圓錐齒輪傳動的受力分析

將輪齒上的分布力簡化為作用于齒寬中點集中載荷。

大?。?/p>

方向：

10.8.2直齒圓錐齒輪傳動的強度計算

1、齒面接觸疲勞強度計算

按齒寬中點處的當(dāng)量直齒圓柱齒輪傳動來計算；

說明：

1)求出錐距R后，選擇Zi、Z2

2)確定大端模數(shù)

3)弧=0.25—0.3

4)鋼對鑄鐵285,鑄鐵對鑄鐵250；

2、齒根彎曲疲勞強度計算

說明：

1)YF按當(dāng)量齒數(shù)查表10-4按

2)mm與m的關(guān)系

10.9齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及齒輪傳動的潤滑與效率

10.9.1齒輪的結(jié)構(gòu)

1、齒輪軸：將齒輪與軸做成一體

圓柱齒輪：齒根圓到鍵槽底部的距離e<2m

圓錐齒輪：小端齒根圓到鍵槽底部的距離e<l.6m

2、實心式齒輪:da^160mm

3、腹板式齒輪：d.=160——500mm

4、輪輻式齒輪d,>500mm

說明：齒輪與軸的聯(lián)接一一平鍵花鍵

10.9.2齒輪傳動的潤滑

齒輪傳動一一相對滑動一一產(chǎn)生摩擦與磨損一一效率下降一一潤滑；

潤滑一一減小磨損與發(fā)熱一一防銹與降低噪聲一一工作狀態(tài)及改變一一預(yù)期壽命內(nèi)正常工作

方式：

1、開式齒輪傳動通常用潤滑油（脂）人工定期潤滑

2、閉式齒輪傳動按圓周速度v確定：

1）vW12m/s,油池潤滑;

深度：圓柱齒輪，一個齒高，不應(yīng)小于10mm

圓錐齒輪：浸入全齒寬

多級傳動：帶油輪

底部距禺：430-----50mm

2）v>12m/s,噴油潤滑

3）油的粘度的確定：表10-6

10.9.3齒輪傳動的效率

功率損耗包含：嚙合中的摩擦損耗，攪油損耗，軸承中的摩擦損耗

10.10蝸桿傳動

10.10.1蝸桿傳動的運動分析與受力分析

1、蝸桿傳動的運動分析

目的：確定蝸桿與蝸輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系及齒面間相對滑動速度

蝸桿主動---利用左右手法則

四指——蝸桿轉(zhuǎn)動的方向

拇指一一蝸桿有沿軸線方向運動的趨勢

蝸輪一一向相反的方向運動

相對滑動速度：

R越大，容易形成油膜齒面間的摩擦因數(shù)下降，提高效率，承載能大；

也過大：易產(chǎn)生磨損與膠合

2、蝸桿傳動的受力分析

大?。?/p>

方向：

10.10.2蝸桿傳動的失效形式，材料與結(jié)構(gòu)

1、蝸桿傳動的失效形式與常用材料

失效形式：齒面點蝕，齒面膠合，齒面磨損，輪齒折斷；

由于材料與結(jié)構(gòu)的不一致，蝸桿螺旋齒部分的強度高于蝸輪輪齒的強度，因而失效總發(fā)生在

蝸輪。

閉式蝸桿傳動一一蝸輪輪齒一一齒面膠合

開式蝸桿傳動---蝸輪輪齒----磨損

對蝸桿，蝸輪材料的要求：足夠的強度，良好減摩耐磨性，抗膠合能力。

1）蝸桿材料：碳素鋼、合金鋼

2）蝸輪材料：鑄造錫青銅，Vs=5——15m/s

鑄造鋁鐵青銅，Vs<8m/s

灰鑄鐵，Vs<2m/s

2、蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)

蝸桿---蝸桿軸---蝸桿與軸形成一體

蝸輪：整體式：鑄鐵蝸輪或者d<100mm的青銅蝸輪

組合式：齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或者鋼

10.10.3蝸桿傳動的強度計算

失效一一膠合、磨損一一無完整計算方法

只對蝸輪齒面進行接觸疲勞強度計算；

10.10.4圓柱蝸桿傳動的效率：潤滑與熱平衡計算

1、蝸桿傳動的效率

功率損耗包含：輪齒嚙合的功率損耗、軸承摩擦損耗及濺油損耗。

提高效率，可增大導(dǎo)程角入，即使用多頭螺桿；

但人過大，加工困難；且當(dāng)人>28°時，效率提高很小。

當(dāng)入WP'自鎖，蝸桿傳動的效率n<50%

2、蝸桿傳動的潤滑

摩擦、磨損、發(fā)熱易嚴(yán)重一一潤滑十分重要

油池潤滑，蝸桿在下；一個齒高

蝸桿在上：蝸輪半徑的1/6-----1/3

3、蝸桿傳動的熱平衡計算

效率低，發(fā)熱量大，結(jié)構(gòu)緊湊，箱體的散熱面積小；

不及時散熱一一齒面膠合

轉(zhuǎn)化為熱量的摩擦損耗功率：

自冷，箱體表面散熱功率：

達到熱平衡：

超過溫度同意值，可使用如下措施

1、合理設(shè)計箱體機構(gòu)，加散熱片，增大散熱面積

2、提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，加裝風(fēng)扇，冷卻水管，循環(huán)油冷卻。

第n章輪系

【本章提示】

i.論述輪系的類型及應(yīng)用。

2.介紹定軸輪系傳動比的計算方法。

3.通過轉(zhuǎn)化輪系計算周轉(zhuǎn)輪系的傳動比。

4.說明如何在復(fù)合輪系中區(qū)分定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系，以便計算復(fù)合輪系的傳動比。

5.簡要介紹其他行星齒輪傳動。

11.1輪系的類型

1.輪系：由一系列齒輪構(gòu)成的傳動系統(tǒng)。

2.輪系的作用：獲得大的傳動比，變速或者換向傳動。

3.輪系的類型：

1）定軸輪系：輪系中所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不動。

2）周轉(zhuǎn)輪系：輪系中至少有一個齒輪的軸線是繞位置固定的另一齒輪的幾何軸線轉(zhuǎn)動。

行星輪：軸線繞位置固定的齒輪的軸線轉(zhuǎn)動。

行星架（轉(zhuǎn)臂或者系桿）：支承行星輪的構(gòu)件。

中心輪（太陽輪）：軸線固定不動的齒輪。

11.2定軸輪系及其傳動比

1.一對齒輪的傳動比：主動輪與從動輪的角速度或者轉(zhuǎn)速之比。

2.輪系的傳動比：該輪系首輪與末輪（或者輸入軸與輸出軸）的角速度或者轉(zhuǎn)速之比。

iab=3a/3b=n，nb

3.在計算輪系的傳動比時，不但要求出首、末兩輪速比的大小，而且需確定兩輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系。

當(dāng)首、末兩輪軸線平行，用“+”表示兩輪轉(zhuǎn)向相同，用“-”表示兩輪轉(zhuǎn)向相反；當(dāng)首、末

兩輪軸線不平行，用箭頭標(biāo)注兩輪轉(zhuǎn)向關(guān)系。

4.定軸輪系的傳動比計算：

惰輪：不影響傳動比的大小，僅用于改變轉(zhuǎn)動方向或者增大兩軸間距離的齒輪。

5.首、末兩輪轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定：

1）輪系中所有齒輪的軸線平行，用（-1），口確定；

2）首、末兩輪軸線平行，用箭頭確定后，用“+”或者”-”表示；

3）首、末兩輪軸線不平行，用箭頭標(biāo)注兩輪轉(zhuǎn)向關(guān)系；

11.3周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比

11.3.1周轉(zhuǎn)輪系的分類

1.按周轉(zhuǎn)輪系自由度分類：

行星輪系一自由度等于1

差動輪系一自由度等于2

2.按中心輪數(shù)目分類

2K—H型：兩個中心輪，一個行星架。

3K型：三個中心輪。

K—H—V型：一個中心輪，一個行星架，一個輸出構(gòu)件。

11.3.2周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算

周轉(zhuǎn)輪系~運動的軸線一反轉(zhuǎn)法一固定行星架

周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算公式：

說明：

1.齒輪G、齒輪K、行星架H的軸線務(wù)必平行；

2.nG、nK、nH為代數(shù)值，有正負之分；

3.周轉(zhuǎn)輪系中有空間齒輪時，等式右邊的正負號務(wù)必用畫箭頭的方法確定；

11.4復(fù)合輪系及其傳動比

1.復(fù)合輪系：由定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系，或者由幾個單一周轉(zhuǎn)輪系構(gòu)成的輪系。

2.復(fù)合輪系傳動比的計算方法：區(qū)分定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系，分別計算，聯(lián)立求解。

3.區(qū)分定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系的方法：

1）先找?guī)缀屋S線運動的行星輪；

2）支承行星輪的是行星架，行星架的類型很多；

3）中心輪：幾何軸線與行星架回轉(zhuǎn)軸線相重合，且直接與行星輪相嚙合的定軸齒輪。

11.4輪系的應(yīng)用

11.5.1實現(xiàn)遠距離傳動

11.5.2獲得大傳動比

11.5.3實現(xiàn)變速運動

11.5.4實現(xiàn)運動的合成與分解

11.5.5實現(xiàn)換向運動

第12章帶傳動

【本章提示】

1.闡述帶傳動的類型、特點、特性與應(yīng)用。

2.重點分析帶傳動的受力、應(yīng)力與失效形式，據(jù)此確定出帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，并介紹普通V

帶傳動的設(shè)計計算。

12.1概述

1、帶傳動得構(gòu)成：主動帶輪、從動帶輪、傳動帶構(gòu)成

2、帶傳動的工作原理：依靠帶與帶輪之間的摩擦力拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動。

3、帶傳動的應(yīng)用場合：兩軸平行且轉(zhuǎn)向相同的場合

4、帶傳動的優(yōu)點：1）適合中心距較大的傳動；

2）結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉;

3）帶具有良好的撓性，可緩沖吸振，傳動平穩(wěn);

4）過載打滑,防止損壞其他零件;

帶傳動的特點：1）同樣功率,傳動的外廓尺寸大;

2）彈性滑動，傳動比不能保證恒定;

3）帶的壽命較短；

4）有的時候需要張緊裝置;

6、帶傳動的要緊參數(shù)：v=5—25m/siW7n=0.92—0.97P=700kW

7、帶的類型：平帶傳動、V帶傳動、多鍥帶傳動，同步帶傳動。

傳動帶均制成無接頭的環(huán)行。

平帶：橫截面一一扁平矩形；工作面一一內(nèi)表面；結(jié)構(gòu)最簡單，帶輪制造容易。

V帶：橫截面一一等腰梯形；工作面一一兩側(cè)面；傳動能力大，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

多鍥帶：平帶與V帶的共同優(yōu)點

8、帶傳動的張緊：自動張緊、定時張緊

9、帶傳動中幾何參數(shù)之間的關(guān)系

1）包角：帶與帶輪接觸弧所對得圓心角。

2）帶長:

3）中心距：