機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 曾珠 第9-16章 帶傳動(dòng)-機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第9章帶傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01概述02帶傳動(dòng)的工況分析目錄CONTENTS03普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算04V帶輪的設(shè)計(jì)05帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)概述019.1概述帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用很廣的機(jī)械傳動(dòng)，一般由主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪和緊套在兩帶輪上的傳動(dòng)帶組成,如圖所示。9.1.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)1按傳動(dòng)原理分嚙合式帶傳動(dòng)是靠傳動(dòng)帶與帶輪上齒的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。摩擦式帶傳動(dòng)是依靠緊套在帶輪上的傳動(dòng)帶與帶輪接觸面間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的9.1.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)2按傳動(dòng)帶的截面形狀分平帶傳動(dòng)V帶傳動(dòng)

平帶以內(nèi)周為工作面，主要用于兩軸平行、轉(zhuǎn)向相同的較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。

V帶以兩側(cè)面為工作面，在相同壓緊力和相同摩擦因數(shù)的條件下，V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶約大3倍，所以V帶傳動(dòng)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更緊湊，在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛。9.1.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)2按傳動(dòng)帶的截面形狀分圓帶傳動(dòng)多楔帶傳動(dòng)

多楔帶相當(dāng)于平帶與幾根V帶的組合，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，多用于結(jié)構(gòu)要求緊湊的大功率傳動(dòng)中。

圓帶僅用于如縫紉機(jī)、儀器等低速、小功率場(chǎng)合。9.1.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)3帶傳動(dòng)的特點(diǎn)①適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng)；②傳動(dòng)帶是彈性體，可緩沖、吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲??；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低廉；④過(guò)載時(shí)，帶在帶輪上打滑，可防止其它零件損壞，起安全保護(hù)作用。摩擦型帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：9.1.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)3帶傳動(dòng)的特點(diǎn)①

傳動(dòng)外廓尺寸較大；②

帶在帶輪上有彈性滑動(dòng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，且傳動(dòng)效率低，帶的壽命較短；③

因需要張緊，對(duì)軸的壓力大；④不宜用于高溫、易燃、易爆的場(chǎng)所。摩擦型帶傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：因此，帶傳動(dòng)多用于機(jī)械中要求傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格、中心距較大的高速級(jí)傳動(dòng)。一般帶速v＝5～25m/s

，傳動(dòng)比i≤5

，傳遞功率P≤50kw，效率η＝0.92～0.97。9.1.2V帶的結(jié)構(gòu)和型號(hào)普通

V帶的結(jié)構(gòu)如圖所示，由包皮層、拉伸層、強(qiáng)力層、壓縮層四部分組成。強(qiáng)力層分簾布芯和繩芯兩種。V帶的結(jié)構(gòu)9.1.2V帶的結(jié)構(gòu)和型號(hào)

普通V帶（楔角θ＝40°,h/bp≈0.7）已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸由小到大分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，如圖所示，其尺寸見(jiàn)表9-1。普通V帶的型號(hào)9.1.2V帶的結(jié)構(gòu)和型號(hào)表9-1普通V帶及帶輪輪槽尺寸9.1.2V帶的結(jié)構(gòu)和型號(hào)

在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長(zhǎng)度，稱為V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，用Ld

表示，它是V帶的公稱長(zhǎng)度（表9-2）。V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度的尺寸系列見(jiàn)9-2。帶傳動(dòng)的工況分析029.2.1帶傳動(dòng)的受力分析1帶傳動(dòng)的基本受力1帶傳動(dòng)的基本受力分析F0F0F0F0靜止時(shí)，帶兩邊的初拉力相等：傳動(dòng)時(shí)，由于摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等：F1=F2=F0

為了可靠工作，帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上。F1≠F2

F1↑，緊邊F2↓，松邊F1F2F1F2緊邊松邊設(shè)帶的總長(zhǎng)不變，則緊邊拉力增量和松邊的拉力減量相等：F1–F0=F0–F2

從動(dòng)輪主動(dòng)輪n1n2n1n2F0=(F1+F2)/29.2.1帶傳動(dòng)的受力分析1帶傳動(dòng)的基本受力1帶傳動(dòng)的基本受力分析當(dāng)圓周力F>∑Ff時(shí)，帶與帶輪之間出現(xiàn)顯著的滑動(dòng)，稱為打滑。經(jīng)常出現(xiàn)打滑使帶的磨損加劇、傳動(dòng)效率降低，導(dǎo)致傳動(dòng)失效。稱F1-F2為有效拉力，即帶所能傳遞的圓周力：F=F1-F2且傳遞功率與圓周力和帶速之間有如下關(guān)系9.2.1帶傳動(dòng)的受力分析2最大有效拉力Fmax取一小段弧進(jìn)行分析：正壓力：dFN

兩端的拉力：F和F+dF力平衡條件：忽略離心力,水平、垂直力分別平衡摩擦力：μ

dFNdFNF1F2F+dFFfdFNαdαdldα2dα29.2.1帶傳動(dòng)的受力分析2最大有效拉力FmaxdFNF1F2F+dFFfdFNαdαdldα2dα2由力平衡條件積分得

緊邊和松邊的拉力之比為

繞性體摩擦的基本公式9.2.1帶傳動(dòng)的受力分析2最大有效拉力FmaxF=F1-F2帶傳動(dòng)的最大有效拉力Fmax為:

帶傳動(dòng)所能傳遞的最大圓周力與初拉力

F0、摩擦因數(shù)

f和包角α等有關(guān)，而

F0和

f不能太大，否則會(huì)降低傳動(dòng)帶壽命。包角α增加，帶與帶輪之間的摩擦力總和增加，從而提高了傳動(dòng)的能力。因此，選用時(shí)為了保證帶具有一定的傳動(dòng)能力，要求V帶在小輪上的包角αl≥120°。9.2.2帶傳動(dòng)工作時(shí)的應(yīng)力分析帶傳動(dòng)工作時(shí)，在帶的橫截面上存在三種應(yīng)力：

2）由離心力產(chǎn)生的離心應(yīng)力（σc）3）由于彎曲變形而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力（σb）V帶截面上的應(yīng)力分布

最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊剛繞入小帶輪的a處，其值為σmax=σb1+σc+σl

l）由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力(σ)為了保證帶傳動(dòng)正常工作，應(yīng)在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，使V帶具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。9.2.2帶傳動(dòng)工作時(shí)的應(yīng)力分析1由緊邊拉力和松邊拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力緊邊拉應(yīng)力松邊拉應(yīng)力A為帶的橫截面積，F(xiàn)1為緊邊拉力；F2為松邊拉力。σ1與σ2不相等；9.2.2帶傳動(dòng)工作時(shí)的應(yīng)力分析2由離心拉力產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力dFNcdαdlrF1F2離心力FNc在微弧段兩端會(huì)產(chǎn)生拉力Fc。

由力平衡條件得離心拉應(yīng)力

dFNcdαdlrF1F2Fc

Fc

dα2dα29.2.2帶傳動(dòng)工作時(shí)的應(yīng)力分析3由帶彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力V帶截面上的應(yīng)力分布

帶繞過(guò)帶輪時(shí)，因彎曲變形而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力σb，由工程力學(xué)公式可得：式中：E——帶的彈性模量，MPa；h——帶的橫截面高度，mm。dd——帶輪的基準(zhǔn)直徑，mm。9.2.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比F2F2F1F1設(shè)帶的材料符合變形與應(yīng)力成正比的規(guī)律，則變形量為：這種因材料的彈性變形而產(chǎn)生的滑動(dòng)被稱為彈性滑動(dòng)。

緊邊：松邊：∵F1>F2∴ε1>ε2帶繞過(guò)主動(dòng)輪時(shí)，將逐漸縮短并沿輪面滑動(dòng)，使帶速落后于輪速。帶經(jīng)過(guò)從動(dòng)輪時(shí)，將逐漸被拉長(zhǎng)并沿輪面滑動(dòng)，使帶速超前于輪速。總有：v2<v1

從動(dòng)輪n2主動(dòng)輪n19.2.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比得從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速：帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比：V帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率ε=0.01~0.02，一般可忽略不計(jì)。定義：為滑動(dòng)率。普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算039.3.1V帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

帶傳動(dòng)的主要失效形式為過(guò)載打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動(dòng)的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則為：在保證不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。9.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率實(shí)際工作條件與特定條件不同時(shí)，應(yīng)對(duì)P1值加以修正。修正結(jié)果稱為單根V帶實(shí)際工作條件下可傳遞的額定功率[P1]Kl——長(zhǎng)度修正因數(shù)；Kα——包角修正因數(shù)。?P1——額定功率增量；9.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率9.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率9.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟1已知條件和設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)為：傳動(dòng)用途，傳遞功率P，轉(zhuǎn)速n1、n2（或傳動(dòng)比i），外廓尺寸要求及工作條件等。設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定V帶的型號(hào)、長(zhǎng)度L、根數(shù)Z；傳動(dòng)中心距a；帶輪基準(zhǔn)直徑及結(jié)構(gòu)尺寸；初拉力和作用在軸上壓力；材料及張緊方式等。9.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟2.帶型號(hào)的確定1.確定計(jì)算功率KA——工作情況因數(shù)根據(jù)Pc和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，由選型圖確定。帶輪的直徑過(guò)小，則帶的彎曲應(yīng)力大，壽命降低。應(yīng)?。篸d1>ddmin3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑9.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟9.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254755005305606306707107508009001000大帶輪的直徑dd2：dd1

、dd2：必須符合帶輪的基準(zhǔn)直徑系列：4.驗(yàn)算帶速一般應(yīng)使v在5~25m/s的范圍內(nèi)。9.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟5.確定帶中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld推薦范圍0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)初定V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld0根據(jù)Ld0和V帶型號(hào)選取接近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld，然后計(jì)算中心距中心距變動(dòng)范圍為考慮帶傳動(dòng)的安裝、調(diào)整和V帶張緊的需要。(a-0.015Ld)~(a+0.03Ld)6.驗(yàn)算小帶輪包角一般應(yīng)使α1≥120?，否則可加大中心距或增加張緊輪。9.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟2V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟8.確定單根V帶的初拉力F0計(jì)算公式其中:Pc為計(jì)算功率；z為V帶根數(shù)；v為帶速；q為V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量；ka為包角修正系數(shù)。7.確定帶的根數(shù)Z由力平衡條件得靜止時(shí)軸上的壓力為：9.作用在軸上的力

F0F0α1FQF0F0FQα12α1210.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)帶輪槽型、槽數(shù)、基準(zhǔn)直徑和軸的尺寸確定。V帶輪的設(shè)計(jì)049.4.1V帶輪的設(shè)計(jì)要求對(duì)于V帶輪,設(shè)計(jì)的主要要求是:1)

質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)工藝性好。2）無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力。3）質(zhì)量分布較均勻,轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。4）輪槽工作面表面粗糙度要合適,以減輕帶的磨損。5）輪槽尺寸和槽角保持一定的精度，以使載荷沿高度方向分布。9.4.2V帶輪的材料帶輪的材料：常用鑄鐵，有時(shí)也采用鋼或塑料和木材。9.4.3V帶輪的結(jié)構(gòu)實(shí)心式——直徑??；d0dHL實(shí)心式9.4.3V帶輪的結(jié)構(gòu)腹板式——中等直徑；dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)s=(0.2～0.3)Bs1≥1.5ss2≥0.5s腹板式一S1斜度1：25SS2drdkdhddaLBS29.4.3V帶輪的結(jié)構(gòu)輪輻式——d>350mm；h2drdkdha1L斜度1：25ddaBh1h2=0.8h1a1=0.4h1

a2=0.8a1

f1≥0.2h1

f2≥0.2h2PnA3h1=290P功率n轉(zhuǎn)速A輪幅數(shù)帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)059.5.1帶傳動(dòng)的張緊裝置擺架式張緊裝置a滑道式張緊裝置a調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘1.定期張緊9.5.1帶傳動(dòng)的張緊裝置自動(dòng)張緊裝置銷(xiāo)軸2.自動(dòng)張緊9.5.1帶傳動(dòng)的張緊裝置張緊輪3.采用張緊輪9.5.2帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)1安裝時(shí)的注意事項(xiàng)1）安裝時(shí)，兩帶輪軸線應(yīng)相互平行，兩輪相對(duì)應(yīng)的V帶型槽應(yīng)對(duì)齊，其誤差不得超過(guò)20'，如圖所示。帶輪的安裝要求9.5.2帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)1安裝時(shí)的注意事項(xiàng)2）安裝V帶時(shí)，如圖所示，應(yīng)先擰松調(diào)節(jié)螺釘和電動(dòng)機(jī)與機(jī)架的固定螺栓，讓電動(dòng)機(jī)沿滑道向靠近工作機(jī)方向移動(dòng)，縮小中心距，將V帶套入槽中后，再調(diào)整中心距，把電動(dòng)機(jī)沿滑道向遠(yuǎn)離工作機(jī)的方向移動(dòng)，在擰緊電動(dòng)機(jī)與機(jī)架的固定螺栓的同時(shí)將V帶張緊。不應(yīng)將帶硬往帶輪上撬，以免損壞帶的工作表面和降低帶的彈性。9.5.2帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)1安裝時(shí)的注意事項(xiàng)V帶在輪槽中的正確位置3）V帶在輪槽中應(yīng)有正確的位置,帶的頂面應(yīng)與帶輪外緣平齊，底面與帶輪槽底間應(yīng)有一定間隙，以保證帶兩側(cè)工作面與輪槽全部貼合。9.5.2帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)1安裝時(shí)的注意事項(xiàng)V帶的張緊程度4）V帶的張緊程度要適當(dāng)。實(shí)踐證明在中等中心距情況下，V帶安裝后，用大拇指能夠?qū)О聪?5mm左右，則張緊程度合適，如圖所示。9.5.2帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)2維護(hù)的注意事項(xiàng)3）切忌在有易燃、易爆氣體的環(huán)境中(如煤礦井下)使用帶傳動(dòng)，以免發(fā)生危險(xiǎn)。1）使用中應(yīng)對(duì)帶作定期檢查，發(fā)現(xiàn)有一根帶松弛或損壞就應(yīng)全部更換新帶，不能新、舊帶混用。2）為了便于帶的裝卸，帶輪應(yīng)布置在軸的外伸端。帶傳動(dòng)要加防護(hù)罩，以免發(fā)生意外事故，并保護(hù)帶傳動(dòng)的工作環(huán)境，以防酸、堿、油落上而玷污傳動(dòng)帶以及日光曝曬。感謝觀看機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主講老師：曾珠

張黎第10章鏈傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01概述02滾子鏈和鏈輪目錄CONTENTS03鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性和主要參數(shù)04鏈傳動(dòng)的布置、張緊及潤(rùn)滑概述0110.1.1鏈傳動(dòng)的組成、特點(diǎn)和應(yīng)用

鏈傳動(dòng)由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)輪和繞在鏈輪上的鏈條

及機(jī)架組鏈成，如圖所示。工作時(shí)，通過(guò)鏈條與鏈輪輪齒的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。圖所示為變速車(chē)上的鏈傳動(dòng)。10.1.1鏈傳動(dòng)的組成、特點(diǎn)和應(yīng)用1）鏈傳動(dòng)是有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，與帶傳動(dòng)相比，無(wú)彈性伸長(zhǎng)和打滑現(xiàn)象，故能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率大，張緊力比帶傳動(dòng)小。

一般鏈傳動(dòng)的應(yīng)用范圍為：傳遞功率P≤100kW,鏈速v≤15m/s，傳動(dòng)比i≤7，中心距a≤5～6m，效率η=0.92～0.97。

2）與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，安裝精度要求低，適用于較大中心距的傳動(dòng)，能在高溫、多塵、油污等惡劣的環(huán)境中工作。

3）鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，有沖擊和噪聲。10.1.2鏈傳動(dòng)的類型按用途不同，鏈可分為：傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。

輸送鏈和起重鏈主要用在運(yùn)輸和起重機(jī)械中，一般機(jī)械傳動(dòng)中常用的是傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)鏈分為：齒形鏈和和短節(jié)距精密滾子鏈（簡(jiǎn)稱滾子鏈）。齒形鏈滾子鏈

滾子鏈特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，生產(chǎn)量大，從低速到較高速、從輕載到重載都適用，在傳動(dòng)鏈中占有主要地位。滾子鏈和鏈輪0210.2.1滾子鏈的結(jié)構(gòu)

滾子鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)鏈板、外鏈板、銷(xiāo)軸、套筒及滾子五部分組成，如圖所示。

滾子鏈的結(jié)構(gòu)

鏈板制成“

8”字形，目的是使各截面強(qiáng)度接近相等，且能減輕重量及運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性。10.2.1滾子鏈的結(jié)構(gòu)當(dāng)傳遞較大的動(dòng)力時(shí)，可采用雙排鏈，如圖所示，或多排鏈。多排鏈由幾排普通單排鏈用銷(xiāo)軸聯(lián)成。10.2.1滾子鏈的結(jié)構(gòu)鏈條上相鄰兩銷(xiāo)軸中心的距離

p稱為節(jié)距，它是鏈條的主要參數(shù)。鏈條長(zhǎng)度常用節(jié)數(shù)表示，節(jié)數(shù)一般取為偶數(shù)。a）開(kāi)口銷(xiāo)b）彈簧卡c）過(guò)渡鏈節(jié)接頭處可用開(kāi)口銷(xiāo)（圖a）或彈簧卡（圖b）鎖緊。當(dāng)鏈節(jié)為奇數(shù)時(shí)，需用過(guò)渡鏈節(jié)（圖c）才能構(gòu)成環(huán)狀。滾子鏈連接形式10.2.2滾子鏈的標(biāo)準(zhǔn)

由于鏈節(jié)數(shù)常取偶數(shù)，為使鏈條與鏈輪的輪齒磨損均勻，鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)。鏈傳動(dòng)的標(biāo)注示例如下：10.2.3鏈輪1鏈輪的尺寸參數(shù)10.2.3鏈輪1鏈輪的尺寸參數(shù)10.2.3滾輪2鏈輪的齒形

（l）鏈輪的齒形

鏈輪的齒形應(yīng)保證鏈輪與鏈條接觸良好、受力均勻，鏈節(jié)能順利地進(jìn)入和退出與輪齒的嚙合，GB/T1243-2006規(guī)定了鏈輪端面齒形。鏈輪的結(jié)構(gòu)實(shí)心式孔板式組合式

（2）鏈輪的結(jié)構(gòu)

鏈輪的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖，小直徑鏈輪可制成實(shí)心式，中等直徑可制成孔板式，直徑較大時(shí)可用組合式結(jié)構(gòu)。10.2.3滾輪3鏈輪的結(jié)構(gòu)

大直徑的鏈輪常制成組合式。小直徑鋼制鏈輪可制成整體式；中等直徑鑄造鏈輪可制成腹板式；整體式腹板式組合式

焊接一體式10.2.3滾輪4鏈輪的材料

鏈輪的材料

鏈輪材料應(yīng)保證其有足夠的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性，多用碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金鋼，可根據(jù)鏈速高低選擇不同材料。

常用碳素鋼、合金鋼、灰鑄鐵等材料；小功率高速鏈輪也可用夾布膠木。齒面通常應(yīng)熱處理，使其達(dá)到一定硬度。由于小鏈輪嚙合次數(shù)多，磨損和沖擊也較嚴(yán)重，所用材料常優(yōu)于大鏈輪。

鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性和主要參數(shù)0310.3.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性θ鏈條的平均線速度平均傳動(dòng)比為

d12ω1β分度圓瞬時(shí)線速度

鏈條的瞬時(shí)線速度沿AB方向，νAB180?z1180?z1β為相位角

鏈輪每轉(zhuǎn)過(guò)一齒，鏈速時(shí)快時(shí)慢變化一次。由此可知，當(dāng)鏈輪等速回轉(zhuǎn)時(shí)，瞬時(shí)鏈速和順時(shí)傳動(dòng)比都作周期性變化。鏈條進(jìn)入鏈輪后形成折線，因此鏈傳動(dòng)相當(dāng)于一對(duì)多邊形輪之間的傳動(dòng)。d1其大小為ω1式中，n1n2位主從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速（r/min）；z1z2為主從動(dòng)鏈輪齒數(shù)；p為節(jié)距。10.3.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性

鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不均勻性的特征，是由于繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點(diǎn)所造成，故稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)，這是鏈傳動(dòng)的固有特性。多邊形效應(yīng)給鏈傳動(dòng)帶來(lái)的影響：①導(dǎo)致鏈條和從動(dòng)鏈輪上產(chǎn)生動(dòng)載荷；②在鏈條嚙入鏈輪的瞬間，引起鏈節(jié)與鏈輪輪齒以一定的相對(duì)速度發(fā)生嚙合碰撞，并產(chǎn)生附加動(dòng)載荷；③鏈條周期性的橫向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鏈條產(chǎn)生顫動(dòng)，這也是鏈傳動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)載荷的主要原因之一。10.3.1鏈傳動(dòng)主要參數(shù)的選擇1滾子鏈的傳動(dòng)比及鏈輪齒數(shù)(1)滾子鏈的傳動(dòng)比通常小于6，推薦i=2～3.5。若傳動(dòng)比過(guò)大，則鏈條在小鏈輪上的包角過(guò)小，小鏈輪同時(shí)參與嚙合的齒數(shù)就會(huì)過(guò)少，從而使鏈齒磨損加快;且傳動(dòng)比過(guò)大，還會(huì)使傳動(dòng)裝置外形尺寸加大。(2）鏈輪齒數(shù)﹐為使鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，小鏈輪齒數(shù)不宜過(guò)少，對(duì)于滾子鏈，可按鏈速選取小鏈輪齒數(shù)z1，然后按傳動(dòng)比確定大鏈輪齒數(shù)z2，z2=iz1，一般z2不宜大于120，過(guò)多易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。一般鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，而鏈輪齒數(shù)最好選取奇數(shù)，這樣可使磨損軾均勻。10.3.1鏈傳動(dòng)主要參數(shù)的選擇2中心距若鏈傳動(dòng)中心距過(guò)小，則小鏈輪上的包角也小，同時(shí)參與嚙合的鏈輪齒數(shù)也少;若中心距過(guò)大，則易使鏈條抖動(dòng)。一般可取中心距α=(30~50)p，最大取αmax=80p。10.3.1鏈傳動(dòng)主要參數(shù)的選擇3鏈的節(jié)距鏈的節(jié)距是鏈傳動(dòng)中最重要的參數(shù)，鏈的節(jié)距越大，其承載能力越高，但傳動(dòng)的不均勻性、附加載荷和沖擊也越大。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選用較小的節(jié)距，高速重載時(shí)可選用小節(jié)距多排鏈。鏈條長(zhǎng)度用鏈節(jié)數(shù)表示，按帶長(zhǎng)的計(jì)算公式可導(dǎo)出式中，Lp為鏈節(jié)數(shù);α為中心距;p為節(jié)距;z1、z2為主從動(dòng)鏈輪齒數(shù)；由此算出的鏈的節(jié)數(shù)，須圓整為整數(shù)，最好取為偶數(shù)。鏈傳動(dòng)的布置、張緊及潤(rùn)滑0410.4.1鏈傳動(dòng)的布置

鏈傳動(dòng)的合理布置應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）當(dāng)a=（30~50）p、i=2~3時(shí)，兩輪中心連線最好成水平，或與水平面成＜60°的傾角。松邊在上面或在下面均可，但在下面較好。10.4.1鏈傳動(dòng)的布置（2）當(dāng)a＜30p、i＞2，且兩輪軸線不在同一水平面時(shí)，松邊應(yīng)在下面，否則松邊下垂量增大后，鏈條易與鏈輪卡死。

（3）當(dāng)a＞60p、i＜1.5

，且兩輪軸線在同一水平面上時(shí)，松邊應(yīng)在下面，否則松邊下垂量增大后，鏈條松邊會(huì)與緊邊相碰。

10.4.1鏈傳動(dòng)的布置

（4）當(dāng)a、i為任意值，且兩輪中心連線成鉛垂時(shí)，鏈的下垂量集中在下端，將減少下鏈輪的有效嚙合齒數(shù)，降低承載能力。

應(yīng)采用措施：①中心距可調(diào)；②設(shè)張緊裝置；③上下輪左右錯(cuò)開(kāi)。10.4.2鏈傳動(dòng)的張緊常用的張緊方法有：①調(diào)整中心距；②將鏈條拆掉1~2個(gè)鏈節(jié)以回復(fù)鏈條原有長(zhǎng)度。

③中心距不可調(diào)時(shí)，可采用張緊裝置。10.4.3鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑人工定期潤(rùn)滑滴油潤(rùn)滑油浴潤(rùn)滑鏈傳動(dòng)有良好的潤(rùn)滑時(shí)，可以減輕磨損，延長(zhǎng)使用壽命。表9-10推薦了幾種不同工作條件下的潤(rùn)滑方式，供設(shè)計(jì)時(shí)選用。推薦采用全損耗系統(tǒng)用油的牌號(hào)為：L—AN46、L—AN68、L—AN100。10.4.3鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑濺油潤(rùn)滑壓力潤(rùn)滑第11章齒輪傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則02齒輪常用的材料及熱處理目錄CONTENTS03直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和計(jì)算載荷04直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算05直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算06平行軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算07直齒錐齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則0111.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式1輪齒折斷齒根疲勞斷裂齒輪軸輪齒折斷齒輪工作時(shí)，輪齒根部將產(chǎn)生相當(dāng)大的交變彎曲應(yīng)力，在載荷多次作用下，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)彎曲疲勞極限時(shí)，將產(chǎn)生疲勞裂紋，如圖所示。隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，最終將引起輪齒折斷，這種折斷稱為彎曲疲勞折斷。圖為齒輪軸實(shí)物輪齒折斷的失效情況。為提高齒輪抗折斷的能力，可采用提高材料的疲勞強(qiáng)度和輪齒心部的韌性、加大齒根圓角半徑、提高齒面制造精度、增大模數(shù)以加大齒根厚度、進(jìn)行齒面噴丸處理等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。11.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式2齒面疲勞點(diǎn)蝕

斜齒輪的點(diǎn)蝕齒面在接觸應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間地反復(fù)作用下，表層出現(xiàn)裂紋，裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致齒面金屬以甲殼狀的小微粒剝落，形成麻點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為齒面點(diǎn)蝕。閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕。為防止過(guò)早出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，可采用增大齒輪直徑、提高齒面硬度、降低齒面的表面粗糙度值和增加潤(rùn)滑油的粘度等方法。11.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式3齒面黏著（膠合）齒輪的膠合由于齒面間壓力很大，相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦使齒面工作區(qū)的局部瞬時(shí)溫度很高，造成齒面金屬直接接觸并相互粘連。當(dāng)兩齒面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，較軟齒面的金屬沿滑動(dòng)方向被撕下而形成溝紋狀，這種現(xiàn)象稱為膠合。為防止膠合的產(chǎn)生，可采用良好的潤(rùn)滑方式、限制油溫和采用抗膠合添加劑的合成潤(rùn)滑油等方法；也可采用不同材料制造配對(duì)齒輪，或一對(duì)齒輪采用同種材料不同硬度的方法。11.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式4齒面磨損輪齒磨損由于嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng)，引起齒面的摩擦磨損。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是磨損，圖示為輪齒磨損的實(shí)際失效情況為防止過(guò)快磨損，可采用保證工作環(huán)境清潔、定期更換潤(rùn)滑油、提高齒面硬度、加大模數(shù)以增大齒厚等方法。11.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式5齒面塑性變性

齒面塑性變形在過(guò)大的應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服而產(chǎn)生塑性變形，致使嚙合不平穩(wěn)，因此噪聲和振動(dòng)增大，破壞了齒輪的正常嚙合傳動(dòng)。這種失效常發(fā)生在有大的過(guò)載、頻繁起動(dòng)和齒面硬度較低的齒輪上。圖為齒面塑性變形的機(jī)理，11.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式5齒面塑性變性圖2齒面凸起塑性變形圖1為主動(dòng)輪齒面下凹的實(shí)際失效情況，圖2為從動(dòng)輪齒面凸起的實(shí)際失效情況。為防止齒面塑性變形，可通過(guò)提高齒面硬度或采用較高粘度的潤(rùn)滑油等方法來(lái)解決。圖1齒面下凹塑性變形11.1.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則輪齒的失效形式很多，但對(duì)某些具體情況而言，它們并不可能同時(shí)發(fā)生，所以必須進(jìn)行具體分析，針對(duì)其主要失效形式確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)：對(duì)軟齒面（硬度小于350HBW）的齒輪，其主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，故通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核；

對(duì)硬齒面（硬度大于350HBW）的齒輪，其主要失效形式是輪齒折斷，此時(shí)可按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。11.1.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，其主要失效形式是齒面磨損。由于目前對(duì)齒面磨損尚無(wú)行之有效的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，故通常只按輪齒折斷進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，考慮磨損因素，適當(dāng)增大模數(shù)10%～20%。齒輪常用的材料及熱處理0211.2.1齒輪傳動(dòng)對(duì)材料的基本要求（1）齒面要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。（2）齒心要有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性。（3）材料應(yīng)具有良好的加工性能及熱處理性能。11.2.2常用材料及熱處理的選擇1鋼齒輪常用鋼材為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼，一般多用鍛件或軋制鋼材。較大直徑（d>400mm）的齒輪不宜鍛造，需采用鑄鋼，如ZG340-640等，因鑄鋼收縮率大、內(nèi)應(yīng)力大，故加工前應(yīng)進(jìn)行正火或回火處理。齒輪按照不同熱處理方法所獲得的齒面硬度的高低，分為軟齒面齒輪和硬齒面齒輪兩類。(1）軟齒面齒輪―齒面硬度≤350HBW，熱處理后切齒。常用材料為45鋼、50鋼等正火處理，或45鋼、40Cr、35SiMn等做調(diào)質(zhì)處理。為了使大、小齒輪的壽命相近，建議小齒輪的齒面硬度比大齒輪高30~50HBW。這類齒輪常用于對(duì)強(qiáng)度與精度要求不高的傳動(dòng)中。(2）硬齒面齒輪﹐齒面硬度>350HBW，一般用鍛鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后切齒，再做表面硬化處理，最后進(jìn)行磨齒等精加工。表面硬化的方法可采用表面淬火、滲碳淬火、滲氮等。硬齒面齒輪常用的材料為40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAIA等。這類齒輪由于齒面硬度高，且承載能力高于軟齒面齒輪，常用于高速、重載、精密的傳動(dòng)中。11.2.2常用材料及熱處理的選擇2鑄鐵鑄鐵的抗彎和耐沖擊性能較差，但價(jià)格低廉、澆鑄簡(jiǎn)單、加工方便。主要用于低速、工況平穩(wěn)、傳遞功率不大和對(duì)尺寸、質(zhì)量無(wú)嚴(yán)格要求的開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。常用材料有HT300、HT350、QT500-7等。11.2.2常用材料及熱處理的選擇3非金屬材料對(duì)高速、小功率、精度不高及要求低噪聲的齒輪傳動(dòng)，常采用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等)做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作條件、尺寸大小、毛坯制造及熱處理方法等因素綜合考慮后選用。直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和計(jì)算載荷0311.3.1齒輪受力分析11.3.1齒輪受力分析式中T1——小齒輪上的轉(zhuǎn)矩(N.mm)，T1=9.55×106；d1——小齒輪分度圓直徑(mm)；α——壓力角，

α=20°；P——傳遞的功率(kW)；n1——小齒輪的轉(zhuǎn)速(r／min)。

如圖6-26所示，圓周力的方向在主動(dòng)輪上與嚙合點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相反，在從動(dòng)輪上與嚙合點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相同。徑向力的方向，分別由嚙合點(diǎn)指向各自的軸心。11.3.2計(jì)算載荷名義載荷——齒輪受力分析中計(jì)算出的法向力Fn

。在齒輪工作能力計(jì)算時(shí)引入載荷系數(shù)K，用計(jì)算載荷Fnc代替名義載荷Fn，以考慮實(shí)際載荷的影響。計(jì)算載荷：載荷系數(shù)K的值，查表。注：1．直齒、圓周速度高、精度低、齒寬系數(shù)大、齒輪在兩軸承間不對(duì)稱布置，取大值。

2．斜齒、圓周速度低、精度高、齒寬系數(shù)小、齒輪在兩軸承間對(duì)稱布置，取小值。直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算0411.4.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

b——輪齒寬度，mm；

u——齒數(shù)比，u=z2/z1(大輪與小輪齒數(shù)之比)；

d1——小齒輪分度圓直徑，mm；根據(jù)彈性力學(xué)赫茲公式，可得齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算式，即：ψd——齒寬系數(shù)，ψd=b/d1；

ZE——材料的彈性系數(shù)；

[σH]——齒輪材料許用接觸應(yīng)力，MPa；“＋”、“－”——外、內(nèi)嚙合。11.4.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)彈性力學(xué)赫茲公式，可得齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算式，即：運(yùn)用上述公式時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①σH1=σH2，[σH]1≠[σH]2，故將較小值代入公式進(jìn)行計(jì)算。②當(dāng)齒輪材料、傳遞轉(zhuǎn)矩T1、齒寬b、齒數(shù)比u確定后，齒面接觸疲勞強(qiáng)度取決于小齒輪分度圓直徑d1。11.4.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

目的：使齒根彎曲應(yīng)力σF不超過(guò)許用值[σF]，以避免輪齒疲勞折斷。11.4.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

m——齒輪的模數(shù)，mm；

z1——小齒輪齒數(shù)；根據(jù)懸臂梁彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法，可得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，即：[σF]——材料許用彎曲應(yīng)力，MPa；

YFS——復(fù)合齒形系數(shù)（見(jiàn)表6-12）；反映輪齒形狀和齒根處應(yīng)力集中及壓應(yīng)力、切應(yīng)力等的影響。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，YFS僅取決于齒數(shù)。11.4.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算運(yùn)用上述公式時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①兩齒輪的齒根彎曲應(yīng)力會(huì)因齒數(shù)不等而不同；兩輪材料的許用彎曲應(yīng)力一般也不同。應(yīng)取YFS1/[σF]1和YFS2/[σF]2中的較大者代入公式計(jì)算。②當(dāng)齒輪材料、傳遞轉(zhuǎn)矩T1、齒寬b、齒數(shù)z1確定后，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度取決于齒輪的模數(shù)m

。計(jì)算所得的模數(shù)m應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算0511.5直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算1直齒圓柱齒輪主要參數(shù)的確定(1)小齒輪齒數(shù)z1

對(duì)于軟齒面閉式傳動(dòng)，在滿足彎曲疲勞強(qiáng)度前提下，宜采用較多齒數(shù)，一般取z1≥20～40。對(duì)于硬齒面閉式傳動(dòng)及開(kāi)式傳動(dòng)，為保證輪齒有足夠的彎曲強(qiáng)度并使結(jié)構(gòu)緊湊，宜適當(dāng)減少齒數(shù)，以便增大模數(shù)。一般取z1=17～20，允許輪齒有少量根切或齒輪為手動(dòng)時(shí)，z1可少至14。11.5直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算1直齒圓柱齒輪主要參數(shù)的確定模數(shù)m的最小允許值應(yīng)根據(jù)抗彎曲疲勞強(qiáng)度確定。在此前提下，宜取較小模數(shù)。(2)模數(shù)m齒輪傳動(dòng)的模數(shù)一般可按經(jīng)驗(yàn)公式m=（0.007~0.02）a（a為中心距，mm）估算。軟齒面、載荷平穩(wěn)時(shí)取小值；反之取大值。為防止輪齒因過(guò)載而折斷，傳遞動(dòng)力的齒輪應(yīng)保證模數(shù)m≥2mm，特殊情況下允許m＝1.5mm。11.5直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算1直齒圓柱齒輪主要參數(shù)的確定(3)齒寬系數(shù)ψd

齒寬系數(shù)ψd越大，輪齒越寬，承載能力越強(qiáng)；

但輪齒過(guò)寬，會(huì)使載荷沿齒向分布嚴(yán)重不均。一般機(jī)械，ψd

由表取值。11.5.1直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算2直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟(1)閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)（硬度≤350HBW)1）選擇齒輪材料、熱處理方式、精度等級(jí)，計(jì)算許用應(yīng)力。2)合理選擇齒輪參數(shù)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式算出小齒3)計(jì)算齒輪的主要尺寸。4)校核所設(shè)計(jì)的齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。5)確定齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸。6）繪制齒輪的零件圖。11.5.1直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算2直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟(2)閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)（硬度>350HBw)1)選擇齒輪材料、熱處理方式及精度等級(jí)。2)合理選擇齒輪參數(shù)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出模數(shù)m，并按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)模數(shù)進(jìn)卜圓整。3)計(jì)算齒輪的主要尺寸。4)校核所設(shè)計(jì)的齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度。5)確定齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸。6）繪制齒輪的零件圖。11.5.1直齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算2直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟(3)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)1)選擇齒輪材料、熱處理方式及精度等級(jí)，常選鋼與鑄鐵配對(duì)。2）合理選擇齒輪參數(shù)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式求出模數(shù)m，并加大10%~20%，復(fù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。3)計(jì)算齒輪的主要尺寸。4)確定齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸。5)繪制齒輪的零件圖。平行軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算0611.6.1斜齒圓柱齒輪的受力分析1作用力大小斜齒圓柱齒輪受力分析

圖所示為斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力情況，若不計(jì)摩擦力，按分度圓上受力進(jìn)行計(jì)算，以主動(dòng)小齒輪為研究對(duì)象，作用于齒寬中點(diǎn)處的法向力垂直于齒面。為了便于分析計(jì)算，把分解為互相垂直的三個(gè)分力：圓周力徑向力

軸向力11.6.1斜齒圓柱齒輪的受力分析1作用力大小式中

T1——主動(dòng)輪所受的轉(zhuǎn)矩（N?mm)；d1——主動(dòng)輪分度圓直徑(mm)；

αn——法向(面)壓力角，αn=20°；

β——螺旋角。根據(jù)作用與反作用定律可知，兩輪所受法向力及其分力圓周力、徑向力、軸向力大小分別相等，方向分別相反。主動(dòng)輪和從動(dòng)輪所受的圓周力、徑向力的方向，與直齒圓柱齒輪傳動(dòng)情況相同。其所受軸向力的方向決定于輪齒螺旋線方向和齒輪的轉(zhuǎn)向，可用下面方法確定：11.6.1斜齒圓柱齒輪的受力分析2作用力方向根據(jù)主動(dòng)輪輪齒螺旋線方向?qū)?yīng)用左手或右手，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)四指彎曲方向，則大拇指所指方向即為主動(dòng)輪所受軸向力Fx1的方向，如圖所示。從動(dòng)輪所受軸向力方向由作用力與反作用力關(guān)系確定。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)主動(dòng)輪軸向力方向判定11.6.1斜齒圓柱齒輪的受力分析2作用力方向輪齒受力分析（平面表示各力的方法）z2Ft2Ft1Fx1Fx2Fr2Fr1n1z1×．n2·表示力的方向穿出平面表示力的方向進(jìn)入平面×11.6.2斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

斜齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算與直齒輪基本相似。對(duì)于一對(duì)鋼制齒輪，其簡(jiǎn)化接觸強(qiáng)度校核公式為簡(jiǎn)化接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式則為式中，當(dāng)配對(duì)齒輪材料不是鋼對(duì)鋼時(shí)，常數(shù)590可根據(jù)配對(duì)材料系數(shù)ZE修正為590ZE/189.8。

11.6.2斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算斜齒圓柱齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度，按其法面上的當(dāng)量直齒圓柱齒輪計(jì)算。對(duì)一對(duì)鋼制的標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪傳動(dòng)，其簡(jiǎn)化彎曲強(qiáng)度校核公式為

式中mn——為法向模數(shù)(mm)；

YFS——為符合齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)（zv=z/cos3β）由圖6-28查取；[σF]——為許用彎曲應(yīng)力，與直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算方法相同。

11.6.3斜齒圓柱齒輪主要參數(shù)的確定1齒數(shù)斜齒圓柱齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)比直齒輪少，其計(jì)算公式為zmin≥17cos3β。隨著螺旋角β的增大，不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)將減小，取小齒數(shù)可得到較緊湊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。11.6.3斜齒圓柱齒輪主要參數(shù)的確定2螺旋角β增大螺旋角β，可增加重合度，使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，齒輪承載能力提高;但螺旋角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增加，軸承及傳動(dòng)裝置的尺寸也相應(yīng)增大，同時(shí)傳動(dòng)效率有所降低。一般取β=8~20°。對(duì)于人字齒輪或兩對(duì)左右對(duì)稱配置的斜齒圓柱齒輪，由于軸向力抵消，可取β=25~40°。直齒錐齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算0711.7.1直齒錐齒輪傳動(dòng)的受力分析1作用力大小δdm12c輪齒上各力的大小為：

dm1——小齒輪平均分度圓直徑，dm1=d1（1-0.5b/R），mm。ω1T1FtFaFrF′FnFtF′FrFaFnα

ααδδ其他各符號(hào)的意義同前。11.7.1直齒錐齒輪傳動(dòng)的受力分析2作用力方向

各力的方向是：圓周力Ft和徑向力Fr的方向判斷同圓柱齒輪；軸向力Fa的方向?qū)蓚€(gè)齒輪都是從嚙合點(diǎn)沿各自軸線方向指向大端。δdm12cω1T1FtFaFrF′FnFtF′FrFaFnα

ααδδ11.7.2直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于一對(duì)軸交角∑=90°的鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng):校核公式式中，ΨR為齒寬系數(shù)，ΨR=b/R。其余參數(shù)的意義同直尺圓柱齒輪。設(shè)計(jì)公式為：11.7.2直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式為：設(shè)計(jì)公式為：式中，YF為齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)zV查;YS為應(yīng)力修正系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)zV查。11.7.3直齒錐齒輪主要參數(shù)的確定1模數(shù)m大端模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值，模數(shù)過(guò)小，則加工、檢驗(yàn)都不方便，一般取m≥=2mm。2齒數(shù)z錐齒輪不產(chǎn)生根切的齒數(shù)比圓柱齒輪少，zmin≥17cosδ。常取小齒輪齒數(shù)z1≥20。3齒寬系數(shù)ψR(shí)直齒錐齒輪傳動(dòng)，因輪齒由大端向小端收縮，載荷沿齒寬分布不均勾，ψR(shí)不宜取得太大，一般取ψR(shí)=0.15~0.35。傳動(dòng)比大時(shí)，ψR(shí)=0.25~0.30。錐齒輪軸線與分錐母線之間的夾角。4分錐角σ2第12章蝸桿傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算02蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)與潤(rùn)滑目錄CONTENTS蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算0112.1.1蝸桿傳動(dòng)的受力分析1作用力的大小α

T1、T2——蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)矩，N·mm；T2=T1iη，η——蝸桿傳動(dòng)效率；d1、d2——蝸桿、蝸輪分度圓直徑，mm；Fr2Fa2Ft1Fr1ω1各力的大小為α=20o——中間平面分度圓壓力角。ω2Fa1Ft212.1.1蝸桿傳動(dòng)的受力分析2作用力的方向Ft—主反從同

Fr—指向各自的軸線Fa1—蝸桿左右手螺旋定則軸向力徑向力圓周力

蝸輪轉(zhuǎn)向的判別：Fa1的反向即為蝸輪的角速度ω2方向（即拇指的反方向）左手或右手：蝸桿旋向四指環(huán)繞方向：蝸桿轉(zhuǎn)向拇指指向：蝸桿所受軸向力方向12.1.2蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1失效形式蝸桿傳動(dòng)失效形式與齒輪傳動(dòng)類似，主要有疲勞點(diǎn)蝕、膠合、磨損及輪齒折斷。因蝸桿傳動(dòng)齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度vs較大，溫升高，效率低，更容易出現(xiàn)膠合和磨粒磨損。在潤(rùn)滑及散熱不良時(shí)，閉式傳動(dòng)易出現(xiàn)膠合。12.1.2蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蝸桿傳動(dòng)，失效總是先發(fā)生在蝸輪上，故只對(duì)蝸輪輪齒做強(qiáng)度計(jì)算。閉式蝸桿傳動(dòng)的蝸輪輪齒按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。此外，還要做熱平衡驗(yàn)算。蝸桿設(shè)計(jì)時(shí)按軸強(qiáng)度進(jìn)行校核，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行剛度驗(yàn)算。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)，只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。12.1.3蝸桿傳動(dòng)的材料選擇1蝸桿、蝸輪材料材料蝸輪齒圈采用青銅減摩、耐磨性、抗膠合。蝸桿采用碳素鋼與合金鋼表面光潔、硬度高。材料牌號(hào)選擇高速重載蝸桿：20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火56~62HRC)

或40Cr42SiMn45(表面淬火45~55HRC)一般蝸桿：4045鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為220~250HBS)蝸輪材料：vS>12m/s時(shí)

ZCuSn10P1錫青銅制造vS<12m/s時(shí)

ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅vS≤6m/s時(shí)

ZCuAl10Fe3鋁青銅vS<2m/s時(shí)

球墨鑄鐵、灰鑄鐵12.1.3蝸桿傳動(dòng)的材料選擇2渦輪材料特性12.1.4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1渦輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算d1d22KT2cosγσH

=480≤[σH

]設(shè)計(jì)公式m2d1≥KT2cosγz2[σH

]4802T2為蝸輪傳遞的扭矩；K為載荷系數(shù)，取K=1.~1.4；d1,d2分別為蝸桿、蝸輪的分度圓直徑；z2為蝸輪齒數(shù)；γ

為蝸桿導(dǎo)程角；[σH]為蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力。m、d1應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值確定。校核公式12.1.4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算2渦輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式設(shè)計(jì)公式Y(jié)β為螺旋角系數(shù)，Yβ＝1-（γ／140°）；YFS為蝸輪復(fù)合齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)查圖6-39；d1、d2分別為蝸桿和蝸輪分度圓直徑（mm）；［σbb］為蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力（MPa），其值由表8-6查得。12.1.5蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算1蝸桿傳動(dòng)的效率功率損耗：嚙合損耗、軸承摩擦損耗、攪油損耗。η=（0.95~0.97）tan(γ+ρv’)tanγ

蝸桿主動(dòng)時(shí)，總效率計(jì)算公式為：式中:γ為蝸桿導(dǎo)程角;ρv’稱為當(dāng)量摩擦角，ρv’=arctanf’f’為當(dāng)量摩擦系數(shù)12.1.5蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算2蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算對(duì)閉式傳動(dòng)，熱量由箱體散逸，要求箱體與環(huán)境溫差：?t=KA1000P1(1-η)tanγ≤[?t]?t=(t-t0)—溫度差；P1—蝸桿傳遞的功率；K—表面散熱系數(shù)；一般?。篕=10~17W/(m2℃)A—散熱面積,m2,指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對(duì)于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計(jì)算。12.1.6圓柱蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)選擇正確選擇和匹配參數(shù)是圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，它直接關(guān)系到傳動(dòng)的承載能力和經(jīng)濟(jì)性。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)有模數(shù)m、壓力角α、蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2、蝸桿分度圓直徑d1和導(dǎo)程角γ等。1)模數(shù)m。蝸桿的軸向模數(shù)等于蝸輪的端面模數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)值。傳遞一般動(dòng)力時(shí)，取m=2~8mm。2）蝸桿直徑系數(shù)q。直徑系數(shù)q反映了直徑與模數(shù)m之間的關(guān)系。在d1與m均為標(biāo)準(zhǔn)值的條件下，q也是確定的標(biāo)準(zhǔn)值。3)蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2可根據(jù)傳動(dòng)比，按推薦用值選取。4）蝸桿導(dǎo)程角γ及蝸輪螺旋角β。γ=B，一般取右旋。γ角隨m、d1、z1值而定。12.1.7圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟1)成對(duì)選擇蝸桿、蝸輪材料，確定許用應(yīng)力。2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1。3)驗(yàn)算效率和滑動(dòng)速度。4)驗(yàn)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。5)計(jì)算蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸。6)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。7)選擇精度等級(jí)。8)進(jìn)行蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制蝸桿和蝸輪的零件圖。蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)與潤(rùn)滑0212.2.1蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)1蝸桿結(jié)構(gòu)

蝸桿通常與軸做成一個(gè)整體，稱為蝸桿軸。按蝸桿的加工方法不同，可分為車(chē)削蝸桿和銑削蝸桿兩種。圖a所示為銑制蝸桿，在軸上直接銑出螺旋齒形，沒(méi)有退刀槽；圖b所示為車(chē)制蝸桿，則需在軸上設(shè)置退刀槽。

蝸桿的結(jié)構(gòu)銑制蝸桿車(chē)制蝸桿12.2.1蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)2蝸輪結(jié)構(gòu)

蝸輪直徑較小時(shí)，可做成整體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)直徑較大時(shí)，由于青銅成本較高，為節(jié)省貴重的有色金屬，則輪緣和輪心部分可分別采用青銅和鑄鐵制造。按輪緣和輪心聯(lián)接方式的不同可分為輪箍式和螺栓聯(lián)接式等。蝸輪的典型結(jié)構(gòu)形式參見(jiàn)蝸輪的典型結(jié)構(gòu)表。蝸輪的典型結(jié)構(gòu)表12.2.2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑1潤(rùn)滑方式(1)開(kāi)式傳動(dòng)潤(rùn)滑人工定期（油或脂)潤(rùn)滑。(2)閉式傳動(dòng)潤(rùn)滑1)噴油潤(rùn)滑（v>10m/s)，如圖12-5a所示。蝸桿傳動(dòng)一般采用噴油潤(rùn)滑。2）油浴潤(rùn)滑（v≤10m/s)，如圖12-5b、c所示。最低浸油深度是1個(gè)齒高（≥10mm)，最高浸油深度是兩個(gè)齒高。12.2.2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑2潤(rùn)滑油的選擇開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)應(yīng)采用黏度較高的齒輪油或潤(rùn)滑脂，可根據(jù)表12-3來(lái)選擇潤(rùn)滑油的黏度，進(jìn)而由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定潤(rùn)滑油的牌號(hào)。12.2.2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑2潤(rùn)滑油的選擇閉式蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油黏度可根據(jù)滑動(dòng)速度和載荷類型選取，見(jiàn)下表。第13章軸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01概述02軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄CONTENTS03軸的強(qiáng)度計(jì)算04軸的設(shè)計(jì)方法概述0113.1.1軸的分類圖13-1單級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的設(shè)備中用到很多軸，可以說(shuō)有轉(zhuǎn)動(dòng)的部位就有軸。日常生活中的自行車(chē)就有前輪軸、后輪軸、中軸和腳蹬子軸等。圖13-1所示為單級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器的外形圖，減速器就主要是靠工作軸（階梯軸）來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。13.1.1軸的分類右圖所示為減速器低速軸（階梯軸）的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中③軸段、⑦軸段安裝有軸承用來(lái)支持軸的旋轉(zhuǎn)，圖中④軸端、①軸端安裝工作零件齒輪與聯(lián)軸器。圖13-2減速器低速軸的結(jié)構(gòu)示意圖13.1.1軸的分類圖13-4固定心軸圖13-3轉(zhuǎn)動(dòng)心軸按軸所受載荷，可分為心軸、傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)軸三類。

（1）心軸

主要承受彎矩的軸稱為心軸。若心軸工作時(shí)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，例如機(jī)車(chē)輪軸，如上圖所示。若心軸工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為固定心軸，例如自行車(chē)前輪軸，如下圖所示。1.按所受載荷分類13.1.1軸的分類挖樹(shù)坑機(jī)上的傳動(dòng)軸

（2）傳動(dòng)軸

主要承受扭矩的軸稱為傳動(dòng)軸。上圖所示為汽車(chē)上從變速箱到后橋的傳動(dòng)軸。下圖為挖樹(shù)坑機(jī)上的傳動(dòng)軸。圖13-5傳動(dòng)軸13.1.1軸的分類圖13-6轉(zhuǎn)軸

（3）轉(zhuǎn)軸

圖示為單級(jí)圓柱齒輪減速器中的轉(zhuǎn)軸，該軸上兩個(gè)軸承之間的軸段承受彎矩，聯(lián)軸器與齒輪之間的軸段承受扭矩，這種既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。13.1.1軸的分類按軸線的幾何形狀，可分為直軸、曲軸和撓性軸三類。2.按軸線的幾何形狀分類圖13-7曲軸下圖為曲軸，常用于往復(fù)式機(jī)械（如曲柄壓力機(jī)、內(nèi)燃機(jī)）中，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換和動(dòng)力的傳遞。13.1.1軸的分類圖11-8撓性軸撓性軸（也稱鋼絲軟軸）是由幾層緊貼在一起的鋼絲層構(gòu)成的，它能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和不大的轉(zhuǎn)矩靈活地傳到任何位置，但它不能承受彎矩，多用于轉(zhuǎn)矩不大、以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的簡(jiǎn)單傳動(dòng)裝置中。摩托車(chē)的前輪到速度表之間的傳動(dòng)軸就是撓性軸，見(jiàn)右圖。13.1.1軸的分類2.按軸線的幾何形狀分類圖13-10階梯軸圖13-9光軸

（1）光軸

光軸的各截面直徑相同。它加工方便，但零件不易定位，如右圖所示。

（2）階梯軸

軸上零件容易定位，便于裝拆，一般機(jī)械中常用，如右圖所示。直軸按形狀又可分為光軸、階梯軸和空心軸三類。按軸線的幾何形狀，可分為直軸、曲軸和撓性軸三類。13.1.1軸的分類

自行車(chē)的后輪軸是直軸，原來(lái)傳統(tǒng)的軸與后輪之間是安裝散滾動(dòng)體的，現(xiàn)在新的自行車(chē)的后軸與后輪之間改用軸承，摩擦阻力小，騎行省力。圖a是原來(lái)的后軸，圖b是可以改裝為軸承用的后軸。圖a原來(lái)的后軸圖b可以改裝為軸承用的后軸13.1.1軸的分類圖13-11空心軸

（3）空心軸

下圖所示為空心軸。它可以減輕質(zhì)量、增加剛度，還可以利用軸的空心來(lái)輸送潤(rùn)滑油、切削液或便于放置待加工的棒料。車(chē)床主軸就是典型的空心軸。13.1.2軸的材料與毛坯1軸的材料種類碳素鋼35、45、50、Q235合金鋼20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，尤其是45鋼應(yīng)用最廣。合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。球墨鑄鐵有成本低廉、吸振性較好、對(duì)應(yīng)力集中的敏感較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。正火或調(diào)質(zhì)處理。13.1.2軸的材料與毛坯2軸的毛坯軸的毛坯可用軋制圓鋼材、鍛造、焊接、鑄造等方法獲得。對(duì)要求不高的軸或較長(zhǎng)的軸，毛坯直徑小于150mm時(shí)，可用軋制圓鋼材;對(duì)受力大、生產(chǎn)批量大的重要軸的毛坯，可由鍛造提供;對(duì)直徑特大而件數(shù)很少的軸，可用焊件毛坯;對(duì)生產(chǎn)批量大、外形復(fù)雜、尺寸較大的軸，可用鑄造毛坯。軸的常用材料及其主要力學(xué)性能見(jiàn)表13-1。13.1.2軸的材料與毛坯2軸的毛坯13.1.3軸的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1軸常見(jiàn)的失效形式1)因彎曲疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生疲勞斷裂。2)因靜強(qiáng)度不足而斷裂。軸受到嚴(yán)重沖擊或過(guò)載，將產(chǎn)生脆性斷裂而失效。3）因剛度不足而變形過(guò)大。精密或重要的軸會(huì)因變形過(guò)大、精度降低而不能正常工作。4)軸因共振而斷裂。5）其他失效，形式如軸頸嚴(yán)重磨損、摩擦高溫產(chǎn)生“燒軸”、腐蝕加速疲勞等。13.1.3軸的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2軸的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）根據(jù)軸的工作條件、生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)性原則，選取合適的材料、毛坯形式及熱處理方法。2）根據(jù)軸的受力情況、軸上零件的安裝位置、配合尺寸及定位方式、軸的加工方法等具體要求，確定軸的合理結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸，即進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3）進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算或校核。對(duì)受力大的細(xì)長(zhǎng)軸（如蝸桿軸）和對(duì)剛度要求高的軸還要進(jìn)行剛度計(jì)算。在高速工作的軸，因有共振危險(xiǎn)，故應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0213.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是定出軸的形狀和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)由多方面因素決定，主要有:1)軸的受載狀況。2)軸上零件的數(shù)目和布置情況。3)零件在軸上的定位和固定方法。4)軸承的類型及尺寸。5)軸的加工及裝配工藝等。此外，也不能脫離整個(gè)機(jī)器而單純討論某軸的結(jié)構(gòu)，故不存在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)軸，必須根據(jù)具體情況具體分析、比較，才能確定最佳方案。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，就是在滿足強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，根據(jù)軸上零件的定位要求及軸的加工、裝配工藝性要求，合理地設(shè)計(jì)出軸的結(jié)構(gòu)形狀和全部尺寸。13.2.1軸的結(jié)構(gòu)組成軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)及軸身等部分組成。軸的支承部位與軸承配合的軸段稱為軸頸，根據(jù)所在的位置又可分為端軸頸（位于軸的兩端，只承受彎矩）和中軸頸（位于軸的中間，同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩)。根據(jù)軸頸所受載荷的方向，軸頸又可分為承受徑向力的徑向軸頸（簡(jiǎn)稱軸頸）和承受軸向力的止推軸頸。安裝輪轂的軸段稱為軸頭。軸頭與軸頸間的軸段稱為軸身。13.2.2零件在軸上的定位2零件在軸上的軸向定位

軸上零件的軸向位置必須固定，以承受軸向力或不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。軸向定位和固定主要有兩類方法：一是利用軸本身部分結(jié)構(gòu)，如軸肩、軸環(huán)、錐面等；二是采用附件，如套筒、圓螺母、彈性擋圈、軸端擋圈、緊定螺釘、楔鍵和銷(xiāo)等。13.2.2零件在軸上的定位2零件在軸上的軸向定位軸肩或軸環(huán)套筒13.2.2零件在軸上的定位2零件在軸上的軸向定位錐面圓螺母與止動(dòng)墊圈13.2.2零件在軸上的定位2零件在軸上的軸向定位雙圓螺母彈性擋圈13.2.2零件在軸上的定位2零件在軸上的軸向定位軸端擋圈緊定螺釘13.2.2零件在軸上的定位1零件在軸上的周向定位周向固定大多采用鍵、花鍵、或過(guò)盈配合等聯(lián)接形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了加工方便，鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線上，且緊可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。鍵槽應(yīng)設(shè)計(jì)成同一加工直線13.2.3軸及軸上零件的工藝性1加工的工藝性1.將軸設(shè)計(jì)成階梯軸。提供用于零件定位和固定的軸肩、軸環(huán)，區(qū)別不同的加工表面要求，便于零件的裝拆和固定。2.軸上有磨削要求的表面，需在軸肩處留出砂輪越程槽；軸上需車(chē)削螺紋的部分，應(yīng)有退刀槽；軸上有多個(gè)鍵槽時(shí)，鍵槽應(yīng)布置在同一母線上。13.2.3軸及軸上零件的工藝性2裝配的工藝性1.軸的直徑應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求，并應(yīng)盡量取標(biāo)準(zhǔn)值；與滾動(dòng)軸承配合處，須滿足滾動(dòng)軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列；螺紋處的直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)系列；安裝聯(lián)軸器處的軸徑應(yīng)按聯(lián)軸器孔徑設(shè)計(jì)。2.用套筒、圓螺母、擋圈等定位時(shí)，軸段的長(zhǎng)度應(yīng)小于相配零件寬度。3.階梯軸截面尺寸變化處應(yīng)采用圓角過(guò)渡，圓角半徑不宜過(guò)小。圓角半徑過(guò)大影響軸上零件定位，可采用卸載槽B凹切圓角或中間環(huán)來(lái)增大圓角半徑。4.降低軸的表面粗糙度或用滾壓、噴丸等表面強(qiáng)化措施提高軸表面質(zhì)量從而提高軸的疲勞強(qiáng)度。30?過(guò)渡肩環(huán)r凹切圓角Rdd/4B卸載槽

也可以在輪轂上增加卸載槽B位置d/413.2.3軸及軸上零件的工藝性3妥善安排受力與提高軸的疲勞強(qiáng)度

1.改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中

減小圓角應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)

減小應(yīng)力集中的措施：（2）截面尺寸變化處宜采用較大的過(guò)渡圓角；

（3）圓角半徑受到限制時(shí)，可采用如下結(jié)構(gòu)：（1）階梯軸相鄰軸段直徑不宜相差太大；13.2.3軸及軸上零件的工藝性3妥善安排受力與提高軸的疲勞強(qiáng)度（4）當(dāng)軸與輪轂為過(guò)盈配合時(shí)，配合邊緣處會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。

過(guò)盈配合邊緣處的應(yīng)力集中輪轂上開(kāi)卸載槽

軸上開(kāi)卸載槽

增大配合處直徑

減小應(yīng)力集中的措施：13.2.3軸及軸上零件的工藝性3妥善安排受力與提高軸的疲勞強(qiáng)度2.改進(jìn)軸的表面質(zhì)量表面強(qiáng)化處理的方法有：（1）表面高頻淬火；（2）表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)處理；（3）碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。13.2.3軸及軸上零件的工藝性3妥善安排受力與提高軸的疲勞強(qiáng)度

3.改善軸的受力情況方案a方案b

輪轂較長(zhǎng)、軸的彎矩較大。

可減小彎矩；有良好的軸孔配合。不合理合理13.2.3軸及軸上零件的工藝性3妥善安排受力與提高軸的疲勞強(qiáng)度W方案bTW方案a只受彎矩軸徑較小起重卷筒的兩種結(jié)構(gòu)方案

受彎矩并傳遞轉(zhuǎn)矩軸徑較大合理不合理

3.改善軸的受力情況13.2.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須經(jīng)過(guò)初步強(qiáng)度計(jì)算，已知軸的最小直徑以及軸上主要零件尺寸(主要是轂孔直徑及寬度)后再進(jìn)行。其主要步驟為:(1)確定軸上零件裝配方案確定軸的結(jié)構(gòu)與軸上零件的位置，以及零件應(yīng)從軸的哪一端裝配。(2)確定軸上零件定位方式根據(jù)具體工況，對(duì)軸上零件的軸向定位和周向定位方式進(jìn)行選擇。軸向定位通常是軸肩(或軸環(huán))與套筒、圓螺母、彈性擋圈等組合的使用。周向定位多采用鍵聯(lián)接、銷(xiāo)聯(lián)接、緊定螺釘及過(guò)盈配合定位。13.2.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟(3)確定各軸段直徑軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步估算軸的最小直徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。為了滿足零件在軸上定位的需要，通常將軸設(shè)計(jì)為階梯軸。根據(jù)作用的不同，軸的軸肩可分為定位軸肩和工藝軸肩(為裝配方便而設(shè))，定位軸肩的高度值有一定的要求;工藝軸肩的高度值則較小，無(wú)特別要求。所以，直徑的確定是在強(qiáng)度計(jì)算基礎(chǔ)上，根據(jù)軸向定位的要求，定出各軸段的最終直徑。(4)確定各軸段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上配合零件的轂孔長(zhǎng)度及位置、軸承寬度、軸承端蓋的厚度等因素確定。(5)確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)如倒角尺寸、過(guò)渡圓角半徑、退刀槽尺寸、軸端螺紋孔尺寸、鍵槽尺寸等。13.2.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟(6)確定軸的加工精度、尺寸公差、幾何公差、配合、表面粗糙度等技術(shù)要求軸的加工精度根據(jù)配合要求和加工可能性而定，精度越高，成本越高。通用機(jī)器中，軸的精度多為IT5~IT7。軸應(yīng)根據(jù)裝配要求，定出合理的幾何公差，主要有:配合軸段的直徑相對(duì)于軸頸(基準(zhǔn))的同軸度及它的圓度、圓柱度;定位軸肩的垂直度;鍵槽相對(duì)于軸線的平行度和對(duì)稱度等。(7)畫(huà)出軸的零件圖軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常與軸的強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算、軸承及聯(lián)軸器尺寸的選擇計(jì)算、鍵聯(lián)接強(qiáng)度校核計(jì)算等交叉進(jìn)行，經(jīng)反復(fù)修改，最后確定最佳結(jié)構(gòu)方案，畫(huà)出軸的零件圖。軸的強(qiáng)度計(jì)算0313.3.1軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸，強(qiáng)度條件為設(shè)計(jì)公式為

對(duì)于既傳遞扭轉(zhuǎn)又傳遞彎矩的軸，可按上式初步估算軸的直徑。計(jì)算結(jié)果為最小直徑！軸的材料Q235、20354540Cr,35SiMn[τ](N/mm)12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~106106~97常用材料的[τ]值和C值注:當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí),C取較小值;

否則取較大值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑！13.3.2軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算減速器中齒輪軸的受力為典型的彎扭合成。在完成單級(jí)減速器草圖設(shè)計(jì)后，外載荷與支撐反力的位置即可確定，從而可進(jìn)行受力分析。因σb和τ的循環(huán)特性不同，折合后得對(duì)于一般鋼制軸，可用第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力。強(qiáng)度條件為

l1l彎曲應(yīng)力扭切應(yīng)力代入得W—抗彎截面系數(shù)；WT

—抗扭截面系數(shù)；α----折合系數(shù)Me---當(dāng)量彎矩13.3.3軸的剛度計(jì)算1軸的彎曲剛度校核計(jì)算軸的彎曲剛度是指軸在變矩作用下抵抗彎曲變形的能力，常用撓度y和偏轉(zhuǎn)角θ來(lái)度量，如圖13-4所示。應(yīng)用材料力學(xué)公式和分析方法算出軸的撓度y和偏轉(zhuǎn)角θ，判定公式如下：當(dāng)軸上同時(shí)作用幾個(gè)載荷時(shí)，可用疊加法求出撓度和偏轉(zhuǎn)角。如果這幾個(gè)載荷組成的不是平面力系，一般先將它們分解到水平面和垂直面上，分別求出各平面內(nèi)的變形量，然后再進(jìn)行疊加。式中，[y]為許用撓度(mm);[θ]為許用偏轉(zhuǎn)角(rad)。13.3.3軸的剛度計(jì)算2軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)剛度是指軸在轉(zhuǎn)矩作用下抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力，常用扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量。應(yīng)用材料力學(xué)公式和分析方法算出軸每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角山，判定公式如下：式中，[Ψ]為許用扭轉(zhuǎn)角(rad)。軸的設(shè)計(jì)方法0413.4軸的設(shè)計(jì)方法1類比法類比法是根據(jù)軸的工作條件，選擇與其相似的軸進(jìn)行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫(huà)出軸的零件圖。用類比法設(shè)計(jì)軸一般不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。由于該方法完全依靠現(xiàn)有資料及設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠、穩(wěn)妥，同時(shí)又可加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，因此類比法較為常用，但有時(shí)也有一定的盲目性。13.4軸的設(shè)計(jì)方法1設(shè)計(jì)計(jì)算法用設(shè)計(jì)計(jì)算法設(shè)計(jì)軸的一般步驟為:1）根據(jù)軸的工作條件選擇材料，確定許用應(yīng)力。2)按純扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算初估軸的最小直徑。3)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，繪制出軸的結(jié)構(gòu)草圖。具體內(nèi)容包括:根據(jù)工作要求確定軸上零件的位置和固定方式。確定各軸段的直徑。確定各軸段的長(zhǎng)度。根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角、退刀槽等尺寸。4）按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。一般在軸上選取2~3個(gè)危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。若危險(xiǎn)截面強(qiáng)度不夠或強(qiáng)度裕度過(guò)大，則必須重新修改軸的結(jié)構(gòu)。5）修改軸的結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行校核計(jì)算。這樣反復(fù)交替地校核和修改，直至設(shè)計(jì)出較為合理的軸的結(jié)構(gòu)。6)繪制軸的零件圖。需要指出的是:①一般情況下，設(shè)計(jì)軸時(shí)不必進(jìn)行軸的剛度、振動(dòng)、穩(wěn)定性等校核。如需進(jìn)行軸的剛度校核，也只進(jìn)行軸的彎曲剛度校核;②對(duì)用于重要場(chǎng)合的軸、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，應(yīng)采用疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算方法進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。具體內(nèi)容可查閱機(jī)械設(shè)計(jì)方面的有關(guān)資料。第14章軸承機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類型及代號(hào)02滾動(dòng)軸承類型的選擇目錄CONTENTS03滾動(dòng)軸承的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則04滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算05滾動(dòng)軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算06滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)07滑動(dòng)軸承08滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承的比較滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類型及代號(hào)0114.1.1滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承基本結(jié)構(gòu)如右圖所示，滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體及保持架等四部分組成。通常內(nèi)圈用過(guò)盈配合與軸頸