精密機械設(shè)計(全套課件)

精密機械設(shè)計緒論精密機械系統(tǒng)是現(xiàn)代儀器儀表的基礎(chǔ)和重要的組成部分精密機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響儀器儀表的性能指標、工作可靠性和穩(wěn)定性相關(guān)課程機械制圖機械原理工程力學(xué)、材料力學(xué)金屬材料及熱處理互換與測量技術(shù)基礎(chǔ)滿足技術(shù)性能指標和經(jīng)濟性能指標主要內(nèi)容第一篇傳動摩擦輪傳動、帶傳動齒輪傳動螺旋傳動軸第二篇運動支承支承導(dǎo)軌主要內(nèi)容第三篇連接機械零件連接光學(xué)零件連接第四篇儀器常用組合件微動、鎖緊裝置可變光闌快門第五篇彈性元件一、任務(wù)工作原理、特點、計算方法、設(shè)計傳動、結(jié)構(gòu)、精度實驗、測試、分析二、滿足要求

功能要求可靠性要求精度要求經(jīng)濟性要求三、設(shè)計步驟運動情況----載荷（額定功率---力學(xué)）--需求--設(shè)計--開發(fā)工作能力--主要尺寸（工藝）--圖紙--試制—校核—批量四、設(shè)計思考合理布局強度穩(wěn)定性工藝外觀摩擦輪傳動、帶傳動

1.1摩擦輪傳動傳動方式：借助摩擦力傳遞運動和轉(zhuǎn)矩傳動裝置：摩擦輪傳動直接接觸；帶傳動靠中間構(gòu)件-皮帶優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單平穩(wěn)、噪音低過載-安全作用（滑動）無級變速缺點：傳動精度低、無恒定速度比傳動轉(zhuǎn)矩小效率低1.2摩擦輪傳動設(shè)計一、工作原理：利用主動輪、從動輪接觸處摩擦力傳遞運動、轉(zhuǎn)矩二、工作條件：兩輪接觸面間的摩擦力應(yīng)大于或等于帶動從動輪回轉(zhuǎn)所需的工作圓周力

1.2摩擦輪傳動設(shè)計三.傳動比理論計算：考慮彈性滑動時，實際計算：四、摩擦輪傳動特點：(1)傳動中的彈性滑動：實際正常工作中，由于摩擦力的作用，摩擦輪在接觸點兩側(cè)的彈性變形量不一樣，即主動輪上的表層金屬在接觸區(qū)由壓縮逐漸變?yōu)樯扉L，而從動輪上對應(yīng)的表層金屬，則由伸長逐漸變?yōu)閴嚎s，所以兩輪接觸面間就產(chǎn)生了相對滑動，這種由于材料彈性變形而產(chǎn)生的滑動，稱為彈性滑動。彈性滑動的影響：速度損失，傳動精度和效率低，摩擦輪傳動的實際傳動比為

—摩擦輪傳動的彈性滑動率（即速度損失率）傳動輪速度低于主動輪速度

（2）傳動中的打滑：摩擦力矩小于阻力矩，主動輪不能帶動傳動輪，兩輪面接觸處在傳動中會出現(xiàn)相對滑移現(xiàn)象。（3）影響及消除：傳動輪速度低于主動輪速度，選較大的彈性模量，不能消除。產(chǎn)生打滑，致使從動輪的輪面遭受局部磨損而影響傳動質(zhì)量，應(yīng)避免。1.2.2分類

兩軸平行的摩擦輪傳動兩軸相交的摩擦輪傳動1.2.3材料要求：彈性模量大、摩擦系數(shù)大、耐磨淬火鋼：40Cr(58HRC)鑄鐵：QT200橡膠：做主動輪，防止打滑時候損傷從動輪1.2.4摩擦輪傳動設(shè)計1、圓柱摩擦輪傳動：主動輪與從動輪接觸處的摩擦力F為常用得出：2、圓錐摩擦輪傳動：（1）傳動比為：（2）作用載荷：作用在軸上的載荷為圓周力Ft和接觸面間的法向力Fn

，

法向力Fn可以分解為徑向力Fr和軸向力Fa方向：徑向力指向輪心；圓周力主動輪上與回轉(zhuǎn)方向相反，從動輪上與回轉(zhuǎn)方向相同主動輪徑向力等于從傳動輪軸向力；從動輪徑向力等于主動輪軸向力由于得出，要獲得同樣大小的法向力，可移動小輪1.3摩擦無級變速器無級調(diào)速：在一定傳動比范圍內(nèi)能線性的調(diào)節(jié)傳動比，摩擦式機械無級變速器是由變速機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)以及加壓裝置或輸出機構(gòu)三部分組成的一種傳動裝置。1.4帶傳動1.4.1、工作原理及傳動比：利用中間撓性構(gòu)件、借助傳動帶與帶輪的摩擦力或嚙合來傳遞運動和動力。1、分類：（1）按帶截面平帶--結(jié)構(gòu)簡單、中心距離大V帶--摩擦力大圓帶—低速、小功率（家電）多楔帶—大功率、結(jié)構(gòu)緊湊同步帶--嚙合運動、傳動比恒定（2）按傳動原理

摩擦傳動型（普通帶）嚙合傳動型（同步帶、孔齒帶）拖動帶傳動2、工作原理：

利用中間撓性構(gòu)件、借助傳動帶與帶輪的摩擦力或嚙合來傳遞運動和動力。3、傳動比：1.4.2特點：（1）優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、噪聲小中心距大的傳動緩和載荷沖擊過載保護-打滑、防零件損壞制造安裝簡單（嚙合除外）（2）缺點：傳動比不恒定、傳動精度低效率低-彈性滑動、打滑帶壽命低1.4.3帶傳動張緊裝置

靜止時傳動帶應(yīng)張緊在帶輪上，使得帶與帶輪接觸間產(chǎn)生一定的壓力。帶兩邊拉力相等，為初拉力F0

常用張緊：定期裝緊、自動張緊、張緊輪張緊1.4.4V帶傳動1.V帶結(jié)構(gòu)：強力層、填充物、外包層型號：普通V帶、窄V帶、寬V帶普通V帶的型號按橫截面從小到大分為7類2、帶輪結(jié)構(gòu)：輪緣、輪轂、輪輻帶輪輪槽角：32°、34°、36°、38°問題1：帶輪槽角小于帶楔角？帶受力彎曲，外層受拉、橫向收縮變窄；內(nèi)側(cè)受壓、截面變寬，保證良好接觸。問題2：大小帶輪輪槽角如何選擇？帶輪型式：實心式、腹板式、輪輻式1.4.5帶傳動的設(shè)計1、相關(guān)幾何參數(shù)：中心距帶長包角帶輪直徑2、帶傳動的幾何關(guān)系小帶輪上的包角帶的基本長度中心距1.4.6帶傳動的受力分析緊邊拉力F1：帶在進入主動輪一邊被拉緊為緊邊，拉力由F0增加為F1。松邊拉力F2：帶在進入從動輪一邊被放松稱為松邊。拉力由F0減少為F2。有效拉力Ft：帶傳動所能傳遞的有效圓周力。Ft=F1-F2

正常工作時最大有效拉力：

當(dāng)傳遞的圓周力超過此極限值時，帶將在輪面上打滑。避免打滑的條件：（圓周力決定因素）：材料--fv包角--值初拉力--F0值材料不變，

值、F0值增大---圓周力增大

值、F0值不變，fv增大---圓周力增大1.4.7彈性滑動和打滑彈性滑動：帶是彈性體，受拉力作用后產(chǎn)生拉伸彈性變形，工作時由于存在緊邊拉力，松邊拉力，帶在通過帶輪時拉伸變形發(fā)生變化，使帶與帶輪之間產(chǎn)生相對滑動，這種滑動與帶的彈性變形有關(guān)。

彈性滑動是由拉力差引起的，只要傳遞圓周力，彈性滑動就不可避免。打滑：當(dāng)外載荷大到一定值時，帶與帶輪間產(chǎn)生全面滑動；打滑是由過載引起的全面滑動，只要限制載荷，就可以避免，而且應(yīng)當(dāng)避免。滑動率－從動輪速度的降低率

帶傳動的實際傳動比1.4.8帶傳動的應(yīng)力分析帶傳動工作時的應(yīng)力：由緊邊和松邊拉力所產(chǎn)生的應(yīng)力；由離心力產(chǎn)生的應(yīng)力以及由于帶在帶輪上彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力。由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的應(yīng)力由離心力產(chǎn)生的應(yīng)力－作用于帶的全長帶在帶輪上彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大應(yīng)力發(fā)生在帶緊邊進入小帶輪處。五、帶傳動設(shè)計

帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是根據(jù)帶輪的節(jié)圓直徑、軸間距及安裝形式確定結(jié)構(gòu)形式及尺寸。1）確定型號:根據(jù)計算功率和主動輪轉(zhuǎn)速

KA查表1-8，選型號圖1.192）帶輪直徑：D1、D23）驗算帶速：最適宜范圍（10~15）m/s五、帶傳動設(shè)計4）中心距和帶長中心距a0無限制時：公式（1-30）、（1-31）公式（1-13）計算帶長并取標準值中心距有限制時：公式（1-12）、（1-13）、（1-14）五、帶傳動設(shè)計5）計算小包角公式（1-12）通常α1≥120°6）V帶的根數(shù)公式（1-32）7）其他參數(shù)計算1.5同步帶傳動1.5.1同步帶的特點及應(yīng)用同步帶綜合了帶傳動和齒輪傳動的優(yōu)點1.5.2同步帶1.種類圖1.21

有梯形齒同步帶、弧形齒同步帶2.尺寸、標準及表示方法關(guān)鍵參數(shù)是節(jié)距按節(jié)距不同分7種型號有標準的標記方法1.5.3同步帶輪

帶輪有齒槽和擋圈，其余跟普通帶輪類似常見材料：鋼、鑄鐵、鋁合金、塑料等1.5.3同步帶設(shè)計與計算

緊邊拉力：松邊拉力：有效拉力：參看計算例題1-1

齒輪傳動2.1概述主要用途：2）變換運動方式3）變速1）傳遞任意兩軸之間的運動和轉(zhuǎn)矩（平行，相交，交錯）特點：傳動比恒定（觀摩與帶，鏈傳動比較）結(jié)構(gòu)緊湊。傳遞較大的功率（力）(視頻1、2)。傳動效率高、壽命長。制造，安裝成本高。吸振性差。2.1概述平面齒輪傳動（軸線平行）外齒輪傳動內(nèi)齒輪傳動齒輪齒條直齒斜齒人字齒圓柱齒輪非圓柱齒輪

空間齒輪傳動（軸線不平行）按相對運動分

按齒廓曲線分直齒斜齒曲線齒圓錐齒輪兩軸相交兩軸交錯蝸輪蝸桿傳動螺旋齒輪準雙曲面齒輪漸開線齒輪圓弧齒輪擺線齒輪拋物線齒輪

按速度高低分:按傳動比分:按封閉形式分：齒輪傳動的類型高速、中速、低速齒輪傳動。定傳動比、變傳動比齒輪傳動。開式齒輪傳動、閉式齒輪傳動。球齒輪分類2.1概述

對齒輪傳動的基本要求之一是其瞬時傳動比保持恒定。要保證瞬時傳動比恒定不變，則齒輪的齒廓必須符合一定的條件。

2.1概述基本要求2.2.1基本參數(shù)齒頂圓（rada）齒根圓（rfdf）齒厚(sk)齒槽寬(ek)齒距（pk）分度圓（rd）s=e齒數(shù)（z）模數(shù)（m=p/

，mm）分度圓壓力角（

）齒頂高(ha)齒根高(hf)齒寬（b）2.2漸開線直齒圓柱齒輪基本參數(shù)和幾何尺寸分度圓是計算齒輪各部分尺寸的基準圓，具有標準模數(shù)(表2-1)和壓力角（通常為20°）。d=mz

齒輪幾何參數(shù)計算參考（表2-2）2.2.2、幾何尺寸計算主要特點：⒈齒廓為直線⒉齒廓上各點速度大小方向一致⒊齒廓上各點壓力角相同，等于齒廓的傾斜角⒋齒廓上各點齒距相同2.2.3齒輪齒條齒條是齒數(shù)無窮多的齒輪，一種特殊形式使用場合開始嚙合點－從動輪齒頂圓與嚙合線交點B1終止嚙合點－主動輪齒頂圓與嚙合線交點B2B1B2－實際嚙合線實際嚙合線不能超過極限點N1和N2。N1N2－理論嚙合線

’－嚙合角2.3.1嚙合過程2.3漸開線直齒圓柱齒輪傳動2.3.2正確嚙合條件1本質(zhì)條件：兩齒輪的法向齒距應(yīng)相等。注：法向齒距－相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的垂直距離?；?jié)－基圓齒距。

pb1＝pb22推演條件：m1cos

1=m2cos

23結(jié)論：兩齒輪分度圓上的模數(shù)和壓力角必須分別相等。（漸開線齒輪互換的必要條件）

m1=m2=m

1=

2=

2.4.1斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及其嚙合特點1、直齒輪嚙合特點：沿齒寬同時進入或退出嚙合。突然加載或卸載，運動平穩(wěn)性差，沖擊、振動和噪音大。AKKA發(fā)生面基圓柱2.4

斜齒圓柱齒輪傳動接觸線2、斜齒輪齒廓形成:斜直線KK的軌跡－斜齒輪的齒廓曲面,βb

－基圓柱上的螺旋角

嚙合特點：接觸線長度的變化：短→長→短加載、卸載過程是逐漸進行的。優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、沖擊、振動和噪音較小，適宜高速、重載傳動。發(fā)生面KKβbAA接觸線優(yōu)缺點⑴嚙合性能好、傳動平穩(wěn)，噪音小。

⑵重合度大，承載能力高。⑶zmin<zvmin

,機構(gòu)更緊湊。⑷缺點是產(chǎn)生軸向力，且隨β增大而增大，一般取β＝8°～12°。采用人字齒輪，可使β＝25°～40°。常用于高速大功率傳動中(如船用齒輪箱)。2.4.2斜齒圓柱齒輪基本參數(shù)及嚙合條件㈠基本參數(shù)端面：垂至于軸線的平面，其參數(shù)以t為下標。法面：與螺旋線垂直的平面，其參數(shù)以n為下標。螺旋角β：分度圓柱上的螺旋角。齒距和模數(shù)3.壓力角端面齒頂高系數(shù)和端面頂隙系數(shù)無論在端面和法面，輪齒的齒頂高相同，頂隙也相同。斜齒輪的標準參數(shù)在法面端面法面5、當(dāng)量齒數(shù)zv與齒數(shù)為z的斜齒輪法向齒廓有著相同模數(shù)、壓力角的直齒輪稱為該齒輪的當(dāng)量齒輪，當(dāng)量齒輪的齒數(shù)稱當(dāng)量齒數(shù)。6、正確嚙合條件和重疊系數(shù)㈠正確嚙合條件㈡重疊系數(shù)為端面尺寸相同的直齒輪重疊系數(shù)。2.4.3幾何尺寸計算（參見教材表2-3）說明：1、國標(GB)參數(shù)為法面參數(shù)2、一般端面參數(shù)絕對值大于法面參數(shù)，但齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)相反。3、中心距除與模數(shù)、齒數(shù)有關(guān)外，還與螺旋角有關(guān)。因此可通過改變螺旋角來調(diào)整中心距。2.5.1齒輪傳動的失效形式㈠輪齒的折斷原因：過載，彎曲疲勞。發(fā)生環(huán)境：開式，閉式。措施：改善R，光潔度，表面強化。㈡齒面的點蝕原因：重載，軟齒面，接觸疲勞。發(fā)生環(huán)境：閉式。措施：提高齒面硬度、光潔度，油粘度2.5

齒輪傳動的失效形式及材料輪齒折斷齒面點蝕齒面磨損齒面膠合㈢齒面的磨損原因：磨粒磨損。發(fā)生環(huán)境：開式。措施：改善潤滑㈣齒面的膠合原因：高速重載，潤滑不良。發(fā)生環(huán)境：開式，閉式。措施：提高齒面硬度、光潔度，潤滑條件。2.5.2齒輪材料常用材料是鋼，其次鑄鐵，有時非鐵金屬和非金屬材料。

齒輪材料要求：齒面要硬，齒心要韌。參見教材P163表8-7。幾點說明：⑴選擇材料要滿足齒輪工作條件的要求（開式、閉式，載荷，速度）。⑵材料的特性要經(jīng)熱處理體現(xiàn)，還要考慮齒輪毛坯的成形方法和切齒加工條件。（表8-8）⑶明確用途，綜合生產(chǎn)經(jīng)濟性、工藝性考慮。2.5.3齒輪材料的選取原則（1）滿足工作條件要求（2）考慮尺寸大小、加工工藝（3）各種材料的性能特點齒輪強度計算準則㈠閉式傳動⑴主要失效形式為疲勞點蝕、彎曲疲勞折斷和膠合。⑵以接觸疲勞強度計算確定分度圓直徑及主要幾何參數(shù)。⑶齒面間的接觸應(yīng)力以彎曲疲勞強度校核。㈡開式傳動⑴主要失效形式為彎曲疲勞折斷和磨粒磨損。⑵只進行彎曲疲勞強度計算，確定齒輪模數(shù)。2.6

圓柱齒輪傳動的強度計算1、直齒圓柱齒輪傳動的受力分析主動輪切向力方向與旋轉(zhuǎn)方向相反；徑向力外齒輪指向輪心主動輪與從動論受力大小相等，方向相反。2.6.1

圓柱齒輪傳遞的載荷計算2.斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析注意各力方向2.6.2計算載荷名義載荷

（2-12）

接觸線總長度

接觸線的最小長度

式中“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合。

（2-14）

（2-13）

端面重合度

2.6.2計算載荷單位計算載荷（2-15）

1、載荷分布系數(shù)引入原因：（1）軸，軸承和箱體的變形；（2）齒輪本身的制造誤差；（3）齒輪在軸上上分布不均。

大小根據(jù)齒輪在軸上的布置位置及齒寬系數(shù)的大小，由圖2.16中選取。

8級齒輪由圖選：高精度齒輪載荷集中小，低精度齒輪載荷集中大，高于8級，選取后降低5%~10%；低于8級選取后增大5%~10%2、動載荷系數(shù)

齒輪存在著制造和安裝誤差,使齒輪在傳動過程中產(chǎn)生慣性沖擊和振動，引起嚙合齒面間的附加動載荷,按圖2.17選取。

減小載荷集中影響的方法：1）提高出齒輪的制造、安裝精度；2）提高軸、支座及支承的剛度；3）選用合理的齒輪布置位置，如對稱布置（齒輪懸臂布置時，應(yīng)盡可能減小懸臂長度）；5級和5級以上精度齒輪，在安裝，、潤滑條件良好情況下，可在1.0~1.1范圍內(nèi)選取。2.6.3齒面接觸疲勞強度計算

1、設(shè)計及驗算公式（2-16）

圓柱面接觸應(yīng)力公式：

齒輪齒面應(yīng)力計算：

齒廓上各點的曲率半徑是變化的，所以首先應(yīng)規(guī)定出一計算點，然后就可以把輪齒的接觸看做是與該點的曲率半徑相等的圓柱體相接觸。以節(jié)點作為計算點計算綜合曲率半徑直齒輪可以看成是斜齒輪的一個特例，以斜齒輪為對象計算計算公式：驗算公式：表2-4齒寬系數(shù)齒輪在支撐間布置情況齒面硬度軟齒面（≤350HBW值）硬齒面（>350HBW值）對稱布置0.8~1.40.4~0.9非對稱布置0.6~1.20.3~0.6外伸端布置0.3~0.40.2~0.25同樣可以導(dǎo)出小輪分度圓直徑設(shè)計公式2、許用接觸應(yīng)力表2-5

齒面接觸極限應(yīng)力材料熱處理方法齒面硬度

碳鋼和合金鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)≤350HBW2HBW+69整體淬火38~50HRC18HRC+15表面淬火40~56HRC17HRC+20合金鋼滲碳淬火54~64HRC23HRC氮化550~750HV1.5HV2、許用接觸應(yīng)力——安全系數(shù)。

——壽命系數(shù)。

載荷穩(wěn)定

載荷不穩(wěn)定

——循環(huán)基數(shù)；由圖2.19或圖2.20查

——齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

=60nt

計算中，當(dāng)

＞時，取=1。選用原則1.和不相同，進行齒面接觸強度計算時，應(yīng)使小輪的小于較小值進行計算。2.進行強度校核時，強度不滿足時，修改參數(shù)d或a2.6.4齒根彎曲疲勞強度計算1、設(shè)計及驗算公式假設(shè)：一對齒承受全部載荷，作用于齒頂；把齒看做寬度為b的懸臂梁齒根的最大彎曲應(yīng)力

直齒輪齒根彎曲強度計算公式斜齒輪齒根彎曲應(yīng)力的驗算公式

齒形系數(shù)由圖查取齒寬系數(shù)2、許用彎曲應(yīng)力強度計算例題：2-1兩輪許用彎曲應(yīng)力不同

按彎曲強度計算模數(shù)時，應(yīng)按兩輪中較大者計算。

2.7.1圓錐齒輪傳動的特點及正確嚙合條件1)功用：傳遞兩相交軸之間的運動和動力。2)結(jié)構(gòu)特點：輪齒分布在圓錐外表面上，輪齒大小逐漸由大變小。為計算和測量的方便，取大端參數(shù)為標準值。3)名稱變化：圓柱→圓錐如分度圓錐、齒頂圓錐等。4)軸交角∑：根據(jù)需要確定，常用∑=90°

正確嚙合條件:m1=m2=m,

1=

2=

錐距相等，錐頂重合∑=90°2.7

圓錐齒輪傳動直齒斜齒曲齒圓錐齒輪類型按齒形分有：直齒、斜齒、曲齒按嚙合方式分有：外嚙合、內(nèi)嚙合、平面嚙合按輪齒高度分有：漸縮齒、等高齒、等頂隙齒漸縮齒等高齒等頂隙齒平面嚙合內(nèi)嚙合外嚙合2.7.2幾何尺寸的計算㈠傳動比㈡幾何尺寸計算大端模數(shù)取標準值：

=20°幾何尺寸以大端為準：表2-92.7.3受力分析

齒輪傳動一、蝸桿的類型與特點特點：⑴傳動平穩(wěn)，振動、沖擊、噪聲均小。⑵能獲得很大的單級傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊：

傳遞動力時

i≈8~100分度機構(gòu)時i

可達幾百至一千⑶自鎖性機構(gòu)。⑷嚙合輪齒間相對滑動速度高，導(dǎo)致磨損大，發(fā)熱大，效率低。(5)

蝸桿所受軸向力大。2.8

蝸桿傳動一、蝸桿的類型與特點1、形成：螺旋齒輪傳動的特例。2、螺旋線多采用右旋。3、單頭蝸桿多頭蝸桿4、

=2蝸輪蝸桿一、蝸桿的類型與特點圓柱形蝸桿

環(huán)面蝸桿錐面蝸桿阿基米德蝸桿

－端面齒形為阿基米德螺線漸開線蝸桿－端面齒形為漸開線圓弧齒蝸桿－軸剖面內(nèi)的齒廓為凹圓弧蝸桿類型普通圓柱型渦輪、蝸桿2、正確嚙合條件正確嚙合條件：限定條件：⑴阿基米德蝸桿⑵主平面內(nèi)2.8.2、基本參數(shù)（表2-12）1.模數(shù)m：標準值2.壓力角

：標準值。3.蝸桿分度圓直徑d1：標準值，表2-124.蝸桿直徑系數(shù)q=d1/m

引入原因：5.螺桿導(dǎo)程角：一般認為≤3°40′的蝸桿具有自鎖性

6.蝸桿頭數(shù)z1（表2-13）蝸輪齒數(shù)z2反行程可自鎖時，2.8.3圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸有關(guān)尺寸的計算公式見表2-14。2.8.4蝸桿傳動的失效形式和材料的選擇1.失效形式

蝸輪的膠合和磨損

2.材料選擇蝸桿副的材料首先應(yīng)具有良好的減摩、耐磨、易于跑合和抗膠合的能力；同時還要有足夠的強度。蝸輪常采用貴重的減摩、耐磨材料如銅合金制造，還需要良好的潤滑和散熱條件；蝸桿大多采用碳素鋼或合金鋼制造，經(jīng)淬火處理后以提高表面硬度。2.8.5蝸桿傳動受力分析注意受力方向2.9諧波齒輪傳動2.9.1概述1.工作原理及齒形組成：波發(fā)生器1、柔輪2和鋼輪3原理：柔輪與剛輪嚙合。波發(fā)生器在柔輪內(nèi)（外）旋轉(zhuǎn)時，迫使柔輪發(fā)生彈性變形，使其嚙合區(qū)和脫離區(qū)位置變化，迫使柔輪和剛輪之間產(chǎn)生相對運動。波發(fā)生器的接頭數(shù)n等于完全嚙合（或脫離）區(qū)域的數(shù)量，即柔輪的變形波數(shù)。與剛齒輪齒數(shù)和柔輪齒數(shù)之間的關(guān)系2.9.2諧波齒輪傳動主要參數(shù)及其材料參數(shù)包括：系統(tǒng)傳動比i、輪齒理論齒高輪齒齒形角等

系統(tǒng)傳動比：(1)鋼輪固定，波發(fā)生器輸入，柔輪輸出時

（2）柔輪固定時

（3）波發(fā)生器固定時

2、輪齒理論齒高1.系統(tǒng)傳動比：波發(fā)生器的轉(zhuǎn)角僅在24°到72°范圍才有線性關(guān)系，此范圍內(nèi)，輪齒的徑向位移為柔輪變形量的0.77倍。若把此線性范圍擴大到0°到90°，則三角形齒形的理論齒高應(yīng)為

為了避免卡住現(xiàn)象，將齒頂、齒根制成圓角。實際齒高應(yīng)小于或等于柔輪的變形量

3.輪齒齒形角（2-37）

柔輪齒形角：

4.諧波齒輪傳動效率（2-38）

諧波齒輪傳動參數(shù)計算詳見表2-12

常用材料2.9.2諧波齒輪傳動主要參數(shù)及其材料鋼輪材料，一般不應(yīng)與柔輪相同，機械性能略低

2.9.3強度驗算4.9.4諧波齒輪傳動設(shè)計過程輪系分類周轉(zhuǎn)輪系（軸有公轉(zhuǎn)）定軸輪系（軸線固定）

復(fù)合輪系（兩者混合）

差動輪系（F=2）行星輪系（F=1）平面定軸輪系空間定軸輪系1

2

32.10.1概述

由一系列齒輪組成的齒輪傳動鏈簡稱輪系。1.輪系的類型

傳動時，每個齒輪的幾何軸線都是固定的，稱為定軸輪系

傳動時，至少有一個齒輪的幾何軸線繞另一齒輪的幾何軸線傳動的輪系，稱周轉(zhuǎn)輪系F：原動件數(shù)2.10輪系輪系類型平面定軸輪系空間定軸輪系行星、差動輪系（1）中心輪1、3和系桿H繞同一軸線轉(zhuǎn)動。（2）行星輪2既繞系桿H的軸線O2轉(zhuǎn)動（稱為自轉(zhuǎn)），又隨系桿H繞軸線O轉(zhuǎn)動（又稱為公轉(zhuǎn)）。因此行星輪的絕對運動是上述兩個轉(zhuǎn)動的合成。差動輪系需要兩個原動件的輸入運動，機構(gòu)才能有確定的輸出運動。若將差動輪系的中心輪3固定，只有1個自由度。這表明行星輪系只需要一個原動件的輸入運動，機構(gòu)就有確定的輸出運動復(fù)合輪系

圖示輪系顯然不是基本型周轉(zhuǎn)輪系，因為該輪系具有3個中心輪1、3、4。該輪系可看成是兩個基本型周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)合。如以下三種復(fù)合情況之一：

①.行星輪系1-2-3-H同差動輪系1-2-2′-4-H的復(fù)合。

②.行星輪系3-2-2′-4-H同差動輪系1-2-2′-4-H的復(fù)合。

③.行星輪系1-2-3-H同行星輪系3-2′-2-4-H的復(fù)合。

2.10.1概述2、輪系的功用⑴可獲得較大的傳動比，并且結(jié)構(gòu)緊湊；⑵可做相距較遠兩軸之間傳動；⑶可實現(xiàn)多種傳動比傳動；⑷可改變從動軸轉(zhuǎn)向⑸實現(xiàn)運動的合成和分解：可將兩個獨立的轉(zhuǎn)動合成為一個轉(zhuǎn)動；或?qū)⒁粋€轉(zhuǎn)動分解為兩個獨立的轉(zhuǎn)動。2.10.2輪系傳動比的計算1、定軸輪系傳動比的計算連乘后:例題：時鐘上的輪系如右圖所示。已知:求：秒針與分針、分針與時針的傳動比。解：⑴秒針與分針的傳動比(2)分針與時針的傳動比2.11.1齒輪空回、空回產(chǎn)生原因及計算

空回：當(dāng)主動輪反向轉(zhuǎn)動時從動輪滯后的一種現(xiàn)象。滯后的轉(zhuǎn)角即空回誤差角。

原因：齒輪傳動時存在側(cè)隙。2.11齒輪傳動的空回產(chǎn)生空回的主要因素：齒輪－中心距變大、齒厚偏差、基圓偏心和齒形誤差等。其它－齒輪裝在軸上時的偏心、滾動軸承轉(zhuǎn)動座圈的徑向偏擺和固定座圈與殼體的配合間隙等。(1)側(cè)隙的存在：零件的加工誤差，貯存潤滑油，溫度變化引起零件尺寸變化。(2)側(cè)隙在反向傳動中引起的空回誤差，將直接影響傳動精度。必要時予以控制或設(shè)法消除影響?？栈卣`差計算

一對嚙合齒輪總的側(cè)隙

（2-44）一對嚙合齒輪，由側(cè)隙引起的從動輪滯后的轉(zhuǎn)角（空回誤差角）（2-45）2級齒輪傳動，輸出軸的空回誤差角（2-46）

結(jié)論：最后一級齒輪空回誤差對整個齒輪傳動的空回誤差影響最大，所以提高最后一級齒輪的制造精度，可以減小空回誤差，同時各級齒輪傳動比按照先小后大原則分配更合理。

1、利用彈簧力減小或消除傳動空回

2.11.2消除和減小齒輪傳動空回方法使用拉伸彈簧使用扭轉(zhuǎn)彈簧2、固定雙片齒輪減小或消除傳動空回3、利用接觸游絲減小或消除傳動空回1)接觸游絲應(yīng)安裝于傳動鏈最后一環(huán)。2)傳動鏈的轉(zhuǎn)數(shù)受到限制。3)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。4、采用調(diào)整中心距法減小或消除傳動空回2.12.1齒輪傳動鏈的設(shè)計步驟⒈根據(jù)傳動要求和工作特點、正確選擇傳動形式；⒉決定傳動級數(shù)，分配各級傳動比；⒊確定齒數(shù)、模數(shù)，計算齒輪幾何尺寸；⒋對于精密傳動鏈，進行誤差分析和估算；⒌結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括齒輪、齒輪與軸的連接、軸承形式\小消空會結(jié)構(gòu)等；必要時交叉進行。2.12齒輪傳動鏈設(shè)計2.12.2齒輪傳動鏈的設(shè)計內(nèi)容⒈選擇合理的齒輪傳動型式

1）考慮結(jié)構(gòu)條件對齒輪傳動的要求。

傳動鏈的設(shè)計也可反過來對機械結(jié)構(gòu)提出要求。

2）齒輪傳動精度要求；

a)傳遞運動的準確性。要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)最大轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。

b)傳動的平穩(wěn)性。要求齒輪每轉(zhuǎn)過一齒的最大轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。

c)載荷分布的均勻性。控制齒輪嚙合時齒面接觸狀態(tài)。

d)齒側(cè)間隙。控制齒輪嚙合時，非工作表面一側(cè)的間隙大小。

3)齒輪傳動的工作速度與平穩(wěn)性、無噪聲要求；

4)齒輪傳動的工藝性因素；需考慮具體的生產(chǎn)設(shè)備條件及生產(chǎn)批量。

5)傳動效率與潤滑條件。2、合理分配齒輪傳動鏈傳動比一般說來，齒輪傳動鏈的傳動級數(shù)少些較好，不但可以使結(jié)構(gòu)簡化，還有利于提高傳動效率，減小傳動誤差和提高工作精度。

應(yīng)根據(jù)齒輪傳動鏈的具體工作要求，合理地確定其傳動級數(shù)，再進行各級傳動比的分配。（1）“先小后大”原則，可獲得較高的傳動精度；分配傳動比時，應(yīng)該使靠近主動軸的前幾級齒輪的傳動比取小些，后面的靠近輸出端的齒輪傳動比取大些。

2、合理分配齒輪傳動鏈傳動比及如圖,完全相同的兩對齒輪、、。其中，。a方案：

b方案:

>多用于示數(shù)傳動2、合理分配齒輪傳動鏈傳動比（2)“最小體積”原則；假設(shè)：1）各齒輪寬度均相同：2）各齒輪主動輪的分度圓直徑均相等；3）齒輪的材料相同；4）不考慮軸與軸承體積。

結(jié)論：各級速比相同可使齒輪機構(gòu)的體積最小。

（3）“最小轉(zhuǎn)動慣量”原則可實現(xiàn)運轉(zhuǎn)靈活，啟動、制動及時。2級齒輪傳動3級齒輪傳動3、確定齒輪齒數(shù)、模數(shù)（1）齒數(shù)的確定

1)標準齒輪，zmin=17。斜齒時，zmin可以更小。要求較低時，zmin≥12。

2)

示數(shù)傳動即自鎖時，則應(yīng)采用單頭蝸桿

3)中心距不受限，精度較高時，z≥25。4)采用大模數(shù)時，小齒輪齒數(shù)減少，采用變位齒輪。5)蝸桿螺旋線的頭數(shù)，一般可采取1～4，示數(shù)傳動的精密蝸桿，一般采用單頭蝸桿。（2）模數(shù)的確定一般由中心距和傳動比按下式求出，按標準圓整。4、齒輪傳動鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計把傳動鏈作為一個整體來考慮

（1）設(shè)計齒輪的結(jié)構(gòu)

考慮結(jié)構(gòu)的工藝性，齒輪工作的可靠性，經(jīng)濟性，熱處理。

圓柱齒輪典型結(jié)構(gòu)

圓錐齒輪典型結(jié)構(gòu)

蝸輪蝸桿典型結(jié)構(gòu)（2）設(shè)計齒輪與軸的連接方式基本要求：

1）聯(lián)結(jié)牢固，滿足傳遞轉(zhuǎn)矩要求。

2）保證軸與齒輪的同軸度和垂直度。常用的：不常用的：⒈銷釘連接

壓合連接⒉螺釘連接

彈簧壓緊連接⒊鍵連接

夾緊連接花鍵連接4、齒輪傳動鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計常采用的齒輪結(jié)構(gòu)

組合的齒輪結(jié)構(gòu)

圓錐齒輪的典型結(jié)構(gòu)

蝸輪、蝸桿的典型結(jié)構(gòu)

銷釘連接

螺釘連接

鍵連接

夾緊連接

彈簧連接

壓合連接

螺旋傳動螺旋傳動：利用螺桿和螺母組成的螺旋副將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的傳動方式。運動關(guān)系為：式中l(wèi)

——螺桿（或螺母）的位移。

——螺桿和螺母間的相對轉(zhuǎn)角。3.1概述螺旋傳動分類

按螺旋傳動在精密機械中的作用分為1）示數(shù)螺旋，進給傳動。精度高，空回小。2）傳力螺旋。強度高3）一般螺旋傳動。僅傳遞運動，無特殊要求。按其接觸面間摩擦的性質(zhì)分為1）滑動螺旋傳動2）滾動螺旋傳動。3）靜壓螺旋傳動。進給傳動傳力螺旋3.2.1滑動螺旋傳動的特點

：優(yōu)點：1.降速比大,傳動精度高，工作平穩(wěn)。2.具有增力作用。3.能自鎖。缺點：1.效率低、磨損快2.低速時有爬行現(xiàn)象3.2滑動螺旋傳動3.2.2滑動螺旋傳動的應(yīng)用形式

1）螺母固定，螺桿旋轉(zhuǎn)并移動(圖a)。2）螺桿固定并轉(zhuǎn)動，螺母移動（圖b）。螺桿移動，軸向空間＝2倍工作行程＋螺母厚度。軸向尺寸較大，剛性較差。因此僅適用于行程短的情況。螺母移動，軸向空間＝工作行程＋螺母厚度結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，應(yīng)用較廣3.2.2滑動螺旋傳動的應(yīng)用形式3）其它

差動螺旋，螺桿上兩螺紋旋向相同，用“-”

增動螺旋，螺桿上兩螺紋旋向相反，用“+”螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動螺桿固定并轉(zhuǎn)動，螺母移動1-螺桿2-活動螺母3-機架3.2.3滑動螺旋傳動的計算滑動螺旋傳動的主要失效形式：螺紋磨損，螺桿變形，螺桿或螺紋牙的斷裂?；瑒勇菪齻鲃拥挠嬎銉?nèi)容1.耐磨性計算(3-3)(3-4)(3-5)3.2.3滑動螺旋傳動的計算2.剛度計算轉(zhuǎn)矩對一個螺距產(chǎn)生的變化量

1m長的螺紋上螺距積累變化量

(3-8)(3-7)轉(zhuǎn)矩和Fa對一個螺距產(chǎn)生的變化量

(3-6)3.2.3滑動螺旋傳動的計算3.穩(wěn)定性計算4.強度計算螺桿的穩(wěn)定性條件

(3-9)臨界軸向載荷

(3-10)為了計算方便，用

(3-11)m——螺桿支承系數(shù)，見表3-3

(1)螺桿的強度計算

(3-12)(2)螺紋強度

剪切強度條件為：

(3-13)彎曲強度條件為：

(3-14)許用應(yīng)力，見表3-4

5.驅(qū)動力矩、效率和自鎖計算受軸向載荷Fa作用時，所需驅(qū)動力矩

(3-15)螺母旋轉(zhuǎn)一周，螺旋副的效率

螺旋不自鎖時，傳動效率和轉(zhuǎn)矩分別為

(3-20)(3-21)當(dāng)，則螺旋自鎖

(3-22)(3-18)參考例3-13.2.4滑動螺旋傳動的設(shè)計原則1.傳動形式的選擇

根據(jù)螺旋傳動型式和特點，結(jié)合具體情況進行選擇(基本形式或差動）2.螺紋類型的確定示數(shù)螺旋傳動多選，代號M傳力螺旋傳動多選,代號Tr用于承受單向力,代號S用于力傳遞,無代號3.螺旋副材料的確定根據(jù)用途，精度等級及熱處理要求等條件選定，要求具有良好的耐磨性和易于加工。

螺桿成本高，對精度影響大，故螺桿硬，螺母軟。螺桿：強度高、耐磨性好、工藝性好。

如：Q235、Y40Mn、45、50、65Mn、40Cr、9Mn2V、38CrMoAlA、GCr15等。螺母：耐磨性、減摩性好。如：鑄鐵、青銅螺桿長度4.主要參數(shù)的確定

包括：螺桿直徑和長度、螺距、螺旋線頭數(shù)和螺母高度等。；螺距應(yīng)取為標準值；最好用單頭螺紋；直徑應(yīng)選大些，并使（長度）/（螺紋小徑）≤25

5.螺紋公差螺紋的公差制結(jié)構(gòu)

螺距的累積誤差隨螺紋扣數(shù)的增多而增大，旋合長度見表（3-7）

為了有利于生產(chǎn)，盡量減少刀具、量具的規(guī)格和數(shù)量，一般應(yīng)采用國標規(guī)定的公差帶，見表3-9

為了確保有足夠的接觸高度，內(nèi)、外螺紋最好組成H/g、H/h或G/h的配合。H/h配合的最小間隙為零，一般多采用此種配合；G/h、H/g配合具有保證間隙，適用于要求快速裝卸的螺紋基本牙型有相應(yīng)的標準(GB5796.3-86)規(guī)定。

例：M20X2左－6H/5g6g－S旋合長度外螺紋頂徑公差帶外螺紋中徑公差帶內(nèi)螺紋中徑和頂徑公差帶左旋螺距公稱直徑牙型代號

直徑10mm，螺距1.5mm，中徑頂徑公差帶為6H的內(nèi)螺紋：M10－6H直徑10mm，螺距1mm，中徑頂徑公差帶為6g的外螺紋：M10×1－6g螺紋副螺紋表示方法：6.螺旋副零件與滑板聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的確定（1）剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)結(jié)剛度大，多用于受力較大的傳動中。螺旋副位移方向與滑板運動方向間易發(fā)生干涉。⑶活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)

徹底排除螺旋副與滑板運動方向間的干涉，需要封閉力F。（2）彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)

適用于受力較小的精密螺旋傳動。7.影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度措施

(1)螺紋參數(shù)誤差(2)螺距誤差

單個螺距誤差:螺紋全長上，任意單個實際螺距對基本螺距的偏差的最大代數(shù)差。螺距累積誤差:規(guī)定的螺紋長度內(nèi)，任意兩同側(cè)螺紋面間實際距離對公稱尺寸的偏差的最大代數(shù)差。與螺紋的長度有關(guān)。

注意：螺桿的螺距誤差直接影響傳動精度;螺母的螺距累積誤差對傳動精度沒有影響,單個螺距誤差也只有當(dāng)螺桿也有單個螺距誤差時才會引起傳動誤差。(3)中徑誤差

螺旋副中，大徑、小徑并無相對接觸，中徑是配合尺寸，因此要控制中徑變動量。(4)牙型半角誤差

螺紋牙型半角可能偏離標準值。但是，如果采用一把刀，一次裝卡，牙型半角誤差在螺紋全長上一般變化不大。(5)螺桿軸向竄動誤差(6)偏斜誤差(7)溫度誤差提高精度的方法規(guī)定合理的制造精度;采取某些結(jié)構(gòu)措施

如螺距誤差校正裝置(動畫）也可用來校正溫度誤差

消除螺桿軸向竄動誤差，可采用圖3.3結(jié)構(gòu)

減小偏斜誤差，可采用活動聯(lián)接或彈性聯(lián)接的方法，并盡量縮短行程；對導(dǎo)軌導(dǎo)向面與螺桿軸線的平行度應(yīng)提出較高的要求。3.2.5消除螺旋傳動空回的方法

空回——當(dāng)螺旋機構(gòu)中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動方向改變時，螺母不能立即產(chǎn)生反向運動，只有當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后才能使螺母開始反向運動，這種現(xiàn)象稱為空回。消除空回的方法：1.利用單向作用力2.利用調(diào)整螺母3.利用塑料螺母消除空回1.利用單向作用力利用彈簧1產(chǎn)生單向恢復(fù)力，使螺桿和螺母螺紋的工作表面保持單面接觸，從而消除了另一側(cè)間隙對空回的影響。

2.利用調(diào)整螺母（1）徑向調(diào)整法利用不同結(jié)構(gòu)，使螺母產(chǎn)生徑向收縮，以減小傳動副間隙。2.利用調(diào)整螺母（2）軸向調(diào)整法

利用雙螺母軸向預(yù)緊消除傳動副間隙。3.利用塑料螺母消除空回利用塑料的彈性很好地消除螺旋副的間隙。滾珠螺旋傳動在螺桿和螺母間放入適量的滾珠，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的螺旋傳動。滾珠螺旋傳動是由螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四部分組成。一、滾珠螺旋傳動的特點：

1.特點

除螺旋傳動的一般特點外，尚有如下特點：1）傳動效率高，啟動力矩小。2）傳動精度高。3）具有傳動的可逆性，不能自鎖。4）制造工藝復(fù)雜，成本高。5）壽命長，維護簡單。3.3滾珠螺旋傳動2.滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)與類型

1）螺紋滾道法向截型單圓弧型

工藝簡單，運行特性不夠穩(wěn)定。

雙圓弧型

工藝難度大，有利潤滑，運行特性穩(wěn)定。單圓弧型雙圓弧型接觸角內(nèi)循環(huán)式2）滾珠循環(huán)方式

內(nèi)循環(huán)式流暢性好，徑向尺寸小，反向器加工復(fù)雜。外循環(huán)式

外循環(huán)式工藝性好，徑向尺寸大。螺旋槽式插管式端蓋式墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式3）消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法

基本方式為采用雙螺母，調(diào)整雙螺母軸向距離實現(xiàn)預(yù)緊，消除空回間隙。雙螺母預(yù)緊墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式3.滾珠螺旋副的精度、代號和標記1）滾珠螺旋副的精度

包括螺母的行程誤差和空回誤差。可參照相關(guān)標準。2）滾珠螺旋副的代號和標記方法類型（P或T）公稱導(dǎo)程結(jié)構(gòu)特征循環(huán)方式旋向，右旋省略例：

C

D

M

50

10

□－3－P

3精度等級負荷鋼珠圈數(shù)公稱直徑預(yù)緊方式

軸和常見精密軸系4.1概述

軸是軸系的核心零件做回轉(zhuǎn)運動的零件，必須裝在軸上后才能實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。軸的分類

（1）按載荷和應(yīng)力的不同，分為三種：

心軸——隨同回轉(zhuǎn)零件一起或不一起轉(zhuǎn)動。只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動心軸受變應(yīng)力，不轉(zhuǎn)動心軸受靜應(yīng)力。

轉(zhuǎn)軸——既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。

傳動軸——主要承受轉(zhuǎn)矩。（2）按軸的中心線的不同，分為三種：

直軸——軸的各截面中心在同一直線上。光軸、階梯軸；實心軸、空心軸

曲軸——軸的各截面中心不在同一直線上。曲軸通常是專用零件

軟軸——軸線可變，把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到任何位置。4.1概述非旋轉(zhuǎn)心軸型

4.1概述4.1概述傳動軸支承4.1概述4.1概述4.1概述精密軸系是很多精密機械和精密儀器的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響儀器的使用和精度。多數(shù)精密軸系由軸和軸套組成

通常儀器對軸系的要求：a.較高的回轉(zhuǎn)精度；b.運動應(yīng)靈活、輕便平滑，無卡滯和跳動現(xiàn)象；c.具有足夠的剛度；d.良好的結(jié)構(gòu)工藝性；e.較長的使用壽命。常見的精密軸系有標準圓柱形軸系、圓錐形軸系、半運動式柱形軸系和平面軸系。

4.1概述設(shè)計軸時的考慮因素：

回轉(zhuǎn)精度、強度、剛度、熱變形、振動穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計內(nèi)容：

選材、確定軸的結(jié)構(gòu)、計算軸的強度和剛度，計算軸的振動穩(wěn)定性（高速運轉(zhuǎn)的軸），繪制出軸的零件工作圖。

軸的設(shè)計要與軸承、軸系零件統(tǒng)一考慮。4.2.1軸的材料及其選擇（表4-1）1、選材原則：根據(jù)軸的工作能力（強度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性等）、熱處理方式、制造工藝性——經(jīng)濟合理。2、常用材料

碳素鋼——對應(yīng)力集中敏感性小，價格低廉，常用。

45、35、50（調(diào)質(zhì)or正火），Q235、Q275

合金鋼——較高的力學(xué)性能和熱處理性能，用于受力較大且尺寸較小、重量輕和耐磨性高的軸。

20Cr、40Cr、含Mo合金鋼。4.2軸4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足：①軸和裝在軸上的零件要有準確的軸向工作位置，并便于裝拆和調(diào)整；②軸應(yīng)有良好的加工工藝性。軸頸——軸上被支承的部位；

軸頭——安裝輪轂的部位；軸身——聯(lián)結(jié)軸頸與軸頭的部分。

1.軸的外形結(jié)構(gòu)（圖4.3）在滿足工作要求的前提下，軸的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

1）確定并繪出軸的全部結(jié)構(gòu)和尺寸；2）制定出滿足使用要求的技術(shù)條件。4.2軸2.零件在軸上的固定方法

軸肩、軸環(huán)－簡單可靠，不需附加零件，承受較大軸向力；但使直徑增大，階梯處產(chǎn)生應(yīng)力集中。4.2軸（1）零件在軸上的軸向固定

a=(0.07～0.1)ｄ；b=1.4a

定位面—內(nèi)圓角半徑r應(yīng)小于零件上倒角C或外圓角半徑R。

套筒－簡單可靠，簡化軸的結(jié)構(gòu)且不消弱軸的強度；常用于軸上兩個近距零件間的相對固定；不宜用于高速轉(zhuǎn)軸；套筒內(nèi)徑與軸的配合較松。螺母－固定可靠，承受較大軸向力，能實現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整；常用于兩零件的間距較大除，亦可用于軸端；為減小對軸的強度的消弱，常用細牙螺紋；為防松，須加止動墊圈或使用雙螺母。4.2軸軸端擋圈－工作可靠，承受較大軸向力；只用于軸端，且采用止動墊片等防松措施。錐面－裝拆方便，且可兼作周向定位；宜用于高速、沖擊及對中性要求高的場合。彈性擋圈－結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽引起應(yīng)力集中；常用于軸承的固定。緊定螺釘、鎖緊擋圈－結(jié)構(gòu)簡單，但受力較小，不適于高速場合。（2）零件在軸上的周向固定

鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、緊定螺釘、過盈聯(lián)接等。見“鍵聯(lián)接”、“齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計”部分

4.2軸良好的加工工藝性（1）軸的直徑變化盡可能少，并盡量限制軸的最大直徑與各軸段的直徑差（節(jié)省材料，減少切削量）。（2）軸上有磨削與切螺紋處，要留砂輪越程槽和螺紋退刀槽，以保證完整加工。（3）軸上有多個鍵槽時，應(yīng)開在同—直線上，以免加工鍵槽時多次裝夾。（4）盡可能使軸上各過渡圓角、倒角、鍵槽、越程槽、退刀槽及中心孔等尺寸分別相同，并符合標準和規(guī)定，以利于加工和檢驗。（5）軸上配合軸段直徑應(yīng)取標準值；與滾動軸承配合的軸徑應(yīng)按滾動軸承內(nèi)徑尺寸選取：軸上的螺紋部分直徑應(yīng)符合螺紋標準等。裝配工藝性（1）為便于軸上零件的裝配，使其能順利通過相鄰軸段而到達軸上的確定位置，常采用直徑從兩端向中間逐漸增大的階梯軸。軸上的各階梯，除用作軸上零件軸向固定的可按規(guī)定確定軸肩高度外，其余僅為便于安裝而設(shè)置的軸肩，其軸肩高度?？扇?.5～3mm。（2）軸端應(yīng)倒角，以去掉毛刺并便于裝配。（3）固定滾動軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度，以便拆卸。4.2軸軸系結(jié)構(gòu)實例4.2軸4.2.3軸的強度計算1.按許用切應(yīng)力計算軸頸

已知：軸傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n，則（4－1）（4－2）4.2軸2.按彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合強度計算軸頸（4－3）（4－4）設(shè)計公式

4.2.4軸的剛度計算1.扭轉(zhuǎn)剛度計算2.彎曲剛度計算

計算法工程－查表法4.3常見精密軸系以支承主體所形成的部件稱為精密軸系對精密軸系的要求：（1）旋轉(zhuǎn)精度（2）剛度：（3）轉(zhuǎn)動的靈活性1.標準圓柱形軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用

形狀簡單，加工方便，易于獲得較高的制造精度，軸與軸套接觸面積大，摩擦力矩大，配合面間的間隙無法調(diào)整。為減少接觸面積和精加工面，通常將軸套2的中部車去一段。（如圖a）（2）誤差分析1）軸與軸套的尺寸誤差2）圓柱度誤差3）溫度變化的影響

2.圓錐形軸系4.3常見精密軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用

(2)精度分析

為了減少錐形軸與軸套間的摩擦，可采取以下措施：

a.將軸和軸套中部車去一部分，以減少摩擦面積和精加工面，而又不降低儀器回轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

b.利用軸下端中心的鋼球或止推螺釘承受大部分軸向負荷，見圖（b）、（c）。以減少對軸套的壓力

影響因素有：錐形軸和軸套之間的配合間隙，軸系零件的幾何形狀誤差(主要是圓度誤差)以及溫度變化等。3.半運動式柱形軸系（1）結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用

a.自動定心，置中精度高。b.摩擦力矩小，主軸起動靈活，磨損小，壽命長。不發(fā)生卡滯現(xiàn)象。c.裝配時研磨工作量小，利于批量生產(chǎn)。d.對零件加工精度高。

4.3常見精密軸系經(jīng)緯儀中應(yīng)用

（2）精度分析a.配合間隙的影響

b.鋼球直徑差的影響

c.同軸度誤差影響

d.垂直度誤差的影響

經(jīng)緯儀軸系4.平面軸系（1）結(jié)構(gòu)和特點

4.3常見精密軸系

利用平面接觸起定向作用，高度低，體積小。精度不穩(wěn)定：轉(zhuǎn)動過于靈活，需使用粘度較大的油脂，以使其轉(zhuǎn)動較平穩(wěn)，噪音小。（2）精度分析

a.鋼球的圓度誤差和直徑差b.平面度誤差

c.垂直度誤差

支承支承5.1概述5.2滑動摩擦支承5.3滾動摩擦支承5.4彈性摩擦支承5.5流體摩擦及其他支承5.1概述支承組成：運動件、承導(dǎo)件運動件：轉(zhuǎn)動或在一定角度范圍內(nèi)擺動的部分。承導(dǎo)件：固定部分，用以約束運動件，使其只能轉(zhuǎn)動或擺動。

運動件承導(dǎo)件5.1概述分類（按運動件和承導(dǎo)件之間的摩擦性質(zhì)）

滑動摩擦支承滾動摩擦支承彈性摩擦支承流體摩擦支承5.2滑動摩擦支承5.2.1圓柱面支承圓柱面軸承的組成：軸瓦（軸套）；軸，軸頸，軸承座。

軸瓦軸軸頸軸承座圓柱面支承的優(yōu)先使用場合要求很高的旋轉(zhuǎn)精度；承受重載、振動和沖擊；盡可能小的尺寸和可拆卸；低速、輕載和不重要的軸承。1.圓柱面支承的結(jié)構(gòu)軸套和軸瓦的材料（減摩材料）鑄鐵

銅合金

軸承合金

陶瓷合金

非金屬材料1）軸頸的結(jié)構(gòu)

2）整體式圓柱面支承的結(jié)構(gòu)

3）剖分式圓柱面支承的結(jié)構(gòu)

4）軸套和軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料5.2滑動摩擦支承2.圓柱面支承的潤滑

1）潤滑劑的作用減小摩擦和磨損，提高抗腐蝕能力，緩沖振動和沖擊，散熱，密封。

2）潤滑劑的種類

潤滑油（使用最多）：潤滑、冷卻。潤滑脂：承載能力高，流動性小，不易流失，但摩擦功耗大。應(yīng)用于滑動速度低、壓強較高、不便常加油的場合。5.2滑動摩擦支承3.圓柱面支承的設(shè)計和計算1）摩擦力矩的計算支承承受徑向載荷計算

支承承受軸向載荷計算

同時承受軸向和徑向載荷－總摩擦力矩等于兩種載荷所產(chǎn)生的摩擦力矩之和

2）圓柱面支承尺寸的確定強度計算方法由于抗彎截面系數(shù)

W≈0.1因此

令，則根據(jù)摩擦力矩計算方法3.圓柱面支承的設(shè)計和計算3）圓柱面支承的技術(shù)條件

加工精度等級、配合種類、表面粗糙度、表面幾何形狀等。根據(jù)支承的旋轉(zhuǎn)精度要求、受力情況和轉(zhuǎn)速高低等因素，參考有關(guān)手冊和類似產(chǎn)品選定。5.2.2、其它型式滑動摩擦支承1)頂尖支承2)軸尖支承3)球支承5.3滾動摩擦支承5.3.1標準滾動軸承組成：外圈1

內(nèi)圈2

滾動體3

保持架4

內(nèi)圈常裝在軸頸上，隨軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈裝在機架或機械的零部件上

滾動體分為鋼球、圓柱滾子、圓錐滾子、滾針等型式。通常不同的滾動體構(gòu)成不同類型的軸承，以適應(yīng)各種載荷和工作情況。

內(nèi)、外圈和滾動體的表面硬度為60～66HRC，材料主要是高碳鉻軸承鋼等。保持架的材料通常為低碳鋼，也可用黃銅、青銅或塑料等其他材料。保持架材料

F—鋼，球墨鑄鐵或粉墨冶金實體保持架，用附加數(shù)字表示不同的材料。

F1—碳鋼

F2—石墨鋼

F3—球墨鑄鐵

F4—粉末冶金

Q—青銅實體保持架，用附加數(shù)字表示不同的材料。

Q1—鋁鐵錳青銅

Q2—硅鐵鋅青銅

Q3—硅鎳青銅

Q4—鋁青銅

M—黃銅實體保持架

L—輕合金實體保持架，用附加數(shù)字表示不同的材料。

L1-LY11CZ

L2-LY12CZ

T—酚醛層壓布管實體保持架

TH—玻璃纖維增強酚醛樹脂保持架（筐型）。

TN—工程塑料模注保持架，用附加數(shù)字表示不同的材料。

TN1—尼龍

TN2—聚砜

TN3—聚酰亞胺

TN4—聚酰酸酯

TN5—聚甲醛

J—鋼板沖壓保持架，材料有變化時附加數(shù)字區(qū)別。

Y—銅板沖壓保持架，材料有變化時附加數(shù)字區(qū)別；

SZ—保持架由彈簧絲或彈簧制造。常用滾動軸承

深溝球軸承（6）

調(diào)心球軸承（1）

圓柱滾子軸承（N）

滾針軸承（NA）

角接觸軸承（7）

圓錐滾子軸承（3）

推力球軸承（5）1、滾動軸承的類型和選擇1)滾動軸承的類型(表5-2）2)滾動軸承類型的選擇

(1)載荷的方向和大?。滓紤]因素

(2)軸承的轉(zhuǎn)速－低于極限轉(zhuǎn)速

(3)軸承的剛性

(4)軸承的安裝和拆卸

(5)軸承的調(diào)心性能調(diào)心

(6)軸承的摩擦力矩1、滾動軸承的類型和選擇

2、滾動軸承的代號

滾動軸承的代號（GB/T272-93）前置代號基本代號后置代號前置代號基本代號后置代號軸承分部件軸承類型尺寸系列軸承內(nèi)徑內(nèi)部結(jié)構(gòu)密封、防塵與外部形狀保持架及其材料軸承材料公差等級游隙配置其它

2、滾動軸承的代號

用字母表示。如有L，R，WS，GS，KOW，KIW，LR，K等

前置代號種類很多，詳細內(nèi)容可參考軸承手冊。1)基本代號

直徑系列寬度系列（向心軸承）高度系列（推力軸承）表5-4表5-5表5-6××2）前置代號

3)后置代號

2、滾動軸承的代號

后置代號共有8組。用字母(或加數(shù)字)表示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密封和防塵、外部形狀變化、保持架結(jié)構(gòu)、軸承零件材料、公差等級、游隙及配置等。詳見軸承手冊。其中：

公差等級代號：由小到大依次為/P2、/P4(/UP)、/P5(/SP)、/P6X、/P6、／P0等6個等級。2級精度最高，其中/P0級在標注時可忽略。代號示例如6203、6203/P6。游隙代號：有/C1，/C2，/CO，/C3，/C4，/C5等6個代號，分別符合標準規(guī)定的游隙1、2、0、3、4、5組（游隙量自小而大)，O組不標注。代號示例如6210、6210/C4。公差等級代號和游隙代號同時表示時可以簡化，如6210/P63表示軸承公差等級P6級、徑向游隙3組。3)后置代號

2、滾動軸承的代號

配置代號指成對安裝的軸承有三種配置形式。/DB、/DF、/DT三種代號,分別表示背對背安裝、面對面安裝和串聯(lián)安裝。代號示例如32208/DF、7210C/DT例1：試說明滾動軸承代號61100和7205/P4的含義。受載最大的滾動體的載荷3、滾動軸承的載荷分布、失效形式和計算準則

1).滾動軸承的載荷分布

滾動軸承受通過軸承中心的純軸向載荷時，在理想精度下，可認為各滾動體均勻承受。滾動軸承受徑向載荷時，只有下半圈滾動體受載，在作用線上的滾動體所受的載荷最大

球軸承（點接觸）滾子軸承（線接觸）疲勞點蝕－脈動循環(huán)應(yīng)力塑性變形磨損2)滾動軸承的失效形式

3、滾動軸承的載荷分布、失效形式和計算準則

3)滾動軸承的計算準則

正常工作條件下的回轉(zhuǎn)滾動軸承，主要是疲勞點蝕破壞，應(yīng)進行接觸疲勞壽命計算，當(dāng)載荷變化較大或有較大沖擊載荷時，還應(yīng)作靜強度計算；對于擺動或轉(zhuǎn)速較低的軸承，主要防止塑性變形，只需作靜強度計算；高速軸承為防止發(fā)生粘著磨損、燒傷，除進行壽命計算外，還需核驗極限轉(zhuǎn)速。1)基本額定壽命和基本額定動載荷軸承的壽命：軸承中任一元件首次出現(xiàn)疲勞點蝕之前所運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)，稱為軸承壽命。

基本額定壽命——軸承的壽命指標L10(r)、L10h(h)

。指90%可靠度、常用材料和加工質(zhì)量、常規(guī)運轉(zhuǎn)條件下的壽命?；绢~定動載荷C——指基本額定壽命恰好為一個單位(106r)時，軸承所能承受的最大載荷

2）當(dāng)量動載荷計算

附加軸向載荷3）軸承壽命計算計算公式4、滾動軸承的壽命計算基本額定靜載荷C0（C0r

、C0a）5.滾動軸承的靜強度計算額定靜載荷

當(dāng)量靜載荷

取兩式中大值6.滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速正常條件－設(shè)計手冊查取條件改變－修正（相關(guān)系數(shù)查圖5.21、5.22）采取改進措施提高極限轉(zhuǎn)速相關(guān)系數(shù)查表5-14、5-15

例2試選擇某傳動裝置中用深溝球軸承。已知軸頸d=35mm，軸的轉(zhuǎn)速n=2860r/min，軸承徑向載荷Fr=1600N，軸向載荷Fa=800N，載荷有輕微沖擊，預(yù)期使用壽命L′h=5000h。7、滾動軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)軸承的固定

(1)兩端固定

(2)一端固定，一端游動

2）軸承的配合3）軸承游隙調(diào)整4）軸承預(yù)緊

潤滑目的－降低摩擦阻力，減輕磨損，降低接觸應(yīng)力，吸振降噪，防銹散熱。（1）脂潤滑－相應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，易維護保養(yǎng)，不易滲漏，具密封作用；內(nèi)摩擦力大。（2）油潤滑－摩擦阻力小，散熱好，具清洗作用；易滲漏，密封裝置復(fù)雜，需供油設(shè)備。（3）固體潤滑劑－（常用二硫化鉬）潤滑脂的添加劑、粘貼形成固體潤滑膜、自潤滑軸承等。6）滾動軸承的密封目的：防塵、防水、防止?jié)櫥瑒┑牧魇СＳ妹芊饨Y(jié)構(gòu)型式：接觸式密封常見型式密封件與軸接觸，二者間有摩擦和磨損，低速使用。非接觸式密封常見型式利用間隙進行密封，轉(zhuǎn)動件與固定件不接觸，允許軸高速。5）滾動軸承的潤滑5.3.2、其他類型的滾動摩擦支承1.填入式滾珠支承

結(jié)構(gòu)形式2.密珠支承5.3.2、其他類型的滾動摩擦支承3、直線運動球軸承

1)直線運動球軸承的結(jié)構(gòu)及用途2)使用直線運動球軸承的優(yōu)點

受載荷的鋼球與軸作滾動接觸。用非常低的摩擦系數(shù)相對移動。運用于電子、機械、儀器、機器人、工具機械、食品機械、包裝、機械、醫(yī)療機械、印刷機械、紡織機械等一般或特殊機械行業(yè)之中（１）磨擦阻力及動磨擦阻力極小，可以節(jié)省能源，容易得到較高運動速度。（２）長期保持精度不變，使用壽命長。（３）互換性好，安裝換用方便省時，機械結(jié)構(gòu)新穎，小型，量輕（４）潤滑保養(yǎng)簡單。（５）兩側(cè)附加油封的軸承適于灰塵較多或異物容易侵入的場所。

3)使用注意事項安裝、使用場合5.4彈性摩擦支承特點：只有彈性摩擦，摩擦力矩極小。最常用的彈性支承形式

：懸簧式十字形片簧式張絲式吊絲式彈性支承優(yōu)點：1)彈性摩擦極小，運動件與承導(dǎo)件之間幾乎可認為沒有摩擦。2)彈性支承中沒有磨損，使用壽命長。3)支承中無間隙，不會給傳動帶來空回。4)支承中無相對滑動或滾動，因此不需施加潤滑劑，維護簡單。5)可在各種使用條件下工作，如真空、高溫、高壓和具有射線等。6)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。缺點：1)運動件轉(zhuǎn)角有限制(一般不超過2πrad)。2)轉(zhuǎn)動中心是變化的(指懸簧式和十字形片簧式彈性支承)。3)不能承受大的力。5.5流體摩擦支承及其他形式的支承流體摩擦支承－運動件和承導(dǎo)件間有流體膜

流體摩擦分類一（按流體膜形成方法）

動壓支承

靜壓支承分類一（按支承中流體的不同）液體摩擦支承氣體摩擦支承END軸頸的結(jié)構(gòu)整體式圓柱面支承的結(jié)構(gòu)特點

制造簡單，但磨損后無法調(diào)整間隙，影響軸的旋轉(zhuǎn)精度和正常工作。應(yīng)用間歇工作、低速和輕載場合。

整體式圓柱面支承的結(jié)構(gòu)剖分式圓柱面支承的結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛度下降（同整體式相比）；可以調(diào)整軸承的徑向間隙。軸承蓋軸承座螺栓軸瓦滑動軸承、軸瓦軸瓦結(jié)構(gòu)油孔和油溝軸瓦與軸承襯的結(jié)合型式鑄鐵普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵（塑性差、跑合性差）低速、輕載、不重要的場合銅合金青銅（常用）錫青銅和鉛青銅－減摩性和耐磨性佳，有足夠強度，跑合性差（重載、中速）鋁青銅－強度和硬度較高，抗膠合能力差（重載、低速）黃銅價格低，低速使用。軸承合金（巴氏合金）錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)和銅(Cu)的合金。特點耐磨性和減摩性良好，但強度低、成本高。減摩層－－軸承襯應(yīng)用中、高速，重載。錫基合金配件陶瓷合金（粉末合金）組成鐵基、銅基粉末冶金減摩材料（國標）。優(yōu)點有自潤滑性。應(yīng)用低或中速，輕或中載，潤滑不便、要求清潔。青銅自潤滑軸承非金屬材料（常用工程塑料）優(yōu)點耐磨、耐腐蝕、自潤滑性能。缺點

承載能力低，高溫變形，導(dǎo)熱性和穩(wěn)定性差。應(yīng)用溫度不高、載荷不大場合。寶石軸承（剛玉﹑瑪瑙﹑微晶玻璃等）優(yōu)點摩擦系數(shù)小，硬度高，耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小，抗壓強度高。缺點

脆性材料，加工困難。

應(yīng)用儀器儀表。（軸承承受載荷很小﹐但要求旋轉(zhuǎn)精度高﹑靈敏度好﹑使用壽命長）摩擦力矩的計算支承承受徑向載荷支承承受軸向載荷（軸轉(zhuǎn)動時，軸肩處產(chǎn)生摩擦）頂尖支承特點：支承軸線相對于軸頸有傾斜時，運動件仍能正常工作；摩擦力矩??；磨損較快。應(yīng)用