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楼主: 钳工
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机械基础教案(供学习参考)

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 楼主| 发表于 2007-12-28 21:31:40 | 显示全部楼层
电脑雕花培训
齿轮概述) |& |, K5 {8 b
0 s9 C& B9 {% a9 g2 g# q3 ?
一、    概念$ K( j; m" H" B" ?0 {4 S
齿轮机构是由齿轮副组成的传递运动和动力的装置。
- m) ^  \2 _' O# X二、    齿轮传动的特点
1 s$ I1 z' R3 W# D  F. |1、    传递功率的范围大,速度广) U  Q3 r0 _- x- K8 s
2、    能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠。
0 ?9 A, C4 P" ~5 Q3、    传动效率高,使用寿命长,工作可靠。- R! P; l4 w% @; j6 N9 I8 p
4、    可以实现平行或不平行轴之间的传动。
/ }3 `5 ?+ V3 a( @5、    齿轮的制造、安装精度、成本较高。8 E+ K2 L6 l* i4 B( W0 O
6、    不宜用于远距离的传动* u+ @% p8 d# T7 |7 l+ Q5 f# S
提问:比较齿轮和以前所学过的几种传动装置的不同点?
9 C/ \2 v4 _2 z4 z$ z三、    齿轮机构的类型$ ^& }; V& i" ~: y

* t( V3 C7 B1 k, a$ d0 f, x                                        , N: K" S( D  R2 V+ C2 d
                                        外啮合
& |) P& U, O  T" a* R3 ?4 J; \                            直齿圆柱齿轮   内啮合
  u3 R7 N: W) ~$ q& x- z! n                                        齿轮齿条
; g( Q4 E3 O" i4 F2 W                    平行轴传动   斜齿圆柱齿轮   
/ d9 p+ u  [9 t# m* H2 r                                
7 Y8 H  }6 e  m& e& X                            人字齿轮 % v7 W$ L" p+ A; J5 ]8 A1 z  N- i
  ! K3 B# _$ N1 N  n
按两轴的相对位置和齿向             直齿圆锥齿轮
" B- @2 J; R9 s, r7 l- K+ T& B, l                    相交轴传动   曲齿圆锥齿轮         & ~7 h) e) {% I  K1 u& L
1 F/ X& Z. r! ^) H/ D
                            交错轴斜齿轮
, K: p) K& X8 n% g# K                    交错轴传动   蜗杆机构                       % y3 Y$ y! y. y; m5 S9 Q+ w6 ?7 W+ b
* `5 P: M; c# a
章节名称       Topic 2   渐开线齿廓    授课形式    讲授    课时    1    班级    中专0101: d) V* i8 c! C+ C5 a) ]5 G
教学目的    ①掌握渐开线的形成及性质,②了解齿轮啮合基本定律,掌握渐开线齿廓的啮合的特点# d$ Q5 {6 O3 k9 e
教学重点    渐开线的形成,齿轮啮合的基本定律+ A4 L' `& J* D) c( s/ A
教学难点    渐开线的形成
$ I1 @. \; V4 ^. {  r, M8 a) @辅助手段    齿轮,渐开线的形成的模型    课外作业    作业册
" w  Q, @; O1 O# d( T# A/ M* D, @课后体会    9 J: M9 `+ x% \& R' m! J/ w

, }  x& ~* |/ f* p; \, z6 h一、渐开线的形成、性质( ~. r' H0 I6 J
1、    渐开线的形成
4 m+ R% L9 I5 T* `& n2 J当一条动直线(发生线),沿着一个固定的圆(基圆)作纯滚动时,动直线上任意一点K的轨迹称为该圆的渐开线。
  P  T, r5 d5 w
2 ?% r3 Y& \" s7 j
7 {5 y6 N# n5 v2、    渐开线的性质8 |& D- E$ G7 y; T
由渐开线的形成可知:
- {8 G% B$ Z9 o; K. H, F(1)    发生线在基圆上滚过的线段KB,等于基圆上被滚过的圆弧长AB。
: K6 U% I& c$ o2 W9 X- K(2)    渐开线上的任意一点K的法线必与基圆相切。
5 t% [0 k) @* k! T6 `5 O  r(3)    渐开线上的各点的曲率半径不相等。8 {; f% _( F+ c, J" N  V% B
点离基圆越远,其曲率半径越大,渐开线越平直。反之亦然。
2 m2 P1 R2 `) w) Y(4)    渐开线的形状决定与基圆的大小。
$ |) Y! T, q1 r* j基圆相同,渐开线的形状完全相同。
4 c, J4 @" `/ A+ Q  ^* S( h. f+ m基圆半径无穷大时,渐开线将变成直线,齿轮就变成齿条。5 S7 i; j$ Y7 P5 g6 {6 L$ b
(5)    基圆内无渐开线。$ u( u) y0 J! w" t& B

0 d0 r- i) h* @# i+ W1 E- S二、渐开线齿廓啮合基本定律
" x' `9 O7 j( [齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变,则两轮的齿廓不论在何处接触,过接触点的公法线必须与两轮的连心线交于固定的一点。# }- ^' z9 x+ t/ C+ l; a" @7 w
, x+ y) {! [% }: v7 b6 r
三、    渐开线齿廓的啮合特点$ X. [5 p% h. h
1、    传动比恒定7 i( i, e9 H' ]/ w* l
  两齿轮的传动比为:
! h, F* e6 i3 m7 O0 M$ P" ji=ω1/ω2=O2P/O1P=rb2/rb1=r2′/r1′=常数   
1 v! R. c- m& Z8 N2、    传动的可分性7 H: x2 |' z; p5 G9 N! B: u
  当两轮的中心距稍有变化时,其瞬时传动比仍将保持不变,这个特点称为渐开线齿轮传动的可分性。. u' E8 _+ `! @) V) X
  由于齿轮制造和安装误差等原因,常使渐开线齿轮的实际中心距与设计中心距之间产生一定误差,但因有可分性的特点,其传动比仍能保持不变。  H' ]0 R' _0 t7 |9 U
3、    啮合角为定值
: B6 e; n9 E" E+ Z+ r    cosα′=rb1/r1′=rb2/r2′=常数
# c5 t- f4 I' t3 ^( M说明渐开线齿廓在啮合时啮合角α′为定值。
$ I+ u8 |) t; A6 [7 L! O0 s8 A由于啮合角不变,则齿廓间的压力方向不会改变,这对齿轮传动的平稳性很有利。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:31:57 | 显示全部楼层
渐开线直齿圆柱齿轮4 |8 X1 ?' n0 Y( t5 N  P

/ o8 t4 X! T% b; h: {6 v一.齿轮各部分的名称0 S2 z0 K4 U+ R/ W8 u6 F( W
1.齿槽:齿轮上相邻两轮齿之间的空间。8 R% C- @! O7 F. h* Q
$ ^# ~5 Z( j; ]! C! r% P9 g
2.齿顶圆:轮齿顶部所在的圆称为齿顶圆,其直径用da表示。   3.齿根圆:齿槽底部所在的圆称为齿根圆,其直径用df表示。   4.齿厚:一个齿的两侧端面齿廓之间的弧长称为齿厚,用s表示。   5.齿槽宽:一个齿槽的两侧齿廓之间的弧长称为齿槽宽,用e表示。! ~6 g  Z/ n" {; P4 j. ?- c
6.分度圆:齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为分度圆,其直径用d表示。
7 [2 n6 m8 V0 V( ]" z( Y7.齿距:两个相邻而同侧的端面齿廓之间的弧长称为齿距,用p表示。即. w  s5 ?( Z$ A  r& k8 F
    p=s+e- q- G3 ~1 }  c
8.齿高:齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高,用h表示。
$ Q2 B* `$ U& U( w9.齿顶高:齿顶圆与分度圆之间的径向距离称为齿顶高,用ha表示。- p& C' {4 S/ }1 U
10.齿根高:齿根圆与分度圆之间的径向距离称为齿根高,用hf表示。
- F! @* W$ g" A! \8 l6 {' C7 x11.齿宽:沿齿轮轴线方向量得的齿轮宽度,用b表示。! {% p, V/ Y* {$ A. O

& _1 @1 N, A# n: ^# w2 m# W; l: I! H二、主要参数:  L3 w* U0 \5 }3 x3 G! X/ l
1.齿数Z  K% d! x. o  |# A' v6 a3 {
一个齿轮的牙齿数目即齿数。
: V6 `' I2 j: b% l7 b2.模数m+ s, R: n' z; O- m! V/ T1 p. Q
因为分度圆周长πd=Zp,则分度圆直径为   d=Zp/π6 a4 V: S2 k# x/ y8 C6 g
由于π为一无理数,为了计算和制造上的方便,人为地把p/π规定为有理数,即齿距P除以圆周率π所得的商称为模数,用m表示。即   m=p/π (mm)
% s+ `* e# b; y% {9 [: N3.压力角α
  k9 i6 p! Z, H! v& I通常说的压力角指分度圆上的压力角,用α表示。 我国规定标准压力角α=20°。
2 h/ p  _; |  ^6 @8 ?6 n齿廓形状是由模数、参数、压力角三个因素决定的。 3 ?3 t* U( [/ T- j8 c
三.标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算+ `& }# z) d5 X7 h/ w. t
正常齿制   ha=1, C=0.25
3 C/ Z4 p# [( J" d+ v短齿制     ha=0.8, C=0.3( u4 O( W' _! ], u
! u9 g3 n! I9 O. {* g: b
顶隙 一对齿轮啮合时,一个齿轮的齿顶到另一个齿轮的齿根之间的径向距离,用c表示。顶隙可以避免一对齿轮传动时轮齿相互碰撞,并可贮存一些润滑油。   标准中心距 a=r1+r2=m (Z1+Z2)/2                   例题:已知一对标准直齿圆柱齿轮传动,其传动比i12=3, 主动轮转速n1=600r/min, 中心距a=168mm, 模数m=4mm, 试求从动轮的转速n2. 齿轮齿数z1和z2各是多少?& E3 E4 M" b2 t, j# `$ }, j
解:传动比i12=n1/n2=Z2/Z1
' n$ t. L9 e4 w; C  n2=n1/i12=600/3=200r/min
& r9 S8 B8 x, [" w4 ~  i12=Z2/Z1=39 j, h( N! r6 k) Y! x( u
  a=m (Z1+Z2) /2=1684 l4 f2 i- U2 l: r
  Z2=3Z1     Z1=21
4 z7 c4 p2 \4 D2 B9 P' H, G  Z1+Z2=84   Z2=63
. U" h: j$ D+ y4 g; X1 N) q8 N四.直齿圆柱齿轮传动   1.正确啮合条件
* Y5 b4 i0 X; W" q1 O/ Z直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是:两齿轮的模数和压力角分别相等。
/ K8 w2 K3 a+ c+ g: G2.中心距; J- Y4 u5 k, m; G
一对标准安装的标准直齿圆柱齿轮传动,由于分度圆上的齿厚与齿槽宽相等,所以两齿轮的分度圆相切,且作纯滚动,此时两分度圆与其相应的节圆重合,则标准中心距为:) U; h# P( f- u$ ?  z6 ^% F' i
    a=r1+r2=r1′+r2′=m (Z1+Z2) /2
) n5 B5 D# Q3 S6 k3.啮合角
, a! u5 Q$ ?% [/ v# G% Z+ v注意:单个齿轮有固定的分度圆和分度圆压力角,而无节圆和啮合角,只有一对齿轮啮合时,才有节圆和啮合角。+ J6 T. R; N$ ~6 B# S1 u! ^
此外,为了保证一对直齿圆柱齿轮能连续传动,其重合度必须大于1(ε>1)。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:32:10 | 显示全部楼层
电脑雕花培训
渐开线齿轮的加工原理
3 m' x+ x3 p* j* V) i( a" l! R
. |, S7 N6 }& |/ ^  z一.齿轮加工原理1 v3 F& n2 i! d+ }- h) m3 j8 Z
齿轮的加工方法很多,如铸造、热轧、冲压、模锻及切削加工等。现介绍常用的两种切削加工原理。7 G. F; E( {. `4 L9 m) U( K
   方法
9 D5 J0 h% V  Y( V比较项目   
& C: _, b: |: \$ i9 G  s# s    仿形法    , P3 b  Z' |7 t
范成法
5 ^; S* C2 \- j, z: J$ i  M原理         成形铣刀加工    齿轮的啮合原理
. ^% m# f9 Q+ P' {( z* i6 t所用机器         普通铣床     专用插齿、滚齿和磨齿机床
% _6 X& \# z+ V- i; D& `
0 Q9 X0 a) B. h5 I4 _( h加工特点    逐齿切削的,且不连续,所以精度差,效率低    加工是连续的,精度和效率较高,4 c- H& {! P; _
  
( a% }" s8 X3 n    应用场合    仅适用于单件生产和精度要求不高的齿轮加工    批量和精度要求较高的场合
5 A9 P+ w0 w( y6 O, G- Z9 j2 c( g! Z' N9 n0 @8 V
二.根切现象
- C- V2 M9 Z9 O5 V8 d6 P: b1、    根切现象
! [* C% |6 {& V6 K& Q成法加工渐开线标准齿轮时,如被切齿轮的齿数过少,刀具顶线就会超过啮合线与被切齿轮基圆的切点N1,刀刃将轮齿根部的渐开线齿廓切去,这种现象称为根切现象。7 r" |3 Y; Z5 R1 f7 R1 G, @; b3 I
  根切后轮齿弯曲强度降低,重合度减小,对传动很不利,因此应当避免根切。
* m1 O* _" o! S  z& ?2 h% ]2、    最少齿数4 K8 P  Y2 }. T' D6 F$ N
成法加工渐开线齿轮时,是否产生根切取决于被切齿轮的齿数多少。我们把不产生根切现象的极限齿数称为最少齿数。
" u  m6 U+ o6 H6 ]- A* W用标准齿条刀具切制标准渐开线齿轮而不发生根切,被切齿轮的最少齿数为:
$ H: ^5 g! P# \' G: [2 Q            Zmin=2ha/sin2α
9 X5 f& W  O6 F) y  当α=20°, ha=1时, Zmin=17;3 o% a; V' M* B$ K
  当α=20°, ha=0.8时, Zmin=14。
; y% i2 z( x7 E; x- X
0 S9 q* k# S5 o6 M6 z四.公法线长度和分度圆弦齿厚+ B3 }9 I3 b8 b+ u9 \5 ]+ Y1 U0 ~
  齿轮在加工和检验中,常用测量公法线长度和分度圆弦齿厚的方法来保证齿轮的精度。7 Y( Y6 w+ f/ q) w3 Q1 T
1.公法线长度    * e6 r; p2 b0 _# k7 u
  如图11-15所示,当检验直齿轮时,公法线千分尺的两卡脚跨过K个齿,两卡脚与齿廓相切于a、b两点,两切点间的距离ab称为公法线(即基圆切线)长度,用W表示。当α=20 °时,标准直齿圆柱齿轮的公法线长度为:
* U6 S' g0 r. i4 E        W=m[2.9521(K-0.5)+0.014 Z]8 J* z" C* X/ l( @
  式中,m为模数;Z为齿数;K为跨齿数,按下式计算K=Z/9+0.5,当计算所得K不是整数时,可四舍五入圆整为整数。此外,W、K也可从机械设计手册中直接查表得出。
  }  l% R! S3 K3 V: m  u! U2.分度圆弦齿厚
7 H7 E: W1 W( z$ c+ k  如图11-16所示,用齿轮游标卡尺测量时,以分度圆齿高ha为基准来测量分度圆弦齿厚S。标准直齿轮的S、ha计算公式为:
9 Z; {( Z! V2 J3 O; C        S=mZsin(π/2Z)0 b7 Z) @1 L7 y, s; ?7 X. R
        ha=mha+mZ[1-cos(π/2Z)]/2
: k$ l8 g' [8 i4 ^  此外S、ha也可由机械设计手册的表中直接查得。
  A6 `8 }' K9 f' O+ I8 Z  由于测量分度圆弦齿厚是以齿顶圆为基准的,测量结果必然受到齿顶圆公差的影响。而公法线长度测量与齿顶圆无关。公法线测量在实际应用中较广泛。在齿轮检验中,对较大模数(m>10mm)的齿轮,一般检验分度圆弦齿厚;对成批生产的中、小模数齿轮,一般检验公法线长度W。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:32:22 | 显示全部楼层
渐开线变位直齿圆柱齿轮
( N+ W! i) n' `, G9 A( @+ I1 o* `7 ~  X. G( F
一、变位齿轮及基本特点! [5 H! _6 C; R& n# \
  由齿轮加工原理可知,当齿条插刀的中线与被切齿轮的分度圆相切时,加工出标准齿轮。若齿条刀具的中线与被切齿轮的分度圆不相切时,则加工出变位齿轮。
! K; W& x$ o- A. J3 _9 W8 @  刀具中线相对于加工标准齿轮时移动的距离称为变位置,用Xm表示。其中m为齿轮的模数,X称为变位系数。当刀具离移被切齿轮中心时,X取正值,称正变位,当刀具移近被切齿轮中心时,X为负值,称为负变位。
! D! {9 ~& G% g两个特点:' i4 u3 P, l$ Q2 b( [: g' R! G
1.不论是正变位还是负变位,刀具变位后的节线与齿轮的分度圆相切作纯滚动。因为刀具上任一条节线的齿距P,模数m以及齿形角都相等,故被加工出的变位齿轮的齿距、模数、压力角并不改变,与标准直齿轮相同。
7 h# |  ]9 a1 d8 q! R( N2.正变位齿轮的齿顶圆、齿根圆、齿顶高和齿根厚度均增大,而齿根高、齿顶厚度则减小,齿轮强度提高,还可以避免根切。负变位齿轮的齿顶圆、齿根圆、齿顶高和齿根厚度均减小,而齿根高和齿顶厚度则增加,齿轮抗弯强度降低。
0 Y+ E" S( X# q7 t. b
2 {5 N; Y% x& w) q
/ C8 C* P$ B: O1 I! \, |: h1 o
1 S: c! o8 J: j1 x: V7 H) {- o. e6 J+ O
* ~" N% e- j& {
二、变位加工后应用+ S4 J7 S* I6 S3 b# I* x) y
在一对大小齿轮传动中,通常小齿轮采用正变位,齿顶高增大,齿根高减小,齿根变厚,强度和寿命提高,还可避免根切;大齿轮采用负变位,齿顶高减小,齿根高增大,齿根强度有所减弱。由于大齿轮强度较高,选择适当的变位系数后,可以使一对大小齿轮的强度和使用寿命相近。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:32:35 | 显示全部楼层
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齿轮传动的失效形式和材料
/ G* x$ [; U4 B
1 R7 ?) y/ U2 ?5 E) }, W0 ], }一、齿轮传动的失效形式
& A2 k+ K7 [! i7 d0 p+ h, G; w1 P  齿轮传动过程中,在载荷的作用下,如果轮齿发生折断,齿面损坏等现象,则轮齿就失去了正常的工作能力,称为失效。4 z' B% a) h5 M! G
  由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同,影响失效的原因很多,主要都发生在轮齿上,常见的轮齿失效形式有:轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。
0 J" z6 V) C5 K
. k& C; h) d9 e7 ^  Z   失效形式! ~( F3 I" y6 }
/ a/ a, p# @) y! K: P5 ~+ l5 S0 o
比较项目    2 m2 J. m8 Y& y+ N
轮齿折断    7 C6 Z- M- _& j
齿面点蚀    / n1 L4 _$ \' S: t; D/ Y
齿面胶合   
0 a5 f8 x3 f1 A2 L! n9 @* W1 a- o齿面磨损    : {# p% e# [4 A: M
齿面塑性变形
7 \$ z! K4 `6 x1 W% m: F
9 V- Q3 k/ \8 h4 L# v$ i+ D. b
( h2 r; c! I; B4 `0 w) b引起原因    1、    短时意外的严重过载$ @1 _* z$ T0 x8 h% S3 S. h
2、    超过弯曲疲劳极限    很小的面接触、循环变化、齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹、微粒剥落下来而形成麻点    高速重载、啮合区温度升高引起润滑失效,齿面金属直接接触并相互粘连,较软的齿面被撕下而形成沟纹    触表面间有较大的相对滑对,产生滑动摩擦    低速重载、齿面压力过大
; B  d1 H/ h$ O& B部位    齿根部分    靠近节线的齿根表面    轮齿接触表面    轮齿接触表面    轮齿0 A0 ]0 i' D' J! G. y
! V) Q, ^2 c8 z$ f
避免措施    选择适当的模数和齿宽,采用合适的材料及热处理方法,降低表面粗糙度,降低齿根弯曲应力。    提高齿面硬度    提高齿面硬度,降低表面粗糙度,采用粘度大和抗胶合性能好的润滑油    提高齿面硬度,降低表面粗糙度,改善润滑条件,加大模数,尽可能用闭式齿轮传动结构代替开式齿轮传动结构    减小载荷,减少启动频率: d4 N1 q+ B$ l% F
  q& r# s  Q5 }0 k# }& w% K

% h$ C4 g6 o( Y5 I( f
# [9 J( t+ C6 i2 i* d- M: Z- H2 n7 o& x) Q+ W) ?* B
二、齿轮的常用材料及热处理4 D1 b6 \# ^1 T1 d4 z
  1.齿轮常用材料5 J6 \$ j0 V; J9 v
常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等,一般多采用锻件或轧制钢材,当齿轮较大(d>400~600mm)而轮坯不易制造时,可采用铸钢,开式低速传动可采用灰铸铁,球墨铸铁有时可代替铸钢。
1 t5 a. m% [1 H1 B6 k0 l  一对相啮合的齿轮,为使大小两轮的工作寿命相近,小齿轮应比大齿轮选用好一点的材料、高一些的硬度。1 q" t# I3 B& q0 W* ?) r9 w
  2.常用热处理方法0 y# J& y. G( M( y6 Z  R; U
齿轮常用的热处理方法有:正火、调质、表面淬火、渗碳淬火和渗氮等。
. k% J' S: W( P2 J4 {# [  S( D3 r/ _(1)经正火、调质处理的齿轮为软齿面齿轮,工艺过程简单,运用于对强度要求不高,中低速的一般机械传动的齿轮。
2 }. P6 s/ [( M7 J(2)经表面淬火,渗碳淬火和渗氮处理后的齿轮为硬齿面齿轮,可较大地提高齿轮的承载能力和耐磨性,适用于生产批量大和要求结构紧凑的齿轮。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:32:46 | 显示全部楼层
齿轮结构和工作图
0 Y( K" k8 r2 o  }3 i, B) B- T1 \  s# t+ ]3 H
一、齿轮结构
6 t: f7 j* r/ h7 y, V  根据强度条件和传动比要求可以确定齿轮的模数、齿数等基本参数,并计算出齿轮传动的主要尺寸。在确定齿轮尺寸的基础上,考虑材料制造工艺等因素,确定齿轮的结构形状。齿轮结构可分为齿轮轴、实心式、腹板式、轮辐式等。
: j2 H0 J1 Z4 a" B% S6 A. \8 M  }. G' k  1.齿轮轴% t4 l: ]; i& {! \4 G1 b/ N
  直径较小的钢质齿轮,当齿根圆直径与轴径接近时,可将齿轮和轴做成整体的,称为齿轮轴。. q+ V; N" L6 j% X$ h
  齿轮轴刚度较好,但齿轴磨损后,轴也同时报废,对直径较大的齿轮应分开制造。- y3 P% D) G. V0 ^' N6 ?
  2.实心式齿轮
$ Q8 W) R5 G: x/ a& b5 e/ b齿顶圆直径da≤160mm时,可采用锻造毛坯的实心式结构,当齿顶圆直径da<100mm时,单件或小批量生产的齿轮,可直接用轧制圆钢作齿轮毛坯。
% L$ `' i( S& O  3.腹板式
% a0 A5 Z" q9 A7 ]- _4 G  齿顶圆直径da≤500mm时,一般用锻造方法做成腹板结构齿轮,不重要的用铸造的方法做成腹板结构齿轮。为了减轻重量,节省材料,常在腹板上制出圆孔。有关结构尺寸参照图中经验公式确定。
+ r# w3 M9 ^; j7 s  4.轮辐式
' j  Q7 K: S* b9 i1 N8 d' R0 L  齿顶圆直径da>500时,齿轮毛坯常用铸造方法做成轮辐结构,如图11-28。根据不同要求,可用铸钢或铸铁。
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斜齿圆柱齿轮传动- v3 Z: ~) v0 b
# Y# Q4 D# v1 U
一、斜齿圆柱齿轮齿廓形成及啮合特点   1.斜齿圆柱齿轮齿廓形成    渐开线斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与渐开线直齿圆柱齿轮相似。就齿轮端面而言,都是发生线绕基圆作纯滚动时,发生线上任一点K在平面上的轨迹。  }7 S. r+ d' w+ c' U
实质上齿廓表面是一渐开线曲面。   所不同的是直齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条平行于基圆柱母线的直线在空间的轨迹面;而斜齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条与基圆柱母线夹角为βb的斜直线在空间的轨迹面。由于斜直线绕到基圆柱面上之后是一条螺旋线,由该斜直线在空间的轨迹面所形成的齿廓曲面称为渐开螺旋面,其中βb称为基圆螺旋角。8 C( L4 M; E+ `, a* C: [9 x
  2.啮合特点:    * W4 X8 Y" F( ^& f' i7 I, n' x
(1)    直齿圆柱齿轮
' B; K) ]% X: Z5 b0 e由齿廓曲面形成原理可知,直齿圆柱齿轮在啮合过程中,接触线平行于轴线,因而一对直齿齿廓是同时沿整个齿宽进入啮合脱离啮合,即其上的载荷也是突然加上和突然卸下,易引起冲击。传动平稳性较差。
# x4 Z- p% ~1 H0 Y* C8 E(2)    斜齿圆柱齿轮5 s" K* y# \. O5 B) d
而一对斜齿圆柱齿轮接触线为斜直线,接触线长度先由短到长,再由长到短,直至脱离啮合,故传动平稳性好,承载能力强,适用于高速重载传动。在传动时会产生轴向力。
! b) c- V8 h: I& Y, i! u二、斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸
( _( u. s& \5 ]! n# v3 J  由斜齿圆柱齿轮齿廓形成可知,它的齿面是一渐开线螺旋面,其端面(垂直于齿轮轴线的平面)和法面平面(垂直于齿的平面)的齿形不同,当用成型铣刀加工时,刀具沿螺旋线方向进刀,故轮齿的法面齿形与刀具的齿形一致,因此以轮齿的法面参数为标准来选择刀具。但在计算斜齿轮的几何尺寸时,又要按端面参数进行计算,故必须建立法面参数与端面参数之间的换算关系。
2 z9 H$ G: X$ B4 N) k5 k, s* ?  1.螺旋角
' b  n% ^& r0 a- u斜齿轮的螺旋线为斜直线,螺旋线与分度圆柱母线的夹角称螺旋角,用β表示。斜齿轮轮齿的旋向分为左、右旋两种。1 N) V) [- e8 ^- M
  2.模数
- X1 L/ V9 p: T6 S8 e; CPn表示法向齿距,Pt表示端面齿距,β为螺旋角,它们之间的关系为: ) E+ C. e: b1 D- M+ R, M
            Pn=Pt•cosβ
% z: L! c; K" A- O- j  ∵ P=π•m , ∴ mn=mt•cosβ5 a5 q  J1 C3 C1 {
  mt——端面模数       mn——法面模数   
% d% Q. G$ h* V. f  p- U( M  一般取mn为标准模数
+ L9 l1 E0 R4 v  3.压力角
, f0 y5 i  q+ O* k( z: h0 K  斜齿轮在分度圆上的压力角也有法向压力角αn和端面压力角αt之分,两者之间的关系为: tgαn=tgαt•cosβ
) i# a! w' W4 g  一般规定法向压力角取标准值,即αn=20°
+ v+ n! N8 n4 @' r* b  4.齿顶高系数和顶隙系数
- \0 ?: i, j7 W  斜齿轮在端面和法面上的齿顶高和顶隙是相等的,即
! X2 m# o% _6 ?6 r0 ], y  ha=hat*•mt=han*•mn
) \+ U! @/ H0 o  C=Ct*•mt=Cn*•mn1 E' i% I" b1 [" B9 Z, A9 F  f
  由此得 hat*=han*•cosβ- Z3 B  c9 x8 v
        Ct*=Cn*•cosβ, K6 m) o) B7 I8 {" v
  式中hat*和Ct*为端面齿顶高系数和顶隙系数,han*和Cn*为法面齿顶高系数和顶隙系数,均应取标准值。- [$ s% [6 V, C# J
  5.分度圆直径与中心距
  u. Z6 ^2 v4 l4 y  斜齿轮直径是从端面上度量的,故得   d=mt•Z= mnz/cosβ。
) f* a1 S' i) K! P  斜齿轮传动的标准中心距为:7 {! P+ m7 u1 }# l: c/ R9 Z& A
a= (d1+d2) /2=(Z1+Z2)mt/2=(Z1+Z2)mn/2cosβ
: m$ @: W, K- \; Q斜齿轮的几何尺寸计算公式见表11-11。
/ y. G" @" t" _/ [) x( m2 c" a1 P三、斜齿圆柱齿轮传动% Z( l6 ]' n6 D4 ]$ R0 l4 L% i
  1.正确啮合条件
" i) h) x: C4 S, ]  b8 h" ]一对斜齿轮的正确啮合条件是:两轮的法面模数和法面压力角相等,分度圆上的螺旋角相等,方向相反,9 E! x1 ?% N0 R- b  F& h3 O# r
即:   mn1=mn2
- V: F# |; u- t+ o" M6 k4 j/ }    αn1 =αn2 & q( w  m; S  [+ p, _- p
    β1=-β2
8 E7 y7 l: n3 l/ t! C  2.当量齿轮和当量齿数
3 t3 ^- D; U( y. c过斜齿轮分度圆螺旋线上的一点P,作垂直于轮齿的法向截面,该截面为椭圆,椭圆在p点的曲率半径为ρ。若以ρ为分度圆半径,以斜齿轮的mn、αn作一假想直齿圆柱齿轮,其齿形近似于斜齿轮的法向齿形。该假想直齿圆柱齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮,其齿数称为当量齿数,用Zv表示。Zv=Z/cos3β。式中Z为斜齿轮的齿数,β为螺旋角。                   $ M7 I, X" ^+ v+ i: Q1 S( W
选择铣刀及轮齿弯曲强度计算都用到当量齿数Zv。此外确定斜齿轮不产生根切的最少齿数也以它为依据。因为当量直齿轮轮齿的最少齿数Zvmin=17, 则标准斜齿轮不产生根工的最少齿数为9 Y7 l5 A% b  w2 u$ \3 _5 I
Zmin=Zvmin•cos3β
* d: c  K/ Q/ C5 L4 H可见,斜齿轮的最少齿数比直齿轮少。
1 y4 I' [" o& P# P6 g例如:αn=20°,当β=15°时,斜齿轮的最少齿数:Zmin=Zvmin•cos3β
* \6 _, H2 |( w* v& p6 m* L4 F=17•cos315°; T* v& @- _2 U9 U4 U+ e8 F
=15
  X: P; v9 h4 b% v四、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析
& R* F+ a. \& ^  1.受力分析( Q5 o3 y4 d9 a+ q) S
一对斜齿轮受力情况,不计摩擦力,作用于主动轮齿上的法向力Fn必沿接触点的法线方向指向工作齿面。法向力又可分为:
; V( i2 x, @9 a) v8 L9 r/ l  圆周力         
4 ~2 F' }0 q, [; y9 I/ @径向力       $ `( @0 E5 @2 f
轴向力         q2 v9 r* B* ~3 V
从动轮上的圆周力、径向力和轴向力与主动轮上的大小相等,方向相反。
5 x' h& ]' J4 e圆周力的方向在主动轮上与啮合点的圆周速度方向相反,在从动轮上则与啮合点的圆周速度方向相同。
& [1 ?' F! S" |3 t/ T* V0 b' a径向力的方向分别指向各自的轮心。
2 ^) M! L; x8 v5 U% P8 G轴向力方向可用主动轮左右手法则来判定。即主动轮是右旋时,握紧右手,四指表示主动轮的回转方向,拇指伸直的指向即为主动轮上的轴向力
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直齿圆锥齿轮传动! D+ p3 q9 P- L' g+ R* s2 a! O; H6 P; q
, _# L+ I7 X. [7 T" |5 m. }' L& Z
一、齿圆锥齿轮# q) q$ u  J/ S5 b- B) e
  直齿圆锥齿轮机构用于两相交轴之间的传动,两轴的夹角可由传动的要求确定,在一机构中多采用=900的直齿圆锥齿轮机构。2 k& Q/ L$ {9 w  q
  一对圆锥齿轮轮齿分布在两个截锥体上,且锥顶交于一点,其轮齿尺寸由大端面锥方向的小端逐渐变小。显然圆锥齿轮大端和小端的参数是不相同的。
7 P' y' F  `5 f* o, |  b+ Y了便于测量和估算机构的外形尺寸,规定以大端参数为标准,大端压力角=200。
' ~' T0 j" v0 g! u8 K二、齿圆锥齿轮传动的几何尺寸# ~' B, a8 L$ A- i! g2 M
三.当量齿轮
4 Y4 F. c  W' x% K以圆锥齿轮大端模数为标准模数,大端压力角为标准压力角,按照圆柱齿轮作图法画出扇形齿轮的齿廓,其齿廓与直齿圆锥齿轮大端齿廓近似相同,两扇形齿轮的齿数为两圆锥齿轮的实际齿数。若将扇形齿轮补足为完整的圆柱齿轮,这两个假想的圆柱齿轮就称为两锥齿轮的当量齿轮,当量齿轮的齿数称为当量齿数,用Zv表示。. W" O% z0 p0 |$ N, t6 N, F- e! L
  当量齿轮的半径:rv=r/cos 
+ Z% O$ }0 W7 I& U0 j% q0 q2 v2 S  当量齿数:Zv=Z/cos 
, z: s, \+ z2 y- H  式中 ――圆锥齿轮分度圆锥角5 d0 F* V" c/ x7 e
  当量齿数Zv是圆锥齿轮的重要参数,其意义在于,就大端齿形和大端承载能力而言,圆锥齿轮与同模数、同压力角、齿数为Zv的圆柱齿轮相当。
7 B. h* E! \& s( e( F/ \用仿形法加工圆锥齿轮,按Zv值选择刀号。
; H% O2 G4 H7 E: b6 A用范成法加工正常齿形的圆锥齿轮,不产生根切的最少齿数Zmin= Zvmin cos =17  cos  。! v% |- n5 B7 f" k( l& R9 X
四、确啮合条件
! Y0 `# D; w: S+ l一对直齿圆锥齿轮的正确啮合的条件为大端模数和压力角必须分别相等 - ]1 d  M4 d$ U1 \& L2 I- b
          m1=m2=m
3 d' O, v3 R, c3 |, z+ G+ y3 j" N          1=2=
  X4 {% X  Y$ j2 V五.直齿圆锥齿轮传动的受力分析% r# x+ |2 ]5 T6 Y! @
  1.轮齿受力分析( [! v1 ]0 Z/ U# {9 L2 K/ }
  一对直齿圆锥齿轮传动,假设轮齿间的作用力近似地作用于齿宽节线的中点处,如不考虑摩擦力的影响,其方向垂直指向工作齿面。为主动锥齿轮的受力情况,轮齿间的法向力,可分解为圆周力、轴向力和径向力
5 W( n# P4 c; n$ \8 X( k圆周力在Ft在主动轮上与啮合点圆周速度的方向相反;在从动轮上则与啮合点的圆周速度方向相同。
7 n6 @6 D8 C" b径向力的方向都垂直指向各自的齿轮轴线。
9 ^  e5 A+ k) A$ C( ^5 u轴向力Fx的方向则总是由锥顶指向齿轮的大端。
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蜗杆传动; H0 Y% k5 f8 w; C3 L
, t5 W$ w! N5 _- \5 T/ d- u# U  ~6 ~
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成,用于传递空间交错的两轴间的运动和动力,一般交错角为90,通常蜗杆为主动件,蜗轮为从动件
; f! P" ]- b1 T/ K; S" k
4 c& Y- |: @. Z( D1 k一、蜗杆传动的特点6 {# Z4 n* q7 }( l
1.传动比大,结构紧凑。用于传递动力时,i=8~80, 用于传递运动时,i可达1000。
% v: y% o0 g8 e" N6 K1 B2.传动平稳,无噪声。因为蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的,同时啮合的齿数较多所以平稳性好。7 J" j( _& G3 f6 Q3 Y" C$ H
3.当蜗杆的螺旋角小于轮齿间的当量摩擦角时,蜗杆传动能自锁,即只能由损杆带动蜗轮,而不能蜗轮带动蜗杆。) I2 L6 p, A/ g9 y( c2 L
4.传动效率低。因为在传动中摩擦损失大,其效率一般为=0.7~0.8,具有自锁性传动时效率=0.4~0.5。故不适用于传递大功率和长期连续工作。2 m) ?+ Q% w& {5 C: G) S/ \
5.为了减少摩擦,蜗轮常用贵重的减摩材料(如青铜)制造,成本高。
$ |0 o3 T! y# f- H3 V  M8 i二、蜗杆传动的主要参数
, s7 \; p0 C3 S& T) e! F. w0 ?! G& m蜗杆传动的设计计算中,均以主平面(通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面)的参数和几何关系为基准。! _4 U( _( ?/ n7 d$ M
(一)主要参数
3 b& f) X9 G0 o' A8 f1.模数、压力角、螺旋升角λ与蜗轮的分度圆螺旋角
7 ^$ ?. k/ ~) s. {3 T   为了保证轮齿的正确啮合,蜗杆的轴向模数mx1应等于蜗轮的端面模数mt2,蜗杆的轴向压力角x1应等于蜗轮的端面压力角t2,蜗杆分度圆上的螺旋线升角应等于蜗轮分度圆上的螺旋角,且两者螺旋方向相同。1 o2 l7 }5 H8 @$ Z
   蜗杆的轴向压力角x(蜗轮的端面压力角t)为标准压力角200。) F3 U4 E; n! X7 z9 M
      mx1=mt2= m5 `* `+ [% O! j; ?
        x1=t2= 
. k: i* s4 S/ x4 T+ s4 a         =     ' l5 c$ _+ a9 o2 [

3 b/ l# w+ o7 B; @+ l: `   通常取蜗杆的头数Z1=1~4。当Z=1时,导程角小,效率低,一般用于分度传动或自锁传动中,Z=2~4常用于动力传动和有较高效率。若头数多,导程角大,制造困难。+ g6 n, u: z( l# k- I: e
蜗轮齿数根据传动比和蜗杆的头数决定:Z2=iZ1, 通常取Z2=20~28,Z2不应少于28齿,以免根切和降低传动的平稳性。1 n9 r/ @% R5 F; M  J
三、蜗杆传动的受力分析
* X3 q+ v' ^9 [+ a7 u: t! N1.蜗杆传动回转方向的确定% g1 d. K# r1 Z! _5 `1 i$ S
(1)螺旋方向的判定
& N* t& I$ ]: |( @+ q3 e5 z蜗杆传动与斜齿轮传动一样,也有左旋与右旋之分。蜗杆、蜗轮的螺旋方向可用右手法则判定:手心对着自己,四指顺着蜗杆(蜗轮)的轴线方向摆肩。若啮合与右手拇指指向一致,该蜗杆(蜗轮)为右旋,反之为左旋。( Z1 I- }2 }1 M& m
(2)蜗轮旋转方向的判定2 o' S& ^: ~2 t1 D5 ^% l) V
蜗轮的旋转方向不仅与蜗杆的旋转方向有关。蜗轮旋转方向的判定方法如下:当蜗杆是左旋(或右旋)时,伸出右手(或左手)半握拳,用四指顺着蜗杆的旋转方向,大拇指指向的相反方向就是蜗轮的旋转方向, 蜗轮旋转方向判定。" Q: D$ Y7 j# V5 |# g
2. 蜗杆传动的受力分析
0 m6 W' [! Z1 a) t$ {. C  T蜗杆传动的受力情况类似斜齿圆柱齿轮传动的受力情况。若不计摩擦力,齿面上的法向力Fn仍可分解为三个相互垂直的分力。圆周力Ft、轴向力Fx、径向力Fr。9 n0 r$ t- I6 p. K/ a# z
圆周力Ft1的方向与节点P的速度方向相反。
) z; ^5 u/ J& E  `  w8 p  Y径向力Fr1的方向总是指向蜗杆轴线。
! @) S) u! r6 r8 K轴向力Fx1的方向和斜齿轮一样,用主动轮左右手法则判定:对主动右旋蜗杆以右手四指弯曲方向表示转动方向,大拇指的指向即为轴向力Fx1的方向。
3 K; V2 p- F& o' A4 m5 b: h# c由于蜗杆轴线与蜗轮轴线在空间交错成900,故蜗杆力Ft1等于蜗轮轴向力Fx2,蜗杆轴向力Fx1等于蜗轴圆周力Ft2,蜗杆径向力Fr1等于蜗轮径向力Fr2。即:
9 a2 G  d& m; b7 c( |; ?  Ft1=-Fx2
" e( n: {5 X( b3 i1 Y  Fx1=-Ft2
. {9 o, Q+ A6 T, m  Fr1=-Fr2* {  d+ G- k! M: O# F4 n. r* h! |

7 y$ Y3 t1 u: [# |: u9 ~3 B8 z) ~' A& m9 U
四、蜗轮材料选择
  v! p. h) v- B7 }蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损等,因此,蜗杆蜗轮的材料不仅要有足够的强度,而且还要有良好的减磨性,耐磨性和抗胶合的能力。1 s) K- {2 k4 t* a0 _2 K) `
蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造,要求齿面光洁并且有较高的硬度。对于高速重载传动,蜗杆常用15 Cr、20 Cr、20 CrMnTi等,经渗碳淬火,表面硬度HRC56~62,并经磨削。对中速中载传动,蜗杆材料可用45 、40 Cr、35SiMn等,表面淬火,表面硬度HRC45~55,也需磨削。低速不重要的传动,蜗杆材料可采用45钢调质处理,硬度HB220~270。& L! F8 z1 O/ l& ?6 }
蜗轮材料可参考滑动速度Vs来选择,常采用青铜与铸铁,在Vs>5--25m/s的连续工作的重要传动中,蜗轮材料常用铸锡磷青铜ZQSn10—1或铸锡锌铅青铜ZQSn6—6—3等,这些材料的减摩性、耐磨性和抗胶合的性能及切削性能都较好,但强度低,价格高。在Vs<5m/s传动中,蜗轮材料可用无锡青铜,如铸铝铁青铜ZQAl9—4或铸锰黄钢ZHMn58—2—2等,这类材料的强度较高,价格较廉,但减摩性、抗胶合性能不如锡磷青铜。在Vs<2m/s 的不重要传动中,蜗轮材料可用灰铸铁HT150或HT200等,也可用球墨铸铁QT600—3、QT700—2等。也可由尼龙或增强尼龙材料制成。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:33:34 | 显示全部楼层
轮系的功用与分类- t- d' [3 O0 t8 ?/ e& z3 R. {
/ `, h& z; I$ \: W& S& _. b4 O
一、轮系的概念
( w5 n( [( y& ]$ p( X( L9 x/ m一系列互相啮合的齿轮所组成的齿轮机构来进行传动。这种齿轮机构称为轮系。
3 r' H5 r6 }# N; X( c二、轮系的主要功用是:   ⑴可以获得很大的传动比。很多机械要求有很大的传动比,机床中的电动机转速很高,而主轴的转速要求很低才能满足切削要求,一对齿轮的传动比只能达到3~6,若采用轮系就可以达到很大的传动比。+ E. V# i  F0 B0 E. m- t/ D
  ⑵可以作较远距离的传动。当两轴中心距较远时,若仅用一对齿轮传动,势必将齿轮做得很大,结构不合理,而采用轮系传动则结构紧凑、合理。
& V7 ?# }* m+ s( a# I6 N5 o8 L9 h& R: [  ⑶可以实现变速、变向的要求。一般机器为了适应各种工作需要,多采用轮系组成各种机构,将转速分为多级进行变换,并能改变转动方向。
) j4 K  ?& N/ q/ {. {* g  ⑷可以合成或分解运动。采用周转轮系可以将两个独立运动合成一个运动,或将一个运动分解为两个独立运动。
" b  ~, V6 }, c/ y0 K提问:比较轮系与齿轮的传动特点?
- }) s7 K8 Y6 ^- p" s三、轮系的分类, L6 d6 J* l) ~" ?: U. q: l
  轮系的结构形式很多,根据轮系在传动中各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否固定,轮系可分为定轴轮系和周转轮系两大类。; a+ E/ S) r* u5 g2 l5 u
1.    定轴轮系:4 P. M' e3 t0 G7 [
当轮系运转时,其中各齿轮的几何轴线位置都是固定的,此轮系称为定轴轮系。
; ]% k7 W  b  d4 g2.周转轮系
/ O# {0 c/ l8 {8 U  v3 ?: S$ z2 d当轮系运转时,其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一齿轮的固定几何轴线转动,此轮系称为周转轮系。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:33:46 | 显示全部楼层
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定轴轮系& u8 [3 k/ ^, l# h. L

* R( \4 C7 V- u, S4 R  |" T9 c# ^1、    传动比
0 w2 @5 ^' M$ o0 }0 @& _2 U轮系中首末两轮的转速(或角速度)比,称为轮系的传动比,用i表示。即:     ' P' P, v4 Y9 }  _$ Q0 \& J8 v
2、旋转方向
  T4 ?; d& s2 @(1) 一对圆柱齿轮传动,外啮合时两轮转向相反其传动比规定为负
7 M7 Y4 W! l6 g% X一对内啮合圆柱齿轮,两转转向相同,其传动比规定为正
% E- U* G& Q  s" u! |4 i  I7 |(2)两轮的旋转方向也可以用画箭头的方法表示。两轮旋转方向相反,画两反向箭头, 两轮旋转方向相同,画两同向箭头。箭头方向表示可见侧面的圆周速度的方向。
2 g% ~# L; Z5 P3、    传动比的计算5 X6 U; [1 q) g$ V5 E' X% i
定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮传动比的连乘积;首末两轮的转向由轮系中外啮合齿轮的对数决定。上式(-1)3表示轮系中外啮合齿轮共有三对,(-1)3=-1表示轮1与轮5转向相反。从图12-4可知,轮系中各轮的转向也可用画箭头的方法表示。
) Y9 E: R) X2 d  由分析可知,定轴轮系总传动比的计算式可写成
. o/ m, }' Q* x$ n; w$ U$ {     i1k=n1/nk=(-1)m•所有从动轮齿数的连乘积/所有主动轮齿数的连乘积/ H& ~3 d$ D6 A$ n  c
  式中m为外啮合齿轮的对数。3 u% s4 g, j& w2 Z5 Q' V' O
注意:在应用上式计算定轴轮系的传动比时,若轮系中有圆锥齿轮,蜗杆蜗轮机构,传动比的大小仍可用上式计算,而各轮的转向只能用画箭头的方法在图中表示清楚。
# C2 V4 `3 b" D  L) i9 ~; H& N3 A0 \; Z) I; y9 T$ a% j. y7 S  \# h, ~
例1   图12-5所示的轮系中,Z1=16,Z2=32, Z2'=20, Z3=40, Z3'=2(右旋)Z4=40。若n1=800r/min, 其转向如图所示, 求蜗轮的转速n4及各轮的转向.
) b6 k4 b1 o& w1 g( s2 e7 l; `( v解:传动比大小:
  [; @- k. v0 I7 y& ]0 |) J' G/ Xi14=n1/n4=Z2Z3Z4/Z1Z2'Z3'
6 e" p- O" J' `  =32×40×40/16×20×2=80
2 J1 `$ B7 I0 Q; X6 u6 f( _, k' p  所以: n4=n1/i14=800/80=10r/min# K9 H- `( u0 o) F1 [1 Q/ E
因为此轮系中有蜗杆蜗轮和圆锥齿轮,故各轮的转向只能用箭头表示。
! ~) D6 J: ~1 k; R9 I' @6 m4 U; ]# ]  r8 v+ z" `+ |
6 {5 V% c  r" d- E3 X

) j# `+ B9 a; i6 r8 _5 r
: A1 [) H" [8 b% }
. K; p( }- }+ P# [6 S
- e* M& T& D8 h7 ?& U: j课堂练习:
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键联接) O1 c0 Q1 r0 w2 B4 f- z
" _8 }7 y9 N$ _8 {/ d5 a' \( `
联接的形式按能否拆卸可分为两大类:不可拆联接和可拆联接。- A, F, \5 V9 q
常见的不可拆联接有:铆接、焊接、粘接等。
5 g# f9 E3 u5 W# x% i可拆联接有键联接、花键联接、销联接和螺纹联接。
+ i* M# e" N( I( q6 F1 u3 B一.键联接的种类
! f4 \' H" V' {! B. k- K在各种机器上有很多转动零件,如飞轮、带轮、凸轮等,这些零件和轴大多数采用键联接或花键联接。
% Y# Z; ^' M! O2 P0 K4 ~键联接是由轮毂、轴和键组成.8 @' `" k6 G6 w8 S& m
键联接的功用是联接转动零件与轴,以传递运动和动力。# S3 q8 y) H. p( ]
键根据结构和承受载荷的不同可分为松键联接和紧键联接两大类。3 {1 S' j. O& Y! N  ~+ Z
(一)松键联接
2 X6 @6 }0 d9 C, V1.平键联接/ S8 ^* z1 V6 n3 }
平键分为普通平键和导向平键二种。# f( w6 j6 ^+ l  h3 t: @8 }# q: V" O
(1)普通平键(straight key) 普通平键的上、下平面和两个侧面相互平行。4 g$ W4 K; A9 u' {
    普通圆头平键:键在键槽中的固定较好,但键槽端部的应力集中较大。
/ o( |( t& t$ Z6 o3 n3 ~    普通平头平键:键在键槽端部的应力集中较小,但键在键槽中的轴向固定不好。( I3 \0 L& {# X1 H: d
    单圆头平键: 常用在轴端的联接中。
2 V5 s& l. |' T平键联接装配时先将键放入轴上键槽中,然后推上轮毂,构成平键联接。平键联接时,键的上顶面与轮毂键槽的底面之间留有间隙,而键的两侧面与轴、轮毂键槽的侧面配合紧密,工作时依靠键和键槽侧面的挤压来传递运动和转矩,因此平键的侧面为工作面。
) K1 b5 v7 k8 n$ t平键联接由于结构简单、装拆方便和对中性好,因此获得广泛应用。: V! {5 N* R* U8 S5 ~4 J
(2)导向平键(feather key)和滑键
. Z% L* U4 P/ v. E2 s! G导向平键是加长的普通平键,采用导向平键时转动零件的轮毂可在轴上沿轴向滑动,适用于轴上零件的轴向移动量不大的场合,如变速箱中的滑移齿轮。4 K9 \  G# T! ?7 N5 C5 V& N
当轴上零件的轴向移动量很大时,可采用滑键。滑键联接是将滑键固定在轮毂上,并与轮毂一起在轴上的键槽中滑动。
  `$ B4 V' V7 x2 ~6 b: n6 k4 R  2.半圆键联接4 \( S! I. L+ ?: m  H
半圆键的上表面为平面,下表面为半圆形弧面,两侧面互相平行。半圆键联接也是靠两侧工作面传递转矩的。
6 V' c! @, w/ W4 T  U它的优点是:能自动适应轮毂槽底的倾斜,使键受力均匀不偏。但它对轴的削弱大,宜用于轴端传递转矩不大的场合。- h/ F( o6 H2 H4 N3 a3 c1 s8 q4 e
(二)紧键联接
* A9 O1 h4 @  {0 \紧键联接分为楔键联接和切向键联接。
, q, Q  e/ k1 n1.楔键
0 i. U' w. q  E! I! P7 F) L楔键的顶面有1:100的斜度,两侧面相互平行。工作时依靠键的顶面和底面与轮毂键槽和轴槽的底面间所产生挤压力和摩擦力来传递动力和转矩。适用于对中性要求不高、转速较低的场合。
; V( B2 v- B9 s9 x4 {* }2.切向键6 ?0 n: T$ d/ k! Y% Y4 d
切向键是由两个具有1:100单面斜度的普通楔键沿斜面贴合在一起组成的,只能用于传递单方向的转矩。当传递两个方向转矩时,应装两副切向键。适用于对中性和运动精度要求不高、低速、重载、轴径大于100mm的场合。
0 K: V, E/ ~4 z( R二.平键联接的选择和计算
& w# _, n  f  h3 ^4 |1.选择平键的类型和尺寸   
7 f# \& C0 u- p: t( ^0 N根据联接的要求,按轴径确定类型和键的宽度b、高度h,) a9 w. X4 E& Z! Z  Y
键的长度L应根据轮毂长度L1而定,比轮毂略短,一般取L=L1(5~10)。
( K+ C/ T+ u6 b3 ^& c1 w2.平键联接的强度计算1 V; E' m2 d+ R
普通平键联接的失效形式是材料中强度较弱的工作表面被挤压破坏和平键的剪切破坏。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:34:12 | 显示全部楼层
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花键联接) o% U' O/ s3 N0 Y5 v

" Q, V' V7 ^4 h( r( D4 S" D+ ?花键联接(spline joint)是由在轴上加工出的外花键齿和在轮毂孔壁上加工出的内花键齿所构成的联接。' r( f! C. R+ n( L' s
花键联接键齿的侧面是工作面,工作时靠齿的侧面挤压传递转矩。* _2 W: V8 P' R
一、花键联接的特点
; n. a4 s$ B: n" x花键联接具有下列特点:% W' S' A, [/ q8 `% a
(l)由于多个键齿同时参加工作,受挤压的面积大,所以承载能力高;
/ }( b% D1 e4 g  @% ~(2)轴上零件与轴的对中性好,沿轴向移动时导向性好;
1 A* g3 i# E( M$ G(3)键齿槽浅,对轴的强度削弱较小;
- T/ S8 `% O* _1 o( l. L$ ~  m* ]4 g(4)花键加工复杂,需专用设备故对大批生产是适用的,但单件、小批量生产的成本较高。
2 j0 ]+ ^9 c; I4 |花键联接广泛用于载荷较大、定心精度要求较高的各种机械设备中,如汽车、飞机、拖拉机、机床等。. s6 O4 L5 J: a" G3 P% s
二、花键联接的类型1 R, ]* x; I1 N% j
花键联接按齿形的不同可分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键三类。8 h) m% L7 L% Y2 G5 U
1.矩形花键
6 _6 j+ h4 v/ A! a* Q& |矩形花键键齿的端面为矩形。
6 t* m* S6 S- @' E0 N按键的齿数和齿形尺寸的不同,矩形花键有轻、中、重三种系列。它们分别适用于轻、中、重三种不同的载荷情况。此外,还有补充系列,适用于汽车、拖拉机和机床等制造业。
5 {" `: x0 B4 |& Y2.渐开线花键
/ p7 {$ U3 A' U; |" V/ M6 v渐开线花键内、外键齿的齿廓曲线是压力角为30°的渐开线。它可用加工齿轮的方法加工,故工艺性较好。4 P. t, S8 h. ?( [8 d8 _
与矩形花键相比,渐开线花键键齿的根部较厚,齿根圆角也较大,所以承载能力大;工作时键齿上有径向分力,宜于对中,使各齿承载均匀。适用于载荷较大、定心精度要求较高、尺寸较大的联接。
! W/ G% d, \2 a# [- \3.三角形花键
  @( w5 m* `4 y! d这种花键的内键齿端面齿形为等腰三角形,外键齿齿廓曲线为压力角等于45的渐开线。% ^6 A: P! t' i, W% D
三角形花健键齿细小,齿数多,对轴的强度削弱较小,多用于轻载和薄壁零件的静联接。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:34:27 | 显示全部楼层
销联接& W( M2 m) h4 B: e! K

1 |. X6 v- P5 f& V, m0 ~一、    概述. B/ G' i/ p6 B: }$ B
销联接用来固定零件间的相互位置,构成可拆联接;也可用于轴和轮毂或其它零件的联接以传递较小的载荷;有时还用作安全装置中的过载剪切元件。
8 G* i% Y. u' B; Z二、    销的分类) E% k& ]! v0 _& s3 A
销(pin)是标准件,其基本型式有圆柱销和圆锥销两种。4 h* O  G$ N% |( p
圆柱销联接不宜经常装拆,否则会降低定位精度或联接的紧固性。9 ]3 q" a: T2 D( h% l
圆锥销有1:50的锥度,小头直径为标准值。圆锥销易于安装,定位精度高于圆柱销。
- a/ M1 s7 Q# z. `圆柱销和圆锥销孔均需铰制。铰制的圆柱校销孔直径有四种不同配合精度,可根据使用要求选择。
+ z  Q/ z6 {+ f+ r! N销的类型按工作要求选择。用于联接的销,可根据联接的结构特点按经验确定直径,必要时再作强度校核;定位销一般不受载荷或受很小载荷,其直径按结构确定,数目不得少于两个;安全销直径按销的剪切强度进行计算。  T8 R4 q8 i% Q9 n
销的材料一般采用35或45钢,许用剪应力[τ]取为80 MPa。
 楼主| 发表于 2007-12-28 21:34:46 | 显示全部楼层
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轴的概述1 M7 ?8 G! N7 @: q$ p+ d( a
' _+ r8 p  K) y6 T7 C- d9 N
一、常用轴的种类和应用特点
4 z( p- _+ s4 s' j0 H9 H轴是组成机器中的最基本的和主要的零件,一切作旋转运动的传动零件,都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。
6 T7 @: a. w: p2 X1 [* U按照轴的轴线形状不同,可以把轴分为曲轴和直轴两大类。  |) |5 W- A& A' i4 v" ^( C+ Y
曲轴可以将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运动转换。+ Q: J/ k1 l6 U6 `# ]' l, ~. o
直轴在生产中应用最为广泛,直轴按照其外形不同,可分为光轴和阶梯轴两种。
1 t5 I/ N* k- w此外,还可以有一些特殊用途的轴,如凸轮轴(凸轮与轴连成一体的轴),挠性钢丝软轴(由几层紧贴在一起的钢丝层构成的软轴,它可以把扭矩和旋转运动灵活地传到任何位置)等。
  U, R$ P4 @. l7 }& Z& P% ?) `一般常用的是直轴。根据轴的所受载荷不同,可将轴分为心轴、转轴和传动轴三类。
; w7 b3 y9 u  P' _( ]1.心轴及其应用特点 心轴的应用特点是用来支承转动的零件,只受弯曲作用而不传递动力。车辆用的转动心轴;支承滑轮用的固定心轴。: a$ k  `5 J; M1 N) t$ C
2.转轴及其应用特点 转轴的应用特点是既支承转动零件又传递动力,转轴本身是转动的,同时承受弯曲和扭转两种作用。5 i7 g, c- }8 _) C* b/ P* e
3.传动轴及其应用特点 传动轴的应用特点是只传送动力,只受扭转作用而不受弯曲作用, 或者弯曲作用很小。, A6 |5 ^+ B5 M4 J8 Q! f
桥式起重机传动轴,可以认为只受扭转作用的传动轴。
4 w$ K% M1 m  L7 k; L$ c+ J二、轴的材料及热处理
+ o" H5 A& |% O  O; r3 r轴的材料选用原则,要根据使用条件来选择,应具有足够的强度,疲劳强度,刚度和耐磨性,对应力集中的敏感性小。( H( U+ p7 X- D( k1 O2 L" R
轴的材料一般多用中碳钢,如35,45,50等优质中碳钢,其中以45钢应用最广,因为这类钢材价格便宜,对应力集中的敏感性较好,采用适当的热处理方法(调质、正火、淬火)可以改善和提高机械性能,而且还有良好的切削性能。
" ?/ O# {8 l) m0 x! [) Q轴的材料有时用合金钢,如20Cr、40Cr等,用这类材料制成轴,具有承受载荷较大,强度较高,重量较轻及耐磨性较好等特点。/ G* ?: J4 N0 }$ K% a0 \
轴的材料还可以用球墨铸铁,它以吸振性、耐磨性和切削加工性能都很好,对应力集中不敏感,强度也能满足要求,可代替钢制造外形复杂的曲轴和凸轮轴,但铸件的品质不易控制,可靠性较差。
! d  Z: X: D# A三.常用轴的结构2 z; I$ h6 ?8 l; ^4 i
1.轴的主要组成部分
5 B. J  O2 q' Y2 ?3 Y% V* }. z⑴轴颈 与轴承配合的轴段。轴颈的直径应符合轴承的内径系列- N+ M" n4 J2 h
⑵轴头 支撑传动零件的轴段。轴头的直径必须与相配合零件的轮毂内径一致,并符合轴的标准直径系列。9 H3 |2 O- U% V; p1 ]. H- z
⑶轴身 连接轴颈和轴头的轴段。
, W: Q+ N; K' k; y" x⑷轴肩和轴环 阶梯轴上截面变化之处。3 n4 ]0 N4 V' {) c& m# @# O+ t: N
2.轴的结构
7 s9 @* _$ T/ X- r7 x3 V4 L对于轴的结构,最简单的是光轴,但实际使用中轴上总是需要安装一些零件,所以往往要做成阶梯轴,而各阶梯都有它一定的作用和目的,使轴的结构和各个部位,都具有合理的形状和尺寸。
/ G9 a% Z7 l9 t; X3 c& b在考虑轴的结构时,应满足三个方面的要求,即:安装在轴上的零件,要牢固而可靠地相对固定;轴的结构应便于加工和尽量减少应力集中:轴上的零件要便于安装和拆卸。
8 A2 y7 P  _  H$ n7 H$ p(1)轴上零件的轴向固定! _/ O- J4 Q" s% D
这种固定的作用和目的是为了保证零件在轴上有确定的轴向位置。防止零件作轴向移动,并能承受翰向力。一般采用的方法是,利用轴肩、轴环、轴套、圆螺母和轴端挡圈也称为压板等零件,作为轴上零件的轴向固定用。
0 R7 V1 W$ A1 ?. z$ l①轴肩或轴环固定
/ y  s% M) x$ \' {  x这是一种常用的轴向固定方法,它具有结构简单,定位可靠和能够承受较大轴向力等优点。+ z) Z% L  d  ?
②用轴端挡圈、轴套和圆螺母等固定
* W+ W. ~# q# T- e0 ^轴端挡圈只适用于轴端零件的固定,而且是受轴向力不大的部位。但它可以承受振动和冲击载荷
4 d" Q. Q: q5 P7 \1 k" _为了防止轴端挡圈和螺钉的松动,应采用带有锁紧装置的固定形式,对于无轴肩的,可采用锥形轴端和轴端挡圈联合使用来固定零件。3 x* A9 G& \, K
圆螺母固定零件:一般在无法采用轴套,或嫌轴套太长而选用的,这种方法通常用在轴的中部或端部。用圆螺母的优点是装拆方便,固定可靠,能承受较大的轴向力。缺点是要在轴上切制螺纹,而且螺纹的大径要比套装零件的孔径小,所以一般都切制细牙螺纹。为了防止圆螺母的松脱,常采用双螺母或加止退垫圈来防松。+ m. P  v1 F  @& @7 k& `! ^  r
轴套(也称套筒)用来作为轴向固定零件,一般用在两个零件的间距较小的场合,主要是依靠位置己定的零件来固定。利用轴套定位,可以减少轴的直径的变化,在轴上也不需要开槽、钻孔或切制螺纹等,所以可使轴的结构简化,避免削弱轴的强度。
1 v! z4 S: m6 y  G②其它一些轴向固定形式3 X9 g  y" d" P( j9 b; f- P; o  w
对受轴向力不大的或是为了防止零件偶然沿轴向窜动的场合,可用圆锥销固定、紧定螺钉固定和弹性挡圈固定等形式。
& M4 Z0 v0 L5 d3 S(2)轴上零件的周向固定) j! V' J6 b; y5 {4 i% Y4 L
这种固定的作用和目的,是为了保证零件传递扭矩和防止零件与轴产生相对的转动。在使用时,大多数是采用键或过盈配合等固定形式。
) q# h7 B% t' U$ d* h3 _- D2 E! X①用键作周向固定  f1 a. p+ y- e) j( {0 x
1、采用键联接作为轴上零件的周向固定应用最广,平键、半圆键、楔键和花键等都有应用。
5 r9 k% z. Y  ]$ q用平键作周向固定,制造简单、装拆方便和对中性好,可用于较高精度、较高转速及受冲击或变载荷作用下的固定联接。应用平键联接时,为了加工方便,对于在同一轴上轴径相差不大轴段的键槽,应尽可能采用同一规格的键槽尺寸,并且要安排在同一加工直线上,②用过盈配合作周向固定+ O* b1 z( G, P4 h& J8 _/ P  |
2、用过盈配合作周向固定常用于轴与轮毂之间的联接,与孔之间产生压力,工作时依靠此压力所产生的摩擦力来传递扭矩这种联接,结构简单,对轴的削弱少,对中性好,但配合面的加工精度要求也较高。过盈配合的装配,如过盈量不大,一般可用压入法;当过盈量较大时,常用温差法装配。为了装配方便,轴与孔的接口处的倒角尺寸,均有一定的要求。
# ]) m: U2 \, a9 ^, q6 [( x3.轴的结构设计应满足的基本要求:
8 e. F/ K5 r. u0 X4 g$ [9 @(1)轴的受力合理,有利于提高轴的强度与刚度,有利于节约材料减轻重量。
1 I) c9 g. u& G. ](2)保证轴上零件定位准确,固定可靠。0 y! |* O7 F8 m- U+ S  v  Q
(3)轴上零件便于装拆和调整。/ D  M0 D: Y( G" i) j  H' a
(4)具有良好的制造工艺性。
; B( D$ h- t: b% D  e# h: D' ?, }0 b- W9 g

; G% V+ {/ j( R4 M6 m0 _三、轴的结构工艺性
' w, j0 k1 _1 d$ I6 x5 ?5 J( h轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配,轴的结构在设计中应注意以下几个问题。- z# f, s  B0 b: A+ t
l、轴的形状力求简单,以便于加工和检验,轴上的台阶数不宜过多。
, e: f4 Y. E! \7 y' d2 I" D" z2、轴肩处的过渡圆角半径 r应小于零件孔的圆角半径或倒角 C:7 e( T( Q/ P/ J- o, j- J
3、需经磨削加工的表面,在轴肩处应设置砂轮越程槽。5 X/ |+ V+ f  ]. J+ K8 Y
4、轴上若要车螺纹,在螺纹尾部留有退刀槽。3 n2 }: {/ n% j8 X# T- |
5、轴端应有倒角,必要时为了便于加工定位,轴的两端应设中心孔。9 ~" z- U1 u3 G) m4 Y7 S
四、提高轴的疲劳强度的措施5 }4 `' {7 {6 v
1.改进轴的结构,降低应力集中,由于轴上的应力集中源,往往是轴产生疲劳破坏的部位,改善轴的抗疲劳强度的常用方法有:6 Q- f. l, X+ b+ k  C0 c
(1)增大圆角半径,如因轴肩定位要求的限制,轴上不允许采用较大圆角时,可以改用凹切圆角或过渡肩环的办法。; R# e! @8 c7 f
(2)采用增大配合直径、轴上开减载槽和毂端开减载槽等方法,以降低零件过盈配合边缘处的应力集中。8 s! j/ r/ w4 I! Z
2.提高轴的表面质量$ P. J1 y5 `% @
采用的方法:减小轴表面的粗糙度数值,降低刀痕造成的应力集中,即使是自由表面也不容忽视:对轴表面进行滚压、喷丸等冷加工:采用高频淬火、渗碳淬火和氮化等热处理强化轴的表层。
7 s' D" U7 }' ^- v. S1 N$ b. ^# h五、初步计算轴径* x# |$ W0 G1 ~* l! D& \% \
开始设计轴时,轴的尺寸如轴颈和轴身直径,都尚未确定,因此只能先初步计算轴的最小直径,然后再确定轴的其它尺寸。9 ~6 k. t9 _+ A3 g% Z4 l) I/ j
  初步计算轴径的步骤:* G. K1 \% e3 D# @8 ]8 K4 S
根据轴径的计算公式: 3 m) o4 o2 m: T
式中   C——决定于轴的材料并考虑弯曲影响的系数,其值表14—1" N* X% w2 z  P! J: _
    P——轴传递的功率(KW)
' c" B1 s6 [9 g+ X2 L    n——轴的转速(r/ min)
8 A! R% g" X( t, S% e0 u    d——轴计算截面的直径(mm)
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