【文章內(nèi)容簡介】 的夾角8．2 螺旋副的受力分析、自鎖和效率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——驅(qū)動力 滑塊沿斜面等速上升 F=Qtan（λ+ρ）下降 F=Qtan（λ－ρ）表明：當(dāng)λ＞ρ，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，必須施加一個向右（反方向）的水平力F。當(dāng)λ＜ρ時，F(xiàn)為負，為使滑塊勻速下滑，必須在滑塊上施加一個向左的水平力F，此時F是驅(qū)動力說明：Q無論多大，如不施加驅(qū)動力F，滑塊不會下滑—→自鎖8．2．2非矩形螺紋自鎖條件：λ≤ρ’螺旋副的效率：當(dāng)λ不變，β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、梯形螺紋和鋸齒形螺紋在我國均已標準化。8．3．1三角形螺紋——用于聯(lián)接1．三角形螺紋 1）普通螺紋——緊固 粗牙螺紋：螺距最大 細牙螺紋：其余螺距， 2）管螺紋——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梯形螺紋和鋸齒形螺紋摩擦小、效率高——用于傳動梯形螺紋——對稱牙型——錐面貼緊——不易松動——工藝性好——牙根強度高——對中性好鋸齒形螺紋——外對稱——便于對中——只能用于單向受力8．4 螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件8．4．1螺紋聯(lián)接的基本類型螺栓聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊釘螺釘聯(lián)接8．4．2標準螺紋聯(lián)接件螺栓雙頭螺柱螺釘緊釘螺釘螺母墊圈8．5螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松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)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或相對滑動，同時可提高聯(lián)接強度預(yù)緊應(yīng)力的大?。?0%σs方法：測力距扳手，定力矩扳手8．5．2螺紋聯(lián)接的防松一般情況下，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主要失效形式：a) 螺栓桿被拉斷b) 螺栓桿被剪斷或螺栓桿和被聯(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)接的計算主要是根據(jù)螺栓的強度確定螺栓危險截面的尺寸，即螺紋小徑d1，然后從標準中確定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，螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)第四強度理論：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種剪載零件來承受橫向工作載荷，包括銷、剪載套、鍵等。用鉸制孔螺栓承受橫向載荷；承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接情況1：螺母與被聯(lián)接件接觸，但螺栓和被聯(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Q0——產(chǎn)生伸長量δb0被聯(lián)接件受Q0——產(chǎn)生壓縮量δc0情況3：承受工作載荷后螺栓受力由Q0 增加到Q，螺栓進一步拉伸，則總拉伸量為δb0＋Δδ被聯(lián)接件由Q0減小到Qr ，壓縮量減少為δc0－Δδ螺栓和被聯(lián)接件這種變形可用線圖表示：對Qr 的要求：8．7 螺栓聯(lián)接件的下料和許用應(yīng)力材料：Q21Q23345鋼等；許用應(yīng)力：表8—68．8提高螺紋聯(lián)接強度的措施螺栓的破壞——螺栓桿部分——疲勞斷裂——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Q0——（Q0＋ΔQ）之間變化則減小螺栓的剛度kb或增大被聯(lián)接件的剛度kc ，可降低總拉力的變化范圍。采取：腰狀桿螺栓、空心螺栓 金屬墊片、O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)接強度采用懸置螺母8．8．3減小應(yīng)力集中的影響8．8．4避免或減小附加彎曲應(yīng)力8．9鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接8．9．1鍵連接的分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用鍵是一種標準件，用于實現(xiàn)軸和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。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，對軸的強度削弱大鍥鍵聯(lián)接工作面：上下表面鍵的上表面和輪轂鍵槽的底部有1：100的斜度工作時主要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。軸和輪轂軸線間會產(chǎn)生偏心和偏移使用于定心要求不高，傳遞和載荷平穩(wěn)的場合。切向鍵聯(lián)接切向鍵由一對斜度為1：100的鍥鍵組成鍵的窄面為工作面工作時，靠工作上的擠壓力和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)接的選擇計算平鍵尺寸的計算鍵的截面尺寸：按軸的直徑d從有關(guān)標準中選取鍵的長度：普通平鍵：鍵的長度等于或略小于輪轂的長度 導(dǎo)向平鍵：按輪轂長度及滑動距離而定注：鍵長應(yīng)符合標準規(guī)定的長度系列平鍵聯(lián)接的強度校核主要失效形式：工作面得壓潰，過載剪斷設(shè)計標準：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)計標準：工作面上的壓力8．9．3花鍵聯(lián)接：軸和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，對軸和輪轂的強度削弱小，對中性和導(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，其定位精度和可靠性下降圓錐銷：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、因而能承受振動和變載荷。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和失效形式，制定設(shè)計準則，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和承載能力計算，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、蝸桿傳動的效率和潤滑以及蝸桿傳動的熱平衡計算。5．列舉了齒輪、蝸桿和蝸輪的常用結(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：%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)定：i=Z2/ Z1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類型按照工作條件，閉式齒輪傳動，開式齒輪傳動按照傳遞的速度：低速、高速按照承載的大?。狠p載、重載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傳動精確平穩(wěn)（第六章）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)計準則10．2．1齒輪的失效形式——主要指輪齒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，合理的選擇材料及采用變位齒輪。齒面點蝕長期交應(yīng)變力——疲勞裂紋——擴展——麻點狀小而淺的坑——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。閉式齒輪傳動的主要失效形式；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。齒面膠合壓力大——溫度高——潤滑油被擠出——兩齒面直接接觸，相互粘連——較軟的齒面形成溝紋——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。齒面磨損雜質(zhì)的進入開式齒輪傳動的主要失效形式齒面塑性變形過大的應(yīng)力作用10．2．2設(shè)計準則閉式軟齒面齒輪傳動——點蝕——按照齒面接觸疲勞強度設(shè)計——驗算輪齒的彎曲疲勞強度閉式硬齒面齒輪傳動——輪齒折斷——按照齒根的彎曲疲勞強度設(shè)計——驗算齒面的接觸疲勞強度開式齒輪傳動——磨損和輪齒折斷——按照輪齒的彎曲疲勞強度設(shè)計——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≤350HBS） 調(diào)質(zhì)和正火硬齒面 （齒面硬度＞350HBS） 表面淬火、表面滲碳淬火、滲氮淬火。軟齒面齒輪的熱處理方法——調(diào)質(zhì)和正火加熱后，空冷或油冷 慢慢降溫小齒輪的齒面硬度大齒輪的齒面硬度，壽命相近硬齒面齒輪的熱處理方法——淬火10．3．3齒輪傳動的精度齒輪公差分為：傳遞運動的準確性、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——分度圓上嚙合——忽略摩擦力——集中力——作用在齒寬中點——沿嚙合線法向力Fn分解為圓周力Ft和徑向力Fr大?。悍较颍篎t：主動輪與運動方向相反，從動輪與運動方向相同F(xiàn)r：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——引入載荷系數(shù)K10．5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齒面接觸疲勞強度計算線接觸——受載后——彈性變形——面接觸齒面接觸應(yīng)力——參照彈性力學(xué)中的赫茲公式影響齒面接觸強度的參數(shù)和尺寸1）系數(shù)335只適合鋼對鋼如鋼對鑄鐵 335—→285 鑄鐵對鑄鐵 335—→2502）從公式中分析得出：σH1=σH2但當(dāng)兩齒輪的材料及熱處理不同時，〔σH1〕≠〔σH2〕 設(shè)計時按較小值代入計算3）降低σH和增大〔σH〕可提高齒面接觸疲勞強度；增大齒寬b或中心距a可降低σH，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：30176。切線法：作與輪齒對稱中心線成30176。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：F1：使齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力F2：產(chǎn)生壓應(yīng)力，忽略影響齒根彎曲強度的參數(shù)和尺寸1）一般情況下，Z1≠Z2，YF1≠YF2 ，σF1≠σF2；2）YF/〔σF〕的比值不同 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、Z1，但提高m 效果顯著4）開式齒輪傳動，（）〔σF〕10．5．3齒輪的許用應(yīng)力〔σH〕=σHlim /SH 〔σF〕=σFlim /SF σHlim：圖10—6； σFlim：圖10—7 長期雙側(cè)工作。SH、SF：表10—510．6直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計齒數(shù)比u與齒數(shù)Z1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)i1時 u=i 當(dāng)i1 u=1/i一般：u8 降低小齒輪的嚙合次數(shù)當(dāng) i≤，i允許有177。% 的誤差 I＞，i允許有177。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Z1，增大重合度，提高傳動的平穩(wěn)性，減小齒頂圓直徑和毛坯直徑，降低成本。Z1=20——40閉式——硬齒面——彎曲疲勞強度——設(shè)計Z1=17——20模數(shù)傳遞動力的齒輪傳動，模數(shù)m不宜過?。话磸澢趶姸仍O(shè)計的m必須取標準值。經(jīng)驗公式：閉式齒輪傳動m≈(—)α 開式齒輪傳動m≈ 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：ψa=—，常用ψa=（） 開式齒輪傳動：ψa=—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?。悍较颍?0．7．2斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算作用力——法向平面內(nèi)——當(dāng)量直齒輪——用直齒輪的方法計算——