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正文內(nèi)容

第七章機(jī)械傳動(dòng)(編輯修改稿)

2024-07-13 18:37 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 整的圓柱齒輪,這兩個(gè)假想的圓柱齒輪就稱為兩錐齒輪的當(dāng)量齒輪,當(dāng)量齒輪的齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù),用Zv表示。 當(dāng)量齒輪的半徑:rv=r/cos d 當(dāng)量齒數(shù):Zv=Z/cos d 式中 d――圓錐齒輪分度圓錐角 當(dāng)量齒數(shù)Zv是圓錐齒輪的重要參數(shù),其意義在于,就大端齒形和大端承載能力而言,圓錐齒輪與同模數(shù)、同壓力角、齒數(shù)為Zv的圓柱齒輪相當(dāng)。用仿形法加工圓錐齒輪,按Zv值選擇刀號(hào)。用范成法加工正常齒形的圓錐齒輪,不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)Zmin= Zvmin cos d=17 . cos d 。六、齒輪材料、結(jié)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)失效形式及維護(hù)㈠、齒輪的常用材料及熱處理1.齒輪常用材料常用的齒輪材料是各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼和鑄鐵等,一般多采用鍛件或軋制鋼材,當(dāng)齒輪較大(d>400~600mm)而輪坯不易制造時(shí),可采用鑄鋼,開式低速傳動(dòng)可采用灰鑄鐵,球墨鑄鐵有時(shí)可代替鑄鋼。 一對(duì)相嚙合的齒輪,為使大小兩輪的工作壽命相近,小齒輪應(yīng)比大齒輪選用好一點(diǎn)的材料、高一些的硬度。 2.常用熱處理方法齒輪常用的熱處理方法有:正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳淬火和滲氮等。(1)經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)處理的齒輪為軟齒面齒輪,工藝過程簡(jiǎn)單,運(yùn)用于對(duì)強(qiáng)度要求不高,中低速的一般機(jī)械傳動(dòng)的齒輪。(2)經(jīng)表面淬火,滲碳淬火和滲氮處理后的齒輪為硬齒面齒輪,可較大地提高齒輪的承載能力和耐磨性,適用于生產(chǎn)批量大和要求結(jié)構(gòu)緊湊的齒輪。㈡、齒輪結(jié)構(gòu) 根據(jù)強(qiáng)度條件和傳動(dòng)比要求可以確定齒輪的模數(shù)、齒數(shù)等基本參數(shù),并計(jì)算出齒輪傳動(dòng)的主要尺寸。在確定齒輪尺寸的基礎(chǔ)上,考慮材料制造工藝等因素,確定齒輪的結(jié)構(gòu)形狀。齒輪結(jié)構(gòu)可分為齒輪軸、實(shí)心式、腹板式、輪輻式等。 1.齒輪軸 直徑較小的鋼質(zhì)齒輪,當(dāng)齒根圓直徑與軸徑接近時(shí),可將齒輪和軸做成整體的,稱為齒輪軸。 齒輪軸剛度較好,但齒軸磨損后,軸也同時(shí)報(bào)廢,對(duì)直徑較大的齒輪應(yīng)分開制造。 2.實(shí)心式齒輪齒頂圓直徑da≤160mm時(shí),可采用鍛造毛坯的實(shí)心式結(jié)構(gòu),當(dāng)齒頂圓直徑da<100mm時(shí),單件或小批量生產(chǎn)的齒輪,可直接用軋制圓鋼作齒輪毛坯。 3.腹板式 齒頂圓直徑da≤500mm時(shí),一般用鍛造方法做成腹板結(jié)構(gòu)齒輪,不重要的用鑄造的方法做成腹板結(jié)構(gòu)齒輪。為了減輕重量,節(jié)省材料,常在腹板上制出圓孔。有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸參照?qǐng)D中經(jīng)驗(yàn)公式確定。 4.輪輻式 齒頂圓直徑da>500時(shí),齒輪毛坯常用鑄造方法做成輪輻結(jié)構(gòu),如圖11-28。根據(jù)不同要求,可用鑄鋼或鑄鐵。㈢、齒輪傳動(dòng)的失效形式及維護(hù) 齒輪傳動(dòng)過程中,在載荷的作用下,如果輪齒發(fā)生折斷,齒面損壞等現(xiàn)象,則輪齒就失去了正常的工作能力,稱為失效。由于齒輪傳動(dòng)的工作條件和應(yīng)用范圍各不相同,影響失效的原因很多,主要都發(fā)生在輪齒上,常見的輪齒失效形式有:輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性變形等。 失效形式比較項(xiàng)目輪齒折斷齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面磨損齒面塑性變形引起原因短時(shí)意外的嚴(yán)重過載超過彎曲疲勞極限很小的面接觸、循環(huán)變化、齒面表層就會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋、微粒剝落下來而形成麻點(diǎn)高速重載、嚙合區(qū)溫度升高引起潤滑失效,齒面金屬直接接觸并相互粘連,較軟的齒面被撕下而形成溝紋觸表面間有較大的相對(duì)滑對(duì),產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦低速重載、齒面壓力過大部位齒根部分靠近節(jié)線的齒根表面輪齒接觸表面輪齒接觸表面輪齒避免措施選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)和齒寬,采用合適的材料及熱處理方法,降低表面粗糙度,降低齒根彎曲應(yīng)力。提高齒面硬度提高齒面硬度,降低表面粗糙度,采用粘度大和抗膠合性能好的潤滑油提高齒面硬度,降低表面粗糙度,改善潤滑條件,加大模數(shù),盡可能用閉式齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)代替開式齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)減小載荷,減少啟動(dòng)頻率圖1174 蝸 桿 傳 動(dòng)教學(xué)目的 :了解蝸輪蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)和應(yīng)用、類型和基本參數(shù)、幾何尺寸計(jì)算。了解蝸桿傳動(dòng)的失效形式及維護(hù)。了解蝸桿、蝸輪的失效形式。重點(diǎn)難點(diǎn):了解蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn),主要參數(shù)掌握蝸桿傳動(dòng)的受力分析,掌握蝸桿與蝸輪之間的轉(zhuǎn)向、受力方向。教學(xué)方法:講授教學(xué)課時(shí):1教學(xué)內(nèi)容:蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成,用于傳遞空間交錯(cuò)的兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,一般交錯(cuò)角為908,通常蝸桿為主動(dòng)件,蝸輪為從動(dòng)件一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)緊湊。用于傳遞動(dòng)力時(shí),i=8~80, 用于傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí),i可達(dá)1000。,無噪聲。因?yàn)槲仐U與蝸輪齒的嚙合是連續(xù)的,同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多所以平穩(wěn)性好。,蝸桿傳動(dòng)能自鎖,即只能由損桿帶動(dòng)蝸輪,而不能蝸輪帶動(dòng)蝸桿。因?yàn)樵趥鲃?dòng)中摩擦損失大,其效率一般為h=~,具有自鎖性傳動(dòng)時(shí)效率h=~。故不適用于傳遞大功率和長期連續(xù)工作。,蝸輪常用貴重的減摩材料(如青銅)制造,成本高。二、蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中,均以主平面(通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面)的參數(shù)和幾何關(guān)系為基準(zhǔn)。(一)主要參數(shù)1.模數(shù)、壓力角、螺旋升角λ與蝸輪的分度圓螺旋角b為了保證輪齒的正確嚙合,蝸桿的軸向模數(shù)mx1應(yīng)等于蝸輪的端面模數(shù)mt2,蝸桿的軸向壓力角ax1應(yīng)等于蝸輪的端面壓力角at2,蝸桿分度圓上的螺旋線升角l應(yīng)等于蝸輪分度圓上的螺旋角b,且兩者螺旋方向相同。 蝸桿的軸向壓力角ax(蝸輪的端面壓力角at)為標(biāo)準(zhǔn)壓力角200。 mx1=mt2= m 通常取蝸桿的頭數(shù)Z1=1~4。當(dāng)Z=1時(shí),導(dǎo)程角小,效率低,一般用于分度傳動(dòng)或自鎖傳動(dòng)中,Z=2~4常用于動(dòng)力傳動(dòng)和有較高效率。若頭數(shù)多,導(dǎo)程角大,制造困難。蝸輪齒數(shù)根據(jù)傳動(dòng)比和蝸桿的頭數(shù)決定:Z2=iZ1, 通常取Z2=20~28,Z2不應(yīng)少于28齒,以免根切和降低傳動(dòng)的平穩(wěn)性。三、蝸桿傳動(dòng)的受力分析1.蝸桿傳動(dòng)回轉(zhuǎn)方向的確定(1)螺旋方向的判定 蝸桿傳動(dòng)與斜齒輪傳動(dòng)一樣,也有左旋與右旋之分。蝸桿、蝸輪的螺旋方向可用右手法則判定:手心對(duì)著自己,四指順著蝸桿(蝸輪)的軸線方向擺肩。若嚙合與右手拇指指向一致,該蝸桿(蝸輪)為右旋,反之為左旋。(2)蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向不僅與蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定方法如下:當(dāng)蝸桿是左旋(或右旋)時(shí),伸出右手(或左手)半握拳,用四指順著蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向,大拇指指向的相反方向就是蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向, 蝸輪旋轉(zhuǎn)方向判定。2. 蝸桿傳動(dòng)的受力分析 蝸桿傳動(dòng)的受力情況類似斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力情況。若不計(jì)摩擦力,齒面上的法向力Fn仍可分解為三個(gè)相互垂直的分力。圓周力Ft、軸向力Fx、徑向力Fr。圓周力Ft1的方向與節(jié)點(diǎn)P的速度方向相反。徑向力Fr1的方向總是指向蝸桿軸線。軸向力Fx1的方向和斜齒輪一樣,用主動(dòng)輪左右手法則判定:對(duì)主動(dòng)右旋蝸桿以右手四指彎曲方向表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向,大拇指的指向即為軸向力Fx1的方向。由于蝸桿軸線與蝸輪軸線在空間交錯(cuò)成900,故蝸桿力Ft1等于蝸輪軸向力Fx2,蝸桿軸向力Fx1等于蝸軸圓周力Ft2,蝸桿徑向力Fr1等于蝸輪徑向力Fr2。即:Ft1=-Fx2Fx1=-Ft2圖11—47Fr1=-Fr2四、蝸輪材料選擇蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式有膠合、點(diǎn)蝕和磨損等,因此,蝸桿蝸輪的材料不僅要有足夠的強(qiáng)度,而且還要有良好的減磨性,耐磨性和抗膠合的能力。蝸桿一般采用碳素鋼或合金鋼制造,要求齒面光潔并且有較高的硬度。對(duì)于高速重載傳動(dòng),蝸桿常用15 Cr、20 Cr、20 CrMnTi等,經(jīng)滲碳淬火,表面硬度HRC56~62,并經(jīng)磨削。對(duì)中速中載傳動(dòng),蝸桿材料可用45 、40 Cr、35SiMn等,表面淬火,表面硬度HRC45~55,也需磨削。低速不重要的傳動(dòng),蝸桿材料可采用45鋼調(diào)質(zhì)處理,硬度HB220~270。蝸輪材料可參考滑動(dòng)速度Vs來選擇,常采用青銅與鑄鐵,在Vs525m/s的連續(xù)工作的重要傳動(dòng)中,蝸輪材料常用鑄錫磷青銅ZQSn10—1或鑄錫鋅鉛青銅ZQSn6—6—3等,這些材料的減摩性、耐磨性和抗膠合的性能及切削性能都較好,但強(qiáng)度低,價(jià)格高。在Vs<5m/s傳動(dòng)中,蝸輪材料可用無錫青銅,如鑄鋁鐵青銅ZQAl9—4或鑄錳黃鋼ZHMn58—2—2等,這類材料的強(qiáng)度較高,價(jià)格較廉,但減摩性、抗膠合性能不如錫磷青銅。在Vs<2m/s 的不重要傳動(dòng)中,蝸輪材料可用灰鑄鐵HT150或HT200等,也可用球墨鑄鐵QT600—QT700—2等。也可由尼龍或增強(qiáng)尼龍材料制成。75 輪系和減速器教學(xué)目的 :了解輪系的分類與應(yīng)用。掌握定軸輪系的傳動(dòng)比、計(jì)算及轉(zhuǎn)向。了解減速器的應(yīng)用、類型、結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)難點(diǎn):定軸輪系的傳動(dòng)比、計(jì)算及轉(zhuǎn)向。減速器的類型和結(jié)構(gòu)。教學(xué)方法:講授教學(xué)課時(shí):4教學(xué)內(nèi)容:一系列互相嚙合的齒輪所組成的齒輪機(jī)構(gòu)來進(jìn)行傳動(dòng)。這種齒輪機(jī)構(gòu)稱為輪系。一、輪系的應(yīng)用: ⑴可以獲得很大的傳動(dòng)比。很多機(jī)械要求有很大的傳動(dòng)比,機(jī)床中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高,而主軸的轉(zhuǎn)速要求很低才能滿足切削要求,一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比只能達(dá)到3~6,若采用輪系就可以達(dá)到很大的傳動(dòng)比。⑵可以作較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。當(dāng)兩軸中心距較遠(yuǎn)時(shí),若僅用一對(duì)齒輪傳動(dòng),勢(shì)必將齒輪做得很大,結(jié)構(gòu)不合理,而采用輪系傳動(dòng)則結(jié)構(gòu)緊湊、合理。⑶可以實(shí)現(xiàn)變速、變向的要求。一般機(jī)器為了適應(yīng)各種工作需要,多采用輪系組成各種機(jī)構(gòu),將轉(zhuǎn)速分為多級(jí)進(jìn)行變換,并能改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。⑷可以合成或分解運(yùn)動(dòng)。采用周轉(zhuǎn)輪系可以將兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)合成一個(gè)運(yùn)動(dòng),或?qū)⒁粋€(gè)運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。提問:比較輪系與齒輪的傳動(dòng)特點(diǎn)?二、輪系的分類輪系的結(jié)構(gòu)形式很多,根據(jù)輪系在傳動(dòng)中各齒輪的幾何軸線在空間的相對(duì)位置是否固定,輪系可分為定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩大類。1. 定軸輪系:當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其中各齒輪的幾何軸線位置都是固定的,此輪系稱為定軸輪系。當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線是繞另一齒輪的固定幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng),此輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。三、 傳動(dòng)比輪系中首末兩輪的轉(zhuǎn)速(或角速度)比,稱為輪系的傳動(dòng)比,用i表示。即: (a) 外嚙合齒輪
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