平键连接轴和齿轮.ppt

郑凯悦 201021010133 郭鹏伟 201021010115 陈绪高 201021010120,过程装备基础,组 员：,现有一平键连接的齿轮和轴,问题: 1. 试为齿轮与轴选择合适的材料和热处理方法 2. 分析平键的受力，如何校核键的强度,1. 齿轮材料及热处理,2. 轴的材料及热处理,3. 连接的材料选择及处理,4. 平键的受力分析，强度校核,一. 齿轮,1. 定义 ： 轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件。 2. 失效形式 ： 齿轮折断 、齿面磨损 、齿面点蚀 、齿面胶合。 3. 齿轮的材料：,45号钢,中碳合金钢,铸钢,低碳合金钢,铸铁,选材时考虑：,工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等。,齿轮毛坯锻造选可锻材料；铸造选可铸材料。,金属材料,非金属材料,调 质,正 火,表面淬火,渗碳淬火,表面氮化,软齿面。,改善机械性能，增大强度和韧性。,硬齿面。,接触强度高、耐磨性好、可抗冲击。,配对齿轮均采用软齿面时：,小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬 度稍高于大齿轮(约3040HBS)。,4.齿轮的热处理：,a.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。例如45、40Cr、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度一般为220260HBS。因硬度不 高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于跑合。,b.正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切 削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直 径的齿轮可用铸钢正火处理。,c.表面淬火,一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr 等。表面淬火后轮齿变形不大，可在不磨齿的情况下达到 7级精度，齿面硬度可达5256HRC。由于齿面接触强度 高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性，故能承 受一定的冲击载荷。表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬 火等。,d.渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15%0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20、20Cr等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，齿面接 触强度高、耐磨性好，而齿芯部仍保持有较高的韧性，常用于受 冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后变形较大，需要磨齿,e.表面氮化 渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理， 齿面硬度可达6062HRC。因氮化处理温度低，齿的变形 小，因此适用于难以磨齿的场合(例如内齿轮)。氮化层一般 不厚且较脆，故不宜用于有冲击的场合。常用的渗氮钢为 38CrMoAlA。,二. 轴,1.定义 : 轴(shaft)是穿在轴承中间或车轮中间或 齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。 承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机 械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机 器中作回转运动的零件就装在轴上。 2.轴的分类 ： a .受载情况：心轴、传动轴、转轴,b.结构形状不同：直轴（光轴，阶梯轴）、曲轴。,3.轴的材料 ： a.碳素钢 常用材料：35、45、50 最常用材料：45 常用热处理：正火或调质处理,40Cr、35SiMn、45MnB,b.合金钢,低碳合金钢：20Cr、20CrMnTi,中碳合金钢：,调质处理,渗碳 淬火+低温回火,常用材料：QT600-3、QT800-2,c.球墨铸铁,应用：曲轴,特点：成本低廉、强度较高、吸振性较好、 应力集中的敏感性较低和易切削等 优点，但铸件品质不易控制、可靠 性稍差。,4.轴材料的选择,考虑因素： 1.轴的强度、刚度及耐磨性要求； 2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； 3.轴的材料来源和经济性等。,5.轴的热处理,轴的常用材料是碳钢和合金钢。 碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可 通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的 轴，多用含碳量为0.250.5%的中碳钢。尤其是45号钢，对于不重要或 受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。 合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较 敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、 20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、 38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重 载条件下工作的轴。,注意：,由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多，因此当其他条件相同时，如想通过选用合金钢来提高轴的刚度是难以实现的。 低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韧性要求较高或转速较高的轴。 球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需要锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。只是铸件质量难于控制。 轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。,三. 连接时选材及热处理,1.选材考虑：,工作条件 载荷性质 经济性 制造方法,2. 材料及热处理方法,四. 平 键,1. 定义 : 矩形或方形剖面而厚度、宽度不变的键。 2.平键的受力分析及图解,平键连接的受力情况,3.平键连接的强度校核,键的材料采用强度极限B600MPa的碳素钢，通常用 45钢。当轮毂用非铁金属或非金属材料时，键可用20或Q235钢。键的截面尺寸应按轴径d从键的标准中查取；键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取。必要时应迸行强度校核（见表10-9）。 平键联接的主要失效形式是工作面的压溃和磨损（对于动联接）。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。 设载荷为均匀分布，由图10-38可得平键联接的挤压强度条件,表10-9：,课程简介：,过程装备主要是指过程工业生产工艺过程中所涉及的典型装置和设备，是实现过程工业生产的硬件设施。 从生产工艺的整体性考虑，一般称为装置，如合成氨装置；从局部或具体的情况考虑时，一般称为设备，如塔设备。,第一篇： 过程装备力学基础,本篇介绍在“过程装备”设计中所应用的工程力 学方面的基本理论和基本知识。 包括弹塑性理论的有关内容、圆板理论、旋转薄 壳理论，机械振动，疲劳设计, 断裂力学等。,第二篇： 工程材料,本篇主要介绍： 1.工程材料的分类 2.材料的基本性质,第三篇： 机械设计基础,机械设计基础是以一般机械中的常用机构和通用 零件作为研究对象，分析它们的工作原理、运动特性、 结构形势以及设计和计算方法。本篇包括螺纹连接、带 传动及链传动、齿轮传动及蜗杆传动、轴与轴承、轮系 及减速器等内容。,第四篇： 压力容器及压力管道,通常把承受一定压力的密闭壳体称为压力容器； 各 种压力容器之间都需要管道连接，这些管道大多为压 力管道。 本篇主要学习压力容器及压力管道的设计、制 造、使用与管理。,第五篇：过程装备概论,本篇主要学习常用设备的基本结构、工作原 理和工程应用，根据生产实际需要进行合理选 和结构设计，并能借助资料进行必要的工程计算。,收获：通过本课程的学习，使我们懂得了理论与方法的有机结合；在不破坏基本理论的系统性、严肃性前提