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机械通用知识培训景小锋 主要内容 第一部分传动第二部分连接第三部分公差与配合 第一部分传动 传动是机械之间的动力传递 也可以说是将机械动力通过中间设备传递给终端设备 传动分为齿轮传动 链传动 带传动 摩擦传动 液压传动等 本部分以齿轮传动为主 链传动 带传动了解一下 1 齿轮传动 1 1齿轮传动的特点齿轮传动用来传递任意两轴之间的运动和动力 其圆周速度可达300m s 传递功率可达105kW 齿轮直径可从1mm到150m以上 是现代机械中应用最广泛的一种机械传动 齿轮传动的主要优点是 瞬时传动比恒定不变 机械效率高 寿命长 工作可靠性高 结构紧凑 适用的圆周速度和功率范围较广等 齿轮传动的主要缺点是 要求较高的制造和安装精度 成本较高 不适宜于远距离两轴之间的传动 低精度齿轮在传动时会产生噪声和振动 1 2齿轮的分类 齿轮传动按照两轮轴线的相对位置和齿向分类如下 按照轮齿齿廓曲线的不同又可为渐开线齿轮 圆弧齿轮 摆线齿轮等 按照工作条件的不同 齿轮传动又可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动 前者轮齿外露 灰尘易于落在齿面 后者轮齿封闭在箱体内 根据啮合方式齿轮传动 外啮合 内啮合 齿轮齿条 1 3直齿圆柱齿轮 优点 适用于两轴线平行的齿轮传动 外啮合时两齿轮转向相反 齿轮圆周速度较低 传递的功率范围较大 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 缺点 接触线过度不平稳 冲击和噪音较 1 4齿轮传动的计算 1 4 1渐开线圆柱直齿齿轮参数 假定齿轮的齿数为Z 模数为m 模数与齿轮强度的关系 1 4 1渐开线圆柱直齿轮计算 1 齿轮机构及其设计 渐开线圆柱齿轮参数 分度圆压力角 规定标准压力角值为 20 齿顶高系数h ha h m 规定正常齿制h 1顶隙系数c hf h c m 标准规定 m 1mm时 h 1 c 0 25m 1mm时 h 1 c 0 35 标准齿轮 标准齿轮是指m ha c 均取标准值 具有标准的齿顶高和齿根高 且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮 1 4 1渐开线圆柱齿轮计算 1 4 2齿轮传动啮合条件 一对渐开线齿轮的啮合传动 1 两轮的模数相等 两轮的压力角相等 即 2 渐开线齿轮连续传动的条件 重合度 a 1什么是重合度 重合度对齿轮传动平稳性的关系 式中 a1 a2分别为两齿轮的顶圆压力角 为啮合角 1 5渐开线圆柱斜齿轮 1 5 1斜齿轮圆柱齿轮传动计算 标准参数及基本尺寸 斜齿圆柱齿轮有法面和端面之分 分度圆螺旋角 螺旋角 是斜齿轮的重要的基本参数之一 由于轮齿倾斜了 角 使斜齿轮传动时产生了轴向力 越大 轴向力越大 斜齿轮的基本尺寸也是以其分度圆柱为基准圆来进行计算的 斜齿轮分度圆柱上的螺旋线的切线与其轴线所夹锐角称为分度圆螺旋角 简称螺旋角 1 4 1平行轴斜齿轮圆柱齿轮传动 法面参数和端面参数 模数 mn mt cos 齿顶高系数 顶隙系数 h at h an cos c t c n cos 正确啮合条件 1 4 1平行轴斜齿轮圆柱齿轮传动 斜齿轮传动的重合度 端面重合度 其值与尺寸参数完全相同的直齿圆柱齿轮传动的重合度相等 轴面重合度 总重合度 可见 斜齿轮传动的重合度大于直齿轮传动的重合度 斜齿轮传动时 同时啮合的轮齿对数多 因此传动平稳 承载能力也高 越大 也越大 传动越平稳 但当 太大时 轴向力也增大 对传动不利 因此 设计时一般取 8 15 两啮合斜齿轮的悬向 1 5锥齿轮 直齿圆锥齿轮传动多用于相交轴传动 传动效率比较高 一般可达98 两齿轮轴线组成直角的锥齿轮副应用最为广泛 直齿圆锥齿轮沿轮齿齿长方向为直线 而且其延长线相交于轴线 1 6人字齿轮 适用于两轴线平行的齿轮传动 啮合时两齿轮转向相反 克服了平行轴斜齿圆柱齿轮传动轴向分力的问题 但对轴系结构有了新的特别的要求 1 7内齿轮 行星轮 适用于两轴线平行的齿轮传动 两齿轮转向相同 将齿轮的回转运动变为齿条的往复移动或将齿条的往复移动变为齿轮的回转运动 传递功率比相应直齿圆柱齿轮大 齿轮圆周速度比直齿圆柱齿轮高 适宜于高速重载传动 传递的功率范围较大 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 内啮合齿轮与外啮合齿轮在转动中两啮合齿轮转动方向分别是怎样的 1 8直线齿轮传动 将齿轮的回转运动变为齿条的往复移动或将齿条的往复移动变为齿轮的回转运动 齿轮圆周速度较低 传递的功率范围较大 传动效率较高 互换性好 装配和维修方便 可进行变位切削及各种整形 修缘 应用广泛 1 9涡轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动传递相错轴的运动和动力 传动比大 工作平稳 噪声较小 结构紧凑 在一定的条件下有自锁性能 但效率低 发热较大 1 9齿轮传动的失效形式 齿轮最重要的部分为轮齿 它的失效形式主要有四种 轮齿折断 齿面磨损 齿面点蚀 和齿面胶合 1 轮齿折断因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大 而且有应力集中 因此 轮齿折断一般发生在齿根部分 若轮齿单侧工作时 根部弯曲应力一侧为拉伸 另一侧为压缩 轮齿脱离啮合后 弯曲应力为零 因此 在载荷的多次重复作用下 弯曲应力超过弯曲持久极限时 齿根部分将产生疲劳裂纹 裂纹的逐渐扩展 最终将引起断齿 这种折断称为疲劳折断 轮齿因短时过载或冲击过载而引起的突然折断 称为过载折断 用淬火钢或铸铁等脆性材料制成的齿轮 容易发生这种断齿 2 齿面磨损齿面磨损主要是由于灰砂 硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损 其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损 磨损后齿廓失去正确形状 使运转中产生冲击和噪声 磨粒性磨损在开式传动中是难以避免的 采用闭式传动 提高齿面光洁度和保持良好的润滑可以防止或减轻这种磨损 3 齿面点蚀轮齿工作时 其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值 即齿面接触应力是按脉动循环变化的 在过高的接触应力的多次重复作用下 齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹 裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑 即疲劳点蚀 继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废 实践表明 疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处 齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关 齿面硬度越高 抗点蚀能力也越强 4 齿面胶合在高速重载传动中 常因啮合温度升高而引起润滑失效 致使两齿面金属直接接触并相互粘联 当两齿面相对运动时 较软的齿面沿滑动方向被撕裂出现沟纹这种现象称为胶合 在低速重载传动中 由于齿面间不易形成润滑油膜也可能产生胶合破坏 提高齿面硬度和光洁度能增强抗胶合能力 低速传动采用粘度较大的润滑油 高速传动采用含抗胶合添加剂的润滑油 对于抗胶合也很有效 1 20齿轮应用 二级减速器 2 丝杠传动 丝杠的应用是将旋转运动通过丝母转变为直线运动 由普通丝杠或滚珠丝杠传动 可获得很高的精度和平稳的运动 3 链传动 当主动链轮回转时 依靠链条与两链轮之间的啮合力 使从动链轮回转 实现运动和动力的传递 3 1链传动的工作原理 1 主动链轮2 链条3 从动链轮 3 2链传动的计算 3 2 1链传动的传动比计算 n1 n2 主 从动轮的转速 r minz1 z2 主 从动轮齿数 3 3常见的传动链类型 内链板外链板销轴套筒滚子 齿形链板 导板 销轴 套筒 滚子链 齿形链 4 带传动 4 1带传动的分类 按工作原理 1 摩擦型带传动 靠带与带轮之间的摩擦来传递运动和动力 2 啮合型带传动 靠带与带轮之间的啮合来传递运动和动力 4 2带传动的工作原理和工作能力 4 2 1带传动的力分析预紧力 F0紧边拉力 F1松边拉力 F2 4 2 1带传动的力分析 有效拉力是带沿接触弧上摩擦力的总和 F F1 F2 2 在初拉力一定的情况下 带与带轮之间的摩擦力有一极限值 当带和带轮之间的有效拉力超过接触弧上极限摩擦力的总和时 带和带轮间将发生显著的滑动 这种现象称为打滑 有效拉力F N 带速 m s 和传递功率P kW 之间的关系为 1 4 2 2带传动的计算 1 传动比的计算 2 带轮圆周速度的计算 4 2 3弹性滑动和打滑 打滑是由于带过载所引起的 是传动失效时发生的现象 是可以避免的 弹性滑动是由于材料的弹性和紧边拉力与松边拉力的差所引起的 只要带传动具有承载能力 有紧边拉力和松边拉力 就一定会发生弹性滑动 所以弹性滑动是不可以避免的 影响 1 从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度 2 损失一部分能量 降低了传动效率 会使带的温度升高 并引起传动带磨损 第二部分联接 1 螺纹连接 螺纹联接是利用螺纹零件工作的 它可以将若干个零件联接在一起 装拆方便 结构简单 工作可靠 在机械设备中应用广泛 1 1螺纹的主要参数 大径d 小径d1 中径d2 螺距P 导程S 牙型角a 升角l 1 2螺纹的牙型 1 3螺栓连接 被联接件都不切制螺纹 使用不受被联接件材料的限制 构造简单 装拆便 成本低 应用最广 用于通孔 能从被联接件两边进行装配的场合 1 4螺钉联接 螺钉联接不用螺母 而且能有光整的外露表面 应用与双头螺柱相似 但不宜用于经常拆卸的联接 以免损坏被联接件的螺纹孔 1 5双头螺柱联接 双头螺柱的两端都有螺纹 其一端紧固地旋入被联接件之一的螺纹孔内 另一端与螺母旋合而将两被联接件联接用于不能用螺栓联接且又需经常拆卸的场合 1 6紧定螺钉联接 紧定螺钉联接旋入被联接件之一的螺纹孔中 其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的坑中 以固定两个零件的相互位置 并可传递不大的转矩 1 7铰制孔用螺栓 1 8螺栓强度 国家标准规定了螺纹规格为M3 M64 A和B级的六角头螺栓 A级用于D24或L 10D或L 150 按较小值 的螺栓 钢结构连接用螺栓性能等级分3 6 4 6 4 8 5 6 6 8 8 8 9 8 10 9 12 9等10余个等级 其中8 8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理 淬火 回火 通称为高强度螺栓 其余通称为普通螺栓 螺栓性能等级标号有两部分数字组成 分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值 一般的螺栓是用 X Y 表示强度的 X 100 此螺栓的抗拉强度 X 100 Y 10 此螺栓的屈服强度 因为按标识规定 屈服强度 抗拉强度 Y 10 例如 性能等级4 6级的螺栓 其含义是 1 螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级 2 螺栓材质的屈强比值为0 6 3 螺栓材质的公称屈服强度达400 0 6 240MPa级 1 8螺栓强度 一 目前市场上标准件主要有碳钢 不锈钢 铜三种材料 一 碳钢 我们以碳钢料中碳的含量区分低碳钢 中碳钢和高碳钢以及合金钢 1 低碳钢C 0 25 国内通常称为A3钢 主要用于4 8级螺栓及4级螺母 小螺丝等无硬度要求的产品 2 中碳钢0 25 0 45 目前市场上基本没使用4 合金钢 在普碳钢中加入合金元素 增加钢材的一些特殊性能 二 不锈钢 性能等级 45 50 60 70 80主要成分奥氏体 18 Cr 8 Ni 耐热性好 耐腐蚀性好 可焊性好 A1 A2 A4马氏体 13 Cr耐腐蚀性较差 强度高 耐磨性好 C1 C2 C4铁素体不锈钢 18 Cr镦锻性较好 耐腐蚀性强于马氏体 三 铜 常用材料为黄铜 锌铜合金 市场上主要用H62 H65 H68铜做标准件 1 8螺栓强度 1 9螺纹联接的预紧和防松 1 螺纹联接的预紧按螺纹联接装配时是否拧紧 分为松联接和紧联接 对于预紧力大小的控制 一般螺栓联接可凭经验控制 重要螺栓联接通常要采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制 2 螺栓联接的防松联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击 震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象 螺纹联接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动 摩擦防松 弹簧垫圈 对顶螺母 自锁螺母 机械防松 开口销 带翅垫片 止动垫片 其他防松 1 利用摩擦力防松采用各种结构措施使螺纹副中的摩擦力不随联接的外载荷波动而变化 保持较大的防松摩擦阻力矩 弹簧垫圈防松 右松左紧 双螺母防松 自锁螺母防松 2 机械防松 利用防松零件控制螺纹副的相对运动 槽形螺母与开口销防松 止动垫圈防松 串联钢丝防松 顺紧逆松 3 破坏螺纹副的不可拆防松 避免附加弯曲应力 键联接主要是用来实现轴和轮毂 如齿轮 带轮等 之间的周向固定 并用来传递运动和转矩 有些还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动 导向 2键联接与销联接 2 1键联接 键联接分为平键联接 半圆键联接和楔键联接等 2 1 1平键联接 1 普通平键联接普通平键的主要尺寸是键宽b 键高h和键长L 端部有圆头 A型 平头 B型 和单圆头 C型 三种形式 A型 C型 B型 平键的三种形式 2 1 2半圆键联接 用半圆键联接时 轴上键槽用半径与键相同的盘状铣刀铣出 因而键在槽中能摆动以适应轮毂键槽的斜度 这种联接的优点是工艺性较好 缺点是轴上键槽较深 对轴的削弱较大 故主要用于轻载荷和锥形轴端的联接 2 1 3楔键联接 楔键的上表面和轮毂槽底均有1 100的斜度 键楔紧在轴毂之间 楔键的上下表面为工作面 依靠压紧面的挤压力和摩擦力传递转矩及单向轴向力 楔键分普通楔键和钩头楔键 2 2花键联接 花键联接由轴上加工出的外花键和轮毂孔内加工出的内花键组成 工作时靠键齿的侧面互相挤压传递转矩 零件1 圆锥销 零件2 2 3销联接 销联接通常用于固定零 部件之间的相对位置 即定位销 定位销 1 万向联轴器 万向联轴器是由分别装在两轴端的叉形接头1 3以及与叉头相联的十字轴2组成 机器工作时即使夹角发生改变仍可正常传动 但 过大会使传动效率显著降低 2 4轴间连接 2 齿式联轴节 利用内外齿啮合来实现两个半联轴器的联接 第三部分公差与配合 加工误差 零件加工后几何参数 尺寸 形状和位置 所产生的差异称为加工误差 公差 加工误差有一个范围 这个允许的变动量称为公差 公差与配合公差反映的是零件的精度要求 配合反映的是零件之间相互结合的松紧关系 配合的概念 基本尺寸相同的互相结合的孔和轴公差带之间的关系 称为配合 1 间隙配合 只能具有间隙 包括最小间隙为 的配合 2 过盈配合 只能具有过盈 包括最小过盈为零 的配合 3 过渡配合 可能具有间隙 也可能具有过盈的配合 三种配合形式 1 配合及其类别 尺寸偏差 简称偏差 某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差 分别称为上偏差和下偏差 上偏差 最大极限尺寸 基本尺寸代号 孔为ES 轴为es 下偏差 最小极限尺寸 基本尺寸代号 孔为EI 轴为ei 尺寸公差 简称公差 允许尺寸的变动量 公差 最大极限尺寸 最小极限尺寸 上偏差 下偏差 基本尺寸 它是设计给定的尺寸 极限尺寸 允许尺寸变化的两个极限值 它是以基本尺寸为基数来确定的 1 尺寸公差 2 公差 例 一根轴的直径为 30 0 010 上偏差 30 010 30 0 010下偏差 28 880 30 0 010 公差 30 010 28 880 0 020或 0 010 0 010 0 020 标准公差与基本偏差 公差带由 公差带大小 和 公差带位置 这两个要素组成 标准公差确定公差带大小 基本偏差确定公差带位置 标准公差标准公差是标准所列的 用以确定公差带的大小的任一公差 标准公差分为20个等级 即 IT01 IT0 IT1至IT18 IT表示公差 数字表示公差等级 从IT01至IT18依次降低 基本偏差基本偏差是标准所列的 用以确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差 一般指靠近零线的那个偏差 当公差带在零线的上方时 基本偏差为下偏差 反之为上偏差 轴与孔的基本偏差代号用拉丁字母表示 大写为孔 小写为轴 各有28个 其中H h 的基本偏差为零 常作为基准孔或基准轴的偏差代号 零线 在公差带图 公差与配合图解 中确定偏差的一条基准直线 即零偏差线 通常以零线表示基本尺寸 尺寸公差带 简称公差带 在公差带图中 由代表上 下偏差的两条直线所限定的区域 1 基孔制基本偏差为一定的孔的公差带 与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度 0 0 基准孔的基本偏差代号为 H 公差带图 间隙配合 过渡配合 过盈配合 过渡配合 3 基准制 在装配图中配合尺寸的标注 基孔制的标注形式 表示基本尺寸为50 基孔制 8级基准孔与公差等级为7级 基本偏差代号为f的轴的间隙配合 标注形式也可写成 50H8 f7 间隙配合 过渡配合 过盈配合 2 基轴制基本偏差为一定的轴的公差带 与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度 0 过渡配合 基准轴的基本偏差代号为 h 基准制的选择 优先选择基孔制 采用基孔制可以减少定值刀 量具的规格数目 有利于刀 量具的标准化 系列化 因而经济性好 使用方便 基轴制 基孔制 与滚动轴承内圈相配的轴应选择基孔制 而与滚动轴承外圈配合的孔选用基轴制 1 定义形位公差 是表示零件的形状和其相互间位置的精度要求 2 形状和位置公差的分类形位公差 形状公差 A 直线度 B 平面度 C 圆度 D 圆柱度 E 线轮廓度 F 面轮廓度 位置公差 A 定向公差 a 平行度 b 垂直度c 倾斜度B 定位公差 a 同轴度 b 位置度 c 对称度 C 跳动 a 圆跳动 b 全跳动 4 形位公差 f 0 01 定义 直线度是用来限制被测实际直线形状误差的一项指标 平面上的直线度公差带是夹在距离为公差值的两条理想的平行线之间的区域 4 1平面直线度 0 04 空间的直线度公差带 是直径为公差值 0 04mm的圆柱面内区域 4 2空间直线度 f 0 01 1 定义 平面度是用来限制实际平面形状误差的一项指标 2 平面度公差带 是距离为公差值0 01mm的两平行平面间的区