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第一章常用机械基础知识 第一节金属材料概述第二节常用机械传动第三节常用机械的润滑第四节常用机械的保养第五节常用机械的维护 1 第一节金属材料概述 金属材料是指金属经过冶炼和各种加工以后形成的材料 包括纯金属和合金 在工业上 金属材料主要分成黑色金属和有色金属两大类 黑色金属材料是以铁为基础形成的合金 包括钢 碳素钢 合金钢 生铁 铸造生铁 炼钢生铁 及铁合金 硅铁 锰铁 黑色金属材料之外的金属材料统称为有色金属 包括纯金属 铜 铝 锌等 合金 黄铜 青铜等 2 第一节金属材料概述 一 金属材料的性能二 金属材料的热加工知识三 金属材料的冷加工知识四 金属材料的防腐蚀介绍 3 一 金属材料的性能 金属材料的性能 主要有物理性能 化学性能 机械性能和工艺性能 物理性能是指密度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性和磁性等 化学性能是指金属在化学作用下表现的性能 如耐腐蚀性和热安定性等 机械性能是指机械零件抵抗外力的能力 如拉伸力 压缩力 剪切力等 工艺性能是指金属材料对各种加工过程 冷加工 热加工 电加工等 的接受能力和加工的难易程度 4 一 金属材料的机械性能 食品机械零件在使用过程中 受到不同形式外力的作用 这种外力称为载荷 或称负荷 负载 受外力后发生变形 将会影响设备的使用 机械零件承受的载荷 主要有静载荷 冲击载荷和交变载荷等 静载荷 零件承受大小和方向不变或变动很慢的载荷 冲击载荷 突然增加的载荷 交变载荷 大小或方向作周期性变换的载荷 5 金属材料受载荷作用后的变形 可分为拉伸 压缩 剪切 扭转和弯曲等形式 如图所示 机械性能的基本指标 有强度 硬度 塑性 冲击韧性和疲劳强度等 6 1 强度 强度是指材料受外力作用下 抵抗变形和破坏的能力 为了便于比较各种材料的强度 用单位面积上材料的抗力来表示 称为应力 可按下式计算 F Pa 式中 强度 Pa 外力 N F 横截面面积 m2 金属材料的强度 主要通过拉伸试验方法测量 7 2 硬度 硬度是指材料克服磨损和抵抗更硬的物体压入的能力 表示金属材料的坚硬程度 是机械性能的重要指标之一 硬度测定的方法很多 最常用的有布氏硬度法 代号为HB 洛氏硬度法 常用代号为HR 和维氏硬度法 代号为HV 等 在生产实践中 布氏硬度法 又称压痕法 是测量压痕的面积 主要适用于测量灰铸铁 有色金属等硬度不高的金属 HB 450 洛氏硬度不是测量压痕的面积 而是测量压痕的深度 压痕越深 其硬度越低 主要用于测量从极软到极硬的金属或合金 维氏硬度法是测量压痕的平均值 主要用于测试较薄的材料 8 3 弹性 弹性是指金属材料受到外力作用下产生变形 当外力消除后 金属材料又恢复到原来形状的性能 在机械设计中主要通过金属材料的弹性模数 E 来计量其弹性 此外 金属材料的弹性也是比例极限 弹性极限 e 的综合反映 9 4 塑性 当金属材料在外力作用时产生变形 未引起破坏 外力消除后 仍能保留变形的性能 称为金属材料的塑性 塑性主要用金属的延伸率 断面收缩率 来表示 金属材料在进行压力加工或冷弯工艺时 塑性是一个重要因素 10 5 韧性 韧性是指金属材料本身抵抗冲击负荷的能力 它通常用冲击值 k 来度量 金属材料的韧性也是反映金属强度的一个方面 11 6 疲劳 机械零件在承受工作载荷期间 虽未发生屈服现象 工作载荷在设计的安全系数以内 但经过相当时间的使用也会发生断裂现象 即在交变载荷的长期作用下 材料发生破裂的现象 称为疲劳 12 二 金属材料的工艺性能 工艺性能是指金属材料对各种加工过程 冷加工 热加工 电加工等 的接受能力和加工的难易程度 它包括金属材料的可铸性 可锻性 可焊性 切削加工和热处理等性能 正因为金属材料具备这些工艺性能 人们才可以通过不同的加工方法把金属材料制造成所需要的零件 设备 工具以及各种用品 13 1 可铸性 将固体金属材料加热熔化成液体注入机件模型 如砂型等 冷却后形成铸件的难易性能 称为金属材料的可铸性 金属材料的可铸性主要取决于金属材料的流动性和收缩性 14 2 可锻性 可锻性是指金属材料 或加温后的金属材料 经锻造 轧制 冲压 辊压等压力加工改变其原来形状而不产生破裂的性能 金属材料的可锻性主要取决于金属材料的塑性 但有些金属材料可以通过加温来提高其可锻性 15 3 可焊性 金属材料的可焊性主要体现金属材料能否焊接的性能 可焊性的好坏一般要由金属材料的导热性与收缩性来确定 导热性高 收缩性小的金属材料可焊性较好 16 4 切削加工性 切削加工性也称为可加工性 是指在一定条件下金属材料经过切削加工 车 磨 刨 铣 钻等 制成合格零件的难易程度 金属材料的切削加工难易程度与一定的切削条件有关 但就金属材料本身来说 要看其材料的硬度 导热性 塑性 韧性及化学成分等诸方面的因素来考虑 17 5 热处理性 金属材料的热处理性能是指金属材料通过热处理 退火 正火 淬火 回火等 方法改善自身性能的程度 通过热处理可以使金属材料的性能得以改善 提高制件的使用效能和寿命 同时也能使一些廉价的金属材料代替昂贵的金属材料 18 二 金属材料的热加工知识 在机械制造中 对金属材料采用加热使其发生塑性变形 或改变金属内部的结构出现再结晶的加工方法来完成制造零件的某一工序 这种方法就是金属材料的热加工 热加工的方法主要有热锻 热轧 热压 热挤压 铸造 锻造和热处理 有时也包括焊接 19 热锻 热轧 热压 热挤压是将金属材料加热到再结晶温度以上进行的压力加工 锻造主要是利用金属材料的塑性 在加压设备 包括工模具 加压的作用下 使金属材料产生局部或全部塑性变形 获得一定形状和尺寸的锻件的加工方法 铸造是将熔融的金属材料浇入制好的铸型中 冷却凝固后获得一定形状 尺寸的铸件的成形方法 铸造方法包括砂型铸造 泥型铸造 金属型铸造 离心铸造 壳型铸造 精密铸造等 20 三 金属材料的冷加工知识 对金属材料不经加热使其产生塑性变形或进行切削加工的加工方法称为冷加工 冷加工主要有冷轧 冷压 冷拉 冷挤压以及切削加工的车削 刨削 磨削及钻削 铣削等加工方法 21 四 金属材料的防腐蚀介绍 一 金属腐蚀的成因过程 二 金属材料的防腐蚀方法 三 食品机械常用的防腐措施 22 一 金属腐蚀的成因过程 金属腐蚀主要是金属表面与腐蚀性介质发生化学反应或电化学反应而受到破坏的现象 金属的化学腐蚀是金属与周围腐蚀介质发生化学作用 腐蚀介质中氧化剂的还原和金属的氧化是同时进行 从而形成了腐蚀产物使金属本身发生了腐蚀 在食品工业中用于贮存和运输酸 碱 化学试剂的器具与设备以及烘炉等出现的腐蚀现象大都属于化学腐蚀 23 食品加工机械与设备 由于经常与酸 碱 盐溶液以及潮湿的空气相接触 金属的腐蚀大部分属于电化学腐蚀 它是一种电化学反应 其实质是多相氧化 还原反应 与原电池反应原理极为相似 由于金属与腐蚀介质 尤其是液体 的接触形成了金属溶解的阴极和介质原子还原的阳极过程 出现在金属表面不同部位产生了电位差 致使金属在反应中不断地受到腐蚀 24 二 金属材料的防腐蚀方法 金属材料的防腐蚀主要是通过在金属表面覆盖涂料以隔绝金属与腐蚀介质的接触 避免发生化学或电化学反应 但对某些零部件也可以采取电镀或进行发蓝 发黑处理等手段 如对一些贮罐 器皿进行镀铬 对螺母 螺栓外露的紧固件进行发蓝 发黑处理后 再涂上防锈油 25 金属材料采用覆盖涂料后 与介质接触的是涂料 这时要考虑到涂料的稳定性 涂料的化学稳定性 一方面取决于其本身的结构和化学性能 另一方面与周围介质有极大的关系 26 三 食品机械常用的防腐措施 1 在设计制造食品机械设备时 选用的金属材料要尽量考虑耐蚀性 如选用不锈钢 1Cr18NiloTi 铜 铝或钛合金 同时又要考虑选用金属的经济性 另外对食品机械设备中某些零部件采用非金属材料来替代 既降低设备成本 又减轻了设备维护的工作量 并延长了设备的使用寿命 2 目前常用的对机械设备某些零部件采用覆盖保护性涂层 从而抑制腐蚀介质对金属的腐蚀作用 保护性涂层分金属涂层和非金属涂层两种 覆盖金属涂层的方法主要有电镀 金属喷涂 热镀 色镀等几种 将耐蚀金属覆盖于金属零部件表面 对非金属涂层的覆盖根据涂料的化学成分分别可采用电化学 化学膜 搪瓷烧结 直接涂覆等方法进行 27 第二节常用机械传动 一 概述二 摩擦轮传动三 皮带传动四 链传动五 齿轮传动六 平面连杆机构七 间歇运动机构八 凸轮机构九 液压传动十 气压传动十一 联轴器 离合器和制动器 28 一 概述 机器是机构各部分具有确定的相对运动并能做有用的机械功或转换机械能的人为组合体 机器一般分为三类 将其他种类的能变为机械能的机器叫原动机 如蒸汽机 热能变为机械能 电动机 电能变为机械能 等 将机械能变换成其他种类的能的机器称为变换机 如发电机 机械能变为电能 空压机 机械能变为气体的位能 等 利用机械能完成有用功的机器称为工作机 如各种机床 食品加工机器等 29 在机械设备中各组分间具有一定的相对运动 并能传速或变换运动的装置称为机构 如带传动机构 齿轮传动机构等 我们通常所说的机械则是机器和机构的总称 如食品机械 纺织机械等 在机构中各相对运动的单元体称为构件 如在齿轮传动机构中 齿轮和轴通过键联接成为一个单元体 当齿轮转动时 轴 键都随之一起转动 它们构成了一个运动的单元体 30 组成这些构件的每个单独加工的单元体 如齿轮 轴 键等 称为零件 零件分通用零件 如一般机械中的螺钉 螺母等 和专用零件 如内燃机的活塞 蒸汽机的曲轴等 机器的工作是通过各构件的运动 或传动 来完成的 那么把两构件通过接触保持相对运动的活动连接 称为运动副 如齿轮之间通过轮齿间的啮合接触保持相对传动 两摩擦轮接触后的相对传动 31 一般的机械设备是由动力部分 传动部分 控制部分和作功部分组成 其中有些机构主要是用来传递运动和动力的 这个机构称为传动装置 它的主要形式有机械传动 液压传动 电力传动 气力传动 而在这些传动形式中机械传动的使用最为普遍 机械传动主要分成摩擦传动和啮合传动两大类 32 二 摩擦轮传动 摩擦轮传动主要是利用两轮 摩擦轮 的直接接触相互压紧 依靠所产生的摩擦力 使两轮作相对运动 摩擦轮传动分两轴平行和两轴相交叉两种类型 按摩擦轮结构分圆柱平摩擦轮 圆柱槽摩擦轮及圆锥摩擦轮三种 两轴平行的摩擦轮传动分内摩擦传动和外摩擦传动的两种形式 33 两轴平行的摩擦轮传动分内摩擦传动和外摩擦传动的两种形式 如图a所示为外摩擦传动 两轴旋转方向相反 如图b为内摩擦传动 两轴旋转方向相同 34 两轴交叉的摩擦轮传动分外圆锥摩擦传动和内圆锥摩擦传动两种形式 如图a是外圆锥摩擦传动 图b是内圆锥摩擦传动 35 对两轴交叉的摩擦轮传动装置在安装时要注意两轴的锥顶要重合 否则锥面的各点线速度就不相等了 摩擦轮传动的传动比计算 摩擦轮传动在食品机械中常用于压榨机 制动器 离合器 过滤机上 36 摩擦轮传动的主要优缺点是 1 构造简单 传动平稳 噪声小 2 能在一定范围内无级调速 3 过载时 轮与轮间发生打滑 能防止主零件损坏 4 效率较低 5 传递同样功率时 其重量和体积比其他传动要大一些 6 不能保持准确的传动比 7 干摩擦时磨损快 寿命较短 37 三 皮带传动 皮带传动是由主动轮 从动轮和紧套在两轮上的传动带组成的 如图所示 38 当传动带张紧在带轮上 主动轮旋转时 依靠传动带和带轮之间产生摩擦力 从而带动传动带运动 传动带同时也带动从动轮转动 皮带传动主要有平皮带传动 三角皮带传动 圆皮带传动和同步齿形带传动 平皮带传动主要用于两带轮轴相距较远的情况 三角皮带传动一般用于两带轮轴平行 轴心线相距不大的情况下 它的主要特点是传动能力强 圆皮带只用于功率很小的场合 如缝纫机 同步齿形带传动 由于它综合了带传动和链传动的优点 所以传动效率高 但制造较困难 安装精度要求高 主要用于机床 轧钢机 电子计算机等机械中 39 一 皮带传动的包角 传动带与皮带轮所接触表面的弧长对应的中心角 称为包角 上图中的 当 越大 传动带与带轮接触面越大 拉力越大 越小 接触面越小 拉力越小 由于小带轮的包角总比大带轮的包角小 故设计时只需要考虑小带轮的包角 一般常取 120 计算公式 180 D1 D2 L 60遇到 120 时则采用增加张紧轮的方法 以增大包角 如图所示 40 二 皮带传动的传动比计算 多级皮带传动时 如图所示 其传动比可按下式计算 41 三 皮带张紧力的调整方法 1 通过调整电机的位置来增大中心距 拉紧皮带 从而增大张紧力 2 当中心距无法调整时 一是截短皮带 更换皮带扣或更换新皮带 二是采用张紧轮的办法 3 当皮带稍有伸长打滑时 可将皮带蜡涂抹在皮带的工作面上 增加摩擦系数 42 四 皮带型号的选择 根据已确定皮带传动的类型和皮带轮大小来合理选择皮带的型号 平皮带一般可根据中心距来计算其长度 因为平皮带是用搭扣夹住联接 主要对其宽度及厚度按工厂生产的产品来选择 功率越大 其宽度与厚度均要增大 在三角皮带传动中 对三角皮带的型号选择要注意以下两点 1 由于三角皮带是一个环形 不能切断 因此要根据不同的中心距和皮带轮的大小并按照三角带国家标准系列选择三角带的长度 2 三角皮带的截面尺寸分成O A B C D E F型等七种规格型号 一般按传递功率大小来确定其型号 下表是三角皮带的截面尺寸 是供参考的推荐型号 43 44 四 链传动 链传动是在两个或多个链轮之间用链作为拉曳元件的一种啮合传动 它主要用于两轴相距较远 要求传动功率较大 平均传动比保持不变的情况 如下图 链传动的主要优点是 1 没有滑动 能保持准确的传动比 2 磨损较小 传动效率高 98 3 能用于两轴相距较远的传动 4 能在温度较高 湿度较大的环境中使用 链传动的主要缺点是 l 瞬时速度不均匀 不宜在急促反向传动中应用 2 只适用于平行轴间的传动 3 链的传动有噪声 4 制造成本较高 链传动中使用的链条主要有套筒滚子链和齿形链两种 前者应用广泛 45 一 套筒滚子链的结构 套筒滚子链是由内链板 外链板 销轴 套筒 滚子所构成 如图 销轴与外链板 套筒与内链板分别用过盈配合固定 滚子与套筒 销轴与套筒为间隙配合 当链节屈伸时 套筒可在销轴上自由转动 46 47 如不用滚子 称为套筒链 套筒链主要用于受力较小 速度较低的传动中 当链传动要承受较大负荷时 可以把单列链并联使用 用长销轴联接 我们称为多列链 由于列数越多 各单列链受力越不均匀 所以一般不超过3 4列 套筒滚子链的型号较多 主要分公制与英制两种 公制链条主要按两滚子之间的中心距 链节距 分类 有15mm 20mm 等多种规格 最大链节距为50mm 英制链条的链节距有1 2 5 8 等多种 最大的链节距为2 48 二 套筒滚子链的链轮 套筒滚子链的链轮是链传动中的关键部件 设计 制造要求较高 根据GB1244规定套筒滚子链链轮的齿形如图所示 其中联接链轮上链的销轴中心所构成的圆称为分度圆 其直径D为 式中P 链节距 Z 链轮齿数 49 三 链传动的传动比的计算 在链传动过程中 当主动轮转过一个齿 链条转过一个链节 并带动从动轮也转过一个齿 所以链传动比i是主动轮齿数Z1与从动轮齿数Z2之比 或从动轮转速n2与主动轮转速n1之比 即 50 五 齿轮传动 齿轮传动是目前机械中应用最广泛的一种机械传动 一般由一对或n对齿轮组成 一对齿轮分别装在主动 从动轴上 利用两个齿轮 主动齿轮 从动齿轮 轮齿的相互啮合 传递运动和动力 根据啮合方式 可分为外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动 根据齿轮轮齿形和两轴线的相对位置可分为以下几类 51 齿轮传动的类型如图所示 52 齿轮传动主要具有以下优点 1 工作可靠 且能保证恒定的传动比 2 速度和传递功率高 98 且范围广 3 体积小 结构紧凑 使用寿命长 齿轮传动不能用于两轴相距较远的传动 原因是制造精度 装配要求高 成本较贵 传动时噪音大 53 一 直齿圆柱齿轮传动 常用的直齿圆柱齿轮是渐开线直齿圆柱齿轮 下图是压力角 为20 的渐开线直齿圆柱齿轮 分度圆直径 d 齿轮上压力角是标准压力角 20 的那个圆称为分度圆 其直径为d 齿厚s 轮齿两面齿廓在分度圆上的弧长 齿顶高h 介于分度圆与齿顶圆之间的部分 齿根高h 介于分度圆与齿根圆之间的部分 全齿高h 齿根圆与齿顶圆之间的距离 h h h 齿顶圆D 齿轮的外圆齿根圆Di 限制齿根的圆 中心距A 两齿轮啮合时 它们轴线间的距离 54 二 直齿圆锥齿轮传动 圆锥齿轮与圆柱齿轮不同之处是轮齿分布在圆锥面上 所以也称伞齿轮 圆锥齿轮的轮齿有直齿 斜齿和曲齿三种 而直齿圆锥齿轮则较广泛地应用于两轴相交时的传动 在常用机械上 大多采用两轴互相垂直的齿轮传动 右图是直齿圆锥齿轮的剖视图 由于圆锥齿轮是分布在圆锥面上 所以大端轮齿的尺寸大 小端轮齿的尺寸小 我国规定以大端轮齿为标准 在大端的分度圆上 模数和压力角 20 都应符合国家标难 轴交角 两圆锥齿轮轴线的夹角 55 三 蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动是齿轮传动中的又一种类型 主要适用于两轴线互相垂直又不相交 要求传动比较大的场合 在轴交角等于90 的一对螺旋齿轮机构中 当小轮的螺旋角很大 直径很小的时候 在它的分度圆柱面上将出现一条 或多条 完整的螺旋线 同时 大轮的螺旋角很小 而直径又很大 它是一个普通的螺旋齿轮 它的齿形是一般的螺旋线 这样 我们把小轮称为蜗杆 大轮称为蜗轮 这种传动就是蜗轮蜗杆传动 如图所示 蜗轮蜗杆传动一般有圆柱面蜗杆传动和圆弧面蜗杆传动两种 应用最广泛的是圆柱面蜗杆传动 56 蜗轮蜗杆传动的主要优缺点 1 传动比大 结构紧凑 传动平稳 噪音小 2 当蜗杆的螺旋开角小于摩擦角时 有反向自锁作用 即停车时 蜗轮会发生自锁现象 故常用于起重装置 3 传动过程中由于滑动速度大 会发热且易磨损 故需要良好的润滑 4 传动效率较低 一般 70 80 5 蜗轮的材料一般用青铜制成 6 由于蜗轮滚刀专用性大 仅是模数相同的蜗轮与蜗杆是不能任意互换啮合的 57 六 平面连杆机构 平面连杆机构的主要特征就是各构件均在同一平面或相互平行的平面内运动 它是由两个以上构件组成的人为组合 而且各构件之间具有确定的相对运动 通过这些运动变化来完成所需要的特定动作 从而为生产服务 一 平面连杆机构的结构特点及运动轨迹 二 平面连杆机构的应用 58 一 平面连杆机构的结构特点及运动轨迹 平面连杆机构总的结构特点是各构件的相对运动在同一平面或相互平行的平面内 各构件主要用销轴联接 根据运动方式的不同还有通过滑动的方式将构件联接起来 平面连杆机构的形式很多 我们这里以经常接触到的铰链四杆机构 以下通称四杆机构 和曲柄滑块机构为例加以说明 59 如图所示是四杆机构最基本的结构型式示意图 其中固定不动的构件4为机架 构件1 3与机架相联 如果按绕轴线回转360 的称曲柄 如只能按轴线往复摆动的称摆杆 构件2分别与构件1 3联接作比较复杂的平面运动 称为连杆 四杆机构按各构件的动作状态分为曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构三种基本形式 60 1 曲柄摇杆机构 在四杆机构中 当构件1和构件3之一绕轴线作回转运动 而另一作往复摆动时 称为曲柄摇杆机构 如图所示是当构件1作曲柄时各构件的运动轨迹图 从图中可以看到 构件1作圆周运动 构件3作往复摆动 61 2 双曲柄机构 当构件1 3都绕轴心作回转时 称为双曲柄机构 图中所示是该机构的运动轨迹图 从图中可以看到 构件1 3都是曲柄各自绕轴线作圆周运动 62 3 双摇杆机构 当构件1 3都绕轴心往复摇动时 称为双摇杆机构 如图所示是一种翻倒装置的构件运动轨迹图 当构件2是料斗时 通过双摇杆的摇动 将其翻倒 曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的一种特殊情况 当摇杆趋于无穷大时 往复运动代替了摇杆 63 如图所示当曲柄1作圆周运动摇杆顶点C在作水平往复运动 C称为滑块 C滑动的距离是曲柄的两倍 64 二 平面连杆机构的应用 1 根据曲柄摇杆机构的特点制成了拌料机 破碎机 摆动筛等 2 利用双曲柄机构的特点可应用于挤压机 65 如图所示 当曲柄a绕其轴线作等速旋转 通过连杆c带动曲柄b绕自身的轴线旋转 由于b短于a 曲柄的旋转是变速 带动d杆作上下滑动 并且使d杆下降慢 上升快 产生挤压 66 七 间歇运动机构 将原来由电动机传来的连续运动转换成间歇运动 完成这种运动的机构称为间歇运动机构 间歇运动机构类型很多 有棘轮机构 槽轮机构 间歇齿轮机构 星轮机构等 一 棘轮机构的结构特点 二 槽轮机构的结构特点 67 一 棘轮机构的结构特点 棘轮机构 如图 是由棘轮1 棘爪2与机架3组成 当曲柄绕轴线O1连续转动时 通过连杆AB带动摇杆O2B绕轴线O2作左右往复摆动 当O2B向左摆动时 摇杆上的棘爪插在棘轮的轮齿间 推动棘轮朝逆时针方向转动一个角度 当O2B向右摆动时 棘爪从棘轮齿背上滑过 而棘轮则不动 当曲柄作连续旋转而O2B 摇杆 作左右摆动时 通过棘爪推动棘轮作单向的间歇运动 68 二 槽轮机构的结构特点 槽轮机构主要由带圆销的曲柄1 有径向槽的槽轮2和机架组成 如图 69 曲柄旋转 当圆销进入槽轮的径向槽时 带动槽轮转过一个角度 当圆销退出槽子时 槽轮处于静止 由于曲柄外凸圆弧卡住了槽轮的内凹圆弧 当曲柄圆销再次进入另一径向槽时 又带动槽轮旋转一个角度 离开时槽轮静止 这样曲柄的连续转动变成了槽轮的间歇运动 槽轮的槽数要根据实际要求来定 一般选用4 8槽之间 槽轮每转动一次的角度为360 槽数 70 八 凸轮机构 运用凸轮的连续转动 摆动或直线往复运动 转化成从动件的连续的或间歇的直线往复移动或摆动 这是凸轮机构的主要作用 凸轮机构广泛地应用于自动化 半自动化机械中 根据用途的不同凸轮机构类型较多 因此它们的结构特点也各自不同 一 凸轮机构的分类及基本要素 二 凸轮机构的应用 71 72 一 凸轮机构的分类及基本要素 1 按凸轮形状分类 a盘状凸轮 b圆柱凸轮 c圆锥凸轮 d移动凸轮 73 1 按凸轮形状分类 1 盘状凸轮 上图a 工作时 从动杆件随着凸轮半径的变化在垂直于凸轮轴线的同一平面内作往复运动 2 圆柱凸轮 上图b 这种凸轮是在圆柱表面加工出所需的曲线槽 从动杆在平行于凸轮轴线的平面内运动 3 圆锥凸轮 上图c 它与圆柱凸轮较相似 它是在圆锥表面加工出所需的曲线槽 从动杆则沿着倾斜于轴线的同一平面内移动 4 移动凸轮 上图d 凸轮作往复运动 从动杆作上下移动 74 2 按凸轮与从动杆的接触形式分类 75 2 按凸轮与从动杆的接触形式分类 1 尖顶从动杆凸轮机构 如图a 这种从动杆结构较简单 尖顶与凸轮轮廓始终保持按触 可以实现较复杂的运动 但尖顶易于磨损 主要用于受力较小的低速凸轮机构中 2 滚子从动杆凸轮机构 如图b 它利用滚子与凸轮轮廓接触 由于摩擦小 不易磨损 所以应用最广 3 平底从动杆凸轮机构 如图c 杆与凸轮轮廓接触为平面形 磨损不大 但不能用于有凹面的凸轮 76 3 按凸轮与从动杆保持接触锁合的方式分类 77 3 按凸轮与从动杆保持接触锁合的方式分类 1 外力锁合 如图a 利用从动杆的重力 弹簧力或其他外力使从动杆与凸轮始终保持接触 2 几何锁合 如图b 由凸轮和从动杆的几何形状来保证锁合 78 4 凸轮的基本要素 1 工作曲线 凸轮与从动件直接接触的表面称工作曲线 2 理论曲线 在从动杆与凸轮接触中 如是平面或尖顶接触时 其工作曲线即为理论曲线 如是滚子接触时 与工作曲线相距距离为滚子半径和工作曲线平行的曲线称理论曲线 3 凸轮基圆 以凸轮转动中心为圆心 凸轮理论曲线的最短向径为半径所画的圆称为凸轮的基圆 4 压力角 从动杆受力方向与运动方向之间的夹角称为压力角 为了防止机件被咬死 压力角一般应小于30 5 动作角和动程 使从动杆每产生一个动作 凸轮所转过的角度称动作角 每转过一个动作角 从动杆所移动的距离为动程 79 二 凸轮机构的应用 凸轮机构的优点在于只要有适当的凸轮轮廓 就能使从动杆得到预定的运动规律 机构结构简单紧凑 设计制造比较方便 故广泛应用于自动化机械中 此外 凸轮机构还应用于糖果机械 面包机械等 80 九 液压传动 液压传动是以液体作为工作介质 由泵转化为压力能 经过控制阀门 从油缸或油马达把压力能转变成机械能的一种传动方式 一 液压传动的组成 二 液压传动的优缺点 81 一 液压传动的组成 液压传动主要由动力部分 控制部分 执行部分三部分组成 它们通过辅助元件进行联结以保证液压系统的正常工作 动力部分 主要由电机 油泵组成 由电机输入的机械能经过油泵的工作转为液体的压力能 电机是原动力 油泵则是一种能量转换装置 经常用的油泵有叶片泵 齿轮泵 柱塞泵 控制部分 由各种阀门组成 通过阀门来调节和控制油液的流量 压力的大小和流动的方向 在液压系统中阀门按其作用功能分为压力控制阀 流量控制阀和方向控制阀三大类 执行部分 由油缸或油马达组成 它实际上是将油泵输入的液压能转为工作部件运动的机械能的能量转换装置 辅助部分 由油箱 过滤器 油管 冷却器 密封 压力表等组成 它们是整个液压传导系统中必需的辅助元件 通过它们把动力 控制 执行三个部分有机地联系起来形成一个整体 从而保证工作的正常进行 82 工作过程 用手向上扳动手柄 小油缸内小活塞向上移动 产生抽吸作用 油从油箱经管道1和左面单向阀进入小油缸下腔 当手柄下扳时 小活塞下移 油缸下腔的油经管道2和单向阀2压入大油缸下腔 并迫使大活塞向上移动 顶起重物 完成动作后 只要拧开放油塞 大油缸的油就可以经管道回入油箱 大活塞就下移复位 如图所示 是一个简单的液压传动千斤顶 千斤顶的结构有两只油缸 小油缸主要完成吸油压油动作 大油缸则在油压作用下 把重物顶起 83 二 液压传动的优缺点 液压传动的主要优点 1 液压传动与其他传动方式相比 在输出同等功率的条件下 传动装置体积小 重量轻 惯性小 2 工作可靠 平稳 寿命较长 适用于换向频繁的工作条件 3 调速范围较大 可以实现无级调速 4 操作简单 便于实现自动化 特别是电液联合应用时其优点更易发挥 5 液压元件易于实现系列化 标准化 通用化 便于设计 制造和推广使用 84 液压传动的主要缺点 1 液压系统采用油液为介质 故不可避免的有泄漏 油液有一定的可压缩性 不能保持准确的传动速比 不宜作定速比传动 2 油液经管路输送 在流动中有液压损失 故传动效率较低 不宜作远距离传动 3 当油温或载菏变化时 不易保持运动速度的稳定 因此在高温或低温时 液压传动较困难 4 发生故障不易检查 排除 5 液压元件制造精度要求较高 85 十 气压传动 气压传动是以压缩空气为介质传递动力和控制信号的系统 它对实现生产过程自动化起着重要的作用 一 气压传动系统的组成 二 气压传动的主要优缺点 三 气压传动的应用 86 一 气压传动系统的组成 气压传动系统主要由气压发生部分 控制部分 执行部分和辅助部分组成 87 1 气压发生部分 主要由电动机 空气压缩机和压力气罐组成 它主要是通过电动机和空气压缩机把机械能转变为气体的压力能 2 控制部分 主要由各种压力阀 流量阀 方向阀和行程阀等元件组成 它的主要作用是控制气体的流量 压力和流向 使执行机构完成预定的运动 3 执行部分 根据机械运动的不同要求由气缸或摆动缸或气马达组成 它实际上是将气体的压力能转换成机械能的能量转换装置 以压缩空气为工作介质而产生机械运动 4 辅助部分 由输送气体的管道 过滤器等组成 它主要是净化压缩空气 消声以及联接各个元件 88 二 气压传动的主要优缺点 气压传动的主要优点 1 以空气作为工作介质 取之容易 成本低 不需回收 2 空气粘度小 压缩空气便于集中供应和远距离输送 加之空气压缩比较大 在输送中即使有所泄漏也不会使压力明显下降或造成污染 3 气动动作快 反应灵敏 维护简单 4 对易燃 易爆 多尘 强磁等工作环境适应性强 89 气压传动的缺点 1 工作速度稳定性较差 2 工作压力低 气动输出力不大 3 气动信号传递速度不快 不适用于高速传递复杂的回路 90 三 气压传动的应用 气压传动广泛应用于生产自动线 车辆控制 气动工具方面 如图是气动机械手的工作示意图 91 十一 联轴器 离合器和制动器 联轴器和离合器都是用来联接两轴使其一起转动 并能传递转矩的部件 它们不同之处在于 用联轴器联接的两根轴只有当机器停车时 经过拆卸后才能把它们分开 而用离合器联接的两根轴可在机器运转中就能方便的将它们分开或接合 制动器是利用摩擦阻力矩来消耗机器运动部件的动能 以降低机器的速度或者迫使其停止运转 92 一 联轴器 1 固定式联轴器固定式联轴器用于两轴要求严格对中 并在运转中不发生相对位移的场合 1 凸缘联轴器 2 套筒联轴器2 可移式刚性联轴器可移式刚性联轴器 允许两轴线有一定的相对位移 1 十字滑块联轴器 2 齿轮联轴器 3 万向节联轴器 93 1 凸缘联轴器 凸缘联轴器是由两个分别装在轴端的半联器1和3以及联接它们的螺栓所组成 如图所示 凸缘式联轴器构造简单 成本低 传递转矩大 但它不能补偿轴的偏移 没有吸振 缓冲作用 所以 常用于两轴能够对中 转矩大冲击较小的场合 94 2 套筒联轴器 套筒联轴器是由联接两轴轴端的套筒及起联接作用的圆锥销钉或平键组成的 如图所示 当用键联接时 还要用锁紧螺丝作轴向固定 以防止套筒轴向窜动 这种联轴器结构简单 用于两轴线能严格对中 并对径向尺寸要求较小的场合 套筒常用35或45钢制造 95 2 可移式刚性联轴器 1 十字滑块联轴器十字滑块联轴器是由两个端面开有凹槽的套筒1 3和两侧具有互相垂直的十字形凸台的2组成 如图所示 套筒1 3分别与主动轴和从动轴联接为一体 中间十字形凸台两侧面分别嵌在两个套筒的凹槽中 这种联轴器适宜低转速 不超过100 280转 分 冲击负荷较小的场合 96 2 齿轮联轴器 齿轮联轴器是由两个带有内齿的外壳和两个带有外齿的轴套组成 两个轴套分别与各自的轴用键联接 而两轴的联接是靠两个内齿与两个外齿相互啮合来传递转矩 通过调整啮合情况后 再用螺栓将两个带内齿的外壳加以固定 这种联轴器能传递较大的转矩 啮合齿数相同 但结构较复杂 造价高 97 3 万向节联轴器 万向节联轴器是由两个固定在轴上的叉状万向接头1 2和十字销3铰接组成 主要通过十字销传递转矩 如图所示 这种联轴器 在转动时两轴传动比是变化的 对传动比要求严格的机器不宜采用 常用于汽车 农业机械 98 二 离合器 1 牙嵌式离合器2 摩擦式离合器 99 1 牙嵌式离合器 牙嵌式离合器主要由两个端面带有牙的半离合器 一个是固定的 一个是活动的 对中环组成的 如图所示 固定半离合器用键和螺钉固定在主动轴上 其内装有对中环 活动半离器可沿从动轴滑动 且与主动轴上的半离合器牙齿嵌合 达到传递力矩作用 一般可用杠杆 液压 气动或电磁吸力控制活动半离合器端面牙接合或分离 100 2 摩擦式离合器 摩擦式离合器主要靠主动与从动两个接触面的摩擦力 传递转矩 摩擦式离合器一般分为单盘式 多盘式和圆锥式三种 如图所示为单盘式摩擦器 它由摩擦盘2和3及滑环4所组成 摩擦盘2和3分别装在主动轴1和从动轴5上 操作滑环4可使摩擦盘沿着从动轴5移动 实现与轴1上的摩擦盘接合或分离的作用 101 摩擦式离合器与牙嵌式离合器相比 其优点如下 1 可在任何速度下进行接合 2 接合过程平稳 无冲击 无振动 3 过载时摩擦面相对打滑 可保护机器 单盘式摩擦离合器结构简单 散热好 但传递转矩较小 大转矩可采用多盘式摩擦离合器 102 三 制动器 制动器的作用 可使机器停止运转时的运动惯性迅速停止 或运动中因故进行紧急刹车 常用的制动器有锥形制动器和带式制动器 103 1 锥形制动器 锥形制动器由外锥体 箱壁 内锥体 导向平键等组成 如图所示 操作手柄时 内锥体沿着导向平键滑向外锥体 使两个锥体面贴紧 是依靠锥面的摩擦力实现制动 104 2 带式制动器 带式制动器主要由制动带 制动轮组成 如图是带式制动器工作简图 从图中看出 制动轮1固定在转动的轴上 制动时操作杠杆3使制动钢带抱紧制动轮 从而达到制动作用 一般在制动钢带制动面上常衬垫石棉 橡胶 皮革或帆布等材料 增加摩擦制动作用 105 第三节常用机械的润滑 一 机械润滑的重要意义二 常用润滑方法三 润滑剂的选择 106 一 机械润滑的重要意义 机械设备经过一段时间的使用 它的精度和传动效率都会有所下降 其根本原因是由于机械零件之间经过长时间摩擦而引起零部件磨损 使零部件之间的理想配合和正常啮合受到了影响 因此 如何尽可能减轻摩擦 减少磨损对保证设备的精度和传动的效率 延长设备 或零部件 的使用寿命显得尤为重要 107 零部件磨损 主要是由于摩擦阻力增大所引起的 摩擦阻力的大小主要取决于正压力与摩擦系数 F 摩擦力 N 正压力 f 摩擦系数 正压力的大小由零部件所传递的功率和本身的自重所决定 我们无法任意改动 而摩擦系数则取决于零部件的材料 硬度 表面光洁度 润滑状况 其中材料 硬度及表面光洁度已由设计制造时限定 那么 只好改善润滑状况才能减少摩擦阻力 因此 机械润滑对保证设备的精度和传动的效率 极其重要 108 二 常用润滑方法 1 集中润滑 用同一个贮油装置 如油杯油箱式供油泵 对几个润滑部位供油润滑 这种方法比较简便 管理容易 但如有油管堵塞或泄漏不易发现 所以可靠性差些 2 连续润滑 将润滑部位始终处在润滑油中 最典型的如齿轮箱内一直保持有润滑油 齿轮自始至终浸在润滑油里 3 分散润滑 对各个需要润滑的部位分别进行独立的润滑供油 这种方法使用较多 一方面可靠性好 另一方面可对不同润滑的要求提供不同的润滑油 脂 主要缺点是操作麻烦 一般用于分散部位较多的设备上 4 间歇润滑 定时进行加添润滑油 时间的间隔按设备运行的状况而定 一般适用于低速运行的轴承及一些摩擦副表面 如导轨 109 三 润滑剂的选择 润滑剂主要包括润滑油与润滑脂两种 一 常用润滑油的选择 二 常用润滑脂的选择 110 一 常用润滑油的选择 常用润滑油一般用于滑动导轨 导杆 齿轮传动 链传动 丝杆传动 滑动轴承等 常用的润滑油主要是机械油 机油 它们以号数来表示粘度 号数越大粘度越大 食品机械中经常采用的是HJ 10 20 30 40号几种 111 选择润滑油时要考虑以下几个因素 机械转动或滑动速度越高 润滑油粘度应越小 对不等速运动 经常启动 停止或反转的机构应选用10号或20号机油 夏天一般采用30号机油 此外 还要考虑摩擦面的配合精度与表面光洁度 凡配合间隙较大 表面较粗糙的选用粘度较大的润滑油 反之则采用粘度较小的润滑油 112 二 常用润滑脂的选择 使用润滑脂 密封简单 不必经常加换润滑脂 而且对载荷性质 运动速度的变化有较大的适应范围 常用润滑脂有钙基润滑脂和钠基润滑脂两种 还有钴基 锂基润滑脂等 对润滑脂的选择 主要考虑摩擦时的工作温度 工作温度低于110 时一般采用钙基润滑脂 工作温度高于110 时一般采用钠基润滑脂 113 第四节常用机械的保养 机械的保养的目的是为了保证机械的精度要求和正常运转 同时也能延长机械的使用寿命 常用机械的保养主要包括对摩擦副的保养 对联接部位与紧固部件的经常性检查 一 摩擦副的保养二 对联接部件和紧固部件的经常性检查 114 一 摩擦副的保养 所谓摩擦副主要是指两个相互产生位置移动机件的接触面 如齿轮传动中两个相啮合的齿面 滑块与导轨之间的接触面 滑动轴承内圈表面与轴之间的按触面都是摩擦副 一 经常保持摩擦面的整洁 二 清洗润滑系统 三 对某些摩擦件进行间隙调节 四 密封环的压力调节 115 二 对联接部件和紧固部件的经常性检查 一台完整的机械设备是由各部件经过有机装配联接起来的 而各个部件又是由各个零件通过螺栓 螺母 键等紧固件装配联接而成的 设备运行一段时间后 由于各个零部件受到各种不同的载荷和力的冲击 因此 这些零部件在联接处也会出现松动 如果不及时进行检查紧固或调换紧固件 会损坏设备 所以经常检查联接部位是相当重要的 116 第五节常用机械的维护 一 维护前的准备工作二 常见故障的分析三 常用机械的维护 117 一 维护前的准备工作 1 了解掌握机械设备的工作性能 工