工程机械概论_2

,工程机械,土木工程学院机械教研室周子云,自我介绍,机械教研室：周子云,联系电话箱：zhouziyun719QQ/微信：407119417办公室：土木教学馆C区406,轴系零件,前情提要,带传动,齿轮传动,前情提要,-什么是机械,-什么是工程机械,-课程内容,-机械的基本组成,-机械常用材料,1、什么是机械,机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置,臼,2、工程机械,用于基本建设领域中各类专用的施工机械。广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域，种类繁多。,3、课程内容,课程两大内容,常用建筑机械的主要结构、类型、性能、基本构造、使用方法及选型设计,3、课程内容,基本理论,常用材料的选用,带传动,齿轮传动,联轴器和离合器,轴和键,轴承,液压传动,3、课程内容,常用建筑机械,挖掘机,起重机,混凝土搅拌机,钢筋切断机,打桩机,推土机,压路机,3、课程内容,第一章机械基本知识2学时第二章机械常用零部件2学时第三章施工机械动力装置与底盘3学时第四章液压传动3学时第五章起重机6学时第六章土方工程机械2学时第七章混凝土机械2学时第八章钢筋及预应力机械2学时第九章桩工机械2学时,4、机械基本组成,动力装置,传动装置,工作机构,提供动力,传递动力,完成特定的工作,信号及操纵控制装置,机架,4、机械基本组成,传动装置,工作机构,动力装置,5、机械常用材料,常用金属材料,高分子材料,复合材料,钢（含碳量小于2%的铁、碳合金）,铸铁（含碳量大于2%的铁、碳合金）,有色金属及合金（黑色金属以外的有色金属）,塑料、橡胶、合成纤维,为有机合成材料，具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性，很好的绝缘性，以及重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一种新型材料。,由两种或更多种物理和化学性质不同的物质由人工制成的一种多相固体材料。它能集中组成材料的优点，并能实行最佳结构设计，所以具有许多优越特性。,钢筋混凝土、玻璃纤维、碳纤维,5、机械常用材料,建筑机械零部件常用钢：（1）普通碳素钢：用于制造不重要的机械零件盒建筑、桥梁的结构件，其中Q215，Q235，Q275最为常用。（2）优质碳素钢：有害杂质硫、磷含量较普通碳素钢少，用于制造较重要的机械零件，使用时需要进行热处理。“45号”优质碳素钢常选作轴、键、活塞销等重要零件的材料。（3）优质合金钢：为了改善钢的性能，在碳素钢中加入合金元素（如Al,B,Cr,Mn等），经过热处理后，可用作制作弹簧、轴承、轴等重要零件。（4）铸钢：将钢水浇注到铸模中，用于铸造一些形状复杂、体积较大，难以进行锻造切削而又要求强度和韧性较高的零件。在钢号之前注以ZG符号，如ZG45，ZG40Mn2等。,钢：是指含碳量小于2%的铁碳合金。,5、机械常用材料,铸铁的机械性能较钢差，性脆，不能碾压或锻造。但铸造、切削性能好，可铸成形状复杂的零件。此外，铸铁抗压强度较高，减震性、耐磨性好，成本低，因而在建筑机械制造中应用甚广。,铸铁：是指含碳量大于2%的铁碳合金。,5、机械常用材料,将金属在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变金属内部组织结构从而得到所需性能的操作工艺。经过热处理的零件，可以使各种性能得到改善和提高，充分发挥合金元素的作用和材料本身的潜力，延长机械的使用寿命和节约金属材料。所以热处理在机械制造中起着至关重要的作用。,钢的热处理,5、机械常用材料,(1)退火：钢加热到700900，保温一定时间后，随炉温缓慢冷却的处理方法。目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能、消除前道工序所产生的内应力，为下道热处理工序作准备。,加热,退火,保温,温度,时间t,700900,5、机械常用材料,(2)正火：钢加热到700900，保温一定时间后，在空气中冷却。正火是退火的特殊处理形式。由于冷却速度较快，因而正火钢比退火钢具有较高的强度和硬度，并缩短了生产周期。,正火,加热,退火,保温,温度,时间t,700900,5、机械常用材料,(3)淬火：钢加热到700900，保温一定时间后，放入水中或油中，以极快的速度冷却下来。由于快速冷却，淬火后能使钢获得较高的硬度、强度和耐磨性。,正火,淬火,加热,退火,保温,温度,时间t,700900,5、机械常用材料,(4)回火：把淬火后的零件重新加热到比淬火温度低的温度，保温一定时间，然后在空气或油中冷却处理。目的：消除因淬火冷却过快而产生的内部应力，降低脆性、提高塑性、韧性，获得满意的综合机械性能。,低温回火：（150250）中温回火：（350500）高温回火：（500650）,正火,低温回火150250,中温回火350500,高温回火500650,淬火,加热,退火,保温,温度,时间t,700900,轴系零件,前情提要,带传动,齿轮传动,带传动,-组成,-工作原理,-分类,-特点,-张紧装置,-应用,1、组成,1、组成,带传动是一种常用的机械传动装置。,主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带和机架组成。,2、工作原理,工作原理：主要是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力或啮合来传递运动和动力。,摩擦传动,啮合传动,2、工作原理,工作过程：原动机驱动主动带轮转动，通过带与带轮之间产生的摩擦力，使从动带轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。,主要作用：用来传递转矩和改变转速。,3、分类,摩擦式带传动,啮合式带传动,按传动带截面形状,平带,V带,圆形带,多楔带,（齿形带/同步带）,3、分类,平带,-平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。结构简单，带轮容易制造，用于中心距较大的场合。,3、分类,V带,截面形状为梯形，两侧面为工作表面。应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，应用广泛。,3、分类,圆形带,横截面为圆形。只用于如缝纫机等低速小功率的传动。,3、分类,多楔带,3、分类,啮合式带传动,同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小;传递功率大。用于要求传动平稳,传动精度较高的场合。,同步齿形带即为啮合型传动带。同步带内周有一定形状的齿。,4、特点,带传动的弹性滑动,带传动在工作时，从紧边到松边，传动带所受的拉力是变化的，因此带的弹性变形也是变化的。,带传动中因带的弹性变形变化而引起的带与带轮间的局部相对滑动，称为弹性滑动。,4、特点,弹性滑动与打滑的区别A.现象：弹性滑动发生在绕出带轮前带与轮的部分接触长度上打滑发生在带与轮的全部接触长度B.原因：弹性滑动：带两边的拉力差，带的弹性打滑：过载C.结论：弹性滑动不可避免打滑可避免,4、特点,（1）有缓冲吸振作用，传动平稳，噪音小（带有弹性）（2）有过载保护作用（过载打滑)（3）结构简单，制造、安装精度不高，维护方便，成本低（4）适用于两轴距离较大的传动（中心距大）,优点,4、特点,缺点,（1）有弹性滑动，不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率低（2）张紧力较大（与啮合传动相比），带对轴有很大的压力（3）结构尺寸较大，带传动装置结构不够紧凑（4）打滑，带的寿命较短（5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适用于高温、易燃、易爆及有腐蚀介质的场合（6）效率低,4、特点,标准:按截面尺寸的不同分为Y、Z、A、B、C、D、E共7种型号，其截面尺寸已标准化。在同样的条件下，截面尺寸大则传递的功率就大。,Z1400GB11544-89,带型,基准长度,标准编号,5、张紧装置,带传动的张紧,根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；,张紧的目的,运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。,常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置。,5、张紧装置,（1）定期张紧,采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧。常见的有滑道式和摆架式两种结构。,滑道式,摆架式,5、张紧装置,（2）自动张紧,将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。,5、张紧装置,（3）张紧轮方式,当中心距不能调节时，可采用张紧轮张紧。张紧轮一般放在松边的内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。,6、应用,试验仪器,滑动轴承试验台,带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，100KW以下的中小功率的远距离传动。如：汽车发动机、拖拉机、石材切割机等。,6、应用,印刷机械,动平衡机,试验台,矿山机械,6、应用,1）通常应通过调整各轮中心距的方法来装带和张紧。切忌硬将传动带从带轮上拨下或扳上，严禁用撬棍等工具将带强行撬入或撬出，以免对带造成不必要的损坏。2）同组使用的V带应型号相同，长度相等，以免各带受力不均；不同厂家生产的V带、新旧V带不能同时使用。3)安装V带时，按规定的初拉力张紧。对于中等中心距的带传动，可凭经验安装，带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜。新带使用前,应预先拉紧一段时间后再使用。,（1）带轮的安装,安装带轮时，两带轮轴线应相互平行，其V型槽对称平面应重合。,（2）V带的安装,带传动的安装,6、应用,带传动的维护,（1）带传动装置外面要采用安全防护罩，以保障操作人员的安全；同时防止油、酸、碱对带的腐蚀。（2）禁止给带轮上加润滑剂，应及时清除带轮槽及带上的油污。（3）定期对带进行检查有无松驰和断裂现象，如有一根松驰和断裂则应全部更换新带。（4）带传动工作温度不应过高，一般不超过60C。（5）若带传动久置后再用，应将传动带放松。,轴系零件,前情提要,带传动,齿轮传动,齿轮传动,-工作原理,-特点,-分类,-渐开线齿轮传动,-斜齿轮传动,-圆锥齿轮传动,-蜗轮蜗杆传动,-轮系,1、工作原理,1、工作原理,一、齿轮传动的组成及工作原理：,1.组成：主动轮、从动轮,2.工作原理：齿轮传动是啮合传动，靠主动轮齿和从动轮齿的相互啮合来传递运动和动力。齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到1mm到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。,齿轮传动的特点、类型齿轮传动是由主动轮与从动轮组成的齿轮副来传递运动和动力的传动装置。其传动比为：一对齿轮的传动比不宜过大，否则，会使齿轮结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常一对圆柱齿轮的传动比,1、工作原理,1、工作原理,（1）传递动力大，传递功率和圆周速度范围较宽，效率高，一般为0.940.99，适用范围广；（2）效率高，寿命长，工作平稳，可靠性高，结构紧凑，可实现较大的传动比；（3）能保证恒定的传动比，可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的运动和动力的传动,齿轮传动与带传动相比主要有以下优点：,2、特点,2、特点,(1)制造、安装精度要求较高，因而成本也较高(2)不宜作远距离两轴之间的传动(3)振动、冲击、噪声较大，无过载保护(4)需专门加工设备,齿轮传动与带传动相比主要缺点有：,3、分类,齿轮传动的分类：,1、按两齿轮轴线的相对位置及轮齿的形状,2、按齿轮啮合方式,3、按齿轮传动工作条件,4、按齿轮圆周速度高低,5、按齿轮齿廓曲线的形状,3、分类,1,3,2,平行轴齿轮传动,相交轴齿轮传动,交错轴齿轮传动,3、分类,（1）平行轴齿轮传动,1、按两齿轮轴线的相对位置及轮齿的形状,（2）相交轴齿轮传动,（3）交错轴齿轮传动,3、分类,圆柱齿轮传动,圆柱齿轮传动,圆柱齿轮传动,（1）平行轴齿轮传动,直齿,斜齿,人字齿,3、分类,圆锥齿轮传动,圆锥齿轮传动,圆锥齿轮传动,（2）相交轴齿轮传动,直齿,斜齿,曲齿,3、分类,蜗轮蜗杆传动,交错轴斜齿圆柱齿轮传动,（3）交错轴齿轮传动,3、分类,内啮合齿轮传动,齿轮齿条啮合,外啮合齿轮传动,2、按齿轮啮合方式,内齿轮,齿条,直齿圆柱齿轮传动,外齿轮,3、分类,闭式齿轮传动,开式齿轮传动,3、按齿轮传动工作条件,3、分类,小于0.5m/s,大于15m/s,极低速齿轮传动低速齿轮传动中速齿轮传动高速齿轮传动,0.53m/s,315m/s,4、按齿轮圆周速度高低,3、分类,渐开线齿轮传动摆线齿轮传动圆弧齿轮传动,5、按齿轮齿廓曲线的形状,3、分类,3、分类,外啮合直齿圆柱齿轮,内啮合直齿圆柱齿轮,齿轮齿条（直齿条）,外啮合斜齿圆柱齿轮,人字齿轮传动齿轮,齿条（斜齿条）直齿圆锥齿轮,3、分类,直齿圆锥齿轮,曲齿圆锥齿轮,准双曲面齿轮,蜗轮蜗杆,螺旋齿轮,行星齿轮,4、渐开线齿轮,定义,齿轮两侧为对称的渐开线,4、渐开线齿轮,齿顶圆：过齿轮各轮齿顶端的圆，其直径用da表示。齿根圆：过齿轮各齿槽底部的圆，其直径用df表示。,4、渐开线齿轮,分度圆：对标准齿轮来说，齿厚与齿槽宽相等的那个圆称为分度圆，直径用d表示。分度圆上的齿厚和齿槽宽分别用s和e表示，即se。,周节或齿距：相邻两齿在分度圆上对应点间的弧长，用p表示，pse。,4、渐开线齿轮,齿厚：在任意圆周上轮齿两侧间的弧长，用s表示。齿宽：沿齿轮轴线量得齿轮的宽度用b表示。,齿槽宽：在任意圆周上相邻两齿空间部分的弧长，用e表示。,4、渐开线齿轮,齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比,也等于两齿轮齿数之反比。i=,n1,n2,z2,z1,12,传动比,5、斜齿轮,特点：接触线是斜线，逐渐啮合，逐渐脱离，传动平稳，存在轴向力。,6、圆锥齿轮,功用：传递两相交轴的运动和动力。由于齿轮轴线相交，能改变动力传递方向，所以应用于需要改变动力传递方向的场所。1）手摇钻2）后驱动车辆的主减速器,7、蜗轮蜗杆,概述在蜗杆传动中蜗轮与蜗杆轴线交叉成90通常蜗杆为主动件。蜗杆头数一般取14。其传动比为：,蜗轮蜗杆传动,式中Z1为头数。即蜗杆的螺旋线数。,7、蜗轮蜗杆,特点1）传动比大：i6001000；2）工作平稳，噪声小；3）具有自锁功能；4）传动效率低；5）不能任意互换啮合；6）蜗轮经常采用青铜等贵重材料制成，成本高。,7、蜗轮蜗杆,适用范围：由于普通蜗杆传动效率较低，所以一般只适用于传递功率值在5060kW以下的场合。一些高效率的新型蜗杆传动所传递的功率可达500kW，圆周速度可达50m/s。这种传动减速比大，有自锁功能，用于建筑机械的卷扬机，即使突然停电，重物不会落下来，安全性好。也用于电梯减速机。,8、轮系,由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统称为轮系。,8、轮系,分类根据轮系中齿轮的轴线是否固定，分为：1）定轴轮系（轮系中所有齿轮的轴线都是固定的），又称为普通轮系。2）周转轮系（轮系中有一个或几个齿轮的轴线不是固定的，而是绕其他齿轮的轴线转动）,8、轮系,轮系的功用：,得到很大的传动比；实现变速；实现分路传动；改变输出轴的转向；实现运动的合成与分解。,8、轮系,轴系零件,前情提要,带传动与链传动,齿轮传动,轴系零件,-轴,-键,-轴承,1、轴,功用,轴是组成机器的重要零件之一。轴的主要功用是支承旋转零件（例如齿轮、蜗轮等）、传递运动和动力。,分类,1、轴,按轴承受的载荷不同,可将轴分为转轴，心轴和传动轴三种。,轴端,轴头,轴颈,轴头,轴肩,轴,1、轴,传动轴：只传递转矩而不承受弯矩，如汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。,1、轴,转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。如减速器中的轴。,1、轴,心轴:工作时仅承受弯矩而不传递转矩。心轴按是否转动又可以分为转动心轴（火车轮轴）和固定心轴（自行车前轮轴）。,88,此外，按轴线几何形状不同，轴还可以分为直轴、曲轴和软轴。,直轴根据外形不同,可分为光轴和阶梯轴。,1、轴,曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器中用于往复运动和旋转运动相互转换的专用零件。,1、轴,1、轴,软轴：挠性好，可以把回转运动灵活地传到任何空间位置。,2、键,2、键,键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。,功用,结构简单，工作可靠，装拆方便，应用广泛。,特点,2、键,键是标准件，分为平键、半圆键、楔键、切向键等。,分类,2、键,键的功用,轴与轴上零件的周向固定,传递扭矩,有些可实现轴向固定或轴向移动零件的导向作用,键的类型,平键联接,普通平键,导向平键,楔键联接,普通楔键,钩头斜键,切向键联接,花键联接,半圆键联接,斜度：1:100,2、键,工作面：,两侧面,（通过轴上键槽和轮毂键槽与键的侧面接触传递扭矩）,特点：,易于制造，装拆方便，轴与轴上零件的对中性好等；但它不能实现轴上零件的轴向固定。,圆头（A型）,方头（B型）,单圆头（C型）,普通平键类型,平键,2、键,1普通平键,分解图,装配图,断面图,2、键,A型,B型,C型,2、键,平键：依靠键的两侧面传递转矩,2、键,2导向平键,特点：轮毂可在轴上沿轴向移动。,比普通平键长紧定螺钉固定在键槽中键与轮毂槽采用间隙配合键上设有起键螺孔,2、键,3滑键,特点：轮毂可在轴上沿轴向移动。,滑键固定在轮毂上轮毂带动滑键作轴向移动键长不受滑动距离限制,2、键,二、半圆键连接,工作面为键的两侧面，有较好的对中性可在轴上键槽中摆动以适应轮毂上键槽斜度适用于锥形轴与轮毂的连接键槽对轴的强度削弱较大，只适用于轻载连接,2、键,三、花键连接,花键连接由沿轴和轮毂孔周向均布的多个键齿相互