机械设计基础电子教案第二篇概要PPT课件

.,1,第七章蜗杆传动,7.1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。常用于交错轴90的两轴之间传递运动和动力。一般蜗杆为主动件，作减速运动。一、蜗杆传动的特点与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大，在动力传递中传动比在8100之间，在分度机构中传动比可以达到1000；传动平稳、噪声低；结构紧凑；在一定条件下可以实现自锁等优点而得到广泛使用。,.,2,但蜗杆传动有效率低、发热量大和磨损严重，涡轮齿圈部分经常用减磨性能好的有色金属（如青铜）制造，成本高等缺点。二、蜗杆传动的类型按蜗杆分度曲面的形状不同，蜗杆传动可以分为：圆柱蜗杆传动（如图a）、环面蜗杆传动（如图b）、锥蜗杆传动（如图c）三种类型。,.,3,1、圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动可以分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动根据齿廓曲线主要分为三种：阿基米德圆柱蜗杆（ZA蜗杆）渐开线圆柱蜗杆（ZI蜗杆）法向直廓圆柱蜗杆（ZN蜗杆）本章只讨论阿基米德圆柱蜗杆，加工时，梯形车刀切削刃的顶平面通过蜗杆轴线，在轴向剖面具有直线齿廓，法向剖面N-N上齿廓为外凸线，端面上齿廓为阿基米德螺线。这种蜗杆切制简单，但难以用砂轮磨削出精确齿形，精度较低。,.,4,7.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸如图所示，在中间平面上，普通圆柱蜗杆传动就相当于齿条与齿轮的啮合传动故此，在设计蜗杆传动时，均取中间平面上的参数（如模数、压力角）和尺寸（如齿顶圆、分度圆等）为基准，并沿用齿轮传动的计算关系，,.,5,一、主要参数1、模数m和压力角蜗杆传动的尺寸计算与齿轮传动一样，也是以模数m作为计算的主要参数。在中间平面内蜗杆传动相当于齿轮和齿条传动，蜗杆的轴向模数和轴向压力角分别与涡轮的端面模数和端面压力角相等，为此将此平面内的模数和压力角规定为标准值，标准模数见书中所附表格，标准压力角为20。2、蜗杆头数z1和传动比蜗杆头数z1可根据要求和的传动比和效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低。如果要提高效率，应增加蜗杆的头数。但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆头数取为1、2、4、6。,.,6,通常蜗杆为主动件，蜗杆与蜗轮之间的传动比为其中：z2为蜗轮的齿数3、导程角蜗杆的直径系数q和蜗杆头数z1选定之后，蜗杆分度圆柱上的导程角也就确定了,.,7,4、蜗杆的分度圆直径d1在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆相同尺寸的蜗轮滚刀来加工与其配对的涡轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就需要一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。显然，这样很不经济。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1，而把比值称为蜗杆直径系数。5、蜗杆传动的标准中心距,.,8,7.3蜗杆传动的失效形式、材料和结构一、蜗杆传动的失效形式、设计准则和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要有：胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。由于蜗杆传动啮合面间的相对滑动速度较大，效率低，发热量大，再润滑和散热不良时，胶合和磨损为主要失效形式。蜗杆传动的设计准则为：闭式蜗杆传动按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；开式蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。,.,9,二、蜗杆和蜗轮材料由失效形式知道，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、减磨性、耐磨性和抗胶合能力等。蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成：一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40、45钢，并经调质处理。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并经渗碳淬火。蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5），铸造铝铁青铜（ZCuAl1010Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度大于3m/s的重要传动；,.,10,铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但价格便宜，一般用于滑动速度小于4m/s的传动；如果滑动速度不高（小于2m/s），对效率要求也不高时，可以采用灰铸铁7.3蜗杆传动的强度计算一、受力分析1、蜗轮转向判断蜗杆蜗轮转向关系可以用“主动轮左（右）手法则”判断，即蜗杆为右（左）旋时用右（左）手，并以四指弯曲方向表示蜗杆转向，则拇指所指的反方向为蜗轮上节点的速度方向。,.,11,2、轮齿上的作用力蜗杆传动的受力与斜齿圆柱齿轮相似，弱不计齿面间的摩擦力蜗杆作用于蜗轮齿面上的法向力Fn2在节点C处可以分解成三个互相垂直的分力,.,12,二、强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算公式和斜齿圆柱齿轮相似，也是以节点啮合处的相应参数歹徒赫兹公式导出的。当用青铜蜗轮和钢蜗杆配用时，蜗轮齿面接触疲劳强度校核公式为：设计公式为：K为载荷系数，一般取K=1.11.3。当载荷平稳，蜗杆圆周速度小于3m/s，7级以上精度时取小值，否则取大值。,.,13,7.5蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、传动效率闭式蜗杆传动的总效率包括：轮齿啮合效率、轴承摩擦效率（0.980.995）和搅油损耗效率（0.960.99），即：=当蜗杆主动时，可近似按螺旋副的效率闭式传动，当z11时，0.70.75；当z12时，0.750.82；当z14时，0.870.92；自锁时0.5开式传动，当z11、2时，0.60.7；,.,14,二、润滑由于蜗杆传动时的相对滑动速度大、效率低、发热量大，故润滑特别重要。对于闭式蜗杆传动，根据工作条件和滑动速度参考表格中推荐值选定润滑油和润滑方式。当采用油池润滑时，在搅油损失不大的情况下，应有适当的油量，以利于形成动压油膜，且有助于散热。对于下置式或侧置式蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆圆周转速大于4m/s时，为减少搅油损失，常将蜗杆上置，其浸油深度约为蜗轮外径的三分之一。,.,15,三、热平衡计算由于蜗杆传动效率较低，发热量大，润滑油温升增加，粘度下降，润滑状态恶劣，导致齿面胶合失效。所以对连续运转的蜗杆传动必须作热平衡计算。摩擦损耗功率为箱体外壁散发的热量折合的相当功率为热平衡的条件是：即为箱体表面散热系数，一般取8.517.5W/(m2C)A为箱体散热面积（m2）,.,16,复习：在齿轮传动中传动比是很重要的一个参数一对齿轮传动比计算公式：,但是实际应用中往往是多个齿轮组成的一个系统，这些齿轮的传动比如何计算呢？,.,17,8-1轮系的类型与应用,一、轮系的分类,1定轴轮系,轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置都固定不动，则称之为定轴轮系（或称为普通轮系）。,第八章轮系,.,18,2周转轮系,轮系运转时，至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转，则称该轮系为周转轮系。,按照自由度数目的不同，又可将周转轮系分为两类：,1）差动轮系自由度为2,系杆,中心轮（主动）,行星轮,行星轮,系杆,中心轮（主动）,.,19,）行星轮系自由度为,行星轮,系杆,中心轮（主动）,中心轮（固定）,.,20,二、轮系的功用,1实现相距较远的两轴之间的传动,.,21,2实现分路传动,.,22,3实现变速变向传动,.,23,4实现大速比和大功率传动,两组轮系传动比相同，但是结构尺寸不同,.,24,5实现运动的合成与分解,运动输入,运动输出,.,25,8-2定轴轮系的传动比计算,定轴轮系的传动比,输入轴与输出轴之间的传动比为:,轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为：,一般定轴轮系的传动比计算公式为：,.,26,传动比计算中要注意两个问题：,一、主从动齿轮的判断,方法：根据齿轮间的啮合关系写出传动线,1,2,3,3,=,4,=,4,5,主从,主从,主从,主从,.,27,二、如何确定平面定轴轮系中的转向关系？,一对外啮合圆柱齿轮传动两轮的转向相反，其传动比前应加“”号,一对内啮合圆柱齿轮传动两轮的转向相同，其传动比前应加“+”号,该轮系中有3对外啮合齿轮，则其传动比公式前应加(1)3,若传动比的计算结果为正，则表示输入轴与输出轴的转向相同，为负则表示转向相反。,.,28,如何确定空间定轴轮系中的转向关系？,空间定轴轮系传动比前的“+”、“”号没有实际意义,空间定轴轮系中含有轴线不平行的齿轮传动,不平行,不平行,“+”、“”不能表示不平行轴之间的转向关系,.,29,如何表示一对平行轴齿轮的转向？,齿轮回转方向,线速度方向,用线速度方向表示齿轮回转方向,.,30,如何表示一对圆锥齿轮的转向？,齿轮回转方向,线速度方向,表示齿轮回转方向,线速度方向,用线速度方向表示齿轮回转方向,.,31,如何表示蜗杆蜗轮传动的转向？,蜗杆回转方向,蜗轮回转方向,蜗杆上一点线速度方向,右旋蜗杆,表示蜗杆、蜗轮回转方向,蜗杆旋向影响蜗轮的回转方向,.,32,如何判断蜗杆、蜗轮的转向？,右旋蜗杆,左旋蜗杆,以左手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指的指向为啮合点处蜗轮的线速度方向。,左手规则,右手规则,以右手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指的指向为啮合点处蜗轮的线速度方向。,蜗杆的转向,.,33,例题,机床变速箱，通过中间轴上的双联齿轮3、4和5、6可以实现四档转速。已知各齿轮齿数按顺序为20、40、44、24、20、25、50、45求各档传动比？,解：1、分析传动，写出啮合顺序线,2、分清主从，计算传动比,13=57,24=57,13=68,24=68,i=（-1）2.(z3.z7./z1.z5)=5.5,i=（-1）2.(z3.z8./z1.z6)=3.96,i=（-1）2.(z4.z7./z2.z5)=1.5,i=（-1）2.(z4.z8./z2.z6)=1.08,.,34,总结：,1、轮系分类：,定轴轮系、周转轮系,2、轮系功能：,远距传输、分路传动、变速变向、大功率达速度传动、运动合成分解,3、定轴轮系传动比计算：,计算公式：从动/主动方向判断（-1）n或箭头,作业：习题7.5,.,35,第九章螺纹联接和螺旋传动,9.1常用螺纹一、螺纹的形成把一锐角为的直角三角形绕到一直径为d的圆柱体上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上形成一条空间螺旋线。如用一个平面图形K（如三角形）沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形（管螺纹）,.,36,二、螺纹种类,.,37,三、螺纹的主要参数1.大径d（D）：螺纹的最大直径在标准中也作公称直径。2.小径d1(D1)：即螺纹的最小直径3.中径d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径d20.5(d+d1)4.螺距P相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5.导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离,.,38,6.线数n螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4螺距、导程、线数之间关系：L=nP7.螺旋升角：中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角8.牙型角：螺纹牙型两侧边的夹角。四、常用螺纹特点应用1、三角形螺纹（普通螺纹）牙型角为60，可以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般联接；与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置。,.,39,2、管螺纹多用于有紧密性要求的管件联接，牙型角为55，公称直径近似于管子内径，属于细牙三角螺纹。3、梯形螺纹牙型角为30，是应用最为广泛的传动螺纹。4、锯齿型螺纹两侧牙型角分别为3和30，3的一侧用来承受载荷，可得到较高效率；30一侧用来增加牙根强度。适用于单向受载的传动螺纹。5、矩形螺纹牙型角为0，适于作传动螺纹,.,40,9.2螺旋副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹螺旋副是由外螺纹（螺杆）和内螺纹组成的运动副，经过简化可以看作推动滑块（重物）沿螺纹表面运动（如图所示）将矩形螺纹沿中径d2处展开得一倾斜角为（即螺纹升角）的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的相对运动可以看作滑块在斜面上的运动。,.,41,滑块在斜面上等速上升时。当量摩擦角滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上由公式可知，若，说明此时无论轴向载荷有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁螺旋副的效率,.,42,9.3螺纹联接的基本类型和及预紧和防松一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广。,.,43,2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。3、螺钉联接螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。,.,44,4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭二、标准螺纹联接件1螺栓螺栓的头部有各种不同形状，但是我们最常见的是六角头，为了满足工程上的不同需要，六角头又有标准六角头和小六角头。一般情况下我们使用标准六角头，在空间尺,.,45,寸受到限制的地方使用小六角头螺栓。但是，小六角头螺栓的支承面积较小，如果用于经常拆卸的场合时，螺栓头的棱角也易于磨圆。2双头螺柱双头螺柱的两端都制有螺纹，两端的螺纹可以相同，也可以不同。其安装方式是一端旋入被联接件的螺纹孔中，另一端用来安装螺母。,.,46,3.螺钉螺钉的头部有各种形状。为了明确表示螺钉的特点，所以通常以其头部的形状来命名。4紧定螺钉紧定螺钉的工作面是在末端，所以对于重要的紧定螺钉需要淬火硬化后才能满足要求。,.,47,5螺母与垫圈螺母是和螺栓相配套的标准零件，其外形有：六角形、圆形、方形其厚度有厚的、标准的和扁的，其中以标准的应用最广垫圈最常见的有平垫和弹簧垫两种。平垫主要是为了增加支承面积。弹簧垫主要是用于防止螺母和其它紧固件的自动松脱。所以凡是有振动的地方又未采取其它防松措施时，原则上都应该加装弹簧垫。,.,48,三、螺纹联接的预紧在零件未受工作载荷前需要将螺母拧紧，使组成联接的所有零件都产生一定的弹性变形（螺栓伸长、被联接件压缩），从而可以有效地保证联接的可靠。这样，各零件在承受工作载荷前就受到了力的作用，这种方式就称为预紧，这个预加的作用力就称为预紧力。对于重要的螺栓联接，在装配时需要控制预紧力拧紧力矩为,.,49,四、螺纹联接的防松一般来说，联接螺纹具有一定的自锁性。但是，工作条件地存在冲击、振动、变载荷作用。在这些工况条件下，螺纹副之间的摩擦力会出现瞬时消失或减小的现象；同时在高温或温度变化比较大的场合，材料会发生蠕变和应力松弛，也会使摩擦力减小。在多次的作用下，就会造成联接的逐渐松脱。常用的防松方法有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松。1、摩擦防松1）弹簧垫片防松弹簧垫圈材料为弹簧钢，装配后垫圈被压平，其反弹力能使螺纹间保持压紧力和摩擦力，从而实现防松。,.,50,2）对顶螺母防松利用螺母对顶作用使螺栓式中受到附加的拉力和附加的摩擦力。由于多用一个螺母，并且工作不十分可靠，目前已经和少使用了。3）自锁螺母防松螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。,.,51,2、机械防松1）槽形螺母和开口销防松槽形螺母拧紧后，用开口销穿过螺栓尾部小孔和螺母的槽，也可以用普通螺母拧紧后进行配钻销孔。2）圆螺母和止动动垫片使垫圈内舌嵌入螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后将垫圈外舌之一褶嵌于螺母的一个槽内。,.,52,3、永久防松1）冲边法防松螺母拧紧后在螺纹末端冲点破坏螺纹。2）粘合防松通常采用厌氧胶粘结剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后粘结剂能够自行固化，防松效果良好。9.4螺纹联接的强度计算一、松螺栓联接的强度计算松螺栓联接，螺母、螺栓和被联接件不需要拧紧，在承受工作载荷前，联接螺栓是不受力的，典型的结构起重机吊钩。,.,53,其强度条件为：设计公式为：d1螺纹的小径（mm）许用拉应力（MPa），=材料的屈服极限；S安全系数根据求得d1再从设计手册中查得公称直径d,.,54,二、受横向载荷紧螺栓联接的强度计算1、采用普通螺栓对于普通螺纹联接，强度的计算准则为：预紧力在接合面所产生的摩擦力必须足以阻止被联接件间的相对滑移。则螺栓预紧力F0可以推导出FR为横向载荷F0为预紧力f为摩擦系数m接合面数Z为螺栓个数K为过载系数一般取1.2对于螺栓F0为拉力。同时预紧时对螺栓有转矩T按照第四强度理论,.,55,挤压强度条件为：L