机械设计基础教案7

机械设计基础教案7436228942

使用教材：机械设计基础多媒体CAI教学教材

编者：王春香等

主讲：韩利

联系电话：5951633/p>

总学时：72

第一篇总论

第1章机械设计基础概论

【本章提示】

1、介绍机器、机构、机械、零件、部件等概念，明确本课程的研究对象、研究内容与任务。

2、阐明机械设计的基本要求及通常程序。

3、扼要介绍零件设计的基本知识。

1.1本课程研究的对象、内容与任务

1.1.1基本概念

L机器、机构及机械

机械：机器与机构的总称。

机器：一种能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或者完成能量、物料与信息转换或

者传递的装置。

机构：能传递运动与动力或者改变运动与动力参数、运动形式的机械传动装置

2.机器所具有的特征:

1.它们是人为的实物组合；

2.它们各部分之间具有确定的相对运动；

3.它们用来代替或者减轻人类的劳动去完成有用的机械功或者转换能量。

3.机器的构成:

原动机（动力部分）、工作部分、传动部分与操纵操纵部分。

4.机器的分类（按用途的不一致）:

1.动力机器：实现其他形式的能量与机械能之间的变换（如电动机）。

2.工作机器：做机械功或者搬运物体（如轧钢机）。

3.信息机器：作信息获取或者变换。

5.机构所具有的特征:

1.它们是人为的实物组合；

2.它们各部分之间具有确定的相对运动；

6.机器与机构的关系:

机器是由一个或者若干个机构构成的。

7.零件与部件

零件：机器中不可拆卸的制造单元。（如齿轮）

部件；将完成共同任务的一组协同工作的零件分别装配与制造成的一个组合体。（如滚动轴承）

常用机构：各类机械中普遍使用的机构。（如齿轮机构）

通用零件：在各类机器中都普遍使用的机械零件。（如螺栓）

专用零件：只在某些特定类型的机器中使用的零件。（起重机的吊钩）

1.1.2本课程的内容、性质与任务

1.内容以通常工况条件下的常用机构与通用机械零、部件为研究对象，以它们的工作原理、

运动特征、结构形式与设计、选用与计算方法等为研究内容。

2.性质:重要的技术基础课。

3.任务：

1.培养学生正确的设计思想与制造性思维方法，熟悉与贯彻国家的技术经济政策与法规。

2.熟悉常用机构与通用零件的工作原理、结构特点与应用场合。

3.掌握通用零部件的选用与设计的基本方法，初步具有正确运用各类标准、规范、手册、图

册、CAD及网络信息等工程技术资料，设计简单机械传动装置的能力。

4.适当熟悉机械设计的革新与进展，扩大学生的视野，使所学知识具有的时候代气息。

1.2机械设计的基本要求及通常程序

机械设计是为了实现机器的某些特定功能要求而进行的制造过程，它能够开发制造出新

产品，或者对现有机械局部进行创新改革。概括地说，就是设计人员按照所设计的机械需要

具备的功能，运用设计理论、方法与技能，通过制造性思维与实践活动，把该机械的系统及

其零部件的参数与具体结构用图纸与文字（实物或者电子手段）等技术文件表达出来。

1.2.1机械设计的基本要求

1.使用要求

2.可靠性与安全性要求

3.经济性要求

4.其他要求

1.2.2机械设计的通常程序

1.规划与准备阶段

2.方案设计阶段

3.技术设计阶段

4.试验分析阶段

1.3机械零件设计的基本知识

1.3.1机械零件设计的基本知识

1.美宓：由于某些原因不能在既定的工作条件与使用期限内正常工作；即丧失工作能力或者

达不到设计功能的现象。

2.工作能力：在不发生失效的形式下，零件所能安全工作的限度。

3.机械零件的要紧失效形式:

1、断裂：疲劳断裂、过载断裂；

2、表面失效：疲劳点蚀、胶合、磨损、压溃、腐蚀；

3.过量变形：塑性变形

4.破坏正常工作条件而引起的失效。

1.3.2机械零件的工作能力计算准则.

1、强度：零件抵抗整体断裂、塑性变形与表面失效的能力。

。(0)TW(T)

。：最大计算正应力(MPa),T：最大计算剪应力(MPa)

(。)：许用正应力：(MPa),(t)：许用剪应力(MPa)

2、刚度:零件受载后抵抗弹性变形的能力。

fW(f)

f：零件工作时的广义变形，包含挠度、偏转角、扭转角

(f)：零件工作时的广义许用变形。

3、励瘴性：指做相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。

1)磨损的过程

(1)磨合磨损阶段

(2)稳固磨损阶段

(3)剧烈磨损阶段

2)磨损的类型

磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。

3)耐磨性计算

pW(p)

p：零件工作表面的压强(MPa)

(ph零件工作表面的许用压强(MPa)

pvW(pv)

4、振动稳固性

1.3.3机械零件设计的通常步骤

八选择材料

2、拟定计算简图

3、工作能力计算

4、机构设计

5、绘制工作图并标注必要的技术条件

1.3.4机械零件的标准化

1.4机械零件的强度

1.4.1载荷与应力：

八载荷及其分类.

(1)静载荷：不随时间变化，变化缓慢，变化幅度很小

动载荷：随时间作周期性或者非周期性变化的载荷

(2)名义载荷：根据名义功率与转速计算的；

计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积；

2、应力及其分类

(1)静应力：不随时间变化的或者变化缓慢的应力；

变应力：随时间显著变化的应力；

(2)名义应力：用名义载荷计算出的应力；

计算应力：用计算载荷计算出的应力；

1.4.2许用应力

1.4.3机械零件的静强度

1.4.4机械零件的疲劳强度

1.4.5机械零件的接触强度与挤压强度。

1.5机械零件的材料与选用原则

1.5.1机械零件的材料

1、刚：碳素钢、合金钢

2、铸铁：

3、有色金属合金：

4、其他材料:

1.5.2零件材料先用原则

1、使用要求

2、制造工艺要求

3、经济要求。

第3章平面机构的构成与运动简图

【本章提示】

1.从运动学观点介绍与机构有关的若干基本概念，如构件、运动副、自由度等。

2.说明平面机构的构成、自由度的计算及其意义与机构具有确定运动的条件。

3.阐明如何将具体的机械抽象成简单的运动学模型，即如何绘制机构运动简图。

3.1平面机构的构成

机构的功用:传递运动与动力或者改变运动形式、运动轨迹、实现预期的机械运动。

机构分为平面机构与空间机构。

3.1.1构件

1、构件及其分类：

构件：机构运动的最小单元体

(1)原动件：机构中按外界给定的运动规律独立运动的活动构件

(2)从动件：随原动件的运动而运动的其余活动构件

(3)机架：用来支撑活动构件的固定构件

2、构件的自由度：一个做平面运动的构件有三个自由度

即沿X、Y轴的移动与绕点K的转动。

3.1.2运动副及其分类

1、运动副：两构件直接接触而又能同意彼此产生相对运动的可动联接。

2、运动副的分类

1)低副：以面接触构成的运动副

(1)回转副：两构件只能在同一平面内工作相对的转动

回转副：固定较链：有一个构件是固定的

活动钱链：两个构件均是活动的。

回转副引入了两个约束，保留了一个自由度

(2)移动副：两构件只能沿某一轴线作相对移动

移动副也引入了两个约束，保留了一个自由度

2)高副：以点或者线接触构成的运动副

高副引入了一个约束，保留了两个自由度

3.2平面机构的运动简图

机构运动简图：把与实际机构运动无关系的因素抛开，仅用运动副规定的简单符号与代表

构件的简单线条，按一定比例定出各运动副的位置，画出的表示机构各构件之间相对运动

关系的简单图形。

3.2.1构件与运动副的表示方法

3.2.2平面机构运动简图的绘制

3.3平面机构的自由度

3.3.1平面机构自由度的计算

机构的自由度：机构相关于机架具有的独立运动数目

N：构件数n：活动构件数n=N-l

PL：低副PH：高副F：机构的自由度

F=3n一2PL一PH

机构的自由度取决于活动构件的数目与构件间运动副的类型与数目。

3.3.2机构具有确定运动的条件

F=0没有运动的可能性而不是机构

F=3n-2P-P=3X2-2X3-0=0

F=1且有一个原动件，机构具有确定的运动

F=3n-2P-P=3X3-2X4-0=1

F=2有一个原动件，机构无确定的运动

F=2有两个原动件，机构有确定的运动

F=3n-2P-P=3X4-2X5-0=2

机构具有确定运动的条件,(1)F>0(2)F等于原动件个数

自由度的计算的意义在于自由度数目就标志着机构需要的原动件的数目，即输入独立运动

的数目，当F小于原动件个数时，机构就会卡死或者损坏，当F大于原动件个数时，机构

将会出现运动不确定状态，只有当F等于原动件个数时，机构的运动才完全确定。

3.3.3计算机构自由度的注意事项

1、复合较链：两个以上的构件在同一处用回转副相联接；

处理：A处有K个构件，则有(K-1)个回转副

2、局部自由度：机构中某些构件的局部独立运动并不影响其他构件的运动。

处理：将局部自由度预先排除

3、虚约束：对机构运动不起实际约束效果的重复约束

处理：虚约束须除去不计

第二篇常用机构

第4章平面连杆机构

【本章提示】

1.通过钱链四杆机构，系统介绍平面四杆机构的基本类型及其判别法、应用与基本特性。

2.讨论钱链四杆机构有曲柄的条件、演化方法、演化类型及其应用。

3.说明平面四杆机构的运动设计方法。

4.1概述

平面连杆机构:所有构件都用低副联接构成的平面机构。

1.平面连杆机构的优点:

1）低副---面接触----压强小----磨损轻----圆柱面、平面----制造简单----加工精度高。

2）易于实现基本运动形式之间的转换。

3）可使从动件实现多种形式的运动。

2.平面连杆机构的缺点:

1）运动传递线路长，低副磨损后间隙不易消除，运动累计误差较大。

2）不宜要求从动件精确实现复杂的运动规律。

3.平面四杆机构:具有4个构件的连杆机构。

4.2较链四杆机构类型及应用

钱链四杆机构:四杆机构的运动副都是回转副

机架:固定不动的杆。

连杆:不与机架直接相联而作复杂平面运动的杆。

连架杆:与机架直接相联的杆。

曲柄：能够绕各自的回转副中心作整圆回转运动的连架杆。

整轴副:相邻两杆能作相对整周回转的回转副。

摇杆:只能在小于360°范围内摆动的连架杆。

根据两个连架杆是否为曲柄可将其分为三种型式：

4.2.1曲柄摇杆机构

两连架杆：一个是曲柄，另一个是摇杆

连续转动一一往复摆动

4.2.2双曲柄机构

两连架杆都是曲柄

两曲柄不等长：等速转动一＞变速转动

4.2.3双摇杆机构

两连架杆都是摇杆

摆动一-►摆动

4.3链接四杆机构曲柄存在条件

八曲柄存在条件

欲使AB杆---••曲柄

务必使BC杆与CD杆不能重合为一直线一-►即B、C、D三点不能共线一--BCD始终保持

为一个三角形。

三角形存在的条件：两边之与大于第三边。

钱链四杆机构有曲柄的条件:

杆长条件：最短杆与最长杆长度之与不大于其他两杆长度之与。

最短杆条件：最短杆是连架杆或者机架。

2、钱链四杆机构类型的判定

1)在满足杆长条件时

(1)最短杆为机架是双曲柄机构

(2)最短杆的对杆为机架式双摇杆机构

(3)最短杆的邻杆为机架式曲柄摇杆机构

2)不满足杆长条件时，不论取哪一杆为机架，只能得到双摇杆机构

4.4钱链四杆机构的演化

4.3.1转动副转化为移动副

单移动副机构一一对心式曲柄滑块机构、偏置式曲柄滑块机构

两个移动副的四杆机构：

正弦机构：

正切机构：

双转块机构：

双滑块机构：

4.3.2扩大的转动副一一偏心轮机构

4.3.3选取不一致的构件为机架

1、曲柄摇杆机构

2、对心曲柄滑块机构

(1)导杆机构---取1为机架

转动导杆机构

摆动导杆机构

(2)摇块机构---取2为机架

(3)定块机构---取3为机架

4.5平面四杆机构的基本特征

4.5.1急回运动

1、极位夹角：摇杆在两个极限位置，曲柄两位置所夹的锐角

摆角：摇杆在两个极限位置间的夹角

2、急回运动与行程速比系数

急回运动：曲柄作等速转动，摇杆作变速摆动。

行程速比系数：K=V2/V1

0越大，K也越大，急回特性越明显。

4.5.2传力性能

1、压力角与传动角

压力角：该点力的方向与其作用点的速度方向所夹的锐角。

压力角越小，有效分力就越大，机构传力性能越好。

传动角：压力角的余角，传动角越大，机构传力性能越好。

2、最小传动角的确定

最小传动角：一定出现在曲柄与机架共线的两位置之一

4.5.3死点

在曲柄摇杆机构中，取摇杆为原动件，在连杆与曲柄共线的两位置将出现传动角丫=0°,

力的作用线通过回转中心，不管力多大，都不能使曲柄传动。

4.6平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计：根据给定的运动条件选定机构的型式，确定机构的运动尺寸。

解决问题

(1)实现预期的运动规律

(2)实现预定的轨迹

设计方法:图解法、解析法、实验法。

4.6.1图解法设计四杆机构

1、按照给定连杆的位置设计四杆机构

2、按照给定的行程速比系数设计四杆机构

1)导杆机构：

2)曲柄摇杆机构

4.6.2解析法设计平面四杆机构

首先建立方程式，然后根据已知参数对方程求解。

4.6.3实验法设计四杆机构

利用各类模型、模板、线图等，通过反复实验凑出能近似满足要求的机构的设计方法。

第6章齿轮机构

【本章提示】

i.概述齿轮机构类型、特点与传动的基本要求。

2.探讨齿廓啮合基本定律、渐开线齿廓的形成原理、性质与传动特点。

3.通过直齿圆柱齿轮机构阐明齿轮啮合的基本规律、传动参数、几何尺寸计算与切齿原理等,

在此基础上研究斜齿圆柱齿轮机构、圆锥齿轮机构与蜗杆机构。

6.1概述

传动原理:靠一对齿轮的轮齿相互啮合来传递空间任意两轴之间的运动与动力。

6.1.1齿轮机构的传动特点

优点：传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定的

瞬时传动比。

缺点：制造与安装精度要求高、成本高、不宜用于两轴之间距离较大的传动。

6.1.2齿轮机构的类型

按照一对齿轮轴线间的相互位置、齿向与啮合情况，能够分为：

1.平面齿轮机构（两轴线平行）；

1）轴线平行：直齿圆柱齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿圆柱齿轮机构

2）两齿轮啮合情况：外啮合齿轮机构、内啮合齿轮机构、齿轮与齿条机构

2.空间齿轮机构（两轴线不平行）；

1）相交轴圆锥齿轮机构：直齿、斜齿

2）交错轴齿轮机构：交错轴斜齿轮机构、蜗杆机构

3.按轮齿的齿廓曲线形状：渐开线、摆线、圆弧齿轮。

6.1.3对齿轮机构传动的基本要求

1、传动准确、平稳

2、强度高，承载能力强

6.2齿廓啮合基本定律

6.2.1一对齿轮的传动比

传动比：主动轮1与从动轮2的角速度之比，即il2=31/32

6.2.2齿廓啮合基本定律

齿廓啮合基本定律：相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线0Q2

被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比

节圆：过节点所作的圆。

中心距：两齿轮节圆半径之与。

6.2.3共胡齿廓

凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对齿轮的齿廓。

渐开线、摆线、圆弧线

6.3渐开线齿廓

6.3.1渐开线的形成与特性

1、渐开线的形成

当一直线1沿半径是rb的圆周作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹AK称之该圆的渐开线。

半径为Fh的圆称之基圆；

直线1则称之渐开线的发生线；

渐开线齿轮的齿廓就是由在同一基圆上产生的两条对称的渐开线构成。

2、渐开线齿廓的特性

1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的弧长；

2）渐开线上各点的法线必与基圆相切，基圆的切线必为渐开线某点的法线；

3）渐开线上各点的压力角的大小不一致，离基圆越远，压力角越大；

4）渐开线的形状取决于基圆的大小

5）基圆以内无渐开线

6.3.2渐开线齿廓的啮合特点

1、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律，能够实现定传动比要求

两基圆的内公切线一一法线一一不发生变化一一有固定的点一一节点C

2、中心距具有可分性

一对渐开线齿轮制成后，其基圆便已确定.

中心距的可分性：中心距稍有变化，不改变其瞬时传动比的大小

3、传递压力的方向不变

1）啮合线是一直线

啮合线：两齿廓接触点在固定平面的轨迹

直线N,N2一一啮合线一一两圆的内公切线一一法线为同一直线

W、N,是理论上的两个极限啮合点

2）啮合角与传力方向不变

啮合角：啮合线N|N2与过节点的两轮节圆公切线tt之间所夹的锐角

啮合过程中一一啮合角将始终保持不变一一压力方向不变

四线合一：啮合线、过啮合点的公法线、基圆的内公切线、法向压力的作用线。

6.4渐开线标准齿轮的要紧参数与基本尺寸计算

6.4.1齿轮各部分的名称及代号

1、齿顶圆与齿根圆

齿顶圆：轮齿齿顶圆柱面所确定的圆。

齿根圆：轮齿齿槽底部圆柱面所确定的圆。

2、齿厚、齿槽宽与齿距

齿厚：齿轮任意圆周dK上一个轮齿的两侧齿廓间的弧长。

齿槽宽：齿轮任意圆周dK上一个齿槽的弧长。

齿距：在端平面上，任意圆周上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长。

在齿轮的同一圆周上，齿距等于齿厚与齿槽宽之与。

3、分度圆与基圆

分度圆：为了便于设计、制造与互换使用，在齿轮的顶圆与根圆之间取一度量齿轮尺寸的基

准圆，将此基准圆上的PK/口值规定为标准值，压力角aK也取为标准值，该圆则称之分度圆。

4、齿顶高、齿根高、全齿高

齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离。

齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离。

全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。

5、齿宽与齿面

齿宽：齿轮轮齿轴向宽度。

齿面：位于齿顶曲面与齿根曲面间的轮齿侧表面。

6.4.2齿轮的要紧参数

1、模数

模数：分度圆齿距与n的比值

分度圆直径：d=mZ

M越大，p也越大，承载能力越强。

m已经标准化表6-1,优先选用第一系列，括号内的尽量不用。

2、压力角

分度圆上齿廓的压力角为标准值

渐开线的形状由模数、压力角与齿数决定，最基本的参数。

3、齿顶高系数与顶隙系数

标准齿轮：模数、压力角、齿顶高系数与顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽

宽的齿轮。

6.4.3渐开线标准直齿轮的基本尺寸计算

1、外齿轮的几何尺寸计算（表6—2）

2、公法线长度与分度圆弦齿厚（自学）

6.5渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动

6.5.1一对齿轮的正确啮合条件

当前一对齿轮啮合分离后,后续的齿对已接替进入啮合。

相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离应相等

两轮的法向齿轮相等是一对齿轮相啮合的正确条件

mi=m2=mai=a2=a

ii2=Z2/Zi

6.5.2一对齿轮的标准中心距

标准安装：分度圆与节圆重合，保证无侧隙安装。

分度圆与压力角，单个齿轮所具有的参数。

节圆与啮合角：对齿轮副而言，安装以后才具有的参数，与安装中心距有关。

6.5.3一对齿轮的连续传动条件

轮1为主动，轮2为从动

啮合的始点A：从动轮的齿顶圆与啮合线的交点A；

啮合的终点E：主动轮的齿顶圆与啮合线的交点E

AE是一对齿廓啮合点的实际轨迹，即实际啮合线段。

连续传动的条件：AE2Pb

重合度：实际啮合线与基圆齿距的比值。

重合度越大，参与啮合的齿对数就越多，传动就越平稳，每对轮齿承受的载荷就越小。

6.6渐开线齿廓的切齿原理

6.6.1仿形法

仿形法是利用与齿轮齿槽形状相同的铳刀（盘形与指状），通过普通铳床直接在轮坯上加工出

渐开线齿形。

1、切削运动：铳刀绕自己的轴线。。回转，同时，轮坯沿其轴线方向送进，以便切出整个齿

宽；

2、分度运动：铳完一个齿槽之后，轮坯退回原处，分度头将它转过360°/Z的角度，再铳第

二个齿槽。

特点：成本低，加工简便

精度低，生产效率低，适用于单件小批量生产

6.6.2范成法

范成法：利用一对齿轮相啮合时，其共甄齿廓互为包络线的原理来切出渐开线齿形。

1、齿轮插刀：

1）范成运动：模仿一对齿轮做缓慢的定传动比回转运动

2）切削运动：插刀沿齿宽方向所做的往复运动

3）进给运动：插刀的径向进给运动

2、齿条插刀

3、齿轮滚刀

6.7渐开线齿廓的根切现象，最少齿数与变位齿轮

6.7.1根切现象与最少齿数

1、根切现象：用范成法加工齿数较少的标准齿轮时，当刀具的齿顶线（或者齿顶圆）超过啮

合极限点Ni时，将会切去轮齿根部的一部分渐开线齿廓，这一现象成为轮齿的个别切。

问题:抗载能力降低,传动平稳性变差

2、最少齿数：加工标准齿轮时不发生根切的齿数极限值

条件:Zmi„^17

6.7.2变位齿轮简介

1、标准齿轮的优缺点

优点：设计简便，互换性好

缺点：1）被切齿轮的齿数受限，否则出现根切

2）不适合实际中心距W标准中心距

3）大小齿轮的承载能力不一致

2、变位齿轮：通过改变刀具与齿坯相对位置后切制出来的齿轮.

xm：变位量。由切削标准齿轮的位置移动的距离

x：变位系数

变位后的齿轮，在分度圆上齿厚与齿槽宽不等

x>0正变位正变位齿轮

x<0负变位负变位齿轮

变位齿轮的特点：

1）变位齿轮的模数与压力角不变，定传动比的性质不变

2）齿厚、齿槽宽、齿顶圆、齿根圆、齿根高都发生变位

6.8平行轴斜齿圆柱齿轮机构

端面:垂直于其轴线的平面

直齿轮渐开面的形成:发生平面S在基圆柱上作纯滚动，平面S上与母线平行的直线KK在

空间形成的渐开面。

直齿轮传动的缺点:平稳性较差，易产生振动与冲击

6.8.1斜齿圆柱齿轮齿面的形成及特点

斜齿轮渐开面的形成：发生平面S在基圆柱上作纯滚动，平面S上与母线不平行的斜直线KK

在空间的轨迹形成的渐开面。

基圆柱螺旋角：KK与其圆柱母线所夹的锐角

特点：传动平稳，振动噪声小，适合高速承载传动

6.8.2斜齿圆柱齿轮的基本参数与尺寸

1、基本参数：

1）螺旋角：分度圆柱面上的螺旋角

斜齿轮按轮齿倾斜方向：分为左旋、右旋

2）齿距与模数

3）压力角：

4）齿顶高系数与顶隙系数

国标规定：法面参数为标准值

2、几何尺寸计算

一对斜齿轮的啮合从端面来看，相当于一对直齿轮的啮合；

斜齿轮的中心距与螺旋角8有关

6.8.3斜齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件与重合度

1、正确啮合条件：mni=mn2=ma„i=an2=a3i=-32

2、重合度

直齿：e

斜齿：£=£,+£R

端面重合度£t

轴向重合度eB

特点：重合度增大，且随齿宽b与轮齿的倾斜程度的增大而增大。

运转平稳，承载能力高，产生轴向力。

6.8.4斜齿圆柱齿轮的当量齿轮与当量齿数

以P为分度圆半径，以斜齿轮的法向模数*为模数，取压力角a为标准压力角作一假想的直

齿圆柱齿轮，则其齿形与斜齿轮的法面齿形相近，此直齿轮称斜齿轮的当量齿轮。

斜齿轮的最少不根切齿数：17cos3B

6.9圆锥齿轮机构

6.9.1概述：

圆锥齿轮用于传递两相交轴间的运动与动力。

两轴间的交角2=90°

圆锥齿轮的轮齿均布在一个截锥体上，由大端到小端逐步变小。

单个圆锥齿轮：基圆锥，分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥。

相互啮合的一对圆锥齿轮机构有节圆锥

圆锥齿轮传动，一对锥顶重合的节圆锥在作纯滚动

理论齿廓应是球面渐开线。

6.9.2直齿圆锥齿轮齿面的形成原理

一个圆心与基圆锥锥顶O相切的圆平面(发生面)S沿基圆锥作纯滚动时，S上任一条与基

圆锥母线OA相切的径向直线OK上的点K在空间展出一条以锥距R为半径的球面渐开线

AK,该曲面能满足定传动比要求。

6.9.3直齿圆锥齿轮的背锥与当量齿数

1、背锥

便于研究，取背锥代替圆锥

2、当量齿轮与当量齿数

将背锥展开成平面，则成为两个扇形齿轮，将它们补足为完整的圆锥齿轮，此圆锥齿轮称之

原齿轮的当量齿轮，此齿轮的齿数称之当量定数。

(1)正确啮合条件：大端模数与压力角分别相等，且锥距也分别相等。

(2)一对直齿圆锥齿轮机构的传动比：

(3)直齿圆锥齿轮不根切的最少齿数：

6.9.4直齿圆锥齿轮的基本参数与几何尺寸计算

1、基本参数

大端模数，压力角为标准值；大端齿顶高系数与顶隙系数分别为1与0.2

2、几何尺寸计算

£=90°且节圆锥与分度圆锥重合。

不等顶隙收缩齿圆锥齿轮，齿顶圆锥、齿根圆锥、分度圆锥锥顶

等顶隙收缩齿圆锥齿轮，齿根圆锥与分度圆锥共锥顶，但齿顶圆锥并不与分度圆锥共锥顶。

6.10蜗杆机构

6.10.1蜗杆蜗轮的形成

蜗杆机构用于实现两交错轴间的传动，通常两轴交错角Z=90°。

蜗杆与蜗轮的形成：

在蜗杆传动中，常以蜗杆为原动件作减速运动。

蜗杆轮齿的旋向有左旋与右旋之分，常用的是右旋蜗杆。

6.10.2蜗杆机构的类型

1、根据蜗杆的外形

圆柱蜗杆机构：制造简单，应用广泛；

环面蜗杆机构：润滑状态好，效率较高；

锥蜗杆机构：啮合性能好，承载能力大，效率高。

2、圆柱蜗杆机构的分类

普通圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆

3、普通圆柱蜗杆

阿基米德蜗杆渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆与锥面包络蜗杆。

6.10.3圆柱蜗杆机构的要紧参数

中间平面：垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面

在中间平面,蜗杆与蜗轮的啮合等同于渐开线齿轮与齿条的啮合

在蜗杆传动中,以中间平面上的基本参数与尺寸计算为基准

1、模数与压力角

正确啮合条件

2、蜗杆分度圆直径与蜗杆直径系数

3、传动比i,蜗杆头数z,蜗轮齿数

4、蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角入

5、中心距

6.10.4圆柱蜗杆机构的几何尺寸计算

6.10.5蜗杆机构的特点

1、传动比大，零件数目少，结构紧凑；

2、传动平稳，啮合的齿对数多，噪声低；

3、具有自锁性，蜗杆为原动件，机构自锁；

4、传动效率低，摩擦大；

5、制造成本高；

第三篇联接与螺旋传动

第8章联接

【本章提示】

1.全面介绍螺纹联接的类型、结构、性能、使用场合与设计计算。

2.概述键、花键、销联接的结构、特点、选择，及其强度计算。

联接:动联接：钱链

静联接：焊接

静联接可拆联接：不需损坏联接中的任一零件；如螺纹联接、键联接、销联接等。

不可拆联接：不损坏联接中的谋一部分就不能拆开的联接；如焊接、钾接、胶接等。

8.1螺纹

8.1.1螺纹的类型与应用

将一倾斜角为x的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。

使一平面图形（如三角形、矩形）沿着螺旋线运动，运动过程中此图形始终通过圆柱体的轴

线，因此便形成螺纹。

按照平面图形的形状：

三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹

按照螺旋线的旋向：

左旋螺纹、右旋螺纹

按照螺旋线的数目：

单线螺纹、等距排列的多线螺纹

按照螺纹加工的位置

外螺纹、内螺纹

按照螺纹的作用：

联接螺纹、传力螺纹

按照螺纹的母体形状

圆柱螺纹、管螺纹

8.1.2螺纹的要紧参数

1、大径d：与外螺纹牙顶（内螺纹牙底）相重合的假想圆柱面的直径，即公称直径

2、小径di：与外螺纹牙底（内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱面的直径，强度计算中用作危险

截面直径的计算直径。

3、中径d2：外、内螺纹的牙厚与牙间相等的圆柱直径

4、螺距P：螺纹相邻两牙对应点间的轴向距离

5、导程S：同一螺旋线上相邻两牙对应点间的轴向距离

S=nPn：螺纹线数

6、螺纹升角入：在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。

7、牙型角a：螺纹轴向截面中，螺纹牙型两侧边间的夹角；

牙侧角B：螺纹牙型的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角

8.2螺旋副的受力分析、自锁与效率

8.2.1矩形螺纹

受力：滑块沿斜面运动

上升

轴向力Q——外力水平力F一—驱动力滑块沿斜面等速上升

F=Qtan（入+p）

下降

F=Qtan（X—p）

说明：

当入〉P,在力Q的作用下，滑块有加速下滑的趋势，为使滑块等速下滑，务必施加一个

向右（反方向）的水平力F。

当入VP时，F为负，为使滑块匀速下滑，务必在滑块上施加一个向左的水平力F,如今F

是驱动力

说明：Q不管多大，如不施加驱动力E滑块不可能下滑-->自锁

8.2.2非矩形螺纹

自锁条件：入WP'

螺旋副的效率：

当人不变，B越大，效率越低。

矩形螺纹效率最高，其次锯齿形螺纹、梯形螺纹，三角形螺纹效率最低。

8.3机械制造常用螺纹

机械制造常用的三角形螺纹、梯形螺纹与锯齿形螺纹在我国均已标准化。

8.3.1三角形螺纹一一用于联接

1.三角形螺纹

1）普通螺纹一一紧固

粗牙螺纹：螺距最大

细牙螺纹：其余螺距，

2）管螺纹一一有密封要求

非螺纹密封的管螺纹

螺纹密封的管螺纹

米制锥管纹

8.3.2梯形螺纹与锯齿形螺纹

摩擦小、效率高一一用于传动

梯形螺纹一一对称牙型一一锥面贴紧一一不易松动一一工艺性好一一牙根强度高一一对中性

好

锯齿形螺纹一一外对称一一便于对中一一只能用于单向受力

8.4螺纹联接的基本类型与标准联接件

8.4.1螺纹联接的基本类型

1、螺栓联接

2、双头螺柱联接

3、螺钉联接

4、紧钉螺钉联接

8.4.2标准螺纹联接件

1、螺栓

2、双头螺柱

3,螺钉

4、紧钉螺钉

5、螺母

6、垫圈

8.5螺纹联接的预紧与防松

8.5.1螺纹联接的预紧

预紧力：联接在承受工作载荷之前，预先受到一个轴向力的作用。

目的：增强联接的可靠性与紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或者相对滑动，同时

可提高联接强度

预紧应力的大小:80%os

方法：测力距扳手，定力矩扳手

8.5.2螺纹联接的防松

通常情况下，可满足自锁、防松的目的是在冲击、振动、交变载荷、高温等情况下出现松动。

防松的根本目的在于防止螺旋副相对运动

8.6螺纹联接的强度计算

螺栓的要紧失效形式:

a）螺栓杆被拉断

b）螺栓杆被剪断或者螺栓杆与被联接件外壁被压溃

c）经常拆卸时，因磨损而发生滑扣现象

螺纹牙的计算是根据等强度原则；

螺纹联接的计算要紧是根据螺栓的强度确定螺栓危险截面的尺寸，即螺纹小径山，然后从标

准中确定d及螺距P。

8.6.1松螺栓联接

装配时，螺母不需要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力

8.6.2紧螺栓联接

1、仅承受预紧力的紧螺栓联接

装配时，螺母需要拧紧，螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态。

根据第四强度理论：

2、承受横向载荷的紧螺栓联接

用普通螺栓联接承受横向载荷时，由于预紧力的作用，将在接合面间产生摩擦力以抵抗工作

载荷。

即：摩擦力＞工作载荷

可用各类剪载零件来承受横向工作载荷，包含销、剪载套、键等。

用钱制孔螺栓承受横向载荷；

3、承受预紧力与工作拉力的紧螺栓联接

情况1:螺母与被联接件接触，但螺栓与被联接件均未受力，二者都没有发生变形

情况2：螺母拧紧，受预紧力作用；

螺栓受预紧力Qo——产生伸长量3bo

被联接件受Qo——产生压缩量8co

情况3：承受工作载荷后

螺栓受力由Qo增加到Q,螺栓进一步拉伸，则总拉伸量为6b0+A6

被联接件由Q。减小到Qr，压缩量减少为6“一46

螺栓与被联接件这种变形可用线图表示：

对Qr的要求：

8.7螺栓联接件的下料与许用应力

材料：Q215、Q235、10、35、45钢等；

许用应力：表8—6

8.8提高螺纹联接强度的措施

螺栓的破坏一一螺栓杆部分一一疲劳断裂一一截面小，应力集中处

8.8.1降低螺栓总拉力的变化范围

总拉力在Qo----(Q()+△Q)之间变化

则减小螺栓的刚度kb或者增大被联接件的刚度kc,可降低总拉力的变化范围。

采取：腰状杆螺栓、空心螺栓

金属垫片、。型密封元件

8.8.2改善螺纹牙上的载荷分布

螺栓受拉而螺距增大，螺母受压而螺距变小，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布不均匀。

大部分载荷集中在前几圈，八圈以后几乎不承受载荷

加厚螺母不能提高螺纹联接强度

使用悬置螺母

8.8.3减小应力集中的影响

8.8.4避免或者减小附加弯曲应力

8.9键联接与花键联接

8.9.1键连接的分类、结构与应用

键是一种标准件，用于实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩，有些键还能实现轴向固定

或者轴向滑动的导向。

键联接：平键联接、半圆键联接、锲轴联接，切向键联接

1、平键联接

键的两侧面为工作面，工作时靠键与键槽侧面的相互挤压来传递转矩。

特点：结构简单、拆装方便、定心性好。

平键分为：普通平键、导向平键

普通平键：静联接A型（两圆头）

B型（平头）

C型（单圆头）

A：键在键槽中固定良好，应力集中大

B：应力集中小，键的尺寸较大

C：用于轴端

导向平键：动联接，需固定，并没有起键螺孔。

2、半圆键

以两侧面为工作面

具有良好的定心性，绕其几何中心摆动，装配方便

键槽较深，对轴的强度削弱大

3、锲键联接

工作面：上下表面

键的上表面与轮毂键槽的底部有1：100的斜度

工作时要紧靠键的上表面与轮毂间的摩擦力来传递，能承受单向的轴向力。

轴与轮毂轴线间会产生偏心与偏移

使用于定心要求不高，传递与载荷平稳的场合。

4,切向键联接

切向键由一对斜度为1：100的锲键构成

键的窄面为工作面

工作时，靠工作上的挤压力与键与轮毂间的摩擦力来传递转矩

一个切向键：单向传递转矩

两个切向键：双向传递转矩

8.9.2平键联接的选择计算

1、平键尺寸的计算

键的截面尺寸：按轴的直径d从有关标准中选取

键的长度：普通平键：键的长度等于或者略小于轮毂的长度

导向平键：按轮毂长度及滑动距离而定

注：键长应符合标准规定的长度系列

2、平键联接的强度校核

要紧失效形式：工作面得压溃，过载剪断

设计标准：工作面上的挤压应力

导向平键：失效形式：工作平面的过度磨损

设计标准：工作面上的压力

8.9.3花键联接：轴与轮毂孔向均布的多个键齿构成的联接。

工作面：齿的侧面

特点：承载能力高，受力均匀，对轴与轮毂的强度削弱小，对中性与导向性好。

适用：定心精度高，载荷大，经常滑移的联接

类型：

矩形花键：常用

渐开线花键：承载能力高

三角形花键：使用于薄壁零件

8.10销联接

用途：固定零件间的相对位置，传递不大的载荷，安全过载装置

类型：

圆柱销：过盈配合，多次装拆合，其定位精度与可靠性下降

圆锥销：1：50的锥度安装方便，定位精度高，可多次装拆

端部带有螺纹的圆锥销：适用于盲孔或者拆卸困难的场合。

开尾圆锥销：适用于有冲击、振动的场合。

开有纵向沟槽的圆锥销：弹性变形、不易松脱、因而能承受振动与变载荷。

材料：35钢、45钢

第四篇机械传动

第10章齿轮传动

【本章提示】

1.阐述齿轮传动的特点及类型。

2.通过分析齿轮传动的工作条件与失效形式，制定设计准则，说明齿轮的材料及热处理方式。

3.重点论述渐开线直齿圆柱齿轮传动的受力分析与承载能力计算，以此为基础，讨论斜齿圆

柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、蜗杆传动的承载能力计算。

4.介绍齿轮传动、蜗杆传动的效率与润滑与蜗杆传动的热平衡计算。

5.列举了齿轮、蜗杆与蜗轮的常用结构型式。

10.1齿轮传动的特点及类型

10.1.1特点：

效率高：最高达99.95%

结构紧凑：在同样的使用条件下，所需的空间尺寸小

工作可靠：齿与齿的啮合传动

寿命长：长达一、二十年

传动比稳固：i=Z2/Z]

制造、安装精度高，价格较贵，不适合传动距离过大的场合。

10.1.2类型

1、按照工作条件，闭式齿轮传动，开式齿轮传动

2、按照传递的速度：低速、高速

3、按照承载的大小：轻载、重载

4、按照齿轮的材料及热处理工艺：软齿面硬齿面

10.1.3对齿轮传动的基本要求

1、传动精确平稳（第六章）

2、足够的承载能力（本章重点讲解）

10.2齿轮的失效形式及设计准则

10.2.1齿轮的失效形式一一要紧指轮齿

1、轮齿折断

弯曲疲劳折断：齿根处的弯曲应力最大，交变应力、应力集中；先裂纹、后折断。

过载折断：轮齿在短时过载。

局部折断：不准确的安装，制造，轴的变形。

增大齿根处圆角半径，合理的热处理，合理的选择材料及使用变位齿轮。

2、齿面点蚀

长期交应变力一一疲劳裂纹一一扩展一一麻点状小而浅的坑一一点蚀

靠近节线处啮合，相对滑动速度低，油膜不易形成，点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。

闭式齿轮传动的要紧失效形式；

提高齿面的硬度，降低表面的粗糙度，增大综合曲率半径，增大润滑油的粘度。

3、齿面胶合

压力大一一温度高一一润滑油被挤出一一两齿面直接接触，相互粘连一一较软的齿面形成沟

纹一一胶合

提高齿面的硬度，降低表面的粗糙度，合理选用材料，合理选用润滑油。

4、齿面磨损

杂质的进入

开式齿轮传动的要紧失效形式

5、齿面塑性变形

过大的应力作用

10.2.2设计准则

闭式软齿面齿轮传动一一点蚀一一按照齿面接触疲劳强度设计一一验算轮齿的弯曲疲劳强度

闭式硬齿面齿轮传动一一轮齿折断一一按照齿根的弯曲疲劳强度设计一一验算齿面的接触疲

劳强度

开式齿轮传动一一磨损与轮齿折断一一按照轮齿的弯曲疲劳强度设计一一同时降低许用应力

10.3齿轮的材料、热处理及传动精度

10.3.1齿轮常用的材料

要求：较高的抗点蚀，抗磨损、抗胶合、抗塑性变形、抗折断的能力

齿面要硬，齿芯要韧

常用的材料：碳素结构钢，合金结构钢，铸钢，铸块、塑料、尼龙

10.3.2齿轮的热处理

软齿面（齿面硬度W350HBS）调质与正火

硬齿面（齿面硬度>350HBS）表面淬火、表面渗碳淬火、渗氮淬火。

1、软齿面齿轮的热处理方法一一调质与正火

加热后，空冷或者油冷慢慢降温

小齿轮的齿面硬度>大齿轮的齿面硬度，寿命相近

2、硬齿面齿轮的热处理方法一一淬火

10.3.3齿轮传动的精度

齿轮公差分为：传递运动的准确性、传动的平稳性、齿面上载荷分布的均匀性

齿厚极限偏差、等级

10.4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷

10.4.1直齿圆柱齿轮受力分析

受力分析一一分度圆上啮合一一忽略摩擦力一一集中力一一作用在齿宽中点一一沿啮合线

法向力Fn分解为圆周力Ft与径向力Fr

大小：

方向：

Ft：主动轮与运动方向相反，从动轮与运动方向相同

Fr：分别指向各自轮心

10.4.2计算载荷

载荷沿齿宽分布不均匀，附加动载荷一一引入载荷系数K

10.5直齿圆柱齿轮传动承载能力计算

10.5.1直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算

1、齿面接触疲劳强度计算

线接触一一受载后一一弹性变形一一面接触

齿面接触应力一一参照弹性力学中的赫兹公式

2、影响齿面接触强度的参数与尺寸

1）系数335只适合钢对钢

如钢对铸铁335-->285

铸铁对铸铁335-->250

2）从公式中分析得出：0Hl=OH2

但当两齿轮的材料及热处理不一致时，1。Hl）#（OH2）

设计时按较小值代入计算

3）降低。H与增大（。鬲可提高齿面接触疲劳强度；

增大齿宽b或者中心距a可降低。H,

b过大，造成载荷分布不均匀，因此提高a可行

结论：改变齿轮的几何参数或者提高齿面的硬度可提高齿面接触疲劳强度；

10.5.2值齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲疲劳强度计算

1、齿根弯曲疲劳强度计算

假设：

1）将齿轮视为悬壁梁；

2）全部载荷仅由一对轮齿承担

3）集中力作用于齿顶

危险截面的确定：

30°切线法：作与轮齿对称中心线成30°夹角并与齿根过渡曲线相切的直线，认为两切点的

连线是危险截面的位置。

法向力Fn分解为：

Fi：使齿根产生弯曲应力

F2：产生压应力，忽略

2、影响齿根弯曲强度的参数与尺寸

1）通常情况F，Z1WZ?,YFIWYF2，。FlW。F2；

2）YJ的比值不一致设计时代入较大值；

3）提高轮齿齿根弯曲疲劳强度的措施：提高m、b、乙，但提高m效果显著

4）开式齿轮传动,（0.7—0.8）（oj

10.5.3齿轮的许用应力

（。H）=0Hlim/SH（0F）=0Flim/Sp

。Hlim：图10—6;OFlim：图10—7

长期双侧工作，取0.7的系数。

SH、SF：表10—5

10.6直齿圆柱齿轮传动的设计

1、齿数比U与齿数Zi

齿数比u其值恒大于1,而传动比i其值可大于1,也可小于1

当i>l时u=i当i<lu=l/i

通常：u<8降低小齿轮的啮合次数

当iW4.5时，i同意有±2.5%的误差

1>4.5时，i同意有±4%的误差

闭式---软齿面---接触疲劳强度----设计

a一定，降低m,增大Z”增大重合度，提高传动的平稳性，减小齿顶圆直径与毛坯直径，

降低成本。Z,=20——40

闭式---硬齿面---弯曲疲劳强度----设计

Z,=17——20

2、模数

传递动力的齿轮传动，模数m不宜过小；按弯曲疲劳强度设计的m务必取标准值。

经验公式：闭式齿轮传动(0.007—0.02)a

开式齿轮传动m^O.02a

3、齿宽系数：

轮齿越宽，承载能力也越高，但齿宽过大，载荷分布不均匀，造成偏载。

闭式齿轮传动:巾a=0.3—0.6,常用/a=0.4(0.35)

开式齿轮传动：h=0.1—0.3

10.7斜齿圆柱齿轮传动

10.7.1斜齿圆柱齿轮传动的受力分析

忽略齿面间的摩擦力

大小：

方向：

10.7.2斜齿圆柱齿轮传动的强度计算

作用力一一法向平面内一一当量直齿轮一一用直齿轮的方法计算一一重合度大，曲率半径大

——比直齿轮承载能力大

1、齿面接触疲劳强度计算

一对钢制标准斜齿轮传动的齿面接触疲劳强度条件；

说明：1)钢对铸铁：260；铸铁对铸铁：228

2)a圆整为。或者5

3)m的确定

4)B的确定

2、齿根弯曲疲劳强度计算

说明：YF按当量齿数查表10-4

10.8直齿圆锥轮传动

10.8.1直齿圆锥齿轮传动的受力分析

将轮齿上的分布力简化为作用于齿宽中点集中载荷。

大小：

方向：

10.8.2直齿圆锥齿轮传动的强度计算

1、齿面接触疲劳强度计算

按齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮传动来计算；

说明：

1)求出锥距R后，选择Zi、Z2

2)确定大端模数

3)弧=0.25—0.3

4)钢对铸铁285,铸铁对铸铁250；

2、齿根弯曲疲劳强度计算

说明：

1)YF按当量齿数查表10-4按

2)mm与m的关系

10.9齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑与效率

10.9.1齿轮的结构

1、齿轮轴：将齿轮与轴做成一体

圆柱齿轮：齿根圆到键槽底部的距离e<2m

圆锥齿轮：小端齿根圆到键槽底部的距离e<l.6m

2、实心式齿轮:da^160mm

3、腹板式齿轮：d.=160——500mm

4、轮辐式齿轮d,>500mm

说明：齿轮与轴的联接一一平键花键

10.9.2齿轮传动的润滑

齿轮传动一一相对滑动一一产生摩擦与磨损一一效率下降一一润滑；

润滑一一减小磨损与发热一一防锈与降低噪声一一工作状态及改变一一预期寿命内正常工作

方式：

1、开式齿轮传动通常用润滑油（脂）人工定期润滑

2、闭式齿轮传动按圆周速度v确定：

1）vW12m/s,油池润滑;

深度：圆柱齿轮，一个齿高，不应小于10mm

圆锥齿轮：浸入全齿宽

多级传动：带油轮

底部距禺：430-----50mm

2）v>12m/s,喷油润滑

3）油的粘度的确定：表10-6

10.9.3齿轮传动的效率

功率损耗包含：啮合中的摩擦损耗，搅油损耗，轴承中的摩擦损耗

10.10蜗杆传动

10.10.1蜗杆传动的运动分析与受力分析

1、蜗杆传动的运动分析

目的：确定蜗杆与蜗轮的转向关系及齿面间相对滑动速度

蜗杆主动---利用左右手法则

四指——蜗杆转动的方向

拇指一一蜗杆有沿轴线方向运动的趋势

蜗轮一一向相反的方向运动

相对滑动速度：

R越大，容易形成油膜齿面间的摩擦因数下降，提高效率，承载能大；

也过大：易产生磨损与胶合

2、蜗杆传动的受力分析

大小：

方向：

10.10.2蜗杆传动的失效形式，材料与结构

1、蜗杆传动的失效形式与常用材料

失效形式：齿面点蚀，齿面胶合，齿面磨损，轮齿折断；

由于材料与结构的不一致，蜗杆螺旋齿部分的强度高于蜗轮轮齿的强度，因而失效总发生在

蜗轮。

闭式蜗杆传动一一蜗轮轮齿一一齿面胶合

开式蜗杆传动---蜗轮轮齿----磨损

对蜗杆，蜗轮材料的要求：足够的强度，良好减摩耐磨性，抗胶合能力。

1）蜗杆材料：碳素钢、合金钢

2）蜗轮材料：铸造锡青铜，Vs=5——15m/s

铸造铝铁青铜，Vs<8m/s

灰铸铁，Vs<2m/s

2、蜗杆与蜗轮的结构

蜗杆---蜗杆轴---蜗杆与轴形成一体

蜗轮：整体式：铸铁蜗轮或者d<100mm的青铜蜗轮

组合式：齿圈用青铜，轮芯用铸铁或者钢

10.10.3蜗杆传动的强度计算

失效一一胶合、磨损一一无完整计算方法

只对蜗轮齿面进行接触疲劳强度计算；

10.10.4圆柱蜗杆传动的效率：润滑与热平衡计算

1、蜗杆传动的效率

功率损耗包含：轮齿啮合的功率损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗。

提高效率，可增大导程角入，即使用多头螺杆；

但人过大，加工困难；且当人>28°时，效率提高很小。

当入WP'自锁，蜗杆传动的效率n<50%

2、蜗杆传动的润滑

摩擦、磨损、发热易严重一一润滑十分重要

油池润滑，蜗杆在下；一个齿高

蜗杆在上：蜗轮半径的1/6-----1/3

3、蜗杆传动的热平衡计算

效率低，发热量大，结构紧凑，箱体的散热面积小；

不及时散热一一齿面胶合

转化为热量的摩擦损耗功率：

自冷，箱体表面散热功率：

达到热平衡：

超过温度同意值，可使用如下措施

1、合理设计箱体机构，加散热片，增大散热面积

2、提高表面传热系数，加装风扇，冷却水管，循环油冷却。

第n章轮系

【本章提示】

i.论述轮系的类型及应用。

2.介绍定轴轮系传动比的计算方法。

3.通过转化轮系计算周转轮系的传动比。

4.说明如何在复合轮系中区分定轴轮系与周转轮系，以便计算复合轮系的传动比。

5.简要介绍其他行星齿轮传动。

11.1轮系的类型

1.轮系：由一系列齿轮构成的传动系统。

2.轮系的作用：获得大的传动比，变速或者换向传动。

3.轮系的类型：

1）定轴轮系：轮系中所有齿轮的几何轴线位置都是固定不动。

2）周转轮系：轮系中至少有一个齿轮的轴线是绕位置固定的另一齿轮的几何轴线转动。

行星轮：轴线绕位置固定的齿轮的轴线转动。

行星架（转臂或者系杆）：支承行星轮的构件。

中心轮（太阳轮）：轴线固定不动的齿轮。

11.2定轴轮系及其传动比

1.一对齿轮的传动比：主动轮与从动轮的角速度或者转速之比。

2.轮系的传动比：该轮系首轮与末轮（或者输入轴与输出轴）的角速度或者转速之比。

iab=3a/3b=n，nb

3.在计算轮系的传动比时，不但要求出首、末两轮速比的大小，而且需确定两轮的转向关系。

当首、末两轮轴线平行，用“+”表示两轮转向相同，用“-”表示两轮转向相反；当首、末

两轮轴线不平行，用箭头标注两轮转向关系。

4.定轴轮系的传动比计算：

惰轮：不影响传动比的大小，仅用于改变转动方向或者增大两轴间距离的齿轮。

5.首、末两轮转向关系的确定：

1）轮系中所有齿轮的轴线平行，用（-1），口确定；

2）首、末两轮轴线平行，用箭头确定后，用“+”或者”-”表示；

3）首、末两轮轴线不平行，用箭头标注两轮转向关系；

11.3周转轮系及其传动比

11.3.1周转轮系的分类

1.按周转轮系自由度分类：

行星轮系一自由度等于1

差动轮系一自由度等于2

2.按中心轮数目分类

2K—H型：两个中心轮，一个行星架。

3K型：三个中心轮。

K—H—V型：一个中心轮，一个行星架，一个输出构件。

11.3.2周转轮系传动比的计算

周转轮系~运动的轴线一反转法一固定行星架

周转轮系传动比的计算公式：

说明：

1.齿轮G、齿轮K、行星架H的轴线务必平行；

2.nG、nK、nH为代数值，有正负之分；

3.周转轮系中有空间齿轮时，等式右边的正负号务必用画箭头的方法确定；

11.4复合轮系及其传动比

1.复合轮系：由定轴轮系与周转轮系，或者由几个单一周转轮系构成的轮系。

2.复合轮系传动比的计算方法：区分定轴轮系与周转轮系，分别计算，联立求解。

3.区分定轴轮系与周转轮系的方法：

1）先找几何轴线运动的行星轮；

2）支承行星轮的是行星架，行星架的类型很多；

3）中心轮：几何轴线与行星架回转轴线相重合，且直接与行星轮相啮合的定轴齿轮。

11.4轮系的应用

11.5.1实现远距离传动

11.5.2获得大传动比

11.5.3实现变速运动

11.5.4实现运动的合成与分解

11.5.5实现换向运动

第12章带传动

【本章提示】

1.阐述带传动的类型、特点、特性与应用。

2.重点分析带传动的受力、应力与失效形式，据此确定出带传动的设计准则，并介绍普通V

带传动的设计计算。

12.1概述

1、带传动得构成：主动带轮、从动带轮、传动带构成

2、带传动的工作原理：依靠带与带轮之间的摩擦力拖动从动轮一起转动。

3、带传动的应用场合：两轴平行且转向相同的场合

4、带传动的优点：1）适合中心距较大的传动；

2）结构简单，造价低廉;

3）带具有良好的挠性，可缓冲吸振，传动平稳;

4）过载打滑,防止损坏其他零件;

带传动的特点：1）同样功率,传动的外廓尺寸大;

2）弹性滑动，传动比不能保证恒定;

3）带的寿命较短；

4）有的时候需要张紧装置;

6、带传动的要紧参数：v=5—25m/siW7n=0.92—0.97P=700kW

7、带的类型：平带传动、V带传动、多锲带传动，同步带传动。

传动带均制成无接头的环行。

平带：横截面一一扁平矩形；工作面一一内表面；结构最简单，带轮制造容易。

V带：横截面一一等腰梯形；工作面一一两侧面；传动能力大，已经标准化。

多锲带：平带与V带的共同优点

8、带传动的张紧：自动张紧、定时张紧

9、带传动中几何参数之间的关系

1）包角：带与带轮接触弧所对得圆心角。

2）带长:

3）中心距：