机械平面机构的自由度培训资料(PPT 125页).ppt

1、1 运动副及其分类 2 平面机构的自由度,第一章 平面机构的自由度,1 运动副及其分类,一、运动副及其分类,1. 运动副的定义,使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。,a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动,三个条件，缺一不可,两构件组成运动副，其接触不外乎点、线、面。 例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,1-1 运动副及其分类,一、运动副及其分类,2. 运动副的分类,按接触特性，通常平面运动副分为低副和高副两类。,转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,a) 固定铰链,1-1 运动副及其分类,低副： 两构件以面接触而构成的运动副。,移动副：只允许两构件作相对移动。,

2、1-1 运动副及其分类,高副： 两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸 轮 副,1-1 运动副及其分类,齿 轮 副,1-1 运动副及其分类,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺 旋 副,球 面 副,1-1 运动副及其分类,自由度：构件相对于参考系的独立运动。,一、自由度,2平面机构的自由度,二、平面运动副对构件的约束,不同运动副对机构自由度的影响,2平面机构的自由度,三、平面机构的自由度,式中： n 活动件个数 PL 低幅个数 PH 高副个数,2平面机构的自由度,第二章平面四杆机构的基本类型及应用,平面连杆机构由若干个构件通过低副联接而成的平面机构， 又称平面

3、低副机构,第一节 平面四杆机构的基本类型及应用 一、平面连杆机构的组成和特点,曲柄滑块机构,颚式破碎机,颚式破碎机中的铰链四杆机构,优点： 易满足生产工艺中各种动作的要求； 比压小、易润滑、磨损轻； 形状简单、制造方便。,缺点： 准确设计难； 惯性力难以平衡，不宜用于高速； 效率较低。,连杆机构的特点：,二、平面连杆机构的基本形式,二杆机构：,平面四杆机构:,曲柄滑块机构,导杆机构,第三章 凸 轮 机 构,本章主要内容,第一节 凸轮机构的应用和类型,第二节 从动件的常用运动规律,第 一节 凸轮机构的应用和类型一、凸轮机构的组成和应用,组成：,凸轮 ：具有曲线轮廓或凹槽的构件,从动件（推杆) :

4、运动规律由凸轮廓线决定的构件,机 架,优点： 只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件实现任意预定的运动规律。 结构简单紧凑，运动可靠。 缺点： 易于磨损, 多用于传力不大的场合。,第一节 凸轮机构的类型和应用一、凸轮机构的组成和应用：,内燃机配气凸轮机构,自动进刀凸轮机构,对心移动从动件盘形凸轮机构,第一节 凸轮机构的应用和类型二、凸轮机构的分类: 1. 按凸轮的类型分类 （1）盘形凸轮,凸轮的基本形式。 这种凸轮是绕一个固定轴线转动并且具有变化半径的盘形零件。,第一节 凸轮机构的应用和类型二、凸轮机构的分类 1. 按凸轮的类型分类:（1）盘形凸轮（2）：,偏置移动从动件盘形凸轮机构,摆动从

5、动件盘形凸轮机构,第一节 凸轮机构的应用和类型二、凸轮机构的分类 1. 按凸轮的类型分类:（2）移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架做直线运动，这种凸轮称移动凸轮。,移动凸轮机构,按凸轮的类型分类:(3)圆柱凸轮：将移动凸轮卷成圆柱即成为圆柱凸轮,圆柱凸轮机构,第一节 凸轮机构的类型和应用,1、按凸轮的类型分类:(2)圆柱凸轮,第一节 凸轮机构的类型和应用,圆锥凸轮机构,弧面凸轮机构,端面凸轮机构,2. 按从动件的的类型分类:,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,曲面从动件,第一节 凸轮机构的类型和应用,第二节 从动件的常用运动规律,推 程 运动角,回 程 运动角,远休止角

6、,近休止角,远休止,近休止,推 程,回 程,一凸轮机构的基本名词术语,第二节 从动件的几种常用运动规律一凸轮机构的基本名词术语,（1）理论廓线 （2）实际廓线 （3）基圆 （4）行程 （5）推程 推程运动角 （6）回程 回程运动角 （7）远休止 远休止角 （8）近休止 近休止角,运动线图,冲击特性：刚性冲击。,适用场合低速轻载,二从动件常用运动规律 （一）等速运动规律,推程运动方程,第二节 从动件的几种常用运动规律,(二)余弦加速度(简谐)运动规律,运动线图,冲击特性:柔性冲击（无冲击）,适用场合:中速中载（高速）,第二节 从动件的几种常用运动规律,三.正弦加速度（摆线）运动规律,无冲击,第四

7、章 键、花键和销连接,4.1 键联接,4.2 花键联接,4.3 销联接,1 键连接,1.1 键的功能、分类、结构形式及应用,用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或导向移动。,主要类型：,平键连接 半圆键连接 楔键连接 切向键连接,1. 平键联接,平键的下半部分装在轴上的键槽中，上半部分装在轮毂的键槽中。键的顶面与轮毂之间有少量间隙，键靠侧面传递扭矩。,普通平键静连接,导向平键动连接,滑键动连接,薄型平键静连接,1）普通平键,半圆头(C型)-常用于轴端,圆头(A型),方头(B型),盘形铣刀,端铣刀,轴向固定好,A型键(圆头)与B型键(方头)的差异, 加工方式差异, 对轴

8、强度影响的差异, 轴向固定性差异, 外形差异,工作长度差异,轴向固定差,应力集中大,应力集中小,2）薄型平键,A型键,B型键,C型键,常用于轴端,其高度约为普通平键的60%、70%，传递能力较低，常用于薄壁结构、空心轴等。,3）导向平键,外形特点键用螺钉固定在轴上，零件可以在轴上移动，构成动联接。为便于装拆，制有起键螺孔。,适用场所轴上零件滑移距离不大的场所。,外形特点鞍状，包在零件上,适用场所轴上零件滑移距离较大的场所,相对运动方式键与零件一同沿轴槽滑移,4）滑键动连接,普通平键、薄型平键、导向平键和滑键的工作面均为键的侧面,双平键,当同一轴段需装两个平键时，两键须相隔180,2.半圆键连接

9、静连接,优点：键能绕其几何中心摆动以适应毂槽底面的斜度；工艺性好，装配方便。,缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大,适用场所轻载，锥形轴端 与轮毂的连接。,工作面,半圆键,3.楔键（斜键）连接,楔键的形状：键的上表面具有1：100的斜度,楔键的类型,普通楔键,勾头楔键,勾头楔键的勾头 供拆卸用,楔键的工作面,楔键的传力方式靠键的楔紧传力，同时能承受轴向力，起单向轴向固定的作用。,楔键连接的最大缺点： 楔紧后，轴和轮毂的配合产生偏心。,楔键连接不宜的场所： 高速、定心精度高,4.切向键连接,切向键的组成：由一对1:100的楔键组成,切向键的工作面： 由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面。,

10、 轴单向转动时，可安一个切向键；,切向键的缺点： 键槽对轴的强度削弱较大, 双向转动时，相隔120-130 安装两个切向键。,切向键的适用的场所： 大型传动（重载）。如大型带轮、矿山设备等。,1.2 键的选择和键连接的强度计算,已知：被联接件的材料、构造和尺寸；联接的载荷等。,键联接的设计：选择键的类型、截面尺寸、键长等，作相应的计算。,1 .键的选择,（1）键的类型：据联接的结构特点、使用要求和工作条件来选。,（2）键的尺寸：据轴径d从键的标准中选截面尺寸b、 h，键长L参考轮毂长B定，键长应略小于轮毂长B。,2.键连接的强度计算,（1）平键连接强度计算,平键连接的主要失效形式,静连接（普通

11、平键连接）挤压破坏,动连接（导向键、滑键）磨损,当平键联接用于传递扭矩时，键的侧面受挤压，截面a-a受剪切,键的剪断（很少，严重过载，沿aa面剪断）,静连接强度条件,动连接强度条件,K键与轮毂接触高度0.5h,T 扭矩 T =FyF d/2,键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力,键、轴、毂三者中最弱材料的许用压强,挤压强度,压强,（2）半圆键连接强度计算,键的工作长度,A型键,B型键,只需作挤压强度计算,（3）楔键连接强度计算,楔键连接的主要失效形式,相互楔紧的工作面被压溃,楔键连接的压力分布,未传递扭矩时,力平衡方程,传递扭矩后,挤压强度条件为,p 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力

12、，MPa， 见表12.2。,式中： T 传递的转矩，N.m；,D 轴的直径，mm；,b 键的宽度，mm；,l 键的工作长度，mm ；,f 摩擦系数，一般取0.120.17,（4）切向键连接简化强度计算,当键连接传递转矩时，其受力情况如图所示,取键和轴为受力研究对象，则受力平衡条件为：,切向键连接的挤压强度条件为：,式中：T传递的转矩，N.m；,D轴的直径，mm；,p 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa。,l 键的工作长度，mm ；,f 摩擦系数，一般取0.120.17,t 键槽的深度，mm；,c 键的倒角，mm；,2 花键连接,2.1 花键连接的类型、特点及应用,花键连接的组成,

13、内花键,外花键,花键联接由内花键和外花键组成。沿周向均布多个键齿。花键联接是平键联接在数目上的发展。,花键连接的优点,a）受力均匀； b）应力集中小； c）承载能力强； d）轴上零件的对中性好； e）导向性好； f）可用磨削的方法提高加工和连接质量。,花键连接的缺点,a）需用专门设备加工；,b）制造成本高。,应用：定心精度要求高、传递转矩大或经常滑移的联接。如变速箱滑移齿轮。,矩形花键连接按新标准为小径定心，定心精度高，制造容易，在工程中应用最广泛,矩形花键,花键类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键,用于高强度连接,渐开线花键,承载能力强，适用于大扭矩、大直径场所,也称三角形花键，适用于轻载

14、小直径连接,齿形定心,也称三角形花键 用于薄壁零件连接,渐开线花键的 制造方法：,同齿轮加工一样 需采用专用机床 加工工艺性好 制造精度较高 制造成本较高,2.2 花键连接的强度计算,花键连接的失效形式,静连接挤压破坏,动连接磨损,强度计算的合理假设, 各齿间载荷分配不均匀系数，其值视加工精度而定，一般 取 0.70.8；z 花键齿数；h 花键齿侧面的工作高度，对矩形花键h0.5(D-d)，D和d分别为 花键轴的外径和内径；对渐开线花键为h=m，m为模数。dm 花键平均直径(mm)，对矩形花键，dm(D+d)/2；对渐开线花 键，dmd，(d为分度圆直径)；l 齿的工作长度(mm)；,静连接,

15、动连接,强度条件为：,3 销连接,销的分类,按结构形式分,固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,圆柱销,圆锥销,圆柱销,圆锥销,销的失效（破坏）形式,连接销挤压或剪切失效,安全销剪断（工作需要）,定位销受力很小，一般不破坏,强度计算请参考机械设计手册有关内容,第五章 带传动和链传动,第一节 带传动的类型和应用一、带传动的组成及原理,啮合传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。,2、传动原理：,摩擦传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带、带传动、特殊截面带）。,第一节 带传动的类型和应用,平

16、带传动 V带传动 多楔带传动 同步齿形带传动,1、按传动带的截面分：,二、带传动的类型,平带传动：底面是工作面，可实现多种形式的传动,带传动：带两侧面是工作面，当量摩擦系数大，承载力大，应用最广的带传动，但是只用于开口传动,多楔带传动：具平、带的优点 同步带传动：具带与链传动的特点,2、按传动形式分：,二、带传动的类型,开口传动：两轴平行，同向回转,交叉传动：两轴平行，反向回转,半交叉传动：两轴交错，不能逆转,第一节 带传动的类型和应用,三、包角和中心距,当带的张紧力为规定值时，两带轮轴线间的距离a称为中心距。带与带轮接触弧所对的中心角称为包角。 包角是带传动的一个重要参数。,1、基本概念,2

17、、计算公式,=2,第一节 带传动的类型和应用,设d1、d2分别问小带轮、大带轮的直径， L为带长， 则带轮包角：,第一节 带传动的类型和应用,四、 V带传动的张紧,2. 自动张紧装置,1.定期张紧装置,导轨式 摆架式 自动张紧装置,带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因永久伸长而松弛时，还应将带重新张紧。 带传动常用的张紧方法是调节中心距。,水平或倾斜不大的布置,垂直或接近垂直的布置,五、 V带传动的张紧,定期张紧装置,自动张紧装置,3、采用张紧轮,第一节 带传动的类型和应用,五、带传动的特点,(1) 优点 中心距大的传动 带具有良好的挠性，可缓冲、吸振 过载保护，

18、防止损坏其他零件 结构简单、成本低 (2) 缺点 传递的圆周力和功率都不太大 效率不高（92%-94%） 传动比不准 外廓尺寸大 寿命低 需张紧，轴和轴承受力较大 不宜用于高温、易燃易爆的场合。,第一节 带传动的类型和应用,在各类机械中应用广泛，但摩擦式带传动不适用于对传动比有精确要求的场合。,六、带传动的应用,第一节 带传动的类型和应用,第二节 带传动的受力分析一、带传动的受力分析,工作时: 带与带轮工作面摩擦, 形成紧边拉力F1和松边拉力F2。,不工作时：带受初拉力F0,有效拉力,带传动功率：,紧边拉力,松边拉力,带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮发生的显著的相对

19、滑动现象打滑,二、带传动的打滑,产生的原因： FFfmax 弹性滑动扩展到整个接触弧显著滑动(打滑) 特点： 打滑可以避免，而且应当避免 短时打滑起到过载保护作用 打滑先发生在小带轮处 后果： 打滑带的剧烈磨损从动轮转速剧烈降低失效,第二节 带传动的受力分析,第八节 链传动的特点和应用,一、链传动的组成及特点,工作原理： 链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成，以链做中间挠性件，靠链和链轮轮齿的啮合来传递动力。,第八节 链传动的特点和应用,一、链传动的组成及特点,特点： 具有中间挠性构件的啮合传动。 优点结构紧凑。承载能力大，作用于轴和轴承的力较小，传动效率高，能保持准

20、确的平均传动比，能在高温等恶劣环境下工作。可适应大中心距传动。 缺点链速及瞬时传动比变化，工作时易产生动载荷和冲击，传动平稳性差，有噪声。,二、链传动的主要性能：,0.950.98；,传动功率：,传动效率：,单级传动比：,通常i8,通常P100kw；,传动速度：,通常v15m/s；,中心距：,amax 56m,第八节 链传动的特点和应用,第八节 链传动的特点和应用,三、链传动的应用,起重链,传动链,牵引链,第七章 齿轮传动,提高轮齿抗折断能力的措施： 1、增大齿根圆角半径，减少应力集中对疲劳强度的影响。 2、齿根处采用喷丸处理等强化措施。 3、采用适当的材料和热处理，使芯部变韧、表面变硬。,(

21、1)疲劳折断 轮齿重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，最终致使轮齿疲劳折断。 (2)过载折断 轮齿受到突然过载时，可能出现过载折断或剪断. 用淬火钢或者铸铁制成的齿轮，容易发生这种折断。,一、齿轮传动的失效形式(一）轮齿折断：一般发生在齿根部位，因为齿轮受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中。,第一节 齿轮传动的失效形式,点蚀是齿面材料在变化着的接触应力作用下，在齿面上出现局部材料脱落，由疲劳而产生的麻点状损伤现象。 点蚀是闭式软齿面齿轮的主要失效形式。 点蚀通常首先发生在齿面上靠近节线的齿根部分。,提高齿面抗点蚀能力的措施： 1、提高齿面硬度； 2、减少表面粗糙度值； 3、采用粘度高

22、的润滑油。,（二）齿面点蚀,第一节 齿轮传动的失效形式,提高齿面抗胶合能力的措施： 1、合理搭配齿轮材料，选用适当的热处理方法提高齿面硬度； 2、低速重载时，采用粘度大的润滑油；高速重载时，选用掺有抗胶合添加剂的润滑油； 3、减少表面粗糙度值； 4、采用变位齿轮降低齿顶相对滑动速度。,两啮合齿面在高压下发生粘着，随两齿面的相对滑动，使金属从齿面上撕落而形成的粘着磨损现象，称为胶合。,齿面胶合主要发生在齿顶、齿根等相对速度较大处。 齿面胶合是高速、重载齿轮的主要失效形式。,（三）齿面胶合,第一节 齿轮传动的失效形式,齿面磨损通常有磨粒磨损和跑合磨损。 灰尘、沙粒、铁屑等磨损性物质落入啮合齿面间，

23、或软硬齿轮啮合使齿面磨损。 齿面过度磨损后，齿廓显著变形，常导致严重噪声和振动，最终使传动失效。,磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。,提高齿面抗磨损能力的措施： 1、采用闭式齿轮传动； 2、提高齿面硬度； 3、提高表面质量； 4、降低相对滑动系数； 5、保持润滑油的清洁并定期更换。,（四）齿面磨损,第一节 齿轮传动的失效形式,新的齿轮副，由于加工后表面有一定的粗糙度，受载时实际上只有部分峰顶接触。接触处压强很高，因而在开始运转期间，磨损速度和磨损量都很大，磨损到一定程度后，摩擦面逐渐光洁，压强减小，磨损速度缓慢，这种磨损称为跑和。 有意地是新齿轮副在轻载下进行跑和，可为随后的正常磨损创造有

24、利条件。 但应注意，跑和结束后，必须清洗或更换润滑油。,提高齿面抗塑性变形能力的措施： 1、提高齿面硬度； 2、选用粘度较大的润滑油。,硬度较低的低速重载齿轮，齿面材料在摩擦力的作用下出现滑移，形成主动轮齿面在节线附近凹下，从动轮齿面在节线附近凸起的现象称齿面塑性变形。,齿面塑性变形是低速重载、齿面硬度较低齿轮的主要失效形式。,（五）齿面塑性变形,第一节 齿轮传动的失效形式,第二节 齿轮材料及热处理,基本要求：齿面硬，齿芯韧、有良好的加工性能和经济型性。,（一） 锻钢 锻钢是齿轮传动中应用最广的材料。 （1） 软齿面 齿面硬度350HBS。常用45钢、40Cr、40MnB、42SiMn等中碳钢

25、 或中碳合金钢。 热处理采用正火或调质。 为寿命相近，应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高2550HBS。,（2）硬齿面 齿面硬度 350HBS。常用中碳钢、中碳合金钢及低碳合金钢。 热处理采用表面淬火、表面渗碳或渗氮。 可减少齿轮传动的尺寸。,(四) 非金属材料,(二) 铸钢 常用于直径较大的齿轮(da500mm)，采用正火处理。,(三) 铸铁 铸铁易铸成形状复杂的毛坯，易加工、成本低。但抗弯强度和抗冲击能力较差。常用灰铸铁和球墨铸铁。,齿轮常用材料及其力学性能（见表111）,1、表面淬火 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢。 表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达52 56HRC。由于齿面

26、接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。 表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。 2、渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.150.25的低碳钢和低碳合金钢。 渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯都仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿。,齿轮常用的热处理方法有：,3、调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。调质处理后齿面硬度一般为220260HBS。因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于跑合。 4、正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢

27、正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 5、渗氮 渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达6062HRC。因氮化处理温度低，齿的变形小，因此适用于难以磨齿的场合。 其中，调质和正火处理后的齿面硬度较低，为软齿面；其他三种处理后的齿面硬度较高，为硬齿面。 当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿的齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高2050HBS。 当大小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等。,第三节 齿轮传动的精度,制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对传动带来以下三方面的影响： 1、相

28、啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即影响传递运动的准确性。 2、瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动，特别在高速传动中将引起振动、冲击和噪声，即影响传动的平稳性。 3、齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大转矩时，易引起早期损坏，即影响载荷分布的均匀性。,GB/T10095一1988对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级和14种齿厚偏差。（见表11-2） 按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三个组，分别反映传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分布的均匀性。此外，考虑到齿轮制造误差以及工作时轮齿变形和受热膨胀，同时为了

29、便于润滑，需要有一定的吃侧间隙，为此标准中还规定了14种齿厚偏差。,第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取,一、材料,1、碳素结构钢，转矩不大的齿轮 2、合金结构钢，齿轮直径较大 3、轮齿进行表面热处理，可提高接触疲劳强度，但须进行磨齿 4、渗氮处理，齿形变化下，不用磨齿， 5、铸钢，尺寸较大，批量小时可锻造 6、铸铁，较小转矩 7、夹布塑料，可减小传动噪声,二、设计参数的选择,齿数选择 为使轮齿避免根切，对于=20的标准直齿圆柱齿轮，应取z117。 软齿面闭式齿轮传动：z1 20 40； 硬齿面闭式齿轮传动： z117 20。,3.齿数比u 一般直齿圆柱齿轮传动，为避免大齿轮齿数过多，导致径

30、向尺寸过大，一般取 u7。齿数比超过8时，宜采用二级或多级传动。,2、齿宽系数选择 圆柱齿轮齿宽系数 的荐用值 查表11-6 值取得大，可使齿轮径向尺寸减小，但将使其轴向尺寸增大，导致沿齿向载荷分布不均。,第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取,三、设计计算,软齿面闭式齿轮传动：,按齿面接触疲劳强度 设计确定a,选择Z1和m,校核轮齿弯曲疲劳强度,硬齿面闭式齿轮传动：,按轮齿弯曲疲劳强度设计,校核齿面接触疲劳强度,开式齿轮传动：,按轮齿弯曲疲劳强度设计计算。考虑磨损对齿厚的影响，将 降低2550,第七节 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取,第十一节 齿轮传动的润滑和效率,一、齿轮传动的润滑,开式齿

31、轮传动通常采用人工定期加润滑油或润滑脂进行润滑。,一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度v的大小而定。,当v12m/s时多采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定的深度，齿轮运转时就把润滑油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，借以散热。当v较大时，浸入深度约为一个齿高；当v较小，如(0.50.8m/s)时，可达到齿轮半径的1/6。,在多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等时，可以采用惰轮蘸油润滑。,当v12m/s时，不宜采用油池润滑，最好采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。,因为： 1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区； 2）搅油过于激烈，使油的温升增加，并降低其润滑性能；

32、3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损。,第十一节 齿轮传动的润滑和效率,1、润滑油牌号的选择 可根据齿面接触应力的大小来选择，见表11-7,2、润滑油粘度的选择 （1）闭式传动 齿面接触应力大，则粘度应较大，相对速度高，则粘度应较小，可查表11-8选取 （2）开式传动 开式传动润滑油粘度由表11-9选择,第十一节 齿轮传动的润滑和效率,3、齿轮传动的功率损耗主要包括： 1）啮合中的摩擦损耗； 2）搅动润滑油的油阻损耗； 3）轴承中的摩擦损耗。 计入上述损耗时，齿轮传动（采用滚动轴承）的平均效率见下表。,第十一节 齿轮传动的润滑和效率,第十五章 滑动轴承,本章主要内容,第一节 摩擦状态,第二

33、节 滑动轴承结构型式,第三节 轴瓦及轴承衬材料,第四节 润滑剂及润滑装置,第五节 非液体摩擦滑动轴承的计算,第一节 摩擦状态,轴承的功用有二： 一为支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度； 二为减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。,与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力大、工作平稳可靠、噪声小、耐冲击、吸振、可以剖分等优点。特别是流体膜轴承，可以在很高的转速下工作，并且旋转精度高、摩擦因子小、寿命长,在高速重载、高精度及有巨大冲击、振动的场合，滚动轴承不能胜任工作时，应采用滑动轴承。,对结构上要求剖分、要求径向尺寸小及在水或腐蚀性介质中工作的场合，也应采用滑动轴承。,此外，一些简单支承和不重要的场合，

34、也常采用结构简单的滑动轴承,第一节 摩擦状态,1干摩擦 干摩擦是指两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦(右图所示)。在干摩擦状态下，摩擦功损耗和磨损严重。在滑动轴承中不允许出现干摩擦。,2边界摩擦 两摩擦表面间被吸附在表面的边界油膜隔开，摩擦性质取决于边界油膜和表面的吸附性能时的摩擦称为边界摩擦（右图所示）。,按表面润滑情况，将摩擦分为以下几种状态：,干摩擦,边界摩擦,边界油膜虽不能绝对消除表面的磨损，却可以起着减轻磨损的作用。边界摩擦状态的摩擦系数f0.10.3。,3液体摩擦 若两摩擦表面间有充足的润滑油，将相对运动着的两金属表面分隔开，摩擦性质取决于液体内部分子间粘性阻力的

35、摩擦称为液体摩擦，又称为液体润滑(下图所示)。此时，由于两摩擦表面被油隔开而不直接接触，摩擦系数很小(f0.0010.01)，所以显著地减少了摩擦和磨损。 液体摩擦是最理想的情况。 一般摩擦表面多处于边界摩擦和液体摩擦的混合状态，称为混合摩擦(或称为非液体摩擦)。,第一节 摩擦状态,液体摩擦,右图为由实验得到的摩擦副的摩擦特性曲线。 无量纲参数n/p称为轴承特性数。 随着n/p的不同，摩擦副分别处于边界摩擦、混合摩擦。液体摩擦状态。,摩擦特性曲线,第一节 摩擦状态,滑动轴承的类型,分 类,按受载方向分,按润滑状态分,向心推力(径向止推)滑动轴承轴承,向心(径向)滑动轴承轴承,推力(止推)滑动轴

36、承轴承,非液体润滑滑动轴承,液体润滑滑动轴承,干摩擦滑动轴承,第二节 滑动轴承的结构型式,第二节 滑动轴承的结构型式,一、向心（径向）滑动轴承,下图所示是一种普通的剖分式轴承。它是由轴承盖1、轴承座2、剖分轴瓦3和联接螺栓4等所组成。,组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。,整体式向心滑动轴承,剖分式向心滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承,轴承座,轴承盖,联接螺栓,剖分轴瓦,轴承中直接支承轴颈的零件是轴瓦。 为了安装时容易对心，在轴承盖与轴承座的中分面上做出阶梯形的榫口。 轴承应当适度压紧轴瓦，使轴瓦不能在轴承孔中转动。 轴承盖上制有螺纹孔，以便安装油杯或油管。,向心滑动轴承还有轴承间隙可调节的滑

37、动轴承、轴瓦外表面为球面的自位轴承等很多类型。,第二节 滑动轴承的结构型式,薄壁轴瓦,厚壁轴瓦,整体轴套,卷制轴套,轴瓦是滑动轴承中的重要零件。,如图所示，向心滑动轴承的轴瓦内孔为圆柱形。 若载荷方向向下，则下轴瓦为承载区，上轴瓦为非承载区。 润滑油应由非承载区引入，所以在顶部开进油孔。,第二节 滑动轴承的结构型式,进油孔,油沟,在轴瓦内表面，以进油口为中心沿纵向、斜向或横向开有油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴颈上。油沟的形式很多，如图所示。,几种常见的油槽,一般油沟与轴瓦端面保持一定距离，以防止漏油。,轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比，宽径比是向心滑动轴承中的重要参数之一。对于液体摩

38、擦的滑动轴承，常取B/d=0.5l；对于非液体摩擦的滑动轴承，常取B/d0.81.5，有时可以更大些。,第二节 滑动轴承的结构型式,轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图,大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。,宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数,液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.51,非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.81.5,第二节 滑动轴承的结构型式,二、推力滑动轴承,作用：用来承受轴向载荷 结构特点： 在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为612。,第二

39、节 滑动轴承的结构型式,-倾角固定，顶部预留平台，,类型,固定式,可倾式,-倾角随载荷、转速自行 调整，性能好。,图a所示为固定式推力轴承，其楔形的倾斜角固定不变，在楔形顶部留出平台，用来承受停车后的轴向载荷。,推力轴,图b为可倾式推力轴承，其扇形块的倾斜角能随载荷、转速的改变而自行调整，因此性能更为优越。扇形块数一般为612，图c为扇形块的放大图。,第二节 滑动轴承的结构型式,第三节 轴瓦及轴承衬材料,轴承材料应具备下述性能： 1)摩擦系数小； 2)导热性好，热膨胀系数小； 3)耐磨、耐蚀、抗胶合能力强； 4)要有足够的机械强度和可塑性。 常见的轴瓦是用两层不同金属做成的，两种金属在性能上取

40、长补短。在工艺上可以用浇铸或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。粘附上去的薄层材料称为轴承衬。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,锡锑轴承合金的摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐蚀性好，易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。 但它的价格较贵且机械强度较差，因此只能作为轴承衬材料而浇铸在钢、铸铁(图a及b)或青铜轴瓦上(图c)。用青铜作为轴瓦基体是取其导热性良好。这种轴承合金的熔点比较低，为了安全，在设计、运行中常将温度控制得比120低。,铅锑轴承合金的各方面性能与锡锑轴承合金相近，但这种材料较脆，不宜承受较大的冲击载荷。它一般用于中速、中载的轴承。,a b c,常用的轴瓦和

41、轴承衬材料有下列几种： 一、轴承合金 轴承合金(又称白合金、巴氏合金)有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,二、青铜 青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。它可以在较高的温度(250)下工作。但它的可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。 青铜可以单独做成轴瓦。为了节省有色金属，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。 用作轴瓦材料的青铜，主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。 在一般情况下：,铝青铜,铅青铜,锡青铜,中速重载,中速中载,低速重载,第三节 轴瓦及轴承衬材料,三、具有特殊性能的轴承材料,含油轴承： 用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润

42、滑油。可用于加油不方便的场合。,橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。,塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。,铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。,缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油可以使用较长时间，常用于加油不方便的场合。 在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。 此外

43、，还有橡胶轴承、塑料轴承等。 表15-1中给出常用轴瓦及轴承村材料的p、pv等数据。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,第四节 润滑剂和润滑装置,一、润滑剂 轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。轴承能否正常工作，和选用润滑剂正确与否有很大关系。 润滑剂分为： 1)液体润滑剂润滑油； 2)半固体润滑剂润滑脂； 3)固体润滑剂等。 在润滑性能上润滑油一般比润滑脂好，应用最广。但润滑脂具有不易流失等优点，也常用。固体润滑剂除在特殊场合下使用外，目前正在逐步扩大使用范围,第四节 润滑剂和润滑装置,1润滑油 在用的大部分润滑油为矿物油（石油）。 润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。润滑油的粘度是指润滑油抵抗变形的能力，它标志着液体内部产生相对运动时内摩擦阻力的大小。,如右图所示，有两块平板A及B，两板之间充满着液体。若板A以速度v沿x轴运动，由于液体与金属表面的吸附作用，板A表层的液体随板A以同样的速度v一起运动，静止板B表层的液体静止不动。若润滑油作层流流动，则沿y 坐标的油层将以不同速度u 移动，于是形成各油层间的相对滑移，在各层的界面上就存在相应的切应力。,牛顿在1687年提出粘性液体的摩擦定律(简称粘性定律)，即在液体作层流运动时，