齒輪和軸的介紹

1、齒輪和軸的介紹齒輪和軸的介紹摘要:在傳統(tǒng)機(jī)械和現(xiàn)代機(jī)械中齒輪和軸的 重要地位是不可動(dòng)搖的。齒輪和軸主要安裝在主軸箱來(lái)傳遞力的 方向。通過(guò)加工制造它們可以分為許多的型號(hào)，分別用于許多的 場(chǎng)合。所以我們對(duì)齒輪和軸的了解和認(rèn)識(shí)必須是多層次多方位 的。關(guān)鍵詞:齒輪；軸在直齒圓柱齒輪的受力分析屮，是假定各 力作用在單一平面的。我們將研究作用力具有三維坐標(biāo)的齒輪。 因此，在斜齒輪的情況下，其齒向是不平行于回轉(zhuǎn)軸線的。而在 錐齒輪的情況中各回轉(zhuǎn)軸線互相不平行。像我們要討論的那樣， 尚有其他道理需要學(xué)習(xí)，掌握。斜齒輪用于傳遞平行軸Z間的運(yùn)動(dòng)。傾斜角度每個(gè)齒輪都一 樣，但一個(gè)必須右旋斜齒，而另一個(gè)必須是左旋斜齒

2、。齒的形狀 是一濺開(kāi)線螺旋面。如果一張被剪成平行四邊形（矩形）的紙張 包圍在齒輪圓柱體上，紙上印出齒的角刃邊就變成斜線。如果我 展開(kāi)這張紙，在血角刃邊上的每一個(gè)點(diǎn)就發(fā)生一漸開(kāi)線曲線。直齒圓柱齒輪輪齒的初始接觸處是跨過(guò)整個(gè)齒面而伸展開(kāi)來(lái) 的線。斜齒輪輪齒的初始接觸是一點(diǎn)，當(dāng)齒進(jìn)入更多的嚙合時(shí)， 它就變成線。在直齒圓柱齒輪屮，接觸是平行于回轉(zhuǎn)軸線的。在 斜齒輪屮，該先是跨過(guò)齒面的對(duì)角線。它是齒輪逐漸進(jìn)行嚙合并 平穩(wěn)的從一個(gè)齒到另一個(gè)齒傳遞運(yùn)動(dòng)，那樣就使斜齒輪具有高速 重載下平穩(wěn)傳遞運(yùn)動(dòng)的能力。斜齒輪使軸的軸承承受徑向和軸向 力。當(dāng)軸向推力變的大了或由于別的原因而產(chǎn)生某些影響時(shí)，那 就可以使用人字齒

3、輪。雙斜齒輪（人字齒輪）是與反向的并排地 裝在同一軸上的兩個(gè)斜齒輪等效。他們產(chǎn)生相反的軸向推力作 用，這樣就消除了軸向推力。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)單向齒斜齒輪被在 同一軸上時(shí)，齒輪的齒向應(yīng)作選擇，以便產(chǎn)生最小的軸向推力。交錯(cuò)軸斜齒輪或螺旋齒輪，他們是軸屮心線既不相交也不平 行。交錯(cuò)軸斜齒輪的齒彼此之間發(fā)生點(diǎn)接觸，它隨著齒輪的磨合 而變成線接觸。因此他們只能傳遞小的載荷和主要用于儀器設(shè)備 中，而且肯定不能推薦在動(dòng)力傳動(dòng)屮使用。交錯(cuò)軸斜齒輪與斜齒 輪之間在被安裝后互相捏合Z前是沒(méi)有任何區(qū)別的。它們是以同 樣的方法進(jìn)行制造。一對(duì)相嚙合的交錯(cuò)軸斜齒輪通常具有同樣的 齒向，即左旋主動(dòng)齒輪跟右旋從動(dòng)齒輪相嚙合。在

4、交錯(cuò)軸斜齒設(shè) 計(jì)屮，當(dāng)該齒的斜角相等時(shí)所產(chǎn)生滑移速度最小。然而當(dāng)該齒的 斜角不相等時(shí)，如果兩個(gè)齒輪具有相同齒向的話，大斜角齒輪應(yīng) 用作主動(dòng)齒輪。蝸輪與交錯(cuò)軸斜齒輪相似。小齒輪即蝸桿具有較小的齒數(shù)， 通常是一到四齒，由于它們完全纏繞在節(jié)圓柱上，因此它們被稱 為螺紋齒。與其相配的齒輪叫做蝸輪，蝸輪不是真正的斜齒輪。 蝸桿和蝸輪通常是用于向垂直相交軸Z間的傳動(dòng)提供大的角速度 減速比。蝸輪不是斜齒輪，因?yàn)槠潺X頂面做成屮凹形狀以適配蝸 桿曲率，目的是要形成線接觸而不是點(diǎn)接觸。然而蝸桿蝸輪傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)屮存在齒間有較大滑移速度的缺點(diǎn)，正像交錯(cuò)軸斜齒輪那 樣。蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)有單包圍和雙包圍機(jī)構(gòu)。單包圍機(jī)構(gòu)就是蝸輪

5、 包裹著蝸桿的一種機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，如果每個(gè)構(gòu)件各自局部地包圍著 對(duì)方的蝸輪機(jī)構(gòu)就是雙包圍蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。著兩者之間的重要區(qū) 別是，在雙包圍蝸輪組的輪齒間有面接觸，而在單包圍的蝸輪組 的輪齒間有線接觸。一個(gè)裝置屮的蝸桿和蝸輪正像交錯(cuò)軸斜齒輪 那樣具有相同的齒向，但是其斜齒齒角的角度是極不相同的。蝸 桿上的齒斜角度通常很大，而蝸輪上的則極小，因此習(xí)慣常規(guī)定 蝸桿的導(dǎo)角，那就是蝸桿齒斜角的余角；也規(guī)定了蝸輪上的齒斜 角，該兩角之和就等于90度的軸線交角。當(dāng)齒輪要用來(lái)傳遞相交軸Z間的運(yùn)動(dòng)時(shí)，就需要某種形式的 錐齒輪。雖然錐齒輪通常制造成能構(gòu)成90度軸交角，但它們也可 產(chǎn)生任何角度的軸交角。輪齒可以鑄岀，銃制

6、或滾切加工。僅就 滾齒而言就可達(dá)一級(jí)精度。在典型的錐齒輪安裝中，其中一個(gè)錐 齒輪常常裝于支承的外側(cè)。這意味著軸的撓曲情況更加明顯而使 在輪齒接觸上具有更大的影響。另外一個(gè)難題，發(fā)生在難于預(yù)示錐齒輪輪齒上的應(yīng)力，實(shí)際 上是由于齒輪被加工成錐狀造成的。直齒錐齒輪易于設(shè)計(jì)且制造簡(jiǎn)單，如果他們安裝的精密而確 定，在運(yùn)轉(zhuǎn)屮會(huì)產(chǎn)生良好效果。然而在直齒圓柱齒輪情況下，在 節(jié)線速度較高時(shí)，他們將發(fā)出噪音。在這些情況下，螺旋錐齒輪 比直齒輪能產(chǎn)生平穩(wěn)的多的嚙合作用，因此碰到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合 那是很有用的。當(dāng)在汽車的各種不同用途中，有一個(gè)帶偏心軸的 類似錐齒輪的機(jī)構(gòu)，那是常常所希望的。這樣的齒輪機(jī)構(gòu)叫做準(zhǔn) 雙曲面齒

7、輪機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兊墓?jié)面是雙曲回轉(zhuǎn)面。這種齒輪之間 的輪齒作用是沿著一根直線上產(chǎn)生滾動(dòng)與滑動(dòng)相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)并和 蝸輪蝸桿的輪齒作用有著更多的共同之處。軸是一種轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止的桿件。通常有圓形橫截面。在軸上安 裝像齒輪，皮帶輪，飛輪，曲柄，鏈輪和其他動(dòng)力傳遞零件。軸 能夠承受彎曲，拉伸，壓縮或扭轉(zhuǎn)載荷，這些力相結(jié)合時(shí)，人們 期望找到靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。因?yàn)閱胃S可 以承受靜壓力，變應(yīng)力和交變應(yīng)力，所有的應(yīng)力作用都是同時(shí)發(fā) 生的?！拜S”這個(gè)詞包含著多種含義，例如心軸和主軸。心軸也是 軸，既可以旋轉(zhuǎn)也可以靜止的軸，但不承受扭轉(zhuǎn)載荷。短的轉(zhuǎn)動(dòng) 軸常常被稱為主軸。當(dāng)軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)變形必需被限制于

8、很小的范圍內(nèi)時(shí)，其尺 寸應(yīng)根據(jù)變形來(lái)確定，然后進(jìn)行應(yīng)力分析。因此，如若軸要做得 有足夠的剛度以致?lián)锨惶?，那么合?yīng)力符合安全要求那是完 全可能的。但決不意味著設(shè)計(jì)者要保證；它們是安全的，軸幾乎 總是要進(jìn)行計(jì)算的，知道它們是處在可以接受的允許的極限以 內(nèi)。因之，設(shè)計(jì)者無(wú)論何時(shí)，動(dòng)力傳遞零件，如齒輪或皮帶輪都 應(yīng)該設(shè)置在靠近支持軸承附近。這就減低了彎矩，因而減小變形 和彎曲應(yīng)力。雖然來(lái)自M.H.G方法在設(shè)計(jì)軸屮難于應(yīng)用，但它可能用來(lái)準(zhǔn) 確預(yù)示實(shí)際失效。這樣，它是一個(gè)檢驗(yàn)已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的軸的或者 發(fā)現(xiàn)具體軸在運(yùn)轉(zhuǎn)屮發(fā)生損壞原因的好方法。進(jìn)而有著大量的關(guān) 于設(shè)計(jì)的問(wèn)題，其屮由于別的考慮例如剛度考慮，尺

9、寸已得到較 好的限制。設(shè)計(jì)者去查找關(guān)于圓角尺寸.熱處理.表面光潔度和是否要進(jìn) 行噴丸處理等資料，那真正的唯一的需要是實(shí)現(xiàn)所要求的壽命和 可靠性。由于他們的功能相似，將離合器和制動(dòng)器一起處理。簡(jiǎn)化摩 擦離合器或制動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式屮，各自以角速度wl和w2運(yùn) 動(dòng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量II和12,在制動(dòng)器情況下其中Z可能是零, 由于接上離合器或制動(dòng)器而最終要導(dǎo)致同樣的速度。因?yàn)閮蓚€(gè)構(gòu) 件開(kāi)始以不同速度運(yùn)轉(zhuǎn)而使打滑發(fā)生了，并且在作用過(guò)程屮能量 散失，結(jié)果導(dǎo)致溫升。在分析這些裝置的性能時(shí)，我們應(yīng)注意到 作用力，傳遞的扭矩，散失的能量和溫升。所傳遞的扭矩關(guān)系到 作用力，摩擦系數(shù)和離合器或制動(dòng)器的幾何狀況。這是一

10、個(gè)靜力 學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題將必須對(duì)每個(gè)幾何機(jī)構(gòu)形狀分別進(jìn)行研究。然 而溫升與能量損失有關(guān)，研究溫升可能與制動(dòng)器或離合器的類型 無(wú)關(guān)。因?yàn)閹缀涡螤畹闹匾允巧岜砻?。各種各樣的離合器和 制動(dòng)器可作如下分類：1. 輪緣式內(nèi)膨脹制凍塊；2. 輪緣式外接觸制動(dòng)塊；3. 條帶式；4. 盤(pán)型或軸向式；5. 圓錐型；6. 混合式。分析摩擦離合器和制動(dòng)器的各種形式都應(yīng)用一般的同樣的程 序，下面的步驟是必需的：1. 假定或確定摩擦表面上壓力分布；2. 找出最大壓力和任一點(diǎn)處壓力之間的關(guān)系；3. 應(yīng)用靜平衡條件去找尋(a)作用力；(b)扭矩；(c)支 反力?；旌鲜诫x合器包括幾個(gè)類型，例如強(qiáng)制接觸離合器.超載釋放 保

11、護(hù)離合器.超越離合器.磁液離合器等等。強(qiáng)制接觸離合器由一個(gè)變位桿和兩個(gè)夾爪組成。各種強(qiáng)制接 觸離合器之間最大的區(qū)別與夾爪的設(shè)計(jì)有關(guān)。為了在結(jié)合過(guò)程中 給變換作用予較長(zhǎng)時(shí)間周期，夾爪可以是棘輪式的，螺旋型或齒 型的。有時(shí)使用許多齒或夾爪。他們可能在圓周面上加工齒，以 便他們以圓柱周向配合來(lái)結(jié)合或者在配合元件的端面上加工齒來(lái) 結(jié)合。雖然強(qiáng)制離合器不像摩擦接觸離合器用的那么廣泛，但它們 確實(shí)有很重要的運(yùn)用。離合器需要同步操作。有些裝置例如線性驅(qū)動(dòng)裝置或電機(jī)操作螺桿驅(qū)動(dòng)器必須運(yùn)行 到一定的限度然后停頓下來(lái)。為著這些用途就需要超載釋放保護(hù) 離合器。這些離合器通常用彈簧加載，以使得在達(dá)到預(yù)定的力矩 時(shí)釋放。當(dāng)?shù)竭_(dá)超載點(diǎn)時(shí)聽(tīng)到的“喀嚓”聲就被認(rèn)定為是所希望 的信號(hào)聲。超越離合器或連軸器允許機(jī)器的被動(dòng)構(gòu)件“空轉(zhuǎn)”或“超 越”，因?yàn)橹鲃?dòng)驅(qū)動(dòng)件停頓了或者因?yàn)榱硪粋€(gè)動(dòng)力源使被動(dòng)構(gòu)件 增加了速度。這種離合器通常使用裝在外套筒和內(nèi)軸件之間的滾 子或滾珠。該內(nèi)軸件，在它的周邊