總復(fù)習(xí)二華理機(jī)械考研

總復(fù)習(xí)（二）第6、7、8、9章第6章軸轂聯(lián)接

聯(lián)接的意義：為了便于機(jī)器的使用、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、裝配、運輸、維修，同時也是為了提高生產(chǎn)效率，機(jī)器中有相當(dāng)多的零件需要彼此聯(lián)接。靜聯(lián)接：被聯(lián)接件間相互固定、不能作相對運動的聯(lián)接；動聯(lián)接：聯(lián)接后仍能按一定運動形式作相對運動，如導(dǎo)向平鍵和導(dǎo)向花鍵聯(lián)接、鉸鏈等都是動聯(lián)接。通常所謂的聯(lián)接主要是指靜聯(lián)接，本篇所討論的聯(lián)接正是這樣一類的靜聯(lián)接?？刹鹇?lián)接：是指聯(lián)接拆開時，不破壞聯(lián)接中的零件，重新安裝，即可繼續(xù)使用的聯(lián)接；不可拆聯(lián)接：是指聯(lián)接拆開時，要破壞聯(lián)接中的零件，不能繼續(xù)使用的聯(lián)接。摩擦聯(lián)接：靠聯(lián)接中配合面間的摩擦來傳遞載荷，如過盈聯(lián)接；非摩擦聯(lián)接：通過聯(lián)接中零件的相互嵌合來傳遞載荷，如平鍵聯(lián)接。此外，還有成形聯(lián)接、夾緊聯(lián)接設(shè)計聯(lián)接時，應(yīng)考慮：強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性、緊密性、剛度和定心等。等強(qiáng)度設(shè)計：聯(lián)接的強(qiáng)度要力求與被聯(lián)接件的強(qiáng)度相等，力求聯(lián)接對各種可能的失效具有相等的抗力；聯(lián)接的強(qiáng)度：由聯(lián)接中最薄弱環(huán)節(jié)的強(qiáng)度決定。軸轂聯(lián)接的方式：鍵和花鍵，此外還有銷聯(lián)接、成形聯(lián)接等。鍵和花鍵：主要用于軸與安裝在軸上的回轉(zhuǎn)零件（齒輪、帶輪等）的輪轂之間的周向固定和傳遞轉(zhuǎn)矩，也可實現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力。銷聯(lián)接：既可用作軸轂聯(lián)接，也常用來固定零件間的相互位置，還可用作安全裝置。成形聯(lián)接：是軸轂聯(lián)接的其它形式，實際中應(yīng)用較少。軸轂聯(lián)接6.1鍵聯(lián)接

鍵是標(biāo)準(zhǔn)零件，分平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵四種平鍵聯(lián)接：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵、

鍵的橫截面為矩形，它的兩個側(cè)面與輪轂上的鍵槽有配合關(guān)系，為其工作表面，工作時靠鍵與鍵槽之間的擠壓來傳遞扭矩。普通平鍵聯(lián)接為靜聯(lián)接，即軸上零件不沿軸向移動的聯(lián)接。普通平鍵按其端部形狀不同分為圓頭（A型）、方頭（B型）、和半圓頭（C型）三種；圓頭鍵應(yīng)用最多，與其相配的鍵槽是用指狀銑刀加工的，鍵在鍵槽中軸向固定較好，但鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，鍵的圓頭部分不能充分利用，鍵槽端部應(yīng)力集中較大。方頭鍵與其相配的鍵槽是用盤狀銑刀加工的，避免了圓頭鍵的缺點，但鍵在鍵槽中固定不好，尺寸稍大的鍵一般需用緊定螺栓固定；半圓頭鍵只適用于軸端處。普通平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便的優(yōu)點，同時由于在裝配時鍵的頂面與輪轂鍵槽之間留有間隙，因此不影響輪轂與軸的對中，對中性較好，因而應(yīng)用廣泛。但其只能實現(xiàn)周向固定以傳遞扭矩，不能傳遞軸向力和進(jìn)行軸向固定。當(dāng)輪轂在工作過程中需在軸上移動時可采用導(dǎo)向平鍵或滑鍵。導(dǎo)向平鍵長度較長，需用螺釘固定在軸上的鍵槽中，鍵上制有起鍵螺孔，可擰入螺釘將鍵拆出鍵槽。輪轂可沿鍵作軸向移動。當(dāng)輪轂需沿軸向移動的距離較大時，可選用滑鍵，如采用導(dǎo)向平鍵，則所需鍵的長度過大，鍵的制造困難。而滑鍵是固定在輪轂上的，鍵與軸上零件一起沿鍵槽軸向移動。由鍵槽控制輪轂的移動距離，鍵的尺寸較小。半圓鍵聯(lián)接半圓鍵用于靜聯(lián)接，工作時靠其側(cè)面來傳遞扭矩；鍵和鍵槽均做成半圓形，軸上鍵槽用半徑與鍵相同的盤狀銑刀銑出，鍵能在槽中擺動，以適應(yīng)轂上鍵槽底面的斜度；優(yōu)點：易于加工，裝配方便，尤其適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接。缺點：是軸上鍵槽較深，對軸的削弱較大，所以半圓鍵一般用于輕載聯(lián)接。楔鍵聯(lián)接

楔鍵只能用于靜聯(lián)接，分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵，普通楔鍵又分為圓頭（A型）、平頭（B型）和單圓頭（C型）三種型式；楔鍵的上表面和輪轂鍵槽的底面都有1:100的斜度，裝配后，分別與輪轂和軸上鍵槽的底面貼合，鍵楔緊在軸和輪轂的鍵槽里。工作時靠鍵的楔緊作用來傳遞扭矩；楔鍵還能承受單方向的軸向力，因而在對軸上零件起周向固定的同時，還可對輪轂起單向的軸向固定作用。楔鍵聯(lián)接的缺點：鍵在楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心，影響了輪轂與軸的對中性；楔鍵：一般用于轉(zhuǎn)速不高、載荷輕、定心精度要求不高的場合。切向鍵聯(lián)接切向鍵：由一對1:100的楔鍵沿斜面拼合而成，拼合后兩鍵的斜面互相貼合，上下表面是工作面，為互相平行的兩個平面。兩鍵分別從輪轂兩端打入，使之楔緊，裝配后，必須使其中一個工作表面處于包含軸心線的平面內(nèi)；雖然在楔緊后，軸、轂之間的摩擦力能傳遞一部分轉(zhuǎn)矩，但不是起主要作用。切向鍵也能傳遞單向軸向力，對軸上零件起單向軸向固定作用。用一個切向鍵只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，如要轉(zhuǎn)向，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，須用兩個切向鍵。切向鍵能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，但鍵槽對軸的削弱較大，同時切向鍵也會使軸上零件與軸的配合偏心，因而切向鍵常用于直徑大于100mm，定心精度要求不高的場合。平鍵的選擇與強(qiáng)度計算

類型選擇：根據(jù)使用要求、工作狀況、鍵的特點來進(jìn)行選擇。主要考慮的因素：（1）需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，切向鍵和平鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，楔鍵和半圓鍵聯(lián)接承載能力較?。唬?）定心精度的高低，平鍵對中性較好，楔鍵、切向鍵對中性較差；（3）用于靜聯(lián)接還是動聯(lián)接，普通平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵均用于靜聯(lián)接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動聯(lián)接；（4）是否需要軸向固定，只有楔鍵和切向鍵對軸上零件可起單向軸向固定作用；（5）是否安裝在軸端，半圓平鍵適用于軸端聯(lián)接。尺寸選擇：鍵的主要尺寸為橫截面的尺寸（鍵寬b×鍵高h(yuǎn)）與長度L；橫截面尺寸是根據(jù)軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選擇，鍵的長度則是由輪轂長度選定，一般取鍵長略短于輪轂的長度，輪轂長度約為1.5－2d，鍵的長度L應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列，平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計算平鍵聯(lián)接可能的失效形式：對于靜聯(lián)接（普通平鍵聯(lián)接）是鍵、軸、輪轂三者中較弱的零件（通常為輪轂）的工作表面被壓潰，對于動聯(lián)接（導(dǎo)向平鍵、滑鍵聯(lián)接）是磨損過度。一般情況下鍵不會被剪斷，因此壓潰和磨損是鍵的主要失效形式，所以只需要作聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和磨損校核。只有在重要的場合才做鍵的剪切強(qiáng)度校核。靜聯(lián)接（普通平鍵聯(lián)接）：動聯(lián)接（導(dǎo)向平鍵、滑鍵聯(lián)接）：半圓鍵聯(lián)接只可用于靜聯(lián)接，其主要失效形式為工作面被壓潰，只需進(jìn)行擠壓強(qiáng)度的校核。進(jìn)行強(qiáng)度校核后，如果一個鍵聯(lián)接的強(qiáng)度不夠，可采用雙鍵，值得注意的是，兩平鍵的布置應(yīng)相隔180o布置；兩個半圓鍵應(yīng)布置在軸的同一條母線上；雙鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計算不是按兩個鍵來計算，而是按1.5個鍵計算，主要是考慮到載荷分布不均。鍵的材料：由于鍵聯(lián)接的主要失效形式是壓潰與磨損，所以鍵材料要有足夠的硬度，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鍵用鋼材的抗拉強(qiáng)度不低于600ΜΡa，常用的材料是45號鋼。6.2花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接已標(biāo)準(zhǔn)化，其齒數(shù)、尺寸、配合等均可按標(biāo)準(zhǔn)選取；花鍵是由外花鍵和內(nèi)花鍵組成的，外花鍵上帶有多個縱向鍵齒，鍵齒與軸為一體?；ㄦI聯(lián)接由于鍵齒多，所傳遞的轉(zhuǎn)矩也大。花鍵既可用作靜聯(lián)接，又可用作動聯(lián)接。

與平鍵聯(lián)接比較，花鍵聯(lián)接有如下優(yōu)點：（1）鍵的齒數(shù)多，總接觸面積大，承載能力高；（2）鍵槽較淺，齒根處的應(yīng)力集中小，對軸和轂的強(qiáng)度削弱相對較小；（3）鍵齒均勻?qū)ΨQ分布，因而聯(lián)接受力均勻；（4）軸上零件與軸的對中性好，適用于高速運轉(zhuǎn)和精密機(jī)器，（5）導(dǎo)向性好，特別適用于動聯(lián)接。花鍵聯(lián)接的缺點是：需用專門設(shè)備加工，成本較高，因此花鍵聯(lián)接常用于載荷大、定心精度要求高或經(jīng)?；频膱龊稀；ㄦI根據(jù)齒形不同可分為矩形花鍵聯(lián)接和漸開線花鍵聯(lián)接兩類。矩形花鍵形狀簡單，加工方便，應(yīng)用廣泛；按齒高的不同，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定矩形花鍵有輕、中兩個系列，輕系列承載能力小，用于輕載聯(lián)接，中系列用于中等載荷的聯(lián)接。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定矩形花鍵的定心方式是以小徑（d）定心，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑（d）為配合面，由于內(nèi)花鍵孔和花鍵軸均可磨削加工，因而適用于轂孔表面硬度較高（>40HRC）的聯(lián)接，定心精度高，定心穩(wěn)定性好。此外，也有采用大徑（D）定心和寬度（B）定心的（圖5.9）。大徑定心適用于轂孔表面硬度不高（<40HRC）的聯(lián)接，內(nèi)花鍵孔用拉刀加工就可保證大徑的精度，成本較低。寬度（B）定心由于載荷沿齒側(cè)均勻分布，適用于傳遞較大載荷，但定心精度不高。漸開線花鍵：漸開線花鍵的齒廓為漸開線，壓力角有30o和45o兩種。漸開線花鍵的定心方式為齒形定心，是靠齒面上所受到的壓力自動平衡來定心的。制造方法與齒輪制造完全相同，制造精度較高。漸開線花鍵齒根較厚，因而有強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)，使用壽命長、易于定心等優(yōu)點。在傳遞的載荷較大，軸徑也較大時宜采用漸開線花鍵。

（a）α=30°(b)α=45°花鍵聯(lián)接的計算：花鍵聯(lián)接的計算與平鍵聯(lián)接的計算相似；首先選擇聯(lián)接的類型，查出標(biāo)準(zhǔn)尺寸，再作強(qiáng)度校核；花鍵的受力情況也和平鍵類似；可能的失效形式：齒面被壓潰（靜聯(lián)接）或過度磨損（動聯(lián)接）；只對聯(lián)接進(jìn)行擠壓強(qiáng)度或耐磨性計算。6.3銷聯(lián)接銷聯(lián)接通常只傳遞不大的載荷；也可用作安全裝置中過載剪斷的元件或在組合加工和裝配時固定零件之間的相互位置。銷已標(biāo)準(zhǔn)化；圓柱銷：靠過盈配合固定在銷孔中，多次裝拆有損于聯(lián)接的可靠性和定位的精確性；圓錐銷：有1﹕50的錐度，可以自鎖，定位精度高，多次裝拆對定位精確性和可靠性影響不大（還有幾種特殊結(jié)構(gòu)的圓錐銷，內(nèi)螺紋圓錐銷和螺尾圓錐銷）。6.4成形聯(lián)接

成形聯(lián)接是把軸與轂配合的那段軸做成非圓形截面的柱體或錐體，輪轂上制成相應(yīng)的孔，利用非圓截面的軸與相應(yīng)的轂孔配合構(gòu)成的聯(lián)接。成形聯(lián)接沒有鍵槽和尖角等應(yīng)力集中源，承載能力強(qiáng)，對中精度高，裝拆方便，但加工困難，特別是為了保證配合精度，最后一道工序需要在專用機(jī)床上進(jìn)行磨削加工，因而其應(yīng)用受到了限制。帶傳動傳動裝置：指能在一定距離間傳遞能量的裝置，這些裝置同時往往還要具有能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變、運動形式的改變等功能。機(jī)組：由動力機(jī)、傳動裝置和工作機(jī)共同組成的機(jī)器；原動機(jī)：為工作機(jī)提供動力的機(jī)器（常見的原動機(jī)有以下兩種：1）一次動力機(jī)：直接利用自然能源的動力機(jī)械，如汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)力機(jī)等；2）二次動力機(jī)：利用一次動力機(jī)得到的電能、液能、氣能等能源轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動力機(jī)械，如電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)等。單流傳動：動力機(jī)將全部動力直接傳遞給一個工作機(jī)，中間經(jīng)過或不經(jīng)過傳動裝置；分流傳動：一個動力機(jī)同時給若干個工作機(jī)提供動力，中間經(jīng)過傳動裝置，一般應(yīng)用于工作機(jī)較多，但每個工作機(jī)功率不大時；匯流傳動：若干個動力機(jī)并聯(lián)起來，中間通過傳動裝置，同時向同一個工作機(jī)提供動力，這種傳動形式一般用于低速、重載、大功率的工作機(jī)。傳動分為：機(jī)械傳動、流體傳動和電傳動三類；在機(jī)械傳動和流體傳動中：輸入的是機(jī)械能，輸出的仍是機(jī)械能；在電傳動中，則把電能變?yōu)闄C(jī)械能或把機(jī)械能變?yōu)殡娔?。機(jī)械傳動分為嚙合傳動和摩擦傳動；流體傳動分為液壓傳動和氣壓傳動。

傳動裝置的作用

工作機(jī)構(gòu)所要求的速度、轉(zhuǎn)矩或力，通常與動力機(jī)不一致；工作機(jī)構(gòu)常要求改變速度，用調(diào)節(jié)動力機(jī)速度的方法來達(dá)到這一目的往往不經(jīng)濟(jì)；動力機(jī)的輸出軸一般只作等速回轉(zhuǎn)運動，而工作機(jī)構(gòu)往往需要多樣的運動，如螺旋運動、直線運動或間歇運動等；一個動力機(jī)有時要帶動若干個運動形式和速度都不同的工作機(jī)構(gòu)

機(jī)械傳動的基本參數(shù)

傳動比：所謂傳動比就是主動輪的轉(zhuǎn)速與從動輪的轉(zhuǎn)速之比，

圓周速度：在一般情況下各種傳動的最高圓周速度都是有一定范圍的；傳動功率：各種傳動所能傳遞的最大功率是不一樣的，由于功率等于圓周速度與傳遞載荷的乘積，所以限制圓周速度的各因素也同樣限制著傳遞的功率。效率：能量經(jīng)過傳動裝置時將產(chǎn)生能量損失，其能量的利用程度用效率表示，損失程度用損失率ζ=1-η表示。質(zhì)量和尺寸：一般來說，在同樣的傳遞功率和傳動比條件下，蝸桿傳動的尺寸和質(zhì)量最小。機(jī)械傳動的選擇原則

小功率宜選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動，以降低制造費用；大功率宜優(yōu)先選用傳動效率高的傳動，以節(jié)約能源、降低生產(chǎn)費用。齒輪傳動效率最高，自鎖蝸桿傳動和普通螺旋傳動效率最低；速度低、傳動比大時，有多種方案可供選擇，比如：1）采用多級傳動，這時，帶傳動宜放在高速級，鏈傳動宜放在低速級；2）要求結(jié)構(gòu)尺寸小時，宜選用多級齒輪傳動、齒輪-蝸桿傳動或多級蝸桿傳動。傳動鏈應(yīng)力求短些，以減少零件數(shù)目；鏈傳動只能用于平行軸間的傳動；帶傳動主要用于平行軸間的傳動，功率小、速度低時，也可用于半交叉或交錯軸間的傳動；蝸桿傳動能用于兩軸空間交錯的傳動，交錯角為90°的最常用；齒輪傳動能適應(yīng)各種軸線位置；工作中可能出現(xiàn)過載的設(shè)備，宜在傳動系統(tǒng)中設(shè)置一級摩擦傳動，以便起到過載保護(hù)的作用。但摩擦有靜電發(fā)生，在易爆、易燃的場合，不能采用摩擦傳動；載荷經(jīng)常變化，頻繁換向的傳動，宜在傳動系統(tǒng)中設(shè)置一級能緩沖、吸振的傳動（如帶傳動、鏈傳動），或工作機(jī)采用液力傳動（中速）或氣力傳動（高速）；工作溫度較高、潮濕、多粉塵、易燃、易爆的場合，宜采用鏈傳動或閉式齒輪傳動、蝸桿傳動；要求兩軸嚴(yán)格同步時，不能采用摩擦傳動和流體傳動，只能采用齒輪傳動或蝸桿傳動。帶傳動設(shè)計帶傳動是兩個或多個帶輪之間用帶作為撓性拉曳零件的傳動，它是由主動輪1、從動輪2和帶3三部分構(gòu)成。帶傳動具有以下優(yōu)點：1）能緩和載荷沖擊；2）運行平穩(wěn)，無噪聲；3）制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴(yán)格；4）過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞；5）可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件（可達(dá)15m）。帶傳動有下列缺點：1）有彈性滑動和打滑，使效率降低和不能保持準(zhǔn)確的傳動比；2）傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大；3）帶的壽命較短。帶傳動的分類

根據(jù)帶的截面形狀不同，帶傳動可分為平帶傳動、V帶傳動、同步帶傳動、多楔帶傳動等

a）平帶傳動b）v帶傳動c)多楔帶傳動d）同步帶傳動傳動形式和應(yīng)用

帶傳動的應(yīng)用范圍很廣。帶的工作速度一般為5m/s～25m/s，使用高速環(huán)形膠帶時可達(dá)60m/s；使用錦綸片復(fù)合平帶時，可高達(dá)80m/s。膠帆布平帶傳遞功率小于500kW，普通V帶傳遞功率小于700kW。帶的傳動形式十分靈活，可以應(yīng)用于平行軸傳動，也可以應(yīng)用于交叉軸傳動。帶傳動的分類

根據(jù)帶的截面形狀不同，帶傳動可分為平帶傳動、V帶傳動、同步帶傳動、多楔帶傳動等

a）平帶傳動b）v帶傳動c)多楔帶傳動d）同步帶傳動傳動形式和應(yīng)用

帶傳動的應(yīng)用范圍很廣。帶的工作速度一般為5m/s～25m/s，使用高速環(huán)形膠帶時可達(dá)60m/s；使用錦綸片復(fù)合平帶時，可高達(dá)80m/s。膠帆布平帶傳遞功率小于500kW，普通V帶傳遞功率小于700kW。帶的傳動形式十分靈活，可以應(yīng)用于平行軸傳動，也可以應(yīng)用于交叉軸傳動。8.2帶的型號和帶輪結(jié)構(gòu)平帶：膠帆布平帶強(qiáng)度高、價廉，在平帶傳動中應(yīng)用最多，還有用麻、絲或錦綸等材料編織而成的編織帶；承載層為滌綸繩，表面覆以耐磨耐油膠布或聚氨酯的高速膠帶；承載層為錦綸片的強(qiáng)力錦綸帶等。膠帆布平帶通常整卷出售，使用時根據(jù)所需長度截取，并將其端部聯(lián)接起來（硫化接頭或機(jī)械接頭）。高速帶為無端的環(huán)形平帶。用聚氨酯材料制成的帶具有耐油性強(qiáng)、不產(chǎn)生磨屑、外表透明美觀等優(yōu)點，但使用溫度不得高于80℃。如果工作中有可能受熱蒸汽影響或與酸、堿接觸，則宜于改用橡膠材料制成的帶。

V帶V帶有普通V帶、窄V帶和寬V帶等類型。一般多使用普通V帶，現(xiàn)在使用窄V帶的也日見廣泛。窄V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作承載層，與普通V帶比較，當(dāng)高度相同時，其寬度比普通V帶小約30%。窄帶傳遞功率的能力比普通V帶大，允許速度和撓曲次數(shù)高，傳動中心距小。適用于大功率且結(jié)構(gòu)要求緊湊的傳動。普通V帶有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號（見GB/T13575.1—92）。窄V帶有SPZ、SPA、SPB、SPC四種型號（見GB1544—89）。普通V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成。

普通V帶和窄V帶a)簾布芯結(jié)構(gòu)b）繩芯結(jié)構(gòu)

V帶的楔角都是40°。膠帶彎曲時，受拉部分（頂膠層）在橫向要收縮，受壓部分（底膠層）在橫向要伸長，因而楔角將減小帶輪結(jié)構(gòu)帶輪由三部分組成：輪緣（用以安裝傳動帶）；輪轂（用以安裝在軸上）；輪輻或腹板（聯(lián)接輪緣與輪轂）；帶輪應(yīng)易于制造，能避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力，重量要輕。高速帶輪還要進(jìn)行動平衡；帶輪工作表面要保證適當(dāng)?shù)拇植诙戎担悦獍褞Ш芸炷?；帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用牌號為HT150或HT200；轉(zhuǎn)速較高時采用鑄鋼，或用鋼板沖壓后焊接；小功率時可以采用鑄鋁或塑料。對平帶傳動，為防止掉帶，通常在大帶輪輪緣表面制成中心凸度；大帶輪常采取輪輻式結(jié)構(gòu)，輪輻截面為橢圓形，其長軸與回轉(zhuǎn)平面重合。輪輻數(shù)目可根據(jù)帶輪直徑選?。篋<500mm時取4；D=500mm～1600mm時取6；D=1600mm～3000mm時取8。輪輻式帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪結(jié)構(gòu)型式8.3帶傳動幾何及力學(xué)計算決定帶傳動幾何關(guān)系的主要參數(shù)有：中心距a；帶長L；帶輪直徑D1、D2；包角

帶傳動受力分析

帶在安裝時就以一定的拉力（稱為張緊力）F0套在一對帶輪上，帶傳動不工作時，帶兩邊的拉力相等，均為F0；工作時，主動輪轉(zhuǎn)動帶動從動輪。由于帶與輪面間的摩擦力使其一邊拉力加大到F1，稱為緊邊拉力，另一邊拉力減小到F2，稱為松邊拉力。兩者之差F=F1–F2即為帶的有效拉力，它等于沿帶輪的接觸弧上摩擦力的總和。摩擦力有一極限值，如果工作阻力超過極限值，帶就在輪面上打滑。摩擦力的極限值決定于帶材料、張緊程度、包角大小等因素。

若帶速v<10m/s，離心力可以忽略，則若則平帶傳動的

V帶傳動的

帶的應(yīng)力及其分布規(guī)律

帶的緊邊應(yīng)力、松邊應(yīng)力和張緊應(yīng)力這三種應(yīng)力由緊邊拉力F1、松邊拉力F2和張緊力F0產(chǎn)生；帶上所產(chǎn)生的應(yīng)力,沿帶一周是不斷發(fā)生變化的，小帶輪為主動輪時，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊進(jìn)入小帶輪處，最小應(yīng)力發(fā)生在松邊上。在一般情況下，彎曲應(yīng)力最大，離心應(yīng)力比較小。離心應(yīng)力只占緊邊應(yīng)力的一部分。8.4彈性滑動現(xiàn)象和打滑失效

帶的彈性滑動和打滑

彈性滑動引起了下列后果：1）從動輪的圓周速度低于主動輪；2）降低了傳動效率；3）引起帶的磨損；4）使帶溫度升高。彈性滑動也是不能避免的。選用彈性模量大的帶材料，可以降低彈性滑動。打滑是由于過載所引起的帶在帶輪上的全面滑動。打滑可以避免，彈性滑動不能避免帶的滑動率

8.5帶傳動的疲勞強(qiáng)度分析在帶繞過兩個帶輪過程中，應(yīng)力由小變大、又由大變小地變化一次。帶繞過帶輪的次數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越高，帶越短，應(yīng)力變化也越頻繁；因此帶傳動的主要失效形式為打滑和疲勞破壞；帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是：在不打滑前提下，具有一定疲勞強(qiáng)度和壽命。

提高帶傳動工作能力的方法

增大摩擦系數(shù)在結(jié)構(gòu)方面可利用楔形增壓原理采用V帶傳動，其當(dāng)量摩擦系數(shù)比平帶傳動高約70%；（V帶傳動適用于短中心距和較大的傳動比；在垂直或傾斜的傳動中都能工作得很好；V帶傳動又沒有接頭，運行較平穩(wěn)；數(shù)根同時使用時，即使損壞一根，機(jī)器不致立刻停車。V帶傳動的缺點是帶的使用壽命較平帶短，帶輪價格較貴，傳動效率較平帶傳動要低一些）。增大包角：增大包角可以增大有效拉力，提高傳動工作能力。增大包角的措施，除減小傳動比、增大中心距外，還可以采用張緊裝置。盡量使傳動在靠近最佳速度下工作采用高強(qiáng)度帶材料：如采用鋼絲繩、滌綸等合成纖維繩作為帶的承載層。采用新型帶傳動：如大楔角V帶、多楔帶、同步帶等傳動。8.6V帶傳動的設(shè)計過程型號的選擇：帶的型號可根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速選?。?/p>

普通V帶選型

窄V帶選型

包角、傳動比i的確定：V帶傳動的包角一般不小于120°，個別情況下可小到70°。傳動比i通常不大于7，個別情況下可到10。中心距a、帶基準(zhǔn)長度Ld的確定：帶傳動的中心距不宜過大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動。中心距也不宜過小，否則：1）中心距愈小，則帶的長度愈短，在一定速度下，單位時間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)愈多，會加速帶的疲勞損壞；2）當(dāng)傳動比i較大時，短的中心距將導(dǎo)致包角過小。張緊力F0的確定：對于帶傳動來說，張緊力過小，摩擦力小，容易發(fā)生打滑；張緊力過大，則帶壽命低，軸和軸承受力大。對于V帶傳動；根數(shù)計算方法：軸上的載荷確定：8.6V帶傳動的設(shè)計過程型號的選擇：帶的型號可根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速選??；

普通V帶選型

窄V帶選型

包角、傳動比i的確定：V帶傳動的包角一般不小于120°，個別情況下可小到70°。傳動比i通常不大于7，個別情況下可到10。中心距a、帶基準(zhǔn)長度Ld的確定：帶傳動的中心距不宜過大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動。中心距也不宜過小，否則：1）中心距愈小，則帶的長度愈短，在一定速度下，單位時間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)愈多，會加速帶的疲勞損壞；2）當(dāng)傳動比i較大時，短的中心距將導(dǎo)致包角過小。張緊力F0的確定：對于帶傳動來說，張緊力過小，摩擦力小，容易發(fā)生打滑；張緊力過大，則帶壽命低，軸和軸承受力大。對于V帶傳動；根數(shù)計算方法：軸上的載荷確定：卸載帶輪帶傳動設(shè)計過程帶傳動的失效形式是：打滑和疲勞破壞。帶傳動的設(shè)計過程應(yīng)能體現(xiàn)避免這兩種失效。一般進(jìn)行的帶傳動設(shè)計，給定的原始數(shù)據(jù)為：傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n1、n2（或傳動比i），傳動位置要求及工作條件等。設(shè)計內(nèi)容一般包括：確定帶的型號、長度、根數(shù)、帶輪基準(zhǔn)直徑、傳動中心距、結(jié)構(gòu)尺寸等。一般的設(shè)計步驟為：確定帶的型號：帶的型號要根據(jù)帶傳動的計算功率選擇，計算功率Pc根據(jù)公式（8.18）計算獲得，然后通過圖8.15查取型號。確定帶輪的基準(zhǔn)直徑：初步根據(jù)表8.7選擇小帶輪直徑D1，然后利用公式（8.15）計算大帶輪直徑D2。計算帶長、中心距、包角：根據(jù)公式，初取中心距，然后根據(jù)公式(8.1)計算帶長，再根據(jù)計算帶長查表8.3，選擇標(biāo)準(zhǔn)帶長Ld；利用公式8.2計算實際中心距，利用公式求出小帶輪包角，并驗算是否滿足要求。確定帶的根數(shù)：根據(jù)表8.9查取P0，根據(jù)表8.11查取ΔP0，利用公式(8.20)計算帶的根數(shù)，并驗算是否在許用范圍，如果根數(shù)過多，將需要改變帶的型號。求軸上載荷：首先根據(jù)公式(8.19)計算帶的張緊力，然后根據(jù)公式(8.21)計算軸上的載荷。帶輪的結(jié)構(gòu)確定：根據(jù)大小帶輪的直徑，進(jìn)行帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計。繪制出零件圖。8.7平帶傳動設(shè)計

（粘接接頭需加接頭長度200mm～400mm）8.8帶傳動的張緊定期張緊自動張緊帶輪定期張緊方法帶輪自動張緊方法

8.9其它帶傳動同步帶傳動：同步帶綜合利用了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，傳動時的線速度可達(dá)50m/s，傳動比可達(dá)10，有時可以達(dá)到20，效率可達(dá)98%，所以同步帶的應(yīng)用日益廣泛。其主要缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴(yán)格，價格較貴。同步帶型號分為最輕型MXL、超輕型XXL、特輕型XL、輕型L、重型H、特重型XH、超重型XXH七種同步帶帶輪的齒形推薦采用漸開線齒形，可用范成法加工而成。也可以使用直邊齒形。高速帶傳動：帶速v>30m/s，高速軸轉(zhuǎn)速n1=10000r/min～50000r/min的帶傳動。這種傳動要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動可靠，并有一定的壽命。高速帶要求采用重量輕、薄而均勻、撓曲性好的環(huán)形平帶，如特制的編織帶（絲、麻、錦綸等）、薄型錦綸片復(fù)合平帶等。高速帶輪通常采用鋼或鋁合金制造。高速帶輪要求重量輕、質(zhì)量均勻?qū)ΨQ、運轉(zhuǎn)時空氣阻力小。帶輪各面均應(yīng)進(jìn)行精加工，并進(jìn)行動平衡。大、小輪緣都應(yīng)加工出凸度，這是為了防止掉帶，可制成鼓形面或雙錐面。在輪緣表面常開環(huán)形槽，以防止在帶與輪緣表面間形成空氣層而降低摩擦系數(shù)，影響正常傳動多楔帶傳動：它是平帶和V帶組合結(jié)構(gòu)，其楔形部分嵌入帶輪上的楔形槽內(nèi)，靠楔面摩擦工作。多楔帶是無端的。摩擦力和橫向剛度較大，兼有平帶和V帶的優(yōu)點，故適用于傳遞功率較大而要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合，也可用于載荷變動較大或有沖擊載荷的傳動。因其長度完全一致，故運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好，振動也較小，從皮帶輪上脫落的可能性很小。第9章鏈傳動鏈傳動的特點鏈傳動是在兩個或多于兩個鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動；鏈傳動是一種應(yīng)用較為廣泛的機(jī)械傳動，他的特點介于齒輪傳動和皮帶傳動之間。它是由鏈條和主、從動鏈輪所組成。鏈傳動的主要優(yōu)點是：沒有滑動；工況相同時，傳動尺寸比較緊湊；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較?。恍瘦^高，可以達(dá)到η≈98%；能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用等；需要時軸間距離可以很大。鏈傳動的缺點是：只能用于平行軸間的傳動；瞬時速度不均勻，高速運轉(zhuǎn)時不如帶傳動平穩(wěn)；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中應(yīng)用；工作時有噪聲；制造費用比帶傳動高等。鏈傳動的應(yīng)用：鏈傳動主要用于要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜采用齒輪傳動的場合。廣泛用于農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、起重、運輸、石油、化工、紡織等各種機(jī)械的動力傳動中。目前，最大傳遞功率達(dá)到5000kW，最高速度達(dá)到40m/s，最大傳動比達(dá)到15，最大中心距達(dá)到8m。由于經(jīng)濟(jì)及其他原因，鏈傳動的傳動功率一般小于100kW，速度小于15m/s，傳動比小于8。

鏈的分類按照工作性質(zhì)的不同：傳動鏈、起重鏈、曳引鏈。最常用的是傳動鏈。傳動鏈主要用來傳遞動力，通常都在中等速度(20m/s)以下工作。起重鏈主要用在起重機(jī)械中提升重物，其工作速度不大于0.25m/s。曳引鏈主要用在運輸機(jī)械中移動重物，其工作速度不大于2m/s－4m/s。傳動鏈主要分為：套筒鏈、套筒滾子鏈(簡稱滾子鏈)、齒形鏈和成型鏈。圖9.3滾子鏈結(jié)構(gòu)圖9.4雙排鏈結(jié)構(gòu)滾子鏈的鏈板一般做成8字形，以使它的各個橫截面具有接近相等的抗拉強(qiáng)度，同時也減少了鏈的重量和運動時的慣性力。節(jié)距P是鏈的基本特性參數(shù)。滾子鏈的節(jié)距是指鏈在拉直情況下，相鄰滾子外圓中心之間的距離。套筒和銷軸間的接觸面積稱為鉸鏈承壓面，它的投影面積A為當(dāng)傳遞大功率時，可以用雙排鏈或多排鏈。把一根以上的單列鏈并列、用長銷軸聯(lián)接起來的鏈稱為多排鏈。多排鏈的排數(shù)一般不超過3－4排，因為排數(shù)的增加會導(dǎo)致各排受力不均增加。當(dāng)載荷大而要求排數(shù)多時，可采用兩根或兩根以上的雙排鏈或三排鏈。鏈的節(jié)數(shù)根據(jù)實際需要而定，通過鏈接頭鏈接。當(dāng)一根鏈的鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時采用連接鏈節(jié)；當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則必須加一個過渡鏈節(jié)。過渡鏈節(jié)的鏈板受有附加彎矩，最好不用，但在重載、沖擊、反向等繁重條件下工作時，采用全部由過渡鏈節(jié)構(gòu)成的鏈，柔性較好，能減輕沖擊和振動。滾子鏈的標(biāo)記為：鏈號排數(shù)整鏈鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編號

齒形鏈齒形鏈又稱無聲鏈，它是由一組帶有兩個齒的鏈板左右交錯并列鉸接而成；鏈齒外側(cè)是直邊，工作時鏈齒外側(cè)邊與鏈輪輪齒相嚙合實現(xiàn)傳動，其嚙合的齒楔角有60???????

和70o兩種，前者用于節(jié)距p≥9.525mm，后者用于p<9.525mm。其中楔角為60???????

的齒形鏈傳動因較易制造，應(yīng)用較廣。齒形鏈既適宜于高速傳動，又適宜于傳動比大和中心距小的場合，其傳動效率一般為95%～98%，潤滑良好的傳動可達(dá)98%～99%。和滾子鏈比較，齒形鏈具有工作平穩(wěn)、噪聲較小、允許鏈速較高、承受沖擊載荷能力較好(有嚴(yán)重沖擊載荷時，最好采用帶傳動)和輪齒受力較均勻等優(yōu)點；價格較貴、重量較大并且對安裝和維護(hù)的要求也較高。齒形鏈的鉸鏈形式主要有三種形式：圓銷式、軸瓦式、滾柱式。9.3鏈輪結(jié)構(gòu)和材料鏈輪輪齒的齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能自由地進(jìn)入和退出嚙合；在嚙合時應(yīng)保證良好的接觸，同時它的形狀應(yīng)盡可能地簡單。鏈輪齒形已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，鏈輪設(shè)計主要是確定其結(jié)構(gòu)尺寸。滾子鏈鏈輪齒形鏈鏈輪

(a)整體式(b)腹板式(c)組合式圖9.9滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)(a)整體式(b)腹板式(c)組合式9.11齒形鏈鏈輪結(jié)構(gòu)鏈和鏈輪的材料鏈輪材料應(yīng)能滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求；在低速、輕載、平穩(wěn)傳動中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時，采用中碳鋼淬火處理，其硬度>40HRC；高速、重載、連續(xù)工作的傳動，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火(如用15、20Cr、12CrNi3等鋼淬硬至55HRC-60HRC)或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火(如用45、40Cr、45Mn、35SiMn、35CrMo等鋼淬硬到40HRC－50HRC)。載荷平穩(wěn)、速度較低、齒數(shù)較多時，也允許采用的鑄鐵制造鏈輪。由于小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，因此對材料的要求也比大鏈輪高。當(dāng)大鏈輪用鑄鐵制造時，小鏈輪通常都用鋼。9.4鏈傳動的運動分析鏈的水平方向的加速度鏈的垂直方向分速度相對嚙合沖擊動能若鏈條松弛，在起動、制動、反轉(zhuǎn)、載荷變化等情況下，將產(chǎn)生慣性沖擊，使鏈傳動產(chǎn)生很大的動載荷。

9.5鏈傳動的受力分析工作拉力：離心拉力：垂度拉力

：緊邊總拉力：松邊總拉力：軸上的載荷：9.6滾子鏈傳動的失效及強(qiáng)度計算鏈傳動的失效形式有：

(1)鉸鏈元件由于疲勞強(qiáng)度不足而破壞。

(2)因鉸鏈銷軸磨損使鏈節(jié)距過度伸長（在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下允許伸長率為3%），從而破壞正確嚙合和造成脫鏈現(xiàn)象；

(3)潤滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過高時，銷軸和套筒的摩擦表面易發(fā)生膠合破壞；

(4)經(jīng)常起動、反轉(zhuǎn)、制動的鏈傳動，由于過載造成沖擊破斷；

(5)低速重載的鏈傳動，鉸鏈元件發(fā)生靜強(qiáng)度破壞；

(6)鏈輪輪齒磨損。額定功率曲線

額定功率確定方法對于的低速鏈傳動，鏈的主要失效形式是過載拉斷，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。靜強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)滿足下列要求試驗條件：兩鏈輪安裝在同一個水平面上，單列鏈水平布置、載荷平穩(wěn)、工作環(huán)境正常、按推薦的潤滑方式潤滑、使用壽命15000h；鏈因磨損而引起鏈節(jié)距的相對伸長量。9.7滾子鏈傳動的設(shè)計步驟設(shè)計滾子鏈時的原始數(shù)據(jù)為：傳動的功率、小鏈輪和大鏈輪的轉(zhuǎn)速（或傳動比）、原動機(jī)種類、載荷性質(zhì)以及傳動用途等。設(shè)計步驟：

1．選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2

小鏈輪齒數(shù)對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響，鏈輪齒數(shù)不宜過多或過少。過少時將：1)增加傳動的不均勻性和動載荷；2)增加鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角，從而增大功率消耗；3)增加鉸鏈承壓面間的壓強(qiáng)（因齒數(shù)少時，鏈輪直徑小，鏈的工作拉力將增加），從而加速鉸鏈磨損等；4)增加鏈傳動的圓周力，從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。由于鏈節(jié)數(shù)應(yīng)選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選質(zhì)數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。并優(yōu)先選取17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。

2．確定傳動比i

鏈傳動的傳動比一般，推薦，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10（個別情況可到15）。如傳動比過大，則鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數(shù)太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現(xiàn)跳齒，破壞正常嚙合，通常包角最好不小于，傳動比在3左右。

3．確定計算功率

4．確定鏈節(jié)距：在承載能力足夠條件下，應(yīng)選取較小節(jié)距的單排鏈，高速重載時，可選用小節(jié)距的多排鏈。一般，載荷大、中心距小、傳動比大時，選小節(jié)距多排鏈；速度不太高、中心距大、傳動比小時選大節(jié)距單排鏈。

5．確定中心距和鏈長

6．鏈速和鏈輪的極限轉(zhuǎn)速鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m/s。如果鏈和鏈輪的制造質(zhì)量很高，鏈節(jié)距較小，鏈輪齒數(shù)較多，安裝精度很高，以及采用合金鋼制造的鏈，則鏈速也允許超過20m/s－30m/s。鏈輪的最佳轉(zhuǎn)速和極限轉(zhuǎn)速。

7．計算鏈傳動作用在軸上的力FQ9.8齒型鏈傳動設(shè)計齒形鏈的基本參數(shù)確定方法為：鏈輪齒數(shù)，通常，且宜取奇數(shù)齒；傳動比，通常取，推薦；齒型鏈節(jié)距、鏈寬和適用小鏈輪轉(zhuǎn)速范圍；圖9.19齒型鏈傳動額定功率曲線(b=1mm、z1=21、平穩(wěn)載荷)9.9鏈傳動的布置、張緊和潤滑鏈傳動的合理布置兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一垂直平面內(nèi);兩鏈輪中心連線最好是水平的，或與水平面成以下的傾斜角，盡量避免垂直傳動。屬于下列情況時，緊邊最好布置在傳動的上面：

1)中心距和的水平傳動；

2)傾斜角相當(dāng)大的傳動；

3)中心距、傳動比和鏈輪齒數(shù)的水平傳動。

圖9.20傳動鏈的布置鏈傳動的張緊方法鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免由于鏈條垂度過大產(chǎn)生嚙合不良和鏈條振動現(xiàn)象，同時也為了增加鏈條的包角。張緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。當(dāng)兩輪中心連線傾角大于60o時，一般都要設(shè)置張緊裝置。最常見的張緊方法是移動鏈輪以增大兩輪的中心距。但如中心距不可調(diào)時，也可以采用張緊輪傳動。張緊輪應(yīng)裝在靠近主動鏈輪的松邊上。不論是帶齒的還是不帶齒的張緊輪，其分度圓直徑最好與小鏈輪的分度圓直徑相近。不帶齒的張緊輪可以用夾布膠木制成，寬度應(yīng)比鏈約寬5mm。此外還可用壓板或托板張緊。對于中心距大的鏈傳動，用托板控制垂度更為合理。

鏈傳動的潤滑、護(hù)罩或鏈條箱

Ⅰ—人工定期潤滑；Ⅱ—滴油潤滑；Ⅲ—油浴或飛濺潤滑；Ⅳ—壓力噴油潤滑圖9.22建議使用的潤滑油方法第10章齒輪傳動設(shè)計

10.1齒輪傳動概述齒輪傳動是機(jī)械傳動中最為重要的一種傳動形式；齒輪傳動的型式很多，適用范圍很廣，在實際機(jī)器中應(yīng)用的也最多，傳遞功率可高達(dá)數(shù)萬千瓦，圓周速度可達(dá)150m/s，目前最高可達(dá)300m/s，齒輪的直徑能做到10m以上，單級傳動比可達(dá)8或更大；齒輪傳動的主要優(yōu)點：1)工作可靠，使用壽命長。設(shè)計制造正確合理、使用維護(hù)良好的情況下，齒輪傳動工作十分可靠，壽命可達(dá)一、二十年，在所有的機(jī)械傳動形式中是最高的；2)瞬時傳動比為常數(shù)。齒輪傳動是一種可以實現(xiàn)恒速、恒傳動比的機(jī)械嚙合傳動形式，齒輪傳動廣泛應(yīng)用的重要原因之一是其能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的傳動比；3)傳動效率高。常用的機(jī)械傳動中，齒輪傳動所能夠?qū)崿F(xiàn)的效率最高，一級齒輪傳動能夠達(dá)到的效率高達(dá)99%；4)結(jié)構(gòu)緊湊。與帶傳動、鏈傳動相比，齒輪傳動的空間體積要小得多；5)功率和速度適用范圍廣。帶傳動和鏈傳動的圓周速度都有一定的限制，而齒輪傳動可以達(dá)到的速度要大的多。2.齒輪傳動的主要缺點：1)齒輪制造需專用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；2)精度低時，振動和噪聲較大；3)不宜用于軸間距離大的傳動等。齒輪傳動的主要類型1)按軸的布置方式分：平行軸齒輪傳動，相交軸齒輪傳動，交錯軸齒輪傳動；2)按齒線相對于齒輪母線方向分：直齒齒輪傳動，斜齒齒輪傳動，人字齒齒輪傳動，曲線齒齒輪傳動；3)按齒輪傳動工作條件分：閉式齒輪傳動，開式齒輪傳動，半開式齒輪傳動；4)按齒輪的齒廓曲線分：漸開線齒輪，擺線齒輪，圓弧齒輪；5)按齒輪齒面硬度分：軟齒面齒輪（≤350HB），硬齒面齒輪（>350HB）。齒輪傳動的主要參數(shù)

1）模數(shù)：為了減少齒輪加工刀具種數(shù)，規(guī)定齒輪的模數(shù)為2）中心距：a

3）基本齒廓

4）傳動比、齒數(shù)比：主動輪轉(zhuǎn)速n1與從動輪轉(zhuǎn)速n2之比稱為傳動比；齒數(shù)比等于大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比。5）變位系數(shù)：在齒輪加工過程中，刀具從切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置移動某一徑向距離后切制的齒輪，稱為徑向變位齒輪。刀具變位量用xm表示，x稱為變位系數(shù)。刀具向齒輪中心移動，為負(fù)值，反之為正值。齒輪變位的根本目的在于，隨著x的改變，輪齒形狀也改變，因而可使?jié)u開線上的不同部分作為工作齒廓，以改善嚙合性質(zhì)。對于一對嚙合齒輪，若兩輪變位系數(shù)的絕對值相等，但一正一負(fù)，即x1=－x2≠0（x1+x2=0），這時，傳動的嚙合角等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓重合，中心距等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動中心距，只是齒頂高和齒根高有所變化，這種齒輪傳動稱為高度變位（或等變位）齒輪傳動。若x1+x2≠0，嚙合角將不等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓不再重合，中心距亦不等于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動中心距，這種齒輪傳動稱為角度變位齒輪傳動。齒輪傳動的精度等級漸開線圓柱齒輪和錐齒輪精度規(guī)定了12個等級，按精度高低依次為1～12級，1級精度最高，12級精度最低。根據(jù)對運動準(zhǔn)確性、傳動平穩(wěn)性和載荷分布均勻性的要求不同，每個精度等級的各項公差相應(yīng)分成三個組：第Ⅰ公差組、第Ⅱ公差組和第Ⅲ公差組。齒輪精度等級應(yīng)根據(jù)傳動的用途、使用條件、傳動功率、圓周速度等決定。圓柱齒輪傳動的幾何關(guān)系

10.2齒輪傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則齒輪傳動的失效一般是指輪齒的失效;大體分為輪齒折斷和齒面損傷兩類;齒面損傷又有齒面接觸疲勞磨損（點蝕）、膠合、磨粒磨損和塑性流動等。輪齒折斷：在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷。折斷一般發(fā)生在齒根部位。折斷有兩種：一種是由多次重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是因短時過載或沖擊載荷而產(chǎn)生的過載折斷。兩種折斷均起始于輪齒受拉應(yīng)力一側(cè)。提高齒輪抗折斷：１）增大齒根過渡曲線半徑；２）降低表面粗糙度值、減輕加工損傷（如磨削燒傷、滾切拉傷）、采用表面強(qiáng)化處理（如噴丸、輾壓）；４）增大軸及軸承的剛度，使接觸面受力均勻。齒面點蝕（接觸疲勞磨損）：點蝕又稱接觸疲勞磨損，是潤滑良好的閉式傳動常見的失效形式之一；所謂點蝕是由于齒面接觸應(yīng)力是交變的、經(jīng)多次反復(fù)后，在節(jié)線附近靠近齒根部分的表面上，產(chǎn)生的若干小片狀剝落而形成麻點；潤滑油粘度愈低，愈易滲入裂紋，點蝕擴(kuò)展愈快。點蝕將影響傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生振動和噪聲，甚至不能正常工作。點蝕一般發(fā)生于靠近節(jié)線附近的齒根一側(cè)，原因在于：在靠近節(jié)線附近嚙合時，由于相對滑動速度低，難以形成油膜潤滑，摩擦力較大，特別對于直齒輪傳動，在節(jié)線附近只有一對齒嚙合，輪齒受力最大；剛投入使用的新齒輪在短期工作后出現(xiàn)的點蝕痕跡，繼續(xù)工作不再發(fā)展或反而消失的稱為收斂性點蝕。收斂性點蝕只發(fā)生在軟齒面（≤350HB）上，硬齒面（>350HB）輪齒不發(fā)生收斂性點蝕。軟齒面輪齒經(jīng)跑合后，接觸應(yīng)力高于接觸疲勞極限值時，有時會隨著工作時間的延長而繼續(xù)擴(kuò)展的點蝕稱為擴(kuò)展性點蝕。開式傳動沒有點蝕現(xiàn)象，這是由于齒面磨粒磨損比疲勞磨損（點蝕）發(fā)展得快的緣故。

提高齒面接觸疲勞強(qiáng)度，防止或減輕點蝕可以采取以下措施：1）提高齒面硬度和降低表面粗糙度值；2）在許可范圍內(nèi)采用大的變位系數(shù)和（

xΣ=x1+x2），以增大綜合曲率半徑；3）采用粘度較高的潤滑油；4）減小動載荷等。齒面點蝕（疲勞磨損）

齒面膠合對于高速重載的齒輪傳動來說，膠合是一種常見的失效形式；所謂膠合就是比較嚴(yán)重的粘著磨損。高速重載傳動因滑動速度高而產(chǎn)生的瞬時高溫會使油膜破裂，造成齒面間的粘焊現(xiàn)象，粘焊處被撕脫后，輪齒表面沿滑動方向形成溝痕；對于低速重載的齒輪傳動，由于滑動速度低，傳動過程不易形成油膜，摩擦熱雖不大，但也可能會出現(xiàn)膠合現(xiàn)象，這時的瞬時溫升不大，故也稱為冷膠合現(xiàn)象。防止或減輕齒面膠合的主要措施有：1）采用角度變位齒輪傳動；2）減小模數(shù)和齒高以降低滑動速度；3）采用極壓潤滑油；4）選用抗膠合性能好的齒輪副材料；5）材料相同時，使大、小齒輪保持適當(dāng)硬度差；6）提高齒面硬度和降低表面粗糙度值等。

齒面磨粒磨損兩種情形：一是當(dāng)表面粗糙的硬齒與較軟的輪齒相嚙合時，由于相對滑動，軟齒表面易被劃傷而產(chǎn)生齒面磨粒磨損；二是外界硬屑落入嚙合輪齒間也將產(chǎn)生磨粒磨損。磨損后，正確齒形遭到破壞，齒厚減薄，最后導(dǎo)致輪齒因強(qiáng)度不足而折斷。減輕或防止磨粒磨損的主要措施有：1）提高齒面硬度；2）降低表面粗糙度值；3）降低滑動系數(shù)；4）注意潤滑油的清潔和定期更換等；5）采用閉式傳動；6）對于開式傳動，應(yīng)特別注意環(huán)境清潔，減少磨粒侵入。齒面塑性流動由于在主動輪齒面的節(jié)線兩側(cè)，齒頂和齒根的摩擦力方向相背，因此在節(jié)線附近形成凹槽；從動輪則相反，由于摩擦力方向相對，因此在節(jié)線附近形成凸脊；這種損壞常在低速重載、頻繁起動和過載傳動中常見發(fā)生。齒面塑性流動是一種永久失效形式，伴隨有材料的屈服現(xiàn)象。破壞正確的齒面嚙合；減輕或避免塑性流動的主要措施為：適當(dāng)提高齒面硬度，采用粘度較大的潤滑油。齒輪傳動的計算準(zhǔn)則設(shè)計的齒輪傳動，在規(guī)定的工況下必須具備足夠的強(qiáng)度，以抵抗可能發(fā)生的各種失效問題，齒輪的計算準(zhǔn)則由失效形式確定。對于閉式傳動的齒輪，主要失效形式是接觸疲勞磨損、彎曲疲勞折斷和膠合。目前，一般只進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計算。當(dāng)有短時過載時，還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。對于高速大功率的齒輪傳動，還應(yīng)進(jìn)行抗膠合計算。對于開式傳動的齒輪，主要失效形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損，磨損尚無完善的計算方法，故目前只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計算，用適當(dāng)加大模數(shù)的辦法以考慮磨粒磨損的影響。對于有短時過載的齒輪傳動，還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。10.3齒輪材料齒輪材料應(yīng)具備下列條件：齒面具有足夠的硬度，以獲得較高的抗點蝕、抗磨粒磨損、抗膠合和抗塑性流動的能力；在變載荷和沖擊載荷下有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度；具有良好的加工和熱處理工藝性；價格較低。常用齒輪材料鍛鋼：除尺寸過大或是結(jié)構(gòu)形狀過于復(fù)雜只宜制造外，一般都用鍛鋼加工齒輪。硬齒面齒輪可用整體淬火、表面淬火、滲碳淬火、滲氮和碳氮共滲等方法處理。軟齒面齒輪可由正火或調(diào)質(zhì)處理，精切齒形可在熱處理后進(jìn)行。鑄鋼：對于直徑較大（頂圓直徑da≥400mm）的齒輪一般采用鑄鋼制造，其毛坯應(yīng)進(jìn)行正火處理以消除殘余應(yīng)力和硬度不均勻現(xiàn)象。常用的牌號為ZG270-500～ZG340-640，或低合金鑄鋼ZG40Mn、ZG40Cr。鑄鐵：普通灰鑄鐵的鑄造性能和切削性能好、價廉、抗點蝕和抗膠合能力強(qiáng)，但彎曲強(qiáng)度低、沖擊韌性差，常用于低速、無沖擊和大尺寸的場合。鑄鐵中石墨有自潤滑作用，尤其適用于開式傳動。非金屬材料：對于高速、小功率和精度要求不高的齒輪傳動，可采用夾布膠木、尼龍等非金屬材料。非金屬材料的彈性模量較小，可減輕因制造和安裝不精確所引起的不利影響，傳動時的噪聲小。由于非金屬材料的導(dǎo)熱性差，與其嚙合的配對齒輪仍應(yīng)采用鋼或鑄鐵制造，以利于散熱。齒輪熱處理整體淬火：整體淬火后再低溫回火。表面淬火：表面淬火后再低溫回火。滲碳淬火：沖擊載荷較大的齒輪，宜采用滲碳淬火。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨齒。滲氮：滲氮齒輪硬度高、變形小，適用于內(nèi)齒輪和難于磨削的齒輪。碳氮共滲：碳氮共滲工藝時間短，且有滲氮的優(yōu)點，可以代替滲碳淬火，其材料和滲碳淬火的相同。正火和調(diào)質(zhì)：批量小、單件生產(chǎn)、對傳動尺寸沒有嚴(yán)格限制時，常采用正火或調(diào)質(zhì)處理。為了減少膠合危險，并使大、小齒輪壽命相近，小齒輪齒面硬度應(yīng)比大齒輪高數(shù)十個HB單位。齒輪材料的選擇齒輪材料的確定,取決于工作條件、齒輪尺寸大小、毛坯成型方法、熱處理工藝、材料的終端性能等。10.4齒輪傳動的受力分析直齒圓柱齒輪傳動的受力斜齒圓柱齒輪傳動的受力

直齒錐齒輪傳動的受力10.5齒輪傳動的載荷計算K——載荷系數(shù)；KA——工況系數(shù)；Kv——動載系數(shù)；Kα——齒間載荷分配系數(shù)，對于接觸強(qiáng)度計算和彎曲強(qiáng)度計算分別為KHα和KFα；Kβ——齒向載荷分布系數(shù)，對于接觸強(qiáng)度計算和彎曲強(qiáng)度計算分別為KHβ和KFβ，F(xiàn)tc也稱計算載荷。工況系數(shù)KA：考慮動力機(jī)和工作機(jī)的運轉(zhuǎn)特性、聯(lián)軸器的緩沖性能等外部因素引起的動載荷應(yīng)在計算載荷中加以修正；動載系數(shù)Kv：齒輪傳動的齒輪副在嚙合過程中因存在制造和裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，這些誤差和變形，導(dǎo)致齒輪不能正確地嚙合傳動，瞬時傳動比就不能保持恒定，從動輪產(chǎn)生瞬時加速度，產(chǎn)生動載荷，引入動載系數(shù)加以修正；齒間載荷分配系數(shù)：由于齒輪傳動的端面重合度一般都大于1。工作時，單對齒嚙合和雙對齒嚙合交替進(jìn)行，單對齒嚙合時，作用力由一對齒承擔(dān)，雙對齒嚙合時作用力則由兩對齒分擔(dān)。由于制造誤差和輪齒變形等原因，載荷在各嚙合齒對之間的分配是不均勻的。齒向載荷分布系數(shù)Kβ：齒輪傳動工作時，由于軸的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形、軸承的彈性位移以及傳動裝置的制造和安裝誤差等原因，將導(dǎo)致齒輪副相互傾斜及輪齒扭曲。為此，引入齒向載荷分布系數(shù)Kβ，就是考慮使輪齒沿接觸線產(chǎn)生載荷分布不均勻現(xiàn)象的影響。

10.6標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計算

齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算彈性系數(shù)：是用來反映彈性模量和泊松比對接觸應(yīng)力的影響；重合度系數(shù)

Zε：用以考慮重合度對單位齒寬載荷的影響；節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH

：節(jié)點區(qū)域系數(shù)用以考慮節(jié)點處齒廓曲率對接觸應(yīng)力的影響；齒寬系數(shù)ψd

：齒寬b和小齒輪分度圓直徑的比值稱為齒寬系數(shù)（ψd=b/d1）。在一定載荷作用下，增大齒寬可減小齒輪直徑和傳動中心距，從而降低圓周速度。但齒寬愈大，載荷分布愈不均勻；（為便于裝配和調(diào)整，根據(jù)d1和ψd求出輪寬b后，將小齒輪寬度再加大5mm～10mm，錐齒輪和人字齒輪傳動的小齒輪不加寬，但計算時按大齒輪寬度計算）。許用接觸應(yīng)力［σH］：分度圓直徑的初步計算

齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算

輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱；由于輪緣剛度很大，故輪齒可看作是寬度為b的懸臂梁；齒根處為危險截面，可用30°切線法確定：作與輪齒對稱中線成30°角并與齒根過渡曲線相切的切線，通過兩切點平行于齒輪軸線的截面，即齒根危險截面。齒形系數(shù)YFa：只取決于輪齒的形狀（隨齒數(shù)z和變位系數(shù)x而異），而與模數(shù)大小無關(guān)；應(yīng)力修正系數(shù)YSa：用以綜合考慮齒根過渡曲線處的應(yīng)力集中和除彎曲應(yīng)力外其余應(yīng)力對齒根應(yīng)力的影響的系數(shù)。

重合度系數(shù)Yε：許用彎曲應(yīng)力［σF］：齒數(shù)z1的選擇：對于軟齒面閉式傳動，傳動尺寸主要取決于接觸疲勞強(qiáng)度，而彎曲疲勞強(qiáng)度往往比較富裕。這時，在傳動尺寸不變并滿足彎曲疲勞強(qiáng)度要求的前提下，齒數(shù)宜取多些（模數(shù)相應(yīng)減?。?/p>

選取較多的齒數(shù)有利于：1）增大重合度，提高傳動平穩(wěn)性；2）減小滑動系數(shù)，提高傳動效率；3）減小毛坯外徑，減輕齒輪重量；4）減少切削量（模數(shù)小則齒槽小），延長刀具使用壽命，減少加工工時等。一般可取z1=20～40。對于硬齒面閉式傳動，傳動尺寸有可能要取決于輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度，故齒數(shù)不宜過多。開式傳動的尺寸主要取決于輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度，齒數(shù)不宜多。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，應(yīng)使z1≥17，以免根切。

模數(shù)的初步計算

在進(jìn)行齒輪強(qiáng)度計算過程中，一般的計算順序和原則為：(1)對于閉式傳動，一般先按接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計算，求出齒輪直徑和齒寬，再校核其彎曲疲勞強(qiáng)度。齒面硬度很高的閉式傳動，也可以按彎曲疲勞強(qiáng)度確定齒輪模數(shù)，再校核其接觸疲勞強(qiáng)度。（2）對于開式傳動，只需進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計算，求取齒輪模數(shù)。為了補(bǔ)償磨粒磨損，計算出來的模數(shù)應(yīng)增大10%－15%。輪齒的靜強(qiáng)度校核計算

對于少循環(huán)次數(shù)（低周循環(huán)）和瞬時過載兩種情況，要進(jìn)行靜強(qiáng)度校核計算；當(dāng)齒輪工作可能出現(xiàn)短時間、少次數(shù)的超過額定工況的大載荷時，則應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核計算。少循環(huán)次數(shù)齒面接觸強(qiáng)度校核

少循環(huán)次數(shù)齒根彎曲靜強(qiáng)度校核

T1max——小齒輪最大轉(zhuǎn)矩；因已按最大載荷計算，故工況系數(shù)KA=1；對在起動或堵轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的最大載荷或低速工況，可取動載系數(shù)Kv=1，其他情況Kv仍按圖10.10查得；壽命系數(shù)ZN和YN按NL=N0由圖10.19和10.24查得；其余各參數(shù)均與疲勞強(qiáng)度計算相應(yīng)值相同。

請仔細(xì)閱讀例題10-4

直齒輪傳動的設(shè)計步驟

瞬時過載強(qiáng)度校核

10.7斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計算

齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算斜齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件與直齒輪傳動相同，在計算公式的推導(dǎo)過程中有以下幾點不同：

1）斜齒圓柱齒輪的齒廓嚙合點的曲率半徑應(yīng)代以法向曲率半徑ρn1和ρn2；

2）接觸線總長度隨嚙合位置不同而變化，同時還受端面重合度εα和縱向重合度εβ的共同影響；

3）接觸線傾斜有利于提高接觸疲勞強(qiáng)度，用螺旋角系數(shù)Zβ考慮其影響。接觸線總長度L和重合度系數(shù)Zε

螺旋角系數(shù)Zβ

彈性系數(shù)Z