機械原理與齒輪傳動

機械原理機器是由原動部分、傳動部分、執(zhí)行部分和控制部分組成。傳動部分是將原動部分的運動和動力傳遞給工作部分的中間裝置，應用的主要傳動方式有機械傳動、液壓傳動、電氣傳動和氣動傳動。機械傳動是最基本的傳動方式，按其傳遞運動和動力的方式分為摩擦傳動和嚙合傳動兩類。機械傳動的常用類型如下：丁摩擦輪傳動廣摩擦傳動I帶傳動' 「圓柱齒輪傳動機械傳動 『齒輪傳動〈圓錐齒輪〔 i齒輪齒條傳動嚙合傳動<蝸桿傳動螺旋傳動|鏈傳動㈠齒輪傳動類型和特點齒輪傳動是指利用主從兩齒輪輪齒的相互嚙合來傳遞運動和動力的傳動機構，用以改變機構的速比及運動方向。齒輪傳動是機械傳動中最主要的一類傳動，型式很多，應用廣泛。可以按不同的方法進行分類：根據(jù)齒輪傳動軸的相對位置可分為兩軸平行、兩軸相交、兩軸交叉的齒輪傳動。根據(jù)牙齒排列方向分有直齒、斜齒、人字齒齒輪傳動。根據(jù)齒輪嚙合方式分有外嚙合齒輪傳動、內嚙合齒輪傳動、齒輪齒條嚙合傳動。根據(jù)輪齒的齒廓曲線不同分為漸開線齒輪傳動、擺線齒輪傳動、圓弧齒輪傳動。齒輪傳動的主要特點有：⑴效率高。在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高，如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%，這對大功率傳動十分重要。⑵結構緊湊。在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。⑶工作可靠，壽命長。設計制造正確合理，使用維護良好的齒輪傳動，工作可靠，壽命長達一、二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對在礦井內工作的機器尤為重要：⑷傳動比穩(wěn)定。齒輪傳動獲得廣泛的應用，也就是因其具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵人，而且潤滑不良，輪齒容易磨損，故只宜用于低速傳動。當齒輪傳動裝有筒單的防護罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體（機匣）內的齒輪傳動，這稱為閉式齒輪傳動。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。失效形式齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，通常有輪齒折斷和工作齒面磨損、點蝕、膠合及塑性變形等。⑴輪齒的折斷輪齒象一個懸臂梁，受載后以齒根處產(chǎn)生的彎曲應力為最大，又由于齒根圓角處有嚴重的應力集中，當輪齒重復受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴展，致使輪齒折斷，

這種稱為疲勞折斷。此外，如果輪齒受到短期的嚴重過載或沖擊載荷作用，也可能發(fā)生突然折斷，這種折斷稱為過載折斷。由于斷齒常常是突然發(fā)生，所以斷齒不但使齒輪傳動和機器不能工作，甚至會造成重大事故，應引起特別注意。⑵齒面疲勞點蝕所謂點蝕就是齒面材料在變化的接觸應力條件下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點狀剝蝕損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點蝕僅為針尖大小的麻點，然后逐漸擴大，最后甚至數(shù)點連成一片，形成了明顯的損傷。潤滑良好的閉式齒輪傳動，常見的齒面失效形式為點蝕。在開式傳動中，由于齒面磨損較快，點蝕還來不及出理或擴展，即被磨掉.所以一般看不到點蝕現(xiàn)象.實踐表明，齒面抗點蝕能力主要與齒面硬度有關，齒面硬度越高，抗點蝕能力也越強。提高齒面硬度，降低齒面粗糙度，選擇合適的潤滑油，采用變位齒輪傳動等都是提高齒面抗點蝕能力的重要措施。⑶齒面膠合在高速重載的閉式傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高，潤滑油變稀，致使?jié)櫥湍て屏眩瑢е聝升X面金屬直接接觸并互相粘連，其中較軟齒面上的金屬沿滑動方向被撕下來而形成傷痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合.為了防止膠合產(chǎn)生，對于低速重載傳動應選用粘度大的潤滑油，對于高速重載傳動應選用含抗膠合能力強的潤滑油。⑷齒面磨損齒輪在嚙合過程中，由于齒面間有相對滑動，故在載荷作用下，必然會產(chǎn)生磨損。嚴重的磨損將使齒面失去漸開線形狀，齒側間隙增大，從而產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至造成輪齒折斷。齒面磨損是開式傳動中不可避免的一種失效形式。在閉式傳動中，保持良好的潤滑，可以避免或減輕齒面唐損。⑸塑性變形若輪齒的材料較軟，當其頻繁起動和嚴重過載時，輪齒在很大載荷和摩擦力作用下，可能使齒面表層金屬沿相對滑動方向發(fā)生局部的塑性流動而出現(xiàn)塑性變形。由于主動輪上所受的摩擦力是背離節(jié)線分別朝向齒頂和齒根作用的，故產(chǎn)生塑性變形后，齒面對節(jié)線處就形成凹溝；而從動輪齒上所受的摩擦力則是分別由齒頂和齒根朝向節(jié)線作用的，故塑性變形后齒面沿節(jié)線處就形成凸棱。嚴重塑性變形時，在齒頂邊緣處會出現(xiàn)飛邊。若整個輪齒發(fā)生永久性塑性變形，就會使齒輪傳動喪失工作能力。所以提高齒面硬度及采用粘度較高的潤滑油，都有助于防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。3.輪系由兩個互相嚙合的齒輪組成的齒輪傳動是最簡單、最基本的型式。在機械傳動中，往往采用一系列相互嚙合的齒輪，將主動軸和從動軸連接起來組成傳動，這種由一系列相互嚙合的齒輪組成的傳動系統(tǒng)稱為輪系。按輪系傳動時各齒輪的幾何軸線在空間的相對位置是否都固定，輪系分為定軸輪系和周轉輪系兩類。傳動系統(tǒng)中各齒輪的幾何軸線位置都是固定的輪系稱為定軸輪系，圖2—4—39。定軸輪系的傳動比i=各級齒輪副中從動齒輪齒數(shù)的連乘積傳動時，輪系中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固各級齒輪副中主動齒輪齒數(shù)的連乘積傳動時，輪系中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而是繞另一個齒輪的固定軸線回轉，這種輪系稱為周轉輪系，圖2—4—40。圖2—圖2—4—39定軸輪系圖2—4—40周轉（行星）輪系周轉輪系由中心輪、行星架和行星輪三種基本構件組成。在周轉輪系中，具有固定幾何軸線的齒輪稱為中心輪，外齒中心輪稱為太陽輪，內齒中心輪稱為內齒圈。幾何軸線繞中心輪回轉的齒輪稱為行星輪，行星輪的運動稱為行星運動。支撐行星輪并與行星輪一起繞固定軸線回轉的構件稱為行星架。在圖4-1中。齒輪1為太陽輪，齒輪3為內齒圈，齒輪2是行星輪，構件H為行星架。周轉輪系分為行星輪系和差動輪系。有一個中心輪的轉速為零、即固定不動的周轉輪系就稱為行星輪系；中心輪的轉速都不為零的周轉輪系稱為差動輪系。行星輪系在采掘機械中應用極為廣泛。行星輪系的傳動比i1lF%=1+仝=1+內齒圈齒數(shù)1Hn,氣 太陽輪齒數(shù)㈡聯(lián)結螺紋連接螺紋連接是利用螺紋零件工作的一種可拆聯(lián)結。這種聯(lián)接結構簡單、拆裝方便、連接可靠、成本低廉，所以應用廣泛。螺紋聯(lián)結主要類型有四種：螺栓連接、雙頭螺柱聯(lián)接及螺釘連接和緊定螺釘聯(lián)結。雙頭螺柱聯(lián)接適用于結構上不能采用螺拴聯(lián)結的場合，如被聯(lián)接件之一太厚，不便鉆削通孔或需要經(jīng)常拆裝的場合；螺釘聯(lián)接是螺釘直接擰入被聯(lián)結件的螺紋孔中，不用螺母。用于受力不大，又不經(jīng)常拆裝的場合；緊定螺釘聯(lián)結是利用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入相應的凹坑中，以固定兩個零件的相對位置并傳遞不大的力或扭矩。螺紋聯(lián)結件的類型很多。常見的有螺拴、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊圈等。這類零件的結構型式和尺寸都已標準化。在實用上，絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊。使聯(lián)接在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。預緊的目的在于增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。螺紋聯(lián)接件一般采用單線普通螺紋，螺紋升角小于螺旋副的當量摩擦角，因此，聯(lián)接螺紋都能滿足自鎖條件。此外，擰緊以后螺母和螺栓頭部等支承面上摩擦力也有防松作用，所以在靜載荷和工作溫度變化不大時，螺紋聯(lián)接不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷的作用下以及在高溫或溫度變化較大的情況下，就會使聯(lián)結失去自鎖作用而松脫。因比為了防止聯(lián)結松脫，保證聯(lián)接安全可靠，必須采取有效的防松措施。防松的根本問題，在于防止螺旋副相對轉動。防松的方法按工作原理可分為：摩擦防松：對頂螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母防松；機械防松：開口銷與槽型螺母、止動墊圈、串聯(lián)鋼絲防松；鉚沖防松：端鉚和沖點防松。鍵連接鍵是一種標準零件，通常用來聯(lián)接軸和軸上的旋轉零件或擺動零件，起到周向固定作用，以便傳遞扭矩；有些類型的鍵，還可用于軸上零件的軸向固定或軸向移動的導向裝置。鍵可分為平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵等幾大類。⑴平鍵聯(lián)接鍵的兩側面是工作面，工作時，靠鍵同鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩。鍵的上表面和輪轂上鍵槽的底面間則留有間隙。平鍵聯(lián)接具有結構簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。這種鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。普通平鍵按構造分，有圓頭（A型）、方頭（B型）及單圓頭C型）三種。普通平鍵用于靜聯(lián)接。當被聯(lián)接的零件在工作過程中必須在軸上作軸向移動時，須采用由導向平鍵或滑鍵組成的動聯(lián)接。⑵半圓鍵聯(lián)接軸上鍵槽用尺寸與半圓鍵相同的半圓鍵槽銑刀銑出，因而健在槽中能繞其幾何中心擺動以適應輪彀中鍵槽的斜度。半圓鍵工作時，靠其側面來傳遞扭矩，這種鍵聯(lián)結的優(yōu)點是工藝性較好，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，對軸的強度削弱較大，故一般只用于輕載聯(lián)接中。楔鍵分為普通楔健及鉤頭楔健，普通楔鍵又有圓頭及方頭二種型式。楔鍵的上下兩面是工作面，鍵的上表面和與它相配合的輪轂鍵槽底面均具有1：100的斜度。楔鍵在楔緊時破壞了軸與轂的對中性，故不宜用于對中要求嚴格或高速精密傳動的場合。⑶切向鍵聯(lián)接切向鍵聯(lián)接是由一對斜度為1：100的楔鍵組成。切向鍵的工作面是兩鍵沿斜面拼合后相互平行的兩個窄面，被聯(lián)接的軸和輪毅上都開有鍵槽，裝配時，把一對鍵分別從輪轂兩端打入，拼合而成的切向鍵就沿軸的切線方向楔緊在軸與輪轂之間。工作時，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力來傳遞扭矩。用一個切向鍵時，只能單向傳動；有反轉要求時，必須用兩個切向鍵，此時為了不致嚴重地削弱軸和輪轂的強度，兩個鍵槽最好錯開120°。由于切向鍵的鍵槽對軸的削弱較大，常用于直徑大于100mm的軸上。⑷花健聯(lián)接花健聯(lián)接是由軸上和轂孔上的多個鍵齒和鍵槽組成，可以說花鍵聯(lián)接是平鍵聯(lián)接在數(shù)目上的發(fā)展。與平鍵聯(lián)接比較，花健聯(lián)接有下述優(yōu)點：軸上零件與軸的對中性好；軸與轂的強度削弱較??；可承受較大的載荷；聯(lián)接受力較為均勻；導向性較好，其缺點是需專用設備加工，成本較高?；ㄦI已標準化?；ㄦI聯(lián)結按齒型不同，分為矩形花鍵、漸開線花鍵、三角花鍵。銷聯(lián)結銷主要用來固定零件之間的相對位置，也用于軸與轂的聯(lián)接或其它零件的聯(lián)接，并可傳遞不大的載荷。還可作為安全裝置中的過載剪斷元件。銷可分為圓柱銷、圓錐銷、槽銷、開口銷及特殊形狀的銷等，其中圓柱銷、圓錐銷均有國家標準。㈢滾動軸承

根據(jù)軸承中摩擦性質的不同，可把軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。每一類軸承，按其所能承受的載荷方向不同，又可分為承受徑向載荷的向心軸承、承受軸向載荷的推力軸承和同時承受徑向和軸向載荷的向心推力軸承。滾動軸承依靠主要元件間滾動接觸來支撐轉動零件，摩擦阻力小，功率消耗少，在很多場合取代了滑動軸承。滾動軸承一般由外圈、內圈、滾動體和保持架四部分組成。內圈用來和軸頸裝配，外圈用來和軸承座裝配。內外圈相對轉動時，滾動體在內、外圈滾道間滾動，保持架的作用是將相鄰滾動體隔開，并使?jié)L動體沿滾道均勻分布。滾動體的形狀有七種，即球、短圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子、螺旋滾子、長圓柱子、滾針。滾動軸承的代號是由漢語拼音字母和數(shù)字組成，整個軸承代號分為三段：前段中段后段代號內徑，mm001001120215031704?99數(shù)字x5前段含義分別是：第一位：徑向游隙系列代號，用數(shù)字表示。分為基本游隙組（0）和輔助游隙組（1），基本組不寫；第二位：精度等級，用字母表示，級）、E（高級）、G（標準級或普通級）次降低；按照規(guī)定，如采用0基本游隙組，前段含義分別是：第一位：徑向游隙系列代號，用數(shù)字表示。分為基本游隙組（0）和輔助游隙組（1），基本組不寫；第二位：精度等級，用字母表示，級）、E（高級）、G（標準級或普通級）次降低；按照規(guī)定，如采用0基本游隙組，分為C（超精密級）、D（精密四個等級，C級精度最高，依表2—4--6內徑尺寸代號系列代號特輕系列1輕窄系列2中窄系列3重窄系列4輕寬系列5中寬系列6示，見表2—4--8。七位：寬度系列代號，示，見表2—4--8。七位：寬度系列代號，列；六、七位數(shù)字都為0。第三位：直徑系列代寬度方面的變化，見表2—4--6直徑系列代號軸承代號的中段用數(shù)字表示，最多可到七位。從右向左依次為：第一、二位：內徑尺寸代號，見表2—4--6。號，是指結構相同、內徑相同的軸承在外徑和表2—--7。第四位：軸承類型代號，以0?9數(shù)字表第五、六位：軸承結構上的某些特點；第是指同一內、外徑軸承在寬度方面的變化系如沒有特殊的結構和寬度變化，則第五、標準中規(guī)定，如果代號中段從左到右開頭幾位數(shù)字均為0時，這些0可以省略。軸承代號后段是用字母 表2—4--8 軸承類型代號表示的對軸承零件的材料、結代號意義代號意義構和工藝的一些特殊要求。詳0單列向心球軸承5螺旋滾子軸承細規(guī)定可參看專業(yè)標準。1雙列向心球軸承6單列向心推力軸承2單列向心短圓柱滾子軸承7單列圓錐滾子軸承七、潤滑與油脂3雙列向心球面滾子軸承8單向推力球軸承物體工作表面的物質，由4滾針軸承9推力滾子軸承于表面相對運動而不斷產(chǎn)生損失的現(xiàn)象，叫做磨損。摩擦和磨損是人們日常生活中普遍存在的現(xiàn)象，它很早就被人們所注意和利用，根據(jù)不同的目的或增加摩擦力或減小摩擦力。例如采用橡膠材料制造汽車輪胎就是為了增大摩擦，使輪胎與路面之間產(chǎn)生足夠的摩擦力，從而保證汽車的行駛穩(wěn)定性。而在大多數(shù)場合，人們總是采用這樣或那樣的方法來減小摩擦，從而達到減少阻力、提高效率的目的。㈠潤滑利用油脂對摩擦部位進行潤滑，是減少摩擦阻力和部件磨損最普遍、同時也是最簡單有效的方法。它的原理就是在兩個摩擦表面之間充進