機械設計基礎知識點總結-資料下載頁

　　

【正文】 min*2ha=2sina齒輪傳動失效形式及材料輪齒折斷彎曲疲勞折斷——閉式硬齒面齒輪傳動最主要的失效形式。過載折斷——載荷過大或脆性材料部分形式：齒根整體折斷——直齒，b較小時局部折斷——斜齒或偏載時n 提高輪齒抗折斷能力的措施： n 1）減小齒根應力集中（增加齒根過渡圓角，降低齒根部分表面粗糙度）n 2）高安裝精度及支承剛性，避免輪齒偏載，設計時限制齒根彎曲應力小于許用值 n 3）改善熱處理，使其有足夠的齒芯韌性和齒面硬度齒根部分進行表面強化處理（噴丸、滾壓）齒面疲勞點蝕—閉式軟齒面齒輪傳動的主要失效形式收斂性點蝕——開始由于表在粗糙，局部接觸應力較大引起點蝕，過后經跑合，凸起磨平軟齒面逐漸消失擴展性點蝕——硬齒面發生點蝕或軟齒面時 位置：節線附近原因：1）單齒對嚙合接觸應力較大；2）節線處相對滑動速度較低，不易形成潤滑油膜；3）另外油起到一 個媒介作用，潤滑油滲入到微裂紋中，在較大接觸應力擠壓下使裂紋擴展直至表面金屬剝落。防止措施：1）提高齒面硬度； 2）降低表面粗糙度；3）采用角度變位（增加綜合曲率半徑）； 4）選用較高 粘度的潤滑油； 5）提高精度（加工、安裝）； 6）改善散熱。開式齒輪傳動由于磨損較快，一般不會點蝕齒面磨損——開式齒輪的主要失效形式 類型——齒面磨粒磨損防止措施：1）提高齒面硬度；2）降低表面粗糙度；3）降低滑動系數；4）潤滑油定期清潔和更換；5）變開式為閉式。齒面膠合——高速重載傳動的主要失效形式——熱膠合。原因：高速、重載→壓力大，滑動速度高→摩擦熱大→高溫→嚙合齒面粘結（冷焊結點）→結點部位材料被剪切→沿相對滑動方向齒面材料被撕裂。低速重載或缺油→冷膠合（壓力過大、油膜被擠破引起膠合）形式：熱膠合——高速重載；冷膠合——低速重載，缺潤滑油防止措施：1）采用抗膠合能力強的潤滑油（加極壓添加劑）；2）采用角度變位齒輪傳動，使滑動速度VS下降。3）減小m和齒高h，降低滑動速度VS；4）提高齒面硬度；5）降低表面粗糙度；6）配對齒輪有適當的硬度差；7）改善潤滑與散熱條件。齒面塑性變形—低速重載軟齒輪傳動的主要失效形式齒面在過大的摩擦力作用下處于屈服狀態，產生沿摩擦力方向的齒面材料的塑性流動，從而使齒面正確輪廓曲線被損壞。防止措施：1）提高齒面硬度；2）采用高粘度的潤滑油或加極壓添加劑 齒輪材料選擇齒輪材料總體上要考慮防止產生齒面失效和輪齒折斷。基本要求：齒面要硬，齒芯要韌常用的齒輪材料鋼——最常用，可通過熱處理改善機械性能（1）鍛鋼：軟齒面齒輪（HBS≤350）如440Cr 熱處理，正火調質，加工方法，熱處理后精切齒形—7級，適合于對精度、強度和速度要求不高的齒輪傳動（2）鑄鋼——用于尺寸較大齒輪，需正火和退火以消除鑄造應力。強度稍低直齒圓柱齒輪傳動載荷與設計齒根彎曲疲勞強度計算防止彎曲疲勞折斷；設計公式m179。2KT1YFSYeydZ12[s]F 齒面接觸疲勞強度計算防止齒面點蝕破壞；設計公式d1179。177。1230。ZEZe246。231。247。jdu232。[s]H248。2設計準則軟齒面——按齒面接觸疲勞強度設計，再校核齒根彎曲疲勞強度 硬齒面——按齒根彎曲疲勞強度設計，再校核齒面接觸疲勞強度齒數Z1閉式軟齒面齒輪（點蝕）→Z1可取多一些（20~40閉式硬齒面齒輪（彎曲疲勞）→a一定時，宜取Z1少 一些（使m↑），Z1=17~20 蝸桿傳動與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動具有傳動比大，在動力傳遞中傳動比在8～100之間，在分度機構中傳動比可以達到1000；傳動平穩、噪聲低；結構緊湊；在一定條件下可以實現自鎖等優點而得到廣泛使用。但蝸桿傳動有效率低、發熱量大和磨損嚴重，渦輪齒圈部分經常用減磨性能好的有色金屬（如青銅）制造，成本高等缺點。按蝸桿分度曲面的形狀不同，蝸桿傳動可以分為：圓柱蝸桿傳動（如圖a）、環面蝸桿傳動（如圖b）、錐蝸桿傳動（如圖c）三種類型因為分度圓直徑等于模數乘以直徑系數。模數是標準值，直徑系數為了簡化刀具也進行了規定，即為標準值，所以分度圓直徑亦為標準值。模數m和壓力角蝸桿傳動的尺寸計算與齒輪傳動一樣，也是以模數m作為計算的主要參數。在中間平面內蝸桿傳動相當于齒輪和齒條傳動，蝸桿的軸向模數和軸向壓力角分別與渦輪的端面模數和端面壓力角相等，為此將此平面內的模數和壓力角規定為標準值，標準模數見書中所附表格，標準壓力角為20176。蝸桿頭數z1和傳動比蝸桿頭數z1可根據要求和的傳動比和效率來選定。單頭蝸桿傳動的傳動比可以較大，但效率較低。如果要提高效率，應增加蝸桿的頭數。但蝸桿頭數過多，又會給加工帶來困難。所以，通常蝸桿頭數取為6。蝸桿為主動件。蝸桿與蝸輪之間的傳動比為(其中：z2為蝸輪的齒數)i=n1z2=n2z1導程角γ蝸桿的直徑系數q和蝸桿頭數z1選定之后，蝸桿分度圓柱上的導程角γ也就確定了tang=zppzzpmz1mz1=1a=1==pd1pd1pd1d1q蝸桿的分度圓直徑d1在蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與配對蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿相同尺寸的蝸輪滾刀來加工與其配對的渦輪。這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就需要一種對應的蝸輪滾刀。對于同一模數，可以有很多不同直徑的蝸桿，因而對每一模數就要配備很多蝸輪滾刀。顯然，這樣很不經濟。為了限制蝸輪滾刀的數目及便于滾刀的標準化，就對每一標準模數規定了一定數量的蝸桿分度圓直徑d1，而把比值q=d1m稱為蝸桿直徑系數。蝸桿傳動的標準中心距a=11(d1+d2)=(q+z2)m22蝸桿傳動的失效形式和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的失效形式主要有：膠合、磨損、疲勞點蝕和輪齒折斷等。由于蝸桿傳動嚙合面間的相對滑動速度較大，效率低，發熱量大，再潤滑和散熱不良時，膠合和磨損為主要失效形式。蝸桿傳動的設計準則閉式蝸桿傳動按蝸輪輪齒的齒面接觸疲勞強度進行設計計算，按齒根彎曲疲勞強度校核，并進行熱平衡驗算；開式蝸桿傳動，按保證齒根彎曲疲勞強度進行設計。蝸桿和蝸輪材料由失效形式知道，蝸桿、蝸輪的材料不僅要求有足夠的強度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、減磨性、耐磨性和抗膠合能力等。蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成：一般不太重要的低速中載的蝸桿，可采用45鋼，并經調質處理。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并經滲碳淬火。蝸輪材料為鑄造錫青銅（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5），鑄造鋁鐵青銅（ZCuAl1010Fe3）及灰鑄鐵（HT150、HT200）等。錫青銅耐磨性最好，但價格較高，用于滑動速度大于3m/s的重要傳動；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價格便宜，一般用于滑動速度小于4m/s的傳動；如果滑動速度不高（小于2m/s），對效率要求也不高時，可以采用灰鑄鐵螺紋連接與傳動螺紋參數（D）：螺紋的最大直徑在標準中也作公稱直徑。(D1)：即螺紋的最小直徑——在軸向剖面內牙厚與牙間寬相等處的假想牙型角α、牙型斜角β在螺紋的軸向剖面內，螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角稱為牙型角α。牙型側邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角β，對稱牙型的β＝α/2升角λ在中徑d2的圓柱面上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，由圖7．4可得升角大：傳動效率高，升角大與當量摩擦角時無自鎖性 升角?。簜鲃有实?；自鎖性能好，snptanl==pd2pd2，螺紋種類236。236。236。粗牙：普通聯接使用239。239。239。普通螺紋237。細牙：小載荷、調整機構。239。239。239。自鎖性好。239。239。238。239。239。239。239。236。圓柱管螺紋：管路聯接239。239。239。239。聯接螺紋237。管螺紋237。圓錐管螺紋：具有自封性。高溫、239。239。239。高壓管路。螺紋237。238。239。239。239。圓錐螺紋：管路聯接（與圓錐管螺紋相似）239。239。239。239。239。239。239。238。239。239。傳動螺紋：有矩形螺紋；梯形螺紋：雙向傳動；239。鋸齒型螺紋：單向238。三角形螺紋（普通螺紋）牙型角為60186。，可以分為粗牙和細牙，粗牙用于一般聯接；與粗牙螺紋相比，細牙由于在相同公稱直徑時，螺距小，螺紋深度淺，導程和升角也小，自鎖性能好，宜用于薄壁零件和微調裝置。管螺紋多用于有緊密性要求的管件聯接，牙型角為55186。，公稱直徑近似于管子內徑，屬于細牙三角螺紋。梯形螺紋牙型角為30186。，是應用最為廣泛的傳動螺紋。鋸齒型螺紋兩側牙型角分別為3186。和30186。，3186。的一側用來承受載荷，可得到較高效率；30186。一側用來增加牙根強度。適用于單向受載的傳動螺紋。矩形螺紋牙型角為0186。，適于作傳動螺紋 螺旋副的受力分析、效率和自鎖滑塊在斜面上等速上升時。當量摩擦角滑塊沿斜面等速下降時，摩擦力向上由公式可知，若λ≤r（當量摩擦角），F=FQtan(lr)說明此時無論軸向載荷有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運動，這種現象稱為自鎖 螺旋副的效率h=W2FQs==W12pT1FQpd2tanltanl=Fdtan(l+r)2pQ2tan(l+r)2螺紋聯接主要類型螺栓聯接普通螺栓聯接——被聯接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結構簡單，裝折方便，可多個裝拆，應用較廣。雙頭螺栓聯接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而 被聯接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯接件中擰出。螺釘聯接螺釘聯接——適于被聯接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況。緊定螺釘聯接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭螺紋聯接的防松摩擦防松彈簧墊片防松 雙螺母防松 自鎖螺母防松機械防松永久防松軸軸的分類轉軸同時承受扭矩和彎曲載荷的作用，例如齒輪減速器中的軸 心軸只需承受彎矩而不傳遞轉距，例如鐵路車輛的軸、自行車的前軸等。按軸旋轉與否分為轉動心軸和固定心軸兩種，傳動軸只承受扭矩而不承受彎矩或承受彎矩較小的軸。例如圖所示的汽車傳動軸。軸的材料由于軸工作時產生的應力多為變應力，所以軸的失效多為疲勞損壞，因此軸的材料應具有足夠的疲勞強度、較小的應力集中敏感性和良好的加工性能等軸的主要材料是碳鋼和合金鋼。碳鋼：價格低廉，對應力集中的敏感性較低，可以利用熱處理提高其耐磨性和抗疲勞強度。常用的有3450鋼。合金鋼：對于要求強度較高、尺寸較小或有其它特殊要求的軸，可以采用合金鋼材料。耐磨性要求較高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼；要求較高的軸可以使用40Cr對于形狀復雜的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采用球墨鑄鐵或高強度鑄造材料來進行鑄造加工，易于得到所需形狀，而且具有較好的吸振性能和好的耐磨性，對應力集中的敏感性也較低軸的結構設計軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸，主要要求有：1）軸上零件的定位、固定； 2）軸上零件的拆裝、調整； 3）軸的制造工藝性；4）軸上零件的結構和位置的安排。軸上零件的裝配軸向定位 軸肩與軸環定位套筒定位彈性擋圈定位周向定位軸上零件的周向定位方法主要有鍵（平鍵、半圓鍵、楔鍵等）、花鍵、型面、過盈等等平鍵聯接制造簡單、裝拆方便。用于傳遞轉矩較大，對中性要求一般的場合，應用最為廣泛?；ㄦI聯接承載能力高，定心好、導向性好，但制造較困難，成本較高。適用于傳遞轉矩較大，對中性要求較高或零件在軸上移動時要求導向性良好的場合。滾動軸承按軸承的內部結構和所能承受的外載荷或公稱接觸角的不同，滾動軸承分為：①深溝球軸承（向心球軸承）（6）——主要承受徑向載，也可受一定雙向軸向載荷，f小精度高，結構簡單，價格低，最常用。②調心球軸承（1）——主要承受徑向載荷，也可承受較小的雙向軸向力，能自動調心，適于軸的剛性較差的場合。③圓柱滾子軸承N（2）——只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，承載能力大，支承剛性好，外圈或內圈可以分離，或不帶內外圈，適于要求徑向尺寸較小的場合。④角接觸球軸承——（7）能同時承受徑向載荷和單向軸向力，接觸角，越大，承載Fa能力越高，為承受雙向軸向力應成對使用，對稱安裝。⑤圓錐滾子軸承——（3）能同時承受徑向載荷和單向Fa，越大，承受Fa能力越大，承載能力高于角接觸球軸承，但極限轉速稍低，外圈可分離，一般應成對使用，對稱安裝，但安裝調整比較麻煩。⑥推力球軸承——（5）單向推力球軸承51000—只能受單向Fa；雙向推力球軸承52000—能承受雙向Fa。不能受Fr，且極限nj轉速較低，高速時，由于離心力較大，鋼球與保持架磨損發熱較嚴重。⑦滾針軸承，↑Fr，承載能力較高