機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 全套 第9-16章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動 -機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計

第九章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動

螺紋聯(lián)接是利用帶有螺紋的零件構(gòu)成的可拆聯(lián)接，它的功用是把兩個或兩個以上的零件聯(lián)接在一起，這種聯(lián)接形式結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，互換性好，工作可靠，形式靈活多樣，可反復(fù)拆裝而不必破壞任何零件。螺紋聯(lián)接多為標(biāo)準(zhǔn)件，它由專業(yè)廠成批生產(chǎn)，成本低廉，因而應(yīng)用廣泛。螺旋傳動是一種常見的傳動形式，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的方式之一是螺旋傳動，是空間機(jī)構(gòu)，它與螺紋聯(lián)接的用途不同，但在受力和幾何關(guān)系方面有很多相似之處，也是利用螺紋來實現(xiàn)傳動。9.1螺紋的類型和主要參數(shù)9.1.1螺紋的類型及應(yīng)用按照螺紋分布的表面不同，可分為外螺紋和內(nèi)螺紋。按照用途不同，可分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋。按照螺旋線旋繞方向的不同，可分為左旋螺紋和右旋螺紋。常用右旋螺紋。按照螺旋線數(shù)目的不同，可分為單線、雙線和多線螺紋。

按照尺寸單位不同，可分為米制和英制（螺距以每英寸牙數(shù)表示）兩類。我國除了將管螺紋保留英制外，其余都采用米制螺紋。

按照螺紋的截面形狀不同，可分為三角形螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。前兩種主要用于聯(lián)接，后三種主要用于傳動。其中除了矩形螺紋外，都已標(biāo)準(zhǔn)化。9.1.2螺紋的主要參數(shù)1）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑（危險剖面直徑）3）中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)4）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離5）導(dǎo)程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面母線上的對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4

螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：S

=nP

7）螺旋升角λ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角，不同直徑處，螺紋升角不同，通常按螺紋中徑處計算。

8）牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9.2螺旋副的受力分析、自鎖和效率

螺紋聯(lián)接與螺旋傳動都要借助外螺紋和內(nèi)螺紋組成螺旋副。螺旋副按牙型不同可分為牙型角α=0（矩形螺紋）和牙型角α≠0兩大類。9.2.1牙型角等于零的螺紋（矩形螺紋）

螺旋副是由外螺紋（螺桿）和內(nèi)螺紋組成的運(yùn)動副，經(jīng)過簡化可以看作推動滑塊（重物）沿螺紋表面運(yùn)動（如圖所示）將矩形螺紋沿中徑d2處展開得一傾斜角為λ（即螺紋升角）的斜面，斜面上的滑塊代表螺母，螺母和螺桿的相對運(yùn)動可以看作滑塊在斜面上的運(yùn)動。（a）螺母螺旋上升（b）上升的力矢量三角形（c）螺母螺旋下降（d）下降的力矢量三角形1．旋緊滑塊在斜面上等速上升時當(dāng)量摩擦角2、松退滑塊沿斜面等速下降時，摩擦力向上

由公式可知，若，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(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。螺旋副的效率9.2.2牙型角不等于零的螺紋（非矩形）

螺紋牙型角不等于零的螺母和螺桿相對轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于一楔形滑塊沿楔形斜面移動，如圖所示。1．旋緊2．松退3.自鎖螺旋副的效率9.3螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋聯(lián)接件9.3.1螺紋聯(lián)接的基本類型1．螺栓9.3.2螺紋聯(lián)接件普通六角頭螺栓的種類很多，應(yīng)用最廣。精度分為A、B、C三級，通用機(jī)械中多用C級。螺桿部可制出一段螺紋或全螺紋，螺紋有粗牙和細(xì)牙之分，常用粗牙。2．雙頭螺柱兩端均制有螺紋，兩端螺紋可以相同或不同，有A型（帶腰桿）、B型（帶退刀槽）兩種結(jié)構(gòu)型式。3．螺母

螺母是帶有內(nèi)螺紋的聯(lián)接件。螺母按形狀分為六角螺母、方螺母（很少用）和圓螺母。六角螺母應(yīng)用最廣泛，按其厚薄又分為：標(biāo)準(zhǔn)六角螺母，用于一般場合；扁螺母，用于軸向尺寸受限制的場合；厚螺母，用于經(jīng)常拆裝易于磨損處。圓螺母用于軸上零件的軸向固定。4．緊定螺釘末端形狀有錐端、平端和圓柱端等形式。錐端適用于被緊定零件的表面硬度較低或不經(jīng)常拆卸的場合；平端接觸面積大，不傷零件表面，常用于頂緊硬度較大的平面或經(jīng)常拆卸的場合；圓柱端壓入軸上的凹坑中，適用于緊定空心軸上的零件位置。5．墊圈

墊圈是中間有孔的薄板狀零件，是螺紋聯(lián)接中不可缺少的附件。當(dāng)被聯(lián)接件表面不夠平整時采用平墊圈，可以起墊平接觸面的作用；彈簧墊圈還兼有防松的作用；當(dāng)螺栓軸線與被聯(lián)接件的接觸面不垂直時需要用斜墊圈，以防止螺栓承受附加彎矩。（a）平墊圈；（b）彈簧墊圈；（c）斜墊圈9.4螺紋聯(lián)接設(shè)計應(yīng)注意的幾個基本問題

大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加的作用力稱為預(yù)緊力，這一擰緊過程稱為預(yù)緊。

增強(qiáng)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)生相對移動。

預(yù)緊和預(yù)緊力

預(yù)緊的目的

預(yù)緊力的控制預(yù)緊力的大小要適度，太小起不到預(yù)緊的作用，太大可能使螺栓過載斷裂。對于重要的螺紋聯(lián)接，裝配時必須控制其預(yù)緊力的大小。預(yù)緊力與擰緊力矩成正比，一般可通過控制擰緊力矩來間接控制預(yù)緊力。9.4.1螺紋聯(lián)接的預(yù)緊1．控制擰緊力矩①憑工人經(jīng)驗控制扳手力矩②用測力矩扳手或定力矩扳手來控制力矩2．控制螺栓伸長量

擰緊力矩由于受摩擦因數(shù)不符實際等影響可能計算不準(zhǔn)確，影響預(yù)緊力的準(zhǔn)確性。較準(zhǔn)確地控制預(yù)緊力的方法是用測量擰緊時螺栓伸長量來控制預(yù)緊力。伸長量與預(yù)緊力的關(guān)系見材料力學(xué)。9.4.2螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接具有自鎖性螺紋聯(lián)接通常采用三角形螺紋，其升角λ(1.5°~3.5°)小于當(dāng)量摩擦角ρv(5°~6°)，滿足自鎖條件，一般情況下不會自行松脫。重要的螺紋聯(lián)接均應(yīng)采取防松措施。防松的根本問題是防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動。按防松原理不同，防松方法可分為摩擦防松和機(jī)械防松等。防松方法松脫的原因在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導(dǎo)致聯(lián)接失效。彈簧墊圈防松原理：螺母擰緊后，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的反彈力使旋合螺紋間壓緊。同時墊圈斜口的尖端抵住螺母與被聯(lián)接件的支承面也有防松作用。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但在振動沖擊載荷作用下，防松效果較差，用于一般的聯(lián)接。彈性帶齒墊圈防松原理：與彈簧墊圈相似。特點(diǎn)：分外齒和內(nèi)齒，無開口，彈力均勻，比彈簧墊圈防松效果好。但它不宜用于經(jīng)常裝拆或材料較軟的被聯(lián)接件。對頂螺母防松原理：兩螺母對頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，防松效果好，適用于低速、平穩(wěn)和重載的固定裝置的聯(lián)接。尼龍圈鎖緊螺母防松原理：螺母中嵌有尼龍圈，裝配后尼龍圈內(nèi)孔被脹大，箍緊螺栓。特點(diǎn)：尼龍彈性好，與螺紋牙接觸緊密，摩擦大。但不宜用于頻繁裝拆和高溫場合。槽形螺母加開口銷防松原理：開槽螺母擰緊后，將開口銷穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽內(nèi)，并將開口銷尾部掰開與螺母側(cè)面貼緊。特點(diǎn)：適用于有較大沖擊、振動的高速機(jī)械中運(yùn)動部件的聯(lián)接。圓螺母加帶翅墊片防松原理：使墊片內(nèi)翅嵌入螺栓（軸）的槽內(nèi)，擰緊螺母后將墊片的外翅之一折彎嵌入螺母的一個槽內(nèi)。特點(diǎn)：圓螺母為細(xì)牙螺紋，防松可靠，主要用于滾動軸承內(nèi)圈與軸的固定。止動墊片防松原理：螺釘擰緊后，將雙耳止動墊圈分別向螺母和被聯(lián)接件的側(cè)面折彎貼緊，即可將螺釘瑣住。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，防松可靠。串聯(lián)鋼絲防松原理：用鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內(nèi)，將各螺釘串聯(lián)起來，使其相互制動。但需注意鋼絲的穿入方向。特點(diǎn)：適用于螺釘組聯(lián)接，拆卸不便。沖點(diǎn)防松原理：擰緊螺母后，在內(nèi)外螺紋的旋合縫隙處用沖頭沖幾個點(diǎn)，使其發(fā)生塑性變形，防止螺母退出。特點(diǎn)：屬破壞性防松，不能重復(fù)裝拆，用于一次性聯(lián)接。膠接防松原理：用粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后粘合劑能自行固化，起到防松效果。9.4.3螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是合理地確定聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和聯(lián)接接合面間受力均勻、便于加工和裝配。為此，應(yīng)綜合考慮以下幾個力面的問題：1)螺栓的布置應(yīng)對稱、均勻，以使結(jié)合面受力均勻，加工方便。為此，結(jié)合面常采用簡單的軸對稱的幾何形狀。2）螺栓的布置應(yīng)使各螺栓受力合理。對于配合螺栓聯(lián)接，不要在平行于工作載荷方向上成排地布置8個以上的螺栓，以免載荷分布過度不均。為了減小螺栓承受的載荷，對承受旋轉(zhuǎn)力矩和翻轉(zhuǎn)力矩作用的螺栓組，應(yīng)將螺栓適當(dāng)靠近結(jié)合面的邊緣布置。右圖中3、8螺栓的作用不大，可去掉。3）螺栓之間、螺栓與機(jī)體壁之間應(yīng)有合理的距離，以滿足加工和裝拆要求。扳手空間尺寸可查手冊確定。4）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成3、4、6、8、12等易于分度的數(shù)目，以利劃線和鉆孔。5）應(yīng)保證聯(lián)接安裝的可能性及拆卸方便。（a）無法裝配；（b）難以裝配；（c）容易裝配6）避免螺栓承受偏心載荷。

（a）（b） （a）（b）圖9-19盡量不用的螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)圖9-20凸臺與沉頭座的應(yīng)用（a）不合理的螺栓頭結(jié)構(gòu)；（b）不合理的被連接件（a）凸臺；（b）沉頭座9.5螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算9.5.1普通螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算2．緊螺栓聯(lián)接聯(lián)接的強(qiáng)度計算松螺栓聯(lián)接在裝配時不需擰緊螺母，所以只有在承受工作載荷時螺栓才受到拉力的作用。在圖示可轉(zhuǎn)向吊掛滑輪螺紋聯(lián)接中，為了保證吊掛滑輪在工作中能相對機(jī)架自由轉(zhuǎn)動，螺母不能擰緊，故其為松螺栓聯(lián)接。松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度條件為Fa

—工作拉力（N）；d1—螺栓小徑（mm）；[σ

]—螺栓材料的許用拉應(yīng)力（MPa）?；?．緊螺栓聯(lián)接聯(lián)接的強(qiáng)度計算（1）受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件為F‘

—螺栓所受的軸向預(yù)緊力

（N）；d1—螺栓小徑（mm）；[σ

]—螺栓材料的許用拉應(yīng)力（MPa）?；颍?）受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接或強(qiáng)度條件為9.5.2鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算

鉸制孔用螺栓聯(lián)接的失效形式一般為螺栓桿被剪斷，螺栓桿或孔壁被壓潰。因此，鉸制孔用螺栓聯(lián)接須進(jìn)行剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度計算。螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為9.6螺旋傳動

螺旋傳動主要由螺桿與螺母組成，主要用來把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，同時傳遞運(yùn)動和動力。螺旋傳動平穩(wěn)，易獲得較高的運(yùn)動精度，有良好的減速性能，用較小的轉(zhuǎn)矩就可以獲得很大的軸向推力，且可以具有自鎖性。螺旋傳動應(yīng)用廣泛，且類型多樣。9.6.1螺旋傳動的運(yùn)動形式1．螺母固定端不動，螺桿轉(zhuǎn)動并往復(fù)移動2．螺桿轉(zhuǎn)動，螺母做直線運(yùn)動3．螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線移動，螺桿固定不動4．螺母轉(zhuǎn)動，螺桿直線移動9.6.2螺旋傳動的類型和應(yīng)用（1）傳力螺旋如千斤頂（3）調(diào)整螺旋如張緊裝置（2）傳導(dǎo)螺旋如機(jī)床絲杠1．按其用途不同可為以下三種類型2．按螺紋副的摩擦性質(zhì)分為三類（1）滑動螺旋（滑動摩擦）（2）滾動螺旋（滾動摩擦）（3）靜壓螺旋（流體摩擦）9.6.3滾動螺旋傳動簡介

用滾動體在螺紋工作面間實現(xiàn)滾動摩擦的螺旋傳動，又稱滾珠絲杠傳動。滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數(shù)、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠(yuǎn)比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在90%以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、飛機(jī)、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋機(jī)構(gòu)按循環(huán)方式分為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)滾珠絲杠9.6.4滑動螺旋傳動螺桿及螺母材料9.6.5滑動螺旋傳動的計算螺旋副的主要的失效形式是其磨損。

因此，通常先按耐磨性條件確定螺桿的直徑和螺母的高度，并參照標(biāo)準(zhǔn)確定螺旋副的其余各主要參數(shù)，然后對可能發(fā)生的其他失效形式進(jìn)行校核。1．螺旋副的耐磨性計算則耐磨性校核公式為令整理后得螺紋中徑的設(shè)計公式

計算出d2后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d。對有自鎖要求的螺旋副，還要驗算所選螺紋參數(shù)能否滿足自鎖條件。2．螺紋牙的強(qiáng)度計算因為螺母材料一般弱于螺桿材料，所以螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母上。螺紋牙的剪切和彎曲強(qiáng)度條件分別為3．螺桿的強(qiáng)度計算

在軸向力F的作用下，螺桿產(chǎn)生軸向壓（或拉）應(yīng)力；同時由于轉(zhuǎn)矩T的作用使螺桿的橫截面內(nèi)產(chǎn)生扭切應(yīng)力。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺桿危險截面的當(dāng)量應(yīng)力及強(qiáng)度條件為

時4．螺桿的穩(wěn)定性計算

細(xì)長螺桿且受較大軸向力時，可能發(fā)生側(cè)彎而喪失穩(wěn)定性。螺桿受壓時的穩(wěn)定性條件為當(dāng)

時，臨界載荷為當(dāng)，的普通碳素鋼臨界載荷為

的優(yōu)質(zhì)碳素鋼臨界載荷為當(dāng)時，不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。第10章帶傳動

帶傳動是一種常用的機(jī)械傳動裝置，他的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。大部分帶傳動是依靠撓性傳動帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力的。10.1概述

組成：主動輪、從動輪、傳動帶和機(jī)架。10.1.1帶傳動的類型及應(yīng)用1．按傳動原理分摩擦型帶傳動嚙合型帶傳動2．按傳動帶的截面形狀分（1）平帶平帶的截面形狀為矩形，內(nèi)表面為工作面（2）V帶

V帶的截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作面（3）圓形帶橫截面為圓形，（4）多楔帶它是在平帶的基體上由多根V帶組成的傳動帶

（5）同步帶縱截面為齒形

10.1.2帶傳動的特點(diǎn)（1）帶有良好的彈性，可緩和沖擊和振動，傳動平穩(wěn)、噪音小。（2）過載時，帶在帶輪上打滑，對其它零件起安全保護(hù)作用。（3）結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本較低。（4）能適應(yīng)兩軸中心距較大的場合。（5）工作時有彈性滑動，傳動比不準(zhǔn)確，傳動效率低。（6）外廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，帶的壽命短，作用在軸上的力大。（7）不宜用于易燃易爆場合。

一般情況下，帶傳動傳動的功率P≤100kW，帶速5～25m/s，平均傳動比i≤5，傳動效率為94%～97%。目前帶傳動所能傳遞的最大功率為700kW，高速帶的帶速可達(dá)60m/s。10.1.3V帶的結(jié)構(gòu)和型號

標(biāo)準(zhǔn)普通V帶都制成無接頭的環(huán)形。其構(gòu)造如圖所示。當(dāng)V帶受彎曲時，帶中保持其原長度不變的周線稱為節(jié)線，由全部節(jié)線構(gòu)成節(jié)面。帶的節(jié)面寬度稱為節(jié)寬（bd）,V帶受縱向彎曲時，該寬度保持不變。

普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，其周線長度Ld為帶的基準(zhǔn)長度。普通V帶兩側(cè)楔角φ為40°，相對高度約為0.7，并按其截面尺寸的不同將其分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。普通V帶橫截面尺寸（GB/T11544-1997）（單位：㎜）10.2帶傳動的工作情況分析10.2.1帶傳動的受力分析緊邊松邊張緊狀態(tài):工作狀態(tài):拉力增加→緊邊Ｆ0↗Ｆ1

緊邊拉力拉力減少→松邊Ｆ0↘Ｆ2

松邊拉力

帶兩邊拉力相等→張緊力Ｆ0帶兩邊拉力不相等（通過帶所受摩擦力分析得知）

有效圓周力F（N）、速度V（m/s）和傳遞功率P（KW）之間的關(guān)系為

設(shè)帶在工作前后總長不變，并考慮帶為彈性體，則緊邊拉力的增加量應(yīng)等于松邊拉力的減少量?！啵?－Ｆ0＝Ｆ0－Ｆ2

即：2Ｆ0

＝Ｆ1＋Ｆ2

有效圓周力F的大小

松緊邊拉力差，即為帶傳動的有效圓周力F，在數(shù)值上F等于任一帶輪與帶接觸弧上的摩擦力的總和Ff，即

KW

最大有效圓周力

當(dāng)帶在帶輪上即將打滑尚未打滑時，摩擦力達(dá)到臨界值，此時帶所能傳遞的有效圓周力亦達(dá)到最大值。臨界狀態(tài)下的F1與F2之間的關(guān)系可用著名的歐拉公式表示為：

fV

為當(dāng)量摩擦系數(shù)，f為帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)；φ為帶的楔角；α為帶輪包角，rad；e為自然對數(shù)的底。根據(jù)前述幾個公式經(jīng)整理后，可得出帶所能傳遞的最大有效圓周力為：

由式上式可知，帶所傳遞的圓周力F與下列因素有關(guān)：10.2.2帶傳動工作時的應(yīng)力分析

帶是在變應(yīng)力下工作，當(dāng)應(yīng)力較大，應(yīng)力變化頻率較高時，帶將很快產(chǎn)生疲勞斷裂而失效，從而限制了帶的使用壽命。帶傳動工作時，帶所受應(yīng)力有如下幾種：1．由緊邊拉力和松邊產(chǎn)生的拉應(yīng)力緊邊拉應(yīng)力松邊拉應(yīng)力∵F1>F2

∴σ1＞σ22．由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力3．由帶彎曲產(chǎn)生彎曲應(yīng)力

帶工作時總應(yīng)力分布如圖所示。由圖可見，帶上的應(yīng)力是變化的，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊與小帶輪的接觸處。其最大應(yīng)力為10.2.3帶傳動的彈性滑動和傳動比

由于帶是彈性體，工作時會產(chǎn)生產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)帶由緊邊繞經(jīng)主動輪進(jìn)入松邊時，它所受的拉力由F1逐漸減小為F2，帶因彈性變形變小而回縮，帶的運(yùn)動滯后于帶輪，即帶與帶輪之間產(chǎn)生了局部相對滑動。導(dǎo)致帶速低于主動輪的圓周速度。相對滑動同樣發(fā)生在從動輪上，使帶的速度大于從動輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪之間的局部相對滑動，稱為彈性滑動。

彈性滑動和打滑是兩個完全不同的概念，打滑是過載引起的，因此可以避免。而彈性滑動時由于帶的彈性和拉力差引起的，是傳動中不可避免的現(xiàn)象。由上式可得帶傳動的傳動比為從動輪的轉(zhuǎn)速10.3普通V帶傳動的設(shè)計計算10.3.1帶傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則

由于帶傳動的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是在保證帶傳動不打滑的情況下，使帶具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。10.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率

在帶的實際工作條件與上述特定條件不同時，需對P0進(jìn)行修正。修正后即得與實際條件相符的單根普通V帶所能傳遞的功率，稱該功率為許用功率[P0]?！鱌0---功率增量，考慮傳動比i≠1時，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故壽命相同的條件下，可增大傳遞的功率。

Kα---包角修正系數(shù)，考慮α≠180°時，對傳動能力的影響。

KL---帶長度修正系數(shù)，考慮帶長與特定長度不同時對傳動能力的影響。10.3.3普通V帶傳動的設(shè)計方法和步驟

一.已知條件和設(shè)計的內(nèi)容

已知條件：傳動用途、工作情況和原動機(jī)種類；傳遞的功率Ｐ，主、從動輪的轉(zhuǎn)速n1，n2(或傳動比)；其它要求，如外廓尺寸及安裝位置要求等。

設(shè)計內(nèi)容：確定帶的型號、基準(zhǔn)長度、根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力；初拉力和張緊方式。二.V帶傳動的設(shè)計步驟

1、確定計算功率PC2、選擇V帶型號3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d1

、d2

4、驗算帶速v5、計算中心距和帶長6、驗算小帶輪包角7、確定V帶根數(shù)8、計算初拉力F09、計算軸上壓力10．帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計1．確定計算功率KA---工作情況系數(shù)表10-7工作情況系數(shù)

2．選定V帶的型號根據(jù)計算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，按圖10-10選擇普通V帶的型號。3．確定帶輪的基準(zhǔn)直徑

為降低帶的彎曲應(yīng)力，小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1應(yīng)大于或等于該型號帶輪的最小直徑dmin。

大輪直徑由公式求得，并圓整，取標(biāo)準(zhǔn)系列值。表10-3V帶輪最小直徑及標(biāo)準(zhǔn)直徑系列5、計算中心距和帶長

初定中心距：如果中心距未給出，可按下式初選中心距a0

確定帶長：初定帶長L0可按下列幾何長度計算公式求得

根據(jù)初定的L0由表10-2選取相近的基準(zhǔn)長度Ld。傳動的實際中心距可近似按下式確定：

L0=2a0+(d1+d2)+4、驗算帶速v

帶速v不能太大也不能太小，一般v應(yīng)在5~25m/s范圍內(nèi)。

6、驗算小帶輪包角

對于V帶，一般要求α1≥120°，否則，應(yīng)增大中心距或加張緊輪。7、確定V帶的根數(shù)

為了使每根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜太多，通常取帶的根數(shù)小于10根。

初拉力F0的大小對帶傳動的正常工作及壽命影響很大。初拉力不足，易出現(xiàn)打滑；初拉力過大，則V帶壽命降低，壓軸力增大。8、計算初拉力F0式中PC——計算功率，kW；

Z——V帶的根數(shù)；

v——V帶速度，m/s；

Kα——包角修正系；

q——v帶每米長質(zhì)量，kg/m。

由于新帶易松弛，所以對于非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的初拉力應(yīng)為上述初拉力的1.5倍。

9、計算軸壓力V帶作用在軸上的壓力FQ一般可近似按兩邊的初拉力F0的合力來計算。FQ=2ZFo10．帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計

帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)帶輪槽型、槽數(shù)、基準(zhǔn)直徑和軸的尺寸確定。參見本章10.4節(jié)部分或有關(guān)機(jī)械設(shè)計手冊。10.4V帶輪的設(shè)計10.4.1V帶輪的要求對于V帶輪設(shè)計的主要要求是：（1）質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)工藝性好。（2）無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力。（3）質(zhì)量分布較均勻，轉(zhuǎn)速高時要進(jìn)行動平衡試驗。（4）輪槽工作面表面粗糙度要合適，以減少帶的磨損。（5）輪槽尺寸和槽面角保持一定的精度，以使載荷沿高度方向分布10.4.2V帶輪的材料

帶輪的材料以鑄鐵為主，常用牌號為HT150、HT200。鑄鐵帶輪允許的最大圓周速度為25m/s，速度高于25m/s時，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接，小功率時可用鋁合金或工程塑料。

如圖所示，V帶輪由輪緣1、輪輻2、輪轂3三部分組成。輪緣是安裝傳動帶的部分，輪轂是與軸配合的部分，輪輻是連接輪緣和輪轂的部分。

V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有四種：實心式、腹板式、孔板式、輪輻式。其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)帶輪基準(zhǔn)直徑的大小來選擇。10.4.3V帶輪的結(jié)構(gòu)

為保證變形后V帶仍能夠與帶輪的兩側(cè)面很好的接觸，帶輪的槽角一般小于帶的楔角，一般為32°、34°、36°和38°

帶輪的技術(shù)要求有：輪槽工作面不應(yīng)有砂眼、氣孔，輪輻及輪轂不應(yīng)有縮孔及較大凹陷，輪槽棱邊要倒圓或倒鈍。帶輪頂圓的徑向圓跳動和輪緣兩側(cè)面的端面圓跳動按公差等級IT11選取。10.5帶傳動的張緊、安裝和維護(hù)10.5.1帶傳動的張緊裝置

由于V帶工作一段時間后，會因永久性伸長而松弛，影響帶傳動的正常工作。為了保證帶傳動具有足夠的工作能力，應(yīng)采用張緊裝置來調(diào)整帶的張緊力。①定期張緊（定期調(diào)整中心距）調(diào)整中心距②自動張緊（靠自重）利用張緊輪使帶張緊①定期張緊②自動張緊11.5.2帶傳動的安裝與維護(hù)1．安裝時的注意事項圖10-16大拇指指下壓法測帶的張緊程度 圖10-17帶在帶輪槽中的位置2．使用時的注意事項（1）帶應(yīng)避免與酸、堿、油等有機(jī)溶劑接觸，使用時防止?jié)櫥土魅霂c帶輪的工作面，工作溫度一般不超過60℃。（2）為了確保安全，應(yīng)加裝防護(hù)罩。（3）定期檢查帶的松緊，檢查帶是否出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)V帶有疲勞撕裂現(xiàn)象，應(yīng)及時更換全部V帶，切忌新舊V帶混合使用。第11章鏈傳動11.1概述11.1.1鏈傳動的組成、特點(diǎn)和應(yīng)用

鏈傳動是一種常見的機(jī)械傳動形式，它借助于中間撓性體（鏈條）來傳遞運(yùn)動和動力的一種撓性傳動，兼有帶傳動和齒輪傳動的特點(diǎn)。

鏈傳動由主動鏈輪1、從動鏈輪3和繞在鏈輪上的中間撓性件鏈條2組成，靠鏈條與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞平行軸間的運(yùn)動和動力。鏈傳動特點(diǎn)和應(yīng)用①沒有彈性滑動和打滑，平均傳動比準(zhǔn)確；②效率高；③軸上受力?。虎苣茉谳^惡劣的環(huán)境下工作；⑤具有中間撓性件，可緩和沖擊，吸收振動，并適用于大中心距傳動；⑥瞬時傳動比和鏈速變化，故傳動平穩(wěn)性差、工作時沖擊和噪聲較大；⑦磨損后易發(fā)生脫鏈；⑧只能用于平行軸間的傳動。

鏈傳動在礦山、冶金、輕工、化工、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。主要用于中心距較大、只要求平均傳動比準(zhǔn)確或工作環(huán)境惡劣的傳動，一般布置在低速級。11.1.2鏈傳動的類型按用途鏈可分為傳動鏈、牽引鏈和起重鏈。按結(jié)構(gòu)的不同傳動鏈主要有滾子鏈和齒形鏈。

滾子鏈運(yùn)動不均勻，適用于輕載低速傳動；齒形鏈傳動平穩(wěn)、噪聲小，但價格較貴，適用于高速重載傳動。11.2滾子鏈和鏈輪11.2.1滾子鏈的結(jié)構(gòu)

套筒滾子鏈上相鄰兩銷軸中心的距離稱為節(jié)距，用ｐ表示。

鏈條的長度以節(jié)數(shù)來表示，鏈節(jié)數(shù)常取偶數(shù)，奇數(shù)節(jié)時須采用過渡鏈節(jié)。

套筒滾子鏈由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。11.2.2滾子鏈的標(biāo)準(zhǔn)

滾子鏈已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，分為A、B兩種系列。A級鏈用于重載、高速和重要的鏈傳動；B級鏈用于一般傳動。國際上鏈節(jié)距采用英制單位，我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鏈節(jié)距采用米制單位。按國標(biāo)規(guī)定滾子鏈的標(biāo)記方法為：鏈號—排數(shù)×鏈節(jié)數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)代號。例如：A系列滾子鏈，節(jié)距為19.05mm，雙排，鏈節(jié)數(shù)為100，其標(biāo)記為

12A—2×100GB/T1243—199711.2.3鏈輪

對鏈輪齒形的基本要求是：鏈條滾子能平穩(wěn)、自由地進(jìn)入嚙合和退出嚙合；嚙合時滾子與齒面接觸良好；齒形應(yīng)簡單，便于加工。鏈輪的端面齒形如圖所示分度圓直徑

鏈輪齒應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪的嚙合次數(shù)多，所受沖擊力也大，所以材料一般優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料為中碳鋼（35、45鋼），不重要的場合則用Q235A、Q275A鋼，重要的鏈輪可采用合金鋼。

鏈輪結(jié)構(gòu)型式：實心式、孔板式、組合式、輪輻式。11.3鏈傳動的運(yùn)動特性和主要參數(shù)11.3.1鏈傳動的運(yùn)動特性鏈的平均速度為：在鏈傳動中，鏈條包在鏈輪上如同包在兩正多邊形的輪子上，正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p。鏈的平均傳動比為：

實際上，平均傳動比的瞬時值是按每一鏈節(jié)的嚙合過程做周期性變化的。鏈傳動工作時不可避免地會產(chǎn)生振動、沖擊及附加動載荷，使傳動不平穩(wěn)，因此鏈傳動不適用于高速傳動。11.3.2鏈傳動主要參數(shù)的選擇

（一）鏈輪齒數(shù)及傳動比

滾子鏈的傳動比：通常小于6，推薦i=2~3.5。若傳動比過大，則鏈條在小鏈輪上的包角過小，小鏈輪同時參與嚙合的齒數(shù)就會過少，從而使鏈齒磨損加快；傳動比過大，還會使傳動裝置外廓尺寸加大。

鏈輪齒數(shù)：為使鏈傳動的運(yùn)動平穩(wěn)，小鏈輪齒數(shù)不宜過少，對于滾子鏈，可按鏈速選取z1，然后按傳動比確定大鏈輪齒數(shù)。z2=iz1，一般z2不宜大于120，過多易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。一般鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)，而鏈輪齒數(shù)最好選取奇數(shù)，這樣可使磨損較均勻。（二）中心距若鏈傳動中心距過小，則小鏈輪上的包角也小，同時嚙合的鏈輪齒數(shù)也減少；若中心距過大，則易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30~50)p，最大取amax=80p。（三）鏈的節(jié)距

鏈節(jié)距是鏈傳動中最重要的參數(shù)，鏈的節(jié)距越大，其承載能力越高，傳動的不均勻性、附加載荷和沖擊也越大。因此，設(shè)計時應(yīng)盡可能選用較小的鏈節(jié)距，高速重載時可選用小節(jié)距多排鏈。

鏈條長度用鏈節(jié)數(shù)表示，按帶長的公式可導(dǎo)出

由此算出的鏈的節(jié)數(shù)，須圓整為整數(shù)，最好取為偶數(shù)。11.4鏈傳動的布置、張緊及維護(hù)11.4.1鏈傳動的布置布置鏈傳動時應(yīng)注意：（1）為保證鏈條與鏈輪正確嚙合，要保持兩輪軸線平行及兩輪的運(yùn)動平面處在同一鉛垂平面內(nèi)，運(yùn)動平面一般不允許布置在水平面或傾斜面內(nèi)，否則容易引起脫鏈和不正常磨損。（2）盡量使兩輪中心連線水平或接近水平，中心連線與水平線夾角最好不要大于45°,并使松邊在下，以免松邊垂度過大時，鏈與輪齒相干涉或緊、松邊相碰。11.4.2鏈傳動的張緊鏈條張緊的目的是為了避免垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良、松邊顫抖和跳齒等現(xiàn)象。同時也是為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角。通常采用的張緊方法有：（1）調(diào)整中心距（2）采用張緊輪

11.4.3鏈傳動的潤滑表11-2滾子鏈傳動常用的潤滑方法

（a）人工潤滑；（b）滴油潤滑；（c）油浴潤滑；（d）飛濺潤滑；（e）壓力噴油潤滑abcde

潤滑油推薦采用牌號為L—AN32、L—AN46、L—AN68的全損耗系統(tǒng)用油，溫度低時選取前者。對于開式及重載低速的鏈傳動，可在潤滑油中加入MoS2、WS2等添加劑。對于不便用潤滑油的場合，允許涂抹潤滑脂，但應(yīng)定期清洗與涂抹。采用噴鍍塑料的套筒或粉末冶金制作的含油筒，因而有自潤滑作用，允許不加潤滑油。第十二章齒輪傳動12.1輪齒的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則

（一）輪齒折斷

疲勞折斷：齒根在循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致齒根彎曲疲勞折斷。

過載折斷：輪齒過載或受沖擊載荷作用時，突然彎曲折斷。直齒輪易發(fā)生全齒折斷，斜齒輪易發(fā)生局部折斷。

■抗折斷措施：采用韌性材料，提高制造精度，降低齒根應(yīng)力集中，避免過載和沖擊等。（二）齒面點(diǎn)蝕

輪齒工作時，齒面接觸應(yīng)力是按脈動循環(huán)變化的。當(dāng)這種交變接觸應(yīng)力重復(fù)次數(shù)超過一定限度后，輪齒表層或次表層就會產(chǎn)生不規(guī)則的細(xì)微的疲勞裂紋，疲勞裂紋蔓延擴(kuò)展使金屬脫落而在齒面形成麻點(diǎn)狀凹坑，即為齒面點(diǎn)蝕。

輪齒在嚙合過程中，因為在節(jié)線處同時嚙合齒對數(shù)少，接觸應(yīng)力大，且在節(jié)點(diǎn)處齒廊相對滑動速度小，油膜不易形成，摩擦力大，所以點(diǎn)蝕大多出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根表面上。對于軟齒面（齒面硬度≤350HBS）的閉式齒輪傳動常因齒面疲勞點(diǎn)蝕而失效。

■抗點(diǎn)蝕措施：提高齒面硬度和齒面加工精度；選用黏度合適的潤滑油等。（三）齒面膠合

對于重載、高速齒輪傳動，因嚙合區(qū)產(chǎn)生很大的摩擦熱，導(dǎo)致局部溫度過高，使?jié)櫥湍て屏?，接觸齒面金屬發(fā)生粘著，隨著齒面的相對運(yùn)動，使金屬從齒面上撕落而引起嚴(yán)重的粘著磨損，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。此外在重載低速齒輪傳動中，由于局部齒面嚙合處壓力很高，且速度低，不易形成油膜，使接觸表面膜被刺破而粘著，也產(chǎn)生膠合破壞，稱之為冷膠合。

■抗膠合措施：提高齒面硬度，減小齒面粗糙度和齒輪模數(shù)，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油等。（四）齒面磨損

當(dāng)輪齒工作面間落入灰塵、硬屑等磨料物質(zhì)時，會引起齒面磨損。磨損后，正確齒廓形狀遭到破壞，引起沖擊、振動和噪聲，且齒厚減薄，最后導(dǎo)致輪齒因強(qiáng)度不足而折斷。磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。

■抗磨損措施：提高齒面硬度，改善密封和潤滑條件，采用減摩性好的潤滑油等。（五）齒面塑性變形

齒面較軟的輪齒，載荷及摩擦力又很大時，輪齒在嚙合過程中，齒面表層的材料就會沿著摩擦力的方向產(chǎn)生局部塑性變形，使齒廓失去正確的形狀，導(dǎo)致失效。

■抗塑變措施：提高齒面硬度，采用粘度較大的潤滑油等。

齒面塑性變形是低速、重載軟齒面閉式傳動的主要破壞形式。12.1.2齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則

閉式齒輪傳動：對軟齒面（硬度≤350HBS）齒輪，其主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，其次是輪齒折斷，故通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，然后按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核；對硬齒面（硬度﹥350HBS）齒輪，其主要失效形式是輪齒折斷，其次是齒面點(diǎn)蝕，此時可按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，然后再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。對于開式齒輪傳動：其主要失效形式是齒面磨損和輪齒折斷，因磨損尚無成熟的計算方法，故通常只按輪齒折斷進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，并通過適當(dāng)增大模數(shù)的方法來考慮磨損的影響。

齒輪的輪圈、輪幅、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計，不進(jìn)行強(qiáng)度計算。12.2齒輪常用的材料及熱處理12.2.1齒輪對材料的基本要求

由輪齒的失效分析可知，設(shè)計齒輪傳動時應(yīng)使輪齒的齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根則要求有較高的抗折斷、抗沖擊載荷能力。因此，對輪齒材料性能的基本要求為：1．齒面要有足夠的硬度；2．齒芯要有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性；3．材料應(yīng)具有良好的加工工藝性能以及熱處理性能。12.2.2常用材料及熱處理選擇

齒輪常用材料是鋼、鑄鐵、非金屬材料。

1．鋼齒輪常用鋼材為優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和鑄鋼，一般多用鍛件或軋制鋼材；較大直徑（d>400~600mm）的齒輪不宜鍛造，需采用鑄鋼如ZG340-640、ZG40Cr等。因鑄鋼收縮率大，內(nèi)應(yīng)力大故加工前應(yīng)進(jìn)行正火或回火處理。齒輪按照不同的熱處理方法所獲得的齒面硬度的高低，分為軟齒面和硬齒面兩類。

（1）軟齒面齒輪齒面硬度≤350HBS，熱處理后切齒。常用材料為45鋼、50鋼等正火處理或45鋼、40Cr、35SiMn等作調(diào)質(zhì)處理。為了使大、小齒輪的壽命接近相等，推薦小齒輪的齒面硬度比大齒輪高30~50HBS，這類齒輪常用于對強(qiáng)度與精度要求不高的傳動中。

（2）硬齒面齒輪齒面硬度﹥350HBS，一般用鍛鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后切齒，再作表面硬化處理，最后進(jìn)行磨齒等精加工。表面硬化的方法可采用表面淬火、滲碳淬火、氮化等。硬齒面齒輪常用的材料為40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAlA等。這類齒輪由于齒面硬度高，承載能力高于軟齒面齒輪，常用于高速、重載、精密的傳動中。

2.鑄鐵

鑄鐵的抗彎和耐沖擊性能較差，但價格低廉、澆鑄簡單，加工方便。主要用于低速、工作平穩(wěn)、傳遞功率不大和對尺寸與重量無嚴(yán)格要求的開式齒輪。常用材料有HT300、HT350、QT500-7等。3.非金屬材料對高速、小功率、精度不高及要求低噪音的齒輪傳動，常用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)工作條件、尺寸大小、毛坯制造及熱處理方法等因素綜合考慮后選用。12.2.3齒面硬度差

熱處理后的齒輪表面可分為軟齒面（齒面硬度≤350HBS）和硬齒面（齒面硬度>350HBS）兩種。調(diào)質(zhì)和正火后的齒面一般為軟齒面，表面淬火后的齒面為硬齒面。當(dāng)大、小齒輪均為軟齒面時，由于單位時間內(nèi)小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，為了使大、小齒輪的壽命接近相等，推薦小齒輪的齒面硬度比大齒輪高30~50HBS，或更高一些。傳動比越大，齒面硬度差就應(yīng)該越大。當(dāng)大、小齒輪均為硬齒面時，硬度差宜小不宜大。12.3.1齒輪傳動精度分類1）傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性精度（Ⅰ組公差）

2）傳遞運(yùn)動的平穩(wěn)性精度（Ⅱ組公差）

3）載荷分布的均勻性精度（Ⅲ組公差）

分12級，1級最高，12級最低，常用6～9級。2．齒輪精度分類1．齒輪精度等級12.3.2圓柱齒輪傳動精度等級選擇

根據(jù)齒輪傳動的用途、工作條件、傳遞功率和圓周速度的大小及其它技術(shù)要求等來選擇。在傳遞功率大、圓周速度高、要求傳動平穩(wěn)、噪聲低等場合，應(yīng)選較高的精度等級；反之，為了降低制造成本，可選較低的精度等級。12.4直齒圓柱齒輪傳動的受力分析和計算載荷12.4.1齒輪受力分析徑向力

Fr1＝Ft1tanα

設(shè)一對標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝，齒廓在C點(diǎn)接觸，略去Ｆf不計，輪齒間的總壓力為Ｆn,沿嚙合線指向齒面。對Ｆn進(jìn)行分解：圓周力Ft1＝2T1/ｄ1法向力Fn1

＝Ft1/cosα=2T1/ｄ1cosα

d1為小齒輪分度圓直徑，mm；α

為分度圓壓力角；Ｔ1為小齒輪轉(zhuǎn)矩，Ｎ·mm；P為功率，kw；n1為小齒輪轉(zhuǎn)速，r/min。主、從動齒輪的受力方向主動輪Ft1與v1反向；從動輪Ft2與v2同向；Fr1指向O1；Fr2指向O2；Ft1=－

Ft2Fr1=－

Fr212.4.2計算載荷式中，K為載荷系數(shù)，用以考慮以下因素影響：1）原動機(jī)和工作機(jī)的動力特性、軸和聯(lián)軸器系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度，以及運(yùn)行狀態(tài)等外部因素引起的附加動載荷。2）齒輪副在嚙合過程中，因制造誤差及運(yùn)轉(zhuǎn)速度變化引起的內(nèi)部附加動載荷。3）由于軸的變形和齒輪制造誤差等引起載荷沿齒寬方向分布不均性。4）同時參與嚙合的各對輪齒間載荷分配不均勻性。載荷系數(shù)K12.5直齒圓柱齒輪傳動強(qiáng)度計算12.5.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算

針對齒面疲勞點(diǎn)蝕失效。

一對漸開線圓柱齒輪在節(jié)點(diǎn)處嚙合時，其齒面接觸狀況可近似認(rèn)為與兩圓柱體的接觸相當(dāng)，故其齒面的接觸應(yīng)力可近似地用赫茲公式計算μ－泊松比；E1，E2

－彈性系數(shù)；ρ－曲率半徑；b－齒寛；Fn—輪齒上的法向力。

齒面疲勞點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線附近靠近齒根處，故齒面疲勞強(qiáng)度計算以節(jié)點(diǎn)作為計算點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)曲率半徑ρ為兩齒輪齒數(shù)比對一對鋼制標(biāo)準(zhǔn)齒輪有齒面接觸強(qiáng)度校核公式為：

如取齒寬系數(shù)ψd

=b/a

，則可導(dǎo)出設(shè)計公式：

在應(yīng)用齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算公式時應(yīng)注意：1）公式中，“+”用于外嚙合，“－”用于內(nèi)嚙合。

2）由于一對齒輪嚙合時，σ

H1=σ

H2，但[σ

H]1≠[σ

H]2，故應(yīng)將兩者中的較小值代入公式。校核式設(shè)計式12.5.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算

針對輪齒疲勞折斷失效。由齒輪傳動受力分析及實踐證明，輪齒可看作一懸臂梁?？紤]最危險情況，即載荷作用在齒頂,僅由一對輪齒承擔(dān)，由30°切線法確定危險截面。由工程力學(xué)知：將M、W代入有：

令并代入Ft＝2T1/ｄ1得輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的校核公式：YF－齒形系數(shù)；YS—應(yīng)力修正系數(shù)[σ

F]為許用彎曲應(yīng)力，MPa。

如取齒寬系數(shù)ψd

=b/d

，則可導(dǎo)出設(shè)計公式σ

Flim－試驗齒輪的彎曲疲勞極限；

SF－彎曲強(qiáng)度計算的安全系數(shù)。安全系數(shù)SH和SF安全系數(shù)軟齒面（≤350HBW）硬齒面（>350HBW）重要的傳動、滲碳淬火齒輪或鑄鐵齒輪SH1.0~1.11.1~1.21.3SF1.3~1.41.4~1.61.6~2.21）設(shè)計公式中，“+”用于外嚙合，“－”用于內(nèi)嚙合。

2）由于大、小齒輪的齒形系數(shù)YF和許用彎曲應(yīng)力[σ

F]是不相同的，故進(jìn)行輪齒彎曲強(qiáng)度校核時，大、小齒輪應(yīng)分別計算；

3）由于大、小齒輪的比值YF/[σ

F]可能不同，進(jìn)行設(shè)計計算時，應(yīng)將兩者中的較大值代入設(shè)計公式，并將求得的m后圓整成標(biāo)準(zhǔn)值；

在應(yīng)用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算公式時應(yīng)注意：校核式設(shè)計式12.6直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計1）選擇齒輪材料、熱處理方式、精度等級及計算許用應(yīng)力；

2）合理選擇齒輪參數(shù)，按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式算出小齒輪分度圓直徑；

3）計算齒輪的主要尺寸；

4）校核所設(shè)計的齒輪傳動的彎曲疲勞強(qiáng)度；

5）確定齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸；

6）繪制齒輪的工作圖。1．閉式軟齒面齒輪傳動（硬度≤350HBW）直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算步驟2．閉式硬齒面齒輪傳動（硬度>350HBW）1）選擇齒輪材料、熱處理方式及精度等級；

2）合理選擇齒輪參數(shù)，按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式求出模數(shù)m，并按標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)；

3）計算齒輪的主要尺寸；

4）校核齒面的接觸疲勞強(qiáng)度；

5）確定齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸；

6）繪制齒輪的工作圖。

３．開式齒輪傳動

1）選擇齒輪材料、熱處理方式及精度等級，常選鋼與鑄鐵配對；

2）合理選擇齒輪參數(shù)，按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式求出模數(shù)m，并加大10%~20%，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)；

3）計算齒輪的主要尺寸；

4）確定齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸；

5）繪制齒輪的工作圖。12.7平行軸斜齒圓柱齒輪傳動12.7.1斜齒圓柱齒輪輪齒受力分析

如圖所示為斜齒圓柱齒輪在節(jié)點(diǎn)處的受力情況，若略去齒面間的摩擦力，作用在與齒面垂直的法平面內(nèi)的法向力可分解為徑向力Fr1、圓周力Ft1和軸向力Fa1

。徑向力軸向力

主動輪Ft1與v1反向；從動輪Ft2與v2同向；Ｆr

指向各自輪心；主動輪Ｆa1用左右手定則判斷：左旋用左手，右旋用右手，四指彎曲與主動輪轉(zhuǎn)向一致、大拇指伸直指向軸向力方向。圓周力作用力方向：作用力大小：12.7.2斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計算校核公式設(shè)計公式一對鋼制標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動：（一）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算式中參數(shù)的意義同直齒圓柱齒輪。注意:

YF,YS用按當(dāng)量齒數(shù)ZV查取校核公式設(shè)計公式（二）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算

斜齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算，應(yīng)按斜齒輪的法面當(dāng)量直齒圓柱齒輪進(jìn)行，模數(shù)應(yīng)為法向模數(shù)。

（三）參數(shù)選擇

隨著螺旋角β的增加，不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)將減小，取小齒數(shù)可得到較緊湊的傳動結(jié)構(gòu)。

2．螺旋角β增大螺旋角β

，可增加重合度，使運(yùn)動平穩(wěn)，齒輪承載能力提高；但螺旋角過大，會導(dǎo)致軸向力增加，使軸承及傳動裝置的尺寸也相應(yīng)增大，同時使傳動效率有所降低。一般可取β=8～20°。對于人字齒輪或兩對左右對稱配置的斜齒圓柱齒輪，由于軸向力抵消，可取β=25～40°。1．齒數(shù)斜齒圓柱齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)比直齒輪少，其計算公式為12.8直齒錐齒輪傳動12.8.1直齒錐齒輪傳動受力分析

如圖所示為直齒圓錐齒輪的受力情況，略去摩擦力，法向力可視為集中作用于分度圓錐齒寬中點(diǎn)處的法向截面內(nèi)，則法向力可分解為三個分力：

作用力大小：作用力方向：主動輪Ft1與v1反向；從動輪Ft2與v2同向；Ｆr

指向各自輪心；Ｆa由小端指向大端。12.8.2強(qiáng)度計算（一）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算（Σ=90°，鋼）

圓錐齒輪強(qiáng)度計算，一般以齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量直齒圓柱齒輪作為計算基礎(chǔ)。校核公式:取齒寬系數(shù)ψR=b/R設(shè)計公式:YF－齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)ZV查；（二）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算校核公式:設(shè)計公式:YS－應(yīng)力修正系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)ZV查；

3．齒寬系數(shù)：直齒圓錐齒輪傳動，因輪齒由大端向小端縮小，載荷沿齒寬分布不均勻，ψR不宜取得太大，一般取ψR=0.15~0.35。傳動比大時，ψR=0.25~0.30.2．齒數(shù)z

錐齒輪不產(chǎn)生根切的齒數(shù)比圓柱齒輪少，。常取小輪齒數(shù)。

（三）主要參數(shù)選擇1．模數(shù)m大端模數(shù)m為標(biāo)準(zhǔn)值，模數(shù)過小加工、檢驗都不方便，一般取m

≥2mm。4.分度圓錐角

12.9蝸桿傳動12.9.1蝸桿傳動的受力分析

與斜齒輪受力相似，不考慮摩擦力時作用于齒面上的法向力可分解為圓周力Ft

、徑向力Fr

和軸向力Fa

：

作用力大?。鹤饔昧Ψ较颍褐鲃虞咶t1與v1反向；從動輪Ft2與v2同向；Ｆr

指向各自輪心；主動輪Ｆa1用左右手定則判斷：左旋用左手，右旋用右手，四指彎曲與主動輪轉(zhuǎn)向一致、大拇指伸直指向軸向力方向。12.9.2蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則

失效形式蝸桿傳動中，由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿螺旋部分的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒上。蝸桿傳動中蝸桿與蝸輪齒面間的相對滑動速度較大，效率低，摩擦發(fā)熱大，其主要失效形式是蝸輪齒面產(chǎn)生膠合，點(diǎn)蝕及磨損。在一般閉式傳動中容易出現(xiàn)膠合或點(diǎn)蝕，開式傳動中主要是輪齒的磨損和彎曲折斷。

設(shè)計準(zhǔn)則根據(jù)蝸桿傳動的失效形式和工作特點(diǎn)，對于閉式蝸桿傳動，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，而按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核，此外，對于連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動，還應(yīng)作熱平衡核算；對于開式傳動，通常只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計；對蝸桿來說，主要是控制蝸桿軸變形，應(yīng)對其進(jìn)行剛度計算。

■蝸桿一般是用碳素鋼或合金鋼制成。

■高速重載且載荷變化較大的條件下，常用20CrMnTi、20Cr等，經(jīng)滲碳淬火，58～63HRC；

■高速重載且載荷穩(wěn)定的條件下常用45鋼、40Cr等，經(jīng)表面淬火，45～55HRC；

■對于不重要的傳動及低速中載蝸桿，可采用45鋼調(diào)質(zhì)，220～250HBS。12.9.3蝸桿傳動的材料選擇及蝸輪常用材料的許用應(yīng)力

蝸桿材料

蝸桿、蝸輪的材料不僅要求有足夠的強(qiáng)度，更重要的是具有良好的減摩、耐磨和抗膠合性能。

■蝸輪常用材料為青銅和鑄鐵。

■錫青銅（ZcuSn10Pb1）的抗膠合和耐磨性能好，允許的滑動速度v≤25m/s，易于切削加工，但價格較貴；

■滑動速度較低的傳動，可用鋁鐵青銅ZcuAl10Fe3，它的抗膠合能力遠(yuǎn)比錫青銅差，但強(qiáng)度較高，價格便宜，一般用于v≤4m/s的傳動；

■鑄鋁青銅適用于v≤10m/s；

■在低速輕載或不重要的傳動中，蝸輪可用灰鑄鐵（HT200或HT300）制造，允許v≤2m/s。蝸輪材料蝸輪常用材料及許用應(yīng)力材料牌號鑄造方法適用的滑動速度vs/(m/s)許用接觸應(yīng)力[σH]/MPa滑動速度vs/(m/s)0.5123468ZCuSn10Pb1砂模金屬?！?5134200ZCuSnPb5Zn5砂模金屬模離心澆鑄≤12128134174ZCuA19Fe3砂模金屬模離心澆鑄≤1025023021018016012090HT150(120～150HBS)HT200(120～150HBS)砂模≤213011590－－－－注：1.表中[σH]是蝸桿齒面硬度＞350HBW條件下的值，若≤350HBW時[σH]需降低15%～20%。

2.當(dāng)傳動短時工作時，可將表中錫青銅的[σH]值增加40%～50%。12.9.4蝸桿傳動的強(qiáng)度計算

由失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則可知，在進(jìn)行蝸桿傳動的強(qiáng)度計算時，只需作蝸輪輪齒的強(qiáng)度計算。1.蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計算

蝸桿傳動可以近似地看作齒條與斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動，并考慮蝸桿和蝸輪齒廓特點(diǎn)，可得齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式和設(shè)計公式。校核公式設(shè)計公式2．蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度

蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度所限定的承載能力，大都超過齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計算所限定的承載能力。只有在少數(shù)情況下，例如在強(qiáng)烈沖擊的傳動中，或蝸輪采用脆性材料時，計算其彎曲強(qiáng)度才有意義。需要計算時可參考有關(guān)書籍。12.9.5蝸桿傳動的熱平衡計算η1

－嚙合效率；η2、

η3

－軸承及攪油效率；γ－導(dǎo)程角ρV－當(dāng)量摩擦角，由表13-7查??；(一)蝸桿傳動的效率設(shè)計初，蝸桿傳動的效率η可按下表估算。閉式傳動開式傳動自鎖Z1＜0.51241～20.7～0.750.7～0.820.87～0.920.6～0.7蝸桿傳動總效率η

η—傳動效率；αt—表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，根據(jù)箱體周圍通風(fēng)條件，一般取αt=10~17W/（m2．℃）；Ａ—散熱面積(m2)，指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計算；—潤滑油的許用溫度，一般為60~70℃，并應(yīng)使油溫t小于90℃。(二)蝸桿傳動的熱平衡計算∵vs大→效率低、發(fā)熱大→要求散熱及時，否則磨損↑→膠合→熱平衡計算。

在閉式傳動中，熱量通過箱體散發(fā)，要求箱體內(nèi)的油溫和周圍空氣溫度之差不超過允許值，即：1）增大散熱面積Ａ：加散熱片。

2）提高散熱系數(shù)αt：裝風(fēng)扇、裝蛇形冷卻水管或油冷卻。

如果潤滑油的工作溫度超過許用溫度，可采用下述冷卻措施：12.9.6圓柱蝸桿傳動的參數(shù)選擇

1．模數(shù)m

蝸桿的軸面模數(shù)等于蝸輪的端面模數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)值。一般傳遞動力時取m=2～8mm。

2．蝸桿直徑系數(shù)q

直徑系數(shù)q反映了直徑與模數(shù)m之間的關(guān)系，在d1與m均為標(biāo)準(zhǔn)值的條件下，q也是確定的標(biāo)準(zhǔn)值，不能隨意定值。

3．蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)可根據(jù)傳動比，按表5—8推薦用值選取。

4．蝸桿導(dǎo)程角γ及蝸輪螺旋角β

γ=β，一般取右旋。γ角隨m、d1、Z1值而定。12.9.7蝸桿傳動設(shè)計步驟1、成對選擇蝸桿、蝸輪材料，確定許用應(yīng)力；2、按蝸輪齒面接觸強(qiáng)度，計算m2d1值；3、確定傳動的基本參數(shù)，計算蝸桿傳動尺寸；4、熱平衡計算。12.10齒輪結(jié)構(gòu)與潤滑1．齒輪軸：y＜2.5mn

2．實心式齒輪當(dāng)齒頂圓直徑da≤200mm12.10.1圓柱齒輪結(jié)構(gòu)3．輻板式齒輪(200mm＜da≤500mm)4．輪輻式齒輪

(da＞500mm)12.10.2錐齒輪結(jié)構(gòu)1．錐齒輪軸x＜1.6m

2．實心式錐齒輪x≥1.6m

3．腹板式錐齒輪(200mm＜da≤500mm)12.10.3蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)1．蝸桿結(jié)構(gòu)

通常蝸桿與軸做成一體，稱為蝸桿軸。車制蝸桿銑制蝸桿

2．蝸輪結(jié)構(gòu)

1）整體式：主要用于鑄鐵蝸輪或分度圓直徑小于100mm的青銅蝸輪（如圖a）。

2）輪箍式：當(dāng)蝸輪直徑較大時，為了節(jié)省有色金屬，采用輪箍式（如圖b）這種結(jié)構(gòu)由青銅齒圈和鑄鐵輪芯組成，齒圈與輪芯通常采用或配合，并加臺肩和螺釘固定，螺釘數(shù)一般為４~8個。３）螺栓聯(lián)接式：當(dāng)蝸輪分度圓直徑更大（＞400mm）時，可采用螺栓聯(lián)接型式（如圖c）。其齒圈與輪芯用鉸制孔螺栓聯(lián)接。４）鑲鑄式：大批生產(chǎn)時，采用鑲鑄式（如圖d）,即將青銅輪緣鑲鑄在鑄鐵輪芯上，在澆鑄前先在輪芯上預(yù)制出榫槽,以防滑動。油池潤滑(v

≤10m/s)最低油面=全齒高≥10mm最高油面≤(1/3～1/6)r12.10.4齒輪傳動、蝸桿傳動的潤滑開式傳動人工定期(油或脂)噴油潤滑(v＞10m/s)蝸桿傳動一般都采用油潤滑。閉式傳動

齒輪傳動可根據(jù)表12-14來選擇潤滑油的粘度，即可由機(jī)械設(shè)計手冊選定潤滑油的牌號。2．潤滑油的選擇

閉式蝸桿傳動的潤滑油粘度可根據(jù)相對速度和載荷類型選取；對于開式傳動，則采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂。第13章軸13.1概述13.1.1分類轉(zhuǎn)軸─同時承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。心軸─只承受彎矩的軸，如定滑輪軸。傳動軸─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動軸。按照承受載荷的不同，軸可分為：除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳到不開敞地空間位置，常用于醫(yī)療器械和小型機(jī)具中。

直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。階梯軸便于軸上零件的裝拆和定位，省材料重量輕，應(yīng)用普遍。按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸、直軸和撓性軟鋼絲軸三大類。軸一般是實心軸，有特殊要求時可制成空心軸，如車床主軸。曲軸是專用零件，主要用在內(nèi)燃機(jī)一類的活塞式機(jī)械中。軸的實例軸的實例13.1.2材料與毛坯1．軸的材料：首先應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，對應(yīng)力集中敏感性低；還應(yīng)滿足剛度、耐磨性、耐腐蝕性及良好的加工性。常用的材料主要有碳鋼、合金鋼、球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵。選擇軸的材料時，應(yīng)考慮軸所受載荷的大小和性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、周圍環(huán)境、軸的形狀和尺寸、生產(chǎn)批量、重要程度、材料機(jī)械性能及經(jīng)濟(jì)性等因素，選用時注意如下幾點(diǎn)：（1）碳鋼有足夠高的強(qiáng)度，對應(yīng)力集中敏感性較低，便于進(jìn)行各種熱處理及機(jī)械加工，價格低、供應(yīng)充足，故應(yīng)用最廣。一般機(jī)器中的軸，可用30、40、45、50等牌號的優(yōu)質(zhì)中碳鋼制造，尤以45號鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理最常用。（2）合金鋼機(jī)械性能更高，常用于制造高速、重載的軸，或受力大而要求尺寸小、重量輕的軸。至于那些處于高溫、低溫或腐蝕介質(zhì)中工作的軸，多數(shù)用合金鋼制造。常用的合金鋼有：12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr、38SiMnMo等。（3）通過進(jìn)行各種熱處理、化學(xué)處理及表面強(qiáng)化處理，可以提高用碳鋼或合金鋼制造的軸的強(qiáng)度及耐磨性。特別是合金鋼，只有進(jìn)行熱處理后才能充分顯示其優(yōu)越的機(jī)械性能。（4）合金鋼對應(yīng)力集中的敏感性高，所以合金鋼軸的結(jié)構(gòu)形狀必須合理，否則就失去用合金鋼的意義。另外，在一般工作溫度下，合金鋼和碳鋼的彈性模量十分接近，因此依靠選用合金鋼來提高軸的剛度是不行的，此時應(yīng)通過增大軸徑等方式來解決。（5）球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵的機(jī)械強(qiáng)度比碳鋼低，但因鑄造工藝性好，易于得到較復(fù)雜的外形，吸振性、耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感性低，價廉，故應(yīng)用日趨增多。2．軸的毛坯

可用軋制圓鋼材、鍛造、焊接、鑄造等方法獲得。對要求不高的軸或較長的軸，毛坯直徑小于150mm時，可用軋制圓鋼材；對受力大，生產(chǎn)批量大的重要軸的毛坯可由鍛造提供；對直徑特大而件數(shù)很少的軸可用焊件毛坯；生產(chǎn)批量大、外形復(fù)雜、尺寸較大的軸，可用鑄造毛坯。13.1.3失效形式與設(shè)計準(zhǔn)則1．軸的失效形式：主要有因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的疲勞斷裂、因靜強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性斷裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等。2．軸的設(shè)計應(yīng)滿足如下準(zhǔn)則：（1）根據(jù)軸的工作條件、生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)性原則，選取適合的材料、毛坯形式及熱處理方法。（2）根據(jù)軸的受力情況、軸上零件的安裝位置、配合尺寸及定位方式、軸的加工方法等具體要求，確定軸的合理結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，即進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（3）軸的強(qiáng)度計算或校核。對受力大的細(xì)長軸（如蝸桿軸）和對剛度要求高的軸，還要進(jìn)行剛度計算。在對高速工作下的軸，因有共振危險，故應(yīng)進(jìn)行振動穩(wěn)定性計算。13.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)，就是在滿足強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，根據(jù)軸上零件的定位要求及軸的加工、裝配工藝性要求，合理地設(shè)計出軸的結(jié)構(gòu)形狀和全部尺寸。13.2.1軸結(jié)構(gòu)的組成

如圖所示為圓柱齒輪減速器中的低速軸。軸通常由軸頭、軸頸、軸肩、軸環(huán)、軸端及軸身等部分組成。軸的支撐部位與軸承配合處的軸段稱為軸頸，根據(jù)所在的位置又可分為端軸頸（位于軸的兩端，只承受彎矩）和中軸頸（位于軸的中間，同時承受彎矩和扭矩）。根據(jù)軸頸所受載荷的方向，軸頸又可分為承受徑向力的徑向軸頸（簡稱軸頸）和承受軸向力的止推軸頸。安裝輪轂的軸段稱為軸頭。軸頭與軸頸間的軸段稱為軸身。

13.2.2零件在軸上的定位零件在軸上的定位分為軸向定位和周向定位。1．零件在軸上的軸向定位

常用軸向定位方法有：軸肩（或軸環(huán)）、套筒、圓螺母、彈性擋圈、圓錐形軸頭等。2．零件在軸上的周向定位：

零件在軸上的周向定位方式可根據(jù)其傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)、零件對中精度的高低、加工難易等因素來選擇。

常用的周向定位方法有：鍵、花鍵、成形、彈性環(huán)、銷、過盈等聯(lián)結(jié)，通稱軸轂聯(lián)結(jié).13.2.3軸及軸上零件結(jié)構(gòu)的工藝性合理的軸的結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)該是軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，有良好的加工和裝配工藝性，以利減少勞動量，提高勞動生產(chǎn)率及減少應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。1．使軸的形狀接近于等強(qiáng)度條件，以充分利用材料的承載能力。2．設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，利于加工和裝配3．改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中4．改變軸上零件的布置方式，有時可以減小軸上的載荷，提高軸的強(qiáng)度。5．改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。13.2.4軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計須在經(jīng)過初步強(qiáng)度計算，已知軸的最小直徑以及軸上零件尺寸（主要是轂孔直徑及寬度）后才進(jìn)行。其主要步驟為：1．確定軸上零件裝配方案：軸的結(jié)構(gòu)與軸上零件的位置以及從軸的哪一端裝配有關(guān)。2．確定軸上零件定位方式：根據(jù)具體工作情況，對軸上零件的軸向和周向的定位方式進(jìn)行選擇。軸向定位通常是軸肩或軸環(huán)與套筒、圓螺母、彈性擋圈等組合使用，周向定位多采用平鍵、花鍵或過盈配合聯(lián)接。3．確定各軸段直徑：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初步估算軸的最小直徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為了零件在軸上定位的需要，通常將軸設(shè)計為階梯軸。根據(jù)作用的不同，軸的軸肩可分為定位軸肩和工藝軸肩（為裝配方便而設(shè)），定位軸肩的高度值有一定的要求；工藝軸肩的高度值則較小，無特別要求。所以直徑的確定是在強(qiáng)度計算基礎(chǔ)上，根據(jù)軸向定位的要求，定出各軸段的最終直徑。4．確定各軸段長度：主要根據(jù)軸上配合零件轂孔長度、位置、軸承寬度、軸承端蓋的厚度等因素確定。5．確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)：如倒角尺寸、過渡圓角半徑、退刀槽尺寸、軸端螺紋孔尺寸，選擇鍵槽尺寸等。6．確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技術(shù)要求：軸的精度根據(jù)配合要求和加工可能性而定。精度越高，成本越高。通用機(jī)器中軸的精度多為IT5-IT7。軸應(yīng)根據(jù)裝配要求，定出合理的形位公差，主要有：配合軸段的直徑相對于軸頸（基準(zhǔn)）的同軸度及它的圓度、圓柱度；定位軸肩的垂直度；鍵槽相對于軸心線的平行度和對稱度等