第五章 机械传动与机械零部件

第五章机械传动与机械零部件本章主要介绍：①机械传动（齿轮传动、带传动等）的特点及应用；②通用机械零部件（轴、轴承、联轴器等）的类型和功用；③螺纹联接的类型及应用。为从事机械设备的安装、使用、维护及管理做准备。第一节常用机械传动一、机械的组成由如图1-5-1的卧式卷筒拔丝机可知，机械通常由原动机、传动装置、工作装置和控制装置所组成。（1）原动机原动机是机械工作的动力来源，常用的有电动机、内燃机等。（2）传动装置传动装置是把原动机的运动和动力传递给工作装置。如齿轮传动、带传动等。（3）工作装置工作装置是机械直接从事工作的部分，如钢筋切断机的刀片、混凝土搅拌机的滚筒、挖掘机的铲斗等。（4）控制装置控制装置有电操纵控制、机械操纵控制及液压操纵控制等。图1-5-1卧式卷筒拔丝机二、带传动1、传动原理如图1-5-2，当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力。图1-5-2带传动2、带传动的类型带传动按传动带的截面形状分：（1）平带如图1-5-3所示，平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。图1-5-3平带（2）V带如图1-5-4所示，V带的截面形状为梯形，两侧面为工作表面。在同样的张紧力下，Ｖ带传递的功率较平带大，因此Ｖ带传动应用最广。图1-5-4V带（3）多楔带如图1-5-5所示，它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点，摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。图1-5-5多楔带3、带传动的特点和应用（1）特点优点：1）有过载保护作用（过载打滑)2）有缓冲吸振作用，运行平稳无噪音；3）适于远距离传动；缺点：1）传动比不恒定；2）张紧力较大，轴上压力较大；3）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合；（2）带传动的应用带传动传递的功率P≤100KW，带速v=5~30m/s，平均传动比i≤7，传动效率为94%-96%。带传动主要用于要求传动平稳,传动比要求不严格的中小功率的场合。如卧式卷筒拔丝机（图1-5-7）和打夯机（图1-5-6）等。图1-5-6打夯机图1-5-7卧式卷筒拔丝机4、Ｖ带型号普通Ｖ带有Y、Z、A、B、C、D、E等型号，从Y—E带的截面尺寸递增，所能传递的功率也递增。Ｖ带的标准长度为基准长度Ｌd（通过节宽处量得的带长称为基准长度Ld）。通常将V带的型号和标准长度（如A2000)印在带的外表面上。5、带传动的传动比6、带传动的失效形式（1）过载打滑（2）带的疲劳破坏，使带脱层而断裂。7、带传动的张紧（1）张紧的目的运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张1221ddnni紧。（2）张紧的方法1）调整中心距方式；2）采用张紧轮。三、齿轮传动1、齿轮传动的工作原理即利用轮齿的啮合来传递运动和动力。2、特点（1）齿轮传动的优点：1）传递动力大、效率高；2）寿命长，工作平稳，可靠性高；3）能保证恒定的传动比（传动比即两轮的转速之比）。（2）齿轮传动的缺点：1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；2）不宜作远距离传动。3、齿轮传动的类型（图1-5-8）按两轴位置分：（1）平面齿轮传动(圆柱齿轮传动)圆柱齿轮传动按齿的形状有直齿圆柱齿轮传动（有外啮合、内啮合）；斜齿圆柱齿轮传动；人字齿轮传动。（2）空间齿轮传动即两轮轴线不平行，有锥齿轮传动，螺旋齿轮传动等。（a）直齿轮外啮合（b）斜齿轮外啮合（c）人字齿轮传动（d）锥齿轮传动图1-5-8齿轮传动的类型4、斜齿轮的传动特点（1）传动平稳（2）承载能力强（3）产生附加轴向分力5、齿轮传动的应用齿轮传动广泛应用于各种机械设备中，如汽车的变速箱与差速器、各种减速器（图1-5-9）等。图1-5-9齿轮减速器6、齿轮传动的传动比7、轮齿的失效形式（图1-5-10）（1）轮齿折断1）疲劳折断齿轮长时间在交变载荷作用下，齿根部出现疲劳裂纹，裂纹扩展使齿轮折断，称为疲劳折断。2）过载折断当齿轮突然过载，或经严重磨损后齿厚过薄时，发生的轮齿折断，称为过载折断。（2）齿面点蚀闭式软齿面齿轮传动，在靠近节线的齿根表面有点状脱落，出现凹坑，称为点蚀。（3）齿面胶合在高速、重载的齿轮传动中，齿面润滑失效，局部金属粘连继而有相对滑动，沿运动方向撕裂，而在齿面上沿滑动方向出现条状伤痕，称为齿面胶合。（4）齿面磨损在开式齿轮传动中，因砂粒、灰尘等进入齿廓间，引起磨料磨损→齿形破坏→齿根减薄（根部严重）→断齿。121221ZZddnni（a）轮齿疲劳折断（b）齿面点蚀（c）齿面磨损图1-5-10轮齿的失效形式四、蜗杆传动1、蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构(交错角一般为90)，如图1-5-11所示，由主动件蜗杆和从动件蜗轮组成。2、蜗杆传动的特点（1）传动比大且准确在动力传动中，传动比ｉ＝7~80，在分度机构或手动机构中，传动比ｉ可达300。（2）传动平稳（3）具有自锁作用即满足一定条件时，无论在蜗轮上加多大力都不能使蜗杆转动。（4）传动效率低一般效率η=0.7~0.9，在具有自锁性能的蜗杆传动中η=0.4（5）成本高3、蜗杆传动的应用蜗杆传动主要用于减速比要求大的场合。如塔式起重机的塔身回转装置。4、蜗杆传动的失效形式图1-5-11蜗杆传动因蜗轮、蜗杆的齿廓间相对滑动速度大，发热量大且效率低，因此蜗杆传动的失效形式为胶合、磨损和齿面点蚀。第二节通用机械零部件一、联接联接分为可拆联接和不可拆联接两种，可拆联接有键联接、销联接和螺纹联接等；不可拆联接有焊接、铆接和胶接等。1、可拆联接（1）螺栓联接1）螺纹联接的主要类型及特点①普通螺栓联接如图1-5-12a所示，这种联接的特点是螺栓杆与孔之间有间隙，杆与孔的加工精度要求低，装拆方便。主要用于被联接件不太厚的场合。②铰制孔螺栓联接如图1-5-12b所示，铰制孔螺栓联接的孔与杆间无间隙，依靠螺栓光杆部分承受剪切和挤压来传递横向载荷的，这种联接对螺栓的加工精度要求高，成本高。适用于联接件需承受较大横向载荷的场合。③双头螺柱联接如图1-5-12c所示，将两头都有螺纹的螺柱一端旋紧在被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一被联接件的孔，放上垫圈，拧上螺母，从而将两联接件联成一体。拆卸时，只需拧下螺母，取走上面的联接件，这种联接用于被联接件之一较厚或因结构需要采用盲孔的联接。④螺钉联接如图1-5-12d所示，这种联接将螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母。常用于被联接件之一较厚，且不经常装拆的场合。⑤紧定螺钉联接它是利用紧定螺钉旋入被联接件之一的螺纹孔中，并以其末端顶紧另一零件，以固定两零件的相互位置。这种联接可传递不大的力和转矩，多用于轴与轴上的联接（a）普通螺栓联接(b)铰制孔螺栓联接(c)双头螺柱联接(d)螺钉联接图1-5-12螺纹联接的类型2）联接零件的标注方法螺纹联接件均为标准零件，下面介绍其标注方法：螺栓M10×60——表示公称直径为10mm、公称长度为60mm的六角头螺栓。螺母M10——表示公称直径为10mm的六角螺母。3）螺纹联接的防松螺纹联接有自锁性，但当有冲击、震动、变载作用时，联接会松动，所以要防松。防松的方法有：①摩擦防松：双螺母对顶防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松。②机械防松：止动垫圈防松、串联钢丝防松、开口销与开槽螺母防松。③永久防松：焊接、胶接等。（2）键联接键联接主要用于轴与轴上传动零件（如联轴器、齿轮等）的周向固定，并传递运动和转矩。键联接分平键、楔键、半圆键和花键联接等，以平键联接最为常用。1）平键联接①普通平键联接如图1-5-13所示，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩，因此键的两侧面为工作面。这种联接的对中性好，装拆方便，应用广泛，如减速器中的齿轮、联轴器与轴的联接均采用平键。图1-5-13普通平键联接②导向平键联接导向平键联接如图1-5-14所示，适用于动联接，即传动零件需沿轴作轴向移动的联接。如变速箱中的滑移齿轮。2）楔键联接如图1-5-15所示为楔键联接，工作时依靠键的上、下底面与键槽挤紧产生的摩擦力来传递转矩。这种联接用于某些农业机械和建筑机械中。图1-5-14导向平键联接图1-5-15楔键联接图1-5-16花键轴3）花键联接图1-5-16为花键轴，键两侧是工作面，靠键齿侧面间的挤压传递转矩。其对中性、导向性好，承载力大，但成本高。用于载荷大且对中性要求高的机械中。4）半圆键联接图1-5-17为半圆键联接，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩，因此键的两侧面为工作面。键在轴上键槽中能绕其圆心转动，用于锥形轴端。（3）销联接销联接在机械中起定位作用，并可传递不大的载荷。销的种类见图1-5-18。图1-5-17半圆键联接图1-5-18销联接2、不可拆联接（1）焊接焊接具有结构简；节省材料；接头强度高、气密性好；生产效率高；成本低等优点；但焊后容易产生焊接应力和变形。焊接广泛应用于机械制造、建筑结构、桥梁、管道、石油化工、航空航天等各个领域。如建筑结构及桥梁中钢筋的连接、船体制造、汽车车身制造、锅炉和压力容器制造、机械中的箱体及机架等均采用焊接。（2）粘接粘接是用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具有一定强度的联接。利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。胶接的特点是重量轻，材料的利用率高；成本低；有良好的密封性、绝缘性和防腐性等。但抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差；耐老化性能差；且胶粘剂对温度变化敏感，影响胶接强度等。粘接广泛应用于木制结构、塑料制品等。随着新型胶粘剂的发展，胶接在金属构件的联接中也日渐增多。在机械制造中常用胶粘剂的是：环氧树脂胶粘剂、酚醛乙烯胶粘剂，聚氨酯等。（3）铆钉联接如图1-5-19所示，铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。铆接的联接强度高(如武汉长江大桥的格构式箱形大梁)，密封性能好；但拆卸不方便、制孔精度高。铆接分类：1）活动铆接结合件可以相互转动。如：剪刀、钳子。2）固定铆接结合件不能相互活动。如桥梁建筑。3）密缝铆接铆缝严密，不漏气体与液体。二、轴与轴承图1-5-19铆接1、轴轴是用来支承转动零件，如齿轮、带轮等，并传递运动和动力。轴的分类：（1）按受力特点分1）转轴在工作时既受弯矩作用，又受扭矩作用。如齿轮轴（图1-5-20）、带轮轴等，机械中的多数轴均属于转轴。2）心轴在工作时只受弯矩作用，不承受扭矩。如火车的车轮轴（图1-5-21）等。3）传动轴只承受扭矩而不承受弯矩。如汽车的传动轴（图1-5-22）。（2）按轴线的形状分可分为直轴（图1-5-20）、曲轴和软轴（图1-5-23）。曲轴常用于内燃机中，而软轴则用于振捣器等机器中。图1-5-20转轴图1-5-21心轴图1-5-22传动轴图1-5-23软轴二、轴承轴承在机器中起支承轴的作用，根据其工作表面摩擦性质的不同，分为滚动轴承和滑动轴承，滚动轴承已标准化。1、滚动轴承（1）滚动轴承的构造如图1-5-24所示，滚动轴承由外圈、内圈、滚动体、保持架组成。使用时，外圈装在轴承座孔内，内圈装在轴颈上，通常内圈随轴转动，而外圈静止，保持架的作用是把滚动体均匀分开。滚动体是滚动轴承的主体，它的大小、数量和形状与轴承的承载能力密切相关。图1-5-25列出了各种滚动体的形状。图1-5-24滚动轴承的构造图1-5-25滚动体的形状（2）滚动轴承的主要类型和特点1）按承受载荷的方向分①向心轴承（图1-5-26a）——主要承受径向载荷。②推力轴承（图1-5-26b）——只能承受轴向载荷。③向心推力轴承（图1-5-26c）——能同时承受径向和轴向载荷。（a）向心轴承(b)推力轴承(c)向心推力轴承图1-5-26滚动轴承的类型2）按滚动体的形状分①球轴承其滚动体为球形，球轴承的承载力小，但极限转速高。②滚子轴承其滚动体的形状有圆柱形、圆锥形、鼓形等，滚子轴承的承载力大，但极限转速较低。常用滚动轴承的类型、代号、特点及适用范围见表1-5-1。（3）滚动轴承的代号滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸，为便于组织生产和选