第4章-非标准零件的类型和选用

华南理工大学第4章非标准零件的类型和选用4.3齿轮4.4蜗杆与蜗轮4.2滚子链链轮4.5滑动轴承4.7弹簧4.6轴4.1带轮4.1带轮典型的带轮由三部分组成：•轮缘（带轮的外缘部分，其上开有轮槽，是传动带安装及带轮的工作部分）；•轮毂（带轮与轴的安装配合部分）；•连接轮缘与轮毂的中间部分a）实心式V带轮b)腹板式V带轮c)孔板式V带轮d)轮辐式V带轮用D1、D2表示主动轮和从动轮的基准直径，已标准化为系列尺寸4.1.1V带轮V带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢；小功率时可用铸铝或塑料。当带轮基准直径D(2.5~3)d(d为轴的直径)时,可采用实心式结构:BLd1d当D300mm时，可采用腹板式或孔板式结构:dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσs=(0.2～0.3)Bs2≥0.5s斜度1：25dhddadh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσs=(0.2～0.3)Bs1≥1.5ss2≥0.5s斜度1：25dhddaS2斜度1：25dhddaS2当D300mm时，可采用轮辐式结构:h2=0.8h1a1=0.4h1a2=0.8a1f1≥0.2h1f2≥0.2h2PnA3h1=290P功率n转速A轮幅数h2dh斜度1：25ddah1带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式；根据带的型号确定轮槽尺寸（表4.1），带轮的其它结构尺寸可参照图4.6的经验公式计算。f6.3φHδeb0bdBh1haddae8±0.312±0.315±0.319±0.425.5±0.5表4.1普通V带轮的轮槽尺寸槽型YZABCbd5.38.5111419hamin1.62.02.753.54.8famin67911.516hfmin4.77.08.710.814.3δmin55.567.510≤60-------------------≤80≤118≤190≤315≥60-------------------8011819031532343638φ(˚)对应的d4.2滚子链链轮4.2.1滚子链链轮的齿形特点虽然链轮齿形与齿轮齿形相似，但由于链轮和链条的齿廓不是共轭齿廓，因此链轮齿形的设计具有很大的灵活性。滚子链链轮的正确设计有利于延长链的寿命、提高链传动的质量、减小链和链轮的磨损。链轮齿形的设计应保证：（1）尽量减少链节与链轮啮合时的冲击和接触应力；（2）有一定能力适应链条因磨损而导致的节距增长；（3）方便加工制造和安装。图是GB/T1244-1985规定的滚子链链轮的齿槽形状，它能较好地满足上述性能要求。滚子链链轮和齿槽各部分主要尺寸及计算公式见表4.3。图4.8滚子链链轮的齿槽形状360/zpha名称代号计算公式备注（表内公式名称意义见图4.9）分度圆直径dd=p/sin180/zz为链轮齿数；p为链轮节距齿顶圆直径dadamax=d+1.25p-d1damin=d+(1-1.6/z)p-d1可在damax、damin范围内任意选取；但选用damax时，应考虑采用展成法加工有发生顶切的可能性。d1为滚子直径齿根圆直径dfdf=d-d1分度圆弦齿高hahamax=(0.625+0.8/z)p-0.5d1hamin=0.5(p-d1)ha为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸（见图4.8）。hamax相应于damax；hamin相应于damin齿侧凸缘（或排间槽）直径dHdH≤pctan180/z-1.04h2-0.76h2为内链板高度注：da、dH取整数值，其他尺寸精确到0.01mm表4.1滚子链链轮的主要尺寸参数图4.9链轮上各直径的含义ddsdHda链轮齿形常用的有：直线－圆弧齿形；双圆弧齿形（图4.8）和三圆弧－直线齿形（图4.9）。图4.9三圆弧－直线齿形p图4.8双圆弧齿形360/zpha图4.10三圆弧－直线齿形p最常用的齿廓为三圆弧一直线齿形，它是由aa、ab、cd和bc组成，abcd为齿廓工作段，见图4.10。当选用三圆弧一直线齿形和相应的标准刀具加工时，链轮齿形在工作图上可不必画出，只需在图上注明“齿形按3RGB/T1244－1985《传动用短节距精密滚子链和套筒滚子链链轮齿形和公差》规定制造”即可。cababc链轮的实际齿廓形状应在图4.8、图4.9和表4.3中所规定的最大齿槽形状和最小齿槽形状的范围内，组成齿槽的各段曲线应光滑连接。如图4.11所示，滚子链链轮的轴面两侧齿形可为圆弧或直线，以利于链节的啮入和啮出。带轮端面和轴面齿形的几何尺寸计算公式可参考有关手册。rabf1babababf1bah图4.11滚子链链轮轴向齿廓滚子链链轮的结构设计链轮的结构实心式----小直径孔板式----中等直径链轮的结构实心式----小直径组合式----大直径，齿圈可更换孔板式----中等直径链轮的结构实心式----小直径4.3齿轮齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种啮合传动。4.3.1传动的特点齿轮传动的特点是：传递功率和速度的适用范围很广，传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。其不足之处是：制造精度要求高，制造费用大，精度低时振动和噪声大，不宜用于轴间距离较大的传动。4.3.2齿轮的类型和结构形式按齿轮的结构形式：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮和人字齿轮等几种形式。按啮合方式：外啮合齿轮和内啮合齿轮。按齿轮传动工作条件：闭式传动、开式传动和半开式传动三种。按齿轮齿面硬度：软齿面齿轮和硬齿面齿轮二种。硬齿面齿轮的HBS350（或HRC38），软齿面齿轮的HBS≤350（或HRC≤38）。1.齿轮类型2.齿轮结构齿轮轴腹板式实心式轮辐式直径较小的齿轮也可做成实心式结构。齿轮毛坯可以是锻造或铸造的。直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径较接近时，为节省加工轴、孔、键、键槽的时间，可以做成如图4.1的齿轮轴。圆锥齿轮轴圆柱齿轮轴图4.8齿轮轴如果齿轮的直径比轴的直径大得多，则应把齿轮和轴分开制造。顶圆直径da500mm的齿轮的腹板式结构。D1≈(D0+D3)/2;D2≈(0.25～0.35)(D0-D3);D3≈1.6D4(钢材);D3≈1.7D4(铸铁);n1≈0.5mn;r≈5mm;圆柱齿轮：D0≈da-(10-14)mn;C≈(0.2～0.3)B;D2bD4D3da斜度1:10BδCD2D1RBD4D3dal斜度1:10∆1JD1≈(D0+D3)/2;D2≈(0.25～0.35)(D0-D3);D3≈1.6D4(钢材);D3≈1.7D4(铸铁);n1≈0.5mn;r≈5mm;圆锥齿轮：l≈(1-1.2)D4;C≈(3～4)m;尺寸J由结构设计而定；∆1＝(0.1～0.2)B常用齿轮C不应小于10mm，航空用齿轮可取C≈3～6mm顶圆直径da≥400mm的齿轮可用铸造轮辐式结构。BD4D3da斜度1:20C∆1LH∆2∆2H1C1da1000mmB240mmD31.6D4(铸钢)D31.7D4(铸铁)△1（3~4）mm，但不应小于8mm；△2（1~1.2）△1；H0.8D4(铸钢)；H0.9D4（铸铁）；H10.8H；CH/5C1H/6R0.5H；1.5D4lB；轮辐数常取为6。4.3.3齿轮主要参数的选择1．齿数z4．齿宽系数a2．模数m3、螺旋角(斜齿轮)齿宽b是决定齿轮承载能力大小的主要尺寸之一。齿宽b取大些，可提高齿轮承载能力，并相应减小径向尺寸，使结构紧凑；但齿宽越大，轮齿受力后沿齿宽方向载荷分布越不均匀，使轮齿接触不良，加速失效。设计中应对齿宽作必要的限制，有合理的宽径比，可用齿宽系数来表示。aba齿宽系数还可定义为：圆柱齿轮，圆锥齿轮。1dbdRbR4.4蜗杆与蜗轮蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的传动副，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力。通常两轴线的交错角为90。4.4.1蜗杆传动的特点蜗杆传动特点是：能实现大的传动比（在动力传动中，一般传动比为i=5~80；在分度机构中，i可达1000），结构紧凑，传动平稳，噪声低，具有自锁性。其不足之处是：由于在啮合齿面间产生很大的相对滑动速度，摩擦发热大，传动效率低，且常需耗用有色金属，故不适用于大功率和长期连续工作的传动。4.4.2蜗杆传动的类型按蜗杆的形状分为：圆柱蜗杆传动（图4.2a）、圆弧面蜗杆传动（图4.2b）和锥面蜗杆传动（图4.2c）等。n1n2n1n2n2n1a、圆柱蜗杆传动b、圆弧面蜗杆传动c、锥面蜗杆传动图4.2蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。1.普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动多用直母线刀刃加工。按齿廓曲线的不同，普通圆柱蜗杆传动可分为四种。（1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）（2）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）（3）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）（4）锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）2．圆弧圆柱蜗杆传动（ZC型）图4.4圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆的齿形分为两种：一种是蜗杆轴向剖面为圆弧形齿廓，用圆弧形车刀加工，切削时，刀刃平面通过蜗杆轴线（图4.4a）；阿基米德螺旋线（a）III-I2．圆弧圆柱蜗杆传动（ZC型）N－Nγ（b）图4.4圆弧圆柱蜗杆传动另一种是蜗杆用轴向剖面为圆弧的环面砂轮，装置在蜗杆螺旋线的法面内，由砂轮面包络而成（图4.4b），可获得很高的精度，目前我国正推广这一种。4.4.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算对于阿基米德蜗杆传动，在中间平面（见图4.5，通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面）上，相当于齿条与齿轮的啮合传动。在设计时，常取此平面内的参数和尺寸作为计算基准。1R2R2bBrP21b2d1d1fd1ad2ed2ad2fd图4.5普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸1．普通圆柱蜗杆传动的主要参数蜗杆传动的主要参数有模数m、压力角、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2、蜗杆直径系数q、蜗杆分度圆柱导程角，传动比i、中心距a等。（1）模数m和压力角蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向模数mx、轴向压力角x分别与蜗轮的端面模数mt、端面压力角t相等，即mx1=mt2=m，x1=t2=。模数m取标准值。ZA蜗杆的轴向压力角为标准值，=20，其余三种（ZN、ZI、ZK）蜗杆的法向压力角为标准值n=20。（2）蜗杆分度圆直径d1和直径系数q加工蜗轮时，常用与之配对的具有同样参数和直径的蜗轮滚刀来加工。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就必须用与之配对的蜗轮滚刀。为了减少蜗轮滚刀的数目，便于刀具的标准化，将蜗杆分度圆直径d1定为标准值，即对应于每一种标准模数规定一定数量的蜗杆分度圆直径d1，并把d1与m的比值称为蜗杆直径系数q，即mdq1式中，m、d1、z2和q的匹配见附表5.1。（3）传动比i通常蜗杆传动是以蜗杆为主动件的减速装置，故其传动比i为1221zznni式中，n1、n2——蜗杆和蜗轮的转速，r/min。蜗杆传动减速装置的传动比i的公称值，可按以下数值选取：5，7.5，10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，70，80。其中，10，20，40，80为基本传动比。（4）蜗杆头数和蜗轮的齿数选择蜗杆头数时主要考虑传动比、效率及制造三个方面。单头蜗杆的传动比可以较大，自锁性能好，但效率较低。蜗杆头数越多，导程角越大，传动效率越高，故传递动力、要求效率高时，应选用多头蜗杆；但蜗杆头数越多，导程角越大，加工困难，故不宜选得过多。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。对于动力传动，蜗轮齿数一般可取29~80。为了避免加工蜗轮时产生根切，保证传动的平稳性，蜗轮齿数应大于27。为防止蜗轮尺寸过大，造成与之相啮合的蜗杆支承间距增大，降低蜗杆的弯曲刚度，蜗轮齿数一般不大于80。蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值见附表5.2，具体选择时应考虑附表5.1的匹配关系。（5）蜗杆传动中心距蜗杆传动中心距为221221zqmdda圆柱蜗杆传动加速装置的中心距a，应