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化工设备机械基础(化机)3新


第三篇 机械传动与减速器 概述
?在化工生产中除了大量使用静止设备(如 塔器、换热器)外,还广泛使用各种各样 的机器,如带搅拌的反应器、往复式压缩 机、离心式压缩机,螺旋输送器等等。 ?一台完整的机器一般包括原动机、工作机 和传动装置三部分。

机器的组成
原动部分:机器的动力来源,如电 机等。 传动部分:将原动部分的功率和运 动传递到工

作部分的中 间环节,如带传动、链 传动、齿轮传动等。 工作部分:直接完成生产所需的工 艺动作部分,如搅拌反 应器中的搅拌桨等。

机 器

传动装置
图3-1为一搅拌反应釜的 传动装置图,电动机通过 减速机将能量传递给搅拌 轴,减速机除传递能量外, 还改变转速(如由 1500r/min降低为 250r/min )。在二三十 年前,这种搅拌反应釜的 传动装置大多数是电动机 通过带传动,再通过蜗杆 减速机,最后将能量传递 给搅拌轴。

机械传动
按工作原理可将传动分为机械传动、液力传动、 电力传动 和磁力传动等。其中机械传动最为常 见。按照传动原理,机械传动可分为两大类: 1、摩擦传动――依靠构件接触面的摩擦力来 传递动力和运动的,如带传动、摩擦轮传动; 2、啮合传动――依靠构件间的相互啮合来传 递动力和运动的,如齿轮传动、蜗杆传动、链 传动等。

两个基本概念
? 在旋转的机械传动中,传动比是指机构中

主动件的转速n1 与从动件转速 n2 的比值, 并以 i 表示,

i12= n1/n2

(3-1)

i>1,为减速, i<1为增速。机械传动中,减速 居多。

? 第一章 带传动
第一节 带传动的类型、结构和特点 第二节 带传动的工作特性分析 第三节 普通V带传动的设计计算

第一节

带传动的类型、结构和特点

一、带传动的组成及主要几何尺寸

带传动的主要几何计算尺寸:
D2 ? D1 ? 1 ? 180 ? 2 ? ? 180 ? ? 57.30 a
0 0

D2 ? D1 ? 2 ? 180 ? 2 ? ? 180 ? ? 57.30 a
0 0

Ld ? 2a ?

?
2

?D2 ? D1 ?2 ?D2 ? D1 ? ? mm
4a

a?

2 Ld ? ? ( D2 ? D1 ) ?

?2Ld ? ? ( D2 ? D1 )?2 ? 8( D2 ? D1 ) 2
8

? 二、带传动的类型及V带的型号和结构 ? 1、据带的剖面形状分类有:平带、V带、多 楔带、圆带传动。 ? 2、V带的结构:顶胶1、抗拉体2、底胶3和包 布4。

? 3、节面的定义和节面的宽度(节宽)bp。 ? 带绕在带轮上时要发生弯曲,造成顶胶伸长,底 胶缩短,而在两者之间存在一中性层,其长度不 变,在此称为节面。带的节面宽度称节宽bp 。 ? 4、基准直径D和基准长度Ld。 ? 在V带轮上,与所配用V带的节宽bp相对应的带 轮直径称为基准直径D。在规定的初拉力下,V 带位于带轮基准直径上的周线长度称为为基准长 度Ld。 ? 5、V带的分类:Y、Z、A、B、C、D、E七种。

1) 2) 3) 4)

三、V带轮的材料和结构 1、材料:铸铁(HT150或HT200),当转速 较高时:可用铸钢,小功率时:铸铝或塑料。 2、结构(D为基准直径) 实心式:a图 (D ≤(2.5~3)d) d 为轴直径 腹板式:b图 (D ≤300mm ) 孔板式:c图 (D ≤300mm 但D1-d1≥100mm ) 椭圆轮辐式:d图 (D>300mm )

实心式:

腹板式

孔板式

椭圆轮辐式

四、V带传动的使用和维护
(1)安装时,保持两带轮轴平行,并使两轮轮 槽在同一平面内,以免运转时加剧带的磨损或由 轮槽中脱出。 (2)严防胶带与矿物油、酸、碱等介质接触, 也不宜在阳光下曝晒,以免老化变质,降低带的 使用寿命。 (3)更换V带时,同一带轮上的V带应全部更换, 不能新旧带并用,否则长短不一,引起受力不均, 加速新带的损坏。 (4)为了保证安全生产,带传动应安装防护罩。 (5)V带使用一段时间后,将产生永久变形, 导致初拉力减小,因此需要重新进行张紧。

五、带传动的优缺点

带传动的优点:(1)适用于两轴中心距较大的传 动;(2)带具有良好的弹性,可以缓和冲击和吸 收振动;(3)过载时,带在带轮上打滑,可防止 损坏其他零件;(4)结构简单,加工和维护方便, 成本低廉。 带传动的缺点:(1)传动的外廓尺寸较大;(2) 由于带的弹性伸长,不能保证固定不变的传动比; (3)带的寿命较短;(4)带传动中的摩擦会产生 电火花,故不能用于容易引起燃烧爆炸的危险场合; (5)传动效率较低;(6)需要张紧装置。

? 根据上述优缺点,带传动多用于两轴传 动比无严格要求、中心距较大的机械中。 一般情况下,带速 v=5—25m/s,传动比 i<7,传动效率 P≈ 0.94—0.97,传递 功率 P<100kW的场合。

第二节 带传动的工作特性分析
? ? 一、带传动的受力分析 1、带传动的工作原理

1) 当n=0时,初拉力F0均相等。

2) 当主动轮以n1 转动时,从动轮以n2 转 动。紧边、松边、有效拉力(Ff )、圆 周力(Fe ) 3) Ff =F1—F2 =Fe=1000 P1/v (N) 当P1一定时, 当v一定时,

? 2、带的打滑现象与弹性打滑 1) 打滑:当有效圆周力Fe超过带与带轮接触面间 的极限摩擦力总和时,带与带轮将发生显著的 相对滑动,这种现象称为打滑。经常出现打滑 时,将使带的磨损加剧、传动效率降低,以致 使传动失效,故应避免。增大包角、摩擦系数 和初拉力可提高带所能传递的圆周力。 2) 弹性滑动:这种由于带的弹性及其在带轮两边 的拉力差引起的带与带轮间的滑动称为弹性滑 动。 3) 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。 打滑是指由于过载引起的全面滑动,造成传动失 效,应该避免;弹性滑动是由于带的弹性和拉 力差引起的,只要传递圆周力,必然会发生弹 性滑动。

二、弹性滑动的定量分析
? 1、设D1、D2为主动轮、从动轮的基准直径 (mm );n1、n2为为主、从动轮的转速 (r/min)。两轮的圆周速度分别为: ?D2 n2 ?D1 n1 ?1 ? m / s ?2 ? m/s 60 ? 1000 60 ? 1000
由于弹性滑动的影响,使从动轮的v2低于主动轮的v1, 其降低量用滑动率ε来表示

?1 ? ? 2 D1n1 ? D2 n2 ?? ? ?1 D1n1

? 2、实验表明:1)当Fe较小时,弹性滑动
发生在带由主、从动轮离开以前的那一部分接 触弧上;2)随着Fe的增大,滑动区域增加, 当增大至整个圆弧时,此时Fe为最大临界值; 3)若工作载荷再进一步增大,那么带与带轮 发生显著的相对滑动,这就是打滑。

? 3、包角、摩擦系数和初拉力与圆周力的

关系。

三、带的耐久性

? 传动时,带中应力由三部分组成:(1) 由紧边拉力F1和松边拉力F2产生的拉应 力,分别为σ1和σ2;(2)由离心力产生 的离心应力σc;(3) 由带在小、大带轮 上的弯曲而产生的弯曲应力,分别为σb1 和σb2 ;(分析一下) ? 其中σ1=F1/A,σ2=F2/A;2)离心应力 σc=qv2/A;(3)弯曲应力σb=Eh/D

? 带在运转中承受的是交变应力,最大应 力发生在带的紧边绕到小带轮处,其值 为σmax=σ1+σb1+σc

第三节 普通V带传动的设计计算
? 1、带传动的设计准则为:在不打滑的条件 下,具有一定的疲劳强度和寿命。 ? 2、V带传动的设计内容包括:确定带的截 型、长度、根数、传动中心距、带轮基准 直径及结构尺寸。 ? 3、设计时须给定的原始数据为:传递功率 P,转速n1、n2 (或传动比),安装位置要 求及工作条件。

? 1) 2) 3)

4、普通V带设计的一般步骤: 确定V带的截型 确定带轮基准直径和验算带速 确定中心距、带的基准长度和验算小带 轮包角 4) 确定带的根数z 5) 确定带的初拉力F0 6) 确定带传动作用在轴上的力Q

主要内容
带传动设计计算的主要内容是: ?确定带的型号、根数、长度、带轮直径和 中心距,以及带轮的材料和结构尺寸等。 ?设计的原始条件为:传动的用途和工作情 况,传递的功率,主动轮和从动轮的转速 (或传动比),以及外廓尺寸的要求等

1.选择带的型号
V形带的型号可根据计算功率Pc及小轮转速n1 由图3-6选取。 (3-10)

式中 KA――工作情况系数,见表3-4; P――传递的功率,kW

2.确定小带轮的节圆直径d1、验算带速、 确定大带轮节圆直径d2 d1应大于或等于表3-3中的最小节圆直径dmax。 若d1过小则带的弯曲应力较大;反之,则传动的 外廓尺寸增大。 带速 m/s (3-11) 应满足5m/s≤v≤25m/s(30m/s),否则须重选小 轮直径d1。 大轮直径 (3-12) d1、d2应圆整为标准直径,见表3-5。

表3-3 V形带带轮最小直径及V形带每m长的质量

型号

Y

Z

A

B

C

D

E

d1min

/mm

20

50

75

125

200

355

500

m/Kg/m

0.02

0.06

0.10

0.17

0.30

0.62

0.90

表3-5 V形带带轮节圆直径系列(摘录)
d/mm Z A B d/mm Z A B C d/mm Z A B C 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * *

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* * * * * * * * *

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* * * * * *

* * * * * * * * * *

注:带*为优先系列

3.确定中心距a和带长Lp
中心距偏大些有利于增大包角,但过大会使结构不紧凑,且在载 荷变化时引起带颤动,降低带传动的工作能力。一般根据安装条 件的限制或由下式初步确定中心距a0。 mm (3-13) 初定中心距后,由下式计算出相应于a0的带节线长度Lpo mm (3-14) 计算出Lpo后,查表3-2选取接近Lpo值的节线长度Lp,再根据选 定的长度Lp值反过来求实际中心距a,一般常用下式近似计算中 心距a。 mm (3-15)

4.验算小轮包角
带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角如图3 -7所示,显然小轮包角α1比大轮包角α2要小。

中心距a相同条件下,包角越大,带的摩擦 力和能传递的功率也越大。小 轮包角α1可 按下式近似计算: (3-16) 一般应使α1 ≥1200,否则,可加大中心距或 增设张紧轮。

5.计算带的根数Z
带传动的承载能力受打滑和带疲劳两方面限制。 根据计算功率Pc和单根V形带所能传递的功率 P0,可按下式计算所需的根数Z (3-17)
(3-18) 式中 P0--单根V形带所能传递的功率,kW, 见表3-6;

ΔP0--考虑i≠1时单根V形带所能传递功率的增量, kW。由于P0是按i=1,即d1=d2的条件下计算的。传 动比越大,则从动轮直径相对主动轮来说越大,带绕过 从动轮时的弯曲应力越小,因此提高了带传动的工作能 力。 Ka--考虑包角不同时的影响系数,称包角系数, 见表3-7; KL--考虑带的长度不同时的影响系数,称带长 修正系数,见表3-8; KB--弯曲影响系数,见表3-9; Ki--传动比系数,见表3-10; n1 --主动轮转速,r/min。

6. 计算初拉力F0及作用在轴上的力Q

N

(3-19)

式中 v――带速, m/s; m――V形带每m长的质量,Kg/m,见表3 -3。

由图3-8可得

N (3-20) 式中α1――主动轮的包角。

? 小设计(2次课时间)

? 设计某液体搅拌机的V带传动。选用的电动 机额定功率P=3千瓦,转速n1=1420r/min , 从动轮转速n2=350r/min,二班制工作 (T=16h)。 ? 格式 ? 参考资料 ? 自动控制系统

? 一套完整的、最简单的自动控制系统包括1)

测量元件、变送器(眼)2)自动调节器、 计算器(脑)3)执行器(手)
? 一套自控系统可完成对P、F、T、L、A等的调 节。如:

第二章 齿轮传动
? 1、齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动型 式。 ? 1)其主要优点是:效率高,传动比稳定,工作可 靠,寿命长;适用的速度和传递的功率范围广, 圆周速度可达 300m/s,功率可达 105kw ;可实 现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。 ? 2)其主要缺点是:需要专门的制造设备,成本较 高;精度低时噪声和振动较大;不宜用在轴间距 离较大的传动等。

?

3)齿轮传动的类型:

a. 按两齿轮轴线的相对位置可分为:平行轴齿 轮传动,相交轴齿轮传动,交错轴齿轮传动。 b. 按两齿轮齿线形状可分为:直齿齿轮、斜齿 齿轮和人字齿轮传动 。 c. 按两齿轮齿啮合方式:外啮合、内啮合齿轮 传动。 d. 按齿轮形状分为:圆柱齿轮、圆锥齿轮、条 型齿。

? 2、轮齿的失效形式 ?1)轮齿折断 ? 轮齿受力后,在齿根处产生的弯曲应力最大, 又由于齿根过渡圆角处有应力集中,因此,当 作用于轮齿齿根的交变应力超过了齿轮材料的 疲劳极限,则在齿根圆角处将产生疲劳裂纹, 随着裂纹的不断扩展,最终导致轮齿的疲劳折 断。(下图) 当轮齿单侧工作时,弯曲应力是按 脉动循环变化;双侧工作时,弯曲应力是按对 称循环变化。此外,轮齿因短时意外的严重过 载而引起轮齿突然折断,称为过载折断。

?2)齿面点蚀
?轮齿啮合中,由于齿面啮合点处的接触应力是 脉动循环应力,且应力值很大,故在齿轮工作 一定时间后首先在靠近齿根表面上产生细微的 疲劳裂纹,这些疲劳裂纹的扩展,导致金属微 粒剥落,形成下图所示的凹坑,这种现象称为 点蚀。 ?点蚀出现后,齿面不再是完整的渐开线曲面, 从而影响轮齿的正常啮合,产生冲击和噪声, 进而凹坑扩展到整个齿面而导致传动失效。 ?在开式齿轮传动中,由于灰砂、金属屑等磨料 的存在,齿面磨损较快,表面上产生的很薄的 疲劳裂纹会很快被磨掉,而不致发展成为点蚀。

?3)齿面胶合
?在高速重载齿轮传动中,若润滑不良或因齿面的 压力很大,温度升高,润滑油粘度降低,容易导 致油膜破裂使齿面金属直接接触,并发生熔焊现 象。由于两齿面间存在相对滑动,则较软的齿面 上的金属被撕下,从而在齿面上形成与滑动方向 一致的沟槽状伤痕,如图所示,这种现象称为齿 面胶合。 ?为了防止产生胶合,可适当提高齿面硬度和降低 表面粗糙度,对于低速传动应采用粘度大的润滑 油,高速传动宜采用含抗胶合添加剂的润滑油。

?4)齿面磨损
?由于两之间有相对滑动,故在载荷作用下会引起 齿面磨损。严重的磨损(图),将使齿面齿形失 真,从而引起振动、冲击和噪声,当轮齿磨薄到 一定程度时会导致轮齿折断。 ?在开式传动中,特别是在多灰尘场合,齿面磨损 是轮齿失效的一种主要形式。采用闭式传动,保 持良好的润滑和密封条件,提高齿轮表面质量, 注意装配时的清洁度,合理提高齿面硬度并选择 合理的硬度匹配等,都可以大大减轻齿面磨损。

? 3、齿轮的材料
? 为了使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶 合及抗塑性变形的能力,而齿根要有较高的抗 折断能力,对轮齿材料性能的基本要求为:齿 面要硬,齿芯要韧。 ? 常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合 金钢、铸钢和铸铁等。一般多采用锻件或轧制 钢材。在某些情况下,也常采用有色金属和非 金属材料。常用的齿轮材料要须热处理。

? 4、直齿圆柱齿轮的设计(略)

第三章 链传动

组成:主动链轮、从动链轮和链条。 工作原理:以链条作为中间挠性件,靠链 与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。

应用范围:适用于中心距较大、要求平均传动比准确 或工作条件恶劣(如温度高、有油污、淋水等)的 场合。 广泛应用于化工机械、矿山机械、农业机 械、机床及摩托车中。 通常,链传动的传动比 i≤8;
中心距 a≤5m~6m; 传递功率 P≤100kW; 圆周速度 v≤15m/s; 传动效率约为,闭式: h=0.95~0.98, 开式: h=0.9~0.93。

主要内容:
?了解链传动的特点,它的适用场合。了 解常用的滚子链的型号(链号)及有关 国家标准。 ?熟悉单排滚子链的结构,链轮的分度圆、 齿顶圆、齿根圆,链轮的构造及材料, 链传动的布置,链传动的失效形式。 ?掌握链传动的运动特性。设计链传动传 动是如何确定链条型号(及链号)。

第一节 链条

常用的链条有滚子链、套筒链和齿形链。 链条长度以链节数来表示。链节数最好取 为偶数,以便链条联成环形时正好是外链 板与内链板相接 。

第二节 链轮
链轮的结构如图3-20所示。 小直径链轮可制成实心 [图3-20(a)];中等 直径的链轮可制成孔板式 [图3-20(b)];直径较 大的链轮可设计为组合式 [图3-20(c)],组合式 链轮的齿圈磨损后可以更 换。 链轮轮毂部分的尺寸参考 带轮

链轮的齿形
链轮的齿形应保证链节 能平稳而自由地进入和 退出啮合,并便于加工。 国家标准(GB1244-85) 规定的滚子链链轮的端 面齿形如图3-19所示, 它由三段圆弧 ( )和一段直 线(bc)组成。

链轮主要尺寸的计算公式:
链轮上链的滚子中心所在圆称为分度圆。
分度圆直径: 齿顶圆直径: mm mm (3-23) (3-24)

齿根圆直径:
式中 dr--滚子直径,mm; z--齿数; p--链的节距,mm

mm

(3-25)

链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性,故 齿面多经热处理。小链轮的啮合数比大链 轮多,所受冲击力也大,故所用材料须优 于大链轮。常用的链轮材料有碳钢如Q235、 Q275、45号钢、ZG310-570,灰铸铁如 HT200等,重要的链轮可采用合金钢,如 15Cr、40Cr、35CrMo等。

第三节 链传动的运动特性
链传动的运动可视为链 绕在多边形轮上的情况。 由于链条是刚性链节用 销轴铰接而成,当链绕 在链轮上时,链节与链 轮啮合区段的链条将曲 折成正多边形的一部分 (图3-22)。视链轮为 正多边形,其边长相当 于链节距 p(mm),边 数相当于链轮齿数z。

传动时,链轮每转一周,链条转过z· p的长度,当 两链轮转速(r/min)分别为 n1 和 n2 时,链条的 平均速度为: m/s (3-26)
平均传动比: (3-27) 式中 n1、 n2--主、从动链轮转速,r/min; z1、z2--主、从动链轮齿数 实际上,由于链传动的多边形效应,其瞬时链速 及瞬时传动比是不断地呈周期性变化的。

第四节 链传动的设计计算

(-)链传动的失效形式
链轮比链条的强度高、工作寿命长,故设计时主要应 考虑链条的失效。链传动的主要失效形式有以下几种。
(1)链条疲劳损坏 在链传动中,链条两边拉力不相等。在变载荷作用下, 经过一定应力循环次数,链板将产生疲劳损坏,如发生疲劳断裂,滚子表 面发生疲劳点蚀。在正常润滑条件下,疲劳破坏常是限定链传动承载能力 的主要因素。 (2)链条铰链磨损 润滑密封不良时,极易引起铰链磨损,铰链磨损后链节 变长,容易引起跳齿或脱链。从而降低链条的使用寿命。 (3)多次冲击破坏 受重复冲击载荷或反复起动、制动和反转时,滚子套筒 和销轴可能在疲劳破坏之前发生冲击断裂。 (4)胶合 润滑不当或速度过高时,使销轴和套筒之间的润滑油膜 受到破坏, 以致工作表面发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。 (5)静力拉断 若载荷超过链条的静力强度时,链条就被拉断。这种拉断常 发生于低速重载或严重过载的传动中。

(二)功率曲线
Pc≤[P0]= P0 Kz Kp (3-28)

式中 Pc--计算功率,Pc= KAP,kW; KA为工况系数,见表3-13; P--传动功率,kW; Kz--小链轮齿数系数,见表3-14; Kp―多排链系数,根据排数zp查表3-15; P0 由功率曲线图查得。图中表明功率P0、转速 n1、链号之间的关系。

(三)链传动的设计计算
链条是由专门工厂制造的,因此设计链传动时,主要 是根据传动的用途、传递的功率、大小链轮转速、 工作状况等,选择链条的型号,确定链轮的齿数、 链节距、链节数、排数,确定两轴的中心距等。 链传动速度一般分为低速(v<0.6m/s),中速 (v=0.6~8m/s)和高速(v>8m/s)。对于中、高速 链传动,通常按许用传动功率曲线图来选定链条规 格,即采用以抗疲劳强度为主的防止多种失效形式 的设计计算方法;低速链传动,因抗拉静强度问题 而破坏的概率很大,故常按抗拉静强度计算。

1、 ≥0.6m/s的链传动设计计算
(1)确定链轮齿数z1、z2
由上节分析可知,为使链传动的运动平稳,小链轮齿数不 宜过少。对于滚子链,可按链速由表3-16选取z1,然后按传 动比确定大链轮的齿数z2=i z1。 表3-16 小链轮齿数z1 链速v(m/s) z1 <0.6 >=13 0.6--3 >=17 3--8 >=21 >8 >=25

大链轮齿数不宜过多,一般应使 z2≤120。 一般链条节数为偶数,而链轮齿数最好选取奇数。这样可使磨损较均匀。

(2)初定中心距a0

若链传动中心距过小,则小链轮上的包角也小, 同时啮合的链轮齿数也减少; 若中心距过大,则易使链条抖动。

一般可取中心距a0=(30~50)p,最大中心 距 amax≤80p。

(3)选定链型号、确定链节距
根据传递的功率和小链轮转速,由图3-23或 图3-24的功率曲线选定链的型号及相应的节 距数值。 ? 链的节距越大,其承载能力越高。 ? 节距越大、链轮转速越高时冲击也越大。 因此,设计时在满足传动功率情况下,应尽 可能选用小节距的链,高速重载时可选用小 节距多排链。

(4)确定链节数、实际中心距
链条长度用链的节数LP表示,按带传动求带长的公式 可导出: (3-30) 式中 p--链条节距,mm; a0--初定中心距,mm, 由此算出的链节数,须圆整为整数,最好取为偶数。 运用上式可解得由节数LP求中心距a的公式:
(3-31)

(5)验算链速
为了控制传动的动载荷与噪声,需对链速 加以限制,一般要求 v≤15m/s。

(6)计算对轴的作用力
链作用在轴上的压力可近似为
(3-32) 式中 KQ--压轴力系数,一般取1.2~1.3,有冲击、振动时取 大值; F--传动中的圆周力,N; P--传递的功率,kW; v--链速,m/s。

(7)链轮几何尺寸计算及绘制 零件工作图。

2. <0.6m/s低速链传动的设计计算
对于 v<0.6m/s的低速链传动,其主要失效形式是链 条静力拉断,故应按静拉强度条件进行计算。根据 传动的条件,可先参考图3-23或图3-24初步选择型 号,然后进行校核,公式为 (3-33) 式中 S--静强度安全系数; Q--链条的极限拉伸载荷,N,根据初选型号 查表3-12; KA--工况系数,见表3-13; F--传动中的圆周力,N。

第五节 链传动的布置和张紧装置

(一)链传动的布置

链传动的两轴应平行,两链轮应位于同一平 面内。一般宜采用水平或接近水平的布置, 并使松边在下边。

(二)链传动的张紧
链传动张紧的目的主要是避免垂度过大时啮合 不良,同时也可减小链条振动及增大链条与链 轮的啮合包角。张紧方法很多:
1. 增大两轮中心距。

2.用张紧装置张紧,如图3-26所示,张紧轮直 径稍小于小链轮直径,并置于松边靠近小链轮。

例题:
例3-2 用P=7.5kW,n1=1450r/min的Y型 电动机,通过链传动驱动一机械,传动比为 i=3.1,试设计此链传动。

解:

(1)链轮齿数 假定 =3~8m/s,由表3-16选z1=21。 大链轮齿数z2=iz1=3.1×21=65.1,取奇数z2=65。 (2)初定中心距 取a0=40p。 (3)链条节数 由式(3-30)得:

选取LP=124(节)。

(4)计算功率Pc 由表3-13查得KA=1.3故:
Pc=KAP=1.3×7.5=9.75kW (5)链条节距 由式(3-28): P0= Pc/Kz KL KP由表3-14得Kz=1.12;由表3-15得 KP=1.7(选用双排链,若用单排链,则链条的节距 较大,因而链速也较大),故 P0=9.75/1.12×1.7=5.12kW查图(3-23),选用08A 链,即 p=12.7mm。

(6)实际中心距:将中心距设计成可调节的,不必计 算实际中心距。可得: a≈a0=40p=40×12.7=508mm (7)验算链速: 由式(3-26)得:符合原来假定。 (8)作用在轴上的力: Q=1.3F F = 1000×P/v = 1000×7.5/6.54 = 1160 N Q=1.3×1162=1510 N

(9)链轮主要尺寸

①分度圆直径:
②齿顶圆直径: ③齿根圆直径:由表3-12知: dr=7.95 mm df1=d1-dr=85.21-7.95=77.3 mm df2=d2-dr=262.87-7.95=254.9 mm

第四章 蜗杆传动
一、蜗杆传动的特点、类型及应用场合

二、蜗杆传动的失效形式及原因
三、蜗杆涡轮的常用材料与结构 四、蜗杆传动装置的润滑与维护

一、蜗杆传动的特点、类型及应用场合
蜗杆传动由蜗杆1和蜗轮2 (图3-14)组成,用于传递空间 两交错轴之间的运动和动力,两 轴线投影夹角为90度。 在蜗杆传动中,通常是蜗杆 主动,蜗轮从动。设主动蜗杆转 速为n1。头数为z1,从动蜗轮转 速为n2。、齿数为z2, 则蜗杆传动的传动比为
i= n1 z ? 2 n2 z1

图3-14 蜗杆传动组成

1.蜗杆传动的特点
①可用较紧凑的一级传动得到很大的传动比。 因为一般蜗杆的头数 z =1、2、4、6,蜗轮齿 1 数 z =29~83,故单级蜗杆传动的传动比可达83。 2 ②传动平稳无噪声。由于蜗杆为连续的螺旋, 它与蜗轮啮合是连续的,因此,蜗杆传动平稳而无噪 声。 ③具有自锁性。适当设计的蜗杆传动可以作成只 能以蜗杆为主动件,而不能以蜗轮为主动件的传动, 这种特性称为蜗杆传动的自锁。具有自锁性的蜗杆传 动,可用于手动的简单起重设备中,以防止吊起的重 物因自重而自动下坠,保证安全生产。

④效率低。对于普通蜗杆传动,开式传动的效 率仅为0.6-0.7,闭式传动的效率在0.7—0.92之间; 对于具有自锁性的蜗杆传动,其效率仅为0.4-0.5。 因此蜗杆传动不适用于大功率连续运转。 ⑤有轴向分力。蜗杆传动中,蜗杆和蜗轮都有 轴向分力,该力将使蜗杆和蜗轮轴沿各自轴线方向 移动,故两轴上都要安装能够承受轴向载荷的轴承。 ⑥制造蜗轮需用贵重的青铜,成本较高。

2、蜗杆涡轮传动的类型及应用场合
根据蜗杆的形状,蜗杆传动分为圆柱蜗杆 传动、环面蜗杆传动等。圆柱蜗杆传动又分为 普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。 常用的普通圆柱蜗杆是用车刀加工的(图315)轴向齿廓(在通过轴线的轴向A-A面内的齿 廓)为齿条形的直线齿廓,法向齿廓(在法向 NN截面内的齿廓)为曲线齿廓,而垂直于轴线 的平面与齿廓的交线为阿基米德螺旋线,故称 为阿基米德蜗杆。其蜗轮是一具有凹弧齿槽的 斜齿轮。由于这种蜗杆加工简单,所以应用广 泛。

圆弧圆柱蜗杆(图3-16)的轴向齿廓为凹圆 弧形,相配蜗轮的齿廓为凸圆弧形。在中间平面 内,蜗杆与蜗轮形成凹凸齿廓配合。具有效率高 (达0.90以上)、承载能力大(约为普通圆柱蜗 杆传动的1.5-2.5倍)、传动比范围大、体积小等 优点,适用于高速重载传动,并有逐渐替代普通 圆柱蜗杆传动的趋势。 环面蜗杆(图3-17)的轴向齿廓为以凹圆弧 为母线的内凹旋转曲面。环面蜗杆传动具有效率 高(高达0.90-0.95)、承载能力大(约为普通圆 柱朗杆传动的2-4倍)、体积小、寿命长等优点, 但需要较高的制造和安装精度。环面涡杆传动应 用日益广泛。

二、蜗杆传动的失效形式及原因
用杆传动的工作情况与齿轮传动相似,其失 效形式也有磨损、胶合、疲劳点蚀和轮齿折断等。
在蜗杆传动中,蜗杆与蜗轮工作齿面间存在 着相对滑动,相对滑动速度Vs按下式计算:

v1 ? d1n1 vs ? ? (m / s ) cos ? 60 ?1000 cos ?
式中

v1——蜗杆上节点的线速度,m/s;
? ——蜗杆的螺旋升角;
d1 ——蜗杆直径,有标准值;,mm; n1 ——蜗杆转速,r/min;

由上式可见,Vs值较大,而且这种滑动 是沿着齿长方向产生的,所以容易使齿面发 生磨损及发热,致使齿面产生胶合而失效。 因此,蜗杆传动最易出现的失效形式是磨损 和胶合。当蜗轮齿圈的材料为青铜时,齿面 也可能出现疲劳点蚀。在开式蜗杆传动中, 由于蜗轮齿面遭受严重磨损而使轮齿变薄, 从而导致轮齿的折断。 在一般情况下,由于蜗轮材料强度较蜗 杆低,故失效大多发生在蜗轮轮齿上。 避免蜗杆传动失效的措施有:供给足够 的和抗胶合性能好的润滑油;采用有效的散 热方式;提高制造和安装精度;选配适当的 蜗杆和蜗轮副的材料等。

三、蜗杆蜗轮的常用材料与结构
1.蜗杆蜗轮的材料
根据蜗杆传动的失效特点,蜗杆蜗轮的材料不仅 要求有足够的强度,而且还要有良好的减磨性(即摩 擦系数小)、耐磨性和抗胶合的能力。实践表明,比 较理想的材料组合是淬硬并经过磨制的钢制蜗杆配以 青铜蜗轮齿圈。

(1)蜗杆材料
对高速重载的传动,蜗杆材料常用合金渗碳钢 (如 20Cr、20CrMnTi等)渗碳淬火;表面硬度达 HRC56~HRC62,并经磨削;对中速中载的传动,蜗 杆材料可用调质钢(如45、35CrMo、40Cr、40CrNi 等)表面淬火,表面硬度为HRC45—HRC55,也需磨 削;低速不重要的蜗杆可用45钢调质处理,其硬度 为HBS220~HBS300。 (2)蜗轮材料 蜗杆传动的失效主要是由较大的齿面相对滑动 速度Vs引起的。Vs越大,相应需要选择更好的材料。 因而,Vs是选择材料的依据。

对滑动速度较高(vs=5—25 m/s)、连 续工作的重要传动,蜗轮齿圈材料常用锡青铜 如ZCusn10PI或ZCusn5Pb5Zns等,锡青铜的减摩 性、耐磨性和抗胶合性能以及切削性能均好, 但强度较低,价格较贵;对 vs≤6~10 m/s的 传动,蜗轮材料可用无锡青铜ZCuAll0Fe3或锰 黄铜ZCuZn38MnZPbZ等,这两种材料的强度高, 价格较廉,但切削性能和抗胶合性能不如锡青 ? 铜;vs ≤ 2 m/s且直径较大的蜗轮,可采用灰 铸铁HT150或 HT1200等。另外,也有用尼龙或 增强尼龙来制造蜗轮的。

2.蜗杆、蜗轮的结构
(1)蜗杆的结构 蜗杆一般都与轴制成一体,称为蜗杆轴。 只有当蜗杆直径较大(蜗杆齿根圆直径 d;与 n 轴径d之比大于1.7)时,才采用蜗杆齿圈和轴 分开制造的形式,以利于节省材料和便于加工。 蜗杆轴有车制蜗杆和铣制蜗杆两种形式(图3- 18),其结构因加工工艺要求而有所不同,其 dn 中铣制蜗杆的 d> ,故刚度较好。 (2)涡轮的结构 涡轮的结构有整体式和组合式两种。

整体式〔图3-19(a)]蜗轮结构简单,制造方 便,但直径大时青铜蜗轮的成本较高,适用于蜗 轮分度圆直径小于100 mm的青铜蜗轮和任意直径 的铸铁蜗轮。
组合式蜗轮由齿圈和轮芯两部分组成。齿圈 用青铜制造,轮芯用铸铁或铸钢制造,以节省贵 重的青铜。组合式蜗轮轮芯和齿圈的联接方式有 三种:压配式[图3-19(b)]、螺栓联接式[图3-19(c)] 、 组合浇注式。

四、蜗杆传动装置的润滑与维护
1.蜗杆传动装置的润滑
蜗杆传动一般用油润滑。润滑方式有油浴润滑 和喷油润滑两种。一般 vs<10 m/s的中、低速 蜗杆传动,大多采用油浴润滑;vs>10 m/s的蜗杆 传动,采用喷油润滑,这时仍应使蜗杆或蜗轮少量 浸油。

2、蜗杆传动装置的散热
在蜗杆传动中.由于摩擦会产生大量的热量。对 开式和短时间断工作的蜗秆传动,因其热量容易散 失.故不必考虑散热问题。但对于闭式传动,如果 产生的热量不能及时散逸出去.将因油温不断升高

而使润滑油粘度下降,减弱润滑效果, 增大摩擦磨损,甚至发生胶合。所以,对于 闭式蜗杆传动,必须采取合适的散热措施, 使油温稳定在一规定的范围内。通常要求不 超过75~85℃。常用的散热措施有: (1)、在箱体外表面铸出或焊上散热片 以增加散热面积; (2)、在蜗杆轴端设风扇[图3-20(a)], 加速空气流通以增大散热系数; (3)、在箱体内装设蛇形水管[图320(b)].利用循环水进行冷却; (4)、采用压力喷油循环润滑,利用冷 却器将润滑油冷却。 完

图3-15 普通圆柱蜗杆传动

图3-16 圆弧圆柱蜗杆传动

图3-17 环面蜗杆传动

图3-18

蜗杆的结构

图3-19 涡轮的结构

图3-20 蜗杆传动装置的散热措施

第四章 轴与联轴器
一、轴的分类、材料、结构

二、联轴器的功用、分类、结构、标准及选用

一、轴的分类、材料、结构

1.轴的分类 所有的回转零件,如带轮、齿轮和蜗轮等都必须 用轴来支承才能进行工作。因此轴是机械中不可缺少 的重要零件。 根据承受载荷的不同, 轴可分为三类:心轴、传动 轴和转轴。心轴是只承受弯 曲作用的轴,图3-21所示火 车轴轮就是心轴。
图3-21 火车轮轴

传动轴主要承受扭转作用、不承受或承受 很小的弯曲作用,图3-22所示的汽车变速箱与 后桥间的轴就是传动轴; 转轴是同时承受弯曲和扭转作用的轴,图 3-23所示的减速器输入轴即为转轴,转轴是机 械中最常见的轴。
据轴线的几何形状,轴还可分为直轴、曲轴和软 轴三类。轴线为直线的轴称为直轴,图3-21-图3-23所 示的轴都是直轴,它是机械中最常用的轴;图3-24所示 的轴称为曲轴,它主要用于需要将回转运动和往复直 线运动相互进行转换的机械(如内燃机、冲床等)中; 图 3-25所示的轴称为软轴,它的主要特点是b良好的挠 性,常用于医疗器械、汽车里程表和电动的手持小型 机具(如铰孔机等)的传动等。

2.轴的材料
轴的常用材料是碳钢和合金钢,球墨铸铁也有应

用。
碳钢价格低廉,对应力集中的敏感性小,并能通 过热处理改善其综合力学性能,故应用很广。 合金钢具有较高的机械强度和优越的淬火性能, 但其价格较贵,对应力集中比较敏感。常用于要求减 轻质量、提高轴颈耐磨性及在非常温条件下工作的轴。 形状复杂的曲轴和凸轮轴,也可采用球墨铸铁制 造。球墨铸铁具有价廉、应力集中不敏感、吸振性好 和容易铸成复杂的形状等优点,但铸件的品质不易控 制。

3.轴的结构
轴由轴头、轴颈和轴身三部分组成(图3-26)。轴 上安装零件的部分称为轴头;轴上被轴承支承的部分称为 轴颈;连接轴头和轴颈的过渡部分称为轴身。轴上直径变 化所形成的阶梯称为轴肩(单向变化)或轴环(双向变 化),用来防止零件轴向移动,即实现轴上零件的轴向固 定。轴向固定方法还有靠轴端挡圈固定,靠圆螺母固定, 靠紧定螺钉固定等。 一般轴上要开设键槽,通过键联接使零件与轴一起旋 转,即实现轴上零件的周向固定。周向固定的方法还有过 盈配合、销联接等。采用销联接时需在轴上开孔,对轴的 强度有较大削弱。

二、联轴器的功用、分类、结构、标准及 选用
1.联轴器的功用 联轴器用来联接两根轴,使它们一起旋转以传递转矩。 联轴器是一种固定联接装置,在机器运转过程中被联接的 两根轴始终一起转动而不能脱开;只有在机器停止运转并 把联轴器拆开的情况下,才能把两轴分开。 2.联轴器的分类 按照有无补偿轴线偏移能力,可将联轴器分为刚性联 轴器和挠性联轴器两大类型。

(1)刚性联轴器
刚性联轴器没有补偿轴线偏移的能力。这种联轴 器结构简单,制造方便,承载能力大,成本低,适用 于载荷平稳、两轴对中良好的场合。常用的刚性联轴 器有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。 凸缘联轴器如图3-27(a)所示,由两个带有凸 缘的半联轴器1、3分别用键与两轴相联接,然后用螺 栓组2将1、3联接在一起,从而将两轴联接在一起。GY 型由铰制孔用螺栓对中,拆装方便,传递转矩大;GYD 型采用普通螺栓联接,靠凸样对中,制造成本低,但 装拆时轴需作轴向移动。

(2)挠性联轴器
挠性联轴器分为无弹性元件和有弹性元件两种。无弹 性元件的挠性联轴器只具备补偿轴线偏移的能力,不具备 缓冲吸振的能力。滑块联轴器[图3-27(b)]就是无弹性 元件的挠性联轴器,它是由两个带有一字凹槽的半联轴器 1、3和带有十字凸样的中间滑块2组成,利用凸榫与凹槽 相互嵌合并做相对移动补偿径向偏移。 有弹性元件的挠性联轴器包括弹性套柱销联轴器、弹 性柱销联轴器等,由于有弹性套柱等弹性元件,因此不仅 具备补偿轴线偏移的能力,而且能够缓冲吸振。弹性套柱 销联轴器的构造[图3-27(c)]与凸缘联轴器相似,所不 同的是用带有弹性套的柱销代替了螺栓,工作时用弹性套 传递转矩。因此,可利用弹性套的变

形补偿两轴间的偏移,缓和冲击和吸收振动。它制造 简单,维修方便。适用于启动及换向频繁的高、中速 的中、小转矩轴的联接。

3.联轴器的标准及选用
联轴器已经标准化,选用时根据工作条件选择合 适的类型,然后根据转矩、轴径及转速选择型号。 (1)联轴器类型的选择 根据工作载荷的大小和性质、转速高低、两轴相 对偏移的大小和形式、环境状况、使用寿命、装拆维 护和经济性等方面的因素,选择合适的类型。

(2)联轴器的型号选择
联轴器的型号是根据所传递的转矩、工作转速和轴的 直径,从联轴器标准中选用的。选择的型号应满足三个条 件:计算转矩应不超过所选型号的公称转矩;工作转速应 不超过所选型号的许用转速;轴的直径应在所选型号的孔 径范围之内。 考虑到机器起动和制动时的惯性力和工作中可能出现 的过载,为安全起见,将联轴器传递的转矩T乘以一个大 于1的系数K,并称为计算转矩,用Tc表示,

Tc=KT

式中 K——载荷情况系数,决定于原动机及工作机 的种类,可查表确定; T——联轴器的名义转矩,T=9550P/N。

例3-1 一电动机经一齿轮减速器驱动带式 运输机。电动机额定功率P=3kw,转速n=960 r /min,电动机外伸轴直径 d1=32 mm,外伸长度 L1=80 mm,减速器输人轴的直径 d2=28 mm, 外伸长度L2=60mm。电动机和减速器输人轴的轴 端均为圆柱形,试选择电动机和减速器之间的联 轴器。
解 (1)选择联轴器的类型

由于电动机和减速器的两轴,在安装时比较不易 保证严格对中,所以选用应用十分广泛的弹性套柱销联 轴器。

(2)求计算转矩Tc Tc=KT

T=9550P/N=(9550*3)/960=30(N.m)
查得工作情况系数K=1.5,则计算转矩为 Tc=1.5 X 30=45(N· m) (3)选取联轴器的型号 查表3.2弹性套柱销联轴器国家标准,选取TLS型, 两轴直径均与标准相符,其公称转矩Tn=125 N· m> Tc=45 N· m,最高许用转速[n]=3 600 r/min>n= 960 r/min,所选联轴器合用。

图3-32 汽车的传动轴

图3-23 减速器输入轴

图3-24

曲轴

图3-25 软轴

图3-26

轴的结构

图3-27 联轴器

第五章 轴承
轴承是支承轴的部件。轴承一般安装在机架上或 机器的轴承座孔中,有些轴承与机架做成一体。根据 工作时摩擦性质的不同,轴承可分为滑动轴承和滚动 轴承两大类。 一、滑动轴承的分类、常用材料、滑动轴承润滑 二、滚动轴承的构造、类型、代号、标准及类型选择 三、滚动轴承的轮滑、密封与维护

一、滑动轴承的分类、常用材料、滑动轴承润滑
1.滑动轴承的分类 (1) 整体式向心滑动轴承 整体式向心滑动轴 承(图3-28)由轴承 座和压人轴承座孔内的 轴套组成,靠螺栓固定 在机架上。整体式向心 滑动轴承的顶部装油杯, 最单的结构是无油杯及 轴套的。

图3-28整体式向心滑动轴承

(2)剖分式向心滑动轴承

剖分式向心滑动轴承的结构如图3-29所示。 它由轴承座、轴承盖、上轴瓦、下轴瓦、 双 头螺柱、螺母、调整垫片和润滑装置等组成。 为了便于装配时的对中和防止横向错动,在其 剖分面上设置有阶梯形止口。 剖分式向心滑动轴承轴的装拆方便,轴瓦 磨损后可用减薄剖分面的垫片厚度来调整间 隙,因此应用广泛。

2.滑动轴承的常用材料
滑动轴承中直接与轴接触的部分是轴瓦。为了节 省贵重金属等原因,常在轴瓦内壁上浇铸一层减摩材 料,称作轴承衬。这时轴承衬与轴颈直接接触,而轴 瓦只起支承轴承衬的作用。 常用的轴瓦(轴承衬)材料有三大类: (1)金属材料 应用最广泛、性能最好的金属材料是锡基轴承合 金、铅基轴承合金和铜基轴承合金。 锡基轴承合金、铅基轴承合金(如 ZSnsbllCu6、 ZPbsb16Sn16CuZ等)由于耐磨性、抗胶合能力、跑 合性、导热性、对润滑油的亲和性及塑性都好。但是 强度低、价格贵,通常是浇铸在青铜、铸钢或铸铁的 轴瓦上,作轴承衬用。

(2)非金属材料 包括塑料、橡胶及硬木等,而以塑料应用最多。 塑料轴承具有很好的耐腐蚀性、减摩性和吸振作用。 如在塑料中加人石墨或二硫化铝等添加剂,则具有自 润性。缺点是承载能力低、热变形大及导热性差。它 们适用于轻载、低速及工作温度不高的场合。 (3)粉末合金 粉末合金又称金属陶瓷,含油轴承就是用粉末合 金材料制成的,有铁一石墨和青铜一石墨两种。前者 应用较广且价廉。含油轴承的优点是在间歇工作的机 械上、可以长时间不加润滑油;缺点是强度较低,贮 油量有限。适用于载荷平稳、速度较低的场合。

3.滑动轴承的润滑
(1)润滑剂 最常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类,另外还 有石墨、二硫化铝等。 润滑油的内摩擦系数小,流动性好,是滑动轴承 中应用最广的一种润滑剂。润滑油分矿物油、植物油 和动物油三种。其中矿物油(主要是石油产品)资源 丰富,价格便宜,适用范围广且稳定性好(不易变 质),所以矿物油的应用广泛。 润滑脂俗称黄干油,它的流动性小,不易流失, 因此轴承的密封简单,润滑脂不需经常补充。但其内 摩擦系数较大,效率较低,不宜用于高速轴承。

石墨和二硫化铝属团体润滑剂,它们能耐高温和 高压,但附着力低和缺乏流动性,故常以粉剂添加于 润滑油或润滑脂中,以改进润滑性能。固体润滑剂适 用于高温和重载的场合。 (2)润滑装置 常用的润滑装置有油脂杯、油杯、油环润滑和压 力循环润滑等。 旋盖式油脂杯如图3-30所示,当旋紧杯盖时, 杯中的润滑脂便可挤到轴承中去。 油杯供油量较少,主要用于低速轻载的轴承上。 针问式注油油杯如图3-31所示,通过转动手柄,利 用手柄处于铅垂或水平位置时尺寸L1、L2的不同实

实现针阀阀杆的升降来打开和关闭供油阀门以实现供 油,通过调节螺母改变阀门开启的大小来调节供油量 的大小,用于要求供油可靠的润滑点上。 油环润滑如图3-32所示,随轴转动的油环将润滑 油带到摩擦面上,只适用于稳定运转并水平放置的轴 承上。 压力循环润滑是利用油泵将润滑油经过油管输送 到各轴承中去进行润滑。它的优点是润滑效果好,缺 点是装置复杂、成本高。压力循环润滑适用于高速、 重载或变载的重要轴承上。

二、滚动轴承的构造、类型、代号、标准及类 型选择
1.滚动轴承的构造 滚动轴承的典型结构如 图3-33所示,它由外圈1、 内圈2、滚动体3和保持架4 四部分组成。内、外圈上都 有滚道,滚动体沿滚道滚动 保持架的作用;是把滚动体 彼此均匀地隔开,避免运转 时互相碰撞和磨损。一般滚 动轴承内圈与轴配合较紧并 随轴转动,外圈与轴承座孔 或机座孔配合较松,固定不 动。

2.滚动轴承的类型 按照国家标准,滚动轴承分为九大基本类型,如 图3-34所示,它们的名称、类型代号及主要特性如下: 调心球轴承(类型代号1)和调心滚子轴承(类型 代号2)均具有自动调心功能,主要承受径向载荷,同 时也能承受少量的轴向载荷。但调心滚子轴承的承载 能力大于调心球轴承。 推力调心滚子轴承(类型代号2)主要承受轴向载 荷,同时也能承受少量的径向载荷,该轴承为可分离型。 圆锥滚子轴承(类型代号3)和角接触球轴承(类 型代号7)均能同时承受径向和轴向载荷,通常成对使 用,可以分装于两个支点或同装于一个支点上,前者 的承载能力大于后者。

推力球轴承(类型代号5)只能承受轴向载荷,而 且载荷作用线必须与轴线相重合,不允许有角偏位。 有单列和双列两种类型,单列只能承受单向推力,而 双列能承受双向推力。高速时,因滚动体离心力大, 球与保持架摩擦发热严重,寿命较低。可用于轴向载 荷大、转速不高之处。 深沟球轴承(类型代号6)主要承受径向载荷,同 时也可承受一定的轴向载荷。当转速很高而轴向载荷 不太大时,可代替推力球轴承承受纯轴向载荷。 圆柱滚子轴承(类型代号N)和滚针轴承(类型代 号NA)均只能承受径向载荷,不能承受轴向载荷。滚 针轴承的承载能力大,径向尺寸小,一般无保持架, 因而滚针间有摩擦,极限转速低。

3.滚动轴承的代号、标准
按照 GB/T 272—93规定,滚动轴承代号由前置 代号、基本代号和后置代号三段由左至右顺序构成并 刻印在外圈端面上。 基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸,由 类型代号、尺寸系列代号和内径代号由左至右顺序组 成。 尺寸系列代号由宽(高)度系列代号和直径系列 代号由左至右顺序组成,分别用一位数字表示。宽 (高)度系列代号表示内径和外径相同而宽(高)度 不同的系列,当宽(高)度系列代号为0时可省略;直 径系列代号表示同一内径、不同外径的系列。

内径代号通常用两位数字表示。一般情况下,内 径 d=内径代号 X 5 mm;当内径代号为 00、of、 02、03表示内径分别为 10 mm、12 mm、15 mm、 17 mm;当内径 d<10 mm,d=22mm、28mm、 32mm及d>500mm时的内径代号查有关手册。 前置代号表示成套轴承的分部件,用字母表示。 如L表示可分离轴承的分离内圈或外圈、K表示滚子和 保持架组件等。后置代号为补充代号,轴承在结构形 状、尺寸公差、技术要求等有改变时,才在基本代号 右侧予以添加,一般用字母(或字母加数字)表示。

滚动轴承的代号及意义举例如下: 71108表示角接触球轴承,尺寸系列11(宽度系 列 1,直径系列 1),内径 d=40mm。 LN308为单列圆柱滚子轴承,可分离外圈,尺寸 系列(0)3(宽度系列0,直径系列3),内径 40 mm。

4、滚动轴承类型的选择
滚动轴承的类型应根据轴承的受载情况、转速、 工作条件和经济性等来确定。

当载荷较小而平稳时,可选用球轴承;反之,宜 选用滚子轴承。当轴承仅承受径向载荷时,应选用向 心轴承;当只承受轴向载荷时,则应选用推力轴承。 同时承受径向和轴向载荷的轴承,如以径向载荷为主 时应选用深沟球轴承;径向载荷和轴向载荷均较大时 可选用圆锥滚子轴承或角接触球轴承;轴向载荷比径 向载荷大很多或要求轴向变形小时,则应选用接触角 较大的圆锥滚子轴承或角接触球轴承,或选用推力轴 承和向心轴承组合的支承结构。 球轴承的极限转速比滚子轴承高,故在高速时宜 选用球轴承;推力轴承的极限转速很低,不宜用于高 速。高速时应选用外径较小的轴承。 当轴工作时的弯曲变形较大,或两轴承座孔的同 轴度较差时,应选用具有调心功能的调心轴承;当轴 承的径向尺寸受限制时,可选用外径较小的轴承,必 要时还可选用滚针轴承;当轴承的轴向尺寸受限制时 则可选用窄轴承。在需要经常装拆或装拆有困难的场 合,可选用内外圈能分离的轴承。

三、滚动轴承的润滑、密封与维护
1.滚动轴承的润滑 滚动轴承的润滑剂主要是润滑油和润滑脂两类。 润滑脂一般在装配时加人,并每隔三个月加一次 新的润滑脂,每隔一年对轴承部件彻底清洗一次,并 重新充填润滑脂。 当采用润滑油时,供油方式有油浴润滑、滴油润 滑、喷油润滑、喷雾润滑等。油浴润滑是将轴承局部 浸人润滑油中,油面不应高于最低滚动体的中心。滴 油润滑是在油浴润滑基础上,滴油补充润滑油的消耗, 设置挡板控制油面不超过最低滚动体的中心。为使滴 油畅通,常选用粘度较小的润滑油。喷油润滑是用油 泵将润滑油增压后,经油管和特别喷嘴向滚动体供油,

流经轴承的润滑油经过滤冷却后循环使用。喷雾润滑 是用压缩空气,将润滑油变成油雾送进轴承,这种方 式的装置复杂,润滑轴承后的油雾可能散逸到空气中, 污染环境。 考虑到滚动轴承的温升等与轴承内径d和转速n的乘 积dn成比例,所以常根据dn值来选择润滑剂和润滑方 式,详见有关资料。 2 、滚动轴承的密封与维护 密封的目的是将滚动轴承与外部环境隔离,避免外 部灰尘、水分等的侵人而加速轴承的磨损与锈蚀,防止 内部润滑剂的漏出而污染设备和增加润滑剂的消耗。 常用的密封方式有毡圈密封、唇形密封圈密封、

沟槽密封、曲路密封、挡圈密封及毛毡图加迷宫的组 合密封等,如图3-35所示。各种密封方式的原理、特 点及适用场合如下: 毡圈密封是利用安装在梯形槽内的毡圈与轴之间 的压力来实现密封,用于脂润滑。 唇形密封因密封原理与毡自密封相似,当密封唇 朝里时,目的是防止漏油;密封唇朝外时,主要目的 是防止灰尘、杂质进人。这种密封方式既可用于脂润 滑,也可用于油润滑。 缝隙沟槽密封靠轴与盖间的细小环形隙密封,环 形隙内充满了润滑脂。间隙愈小愈长,效果愈好。用 于脂润滑。

曲路密封是将旋转件与静止件之间的间隙做成曲 路(迷官)形式,在间隙中充填润滑油或润滑脂以加 强密封效果。 挡圈密封主要用于内密封、脂润滑。挡圈随轴转 动,可利用离心力甩去油和杂物,避免润滑脂被油稀 释而流失及杂物进入轴承。 有时单一的密封方式满足不了使用要求,这时可 将上述密封方式组合起来使用。其中,毡圈加曲路的 组合密封用得较多。



图3-29 部分式向心滑动轴承

图3-32 旋盖式油脂杯

图3-31 针阀式注油油杯

图3-32

油环润滑

图3-34 滚动轴承的类型

图3-35 滚动轴承的密封

第六章 螺纹联接、键联接、销联接
一、闭纹联接类型、标准、预紧与防松 二、普通平键的结构、标准与选择

三、销联接

定义:
联接的类型很多,利用螺纹联接件将不同 的零件联接起来,称为螺纹联接;利用键将回 转零件与轴联接在一起称为键联接;利用销将 不同的零件联接起来,称为销联接。这些联接 方式在生产中获得了广泛的应用。

一、闭纹联接类型、标准、预紧与防松

1.螺纹联接的类型、标准 螺纹联接的基本类型有螺栓联接、双头螺柱联接、 螺钉联接、紧定螺钉联接。 (1)螺栓联接 螺栓联接(图3-36)是将螺栓穿过两个被联接 件的孔,然后拧紧螺母,将两个被联接件联接起来。 螺栓联接分为普通螺栓联接[图3-36(a)]和铰制孔 用螺栓联接[图3-36(b)]。前者螺栓杆与孔壁之间 留有间隙,螺栓承受拉伸变形;后者螺栓杆与孔壁之 间没有间隙,常采用基孔制过渡配合,螺栓承受剪切 和挤压变形。

(2)双头螺柱联接
双头螺柱联接(图3-37)是将双头螺柱的一端旋 紧在被联接件之一的螺纹孔中,另一端则穿过其余被联 接件的通孔,然后拧紧螺母,将被联接件联接起来。这 种联接适用于被联接件之一太厚,不能采用螺栓联接或 希望联接结构较紧凑,且需经常装拆的场合。

(3)螺钉联接
螺钉联接(图3-38)是将螺钉穿过一被联接件的 通孔,然后旋人另一被联接件的螺纹孔中。这种联接不 用螺母,有光整的外露表面。它适用于被联接件之一太 厚且不经常装拆的场合。

(4)紧定螺钉联接
紧定螺钉联接(图3-39)是将紧定螺钉旋人被联 接件之一的螺纹孔中,并以其末端顶住另一被联接件 的表面或顶人相应的凹坑中,以固定两个零件的相互 位置。这种联接多用于轴与轴上零件的联接,并可传 递不大的载荷。 螺纹联接的有关尺寸要求如螺纹余留长度、螺纹 伸出长度、螺纹孔深度等可查阅相关的国家标准。螺 纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、 垫圈、放松零件等,它们多为标准件,其结构、尺寸 在国家标准中都有规定。

2、螺纹联接的预紧与放松
一般螺纹联接在装配时都要拧紧,称为预紧。 预紧可提高螺纹联接的紧密性、紧固性都可靠性。 一般螺纹联接具有自锁性,在静载荷作用下, 工作温度变化不大时,这种自锁性可以防止螺母松 脱。但如果联接是在冲击、振动、变载荷作用下或 工作温度变化很大时,螺纹联接则可能松动。联接 松脱往往会造成严重事故。因此设计螺纹联接时, 应考虑防松的措施。常用的防松方法见图3-40。

二、普通平键的结构、标准与选择
1.普通平键的结构
普通平键的顶面与底面平行,两侧面也互相平行。 工作时,依靠键侧面和键槽的挤压来传递运动和转矩, 因此普通平键的侧面为工作面。 普通平键(图3-41)的端部结构有圆头 (A型)、 平头 (B型)和单圆头 (C型)三种形式。圆头普通平键 的优点是键在键槽中的固定较好,但键槽端部的应力集 中较大;平头普通平键的优点是键槽端都应力集中较小, 但键在键槽中的轴向固定不好;单圆头普通平键常用在 轴端的联接中。

2.普通平键的标准与选择
因为键是标准件,所以平键联接设计时首先根据 键联接的工作要求和使用特点选择键的类型,并根据 轴径和轮毂长度从平键的标准(表3-3)中选择键的 尺寸,然后再进行强度校核。 由表3-3可见,键的宽度b、高度h取决于轴径d; 键长L根据轮毂的长度L1确定,一般取 L=L1-(5~10)mm,且Lmax≤2.5d,并要符合表3-3中 键长L的长度系列。 轴和轮毂的键槽尺寸,也由表3-3查取。

普通平键联接工作时,键的侧面受到挤压,同 时键受到剪切作用。在通常情况下,挤压破坏是主 要失效形式。因此,按挤压进行强度校核。 由理论推导可得普通平键联接的挤压强度条件 是

4T ?p ? ? ?? p ? dhl ? ?
式中 T ——传递的转矩,N· mm;

(3-3)

? p ----工作表面的挤压应力,MPa;

d——轴的直径,mm; h——键的高度,mm; l——键的工作长度,mm,按图3-41确定; ——较弱材料的许用挤压应力(MPa),其 ?? p ? 值见表3-4。 ? ? 经校核,若干键联接的强度不够时,可以采取下 列措施:①适当增加键和轮我的长度,但一般键长不 得超过2.25 d,否则挤压应力沿键长分布的不均匀 性将增大;②采用双社,在轴上相隔180’配置。由于 制造误差可能引起键上载荷分布不均匀,所以在强度 校核时只按1.5个键计算。

例 3-2
试选择一铸铁齿轮与钢轴的平键联 接。已知传递的转矩T=200,000 N· mm, 载荷有轻微冲击,与齿轮配合处的轴径 d=45 mm,轮毂长度 L1=80 mm。

解:
(1)尺寸选择 为了便于装配和固定,选用回头平键(A型)。根据 轴的直径 d=45 mm由表3-3查得:键宽 b=14 mm; 健高 h=9 mm;根据轮汉长度取键长 L=70 mm。 (2)强度校核 联接中轮激材料的强度最弱,从表 3-4中查得 =50—60 MPa。键的工作长度 l=L-b=70 - 14=56 mm. 按式(3-3)校核键联接的强度

4T 4 ? 2 ?105 ?p ? ? ? 35( MPa) ? ?? p ? ? ? dhl 45 ? 9 ? 56
所选的键强度足够。 该键的标记为:键 14 X 70 GB 1096—79

三、销联接
销联接通常用于固定零件之间的相对位置[定 位销,见图 3-24(a)],也用于轴毂间或其他零件 间的联接[联接销,见图3-42(b)],还可充当过 裁剪断元件[安全销,见图3-42(c)]。 可根据工作要求选择销联接的类型。定位销一 般不受载荷或只受很小的载荷,其直径按结构确定, 数目不少于2个。联接销能传递较小的载荷,其直 径亦按结构及经验确定,必要时校核其挤压和剪切 强度。安全销的直径应按销的剪切强度 ? b 。计算, 当过载 20%一 30%时即应被剪断。

销按形状分为圆柱销、圆锥销和异形销 三类。圆柱销靠过盈与销孔配合,为保证定 位精的和联接的紧固性,不宜经常装拆,主 要用于定位,也用作联接销和安全销。圆锥 销具有巨1:50的锥度,小端直径为标准值, 自锁性能好,定位精度高,主要用于定位, 也可作为联队风圆柱销和圆锥销的销孔均需 铰制。异形销种类很多,其中开口销工作可 靠、拆卸方巨任,常与槽形螺母合用,锁定 螺纹联接件。



图3-36 螺栓联接

图3-37 双头螺柱联接

图3-38 螺钉联接

图3-39 紧定螺钉联接

图3-41 普通平键

表3-3 普通平键的尺寸
轴 公称直径d
>10-12

键 b
4

轴 L
8-45

键 b
16

h
4

公称直径d
>50-58

h

L

10 45-180

>12-17
>17-22 >22-30 >30-38 >38-44 >44-50

5
6 8 10 12 14

5
6 7 8 8 9

10-56
14-70 18-90 22-100 28-140 36-160

>58-65
>65-75 >75-85 >85-95 >95-110

18
20 22 25 28

11 50-200
12 56-220 14 63-250 14 70-280 16 80-320

L系列

6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45, 50,56,63,70,80,90,100,110,125,140,160,180, 200,220,250,280,320,360,400,450,500

表3-4 普通平键联接材料的许用挤压压力 /MPa

键或轴、毂材料 钢 铸铁 静载荷 120-150 70-80

载荷性质 轻微冲击 100-120 50-60 冲击 60-90 30-45

图3-42 销联接


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