非标准零件的类型和选用.ppt
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1、华南理工大学,第4章 非标准零件的类型 和选用,4.1 齿轮,4.2 蜗杆与蜗轮,4.3 滚子链链轮,4.4 滑动轴承,4.5 弹簧,4.1 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。,4.1.1 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。,(两轴平行)平面齿轮传动,(两轴不平行) 空间齿轮传动,圆柱齿轮传动,直齿,斜齿,人字齿,齿轮传动,内啮合,齿轮与齿条啮合,直齿,曲齿,螺旋齿轮传动,双曲线锥齿轮传动,4.1.2
2、 齿轮传动的类型,斜齿,按齿轮传动的工作条件,又可分为 闭式传动、开式传动 和 半开式传动 三种,当齿轮被封闭在箱体内,并能保证良好润滑的称为闭式传动,重要的齿轮传动都采用闭式传动;开式传动齿轮是外露的,不能保证良好的润滑;半开式传动介于二者之间,大多浸入油池内且装防护罩。,4.1.3 齿轮主要参数的选择,1齿数 z,对于闭式软齿面齿轮传动,在保证中心距 a 不变和满足弯曲强度条件下,齿数 z 应选得多些,可以增大重合度,提高传动的平稳性和减少噪声;齿数增多,模数减少,齿高降低,因而减少金属的切削量,节省制造费用;另外降低齿高还能减小滑动系数,减少磨损,提高抗胶合能力。一般可取 z20 40。
3、对于高速齿轮或对噪声有严格要求的齿轮传动,应取 z25。,对于闭式硬齿面齿轮、开式齿轮和铸铁齿轮传动,齿轮主要为断齿失效,为了提高齿根弯曲疲劳强度,应取较少齿数和较大模数,一般可取 z = 17 20。为了保证齿面磨损均匀,宜使大、小齿轮的齿数互为质数。,2齿宽系数 a,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。,故设计中应对齿宽作必要的限制,可用齿宽系数 来表示。通常减速器齿轮取 a = 0.4;机床或汽车 变速器齿轮取 a = 0.1 0.
4、2;开式齿轮取 a = 0.1 0.3。,齿宽 b = aa,计算值应圆整为整数。为了防止一对啮合圆柱齿轮因装配误差而导致接触宽度减小,常把计算的齿宽 b 作为大齿轮齿宽 b2,小齿轮齿宽 b1 比大齿轮齿宽 b2 应加宽约 5 10 mm,即:b1= b2+(5 10)mm。,齿宽系数还可定义为:圆柱齿轮 ,圆锥齿 轮 ,R 通常取 0.25 0.3。,3模数 m,根据齿轮弯曲强度条件计算出的模数,应按表 4.1 圆整为标准值。只要轮齿的弯曲强度满足,齿轮的模数取得小一点较好。这对于减小滑动系数,减小轮齿切削量,增大重合度都有好处。对于传递动力用的齿轮,其模数应不小于 2 mm;对于圆锥齿轮
5、传动,其模数应大于 2 mm。,表4.1 标准模数,注:应优先采用第一系列,括号内的模数尽可能不用。,4、螺旋角 ,增大螺旋角 可提高传动的平稳性和承载能力,但螺旋角过大会使轴向力增大,使轴承及传动装置的尺寸也相应增大,同时传动效率也相应随螺旋角的增大而降低,一般可取 = 815。在多级齿轮传动装置中,高速级可取较大的值, = 1015,因为高速级对齿轮的噪声有决定性的影响,且转矩较小,故轴承所受的轴向力也小;中间级通常取 = 812;低速级一般就没必要采用斜齿轮,采用直齿即可,因为低速级转速低,轮齿啮合频率也低,噪声不大。对于人字齿轮传动,因其轴向力抵销,螺旋角可取大些,一般可取 2030。
6、,斜齿轮传动设计中可在模数 mn 和齿数 z1、z2 确定后,为圆整中心距或配凑标准中心距 a,按 调整螺旋角。,4.2 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。,4.2.1 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。,4.2.2 蜗杆传动的类型,按蜗杆的形状分为
7、: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。下面主要介绍圆柱蜗杆传动,圆弧面蜗杆传动和锥面蜗杆传动等请参考有关文献。,a、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如图 4.3 所示的四种。,(1) 阿基米德蜗杆(ZA 蜗杆),(2)渐开线蜗杆(ZI蜗杆),蜗杆的齿面为渐开线螺旋面,端面齿廓为渐开线。加工时,车刀刀刃平面与基圆相切。可以磨削,易保证加工精度。一般用于
8、蜗杆头数较多、转速较高和较精密的传动。,(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);,2圆弧圆柱蜗杆传动(ZC型),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。,圆弧圆柱蜗杆传动,在中间平面上蜗杆的齿廓为内凹弧形,与之相配的蜗轮齿廓则为凸弧形,是一种凹凸弧齿廓相啮合的传
9、动(图4.4c),其综合曲率半径大,承载能力高,一般较普通圆柱蜗杆传动高 50 150。,图4.4 圆弧圆柱蜗杆传动,图4.4 圆弧圆柱蜗杆传动,4.2.3 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,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 和蜗轮变位系数 x2 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
10、,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,式中,m、d1、z2 和 q 的匹配见附表7.1。,(3)传动比 i 和导程角 ,通常蜗杆传动是
11、以蜗杆为主动件的减速装置,故其传动比 i 为,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。,将蜗杆分度圆柱螺旋线展开成为图 4.6 所示的直角三角形的斜边。图中,pz 为导程,对于多头蜗杆,pz = z1px 。其中,px = m 为蜗杆的轴向齿距。蜗杆分度圆柱导程角为,由蜗杆传动的正确啮合条件可知,当两轴线的交错角为 90时,导程角 与蜗轮分度圆柱螺旋角 相等,且方向相同。,图4.6 导程角与导程的关系,
12、(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 7.2,具体选择时应考虑附表 7.1 的匹配关系。,(5
13、)蜗杆传动中心距,蜗杆传动中心距为,圆柱蜗杆传动加速装置的中心距 a,应按下列数值(单位为 mm)选取:(括号中的数值尽可能不选用。 ),40,50,63,80,100,125,160,(180) ,200,(225) ,250,(280) ,315,(355) ,400,(450) ,500,(6)变位系数 x2,普通圆柱蜗杆传动变位的主要目的是配凑中心距和凑传动比,使之符合标准或推荐值。蜗杆传动的变位方法与齿轮传动相同,也是在切削时,将刀具相对于蜗轮移位。,凑中心距时,蜗轮变位系数 x2 为,式中,a、a 未变位和变位后的中心距。,凑传动比时,变位前、后的传动中心距不变,即 a = a,用
14、改变蜗轮齿数 z2 来达到传动比略作调整的目的。变位系数 x2 为,式中,z2 变位蜗轮的齿数。,变位系数 x2 取得过大会使蜗轮齿顶变尖,过小又会使蜗轮根切。对普通圆柱蜗杆传动,一般取 x2= 0.4 0.7。对圆弧圆柱蜗杆传动,一般取 x2 = 0.5 1.5,常用x2= 0.5 1.0。,4.2.4 圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,1圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数,圆弧圆柱蜗杆的基本齿廓是指通过蜗杆分度圆柱的法截面齿形。,图4.7 圆弧圆柱蜗杆齿形,圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数有模数 m、齿形角 0、齿廓圆弧半径 和蜗轮变位系数 x2 等。砂轮轴截面齿形角 0 = 23;砂轮轴截面圆
15、弧半径 =(56)m(m为模数)。蜗轮变位系数 x2= 0.5 1.5。圆弧圆柱蜗杆传动常用的参数匹配见附表 7.1。,2、圆弧圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算见课本表4.2(参见图4.4、4.7),4.3 滚子链链轮,4.3.1 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
16、工制造和安装。,图4.8是 GB/T 1244-1985 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,注:da、dH 取整数值,其他尺寸精确到 0.01 mm,表4.3 滚子链链轮的主要尺寸参数,图4.9 链轮上各直径的含义,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4.10)。,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。,图 4.11 滚子链链轮轴向齿廓,4.4 滑动轴承,
17、4.4.1 滑动轴承的应用及特点,与滚动轴承相比,滑动轴承具有承载能力大,抗振性好,工作平稳可靠,噪声小,寿命长等特点。滑动轴承主要用于内燃机、轧钢机、大型电机、仪表、雷达及天文望远镜等方面。,滑动轴承概述2,滑动轴承的特点,滚动轴承绝大多数都已标准化,故得到广泛的应用。但是在以下场合,则主要使用滑动轴承:,工作转速很高,如汽轮发电机。,要求对轴的支承位置特别精确,如精密磨床。,承受巨大的冲击与振动载荷,如轧钢机。,特重型的载荷,如水轮发电机。,根据装配要求必须制成剖分式的轴承,如曲轴轴承。,在特殊条件下工作的轴承,如军舰推进器的轴承。,径向尺寸受限制时,如多辊轧钢机。,4.4.2 滑动轴承类
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