粒子束偏转角测量装置设计

1、粒子束偏转角测量装置设计摘要这次我们毕业设计是离子束偏转角测试装置机械部分设计。这次我们设计的在真空环境下测量离子推进器发射出的离子的发散角及离子强度的装置，要求发散角测量范围为70，测量半径0800mm可变，推进器安装在该测量装置的后端，距离半径移动导轨面的高度不小于350mm转动精度0.05/140，移动精度0.05/800mm,由于此装置用于太空卫星或高精度测量装置中，所以该装置的部分零件应达到指定的精度要求。本次设计主要由手工绘图，计算机辅助分析完成，因此在查阅科技文献资料使用各种标准，非标准手册，计算机软件等方面都得到很大的提高。在独立工作，创新能力方面都得到锻炼。使机械制造各环节得

2、到综合和协调应用。掌握设计思路和设计方法，以及如何去工作，为将来实际工作打下坚实基础，迈出了坚实的一步。关键词：粒子束；齿轮齿条；同步齿形带；步进电机；移动导轨；减速器abstractthe design of our graduation ion beam deflection angle test device mechanical parts design. this time we designed in a vacuum environment measuring ion thruster emits ions and ionic strength of the divergence

3、 angle of the device, requiring divergence angle measurement range 70 , measured variable radius of 0 800mm, propeller installed in the measurement back-end devices, from mobile guide face radius of not less than 350mm high rotational accuracy 0.05/140 , moving accuracy 0.05/800mm, because the devic

4、e used for space satellites or high-precision measurement devices, so some parts of the device should reach the specified accuracy. this design mainly by hand drawing, computer-aided analysis is complete, so the access to science and technology literature using a variety of standard, non-standard ma

5、nuals, computer software and other areas have been greatly improved. in separate work, innovation capacity have been tempered. so that all sectors of machinery manufacturing applications are integrated and coordinated. master design ideas and methods, and how to work, practical work for the future a

6、nd lay a solid foundation, has taken a solid step forward. keywords: beam; gear rack; synchronous belt; stepper motor; mobile guide; reducer目录摘要ivabstractv1 绪论11.1 粒子束测量装置的组成11.2 毕业设计的目的12 电动机的选用22.1 选择步进电机22.2确定步进电动机的型号22.3 确定电动机转速43 轴的设计53.1 概述53.1.1 轴的材料53.1.2 轴的毛坯53.2 轴的结构设计53.2.1 导轨轴的设计53.2.2 旋

7、转轴的设计63.2.3 轴的强度计算73.2.3 安全系数校核计算73.2.4 轴的刚度计算73.3 轴承的选择83.3.1 轴承种类的选择83.3.2 深沟球轴承结构84 机架104.1 机架概述104.2 机架设计的一般原则104.3机架的常用材料104.4 机架的材料和许用应力115 联轴器的选择125.1 联轴器的选用125.2 选择联轴器应考虑的因素125.3 选择联轴器品种、型式125.4 定联轴器品种、型式、规格（型号）136 传动装置156.1 传动装置的介绍156.2 按传动比可调性的传动分类156.3 固定传动比的传动167 联接187.1 主要类型187.1.1 螺栓的联

8、接的优越性187.1.2 螺栓联接的主要问题197.2 螺栓联接强度的措施197.2.1 减轻应力集中197.2.2 选择恰当的预紧力并保持不减退207.2.3 改善制造工艺208 导轨的选择与计算218.1 导轨的选择218.2 导轨长的计算218.3 槽钢连接件设计228.3.1 试件参数228.3.2 槽钢连接件的设计及校核228.4 连接螺栓选用249 同步齿形带的选用269.1 带传动优越性269.2 传动带的类型269.3 同步齿形带的传动精度提高的方法2610 轴的支承3010.1 轴的支承3010.2 轴系的轴向固定3011 减速器3211.1 减速器的特点3211.2 减速器

9、选择3311.3 减速器确定34结论35致谢36参考文献37毕业设计（论文）评语38391 绪论粒子束测量装置的机械结构设计是在总体方案、主要参数或若干主要尺寸已经拟定的基础上，确定机械各部分几何形状、尺寸、配合要求、制造精度和表面粗糙度等细节的过程。机械设计的成果都是以一定的结构形式通过装配工作图、零件工作图表现出来，按照所设计的结构进行加工、装配、制成产品以满足使用要求。结构设计也是在充分了解产品计划和总体方案所考虑的设计意图和全部结论的基础上进一步创造的过程，必要时可能需要修改甚至推翻前阶段的结论。结构设计的好坏，不仅影响机械的工作质量，而且直接影响到制造、装配和维修是否方便，成本是否低

10、廉。正确、合理、有创意地设计结构，可以显著地提高设计质量。在整个机械设计过程中，大部分时间用于设计。结构设计涉及面较广且相当灵活，是机械设计者必备的基本技能。1.1 粒子束测量装置的组成 粒子束测量装置的基本结构由粒子发射装置、测量传感器、高低可调传感支座、移动导轨、齿轮齿条、移动导轨支架、步进电机、调整安装基座、回转步进电机、底板、固定夹头、锁紧装置等组成。1.2 毕业设计的目的 毕业设计是机械设计课程中培养学生设计能力及综合运用各门课程的一个重要环节。其目的是：1综合运用机械设计课程及其他有关课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。2在毕业设计实

11、践中学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法与步骤，学生综合运用所学各科知识，培养其工程设计能力，分析问题、解决问题的能力以及创新能力。3提高学生在计算、制图、运用设计资料、进行经验估算、考虑技术决策等机械设计方面的基本技能以及机械cad技术。毕业设计是学生在学校期间的一次较为全面的机械设计训练，其实质、内容以及培养学生设计能力的过程均不能与专业课程设计或工厂的产品设计相等同。毕业设计一般选择由机械设计课程所学过的大部分零部件所组成的机械传动装置或结构较为简单的机械作为毕业设计题目。现以目前较为领先的粒子束测量装置为毕业题目来说明毕业设计的内容。2 电动机的选用2.1 选择步

12、进电机电动机是将电能转换为机械能的原动机。一般来说，较其他原动机有较高的驱动效率，与被驱动的工作机的连接也较为方便，其种类和型号也较多，并具有各种机械特性，可满足不同类型工作机械的要求，电动机还具有良好的调速性能、启动、制动、反向和调速以及测量与遥控均较方便，便于生产过程自动化管理。因此，生产机械在有动力源的场合应优先选用电动机作为原动机。由于测量粒子束推进器发射出的粒子的发射角及粒子强度的装置，要求精度等都相当高。故应选用步进电动机作为原动机。步进电动机根据其额定功率（指连续运转下电动机发热不超过许可温升的最大功率，其数值标在电动机铭牌上）和满载转速（指负荷相当于额定功率时的电动机转速；当负

13、荷减小时，电动机实际转速略有升高，但不会超过同步转速磁场转速）的不同，具有系列型号。各型号电动机的技术数据（如额定功率、满载转速、堵转转矩与额定转矩之比，最大转矩与额定转矩之比等）、外形及安装尺寸可查阅产品目录或有关机械设计手册。2.2确定步进电动机的型号2.2.1脉冲当量的选择脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0。01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）初选之相步进电动机的步距角0.750 /1.50 ，当三相六拍运行时，步距角=0.750 其每转的脉冲数s=480 p/r步进电动机与精密回转台传动比ii= = =1.25在步进电动机与滚珠丝杆之间加z1 =

14、20，z2 =25 模数m=2.5的一对齿轮。齿轮的模数根据d616车床，挂轮齿类比确定。2.2.2 等效负载转矩的计算1 空载时的摩擦转矩tlf tlf = = =0.086n.m2负载转矩tl tl =1.584n.mu- 摩擦系数w-槽钢的重量l-导程i-传动比3等效转动惯量计算js=kg.m2槽钢的运动惯量jw=kg.m2大齿轮的转动惯量jg2（大齿接圆直径62.5毫米 宽10毫米）jg2 =kg.m2 小齿轮的转动惯量jg1（小齿接圆直径50毫米 宽12毫米）换算系列电机轴上的总转动惯量jlkg.m2 换算到电动机轴上的总转动惯量jl = =7.3310-4 kg.m24 初选步进电

15、动机型号根据车削时负载转距tl=1.58n.m和电动机总转动惯量jl=7.33x10-4,初步选定电动型号为110bf003反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距tmax=8.1n.m，转子转动惯量 jm=4.710-4kg.m2为了使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度应为： 及空载时起动时间计算（ta）110bf003步进电动机的最小加、减速度时间为1秒带惯性负载的最大起动频率fl的计算电动机空载起动频率带惯性负载的最大转速转/分带惯性负载起动力矩tm电动机起动矩-频率特性曲线tm=2.6n.m负载时起动时间tata=该电机带惯性负载时能够起动5速度验算空行程快速移动速度的验算从电

16、动机的运行矩-频率特性曲线查得fmax=6000hz时，电动机转矩0.9n.mtlf=0.086n.m（空载时的摩擦转矩）工作行程速度计算当t=1.584n.m时，电动机对应频率f3000hz以上计算，选该型号步进电动机，无论是起动性能，还是空行程快速进给，还是工作行进给速度都能满足精度的设计要求校核电动机起动性能，验算空行程速度和工作行程速度 选定步进电动机后，步进电动机的性能参数，为数控系统，特别是输出接口，驱动电源模块型号的选择提供依据。2.3 确定电动机转速 额定功率相同的同类型电动机有若干种比转速可供选用。电动机转速越高，则磁极越少，尺寸及重量越小，一般来说价格也越低；但是由于所选用

17、的电动机转速越高，当工作机械低速时，减速传动所需传动装置的传动比必然增大，传动级数增多，尺寸及重量增大，从而使传动装置的成本增加。因此，确定电动机转速时应同时兼顾电动机及传动装置，对两者加以综合分析比较确定。3 轴的设计3.1 概述作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承或滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主要用于作往复运动的机械中。3.1.1 轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。常用的碳素钢有3050钢，最常用的是45钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。不重要的

18、或受力较小的轴以及一般传动轴可以使用q235q275钢。合金钢具有较高的机械强度，可淬性也较好，可以在传递大功率并要求减少质量和提高轴颈耐磨性时采用。常用的合金钢有2crni2、12crni3、20cr、40cr和38simnmo等。轴的材料也可采用合金铸铁或球墨铸铁。轴的毛坯是铸造成型的，所以易于得到更合理的形状。这些材料吸振。3.1.2 轴的毛坯尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用很少。为了减少质量或结构需要，有一些机器的轴（如水轮机轴和航空发动机主轴等）常采用空心的截面。因为传递转矩主要靠轴的近外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。当外直径d

19、相同时，空心轴的内直径若取为d0=0.625d，则它的强度比实心轴削弱约18%，而质量却可减少39%。但空心轴的制造比较费工，所以必须从经济和技术指标进行全面分析才能决定是否有利。有时为了节约贵重的合金钢或优质钢，或是为了解决大件锻造的困难，也可用焊接的毛坯。性较高，可用热处理方法获得所需的耐磨性，对应力集中敏感性也较低。因铸造品质不易控制，故可靠性不如钢制轴。3.2 轴的结构设计3.2.1 导轨轴的设计根据轴上零件的尺寸及轴上定位的要求等，确定轴的各段直径和长图3-1 导轨轴轴段1 为了使所选的轴直径d1与轴承6202相配，此处轴直径d1应该等于轴承孔径15mm。由于轴承厚度为11mm，故取

20、l1=12mm。轴段2为满足轴承定位要求，轴段1的右端设计一轴肩，轴肩的高度：h10.07d=0.0715=1.05mm h2=d1+2h1=15+2.1=17.1mm按标准直径取d2=17mm并取长度l2=32mm轴段3根据d2=17mm，为便于装拆，取安装齿轮处直径d3=20mm，齿轮左端与轴承之间用套筒定位。轴段4齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h20.07d=0.0717=1.19mm则轴环处直径d4=d3+2h2=17+2.38=19.38mm。故取d4=20mm，l4=4mm。轴段5为了齿轮处于导轨中间位置，则取l5=l2=32mm。同理得，d5=17mm。轴段6根据轴承内径15mm

21、得d6=15mm。而长度由于与联轴器联接。故取l6=40mm。因轴承只承受径向力（轴向力可忽略）且不大，故初步选用深沟球轴承，参照有关配合选择轴上零件与轴的配合：齿轮与轴的配合为，滚动轴承与轴的配合为m6，联轴器与轴的配合为3.2.2 旋转轴的设计图3-2 旋转轴根据轴上零件尺寸及轴向定位的要求等，确定轴的各段直径和长度。轴段1为了使所选轴直径d1与法兰盘孔径相配，此处直径d1应等于法兰盘孔径30 -00.016，长度l1为38mm。轴段2为了满足螺母紧固，轴段2需设计成带有螺纹的轴段，其大小为m361.5，长度由轴的总长度及两端调整而定，故取29mm。轴段3参照d3=40mm，选用深沟球轴承

22、6008，两端轴承距离为30mm，为了与导轨配合联接，l3长度故取95mm。因轴承同时承受轴向力和径向力，而轴向力不是太大，故可用深沟球轴承。轴的各段直径和长度确定后，参照有关配合选择轴上零件与轴的配合：滚动轴承与轴的配合为m6，法兰盘与轴的配合为。3.2.3 轴的强度计算轴的强度计算主要有三种方法：许用切应力计算许用弯曲应力计算安全系数校核计算许用切应力计算只需知道转矩的大小，方法简便，但计算精度较低。它主要用于下列情况：1传递以转矩为主的传动轴；2初步估算轴径以便进行结构设计；3不重要的轴。弯矩等的影响，可在计算中适当降低许用切应力。许用弯曲应力计算必须先知道作用力的大小和作用点的位置、轴

23、承跨距、各段轴径等参数。为此，常先按转矩估算轴径并进行轴的结构设计后，即可画出轴的弯扭合成图，然后计算危险截面的最大弯曲应力。它主要用于计算一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。安全系数校核计算也要在结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，而且要定出过渡圆角、轴毂配合、表面粗糙度等细节。它主要用于重要的轴，计算精度较高，但计算较复杂，且常需有足够的资料才能进行。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度，从而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。以上三种方法可单独使用或逐个使用。一般转轴按许用弯曲应力计算已足够可靠，不一定再用安全系数法校核。要用安全系数法校核的轴，不一定要再用许用弯曲应力

24、法计算。强度计算不能满足要求时，应修改结构设计，两者常相互配合、交叉进行。3.2.3 安全系数校核计算疲劳强度校核疲劳强度的校核即计入应力集中、表面状态和尺寸影响以后的精确校核。同上节所述方法，绘出轴的弯矩m图和转矩t图以后，选择轴上的危险截面进行校核。根据截面上受到的弯矩和转矩可求出弯曲应力和切应力，这两项循环应力可分解成平均应力m及m和应力幅a及a。然后就可以分别求出弯矩作用下的安全系数s和转矩作用下的安全系数s。3.2.4 轴的刚度计算轴受载荷以后要发生弯曲和扭转变形，如果变形过大，会影响轴上零件正常工作。例如，在电动机中如果由于弯矩使轴所产生的挠度y过大，就会改变电机转子和定子间的间隙

25、而影响电机的性能。又如，内燃机凸轮轴受转矩所产生的扭角如果过大就会影响气门启闭时间。对于一般的轴颈，如果由于弯矩所产生的转角过大，就会引起轴承上的载荷集中，造成不均匀磨损和过度发热。轴上装齿轮的地方如有过大的转角，也会使轮齿啮合发生偏载。所以在设计机器时，常要提出刚度要求。轴的变形有三种：挠度、转角和扭角。在各种机器中对轴的刚度要求并不一致，所以没有统一的规定。一般转轴的许可挠度取为y=（0.00010.0005）l，l为转轴支承点间的跨距。对于齿轮轴，常取为y=（0.010.03）m，m为齿轮模数。装齿轮的轴头处的许可转角由传动精度决定，一般不超过0.001rad，少数的取为0.002rad

26、。装滚动轴承（0级精度）的轴颈处的许可转角取为：圆柱滚子轴承，0.0025rad；圆锥滚子轴承，0.0016rad；深沟球轴承，0.005rad；调心球轴承，0.05rad。对于有精度要求的转轴，其许可扭角常取为不超过0.25m0.5m；一般传动的转轴，可取=0.5m1m。3.3 轴承的选择3.3.1 轴承种类的选择查机械设计课程设计手册第二版 吴宗泽 罗圣国 主编 高等教育出版社出版p62 滚动轴承由于采用两端固定，采用深沟球轴承。型号为6202和6008。3.3.2 深沟球轴承结构深沟球轴承一般由一对套圈，一组保持架，一组钢球组成。其结构简单，使用方便，是生产最普遍，应用最广泛的一类轴承。

27、该类轴承主要用来承受径向负荷，但也可承受一定量的任一方向的轴向负荷。当在一定范围内，加大轴承的径向游隙，此种轴承具有角接触轴承的性质，还可以承受较大的轴向负荷。深沟球轴承装在轴上以后，可使轴或外壳的轴向位移限制在轴承的径向游隙范围内。同时，当外壳孔和轴（或外圈对内圈）相对有倾斜时，（不超过816根据游隙确定）仍然可以正常地工作，然而，既有倾斜存在，就必然要降低轴承的使用寿命。深沟球轴承与其它类型相同尺寸的轴承相比，摩擦损失最小，极限转速较高。在转速较高不宜采用推力球轴承的情况下，可用此类轴承承受纯轴向负荷。如若提高其制造精度，并采用胶木、青铜、硬铝等材质的实体保持架，其转速还可提深沟球轴承结构

28、简单，使用方便，是生产批量最大、应用范围最广的一类轴承，主要用以承受径向负荷。当轴承的径向游隙加大时，具有角接触球轴承的性能，不承受加大的轴向负荷。此类轴承摩擦系数小，震动、噪声低,极限转速高。不耐冲击，不适宜承受较重负荷。深沟球轴承一般采用钢板冲压浪形保持架，也可采用工程塑料、铜制实体保持架。密封轴承内部根据不同的使用环境可添加相应的轴承专用润滑脂。可大批量的生产外径小于260mm的普通级深沟球轴承。应用于各类汽车的变速箱、发动机、水泵等部位，并适合其它各种机械上采用。根据用户的要求，可制造高级精度（p6、p5、p4级），各种游隙组别，特殊振动，噪声要求（z1、z2或v1、v2）的深沟球轴承

29、。 a.深沟球轴承60000型； b.外围有止动槽的深沟球轴承60000-n型； c.一面带防尘盖的深沟球轴承60000-z型， 两面带防尘盖的60000-2z型； d.一面带防尘圈（接触式）的深沟球轴承60000-rs型，两面接触密封60000-2rs型； e.一面带密封圈（非接触式）的深沟球轴承60000-rz型，两面非接触式的深沟球轴承60000-2rs型； f.双列深沟球轴承40000型； g.有装球缺口的深沟球轴承200、300型或200v、300v型。每个套圈均具有横截面大约为球的周长三分之一的连续沟型滚道的向心球轴承,适用于精密仪表、低噪音电机、汽车、摩托车及一般机械等，是机械工

30、业中使用最为广泛的一类轴承。结构简易，使用维护方便。主要用来承受径向负荷、也可承受一定的轴向负荷，当轴承的径向游隙加大时，具有角接触球轴承的性能，可承受较大的轴向负荷。该类轴承摩擦系数小，极限转速高，尺寸范围与形式变化多样。坚实耐用，通用性强及低噪音运行，可在高速下运转和易于安装。单列深沟球轴承另有密封型设计，可以无须再润滑和无需保养。单列带装球缺口和双列球轴承，适用于重载工况。图3-3深沟球轴承4 机架4.1 机架概述机架是各类机器的基本零件。它主要起支承作用，机器中的其他零部件一般固定在机架上，也有些零部件是在机架的导轨面上运动。所以，机架支承着机器中其他零部件和工件的全部重量，通常是机器

31、中尺寸最大、重量最重的零件，其重量约占机器总重量的70%90%。机架又起基准的作用，以保证各零部件间正确的相对位置，并使整个机器组成一个整体。机架直接或间接地承受着机器工作过程中的各种载荷，包括各种冲击载荷。由此可知，机架也是各种机器中最重要的零件之一，直接或间接地影响着机器的各种性能如精度、振动、噪声及各项工作性能等，并决定着机器的造型。4.2 机架设计的一般原则（1）确保足够的强度和刚度。例如锻压机床、冲剪机床等机器的机架，以满足强度条件为主。金属切削机床及其他要求精确运转的机器的机架，以满足刚度条件为主。（2）在便于其他零部件装拆和操作的前提下，机架的结构应力求简单，并有良好的工艺性，便

32、于制造、安装及运输。（3）应合理选择截面形状和恰当布置肋板，使同样重量下其强度和刚度尽可能提高。（4）就设计方法而言，目前大多是采用类比设计法，即按照经验公式、经验数据或比照现有同类机架进行设计。由于是经验设计，许用应力一般取得较低，例如铸铁的许用弯曲应力一般取2030mpa，铸钢4060mpa。经验设计对那些不太重要的机架虽然是可行的，但终究带有一定的盲目性，使设计的机架过于笨重。例如许多传统机床的机座的设计就是如此。因而对重要的机架，在经验设计的基础上，还需要用模型或实物进行实验测试，以便根据测试的数据进一步修改结构与尺寸。（5）注意材料的选择，注意不同加工制造方法对设计的影响。（6）注意

33、满足特定机器的特殊要求。例如兼作导轨、缸体的机架，其导轨、缸体部分应具有足够的耐磨性；对承受动载荷的机架，应有较好的吸振与抗振性能；对于高精度机械的机架，应有较小的热变形等。4.3机架的常用材料材料的选用，主要是根据机架的使用要求。多数机架形状较复杂，故一般采用铸造。由于铸铁的铸造性能好、价廉和吸振能力强，所以应用最广。焊接机架具有制造周期短、重量轻和成本低等优点，故在机器制造业中，焊接机架日益增多。铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。铸铁的内摩擦大、阻尼作用强，故动态刚性好。另外还有切削性能好、价格便宜和易于大量生产等优点。铸铁主要 有灰铸铁、球墨铸铁。铸钢的弹性模量大，

34、强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架。由于钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状的铸件。铝合金密度小、重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度、较好的塑性，良好的韧性。4.4 机架的材料和许用应力机架一般为铸钢件，采用zg270500（即原zg35），其抗拉强度极限为500mpa。机架的安全系数 n=1012.5以上分析均是基于材料力学的方法，该方法简单，概念清楚，使用方便。但假设条件多，因而精度较差。 5 联轴器的选择5.1 联轴器的选用标准联轴器选购方便，价格比自行设计的非标准联轴器要便宜很多。在众多的标准联轴器中，正确选择适合自己需要的最佳联轴器，关系到

35、机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系列问题，也关系到机械产品的质量。5.2 选择联轴器应考虑的因素1动力机的机械特性动力机到工作机之间，通过一个或数个不同品种型式、规格的联轴器将主、从动端联接起来，形成轴系传动系统。在机械传动中，动力机不外乎电动机、内燃机和气轮机。由于动力机工作原理和机构不同，其机械特性差别较大，有的运转平稳，有的运转时有冲击，对传动系统形成不等的影响。根据动力机的机械特性，将动力机分为四类。2载荷类别由于结构和材料不同，用于各个机械产品传动系统的联轴器，其载荷能力差异很大。载荷类别主要是针对工作机的工作载荷的冲击、

36、振动、正反转、制动、频繁启动等原因而形成不同类别的载荷。为便于选用计算，将传动系统的载荷分为四类，见表 1。传动系统的载荷类别是选择联轴器品种的基本依据。冲击、振动和转矩变化较大的工作载荷，应选择具有弹性元件的挠性联轴器即弹性联轴器，以缓冲、减振、补偿轴线偏移，改善传动系统工作性能。起动频繁、正反转、制动时的转矩是正常平稳工作时转矩的数倍，是超载工作，必然缩短联轴器弹性元件使用寿命，联轴器只允许短时超载，一般短时超载不得超过公称转矩的 23 倍，即 tm ax 23t n 。3联轴器的许用转速联轴器的许用转速范围是根据联轴器不同材料允许的线速度和最大外缘尺寸，经过计算而确定。不同材料和品种、规

37、格的联轴器许用转速的范围不相同，改变联轴器的材料可提高联轴器许用转速范围，材料为钢的许用转速大于材料为铸铁的许用转速。4联轴器所联两轴相对位移联轴器所联两轴由于制造误差、装配误差、安装误差、轴受载而产生变形、基座变形、轴承受损、温度变化（热胀、冷缩）、部件之间的相对运动等多种因素而产生相对位移。一般情况下，两轴相对位移是难以避免的，但不同工况条件下的轴系传动所产生的位移方向，即轴向（ x ）、径向（ y ）、角向（）以及位移量的大小有所不同。只有挠性联轴器才具有补偿两轴相对位移的性能，因此在实际应用中大量选择挠性联轴器。刚性联轴器不具备补偿性能，应用范围受到限制，因此用量很少。角向（）唯一较大

38、的轴系传动宜选用万向联轴器，有轴向窜动，并需控制轴向位移的轴系传动，应选用膜片联轴器；只有对中精度很高的情况下选用刚性联轴器。5.3 选择联轴器品种、型式了解联轴器（尤其是挠性联轴器）在传动系统中的综合功能，从传动系统总体设计考虑，选择联轴器品种、型式。根据原动机类别和工作载荷类别、工作转速、传动精度、两轴偏移状况、温度、湿度、工作环境等综合因素选择联轴器的品种。 根据配套主机的需要选择联轴器的结构型式，当联轴器与制动器配套使用时，宜选择带制动轮或制动盘型式的联轴器；需要过载保护时；宜选择安全联轴器；与法兰联接时，宜选择法兰式；长距离传动，联接的轴向尺寸较大时，宜选择接中间或接中间套型。 5.

39、4 定联轴器品种、型式、规格（型号）根据动力机和联轴器载荷类别、转速、工作环境等综合因素，选定联轴器品种，根据联轴器的配套、联接情况等因素选定联轴器型式；根据公称转矩、轴孔直径与轴孔长度作校核验算，以最后确定联轴器的型号。 在轴系传动中一般均存在不同程度两轴线相对偏移，应选用挠性联轴器；当轴系传动中工作载荷产生冲击、振动时，则应选用弹性联轴器，从减振、缓冲效果和经济性考虑，宜选用非金属弹性元件弹性联轴器。 根据计算转矩 tc ，从标准系列中可选定相近似的公称转矩 tn ，选型时应满足 tn tc 。初步选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器的许用转速 n 和最大径向尺寸 d 、轴向尺寸

40、lo ，应满足联轴器转速 n n 。初步选定的联轴器联接尺寸，即轴孔直径 d 和轴孔长度 l ，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径 d 调整联轴器的规格。主、从动端轴径不相同是普遍现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同时，应按大轴径选择联轴器型号。 新设计的传动系统中，应选择符合 gb/t 3852 中规定的七种轴孔型式，推荐采用 j 1 型轴孔型式，以提高通用性和互换性，轴孔长度按联轴器产品标准的规定。 5-1 联轴器载荷类别 载荷状况 工况系数 k 载荷类别 载荷状况 工况系数 k 载荷均匀，工作平稳 11.5 重冲击载荷，频繁正反转 2.52.75 中等冲击载荷 1.52

41、.5 特重冲击载荷，频繁正反转 2.75 表 1 载荷类别 6 传动装置6.1 传动装置的介绍传动装置是一种在距离间传递能量并兼实现某些其他作用的装置。这些作用是：1、能量的分配；2、转速的改变；3、运动形式的改变（如回转运动改变为往复运动），等等。机器中所以要采用传动装置是因为：1、工作机构所要求的速度、转矩或力，通常与动力机不一致；2、工作机构常要求改变速度，用调节动力机速度的方法来达到这一目的往往不很经济；3、动力机的输出轴一般只作等速回转运动，而工作机构往往需要多样的运动，如螺旋运动、直线运动或间歇运动等；4、一个动力机有时要带动若干个运动形式和速度都不同的工作机构。传动装置是大多数机

42、器的主要组成部分。例如，在汽车中，制造传动部件所花费的劳动量约占制造整个汽车的50%，而在金属切削机床中则占60%以上。摩擦传动的外廓尺寸较大，由于打滑和弹性滑动等原因，其传动比不能保持恒定。但它的回转体要远比啮合传动简单，即使精度要求很高，制造也不困难。摩擦传动运行平稳、无噪声。大部分摩擦传动（自动压紧的除外）都能起安全作用，可借助接触零件的打滑来限制传递的最大转矩。摩擦传动的另一优点是易于实现无级调速，无级变速装置中以摩擦传动作基础的很多。啮合传动具有外廓尺寸小、效率高（蜗杆传动除外）、传动比恒定、功率范围广等优点。因为靠着金属元件间的齿的啮合来传递动力，所以即使有很小的制造误差及齿廓变形

43、，在高速时也将引起冲击和噪声，这是啮合传动的主要缺点。提高制造精度和改用螺旋齿可以减轻这一缺点，但不能完全消除。以有齿的橡胶带作为中间挠性件的同步带传动，因为相啮合的一对齿中有一个是非金属元件，所以对制造精度要求不高。传动的圆周速度可达100m/s。6.2 按传动比可调性的传动分类主动轮的转速n与从动轮的转速n2之比i称为传动比，i=n1/n2。传动比可以是固定的或可调的。机器需要调节传动比，是为了根据工作条件选择一最经济的工作速度。例如在切削金属时，需要根据工件材料、硬度、刀具性能等选择适当的切削速度；又如在驾驶汽车时，需要根据道路情况、坡度大小等选择适当的行驶速度。能调节速度常是保持某类机

44、器通用性的重要条件。当调节传动比时，如果只能从某一传动比突然跳到另一传动比，变化是不连续的，就称为有级调速或有级变速；如果传动比的变化是连续的，因而理论上可以获得在一定范围内的任一传动比，就称为无级调速或无级变速。 摩擦传动和啮合传动都能实现有级调速，但在近代机器中。有级调速主要利用啮合传动（齿轮变速装置），因为它的体积较小。无级调速绝大多数都是利用摩擦传动。利用啮合传动也可以实现无级调速，但需要采用特殊结构，例如链条无级变速器。 有级调速传动将在有关的专业课中讲述，无级调速传动将在摩擦轮传动一章中简要介绍，下面只谈固定传动比的传动。6.3 固定传动比的传动所谓固定传动比指的是在工作时变化不大

45、而且不能调节的传动比。在摩擦传动中，由于有弹性滑动和打滑，传动比是不“确定”的。即使正常工作（不打滑），传动比也将随着载荷的变化而有少量变化。啮合传动一般说来可以保证“确定”的传动比，但是由于齿形误差和传动本身的运动特点（链传动），传动比也并不能在任何瞬间都严格地保持不变。固定传动比的传动在专用机器中用得最多。设计固定传动比的传动时，至少要具备下列一些数据：1）传动功率p或主、从动轴上的转矩t；2）主、从动轴的转速n1、n2，或其中一个转速和传动比i；3）主、从动轴在空间的相互位置及对中心距的要求；4）转矩和转速按时间的变化规律，t=f（t）和n=f（t）。 知道上述数据和工作要求后，在一般情

46、况下可能选用几种不同的传动方案。然后从效率、体积、重量、维护、价格等方面进行全面比较，从中选取一种。下面就效率等问题作一概括说明：1. 效率效率表示能量的利用程度，损失率=1-表示能量的损耗程度。效率是评定传动优劣的重要指标之一。损失率的大小一方面表示耗费于非生产能量的大小，另一方面还间接评定传动的发热和磨损。对于大功率传动，非生产能量的花费和由于发热、磨损而付出的维护费，时常是很高的。例如，一个功率为100kw并经常工作的减速机，如果效率提高1%，每年节电费用也很可观。在各种传动中齿轮传动的损耗率最小，依次为链传动、平带传动、v带传动、摩擦轮传动，蜗杆传动最大。蜗杆传动即使效率相当高（=0.

47、90），它的损耗也要比齿轮传动大好几倍。2.传动比 传动可以做成一级的和多级的。多级传动的总传动比i等于各级传动比的连乘积。除齿轮和蜗杆传动外，其他传动很少做成多级的。在一般情况下各种传动的最大传动比（单级）。啮合传动的最大传动比imax通常受到传动尺寸的限制，如果传动比很大，用多级传动常比用一级传动尺寸小。摩擦轮传动的imax同样受到传动尺寸的限制，带传动的imax一般是受最小包角的限制。以上所述的传动比都是对减速传动（n1n2）而言。大多数传动都是在减速的情况下工作，这一方面由于动力机的转速一般都高于工作机构的转速，另一方面由于增速时传动的工作质量较差，尤其在啮合传动中这种现象更为突出。3

48、.圆周速度在一般情况下各种传动的最高圆周速度。不同的传动，限制其圆周速度的因素也各不同：对于摩擦轮传动是接触面的磨损；对于平带传动是离心应力；对于v带传动是带进入和离开带轮时的弯曲频率；对于齿轮传动是制造误差；对于链传动则是链节进入链轮时所产生的冲击。这些因素在有关各章中还要详细讨论。4.传动功率各种传动所能传递的最大功率。因为功率等于圆周速度与传递载荷的乘积，所以限制圆周速度的各因素也同样限制着传递的功率。限制传递载荷的因素主要是传动的宽度（或中间挠性件的根数），因为传动的宽度愈大或根数愈多），载荷沿接触面（或每根上的载荷）的分布就愈不均匀，所以当宽度超过一定限度以后，对提高承载能力的作用也

49、就甚微。7 联接7.1 主要类型螺纹紧固件多为标准件，常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉和紧定螺钉等，所构成的联接见表7.1.1 螺栓的联接的优越性拧紧的螺栓联接称为紧联接，不拧紧的称为松联接，后者应用较少。按螺栓主要受力状况不同可分为受拉螺栓联接和受剪螺栓联接两种，所用螺栓的结构型式和联接的结构细节也有所不同，前一种制造和装拆方便，应用广泛，后一种多用于板状件的联接，有时兼起定位作用。1、 螺纹紧固件的性能等级和材料 国家标准规定螺纹紧固件按机械性能分级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级（gb3098.182）：3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9点前数字为bmin1

50、00，点后数字为10（sminbmin）。此处b为材料的拉伸强度极限，s为屈服极限，单位均为mpa。螺栓、螺柱和螺钉的材料可按不同的性能等级选取：3.6低碳钢4.66.8低碳钢或中碳钢8.8、9.8中碳钢或低碳合金钢10.9中碳钢、低碳或中碳合金钢12.9合金钢8.8和8.8级以上的中碳钢、低碳或中碳合金钢都须经淬火并回火处理，其最低回火温度标准中有规定（约为340c450c）。低碳或中碳合金钢的合金元素为硼、锰或铬。有防蚀或导电等要求时，螺纹紧固件材料也可用铜及其合金以及其他有色金属。近年来还发展了高强度塑料螺栓和螺母。螺母性能等级按螺母高度m不同有两类（见gb3098.282、86）：m0

51、.8d 4 5 6 8 910120.5dm0.8d 04 05此处d为螺母螺纹直径。性能等级的数字表示螺母材料强度bmin100值，“0”表示螺母的实际承载能力比后面数字表示的低。螺母材料为中碳钢，最高含碳量4、5、6三级为0.5%，其余各级为0.58%。螺母等级与螺栓、螺柱、螺钉等级之间的相配关系标准中也有规定，如43.6、4.6、4.8，88.8等。2、螺纹公差和精度根据标准（gb19781）规定，内螺纹的公差带为g和h两种，外螺纹的公差带为e、f、g、h四种。h和h的基本偏差为零，g的基本偏差为正值，e、f、g的基本偏差为负值。内、外螺纹的配合最好选用gh、hg或hh。标准中还规定了三

52、种不同的精度，其选用原则为：精密用于精密螺纹和要求配合变动小的场合；中等一般用途；粗糙用于对精度要求不高的场合。内螺纹的小径和中径，外螺纹的大径和中径，应依精度和旋合长度的不同选用不同的公差等级。螺纹常用的公差等级为48级，精密的用46级，中等的用7级，粗糙的用78级。旋合长度有短、中、长之分。旋合长度长的，稳定性好且有足够的联接强度，但加工精度难于保证，螺距累积误差大，故其公差等级宜比旋合长度短的低一级。7.1.2 螺栓联接的主要问题1、 螺栓联接的拧紧拧紧联接能增强联接的刚性、紧密性和防松能力。对于受拉螺栓联接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联接，有利于增大联接中的摩擦力。当然，过度

53、拧紧也是不适当的。拧紧螺母时，需要克服螺纹副的螺纹力矩t1和螺母的承压面力矩t2，因此拧紧力矩t=t1+t2。螺栓所受的螺纹力矩t1与头部的承压面力矩t3和夹持力矩t4相平衡，即t1=t3+t4。在螺纹力矩的影响下，螺纹副间有圆周力ft的作用，螺栓受到预紧力f，而被联接件则受到预紧压力f。控制拧紧力矩有许多方法，例如：使用测力矩扳手或定力矩扳手，装配时测量螺栓的伸长，规定开始拧紧后的扳动角度或圈数。对于大型联接，还可利用液力来拉伸螺栓，或加热使螺栓伸长到需要的变形量再把螺母拧到与被联接件相贴合。近年来发展了利用微机通过轴力传感器拾取数据并画出预紧力与所加拧紧力矩对应曲线的方法。由于摩擦系数不稳

54、定和加在扳手上的力难于准确控制，有时可能拧得过紧而使螺栓拧断。因此，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的拧紧力，并不宜用小于m12m16的螺栓。2、螺纹联接的防松在静载荷下，螺纹联接能满足的自锁条件为v。螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也有防松作用。但在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，联接有可能松动，甚至松开，这就容易发生事故。所以在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。具体的防松装置或方法很多，就工作原理来看，可分为利用摩擦、直接锁住和破坏螺纹副关系三种。利用摩擦防松简单方便，而直接锁住则较可靠；两者还可联合使用，例如用金属丝绕在螺栓上以挡住对顶螺母。至于破坏螺纹副关系的方法，多用于很少拆开或不拆的联接。横向压紧的锁紧螺母没有预紧力也能锁住，它可在任意旋合位置箍紧，即使工作时回松少许，也不致很快继续松开。利用强力拧紧联接以防松，效果也好。这些近年来都有所发展。7.2 螺栓联接强度的措施分析影响螺栓联接强度的因素，从而提出提高联接强度的措施，对设计和使用螺栓联接具有重要的意义。下面就受拉螺栓联接作一简单说明。大多数情况下，这种联接的强度决定于螺栓的强度，因此，以下说明也针对螺栓而言。 影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等。就其影