机械原理与齿轮传动

机械原理机器是由原动部分、传动部分、执行部分和控制部分组成。传动部分是将原动部分的运动和动力传递给工作部分的中间装置，应用的主要传动方式有机械传动、液压传动、电气传动和气动传动。机械传动是最基本的传动方式，按其传递运动和动力的方式分为摩擦传动和啮合传动两类。机械传动的常用类型如下：丁摩擦轮传动广摩擦传动I带传动' 「圆柱齿轮传动机械传动 『齿轮传动〈圆锥齿轮〔 i齿轮齿条传动啮合传动<蜗杆传动螺旋传动|链传动㈠齿轮传动类型和特点齿轮传动是指利用主从两齿轮轮齿的相互啮合来传递运动和动力的传动机构，用以改变机构的速比及运动方向。齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，型式很多，应用广泛。可以按不同的方法进行分类：根据齿轮传动轴的相对位置可分为两轴平行、两轴相交、两轴交叉的齿轮传动。根据牙齿排列方向分有直齿、斜齿、人字齿齿轮传动。根据齿轮啮合方式分有外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动、齿轮齿条啮合传动。根据轮齿的齿廓曲线不同分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动、圆弧齿轮传动。齿轮传动的主要特点有：⑴效率高。在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高，如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%，这对大功率传动十分重要。⑵结构紧凑。在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。⑶工作可靠，寿命长。设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作可靠，寿命长达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对在矿井内工作的机器尤为重要：⑷传动比稳定。齿轮传动获得广泛的应用，也就是因其具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵人，而且润滑不良，轮齿容易磨损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有筒单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。装在经过精确加工而且封闭严密的箱体（机匣）内的齿轮传动，这称为闭式齿轮传动。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。失效形式齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，通常有轮齿折断和工作齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形等。⑴轮齿的折断轮齿象一个悬臂梁，受载后以齿根处产生的弯曲应力为最大，又由于齿根圆角处有严重的应力集中，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿折断，

这种称为疲劳折断。此外，如果轮齿受到短期的严重过载或冲击载荷作用，也可能发生突然折断，这种折断称为过载折断。由于断齿常常是突然发生，所以断齿不但使齿轮传动和机器不能工作，甚至会造成重大事故，应引起特别注意。⑵齿面疲劳点蚀所谓点蚀就是齿面材料在变化的接触应力条件下，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，然后逐渐扩大，最后甚至数点连成一片，形成了明显的损伤。润滑良好的闭式齿轮传动，常见的齿面失效形式为点蚀。在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出理或扩展，即被磨掉.所以一般看不到点蚀现象.实践表明，齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。提高齿面硬度，降低齿面粗糙度，选择合适的润滑油，采用变位齿轮传动等都是提高齿面抗点蚀能力的重要措施。⑶齿面胶合在高速重载的闭式传动中，常因啮合区温度升高，润滑油变稀，致使润滑油膜破裂，导致两齿面金属直接接触并互相粘连，其中较软齿面上的金属沿滑动方向被撕下来而形成伤痕，这种现象称为齿面胶合.为了防止胶合产生，对于低速重载传动应选用粘度大的润滑油，对于高速重载传动应选用含抗胶合能力强的润滑油。⑷齿面磨损齿轮在啮合过程中，由于齿面间有相对滑动，故在载荷作用下，必然会产生磨损。严重的磨损将使齿面失去渐开线形状，齿侧间隙增大，从而产生冲击和噪声，甚至造成轮齿折断。齿面磨损是开式传动中不可避免的一种失效形式。在闭式传动中，保持良好的润滑，可以避免或减轻齿面唐损。⑸塑性变形若轮齿的材料较软，当其频繁起动和严重过载时，轮齿在很大载荷和摩擦力作用下，可能使齿面表层金属沿相对滑动方向发生局部的塑性流动而出现塑性变形。由于主动轮上所受的摩擦力是背离节线分别朝向齿顶和齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面对节线处就形成凹沟；而从动轮齿上所受的摩擦力则是分别由齿顶和齿根朝向节线作用的，故塑性变形后齿面沿节线处就形成凸棱。严重塑性变形时，在齿顶边缘处会出现飞边。若整个轮齿发生永久性塑性变形，就会使齿轮传动丧失工作能力。所以提高齿面硬度及采用粘度较高的润滑油，都有助于防止轮齿产生塑性变形。3.轮系由两个互相啮合的齿轮组成的齿轮传动是最简单、最基本的型式。在机械传动中，往往采用一系列相互啮合的齿轮，将主动轴和从动轴连接起来组成传动，这种由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统称为轮系。按轮系传动时各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否都固定，轮系分为定轴轮系和周转轮系两类。传动系统中各齿轮的几何轴线位置都是固定的轮系称为定轴轮系，图2—4—39。定轴轮系的传动比i=各级齿轮副中从动齿轮齿数的连乘积传动时，轮系中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固各级齿轮副中主动齿轮齿数的连乘积传动时，轮系中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而是绕另一个齿轮的固定轴线回转，这种轮系称为周转轮系，图2—4—40。图2—图2—4—39定轴轮系图2—4—40周转（行星）轮系周转轮系由中心轮、行星架和行星轮三种基本构件组成。在周转轮系中，具有固定几何轴线的齿轮称为中心轮，外齿中心轮称为太阳轮，内齿中心轮称为内齿圈。几何轴线绕中心轮回转的齿轮称为行星轮，行星轮的运动称为行星运动。支撑行星轮并与行星轮一起绕固定轴线回转的构件称为行星架。在图4-1中。齿轮1为太阳轮，齿轮3为内齿圈，齿轮2是行星轮，构件H为行星架。周转轮系分为行星轮系和差动轮系。有一个中心轮的转速为零、即固定不动的周转轮系就称为行星轮系；中心轮的转速都不为零的周转轮系称为差动轮系。行星轮系在采掘机械中应用极为广泛。行星轮系的传动比i1lF%=1+仝=1+内齿圈齿数1Hn,气 太阳轮齿数㈡联结螺纹连接螺纹连接是利用螺纹零件工作的一种可拆联结。这种联接结构简单、拆装方便、连接可靠、成本低廉，所以应用广泛。螺纹联结主要类型有四种：螺栓连接、双头螺柱联接及螺钉连接和紧定螺钉联结。双头螺柱联接适用于结构上不能采用螺拴联结的场合，如被联接件之一太厚，不便钻削通孔或需要经常拆装的场合；螺钉联接是螺钉直接拧入被联结件的螺纹孔中，不用螺母。用于受力不大，又不经常拆装的场合；紧定螺钉联结是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置并传递不大的力或扭矩。螺纹联结件的类型很多。常见的有螺拴、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。这类零件的结构型式和尺寸都已标准化。在实用上，绝大多数螺纹联接在装配时都必须拧紧。使联接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。螺纹联接件一般采用单线普通螺纹，螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角，因此，联接螺纹都能满足自锁条件。此外，拧紧以后螺母和螺栓头部等支承面上摩擦力也有防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下以及在高温或温度变化较大的情况下，就会使联结失去自锁作用而松脱。因比为了防止联结松脱，保证联接安全可靠，必须采取有效的防松措施。防松的根本问题，在于防止螺旋副相对转动。防松的方法按工作原理可分为：摩擦防松：对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母防松；机械防松：开口销与槽型螺母、止动垫圈、串联钢丝防松；铆冲防松：端铆和冲点防松。键连接键是一种标准零件，通常用来联接轴和轴上的旋转零件或摆动零件，起到周向固定作用，以便传递扭矩；有些类型的键，还可用于轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向装置。键可分为平键、半圆键、楔键、切向键等几大类。⑴平键联接键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递扭矩。键的上表面和轮毂上键槽的底面间则留有间隙。平键联接具有结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，因而得到广泛应用。这种键联接不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。普通平键按构造分，有圆头（A型）、方头（B型）及单圆头C型）三种。普通平键用于静联接。当被联接的零件在工作过程中必须在轴上作轴向移动时，须采用由导向平键或滑键组成的动联接。⑵半圆键联接轴上键槽用尺寸与半圆键相同的半圆键槽铣刀铣出，因而健在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮彀中键槽的斜度。半圆键工作时，靠其侧面来传递扭矩，这种键联结的优点是工艺性较好，装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。缺点是轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载联接中。楔键分为普通楔健及钩头楔健，普通楔键又有圆头及方头二种型式。楔键的上下两面是工作面，键的上表面和与它相配合的轮毂键槽底面均具有1：100的斜度。楔键在楔紧时破坏了轴与毂的对中性，故不宜用于对中要求严格或高速精密传动的场合。⑶切向键联接切向键联接是由一对斜度为1：100的楔键组成。切向键的工作面是两键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面，被联接的轴和轮毅上都开有键槽，装配时，把一对键分别从轮毂两端打入，拼合而成的切向键就沿轴的切线方向楔紧在轴与轮毂之间。工作时，靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩擦力来传递扭矩。用一个切向键时，只能单向传动；有反转要求时，必须用两个切向键，此时为了不致严重地削弱轴和轮毂的强度，两个键槽最好错开120°。由于切向键的键槽对轴的削弱较大，常用于直径大于100mm的轴上。⑷花健联接花健联接是由轴上和毂孔上的多个键齿和键槽组成，可以说花键联接是平键联接在数目上的发展。与平键联接比较，花健联接有下述优点：轴上零件与轴的对中性好；轴与毂的强度削弱较小；可承受较大的载荷；联接受力较为均匀；导向性较好，其缺点是需专用设备加工，成本较高。花键已标准化。花键联结按齿型不同，分为矩形花键、渐开线花键、三角花键。销联结销主要用来固定零件之间的相对位置，也用于轴与毂的联接或其它零件的联接，并可传递不大的载荷。还可作为安全装置中的过载剪断元件。销可分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销及特殊形状的销等，其中圆柱销、圆锥销均有国家标准。㈢滚动轴承

根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。每一类轴承，按其所能承受的载荷方向不同，又可分为承受径向载荷的向心轴承、承受轴向载荷的推力轴承和同时承受径向和轴向载荷的向心推力轴承。滚动轴承依靠主要元件间滚动接触来支撑转动零件，摩擦阻力小，功率消耗少，在很多场合取代了滑动轴承。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座装配。内外圈相对转动时，滚动体在内、外圈滚道间滚动，保持架的作用是将相邻滚动体隔开，并使滚动体沿滚道均匀分布。滚动体的形状有七种，即球、短圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、螺旋滚子、长圆柱子、滚针。滚动轴承的代号是由汉语拼音字母和数字组成，整个轴承代号分为三段：前段中段后段代号内径，mm001001120215031704〜99数字x5前段含义分别是：第一位：径向游隙系列代号，用数字表示。分为基本游隙组（0）和辅助游隙组（1），基本组不写；第二位：精度等级，用字母表示，级）、E（高级）、G（标准级或普通级）次降低；按照规定，如采用0基本游隙组，前段含义分别是：第一位：径向游隙系列代号，用数字表示。分为基本游隙组（0）和辅助游隙组（1），基本组不写；第二位：精度等级，用字母表示，级）、E（高级）、G（标准级或普通级）次降低；按照规定，如采用0基本游隙组，分为C（超精密级）、D（精密四个等级，C级精度最高，依表2—4--6内径尺寸代号系列代号特轻系列1轻窄系列2中窄系列3重窄系列4轻宽系列5中宽系列6示，见表2—4--8。七位：宽度系列代号，示，见表2—4--8。七位：宽度系列代号，列；六、七位数字都为0。第三位：直径系列代宽度方面的变化，见表2—4--6直径系列代号轴承代号的中段用数字表示，最多可到七位。从右向左依次为：第一、二位：内径尺寸代号，见表2—4--6。号，是指结构相同、内径相同的轴承在外径和表2—--7。第四位：轴承类型代号，以0〜9数字表第五、六位：轴承结构上的某些特点；第是指同一内、外径轴承在宽度方面的变化系如没有特殊的结构和宽度变化，则第五、标准中规定，如果代号中段从左到右开头几位数字均为0时，这些0可以省略。轴承代号后段是用字母 表2—4--8 轴承类型代号表示的对轴承零件的材料、结代号意义代号意义构和工艺的一些特殊要求。详0单列向心球轴承5螺旋滚子轴承细规定可参看专业标准。1双列向心球轴承6单列向心推力轴承2单列向心短圆柱滚子轴承7单列圆锥滚子轴承七、润滑与油脂3双列向心球面滚子轴承8单向推力球轴承物体工作表面的物质，由4滚针轴承9推力滚子轴承于表面相对运动而不断产生损失的现象，叫做磨损。摩擦和磨损是人们日常生活中普遍存在的现象，它很早就被人们所注意和利用，根据不同的目的或增加摩擦力或减小摩擦力。例如采用橡胶材料制造汽车轮胎就是为了增大摩擦，使轮胎与路面之间产生足够的摩擦力，从而保证汽车的行驶稳定性。而在大多数场合，人们总是采用这样或那样的方法来减小摩擦，从而达到减少阻力、提高效率的目的。㈠润滑利用油脂对摩擦部位进行润滑，是减少摩擦阻力和部件磨损最普遍、同时也是最简单有效的方法。它的原理就是在两个摩擦表面之间充进