矿物加工机械设计基础课件

工程材料第一節

材料的分類1一、工程材料二、鋼的分類23二、鋼的分類三、鋼產品的種類與代號4見教材P20

表2-1第二節金屬材料的性能5一、力學性能

1、強度與塑性

1）強度：金屬材料抵抗永久變形和斷裂的能力。通過拉伸試驗得到。1、強度與塑性6圖2-3拉伸試樣圖2-4低碳鋼的力—伸長量曲線1、強度與塑性7圖2-4低碳鋼的力—伸長量曲線（1）屈服點（屈服極限）材料產生明顯永久時的最低應力。σS=FS／S0(MPa)式中：Fs—試樣屈服時的拉伸力，N；S0—試樣原始橫截面積，mm2。1、強度與塑性8圖2-4低碳鋼的力—伸長量曲線（2）抗拉強度（強度極限）試樣拉斷前所能承受的最大拉應力。σb=Fb／S0(MPa)式中

Fb——試樣拉斷前承受的最大拉伸力，N。1、強度與塑性92）塑性：斷裂前金屬產生不可逆永久變形的能力。

（1）斷後伸長率

δ=(L1－L0)／L0×100％式中：

L0——試樣的原始標距長度，mm；

L1——試樣拉斷後的標距長度，mm。

（2）斷面收縮率

ψ=(S0－S1)/S0×100％式中：S1——試樣拉斷處的最小橫截面積，mm2。2、硬度10硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕和劃痕的能力。1)布氏硬度

單位壓痕球面積上所承受的試驗力。淬火鋼球用HBS表示。硬質合金球用HBW表示。如120HBS10/1000／30表示用直徑為10mm的淬火鋼球作壓頭，在1000kgf試驗力作用下保持30s所測得的布氏硬度值為120。圖2-5布氏硬度試驗原理2、硬度112)洛氏硬度用主試驗力作用下壓入試件表面的殘餘壓痕深度增量bd確定硬度值。為測量不同硬度材料的洛氏硬度，可採用不同壓頭和試驗力，對應有HRA、HRB、HRC，其中以HRC應用最廣，如62HRC。洛氏硬度試驗操作迅速、簡便，所能測試的硬度範圍大，壓痕小，可測試成品表面及較薄件。但測量準確性不高。為此，規定同一試件測三次取平均值為宜。圖2-6洛氏硬度試驗原理簡圖3、韌性12

衝擊韌性：指金屬材料抵抗衝擊載荷而不破壞的能力。

衝擊韌性值：一次沖斷試樣，缺口處單位截面積所消耗的功。衝擊韌度的數值越大，材料的韌性越好，抗衝擊破壞的能力越強。

二、其他性能131.物理性能1)密度

單位體積內的品質。如要求品質輕和慣性小的零件，均採用密度小的鋁合金製造。2)熔點熔點是金屬或合金從固態向液態轉變時的溫度。熔點高的金屬材料可以用來製造耐高溫零件。3)導熱性

金屬傳導熱量的能力稱為導熱性。一般說，金屬純度越高，其導熱能力就越大。製造散熱器、熱交換器與活塞等零件時，常選用導熱性好的金屬。

1.物理性能144)導電性

金屬傳導電流的性能。純金屬的導電性比合金好。常用純銅、純鋁做導電材料，用導電性差的銅合金和鋁合金作電熱元件。5)熱膨脹性

金屬隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性。6)磁性

金屬在磁場中被磁化而呈現磁性強弱的能力。鐵磁性材料(在外加磁場中，能被強烈磁化到很大程度)、順磁性材料(在外加磁場中呈現十分微弱的磁性)、抗磁性材料(能夠抗拒或減弱外加磁場磁化作用的金屬材料)。鐵磁性材料可用於製造變壓器、電動機、測量儀錶等。抗磁性材料則可用作要求避免磁場干擾的零件和結構材料。2.化學性能151)導耐腐蝕性金屬在常溫下抵抗氧、水及其他化學介質腐蝕破壞的能力。2)2）抗氧化性金屬在加熱時抵抗氧化作用的能力。3.工藝性能161）鑄造性能：金屬在鑄造成型過程中獲得外形準確、內部健全的鑄件的能力。2)鍛造性能：金屬利用鍛壓加工方法成型的難易程度。3)焊接性能：金屬在一定條件下獲得優質焊接接頭的難易程度。4)切削加工性能：金屬在切削加工時的難易程度。第三節

常用金屬材料17鋼是以鐵為主要元素，碳的品質分數ωC在2.11%以下，並含有其他元素的鐵碳合金。鑄鐵是碳的品質分數ωC>2.11%，並有較高含矽量的鐵碳合金。第三節

常用金屬材料18

1.非合金鋼（碳鋼）

非合金鋼的性能可滿足許多機械零件和工程結構的使用要求，且工藝性能較好，價格低廉、產量大、品種多、規格全，在工業中應用很廣。低碳鋼（ωC<0.25%）、中碳鋼（ωC=0.25%～0.6%）、高碳鋼（ωC>0.6%）。低碳鋼的強度、硬度低，塑性、韌性好；中碳鋼具有良好的綜合力學性能；高碳鋼的強度、硬度高，但塑性、韌性較低。普通碳鋼、優質碳鋼、特殊品質碳鋼(以S、P的含量劃分)。結構鋼主要用於製造機械零件及工程結構件，工具鋼主要製造各種刃具、量具和模具等。1.非合金鋼19

1）碳素結構鋼如Q235-A·F，表示σS≥235MPa，品質等級為A級，去氧方法為沸騰鋼的碳素結構鋼。1.非合金鋼202)優質碳素結構鋼如45表示平均碳含量為0．45％的普通錳含量的優質碳素結構鋼，65Mn表示平均碳含量為0.65%的較高錳含量的優質碳素結構鋼。1.非合金鋼213)碳素工具鋼如T8表示平均碳含量為0.8％的優質碳素工具鋼。若牌號末尾加“A”，表示鋼中硫、磷含量較少，為高級優質鋼，如T10A。1.非合金鋼224)優質鑄造碳鋼如ZG200—400表示。σS≥200MPa，σb≥400MPa的鑄鋼。2.低合金高強度結構鋼23在低碳鋼的基礎上加入少量合金元素製成。具有較高強度（σS≥295MPa）和塑性、一定的耐蝕性以及良好的焊接性能，成本與碳素結構鋼相近。牌號與碳素結構鋼相同。3.合金鋼24

合金元素的種類和含量高於國標規定範圍的鋼。合金元素是為改善鋼的性能在冶煉時有意加入鋼中的元素，常用的合金元素有：Si、Mn、Cr、Ni、V、W、Mo、Al、B等。合金元素的存在，使鋼的力學性能得到提高，特別是使鋼的淬透性提高。某些合金元素還可使鋼具有一些特殊性能，如耐蝕性、抗氧化性等。來製造更加重要的機械零件和工程結構件以及一些在特殊條件下工作的鋼件。3.合金鋼25

1)合金鋼的分類與牌號如20CrMnTi表示平均ωC=0.2％，含Cr、Mn、Ti三種合金元素，其含量均在1．5％以下的合金鋼。9Mn2V表示平均ωC=0.9％，Mn的平均含量為2％，V的平均含量低於l.5％的合金工具鋼。3.合金鋼26

2)合金結構鋼(1)合金滲碳鋼：碳含量<0.25%，經滲碳、淬火、低溫回火後使用的合金鋼。

2)合金結構鋼27(2)合金調質鋼：碳含量=0.3%～0.5%，經淬火、高溫回火後使用的合金鋼。

2)合金結構鋼28

（3）合金彈簧鋼：碳含量=0.46%～

0.64%，經淬火、中溫回火後使用的合金鋼。

2)合金結構鋼29

3)合金工具鋼合金工具鋼按用途分為合金量具刃具鋼、高速工具鋼、合金模具鋼等。4)不銹鋼和耐熱鋼(1)

不銹鋼不銹鋼是以鉻為基本元素，能抵抗大氣或其他介質腐蝕的鋼。根據使用時的組織分為馬氏體、鐵素體、奧氏體不銹鋼和奧氏體鐵素體不銹鋼等。(2)耐熱鋼：高溫下能保持足夠強度和抗氧化性的鋼。

2)合金結構鋼30

4.鑄鐵鑄鐵是具有良好的鑄造性能、切削加工性、減震性和減磨性，且價格低廉的鐵碳合金材料。4.鑄鐵311)灰鑄鐵灰鑄鐵中的碳全部或部分地以片狀石墨的形式存在，斷口呈暗灰色。其抗拉強度低、塑性和韌性差。良好的鑄造性、切削加工性、減磨性、減震性和低的缺口敏感性。如HT200代表最低抗拉強度為200MPa的灰鑄鐵。4.鑄鐵322)球墨鑄鐵球墨鑄鐵中的碳以球狀石墨的形式存在，球墨鑄鐵的力學性能比灰鑄鐵高得多，強度與部分鋼接近。塑性、韌性也大為改善。鑄造性能、減振性比灰鑄鐵差。如QT450-10代表最低抗拉強度為450MPa，最低斷後伸長率為10％的球墨鑄鐵。4.鑄鐵333)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵中的碳以團絮狀石墨的形式存在，可鍛鑄鐵的力學性能介於灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，且不能鍛造成型。如KTH350—10代表最低抗拉強度為350MPa，最低斷後伸長率為10％的黑心可鍛鑄鐵；KTZ650—02代表最低抗拉強度為650MPa，最低斷後伸長率為2％的珠光體可鍛鑄鐵。二、有色金屬及其合金34有色金屬及其合金與黑色金屬相比有許多優良的性能，如導電性、導熱性、耐蝕性、耐高溫性，且密度小，因而有色金屬及其合金在航空、航海、電器、儀錶、化工等領域得到了廣泛應用。二、有色金屬及其合金351)純鋁純鋁具有良好的導電性、導熱性，抗大氣腐蝕能力強，密度小，強度低，塑性好。常加工成板、線、管和型材或配製鋁合金。2)鋁合金(1)變形鋁合金：可用於壓力加工的鋁合金。它主要包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鍛鋁合金。(2)鑄造鋁合金具有較高強度和耐蝕性，良好鑄造性，主要用於鑄造重量輕、形狀複雜的結構件，如活塞，氣缸蓋，泵、儀錶中的殼體、支架等。2.銅與銅合金36純銅(紫銅)廣泛用於製造電線、電纜、鉚釘、冷凝管等以及配製銅合金。2)銅合金(1)黃銅:以鋅為主要合金元素的銅合金，普通黃銅是由銅和鋅組成，具有一定的強度，較好的塑性、耐蝕性和焊接性能，常用於製造彈殼、散熱器、螺母、墊片、軸套等。特殊黃銅是在普通黃銅的基礎上加入其他合金元素形成的銅合金，其強度、硬度、耐蝕性和切削加工性較高。主要用於力學性能要求較高又耐腐蝕的零件，如螺釘、齒輪、蝸輪、襯套等。鑄造黃銅主要用於有較高強度和耐磨性的零件。2.銅與銅合金37(2)青銅。除黃銅和白鋼(銅鎳合金)外的其他銅合金統稱為青銅。壓力加工錫青銅主要用於彈性件和耐磨件；鑄造錫青銅主要用於要求強度高，耐磨性、耐蝕性好的零件，如軸套、齒輪、蝸輪等。鋁青銅比錫青銅有更高的強度、硬度，良好的耐磨性、耐蝕性，且價格低，但鑄造性能較差。主要用於重要的彈性件、耐磨件，如彈簧、齒輪、軸套等。3.軸承合金38用來製造滑動軸承中軸瓦及軸瓦內襯的合金稱為軸承合金。軸承合金除具有足夠的強度、塑性外，還有良好的導熱性、耐蝕性、耐磨性及磨合性，小的膨脹係數及摩擦因數，表面能儲存潤滑油等特點。第四節

非金屬材料39一、塑膠1．塑膠的特性密度是鋼鐵材料的1／8～1／4，有著良好的絕緣性，耐蝕性較好，比強度(強度／密度)高，可用普通的機械加工方法製造，也可用擠壓、注射、膠粘等方法成型，具有優良的耐磨、減摩性能，吸震性和消聲性也很好，耐熱性不高、熱導係數小、表面硬度低、容易老化等。一、塑膠402.塑膠的分類及用途按其用途可分為通用塑膠和工程塑膠；按樹脂的性質分為熱固性塑膠和熱塑性塑膠。(1)聚氯乙烯(PVc)。硬質聚氯乙烯強度高，絕緣性、耐腐蝕性好，用於化工設備的襯裏及製造儲槽、離心泵、閥門管件等。(2)聚乙烯(PE)。低壓高密度聚乙烯主要用於製造塑膠管、管件及載荷齒輪，超高分子量聚乙烯的衝擊韌度高，耐疲勞、耐磨性好。多用作減摩、耐磨傳動件。(3）聚丙烯(PP)。聚丙烯的強度高於聚乙烯，剛性、耐熱性、耐蝕性和高頻絕緣性好。多用於製造機械零件如法蘭、齒輪、泵葉輪、汽車零件等。2.塑膠的分類及用途41(4)聚四氟乙烯(F－4)。聚四氟乙烯具有優異的絕緣性能，耐蝕性極好，能耐絕大多數的強酸、強鹼、強氧化劑及溶劑等，有“塑膠王”之稱。主要用於減震耐磨件、密封件和耐蝕件，如填料、墊片和泵、閥等零件等。(5)聚醯胺(PA)。聚醯胺俗稱尼龍，有高的強度和耐磨性，主要用作軸承、齒輪、高壓密封圈等。(6)ABS塑膠。ABS塑膠的韌性、耐熱性、耐蝕性、加工工藝性，用於製造軸承、齒輪、葉片、管道、容器。二、橡膠42在較小的載荷下就能產生很大的變形，當去除載荷後又能很快恢復原狀，是常用的彈性材料、密封材料、防震和減震材料、傳動材料。具有很高的可撓性、伸長率和良好的耐磨性、電絕緣性、耐腐蝕性、隔音、吸震以及與其他物質的黏結性等。橡膠主要用於製作輪胎，密封元件，各種膠管，橡膠彈簧，傳動帶，運輸帶,電線、電纜、電工絕緣材料和制動件等。常用橡膠性能及用途43三、合成纖維44

纖維：保持長度比本身直徑大100倍的均勻條狀或絲狀的高分子材料。

合成纖維：以石油、天然氣、煤及農副產品等作為原料，經化學合成方法製造的化學纖維。四、陶瓷45以天然矽酸鹽或人工合成化合物為原料，經制粉、配料、成型、高溫燒結而成的無機化合物。1.陶瓷的性能1)力學性能在外力作用下只產生彈性變形，且變形量小。特種陶瓷的強度高、硬度大、耐磨性好。2）物理性能線膨脹係數小，熱導率小，良好的保溫性能。抗急冷、急熱能力較差，常在熱衝擊下被破壞，是傳統的絕緣材料。3）化學性能不會氧化，可在酸、堿、鹽，強腐蝕的工況中應用。2.陶瓷的分類及應用461）普通陶瓷普通陶瓷是指黏土類陶瓷，由黏土、長石、石英按一定配比，並經燒制而成，其性能取決於三種原料的純度、粒度與比例。2)

特種陶瓷(1)氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分的陶瓷。熔點高、硬度高、強度高，具有良好的抗化學腐蝕能力和介電性能。但脆性大，抗衝擊性能和抗熱振性差，不能承受環境溫度的劇烈變化。剛玉常用於旋流器的襯裏。2)特種陶瓷47(2)氮化矽陶瓷化學性能穩定、耐磨性好、摩擦因數小、熱膨脹係數小，本身具有潤滑性；可用於耐磨、耐腐蝕的泵和閥、高溫軸承、燃汽輪的轉子葉片及金屬切削工具。(3)碳化矽陶瓷高溫時強度高，具有很高的熱傳導能力，並耐磨、耐蝕、抗蠕變性能高。可用於火箭尾噴管的噴嘴。(4)氮化硼陶瓷立方氮化硼的硬度與金剛石相近，是優良的耐磨材料，用於製作磨料和金屬切削刀具。

第五節

複合材料——玻璃鋼48

由兩種或兩種以上性質不同的材料組合起來的一種多相固體材料。玻璃鋼：用玻璃纖維增強工程塑膠基的複合材料。

玻璃纖維的性能特點：①具有高的抗拉強度。②耐熱性低。③化學穩定性高。④脆性較大，價格便宜。熱固性玻璃鋼大約是用品質分數為60％～70％的玻璃纖維和30％～40％的熱固性樹脂複合而成。環氧樹脂性能較好、應用最普遍。主要優點是成形工藝簡單、質輕、比強度高、耐腐蝕，介電性高、電波穿透性好，與熱塑性玻璃鋼相比，耐熱性更高一些。主要缺點是彈性模量低(只為鋼的1／5～1／10)，剛性差，耐熱溫度不超過250℃，容易老化、容易蠕變。幾種熱塑性玻璃鋼的性能比較49第六節

耐磨材料50五種磨損形式的機理特點及實例第六節

耐磨材料51各種磨損類型要求材料具備的性能第六節

耐磨材料52各種工作條件下建議選用的工程材料第六節

耐磨材料53各種磨損類型所建議選用的金屬材料二、常用金屬耐磨材料541.耐磨鑄鐵1)中錳球墨鑄鐵(5％～10%Mn)：主要用於製作農機用的耙片、犁鏵、球磨機襯板、磨球，選煤機的旋流器及破碎機顎板等。2)高磷合金鑄鐵(0.4～0.6％P)：是廣泛應用於柴油機汽缸的一種耐磨鑄鐵。3)普通白口鐵：生產簡便，可以在沖天爐中熔煉，價格便宜，主要用做犁鏵、球磨機磨球，清理設備中的鐵丸等。1.耐磨鑄鐵554)鎳硬白口鐵：加入鎳(3．3%～5％)主要用於某些泵的殼體、葉片及球磨機的襯板等。5)鉻系白口鑄鐵高鉻鑄鐵(Cr=15％～30％)在滑動接觸的磨料磨損條件下，表現出很高的耐磨性；而在高角度沖蝕磨損條件下，耐磨性則大大下降，甚至還不如低碳鋼。低鉻鑄鐵的鉻含量在5％以下，優點是成本低，但耐磨性也相對差一點，低鉻鑄鐵可用來製作球磨機的磨球、襯板等耐磨件。2.耐磨鋼56

主要包括：高錳鋼、低合金鋼、抗磨耐蝕不銹鋼、軸承鋼及一些中、高合金鋼。

特點：具有一定的耐磨性、強度和較高的韌性，適合製作在衝擊負荷下工作的耐磨件。特別是高錳鋼適合在大衝擊負荷下工作，它能夠很好的滿足零件對韌性的要求，同時可充分發揮其加工硬化的特性。2.耐磨鋼57

1)高錳鋼及應用

高錳鋼：錳含量13%，熱處理後為單相A組織，韌性好，硬度不高，具有顯著的加工硬化能力，鑄件在經受強烈衝擊或擠壓時表面發生加工硬化，硬度和耐磨性提高，而心部仍保持單相A組織。2.耐磨鋼58

2)低合金鋼耐磨鋼及應用低合金耐磨鋼的合金成分總量小於5％，其主要合金元素有：錳、矽、鉻、鉬、鎳等。主要要求硬度、強度和韌性。三、非金屬耐磨材料及應用59

1、耐磨陶瓷

特點：高硬度和高耐磨性。1）氧化物陶瓷（主要是氧化鋁）。2）非氧化物工程陶瓷（主要是碳化物、硼化物、氮化物和矽化物。三、非金屬耐磨材料及應用60

2、鑄石

配方：玄武岩83.5%，角閃石15%和鉻鐵礦1.5%。

製造工藝：爐料在1350～1400℃熔化後澆進鑄模，在馬沸爐中於830～900℃條件下結晶，再在隧道爐內冷卻14～16h。

特點：鑄石耐磨、耐腐蝕、抗壓強度高、絕緣性好，但鑄石與陶瓷一樣，性脆易碎，不宜承受衝擊力和過大的重力。用於受劇烈磨損和酸堿浸蝕的設備，用作旋流器襯裏時，耐磨性比錳高5～10倍，比一般碳鋼高10倍，耐腐蝕性優於不銹鋼、鉛和橡膠。三、非金屬耐磨材料及應用61

3.碳化矽製備工藝：把矽、炭、木屑等混合料用電弧加熱到2700℃，以引發碳熱還原反應，然後在2000℃下直接反應完成，其產品主要成分為多晶α-SiC。製作碳化矽耐磨件時，先將SiC與C的混合物壓制成型，然後再乾燥、滲C、熔結等。

特點：耐磨性非常優異，用做旋流器底流管時壽命是鑄石的20多倍。但價格較貴。三、非金屬耐磨材料及應用62

4.高分子材料高分子材料雖然硬度較低，但由於其為大分子結構，故其抗磨和耐磨撕裂性好；塑膠摩擦係數小，甚至還有自潤滑性能，而橡膠雖然摩擦係數較大，但由於其好的黏彈性，故也很耐磨。由於塑膠耐磨性好，因此作為工作負荷不大的耐磨材料很有用途。現在不少設備上使用尼龍、聚甲醛、聚四氟乙烯、改性塑膠等製造軸承、齒輪、導軌等零件，用聚氨脂和耐磨橡膠製作旋流器襯裏等，機器使用壽命大為提高。四、提高金屬材料耐磨性的

表面處理技術63表面淬火、滲碳或滲氮、堆焊或熱噴塗、表面形變強化等。表面處理技術包括：五、工程、礦山機械耐磨件選材64工程機械、礦山機械，大都是以泥沙、礦石為作業對象，承受強烈的磨料磨損和衝擊磨損；工況多變，較大的衝擊，露天，嚴寒，工作環境惡劣。挖掘機鬥齒、球磨機襯板、拖拉機履帶板等常用高、中錳鋼和其他低合金耐磨鑄鋼，近年來也推廣高鉻鑄鐵。動力傳動機構的重要零件以碳鋼和低合金鋼為主，廣泛採用表面強化處理。651.顎式破碎機齒板(疲勞磨損、磨料磨損)。美國Climax鉬公司得出耐磨性由高到低的順序是：Cr15Mo3高鉻白口鐵、6Mn-1Mo-Ti中錳不穩定奧氏體鋼、Mnl3奧氏體鋼、合金結構鋼。我國耐磨性順序是：高錳鋼、貝氏體和馬氏體混合組織鋼、高鉻白口鐵。五、工程、礦山機械耐磨件選材662.球磨機襯板(磨料磨損、疲勞磨損)。所用材料大多數為高錳鋼。高錳鋼並不是理想的襯板材料，因為襯板所受到的接觸應力得不到高的加工硬化程度，合金化高錳鋼，是有效的。也有用高碳中錳鋼、高鉻模具鋼及白口鑄鐵製作襯板。五、工程、礦山機械耐磨件選材673.常見工程、礦山機械耐磨件的材料與熱處理技術五、工程、礦山機械耐磨件選材第七節

通用鋼材68一、鋼板按其材料、軋製方法、厚度、用途和特性等命名。材料有碳素結構鋼、低合金結構鋼、優質碳素結構鋼、合金結構鋼等。軋製方法分為冷軋和熱軋兩種。厚度>4mm常稱為厚鋼板，≤4mm為薄鋼板，厚板常採用熱軋，薄板冷、熱軋制均可。特殊用途鋼板有鍋爐鋼板和壓力容器鋼板等。特性鋼板有不銹鋼板和耐熱鋼板等。第七節

通用鋼材69二、型鋼1、熱軋等邊角鋼（GB/T9787—1988）

b——邊寬度d——邊厚度r——內圓弧半徑r1——邊端內圓弧半徑

第七節

通用鋼材702、熱軋槽鋼（GB/T707—1988）

h——高度b——腿寬度d——腰厚度t——平均腿厚度r——內圓弧半徑

第七節

通用鋼材713、熱軋工字鋼（GB/T706-1988）h——高度b——腿寬度d——腰厚度t——平均腿厚度r——內圓弧半徑4、其他型鋼

第七節

通用钢材72三、鋼管731、低壓流體輸送焊接管（GB/T3091-2001）這種管子原為英制，俗稱熟鐵管、對縫管或水煤氣管。表2-31中公稱口徑表示近似內徑的名義尺寸，它不等於外徑減2倍壁厚。每種規格的實際內徑隨管壁厚度而變化，它等於外徑減2倍壁厚。管子供應長度4～12m。這種管子的材料有：Q215A、B，Q235A、B，Q295A、B，Q345A、B和其他軟鋼。管子內、外表面有鍍鋅和不鍍鋅兩種，鍍鋅管防腐且不易污染管內流體，但焊接性較差，價格較高。

741、低壓流體輸送焊接管（GB/T3091-2001）適於輸送水、污水、燃氣、空氣、採暖蒸汽等低壓流體，或用作結構。三、鋼管752、直縫電焊鋼管（GB/T13793-1992）

這種管子也是焊接鋼管，公制，俗稱卷焊管。是以熱軋或冷軋鋼帶，經電阻焊接或焊後冷加工製造，不熱處理。材料有：08F、08、10F、10、15F、15、20、Q195、Q215A、B、Q235A、B。管子外徑從5～508mm、壁厚從0.5～12.7mm，分檔均較細，一個管徑下有多種壁厚。通常的供應長度為：2～10m。這種管子的用途與工作壓力接近於低壓流體輸送焊接管。

三、鋼管763、結構用和輸送流體用無縫鋼管（GB/T8162-1999、GB/T8163-1999）

材料有：10、20、35、45、Q245、Q295、Q345等碳鋼和多種合金鋼，經熱軋或冷軋製成，熱軋管以熱軋狀態或熱處理狀態供貨，冷軋管以熱處理狀態交貨。管子外徑從6～660mm、壁厚從0.25～65mm，一個管徑下有多種壁厚。通常的供貨長度為：熱軋管3～12m，冷軋結構用管2～10.5m，冷軋流體用管3～10.5m。規格見表3-32。

三、鋼管774、其他鋼管除以上鋼管外，還有螺旋縫電焊鋼管和許多專用鋼管及特性鋼管。如：鍋爐用、化肥用、石油裂化用、液壓和氣動缸筒用、不銹鋼等無縫鋼管；傳動軸用電焊鋼管、方形或矩形冷拔管等。

三、鋼管作業78P562-1、2-3

聯接79聯接靜聯接動聯接可拆聯接不可拆聯接如螺紋、鍵、銷如焊、鉚、粘接如鉸鏈、錨繩80一、螺紋的形成、類型和主要參數第一節

螺紋聯接3-1（a）

三角形螺紋，用於聯接 矩形螺紋鋸齒形螺紋用於傳動梯形螺紋81按牙形（軸平面外廓形狀）分類矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15º30º3º30º82按旋向分類

右旋（常用）左旋右旋螺紋，常用。左旋螺紋。83按螺旋線頭數分類單頭（常用）多頭按採用的單位制分類米制(公制)

吋制(英制)(每吋牙數)，如管螺紋。外螺紋內螺紋按回轉體的內外表面分外螺紋內螺紋螺紋副85圓柱螺紋。圓錐螺紋，常用於密封聯接。按螺旋線母體形狀分類圓柱螺紋圓錐螺紋管螺紋按螺旋的作用分聯接螺紋傳動螺紋聯接螺紋傳動螺紋(3)中徑d2

也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。(1)大徑d

與外螺紋牙頂(或內螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2)

小徑

d1

與外螺紋牙底(或內螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4)

螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。(5)

導程S(6)

螺紋升角λ

中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直於螺紋軸線的平面的夾角

(7)牙型角

α

軸向截面內螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角。牙型側邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tgλ=πd2

nP

牙側角

β

βαβπd2SλS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距P螺紋的主要參數d1d2dλPP/2P/2S88粗牙螺紋——螺距大，牙粗厚，連接強度高、應用廣泛。細牙螺紋——螺距小，牙細薄，密封性好，用於細小零件， 薄壁管件和振動場合。89三角螺紋（聯接用）普通螺紋，代號M(一般聯接)二、

常用螺紋的特點和應用（表3-2）粗牙細牙柱管錐管管螺紋，代號G[密封聯接]90梯形螺紋和鋸齒形螺紋梯形螺紋：牙型角，牙根強度高、對中性好，常用於傳動。鋸齒形螺紋：工作面牙側角，非工作面牙側角牙根強度高、效率高，只能用於單向受力的傳動或聯接。91三、螺紋聯接的基本類型和標準聯接件1、螺栓聯接92圖（a）：光孔聯接圖（b）：鉸孔聯接被聯接件厚度不大雙頭螺柱： 被聯接件之一厚度很大。螺釘： 用於受力不大，不常拆卸的場合。932、雙頭螺柱聯接和螺釘聯接943、緊定螺釘作用：定位，傳遞不大的轉矩。4、地腳螺栓，吊環螺栓等。常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用95六角頭螺栓：應用最廣。分為大六角頭，小六角頭，標準六角頭，

內六角。小六角頭螺栓尺寸小、重量輕，不宜用於拆裝頻繁、被聯接件抗壓強度較低或易銹蝕的場合。按加工精度不同有粗制和精製兩種。精製用的較多。96常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用雙頭螺柱：兩端都製成螺紋。有A（有退刀槽）、B（無退刀槽）兩種。bm=d（用於鋼或青銅制螺紋孔）；bm=1.25d

,bm=1.5d（用於鑄鐵制螺紋孔）；bm=2d（用於鋁合金制螺紋孔）97常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用99常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用六角螺母：應用最廣，據厚度不同分為標準、扁、厚三種規格。扁螺母常用於受剪力的螺栓上或空間尺寸受限制的場合；厚螺母用於經常拆裝易於磨損的場合。100常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用圓螺母：常與止退墊圈配用，裝配時將墊圈內舌插入軸上的槽內，而將墊圈的外舌嵌入圓螺母槽內，螺母即被鎖緊。常作為滾動軸承的軸向固定用。101常用標準螺紋聯接件類型、特點及應用墊圈：螺紋聯接中不可缺少的附件、常放置在螺母與被聯接件之間，起保護支承面等作用。四、螺紋聯接的預緊、防松和裝卸空間1、預緊

預緊——在將螺紋聯接投入使用前預先擰緊，使其受到一個 軸向力作用。稱為預緊力。 預緊力Q0

：一般使螺杆達到（50%~70%)σs的應力值 擰緊力矩T：（N.mm） 擰緊力F： 在精確場合用力矩扳手，一般場合憑經驗。1022、螺紋聯接的防松

螺紋聯接一般有自鎖能力，但在振動條件下容易松脫，防松方法見表3－51032、螺紋聯接的防松

104機械防松2、螺紋聯接的防松

2、螺紋聯接的防松

1063、螺紋聯接的裝卸空間設計螺紋聯接時要考慮裝卸空間及留出扳手工作位置。107圖3-7留出裝入螺釘空間

圖3-8留出扳手工作空間五、螺紋聯接的承載能力1、螺栓聯接的失效形式和設計準則

螺栓主要失效形式：拉斷；剪斷；壓潰；滑扣。

螺紋聯接強度計算：不計算螺紋牙（滑扣），只計算螺杆徑，以便選擇或驗算螺栓公稱直徑。

設計準則：

（1）受拉螺紋：保證螺栓的靜應力或疲勞拉伸強度。

（2）受剪螺紋：保證螺栓的剪切強度和聯接面的擠壓強度。

108109

圖中吊鉤上方為特製螺母，直杆段受拉。

式中：Q—軸向載荷，N。2、受拉螺栓聯接（1）松螺栓聯接1102、受拉螺栓聯接（2）

緊螺栓聯接

1）只承受預緊力的緊螺栓聯接式中Q0——預緊力，N。預緊力Q0的控制：

測力矩板手——測出預緊力矩，如左圖

定力矩板手——達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖。測量預緊前後螺栓伸長量——精度較高1122）承受橫向載荷的緊螺栓聯接

F—橫向載荷，N；

m—接合面數。

z—接合面的螺栓數。

Kf—可靠性係數，通常取1.1~1.3。

f—接合面間摩擦係數，常取0.15~0.2。靠預緊力產生的摩擦力來承擔橫向載荷很不經濟，採用鉸制孔螺栓較好，這時螺栓受剪和擠壓：113(MPa)(MPa)圖3-11 用抗剪切件承擔橫向載荷114圖(c)：受預緊力Q0及工作拉力QF，螺栓伸長，被聯接件縮短。圖(a)：不受力不變形圖(b)：受預緊力Q0，螺栓伸長，被聯接件縮短3）、承受預緊力和工作載荷的緊螺栓聯接圖3-13受預緊力和軸向載荷的螺栓聯接的受力與變形分析

圖（C）是壓力容器等化工設備常見的情形。由於螺栓和被聯接件的變形，被聯接件所受總壓力不再是Q0，而是Q

r<Q0稱為殘餘預緊力，Qr>0，否則墊片處洩漏。螺栓所受總拉力Q=Qr+QF。設計時，可先求出工作載荷QF。再根據聯接的工作要求確定殘餘預緊力Qr。

115考慮到螺栓受軸向工作載荷時可能需補充擰緊，應計入扭剪應力的影響（加係數1.3）,故螺杆危險截面的拉伸強度條件為：（MPa）殘餘預緊力：1161173、受剪螺栓聯接

受橫向載荷時，螺栓橫截面受剪切，螺栓杆和孔壁接觸表面受擠壓，螺栓的剪切強度條件和螺杆與孔壁接觸表面的擠壓強度條件分別為：圖3-14受剪螺栓聯接1184螺栓的材料和許用應力平穩載荷：Q215、Q235、10、35、45鋼。衝擊載荷：15Cr、40Cr、30CrMnSi合金鋼。螺紋聯接件按材料的機械性能分級，見表3-6。螺母的材料一般與相配螺栓相近而硬度略低。119表3-7螺栓聯接的許用拉應力[σ]N/mm2表3-8螺栓聯接的許用剪應力[τ]和許用擠壓應力[σρ]N/mm25、提高螺紋聯接強度的途徑

軸向變載荷螺栓的破壞形式是疲勞斷裂，斷面發生在應力集中處。1201）

改善螺紋牙上的載荷分佈121工作中螺栓牙受拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應變最大，應力最大，其餘各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分佈如圖所示。所以採用圈數過多的加厚螺母，並不能提高聯接的強度。圖3-17 螺紋副的載荷分佈和均布措施1221）

改善螺紋牙上的載荷分佈辦法：降低剛性，易變形、增加協調性，以緩和矛盾

a)懸置螺母b)環槽螺母c)內斜螺母d)環槽內斜1231）

改善螺紋牙上的載荷分佈（1）加大過渡處圓角(圖1)（2）改用退刀槽（3）卸載槽，(圖2)（4）卸載過渡結構。（圖3）

1242）避免或減小附加應力、減少應力集中圖3-18 螺栓組產生附加應力的原因圖3-19 避免產生附加應力和應力集中的方法第二節鍵銷聯接、形面聯接和過盈聯接125

鍵聯接是由鍵、軸和輪轂所組成，它主要用以實現軸和輪轂的周向固定並傳遞轉矩。鍵聯接的主要類型已標準化。一、平鍵聯接工作面：兩側面。

特點：定心性好，裝卸方便。

分類：A、B、C及導向平鍵。126二、半圓鍵聯接127工作面：兩側面。特點：鍵可在槽中繞其幾何中心擺動。工藝性能好，裝卸方便。但鍵槽較深，軸的強度削弱較大。用於輕載靜聯接。三、楔鍵聯接和切向鍵聯接1281、楔鍵工作面：上下兩面，斜度1：100。特點：裝配時將楔鍵打入，上、下表面受擠壓，靠其摩擦力傳遞轉矩。楔緊後，軸和輪轂產生偏心和偏斜。

用於精度不高和低轉速的場合。1292、切向鍵工作面：上、下兩面，斜度1：100。特點：工作面上的壓力沿軸的切線裝配時將楔鍵打入，上下表面受擠壓，靠其摩擦力傳遞轉矩。楔緊後，軸和輪轂產生偏心和偏斜。

用於精度不高和低轉速的場合。三、楔鍵聯接和切向鍵聯接四、平鍵聯接的選擇計算設計鍵聯接時，先根據工作要求選擇鍵的類型，再根據裝鍵處軸徑d從標準(表3-9)中查取鍵的寬度b和高度h，並參照輪轂長度從標準中選取鍵的長度L，最後進行鍵聯接的強度校核。材料用碳素鋼。主要失效形式為壓潰。導向平鍵聯接的主要失效形式是過度磨損。強度條件：130131四、平鍵聯接的選擇計算132133許用值工作方式輪轂材料載荷性質靜載荷輕微衝擊衝擊[σp

]靜聯接鋼120～150100～12060～90鑄鐵70～8050～6030～45[p]動聯接鋼504030表3-10鍵聯接的許用擠壓應力的許用壓強（單位：Mpa）特點： 承載大，受力均，對中好，導向好。其強度計算與平鍵相似。134五、花鍵聯接135六、形面聯接

用非圓剖面的軸與相應的輪轂孔構成，應力集中小，傳遞轉矩大，裝卸方便，但加工工藝複雜，需專用設備。七、銷聯接

用途：定位、傳載、保險。材料：35#、45#鋼136不易鬆動，能承受振動和變載荷,不鉸孔，可多次拆裝。螺母鎖緊抗衝擊137拆裝方便用於盲孔138八、過盈聯接

利用零件間的過盈配合來實現聯接，靠過盈產生的摩擦力傳遞轉矩，裝配方法有壓入法和溫差法。139一、鉚接

將鉚釘穿過被聯接件的預製孔經鉚合而成的不可拆卸聯接。特點：工藝簡單、耐衝擊、聯接牢固可靠，但結構笨重，被聯接件因孔而削弱強度，鉚接雜訊大。

140圖3-29鉚合過程第三節鉚接、焊接與粘接二、焊接

利用局部加熱的方法使兩個金屬元件在聯接處熔融構成不可拆卸聯接。

141焊接電弧由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與焊件間，在氣體介質中產生的強烈而持久的放電現象。電弧由陰極區、陽極區和弧柱區三部分組成。

142二、焊接

接頭形式：對接、角接、T形接和達接。當對接焊縫受拉力F或受壓力F時，其強度條件為：143二、焊接

坡口形式的確定坡口：為滿足工藝要求的待焊部位加工並裝配成具有一定形狀的溝槽。

選擇原則：在施焊和坡口允許的條件下，盡可能減少焊接變形，節省材料，提高生產率和降低成本，主要根據板厚確定。

分類：Ⅰ形、V形、X形、U形等。二、焊接

填角焊縫及其接頭形式145二、焊接

當對接焊縫受拉或受壓力F時，其強度條件為：146焊接適用於低碳鋼、低碳合金鋼和中碳鋼。其工藝性隨碳含量和合金含量的增加而降低。二、焊接

147應力種類被焊接材料Q215Q235、Q255壓應力[σy]'200210拉應力[σ]'180（200）180（210）剪應力[τ]140140表3-11焊縫的許用應力N/mm2注：1.本表適用於常用的手工電弧焊條T42．其熔積金屬的最低強度限為420N／mm2。2.括弧中數值用於精確方法檢查焊縫品質。3.單面焊接的角鋼元件，上述許用值均降低25%。圖3-32焊接箱體與焊接齒輪148三、粘接利用膠粘劑直接塗在被聯接件的聯接表面，固著後粘接而成的一種聯接。膠粘劑有酚醛乙烯、聚氨酯、環氧樹脂等。

粘接接頭形式：對接、搭接和正交，儘量避免粘接接頭受拉。

特點：工藝簡單、適應性廣，粘接的重量輕、耐腐蝕、密封性好；但不耐高溫，粘接面清潔度要求高，結合速度慢，可靠性和穩定性易受環境影響。圖3-33粘接的接頭形式第四節管道聯接

管件用於聯接管子、閥門等，從而將其構成整體的管路。

一、螺紋管件聯接

管件內螺紋採用圓柱管螺紋，外螺紋採用圓錐管螺紋。密封填料根據介質的不同常用鉛油麻絲、聚四氟乙烯塑膠帶等。

圖3-34 常用螺紋管件的品種圖3-35常用鋼管管件使用場合二、對焊管件聯接

材料：低碳鋼或低碳合金鋼。

優點：焊口強度高、密封性好，不需配件聯接成本低。

缺點：檢修中需要清理管道時，必須將其切斷，事後再焊接，操作複雜。規格見表3-13、3-14.圖3-36鋼制無縫對焊彎頭圖3-37鋼制無縫對焊三通圖3-38鋼制無縫對焊同心異徑接頭圖3-39鋼制無縫對焊偏心異徑接頭圖3-40 現場製作的焊接彎頭三、法蘭聯接

法蘭聯接是一種可拆聯接。

特點：可承受多次拆裝而不會損壞，能承受更高的介質壓力、管子重力和管道安裝時產生的彎轉力矩，適應管徑範圍寬，密封性能好，互換性好，但成本高。

155圖3-41螺栓法蘭連接結構1——螺栓組;2——墊片;3——法蘭;4——管子圖3-42 密封面的形式(a)全平面;(b)凸臺面;(c)凸凹面;(d)榫槽面;(e)環槽面156圖3-43 法蘭的結構類型(a)搭(平)焊接法;(b)對焊法蘭;(c)活套法蘭;(d)法蘭蓋157管法蘭標準有多個,如國家標準(GB)、機械行業標準(JB)、化工行業標準(HG)、石油行業標準(SY)等。其中JB、HG與SY三個標準的相同規格的法蘭,螺栓孔中心圓直徑是一致的,故可互換。HG適用範圍廣,材料品種齊全,建議優先選用。容器法蘭是專門用以聯接壓力容器各節段的,與上述各標準的管法蘭在相同公稱直徑和公稱壓力下聯接尺寸不同,不可互換。公稱直徑(mm)從DN10至DN1600不等,公稱壓力(MPa)有PN0.1、0.25、0.6、1.0、1.5、2.5、4.0、6.4等若干級。158在選擇法蘭時,已知介質的腐蝕性、壓力、溫度和管徑,應先根據腐蝕性選擇法蘭材料或確定是否帶防腐襯裏;再據壓力、溫度和密封性要求選擇法蘭的密封面形式和法蘭結構類型;然後據法蘭公稱直徑(與管子公稱直徑相同)和介質壓力查出所選法蘭的結構尺寸和配用螺栓組的規格及數量。159法蘭墊片按材料不同分為金屬墊片、非金屬墊片和複合墊片三大類,其中複合墊片按結構不同又分為多種。非金屬墊片常用於中低壓工業管道的法蘭聯接,其餘墊片常用於高壓或高壓且高溫管道的聯接。製作非金屬墊片的常用材料有橡膠板、石棉板和橡膠石棉板。橡膠板彈性較大,嵌合性與補償性好,但在介質壓力下易從法蘭中擠出,在高溫下易老下,適於t≤60℃,PN≤1MPa的水、酸、堿及真空管路。石棉板硬而脆不耐高壓,但耐高溫,主要用於常壓高溫氣體管路。橡膠石棉板兼有兩種材料的優點,廣泛用於冷、熱水、蒸汽、煤氣、油品、氨、氫、鹽水以及酸、堿等管路。160四、承插聯接

將管子的端部插入管件或另一根管子的擴口後，再用填料將接頭處間隙塞滿密封的一種聯接方法。

填料有石棉水泥、自應力水泥、膨脹水泥等。應用：低壓給、排水鑄鐵管聯接等。圖3-43 給水鑄鐵管道管件161五、其他管接頭聯接

包括：繞性管接頭、擴口式管接頭和卡套式管接頭等。1.6MPa法蘭連接撓性接頭(JB/ZQ4131—90)見表3-15。第五節聯軸器和離合器

聯軸器和離合器都是用來聯接兩軸使其一起轉動並傳遞轉矩的部件。聯軸器多已標準化和系列化，可根據軸的工況選擇類型，據軸徑選擇規格，必要時根據軸的轉矩驗算。

聯軸器——聯接軸與軸，使其一起轉動的裝置

離合器——機器運轉過程中，使兩軸結合或分 離的裝置。 162一、聯軸器

聯軸器的工作條件1631、剛性聯軸器

剛性聯軸器用於聯接兩軸必須嚴格對中,並在工作中不發生相對位移的場合。（1）套筒聯軸器

特點：簡單、徑向尺寸小，被聯接的兩軸必須嚴格同心，不能緩衝和吸振；裝拆時兩軸必須相對移開。

應用：小轉矩場合164

（2）凸緣聯軸器

特點：簡單、承力大，對中好；不能緩衝和吸振，適應安裝誤差能力小。

應用：廣泛1652、撓性聯軸器

用於被聯接兩軸間產生偏移或傾斜的聯接。166（1）

運動副繞性聯軸器 1）滑塊聯軸器

特點：堅固耐用，出力大，補償安裝誤差能力強；使用中需潤滑，有噪音，傳動效率低

應用：低速，重載 167 2）齒輪聯軸器

特點：適應安裝誤差能力強，強度高，能傳遞大轉 矩，結構複雜、笨重、價高，使用中需潤滑

應用：重型機器1683）萬向聯軸器

特點：適應安裝角誤差的能力最強，兩軸夾角α<35~45°，α越大效率越低 當主動軸勻速轉動時，從動軸的角速度週期性變化，產生附加動載荷。

應用：成對使用，可使從動軸轉速等於主動軸轉速，但必須α1=

α2，廣泛應用於兩軸角誤差較大的場合。169當主動軸以等角速度ω1回轉時，被動軸作不等角速度ω3回轉，引起附加動載荷，α越大附加動載荷越大。

ω3的變化範圍為：170為消除附加動載荷，萬向聯軸器成對使用。主、從動軸同步條件為：（a）中間軸、主動軸和從動軸在同一平面內；（b）中間軸兩邊的叉面在同一平面內；（c）中間軸與主、從動軸之間的夾角相等。

171圖3-52小型萬向聯軸器（2）

彈性件撓性聯軸器

特點：結構簡單，拆裝方便，易於製造，適應安裝誤 差能力強，吸振性好。但易磨損，維修量大，怕 高溫。 應用：轉向常變、載荷不平穩、常溫、中小功率的場合。1721733、安全聯軸器

聯軸器中有一較弱環節，當機械超載時拆斷、分離或打滑使轉動中斷或限制轉矩的傳遞，以保護機器。

1741754、液力聯軸器特點：（1）主、從動輪存在轉速差；

（2）使電動機啟動快，啟動轉矩、電流小；

（3）使機器傳動柔和，緩衝減振，並有超載保護作用；

（4）兩軸上轉矩相等，當滑差率增大時，效率有所下降。使用：內燃機驅動的運輸機械及電動機驅動的轉動慣量較大、容易卡塞悶車的機器中。

176顯然，如果兩輪轉速相同，則液流迴圈停止，就不能傳遞轉矩；因而兩輪間有轉速差存在，相對滑動率一般為3~4%。又因液力聯軸器不能補償電動機軸與從動軸間的錯位，故一般仍須採用彈性聯軸器來補償，如圖所示：

二、離合器

嚙合式——利用牙齒嚙合傳遞轉矩

摩擦式——利用工作面摩擦力傳遞轉矩

性能要求：接合平穩，分離迅速，變換徹底，操 作方便，工作可靠，調整容易，耐磨散熱。

1771、牙嵌式離合器

牙型：三角形、矩形、鋸齒形。

特點：結構簡單，製造容易，但傳遞轉矩不大，有振動。

178圖3-57 牙嵌式離合器離合器結構側齒形式1,2—半離合器;3—對中環;4—滑環二、離合器

2、摩擦離合器：靠工作面上產生的摩擦力傳遞轉矩。

結構形式有：圓盤式、圓錐式。179

結構簡單，散熱快，傳遞力矩不大。圖3-58單盤式摩擦離合器1—主動軸;2、3—摩擦盤;4—滑環;5—從動軸180

圖3-59多盤式磨擦離合器1—滑環;2—外套筒;3—外摩擦盤;4—內摩擦盤;5—內套筒;6—壓杆181

結構簡單，任意離合，但容易損壞，尺寸大。

圖3-60圓錐式摩擦離合器1—主動軸;2,3—半離合器;4—從動軸 3、安全離合器

用於機器超載時自動脫開，以保護機器。當載荷恢復正常後，自動接合，繼續進行動力的傳遞。

見圖3—61、3—62

182 4、超越離合器（滾柱逆止器）183

星輪順時針轉動，離合器接合；反時針轉動，離合器分離。

特點：尺寸小，接合、分離平穩、無雜訊，可在高速運轉中接合。作業P963-3、3-4、3-7、3-9、3-11184連續回轉傳動185直接接觸的嚙合傳動（齒輪傳動）有中間撓性件的嚙合傳動（鏈傳動）直接接觸的摩擦傳動（摩擦輪傳動）有中間撓性件的摩擦傳動（帶傳動）嚙合傳動摩擦傳動連續回轉傳動第一節 齒輪傳動的類型和特點186187平行軸齒輪傳動相交軸齒輪傳動交錯軸齒輪傳動齒輪實物189齒輪實物190第一節

齒輪傳動的特點及類型優點：1）傳動效率高2）傳動比恒定

3）結構緊湊4）工作可靠、壽命長缺點：1）製造、安裝精度要求較高2）不適於中心距a較大兩軸間傳動

3）使用維護費用較高）精度低時、噪音、振動較大類型： 閉式齒輪傳動—用於重要場合 開式齒輪傳動—易進雜物、污染潤滑、容易磨損、用於不重要、低速場合基本要求：

1.傳動準確平穩

2.具有足夠承載能力191第一節

齒輪傳動的特點及類型按輪齒齒廓曲線形狀的不同，齒輪傳動又可分為漸開線齒輪傳動、儀錶圓弧齒輪傳動、圓弧齒輪傳動和擺線針輪傳動等。

優點：齒輪傳動具有傳動準確可靠，傳動效率高，壽命長，結構緊湊，適用的載荷和速度範圍廣（傳遞功率可達10MW，線速度可達300m/s），能在空間任意兩軸間傳遞運動和動力等優點。

缺點：傳動要求較高的製造和安裝精度，製造成本高，不適合遠距離傳動。192第二節

漸開線齒輪傳動的規律和主要參數一、漸開線的形成與特性

如圖4-2所示，當一直線l

沿半徑為rb的圓作純滾動時，該直線上任一點K的軌跡AK，稱為該圓的漸開線，該圓稱為基圓，直線l稱為漸開線的發生線。漸開線齒輪的齒廓就是由在同一基圓上發生的兩條反向且對稱的漸開線構成。193圖4-2 漸開線的形成

(其中a、d點擊圖片演示動畫)壓力角：漸開線上某一點的壓力角就是該點所受法向力的方向線與該點速度方向線的夾角。194由式知離基圓越遠壓力角越大。漸開線的形狀取決於基圓的大小，基圓越小，漸開線越彎曲。因此，可根據需要做成不同曲率的齒廓。圖4-3基圓大小與漸開線的形狀1、傳動比恒定不變

195二、漸開線齒輪的嚙合特點2、中心距允許偏差—傳動比不變3、傳遞壓力的方向不變—沿公法線方向4、齒廓間相對滑動—造成摩擦損失和齒廓摩擦

三、漸開線直齒圓柱齒輪的主要參數和尺寸196設計計算的基準圓—分度圓d=mz齒距

p=mπ齒高中心距

表4-1 漸開線圓柱齒輪標準模數（GB1357-87）四、漸開線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件和連續傳動條件1971、正確嚙合條件：兩齒輪的模數相對、壓力角相等。2、連續傳動條件：一對齒輪在任何暫態必須有一對或一對以上的齒處於嚙合狀態。第三節漸開線直齒圓柱齒輪傳動的承載能力1、輪齒的失效1）折斷：包括彎曲疲勞折斷和超載折斷2）點蝕:

由接觸疲勞應力引起齒面剝落、出現麻點狀小坑。點蝕經常發生在閉式齒輪、潤滑不良、齒輪節線附近。3）膠合：高速、重載齒輪，嚙合壓力大、溫度高、潤滑失效，金屬粘連、撕裂，出現溝紋。4）磨損:

砂粒等雜物進入嚙合區產生磨粒磨損。磨損常發生在開式傳動。5）齒面塑形變形：齒輪受到過大的應力而發生塑性變形。

198一、輪齒的失效和齒輪的材料1991.折斷實例輪齒折斷

兩平行圓柱的接觸應力早期點蝕200破壞性點蝕齒面點蝕實例疲勞點蝕201磨損實例齒面磨損202齒面膠合主動輪塑性變形203從動輪塑性變形塑性變形2、

齒輪的材料鋼制齒輪齒面硬度分類：軟齒面齒輪；硬齒面齒輪。據失效形式要求：齒面硬、齒芯韌。通常要鍛造、切削、熱處理、磨削等.

204表4-2齒輪的常用材料和機械性能205注：1.對於長期雙側工作的齒輪傳動，許用彎曲應力[σF]應將表中的數值乘以0.7。2.表面淬火層的品質得不到保證時，建議將表中的[σH]值乘以0.9。

3.表中表面淬火鋼的許用彎曲應力指調質後進行表面淬火而得的。熱處理

1軟齒面（≤350HBS)—調質和正火.

通常小齒輪硬度比大齒輪高30~50HBS,不僅使二者壽命趨於一致，而且不易發生膠合.

2硬齒面（>350HBS)—表面淬火，滲碳淬火和滲氮。如果一對齒輪均用鋼材製造，考慮到小齒輪的齒根厚度較小，應力迴圈次數較多，以及有利於抗膠合等原因，在選擇輪齒的熱處理方法時，一般應使小齒輪的齒面硬度比大齒輪高出20～50HBS，甚至更多。206二、齒輪的受力分析與計算載荷1、受力分析 圓周力： 徑向力：

法向力：207圓周力Ft的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動輪上與運動方向相同。徑向力Fr的方向均為由作用點指向齒輪轉動中心。法向力的方向均指向自己齒的實體。2、

計算載荷 公稱載荷Fn

計算載荷KFn

，K為動載荷係數。208表4-3載荷係數原動機工作機械不同狀態下的載荷係數均勻平穩中等衝擊嚴重衝擊電動機1～1.21.2～1.61.6～1.8多缸內燃機1.2～1.61.6～1.81.9～2.1單缸內燃機1.6～1.81.8～2.02.2～2.4三、直齒圓柱齒輪傳動的強度計算1、齒面接觸強度計算

接觸強度

驗算式：

設計式：

式中：u—齒數比，u=Z2/Z1

k—載荷係數，見表10-3

T1—小齒輪轉矩,N·mm

b—齒寬，mm

209 a—中心矩，mm —齒寬係數，（見表4-4）

—許用接觸應力，MPa注意事項：

①以上兩式適於一對鋼齒輪。

②

驗算式中為任一齒輪，因 ，兩式中為[σH1]與[σH2]中較小者，因二輪一般不同。

③

，即增大中心距或齒寬即可降低。210211表4-4 齒寬係數ψd＝b／d12、齒根彎曲強度計算

驗算式：

MPa；

設計式：

mm。

式中： ——齒形係數，見表4－5 ——許用彎曲應力，MPa（見表4－2）

——外嚙合取+，內嚙合取－。2121）彎曲疲勞強度2132）注意事項

①通常 , 故大、小齒輪應分別驗算。

②設計式中 項大，大小齒輪通常不同，取較大者代入。③ ，增大模數對降低彎曲應力最顯著。

④開式齒輪一般將 乘以0.7~0.8作為許用應力。214表4-5 齒形係數YF2153、齒輪強度計算準則在閉式齒輪傳動中，軟齒面齒輪的主要失效形式是齒面點蝕，而硬齒面齒輪的主要失效形式是輪齒疲勞折斷。因此：

軟齒面齒輪通常按接觸強度進行設計，再校核其彎曲強度；

硬齒面齒輪則按彎曲強度進行設計，再校核其接觸強度。開式齒輪傳動只進行彎曲強度的計算，但考慮到嚴重的磨損會使齒厚減薄，影響輪齒的彎曲強度，計算時通常將許用彎曲應力降低20%～30%。216例4-2 用於運輸機的單級圓柱齒輪減速器由電動機驅動，單向運轉，載荷較平穩，傳動比i＝4，輸入功率P1=7.5kW，轉速n1＝970r／min。試設計此減速器的齒輪並計算其尺寸。解：1）選擇齒輪材料及確定許用應力小齒輪材料用40MnB，調質，[σH]1＝670N／mm2，[σF]1＝285N／mm2（表4-2）。大齒輪材料用45鋼，調質，[σH]2＝560N／mm2，[σF]2＝215N／mm2（表4-2）。由選材及熱處理，可知兩齒輪均為軟齒面。2）按齒面接觸強度設計取載荷綜合係數K＝1.2（表4-3），齒寬係數ψd＝0.9（表4-4）。小齒輪上的轉矩

T1＝9.55×106P1／n1＝9.55×106×7.5／970＝73840（N·mm）217按式（4-14）求小齒輪直徑齒數：取z1=24，則z2=u·z1=4×24=96。齒輪模數：m=d1/z1=56.06/24=2.34(mm)取m=2.5mm(表4-1)。小齒輪分度圓直徑：d1=mz1=2.5×24=60（mm）齒寬：b=ψdd1=0.9×60=54（mm）考慮到齒輪安裝時的誤差，取b2=54mm,b1=60mm。3）校核輪齒彎曲強度齒形係數YF1=2.67,YF2=2.21（表4-5）。按式（4-15）校核輪齒彎曲強度（按最小齒寬b=54mm計算）

（N／mm2）

（N／mm2）σF1<[σF]1，σF2<[σF]2，可見彎曲強度足夠。4）齒輪尺寸計算（略）4、齒輪的許用應力

式中： 、 —分別為試驗齒輪的接觸疲勞極 限、彎曲疲勞極限。 、—分別為接觸疲勞安全係數、彎曲疲勞安全係數。2185、直齒圓柱齒輪傳動的設計1).齒數比u與齒數Z1

—— Z1

是小齒輪， Z2是大齒輪

>1——減速Z1是主動輪，Z2是從動輪

<1——增速

應使：u<8 Z1=20~40——閉式軟齒面傳動

17~20——閉式硬齒面傳動2).模數m

初選m=(0.007~0.02)a——閉式

0.02a——開式 (m≮2mm) 2193).齒寬係數

0.3~0.6——閉式

0.1~0.3——開式220第四節斜齒圓柱齒輪傳動與直齒圓錐齒輪傳動一、斜齒圓柱齒輪傳動

斜齒圓柱齒輪的輪齒與柱體母線傾斜一定角度（螺旋角），分左旋和右旋。嚙合條件：兩齒輪模數、壓力角分別相等，旋向相反。特點：傳動平穩，衝擊、噪聲和振動小，承載能力強，使