机械设计基础 第2版 课件 第10-13章 齿轮传动及轮系、连接、轴系零部件、联轴器与离合器

第10章齿轮传动及轮系第一节齿轮传动的基础知识第二节齿廓啮合基本定律第三节渐开线及渐开线齿廓第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮传动分析第六节渐开线齿轮的加工第七节直齿圆锥齿轮机构第八节斜齿圆柱齿轮传动第九节直齿锥齿轮传动第十节齿轮的结构第十一节轮齿轮传动的润滑第10章齿轮传动及轮系第十二节蜗杆传动概述第十三节蜗杆传动的正确啮合条件第十四节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第十五节蜗杆传动强度计算第十六节蜗杆传动的材料和结构第十七节蜗杆传动的效率、润滑和散热第十八节轮系的概述第十九节轮系的传动比计算

优点:传动准确、平稳、效率高、功率范围和速度范围广、使用寿命长。

缺点：制造和安装精度要求高，成本较高、不宜于远距离两轴间传动。特点第一节齿轮传动的基础知识

用途：用来传递空间任意两轴之间运动和动力。齿轮传动图外啮合直齿内啮合直齿齿轮齿条外啮合斜齿外啮合人字齿蜗杆传动交错轴斜齿轮直齿锥齿轮斜齿锥齿轮曲齿锥齿轮使齿轮保持定角速比，不论齿廓在任何位置接触，过接触点所做的齿廓公法线都必须与两轮的轴心连线交于一定点。第二节齿廓啮合的基本定律一、齿廓啮合的基本定律二、共轭齿廓啮合：一对轮齿相互接触并进行相对运动的状态称为啮合。概念凡满足齿廓啮合基本定律而互相啮合的一对齿廓称为共轭齿廓基本要求实现预定传动比；便于设计、制造和安装；互换性好；强度高齿廓曲线渐开线齿廓、摆线齿廓和圆弧齿廓齿廓啮合的基本定律C为连心线O1O2与公法线N1N2的交点，称为啮合节点，简称节点。

主动齿轮1的齿廓C1与从动齿轮2的齿廓C2在K点啮合，要保证两齿轮齿廓高副接触，它们在点的速度沿公法线K方向的分量应相等。即N1N2由于，那么

故两轮的瞬时传动比为

分别以和为圆心、以和为半径作圆，这两个圆分别称为两轮的啮合节圆，简称节圆。两轮齿廓在节点啮合时,相对速度为零，即一对齿轮的啮合传动相当于它们的节圆作纯滚动。齿廓啮合的基本定律图第三节渐开线齿廓及其啮合特性一、渐开线的形成和及渐开线性质二、渐开线齿廓啮合特性三、渐开线齿廓的压力角一、渐开线的形成和及渐开线性质

发生线沿半径为的基圆作纯滚动时，直线上任意点的轨迹称为该圆的渐开线。（1

=

（2）渐开线上任意一点的法线必是基圆的切线。（3）是渐开线在点的曲率半径。离基圆越远，曲率半径越大；反之，离基圆越远近，曲率半径越小。渐开线在基圆上的点的曲率半径为零，基圆内没有渐开线。（4）渐开线的形状取决于基圆的大小。（5）如右上图所示，当渐开线在点与其共轭齿廓啮合时，所受正压力方向（法线方向）与该点速度方向所夹的锐角称为渐开线在该点的压力角，用表示。由图中的几何关系可得渐开线上任意点K的向径、压力角及基圆半径之间的关系为:1.形成2.性质二、渐开线齿廓啮合特性根据渐开线性质，两齿廓在任意点啮合的公法线都是两基圆的一条内公切线。由于基圆的大小和位置都是不变的，因此两基圆一侧的内公切线是唯一的，该直线与连心线的交点C为定点，即节点固定。由此证明渐开线齿廓满足定传动比传动要求。故

为啮合点的轨迹，故又称为啮合线，为一条直线。啮合线与两轮连心线的垂线方向（节点的速度方向）所夹的角ˊ称为啮合角,它等于渐开线在节圆上的压力角。不计摩擦时，齿廓间作用力定向；转矩不变时，作用力大小不变。渐开线齿轮的传动比决定于其基圆的大小，而齿轮一经设计加工好后，它们的基圆也就固定不变了，因此当两轮的中心距略有改变时，两齿轮仍能保持原传动比，这种中心距改变而传动比不变的性质称为渐开线齿轮传动中心距的可分性。

1．瞬时传动比恒定不变2．中心距变动不影响传动比3．啮合线为直线三、渐开线齿廓的压力角在一对齿廓的啮合过程中，齿廓接触点的法向压力和齿廓上该点的速度方向的夹角，称为齿廓在这一点的压力角。如图10-6所示，齿廓上点K的法向压力F与该点的速度vx之间的夹角αx称为齿廓上点K的压力角。渐开线齿廓上各点压力角不等，向径rx越大，其压力角越大。在基圆上压力角等于零。四、啮合线、啮合角、齿廓间的压力作用线一对齿轮啮合传动时，齿廓啮合点(接触点)的轨迹称为啮合线。对于渐开线齿轮，无论在哪一点接触，接触齿廓的公法线总是两基圆的内公切线N,N2(图10-5)。齿轮啮合时，齿廓接触点又都在公法线上，因此内公切线N,N2即为渐开线齿廓的啮合线。第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸的计算一、渐开线齿轮各部分的名称和代号二、标准齿轮齿顶圆：齿顶所在的圆，其直径和半径分别用

和

表示。

齿根圆：齿槽底面所在的圆，其直径和半径分别用

和

表示。分度圆：具有标准模数和标准压力角的圆。它介于齿顶圆和齿根圆之间，是计算齿轮几何尺寸的基准圆，其直径和半径分别用

和

表示。基圆：生成渐开线的圆，其直径和半径分别

用

和

表示。齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离，用

表示。齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离，用

表示。齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用

表示。齿厚：一个齿的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用

表示。齿槽宽：一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长，用表示。齿距：相邻两齿的同侧齿廓之间的分度圆弧长，用表示。显然有。一、齿轮基本尺寸的名称和符号一、齿轮基本尺寸的名称和符号（标准直齿圆柱外啮合齿轮)

齿数齿轮整个圆周上轮齿的总数。

模数

m齿轮的分度圆周长则规定=为整数或简单有理数且为标准值，称为分度圆模数，简称模数，单位mm。二、标准齿轮

注意：齿轮不同圆周上的模数是不同的，只有分度圆上的模数才是标准值。=

4系数

和顶隙系数

齿顶高与齿根高的值分别表示为和式中，和分别称为齿顶高系数和顶隙系数。标准规定：正常齿，；短齿，。注意：齿轮不同圆周上的压力角不同的，只有分度圆上的压力角是标准值

压力角

指分度圆压力角。由方程知:压力角是影响渐开线齿形的基本参数。标准值二、标准齿轮

名称

符号

计算公式

分度圆直径

=

基圆直径

=

齿顶高

齿根高

齿高

齿顶圆直径

齿根圆直径

齿距=

齿厚

齿槽宽=

基圆齿距（法向齿距）=标准齿轮：具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数、标准顶系系数并且分度圆上的齿厚等于分度圆上的齿槽宽的齿轮第五节渐开线直齿圆柱齿轮的传动分析一、正确啮合的条件二、连续传动条件

虽然渐开线齿廓能实现定传动比传动，但这并不意味着任意参数的一对齿轮都能进行正确的啮合（瞬时传动比不变）传动。要想使传动正确进行，那么

一、正确啮合的条件

因，，于是

正确啮合条件

(其中由下面公式计算

)

表征啮合线上同时参与啮合德轮齿的对数，称为重合度。二、渐开线齿轮的连续传动条件1．轮齿的啮合过程

啮合起始点：从动轮齿顶圆与啮合线交点。

啮合结束点：主动轮齿顶圆与啮合线交点。实际啮合线：啮合点实际走过的轨迹2．连续传动条件

理论啮合线：理论上最长的啮合线。3.重合度计算公式拓展：齿轮传动的中心距2.正确安装条件：①无侧隙啮合处于实际啮合线段范围内的轮齿的两侧同时处于啮合状态（如图）。

②标准顶隙顶隙即为一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根间的空隙，其标准值为。

1.中心距标准中心距

实际(安装）中心距

结论：一对标准齿轮，按标准中心距安装，节圆与分度圆重合，满足正确安装条件。第六节渐开线齿廓的加工

一、渐开线齿轮的加工方法二、轮齿的根切现象及齿轮的最小齿数三、变位齿轮一、渐开线齿轮的加工方法

齿轮轮齿的加工方法很多，最常用的是切削加工法。此外还有铸造法、轧制法和线切割法、粉末冶金法等。而从加工原理来分，则可以分成成形法和展成法两种。

1.成形法

用与渐开线齿轮的齿槽形状相同的成形铣刀直接切削出齿轮齿形的一种加工方法。切削法指状铣刀

盘状铣刀插齿滚齿2.展成法

范成法是根据一对齿轮的啮合原理进行切齿加工的。齿轮形插刀齿条形插刀仿形法图1）成形法加工齿轮图

（a）用圆盘铣刀加工（b）用指形铣刀加工范成法图2）展成法加工齿轮图二、渐开线齿廓的根切现象及齿轮的最小齿数1．根切原因2．不出现根切的最小齿数3．不出现根切的最小变位系数1．根切及原因根切现象：用范成法加工齿轮时，有时会出现刀具顶部把被加工齿轮齿根部分已经切制出来的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切现象。

根切原因：刀具的齿顶线超过了理论啮合点。齿条形插刀的齿廓形状根切现象的原因当、时，2．不出现根切的最小齿数

加工标准齿轮，如不出现根切，刀具的齿顶线到节线距离

应小于等于啮合极限点到节线距离即3．不出现根切的最小变位系数

加工小于17个齿的齿轮，又要避免根切，就要将齿条刀向远离轮坯轮心方向移动一段距离，使刀具齿顶线位于理论啮合点之下。即

因此，用标准齿条刀切制少于最小齿数齿轮不出现根切的最小变为系数为

讨论①当时，②当时，为了避免根切，刀具应向远离轮坯轮心方向移动不少于距离这时，齿轮的分度圆与齿条刀的中线相离。③当时，只从不根切的角度看，刀具可向轮坯轮心方向移动，距离不超过。这时，分度圆与中线相交。:变位系数三、变位齿轮传动

1．变位齿轮2．变位齿轮与同参数的标准齿轮几何尺寸比较

刀具的中线

与被加工齿轮的分度圆相切相离相交标准齿轮正变位齿轮负变位齿轮3．齿轮传动的类型标准齿轮传动等移距变位齿轮传动正传动负传动

分度圆基圆齿距基圆齿距齿高齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高齿厚齿槽宽

不变正大负小正大负小正小负大正大负小正小负大第七节直齿圆柱齿轮强度设计一、齿轮的失效形式二、设计准则三、齿轮材料及热处理四、齿轮的受力分析及计算载荷五、齿轮的弯曲强度计算六、齿面接触疲劳强度计算

一、齿轮轮齿的失效形式1.齿面点蚀2．轮齿折断3．齿面磨损4.齿面胶合5.齿面塑形变形轮齿的失效形式多种多样，较为常见的有轮齿折断、齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等等

1.齿面点蚀机理：接触应力超过材料的疲劳极限，滑动速度低形成油膜条件差节圆附近表层产生疲劳小裂缝→扩大→连片→剥落→麻窝→点蚀首先发生在节线附近,然后向齿根,最后向齿顶发展

（1）满足强度条件（3）选高强度材料并进行热处理、提高齿面硬度、降低表面粗糙度、增加润滑油粘度。

（2）增大d或a及齿宽b等齿面点蚀：是指齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。防止点蚀：产生的工作条件:

润滑良好的闭式软齿面（HBS＜350）齿轮传动。2.轮齿折断:

疲劳折断

承受短期过载或冲击载荷作用产生的折断。齿根弯曲应力大；齿根应力集中;产生疲劳裂纹并逐渐扩展，导致轮齿折断。（1）机理过载折断（2）产生的工作条件：开式或闭式硬齿面（HBS≥350）齿轮传动。（3）防止轮齿折断：满足强度条件增大m或宽b等减小齿根处应力集中；对齿根进行强化处理，选高强度材料等。（4）折断部位：

斜齿轮沿接触线产生局部折断

直齿轮沿齿根折断轮齿折断：通常有疲劳折断和过载折断两种。

3．齿面磨损机理：硬颗粒作用、齿面之间相对滑动。防止齿面磨损：产生的工作条件：开式传动或密封不好的闭式传动。闭式代替开式。提高齿面硬度、降低齿面粗糙度；改善润滑和密封条件均可提高齿面的抗磨粒磨损的能力。齿面磨损：是齿轮在啮合传动过程中，轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。

采用抗胶合能力强的润滑油。

降低滑动系数,减少模数,增大齿数。

提高表面粗糙度。4.齿面胶合

防止齿面合：

机理：高速重载，齿面间正压力大,油膜被挤走，散热不良，滑动速度大，较软齿面粘连后撕脱，在齿顶和齿根沿滑动方向形成沟纹。产生的工作条件：高速重载齿轮传动中。齿面胶合：是相啮合齿面的金属在一定压力下直接接触发生粘着，同时随着齿面间的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起的一种严重粘着磨损现象。

5.齿面塑形变形机理：当齿面硬度不高，而又受到较大接触应力时，在摩擦力作用下

，齿面材料会沿着摩擦力方向发生塑性流动而使渐开线齿形遭到破坏。塑性流动而在齿面或齿体形成的变形。防止：采用高屈服强度的材料，提高齿面硬度：提高润滑油的粘度产生的工作条件：当齿面硬度较低，又处于低速重载条件下，以及起

动、过载频繁的传动。

塑性变形：是由于在过大的应力作用下，轮齿材料因屈服产生弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形齿轮的失效形式。。。。。。。。。。

现象与原因?

改进措施

闭式齿轮传动

主要失效形式：齿面点蚀。

准则：按齿面接触疲劳强度准则设计，强度条件为:；按齿根弯曲触疲劳强度校核，强度条件为

：二、设计准则总体原则：针对齿轮传动的主要失效形式进行相应的计算。

开式齿轮传动

主要失效形式：磨损和断齿。准则：由于目前对磨损尚未建立有效的，为工程所采用的计算方法，一般按齿根弯曲疲劳强度公式设计，为考虑齿面磨损的影响，将求得的模数适当增大。

高速低速重载齿轮传动

主要失效形式：胶合、磨损、折断

。P＞75kW时进行散热能力计算低速重载软齿面传动

主要失效形式：塑性变形。目前，尚未建立有效的，为工程所采用的计算方法和设计数据。三、齿轮材料及热处理①锻钢

强度高，除尺寸大、形状复杂外，大多数齿轮都用锻钢制造。（1）软齿面齿轮

齿面硬度≤350HBS。中碳（合金）钢（45、40Gr、等）+正火或调制。用于一般场合。

☆大小齿轮均为软齿面时：小齿轮齿面硬度比大齿轮高30～50HBS（2）硬齿面齿轮

齿面硬度＞350HBS。由低碳（合金)钢（20、20等Gr

+表面渗碳淬火或中碳钢（45钢、40Gr等)+表面淬火或整体淬火。用于重要场合。

②铸钢

尺寸大或结构较复杂，轮坯不易锻造。

③铸铁

常用于低速、轻载、大尺寸和开式齿轮传动中。

④非金属材料

如尼龙、夹布塑胶等。用于高速、轻载、精度要求不高的齿轮传动中。详见表10-31.常用材料常用热处理方法有表面淬火、渗碳淬火、调质、正火。一般情况下：中碳钢或合金结构钢＋表面淬火或调质或正火；高速重载或较大冲击时：低碳(合金)钢＋表面渗碳淬火。2.热处理拓展：齿轮的精度各种机械中的齿轮精度等级应用范围精度等级应用范围精度等级测量齿轮2~5载重汽车6~9透平齿轮3~6一般减速器6~9精密切削机床3~7拖拉机6~10航空发动机4~8起重机械7~10一般切削机床5~8轧钢机6~10内然或电动机车5~8地质矿山绞车7~10轻型汽车5~8农业机械8~11

依据：

GB/T10095.1—2001精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮副中

两个齿轮的精度等级一般取成相同四、齿轮的受力分析和计算载荷1.轮齿的受力分析图10-21所示为一对直齿圆柱齿轮啮合传动时的受力情况。若忽略齿面间的摩擦力，则轮齿之间的总作用力F将沿着轮齿啮合点的公法线N,N2方向，也称为法向力。法向力F。可分解为两个分力：圆周力Ft和径向力Fr。图10-21直齿圆柱齿轮传动的作用力四、齿轮的受力分析和计算载荷1.轮齿的受力分析圆周力

径向力 法向力

式中：T1为小齿轮上的转矩，T1=9.55×106N·mm；

P1为小齿轮传递的功率，kW；d1为小齿轮的分度圆直径，mm；

α为分度圆压力角，度。圆周力Ft的方向，在主动轮上与圆周速度方向相反，在从动轮上与圆周速度方向相同。径向力Fr的方向对两轮都是由作用点指向轮心。名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到的载荷。如

等。2.计算载荷计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性能，传动中工作载荷与工作速度的变化等），以系数的形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计算载荷。如等。表12-4载荷系数K注：斜齿圆柱齿轮、圆周速度低、精度高、齿宽系数小时取小值；直齿圆柱齿轮、圆周速度高、精度低、齿宽系数大时取大值。齿轮在两轴承之间对称布置时取小值，不对称布置及悬臂布置时取较大值。五、轮齿的弯曲强度计算为了防止齿轮在工作时发生轮齿折断，应限制在轮齿根部的弯曲应力。对于标准齿轮，YF只与齿数有关。式中，b为齿宽，mm；m为模数，mm；T1为小轮传递转矩，N·mm；K为载荷系数；z1为小齿轮齿数；YF为齿形系数。六、齿面接触疲劳强度计算为避免齿面发生点蚀，应限制齿面的接触应力。齿面接触应力的计算是以两圆柱体接触时的最大接触应力为基础进行的。将b=ψa·a

代入上式，可得齿面接触强度设计方式式中，

H为齿面接触应力，MPa；[

H]为齿轮材料的许用接触应力，MPa；图10-25两圆柱体接触时的接触应力第八节

斜齿圆柱齿轮传动1．斜齿圆柱齿轮的形成及啮合特性2．斜齿圆柱齿轮的几何参数和尺寸计算3．斜齿圆柱齿轮的当量齿数4.斜齿圆柱齿轮的强度设计一、斜齿圆柱齿轮的形成及啮合特性由于斜齿轮的轮齿是倾斜的，同时啮合的轮齿对数比直齿轮多，故重合度比直齿轮大。图10-28斜齿轮齿廓曲面的形成二、斜齿圆柱齿轮的几何参数和尺寸计算1.螺旋角一般用分度圆柱面上的螺旋角β表示斜齿圆柱齿轮轮齿的倾斜程度。即斜齿轮的螺旋角是指分度圆柱上的螺旋角，一般为8°～20°。2.模数和压力角因p=πm,故法向模数mn和端面模数mt之间的关系为mn=mtcosβ3.斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算由斜齿轮齿廓曲面的形成可知，斜齿轮的端面齿廓曲线为渐开线。从端面看，一对渐开线斜齿轮传动相当于一对渐开线直齿轮传动，故可将直齿轮的几何尺寸计算方式用于斜齿轮的端面。二、斜齿圆柱齿轮的几何参数和尺寸计算3.斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算表10-6标准斜齿圆柱齿轮传动的参数和几何尺寸计算三、斜齿圆柱齿轮的当量齿数加工斜齿轮时，铣刀是沿着螺旋线方向进给的，故应当按照齿轮的法向齿形来选择铣刀。式中，z为斜齿轮的实际齿数。图10-31斜齿轮的当量齿轮由式（10-30）可知，斜齿轮的当量齿数总是大于实际齿数，并且往往不是整数。四、斜齿圆柱齿轮的强度设计

图10-32轮齿上的作用力1.轮齿上的作用力如图10-32所示，作用在斜齿圆柱齿轮轮齿上的法向力Fn可以分解为三个互相垂直的分力，即圆周力Ft，径向力Fr和轴向力Fa。由图12-32b可得三个分力的计算方式。2．强度计算（1）轮齿弯曲强度计算斜齿轮轮齿的弯曲应力是在轮齿的法面内进行分析的，方法与直齿圆柱齿轮中所述的方法相似。因为斜齿轮啮合时重合度较大，同时啮合的轮齿对数较多，而且轮齿的接触线是倾斜的，有利于降低斜齿轮的弯曲应力，因此斜齿轮轮齿的抗弯能力比直齿轮高。考虑到斜齿轮的上述特点，可得斜齿轮轮齿弯曲强度的校核方式和设计公式式中，mn为斜齿轮的法面模数，计算出的数值应按表10-1选取标准值；齿形系数YF应根据当量齿数zv由图10-23查得，齿轮许用弯曲应力[

F]的确定方法与直齿轮相同，其余各参数的意义和单位同前述。（2）齿面接触强度计算斜齿轮传动除了重合度较大之外，还因为在法面内斜齿轮当量齿轮的分度圆半径增大，齿廓的曲率半径增大，而使斜齿轮的齿面接触应力也较直齿轮有所降低。因此斜齿轮轮齿的抗点蚀能力也较直齿轮高，由于上述特点，可得一对钢制标准斜齿轮传动齿面接触强度的校核公式和设计公式。第九节直齿锥齿轮传动一、直齿锥齿轮传动的特性二、直齿锥齿轮的齿廓曲线、背锥、当量齿轮三、直齿锥齿轮传动的几何尺寸计算四、直齿锥齿轮强度计算1.用途

用于传递两相交轴之间的运动和动力。一般轴交角一般为∑=90o。圆锥齿轮传动振动和噪声都比较大，一般应用于速度较低的传动中。2.锥齿轮的齿形特点

轮齿分布在圆锥体的表面上，对应圆柱齿轮中的各“圆柱”都将变成“圆锥”，如分度圆锥、基圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥等。圆锥齿轮的轮齿由大端至小端逐渐收缩，不同端面上的齿形是不一的，参数也不同。大端参数为标准值。任意端面上齿廓曲线均为球面渐开线。轮齿有直齿、斜齿和曲齿等形式之分。

①②③④一、直齿锥齿轮传动的特性一、直齿锥齿轮传动的特性分度圆锥角:齿轮的分度圆锥母线与轴线所夹的角。大、小锥齿轮的分度圆锥角分别用

和表示。一对圆锥齿轮的啮合传动相当于一对节圆锥进行纯滚动。

圆锥齿轮传动的传动比为如果∑=900，

。做背锥将锥齿轮大端齿形投影在背锥上将背锥展成扇形齿轮将缺口补齐成圆形齿轮。二、直齿锥齿轮的齿廓曲线、背锥、当量齿轮1.背锥与锥齿轮大端球面在分度圆处相切。图中圆锥。2.当量齿轮

与锥齿轮大端齿形十分接近的直齿圆柱齿轮。可用于代替圆锥齿轮使问题简化。3.当量齿数

当量齿轮的齿数。

当量齿轮的参数与锥齿轮大端参数完全相同。

如何构造当量齿轮？1.配对条件2.

轮齿种类等顶吸收缩齿：顶隙由大端至小端相等，润滑状况改善。正常收缩齿：顶隙从大端至小端逐渐收缩。小端润滑差。3.几何尺寸三、锥齿轮的参数及几何尺寸计算3.

标准直齿圆锥齿轮几何尺寸计算公式（轴交∑=900）四、直齿锥齿轮强度计算1．直齿圆锥齿轮轮齿上的作用力图10-36直齿圆锥齿轮受力分析Ft=Fr=Fttan

cos

Fa=Fttan

sin

2．直齿圆锥齿轮强度计算直齿圆锥齿轮传动的强度计算与直齿圆柱齿轮传动基本相同。由前述可知，直齿圆锥齿轮传动的强度可近似地按齿宽中部处的当量直齿圆柱齿轮的参数与公式进行计算。（1）齿面接触强度的校核公式和设计公式（2）齿根弯曲强度的校核公式和设计公式式中，mm为平均模数，mm=me(1-0.5ψR)；YF为齿形系数，按当量齿数zv由图10-23查取。由mm可求出me，并圆整为标准值。第十节齿轮的结构齿轮的结构有锻造、铸造、装配式及焊接或齿轮等结构形式，具体的结构应根据工艺要求及经验公式确定。当齿顶圆直径与轴径接近时，应将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴，如图10-37所示。图10-37齿轮轴第十节齿轮的结构当齿顶圆直径d。≤500mm时，一般选用锻造齿轮(图10-38)当d>500mm时，一般选用铸造齿轮(图10-39)图10-39铸造齿轮结构图10—38锻造齿轮结构第十节齿轮的结构对于大型齿轮(d>600mm),为节省贵重材料，可用优质材料做的齿圈套装于铸钢或铸铁的轮心上，如图10-40所示。图10-40装配式齿轮

第十节齿轮的结构对于单件或小批量生产的大型齿轮，可做成焊接式齿轮结构，如图10-41所示。图10-41焊接式齿轮第十一节齿轮传动的润滑半开式及开式齿轮传动，或速度较低的闭式齿轮传动，可采用人工定期添加润滑油或润滑脂进行润滑。闭式齿轮传动通常采用油润滑，其润滑方式根据齿轮的圆周速度v而定，当v≤12m/s时可用油浴式（图10-42a），大齿轮浸入油池一定的深度，齿轮转动时把润滑油带到啮合区。齿轮浸油深度可根据齿轮的圆周速度大小而定，对圆柱齿轮通常不宜超过一个齿高，但一般亦不应小于10mm；对圆锥齿轮应浸入全齿宽，至少应浸入齿宽的一半。多级齿轮传动中，当几个大齿轮直径不相等时，可采用隋轮的油浴润滑（图10-42b）。当齿轮的圆周速度v>12m/s时，应采用喷油润滑（图10-42c），用油泵以一定的压力供油，借喷嘴将润滑油喷到齿面上。第十二节蜗杆传动概述

一、蜗杆传动及特点

二、蜗杆传动的类型

一、蜗杆传动的特点1.传动比大，结构比较紧凑。动力传动中单级传动比=10～8，

分度机构中传动比

可达1000。2.传动平稳，冲击、噪声小。3.相对速度较大，效率较低，摩擦磨损较严重，不适用于大功率长期连续工作。4.为防止或减轻磨损及胶合，常用青铜等贵重金属制造蜗轮，成本高。5.为了避免过热，需要良好的润滑条件和散热装置。6．反行程自锁，如铸工车间运铁水包的升降机构。二、蜗杆传动的类型蜗杆传动

圆柱面蜗杆圆弧面蜗杆圆锥面蜗杆阿基米德圆柱蜗杆法向直廓蜗钢渐开线蜗杆(a)圆柱面蜗杆传动(b)环面蜗杆传动(c)锥面蜗杆传动蜗杆传动的类型通常根据蜗杆形状和加工方法分类。第十三节蜗杆传动的正确啮合条件中间平面：对于两轴线垂直交错的阿基米德圆柱蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。在中间平面内蜗杆蜗轮的啮合传动相当于渐开线齿轮与齿条的啮合传动。正确啮合条件为：第十四节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、模数、压力角二、蜗杆头数、涡轮齿数和传动比三、蜗杆直径系数和导程角四、蜗杆传动的几何尺寸计算五、蜗杆传动的滑动速度六、蜗杆转动方向的判定1．模数和压力角

2.蜗杆头数（齿数），蜗轮齿数由传动比并考虑效率来选定。一般为=1~4。①传递运动，要求传动比大，取小值。②传递动力，取大值，传动效率和承载能力高；太多，蜗杆加工困难。蜗轮齿数应根据传动比和选取。不宜大于80。123传动比3．蜗杆直径系数

和导程角

为了限制蜗轮滚刀的数目并有利于标准化，规定了蜗杆分度圆直径的系列值，即将蜗杆直径系数

标准化。1234.蜗杆传动的几何尺寸计算45五、蜗杆传动的滑动速度如图10-46所示，蜗杆传动即使在节点C处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动。设蜗杆的圆周速度为v1,蜗轮的圆周速度为v2,vi和v2方向呈90°夹角，而使齿廓之间产生很大的相对滑动，相对滑动速度v,为图10-47蜗杆传动的滑动速度45六、蜗轮转动方向的判定1.判断蜗轮或蜗杆的旋向

右手定则(图10-47):

手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋；反之则为左旋。452.判断蜗轮的回转方向

左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，用四指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表蜗杆轴线，则拇指所指方向的相反方向即为蜗轮上啮合点的线速度方向。第十五节蜗杆传动强度计算一、蜗杆传动的主要失效形式由于蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，故失效常发生在蜗轮齿上，因此轮齿强度计算是针对蜗轮进行的。蜗杆传动的相对滑动速度大，因摩擦引起的发热量大、效率低，故主要失效形式为胶合，其次是点蚀和磨损。第十五节蜗杆传动强度计算二、受力分析

蜗杆传动各分力的方向可以按圆柱齿轮相同的方法确定，但应注意蜗杆和蜗轮各分力方向之间的关系：图10-50蜗杆与蜗轮的作用力三、蜗杆传动的强度计算1．蜗轮齿面的接触强度计算蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，以蜗杆蜗轮在节点处啮合的相应参数代入赫芝公式，可得青铜或铸铁蜗轮轮齿齿面接触强度的校核公式：而设计公式为第十六节蜗杆传动的材料和结构一、蜗杆传动的材料

蜗杆一般用碳素钢或合金钢制造。对于高速重载的蜗杆，可用15Cr、20Cr、20CrMn'Ti和20MnVB等，经渗碳淬火至硬度为56~63HRC,也可用40、45、40Cr、40CrNi等经表面淬火至硬度为45~50HRC。对于不太重要的传动及低速、中载蜗杆，常用45、40等钢经调质或正火处理，硬度为220~230HBW。

蜗轮常用铸造锡青铜、铸造铝铁青铜或灰铸铁制造。锡青铜用于滑动速度v,>3m/s的重要传动，常用牌号有ZCuSn10P1和ZCuSn6Zn6Pb3;铝铁青铜一般用于v,≤6m/s的传动，常用牌号为ZCuAl10Fe3;灰铸铁用于滑动速度v,≤2m/s的不重要传动，常用牌号有HT150和HT200等。近年来，随着塑料工业的发展，也可用尼龙或增强尼龙来制造蜗轮。二、蜗杆和蜗轮的结构图10-51蜗杆的结构形式图10-52蜗轮的结构形式第十七节蜗杆传动的效率、润滑和散热一、蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动工作时，功率的损耗有三部分：轮齿啮合损耗、轴承摩擦损耗和箱体内润滑油搅动的损耗。所以闭式蜗杆传动的总效率为：

=

1

2

3

式中：1为考虑轮齿啮合损耗的效率；2为考虑轴承摩擦损耗的效率；3为考虑搅油损耗的效率。上述三部分效率中，最主要的是轮齿啮合效率1，当蜗杆主动时，1可近似按螺旋副的效率计算，即

二、蜗杆传动的润滑由于蜗杆传动的相对滑动速度vs大，效率低，发热量大，因此必须注意蜗杆传动的润滑；否则会进一步导致效率显著降低，并会带来剧烈的磨损，甚至产生胶合。蜗杆传动的润滑方法和润滑油粘度可参考表10-12。表10-12蜗杆传动润滑油粘度及润滑方法三、蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动的效率较低，工作时将产生大量的热。若散热不良，会引起温升过高而降低油的粘度，使润滑不良，导致蜗轮齿面磨损和胶合。所以对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。在闭式传动中，热量由箱体散逸，要求箱体内的油温t和周围空气温度t0之差Δt不超过允许值，即式中P1为蜗杆传递功率，kW；

为传动效率；

s为散热系数，通常取s=10~17W/（m2·℃）；A为散热面积，m2；

为温差允许值，一般为60~70℃。第十八节轮系概述轮系——由一系列齿轮组成的传动系定轴轮系周转轮系混合轮系行星轮系差动轮系平面轮系空间轮系

分类一、轮系的分类（一）定轴轮系

轮系在运转过程中，如果每个齿轮的几何轴线位置相对于机架的位置均固定不动，则称该轮系为定轴轮系。

轮系运转时，如果至少有一个齿轮的轴线位置相对于机架的位置是变动的，则称该轮系为周转轮系。

行星轮系差动轮系（二）周转轮系

组成

①中心轮（太阳轮）1、3②行星轮2③系杆H（也称行星架）

在机械传动中，常将由定轴轮系和周转轮系或由两个以上的周转轮系构成的复杂轮系称为混合轮系。

复合轮系（三）混合轮系二、传动比

三、从动轮转动方向

轮系的传动比是指轮系中首、末两构件的角速度之比。一般在计算传动比大小的同时，还要说明从动件的转向。一、定轴轮系传动比的计算齿轮1、2的传动比大小为：转向的确定：a)外啮合的圆柱齿轮传动b)

内啮合的圆柱齿轮传动c)锥齿轮传动d)蜗杆传动

第十九节轮系的传动比计算92定轴轮系传动比的计算平面定轴轮系传动比的计算对于平面定轴轮系，其转向关系可用两种方法确定：1、计算法：在传动比的计算结果前加上正号或负号，表示齿轮转向相同或相反的方法。2、箭头法：直接在轮系传动图中标注箭头的方法。标注同向箭头的齿轮转动方向相同，标注反向箭头的齿轮转动方向相反，规定箭头指向为齿轮可见侧的圆周速度方向。一、定轴轮系的传动比1.传动比大小的计算输入轴与输出轴之间的传动比为:轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为：一、定轴轮系的传动比一般定轴轮系的传动比计算公式为：齿轮4对传动比没有影响，但能改变从动轮的转向，称为惰轮或中介轮。惰轮95一、定轴轮系的传动比主、从动轮的转向关系的确定外啮合——“-”1212(1)、轴线互相平行的轮系内啮合——“+”m-外啮合齿轮的对数(2)空间定轴轮系锥齿轮蜗杆传动右旋蜗杆以右手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指向的相反方向为啮合点处蜗轮的线速度方向。ω

无论是平面定轴轮系还是空间定轴轮系，从动轮的转向均可用标注箭头的方法来确定。

若首、末两轮轴线平行，则式的齿数比前写出正、负号；若首、末两轮轴线不平行，则齿数比前不能写正、负号，只需将从动轮的转向用箭头画在图上即可。用右手定则实例分析100例在图示定轴轮系中，已知Z1=18，Z2=54，Z2′=16Z3=32，Z3=2（右旋），Z4=40，n1＝3000r/min，转向如图。求蜗轮的转速，并判断其转向。解±？==25r/min=转向如图二、

周转轮系的传动比计算

轴线位置不固定的齿轮绕本身的几何轴线作自转，同时又绕构件H的轴线作公转，称为行星轮；

直接与行星轮2相啮合且轴线位置固定的齿轮1、3称为中心轮或太阳轮；

支持并带动行星轮转动的构件H，叫行星架，又称转臂或系杆。周转轮系一般由三种构件组成：行星轮、中心轮、行星架。102按自由度数目分差动轮系2行星轮系1（2）分类103F=3×n-2PL-PHF1=3×3-2×3-2=1F2=3×4-2×4-2=2自由度表示原动件的数目。周转轮系与定轴轮系的区别：周转轮系的转化轮系,根据相对运动原理，若给定整个周转轮系一个(-nH)的反转运动之后，所转化得到的定轴轮系，就称为原周转轮系的转化轮系或转化机构。因此，周转轮系的传动比就可以通过对其转化轮系传动比的计算来进行。转动的行星架，故周转轮系的传动比不能用定轴轮系的来计算。

a）原周转轮系b)原周转轮系的转化轮系构件名称原周转轮系中各构件的角速度转化机构中各构件的角速度系杆ＨwＨ中心轮１中心轮３计算该转化机构（定轴轮系）的传动比：输入轴输出轴第27页/共46页2．周转轮系的传动比计算转化轮系中，齿轮1对齿轮3的传动比

一般表达式为：说明1）.该式只适应于G、K、H的轴线互相平行的情况。

2）.齿数比前面的“

”号应根据转化轮系中G、K两轮的转向关系来确定，转向相同时用“+”号；转向相反时用“

”号。

3）.3．行星轮系的传动比

当一个中心轮固定时，只需把固定中心轮的转速代入零即可，从而得到行星轮系的传动比计算式。

5）．周转轮系中轮的转向确定

周转轮系中，轮的真实转向只能根据计算结果来确定，而不能画箭头来判断。

若nk=0，则4）．计算时要带正负号例：图示轮系中已知z1＝100，z2＝101,z2’＝100,z3＝99，求iH1

解：iH13＝(n1-nH)/(0-nH)＝101×99/100×100∴i1H＝1-iH13结论：系杆转10000圈时，轮1同向转1圈。又若Z1=100,z2=101,z2’=100,z3＝100，结论：系杆转100圈时，轮1反向转1圈。=1-i1H=z2z3/z1z2’iH1＝1/i1H=10000

i1H＝1-iH1H＝1-101/100iH1＝-100

Z2

Z’2HZ1Z3=－1/100,

图示圆锥齿轮组成的轮系中，已知：z1＝30，z2＝40,z2’＝45,z3＝60,n1=300r/min,n3=100r/min,试求n1与n3转向相同及n1与n3转向相反时nH

的大小及方向。

齿轮1、3方向相反解:判别转向：(转化轮系)n1与n3转向相同，n1＝300，n3＝100n1与n3转向相反，n1＝－100，n3＝300三、复合轮系的传动比计算

对于复合轮系，既不能将其视为单一的定轴轮系来计算其传动比，也不能将其视为单一的周转轮系来计算其传动比。

唯一正确的方法是将它所包含的定轴轮系和周转轮系部分分开，并分别列出其传动比的计算式，然后进行联立求解。

因此，复合轮系传动比的计算方法及步骤可概括为：1）正确划分轮系；2）分别列出算式；3）进行联立求解。方法：复合轮系中可能有多个周转轮系，而一个基本周转轮系中至多只有三个中心轮。剩余的就是定轴轮系。计算传动比的方法：轮系分解的关键是：将周转轮系分离出来。先找行星轮→系杆（支承行星轮)→中心轮（与行星轮啮合）计算举例例:如图所示的轮系中，设已知各轮齿数z1＝20，z2＝40,z2′＝20,z3＝30，z4＝80

，试求传动比i1H。解：1）划分轮系齿轮1-2组成定轴轮系部分；齿轮2

-3-4-H组成周转轮系部分。2）计算各轮系传动比定轴轮系部分(1)周转轮系部分轮系的传动比3）将（1）、（2）联立求解(2)负号表明齿轮1和系杆H转向相反第36页/共46页轮系的功用1．实现分路传动2．实现大传动比传动Z2

Z’2Z1Z3HiH1＝1/i1H=10000

系杆转10000圈时，轮1同向转1圈。3．实现变速变向传动4．实现大功率传动两组轮系传动比相同，但是结构尺寸不同5．实现运动的合成与分解运动输入运动输出解:iH1＝nH

/n1i14＝(n1-nH

)/(n4-nH

)

＝1-n1

/nH

＝-Z2Z4/Z1Z3

＝1-i1HH

iH1＝nH

/n1＝1/i1H＝0.5

i1H

＝1-(-99×101/100×100)＝1.9999例:如图所示的周转轮系中，已知各轮齿数为Z1=100,Z2=99,Z3=100,Z4=101

，行星架H为原动件，试求传动比iH1＝？

用画箭头法标出转化轮系中各构件的转向关系，如图所示。

表示行星架H与齿轮1的转向相同。

例:如图所示周转轮系。已知Z1=15,Z2=25,Z3=20,Z4=60,n1=200r/min,n4=50r/min,且两太阳轮1、4转向相反。试求行星架转速nH及行星轮转速n3。解：1.求nH

n1-

nH

n4-

nHi14HZ2Z4Z1Z3nH=-25/3r/min表示行星架与齿轮1转向相反。

2.求n3:(n3=n2)

n1-

nH

n2-

nHi12HZ2Z1n2=-50r/min=n3本章总结1.了解齿轮传动的基础知识；2.了解了齿轮的几何尺寸计算；3.了解蜗杆传动的条件；4.蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算；5.了解轮系的类型、基本概念及用途；6.了解轮系的传动比计算。第11章连接联接的分类动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。静联接可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。例如：螺纹联接、键联接。不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的联接。例如：铆接、焊接等。本章只讨论可拆联接。

在机械制造中，联接是指被联接件与联接件的组合。被联接件有轴与轴上零件、箱体与箱盖等。联接件又称紧固件，如螺栓、螺母、销等。11.1螺纹一、螺纹的形成d2螺旋线：将一倾斜角为ψ的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。螺纹：一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹

大径（D）

螺纹的公称直径。

小径（D1）

用于强度计算。

中径(D2)

用于几何尺寸计算。

线数

也称头数，螺纹的螺旋线数目。

=l，2，3，4，

=l，自锁性好，用于联接；

=2，3，4效率高，用于传动。

螺距螺纹相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。

导程

螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。

升角

在中径圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。

牙型角

螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。

牙型斜角

轴向剖面内，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型，。2、基本参数二、常用的螺纹牙型、特点及应用梯形螺纹结构：牙形角＝特点：效率较高、牙根强度较大、工艺性好应用：用于传动

矩形螺纹结构：牙形角＝性能：效率较高、牙根强度小、工艺性差应用：用于传动

矩齿形螺纹结构：工作面的牙型斜角为3°

非工作面的牙型斜角为30°性能：效率较高、牙根强度较大、工艺性好应用：用于单向传动

结构：牙形角＝特点：联接紧密，内外螺纹无间隙应用：密封性要求较高的场合

管螺纹结构：牙形角＝性能：自锁性好,牙根强度高，工艺性好应用：用于联接

三角形螺纹三、螺纹联接的类型和螺纹联接件普通螺纹联接的类型2.双头螺柱联接3.螺钉联接4.紧定螺钉联接1.螺栓联接

常用的螺纹联接件有：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫片等。这些零件都是标准件，结构、形状、尺寸都制定有国家标准，设计时可根据有关标准选用。常见螺纹联接件圆螺母带翅垫片垫圈六角螺母紧定螺钉螺钉双头螺柱常见螺纹联接件图六角头螺栓1.螺栓联接

在被联接件上开有通孔，被联接件孔中不加工螺纹。结构简单，装拆方便，使用时不受被联接件材料的限制，应用极

广

。

普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接

①普通螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度低，成本低，应用最广。②铰制孔用螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精确定位，能承受横向载荷被联接件需钻孔、铰孔，成本高。2.双头螺柱联接3.螺钉联接3.螺钉联接

被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被联接件的螺钉孔中。

适用于载荷较轻，且不经常装拆的场合。

螺钉联接双头螺柱联接2.双头螺柱联接

用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被联接件联接起来,被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方。4.紧定螺钉联接

利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。四、螺纹联接的预紧和防松预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之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F0。预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。1、概述

对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。四、螺纹联接的预紧和防松1．螺纹联接的预紧

拧紧的目的②防松方法

1.摩擦防松（保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩）

对顶螺母，弹簧垫圈。结构简单、使用方便。

2.机械防松（在联接中加入其它机械元件)

开口销、止动垫圈，串联铁丝等。

适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。3.永久防松粘、铆、焊等。2．螺纹联接的防松

限制螺旋副的相对转动；以防止联接的松动，影响正常工作。1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度①防松的实质对顶螺母防松自锁螺母防松弹簧垫圈防松1.摩擦防松止动垫片防松2.机械防松串联钢丝防松

焊接铆冲3.不可拆卸防松11.2螺纹联接的强度计算概述1．松螺栓联接强度计算2．紧螺栓联接强度计算①只受预紧力的紧螺栓联接②既受预紧力又受轴向工作拉力的紧螺栓联接③受横向载荷的铰制孔用螺栓联接1、概述步骤：根据失效形式和相应的强度计算准则，计算螺纹小径d1或光杆直径d0

，按标准选取公称直径d。失效形式失效形式受剪螺栓失效部位失效分析及计算准则受拉螺栓静载荷下，失效形式主要为螺纹牙的塑性变形和断裂。变载荷下，失效形式为应力集中处的疲劳断裂。满足螺栓的拉伸强度条件。

计算准则螺杆或通孔孔壁的压溃或螺杆被剪断。计算准则满足螺栓的挤压强度和剪切强度条件。

安装时，不受力。工作时，轴向拉伸。如右图。1．松螺栓联接强度计算为螺纹小径，mm；螺栓材料的许用拉应力，MPa。起重钓钩末端螺栓联接螺栓受由预紧力产生的拉应力M10～M64普通螺纹的钢制螺栓，可取

①只受预紧力的紧螺栓联接

螺栓材料为塑性，根据第四强度理论可求出计算应力得强度条件为结论：扭转的影响可用增大拉伸力的30％来考虑，不再单独考虑扭矩。

紧螺栓联接装配时，螺母需要拧紧拧紧力矩T螺栓受螺纹副间的摩擦力矩产生的扭转剪应力（危险截面）由此可得（摩擦副的当量摩擦角）②既受预紧力又受轴向工作拉力的紧螺栓联接工作前（预紧力F0

）载荷及变形情况

螺栓伸长量λb，被联接件压缩量λm

工作时（工作拉力）载荷及变形情况

螺栓总伸长量为λb＋λb

被联接件剩余变形量为λm－λm，

且

λm＝

λb＝

λ剩余预紧力为F1

螺栓中总拉力

F2=F0+F=F1

+F螺栓危险截面的拉伸强度条件为对于有密封性要求的联接，一般联接，工作载荷稳定时：工作载荷不稳定时：挤压强度条件剪切强度条件③受横向载荷的铰制孔用螺栓联接

螺栓所受的工作剪力；螺栓剪切面的直径(可取螺栓孔的直径)；螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度；螺栓或孔壁材料的许用挤压应力；螺栓材料许用剪切应力。例1如图11-11示，一钢制液压油缸，已知油压p=1.6N/mm2，D=160mm，采用8个4.8级螺栓，试计算其缸盖联接螺栓的直径和螺栓分布圆直径D0

。螺纹传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。

传动形式：

a)螺杆转螺母移

b)螺杆又转又移（螺母固定）——用得多

c)螺母转螺杆移

d)螺母又转又移（螺杆固定）——用得少11.3螺纹传动一、螺旋传动的类型和特点螺旋传动按其用途，受力情况不同，可分为以下三种类型:1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋用途：传递动力，以小转矩产生大轴向力，要求自锁特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁2）传导螺旋——机床进给丝杠用途：传递运动，要求有较高精度特点：速度高、连续工作、精度高3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。

（机床卡盘，压力机，车床尾座的调整螺旋）用途：调整和固定零件间的相互位置特点：是受力较小且不经常转动这些螺旋传动一般采用梯形螺纹，单向受力也可采用锯齿形螺纹。特点：结构简单，运转平稳无噪音，便于制造，易于自锁，但传动效率低，摩擦和磨损大。二、滚动螺旋传动机构摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高。缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。

螺纹：矩形，梯形，锯齿形螺杆上螺旋副数目：单螺旋传动；双螺旋传动一、滑动螺旋传动机构1、单螺旋传动机构1）螺杆又转又移（螺母固定）(传力螺旋)螺旋千斤顶，螺旋式压力机。要求强度和自锁性能滑动螺旋滚动螺旋静压螺旋螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：2）螺杆转螺母移

(传导螺旋)传递运动，要求精度和效率（多线螺纹）2、双螺旋传动机构（调整螺旋）螺杆上有不同螺距的螺纹，分别与两个螺母组成两个螺旋副螺杆又转又移，螺母一个固定另一移动1）差动螺旋传动机构（微调机构）两个螺旋副旋向相同2）复式螺旋传动机构（快速调整或移动）两个螺旋副旋向相反滑动螺旋特点：优点：构造简单、传动比大，工做连续，传动平稳、加工方便、工作可靠、承载能力高、传动精度高、易于自锁。缺点：磨损快、寿命短，摩擦损耗大，传动效率低（30~40%）传动精度低。循环球式转向器工作过程11.4键联接一、键联接的类型和结构

1.平键联接工作面为侧面，结构简单，拆装方便，对中性好，不能承受轴向力。

①普通平键②导向键与滑键

2.半圆键联接

3.楔键

4.切向键二、平键的选择和平键联接的强度计算三、花键联接普通平键1.普通平键圆头（A型）方头（B型）

用于静联接，按键端形状分为三种

单圆头（C型）导向键联接滑键联接导向键与滑键用于动联接2.半圆键联接工作面圆头楔键联接

平头楔键联接

钩头楔键联接

3.楔键工作面为上下两面，靠摩擦传动，适用于对中精度要求低的静载。4.切向键

两楔键挤压后的上下面为工作面，沿轴的切线方向楔紧；只能传递单方向扭矩。适用于大载荷，对中要求不严的场合。二、平键的选择和平键联接的强度计算1.选择①根据联接的结构特点、使用要求和工作条件选择键的类型。②根据轴的直径从标准中选出键的截面尺寸b×h③根据轮毂宽度确定键的长度L，导向平键按滑动距离确定L

。2.失效形式

①静联接：工作面被压溃②动联接：工作面过度磨损。3.校核计算①静联接：挤压强度

②动联接：工作面压强三、花键联接1．花键联接的特点

承载能力高，对轴的削弱小，应力集中小，定心好，导向性能好，加工需专用机床，成本高。常用于汽车、拖拉机和机床中需换挡的轴毂联接中。2．花键联接的类型和结构3、强度计算主要失效形式：压溃、磨损（动联接）一般进行挤压强度或耐磨性计算。①矩形花键联接小径定心。定心精度高，稳定性好，常用于中、轻载情况下。②渐开线花键联接齿形定心，有自动平衡定心功能，各齿均匀受载。承载能力大、使用寿命长、定心精度高、工艺性好，宜用于载荷大、尺寸也较大的联接。花键联接的类型和结构图11.5其他联接一、销联接1.用途定位销:用来固定零件之间的相对位置。联接销:组合加工和装配时的重要辅助零件。安全销：安全装置中的过载剪断元件。2.基本形式①普通圆柱销②普通圆锥销③带螺纹的圆锥销④开尾圆锥销⑤小端带外螺纹圆锥销二、过盈联接

销联接图定位销安全销联接销

开尾圆锥销

带螺纹的圆锥销二、过盈联接1.概念过盈联接是利用零件间的过盈配合形成的联接，其配合表面常为圆柱面。2.装配方法压入法、温差法或液压等方法装配。3.工作原理靠配合面间的压力产生的摩擦力传递转矩或轴向力。4.特点结构简单,定心性好,承载能力高,承受变载和冲击的性能好,还可避免零件因开键槽而被削弱。缺点是配合面加工精度要求较高,装拆不便。

12.1轴一、轴的用途及分类二、轴设计的主要内容三、轴的材料和热处理

四、转轴的初算直径

五、轴的结构设计六、轴的强度计算

一、轴的用途及分类1.用途2.分类②按轴线形状可分为曲轴、直轴和钢细软轴。③按传递载荷分为心轴、传动轴和转轴。心轴：只承受弯矩；不受转矩。传动轴：只承受转矩；只承受弯矩。

转轴：既受弯矩又受转矩。①按轴的外形分为光轴、阶梯轴、空心轴和实心轴。①支撑回转零件（如如卷筒、齿轮、皮带轮、联轴器等）。②传递转矩。心轴、光轴固定心轴转轴轴图钢细软轴曲轴二、轴设计的主要内容1.设计内容：结构设计和工作能力计算。2.设计步骤材料选择估算最小直径

结构设计（合理地确定轴的结构形式和尺寸，保证轴上零件顺利拆、装和调整、精确定位、使轴受力合理及具有良好的加工工艺性等是轴结构设计的重要内容）

强度校核、刚度（重要轴）校核，高速下稳定性校核绘制零件图。不合格不合格不合格三、轴的材料和热处理1.对轴材料的性能要求

①具有足够的强度；

②对应力集中敏感性小；

③良好的加工工艺性和经济性。2.

轴的常用材料轴的常用材料为碳素钢、合金钢。

①碳索钢价格便宜，对应力集中敏感性小，应用最广。如45调制。

②合金钢机械强度高，热处理性能好，淬火性好。如40Cr40CrNi，