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鄭凱悅 201021010133 郭鵬偉 201021010115 陳緒高 201021010120,過程裝備基礎(chǔ),組 員:,現(xiàn)有一平鍵連接的齒輪和軸,問題: 1. 試為齒輪與軸選擇合適的材料和熱處理方法 2. 分析平鍵的受力,如何校核鍵的強度,1. 齒輪材料及熱處理,2. 軸的材料及熱處理,3. 連接的材料選擇及處理,4. 平鍵的受力分析,強度校核,一. 齒輪,1. 定義 : 輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機械元件。 2. 失效形式 : 齒輪折斷 、齒面磨損 、齒面點蝕 、齒面膠合。 3. 齒輪的材料:,45號鋼,中碳合金鋼,鑄鋼,低碳合金鋼,鑄鐵,選材時考慮:,工作條件、載荷性質(zhì)、經(jīng)濟性、制造方法等。,齒輪毛坯鍛造選可鍛材料;鑄造選可鑄材料。,金屬材料,非金屬材料,調(diào) 質(zhì),正 火,表面淬火,滲碳淬火,表面氮化,軟齒面。,改善機械性能,增大強度和韌性。,硬齒面。,接觸強度高、耐磨性好、可抗沖擊。,配對齒輪均采用軟齒面時:,小齒輪受載次數(shù)多,故材料應(yīng)選好些,熱處理硬 度稍高于大齒輪(約3040HBS)。,4.齒輪的熱處理:,a.調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼。例如45、40Cr、 35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220260HBS。因硬度不 高,故可在熱處理以后精切齒形,且在使用中易于跑合。,b.正火 正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切 削性能。機械強度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直 徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。,c.表面淬火,一般用于中碳鋼和中碳合金鋼,例如45鋼、40Cr 等。表面淬火后輪齒變形不大,可在不磨齒的情況下達到 7級精度,齒面硬度可達5256HRC。由于齒面接觸強度 高,耐磨性好,而齒芯部未淬硬仍有較高的韌性,故能承 受一定的沖擊載荷。表面淬火的方法有高頻淬火和火焰淬 火等。,d.滲碳淬火 滲碳鋼為含碳量0.15%0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼,例如20、20Cr等。滲碳淬火后齒面硬度可達5662HRC,齒面接 觸強度高、耐磨性好,而齒芯部仍保持有較高的韌性,常用于受 沖擊載荷的重要齒輪傳動。通常滲碳淬火后變形較大,需要磨齒,e.表面氮化 滲氮是一種化學(xué)熱處理。滲氮后不再進行其他熱處理, 齒面硬度可達6062HRC。因氮化處理溫度低,齒的變形 小,因此適用于難以磨齒的場合(例如內(nèi)齒輪)。氮化層一般 不厚且較脆,故不宜用于有沖擊的場合。常用的滲氮鋼為 38CrMoAlA。,二. 軸,1.定義 : 軸(shaft)是穿在軸承中間或車輪中間或 齒輪中間的圓柱形物件,但也有少部分是方型的。 承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機 械零件。一般為金屬圓桿狀,各段可以有不同的直徑。機 器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。 2.軸的分類 : a .受載情況:心軸、傳動軸、轉(zhuǎn)軸,b.結(jié)構(gòu)形狀不同:直軸(光軸,階梯軸)、曲軸。,3.軸的材料 : a.碳素鋼 常用材料:35、45、50 最常用材料:45 常用熱處理:正火或調(diào)質(zhì)處理,40Cr、35SiMn、45MnB,b.合金鋼,低碳合金鋼:20Cr、20CrMnTi,中碳合金鋼:,調(diào)質(zhì)處理,滲碳 淬火+低溫回火,常用材料:QT600-3、QT800-2,c.球墨鑄鐵,應(yīng)用:曲軸,特點:成本低廉、強度較高、吸振性較好、 應(yīng)力集中的敏感性較低和易切削等 優(yōu)點,但鑄件品質(zhì)不易控制、可靠 性稍差。,4.軸材料的選擇,考慮因素: 1.軸的強度、剛度及耐磨性要求; 2.軸的熱處理方法及機加工工藝性的要求; 3.軸的材料來源和經(jīng)濟性等。,5.軸的熱處理,軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。 碳鋼比合金鋼價格低廉,對應(yīng)力集中的敏感性低,可 通過熱處理改善其綜合性能,加工工藝性好,故應(yīng)用最廣,一般用途的 軸,多用含碳量為0.250.5%的中碳鋼。尤其是45號鋼,對于不重要或 受力較小的軸也可用Q235A等普通碳素鋼。 合金鋼具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能,但對應(yīng)力集中比較 敏感,且價格較貴,多用于對強度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、 20CrMnTi等低碳合金鋼,經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性;20CrMoV、 38CrMoAl等合金鋼,有良好的高溫機械性能,常用于在高溫、高速和重 載條件下工作的軸。,注意:,由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多,因此當(dāng)其他條件相同時,如想通過選用合金鋼來提高軸的剛度是難以實現(xiàn)的。 低碳鋼和低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火,可提高其耐磨性,常用于韌性要求較高或轉(zhuǎn)速較高的軸。 球墨鑄鐵和高強度鑄鐵因其具有良好的工藝性,不需要鍛壓設(shè)備,吸振性好,對應(yīng)力集中的敏感性低,近年來被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。只是鑄件質(zhì)量難于控制。 軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻,強度較好,因此,重要的大尺寸的軸,常用鍛造毛坯。,三. 連接時選材及熱處理,1.選材考慮:,工作條件 載荷性質(zhì) 經(jīng)濟性 制造方法,2. 材料及熱處理方法,四. 平 鍵,1. 定義 : 矩形或方形剖面而厚度、寬度不變的鍵。 2.平鍵的受力分析及圖解,平鍵連接的受力情況,3.平鍵連接的強度校核,鍵的材料采用強度極限B600MPa的碳素鋼,通常用 45鋼。當(dāng)輪轂用非鐵金屬或非金屬材料時,鍵可用20或Q235鋼。鍵的截面尺寸應(yīng)按軸徑d從鍵的標(biāo)準(zhǔn)中查取;鍵的長度L可參照輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取。必要時應(yīng)迸行強度校核(見表10-9)。 平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰和磨損(對于動聯(lián)接)。除非有嚴(yán)重過載,一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。 設(shè)載荷為均勻分布,由圖10-38可得平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件,表10-9:,課程簡介:,過程裝備主要是指過程工業(yè)生產(chǎn)工藝過程中所涉及的典型裝置和設(shè)備,是實現(xiàn)過程工業(yè)生產(chǎn)的硬件設(shè)施。 從生產(chǎn)工藝的整體性考慮,一般稱為裝置,如合成氨裝置;從局部或具體的情況考慮時,一般稱為設(shè)備,如塔設(shè)備。,第一篇: 過程裝備力學(xué)基礎(chǔ),本篇介紹在“過程裝備”設(shè)計中所應(yīng)用的工程力 學(xué)方面的基本理論和基本知識。 包括彈塑性理論的有關(guān)內(nèi)容、圓板理論、旋轉(zhuǎn)薄 殼理論,機械振動,疲勞設(shè)計, 斷裂力學(xué)等。,第二篇: 工程材料,本篇主要介紹: 1.工程材料的分類 2.材料的基本性質(zhì),第三篇: 機械設(shè)計基礎(chǔ),機械設(shè)計基礎(chǔ)是以一般機械中的常用機構(gòu)和通用 零件作為研究對象,分析它們的工作原理、運動特性、 結(jié)構(gòu)形勢以及設(shè)計和計算方法。本篇包括螺紋連接、帶 傳動及鏈傳動、齒輪傳動及蝸桿傳動、軸與軸承、輪系 及減速器等內(nèi)容。,第四篇: 壓力容器及壓力管道,通常把承受一定壓力的密閉殼體稱為壓力容器; 各 種壓力容器之間都需要管道連接,這些管道大多為壓 力管道。 本篇主要學(xué)習(xí)壓力容器及壓力管道的設(shè)計、制 造、使用與管理。,第五篇:過程裝備概論,本篇主要學(xué)習(xí)常用設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原 理和工程應(yīng)用,根據(jù)生產(chǎn)實際需要進行合理選 和結(jié)構(gòu)設(shè)計,并能借助資料進行必要的工程計算。,收獲:通過本課程的學(xué)習(xí),使我們懂得了理論與方法的有機結(jié)合;在不破壞基本理論的系統(tǒng)性、嚴(yán)肅性前提
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