平鍵連接軸和齒輪.ppt

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