Lesson 6 皮带、离合器、制动器和链条

　　皮带、离合器、制动器和链条是利用摩擦作用在机器组成上的一个例子，皮带提供一种方便的方式，用来传递从一根轴到另一根轴上的动力。通常，有必要使皮带降低马达高速旋转的速度，来降低机械设备所需的花费。当轴需要经常连接和拆开的时候，就需要用到离合器。制动的作用使机械能转化为热量。摩擦设备的设计取决于必须用到的摩擦系数值的不确定性。链轮在平行轴之间传递动力能提供一个方便和有效的方式。

　　人造纤维和橡胶V带广泛用来进行动力传送。V带有两种系列：标准V带和高负荷V带。带的其他种类可用于动力传递的目的。同步带上的齿可以使轴与轴之间实现完全同步。

　　当设计V带驱动的时候，计算两种或三种带和带轮的不同布局所带来的费用差异，用来确定哪种布局所花费用最少，这种方法是一个很好的方案。各种V带制造厂的目录包含很多有用的信息。

　　V带在动力传递领域中是一个很重要的组成。经过各种制造厂不断的改进提高，需要时不时修正负荷的数值。通常设计师被当前广告的印刷品所影响，尤其是他想期望使用的带的牌子。要考虑前述的发展，方法是显示比如通过弯曲、离心力作用和动力传递，如何影响带的疲劳寿命。

　　离合器是一个用来使从动轴与位于同一轴线上的主动轴进行快速和顺利的连接或脱开的装置。离合器通常放置在到机器的输入轴和从驱动电动机的输出轴之间，为启动和停止机器提供一个方便的方式，而且允许启动马达或发动机以空载运行。

　　电动机里的轮子有转动惯性，需要扭矩，使电动机从启动运行到正常工作的速度。如果电动机的轴与具有很大转动惯量的负载刚性地连接在一起，当合上开关使电动机突然启动时，有可能在电动机没有来得及足够的扭矩，使电动机轴达到应有的转速之前，电动机内的线圈就会因为过大的电流而被烧毁。在电动机和负载轴之间的离合器限制电动机启动扭矩只是用来加速轮子和离合器的零件。在一些机床上，通过离合器，能很方便地驱动电动机不停地运转和启动、停止机床。

　　制动器和离合器很相似，除了其中一根轴被固定的元件所代替。制动器的功能就是吸收能量（那就是，把动能和势能转化为摩擦热）和在没有破坏的持续高温下散热。离合器也可以吸收能量和散热，但以低速率进行。使用制动器（或离合器）地方通常持续一个周期，做好快速散热到周围空气的准备。对于间歇的操作，零件的热容量能存储更多的热量，然后经过很长的周期散热。设计制动器和离合器的零件必须避免这种要不得的热量压力和热量的扭曲。

　　在摩擦面之间单位面积上所产生热的速率等于正压力，摩擦系数和摩擦速度三者的乘积。制动和制动材料的里料制造商引导化验和累积经验，以便他们能达到PV实验上的数值（正常压力次数和摩擦速度），和在摩擦表面的单位面积动力，摩擦表面是适当明确了制动的设计，制动材料的里料和服务情况的类型。

　　链传动集中了皮带和齿轮驱动的一些优点。对于任意实际轴的距离，链传动能提供任意速率。他们超过齿轮主要的优势是链传动能以任意中心距来工作。和带传动相比较，链传动的优点是强制（无滑动）传动，因此具有更大的传递动的能力。另一个优点是单条的链传动，以不同的速度，甚至能同步运动，不但能驱动两根轴，而且能驱动多根轴。主要应用在输送带系统、农业机械设备、纺织机械和摩托车。

　　最简单的链传动的形式，包括两个任意大小的链轮和一个链环。带有外部齿形的链轮以便它们能安装到驱动链上。齿形有很多齿组成。在最近的汽车应用领域里，通过修改齿的形状和/或大小来降低噪音。

　　链传动可以应用在一定精确的范围内，从优质链传动到普通链传动的.范围内。普通链的成本低，主要用于额定功率在40KW以下的非关键性的传动中。与之相反，优质链传动被设计用于高速和传递大功率的场合。

Lesson 7 紧固件和弹簧

　　紧固件是将一个零件与另一个零件连接的零件。因此，几乎所有的设计都要用到紧固件。人们对任何产品的满意程度不仅取决于所选的零件，还取决于它们连接的方式。紧固件为产品设计提供以下特征：

　　（1） 为检查和维修提供拆卸的方便为由很多组件组成的组合设计提供方便。（2）组合设计有助于制造和运输。

　　紧固件有3种主要分类，如下所示： （1）可拆式的。采用这种紧固件连接的零件很容易被拆开，而且不会对紧固件造成损伤。例如普通的螺栓螺母连接。

　　（2）半永久式的。采用这种紧固件连接的零件虽然被拆开，但是已经对紧固件产生一定的损坏。例如开口销。

　　（3）永久式的。当使用这种紧固件时，永远都不能拆开。例如铆钉和焊接。

　　对于一个特定的应用，选择紧固件时需要考虑以下的因素： 主要的功能、外观。

　　大量的小型紧固件和小量的大型紧固件的确定（如螺栓） 操作环境，比如振动，负载和温度 拆卸的频率 零件位置的可调性 连接件的材料类型 紧固件失效和松动的后果。

　　通过复杂的产品，都可以意识到紧固件的重要程度。例如在汽车，是由成千上万的零件连接在一起得到一辆汽车的。单个紧固件的失效或松落都能导致简单的障碍，例如门发出咔吱响或者严重的故障例如车轮脱落。在特定应用场合，选择紧固件的类型时，需要考虑到这些可能性。

　　在外载荷作用下，弹簧是一个能产生相对大的弹性变形的机械零件。指出变形和负载成正比关系的胡克定律表明了弹簧的基本性能。然而，一些弹簧在负载和变形之间不是成正比的关系的。弹簧的重要性和应用如下所述：

　　（1）控制机构运动。这类应用占弹簧应用的主要部分，如在离合器和制动器中起操纵力的作用。弹簧也用来保持凸轮和从动件的连接。

　　（2）缓冲和减振。这类应用包括汽车悬架系统弹簧和缓冲弹簧。

　　（3）储存能量。这类应用于钟、摄像机和割草机。很多停车计费使用弹簧装置来实现计时功能。

　　（4）测量力的大小。用来称重量是最普遍的用途。

　　大部分的弹簧用钢制造，但是也有用硅青铜，黄铜和铜铍合金制造而成。弹簧通常由专业从事生产的厂家完成。圆柱螺旋弹簧是最常用的一种；扭杆和板弹簧也经常应用。对于圆柱螺旋弹簧，如果弹簧丝直径小于8mm，通常用冷拔钢丝或者由回火钢丝通过冷卷法制成。如果弹簧丝直径较大，采用热轧钢筋卷制弹簧。

　　选择弹簧，尤其是遇到重载、高温、需要承受交变应力或者需要具有抗腐蚀性的时候，应该向弹簧制造厂家进行咨询。为了正确选择弹簧，应该对弹簧的各种使用要求，包括空间限制进行全面研究。有许多不同种类的专用弹簧可以满足一些特殊要求或用途。