第四章 机械传动与

第四章机械传动与常用机构制药机械的组成部分•制药机械由三部分组成动力部分为机械提供动力源，交流电动机，转速为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min执行部分直接完成生产所需的工艺动作传动部分将动力部分的功率和运动传递给执行部分的中间环节，把高速运动变成低速运动，把连续运动变成间歇运动，把小转矩变成大转矩传动部分的分类•机械传动、液力传动、电力传动和磁力传动。其中机械传动最为常见•机械传动可分为摩擦传动依靠构件的接触面的摩擦力来传递动力和运动的，如带传动啮合传动依靠构件间的相互啮合传递动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动推动螺旋推动机构、连杆机构、凸轮机构等带传动•带传动是由两个带轮（主动轮和从动轮）和一根紧绕在两轮上的传动带组成，靠带与带轮接触面之间的摩擦力来传递运动和动力的一种挠性摩擦传动。传动带的分类•按截面的形状分为平带、V形带（三角带）、圆形带等带传动特点•优点：（１）具有良好的弹性，能起吸振缓冲作用，因而传动平稳，噪音小；（２）过载时，带与带轮会出现打滑，防止其它零件损坏；（３）结构简单，成本低，加工和维护方便；（４）、适用于两轴中心距较大的传动。•缺点：（１）外廓尺寸较大，结构不够紧凑；（２）由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比；（４）带的寿命较短，一般2000～3000小时；（５）摩擦损失较大，传动效率较低，一般平带传动为0.94～0.98，Ｖ带传动为0.92～0.97V形带•结构由包布、顶胶、抗拉体、底胶等部分组成，按抗拉体结构可分为绳芯Ｖ带和帘布芯Ｖ带两种。帘布芯Ｖ带，制造方便，抗拉强度好；绳芯Ｖ带柔韧性好，抗弯强度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。V形带轮•在一般机械传动中，应用最为广泛的是Ｖ带传动。Ｖ带的横截面呈等腰梯形，传动时，以两侧为工作面，但Ｖ带与轮槽槽底不接触。在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，这是Ｖ带传动性能上的最大优点。V形带轮•带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成•轮缘指带轮的外圈环形部分V形带两侧面的夹角为40°轮槽楔角应为32°、34°、36°、38°.•轮毂指带轮的内圈环形部分•轮辐指轮缘和轮毂间的相连部分，根据轮辐结构的不同分为辐板式、轮辐式和实心式V形带轮•带轮材料多采用灰铸铁，牌号一般选用HT150或HT200，也可选用钢或非金属材料（塑料、木材）。•铸铁带轮允许的最大圆周速度为25m/s，速度更高时，可采用铸钢或钢板冲压而成。塑料带轮的重量轻，摩擦系数大，常用于机床中。带传动的失效形式•打滑由于过载。带在带轮上打滑而不能正常转动•带的疲劳破坏带在变应力条件下工作，当应力的循环次数达到一定值时，带将发生损坏，如脱层、撕裂和拉断带的张紧装置•定期调整带传动的中心距来张紧带。调整时，用调节螺钉改变电动机的位置，然后用螺栓固定电动机。主要适用于水平或近似水平布置的带传动。带的张紧装置•通过机座绕固定轴转动使带张紧，适合垂直或近似垂直的传动。•装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电机与摆架的自重实现自动张紧带的张紧装置•通过调节压在皮带松边的张紧轮，达到张紧目的。V带传动用张紧轮装置时，张紧轮应安装在带松边内侧，尽量靠近大轮，防止因张紧造成小轮包角过小，而且也避免带的反向弯曲。V带传动的使用与维护•安装Ｖ带前应减小两轮中心距，然后再进行调紧，不得强行撬入。工作时，带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的Ｖ型槽的对称平面应重合，误差不得超过20′。在同一平面内，以免传动时加速带的磨损或从轮槽中脱出。•胶带不宜与酸、碱、矿物油等介质接触，也不宜在阳光下曝晒，以防带迅速老化变质，降低带的使用寿命。•定期检查胶带。如有一根损坏应全部换新带，不能新旧带混合使用，否则会引起受力不均而加速新带的损坏。•为了保证安全生产，带传动要安装防护罩。同步齿形带传动•无滑动，能保证正确的传动比,且较高10•初拉力较小，轴和轴承上所受的载荷小•带的厚度小，单位长度的质量小，允许的线速度较高40m/s•带的柔性好，所用带轮的直径可以较小。链传动•链传动的组成•由主动轮、从动轮和绕在链轮上的链条组成。•靠链条与链轮之间的啮合来传递两平行轴之间的运动和动力，属于具有啮合性质的强迫传动。链传动的特点•能保证准确的平均传动比。•作用在轴上的压力较小。•能在高温、油污等恶劣环境工作。•不能保证瞬时传动比恒定，有冲击和噪音。•链传动的传动比i≤8，中心距a≤5~6m，传递功率P≤100KW，圆周速度v≤15m/s，传动效率闭式=0.95~0.98，开式0.9～0.93链条•常用链条有滚子链、套筒链、齿形链•滚子链由内链板，外链板，销轴，套筒和滚子组成。链条•滚子链可做成多排，排数越多，传动能力越大。链轮•链轮的齿形应保证链节能平稳而自由的进入和退出齿合，并便于加工•小直径的链轮为实心•中等直径的链轮为孔板式•大直径的链轮为组合式，组合式链轮齿圈磨损后可更换链轮•链轮应有足够的接触强度和耐磨性•小齿轮的齿数多，所以要求的材质比大齿轮高•材质为Q235、Q237、45、ZG310-570、HT200、重要的齿轮可使用合金钢如12Cr、40Cr、35CrMo链传动的失效形式•链的疲劳破坏•链条绞链的磨损•链条多次冲击破断•链条过载拉断•铰链胶合•链轮齿廓的磨损及塑性变形链传动布置链传动张紧装置•增大两轮的中心距•用张紧装置张紧齿轮传动•齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。•按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动齿轮传动圆柱齿轮传动•用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转／分，圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.96～0.99。•直齿轮传动适用于中、低速传动。•斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。•人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动•圆柱齿轮传动的啮合形式有3种:•外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；•内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；•齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。齿轮的工作条件•开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑。•半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭。•闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，•齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。齿轮传动•基本要求是其瞬时角速度之比（传动比）必须保持相对的恒定•传动平稳就是要求齿轮传动的瞬时传动比不变，否则当主动轮以等角速度回转时，从动轮的角速度为变量，因而产生惯性力，就产生了附加动载荷，从而引起冲击、振动和噪声。故齿轮传动要满足一定的规律，即齿廓啮合基本定律齿轮传动•齿廓啮合基本定律：为保证齿轮传动的瞬时传动比恒定不变，则两轮不论在何处接触，过接触点所作两轮的公法线必须与两轮的连心线交于一定点。定点Ｃ称为节点，分别以Ｏ1、Ｏ2为圆心，过节点Ｃ所作的两个相切的圆称为节圆。N1N2称为啮合线，啮合线与两节圆公切线之间的夹角α′称为啮合角。•根据齿廓啮合定律制出的齿廓曲线有渐开线、摆线和圆弧线三种。其中渐开线齿廓易于制造，便于安装，应用最为广泛。直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮•1、齿数ZP*Z=周长=π*d•2、模数mm=P/π•3、分度圆压力角α标准值200•4、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*齿轮轮齿的失效形式•轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断齿轮轮齿的失效形式•在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现不同的磨损形式。例如当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而至报废。这种磨损称为磨粒磨损齿轮轮齿的失效形式•点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料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齿轮轮齿的失效形式•对于高速重载的齿轮传动（如航空发动机减速器的主传动齿轮），齿面间的压力大，瞬间温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合齿轮材料•常用材料为锻钢、铸钢、铸铁。•齿面硬度HB＜350常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB•齿面硬度HB＞350，常用材料：45、40Cr、40CrNi•齿面硬度高HRC＝48-55，接触强度高，耐磨性好。常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo齿轮结构•当齿轮的齿根圆到键槽底面的距离e很小，如圆柱齿轮e≤2.5mn，圆锥齿轮的小端e≤1.6m，为了保证轮毂键槽足够的强度，应将齿轮与轴作成一体，形成齿轮轴齿轮结构•对于齿顶圆直径da≤500mm时，可采用辐板式结构，以减轻重量、节约材料。通常多选用锻造毛坯，也可用铸造毛坯及焊接结构。•对于齿轮直径da500mm时，采用轮辐式结构。受锻造设备的限制，轮辐式齿轮多为铸造齿轮。蜗杆传动•蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成•蜗杆传动用以传递交错轴间的运动和动力交错角一般为90°•一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆传动特点•传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用Z1表示（一般Z1=1~4），蜗轮齿数用Z2表示。从传动比公式I=Z2/Z1可以看出，当Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中取传动比I=5-83；•蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。•发热量大，齿面容易磨损，成本高。蜗杆传动特点•传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的•具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。•蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。功率在50到60之间。平面连杆机构•平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。•各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。•最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。平面四杆机构•全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构•机构的固定件4称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄1。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆3。1A423CBD曲柄摇杆机构•在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。双曲柄机构•两连架杆都是曲柄（整周转),主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转双曲柄机构•两连架杆都是曲柄（整周转),主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转双曲柄机构双摇杆机构•特点：两连架杆都是摇杆（摆动）双摇杆机构平面四杆机构的演化•转动副转化成移动副平面四杆机构的演化•对心曲柄滑块机构，e为0.平面四杆机构的演化•偏置曲柄滑块机构，e为偏距自动送盒机构•曲柄滑块机构选取不同构件为机架•曲柄摇杆机构中选取不同构件为机架•曲柄滑块机构变换构件形态•曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构，称为移动导杆机构。摆动导杆机构•将此机构中的杆状构件2做成块状，将3做成杆状构件，被称为摆动导杆，此机构