机械基础(李世维)第七章

第七章机械传动机械传动与常用机构一样，都是起传动的作用。常用机构改变运动的形式，如将转动改变成移动或摆动。而机械传动只起改变转动的速度大小或转动的方向。常见的机械传动有带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、齿轮系。§7-1带传动一、带传动的类型、特点1.带传动的组成主、从动带轮和传动带。靠带与带轮之间接触面的摩擦力来传递运动和动力，属于利用中间挠性件的摩擦运动。2.带传动的类型（1）平带传动如图7－1所示。见实物§7-1带传动（2）V带传动如图7－2所示。见实物。（3）同步带传动如图7－3所示。见实物。§7-1带传动3.带传动的特点和应用（1）特点优点传动平稳，能吸收振动、无噪声，过载能打滑起保护作用。缺点不能保证准确的传动比。（2）应用一般安装在与电机直接相连接的传动轴上。相同条件下V带传递功率是平皮带的3倍左右，因此V带应用最广。如汽车发动机、数控车床的进给电机传动。§7-1带传动§7-1带传动二．V带与带轮的结构1.V带结构如图7－5所示。根据传递功率大小，分为Y、Z、A、B、C、D、E七号，Y、Z型号的皮带断面较小，常用于家用电器上。依次为A、B、C、D、E,随着皮带断面形状逐渐变大，传递的功率也相应变大。V带做成环形的密封整体，不能断开调整长度，国家已制定标准的基准长度系列，使用中应按标准进行选择。§7-1带传动2．带轮材料、结构（1）带轮材料工业上常用带轮材料为HT150铸铁。具有强度足够、易于加工、价格便宜的特点；在低速或轻载中常用工程塑料或铝合金，如洗衣机的大带轮选用工程塑料，小带轮用铝合金、铁板冲压制成。（2）带轮结构如图7－6、7所示。§7-1带传动轮槽的结构与带相配合使用，在中性层处的尺寸相同。当d小于150mm时，选用实心式。如图7－8所示。当d等于150－450mm时，选用腹板式。如图7－9所示。当d大于450mm时，选用椭圆轮辐式。如图7－10所示。§7-1带传动带传动时，带在小轮中的弯曲变形较大，内侧受压缩变形。为了保证带与带轮槽充分的接触，产生足够的摩擦力，将V带的楔角做成40°，而带轮的楔角依型号和小带轮直径的变化而变化，分别为32°、34°、36°和38°四种。§7-1带传动三、带传动的失效形式1．打滑当载荷超过带传动所能传递的动力时带在带轮上打滑。2．疲劳撕裂摩擦带的疲劳磨损产生撕裂是另一种失效形式。四、带传动的紧边与松边为了增大传动的接触摩擦角，获得最大的传递动力，要求带传动的下面为紧边，上面为松边。五、带传动的传动比带传动的传动比为：i=n1/n2=d2/d1例7－1主动轮的转速与从动轮的转速之比，也等于从动轮的基准直径与主动轮的基准直径之比。传动比一般小于3。§7-1带传动六、V带传动的张紧、安装和维护1.带的张紧（1）调整中心距如图7－11所示。（2）安装张紧轮如图7－12所示。§7-1带传动2.安装和维护（1）新旧带不能一起使用注意选择相同型号和规格的内周长带安装在同一带轮上。（2）在装卸V带先调近两带轮的中心矩，可方便地将带拆卸或安装，后调整两轮中心矩。如果不调整两轮中心矩，强将带从带轮上撬下来，一定先把带从大轮上撬下来；安装时应先把带套在小轮上，再将带盘上从动轮，应注意不能用手直接操作，防止将手夹在带与带轮之间。§7-1带传动（3）带在带轮上的张紧要符合10-15mm的压下要求，如图7－13所示。过松不能传递足够的摩擦力和扭矩，过紧将会增大压轴力，加大对轴承的径向载荷。如果是滑动轴承，将加剧磨损。如洗衣机皮带太松，水流缓慢，衣服洗不净；如果皮带过紧，波轮轴很快过度磨损产生中间漏水。§7-1带传动（4）轮槽对正，轴线平行如图7－14所示。轮槽与带的型号一致，如图7－15所示。§7-2链传动一、链传动的组成与特点1.链传动的组成主动链轮、从动链轮和链条组成。如图7－16所示。§7-2链传动2.链传动的种类常用的有套筒滚子链和齿形链，前者应用较广泛。按用途分成起重链、牵引链和传动链。§7-2链传动4．链传动的特点平均传动比准确；能在高温、潮湿等条件下工作；但有噪音。二．链传动的传动比链传动的传动比等于为主动轮的转速与从动轮的转速之比i=n1/n2，也等于从动轮的齿数与主动轮的齿数之比。i=n1/n2=z2/z1。§7-2链传动例7－2三、链传动的安装与维护1.链传动的安装（1）两轴平行，链轮同平面，如图7－20所示。§7-2链传动（2）链条张紧紧边在上，松边在下。太松易掉链，会产生振动；太紧会影响传动。可用张紧轮张紧，如图7－21所示。（3）两链轮轴心线连线与水平线夹角小于45度。（4）安装防护罩。§7-2链传动2．链传动的维护定期注油，如图7－22所示。§7-2链传动四、套筒滚子链的标记链条为标准件，其标记为链号及节数。如某链条为代号为10A－60GB/T1243－2006。表示10号链，节距可查标准为15.87毫米，共有60节。7-3齿轮传动一、齿轮传动的结构与特点1.齿轮传动的结构如图7－23所示，齿轮传动由主动齿轮、从动齿轮和机架组成。靠齿面直接啮合来传递运动。§7-3齿轮传动2.齿轮传动的类型如图7－24所示，常用为外啮合直齿圆柱齿轮传动、内啮合直齿圆柱齿轮传动、齿轮齿条传动等。按两轴位置之间相互关系可分为三种类型：（1）两轴相互平行的圆柱齿轮传动；（2）两轴相交的圆锥齿数传动；（3）两轴交错的蜗杆蜗轮传动。7-3齿轮传动7-3齿轮传动7-3齿轮传动7-3齿轮传动7-3齿轮传动7-3齿轮传动3.齿轮传动的特点齿轮的轮廓齿形按渐开线曲线制作，具有许多特点：（1）传动比恒定无论任何瞬时传动，传动比都达到完全准确。（2）具有寿命长，传递功率大。（3）制造比较复杂，成本较高。由于齿轮传动具有其他传动不可比拟的优点，在工业上得到了广泛的应用。二、渐开线齿轮1.渐开线齿轮齿廓曲线如图7－25所示。7-3齿轮传动2.渐开线齿轮的各部份名称如图7－26所示。名称苻号，见表7－2。7-3齿轮传动3.直齿圆柱齿轮的主要参数齿数z模数m见表7－3压力角a=207-3齿轮传动齿顶高系数h=1顶隙系数c=17-3齿轮传动主要参数表示决定齿轮几何尺寸的值，首先要区分参数和几何尺寸两者的概念。模数是主要参数中的最重要表示量，从分度圆的长度计算推出，即:周长由于值是无理数，为了便于计算和测量，用模数代入上式，即得m为一系列标准值，即使分度圆的值成为一个比较整齐的数值。见表7－3。4．齿轮的结构及材料（1）齿轮的结构按齿轮外径分：7-3齿轮传动齿轮轴如图7－29所示。齿根圆到键槽底部距离小于(2～2.5)m。实体齿轮如图7－30所示。d小于200mm。腹板式齿轮如图7－31所示。d＝200～500mm。轮幅式齿轮如图7－32所示。d大于500mm。7-3齿轮传动7-3齿轮传动(2)齿轮的材料常用中碳钢和中碳合金钢锻造而成。锻钢d小于500mm。当表面硬度小于350HBW时，称软齿面齿轮；当表面硬度大于350HBW时，称硬齿面齿轮。铸钢当直径大于500毫米而不方便锻造时，采用铸钢或灰铸铁。铸铁用于低速、轻载。非金属用于高速、轻载。如办公机械。5.传动比与基本几何尺寸计算公式传动比i=n1/n2=z2/z1基本几何尺寸计算公式见表7－4。7-3齿轮传动课堂练习；例7－3．已知一对标准直齿圆柱齿轮的齿数为23和49，齿轮模数为8，试计算以下几何尺寸？解：计算中发现两个齿轮的齿数是质数，只能被本身和1才能除尽的数，为何不取整齐的数，如20、40呢？如果一对齿轮其中至少一个是质数，第1个齿轮的第1个齿在啮合的过程中将轮流和第2个齿轮的每一个齿啮合,第2、第3及以后的每个齿也是一样.轮流啮合将会延长齿轮使用寿命，让每个齿都有机会去承担不同的载荷，不会使载荷总是集中在少数固定的单一齿对中。7-3齿轮传动例7－2已知某个旧齿轮需要更换，已测得齿轮的外圆直径为102mm,齿数Z1＝18，两轮中心矩a=121mm，请计算除齿轮的主要参数和几何尺寸。解：依尺寸计算公式，得6．圆柱齿轮的正确啮合传动的条件m1=m2=m7-3齿轮传动7．加工切削（1）切削方法7-3齿轮传动7-3齿轮传动7-3齿轮传动（2）根切现象与最少齿数根切现象如图7－36所示。最少齿数z当齿数小于17时，需要变位。如图7－37所示。7-3齿轮传动三．齿轮的失效形式失效的形式有5种，但以折断和齿面点蚀为常见。1.轮齿折断如图7－38所示。2.齿面疲劳点蚀如图7－39所示。3.齿面胶合如图7－40所示。7-3齿轮传动4.齿面磨损如图7－41所示。5.齿面塑性变形如图7－42所示。7-3齿轮传动四、齿轮传动的精度齿轮的加工是一刀切削成形，精度的差别不可能超过2级。用传递运动的准确性，传递运动的平稳性，载荷分布的均匀性等三项精度和齿侧间隙四项指标表示。如8－8－7GMGB/T10095-20087-3齿轮传动五、齿轮的装配与检测1．齿轮的装配2．齿轮的检测运动精度百分表测径向和端面跳动。接触精度涂色法。齿侧间隙压铅法和打表法。7-3齿轮传动六、齿轮传动的润滑润滑是减少摩擦磨损的有效方法。闭式传动夏天选用L-CKB320润滑油，冬天选用L-CKB220润滑油。俗称30号和20号机油。开式传动选用脂润滑，如常用的钙钠基润滑脂，呈微黄色，俗称黄油。7-3齿轮传动浸油1～2齿浸油轮喷油7-4蜗杆传动一、蜗杆传动的结构与特点1.蜗杆传动的结构由蜗杆、蜗轮和机架组成。如图7－47所示。7-4蜗杆传动2.蜗杆传动的类型圆柱形和圆弧形，如图7－48所示。7-4蜗杆传动3.蜗杆传动的特点（1）传动比大。蜗杆转动一圈，蜗轮才转过一个齿（2）两轴相错成90°。（3）只能蜗杆带动蜗轮，蜗轮不能带动蜗杆，传动具有自锁性。（4）和蜗轮的接触为圆弧面，接触面积大，属于滑动摩擦，因此摩擦发热严重。（5）常用的蜗杆是阿基米德蜗杆7-4蜗杆传动7-4蜗杆传动二、蜗杆传动的基本参数1.模数m和压力角a2.蜗杆分度圆直径d见表7－5。3.导程角如图7－53所示。tan=4.蜗杆的直径系数qq=mq5.齿顶高系数hh=1、顶隙系数cc=0.2mm7-4蜗杆传动三、蜗杆蜗轮的材料蜗杆常用45钢调质或中碳合金钢经过热处理。蜗轮选用铸造锡青铜，耐磨性好而又抗胶合性强的。不重要的蜗轮可以选用铸铁材料。四、蜗杆蜗轮的结构蜗杆作成蜗杆轴，如图7－54所示。蜗轮作成整体式或组合式。如图7－55所示。7-4蜗杆传动五、蜗杆传动的传动比与几何尺寸计算1.蜗杆传动的传动比7-4蜗杆传动i=n1/n2=z2/z12.蜗杆传动的几何尺寸计算引入中间平面的概念，通过蜗杆的轴线又垂直于蜗轮轴线的平面将蜗杆传动截开，得到蜗杆的轴面和蜗轮的端面相当于齿条和齿轮的啮合传动，得出蜗杆的轴面参数与蜗轮的端面参数相等的结论。它是几何尺寸计算的依据。见表7－6。3.蜗轮转向的判断应用左、右定则方法。如图7－56所示。4.正确啮合的条件除了模数和压力角相等外，蜗杆的导程角和蜗轮的压力角必需相等。7-4蜗杆传动六、蜗杆的失效形式及维护1.失效形式齿面胶合、疲劳点蚀、磨损和轮齿折断。2.蜗杆传动的润滑摩擦发热大，选用粘度大、亲和力大润滑油。同时选用必要的散热泠却方法，如加风扇、通泠却水等强制泠却，保证润滑的效果。见表7－7所示。7-4蜗杆传动3.蜗杆传动的散热7-5齿轮系与减速器一、齿轮系的组成与类型1.齿轮系的组成由多对齿轮传动组合而成的齿轮传动系统，称为齿轮系。如图7－59所示7-5齿轮系与减速器2.齿轮系的类型（1）定轴轮系如图7－60、61所示，所有的齿轮轴线在传动中都是固定不动的。7-5齿轮系与减速器（2）行星轮系如图7－62所示，所有的齿轮轴线在传动中至少有一个齿轮轴线是不断变化的。7-5齿轮系与减速器二、齿轮系传动的特点1.能获得大的传动比2.可实现变速和变向传动如汽车速度的变化和转向变化,如图7－63、64所示。7-5齿轮系与减速器三、定轴轮系传动比的计算以图7－5为例，推导出定轴轮系传动比的计算公式。注意：要使学生能读懂简图的含义，并用汽车的四级变速箱为例分别计算出四种不同的转速。分析四种不同传动路线，得出四种不同的传