電子教案機(jī)械基礎(chǔ)(第4版)電子教案5.常用機(jī)械傳動(dòng)裝置課件

1、02機(jī)械傳動(dòng)第二篇 機(jī)器是人類經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐創(chuàng)造出來的重要工具。利用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)可以減輕或代替體力勞動(dòng)，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，便于對生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格分工與科學(xué)管理，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家工業(yè)技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。 機(jī)器在工作時(shí)，靠其內(nèi)部的各種機(jī)構(gòu)和零部件來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)采用機(jī)械方式來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。在生產(chǎn)實(shí)際中，機(jī)械傳動(dòng)是一種最基本的傳動(dòng)方式。因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)總是通過各種機(jī)構(gòu)和零部件的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，所以本篇將對機(jī)械及機(jī)械傳動(dòng)的一些基本概念，常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和零部件的結(jié)構(gòu)原理、性能特點(diǎn)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的分析方

2、法等作必要的敘述。 本篇主要介紹“ 經(jīng)典傳動(dòng)” 如齒輪傳動(dòng)、帶輪傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等，然而“現(xiàn)代傳動(dòng)”隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展日趨完善，應(yīng)用越來越廣泛?！艾F(xiàn)代傳動(dòng)” 如數(shù)控機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，基本上取消了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，其機(jī)械結(jié)構(gòu)得到極大的簡化，為此，對現(xiàn)代傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹。封面頁 （設(shè)計(jì)好之后可以刪掉這個(gè)文本框哦） 第五章常用機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)械基礎(chǔ)高等教育出版社目錄CONTENTS帶傳動(dòng) 5鏈傳動(dòng) 52齒輪傳動(dòng) 53蝸桿傳動(dòng) 54復(fù)習(xí)題 51 帶傳動(dòng)5-15-1帶傳動(dòng) 一、帶傳動(dòng)的工作原理和傳動(dòng)比 （一）帶傳動(dòng)的組成及工作原理 帶傳

3、動(dòng)由主動(dòng)輪1、從動(dòng)輪2和張緊在兩輪上的封閉環(huán)形帶3組成（圖5-1）。由于帶的張緊作用，使帶與帶輪互相壓緊，帶與兩輪的接觸面就產(chǎn)生了正壓力。當(dāng)主動(dòng)輪（一般是小輪）回轉(zhuǎn)時(shí)，借助于摩擦力的作用將帶拖動(dòng)，而帶又拖動(dòng)從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)，這樣就把主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給了從動(dòng)軸。所以這種帶傳動(dòng)屬于摩擦型帶傳動(dòng)。圖5-1帶傳動(dòng)簡圖5-1帶傳動(dòng) （二）帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 對帶傳動(dòng)（圖5-1）而言，如果不考慮帶的彈性變形，并假定在帶輪上不發(fā)生滑動(dòng)，那么主、從動(dòng)輪的圓周速度是相等的，即 v1=v2若以D1、D2分別表示主、從動(dòng)輪的直徑，則 v1=D1n1 ，v2=D2n2 所以D1n1 =D2n2，由此可得根據(jù)傳動(dòng)比的定義，可

4、得帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式為式（5-1）表明，帶傳動(dòng)中的兩輪轉(zhuǎn)速與帶輪直徑成反比。5-1帶傳動(dòng) 二、帶傳動(dòng)的類型 按照橫截面形狀的不同，帶可分為平帶、 帶、圓帶、多楔帶、同步帶等多種類型。 （一）平帶傳動(dòng) 平帶（圖5-2a）由多層膠帆布構(gòu)成，其橫截面為扁平矩形，工作面是與帶輪表面相接觸的內(nèi)側(cè)面。平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，帶長可根據(jù)需要剪截后用接頭接成封閉環(huán)形。圖5-2帶傳動(dòng)的類型5-1帶傳動(dòng) （二）V帶傳動(dòng) V帶的橫截面為等腰梯形（圖5-2b），其工作面是帶的兩側(cè)面，帶與輪槽底不接觸。當(dāng)帶對帶輪的正壓力F和帶與帶輪間的摩擦因數(shù) 均相同時(shí)，V帶傳動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力要比平帶的大得多。因此，V帶傳動(dòng)的承載能力比平帶大

5、得多，或者說在傳遞相同功率時(shí)，V帶傳動(dòng)將得到較緊湊的結(jié)構(gòu)，而且V帶傳動(dòng)通常是多根帶并用，工作狀況好，因此應(yīng)用最為廣泛。 （三）圓帶傳動(dòng) 圓帶截面為圓形（圖5-2c），只能用于輕載儀器裝置。圖5-2帶傳動(dòng)的類型5-1帶傳動(dòng) （四）多楔帶傳動(dòng) 多楔帶相當(dāng)于多條V帶組合而成，工作面是帶楔的側(cè)面（圖5-2d），兼有平帶與V帶的特點(diǎn)，適用于傳遞動(dòng)力大且要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。 （五）同步帶傳動(dòng) 同步帶是帶齒的環(huán)形帶（圖5-2e），與之相配合的帶輪工作表面也有相應(yīng)的輪齒。工作時(shí)， 帶齒與輪齒互相嚙合，既能緩沖、吸振，又能使主動(dòng)輪和從動(dòng)輪圓周速度同步，保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。這種帶傳動(dòng)屬于嚙合型帶傳動(dòng)，但對制造與安裝

6、精度要求高，成本也較高。圖5-2帶傳動(dòng)的類型5-1帶傳動(dòng) 三、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng)；帶具有良好的彈性，可以緩沖、吸振，尤其V帶沒有接頭，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；當(dāng)機(jī)器過載時(shí)，帶就會(huì)在輪上打滑，能起到對機(jī)器的保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡單，制造與維護(hù)方便，成本低。 帶傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：外廓尺寸較大，不緊湊；由于帶的滑動(dòng)，不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；傳動(dòng)效率較低，帶的壽命較短；常需要張緊裝置。 根據(jù)上述特點(diǎn)，帶傳動(dòng)多用于兩軸中心距較大、傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格的機(jī)械中。一般帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)速比imax=7，功率P50kW，帶速v=525m/s，傳動(dòng)效率=0.90 0.96。生產(chǎn)中使用

7、最多用的是平帶和V帶。其中，平帶多用于高速、遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，其他場合大都使用V帶。5-1帶傳動(dòng) 四、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng) 傳動(dòng)帶是彈性體，受拉力后產(chǎn)生彈性伸長，并隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞過主動(dòng)輪進(jìn)入松邊時(shí)，由于拉力的減小，其彈性伸長量也相應(yīng)減小，帶相對于輪向后縮了一段，因而帶和帶輪面間局部出現(xiàn)相對滑動(dòng)，并使帶的速度落后于主動(dòng)輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪面間的局部相對滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)。隨著緊、松邊的拉力差的增大，當(dāng)帶的彈性滑動(dòng)區(qū)域擴(kuò)展至帶與帶輪的整個(gè)接觸面時(shí)即發(fā)生打滑。彈性滑動(dòng)也存在于帶與從動(dòng)輪面間，但情況相反，帶由松邊進(jìn)入緊邊，拉力增加，帶逐漸伸長，使帶的速度超前于從動(dòng)輪

8、的圓周速度。 彈性滑動(dòng)是不可避免的，是摩擦型帶傳動(dòng)工作時(shí)固有的特性。因?yàn)閹鲃?dòng)工作時(shí)要傳遞圓周力，帶的兩邊拉力必然不等，產(chǎn)生的彈性變形量也不同，所以必然會(huì)發(fā)生彈性滑動(dòng)。需要注意的是，打滑與彈性滑動(dòng)不同，打滑是由于過載引起的，是可以避免的。5-1帶傳動(dòng) 五、普通帶傳動(dòng) （一）V帶的結(jié)構(gòu)和型號(hào) V帶是一種無接頭的環(huán)形帶，其橫截面的結(jié)構(gòu)如圖 所示，一般由包布層（涂膠帆布）、伸張層（橡膠）、強(qiáng)力層（膠簾布或膠線繩）和壓縮層（橡膠）所構(gòu)成，V帶的工作拉力主要由強(qiáng)力層承受。圖5-3V帶的結(jié)構(gòu)5-1帶傳動(dòng) 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11544-2012，我國生產(chǎn)的普通V帶按照橫截面大小的不同，共分為Y、Z、A、B

9、、C、D、E七種型號(hào)。Y型V帶的截面積最小，E型的截面積最大。V帶的截面積愈大，壓縮層傳遞的功率也愈大。生產(chǎn)現(xiàn)場中使用最多的是Z、A、B三種型號(hào)。國家標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，V帶的節(jié)線長度（即橫截面形心連線的長度）為基準(zhǔn)長度，以Ld表示。普通V帶的基準(zhǔn)長度系列如表5-1所示。在進(jìn)行V帶傳動(dòng)的計(jì)算和選用時(shí)，可先按下列公式計(jì)算Ld的近似值Ld：式中： a主、從二帶輪的中心距； D1 、D2 主、從二帶輪的基準(zhǔn)直徑（與基準(zhǔn)長度Ld相對應(yīng)的帶輪直徑）。5-1帶傳動(dòng)表5-1普通 帶的基準(zhǔn)長度系列（摘自GB/T11544-2012） V帶的型號(hào)由帶型和基準(zhǔn)長度兩部分組成。例如，標(biāo)記為Z1420即表示基準(zhǔn)長度Ld為14

10、20mmm的Z 型V帶。5-1帶傳動(dòng) V帶可以分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶、大楔角V帶等多種帶型，以普通V帶應(yīng)用最廣。 V帶制成無接頭的環(huán)形。彎曲時(shí)，帶中長度和寬度均不變的一層稱為中性層，其寬度bp稱為節(jié)寬。V帶截面高度h和節(jié)寬的比值稱為相對高度。楔角為40、相對高度約為0.7的V帶稱為普通V帶，已標(biāo)準(zhǔn)化。普通V帶的截面尺寸見表5-2，其中Y型尺寸最小，只用于傳遞運(yùn)動(dòng)。表5-2 帶的截面尺寸（摘自GB/T11544-2012）5-1帶傳動(dòng) （二） 帶輪的結(jié)構(gòu)和材料 V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分構(gòu)成。帶輪的輪輻部分有實(shí)心、腹板、孔板和橢圓輪輻四種形式，圖5-4所示的帶輪為孔

11、板式輪輻。帶輪通常采用鑄鐵、鋼或非金屬材料制成。一般可采用HT150，重要時(shí)也可以采用HT200，高速時(shí)宜采用鋼制帶輪，速度可達(dá)45m/s。圖5-4V帶輪5-1帶傳動(dòng) 六、帶傳動(dòng)的張緊裝置 在帶傳動(dòng)中，帶由于長期受拉力作用，工作一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生塑性伸長，造成松弛，甚至不能工作。因此，帶傳動(dòng)應(yīng)設(shè)置張緊裝置，以保證帶在張緊狀態(tài)下工作。V帶傳動(dòng)常用的張緊裝置有以下兩種結(jié)構(gòu)： （一）調(diào)距張緊裝置 當(dāng)帶傳動(dòng)用于首級(jí)傳動(dòng)時(shí)多采用此種張緊方法，如圖5-5所示。其中圖5-5a、b為定期調(diào)整張緊裝置，當(dāng)帶需要張緊時(shí)，通過調(diào)整螺栓改變電動(dòng)機(jī)的位置，加大傳動(dòng)中心距，使帶獲得所需的張緊力。圖5-5a適用于兩軸中心連線

12、水平或傾斜不大的傳動(dòng)，圖5-5b適用于兩軸中心連線鉛垂或近于鉛垂方向的傳動(dòng)。圖5-5c是自動(dòng)張緊裝置，電動(dòng)機(jī)固定在擺架上，靠電動(dòng)機(jī)與擺架的自重實(shí)現(xiàn)張緊。自動(dòng)張緊裝置常用于中小功率的傳動(dòng)。圖5-5調(diào)距張緊裝置5-1帶傳動(dòng) （二）張緊輪張緊 當(dāng)中心距由于結(jié)構(gòu)上的限制不能改變時(shí)，可采用張緊輪張緊。一般應(yīng)將張緊輪裝在松邊帶的內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，并盡可能靠近大帶輪（圖5-6a），以免小帶輪的包角減小太多。圖5-6b中的張緊輪裝置是通過重錘的重力G使張緊輪壓在帶上，從而實(shí)現(xiàn)張緊。圖5-6張緊輪張緊裝置 52 鏈傳動(dòng)5-25-2鏈傳動(dòng) 一、鏈傳動(dòng)及其傳動(dòng)比 鏈傳動(dòng)由主、從動(dòng)鏈輪和閉合的撓性環(huán)形鏈條組成（

13、圖5-7），通過鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。因此，鏈傳動(dòng)屬于有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。設(shè)某鏈傳動(dòng)主動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為z1，從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為z2。主動(dòng)鏈輪每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，鏈條就移動(dòng)一個(gè)鏈節(jié)，而從動(dòng)鏈輪也就被鏈帶動(dòng)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。當(dāng)主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)過n1周，即轉(zhuǎn)過n1z1個(gè)齒時(shí)，從動(dòng)鏈輪就轉(zhuǎn)過n1周，即轉(zhuǎn)過n2z2個(gè)齒。顯然，主動(dòng)鏈輪與從動(dòng)鏈輪所轉(zhuǎn)過的齒數(shù)相等，即 n1z1=n2z2由此可得一對鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比為式（5-3）表明，鏈傳動(dòng)中的兩輪轉(zhuǎn)速和鏈輪齒數(shù)成反比。圖5-7鏈傳動(dòng)簡圖5-2鏈傳動(dòng) 二、鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用 鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：鏈傳動(dòng)既不同于撓性帶的摩擦傳動(dòng)，又不同于齒輪的嚙合傳動(dòng)。與帶傳動(dòng)相比，

14、鏈傳動(dòng)不產(chǎn)生滑動(dòng)，低速時(shí)可傳遞較大載荷，傳動(dòng)效率較高（ =0.94 0.97）；能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；作用在軸及軸承上的載荷較?。辉谟臀?、溫度較高等惡劣環(huán)境中仍能正常工作；當(dāng)工作條件相同時(shí)， 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)比較緊湊；與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造和安裝精度較低，但用于較大中心距傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)相對簡單。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不為常數(shù)，因此傳動(dòng)平穩(wěn)性差，沖擊和噪聲較大；急速反向轉(zhuǎn)動(dòng)的性能較差；制造費(fèi)用比帶傳動(dòng)高。 鏈傳動(dòng)應(yīng)用廣泛，按用途不同可分為：傳動(dòng)鏈，用于一般機(jī)械中傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，適用于中等速度（v20m/s）；起重鏈，用于起重機(jī)械中起吊重物，速度低于0.25m/s；曳引鏈，用于運(yùn)

15、輸機(jī)械中移動(dòng)重物，工作速度不大于2 4m/s。通常，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i7，傳動(dòng)功率P100kW，速度v15m/s，廣泛用于農(nóng)業(yè)、礦山、機(jī)床、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中。5-2鏈傳動(dòng) 三、鏈傳動(dòng)的主要失效形式 鏈傳動(dòng)由剛性鏈節(jié)組成的鏈條繞在兩鏈輪上，相當(dāng)于兩多邊形輪子之間的傳動(dòng)，多邊形上各點(diǎn)的速度是變化的，則鏈的瞬時(shí)速度和鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比皆是變化的。這種由于多邊形嚙合傳動(dòng)而引起的傳動(dòng)速度不均勻性稱為多邊形效應(yīng)。當(dāng)鏈輪齒數(shù)較多時(shí)，多邊形效應(yīng)減弱。由于鏈速的變化使鏈產(chǎn)生加速度，從動(dòng)輪產(chǎn)生角加速度，引起動(dòng)載荷，使輪齒受到?jīng)_擊和振動(dòng)，從而影響其使用壽命。 鏈傳動(dòng)的主要失效形式有鏈板的疲勞破壞、多次沖擊破斷、鏈條鉸

16、鏈的磨損、銷軸和套筒的膠合和靜強(qiáng)度拉斷。 53 齒輪傳動(dòng)5-35-3齒輪傳動(dòng) 一、概述 （一）齒輪傳動(dòng)原理和傳動(dòng)比 齒輪傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)。如圖5-8所示，當(dāng)一對齒輪相互嚙合而工作時(shí)，主動(dòng)齒輪O1的輪齒（1，2，3，）通過力F的作用逐個(gè)推動(dòng)從動(dòng)齒輪O2的輪齒（1，2，3，），使從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將主動(dòng)軸的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給從動(dòng)軸。 對于圖5-8中的一對齒輪傳動(dòng)，設(shè)主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速為n1、齒數(shù)為z1，從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速為n2 、齒數(shù)為z2 ，因此主動(dòng)齒輪每分鐘轉(zhuǎn)過的齒數(shù)為n1z1 ，從動(dòng)齒輪每分鐘轉(zhuǎn)過的齒數(shù)為n2z2 。因?yàn)樵诙X輪嚙合傳動(dòng)過程中，主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，從動(dòng)輪相應(yīng)地也轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，所以在每分鐘

17、內(nèi)兩輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)應(yīng)該相等，即 n1z1=n2z2圖5-8齒輪傳動(dòng)5-3齒輪傳動(dòng) 由此可得一對齒輪的傳動(dòng)比為 式（5-4）表明，在一對齒輪傳動(dòng)中，兩輪的轉(zhuǎn)速與它們的齒數(shù)成反比。5-3齒輪傳動(dòng) （二）齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)形式。和其他傳動(dòng)形式比較，它具有下列優(yōu)點(diǎn)： 能保證傳動(dòng)比恒定不變； 適用的功率和速度范圍廣，傳遞的功率可達(dá)到105kW ，圓周速度可達(dá)300m/s； 結(jié)構(gòu)緊湊； 效率高， = 0.94 0.99； 工作可靠且壽命長。 其主要缺點(diǎn)是： 需要制造齒輪的專用設(shè)備和刀具，成本較高； 制造及安裝精度要求較高，精度低時(shí)，傳動(dòng)的噪聲和振動(dòng)較大； 不宜用于軸間距離較大

18、的傳動(dòng)。一對齒輪的傳動(dòng)比不宜過大，否則會(huì)使結(jié)構(gòu)過于龐大，不利于制造和安裝。通常，一對圓柱齒輪的傳動(dòng)比i 5，一對錐齒輪的傳動(dòng)比 。齒輪傳動(dòng)廣泛用于各種機(jī)械中，通常既用于傳遞力又用于傳遞運(yùn)動(dòng)，在儀表中則主要用來傳遞運(yùn)動(dòng)。大部分齒輪傳動(dòng)用于傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)則可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)，或者將直線運(yùn)動(dòng)變換成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。5-3齒輪傳動(dòng) （三）齒輪傳動(dòng)的類型 齒輪傳動(dòng)的類型很多（圖5-9），按照兩齒輪軸線的相對位置和齒向的類型可分類如下： 5-3齒輪傳動(dòng) 按照防護(hù)方式的不同，齒輪傳動(dòng)又可分為閉式傳動(dòng)和開式傳動(dòng)。在閉式傳動(dòng)中，齒輪安裝在剛性很大并有良好潤滑條件的密封箱體內(nèi)。閉式傳動(dòng)多用于重要傳動(dòng)。

19、在開式傳動(dòng)中，齒輪是外露的，粉塵容易落入嚙合區(qū)，且不能保證良好的潤滑，因此輪齒易磨損。開式傳動(dòng)多用于低速傳動(dòng)和不重要的場合。圖5-9齒輪傳動(dòng)的類型5-3齒輪傳動(dòng) （四）齒輪的精度 國家標(biāo)準(zhǔn)對各類齒輪的精度做了規(guī)定，精度等級(jí)由高到低依次為0 12級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳遞功率、圓周速度等合理確定齒輪的精度等級(jí)。對于一般用途的齒輪， 其精度在6 9級(jí)范圍內(nèi)選取。表5-3給出了6 9級(jí)精度齒輪的推薦應(yīng)用場合。（參見GB/T10095.12-2008） 表5-369級(jí)精度齒輪的應(yīng)用5-3齒輪傳動(dòng) 二、漸開線齒輪 （一）漸開線齒廓曲線 齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足傳動(dòng)平穩(wěn)和具有足夠的承載能力這兩個(gè)基本

20、要求。為使傳動(dòng)平穩(wěn)，要求齒輪的傳動(dòng)比（即兩齒輪角速度的比值w1/w2 ）必須恒定不變。否則，當(dāng)主動(dòng)輪以等角速度回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)輪角速度是變化的，因而會(huì)產(chǎn)生慣性力，引起沖擊和振動(dòng)，甚至導(dǎo)致輪齒的損壞。 漸開線齒輪不僅能滿足傳動(dòng)平穩(wěn)的基本要求，而且具有易于制造和安裝等優(yōu)點(diǎn)，故使用的齒輪中絕大多數(shù)為漸開線齒輪。下面就來討論漸開線的形成原理和特點(diǎn)。5-3齒輪傳動(dòng) 1.漸開線的形成及特性 如圖5-10a所示，在一個(gè)半徑為rb的圓盤的圓周上面繞上一根棉線，一端固定在圓盤的外圓上，一端拴一支筆。拉緊線頭逐漸展開，這時(shí)筆尖在紙上畫出一條曲線，這條曲線就稱為漸開線，漸開線齒輪的每個(gè)輪齒兩側(cè)都是漸開線的一段（圖5-1

21、0b）。此時(shí)，稱這個(gè)圓盤的外圓為基圓，則基圓半徑為rb。線段在展開過程中始終與基圓相切，任選一位置K，這時(shí)線段與基圓相切于N點(diǎn)，即N點(diǎn)為切點(diǎn)，所以KN垂直于基圓半徑ON。 圖5-10漸開線的形成5-3齒輪傳動(dòng) 從漸開線的形成可以看出，它具有如下特性： （1）弧長 等于線段KN的長度。 （2）漸開線上任意一點(diǎn)K的法線必與基圓相切。圖5-10a中線段KN是漸開線上K點(diǎn)的法線，換言之，基圓的切線必為漸開線上某點(diǎn)的法線。 （3）漸開線的形狀取決于基圓的大小。同一基圓上的漸開線完全相同，基圓半徑不同，所得的漸開線曲率亦不同，基圓越大，曲率越小，漸開線越平直（圖5-11），當(dāng)基圓半徑趨于無窮大時(shí)， 漸開線

22、就變成直線。故齒條可看做基圓半徑為無窮大時(shí)的齒輪。 （4）漸開線是從基圓開始向外逐漸展開的，所以基圓內(nèi)無漸開線。圖5-11基圓大小對漸開線形狀的影響5-3齒輪傳動(dòng) 2.漸開線齒廓的壓力角 所謂壓力角是指漸開線齒廓上任意一點(diǎn)K的受力方向線（即K點(diǎn)的法線）與該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向線之間所夾的銳角，稱為該點(diǎn)的壓力角，用ak表示。在圖5-12中由圖可知或 由式（5-5）可知，對同一基圓的漸開線，基圓半徑rb是常數(shù)，漸開線上某一點(diǎn)K的壓力角的大小是隨該點(diǎn)至圓心距離rk而變的。顯然，離基圓越遠(yuǎn)，rk越大，壓力角越大； 反之，離基圓越近，rk越小，壓力角越?。辉跐u開線起始點(diǎn)（基圓上）的壓力角為零。因?yàn)閴毫禽^小時(shí)，

23、有利于推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，通常采用基圓附近的一段漸開線作為齒廓曲線。圖5-12漸開線齒 廓的壓力角5-3齒輪傳動(dòng) （二）漸開線齒輪的嚙合特點(diǎn) 一對漸開線齒輪在嚙合過程中有下列特點(diǎn)： 1.保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定 由于嚙合點(diǎn)不應(yīng)產(chǎn)生相對移動(dòng)，故兩齒輪在嚙合點(diǎn)齒廓公法線方向的速度分量相等。由此可導(dǎo)出兩漸開線齒輪的瞬時(shí)傳動(dòng)的速比等于兩齒輪基圓半徑的反比。 2.中心距的可分離性 由于制造與安裝誤差、軸承磨損等都會(huì)導(dǎo)致中心距的微小變化，即中心距會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。但由于兩輪的瞬時(shí)傳動(dòng)比只與兩輪的基圓半徑有關(guān)，所以中心距的略有變動(dòng)不會(huì)改變其瞬時(shí)速比。漸開線齒輪的這一特點(diǎn)，給齒輪制造、安裝帶來很大的方便。 3.正壓

24、力方向不變 當(dāng)一對漸開線齒輪嚙合時(shí)，嚙合點(diǎn)一定沿著兩輪基圓的內(nèi)公切線移動(dòng)。由于兩基圓同側(cè)內(nèi)公切線只有一條，故齒廓之間傳遞的正壓力一定沿著公法線的方向，即傳遞的正壓力方向不變， 從而使傳動(dòng)平穩(wěn)。5-3齒輪傳動(dòng) 三、直齒圓柱齒輪傳動(dòng) （一）直齒圓柱齒輪的主要參數(shù) 1.模數(shù) 如圖5-13所示，在任意直徑dk的圓周上，相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的弧長稱為該圓的齒距，用Pk 表示。如果齒輪的齒數(shù)為z，顯然 dk=Pk z 故圖5-13齒輪的齒距5-3齒輪傳動(dòng) 由式（5-6）可知，Pk /比值中包含無理數(shù)，為了設(shè)計(jì)、制造和互換的方便，必須對比值Pk /予以規(guī)定。因此，在齒輪上取一個(gè)特定的圓，該圓稱為分度圓（分度圓

25、僅作為齒輪計(jì)算和加工的基準(zhǔn)，無法直接測量），其直徑為d，齒距為p，將該圓上的 /有理數(shù)化并稱為模數(shù)，用m表示，單位為mm，即代入式（5-6）得到模數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，我國制定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列見表5-4。表5-4齒輪模數(shù)系列mm5-3齒輪傳動(dòng) 2.壓力角 由漸開線的特性可知，漸開線上各點(diǎn)的壓力角是不相等的。分度圓上的壓力角用表示， 國家規(guī)定=20，即齒廓曲線是漸開線上壓力角為20 左右的一段弧，而不是任意的漸開線線段。 由漸開線上K點(diǎn)壓力角可得分度圓上的壓力角為 cos=rb/r=db/d 即 db=d cos或 由漸開線特性可知，漸開線的形狀由基圓決定，也就是由m、z、 決定，故m、z、 是漸開線齒廓形

26、狀的三個(gè)基本參數(shù)。5-3齒輪傳動(dòng) （二）直齒圓柱齒輪各部分名稱 圖5-14所示為漸開線直齒圓柱齒輪各部分的名稱及幾何關(guān)系，具體如下： 1.齒頂圓 齒頂圓柱面與端平面的交線稱為齒頂圓，這個(gè)圓的直徑稱為齒頂圓直徑，用代號(hào)da表示。 2.齒根圓 齒根圓柱面與端平面的交線稱為齒根圓，這個(gè)圓的直徑稱為齒根圓直徑，用代號(hào)df表示。圖5-14齒輪各部位名稱和尺寸代號(hào)5-3齒輪傳動(dòng) 3.齒厚、齒槽寬和齒距 在分度圓上，輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長稱為齒厚，用s 表示。分度圓上齒槽兩側(cè)齒廓間的弧長稱為齒槽寬，用e表示。相鄰兩齒同側(cè)齒廓間分度圓的弧長稱為齒距，用p表示，顯然 圖5-14齒輪各部位名稱和尺寸代號(hào)5-3齒輪傳

27、動(dòng) 4.齒頂高 齒頂圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒頂高，用ha表示式中，ha*為齒頂高系數(shù)。正常齒制ha*=1.0，短齒制ha*=0.8。 5.齒根高 齒根圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒根高，用hf表示 式中：c頂隙，mm。它是指一對齒輪嚙合時(shí)，一個(gè)齒輪 的齒頂與另一個(gè)齒輪的齒根之間的徑向間隙，如 圖5-15所示。 c*頂隙系數(shù)。正常齒制c*=0.25，短齒制c*=0.3。圖5-15一對標(biāo)準(zhǔn)齒輪的嚙合5-3齒輪傳動(dòng)圖5-16不同模數(shù)的齒輪 6.全齒高 齒根圓與齒頂圓之間的徑向距離稱為全齒高，用h表示 將模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)均定為標(biāo)準(zhǔn)值，且分度圓上齒厚等于齒槽寬的齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。

28、于是，對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪 齒頂圓直徑和齒根圓直徑的計(jì)算公式為 由上面各式不難看出，模數(shù)是齒輪幾何尺寸計(jì)算的主要參數(shù)，當(dāng)齒數(shù)不變時(shí)，模數(shù)增大若干倍，則齒輪各部分尺寸也增加相應(yīng)的倍數(shù)，如圖5-16所示。5-3齒輪傳動(dòng) （三）標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的正確嚙合和連續(xù)傳動(dòng)條件 1.正確嚙合條件 一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，只有當(dāng)兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等且等于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)才能正確嚙合。也就是當(dāng)m1=m1=m，1 = 2 =20時(shí)方能正確嚙合。 相嚙合的一對標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪，因考慮輪齒的熱變形、潤滑和裝配方便等原因，在齒槽與齒厚的齒廓間留有一定的側(cè)向間隙，稱為側(cè)隙。側(cè)隙的大小由公差控制，在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)按無側(cè)隙嚙合條件計(jì)算，即

29、假設(shè)沒有側(cè)隙存在。將標(biāo)準(zhǔn)齒輪安裝成側(cè)隙為零時(shí)的中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距，用a 表示，此時(shí)兩輪分度圓相切。由齒輪的計(jì)算公式可知?jiǎng)t5-3齒輪傳動(dòng) 2.連續(xù)傳動(dòng)條件 當(dāng)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，在一對輪齒即將脫離嚙合時(shí)，后一對輪齒必須進(jìn)入嚙合，否則傳動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，發(fā)生沖擊，無法保持傳動(dòng)的連續(xù)平穩(wěn)性。為了保證傳動(dòng)平穩(wěn)地進(jìn)行，就要求一對齒輪在任何瞬間必須有一對或一對以上的齒輪處于嚙合狀態(tài)。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，一般都能滿足這一連續(xù)傳動(dòng)的條件。而且，相嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)的連續(xù)平穩(wěn)性就越高。5-3齒輪傳動(dòng) 3.避免根切和干涉條件 當(dāng)用展成法（齒輪刀具與工件之間猶如一對齒輪傳動(dòng)那樣實(shí)現(xiàn)對滾）加工齒數(shù)較少的齒輪時(shí)，輪齒齒根部

30、分往往被刀具切去一部分，如圖5-17中陰影部分所示，這種現(xiàn)象稱為根切。根切后的齒輪不僅強(qiáng)度降低，甚至不能滿足連續(xù)傳動(dòng)的條件。有的加工方法（如仿形法銑齒）雖能避免加工時(shí)輪齒的根切，但在齒輪嚙合時(shí)輪齒根部將與相嚙合齒輪的頂部相抵觸， 以致兩輪輪齒相互卡住，發(fā)生干涉。根切和干涉現(xiàn)象都必須避免。對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，避免根切和干涉的條件是齒輪的齒數(shù)必須大于或等于17，即z17。當(dāng)機(jī)器中傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)必須很少時(shí)，為避免根切和干涉，可采用變位齒輪。關(guān)于變位齒輪的詳細(xì)論述，可參閱有關(guān)資料。5-3齒輪傳動(dòng) 四、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 （一）斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 假想將一個(gè)直齒圓柱齒輪沿

31、軸線扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，便得到斜齒圓柱齒輪（又稱斜齒輪），其輪齒形狀的變化如圖5-18所示。圖5-18斜齒與直齒的比較5-3齒輪傳動(dòng) 實(shí)際上，斜齒圓柱齒輪的輪齒是按螺旋線的形式分布在圓柱體上的，分度圓柱上的螺旋線和齒輪軸線方向的夾角稱為斜齒圓柱齒輪的螺旋角。圖5-19是一斜齒圓柱齒輪沿分度圓柱面的展開圖，其中帶剖面線的部分表示齒厚，空白部分表示齒槽，角為齒輪的螺旋角。角愈大，則輪齒傾斜愈厲害；當(dāng)=0時(shí)，齒輪就是直齒圓柱齒輪。所以，螺旋角是斜齒圓柱齒輪的一個(gè)重要參數(shù)。圖5-19斜齒輪沿分度圓柱面展開5-3齒輪傳動(dòng) 直齒圓柱齒輪在嚙合傳動(dòng)過程中，每一瞬時(shí)輪齒齒面上的接觸線都是平行于軸線的直線（圖5-20

32、a）。因此，在嚙合開始或終了時(shí)，一對嚙合的輪齒是沿著整個(gè)齒寬突然開始嚙合或突然脫離嚙合的，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性差。斜齒圓柱齒輪在嚙合傳動(dòng)過程中，輪齒的接觸線都是與軸線不平行的斜線（圖5-20b），在不同位置的接觸線又長短不一，從嚙合開始時(shí)起，接觸線長度由零逐漸增大，到某一位置后又逐漸減小，直至脫離嚙合。因此，輪齒受力的突增或突減的情況有所減輕，傳動(dòng)較為平穩(wěn)。圖5-20輪齒接觸線5-3齒輪傳動(dòng) 由圖5-20還可看出，斜齒圓柱齒輪每一個(gè)齒參加嚙合的周期比較長（當(dāng)其與直齒圓柱齒輪模數(shù)、齒數(shù)、齒寬和轉(zhuǎn)速都相同時(shí)），因此在斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，同時(shí)嚙合的齒的對數(shù)就比較多，從而使傳動(dòng)更為平穩(wěn)，承載能力也大為提高。

33、總之，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和承載能力都高于直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，所以它適用于高速和重載傳動(dòng)的場合。但斜齒圓柱齒輪承受載荷時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加的軸向分力，而且螺旋角愈大，軸向分力也愈大，這是不利的方面。改用人字齒輪可以消除附加軸向力。5-3齒輪傳動(dòng) （二）錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 一對錐齒輪用于兩相交軸之間的傳動(dòng)。在錐齒輪傳動(dòng)中，兩軸的交角可以是任意的，但通常是90。錐齒輪有直齒、斜齒和曲齒三種形狀的輪齒，直齒錐齒輪制造較為方便，應(yīng)用較廣。錐齒輪的輪齒是均勻分布在圓錐體上的，且輪齒向錐頂方向逐漸縮小，情況如圖5-21所示。 錐齒輪的加工和安裝比較困難，而且錐齒輪傳動(dòng)中有一個(gè)齒輪必須懸臂安裝，這不僅使支承結(jié)

34、構(gòu)復(fù)雜化，而且會(huì)降低齒輪嚙合傳動(dòng)精度和承載能力。因此，錐齒輪傳動(dòng)一般用于輕載、低速的場合。錐齒輪傳動(dòng)比計(jì)算和直齒圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)比計(jì)算類似。圖5-18斜齒與直齒的比較 54 蝸桿傳動(dòng)5-45-4蝸桿傳動(dòng) 一、蝸桿傳動(dòng)原理及其傳動(dòng)比計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)主要由蝸桿和蝸輪組成（圖5-22），它們的軸線通常在空間交錯(cuò)成90角。常用的普通蝸桿是一個(gè)具有梯形螺紋的螺桿。其螺紋有左旋、右旋和單頭、多頭之分。常用蝸輪是在一個(gè)齒寬方向具有弧形輪緣的斜齒輪。一對相嚙合的蝸桿傳動(dòng)，其蝸桿、蝸輪輪齒的旋向相同，且螺旋角之和為90，即1+2=90（1為蝸桿螺旋角，2蝸輪螺旋角）。圖5-22蝸桿傳動(dòng)5-4蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)一般

35、以蝸桿為主動(dòng)件，蝸輪為從動(dòng)件。設(shè)蝸桿頭數(shù)為z1（一般為1、2、4、6），蝸輪齒數(shù)為z2，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn)過z1個(gè)齒，即轉(zhuǎn)過z1/z2圈。當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)速為 n1時(shí)，蝸輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)為n2= n1 z1/ z2。所以蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)為 蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪的轉(zhuǎn)向可用下述方法來確定：把蝸桿傳動(dòng)看成一螺旋機(jī)構(gòu)，此時(shí)蝸桿相當(dāng)于螺桿，螺旋機(jī)構(gòu)中螺母移動(dòng)的方向就是蝸輪在嚙合點(diǎn)的圓周速度v2的方向，根據(jù)v2的方向即可判定蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向（圖5-22b）。圖5-22蝸桿傳動(dòng)5-4蝸桿傳動(dòng) 二、蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn) 蝸輪傳動(dòng)有如下幾個(gè)特點(diǎn)： （一）傳動(dòng)比大 對比式（5-4）和式（5-19）可知，蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算公式

36、在形式上與齒輪傳動(dòng)相同。但齒輪傳動(dòng)中的主動(dòng)齒輪齒數(shù)受最少齒數(shù)的限制，而蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿頭數(shù)可小到1。因此，單級(jí)蝸桿傳動(dòng)所得到的傳動(dòng)比要比齒輪傳動(dòng)大得多，而且它的結(jié)構(gòu)更緊湊。 （二）傳動(dòng)平穩(wěn) 由于蝸桿的齒沿連續(xù)的螺旋線分布，它與蝸輪齒的嚙合是連續(xù)的，傳動(dòng)平穩(wěn)，并可得到精確的微小傳動(dòng)位移。5-4蝸桿傳動(dòng) （三）有自鎖作用 由于蝸桿的螺紋升角較小，只有蝸桿能驅(qū)動(dòng)蝸輪，蝸輪卻不能驅(qū)動(dòng)蝸桿，所以它有反向自鎖作用。在圖5-23所示的簡易起重設(shè)備中，應(yīng)用了蝸桿傳動(dòng)的自鎖特性。當(dāng)加力于蝸桿使之轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，重物就被提升；當(dāng)蝸桿上停止加力時(shí)，重物不因自重而下落。 （四）效率低 蝸桿傳動(dòng)工作時(shí)，因蝸桿與蝸輪的齒面之間存

37、在著劇烈的滑動(dòng)摩擦，所以發(fā)熱嚴(yán)重，效率較低（一般 = 0.70.9）。由于蝸桿傳動(dòng)存在這一缺點(diǎn)，故其傳動(dòng)的功率不宜太大。圖5-23蝸桿的自鎖作用5-4蝸桿傳動(dòng) 三、蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判斷 按照蝸桿的螺旋線旋向和旋轉(zhuǎn)方向，蝸輪旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)用左、右手定則判定。如圖5-24a所示，當(dāng)蝸桿為右旋，則用右手，四個(gè)拇指順著蝸桿轉(zhuǎn)向握起來，大拇指沿蝸桿軸線所指的相反方向即為蝸輪上節(jié)點(diǎn)速度方向，因此蝸輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)蝸桿為左旋時(shí)，則用左手按照相同方法判定蝸輪轉(zhuǎn)向，如圖5-24b所示。圖5-24確定蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向5本章實(shí)例 分析CA6140型車床傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)裝置。 圖13-12所示為CA6140型車床傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合附錄A，試說明該傳動(dòng)系統(tǒng)采用了哪些傳動(dòng)裝置，并簡述其應(yīng)用特點(diǎn)。 分析如下： 一、該傳動(dòng)系統(tǒng)采用的傳動(dòng)裝置 1.齒輪傳動(dòng) 傳動(dòng)系統(tǒng)中大量采用了直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，在VV 軸之間采用了斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2.帶