1、 第第2章章 机械传动机械传动 第第1章章 常用机构常用机构 第第3章章 螺纹联接螺纹联接 第第4章章 轴及轴系零部件轴及轴系零部件 第第5章章 液压传动液压传动 第第6章章 起重机械起重机械 第第7章章 混凝土机械混凝土机械 第第8章章 钢筋加工机械钢筋加工机械 第第9章章 建筑装饰机械建筑装饰机械 第第10章章 土方机械与桩工机械土方机械与桩工机械 第第11章章 建筑机械设备管理建筑机械设备管理 建筑施工机械中的常用机构主要是指平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构等。这些机构的基本功用是变换运动形式，如将回转运动变换为往复直线移动，将匀速转动变换为非匀速转动或间歇性运动，等等。21.1机械
2、的组成1.1.1机械机械是将能量（如热能、电能）转换成机械能，并利用机械能完成某些工作的装置。一台完整的机械主要是由动力装置、传动装置和工作装置3部分组成。除此之外，还有操纵机构、控制机构和机架等。一般机械又是机器和机构的总称。3（1）动力装置动力装置是将其他形式的能量转换成机械能的机器。例如，电动机、内燃机等，它们为机械提供机械能。（2）传动装置传动装置主要是起传递动力和运动的作用。例如，一般机械中的带传动、齿轮传动、链传动等，它们把原动机的高速运动转化为工作装置所要求的运动。（3）工作装置工作装置是直接完成工作的部分。例如，卷扬机的卷筒、起重机的吊钩、混凝土搅拌机滚筒等。1.1.2机器机器
3、是人们用来进行生产劳动的工具，具有以下3个基本特征：4图1.1曲柄滑块机构任何机器都是人为的实物组合体。机器各构件之间具有确定的相对运动。机器在工作时能代替人类完成机械功或实现不同形式的能量转换。机器的作用主要体现在第3条基本特征上。1.1.3机构机构是具有机器的前两条基本特征的组合体。机构的作用是传递运动和实现不同形式的运动转化，这就是它与机器的区别。如图1.1所示的曲柄滑块机构，若以曲柄1为主动件，它可将主动件的转动转换为从动滑块3的直线移动；而如果以滑5块3为主动件，则该机构可将主动件滑块3的往复直线移动转换为从动件曲柄1的转动。1.1.4零件、构件及部件零件是组成构件的元件。而构件是运
4、动的单元，零件是制造的单元。部件是为了完成同一工作任务而协调工作的若干个机械零件的组合体。例如，滚动轴承、离合器、联轴器等。1.2运动副及机构运动简图61.2.1运动副机构是由许多构件组合而成的。在机构中，每个构件都以一定的方式与其他构件直接接触而又能产生一定的相对运动的联接，称为运动副。在运动副中，根据两构件的接触形式，可将运动副分为低副和高副两种类型。（1）低副两构件之间为面接触的运动副，称为低副。低副又可分为下列3种：转动副。两构件在接触处只做相对转动的运动副称为转动副，如图1.2（a）所示。移动副。两构件在接触处只能沿某一轴线做相对移动的运动副称为移动副，如图1.2（b）所示。7螺旋副
5、。两构件在接触处只能做一定关系的转动和移动的复合运动副称为螺旋副。如图1.2（c）所示为螺杆与螺母的相对运动。图1.2低副（a）转动副（b）移动副（c）螺旋副（2）高副两构件之间为点接触或线接触的运动副称为高副。例如，凸轮副如图1.3（a）所示；齿轮副如图1.3（b）所示。8图1.3高副（a）凸轮副（b）齿轮副1.2.2运动副的代表符号为了便于研究机构的结构及运动特点，在绘制机构图时，常用一些简单的代表符号来表示机构的构造和运动副。常用运动副的代表符号如表1.1所示。表1.1常用运动副的代表符号91.2.3机构的运动简图无论分析现有的机构或设计一个新的机构时，首先必须画出该机构的运动简图，即利
6、用构件和运动副的符号把机构的组成关系表示出来。用以分析机构的结构、运动规律和受力等问题的一种示意图，称为机构运动简图。如图1.4（a）所示为颚式破碎机的结构示意图。电动机通过皮带轮，驱动偏心轴2运动时，它带动连杆3（即活动颚板）摆动，从而将落入活动颚板与固定颚板工作空间内的石块轧碎。如图1.4（b）所示为该破碎机的机构简图。10图1.4颚式破碎机111.3平面连杆机构平面连杆机构是由若干个刚性构件用平面低副联接而组成的机构，也可称为平面低副机构。平面连杆机构能进行机械运动形式的转换，可以实现转动、摆动、移动、平面运动等。连杆机构还能实现一些比较复杂的平面运动规律。平面连杆机构的类型很多，但最基
7、本的机构是平面四杆机构。121.3.1平面连杆机构的组成如图1.5所示，铰链四杆机构是由转动副联接起来的一个封闭系统。其中，被固定不动的静件AD称为机架，与机架相联的杆件AB和CD称为连架杆，联接两连架杆的杆件BC称为连杆。能做整周旋转的连架杆AB称为曲柄，不能做整周旋转的连架杆CD称为摇杆或摆杆。 总之，在铰链四杆机构中，必须有一杆为静件，其他3个杆件为动件，3个动件中只有一个主动件，其余两个为从动件。当主动件按一定规律运动时，从动件便获得完全确定的运动；反之，若以摇杆CD为主动件，则连杆BC和曲柄AB便可获得完全确定的运动。13图1.5铰链四杆机构1.3.2铰链四杆机构的类型常用的铰链四杆
8、机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构3种基本类型。（1）曲柄摇杆机构若铰链四杆机构中的两个连架杆，一个为曲柄而另一个为摇杆，则该四杆机构称为曲柄摇杆机构（见图1.5）。一般AB为主动件，通常做等速转动，而摇杆CD为从动件，做往复摆动。如图1.6所示的插刀往复运动机构是属于曲柄摇杆机构的类型。14图1.6插刀往复运动机构图1.7缝纫机工作机构在曲柄摇杆机构中，也有将摇杆作为主动件的。如图1.7所示缝纫机的工作机构，当踏板AB做往复摆动时，通过连杆BC，使曲柄CD做连续转动，从而进行缝纫工作。15（2）双曲柄机构 若铰链四杆机构中的两个连架杆都能做整周转动
9、，则该机构称为双曲柄机构。如图1.8所示的惯性筛分机，当主动曲柄AB绕轴A做等速转动时，另一曲柄CD便绕D做变速转动，筛子在连杆C的带动下做往复摆动，被筛分的材料（如沙、石等）则因惯性力的作用而进行筛分。图1.8惯性筛分机图1.9平行双曲柄机构16在双曲柄机构中，如果两曲柄长度相等，且连杆与机架的长度也相等（见图1.9），该机构称为平行双曲柄机构。这种机构的运动特点是可以使双曲柄的角速度始终保持相等，连杆在运动过程中始终做平行移动，如图1.10所示的机车车轮联动机构就属于此机构的应用实例。在平行双曲柄机构中，当曲柄与连杆共线时，从动曲柄CD（见图1.9）可能会出现变向运动，为防止这一现象发生，
10、可采用：一是靠从动件本身质量或在从动件上加配飞轮，靠惯性来导向；二是在机构中添加辅助构件，如图1.10所示的中间车轮，可以看做是一个添加的辅助曲柄等方法来解决。17图1.10机车车轮联动机构图1.11起重机变幅机构18（3）双摇杆机构 若铰链四杆机构中的两连架杆都为摇杆时，该机构称为双摇杆机构。如图1.11所示，为起重机的变幅机构。在该机构ABCD中，构件AB和CD都是摇杆。当摇杆摆动时，连杆BC上悬挂重物的点，便在近似的水平线上移动，这样重物在平移时，就可避免因不必要的升降而消耗能量。1.3.3铰链四杆机构曲柄存在的条件及类型的判别方法（1）铰链四杆机构曲柄存在的条件 根据上述分析可知，在铰
11、链四杆机构中，能做整周转动的连架杆称为曲柄。而曲柄是否存在，则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能做整周转动而成为曲柄，各杆的长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。曲柄为最短杆。最短杆与最长杆的长度之和应小于或等于其余两杆长度之和。19（2）铰链四杆机构类型的判别方法 铰链四杆机构属于哪一种类型，除了与各杆的相对长度有关外，还与选择哪一杆为机架有关。而根据曲柄存在的条件，可以得到铰链四杆机构类型的判别方法如下： 当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，则有以下3种情形： a.若取与最短杆相邻的杆为机架，则最短杆为曲柄，而另一连架杆为摇杆，该机构为曲柄摇杆机构。
12、 b.若取最短杆为机架，则两连架杆均为曲柄，该机构为双曲柄机构。 c.若取与最短杆对面的杆为机架，则两连架杆均为摇杆，该机构为双摇杆机构。 当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，不论取哪一个杆为机架，该机构均为双摇杆机构。201.3.4曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演变而成的一种派生机构。如图1.12（a）所示为一曲柄摇杆机构，杆4为一摇杆，当其长度增大时，则C点的运动轨迹趋于平直，当D位于无穷远时，C点的运动轨迹变为直线（见图1.12（b），摇杆4各点的运动均变为相同的往复运动。此时，摇杆4演化为滑块4，它与机架1组成了移动副（见图1.12（c），摇杆4相对机架的往复摆
13、动变为滑块相对机架的往复移动，故称为曲柄滑块机构。根据滑块导路中心线是否通过曲柄转动中心A，可分为对心曲柄滑块机构（见图1.12（c）和有一定偏心距的偏置曲柄滑块机构（见图1.12（d）。该机构的运动特点是：若以曲柄为主动件，可以将主动件的连续转动变为从动件的往复移动；若以滑块为主动件，可以将主动件的往复移动变为从动件的旋转运动。214在以滑块为主动件的曲柄滑块机构中（见图1.13），当曲柄在AB1和AB2的位置时，机构处于死点位置，即滑块通过连杆加于曲柄的力将通过铰链A的中心而不能推动曲柄转动，从而使整个机构处于静止状态。对传动而言，死点是一缺陷，应设法克服。使机构通过死点，最简单的办法可借
14、助构件的惯性来通过死点。也可在机构中添加辅助构件，如图1.10所示的中间车轮就是一个应用实例。曲柄滑块机构结构简单，用途广泛，以曲柄为主动件的有往复式水泵、气泵、冲床等；以滑块为主动件的有内燃机、蒸汽机等。221.3.5偏心轮机构在曲柄滑块机构中，如果要求滑块的行程S较小，则曲柄的长度r也必须较小，这时往往需要将曲柄做成偏心轮的形式（见图1.14），这样的机构称为偏心轮机构。它由偏心轮1、连杆2、滑块3及机架4等组成。由图1.14可知，因为偏心距AB相当于曲柄长度，所以当偏心轮机构中的偏心距与曲柄滑块机构中的曲柄长度相等时（即偏心距曲柄长度），两机构具有相同的运动特点。偏心轮机构的偏心距一般都
15、较小，因而当偏心轮为主动件时，从动件的位移也较小。但传递的力却很大，因此，偏心轮机构特别适用于冲床、颚式破碎机、小型往复式油泵等机械设备中。这种运动的机构称为间歇运动机构，常用的间歇运在机械传动中，通常要求某些机构的主动件做连续运动，而从动动机构有凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构等。23图1.12曲柄摇杆机构的演变24图1.14偏心轮机构图1.13曲柄滑块机构251.4.1凸轮机构的应用在不同的机器中，为完成预期的工作，从动件必须做所需要的运动。当主动件做等速运动，而希望从动件按照规定的任意运动规律做不等速运动或间歇运动时，可采用凸轮机构。如图1.15所示，它是由具有特殊轮廓形状的凸轮1和与凸轮接
16、触并做往复运动（包括直动和摆动）的从动件2，3及支承凸轮和从动件的构件4（机架）所组成。在凸轮机构中，凸轮一般为主动件，它的运动可以为连续转动、摆动或往复移动；而从动件的运动则可按工艺要求设计成任意运动规律的直线往复移动或摆动。凸轮机构具有结构简单、紧凑、工作可靠等优点；它的缺点是由于凸轮与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损。因此，多用在传递动力不大的控制机构和调节机构中，如自动机床的进刀机构、内燃机的配气机构、自行车的涨闸以及各种电器开关。1.4间歇运动机构26图1.15凸轮机构图1.16内燃机的配气机构如图1.16所示为一内燃机的配气机构。当凸轮4连续转动时，从动杆气门1就断续地做往复移
17、动而控制气门的开闭。只要凸轮有合理的轮廓曲线，就可以控制气阀开启和关闭的时间。图1.16中的2为导杆、3为复位弹簧。271.4.2凸轮机构的分类凸轮机构的种类很多，常见的分类方法如下：（1）按凸轮的形状可分为盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮盘形凸轮。盘形凸轮是一个具有变化半径的盘形构件，如图1.16中的凸轮4。从盘形凸轮的旋转中心到轮廓周边各点的距离称为向径，由图1.16中可知，向径是变化的。盘形凸轮机构的结构比较简单，因此应用广泛，但从动件的行程不能太大，否则将使凸轮的径向尺寸变化太大，对工作不利，故盘状凸轮机构多用于行程较短的传动中。移动凸轮。这种凸轮可以看成它的转动轴线位于无穷远的一种盘形凸
18、轮（见图1.17（a）。盘形凸轮和移动凸轮与从动件的相对运动为平面运动。圆柱凸轮。凸轮是一个圆柱体，如图1.17（b）所示。它可看成是将移动凸轮卷成圆柱形成的。28图1.17凸轮的形状29 尖顶从动件（见图1.18（a）。尖顶从动件的优点是无论凸轮轮廓形状如何，尖点总能与轮廓保持接触，因而可以实现任意复杂的运动规律。它的缺点是易于磨损，故只宜用于载荷很小的低速凸轮。 滚子从动件（见图1.18（b）。这种从动件比较耐磨，可承受较大的载荷，是最常用的一种从动件。平底从动件（见图1.18（c）。这种从动件若不计摩擦则所受凸轮的作用力方向不变，且接触面间易于形成油膜，有利于润滑，故常在高速凸轮机构中使
19、用。内燃机配气机构所用的凸轮就是平底从动件的应用实例。从动件不仅结构形状不同，而且有不同的运动形式，可以做直线往复运动，也可以做往复摆动。（2）按从动件的形式可分为尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件301.4.3棘轮机构棘轮机构主要由棘轮1、棘爪2、摇杆3、止动爪4、弹簧5及机架组成。如图1.19所示，棘轮1用键联接装在机构的转动轴上，摇杆3空套在转动轴上，弹簧5用来强迫棘爪2及止动爪4和棘轮1始终保持接触。当摇杆3顺时针摆动时，棘爪2便插入棘轮1的齿间，推动棘轮1按顺时针转过一定的角度。当摇杆逆时针摆动时，止动爪4阻止棘轮1逆时针转动，同时棘爪2就在棘轮1的齿上滑过，棘轮静止不动。这样，当摇
20、杆3连续往复摆动时，棘轮1便得到单向间歇转动。棘轮机构具有结构简单、制造方便、运动可靠、转角可在较大范围内调整的优点，广泛用于各种自动机床的进给机构、钟表机构以及电器设备中。它的缺点是运动开始和终了时因速度突变而产生冲击和噪声、运动精度低，故不宜用于高速机构中，也不宜用于需要使质量很大的轴做间歇运动的场合。31图1.18从动件的不同形式32图1.19棘轮机构图1.20棘轮停止器棘轮机构常用在各种自动机床的进给机构及某些千斤顶上，此外在卷扬机、提升机及运输设备中还常用作停止器或制动器。如图1.20所示为卷扬机上棘轮停止器的应用实例。33图1.21外槽轮机构341.4.4槽轮机构如图1.21所示，
21、槽轮机构由具有带圆销的拨盘1、具有径向槽的槽轮2和机架组成。当主动件拨盘做等速转动时，拨盘上的圆销也随之旋转。在圆销未进入槽轮径向槽之前，槽轮上的内凹圆弧在拨盘的圆弧上滑过，这时槽轮不会转动。当圆销开始进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹圆弧开始离开拨盘的圆弧，槽轮开始转动，直到圆销脱出径向槽才停止转动。同时，槽轮的凹圆弧和拨盘上的圆弧部分相接触，槽轮保持静止，依次重复循环，从而实现预定的间歇运动。槽轮机构的特点是结构简单、外形尺寸小、工作可靠，一般用在转速不高，要求间歇地转过一定角度的分度机构中，如电影放映机的卷片机构和六角车床的刀架转位机构等。由于要求转动的次数或工作时间不同，槽轮机构通常取槽数
22、Z为48。槽轮机构有内啮合和外啮合两种形式。35复习题1.什么是零件、构件、机构、机器及机械？2.什么叫运动副？常见的运动副有哪些？3.什么叫铰链四杆机构？铰链四杆机构有哪几种基本形式？试指出它们的运动特点，并各举一实例。4.简述铰链四杆机构曲柄存在的条件和铰链四杆机构基本类型的判别方法。5.试述曲柄滑块机构的组成和特点。6.简要说明凸轮机构的优点、缺点和应用场合。36机械传动装置的主要功用是将一根轴的旋转运动和动力传给另一根轴，并可改变轴的转速大小和转动方向。建筑施工机械中常用的机械传动形式有带传动、链传动、齿轮传动及蜗杆传动等。372.1带传动2.1.1带传动的工作原理和传动比（1）带传动
23、的工作原理带传动由主动轮1、从动轮2和紧套在两轮上的环形带3组成，如图2.1所示。安装时，传动带紧套在两轮上，使带和带轮相互压紧。当主动轮转动时，靠带与带轮接触面之间所产生的摩擦力使从动轮转动，以传递一定的运动和动力。因此，带传动是一种摩擦传动。3839（2）带传动的传动比在机械传动中，主动轮与从动轮的转速或角速度之比称为传动比，用i表示，即in1n212（2.1）12n12a。式中n，n主、从动轮的转速，r/mi；，主、从动轮的角速度，rd/s对于带传动（见图2.1），如果不考虑带的弹性变形，并假定带在带轮上不发生滑动，则可得到带传动的传动比计算公式为in1n212d2d1（2.2）式中d1
24、，d2主、从动轮的直径。式（2.2）表明，带传动中的两轮转速与带轮直径成反比。402.1.2带传动的特点和类型（1）带传动的特点及应用与齿轮传动相比较，带传动的主要优点是：传动平稳，噪声小；过载时打滑，可以防止电机和其他零件的损坏；适用于两轴中心距较大的传动；结构简单，成本低；安装维护方便。它的主要缺点是：带有弹性滑动，不能保证恒定的传动比；外形尺寸大，效率低，带的寿命短；不宜用于高温、易燃、易爆的工作环境。带传动常用于传递50k以下的功率。带的速度范围为s.（2）带传动的主要类型常用的带传动主要有平带和带传动两种类型，如图2.2所示。平带的横截面是矩形，当工作时，它的环形内表面与轮缘相接触；
25、带的横截面是梯形，当工作时，两侧面与轮槽侧面相接触。与平带相530m/，传动比i7，效率为092094。41图2.2带传动的主要类型（a）平带（b）带比较，在同样紧张力的条件下，带在槽面上能产生较大的摩擦力，因此它的传动能力比平带高得多（一般为平带的3倍），再加上带无接头，传动平稳，故在生产实际中应用最多。本章主要介绍带传动。2.1.3带和带轮（1）带的结构及型号标准带可分为帘布结构（见图2.3（a）和线绳结构（见图2.3（b）两种。它们均由包布层1、强力层2、伸张层3及压缩层4组成。一般用途的传动多采用帘布结构。工作拉力主要由强力层承受。带是标准件，按其截面尺寸的大小不同，分为，Z，A，B，
26、C，42图2.3带的结构D，7种型号，其尺寸如表2.1所示。带的截面尺寸越大，其传递功率的能力也越大。（2）带轮的材料和结构带轮的常用材料是灰口铸铁，当v25m/s时，用HT150；v2530m/s时，用HT200；对特别重要且速度较高的带轮可采用铸钢；小功率的带轮可用铸铝或工程塑料。带轮要求质量轻、分布均匀，带与轮槽接触的工作表面要求光洁，以减少惯性力和带的磨损。带轮的结构一般由轮缘、轮辐和轮毂3部分组成，如图2.4所示。典型的带轮结构主要有以下3种形式：实心式（见图2.5）。用于直径较小的带轮。43辐板式（见图2.6）。用于直径d350mm的带轮。轮辐式（见图2.7）。用于直径d350mm
27、的带轮。44图2.4带轮的结构图2.5实心式带轮45图2.6辐板式带轮图2.7轮辐式带轮带轮的结构尺寸，详见有关设计手册。462.1.4带传动的主要参数（1）小带轮的包角1如图2.8所示，传动带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角，用表示。根据柔韧构件与滑轮间的摩擦力计算公式FT1（f1）可知，当摩擦系数f一定时，摩擦力随的增大而增大。对于带传动，因大带轮上的包角一般总是大于小带轮上的包角，所以摩擦力的最大值取决于小带轮上的包角1。为了保证带传动具有一定的工作能力，一般要求1120，特殊情况也允许190。包角1的近似计算公式为式中d1，d2主、从动轮的计算直径，mm；a两带轮的实际中心距，mm。
28、47图2.8带传动的包角（2）带速v带速v可计算为d1n1v601000（2.4）带的圆周速度一般应限制为v530m/s。若计算后vma25m/s或vma30m/s，则应重新选择小带轮的直径d1。当传递功率一定时，若速度过低，圆周力就增大，带的截面尺寸48和根数就要增加。另外，带速也不宜过高，因为带绕在带轮上做圆周运动时，将产生离心力，使带和带轮间的正压力减小，降低传递的承载能力，速度越高，承载能力降低越多。综合考虑各种因素，最适宜的带速是1020m/s。（3）带轮直径d1，d2带轮的直径越小，传动结构越紧凑，但带在小带轮上的弯曲应力较大。因此，小带轮的计算直径d1一般应满足d1dmin（见表
29、2.2）的要求，并符合带轮的标准直径系列（见表2.3）。49大带轮的直径按公式d2id1计算，并按表2.3推荐的带轮直径系列进行圆整。一般允许传动中的转速n2有5的变化范围。（4）带的长度当传动中心距a和带轮直径d1，d2已知时，带的长度可按近似公式计算，即502.1.5带传动的张紧装置带工作一段时间后，由于带的伸长变形而产生松弛，致使拉力减小，传动能力下降。为了保证带传动的工作能力，需要考虑带的定期张紧装置或自动张紧装置。常用的张紧装置较多，现介绍最常见的4种形式。（1）利用导轨及调整螺栓的张紧装置如图2.9所示，将装有带轮的电机安装在导轨上，需要调整带的预拉力时，先松开电机的固定螺栓，再转
30、动调整螺栓，使电机调整到合适的位置，然后拧紧固定螺栓。这种张紧装置适用于两轴线成水平或倾斜度不大的场合。51图2.10摆动机座和调节螺母的张紧装置图2.9导轨及调整螺栓的张紧装置（2）利用摆动机座和调节螺母的张紧装置如图2.10所示，将装有带轮的电机装在可以摆动的机座上，旋转调节螺母，使机座绕小轴摆动，将电机调整到合适的位置，然后拧紧调节螺母。这种张紧装置适用于两轴线垂直或接近垂直的传动。52（3）自动张紧装置如图2.11所示，将电机安装在摆动架上，靠电机与摆动架的自重自动张紧胶带。（4）利用张紧轮的张紧装置如图2.12所示，在张紧轮的作用下使胶带张紧。张紧轮应安装在松边的内侧，使胶带只受单方
31、向的弯曲；同时，为了不使小带轮的包角减小过多，张紧轮应尽量靠近大带轮，这种张紧装置适用于两轮中心距不能调整的地方。53图2.12张紧轮装置图2.11自动张紧装置54（1）链传动的组成和分类链传动由装在两平行轴上的主动链轮1、从动链轮2和链条3组成，如图2.13所示。2.2链传动2.2.1概述55图2.13链传动根据链传动的工作性质不同可分为传动链、起重链和牵引链3种。其中，传动链按结构不同分类，主要有套筒滚子链和齿形链两种。例如，自行车的链条就是常见的套筒滚子链。现以套筒滚子链为例来介绍它的工作特点及应用范围。56传动链主要用来传递动力，常用范围是：传递功率P100k，传动比i8，链速v20m
32、/s，传动效率0.950.98。起重链主要用在起重机械中提升重物，其工作速度一般不大于0.25m/s；牵引链主要用在运输机械中移动重物，其工作速度一（2）链传动的特点与带传动比较，链传动能保持准确的平均传动比，传动效率高，在传递相同功率的情况下结构较为紧凑，链条张紧力小，作用于轴上的压力也较小；但要求安装精度高，工作时有噪声，过载时不能打滑，因而不能起安全保护作用，不适于高速传动。与齿轮传动比较，链传动的制造和安装精度要求低，当两轴中心距较大时，结构简单；但不能保持准确的瞬时传动比，由于铰链磨损，链的节距伸长，容易引起脱链，导致传动失效。（3）链传动的应用般不大于24m/s。572.2.2套筒
33、滚子链和链轮（1）套筒滚子链的结构与规格套筒滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4及滚子5组成，如图2.14所示。内链板与套筒之间，外链板与销轴之间分别用过盈配合联接而构成内、外链节；滚子与套筒之间，销轴与套筒之间均为间隙配合，这样，可使链节与链轮在啮合传动时，滚子在链轮齿间能够滚动，以减少链与轮齿的磨损。在传动大功率时，可采用双排链或多排链。链的承载能力与排数成正比；但排数不宜过多，否则由于制造和装配精度的影响，各排链的受载不均匀，所以双排链用得较多，四排以上的链用得较少。套筒滚子链已标准化，相邻两销的中心距离称为链的节距P，它是链传动最主要的参数。P越大，链的各部分尺寸相应增大，承58
34、图2.14套筒滚子链的结构载能力也增大，质量也随之增加。如表2.4所示为常用几种规格套筒滚子链的主要尺寸和抗拉强度。根据使用场合，套筒滚子链分为A，B两级，A级链用于重载、高速或重要的传动。B级链用于一般传动。59表2.4套筒滚子链的规格和主要参数（摘自GB12432006）套筒滚子链的接头形式如图2.15所示。当链节为偶数时，链条封闭接头可用开口销或弹簧卡子锁紧（见图2.15（a）、（b）。前者一般用于大节距，后者用于小节距。若链节为奇数时，则需采用过渡链节（见图2.15（c）。由于过渡链板受到附加弯曲作用，使强度削弱，故一般情况下应尽量避免采用奇数链节。（2）链轮的结构和材料 链轮的结构可
35、根据直径大小而选用不同的形式；小直径的链轮可采用实心式（见图2.16（a）；中等直径的链轮可采用辐板式或孔板式（见图2.16（b）；大直径的链轮一般可设计成组合式结构，齿圈与轮毂可用焊接（见图2.16（c）或螺栓联接（见图2.16（d）。由于链轮主要是轮齿磨损破坏，因而采用螺栓联接的结构只需更换齿圈即可修复，这样既方便，又可降低生产成本。60链轮的材料应能保证轮齿有足够的接触强度和耐磨性，故齿面常需热处理。由于小链轮啮合的次数比大链轮多，冲击和磨损均比大链轮严重，因此，小链轮的材料或热处理要求常优于大链轮。一般低速轻载的平稳传动可采用35，40，45号钢，硬度160HB200；对于中速中载无剧
36、烈冲击的传动，可采用40，45号钢经淬火处理，硬度4050HC。具体选择方法可参考有关设计手册。612.2.3链传动的布置与润滑在链传动中，两链轮轴线必须平行，且最好成水平布置，如图2.17（a）所示。如需倾斜布置时，两链轮中心线与水平线的夹角应小于45（见图2.17（b）。另外，链传动应使紧边（即主动边）在上，松边在下，以便链条和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果松边在上，可能会因松边垂度过大而出现链条与齿轮的干扰，甚至会引起松边与紧边的碰撞。62图2.15滚子链的接头63图2.16链轮的结构（a）整体式（b）孔板式（c）焊接式（d）装配式64为了防止链条垂度过大而造成啮合不良和松边的颤
37、动，需用张紧装置。如中心距可以调节时，可用调整中心距来控制张紧程度；若中心距不可调节，则可用张紧轮。张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，置于链条内、外侧均可，分别如图2.17（c）、（d）所示。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，其直径可比小链轮略小些。链传动必须有良好的润滑，否则会严重影响其使用寿命。常用的润滑方式有：人工定期润滑、滴油润滑、油浴润滑、飞溅润滑和压力润滑。润滑方式可根据许用功率曲线图（见有关手册）选用。选用润滑油的一般原则是低温时选用低牌号，高温时选用高牌号。对速度很低而又无法供油润滑的链传动，可用润滑脂代替。65图2.17链传动的布置662.3齿轮传动2.3.1齿轮传动的
38、特点和分类（1）齿轮传动的特点齿轮传动是通过轮齿齿廓相互啮合来传递两轴间的运动和动力的。它是近代机械设备中应用最广泛的一种传动装置，如各种建筑机械、机床和汽车变速箱以至葛洲坝闸门的关闭等都应用着齿轮传动。齿轮传动能够得到广泛的应用，是因为它具有如下主要优点：能保证恒定的瞬时传动比；适用的圆周速度和功率范围较大（速度可达300m/s，功率可达10万k）；传动效率高；使用寿命较长，结构紧凑。齿轮传动的主要缺点是制造和安装精度要求较高，不宜用于远距离的轴间传动。67（2）齿轮传动的分类齿轮的类型很多，常用的分类方法有如下几种：根据啮合方式，可以分为外啮合齿轮传动（见图2.18（a）、内啮合齿轮传动（
39、见图2.18（b）、齿轮齿条啮合传动（见图2.18（c）3种根据轮齿的形状和齿轮轴线的相互位置，可分为以下3类：a.两轴线平行的直齿圆柱齿轮传动（见图2.18（a）、斜齿圆柱齿轮传动（见图2.18（d）和人字齿轮传动（见图2.18（）。b.两轴线相交的直齿圆锥齿轮传动（见图218（f）等。c.两轴线交错的螺旋齿轮传动（见图2.18（）等。68.）根据齿轮传动的防护方式，可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动。开式齿轮传动没有防护箱体，齿轮将受到灰尘及有害物质的侵袭，而且润滑条件差，容易加剧齿面磨损，多用于低速传动和不太重要的场合，如卷扬机一般均采用开式齿轮传动。闭式齿轮传动则将齿轮全部密封在刚性的箱
40、体内，能保证良好的润滑条件，多用于速度较高或重要的传动。692.3.2渐开线齿廓为了研究渐开线齿轮的啮合传动，先来讨论渐开线的形成原理和渐开线的性质。（1）渐开线的形成及性质如图219所示，一直线AB在半径为r的圆周上做纯滚动时，此直线上任意一点K的运动轨迹CKD称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，r称为基圆半径，而直线AB称为渐开线的发生线。以同一基圆上产生的两条反向的渐开线为齿廓，这样的齿轮就是渐开线齿轮，如图2.20所示。70图2.18齿轮传动的分类71图2.19渐开线的形成图2.20渐开线齿廓72根据渐开线的形成原理可知，渐开线具有以下性质：发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过
41、的弧长，即KC。渐开线上任一点K的法线必与基圆相切。其切点是渐开线上K点的曲率中心，线段K是K点的曲率半径（见图2.19）。由此可知，渐开线上各点的曲率半径均不相同，其变化规律是：K点离基圆越近，曲率半径越小；反之，曲率半径越大。当K点与基圆上的C点重合时，其曲率半径为零。渐开线的形状取决于基圆的大小。同一基圆的渐开线形状完全相同。基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直。当基圆半径趋于无穷大时，渐开线就成为一条直线（见图2.21）。如渐开线齿条就是这种直线齿廓。73图2.21不同基圆的渐开线图2.22渐开线的压力角74渐开线上任一点K的法线与该点速度线之间的夹角K（见图2.22），称为
42、压力角。由图2.22可知：压力角随K点的向径r变化。这说明渐开线上各点的压力角是不相等的。当K点与基圆重合时，压力角等于零。基圆内没有渐开线。这是因为渐开线是从基圆开始向外逐渐展开的。75（2）渐开线齿廓的啮合特点1）瞬时传动比固定不变根据传动比的定义可知，一对齿轮传动比的计算公式为式中n1，n2主、从动轮的转速；z1，z2主、从动轮的齿数。76如图223所示，设两渐开线齿轮的基圆半径分别为r和r，过两轮齿廓啮合点K作两齿轮的公法线12。根据渐开线的性质可知，该公法线与两基圆相切，即为两基圆的内公切线。又因两轮的基圆为定圆，在其同一方向的内公切线只有一条。故无论两齿廓在何处接触（如在虚线位置接
43、触），过接触点所作两齿廓的公法线（即两基圆的内公切线）为一固定直线，它与连心线12的交点C必是一定点，则11C 22C，故两齿轮的传动比为式（2.8）说明一对渐开线齿轮的瞬时传动比等于基圆半径的反比。对于已制造好的渐开线齿轮，基圆半径是固定不变的，因此，一对渐开线齿轮的瞬时传动比为一常数，即保证瞬时传动比固定不变。772）渐开线齿轮中心距的可分性由式（2.8）可知，渐开线齿轮的传动比取决于基圆半径。而两齿轮的基圆半径是定值，因此，当渐开线齿轮的实际中心距与设计中心距有误差时（由于制造和安装等引起的误差），其传动比仍保持不变。渐开线齿轮的这一性质称为中心距的可分性。这是渐开线齿轮传动的重要优点，
44、它给齿轮的制造和安装带来很大方便。2.3.3渐开线标准直齿圆柱齿轮传动（1）齿轮各部分的名称及符号如图2.24所示，下面介绍的是标准直齿圆柱齿轮各部分的名称与符号。齿顶圆。过齿轮各轮齿顶部的圆称为齿顶圆，其直径用da表示。 齿根圆。过齿轮各齿槽底部的圆称为齿根圆，其直径用df表示。78图2.23渐开线齿轮的啮合79图2.24齿轮各部分的名称80分度圆。对于标准齿轮，齿厚与齿槽宽相等的圆称为分度圆，其直径用d表示。齿厚。轮齿两侧端面齿廓之间的分度圆弧长称为齿厚，用s表示。齿槽宽。齿槽两侧端面齿廓之间的分度圆弧长称为齿槽宽，用表示。齿距。相邻两齿同侧齿廓在分度圆上的弧长称为齿距，用p表示，即ps。
45、齿顶高。分度圆与齿顶圆之间的径向距离，用ha表示。齿根高。分度圆与齿根圆之间的径向距离，用hf表示。全齿高。齿根圆与齿顶圆之间的径向距离，用h表示，且hhahf。齿宽。齿轮两端面之间的距离称为齿宽，用b表示。81（2）直齿圆柱齿轮的基本参数模数m。如果设齿轮的轮齿个数为z那么分度圆直径d与齿数z及齿距p三者之间的关系为：因式中含有无理数，如果选取齿距p作为基本参数；对齿轮的尺寸计算和加工测量都极不方便，故令p/m，并称为模数，则82由式（2.9）可知，模数m越大，轮齿越大；模数越小，则轮齿越小。如图2.25所示，为分度圆直径相同而模数m值不同的轮齿比较。加工齿轮的刀具其模数应与被加工齿轮的模数
46、相同。为了限制刀具的数量，实现齿轮加工刀具的标准化，我国规定了齿轮模数m值的标准系列（见表2.5）。83图2.25不同模数的轮齿84KK。压力角。由渐开线的性质可知，压力角随向径r的变化而变化，即渐开线上各点的压力角是不相等的。通常所说的齿轮压力角，是指分度圆上的压力角。根据齿轮传动的受力特点，我国规定齿轮在分度圆上的压力角20为标准值。由上述讨论得知，模数m和压力角是定义在分度圆上的，故分度圆是齿轮上具有标准模数、标准压力角的圆。齿数z齿数z与传动比有关。当模数和压力角相同时，齿数的多少也影响齿廓曲线的形状，即齿数越多，齿廓曲线的形状就越平直。齿条可以看做是无限多个齿的齿轮，其齿廓变成了直线
47、，85齿根较厚，不易断齿。齿顶高系数和顶隙系数。根据分度圆齿厚s0.5m的计算公式，可知齿厚和模数成正比。为了使齿形匀称，规定齿的高度也和模数成正比，即规定对标准齿轮取：式中 齿顶高系数，标准规定：正常齿 1；短齿 0.8；c顶隙系数，根据规定：正常齿 c* 0.25；短齿c* 0.3。顶隙是指啮合时一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根之间的间隙。其作用是防止啮合时一个齿轮的齿槽底部和另一个齿轮的齿顶相抵触，并且还可以储存润滑油，有利于齿面的润滑。顶隙为cc*m。86对于渐开线标准齿轮的基本参数 ，除齿数z外，其余都规定为标准值。知道了这些基本参数，便可计算齿轮各部分的几何尺寸。（3）标准直齿圆柱
48、齿轮的几何尺寸计算外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式如表2.6所示。87所示。88（4）直齿圆柱齿轮的正确啮合条件为了减少齿轮加工刀具的种类和便于互换，齿轮分度圆上的模数和压力角都规定取标准值，且轮齿几何尺寸与模数规定成一定的比例关系。因此，可以得出一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两齿轮分度圆上的模数及压力角必须分别相等，即m1m2m12（2.12）2.3.4齿轮失效和齿轮材料及润滑（1）齿轮的失效形式齿轮在传动过程中，如果因轮齿折断或齿面损坏而失去正常89工作的能力，称为齿轮失效。齿轮传动的失效形式主要有轮齿折断和齿面损坏两种。轮齿折断。一般发生在齿根部分（见图2.26），因为
49、齿根处受到的弯曲应力最大，而且有应力集中。轮齿折断有两种情况：一种是严重过载或受到过大的冲击载荷而突然折断；另一种是由于轮齿长期受到循环变化的弯曲应力作用而引起的疲劳折断。防止轮齿折断的主要措施是改善材料的机械性能，增大材料的韧性，使齿根受到的弯曲应力小于齿轮材料的许用应力。90图2.26轮齿折断图2.27齿面磨损齿面损坏。可分为齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合及齿面塑性变形4种形式。如图2.27所示的齿面磨损一般出现在润滑条件较差，并有灰尘、杂质进入轮齿工作表面的开式齿轮传动。为了减少磨损，可采用闭式齿轮传动，改善润滑条件以及提高齿面光洁度和齿面硬度等方法。91图2.28齿面点蚀齿面点蚀是由于齿
50、轮工作时，接触表面上受到脉动循环变化的接触应力超过了齿面的接触疲劳极限应力，从而导致疲劳裂纹的产生，裂纹扩展，最终使齿面金属小块脱落，形成大小不同的坑状麻点（见图2.28），这种失效称为点蚀。点蚀一般出现在润滑条件较好的闭式齿轮传动中，且产生于节线附近的齿根表面处。对于开式齿轮传动，即使齿面出现疲劳裂纹，但还来不及扩展到金属脱落，表面层就被磨损，因此开式齿轮传动一般不会出现点蚀现象。提高齿面硬度和光洁度是防止齿面点蚀的有效措施。92图2.29齿面胶合齿面胶合一般出现在高速重载的闭式齿轮传动中，常因啮合温度升高而引起润滑失效，致使两齿面直接接触并相互粘连。当齿轮继续转动时，较软齿面的金属被撕掉而
