1、带传动链传动齿轮传动模块小结一二三四 学习目标1了解带传动、链传动的特点、类型和应用分析。2.掌握渐开线齿轮的几何尺寸计算，圆柱齿轮传动规律，齿轮加工原理和根切现象。3.了解轮系的分类和应用，掌握定轴轮系、行星轮系的传动比计算。1.能够正确查找常用传动装置的相关国家标准。2.能够根据原动机和工作机的条件，正确选择相应的传动装置。3.能够掌握使用、维护汽车常用传动装置的方法。带传动是应用比较广泛的一种机械传动，一般是由主动带轮1、从动带轮2和张紧在两轮上的挠性传动带3所组成。由于带被张紧，使带与带轮接触面间产生正压力。当主动带轮1转动时，靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动带轮2一起转动，并传递一
2、定的运动和动力，如图6-1所示。带传动 图6-1带传动示意图1-主动带轮；2-从动带轮；3-传动带带传动1 1带传动的类型根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。1）摩擦带传动（1）平带传动。如图6-2a）所示（2）V带传动。如图6-2b）所示（3）多楔带传动。如图6-2c）所示（4）圆形带传动。如图6-2d）所示 图6-2 带传动的类型带传动啮合带传动 啮合带传动依靠带轮上的齿与带上的齿或孔啮合传递运动。啮合带传动有两种类型，如图6-3所示。图6-3 啮合带传动 带传动1 1带传动的特点摩擦带传动具有以下特点：（1）结构简单，适宜用于两轴中心距较大的场合。（2）胶带富有弹性
3、，能缓冲吸振，传动平稳无噪声。（3）过载时可产生打滑、能防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。但不能保持准确的传动比。（4）传动带需张紧在带轮上，对轴和轴承的压力较大。（5）外廓尺寸大,传动效率低(一般0.940.96)。根据上述特点，带传动多用于中、小功率传动（通常不大于100kW）；原动机输出轴的第一级传动（工作速度一般为525m/s）；传动比要求不十分准确的机械。带传动1 1V带的构造和标准1.V带的构造和标准标准V带都制成无接头的环形，其横截面由强力层1、伸张层2、压缩层3和包布层4构成，如图6-4所示。V带在规定张紧力下弯绕在带轮上时外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一长度不
4、变的中性层，沿中性层形成的面称为节面，如图6-5所示。节面的宽度称为节宽bp。节面的周长为带的基准长度Ld。图-带剖面结构-强力层-伸张层-压缩层-包布层图-带的节面和节线带传动V带和带轮有两种尺寸制，即有效宽度制和基准宽度制。基准宽度制是以V带的节宽为特征参数的传动体系。普通V带和SP型窄V带为基准宽度制传动用带。按GB/T 11544-2012规定，普通V带分为Y、Z、A、B、C、D、E七种，截面高度与节宽的比值为0.7；窄V带分为SPZ、SPA、SPB、SPC四种，截面高度与节宽的比值为0.9。带传动V带的型号和标准长度都压印在胶带的外表面上，由截型、基准长度和标准编号等组成，以供识别和
5、选用例如：B3150 GB/T 11544-2012，表示为B型普通V带，带的基准长度Ld=3150mm。带的基准长度系列如表6-2所示。带传动V带轮的材料可采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料，以灰铸铁应用最为广泛。当带速v不大于25m/s时，采用HT150，v2530m/s时采用HT200，速度更高的带轮可采用球墨铸铁或铸钢，也可采用钢板冲压后焊接带轮。小功率传动可采用铸铝或工程塑料。带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。2V带轮的材料和结构制造带传动V带轮按轮辐结构不同分为四种型式，如图6-6所示。图6-6 V带轮的典型结构 带传动带以一定的预紧力套在带轮上。静止时带轮两边的拉力相等，均为预紧力
6、F0，如图6-7a)所示。负载转动时，由于带与带轮接触面摩擦力的作用，带绕上主动轮的一边被拉紧，称为紧边，紧边的拉力由F0增加到F1；另一边被放松，称为松边，拉力由F0降至F2。如图6-7b)所示。紧边与松边拉力的差值（F1F2）为带传动中起传递力矩作用的拉力，称为有效拉力F1 1带传动的受力分析图-带传动的受力分析 带传动带在工作过程中主要承受拉应力，离心应力和弯曲应力三种应力。三种应力迭加后，最大应力发生在紧边绕入小带轮处。2 2带传动的应力分析图-带传动的应力分布 带传动2）打滑当外载较小时，弹性滑动只发生在带即将由主、从动轮离开的一段弧上。传递外载增大时，有效拉力随之加大，弹性滑动区域
7、也随之扩大，当有效拉力达到或超过某一极限值时，带与小带轮在整个接触弧上的摩擦力达到极限，若外载继续增加，带将沿整个接触弧滑动，这种现象称为打滑。1）弹性滑动传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。带的弹性滑动和打滑弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的 带传动同步带是以细钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨脂或氯丁橡胶的环形带。由于带的强力层承载后变形小，且内周制成齿状使其与齿
8、形的带轮相啮合，故带与带轮间无相对滑动，构成同步传动。如图6-9所示。同步带传动具有传动比恒定、不打滑、效率高、初张力小、对轴及轴承的压力小、速度及功率范围广、不需润滑、耐油、耐磨损以及允许采用较小的带轮直径、较短的轴间距、较大的速比，使传动系统结构紧凑的特点。同步带传动的特点和应用图-同步带结构与同步带传动 带传动同步带的类型和规格同步带分为梯形齿和圆弧齿两大类，标准同步带按节距大小分为七种类型（MXL最轻型、XXL超轻型、XL特轻型、L轻型、H重型、XH特重型、XXH超重型）。标准同步带的标记包括：型号、节线长度代号、宽度代号和国标号。对称齿双面同步带在型号前加“DA”，交错齿双面同步带在
9、型号前加“DB”。带传动带传动的张紧程度对其传动能力、寿命和轴压力都有很大的影响。带传动工作一段时间后会由于塑性变形而松弛，使初拉力减小、传动能力下降，此时在规定载荷G作用下总挠度y变大，需要重新张紧。1 1带传动的张紧与调整 带传动常用张紧方法有以下几种：1）调整中心距法 (1)定期张紧 (2)自动张紧图6-12水平传动定期张紧装置 1-电动机 2-滑道 3-螺钉图6-13垂直传动定期张紧装置 1-电动机2-摆动底座 3-螺钉图6-14自动张紧装置 1-电动机 2-摇摆架 带传动2）张紧轮法。带传动的中心距不能调整时，可采用张紧轮法。图6-15 张紧轮的布置 带传动正确的安装和维护是保证带传
10、动正常工作、延长胶带使用寿命的有效措施，一般应注意以下几点。1）平行轴传动时各带轮的轴线必须保持规定的平行度。2）套装带时不得强行撬入。3）多根V带传动时，为避免各根V带载荷分布不均，带的配组公差应在规定的范围内。4）对带传动应定期检查及时调整，发现损坏的V带应及时更换，新旧带、普通V带和窄V带、不同规格的V带均不能混合使用。5）带传动装置必须安装安全防护罩。这样既可防止绞伤人，又可以防止灰尘、油及其它杂物飞溅到带上影响传动。2 2带传动的安装与维护带传动的安装与维护图6-16 带轮的安装位置 链传动链传动由两轴平行的大、小链轮和链条组成。是靠链轮齿和链条之间的啮合来传动，见图 6-17。链的
11、种类繁多，按用途不同，链可分为：传动链、起重链和输送链三类。传动链有齿形链和滚子链两种。齿形链是利用特定齿形的链片和链轮相啮合来实现传动的，如图6-18所示。齿形链传动平稳，噪声很小，因其更优越的传动性能，故又称无声链传动。1 1链传动结构和类型图6-17 链传动组成图6-18 齿形链 链传动1）主要优点主要优点：与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比（平均传动比），传动效率较高；又因链条不需要张得很紧，所以作用在轴上的压轴力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。与齿轮传动相比，链传动易于安装，成本低廉；在远距
12、离传动时，结构更显轻便。2）主要缺点主要缺点：运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪声较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴间的传动。链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远,以及其发动机正时齿形链传动。2 2链传动的特点和应用图6-19 发动机正时齿形链传动 链传动1.滚子链滚子链是由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5所组成（图6-20），也称为套筒滚子链。两销轴之间的中心距称为节距，用P 表示。节距P 是链传动的一个重要参数。图6-20滚子链组成1-内链板-外链板-销轴-套筒-滚子 链传动图6-21 滚子链的接头形式 链传动链轮的基本参数及主要尺寸链轮的基本参数
13、为：链轮的齿数z、配用链条的节距p、滚子外径da及排距pt。链轮的主要尺寸及计算公式如右表所示。2 2滚子链链轮 链传动3）链轮的结构和材料链轮材料应有足够的强度和耐磨性，一般链轮用碳钢、灰铸铁制作，重要的链轮用合金钢制造，齿面要经过热处理。小链轮的啮合次数多于大链轮，受冲击也比较大，故小链轮的材料、齿面硬度应优于大链轮。如图6-22 链轮的结构 链传动链传动的平均速度和平均传动比不变，但它们的瞬时值却是周期性变化的。链速和传动比的变化使链传动中产生加速度，从而产生附加动载荷、引起冲击振动，故链传动一般不适合高速传动。在汽车发动机正时传动中使用齿形链传动。链传动图6-23 链传动的布置和张紧
14、链传动图6-24 链传动的润滑 齿轮传动1 1传动的类型图6-25 齿轮传动的主要类型 齿轮传动1）传动准确、平稳齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变以避免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这与齿轮的齿廓形状、制造和安装精度有关。2）承载能力强齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。2 2对齿轮传动的基本要求 齿轮传动图6-26 渐开线及渐开线齿廓图 齿轮传动1、各部分名称和主要尺寸，如图6-27所示。图6-27 齿轮各部分名称 齿轮传动渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数2 2决定齿轮尺寸和齿形的基本
15、参数：齿数、模数、压力角、齿顶高系数、定隙系数 齿轮传动1.渐开线齿轮传动的正确啮合条件要使一对标准渐开线直齿圆柱齿轮能够正确地、连续地啮合传动,必须满足以下条件。设：m1、m2 和 分别为两齿轮的模数与压力角，则正确啮合条件是：即正确啮合条件为即正确啮合条件为:两齿轮的模数和压力角两齿轮的模数和压力角必须分别相等，且为标准化值。必须分别相等，且为标准化值。齿轮传动2.渐开线齿轮连续传动的条件 齿轮传动一对正确啮合的渐开线标准齿轮，其模数相等，故两轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，即s1=e1=s2=e2=m/2。显然当两分度圆相切并作纯滚动时（即节圆与分度圆重合），其侧隙为零。一对标准齿轮节圆与
16、分度圆重合的安装称为标准安装，标准安装时的中心距称为标准中心距，以a 表示。对于外啮合传动标准齿轮的安装：显然，此时的啮合角 就等于分度圆上的压力角应当指出，分度圆和压力角是单个齿轮本身所具有的，而节圆和啮合角是两个齿轮相互啮合时才出现。标准齿轮传动只有在分度圆与节圆重合时，压力角和啮合角才相等。齿轮传动的标准中心距 齿轮传动轮齿产生严重的根切，显然根切导致轮齿根部变薄，会大大削弱了轮齿的弯曲强度，并且降低了齿轮传动的平稳性和重合度。因此，应力求避免过大的根切现象产生。最少齿数要使被切齿轮不产生根切，当用标准齿条插刀或滚刀加工压力角为=20、正常齿制ha*=1 的标准渐开线直齿圆柱齿轮时，不产
17、生根切的最少齿数为Zmin=17。在设计制造中，小齿轮的齿数应大于等于17个齿，即Z117。根切现象根切的危害图6-30 根切现象 齿轮传动变位齿轮的概念图6-32 变位齿轮 齿轮传动1.轮齿的失效形式图6-33 轮齿折断现象图6-34 齿面点蚀现象图6-35 齿面磨损现象图6-36 齿面胶合现象图6-37 齿面塑性变形现象 齿轮传动对齿轮材料的基本要求为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料应具有：(1)应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能，使之便于加工且
18、便于提高其力学性能。最常用的齿轮材料是钢，此外还有铸铁及一些非金属材料等。齿轮的材料 齿轮传动图6-38斜齿轮圆柱齿轮传动 齿轮传动锥齿轮用于传递两相交铀的运动和动力。其传动可看成是两个锥顶共点的圆锥体相互作纯滚动，如下图所示。两轴交角=1+由传动要求确定，可为任意值，常用轴交角90。图6-40为一对标准直齿圆锥齿轮。其节圆锥与分度圆锥重合，轴交角90。圆锥齿轮传动的特点图6-40 直齿圆锥齿轮传动 齿轮传动1)齿轮轴当圆柱齿轮的齿根圆至键槽底部的距离x(22.5)n,或当圆锥齿轮小端的的齿根圆至键槽底部的距离x(22.5)时【图6-42a）】，应将齿轮与轴制成一体,称为齿轮轴。如图6-42b
19、）所示。图6-42 齿轮轴1、齿轮的结构 齿轮传动2)实体式齿轮当齿轮的齿顶圆直径da200mm时,可采用实体式结构,如图6-43所示。这种结构形式的齿轮常用锻钢制造。图6-43 实体式齿轮 齿轮传动4)轮辐式齿轮当齿轮的齿顶直径da500mm时，可采用轮辐式结构，如图6-44b)所示。这种结构的齿轮常采用铸钢或铸铁制造，其各部分尺寸按中的数值公式确定。图6-44 腹板式齿轮和轮辐式齿轮3)腹板式齿轮当齿轮的齿顶圆da=200500mm时,可采用腹板式结构,如图6-44a)所示。这种结构的齿轮一般多用锻钢制造，其各部分尺寸由图中的数值公式确定。齿轮传动2.齿轮传动的润滑1）浸油润滑：如图6-4
20、5a），如图6-45b）所示。2）喷油润滑：如图6-45c)所示。3）对于开式齿轮传动，由于其传动速度较低，通常采用人工定期加油润滑的方式。4）润滑剂的选择图6-45 齿轮润滑 齿轮传动1）蜗杆传动的特点(1)蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。(2)工作平稳，噪声较小。(3)可制成具有自锁性的蜗杆。(4)蜗杆传动的主要缺点是传动效率较低。(5)蜗轮材料造价较高。蜗杆传动的特点和类型 图6-46 蜗杆传动 1-蜗轮；2-蜗杆 齿轮传动2)蜗杆传动的类型图6-47 蜗杆传动的类型 齿轮传动3)蜗杆传动的正确啮合条件(1)在中间平面内，蜗杆的轴向模数ma1与蜗轮的端面模数mt2必须相等(2)蜗
21、杆的轴向压力角a1与蜗轮的端面压力角t2必须相等。(3)两轴线交错角为90时，蜗杆分度圆柱上的导程角 应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角，且两者的旋向相同。齿轮传动2.蜗杆传动的主要参数1）模数m和压力角2）蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2和传动比i蜗轮齿数Z2=iZ1，为了避免蜗轮轮齿发生根切，Z2不应小于26，但不宜大于80。因为Z2过大，会使结构尺寸增大，蜗杆长度也随之增加，致使蜗杆刚度降低而影响啮合精度。对于蜗杆为主动件的蜗杆传动，其传动比为：齿轮传动蜗杆传动的旋转方向判断图6-48 蜗杆蜗轮的旋向判定 齿轮传动1)定轴轮系。如图6-49所示，在轮系运转时各齿轮几何轴线都是固定不变的，这种轮系称为
22、定轴轮系。轮系的分类2)行星轮系。如图6-50所示，在轮系运转时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一几何轴线转动，这种轮系称为行星轮系。图6-49 定轴轮系图6-50 行星轮系 齿轮传动定轴轮系的传动比定轴轮系的总传动比等于各对啮合齿轮传动比的连乘积，其大小等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比，即式中：m为平行轴外啮合圆柱齿轮的对数，用于确定全部由圆柱齿轮组成的定轴轮系中输出轮的转向。齿轮传动周转轮系的传动比1）行星轮系的组成如图6-57a）所示的行星轮系，主要由行星齿轮，行星架和太阳轮组成。图6-57b）所示的齿轮2由构件H支承，运转时除绕自身几何轴线O自转外，还随
23、构件H上的轴线O绕固定的几何轴线O 公转，故称其为行星轮。支承行星轮的构件H 称为行星架，与行星轮相啮合且几何轴线固定不动的齿轮1、3（内齿轮）称为太阳轮图6-54 行星轮系 齿轮传动行星轮系的传动比计算行星轮系的传动比计算不能直接采用定轴轮系传动比计算公式。最常用的方法是转化机构法，也称反转法。图6-54 行星轮系及其传动比的计算 齿轮传动行星轮系的传动比计算 齿轮传动例 图6-55所示为汽车差速器，当汽车直线行驶，左右两后轮转速相同，行星轮不自转，齿轮1、2、3、2如同一个整体，一起随齿轮4转动，此时n3=n4=n1，差速器起到联轴器的作用。汽车转弯时，左右两轮的转弯半径不同，两轮行走的距离也不相同，为保证两轮与地面作纯滚动，要求两轮的转速也不相同。此时，因左右轮的阻力不同使行星轮自转，造成左右半轴齿轮1和3连同左右车轮一起产生转速差，从而适应了转弯的需求。差速器此时起到运动分解的作用。图6-55 汽车后桥差速器 模块小结
