1、 第二章 常用机械传动装置 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，并且可以改变转速的大小和转动的方向。常用的机械传动装置有带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动等。第一节 带 传 动 一、带传动的工作原理和速比 带传动的工作原理 带传动是用挠性传动带做中间体而靠摩擦力工作的一种传动。如图2-1所示。带传动的速比 带传动的速比计算公式为：i n1/n2 D2/D1 上式表明，带传动中的两轮转速与带轮直径成反比。图2-1 带传动 二、带传动的特点和类型 带传动的特点 1)可用于两轴距离较远的传动(最大中心距可达40m)。2)带本身具有弹性，因而可以缓和冲击和振动，使传动平稳，且
2、无噪声。3)当机器过载时，带会在轮上打滑，能起到对机器的保护作用。4)结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后容易更换。5)结构不够紧凑。6)不能保证准确的传动速比。7)由于需要施加张紧力，所以轴及轴承受到的不平衡径向力较大。8)带的寿命较短。图2-2 带传动的类型 a)平带传动 b)V带传动 c)圆带传动 d)同步齿形带传动 1带 2带轮 带传动的类型带传动的类型 生产中使用的带传动，有平带、V带、圆带、同步齿形带等类型(见图2-2)，以平带和V带使用最多。三、V带及带轮 V带的结构和型号 V带是一种无接头的环形带，其横截面的结构如图2-3所示。根据国家标准，我国生产的普通 V带共分为Y、Z
3、、A、B、C、D、E七种型号。Y型V带的截面积最小，E型的截面积最大。国家标准还规定，V带的节线长度为基准长度，以Ld 表示。普通V带的基准长度系列如表2-l所示。caavwfgijklq 在进行V带传动计算和选用时，可先按下列公式计算基准长度Ld的近似值Ld:Ld 2p(D1D2)/2(D1-D2)/4 式中 主、从二带轮的中心距；D1、D2 主、从二带轮的基准直径(与基准长度相对应的带轮直径)。计算出 Ld 的值需按表2-1取相近值进行圆整，最后便可确定Ld 的标准值。caavwfgijklqcaavwfgijklq图2-3 V带的结构 1包布层 2伸张层 3强力层 4压缩层 表2-l 普
4、通V带的基准长度系列(GBll544-1997)(mm)200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000 5600 6300 7100 8000 9000 10000 11200 12500 14000 16000 18000 20000 V带的型号由带型和基准长度两部分组成，例如标记为Z1400，即表示基准长度为1400mm的Z型V带。带轮的结构带轮的结构 带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部
5、分组成带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成(见图见图2-4)。带轮的轮辐。带轮的轮辐部分有实心、辐板部分有实心、辐板(或孔板或孔板)和椭圆轮辐三种形式。和椭圆轮辐三种形式。图2-4 V带传动的带轮 1轮缘 2轮辐 3轮毂 四、带传动的张紧装置 V带传动常用的张紧装置有调距张紧和张紧轮张紧两种结构：(1)调距张紧 如图2-5、图2-6所示。(2)张紧轮张紧 如图2-7所示。图2-5 调距张紧装置 1电动机 2滑道 3调整螺钉 图2-6 自动张紧装置 1电动机 2摆架 图2-7 2-7 张紧轮紧张装置 第二节 链传动 一、链传动及其速比 链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的(见
6、图2-8)。它依靠链和链轮轮齿的啮合而传动。图2-8 链传动 设某链传动，主动链轮齿数为，从动链轮齿数为。当主动链轮转过周，即转过个齿时，从动链轮就被带动转过周，即转过个齿。显然，主动轮与从动轮所转过的齿数相等，即显然，主动轮与从动轮所转过的齿数相等，即 z1 n1=z2 n2 故有 i=n1/n2=z2/z1 上式表明：链传动中的两轮转速和链轮齿数成反比。二、链传动的特点和应用 链传动的主要特点是：1)能保证准确的平均速比。2)可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。3)铰链易磨损，使链条的节距变大，会造成脱链现象。链传动主要用于要求传动速比准确、且两轴相距较远的场合，目前广泛地应用于
7、农业机械、轻工机械、交通运输机械、机床和国防工业等部门。第三节 齿轮传动 一、概述 齿轮传动是一种啮合传动，如图2-9所示。1齿轮传动的速比 设主动齿轮的转速为，齿数为；从动齿轮的转速为，齿数为。每分钟内两轮转过的齿数应该相等，即 z1 n1=z2 n2 由此可得一对齿轮传动的速比为 i=n1/n2=z2/z1 上式表明：在一对齿轮传动中，两轮的转速与它们的齿数成反比。通常，一对圆柱齿轮传动的速比5，一对锥齿轮传动的速比3。由图2-9可见，一对齿轮传动时，通过两轮中心连线上的节点P 的二切圆在作无滑动的相互对滚运动，此二圆称为节圆。设二节圆直径为d1和d2，存在如下关系：i=n1/n2=d2/
8、d1 上式表明，在一对齿轮传动中，两轮的转速与节圆直径成反比。图2-9 齿轮传动 2齿轮传动的优缺点及应用 齿轮传动的主要优点是：1）传动速比恒定不变；2)传递功率范围较大；3)传动效率高(一般效率为O.950.98，最高可达0.99)；4)工作可靠，寿命较长；5)结构紧凑，外廓尺寸小。齿轮传动的主要缺点是：1)制造和安装精度要求较高，而精度较低的齿轮在高速运转时会产生较大的振动和噪声；2)轴间距离较大时，传动装置较庞大。齿轮传动广泛用于各种机械中。通常既用于传递动力，又用于传递运动。3 3齿轮传动的类型齿轮传动的类型 按照两轴相对位置的不同，齿轮传动可分为三大类：两轴平按照两轴相对位置的不同
9、，齿轮传动可分为三大类：两轴平行的齿轮传动、两轴相交的齿轮传动以及两轴相错的齿轮传动。行的齿轮传动、两轴相交的齿轮传动以及两轴相错的齿轮传动。常用齿轮传动的分类以及它们的特点见表常用齿轮传动的分类以及它们的特点见表2-22-2。按照防护方式的不同，齿轮传动又可分为开式传动和闭式传按照防护方式的不同，齿轮传动又可分为开式传动和闭式传动。动。表2-2 常用齿轮传动的分类 啮 合 类 别 图 例 说 明 两轴平行 外啮合直齿圆柱齿轮传动 1 1轮齿与齿轮轴线平行 2 2传动时，两轴回转方向相反 3 3制造最简单 4 4速度较高时容易引起动载荷与噪声 5.5.对标准直齿轮传动，一般采用的圆周速度常在3
10、m/s3m/s以下 外啮合斜齿圆柱齿轮传动 1 1齿轮与齿轮轴线倾斜成某一角度 2 2相啮合的两齿轮轮齿倾斜方向相反，倾斜角大小相同 3 3传动平稳，噪声小 4 4工作中会产生轴向力，轮齿倾斜角越大，轴向力越大 5 5适用于圆周速度较高的场合（3m/s3m/s以上）啮 合 类 别 图 例 说 明 两轴平行 人字齿轮传动 1轮齿左右倾斜方向相反，呈“人”字形，因此可以消除斜齿轮因轮齿单向倾斜而产生的轴向力 2制造成本较高 内啮合圆柱齿轮传动 1它是外啮合齿轮传动的演变形式。大轮的齿分布在圆柱体内表面，成为内齿轮 2大小轮的回转方向相同 3轮齿可制成直齿，也可制成斜齿 齿条传动 1这种传动相当于大
11、齿轮直径为无穷大的外啮合圆柱齿轮传动 2齿轮作回转运动，齿条作直线运动 3轮齿多为直齿，也可制成斜齿 啮 合 类 别 图 例 说 明 两轴相交 直齿锥齿轮传动 1轮齿排列在圆锥体表面上，其方向与圆锥的母线一致 2一般用在两轴线相交成90 圆周速度小于2 m/s的场合 曲线齿锥齿轮传动 1一对曲线齿锥齿轮同时啮合的齿数比直齿圆锥齿轮多。啮合过程不易产生冲击，传动较平稳，承载能力较高。在高速和大功率的传动中广泛应用 2设计加工比较困难，需要专用机床加工，轴向推力比较大 啮 合 类 别 图 例 说 明 两轴交错 交错轴斜齿轮传动 1相应地改变两个斜齿轮的轮齿倾斜角，即可组成轴间夹角齿倾斜角，即可组成
12、轴间夹角为任意值（090）的交错轴斜齿轮传动 2交错轴斜齿轮传动承载能力较小，且磨损较严重 照按防护方式的不同，齿轮传动又可分为开式传动和闭式传动。二、渐开线齿廓曲线 对齿轮传动最基本的要求是它的角速比(两轮角速度的比值?1/?2)必须恒定不变。为此，齿轮的轮齿必须选用适当的齿廓曲线。目前生产中已经采用的齿廓曲线有渐开线、摆线和圆弧曲线。渐开线齿轮不仅能满足传动平衡的基本要求，而且具有易于制造的优点，故常用齿轮多为渐开线齿轮。1渐开线的形成 如图2-10所示，当一直线AB 沿半径为rb 的圆作纯滚动时，此直线上任意一点K 的轨迹CD 称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，rb为基圆半经，而A
13、B 称为渐开线的发生线。2渐开线的性质(图2-10)1)发生线在基圆上滚过的线段长度 等于基圆上被滚过的一段弧长 ，即 2)渐开线上任意一点的法线必切于基圆。由此可见，渐开线上各点的曲率半径是变化的，离基圆越远，其曲率半径就越大，渐开线就越趋平直。3)渐开线的形状决定于基圆的大小。由图2-1l可见：基圆越小，可见：基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直。4)基圆内无渐开线。NKNK图2-10 2-10 渐开线的形成 图2-11 2-11 基圆对渐开线形状的影响 3 3渐开线齿廓的压力角 如图2-122-12所示，渐开线齿廓上任意一点 K 的正压力 F 的方向与渐开线绕基圆圆心 O 转动
14、时该点速度?K 的方向之间所夹的锐角，称为齿廓在K 点的压力角，以?K 表示。图2-12 渐开线齿廓的压力角 由图2-12可知 NOK=?K cos?K=ON/OK=rb/rk 由式可知，对同一基圆的渐开线，基圆半径 rb b 是常数，渐开线上某一点 K 的压力角大小是随该点至圆心距离 rK 而变的，rK 越小，压力角越小,在渐开线起始点(基圆上)的压力角为零。三、直齿圆柱齿轮传动三、直齿圆柱齿轮传动 1 1渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称及几何关系(见图2-13)2-13)(1)(1)齿顶圆 直径以 da a 表示。(2)齿根圆 直径以 df f 表示。(3)(3)齿厚与齿槽宽 在任意直径 d
15、x 的圆周上，齿厚以 sx 表示，齿槽宽以 ex 表示。(4)(4)齿距 在任意直径 dx 的圆周上，齿距以 px 表示。显然存在如下关系：px=sx+ex=p pdx/z ad图2-13 直齿圆柱齿轮各部分的名称和尺寸 (5)(5)分度圆 分度圆是一个理论圆，无法直接测量，其直径以d 表示。分度圆上的齿距、齿厚、齿槽宽通常称为齿轮的齿距、齿厚、齿槽宽，分别以 p、s、e 表示。存在下列关系 d=pz/p 在标准齿轮中，有 s=e=p/2 (6)(6)模数 以m 表示，定义为 m=p/p p 因此有 d=mz 模数是齿轮尺寸计算中的一个重要基本参数。齿数相同的齿轮，模数较大者轮齿较大，分度圆也
16、较大(见图 2-14)2-14)。模数已经标准化了，我国制订的齿轮模数标准系列见课本表2-3。图2-14 不同模数的轮齿 (7)(7)压力角 通常说的压力角，指的是分度圆上的压力角，以?表示。分度圆上的压力角规定为标准值，我国规定标准压力角为 2020和 15 15。至此，可得确切而完整的分度圆概念：齿轮上压力角和模数均为标准值的圆称为分度圆。(8)(8)全齿高、齿顶高、齿根高和顶隙 分别以 h 、ha 、hf 和 c 表示。有如下关系：h=ha+hf hf=ha+c=ha*m+c*m=(ha*+c*)m 式中 ha*为齿顶高系数，c*为顶隙系数。ha*和 c*已经标准化了，对正常齿，ha*=
17、1 1，c*=0.25=0.25；对短齿，ha*=0.8，c*=0.3=0.3。齿轮顶隙的存在，有利于齿轮传动（见图2-152-15）。(9)(9)齿宽 以 b 表示。图2-15 2-15 一对标准齿轮的啮合 表 2-4 标准值齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式 （ha*=1，c*=0.25,?20）名 称 代 号 计 算 公 式 模数 根据强度和结构要求确定，取标准值 齿距 齿厚 齿槽宽 分度圆直径 齿顶高 psmemp?22mps?22mpe?ahd mzmmhh?*aad名 称 代 号 计 算 公 式 齿根高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽 由强度和结构要求确定，一般变速箱换档齿轮：；减
18、速器齿轮：中心距 fhmmchh25.1)(*af?mmchhhh25.2)2(*afa?)2(2aa?zmhdd)5.2(2ff?zmhdd)1(2)(2212121imzzzmdda?bbm)86(bm)1210(hadfda 2 2标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 为了能正确啮合和连续传动，必须满足以下几个条件：(1)(1)正确啮合的条件 两齿轮的模数、压力角必须相等。(2)(2)连续传动的条件 在一对轮齿即将脱离啮合时，后一对轮齿必须进入啮合。(3)(3)避免根切和干涉的条件 齿轮的齿数必须大于或等于 1717（根切现象见图2-162-16）。图2-16 齿廓的根切 四、斜齿圆柱齿轮传动和锥
19、齿轮传动的特点及应用 1斜齿圆柱齿轮传动的特点及应用 斜齿圆柱齿轮简称斜齿轮，其轮齿形状如图2-17所示。图2-17 斜齿与直齿的比较 a）直齿 b）斜齿 图2-18 2-18 斜齿轮沿分度圆柱面展开 图图2-182-18是一斜齿轮沿分度圆柱面的展开图，其中，角是一斜齿轮沿分度圆柱面的展开图，其中，角 为齿为齿轮的螺旋角。角愈大，则轮齿倾斜愈厉害。由图2-19可见，与直齿圆柱齿轮传动相比较，斜齿轮传动更为平稳，承载能力也大为提高。但斜齿轮承受载荷时会产生附加的轴向分力，这是不利的方面。图2-19 齿轮接触线 a）直齿轮 b）斜齿轮 2 2锥齿轮传动的特点及应用 一对锥齿轮用于两相交轴之间的传动
20、。锥齿轮有直齿和曲线齿两种形状的轮齿，直齿锥齿轮应用较广。锥齿轮的轮齿是均匀分布在圆锥体上的，如图2-20所示。锥齿轮的加工和安装比较困难，齿轮啮合传动精度和承载能力较低。因此，锥齿轮传动一般用于轻载、低速的场合。图2-20 2-20 锥齿轮 第四节 蜗杆传动 一、蜗杆传动原理及其速比计算 蜗杆传动主要由蜗杆1和蜗轮2组成，其传动原理见图2-21。图2-21 蜗杆传动 a）组成 b）蜗轮转向的确定 蜗杆传动的速比为 i=n1/n2=z2/z1 二、蜗杆传动的特点二、蜗杆传动的特点 蜗杆传动有如下主要特点：(1)速比大 (2)传动平稳 (3)有自锁作用 (4)效率低 图2-22 蜗杆传动的自锁作用 1蜗杆 2蜗轮 3卷筒 4重物 本章结束
