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机械基础 阿勒泰地区职业技术学校张智 第一章带传动 带传动是利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的 链传动属于具有中间挠性元件的啮合传动 链传动与摩擦带传动相比 链传动的传动比准确 传动效率稍高 能在恶劣环境下工作 1 带传动2 链传动3 v带传动的认识和使用 1 1带传动类型 特点和应用 1 带传动的类型带传动是由主动带轮 从动带轮和传动带所组成 分为摩擦带传动和啮合带传动两大类 按带横截面的形状 带传动可分为平带传动 v带传动 圆带传动和同步带传动等 其中平带传动 v带传动 圆带传动为摩擦带传动 同步带传动为啮合带传动 1 1带传动类型 特点和应用 2 带传动的特点和应用 1 传动带有弹性 能缓冲 吸振 传动较平稳 噪音小 2 摩擦带传动在过载时带在带轮上的打滑 可防止损坏其他零件 起安全保护作用 但不能保证准确的传动比 3 结构简单 制造成本低 适用于两轴中心距较大的传动 4 传动效率低 外廓尺寸大 对轴和轴承压力大 寿命短 不适合高温易燃场合 带传动常用于中小功率的传动 摩擦带传动的工作速度一般在5 25m s之间 啮合带传动的工作速度可达50m s 摩擦带传动的传动比一般不大于7 啮合带传动的传动比可达10 1 2平带传动 1 平带传动的形式及使用特点平带的横截面为扁矩形 工作时 带的环形内表面与轮缘接触 结构简单 带轮易制造 成本较低 且平带较薄 挠曲性好 适于高速传动 又因平带的柔性较好 故又适于平行轴的交叉传动和相错轴的半交叉传动 其传动形式有三种 即 开口传动 交叉传动和半交叉传动 平带传动形式和有关参数计算如表所示 1 2平带传动 通常使用的平带是橡胶帆布带 另外还有皮革带 棉布带等 平带的接头一般应用图示的几种方法 经胶合和缝合的接头 传动时冲击小 传动速度可以高一些 铰链带扣的接头传递的功率较大 但速度不能太高 否则会引起强烈的冲击和振动 当速度过高时 可采用轻而薄的高速传动带 通常是用涤纶纤维绳作强力层 外面用耐油橡胶粘合而成的无接头的环形带 1 2平带传动 2 平带传动的主要参数 1 传动比带轮的转速与其直径成反比 通常平带传动采用的传动比为 5 2 带轮的包角 就是带与带轮接触面的弧长所对应的中心角 包角越小 接触面的弧就越短 接触面之间所产生的摩擦力总和也就越小 所以必须保证要有足够大的包角 一般要求包角 120 由于大带轮的包角总比小带轮的包角大 所以只要验算小带轮的包角是否符合要求即可 3 平带的几何长度平带的几何长度可按公式来计算 这样计算出的长度称为计算长度 在实际使用中 还必须考虑胶带装在带轮上的张紧量 悬垂量 中心距较大时 和胶带的接头量 1 3v带传动 1 普通v带 1 v带的结构普通v带是无接头的环形带 截面形状为等腰梯形 两侧面为工作面 夹角 v带分为帘布结构和线绳结构两种 v带由顶胶层1 抗拉层2 底胶层3和包布层4组成 顶胶层和底胶层均为橡胶 包布层由几层橡胶布组成 是带的保护层 帘布结构抗拉强度高 制造方便 一般场合采用帘布结构 而线绳结构比较柔软 适用于转速较高 带轮直径较小场合 2 v带的型号v带已标准化 按截面高度与节宽比值不同 v带又可分为普通v带 窄v带 半宽v带和宽v带等多种形式 普通v带按截面尺寸由小到大分别为y z a b c d e七种型号 其中e型截面积最大 其传递功率也最大 生产现场中使用最多的是a b c三种型号 1 3v带传动 v带绕在带轮上产生弯曲 顶胶层受拉伸长 底胶层受压缩短 其中必有一处既不受拉也不受压 周长不变 在v带中这种保持原长度不变的任一条周线称为节线 图a 由全部节线构成的面称为节面 图b 节面宽度称为节宽 在v带轮上 与所配用v带节面处于同一位置的槽形轮廓宽度称为基准宽度 基准宽度处的带轮直径称为基准直径 v带在规定张紧力下 位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度 v带的型号和基准长度都压印在胶带的外表面上 以供识别和选用 例如 b2500 即表示b型v带 基准长度为2500mm 1 3v带传动 3 v带的使用特点v带与平带传动一样 都是依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力的 但v带是利用带和带轮梯形槽面之间的摩擦力来传递动力的 所以传递能力比平带大 一般在相同条件下 可增大三倍 因此 在同样条件下 v带传动的结构较平带传动紧凑 故一般机械传动中广泛使用v带传动 但v带传动的效率低于平带传动 且价格较贵 寿命较短 v带传动多采用开口式 它的传动比 带轮包角 基准长度计算均与开口平带相同 2 v带带轮 1 带轮材料带轮常采用灰铸铁制造 转速较高时 用铸钢或轻合金 以减轻重量 低速转动和小功率传动时 常采用木材和工程塑料 2 带轮结构v带轮通常由轮缘 轮辐组成 带轮的外圈是轮缘 在轮缘上有梯形槽 带轮的结构形式有四种 分别为实心式 腹板式 孔板式和轮辐式结构 1 3v带传动 4 带轮的沟槽尺寸胶带绕带轮时会弯曲 此时胶带节面外侧受拉伸长 其横向相应收缩 内侧受压缩短 其横向扩张 其结果将使v带的横截面变形 标准值减小 为保证弯曲变形后的胶带两侧仍能与带轮贴合 应将轮槽角制成比40 略小些 带轮直径越小 带弯曲变形越厉害 轮槽角应越小 3 v带传动的选用对于v带传动的选用 主要是确定使用v带的型号 长度 根数 对于两带轮的基准直径 中心距等也都要选用恰当 使v带不产生过大的弯曲应力 速度 包角等在允许的范围内 v带传动的选用方法 一般可按以下几个步骤进行 1 确定计算功率 2 确定型号 根据计算功率和主动轮转速 查带选型图 1 3v带传动 3 选用带轮基准直径 要符合基准直径系列及最小基准直径允许值要求 4 验算v带速度 5 初定中心距 初算基准长度 6 按标准选取基准长度 计算实际中心距 7 验算小带轮包角 8 确定v带根数 1 3v带传动 4 v带传动的安装和维护 1 选用的v带型号和长度不要搞错 以保证v带截面在轮槽中的正确位置 v带的外边缘应与带轮的轮缘取齐 新安装时可略高于轮缘 图a 使v带与轮槽的工作面充分接触 如果v带的外边缘高出轮缘太多 图b 则接触面积减小 会使传动能力降低 如果v带陷入轮缘太深 图c 则会使v带的底面与轮槽的底面接触 从而使v带的两工作侧面接触不良 v带与带轮之间的摩擦力丧失 2 安装带轮时 两带轮轴轴线应相互平行 主动轮和从动轮槽必须调整在同一平面内 1 3v带传动 3 v带的张紧程度调整适当 一般可根据经验来调整 如在中等中心距的情况下 v带的张紧程度 以大拇指能按下15mm左右为合适 4 套装带时不得强行撬入 应先将中心距缩小 将带套在带轮轮槽上后 再慢慢调大中心距 使带张紧 5 对v带传动应定期检查有无松弛和断裂现象 以便及时张紧和更换v带 更换时必须使一组v带中的各根带的实际长度尽量相等 以使各根v带传动时受力均匀 所以要求成组更换 6 v带传动装置必须装安全防护罩 以防止绞伤人 也可防止油 酸 碱和其他杂物飞溅到v带上而对v带腐蚀和影响传动 另外使用防护罩还可防止v带在露天作业下的曝晒和灰尘 避免过早老化 7 带传动主要失效形式 靠摩擦工作的带传动 当传递的载荷超过带与带轮之间的最大摩擦力时 带传动将出现打滑 这是带传动的主要失效形式之一 另外因为带在传动中 带承受的是变应力 当应力超过极限值时 传动带的局部将出现帘布 或线绳 与橡胶脱离现象 即脱离 以至断裂 丧失传动能力 这种现象称疲劳损坏 它将引起带传动失效 严重的疲劳损坏可导致胶带断裂 1 4带传动的张紧装置 带传动的张紧装置可采用调整中心距和使用张紧轮两种方法 1 调整中心距一般利用调整螺钉来调整中心距 在水平传动 或接近水平 时 电动机装在滑槽上 利用调整螺钉调整中心距 图a 图b所示为垂直传动 电动机可装在托架座上 利用调整螺钉来调整中心距 也可利用电动机自身的重量下垂 以达到自动张紧的目的 图c 这种方法多用在小功率的传动中 1 4带传动的张紧装置 2 使用张紧轮当中心距不能调整时可采用张紧轮装置 图a所示 为平带传动时采用的张紧轮装置 它是利用重锤使张紧轮张紧平带 平带传动时的张紧轮应安放在平带松边的外侧 并要靠近小带轮处 这样小带轮的包角得以增大 提高了平带的传动能力 图b所示 为v带传动时采用的张紧轮装置 对于v带传动的张紧轮 其位置应安放在v带松边的内侧 这样可使v带传动时只受到单方向的弯曲 同时张紧轮应尽量靠近大带轮的一边 这样可使小带轮的包角不至于过分减小 1 5v带传动的认识和使用 1 v带及带轮的认识 v带的结构 标准v带传动是依靠带的两侧面与带轮轮槽侧面相接触而工作的 普通v带是无接头的环形带 截面形状呈梯形 工作面为两侧面 我国生产的v带分为帘布 线绳两种结构 普通v带已标准化 按截面尺寸由小到大有y z a b c d e七种型号 标记为 型号 标准长度 标准编号 例如 a1250gb11544 89表示标准长度为1250mm的a型v带 带轮的材料 结构带轮是带传动中的重要零件 它必须满足下列条件 质量分布均匀 安装对中性好 工作表面要经过精细加工 以减少磨损 重量尽可能轻 强度足够 旋转稳定 2 v带的选用 应按设计要求选取带型 基准长度和根数 要注意带的型号和基准长度不要搞错 以保证v带在轮槽中的正确位置 v带在轮槽中应有正确的位置 如图所示 v带按带的长度公差值大小 分别标有 0 等三档标记 对于多根v带传动 要选择公差值在同一档次的带配成一组使用 新 旧带不能同组混用 否则各带受力就不均匀 3 v带的安装与调整 按初估中心距安装电动机和减速器 并拧紧固定螺栓 固定减速器和电动机 安装带轮 在减速器输入轴上安放键 安装大带轮 固紧轴端挡圈 同样 在电机轴上安装小带轮 安装带轮时 两轮的轴线应平行 端面与中心垂直 且两带轮装在轴上不得晃动 否则会使传动带侧面过早磨损 安装v带 安装v带时不得强行撬入 应按计算的中心距适当缩小 待将传动v带套在带轮槽后再拧紧调整螺钉进行张紧 以使带松紧适度 一般可凭经验来控制 带张紧程度以大拇指能按下10 15mm为宜 检查轮槽对正 对于中心距较小的带传动 可直接用丁字尺检查 对于中心距较大的带传动 可用拉线法检查 检查与调整带的松紧程度 当两带轮的中心距能够调整时 可采用下图所示的方法使传动带具有一定的张紧力 图a适用于两轴线水平或倾斜不大的传动 图b适用于垂直或接近垂直的传动 图c适用于中 小功率传动 当中心距不能调整时 可采用张紧轮定期将传动带张紧 如图所示 安装 调整完毕后 紧固所有紧固螺钉 4 v带的使用维护 在使用过程中要对带进行定期检查且及时调整 若发现个别v带有疲劳撕裂现象时 应及时更换所有v带 严防v带与酸 碱 油类等对橡胶有腐蚀作用的介质接触 尽量避免日光曝晒 为了保证安全生产 应给v带传动加装防护罩 1 6同步带传动 同步带的工作面有齿 如图所示 带轮的轮缘表面有相应的齿 带与带轮依靠啮合进行传动 因为是啮合传动 带与带轮间没有相对滑动 故称同步带传动 同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉体 氯丁橡胶或聚氨脂为基体 由于抗拉体受载后变形很小 仍能保持同步带周节不变 传动比恒定 此种带薄而轻 可用于较高速度 传动时线速度可达50m s 80m s 传动比可达10 20 传动效率高 可达98 缺点是带与带轮的制造工艺复杂 成本较高 安装精度要求较高 同步带适合于中小功率 传动比要求精确的场合 如数控机床 绘图仪 打印机等精密机械 第二章螺旋传动 螺纹联接是利用具有螺纹的零件将需要相对固定的零件联接在一起 这种联接具有结构简单 工作可靠 装拆方便 成本低等优点 因此应用广泛 螺旋传动是由螺杆 螺母和机架组成 可将回转运动变换为直线运动 它们都是利用螺纹零件工作的 2 1螺纹的种类及应用2 2螺旋传动2 3普通螺旋传动的应用 2 1 1螺纹的形成与分类 1 螺纹形成如图所示 将直角三角形abc绕到直径为d的圆柱上 并使其底边ab与圆柱底面的圆周线重合 则斜边ac在圆柱体表面就形成了一条螺旋线 螺纹是在该圆柱面上 沿螺旋线所形成的 具有相同剖面的凸起和沟槽 2 螺纹分类 1 按螺旋线绕行方向 螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹 顺时针旋入的为右螺纹 逆时针旋入的为左螺纹 也可用右手判断 手心对着自己 螺纹的旋向与右手大拇指一致为右螺纹一般常用右螺纹 2 按螺旋线的数目 螺纹可分为单线螺纹和多线螺纹 单线螺纹一般用于联接 多线螺纹多用于传动 3 按螺纹截面形状 螺纹可分为三角形 梯形 锯齿形 矩形以及其他特殊形状的螺纹 4 按用途不同 一般可将螺纹分为联接螺纹和传动螺纹 2 1 2常用螺纹的应用 常用的螺纹有普通螺纹 管螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹和锯齿形螺纹等 除矩形螺纹外 其它螺纹均已标准化 除管螺纹采用英制外 均采用公制 应用见表所示 表5 1常用螺纹的牙型与应用 2 2 1普通螺纹的主要参数 普通螺纹主要参数有8个 即大径 小径 中径 螺距 线数 导程 牙型角和螺纹升角 对标准螺纹来说 只要知道大径 线数 螺距和牙型角就可以了 而其他参数 可通过计算或查表得出 1 大径 d d 大径是指与外螺纹牙顶 或内螺纹牙底 相重合的假想圆柱面的直径 内螺纹用d表示 外螺纹用d表示 标准中将螺纹大径的基本尺寸定为公称直径 是代表螺纹尺寸的直径 2 小径 d1 d1 小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径 内螺纹用d1表示 外螺纹用d1表示 3 中径 d2 d2 中径是一个假想圆柱的直径 该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 假想圆柱称为中径圆柱 内螺纹用d2表示 外螺纹用d2表示 4 螺距 p 螺距是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 用p表示 5 线数 z 线数是指一个螺纹零件的螺旋线数目 用z表示 2 2 1普通螺纹的主要参数 6 导程 s 导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离 7 牙型角和牙侧角 牙型角是指在螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角 并用 表示 普通螺纹 60 牙侧角是指在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂线间夹角 并用 表示 8 螺纹升角 螺纹升角是指在中径圆柱面上 螺旋线的切线与垂直与螺纹轴线的平面的夹角 9 螺纹旋合长度螺纹旋合长度是指两个相互配合的螺纹 沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度 三角形螺纹各部分名称 2 3 1螺纹的代号与标记 1 普通螺纹螺纹代号由特征代号和尺寸代号组成 粗牙普通螺纹用字母m与公称直径表示 细牙普通螺纹用字母m与公称直径 螺距表示 当螺纹为左旋时 在代号之后加 左 字 例5 1 m40 表示公称直径为40毫米的粗牙普通螺纹 螺纹完整的标记是由螺纹代号 螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号组成 螺纹公差带代号 包括中径公差带代号与顶径公差带代号 公差带代号是由表示其公差等级数字和表示公差带位置的字母所组成 标准规定内螺纹有g h两种基本偏差代号 外螺纹规定了g h e f四种 如6h 6g等 6 为公差等级数字 h 或 g 为基本偏差代号 公差带代号标注在螺纹代号之后 中间用 分开 如果螺纹的中径公差带代号与顶径公差带代号不同 则分别标注 前者表示中径公差带 后者表示顶径公差带 如果中径与顶径公差带代号相同 则只要标注一个代号即可 2 3 1螺纹的代号与标记 例5 2 m20 5g6g中 5g 为中径公差带代号 6g 为顶径公差带代号 对于一般使用的螺纹 不标注螺纹旋合长度及其代号 使用时按中等旋合长度确定 必要时在螺纹公差带代号之后 加注旋合长度代号 s或l 中间用 分开 在特殊需要时还可注明旋合长度的数值 例5 3 m30 1 5g6g s中 s 表示短旋合长度 2 管螺纹 1 螺纹密封的管螺纹的标记由螺纹特征代号和尺寸代号组成 特征代号为 rc表示圆锥内螺纹 rp表示圆柱内螺纹 r表示圆锥外螺纹 尺寸代号的数字单位为英寸 例5 4 表示圆锥内螺纹 公称直径 管子内径 为英寸 表示左旋圆锥外螺纹 公称直径 管子内径 为英寸 2 3 1螺纹的代号与标记 装配时 内外螺纹用斜线分开 左边表示内螺纹 右边表示外螺纹 例5 5 表示公称直径为英寸的圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合 2 非螺纹密封的管螺纹的标记由螺纹特征代号 尺寸代号和公差等级代号组成 特征代号用字母g 内螺纹的标记为特征代号g与尺寸代号两项 外螺纹的标记为特征代号与尺寸代号和公差等级代号a或b三项 例5 6 尺寸代号为的管螺纹的标记为 内螺纹 外螺纹 左旋内螺纹 配合时标记为 内螺纹与a级外螺纹配合 3 梯形螺纹梯形螺纹标记与普通螺纹相类似 由规格代号 公差带代号和旋合长度三部分组成 例5 7 tr40 7lh 7h l中 tr 指梯形螺纹 40 指公称直径为40mm 7 指螺距为7mm lh 指左旋 右旋不注 7h 指中径公差带代号 顶径公差带代号不注 l 指长旋合长度 2 3 2螺纹联接的基本类型 螺纹联接是利用螺纹零件构成可拆卸的固定联接 螺纹联接具有结构简单 紧固可靠 装拆迅速方便的特点 因此应用极为广泛 螺纹联接的基本类型有螺栓联接 双头螺柱联接 螺钉联接和紧定螺钉联接四种 它们的结构 主要尺寸关系 特点及应用见表 表螺纹联接的基本类型 2 3 3螺纹联接的预紧和防松方法 螺纹联接的预紧绝大多数螺纹联接 装配时都需要把螺母拧紧 使螺栓和被联接件受到预紧力的作用 这种联接叫做紧螺纹联接 也有少数情况 螺纹联接在装配时不拧紧 这种联接叫做松螺纹联接 螺纹联接预紧的目的是增强联接的刚性 提高紧密性和防松能力 确保联接安全工作 一般螺母的拧紧靠经验控制 重要的紧螺纹联接 在装配时常用测力矩扳手和定力矩扳手控制预紧力的大小 2 螺纹联接的防松方法螺纹联接件常为单线螺纹 满足自锁条件 在受静载荷和工作温度变化不大时 不会自行脱落 但在受冲击 振动和变载荷作用下 以及工作温度变化很大时 这种联接有可能自松 影响工作 甚至发生事故 为了保证螺纹联接安全可靠 必须采取有效的防松措施 常用的防松措施有摩擦力防松和机械防松两类 2 3 3螺纹联接的预紧和防松方法 表螺纹联接防松方法简表 2 4螺旋传动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求 它主要用于将回转运动转变为直线运动 同时传递动力 如图所示 借助开合螺母与长螺杆啮合实现车床纵向进给运动 螺旋传动的优点是结构简单 承载能力大 传动平稳无噪声 能实现自锁要求 传动精度高 孤广泛应用于机床进给机构 螺旋起重机和螺旋压力机中 缺点是螺纹之间产生较大的相对滑动 摩擦磨损严重 传动效率低 但由于滚动螺旋和静压螺旋的应用使磨损和效率问题得到了很大的改善 螺旋传动在机床 起重机械 锻压设备等场合应用广泛 常用螺旋传动有 普通螺旋传动 相对位移螺旋传动 差动位移螺旋传动和滚珠螺旋传动 机床刀架进给机构 2 4 1普通螺旋传动 普通螺旋传动是由螺杆和螺母组成的简单螺旋副 其螺杆 或螺母 的移动方向不仅与螺杆 或螺母 的回转方向有关 还和螺旋方向有关 螺杆或螺母的移动方向可用左 右手螺旋法则来判定 左旋螺杆 或螺母 伸左手 右旋螺杆 或螺母 伸右手 并半握拳 四指顺着螺杆 或螺母 的旋转方向 大拇指的指向即为螺杆 或螺母 的移动方向 若螺杆原地转动 螺母移动时 与大拇指指向相反方向 即为螺母移动方向 在普通螺旋传动中 螺杆 或螺母 的移动距离 由导程决定 即 式中 l 移动距离 mm min n 转速 r min s 导程 mm 螺杆或螺母移动方向判定 2 4 1普通螺旋传动 普通螺旋传动的应用形式有 1 螺母不动 螺杆回转并作直线运动 如千斤顶 台式虎钳等 2 螺杆不动 螺母回转并作直线运动 如龙门刨床垂直刀架的水平移动 千斤顶等 3 螺杆原地回转 螺母作直线运动 多用于机床进给机构 如车床大溜板的纵向进给和中溜板的横向进给 4 螺母原位回转 螺杆往复运动 如应力试验机上的观察镜螺旋调整装置 螺杆位移的台式虎钳 螺旋千斤顶 螺杆原位回转 螺母往复运动 螺母原位回转螺杆往复运动 2 4 2相对位移螺旋传动 下图为相时位移螺旋传动在自动定心夹具上的应用实例 在螺杆1上 a段为左旋螺纹 b段为右旋螺纹 这两段螺纹的导程相等 当螺杆1在支架3的支承内转动时 两个滑动螺母2和4将产生较快的相对运动 以等速趋近或远离 达到使夹具自动定心的要求 相对位移螺旋传动 常用于机械加工的自动定心装置和常用两脚划规中 相对位移螺旋机构 2 4 3差动螺旋传动 在有些微调装置如测微器 分度机构 机床刀具微调机构中 常希望在主动件转动较大角度时 从动件只作微量位移 这时可采用差动位移螺旋传动 如图所示 螺杆1分别与机架3及活动螺母2组成a和b两段螺旋副 a段为固定螺母 b段为活动螺母 它不能回转而能沿机架导向槽内移动 两段螺纹旋向相同 当螺杆转动 螺母2的实际移动距离为 如两段螺纹旋向相反 则实际移动距离为 式中 l 活动螺母实际移动距离 n 丝杆1的转速 sa 固定螺母的导程 sb 活动螺母的导程 计算结果l为 值 说明活动螺母2的实际移动方向与螺杆1相同 反之 与螺杆1移动方向相反 差动位移螺旋机构 2 4 4滚珠螺旋传动 普通螺旋传动具有许多优点 但其螺旋副的摩擦是滑动摩擦 磨损严重 影响传动精度 效率低 不能满足高速度 高效率和高精度的传动要求 为改善螺旋传动的功能 可将螺旋副做成滚道 并在滚道间充满滚珠 使螺旋副的摩擦成为滚动摩擦 这种螺旋称为滚珠螺旋或滚珠丝杠 滚珠螺旋按滚珠循环方式可分为外循环式和内循环式两种 滚珠螺旋传动的特点 1 摩擦损失小 效率较高 90 以上 摩擦因数约为0 002 0 005 且与运转速度关系不大 所以起动转矩接近于运转转矩 运转稳定 2 磨损很小 可调整方法消除间隙并产生一定的预变形来增加刚度 故传动精度很高 3 不具有自锁性 可以变直线运动为旋转运动 但滚珠螺旋传动的结构复杂 制造困难 成本高 有些机构中为防止逆转 还需另加自锁机构 由于滚珠螺旋传动具有以上一些优点 早已在汽车和拖拉机转向机构中得到应用 目前主要应用在精密传动的数控机床上 以及自动控制装置和精密测量仪器中 滚珠螺旋传动 2 4 5普通螺旋传动的应用 1 实验目的 1 熟悉普通螺旋传动的应用形式 2 掌握连接件的安装与拆卸方法 3 熟悉常用装拆工具的用法 2 实验内容 1 观察普通螺旋传动的应用形式 2 安装与拆卸螺纹连接件 3 实验工具旋具 螺丝刀 各种类型的扳手 手锤 机油 冲子 铲子 尖嘴钳 锉刀 零件存放盘等4 实验过程 1 观察普通螺旋传动 螺母固定不动 螺杆回转并作直线运动此形式通常应用于台虎钳 螺旋压力机 干分尺等 螺杆固定不动螺母回转并作直线运动此形式通常应用于螺旋千斤顶 插齿机刀架传动等 螺杆回转螺母作直线运动此形式通常应用于机床工作台移动机构 机床的滑板移动机构等 螺母回转螺杆作直线运动此形式通常应用于应力试验机上的观察镜螺旋调整装置 2 4 5普通螺旋传动的应用 2 螺纹连接件的拆卸选择好工具 观察拆装螺纹连接件的扳手空间 正确选用扳手规格 按顺序拆卸 并将拆卸零件按顺序摆放在零件存放盘内 边拆卸边观察连接结构及螺纹防松的方法 做好记录 3 螺纹连接的装配 双头螺柱的装配方法由于双头螺柱没有头部 无法将旋入端紧固 常采用螺母对顶或螺钉与双头螺柱对顶的方法来装配双头螺柱 见图 用双螺母对顶装配双头螺柱的具体方法是先将两个螺母相互锁紧在双头螺柱上 然后用扳手扳动上面一个螺母 把双头螺柱拧入螺孔中紧固 见图a 双头螺柱拧入法 2 4 5普通螺旋传动的应用 用螺钉与双头螺柱对顶装配双头螺柱的具体方法是用螺钉来阻止长螺母和双头螺柱之间的相对运动 然后扳动长螺母 双头螺柱即可拧入螺孔中 松开螺母时 应先使螺钉回松 见图1b 装配双头螺柱时 必须注意如下几点 1 首先将螺纹和螺孔的接触面清除干净 然后用手轻轻地把螺母拧到螺纹的终止处 2 双头螺柱与螺孔的配合应有足够的坚固性 保证装拆螺母时 双头螺柱不能有任何松动现象 3 双头螺柱的轴心线必须与被联接件的表面垂直 螺母和螺纹的装配方法1 螺母或螺钉与零件贴合的表面应当经过加工 否则容易使联接松动或使螺钉弯曲 2 螺母或螺钉和接触表面之间应保持清洁 螺孔内的脏物应当清理干净 3 装配时 必须对拧紧力矩加以控制 2 4 5普通螺旋传动的应用 4 在装配过程中必须保证装配工具和零件有活动的余地 例如图2a所示的螺钉布置在装配时 不能容纳扳手活动 这样的螺钉无法装拆 因此必须按图2b布置 留有扳手操作的空间 参数m a1 d见行业标准jb zq4005 1984 扳手空间 螺钉的合理布置 第三章链传动 链传动由主动链轮1 从动链轮3和传动链2组成 链传动靠链条与链轮轮齿的啮合来传递平行轴间的运动和动力 2 1链传动的传动比链传动中 主动链轮的齿数为z1 转速为n1 从动链轮的齿数为z2 转速为n2 由于是啮合传动 在单位时间里两链轮转过的齿数应相等 即 并用表示传动比 所以 3 1链传动的传动类型 链传动的类型很多 按用途不同 链传动分为传动链 起重链和牵引链 传动链用于传递运动和动力 起重链用于起重机械中提升重物 牵引链用于运输机械驱动输送带等 传动链种类繁多 最常用的是滚子链和齿形链 1 滚子链滚子链又称套筒滚子链 其结构如图所示 是由内链板1 外链板2 销轴3 套筒4和滚子5组成 3 1链传动的传动类型 滚子链的主要参数是链条的节距 节距是指滚子链上相邻两销轴中心的距离 用p表示 节距越大 链的各元件尺寸越大 承载能力越大 但当链轮齿数一定时 节距增大将使链轮直径增大 因此 在承受较大载荷 传递功率较大时 可用多排链 如图所示 它相当于几个普通单排链之间用长销轴联接而成 但排数越多 就越难使各排受力均匀 故排数不能过多 常用双排链或三排链 四排以上的很少用 链条的长度常以链节数表示 根据需要确定链节数后 将其联接成环形 接头形式如图所示 如果链节数目正好是偶数 链条连成环形时可以将内 外链板搭接 入销轴后可以用开口销或弹簧夹锁住 如果链节数为奇数 则需采用过渡链节 才能首尾相连 链条受拉时 过渡链节将受到附加弯矩 故一般情况下要尽量采用偶数链节的链条 3 1链传动的传动类型 2 齿形链齿形链根据铰接的结构不同 可分圆销铰链式 轴瓦铰链式和滚子铰链式三种 图所示为圆销铰链式齿形链 主要由套筒1 齿形板2 销轴3和外链板4组成 销轴3与套筒为间隙配合 这种铰链的承压面仅为宽度的一半 故比压大 易磨损 成本较高 但它比套筒滚子链传动平稳 传动速度高 且噪声小 因而齿形链又叫无声链 3 链轮为保证链轮轮齿面具有足够强度和耐磨性 链轮的材料通常采用优质碳素钢或合金钢 并经过热处理 链轮的齿形已标准化 用标准刀具加工 链轮的结构可根据尺寸的大小来确定 直径小的链轮制成实心式 中等直径的链轮可做成腹板式或孔板式 直径较大时可采用组合式结构 轮齿磨损后可更换齿圈 3 2链传动的应用特点 1 链传动是靠啮合工作 可获得准确的平均传动比 2 与带传动相比 链传动张紧力小 轴上受力较小 传递功率较大 效率也较高 必要时 链传动可以在低速高温 油污的情况下工作 3 与齿轮传动相比 它可在两轴中心距较大的场合下工作 4 由于瞬时链速是变化的 因此瞬时传动比不是常数 传动平稳性较差 有噪音且链速不宜过高 以上特点说明 链传动主要适用于不宜采用带传动和齿轮传动 而两轴平行 且中心距较大 功率较大 而又要求平均传动比准确的场合 目前在矿山 石油 化工 印刷 交通运输及建筑工程等部门的机械中均有应用 通常传动链传递的功率p 100kw 链速v 15m s 传动比i 6 8 中心距a 8m 润滑良好时 效率可达0 97 0 98 3 2 1链传动的主要失效形式 1 链板的疲劳断裂 链条工作时 紧边比松边拉力大 两边的应力也不一样 所以链板承受着变应力 当应力超过疲劳强度极限时 链板将因疲劳而断裂 2 套筒 滚子的疲劳点蚀 在链条与链轮啮合时 链节与轮齿接触时产生冲击 速度越高 冲击力也越大 当冲击应力超过疲劳强度极限时 滚子或套筒产生细微的疲劳裂纹 裂纹逐渐发展 使表面金属微粒脱落 这种现象称为疲劳点蚀 这种失效形式发生在润滑良好的高速传动中 3 销轴和套筒胶合 速度过高时 链节所受的冲击和振动载荷增大 积累的热量也增大 当销轴和套筒在高温情况下直接摩擦接触时 容易导致两者胶合而失效 4 链条脱落 销轴与套筒间相对转动产生磨损 磨损后导致链条的节距增大 当节距增大过多时 导致脱链现象而使传动失效 5 链条过载拉断 在低速重载或突然过载时 链条传递的拉力超过了静强度极限时 链条将被拉断 3 3链传动的安装与维护 1 安装链传动时 两链轮轴线必须平行 并且两链轮旋转平面应位于同一平面内 否则会引起脱链和不正常的磨损 2 为了防止链传动松边垂度过大 引起啮合不良和抖动现象 应采取张紧措施 张紧方法有 当中心距可调时 可增大中心距 一般把两链轮中的一个链轮安装在滑板上 以调整中心距 当中心距不可调时 可去掉2个链节 或采用张紧轮张紧 张紧轮应放在松边外侧靠近小轮的位置上 3 良好的润滑可减轻磨损 缓和冲击和振动 延长链传动的使用寿命 采用的润滑油要有较大的运动粘度和良好的油性 对于不便使用润滑油的场合 可用润滑脂 但应定期涂抹 定期清洗链轮和链条 4 在链传动的使用过程中 应定期检查润滑情况及链条的磨损情况 第四章齿轮传动 第一节齿轮传动的应用特点与分类第二节渐开线直齿圆柱齿轮第三节斜齿圆柱齿轮传动第四节锥齿轮传动第五节齿轮齿条传动第六节蜗轮蜗杆传动 第一节齿轮传动的应用特点与分类 一 齿轮传动的应用特点齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合 传递运动和动力 与其他传动相比 具有以下特点 1 优点1 适应性广 2 传动比恒定 3 效率较高 齿轮机构传动效率一般在95 以上 4 工作可靠 寿命较长 5 可以传递空间任意两轴间的运动 2 缺点1 制造和安装精度要求高 成本高 2 低精度齿轮传动时噪声和振动较大 3 不适于距离较大的两轴间的运动传递等 二 齿轮传动的类型 a 为外啮合直齿圆柱齿轮传动 b 为内啮合直齿圆柱齿轮传动 c 为齿轮齿条传动 d 为斜齿圆柱齿轮传动 e 为人字齿圆柱齿轮传动 f 为直齿圆锥齿轮传动 g 为斜齿圆锥齿轮传动 i 为蜗轮蜗杆传动 第二节渐开线直齿圆柱齿轮 一 渐开线的形成及其性质1 渐开线的形成如图所示 当直线nk沿一圆作纯滚动时 直线上任意一点k的轨迹ak称为该圆的渐开线 这个圆称为渐开线的基圆 其半径和直径分别用rb和db表示 直线nk称为渐开线的发生线 2 渐开线的性质根据渐开线的形成过程可知 渐开线具有下列基本性质 1 发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧度 2 渐开线上任意一点的法线必切于基圆 3 渐开线形状取决于基圆的大小 离基圆越远 渐开线越平直 4 渐开线各点的齿形角不相等 离基圆越远 齿形角越大 5 渐开线各点的曲率半径不相等 离基圆越远 曲率半径越大 6 基圆以内无渐开线 二 齿轮各部分的名称 齿顶圆 直径用da表示 通过轮齿顶部的圆周齿根圆 直径用df表示 通过轮齿根部的圆周分度圆 直径用d表示 齿轮上齿厚和齿槽宽相等的圆齿厚s在端平面上 一个齿的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长齿槽宽e在端平面上 一个齿槽的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长齿距p两个相邻且同侧端面齿廓之间的分度圆弧长 齿宽b齿轮的有齿部分沿分度圆柱面直母线方向量度的宽度齿顶高ha齿顶圆与分度圆之间的径向距离齿根高hf齿根圆与分度圆之间的径向距离齿高h齿顶圆与齿根圆之间的径向距离 三 齿轮的基本参数1 齿形角 在端平面上 过端点面齿廓上任意一点的径向直线与齿廓在该点的切线所夹的锐角 称为该点的齿形角 规定 20 齿廓曲线和分度圆交点处的速度方向与该点的法线方向之间所夹的锐角 为分度圆的压力角 2 齿数z一个齿轮的轮齿总数 称为齿数3 模数m齿距p除以圆周率 所得的商称为模数 即m p 单位为mm 齿数相等的齿轮 模数越大 尺寸就越大 轮齿也越大 承载能力越强 分度圆直径相等的齿轮 模数越大 承载能力越强 但是齿数越小 4 齿顶高系数ha 齿顶高与模数成正比 即ha m ha 规定ha 顶隙系数 齿轮啮合时 应留有一定的径向间隙 称为顶隙 用c表示 c c m 规定c 0 25 四 外啮合齿轮的几何尺寸计算计算公式如下 齿数zi z2 z1模数mm p 齿厚ss p 2 m 2齿槽宽ee s p 2 m 2齿距pp m 基圆齿距pbpb pcos m cos 齿顶高haha m ha m齿根高hfhf ha c m 1 25m齿高hh ha hf 2 25m分度圆直径dd mz齿顶圆直径dada d 2ha m z 2 齿根圆直径dfdf d 2hf m z 2 5 基圆直径dbdb dcos 中心距aa d1 d2 2 m z1 z2 2 五 内啮合齿轮内齿轮的齿廓是内凹的渐开线 其特点是 1 齿厚相当于外齿轮的齿槽宽 而齿槽宽相当于外齿轮的齿厚 2 内齿轮的齿顶圆在分度圆之内 而齿根圆在分度圆之外 其齿根圆比齿顶圆大 3 齿轮的齿顶齿廓均为渐开线时 其齿顶圆必须大于基圆 六 齿轮传动的正确啮合条件和连续传动条件 1 正确啮合条件一对渐开线齿轮要正确啮合 必须满足以下条件 1 两齿轮模数相等 m1 m2 m 2 两齿轮齿形角相等 a1 a2 a 2 连续传动条件一对渐开线齿轮要连续传动 必须在前一对轮齿尚未结束啮合时 下一对轮齿已进入啮合状态 七 齿轮的失效形式1 轮齿折断轮齿折断是指齿轮的一个或多个齿的整体或其局部的断裂 2 齿面点蚀齿面上的金属将小块脱落 形成麻点状的凹坑 称为点蚀 3 齿面磨损磨损是齿轮在啮合传动过程中 轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象 4 齿面胶合随着齿面间的相对运动 金属从齿面上撕落而引起的一种严重粘着磨损现象 5 塑性变形在过大的应力作用下 轮齿材料因屈服产生塑性流动而形成齿面或齿体的塑性变形 第三节斜齿圆柱齿轮传动 一 斜齿圆柱齿轮齿面的形成和特点如图所示 直齿圆柱齿轮的齿廓 实际上是由与基圆柱相切做纯滚动的发生面s上一条与基圆柱轴线平行的任意直线kk展成的渐开线曲面 与直齿圆柱齿轮传动相比 斜齿轮传动具有以下优缺点 1 平行轴斜齿轮传动中齿廓接触线是斜直线 轮齿是逐渐进入和脱离啮合的 故工作平稳 冲击和噪声小 适用于高速传动 2 重合度较大 有利于提高承载能力和传动的平稳性 3 最少齿数小于直齿轮的最小齿数 主要缺点是传动中存在轴向力 为克服此缺点 可采用人字齿轮 斜齿轮存在端面参数和