7第七章　机构传动

第七章机构传动,本章主要介绍的内容有：第一节带传动和链传动第二节齿轮传动,第一节带传动和链传动,本节主要介绍的内容有：带传动链传动,一带传动,带传动由主动轮、带、从动轮组成，带是挠性的中间零件，通过它将主动轮1的运动和动力传递给从动轮，如图7-1所示。带传动可分为：摩擦带传动，依靠带与带轮间的摩擦力运动；啮合带传动，依靠带上的齿或孔与带轮上的齿直接啮合传递运动。,图7-1带传动,按带的横截面形状（见图7-2），摩擦带传动分为：,带传动的类型、特牲和应用（1）带传动的类型1）摩擦带传动,平带传动平带的横截面为扁平形，其工作面为内表面，如图7-2（a）所示。常用的平带为橡胶帆布带。V带传动V带的横截面为梯形，其工作面为两侧面，如图7-2（b）所示。V带与平带相比，由于正压力作用在楔形面上，当量摩擦系数大，能传递较大的功率，结构也紧凑，故应用最广。多楔带传动多楔带是若干v带的组合，如图7-2（c）所示，它可避免多根V带长度不等，传力不均的缺点。圆带传动圆带横截面是圆形，用皮带或棉绳制成，如图7-2（d）所示，适用于传递小功率。,摩擦带传动的分类,工作时，带上的齿与轮上的齿相互啮合，以传递运动和动力，如图7-3所示。同步带传动可避免带与轮之间产生滑动，以保证两轮圆周速度同步。它常用于数控机床、纺织机械、收录机等需要速度同步的场合，以及汽车上部分发动机配气机构中的正时齿轮传动。,2）啮合带传动同步带传动,工作时，带上的孔与轮上的齿相互啮合，以传递运动，如图7-4所示。这种传动同样可保证同步运动。如放映机、打印机采用的是齿孔带传动，被输送的胶带和纸张也就是齿孔带。,齿孔带传动,摩擦带传动是利用具有弹性的挠性带与带轮间的摩擦来传递运动和动力的，故具有以下特点。1）弹性带能缓和冲击，吸收振动，故传动平稳，无噪声。2）带与轮间存在弹性滑动，滑动导致速度损失，不能保证传动比不变，滑动摩擦损耗功率，降低传动效率；过载时，带在轮上打滑，不致损伤从动零件，能起到保护整机的作用。3）有带做中间零件，故两轴中心距大，整机尺寸大。4）带需张紧在轮上，故作用在轴上的压力大。5）结构简单，制造成本低，维护也方便。摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比不严格的场合。V带传动的功率在100kW以下，速度为525m/s，传动比可达7，效率为0.940.96。,（2）带传动的特点和应用,图7-5（a）所示为带传动原理图。V带运行时，不伸长，不缩短的周线，称为节线。全部节线组成带的节面，带的节面宽度称为节宽，用bp表示。V带节面与V带轮槽相配处的节宽bp与轮槽的基准宽度bd重合并相等。V带轮的基准宽度处直径为基准直径，用dd表示。V带在规定的张紧力下，带与带轮基准直径相配处的周线长度称为基准长度，用Ld表示。图7-5（b）所示为V带传动简图。,2V带与V带轮（1）V带传动的运动和几何关系,运行时假设带与带轮间没有滑动，他们的线速度V=ddn/（601000）（m/s）2）几何关系小带轮上的包角：带与小带轮接触弧所对应的中心角1=180-57.3（dd2-dd1）/a基准长度Ld=2a+（dd2+dd1）/2+（dd2-dd1）2/（4a）（mm）式中a为中心距。两轮的基准直径dd1、dd2和带的基准长度Ld都制定有国家标准。,1）运动关系,图7-6所示为V带的构造，由抗拉体l、顶胶2、底胶3以及包布层4构成。抗拉体是承受载荷的主体，由帘布（见图7-6（a）或线绳（见图7-6（b）组成，线绳柔软，有利于延长V带的寿命。抗拉体的材料为化学纤维织物。顶胶、底胶分别承受带在运行时的拉伸与压缩。包布层材料为橡胶帆布。,（2）V带构造,带轮由轮缘、轮毂、轮辐三部分组成，如图7-7所示。轮缘带轮的外缘部分，用以安装V带的轮槽。轮毂带轮与轴相配的部分。通常带轮与轴用键连接，轮毂上开有键槽，孔的尺寸ds由轴的强度、刚度要求确定。轮辐轮缘与轮毂相连的部分。轮辐的结构形式随带轮基准直径而异，直径小的做成实心式（见图7-7（a），中等的做成腹板式（见图7-7（b），（c），大的做成辐条式（见图7-7（d）。,（3）带轮的结构,图7-7带轮的结构,中等尺寸、强度要求高的带轮，采用锻造方法制造；中等或大尺寸的带轮，或结构复杂的带轮，采用铸造方法制造。1）对铸件的要求截面尺寸均匀，遇有不均匀的情况，宜采用斜度、圆角来过渡。壁厚要保证铁水充满铸型，中等铸件的最小壁厚取810mm。分型面两侧要有拔模斜度，转角处要有圆角，以免起模时损坏铸型。2）对锻件的要求锻件要求形状简单，体积较小，截面变化要尽量缓慢过渡，棱角和转角处都要有足够大的圆角。带轮是旋转零件，对于中、高速的带轮要进行平衡，轮槽的表面要有低的粗糙度值，以免损害带的包布层。带轮的圆周速度在25m/s以下的，采用铸铁HTl50、HT200制造；速度高时，可用铸钢或钢板焊接而成；小功率时可用铸铝或塑料制造。上述原则，对设计其他盘形零件，如齿轮、飞轮等结构也适用。,（4）带轮的工艺和材料,V带以一定的初拉力F0张紧在两带轮上，使带与带轮接触面间产生正压力，如图7-8（a）所示。运行时，接触面间产生摩擦力，使进入主动轮一边的带的拉力增大为F1，该边称为紧边；离开主动轮一边的带的拉力降为F2，该边称为松边，如图7-8（b）所示。两边拉力差（F1-F2）为传递动力作用的拉力，称为有效拉力Fe。,3V带传动不打滑条件,图7-9滑动曲线图,V带张紧在带轮上后，要测量初拉力F0，使其能保证产生足够的Felim，即F0要满足一定的条件。测量方法是在V带跨度中加一垂直于带边的FV力，再测量所产生的挠度y（见图7-10（a），若挠度y=1.6a/100mm，即合格。图7-10（b）所示为挠度的原理图，加Fv力后，刻度上部显示Fv力数值，下部显示挠度数值。,V带传动的张紧、安装与维护（1）V带传动的张紧与调整,通过调节螺钉，使电机水平移动或绕定轴转动（如图7-11（a）、（b）所示），来调整中心距，以便定期调整带的初拉力。也可依靠电机自重使电机转动，来自动调整带的初拉力，如图7-11（c）所示。,1）调整中心距,当中心距不便调整时，可采用张紧轮。张紧轮应放在松边内侧，如图7-12所示。这样，张紧轮受力小，带的弯应力也不改变方向，能延长带的使用寿命。,2）采用张紧轮,安装V带时，先将中心距缩小，将带套在轮上后，慢慢调大中心距拉紧V带，直到所加测试力Fv满足规定的挠度y=的要求。安装带轮时，两带轮轴线应相互平行，其V型槽对称平面应重合，误差不得超过20，如图7-13所示。V带按带的长度公差值大小，分别标有“+”、“0”、“-”等三个标记。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，以免各带受力不均。定期对v带进行检查（一般带的寿命为25003500h），看有无松弛和断裂现象，以便及时调整中心距或更换V带。更换时，要求成组更换。要采用安全防护罩，以保障操作人员安全，同时防止油、酸、碱对V带的腐蚀。,（2）V带传动的安装与维护,图7-13带轮轴线应平衡,（1）同步带传动由于同步带传动在构造上兼有带与齿轮的特点，所以也兼有两种传动的优点，即传动平稳，无噪声，传动比准确，结构紧凑。同步带由钢丝绳或玻璃纤维做抗拉体，由聚氨酯或氯丁橡胶做机体，带薄而轻柔，适用于高速（带速可达40m/s），大传动比（可达10），传递功率也较大（可达100kw），缺点是价格较高。（2）窄V带传动窄v带的顶部呈弓型，受力后线绳仍保持平整，故受力均匀；抗拉体位置提高，带与带轮有效接触面增大；两侧面内凹，弯曲后能与轮槽保持良好接触。由于以上原因，窄V带与同高度的普通V带比较，宽度缩小1/3，承载能力可提高1.52.5倍。所以近年来，窄V带得到迅速发展。我国制定有窄V带的标准，并以生产和使用。,5几种新型带传动简介,二链传动1链传动的结构、特点和应用,链传动由主动链轮l、从动链轮2和绕在链轮上的链条3所组成，如图7-14（a）所示。工作时，靠链与链轮轮齿的啮合传递动力。链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。链传动与带传动相比，其特点是：链条不需太大的张紧力，对轴的作用力较小；传递的功率较大，低速时能传递较大的圆周力；平均传动比不变；可在温度较高、淋水、淋油、目晒等恶劣环境下工作。其缺点是传动时有噪声，传动平稳性较差，价格较高。与齿轮传动相比，链传动适用于中心距较大的两轴线（见图7-14（a）或多根轴线（见图7-14（b）相互平行，且只要求平均传动比准确的场合，如矿山机械、农业机械、起重运输机械及摩托车中。链传动传动比i8，中心距a6m，传递功率P100kW，圆周速度v15m/s，传动效率约为0.920.98。,图7-1链传动,如图7-15所示，链传动的布置，按两链轮中心连线位置可分为：水平布置，如图7-15（a）所示；倾斜布置，如图7-15（b）所示；垂直布置，如图7-15（c）所示。,2链传动的布置、安装、张紧和润滑（1）链传动的布置,如图7-16所示，安装链传动时，两链轮轴线应平行，并且两链轮旋转平面应位于同一平面内，误差/a应小于0.0020.005，超差会引起脱链和不正常的磨损。,（2）链传动的安装,链传动是链与链轮轮齿间的啮合传动，不需要给链条以初拉力。链条张紧的目的，除为了增多啮合齿数外，主要是为了避免节距增大后，松边过于松弛，链条不易退出啮齿。为此，常将紧边放在链传动上方。由于链的张紧力不大，所以加在轴上的压力也不大。链条的张紧方法有：把两链轮中的一个链轮安装在滑板上，以便定期调整中心距。采用张紧轮，如图9-15所示，张紧轮常位于松边的外侧，也可位于内侧。因铰链磨损使节距增长时，可去掉两节链节。,（3）链传动的张紧,良好的润滑是链传动正常工作的必要条件，采用的润滑油要有较高的黏度和良好的油性，要能渗透到链的各个摩擦部位，形成油膜。通常选用牌号为L-AN32，L-AN46，L-AN68的全损耗系统用油或普通开式齿轮油。按链节距和链速v，确定润滑方式。图7-17（a）、（b）、（c）、（d）所示分别为人工定期润滑、滴油润滑、油浴式飞溅润滑和压力喷油润滑的示意图。,（）链传动的润滑,图7-17润滑方式,第二节齿轮传动,本节主要介绍的内容有：齿轮传动类型与特点斜齿圆柱齿轮传动直齿圆锥齿轮传动蜗杆传动简介,一齿轮传动类型与特点,1优点（1）适应性广。其传递功率范围从0.1W到10kW以上；传递圆周速度可达到300m/s以上；直径可达25m左右。（2）传动比恒定。齿轮传动能保证两轮瞬时传动比恒等于常数。（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。,（1）按照一对齿轮两轴线的相对位置和轮齿的齿向，齿轮传动可分为：,3齿轮传动的特点,（2）按齿轮的齿廓曲线不同，齿轮传动又可分为渐开线、摆线和圆弧等三种。其中渐开线齿轮制造容易、便于安装、互换性亦好，应用最广。,图7-18齿轮传动的类型,二斜齿圆柱齿轮传动1斜齿圆柱齿轮齿面的形成和特点,如图7-19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。,当一对直齿圆柱齿轮啮合时，轮齿的接触线是与轴线平行的直线，如图7-20（a）所示，轮齿沿整个齿宽突然同时进入啮合和退出啮合，所以容易引起冲击、振动和噪声，传动平稳性差。,图7-20直齿轮与斜齿轮齿面上的接触线,与直齿圆柱齿轮传动相比，平行轴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Fa（图7-21（a）。为克服此缺点，可采用人字齿轮（图7-21（b）。,图7-21斜齿轮上的轴向力,斜齿轮存在端面参数和法向参数两种表征齿形的参数，两者之间因为螺旋角（分度圆上的螺旋角）而存在确定的几何关系。如图7-22所示为斜齿圆柱齿轮分度圆柱面的展开图。其参数分述如下：,2斜齿圆柱齿轮的基本参数,mn=mtcos（2）压力角an和attanan=tanatcos（3）齿顶高系数han*和hat*及顶隙系数Cn*和Ct*无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，因此可得hat*=han*cosct*=cn*cos由于切齿刀具齿形为标准齿形，所以斜齿轮的法向基本参数也为标准值，设计、加工和测量斜齿轮时均以法向为基准。,（1）法向模数mn。和端面模数mt,斜齿圆柱齿轮的各圆柱面的螺旋角不等。各圆柱面上直径越大，其螺旋角也越大，基圆柱螺旋角最小，但不等于零。一般所说的螺旋角均指分度圆的螺旋角，用表示。螺旋角越大，轮齿越倾斜，则传动的平稳性越好，但轴向力也越大。一般设计时常取=820。近年来为了增大重合度、提高传动平稳性和降低噪声，在螺旋角参数选择上，有大螺旋角化的倾向。对于人字齿轮，因其轴向力可以抵消，常取=2545，如图7-22所示。但加工较困难，精度较低，一般用于重型机械的齿轮传动。如图7-23所示，斜齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可以分为右旋和左旋两种，旋向判别方法与螺杆相同。当观察者沿齿轮分度圆柱面的直母线方向看过去，轮齿上远离观察者的任意一个端面齿廓，相对于接近观察者的任意一个端面齿廓，按顺时针方向转过了一个角度时，此轮齿就称为右旋齿。若按逆时针方向转过了一个角度时，此轮齿就称为左旋齿。其判定方法也可用右手法则判别：手心对着自己，四个手指顺齿轮轴线方向摆着。若齿向与右手拇指指向一致，则该齿轮为右旋齿轮，如图7-23（a）所示，反之，为左旋，如图7-23（b）所示。,（4）斜齿轮的螺旋角,图7-23斜齿轮的旋向,利用表7-1计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸。,几何尺寸计算,三直齿圆锥齿轮传动1锥齿轮传动的特点,如图7-24所示，锥齿轮传动用于相交轴之间的运动与动力的传递。两轴间的轴交角可根据传动的需要来确定。一般机械中多采用轴交角=90的传动。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲齿等多种形式。锥齿轮设计、制造和安装均较简便，故应用广泛。曲齿锥齿轮主要用于高速、大功率传动中。斜齿锥齿轮则应用较少。,直齿锥齿轮的轮齿分布在圆锥面上，因此有大端、小端之分。为便于计算和测量，通常取锥齿轮的大端参数为标准值，即大端模数为标准值，按表7-2选取；大端分度圆上的压力角为标准值，a=20。,表7-2锥齿轮模数,由于锥齿轮是以大端参数为基准的，故其几何尺寸计算也是以大端为准，其齿顶高系数为ha*=1，顶隙系数c*=0.2。图7-25中“R”为分度圆锥的锥顶到大端的距离，称为锥距。齿宽b与锥距R的比值称为锥齿轮的齿宽系数用“R”表示，一般取R=b/R=0.250.3，由6=RR计算出的齿宽应圆整，并取大小齿轮的齿宽相等。直齿锥齿轮按顶隙沿齿宽是否变化，可分为不等顶隙收缩齿和等顶隙收缩齿两种。根据GB/T12369-1990、GB/F12370-1990规定，现主要采用等顶隙锥齿轮传动（图7-25），即两轮的顶隙由齿轮大端到小端都是相等的。在这种传动中，两轮的分度圆锥和齿根圆锥的锥顶共点，但两轮的齿顶圆锥因其母线各自平行于与之啮合传动的另一锥齿轮的齿根圆锥母线，所以其锥顶不再重合于一点（不等顶隙收缩齿锥齿轮的分度圆锥、齿根圆锥、齿顶圆锥的锥顶共点）。锥齿轮传动的主要尺寸计算公式见表7-3。,2锥齿轮的参数和几何计算,图7-25=90的直齿锥齿轮传动,标准直齿（等顶隙）锥齿轮传动的几何尺寸计算公式（=90）,四蜗杆传动简介1蜗杆传动的特点与类型,如图7-26所示，蜗杆传动用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，通常两轴垂直交错，轴交角=90。蜗杆传动实际上是非平行轴斜齿轮传动的特例，其中，小斜齿轮即蜗杆的齿数（通常称为头数，常用z1=14）特别少，螺旋角1（常用1的余角，称为导程角）很大；大斜齿轮即蜗轮的齿数（常用z2=2983）很多，螺旋角2很小，且为改善齿廓接触情况，将蜗轮齿顶制成圆弧面。,传动比大，在动力传动中一般i=8100，在分度机构中传动比可达1000；传动平稳，噪声小；结构紧凑。主要缺点是：蜗杆传动效率低；蜗轮常需要用较贵重的青铜制造，故成本较高。在蜗杆传动中，是用蜗杆带动蜗轮传递运动和动力的。按照蜗杆形状的不同，蜗杆传动有以下类型：,蜗杆传动的主要优点,图7-27蜗杆传动的类型,其中，圆柱蜗杆传动在工程中应用最广。普通圆柱蜗杆轴向截面的齿形为直线（或近似直线）见图7-28（a），而圆弧齿圆柱蜗杆轴向截面上的齿形为内凹圆弧线见图7-28（b）。由于圆弧齿圆柱蜗杆传动承载能力大，传动效率高，尺寸小，因此用于动力传动的标准蜗杆减速器均采用圆弧齿圆柱蜗杆传动。,图7-28普通圆柱蜗杆和圆弧齿圆蜗杆,如图7-29所示，在普通圆柱蜗杆传动中，阿基米德蜗杆传动最为简单，是认识其他蜗杆的基础。本节主要介绍此种蜗杆。,图7-29普通圆柱蜗杆的主要类型,阿基米德蜗杆的轴向齿廓是直线（图7-29（a），端面齿廓是阿基米德螺旋线。如图7-30所示的阿基米德蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为蜗杆传动的中间平面。在中间平面内，蜗杆相当于一个齿条；蜗轮的齿廓为渐开线。蜗轮与蜗杆的啮合在中间平面相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。因此，蜗杆传动的设计计算都是以中间平面为准的。,2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,由于中间平面为蜗杆的轴面（脚标用a1）与蜗轮的端面（脚标用t2），因此蜗杆的轴向模数ma1、轴向压力角aa1与端面模数mt2、端面压力角at2分别相等，即ma1=mt2=mAa1=at2=a（2）正确啮合条件对非平行轴斜齿轮而言，其轴交角=1+2。蜗杆传动是非平行轴斜齿轮传动=90的特例，且蜗杆导程角=90-1，因此蜗轮螺旋角2必须与导程角相等，旋向相同，即2=。综上所述，阿基米德圆柱蜗杆传动的正确啮合条件可归纳为：Ma1=mt2=mAa1=at2=a2=（3）蜗杆分度圆直径d由于加工蜗轮