第一章机械传动基础知识分析

第一章机械传动的基础知识第一节基本概念一、常用传动方式人类为了适应生活和生产上的需求，为了替代或减轻人类的劳动，制造了各种各样的机器。 例如汽车、洗衣机、各种机床。 在机器中，动作部分的旋转速度(或速度)通常不等于动力部分的旋转速度(或速度)，运动形态也往往不同。 通常将机械动力部分的动力和运动按预定时间传递到工作部分的中间部分，称为传动。传动可以通过机械、电、液等形式实现。 在现代工业中，根据传动原理，主要应用机械传动、液压传动、气压传动和电传动四种传动方式。 各种传动形式通过一定的介质传递能量和运动，但不同的传动介质传动特性不同，适用范围也不同。1 .机械传动机械传动以皮带轮、齿轮、链轮、轴、蜗杆和蜗轮、螺母和螺杆等机械部件为介质进行动力和运动的传递。 即，采用带传动、链条传动、齿轮传动、蜗杆传动和螺旋传动等装置进行动力和运动的传递。 机械传动是最常见的传动方式，具有传动准确、操纵简单、易掌握、环境影响小等优点，但也具有传动装置重、效率低、远距离配置和操纵困难、设置位置自由度小等缺点。2 .液压执行机构液压驱动器采用液压设备，利用密封容积内的液体(油和水)作为工作介质，利用该压力传递动力和运动。 液压传动因其自身的特点，在现代工业中得到广泛应用。3 .气压传动气动传动采用气动元件，利用压缩空气作为工作介质，在其压力下进行运动和动力传递。 气动传动近年来在国内外迅速发展。 这不仅能实现单机自动化，而且能控制管线和自动生产线的生产过程，是实现自动控制的重要方法。4 .电气传动电气传动采用电气设备和电气部件，通过调节其电气参数(电压、电流和电阻)来实现运动或改变运动速度。 在收录机中拉带的小电机、机床的电气控制装置、直流电机、变频电机等。以上4种传动方式在现代传动装置中均充分发挥了各自的特点和作用。 以下着重介绍常见的机械传动形式：皮带传动、链条传动、齿轮传动和螺旋传动。二、机械传动在机械中的应用我们以图1-1所示的牛头台的传动图为例，说明机械传动在机械中的作用。 由图可知，牛头台由床、枕头、床、工作台、齿轮、皮带轮、皮带、导轨、滑块等构成。 马达是工作台的动力源，安装在床上。 刀和工作台是直接完成切削任务的工作部分。 动力部分的动力和运动传递给工作部分，两者之间的动力传递部分是不可或缺的。 轴承座的动力和运动的传递是通过在偏心销上嵌入能够绕轴线旋转的滑块，将滑块嵌入导杆中央的槽中，使其能够与导杆中央的槽相对滑动来实现的。 导杆的上端与滑动枕用铰链连接，电动机通过齿轮传动装置使大齿轮旋转时，通过偏心销和滑块使导杆往复摆动，通过铰链使滑动枕沿着床的导轨往复移动。 因此，在动力部与动作部之间具有传动带传动、齿轮传动、平杆机构等传动装置。图1-1牛头台1-马达2-齿轮传动装置3-带传动4-大齿轮5-滑动枕头6-床7-销8-螺旋传动9-刀刃10-工作台11-偏心销12-滑块13-导轨。分析牛头台传动系统发现，机械传动具有以下作用(1)改变运动速度马达的转速比较高，通过传动带传递到齿轮箱的输入轴的大皮带轮的转速下降。 通过改变滑动齿轮的啮合位置，可以得到几种不同的转速。 带传动和齿轮传动可以将某些输入转速改变为若干不同的输出转速，从而使鞍座获得若干不同的移动速度。(2)改变运动形式牛头台的动力部分是电动机，输入的运动形式是旋转运动，经皮带传动和齿轮传动也是旋转运动，经曲柄滑块机构(由偏心销、滑块、导杆构成)，牛头台的滑枕成为直线往复运动。(3)传递动力电动机的输出通过皮带传动、齿轮传动和曲柄滑块机构向滑枕传递动力，使安装在刀架上的刀架具有足够的切削力，完成刀架。第二节皮带传动一、带传动的工作原理和传动形式1 .带传动的动作原理传动带是广泛应用的机械传动装置，利用传动带作为中间的可挠性部件，通过传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。带传动由主动轮1、从动轮2和挠性带3构成成分如图1-2所示。 自发旋转时摩擦力起作用接着，对传动带传动，传动带传动从动旋转，对图1-2传动带传动的动作原理进行说明这样，主站轴的运动和动力传递给从站轴。 1-主动轮2-从动轮3-皮带。2 .带传动型号在实际使用中，因为旋转方向与使用中的旋转方向不同，所以传动方式不同。 根据两轴在空间的相互位置和旋转方向，皮带传动主要有开口传动、交叉传动和半交叉传动3种传动形式，如表1-1所示。(1)开口传动开口传动在2轴平行、旋转方向相同时使用。 两轴保持平行，两皮带轮的中间平面必须一致。 开口传动性能好，能传递大功率。(2)交叉驱动交叉驱动器在2轴平行、旋转方向相反时使用。 由于交叉带有摩擦和扭曲，带的寿命和负载容量低，允许的动作速度也小，线速度一般在11m/s以下。交叉驱动器不适合传输大功率，负载容量不得超过开放驱动器的7080%，齿轮比达到6。 为了减少磨损，轴间距离不得小于20倍的皮带轮宽度。(3)半交叉驱动器半交叉传动用于空间的两交叉轴之间的传动，交角通常为90度。 皮带进入主动皮带轮和从动皮带轮时，必须对准该皮带轮的中间平面。 不那样的话皮带会从皮带轮上掉下来。微传动线速度一般不能超过11m/s，齿轮比一般不能超过3，负载容量约为开式传动的7080%，且仅单向传动不能逆转。表1-1常用皮带的传动型号传动图开口传动交叉驱动半交叉驾驶二、带传动的主要类型、特点及应用1 .带传动的主要类型根据传动原理，传动带传动分为摩擦带传动和啮合带传动两种。(1)摩擦型皮带传动的主要类型是摩擦皮带传动。 在该皮带传动中，由于皮带与两个皮带轮紧密接触，在皮带与皮带轮接触面之间产生压力，如果积极旋转，则在皮带与皮带轮接触面之间的摩擦力作用下，从动皮带轮一起旋转，从而传递一定的运动和动力。 根据皮带的截面形状，常用的摩擦皮带传动分为平皮带传动、v皮带传动、v肋皮带传动和圆皮带传动。平带传动v带传动v带传动v带传动v带传动v带传动v带传动图1-3带摩擦型传动平带横截面为扁平矩形，重量轻，弯曲性好。 多应用于传动结构简单、滑轮制造容易、传动中心间距离大的场合。 一般使用的平带是带接头的橡胶帆布带，运转不稳定，不适合高速运转。 在某些高速机械(如磨床、离心分离机等)中，经常使用无缝高速环带、丝织带、尼龙织带等。v型皮带的横截面为等腰梯形，其工作面为皮带轮上制作的环状槽接触的两侧面，皮带不与带轮槽底接触。 在带对带轮的按压力q相同的情况下，v带传动带产生的最大摩擦力是水平带传动带的约3倍，因此，v带能够传递较大的力。 另外，所允许的传动大，中心距离小，外廓尺寸小，v型皮带无接缝，传动平稳，应用最广。v形肋带是在平带基体上制作了几个纵楔的环形带，其工作面是楔的侧面，带轮也有对应的环形带轮槽。 v型肋带具有平面带挠曲性好、v型带摩擦力大的优点，可以克服多根v型带传动的各带的力的不均匀性，常用于传动力大、结构紧凑、速度高的场合。圆带横截面为圆形，一般由皮革或棉线制成，结构简单，但传动力小。 常用于低速轻负荷机械，如缝纫机、仪表机械、真空吸尘器、磁带盘等机械传动。(2)啮合型啮合带传动与带齿和带轮齿相互依赖运动和动力相结合传递，典型地与图14所示的相同传动带传动除了保持摩擦带传动的优点之外，还具有由于具有传递功率大、传递比正确等优点，因此多用于要求传递平滑且传动精度高时。 图1-4同步带传动2 .带传动的特点皮带传动的主要优点是(1)适用于两轴的中心间距离较大的传动，中心间距离最大可达到10m。(2)皮带传动为弹性体，可缓冲、吸振，传动顺畅，噪音小。(3)结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉。(4)过载时，皮带滑入皮带轮，防止其他零件损坏，发挥安全保护的作用。皮带传动的主要缺点是(1)带传动的结构不紧凑，传动装置的外形尺寸大。(2)皮带轮有弹性滑动，瞬时齿轮比不一定，传动效率低，皮带寿命短。(3)由于需要紧张，轴的压力很大。(4)皮带传动中的摩擦产生火花，不适合高温、易燃、易爆或与油水常时接触。3 .带传动的应用根据传动带的上述特征，传动带多用于机械中传动平稳、齿轮比要求不严、中心距离大、传动力不大的高速级传动。 通常，带传动的传动效率约为0.940.97，动作速度一般为121m/s。 为了使传动结构紧凑，带传动的传动动力最大不超过10kW。 为了防止传动时的皮带打滑，皮带传动的常用齿轮比不超过7，一般的平皮带I3，v皮带I7。 皮带传动一般多用于从动力部分(马达)到工作部分的高速传动，例如牛头台的皮带传动。第三节连杆传动一、链条传动的工作原理链条传动是以链条为中间挠性传动部件，通过链条和链轮齿的不间断的啮合和脱离来传递运动和动力，它是啮合传动。 链条传动如图15所示，由主动链轮1、链条2和从动链轮3构成。 当主动链轮旋转时，从动链轮通过链条与链轮啮合力而旋转把主动轴的运动和动力传递给从动轴。二、链条传动的类型、特点及应用1 .链条传动的类型根据用途的不同，链条传动可分为传动链、起重链和图1-5链条传动牵引链。 传动链用于传递动力和运动，起重链用于产生1-活动链轮；2-链3-从动链轮。在重型机械中提起重物，牵引链条被用来在链式输送机中移动重物。在一般的机械传动中经常使用传动链。 传动链包括齿形链和短节距精密滚子链(简称滚子链)。 齿形链也称为无声链，如图1图6所示，一系列的齿形链节板左右交替排列并通过铰链连接。 其运行平稳，噪声小，承受冲击载荷能力强，但结构复杂，质量大，价格高，常用于高速或运动精度和可靠性高的传动装置。(a )链条结构(b )啮合传动图1-6齿形链1-金属2-轴销3-链板。滚子链结构简单，成本低，产量多，适用于低速至高速、轻负荷至重负荷，在传动链中占主要地位。 如图17所示，滚子链由滚子1、套筒2、销3、内链板4、外链板5构成。(a )链条的主要几何尺寸(b)8字链板(c )过渡链板1-滚子2-套筒3-销4-内链板5-外板。图1-7滚子链的结构链节板一般以各横截面接近拉伸强度的方式形成为8字状同时减少了链条的质量和运动时的惯性力。 链条中相邻两销的中心距离距离称为节矩，用p表示，是链条传动的主要参数。 节矩大，链各元件尺寸越大，链条传递的功率也越大，但平滑性变差。 在设计时如果要求传递平滑，请选择尽可能小的间距。 在传递功率大情况下可采用双排链(如图18所示)或多排链。多排链条用数列普通的单排链销连接，多排链条的承载能力和排数成比例，但是由于精度的影响，施加在每个列链上的载荷不均匀，因此列数不合适太多了，经常使用双排链和三排链，不能使用四排以上的。 滚子链标准化，国图1-8的双排链房屋标准为GB124397。2 .链条传动的特点链条传动与其它传动相比，链条传动的主要优点如下(1)链条传动是具有中间挠性部件的啮合传动，与传动带相比，没有弹性滑动和滑动现象，因此能够保证正确的平均传动比，传动效率高，紧凑，传动力大，张力小于传动带，作用在传动轴和轴承上的力小，但没有过载保护作用。(2)在同样的功率条件下，链条传动比皮带传动紧凑，适用于低速重负荷下的动作。(3)与齿轮传动相比，链条传动结构简单，加工成本低，安装精度低，适用于大中心距离传动，可在高温、灰尘、油污等恶劣环境下工作。链条传动的主要缺点是(1)链条和链轮动作时磨损快，寿命短，磨损后的链条节距变大，链轮齿形变细，链条啮合时发出“咕噜咕噜”的声音，链条脱落。(2)只能传递平行轴间的同向旋转运动，安装时对二轮轴线的平行度要求很高。 链条安装在水平的两个链轮上传动不合适，容易产生脱链和齿顶。(3)链条一进入链轮就会形成多边形的折线，因此链条速度会急剧变小周期性变化，伴随着链条的上下摆动。 因此，链条传动的瞬时齿轮比不一定，传动稳定性差，有冲击和噪音，在高速和快速反转时不使用。(四)制造费用高；3 .链条传动的应用链条传动主要用于两轴分开、传动力大、平均速度比不变、工作条件差(如粉尘、油污、砂土、湿气、高温、腐蚀性气体)的情况。 目前已广泛应用于化工机械、矿山机械、农业机械、自行车、摩托车和组