工业设计机械基础第2版教学作者阮宝湘第七章课件

第七章常用机构

1第一节运动副、机构与机构运动简图

一、运动副及其分类

运动副

机械中既保持接触、又能产生确定相对运动的可动联接构件。如轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接、两啮合齿轮的联接等。平面运动副分平面低副和平面高副两种基本类型。空间运动副常见的有螺旋副和球面副。图7-1平面低副

a)转动副b)移动副

1．平面低副两构件面接触构成的运动副。又分为⑴转动副(也称铰链)，⑵移动副。

图7-2平面高副

a)车轮与钢轨b)两轮齿间c)凸轮与推杆间2．平面高副

两构件点接触或线接触

所构成的运动副。1/4/20231教材配套课件第七章常用机构1第一节11低副与高副的对比：低副接触压强低，承载大、磨损慢、寿命长，且构件的形状简单，容易制造，成本低。

高副接触压强高，材料和加工要求高，但能实现某些复杂精确的运动。图7-3常见的

空间运动副

a）球面副

b）螺旋副

3．球面副与螺旋副常见的空间运动副二、机构及其运动简图

图7-4机械中的运动转换

a)钉鞋机的进针b)气动门的开关c)脚踏缝纫机

1.机械中的机构

机构能实现

运动转换和动

力传递的零构

件组合。

1/4/20232教材配套课件11低副与高副的对比：低副接触压强低，承载大、磨112.机构中的三类构件

机构中的构件分为以下三种类型。图7-5液体搅拌机

1—机架2—曲柄3—连杆4—摇杆

⑴机架

机构中被视为固定不动的构件。

机构中其他构件在它的支承下运动。

机构整体在产品中运动时，其机架并非

真正的“固定不动”；但独立分析该机构时，不必考虑机构的整体运动，因而可“视”机架

为“固定不动”。

图7-5中的构件1是机架⑵原动件机构中由外部给定其运动的构件，也称为输入构件。

机构中其他构件的运动由它驱动。

图7-5中曲柄2的转动由外部输入，是原动件。

⑶从动件

机构中由原动件驱动的其他构件。

若从动件直接实现机构的功能，称为执行件；若从动件把运动输出本

机构，称为输出构件。

图7-5中连杆3、摇杆4都是从动件。

1/4/20233教材配套课件112.机构中的三类构件机构中的构件分为以下三种类型。113.机构运动简图

⑴机构运动简图及其作用

图7-6横截面形状不同的连杆

机构中各构件间的相对运动，取决于运动副的类型、数

目、所在平面内的构件尺寸等

几个因素。而与构件外形、断

面尺寸、组成构件的零件数、

运动副的结构形式等无关。如连杆机构中的连杆，与

构件间运动关系有关的只是

“连杆长度”，而与截面形状、是单个还是多个零件组成无关。机构运动简图排除实际机构中与运动关系无关的因素，用一定比例的简

单线条和规定的符号，来表示运动副及构件间运动关系的图形。

⑵运动副的表示方法

①转动副用一个小圆圈表示。图7-7转动副

的表示方法

在代表转动副中机架（固定件）的线条上，需画上一列斜线。1/4/20234教材配套课件113.机构运动简图⑴机构运动简图及其作用图7-611②移动副用与移动方向一致的

一条直线或两条平行线表示，图7-8是几种表示方法。图7-8移动副

的表示方法

③平面高副简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，如图7-9所示。④球面副与螺旋副球面副、螺旋副的简图分别如图3-10a、b所示。图7-9平面高副的表示方法

图7-10球面副和螺旋副的表示方法

a）球面副b）螺旋副

1/4/20235教材配套课件11②移动副用与移动方向一致的

一条直线或11⑶构件的表示方法

构件简图的表示方法是：在构件的相应位置上将运动副用符号标出，再用

简单线条连成一体以表明是同一构件即可。图7-11a是几种二运动副构件（指一个构件上有两个运动副）的示例，

图7-11b是几种三运动副构件（指一个构件上有三个运动副）的示例。

图7-11的部分图形中，在线条交接的内角涂以形如“◢、◣、◤、◥”的焊缝

标记，或在一个封闭的图形内画上斜向“剖面线”，这是表示同一构件的两种符号。图7-11运动简图中构件的表示方法

a）二运动副构件示例b）三运动副构件示例

⑷常用机构运动简图国标GB/T4460-1984给出了典型机构的运动简图，

表7-1为摘自该国标的部分常用机构的运动简图。1/4/20236教材配套课件11⑶构件的表示方法构件简图的表示方法是：在构11表7-1常用机构的运动简图（摘自GB/T4460-1984）

1/4/20237教材配套课件11表7-1常用机构的运动简图（摘自GB/T4460-11

⑸机构运动简图的绘制步骤机构运动简图的一般绘制步骤如下：

①分析机构，确定机架、原动件、从动件。

②从原动件开始，按照运动传递的顺序，分析构件间的运动关系，确定从

动件的个数、运动副的类型和数目。

③在表示机构运动的投影平面内选择适当的比例尺，根据构件和运动副的

位置关系和构件尺寸，以规定的符号绘制出运动简图。

④绘制机构运动简图的通行习惯还有：ⅰ以大写英文字母A、B、C、…依次标注各转动副，ⅱ以阿拉伯数字1、2、3、…依次标注各构件，

ⅲ用箭头表示原动件的运动方向。1/4/20238教材配套课件11⑸机构运动简图的绘制步骤机构运动简图的一般绘制步11例7-1绘制图7-12a所示抽水唧筒的机构运动简图。图7-12抽水唧筒及其机构简图

a)抽水唧筒b)抽水唧筒的机构运动简图

1—手柄2—连杆3—活塞杆4—抽水筒绘制说明

⑴唧筒的机构分析：①机架是抽水筒4；②原动件是手柄1；

③其余连杆2和活塞杆3为从动件。

⑵运动与运动副分析①操作手柄1以转动副A为中心

摆动，依次带动连杆2和活塞

杆3运动；②该机构在A、B、C三处有三个转动副，活塞杆3与抽水筒4形成移动副。⑶绘制运动简图取转动副A点为基准点，选择合适比例尺，根据图7-12a中构件的尺寸和几个运动副的位置，绘制出

抽水唧筒的运动简图如图7-12b所示。1/4/20239教材配套课件11例7-1绘制图7-12a所示抽水唧筒的机构运动简图11第二节平面连杆机构

平面连杆机构是构件用低副联接起来、实现平面运动转换的机构。由四个构件组成者称为四杆机构，应用广泛，是复杂多杆机构的基础。

平面连杆机构的优点是：面接触压强低，磨损慢，圆柱、平面等接触表面易于加工，能实现转动、摆动、移动等基本运动间的转换。

缺点是：低副中的间隙会引起运动误差，不易精确地实现复杂运动。一、四杆机构的基本类型

分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类，后者可看成由前者演化而来。1.铰链四杆机构

图7-13铰链四杆机构

1、3—连架杆2—连杆4—机架

以4个铰链联接4个构件而成的机构。其中固定不动的构件4为机架，

与机架相连的构件1、3称为连架杆，

不与机架相连的构件2称为连杆。

连架杆中能作整圈回转的称为曲柄，不能作整圈回转、只能作往返摆动的称为摇杆。铰链四杆机构有三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。1/4/202310教材配套课件11第二节平面连杆机构平面连杆机构是构件用11⑴曲柄摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆之一是曲柄、另一是摇杆者，为曲柄摇杆机构。

曲柄摇杆机构能实现以下两种运动转换：①以曲柄为原动件，可将曲柄的连续转动转换为摇杆的往返摆动，②反之，以摇杆为原动件，可将摇杆的往返摆动转换为曲柄的连续转动。图7-14破碎机的破碎机构

图7-15脱粒机及其机构运动简图

a—脚踏脱粒机b—机构运动简图

曲柄为原动件：搅拌机破碎机摇杆为原动件：脚踏缝纫机

脚踏脱粒机1/4/202311教材配套课件11⑴曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆之一是曲柄、另一11⑵双曲柄机构铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。双曲柄机构中的任一个曲柄均可作为原动件，带动从动曲柄旋转。图7-16双曲柄机构的运动特性及其应用示例

a）双曲柄机构的运动特性b）惯性筛

但双曲柄机构具有如下运动特性：

原动曲柄匀速转动时，从动曲柄以每圈为周期作变速转动。

图7-16b所示的惯性筛中，原动曲柄AB匀速转动，从动曲柄DC则在

每一圈转动中周期性地变换快慢，从而达到筛分物料的目的。1/4/202312教材配套课件11⑵双曲柄机构铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄，称为双曲柄11

平行双曲柄机构或称平行四边形机构两曲柄长度相等，且连杆机架的

长度也相等的双曲柄机构。图7-17平行四边形

机构的运动特性及其应用示例

a)平行双曲柄机构b)机车车轮联动机构平行四边形机构运动有两个特性：①原动从动曲柄的转动保持同步。

②运动中两曲柄保持平行，连杆与“机架”也保持平行。

它因此获得广泛应用，如火车车轮的联动机构。图7-18电风扇

摇头机构示意图

⑶双摇杆机构

双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。双摇杆机构中的任一个活动

件（摇杆或连杆）均可作为原动

件，使两个摇杆均实现往返摆动。如电风扇的一种摇头机构。1/4/202313教材配套课件11平行双曲柄机构或称平行四边形机构两曲柄112.滑块四杆机构

图7-19曲柄滑块机构

a）对心曲柄滑块机构b）偏置曲柄滑块机构

1—曲柄2—连杆3—滑块4—机架

含有移动副四杆机构称为滑块四杆机构，简称滑块机构。

其基本形式有曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构。图3-19中与机架4用移动副相连、又与连杆2用转动副相连的构件3，称

为滑块。曲柄滑块机构由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构。

若滑块转动副中心的移动方向线通过曲柄转动中心，称为对心曲柄滑块

机构，见图7-19a。否则是偏置曲柄滑块机构，e称为偏心距，见图7-19b。

滑块行程滑块往返两极限点的距离（图7-19中H）。1/4/202314教材配套课件112.滑块四杆机构图7-19曲柄滑块机构

a）对11曲柄滑块机构应用很广泛,如内燃机里的曲柄滑块机构和自动送料机构等。图7-20曲柄滑块机构的应用示例

a)内燃机中的

曲柄滑块机构

b)自动送料机构1—曲轴2—连杆

3—活塞4—滑块

5—曲柄二、四杆机构的应用示例

图7-21儿童游乐场中的“摇马”

a)“摇马”的不同姿态b)内藏机构的对应位置

四杆机构在日用品、

车辆、科教仪器、游乐

设施、玩具等方面有多姿多彩的应用。例7-2儿童游乐场

中的“摇马”

1/4/202315教材配套课件11曲柄滑块机构应用很广泛,如内燃机里的曲柄滑块机构和自动送11例7-3汽车前窗刮雨器

曲柄摇杆机构，

主动件为曲柄AB。

图7-22汽车前窗刮雨器

例7-4平行四边形机构应用二例

图7-23平行四边形机构应用二例b）载重汽车摆椅的移动机构c)万能绘图仪的丁字尺移动机构

例7-5公共汽车的车门开关机构

图7-30公共汽车的车门开关机构1—主动曲柄2—连杆3—从动曲柄

4—机架5—右车门6—左车门7—活塞门8—气缸1/4/202316教材配套课件11例7-3汽车前窗刮雨器曲柄摇杆机构，

主动件为曲柄11第三节凸轮机构和螺旋机构一、凸轮机构

1.凸轮机构的组成、特点与分类

⑴凸轮机构的组成

图7-25凸轮机构

及其组成示例

a)内燃机配气机构

b)冲床送料机构

c)机床进退刀机构1—凸轮2—从动件

从图7-25的三个例子可知：

凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。

凸轮是一个具有曲线轮廓或曲线凹槽的构件，凸轮与从动件构成高副。

凸轮通常是原动件，它作转动、摆动或往返移动，驱动从动件按预设

的规律作连续或间歇的转动、移动或摆动。

1/4/202317教材配套课件11第三节凸轮机构和螺旋机构一、凸轮机构1.凸轮机构11⑵凸轮机构的特点

优点依靠凸轮轮廓便可使从动件实现预设的运动，包括较复杂的曲线运

动。与四杆机构比较，凸轮机构设计方便，结构简单紧凑、工作可靠。缺点凸轮与从动件是点、线接触，易磨损，传递的力量小。复杂凸轮轮

廓的加工困难，成本也高。但数控加工技术已使这一困难缓解。凸轮机构广泛用作自动、半自动的控制机构，实现复杂运动轨迹的机构等；在玩具、娱乐设施中的应用也很常见。⑶凸轮机构的分类

①按凸轮的形状分为移动凸轮、盘形凸轮、圆柱凸轮等类型。

②按从动件的形状分为尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件等类型。

③按从动件的运动分为直动从动件、摆动从动件两类，按上述三种分类法分类的凸轮机构简图参看表7-2。1/4/202318教材配套课件11⑵凸轮机构的特点优点依靠凸轮轮廓便可使从动件实11表7-2凸轮机构的分类

1/4/202319教材配套课件11表7-2凸轮机构的分类12/28/202219教材112.凸轮机构的应用示例

例7-6自动送料机构

图7-26凸轮自动送料机构

1—圆柱凸轮2—从动件(推杆)

例7-7绕线机引线机构

图7-27绕线机引线机构

1—盘形凸轮2—从动件(引线杆)3—绕线轴

例7-8变速箱换档操纵机构

图7-28变速箱的换档操纵机构图7-29用靠模仿形加工手柄

1—移动凸轮(靠模)2—滚子3—溜板箱体1—圆柱凸轮

2—从动拨叉3—可动齿轮例7-9仿形加工的“靠模”

1/4/202320教材配套课件112.凸轮机构的应用示例例7-6自动送料机构图7113.从动件位移线图与简单凸轮轮廓设计简介

⑴凸轮机构的几个基本参数

图7-30凸轮机构及其基本参数

a）凸轮机构b）位移线图以对心尖顶直动从动件的

盘形凸轮为例，结合图7-30介

绍如下基本参数。①基圆

②近休止角

③推程和推程角

④远休止角

⑤回程与回程角

⑵从动件的位移线图

凸轮机构要求实现从动件的

预定运动，其中位移特性是基本

的，位移特性用位移线图来表示。以凸轮的转动角度φ为横坐标，

以从动件位移s为纵坐标，得到的“凸轮转角—从动件位移”曲线、即“φ—s”

曲线称为从动件的位移线图。1/4/202321教材配套课件113.从动件位移线图与简单凸轮轮廓设计简介⑴凸轮机构的11⑶简单凸轮轮廓的设计示例

图7-31简单凸轮轮廓设计示例

a)位移线图b)位移线图的等分c)凸轮轮廓的作图

设计要求推杆实现运动

①匀速推程h＝10mm，推程角φ0＝135°，

②远休止角φS′＝75°③匀速回程角φ0′＝60°

④近休止角φS

＝90°

⑤凸轮匀速逆时针转动，

凸轮基圆半径r0

＝20mm，

设计该凸轮的轮廓。凸轮轮廓的作图设计

①画推杆位移线图如图7-40a。②位移线图上等分推程和回程。③以r0

＝20mm画出基圆，

按位移线图上各等分点依次画出

径向线01、02、…，在径向线上依次量取00′、11′、22′、…、99′分别与位移

线图上的位移相等，在图上得到1′、2′各点。

④以光滑曲线连接1′、2′…各点，得到凸轮的推程轮廓；同法得到凸轮的回程轮廓。作圆弧6′7′和9′0′，分别得到远休止段和近休止段的凸轮轮廓。至此，得到完整封闭的凸轮轮廓如图7-40c。作图设计完成。1/4/202322教材配套课件11⑶简单凸轮轮廓的设计示例图7-31简单凸轮轮廓设计11二、螺旋机构

2.螺纹类型和螺纹参数

⑴螺纹的类型

按旋行方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹

两种，常用的是右旋螺纹。按螺旋线数同，分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。

图7-32螺纹的线数

a)单线螺纹b)双线螺纹c)三线螺纹

螺杆螺纹为外螺纹，螺母螺纹为内螺纹。按螺纹的牙型，分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿型螺纹等。

图7-33螺纹的牙型

a）三角形螺纹b）矩形螺纹c）梯形螺纹d）锯齿形螺纹

1/4/202323教材配套课件11二、螺旋机构2.螺纹类型和螺纹参数⑴螺纹的类型按11⑵螺纹的主要参数图7-34螺纹的主要参数

①大径d即技术标准中的螺纹公称直径，螺纹牙的最大直径。

②小径d1

螺纹牙的最小直径。③中径d2

螺纹牙厚与牙间宽度相等的假想圆柱的直径。

④螺距P0

螺纹相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离。

⑤导程Ph同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离。

导程Ph与螺距P0之间的关系为：Ph＝nP0，左式中的n是螺纹的线数。1/4/202324教材配套课件11⑵螺纹的主要参数图7-34螺纹的主要参数①大径d112.螺旋机构的类型

图7-35四种不同运动形式的螺旋机构螺旋机构的基本构件为螺母、螺杆和机架。⑴按构件的运动形式分类

①螺杆转动，螺母移动

②螺母转动，螺杆移动

③螺母固定，螺杆转动并移动④螺杆固定，螺母转动并移动螺旋机构中螺纹副的构件转动360°，对应移动距离为一个导程Ph。因构件转角与移动距离成正比，因此构件转角φ°，对应的移动距离s为：（7-1）这个式子称为螺旋机构的运动方程。1/4/202325教材配套课件112.螺旋机构的类型图7-35四种不同运动形式的螺11⑵差动螺旋机构与复式螺旋机构

图7-36差动螺旋机构或复式螺旋机构1—螺杆2—可移动螺母3—机架

若螺旋机构包含两个螺纹副、一个移动副，如图7-36所示，螺纹副A、B

的导程分别为PhA

、PhB，则转动螺杆时，

螺母在机架上的运动，分为两种情况：①差动螺旋机构

螺纹副A与B旋向相同，为差动螺旋机构。运动方程为（7-2）上式说明：若差值（PhA

－PhB

）很小，则转动差动螺旋机构时，构件的移动量将很小，因此适宜用来作精密调节。②复式螺旋机构

螺纹副A与B旋向相反，为复式螺旋机构。运动方程为（7-3）上式说明：转动复式螺旋机构时，构件的移动量等于两个单螺纹副移动量的叠加，明显加大，因此能适合某些特殊的要求。

1/4/202326教材配套课件11⑵差动螺旋机构与复式螺旋机构图7-36差动螺旋机构11⑶按摩擦副的摩擦形式分类

图7-37不同类型摩擦副的螺旋机构a)滑动摩擦副b)滚动摩擦副

分为滑动摩擦螺旋副、

滚动摩擦螺旋副等类型。3.螺旋机构的应用

螺旋机构结构简单、制造方便，可获得大传动比和力的增益，机构具自锁性能，因而应用广泛。主要用于传递运动和动力、转变运动形式、调节与

测量等，常用于起重、挤压、锁紧、进给、调节装置中。例7-10千斤顶、压力机

图7-38传递运动和动力的螺旋机构示例

a）螺旋千斤顶结构图

b）螺旋千斤顶机构简图C）螺旋压力机机构简图

又如图5-7b所示的台钳等。1/4/202327教材配套课件11⑶按摩擦副的摩擦形式分类图7-37分为滑动摩擦螺旋11例7-10机床走刀、进刀机构

图7-39转变运动形

式的螺旋机构示例

a)机床纵向走刀机构

b)机床横向进刀机构例7-11轮子与轴承拆卸工具

图7-40螺旋机构的拆卸工具

a）拆轮器b）滚动轴承拆卸工具例7-12绘图圆规、钢索拉紧器和铣床快速夹紧装置图7-41复式螺旋机构示例

1/4/202328教材配套课件11例7-10机床走刀、图7-39转变运动形

式的螺11第四节间歇运动机构

间歇运动机构能将原动件的连续转动转为从动件周期运动和停歇的机构。本节介绍较常见的间歇运动机构：棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构。一、棘轮机构

1.棘轮机构的基本组成

图7-42棘轮机构的基本组成

1—棘轮2—驱动棘爪3—扭簧

4—原动件（摇杆）5—止回棘爪

原动摇杆4顺时针摆动→棘爪2推动

棘轮1同向转一角度；摇杆4逆时针摆动,

驱动棘爪2在棘轮1的齿背上滑过，止回

棘爪5阻止棘轮反转，使棘轮停歇不动。

因此摇杆4不断往返摆动，棘轮1作单方

向时动时停的间歇运动。扭簧3让棘爪贴靠在棘轮齿面上，以保工作的可靠。2.棘轮机构的类型

棘轮机构分齿啮式和摩擦式两大类，还有外啮合、内啮合、双动、可调等形式，下面仅介绍外齿啮式棘轮机构的几种应用示例。1/4/202329教材配套课件11第四节间歇运动机构间歇运动机构能将原动件的连113.棘轮机构的应用示例棘轮机构结构简单、制造方便，工作可靠，

但运动有撞击及

声响，适用于转速不高、转角小和功率小的场合。图7-43棘轮机的应用示例a)起重安全装置

b)自动线步进装c)自行车上的“飞”d)手动起重器具e)排球网拉紧机

1/4/202330教材配套课件113.棘轮机构的应用示例棘轮机构结图7-4311二、槽轮机构

1．槽轮机构的工作过程

图7-44单销外啮合槽轮机构及其工作过

a)圆销开始进入槽轮的径向槽

b)圆销开始脱离槽轮的径向槽

1—拨盘2—槽轮3—机架

图7-45槽轮机构的应用示例

a)电影放映机的槽轮卷片机构b)自动机床的换刀装置

图7-44的单销外啮合槽轮机构是该机构的基本形式。

工作过程：原动件拨盘1

转动，圆销A拨动槽轮2反向间歇地转动。主、从动件上的锁止弧abc和efg配合，使槽轮2停止中能被锁住不动。2.槽轮机构的应用示例槽轮机构结构简单，制造方便，转位迅速，常用于低转速下的自动转位与分度。1/4/202331教材配套课件11二、槽轮机构1．槽轮机构的工作过程图7-44单销11三、不完全齿轮机构

1．不完全齿轮机构的工作过程和类型

图7-46不完全齿轮机构的类型

a)外啮合不完全齿轮机构

b)内啮合不完全齿轮机构c)不完全齿轮齿条机构

主动轮上只有一个或几个齿，其余部分为锁止弧，从动轮由主动轮带动

间歇地转动与锁止。2．不完全齿轮机构的特点与应用示例

图7-47用不完全齿轮的工作台转位机构工作可靠，从动轮停歇次数、

时间等参数选择范围大。但加工复

杂，运动有冲击，在低速、轻载场

合用于工作台的间歇转位、进给以

及计数装置中。1/4/202332教材配套课件11三、不完全齿轮机构1．不完全齿轮机构的工作过程和类型11第五节机构的扩展与组合

把某机构安置在产品的运动部件上，该机构在空间运动着，其从动件的

运动就是运动合成的结果。这是机构扩展的常见的方式之一。把一个机构的从动件作为另一机构的原动件，称为机构的“串联”；

由两个或多个机构的从动件控制一个输出件的运动，称为机构的“并联”。采用串联、并联等方法加以组合得到机构称为组合机构。动态广告、展示、游艺游乐活动、玩具等设计领域内，常要应用组合机构。例7-14自动伞

例7-15转圈奔跑的马

图7-49转圈奔跑的马图7-48自动伞的机构示意经常接触，弄弄清楚吧！你也想出点什么花样吗？1/4/202333教材配套课件11第五节机构的扩展与组合把某机构安置在产11第八章机械传动基础

第一节带传动

一、带传动的组成、特点及类型

1.带传动的组成与速比

图8-1带传动的组成与速比

带传动由主动轮、从动轮和传

动带所组成。

一般的传动带（同步齿形带除

外）安装时需紧套在两个带轮上，

依靠带轮与传动带间的摩擦力传递

运动。转速比（简称速比，也称为传动比）i：

主动轮与从动轮的转速之比。带传动的传动比为（8-1）式中n1

、n2——主、从动轮的转速，单位为rpm（每分钟的转数），

D1

、D2——主、从动轮的直径，单位为mm。式（8-1）表明，带传动中两轮的转速比与两轮的直径成反比。1/4/202334教材配套课件11第八章机械传动基础第一节带传动一、带传动的组112.带传动的特点

传动带具有挠形，相应地带传动有以下优缺点：

（1）能够缓和冲击，吸收振动，因此传动平稳，噪声小；

（2）结构简单，制造和安置的精度要求不高，使用维护方便；

传动带损坏后容易更换，因此加工制造及运行成本均比较低；（3）能简便地实现大中心距间的传动，最大中心距可达15m以上；

（4）过载时传动带会在带轮上打滑，有利于避免机器中其他机件的损坏；

（5）带传动不能保证精确不变的传动比；

（6）带传动的机械传动效率较低；

（7）因传动带必须张紧，使轴与轴承受到较大的径向力，对机器运行有些不利影响。1/4/202335教材配套课件112.带传动的特点传动带具有挠形，相应地带113.带传动的主要类型

图8-2带传动的类型以传动带的截面形状分类，带传动主要有：a）平带传动b）V带传动

c）圆带传动

d）同步带传动⑴平带传动平带的截面为扁宽的矩形。常见的平带有橡胶帆布带、皮革带、棉布带和化纤带等。平带传动在力学性能方面不如V带传动，但平带厚度薄，挠曲性比V带好。因此有以下两个优势：①平带柔软，更能适应高速运转中的高频度挠曲。②除普通开口传动外，平带还能实现交叉传动（主、从动轮反向转动）、半交叉传动（两轮轴空间位置交错）。而这是V带传动不能实现的。

图8-3平带传动的几种形式a）开口传动

b）交叉传动c）半交叉传动

1/4/202336教材配套课件113.带传动的主要类型图8-2带传动的类型以传动带11

⑵V带传动V带的截面为梯形。图8-4传动带与带轮间的径向力与正压力

a）平带传动b）V带传动

V带与带轮的梯形环槽，应由两侧面

接触，槽底留有间隙、互不接触。“楔槽增压”带与带轮间径向压力相

同，2β＝38°的V带传动能力，约为平带的3倍。V带横向尺寸小，几根V带并用，结

构依然紧凑，传动能力进一步提高，更

为平带所不及。V带传动的适用条件：传递的功率P≤50Kw，

带轮圆周线速度v＝5～25m/s，传动比i≤7，传动效率η≈0.95。⑶圆带传动截面为圆形，见图8-2c。成本低廉，只能传递1Kw以下小功率，用于家用脚踏缝纫机等小产品上。

⑷同步带传动纵截面具有齿形，见图8-2d。特点：①工作可靠，传动能力高，线速度可达到v＝50m/s；②传动比准确，

可高达i＝12～20；③轴与轴承受力小；④但成本高。多用于电子计算机、录音机、数控机床、纺织机械等产品中。1/4/202337教材配套课件11⑵V带传动V带的截面为梯形。图8-4传动带11二、V带传动1.V带的构造与型号

⑴V带构造V带为无接头的环形

带，是标准化零件。

图8-5V带的构造

a)帘布芯结构b)线绳芯结构

1—顶胶层2—抗拉层

3—底胶层4—包布层

V带截面楔角在非工作状态下为

40°，在带轮上绷紧后为32°～38°。图8-5为两种常用的V带构造。

⑵V带的型号GB/T11544-1997

规定，普通V带分为：Y、Z、A、B、C、

D、E七种型号，见表8-1。表8-1普通V带的截面尺寸1/4/202338教材配套课件11二、V带传动1.V带的构造与型号⑴V带构造V11V带的中性层

长度和宽度均不因V带在带轮上绷紧而变化的一层。

节面宽度（简称节宽）bPV带中性层的宽度。⑶V带的基准长度系列V带的基准长度Ld沿V带中性层量得的环形长度，见表8-2。表8-2普通V带基准长度的标准系列（mm）⑷V带标记普通V带的标记由型号、基准长度和标准号三部分组成。例如基准长度1800mm的B型普通V带标记为：“B1800GB/T11544-1997”。

厂家常将V带的标记、制造年月日和厂名压印在V带的顶面上。1/4/202339教材配套课件11V带的中性层长度和宽度均不因V带在带轮上绷紧而变化112.V带轮

⑴V带轮的材料与结构V带轮的选材随其圆周速度v由低到高分别采用灰铸

铁和铸钢。传递小功率时，为减轻带轮重量，可采用铸铝合金或工程塑料。V带轮的结构，从外到里分三部分：外圈轮缘1，中部轮辐2，内圈轮毂3。

随基准直径d的大小不同而有三种具体形式,见图8-6。图8-6V带轮的结构

a)轮缘、轮辐与轮毂

b)小尺寸的实心轮

c)中等尺寸的辐板轮d)大尺寸的辐条轮

1/4/202340教材配套课件112.V带轮⑴V带轮的材料与结构V带轮的选材随其11

⑵普通V带轮的轮槽尺寸

表8-3普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-1992）V带在带轮上绷紧后楔角会减小，因此V带槽的楔角φ也应＜40°，且随V带型号及基准直径而变。考虑各种技术因素，国标GB/T13575.1-1992对V带轮槽的截面形状和尺寸有具体详细的规定，见表8-3。1/4/202341教材配套课件11⑵普通V带轮的轮槽尺寸表8-3普通V带111/4/202342教材配套课件1112/28/202242教材配套课件113.V带传动的张紧装置

V带绕在带轮上应该保持适当的张紧度。张紧过度，轴与轴承受力过大，

不利机器运转，且降低V带的使用寿命。张紧不足，则传动能力降低，甚至因带与带轮间打滑而使传动失效。安装之初张紧适宜的V带，会在使用中逐渐松弛，仍需适时调整其张紧

度。因此V带传动需要设置张紧装置。几种常见V带张紧装置如图8-7所示。

图8-7带传动的几种张紧装置

a）移动式张紧装置b）摆移动式张紧装置c）能自动调节的张紧装置1/4/202343教材配套课件113.V带传动的张紧装置V带绕在带轮上应该11第二节链传动

一、链传动的组成、速比及特点1．链传动的组成

图8-8链传动的组成

链传动主要由主动链轮、链条、从动链轮三构件与机架等部分组成。机械中的传动链有滚子链和齿性链两大类。图8-9齿形链的构造

齿形链传动平稳，耐冲击，噪声小，又称为无声链，用于高速和精度高

的场合。但齿形链重量大，价格贵。本节介绍应用广泛的滚子链。1/4/202344教材配套课件11第二节链传动一、链传动的组成、速比及特点1．链传动112．链传动的速比及运动特性

⑴链传动的平均速比

链传动是齿啮性传动，从较长一段时间来考虑其平均速比i，应该有（8-2）式中n1

、n2——主、从动轮的转速，单位为rpm（每分钟的转数），

z1

、z2

——主、从动轮的齿数。式（8-2）表明，链传动的平均速比与主动轮、从动轮的齿数成反比。⑵链传动的运动特性

①链传动中，链条移动的速度时时在变化着；因此，链传动的平均速

比虽与链轮齿数成反比，但瞬时速比（也称为瞬时传动比）却有所波动；

②在链传动中，链条会产生上下方向的颤动，这种颤动是链传动的有害

因素。

链轮的转速越高、链轮齿数越少、链条节距越大，则链传动的瞬时速比

不均匀性和链条的颤动就越严重。1/4/202345教材配套课件112．链传动的速比及运动特性⑴链传动的平均速比链传动是113．链传动的特点与带传动对比，链传动的特点如下：（1）对环境的要求低，能在高温、多尘、无防护的条件下工作，这是突出优点。

（2）相对于带传动，有平均传动比恒定不变的优点。（3）低速传动中，能传递大圆周力不打滑（对比带传动）；但高速传动中，链

条速度的波动、颤动和噪声均大，不如带传动平稳；且无过载保护性能。

（4）链条不需要在链轮上绷紧，有利于降低轴与轴承的受力。

（5）传递功率相同，结构比带传动紧凑，但制造和安装的要求较高。

（6）一般只宜布置在基本铅垂的平面内，链轮轴的方向受到限制，这是突出的

局限和不足。与齿轮传动对比，除了对环境要求低、成本低、适宜中心距较大以外，齿轮传

动的优越性均无可置疑。

从上述链传动的优缺点可知，自行车用链传动真可谓是扬长避短了。

链传动的适用条件为：功率P＜100Kw，传动比i≤6，链速v＜15m/s，中心距a＜5m；链传动的效率为η≈0.92～0.98。1/4/202346教材配套课件113．链传动的特点与带传动对比，链传动的特点如下：（11二、滚子链传动

1．滚子链的构造与型号图8-10滚子链的构造与双排滚子链a）滚子链的构造b）双排滚子链

1—内链板2—外链板3—销轴4—套筒5—滚子

滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4及滚子5组成。链节距p滚子链上

相邻两滚子的中心距离。传动链是标准件，以链节距p为基本参数。传递的功率较大，

又要求结构紧凑，可

采用双排或多排链。标准滚子链分为A、B两个系列，常用的是A系列。A系列滚子链的主要参数见表8-4。该标准采用英寸为长度单位。

1英寸＝25.4mm，（1/16）英寸＝（25.4/16）mm＝1.5875mm，

表中的“链号”数乘以1.5875mm就是该链号滚子链的链节距p。1/4/202347教材配套课件11二、滚子链传动1．滚子链的构造与型号图8-10滚子11

表8-4A系列滚子链的主要参数（摘自GB/T1243-1997）滚子链的标记为：链号—排数×节数标准号。

例如A系列、节距19.05mm、单排、92节的滚子链，其标记为：

12A—1×92GB/T1243-1997。链的长度用链节数表示。1/4/202348教材配套课件11表8-4A系列滚子链的主要参数（摘自GB/T111传动链的链节数以选偶数为宜，此时用开口销或弹簧夹即可将链条

联接成链环（图8-11a、b）。如链

节数为奇数，须用有弯链板的“过渡

链节”联成环形（图8-11c），从而降低链的承载能力，图8-11滚子链联结封闭环形的接头形式a)开口销

b)弹簧卡

c)过渡链节2．滚子链链轮

图8-12链轮的结构形式

a)小尺寸整体式b)中尺寸孔板式c)大尺寸组合式滚子链链轮的齿形已标准化，设计图上不必画端面齿形，只注明如“齿形按3RGB/T1244-1995规定制造”等即可。但设计图上需画出链轮的

轴向齿形和尺寸，可参照BG/T1243-1997。链轮的结构随尺寸而异，参看图8-12。链轮材料要求强度和耐磨性，小链轮应选用较优材料。1/4/202349教材配套课件11传动链的链节数以选偶数为宜，图8-11滚113．链传动的布置

⑴尽量布置在铅垂平面内，使链条的链节能顺畅地与链轮齿啮合。⑵应紧边在上、松边在下。

若松边在上，则在链子脱

离主动链轮处可能出现“咬链”现象，影响正常传动。⑶两链轮的轴线在同一水平

面内（或接近如此）。若需要斜向布置，两轴中心连线与水平线的夹角φ应

小于45°。

⑷安装时，松边的初始下垂量取两轴中心距的1﹪～2﹪。使用一段时间后，松边的下垂量加大。会造成啮合不良。解决问题的方法之一，是将两链轮的中心距调大；解决方法之二，是减除一个链节。

在松边安置一个张紧轮则是解决此问题的更佳方法。

⑸链传动主、从动轮的转向相同。将两轮之一安置在链环的外侧，可使两轮转

向相反。但同时需要安置称为“游轮”的张紧轮。图8-13链传动的布置

1/4/202350教材配套课件113．链传动的布置⑴尽量布置在铅垂平面内，图8-1311第三节齿轮传动一、齿轮传动的类型与特点

1．齿轮传动的类型

按两轴线的空间位置，

齿轮传动分为

平行轴齿轮传动、

相交轴齿轮传动、

交错轴齿轮传动三大类。按齿向不同分为

直齿、斜齿、人字齿、

曲线齿等类型；根据啮合形式分为

外啮合、内啮合两类。图8-14齿轮传动的类型1/4/202351教材配套课件11第三节齿轮传动一、齿轮传动的类型与特点1．齿轮传动112.齿轮传动的特点

齿轮传动在现代机械中应用最为广泛，其特点如下：⑴传动精度高前面讲过，带传动不能保证传动比准确，链传动也不能

实现恒定的瞬时传动比；但现代常用的渐开线齿轮，其传动比在理论上是准

确、恒定不变的；这不但对精密机械与仪器是关键要求，也是高速重载下减

少动载影响、实现平稳传动的重要条件。

⑵适用范围宽传递的功率范围极宽，可以从0.001W到60000kW；圆周速度可以很低，也可高达150m/s，均为带传动、链传动难以比拟。

⑶可实现平行轴、相交轴、交错轴等空间任意两轴间的传动，也为带传

动、链传动所难以企及。

⑷工作可靠，使用寿命长。

⑸传动效率较高，一般为η＝0.94～0.99。

⑹齿轮传动的不足方面有：

①制造和安装要求较高，因而成本也较高；

②对环境要求较严，除低速、低精度情况外，需要安置在箱罩中防

尘防垢，还需有润滑装置；

③不适用于相距较远两轴间的传动；

④减振性和抗冲击性不如带传动等柔性传动好。1/4/202352教材配套课件112.齿轮传动的特点齿轮传动在现代机械中应用最为广泛11二、渐开线直齿圆柱齿轮

1.齿轮的传动比与渐开线齿轮

⑴轮齿齿廓与齿轮传动比

图8-16古代齿轮传动不能保持瞬时传动比的恒定

古代齿轮的齿廓是直线

或其他简单线形，齿形不严格不精确。传动中每转过一

个齿都发生一次撞击，瞬时传动比波动较大，传动很不

平稳。在转速高、功率大的现代传动中，根本不能用。⑵渐开线齿轮的恒定传动比

图8-16渐开线与渐开线齿轮

a）渐开线及其形成b）渐开线齿轮

直线AB紧靠在半径rb

的圆周上做纯滚动，AB上任一点K的轨迹CKK′称为该圆的渐开线.

该圆称为此渐开线的基圆，rb为基圆半径，AB称为发生线。

采用渐开线作为齿廓曲线的

齿轮称为渐开线齿轮。

1/4/202353教材配套课件11二、渐开线直齿圆柱齿轮1.齿轮的传动比与渐开线齿轮11由渐开线的形成过程可知：

①渐开线上任一点的法线就是通过该点的渐开线发生线，此直线与基圆相切。②基圆以内没有渐开线。几何学的分析可以证明：从理论上说，渐开线齿轮传动具有恒定的传动比。由于制造有误差、齿廓会磨损，实际齿廓不可能是绝对精确的渐开线，所以

传动比也并非绝对准确与恒定。但这些因素的影响毕竟轻微得多，也便于控制了。

可见，渐开线齿轮的出现，使齿轮传动的性能取得了质的飞跃，因此在现代

获得了广泛的应用。渐开线齿轮还有两个明显的优点，使它在应用中一直独占鳌头：

①切齿刀具的通用性好，有利于简化加工设备和降低制造成本，②两轴的中心距略有安装误差对传动比没有影响，便于安装使用。1/4/202354教材配套课件11由渐开线的形成过程可知：

①渐开线上任一点的112.渐开线齿轮的参数与尺寸关系

⑴齿轮各部分的名称

图8-17齿轮各部分的名称及表示符号

①齿顶圆直径da、半径ra。

②齿根圆直径df、半径rf。

③齿厚圆周上的轮齿厚度（弧长）。齿根处齿厚最大、接近齿顶齿厚趋窄。

④齿槽宽圆周上的齿槽宽度（弧

长）。在不同齿根处齿槽宽最窄、接近齿顶齿槽宽驱宽。

⑤齿距圆周上相邻两同侧齿廓的

间距（弧长）。圆大对应大齿距。⑥分度圆齿厚与齿槽宽相等的圆。分度圆是重要概念，与分度圆相关的参数均用不带下标的字母来表示，分别为直径d、半径r、分度圆齿厚s、

分度圆齿槽宽e、分度圆齿距p等。应该有以下关系：s＝e（8-3）

p＝s＋e＝2s＝2e（8-4）⑦齿顶高ha。

⑧齿根高hf。

⑨全齿高h。h＝ha

＋hf

（8-5）1/4/202355教材配套课件112.渐开线齿轮的参数与尺寸关系⑴齿轮各部分的名称图11⑴直齿圆柱齿轮的基本参数

基本参数有齿数z、模数m、压力角α、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*等。①齿数z

齿轮传动的传动比与主动轮、从动轮的齿数成反比，即（8-6）式中n1

、n2

——主、从动轮的转速，单位为rpm（每分钟的转数），

z1

、z2

——主、从动轮的齿数。②模数m

齿轮上轮齿的大小，可用其径向尺寸全齿高来表示，也可用其周向尺寸齿距来表示。这些参数间具有确定的关系，任选其一即可。

设以分度圆齿距p作为表示轮齿大小的参量，是否方便呢？分度圆齿距p是一段弧长，与分度圆直径d、齿数z的关系为zp＝πd，即

（8-7）式（8-7）中包含无理数π＝3.14159…。为了让需要测量的分度圆直径d是有理数，则分度圆齿距p将是个无理数；而用无理数来表示轮齿的大小显然不便，为此，特定义另外一个表示轮齿大小的参数，称为模数，用m表示：（8-8）或d＝zm（8-9）1/4/202356教材配套课件11⑴直齿圆柱齿轮的基本参数基本参数有齿数z、模数m、11式（8-8）表明：模数m的意义是分度圆齿距p的1/π。式（8-9）表明：分度圆直径d等于齿轮齿数z与模数m的乘积。

图8-18轮齿大小与模数成正比

显然，轮齿尺寸与模数大小成正比例；模数加大，齿厚增厚、齿距加长，承载能力增强。模数m是齿轮设计计算的重要参数。稍后即将看到，在齿轮计算公式中均以模数m作为基准参量。国家标准已经制定了齿轮模数的标准系列。表8-5渐开线齿轮的模数系列（GB/T1357-1987）（单位：mm）式（8-9）是齿轮设计计算的基本公式之一。1/4/202357教材配套课件11式（8-8）表明：模数m的意义是分度圆齿距p的1/π。11③压力角α物体因受力而产生运动，力的作用方向和物体上力作用点的运

动方向间的夹角，称为压力角。图8-19压力角与渐开线齿轮的压力角

a)压力角的含义b)渐开线齿轮的压力角

意义：压力角越小，力的方向与

运动方向越接近一致，推动物体运动

越省力。渐开线齿轮啮合中的压力角问题简介。ⅰ.齿轮啮合时力的作用方向

因光滑面上力必沿法线方向，则齿廓上力必沿渐开线发生线的方向；轮齿在K1

、K2点啮合（图8-20b），力F1

、F2

必沿K1N1

、K2N2

方向。ⅱ.从动轮上力作用点的运动方向从动轮绕O2

转，K1

、K2必沿v1

、v2

运动。由图8-20b知，采用离基圆较近处的渐开线为齿廓，齿轮传动的压力角较小。

但基圆内没有渐开线，所以齿根圆必须比基圆大；而分度圆又比齿根圆大，因此分度圆压力角不可能很小。综合各种因素，我国国家标准规定标准齿轮的（分度圆）压力角为α＝20°。压力角数值定下来，渐开线齿廓的形状才能确定，因此，齿数z、模数m和压力角α三者是直齿圆柱渐开线齿轮主要的基本参数。1/4/202358教材配套课件11③压力角α物体因受力而产生运动，图8-19压力角11④齿顶高系数ha*和顶隙系数c*

齿顶高系数ha*

齿顶高ha与模数m的比值，即ha

＝ha*m（8-10）由于：①只有齿距p相同、即模数m相同的齿轮才能啮合，②两齿轮的标准安装距是两个分度圆相切；因此齿根高hf

必须略大于齿顶高ha，否则两齿轮必发生“干涉”而无法传动。于是应该有hf＝ha

＋C（8-11）式中C为两齿轮啮合时的“径向间隙”，或称“顶隙”。顶隙系数c*

顶隙C与模数m的比值，即C＝c*m（8-12）由式（8-11）、（8-10）、（8-12）得到齿根高的计算公式

hf＝（ha*＋c*）m（8-13）由式（8-5）、（8-13）得到全齿高的计算公式

h＝（2ha*＋c*）m（8-14）齿顶高系数ha*和顶隙系数c*也是齿轮的基本参数。我国标准规定，正常齿制：ha*＝1.00，c*＝0.25；

短齿制：ha*＝0.80，c*＝0.30。1/4/202359教材配套课件11④齿顶高系数ha*和顶隙系数c*齿顶高系数ha*11⑶标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸

表8-6正常制标准直齿圆柱齿轮主要几何尺寸的计算公式1/4/202360教材配套课件11⑶标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸表8-6正常制标准直齿11⑷内齿轮与齿条

图8-21内齿轮与齿条的齿形与参数

a)内齿轮（局部）b)齿条（局部）

内齿轮齿廓是内凹渐开线，齿厚、齿槽形状与外齿轮相反；各参数均与外

齿轮对应，仅齿顶圆直径da

、齿根圆直径df

的公式与外齿轮有差别，见表8-6。齿条当齿轮齿数增加到无限多，齿顶圆、分度圆、齿根圆变得无限大，其局部成为互相平行的直线，代表分度圆的直线称为齿条的中线。齿条的渐开

线齿廓也成为直线，齿廓的垂线与中线的夹角就是齿条啮合中的压力角，标准值α＝20°，特称为齿条的齿形角。1/4/202361教材配套课件11⑷内齿轮与齿条图8-21内齿轮与齿条的齿形与参数

113.渐开线齿轮传动的应用知识要点

从应用出发，下面简介渐开线齿轮传动的知识要点而略去理论证明。⑴一对渐开线齿轮，必须模数相等、压力角相等才能啮合传动。

⑵两渐开线齿轮的标准安装条件为分度圆相切，标准中心距a为两齿轮分度圆

半径之和，由式（8-8）可得：当两齿轮为内啮合时，公式中的加号改为减号。（8-15）式中z1

、z2——两齿轮的齿数，m——齿轮的模数。加工安装必有误差，但只要实际中心距与式（8-15）的标准值不差得太多，

即两轮啮合不致间断，也不互相“卡死”，则实际安装中心距与标准中心距略有

偏差，并不影响传动比的恒定性，这是渐开线齿轮传动的突出特点和优点。

⑶两齿轮实现连续传动的条件是：在一对轮齿脱离啮合前下一对轮齿能进入啮合。标准渐开线齿轮在标准中心距的条件下，均可实现连续传动；齿轮齿数多，

对实现连续传动有利。⑷正常齿制标准渐开线直齿齿轮的最小齿数zmin

＝17。齿数小于17，由于“根切”（解释略）使部分齿廓丧失渐开线齿形，从而降低传动质量。若允许存在微小“根切”，可取到zmin

＝14。需齿数更少，则可采用“变位齿轮”（略）。另外，稍后将简介的斜齿齿轮，其最小齿数也可小于14。1/4/202362教材配套课件113.渐开线齿轮传动的应用知识要点从应用出发，下面简介11

例8-1一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮，已知模数m＝2mm，两轮齿

数z1＝25，z2

＝100，压力角α＝20°，正常齿制。求：两轮分度圆直径d1

、d2

，齿顶圆直径da1

、da2

，齿根圆直径df1

、df2

，

基圆直径db1

、db2

及两轮的中心距a。

解根据表8-6中的公式及式（8-15）计算如下：⑴分度圆直径d1

＝mz1

＝2mm×25＝50mm

d2

＝mz2

＝2mm×100＝200mm⑵齿顶圆直径da1＝d1

＋2ha

＝d1

＋2ha*m＝50mm＋（2×1×2mm）＝54mm

da2＝d2

＋2ha

＝d2＋2ha*m＝200mm＋（2×1×2mm）＝204mm⑶齿根圆直径df1＝d1

－2（hf*＋c*）

＝50mm－[2×（1＋0.25）×2mm]＝45mm

df2＝d2

－2（hf*＋c*）

＝200mm－[2×（1＋0.25）×2mm]＝195mm⑷基圆直径db1

＝d1

cosα＝50mm×cos20°＝46.99mm

db2

＝d2

cosα＝200mm×cos20°＝187.94mm⑸两轮中心距1/4/202363教材配套课件11例8-1一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿11例8-2一对标准安装的外啮合渐开线直齿圆柱齿轮，已知中心距a＝75mm，

传动比i＝4。模数m＝1.5mm，压力角α＝20°，正常齿制。

求：两轮的齿数z1、z2、分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2，齿根圆直

径df1、df2以及基圆直径db1、db2

。解⑴先求小齿轮齿数z1和大齿轮齿数z2由式（8-6）i＝z2

/z1得到z2

＝iz1

＝4z1

将上式代入式（8-15），得到即因此z2

＝4z1

＝4×20＝80。⑵再求两齿轮的其他参数因两齿轮的齿数及模数已经知道，其他参数均可仿照例8-1那样求出。

（略，建议读者自行练习计算）1/4/202364教材配套课件11例8-2一对标准安装的外啮合渐开线直齿圆11三、齿轮的材料、结构与精度

1.齿轮的失效形式与材料选择

⑴齿轮的失效形式

齿轮损坏多因轮齿失效所致，主要形式有：轮齿从齿根处断裂、齿面疲劳点

蚀、齿面磨损和齿面胶合，它们的引起原因及防止措施等见表8-7。齿轮在工作中损坏而不能继续使用，称为失效。表8-7齿轮轮齿的常见失效形式及防止措施

1/4/202365教材配套课件11三、齿轮的材料、结构与精度1.齿轮的失效形式与材料选11⑵齿轮的常用材料

低速、轻载、无冲击的齿轮，选用价格低、易成型、易切齿的铸铁；载荷、尺寸较大、形状复杂的齿轮选用铸钢；高速轻载、要求低噪声的齿轮选用工程塑

料、尼龙等非金属材料。而大多数齿轮仍采用各种钢材制造，见表8-8。表8-8齿轮的常用材料及使用条件相啮合的一对齿轮

中，小齿轮应选较优质

的材料，原因有三：

①小齿轮受力循环次数

多，②齿数越少轮齿的根部

越薄，容易折断；③使相啮合的轮齿表面

有明显的硬度差，有利于防止齿面胶合。1/4/202366教材配套课件11⑵齿轮的常用材料低速、轻载、无冲击的齿轮，11⑶齿轮传动的润滑

润滑对齿轮传动很重要，作用有：减少磨损、发热，降低噪声，延长使用寿命，改善传动状况。图8-21闭式齿轮传动的常用润滑形式

a）浸油润滑b）喷油润滑

“开式”传动齿轮传动装置暴露在环境中没有罩盖。“半开式”传动传动装置有罩盖而没有完全封闭在箱体内。“闭式”传动传动装置封闭在箱体内。开式、半开式齿轮传动仅用于低速、低精度工况，定期由人工加注润滑油。闭式传动，有浸油润滑与喷油润滑等形式，见图8-21。浸油润滑也称为油浴润滑，在齿轮箱内注润滑油使

油面浸没大齿轮1～2个齿，由齿轮的转动将油带至两齿轮啮合处起润滑作用，如图8-21a所示。更高速的传动中，为避

免因搅油剧烈使油温升得过

高，常采用喷油润滑，由油

泵输油经喷嘴射向齿轮啮合

处，如图8-21b所示。1/4/202367教材配套课件11⑶齿轮传动的润滑润滑对齿轮传动很重要，作用有112.圆柱齿轮的结构

齿轮结构与下列因素有关：毛坯种类、材料、尺寸、加工方法及生产批量等。常见的齿轮结构类型如下：⑴齿轮轴齿轮的外径较小，或齿根圆直径与相配的轴径相差很小时

（图8-22a），常将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴，如图8-22b所示。图8-22齿轮轴

a）δ≤2.5m

b）齿根圆直径与

相配的轴径相差很小

⑵实心式齿轮齿顶圆直径da＜200mm的中小尺寸齿轮多采用。

图8-23实心式齿轮

（da≤200mm）

⑶辐板式齿轮齿顶圆直径da＝200～500mm的齿轮多采用（图略）。1/4/202368教材配套课件112.圆柱齿轮的结构齿轮结构与下列因素有关113.圆柱齿轮精度简介⑴齿轮传动精度的三个方面针对齿轮传动质量的三个主要方面。①第Ⅰ公差组为传动准确性精度规定齿轮一周转内的最大转角误差。

②第Ⅱ公差组为传动平稳性精度规定传动中冲击、振动、噪声等指标。

③第Ⅲ公差组为载荷分布均匀性精度规定齿面接触状况的指标。不同工作的齿轮，对上述三种精度有不同的侧重方面。⑵齿轮的精度等级及其选择GB/T10095.1-2001标准中规定，单个渐开线

圆柱齿轮的精度有1～12级，1级最高，12级最低。1、2级精度属于待发展级。高精度齿轮价格昂贵，一般不轻易选用。常用的齿轮精度是6级～9级。表8-9常用圆柱齿轮精度等级的适用条件及举例1/4/202369教材配套课件113.圆柱齿轮精度简介⑴齿轮传动精度的三个方面针11四、斜齿圆柱齿轮简介

1．斜齿圆柱齿轮的形成原理

图4-24斜齿轮的几何形成原理

设想把直齿齿轮切成极多个极薄的“齿轮片”，依次向同方向错开极小角度，

然后“粘”起来，得到如图8-24b所示的结

果：轮齿不再与齿轮的轴线平行，这就

是斜齿轮。注意：斜齿轮的轮齿在空间不是直线，而是一条螺旋线。2．斜齿轮传动的特点

图8-25齿轮啮合时齿面上的接触线

a）直齿轮b）斜齿轮

螺旋齿的斜齿轮传动对比直齿轮，若干方面的性能大有改善，同时也带来

缺点与问题。⑴斜齿轮传动的主要优点

①传动平稳、噪音小

斜齿轮啮合从一端开始，接触线从短到长，又缩短而脱离接触，作用力变化平缓。②承载能力强

斜齿轮传动同时参与啮合的齿对较多

（3～4对），每齿分担的负荷降低。又因

传动平稳，冲击和振动小，有利于承载。1/4/202370教材配套课件11四、斜齿圆柱齿轮简介1．斜齿圆柱齿轮的形成原理图411③齿面磨损均匀平稳进入接触又平稳退出，使齿面磨损较为均匀，有利于维

持齿廓的形状、维持传动的准确稳定。

④最小齿数可以比直齿轮少有利于达到结构紧凑、减轻重量的目的。⑵斜齿轮传动的缺点与问题

①传动中产生轴向推力

这种轴向力有把两个齿轮互相推离的趋势，因