《机械设计基础》-项目 ３　机械传动的分析与应用

任务３.１齿轮传动的分析与应用１．认识齿轮传动（１）齿轮传动的特点齿轮传动是依靠两齿轮轮齿之间的互相推压作用而构成的啮合传动。它可以用来传递平行轴、相交轴和交错轴之间的运动和动力。与其他传动相比，齿轮传动有以下几方面突出的优点：①能保证两齿轮瞬时传动比恒定不变；②能实现两平行轴、相交轴和交错轴间的各种传动；③圆周速度和功率适用范围广，效率高；④工作可靠，使用寿命长。当然，齿轮传动也存在不可避免的缺点：①对制造和安装精度要求较高，加工齿轮需要专用机床和设备，因而成本较高；下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用②不适合两轴相距较远的传动；③对冲击和振动较为敏感。对齿轮传动的要求一是传动平稳，二是要有足够的承载能力和寿命。（２）齿轮传动的类型齿轮传动的类型很多，可根据两齿轮轴线的相对位置、啮合方式和轮齿形状的不同进行如下分类（见图３－１）。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２．渐开线与渐开线轮廓（１）渐开线的形成当直线ｎｎ在半径为ｒｂ的圆周上做纯滚动时，直线上任意一点Ｋ的轨迹ＡＫ，称为该圆的渐开线，如图３－２所示，这个圆称为渐开线的基圆，直线ｎｎ称为发生线。齿轮的齿廓就是由两段对称的渐开线组成的，如图３－３所示。（２）渐开线的性质根据渐开线的形成过程，可知它具有以下性质（见图３－２）：①发生线上沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即ＮＫ＝ＮＡ。②渐开线上任意一点的法线与基圆相切。切点Ｎ是渐开线上Ｋ点的曲率中心，线段ＮＫ为渐开线Ｋ点的曲率半径，用ρ

Ｋ表示。ＮＫ既是与基圆相切的切线，又是渐开线在Ｋ点的法线。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用③渐开线的弯曲程度取决于基圆的大小（见图３－４）。基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径趋于无穷大时，渐开线变成直线。齿条的齿廓就是这种直线齿廓。④作用于渐开线Ｋ点的正压力Ｆｎ的方向（法线方向）与其作用点Ｋ的速度ｖＫ方向所夹的锐角称为渐开线在Ｋ点的压力角αＫ（见图３－２），Ｋ点离圆心越远，压力角αＫ越大，基圆压力角α

ｂ为０°。⑤因为发生线切于基圆，所以基圆以内没有渐开线。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（３）渐开线齿廓啮合特性１）瞬时传动比为常数如图３－５所示，两渐开线齿廓在任意点Ｋ接触，按刚体传动规律，两齿廓在Ｋ点的速度ｖＫ１（Ｏ１Ｋω１）、ｖＫ２（Ｏ２Ｋω２）的法向速度必须相等，即上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）中心距可分性若一对渐开线齿轮传动由于制造、安装、轴的变形及轴承磨损等原因，其实际中心距比理论中心距稍有增大，则两轮的瞬时传动比能否保持不变呢？根据齿廓啮合基本定律，由图３－５可知△Ｏ１ＣＮ１∽△Ｏ２ＣＮ２，按式（３－１）可得由于两轮的基圆半径ｒｂ１、ｒｂ２仍保持原值，则两齿轮的瞬时传动比仍为常数。中心距稍有增大，但其瞬时传动比不变的特性，称为中心距可分性。中心距变化后，两轮的节圆半径虽有变化，但是它们的比值保持不变。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用渐开线齿轮具有的中心距可分性，为渐开线齿轮的制造和安装带来了方便。３）齿廓啮合线、压力线方向不变根据上面所述的渐开线性质②，两轮齿廓在任意点Ｋ啮合时，过Ｋ点的公法线Ｎ１Ｎ２，也是两轮基圆一侧的内公切线，它只有一条，且方向不变。两轮齿廓啮合点的轨迹，称为啮合线。两渐开线齿轮齿廓的所有啮合点都位于唯一的公法线Ｎ１Ｎ２上，故啮合线与公法线重合。啮合线Ｎ１Ｎ２与两节圆的公切线ｔｔ的夹角α′称为啮合角，如图３－６所示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用３．渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算（１）齿轮各部分的名称与符号图３－７所示为标准直齿圆柱齿轮。①齿顶圆（顶圆）。齿顶圆柱面与端平面的交线，其直径用ｄａ表示。②齿根圆（根圆）。齿根圆柱面与端平面的交线，其直径用ｄｆ表示。③分度圆。为设计、计算方便，在齿顶圆与齿根圆柱之间规定了一个特定的圆柱面，称为分度圆柱面。齿轮的轮齿尺寸均以圆柱面为基准来确定，分度圆柱面与端平面的交线称为分度圆，其直径用ｄ表示。④齿顶高。齿顶圆与分度圆之间的径向距离称为齿顶高，用ｈａ表示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用⑤齿根高。齿根圆与分度圆之间的径向距离称为齿根高，用ｈｆ表示。⑥齿高。齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高，用ｈ表示。⑦齿厚。在圆柱齿轮的端平面上，一个齿的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长称为齿厚。在标准齿轮中，槽宽与齿厚各为齿距的一半，即ｓ＝ｅ＝ｐ／２，ｐ＝ｓ＋ｅ。⑧齿槽宽。齿轮上两相邻齿之间的空间称为齿槽。在端平面上，一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长称为齿槽宽，用ｅ表示。⑨齿距。两个相邻面同侧的端面齿廓之间的分度圆弧长称为齿距，用ｐ表示。⑩齿宽。齿轮的有齿部位沿分度圆柱面的直母线方向量度的宽度称为齿宽，用ｂ表示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（２）渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数①齿数。在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为齿数，用ｚ表示。②模数。分度圆直径与齿数之间有如下关系：式中，π是一个无理数，为使计算和测量方便，工程上令ｐ/π＝ｍ，称为模数，并将其定为标准值，如表３－１所示。于是上式可改写为上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用③压力角。渐开线齿轮压力角是指渐开线齿廓在分度圆上的压力角。分度圆上的压力角的标准值为２０°。④齿顶高系数ｈ∗ａ和顶隙系数ｃ∗。由于齿距与模数成正比，取齿高的尺寸也与模数成正比，即（３）渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸依据上述五个基本参数（ｚ、ｍ、α、ｈ∗ａ、ｃ∗），利用如表３－２所示的计算公式，就可以计算出标准直齿圆柱齿轮各部分的几何尺寸。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用４．渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动（１）正确啮合条件如图３－８所示，一对齿轮在啮合过程中，两轮齿廓的啮合点是沿啮合线移动的，当前一对轮齿在Ｋ点啮合，后一对轮齿在Ｋ′点啮合时，为保证两对齿廓均在啮合线上相切接触，则必须使两齿轮的法向齿距相等，即ｐｂ１＝ｐｂ２因ｐｂ＝πｍｃｏｓα，将其代入上式可得πｍ１ｃｏｓα１＝πｍ２ｃｏｓα２由于ｍ、α都已标准化，故两齿轮正确啮合条件为上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用即一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两轮的模数和压力角应分别相等。（２）连续传动条件如图３－９所示，两轮的一对轮齿沿啮合线Ｎ１Ｎ２的啮合过程是，先由主动轮１的齿根推动从动轮２的齿顶（虚线位置），开始进入啮合，直至主动轮１的齿顶推动从动轮２的齿根（实线位置），退出啮合为止。所以轮２、轮１齿顶圆与实际啮合线Ｎ１Ｎ２的交点Ｂ２、Ｂ１，分别是实际起始啮合点和终止啮合点，Ｂ２Ｂ=称为实际啮合线。当前一对齿退出啮合前，后一对齿必须进入啮合，才能保证齿轮传动的连续，所以实际啮合线的长度Ｂ２Ｂ１必须大于前后两齿同侧齿廓在啮合线上的距离ＫＫ′，也就是说Ｂ２Ｂ１应大于基圆齿距ｐｂ。Ｂ２Ｂ１与ｐｂ之比，称为重合度ε。因此，齿轮连续传动的条件为上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（３）标准齿轮安装及标准中心距一对正确安装的渐开线标准齿轮，其分度圆与节圆相重合，这种安装称为标准安装，标准安装时的中心距称为标准中心距。１）外啮合齿轮机构如图３－１０所示，外啮合齿轮机构的标准中心距两轮转向相反，传动比取负号上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）内啮合齿轮机构如图３－１１所示，内啮合齿轮机构的标准中心距两轮转向相同，传动比取正号，即３）齿轮齿条机构齿轮齿条机构标准安装时，如图３－１２所示，齿条中线与节线重合，齿轮中心到齿条中心线的距离上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用５．渐开线齿轮的加工方法及根切现象（１）渐开线齿轮的加工方法齿轮的齿廓加工方法有铸造、热轧、冲压、粉末冶金和切削加工等，最常用的是切削加工法。根据轮齿成形原理的不同，切削加工法可分为仿形法和展成法两类。１）仿形法用与齿槽形状相同的成形铣刀加工齿形的方法称为仿形法。图３－１３所示为盘状铣刀铣削齿轮，图３－１４为指状铣刀铣削齿轮。切齿时，铣刀绕其轴线转动进行铣削，轮坯沿其轴线进刀。每铣完一个齿槽，将轮坯转动３６０°／ｚ，再铣下一个齿槽，铣削加工属于间断切削。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用用仿形法铣削齿轮，其齿形的准确程度是通过铣刀切削刃的形状来保证的，根据渐开线的特性可知，渐开线曲线的形状取决于基圆的大小，基圆直径由模数、齿数和压力角决定，即ｄｂ＝ｍｚｃｏｓα。当模数一定，压力角为标准值时，不同齿数的齿轮，其齿形渐开线不同。因此，要铣出正确的齿形，理论上要求同一模数的每一种齿数的齿轮应配有一把铣刀，但这是不可能的。实际生产中为了减少铣刀数量，通常一种模数只配备８把铣刀（见表３－３），故齿形误差不可避免，从而导致加工精度低；又因为它是间断加工，故生产率低；但其加工方法简单，不用于专用机床，因此仿形法只适用于对精度要求不高、修配等单件生产的齿轮。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）展成法（范成法）展成法是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）相互啮合时（两轮节圆相互滚动），两轮齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。展成法切齿用的刀具有齿轮插刀、齿条插刀和齿轮滚刀。图３－１５所示为齿轮插刀加工齿轮，齿轮插刀是一个具有切削刃的渐开线齿轮，其顶部比正常齿高出ｃ∗ｍ，以便切出顶隙部分。它与轮坯安装在插齿机上并按一定的传动比转动，就像一对齿轮啮合传动一样，称为展成运动，同时插刀沿轮坯齿宽方向做往复运动，插刀刀刃各个位置的包络线就形成了齿轮的渐开线齿廓（见图３－１５（ｂ））。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用图３－１６所示为齿条插刀加工齿轮，其加工原理与齿轮插刀加工齿轮相同。当轮坯转动时，刀具沿轮坯周向移动，移动速度与被加工齿轮的分度圆圆周速度相等，同时齿条插刀沿轮坯的齿宽方向做往复切削运动，刀具刀刃在各个位置时的包络线（见图３－１６（ｂ））就是被加工齿轮的齿廓曲线。图３－１７所示为利用滚刀在滚齿轮机上加工齿轮，其加工原理与用齿条插刀加工齿轮基本相同。齿轮滚刀呈螺旋形，沿纵向开出沟槽，其轴向剖面与齿条相同。当齿轮滚刀绕自身回转时，就相当于一个无限长的假想齿条连续地向一个方向移动，齿轮滚刀还同时沿轮坯轴线方向缓慢移动，直至切出完整的齿形为止。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（２）根切现象与最少齿数用展成法加工齿轮，有时会出现轮齿根部渐开线被刀具齿顶切去一部分的现象，称为根切现象，如图３－１８所示。根切将削弱轮齿的弯曲强度，减少重合度，影响传动质量，所以应尽量避免。６．斜齿圆柱齿轮传动的认识及尺寸计算（１）齿廓的形成及啮合特点直齿轮齿廓曲面是发生面Ｓ在基圆柱上做纯滚动时，Ｓ平面上与基圆母线ＮＮ′平行的ＫＫ′直线在空间形成的渐开线柱面ＡＫＫ′Ａ′（见图３－１９（ａ））。两直齿轮轮齿啮合时，由于两齿面接触线ＫＫ′平行于母线，其全齿宽同时进入啮合和退出啮合（见图３－１９（ｂ）），因而轮齿承载和卸载都是突发性的，故易引起动载、冲击、振动和噪声，不适用于高速场合。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用斜齿轮齿廓曲面形成方法与直齿轮相同，只是直线ＫＫ′与母线ＮＮ′成βｂ角（基圆螺旋角），斜直线ＫＫ′在空间形成渐开螺旋面ＡＫＫ′Ａ′（见图３－２０（ａ））。两斜齿轮轮齿啮合时，由于两齿面接触线ＫＫ′不平行于母线，因此轮齿由齿宽一端进入啮合，又逐渐由另一端退出啮合（见图３－２０（ｂ）），因而轮齿承载和卸载是逐步的，故其工作平稳，冲击和噪声较小。此外，一对轮齿从进入到退出，总接触线较长，重合度大，同时参与啮合的齿数多，故承载能力高。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（２）斜齿圆柱齿轮的主要参数１）螺旋角螺旋线的切线与平行于轴线的母线所夹的锐角称为螺旋角。斜齿轮轮齿的倾斜程度通常用分度圆柱面上的螺旋角来表示。把斜齿轮的分度圆展开成矩形，如图３－２１所示，分度圆柱面上的螺旋线就成为直线，它与分度圆柱母线的夹角β就是分度圆柱上的螺旋角，简称螺旋角，一般取β＝８°～２５°。斜齿轮按其轮齿的旋向分为左旋和右旋两种，如图３－２２所示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）端面参数与法面参数斜齿轮由于齿向的倾斜，故有法面参数和端面参数之分。法面参数在垂直于轮齿方向的平面上度量；端面参数在垂直于齿轮轴线的平面上度量，分别用脚标ｎ、ｔ加以区别。用滚刀、插刀或是仿形铣刀加工斜齿轮时，刀具是沿着螺旋线方向进刀的，又由于刀具的齿形为标准值，所以斜齿轮的法面参数为标准值。设计、加工和测量斜齿轮时，均以法面为基准。①法向模数ｍｎ和端面模数ｍｔ。由斜齿圆柱齿轮分度圆柱面展开图（见图３－２１（ａ））得出法面齿距ｐｎ与端面齿距ｐｔ的关系为上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用②法向模数αｎ和端面模数αｔ。由图３－２３可推导出法面压力角αｎ与端面压力角α

ｔ的图３－２３斜齿轮的压力角关系为ｔａｎαｎ＝ｔａｎαｔｃｏｓβ（３－１６）③齿顶高系数和顶隙系数。斜齿轮的齿顶高和齿根高不论从法面或端面上度量都是相同的，通常用法面参数来计算（３）斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算外啮合标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式如表３－４所示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（４）斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件１）正确啮合条件斜齿圆柱齿轮传动在端面上相当于一对直齿圆柱齿轮传动，因此在端面上，两齿轮的模数和压力角应相等，从而可知，其法向模数和压力角也应分别相等。考虑到斜齿圆柱齿轮传动螺旋角的关系，其正确啮合条件为上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）重合度图３－２４所示为斜齿轮传动啮合线图，由于螺旋齿面的原因，轮齿从进入啮合点Ａ到退出啮合点Ａ′，比直齿传动的Ｂ至Ｂ′要长出ｆ，而ｆ＝ｂｔａｎβ。分析表明，斜齿圆柱齿轮传动的重合度可表示为ε＝εα＋εβ

（３－２０）（５）当量齿数加工斜齿轮时，铣刀沿螺旋线齿槽方向铣削。因此，必须按螺旋线法向截面的齿形来选择铣刀，即要确定斜齿轮法向的渐开线齿形参数：法向模数ｍｎ、法向压力角αｎ和当量齿数ｚｖ。如图３－２５所示，过斜齿轮分度圆螺旋线上Ｃ点，作螺旋线的法向截面ｎｎ。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用７．认识直齿圆锥齿轮传动（１）圆锥齿轮传动的特点及应用圆锥齿轮用于两轴相交的传动，两轴的交角Σ可由传动要求确定，应用最广泛的是轴交角Σ＝９０°的圆锥齿轮传动（见图３－２６）。圆锥齿轮的特点是轮齿分布在圆锥上，轮齿从大端到小端逐渐缩小。圆锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和弧齿三种类型，其中直齿圆锥齿轮在设计、制造和安装方面都比较简便，故应用较广泛；弧齿圆锥齿轮传动平稳、承载能力高，常用于高速、重载的场合；斜齿圆锥齿轮的应用较少。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（２）直齿圆锥齿轮传动的几何尺寸圆锥齿轮的基本参数以大端为准，因为大端的尺寸大，在测量时相对误差小。圆锥齿轮的基本参数有：齿数ｚ１、ｚ２，大端模数ｍ，大端压力角α＝２０°，分度圆锥角δ１、δ２，齿顶高系数ｈ∗ａ＝１，顶隙系数ｃ∗＝０.２。圆锥齿轮各部分的几何尺寸如图３－２７所示。圆锥齿轮的模数系列如表３－５所示。圆锥齿轮的几何尺寸公式如表３－６所示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用８．齿轮的失效形式与常用材料（１）失效形式对于齿轮传动，除要求传动平稳外，还要求齿轮的轮齿要有足够的强度。齿轮在传动过程中，由于载荷的作用，齿轮轮齿表面会发生部分或整体的损坏或永久的变形，从而影响齿轮的传动质量，严重时甚至可能使齿轮丧失工作能力，诸如这类损坏或变形称为轮齿的失效。齿轮传动的失效主要发生在轮齿上，其他部位则很少失效。影响齿轮轮齿失效的因素很多，常见的轮齿失效形式有以下几种：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用１）轮齿折断轮齿折断一般发生在齿根部位。折断有两种类型：一种是由于齿根弯曲应力不断变化，同时有应力集中，致使根部发生弯曲疲劳裂纹，经历长期的应力循环，裂纹不断扩展，导致整个轮齿折断，这种折断称为弯曲疲劳折断，如图３－２８所示。另一种是由于短时间内严重过载，致使轮齿突然折断，这种折断称为弯曲过载折断。２）齿面点蚀在齿轮传动中，两齿面是线接触，其表层产生很大的接触应力，由于力的作用点沿齿面移动，接触应力按脉动循环变化；经历长期的应力循环，便在齿面节点附近，由于疲劳而产生小片金属剥落，并形成麻点，如图３－２９（ａ）所示，这种疲劳称为疲劳点蚀或接触疲劳。由于齿面损坏，啮合迅速恶化，从而导致轮齿失效。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用３）齿面胶合在高速重载传动中，由于轮齿啮合区域局部的温度升高，导致油膜脱落，失去润滑作用，使两金属表面直接接触，相互黏结在一起，当齿面相对滑动时，会将较软的金属表面沿滑动方向划伤、撕脱，形成沟纹，如图３－２９（ｂ）所示，严重时甚至相互咬死，这种现象统称为胶合。此时齿面严重损坏而失效。４）齿面磨损齿轮传动中的磨损有两种：一种是跑合，一种是磨粒磨损。新齿轮在使用前，应先加轻载，经短期运行后，两齿面逐渐磨光、贴合，称为跑合。跑合有利于改善轮齿的啮合状况，但跑合后，应清洗磨损的金属屑，因为金属屑对齿面会造成磨粒磨损。开式齿轮传动中，油池中有灰尘等硬的屑粒，会破坏正确齿形，引起附加动载荷和噪声，致使轮齿失效。若发生磨损，齿厚磨薄后会造成轮齿折断，如图３－２９（ｃ）所示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用５）齿面的塑性变形在严重过载、起动频繁或重载传动的情况下，较软的齿面会发生塑性变形，破坏正常的齿形，使传动失效。在工作条件与设计相符的情况下，这种失效形式一般不常发生。（２）齿轮的常用材料１）对齿轮材料的基本要求齿轮材料对轮齿的失效有一定影响，在实际生产中，正确选用齿轮材料，能延长齿轮的使用寿命。通过轮齿失效分析可知，对齿轮材料的基本要求有如下几方面：①轮齿表面应具有较高的硬度和耐磨性，以增强其抵抗点蚀、磨损、胶合的能力；②轮齿芯部要有较好的韧性，以增强其承受冲击和抵抗弯曲断齿的能力；上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用③材料还应具有良好的加工工艺性能及热处理性能，使其能够满足加工精度和机械性能的要求。２）齿轮常用材料及其热处理常用的齿轮材料有锻钢、铸钢以及铸铁。在某些情况下也可选用工程塑料等非金属材料。①锻钢。锻钢具有强度高、韧性好、便于制造等特点，且可通过各种热处理方法来改善其机械性能，故大多数齿轮都采用锻钢制造。锻钢齿轮按其齿面硬度不同可分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮两类。ａ．软齿面齿轮。这类齿轮的齿面硬度≤３５０ＨＢＳ。它常用优质中碳钢制成，并经过调质或正火处理。在一对齿轮中，由于小齿轮轮齿受载循环次数多于大齿轮轮齿，且小齿轮齿根较薄、弯曲强度较低，因此，选择材料及热处理方法时，应使小齿轮齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高２５～５０ＨＢＳ。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用ｂ．硬齿面齿轮。这类齿轮的齿面硬度＞３５０ＨＢＳ。它常用优质中碳钢或中碳合金钢制成，并经过表面淬火处理。若用优质低碳钢或低碳合金钢制造，可经过渗碳淬火处理。经热处理后，其齿面硬度一般为４５～６５ＨＲＣ。若选用硬齿面齿轮，则需要磨齿。②铸钢。铸钢常用于不便锻造的大直径（４００～６００ｍｍ）齿轮。可用铸造方法制成铸钢齿坯，由于铸钢的晶粒较粗，故需进行正火处理。③铸铁。普通灰铸铁的抗弯强度、抗冲击和耐磨性能较差，但铸造时浇铸容易、加工方便、成本较低，故铸铁齿轮一般仅用于低速、轻载、冲击小的不重要的齿轮传动中。由于铸铁性能较脆，为了避免载荷集中造成齿端局部断裂，所以铸铁齿轮的齿宽应取得小些。球墨铸铁的机械性能和抗冲击能力比灰铸铁高。高强度球墨铸铁可以代替铸钢铸造大直径的齿轮坯。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用齿轮常用材料的牌号、热处理方法、硬度及应用范围如表３－７所示。（３）齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计是为了满足齿轮的强度要求，即在使用期限内不发生失效。轮齿的失效形式主要取决于轮齿的齿面硬度和工作条件。对于闭式软齿面（≤３５０ＨＢＳ）齿轮传动，由于其主要失效形式是齿面点蚀，故应按其齿面接触疲劳强度进行设计计算，再校核齿根弯曲疲劳强度。对于闭式硬齿面（＞３５０ＨＢＳ）齿轮传动，由于其主要失效形式是轮齿折断，故应按其齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，再校核齿面接触疲劳强度。开式齿轮传动或铸铁齿轮仅按齿根弯曲疲劳强度设计计算，考虑磨损的影响可将模数加大１０％～２０％（强度设计具体内容可参考ＧＢ／Ｔ１００６３—１９８８《通用机械渐开线圆柱齿轮承载能力简化计算方法》）。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用９．齿轮传动的受力分析（１）直齿圆柱齿轮传动的受力分析进行轮齿的受力分析一方面是为了计算齿轮的强度，同时也是为轴和轴承计算做准备。图３－３０所示为一对标准直齿轮啮合传动时的受力情况，其齿廓在节点接触，略去齿面间的摩擦力。轮齿间的相互作用力为Ｆｎ，分别作用在主、被动齿轮上，其大小相等、方向相反，该力沿公法线Ｎ１Ｎ２方向指向齿廓，称为法向力Ｆｎ，即上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（２）斜齿轮的受力分析图３－３１所示为斜齿圆柱齿轮传动中主动轮轮齿的受力情况，其轮齿间的正压力Ｆｎ是沿着垂直于轮齿的剖面（法面）作用的。当齿轮上作用转矩Ｔ１时，若接触面的摩擦力忽略不计，则在轮齿的法面内作用有法向力，其法面压力角为αｎ。在法面上将Ｆｎ分解为径向力Ｆｒ和法向分力Ｆ′ｎ，再将Ｆ′ｎ分解为圆周力Ｆｔ和轴向力Ｆａ，则法向力Ｆｎ便分解为三个互相垂直的空间分力。由力矩平衡条件可得：圆周力：径向力：轴向力：上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用主、从动轮的受力关系如图３－３２所示。作用在主动轮和从动轮上的圆周力、径向力的方向判别方法与直齿轮相同，轴向力的方向可以用螺旋定则来判定：若主动轮右（左）旋，则用右（左）手定则，如图３－３3所示，即右（左）手按转动方向握轴，四指弯曲方向表示齿轮的转动方向，则拇指伸直所指的方向即为轴向力的方向；而从动轮的轴向力方向则必与主动轮的轴向力方向相反。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（３）直齿圆锥齿轮的受力分析图３－３４所示为两轴相交９０°的直齿圆锥齿轮传动，其轮齿间的法向作用力可视为集中作用于分度圆锥齿宽中点（齿宽中点：分度圆直径ｄｍ处）。若忽略摩擦力，Ｆｎ可分解为三个互相垂直的分力，即圆周力Ｆｔ、径向力Ｆｒ和轴向力Ｆａ，其计算式公式为圆周力：径向力：轴向力：上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用如图３－３５所示，主、从动轮之间存在以下受力关系：圆周力方向的判断方法与直齿圆柱齿轮相同，径向力方向从作用点指向各自轮心，轴向力方向从作用点指向各自的大端。１０．齿轮的结构设计及润滑（１）齿轮的结构设计１）齿轮的结构按强度条件设计所获得的是齿轮的主要尺寸———轮缘部分尺寸，但为了制造齿轮，还必须设计出齿轮的全部结构、形状和尺寸。下面介绍几种常用的齿轮结构。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用①圆柱齿轮的结构。ａ．齿轮轴。对于直径较小的钢质齿轮，其齿根圆直径ｄｆ与轴直径相差很小。如齿根圆到键槽底部的距离ｙ＜２.５ｍ时（见图３－３６），可将齿轮和轴制成一体，称为齿轮轴（见图３－３７）。这时，齿轮轴必须和齿轮用同一种材料制造。若ｙ值大于上述尺寸，则一般应将齿轮与轴分开制造。ｂ．实心式齿轮。当齿顶圆直径ｄａ≤１６０ｍｍ时，可做成实心结构的齿轮（见图３－３８）。单件或小批量生产且齿轮直径小于１００ｍｍ时，可用轧制圆钢制造齿轮毛坯。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用ｃ．腹板式齿轮。当齿顶圆直径ｄａ≤５００ｍｍ时，可做成腹板式结构。腹板上开孔是为了减小质量和满足加工的需要，孔的直径和数目由结构尺寸的大小决定，图３－３９所示为腹板式锻造齿轮结构。不重要的铸造齿轮也可做成不开孔的腹板式结构。ｄ．轮辐式齿轮。当齿顶圆直径ｄａ＞５００ｍｍ时，齿轮的毛坯制造因受到锻压设备的限制，往往改为铸铁或铸钢浇铸而成的轮辐式结构（见图３－４０），轮辐的截面为十字形。②圆锥齿轮的结构。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用ａ．圆锥齿轮轴。当齿轮的小端根圆到键槽根部的距离ｙ＜１６０ｍｍ时（见图３－４１），需将齿轮和轴做成一体，称为圆锥齿轮轴（见图３－４２）。ｂ．实心式圆锥齿轮。当ｙ≥１６０ｍｍ时，应将齿轮与轴分开制造，常采用实心式结构（见图３－４１）。ｃ．腹板式圆锥齿轮。齿顶圆直径ｄａ≤５００ｍｍ的锻造圆锥齿轮，可做成腹板式结构（见图３－４３）。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用ｄ．带肋的腹板式圆锥齿轮。齿顶圆直径ｄａ＞３００ｍｍ的铸造圆锥齿轮，可做成带加强肋的腹板式结构（见图３－４４）。（２）齿轮传动的润滑齿轮传动时，相啮合的齿面间会有相对滑动，以承受较高的压力，从而产生摩擦和磨损，造成动力消耗，使传动效率降低。因此，必须考虑齿轮传动的润滑，特别是高速齿轮的润滑问题更加突出。润滑油除了可减小摩擦损失外，还可以起到散热及防锈蚀等作用。１）润滑油的选择黏度是润滑油的主要指标，黏度的大小反映出油的稠稀。润滑油的黏度选择可根据齿轮材料及圆周速度查表３－８得到。润滑油的牌号由黏度值确定。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）润滑方式润滑方式按齿轮圆周速度选择，当ｖ≤１２ｍ／ｓ时，采用油浴润滑。为了减小搅拌损失和避免油池温度升高，大齿轮浸入油池中的深度为１～２个全齿高，但不应小于１０ｍｍ。在两级圆柱齿轮减速器中，高速级的大齿轮（见图３－４５）的浸油深度为１～２个齿高，同时要求齿顶距离箱底不少于３０～５０ｍｍ，以免搅起箱底的沉淀物及油泥。当圆周速度大于１２ｍ／ｓ时，因搅动油的方式过于激烈，必须采用喷油润滑。如图３－４６所示，油泵供应的压力油经油管、喷嘴直接喷射在齿轮啮合处。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用１１．蜗杆传动的分析（１）认识蜗杆传动１）蜗杆传动的类型蜗杆传动主要由蜗杆、蜗轮组成，用于传递交错轴间的运动和动力（见图３－４７）。通常蜗杆、蜗轮的轴线在空间成直角交错，即两轴交错角Σ为９０°。一般以蜗杆为主动件，蜗轮为从动件，做减速运动。蜗杆传动有多种类型。根据蜗杆的外形，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（见图３－４８（ａ））、环面蜗杆传动（见图３－４８（ｂ））以及锥蜗杆传动（见图３－４８（ｃ））三种。当然，蜗杆的齿廓形状有多种类型，按其齿廓曲线形状不同，可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆等。圆柱蜗杆为阿基米德蜗杆，加工最简单，是最常见的蜗杆传动。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）蜗杆传动的特点和应用蜗杆传动有以下几方面的特点：①传动比大、结构紧凑。在动力传动中，其单级传动比为８～８０；若只传递运动，在分度机构中，其传动比可达１０００。由于其蜗杆头数（齿数）远小于齿轮的最小齿数，因此其结构紧凑。②传动平稳、无噪声。蜗杆带动蜗轮转动如同螺杆带动螺母一样，没有冲击、振动，没有噪声。③可以实现自锁。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，可实现反行程自锁，此时蜗轮不能带动蜗杆。它常用于需要自锁的手动葫芦起重设备中，可防止重物因自重而下坠。④蜗杆传动齿面间的相对滑动速度较大，传动效率低。其效率一般为０.７～０.９，具有自锁性能的蜗杆机构的效率小于０.５。因此，其发热量大，如散热不良，便不能持续工作。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用（２）蜗杆传动的主要参数１）蜗杆机构的正确啮合条件通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面，如图３－４９所示。在该平面内，蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传动。所以，蜗杆、蜗轮都以中间平面的参数为标准值。其正确啮合条件为蜗杆、蜗轮在中间平面的模数、压力角分别相等。因蜗杆、蜗轮的两轴线交错为９０°，所以蜗杆分度圆上的导程角γ应与蜗轮分度圆上的螺旋角β大小相等，且旋向相同，即蜗杆传动的正确啮合条件为上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）蜗杆头数ｚ１和蜗轮齿数ｚ２蜗杆头数推荐值为ｚ１＝１、２、４。增大头数ｚ１，可以提高传动效率，但加工制造难度也随之增大。蜗轮齿数一般取ｚ２＝２８～８０。若ｚ２＜２８，则传动的平稳性会下降，且易产生根切；若ｚ２过大，则蜗轮的直径ｄ２增大，与之相应的蜗杆长度也会增加，刚度降低，从而影响啮合的精度。３）蜗杆导程角γ圆柱蜗杆分度圆柱螺旋线上任一点的切线与端面间所夹的锐角称为蜗杆分度圆柱导程角，简称蜗杆导程角γ，如图３－５０所示。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用如图３－５１所示，蜗杆分度圆导程角γ等于蜗轮螺旋角β，即４）蜗杆分度圆直径ｄ１由ｄ１＝ｍｚ１/ｔａｎγ可知，ｄ１的大小取决于模数、蜗杆头数及导程角三个参数。所以，即使模数相同，仍会有许多直径不同的蜗杆，也就意味着对于每一种蜗杆直径，都得配备一把蜗轮滚刀，这样做很不经济。为了减少刀具的数量，便于刀具标准化，国标上已将蜗杆分度圆直径ｄ１规定为标准值，制订了ｄ１的标准系列。具体的圆柱蜗杆模数与分度圆直径ｄ１的搭配值可查阅ＧＢ／Ｔ１００８８—１９８８。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用５）传动比ｉ蜗杆传动的传动比ｉ１２为主动轮的转速与从动轮的转速之比，即（３）蜗杆或蜗轮转向的判定１）蜗杆传动的受力分析蜗杆蜗轮传动的受力分析和斜齿圆柱齿轮相似。齿面上的法向力Ｆｎ可以分解为三个相互垂直的分力：圆周力Ｆｔ、轴向力Ｆａ和径向力Ｆｒ。如图３－５２所示，由于蜗杆轴和蜗轮轴交错成９０°，故蜗杆圆周力Ｆｔ１等于蜗轮轴向力Ｆａ２；蜗轮圆周力Ｆｔ２等于蜗杆轴向力Ｆａ１；蜗杆径向力Ｆｒ１等于蜗轮径向力Ｆ=。上一页下一页返回任务３.１齿轮传动的分析与应用２）蜗杆、蜗轮转向的判定蜗杆、蜗轮的旋转方向与其所受圆周力Ｆｔ的方向有关。一般蜗轮为从动件，蜗轮的旋转运动是由蜗杆驱动的，它的旋转方向与它在节点处所受的蜗杆对它的驱动力，即圆周力Ｆｔ２的方向相同。而蜗杆为主动件，它的旋转运动是由外力驱动的，它所受的圆周力Ｆｔ１是蜗轮对它的反作用力，而不是驱动力，所以，蜗杆的旋转方向与它所受的圆周力Ｆｔ１的方向相反。因此，只要能正确地判定圆周力的方向，就能判定蜗杆、蜗轮的旋转方向。上一页返回任务３.２挠性传动的分析挠性传动主要包括带传动和链传动。它们都是通过挠性元件（传动带、链条），在两个或多个传动轮之间传递运动和动力，适合中心距较大的场合。１．带传动的认识与分析（１）带传动的认识如图３－５３所示，带传动一般由主动带轮１、从动带轮２和张紧在两轮上的挠性传动带３组成。当原动机驱动主动带轮１转动时，带和带轮的摩擦力或啮合力使从动轮２一起转动，从而实现运动和动力的传递。１）带传动的主要类型根据带传动的工作原理可将其分为摩擦型带传动（见图３－５４）和啮合型带传动（见图３－５５）。下一页返回任务３.２挠性传动的分析摩擦型带传动如图３－５４所示，安装时传动带张紧在两个带轮上，使带与带轮的接触面产生正压力，当主动轮回转时，依靠带与带轮产生的摩擦力使带运行，并驱动从动轮转动，从而将主动轴的运动和动力传递给从动轴。摩擦型带的类型很多，按照带的横截面形状不同，可将其分为以下几类。①平带。平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面相接触的内表面，如图３－５６（ａ）所示。其主要应用在传动功率较小、传动中心距很大的场合。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析②Ｖ带。Ｖ带的横截面为等腰梯形，两侧面为工作表面，如图３－５６（ｂ）所示。在同样的压紧力ＦＱ下，Ｖ带较平带能产生更大的摩擦力。因此在相同条件下，Ｖ带能传递较大的功率，且结构要紧凑。故在一般机械中，多采用Ｖ带传动。③多楔带。多楔带是在平带基体上由多根Ｖ带组成的传动带。多楔带结构紧凑，主要用于传递功率很大的场合，如图３－５６（ｃ）所示。④圆带。横截面为圆形，只用于小功率传动，如图３－５６（ｄ）所示。２）带传动的特点和应用①带传动的特点：上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析优点：ａ．因带是挠性体，具有弹性，能缓冲吸振，使传动平稳，噪声小；ｂ．适用于中心距较大的传动；ｃ．过载时将引起带和带轮间的打滑，可防止其他零件的损坏；ｄ．结构简单，成本低廉，制造、安装和维护比较方便。缺点：ａ．传动的外廓尺寸较大。ｂ．工作时存在弹性滑动，不能保证准确的传动比；ｃ．带的寿命较短，一般为２０００～３０００ｈ；ｄ．传动效率较低，一般平带传动效率为０.９６，Ｖ传动效率为０.９５；上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析ｅ．不宜在高温、油污、灰尘及易燃、易爆场合下工作。②带传动的应用。带传动适用于要求传动平稳，且对传动比无严格要求，中小功率的远距离传动的场合。目前Ｖ带传动应用最广，一般带速ｖ＝５～２５ｍ／ｓ，传动比ｉ≤７，传动功率Ｐ≤１００ｋＷ。（２）带传动的工作情况分析１）带传动的受力分析如图３－５７（ａ）所示，带传动工作前，带张紧在两带轮上，带上各处所受到的拉力Ｆ０相等，称为初拉力。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析２）带传动的运动分析带是弹性体，它在受力情况下会产生弹性变形。由于带在紧边和松边上所受的拉力不相等，因而其产生的弹性变形也不相同。由图３－５７（ｂ）可知，在主动轮上，带由Ａ点运动到Ｂ点时，带的拉力由Ｆ１减小到Ｆ２，带的弹性伸长量相应地逐渐减小，即带在轮上逐渐缩短并沿轮面向后滑动，使带的速度小于主动轮的圆周速度（即ｖ带＜ｖ１）。在从动轮上，带从Ｃ点运动到Ｄ点时，带中拉力由Ｆ２逐渐增大到Ｆ１，带的弹性伸长也逐渐增大，带沿轮面向前滑动，所以，从动轮的圆周速度又小于带速（即ｖ２＜ｖ带）。这种由于材料的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。带传动中弹性滑动是不可避免的。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析３）带的应力分析带传动工作时，在带的横截面上受到三种应力的作用，即：①由拉力产生的拉应力：紧边拉应力松边拉应力②由变曲产生的弯曲应力σｂ：带绕过带轮时发生弯曲，从而产生弯曲应力。由材料力学可知，弯曲应力为上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析③由离心力产生的拉应力σｃ：当带沿带轮轮缘做圆周运动时将产生离心力，该离心力将使带的全长受到拉力Ｆｃ的作用，从而在截面上产生拉应力，其大小为上述应力在带轮上的分布情况如图３－５８所示，从图中可见，在传动过程中，带受到变化的应力的作用。最大应力位于紧边与小轮的接触处，其值为上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析（３）普通Ｖ带传动的设计１）Ｖ带传动的设计准则由Ｖ带传动的工作情况可知，带传动的主要失效形式是打滑及疲劳损坏，故带传动的设计准则是保证带在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。２）Ｖ带和Ｖ带轮的结构①Ｖ带的结构。Ｖ带分为普通Ｖ带、窄Ｖ带、宽Ｖ带、汽车Ｖ带和大楔角Ｖ带等几种类型。其中普通Ｖ带应用较广，我们主要讨论普通Ｖ带传动。普通Ｖ带的尺寸已经标准化，按其截面尺寸由小到大的顺序分为Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｅ七种型号，如表３－９所示。截面尺寸越大则传递功率越大。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析普通Ｖ带为无接头的环形，其横截面结构如图３－５９所示。Ｖ带由压缩层、强力层、拉伸层、包布层四部分组成。包布层多由橡胶帆布制成，拉伸层和压缩层主要由橡胶制成，强力层主要承受拉力。强力层有帘布结构和线绳结构两种。帘布结构抗拉强度高，但柔韧性和抗弯强度不如线绳结构好。线绳结构适用于转速高、带轮直径较小的场合。Ｖ带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一个长度不变的中性层。中性层面叫作节面，节面的宽度称为节宽ｂｐ。节面的周长称为带的基准长度Ｌｄ（见表３－１０）。Ｖ带装在带轮上，和节宽相对应的带轮直径称为基准直径，用ｄｄ表示。带轮的基准直径为标准值，必须符合国家标准规定的基准直径系列，如表３－１１所示。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析②Ｖ带轮的结构。ａ．Ｖ带轮的材料。Ｖ带轮的材料常采用铸铁、铸钢、铝合金或工程塑料等，其中灰铸铁应用最广。当带速ｖ≤２５ｍ／ｓ时采用ＨＴ１５０；当带速ｖ＝２５～３０ｍ／ｓ时采用ＨＴ２００；当带速ｖ≥２５～４５ｍ／ｓ时采用球墨铸铁、铸钢或锻钢，也可采用钢板冲压后焊接带轮的方式。小功率传动的场合可采用铝合金或工程塑料。ｂ．Ｖ带轮的结构。带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。轮槽部分的尺寸如表３－１２所示。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析Ｖ带轮按照轮辐部分的结构不同可以分为实心式、腹板式、孔板式和轮辐式带轮结构。带轮直径较小时应采用实心式带轮结构，直径大于３５０ｍｍ时采用轮辐式带轮结构，中等直径时采用腹板式或孔板式带轮结构，如图３－６０所示。３）Ｖ带传动的设计步骤普通Ｖ带传动设计及计算时，通常已知传动的用途和工作情况，传递的功率Ｐ，主动轮、从动轮的转速ｎ１、ｎ２（或传动比ｉ），传动位置要求和外廓尺寸要求，原动机类型等。①确定计算功率Ｐｃ。设Ｐ为传动的额定功率（ｋＷ），ＫＡ为工作情况系数（见表３－１３），则Ｐｃ＝ＫＡＰ（３－４７）上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析②选定Ｖ带的型号。根据计算功率Ｐｃ和小轮转速ｎ１，按图３－６１所示选择普通Ｖ带的型号。若临近两种型号的交界线，则可按两种型号同时计算，通过分析比较决定取舍。③确定带轮基准直径ｄｄ１、ｄｄ２。表３－１１所示为Ｖ带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列，选择小带轮的基准直径时，应使ｄｄ１＞ｄｍｉｎ，以减小带内的弯曲应力。大带轮的基准直径ｄｄ２由式（３－４８）确定：上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析④验算带速ｖ。由于带和带轮之间的弹性滑动很小，所以带的速度和带轮的速度相等，其计算公式为⑤确定中心距ａ和基准长度Ｌｄ。传动中心距越小则结构越紧凑，但小带轮上的包角较小，传动时容易打滑。另外，单位时间内，带绕过带轮的次数也增多，降低了传动带的工作寿命。中心距增大，将有利于增大包角，但中心距太大则会使结构外廓尺寸过大，还会因载荷变化而引起带的颤动，从而降低其工作能力。若已知条件未对中心距提出具体的要求，一般可按下式初选中心距ａ０，即上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析⑥验算小轮包角α１。⑦确定带的根数ｚ。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析⑧确定单根Ｖ带的初拉力Ｆ０。保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，则极限摩擦力小，传动能力下降；初拉力过大，将增大作用在轴上的载荷并减少带的寿命。单根普通Ｖ带合适的初拉力Ｆ０可按下式计算：⑨确定作用在带轮轴上的压力ＦＱ。Ｖ带的张紧对轴和轴承产生的压力ＦＱ会影响轴与轴承的强度和寿命。为简化运算可近似地按带两边的预拉力Ｆ０的合力来计算ＦＱ。由图３－６２所示可得，作用在轴上的载荷ＦＱ为上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析⑩确定带轮结构，画出带轮零件图。11写出普通Ｖ带的标记。（４）带传动的张紧、安装及维护１）带传动的张紧与调整普通Ｖ带不是完全的弹性体，其长期在张紧状态下工作，会因出现塑性变形而松弛，初拉力Ｆ０减小，导致传动能力下降。因此，必须将带重新张紧，以保证带传动正常工作。常用的张紧方式有调整中心距和张紧轮两类，如图３－６３～图３－６５所示。其中图３－６３所示为定期调整中心距的张紧方式；图３－６４所示为利用电动机的自重，使带轮随电动机一起绕固定轴转动，以维持张紧力的自动调整中心距的方式；图３－６５所示为张紧轮方式，用于中心距不可调整的场合。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析２）带传动的安装与维护为了保证Ｖ带传动正常工作，延长带的使用寿命，在对带进行安装、调试、使用和维护时，一般应注意以下几点：①平行轴传动时，各带轮的轴线必须保持规定的平行度。Ｖ带传动主、从动轮轮槽必须调整在同一平面内，误差不得超过２０′，否则会引起Ｖ带的扭曲从而导致两侧面过早磨损，如图３－６６所示。②套装带时不得强行撬入。应先将中心距缩小，将带套在带轮上，再逐渐调大中心距拉紧带，直至所加测试力Ｇ满足规定的挠度ｙ＝１.６ａ／１００为止。③为了使每根带受力均匀，同组使用的Ｖ带其型号、基准长度、公差等级及生产厂家应相同。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析④定期检查，及时调整。多根带并用时，其中一根损坏，应全部更换新带，避免新旧混用时，因带长不等而加速新带的磨损。⑤带传动装置必须安装安全防护罩。这样既可防止绞伤人员，又可以防止灰尘、油及其他杂物飞溅到带上，影响传动。２．链传动的认识与分析（１）链传动的认识１）链传动的组成、特点与分类链传动由主动链轮１、从动链轮２和中间挠性件链条３组成，如图３－６７所示。工作时通过链条的链节与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。链传动有如下几方面的特点：①链传动结构简单、耐用、维护容易，适用于中心距较大的场合。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析②与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比，没有弹性滑动和打滑；需要的张紧力小，对链轮轴的压力小；能在温度较高、有油污等恶劣环境下工作。③与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，成本低廉，能实现远距离传动，但瞬时速度不均匀，瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，传动中有一定的冲击和噪声。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析２）链传动的应用链传动是大家比较熟悉的一种机械传动形式，广泛用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。例如，在如图３－６８（ａ）所示的自行车中，由于两轮间中心距较大，速度变化频繁，又要求宽度窄、质量小、尺寸紧凑、使用可靠，所以链传动是最佳的选择。又如图３－６８（ｂ）所示的双柱式举升机，主要是利用了链传动中链节可灵活转动的特点，而且链条在绕上轮子时不存在附加弯曲应力，因此链轮直径可以设计得较小，且链条使用寿命较长。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析（２）滚子链和链轮的结构１）滚子链的结构和规格滚子链的结构如图３－６９所示，其内链板１和套筒４、外链板２和销轴３分别用过盈配合固连在一起，分别称为内、外链节。内、外链节构成铰链。滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合。当链条啮入和啮出时，内、外链节做相对转动，同时，滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。为减小链条的质量并使链板各横剖面的抗拉强度大致相等，内、外链板均被制成“∞”字形。组成链条的各零件由碳钢或合金钢制成，并进行热处理，以提高其强度和耐磨性。滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距，用ｐ表示，它是链条的主要参数。节距ｐ越大，链条各零件的尺寸越大，所能承受的载荷也越大。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析滚子链可制成单排链和多排链，如双排链（见图３－７０）或三排链。排数越多，承载能力越大。由于制造和装配精度的限制，会导致各排链受力不均匀，故滚子链一般不超过３排。滚子链的长度以链节数Ｌｐ表示。链节数Ｌｐ最好取偶数，以便链条连成环形时正好是内、外链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧，如图３－７１所示。当链节数为奇数时，则需采用过渡链节，如图３－７２所示。过渡链节的链板需单独制造，另外当链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，使链条的强度降低，通常应尽量避免使用奇数链。滚子链已标准化，分为Ａ、Ｂ两个系列，其中Ａ系列较为常用，其主要参数如表３－１７所示。设计时，要根据载荷大小及工作条件等选用适当的链条型号，以确定链传动的几何尺寸及链轮的结构尺寸。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析２）链轮结构链传动对链轮齿形的基本要求是，齿形应保证链节能平稳顺利地进入和退出啮合，且形状简单，便于加工，受力均匀，不容易发生脱链现象。目前应用较广的是三圆弧一直线齿形，该齿形接触应力较小，承载能力较强，可用标准刀具切制。链轮的齿槽结构及轴向齿廓形状可查阅机械设计手册。链轮的常见结构形式有整体式、孔板式和组合式等，如图３－７３所示。链轮的结构根据其齿顶圆直径大小确定。小直径链轮可制成整体式结构，如图３－７３（ａ）所示；中等直径的链轮可制成孔板式，如图３－７３（ｂ）所示；大直径的链轮应采用组合式，如图３－７３（ｃ）所示。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析（３）链传动的运动特性链条绕上链轮后形成折线，因此链传动相当于一对多边形轮子之间的传动（见图３－７４）。设ｚ１、ｚ２为两链轮的齿数，ｐ为节距，ｎ１、ｎ２为两链轮的转速，则链条的平均速度为链传动的传动比为：上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析（４）链传动的布置、张紧和润滑１）链传动的布置在链传动中，两链轮的转动平面应在同一平面内，两轴线必须平行，最好成水平布置（见图３－７５（ａ））。如需倾斜布置，两链轮中心连线与水平线的夹角φ应小于４５°（见图３－７５（ｂ）），同时链传动应使紧边（即主动边）在上、松边在下，以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果松边在上，可能会因松边垂度过大而出现链条与轮齿的干扰，甚至会引起松边与紧边的碰撞。上一页下一页返回任务３.２挠性传动的分析２）链传动的张紧为防止链条垂度过大造成啮合不良和振动现象，需用张紧装置。如中心距可以调节时，可通过调节中心距来控制张紧程度；如中心距不可调节时，可以用拆去１～２个链节的方法进行张紧或设置张紧轮。张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，放在链条内外侧均可，如图３－７５（ｃ）和图３－７５（ｄ）所示。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，其直径可比