教学材料《机械基础》-项目2

项目二常用传动装置任务一认识常用传动装置任务二带传动、链传动的应用任务三分析直齿圆柱齿轮传动任务四分析蜗杆减速器传动任务五认识轮系任务六液压千斤顶液压传动系统分析返回任务一认识常用传动装置一、常用传动装置的类型及特点1.带传动（1）带传动机构的组成和工作原理如图2－1所示，带传动机构由主动带轮1、从动带轮2和挠性带3组成，其借助带与带轮之间的摩擦或啮合，将主动带轮1的运动传递给从动带轮2。（2）类型带传动按工作原理可分为摩擦式带传动和啮合式带传动。摩擦式带传动：靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如图2－1（ａ）所示。啮合式带传动：靠带内侧的凸齿与带轮外缘上的齿槽直接啮合实现传动，如图2－1（b）所示。下一页返回任务一认识常用传动装置摩擦式带传动按带的截面形状可分为以下几类：1）平带传动。平带的横截面为扁平矩形（如图2－2（ａ）所示），内表面与轮缘接触，为工作面。常用的平带有普通平带（橡胶帆布平带）、皮革平带和棉布带等，其中以普通平带应用最广，而在高速传动中则常使用麻织带和丝织带。平带主要应用于平行轴的交叉传动和交错轴的半交叉传动。2）Ｖ带传动。Ｖ带的横截面为梯形，两侧面为工作面（如图2－2（b）所示），工作时Ｖ带与带轮槽两侧面接触，在同样压力的作用下，Ｖ带传动的摩擦力约为平带传动的3倍，故能传递较大的载荷。3）圆形带传动。圆形带的横截面为圆形（如图2－2（c）所示），常用皮革或棉绳制成，用于小功率传动，如仪表、缝纫机、牙科医疗器械等。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置4）同步齿形带传动。利用带上的齿与带轮上的齿相啮合传递运动和动力，带与带轮间为啮合传动，没有相对滑动，可保持主、从动轮线速度同步，如图2－2（d）所示。5）多楔带传动。多楔带是若干Ｖ带的组合（如图2－2（e）所示），可克服多根Ｖ带长度不等、传力不均的缺点，故适用于传递功率较大且要求结构紧凑的场合。（3）特点1）弹性带可缓冲吸振，故传动平稳、噪声小。2）过载时，带会在带轮上打滑，从而起到保护其他传动件免受损坏的作用。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置3）带传动的中心距较大，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉。4）由于带与带轮之间存在弹性滑动，故会导致速度损失、传动比不稳定，且传动效率较低。5）带为非金属元件，故不宜用在酸、碱等恶劣工作环境中。2.链传动（1）链传动机构的组成和工作原理如图2－3所示，链传动机构由主动链轮、从动链轮和链条组成。其通过链与链轮的啮合来传递运动和动力，兼有齿轮传动和带传动的一些特点。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置（2）类型按用途不同，链可分为传动链、起重链和输送链。起重链与输送链用于起重机械和运输机械，传动链主要用于一般机械，其中传动链用途最为广泛。传动链的种类很多，主要有滚子链和齿形链两种。（3）特点1）链传动能得到准确的平均传动比，传递的功率较大，低速时能传递较大的圆周力。2）链传动可在高温、油污、潮湿、日晒等恶劣环境下工作，但不能保证恒定的瞬时链速和瞬时传动比。3）链的单位长度质量较大，工作时有周期性的动载荷和啮合冲击，会产生噪声。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置4）链节的磨损会造成节距加长，甚至使链条脱落，速度高时尤为严重，同时急速反向性能差，不能用于高速。3.齿轮传动（1）齿轮传动的类型根据传动轴相对位置、运动形式及齿轮的几何形状，齿轮传动分为如图2－5所示的几种基本类型。（2）齿轮传动的特点1）优点。①传动比恒定，因此传动平稳，冲击、振动和噪声较小。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置②传动效率高，工作可靠且寿命长，齿轮传动的机械效率一般为94％～96％，且能可靠地连续工作几年甚至几十年。③可传递空间任意两轴间的运动。齿轮传动可传递两轴平行、相交与交错的运动和动力。④结构紧凑，功率和速度范围广。齿轮传动所占的空间位置较小，传递功率从微型齿轮的百分之几千瓦到大型动力机械的百万千瓦，传递速度为0.1～300ｍ／ｓ。2）缺点。①制造、安装精度要求较高。②使用维护费用较高。③精度低时，噪声、振动较大。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置4.液压传动（1）液压传动系统的组成液压传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制，即利用液体的压力能来传递力和能量，系统必须有封闭的高压腔。液压传动系统一般由以下五部分组成：1）动力元件（液压泵）：将原动机所提供的机械能转换为油液的压力能，输出高压油液。2）执行元件（液压缸或液压马达）：将油液的压力能转换成机械能，以驱动负载做功，实现往复直线运动、连续转动或摆动。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置3）控制元件（压力、方向、流量控制阀）：控制和调节系统中油液的压力、流量和流动方向，以保证执行元件达到所要求的输出力（或力矩）、运动速度和运动方向。4）辅助元件：保证系统正常工作所需要的辅助装置，如管道、管接头、油箱、滤油器等。5）液压油：液压系统的工作介质。（2）液压传动系统的特点1）液压传动的优点。与其他传动形式相比，液压传动的主要优点如下：①在相同功率条件下，液压传动装置体积小、质量轻。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置②执行元件工作平稳，换向时冲击较小，可频繁换向。③可方便实现过载保护，且工作油液能使液压元件实现自润滑，故使用寿命长。④液压传动容易实现无级调速，且调速范围大。⑤操作简单，调节、控制方便，特别是与机、电、气联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。⑥由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，故液压系统的设计、制造和维修得到了大大简化。2）液压传动的缺点。①由于泄漏及流体的可压缩性，故无法保证严格的传动比。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置②当油温或载荷发生变化时，往往不易保持运动速度稳定。③液压元件制造精度要求高，使用维护比较严格。④系统的故障原因有时不易查明。二、常用传动装置的应用1.带传动根据带传动特点，带传动多用于以下几种情况：1）中、小功率传动（通常不大于100ｋＷ）；2）原动机输出轴的第一级传动（工作速度一般为5～25ｍ／ｓ）；3）传动比要求不是十分准确的机械。上一页下一页返回任务一认识常用传动装置2.链传动结合链传动特点，其广泛用于中心距较大的两平行轴间的低速传动或多根轴线的传动。3.齿轮传动齿轮传动是应用极为广泛的传动形式之一，它需要通过专门设备制造，加工精度和安装精度较高，能够传递任意两轴间的运动和动力，但不适于远距离传动。4.液压传动液压传动广泛应用于机床、起重设备等需要大转矩或推力的场合。上一页返回任务二带传动、链传动的应用一、普通Ｖ带的结构和尺寸标准1.普通Ｖ带的结构标准普通Ｖ带的横截面结构如图2－8所示，由抗拉体2、顶胶1、底胶3以及包布层4组成。抗拉体是承受载荷的主体，有如图2－8（ａ）所示的线绳结构和图2－8（b）所示的帘布结构两种。帘布结构抗拉体的抗拉强度高，线绳结构柔韧性好，抗弯曲强度高。顶胶、底胶的材料为橡胶，包布层材料为橡胶帆布。下一页返回任务二带传动、链传动的应用2.尺寸标准Ｖ带在规定张紧力下弯绕在带轮上时外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一长度不变的中性层，沿中性层形成的面称为截面。普通Ｖ带的截面尺寸如表2－1所示。截面的宽度称为节宽ｂｐ。截面的周长为带的基准长度ｌｄ。按ＧＢ／Ｔ11544—1997的规定，普通Ｖ带分为Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ七种，截面高度与节宽的比值为0.7。带的截面尺寸如表2－1所示。窄Ｖ带的强力层采用高强度绳芯，能承受较大的预紧力，且可挠曲次数增加，当带高与普通Ｖ带相同时，其带宽较普通Ｖ带小约1／3，而承载能力可提高1.5～2.5倍。在传递相同功率时，带轮宽度和直径可减小，费用比普通Ｖ带降低20％～40％，故应用日益广泛。Ｖ带的型号和标准长度都压印在胶带的外表面上，以供识别和选用。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用二、带传动工作能力分析1.传动比计算带传动的传动比是主动轮的转速ｎ1（ｒ／ｍｉｎ）与从动轮的转速ｎ2（ｒ／ｍｉｎ）的比值，也是主、从动轮基准直径ｄｂ的反比，即ｉ12＝ｎ1ｎ2＝ｄｂ2ｄｂ1（2－1）由于带传动存在打滑现象，所以不能保证恒定的传动比。2.带传动的受力分析带传动必须以一定的张紧力安装在带轮上。不工作时，如图2－9（ａ）所示，带两边承受相等的拉力，称为初拉力Ｆ0。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用如图2－9（b）所示，工作时带和带轮接触面间产生摩擦力，绕入主动轮的一边被拉紧，拉力由Ｆ0增大到Ｆ1，称为紧边；离开主动轮的一边被放松，拉力由Ｆ0减小为Ｆ2，称为松边。因为带的总长近似不变，所以紧边拉力的增加量Ｆ1－Ｆ0应等于松边拉力的减少量Ｆ0－Ｆ2，即Ｆ0＝12（Ｆ1＋Ｆ2）（2－2）紧边和松边的拉力之差Ｆ称为带传动的有效圆周力，即Ｆ＝Ｆ1－Ｆ2（2－3）在带传动中，有效圆周力实际上等于带与带轮接触部分摩擦力的总和。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用在初拉力一定的情况下，带与带轮之间的摩擦力是有限的，当所要传递的圆周力超过该极限值时，带将在带轮上打滑，使带磨损加剧、从动轮转速急剧降低，甚至停止转动，失去正常工作能力。带传动所传递的功率为Ｐ＝Ｆｖ1000（2－4）式中：Ｐ———带传动传递的功率（ｋＷ）；Ｆ———有效圆周力（Ｎ）；ｖ———带的速度（ｍ／ｓ）。当传动带和带轮间有全面滑动趋势时，摩擦力就会达到最大值，即有效圆周力达到最大值。此时，紧边拉力Ｆ1和松边拉力Ｆ2之间的关系可用欧拉公式表示为Ｆ1／Ｆ2＝ｅｆα（忽略离心力）（2－5）上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用式中：Ｆ1，Ｆ2———紧边和松边的拉力（Ｎ）；ｆ———带与带轮接触面的当量摩擦系数（Ｎ）；α———带在带轮上的包角（ｒａｄ）；ｅ———自然对数的底，ｅ≈2.718。Ｆ＝2Ｆ0ｅｆα－1ｅｆα＋1（2－6）3.带传动的应力分析带在工作过程中主要承受拉应力、离心应力和弯曲应力三种应力。4.普通Ｖ带传动的选用普通Ｖ带传动，首先根据所需传递的功率和主动轮的转速ｎ1，选择Ｖ带的型号和根数；其次选取带轮直径ｄｄ，并保证ｄｄ≥ｄｍｉｎ；最后确定带的基准长度ｌｄ。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用三、带传动的张紧、安装与维护1.带传动的张紧带传动工作一段时间后会由于塑性变形而松弛，使初拉力减小、传动能力下降。为了保证带的传动能力，必须定期检查与重新张紧。常用张紧方法有以下几种。（1）调整中心距1）定期张紧。如图2－11（ａ）所示，将装有带轮的电动机装在滑轨上，旋转调节螺栓以增大或减小中心距，从而达到张紧或松开的目的。如图2－11（b）所示，把电动机装在一摆动底座上，通过调节调整螺栓来调节中心距，从而达到张紧的目的。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用2）自动张紧。把电动机装在如图2－12所示的摇摆架上，利用电动机的自重，使电动机轴心绕铰点摆动轴摆动，拉大中心距，以达到自动张紧的目的。（2）采用张紧轮当带传动的中心距不能调节时，可通过张紧轮将带张紧。图2－13（ａ）所示为摆锤式自动张紧装置，其依靠摆捶重力使张紧轮自动张紧。图2－13（b）所示为定期张紧装置，定期调整张紧轮的位置可达到张紧的目的。Ｖ带和同步齿形带张紧时，张紧轮一般放在带的松边内侧并应尽量靠近大带轮一边，这样可使带只受单向弯曲，且小带轮的包角不致过分减小。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用平带传动时，张紧轮一般应放在松边外侧，并靠近小带轮处。这样可使小带轮包角增大，以提高平带的传动能力。2.带传动的安装与维护正确的安装和维护是保证带传动正常工作、延长带使用寿命的有效措施，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。在Ｖ带传动中，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带的扭曲而使两侧面过早磨损，如图2－14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，再逐渐调大中心距而拉紧带，直至所加测试力Ｇ满足规定的挠度1.6ａ／100为止。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用3）多根Ｖ带传动时，为避免各根Ｖ带载荷分布不均，带的配组公差（请参阅有关手册）应在规定的范围内。4）对带传动应定期检查并及时调整，发现损坏的Ｖ带应及时更换，新旧带、普通Ｖ带和窄Ｖ带及不同规格的Ｖ带均不能混合使用。5）带传动装置必须安装安全防护罩，这样既可防止绞伤人，又可以防止灰尘、油及其他杂物飞溅到带上影响传动。四、同步齿形带传动同步齿形带属于啮合传动，传动带工作面上的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用1.同步带的特点1）无打滑现象，能保证准确的传动比。2）带的厚度小、质量轻，所以允许的线速度ｖ较高，一般ｖ＝50ｍ／ｓ，Ｐ≤300ｋＷ，ｉ＜10，使用温度为－20℃～80℃。3）带的柔性好，所以带轮的直径可以较小。4）传动带的耐油及抗老化性好。2.同步齿形带的结构和规格同步齿形带以钢丝绳为强力层，外覆聚氨酯或氯丁橡胶。同步齿形带分为单面带（单面有齿）和双面带两种，现以单面带为例进行说明：1）节距ｐｂ是指在合适的张紧力下，同步齿形带相邻两齿对称中心线间的距离。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用2）节线是指当同步齿形带垂直其底边弯曲时，同步齿形带中保持原长度不变的周线。3）标准同步齿形带按节距大小共分为七种带型，其中ＭＸＬ为最轻型，ＸＸＬ为超轻型，ＸＬ为轻型，Ｈ为重型，ＸＸＨ为超重型。3.同步齿形带在汽车上的应用举例图2－15所示为一汽大众奥迪100型轿车用的同步齿形带，用以实现曲轴与凸轮轴之间的定时传动。曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1，所以从动轮凸轮轴上的带轮齿数是曲轴带轮齿数的2倍。中间轴带动分电器轴，要求其转速与凸轮轴转速相等。张紧轮的作用是使同步齿形带保持一定的张紧力，以保证传动带不松脱。这种同步齿形带由氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物以增加强度。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用采用同步齿形带传动，减少了噪声和机构的质量，降低了成本，近年来广泛应用在汽车发动机上。五、滚子链与链轮1.滚子链的结构和标准如图2－16所示，滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板、外链板组成。为了减轻链条的重量并使链板各横截面强度相近（即近似符合等强度原则），内、外链板均制成“∞”字。滚子链相邻两链节铰链副理论中心间的距离称为节距，用ｐ表示，它是链传动的主要参数。节距大，则链的各部分尺寸大，传递的功率大，但重量也大，冲击和振动也随之增加。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用为了控制链传动的尺寸及减小传动时的动载荷，当传动的功率较大及转速较高时，可采用小节距的双排链或多排链，其中双排链的结构如图2－17所示。多排链由于受制造和安装精度的影响，各排链承受载荷不均匀，故排数不宜过多，一般应不超过四排。在多排链中，相邻两排链条中心线间的距离称为排距，用ｐｔ表示。目前，传动用短节距精密滚子链已标准化（ＧＢ／Ｔ1243—1997），分为Ａ、Ｂ两种系列，其中Ａ系列为常用系列。2.链轮的结构图2－19所示为几种不同形式的链轮结构：小直径链轮采用整体式，如图2－19（ａ）所示；中等尺寸链轮采用孔板式，如图2－19（b）所示；大直径链轮（ｄａ＞200ｍｍ）常采用装配式结构，以便更换齿圈，装配方式可为焊接式图2－19（c）），也可为螺栓连接式（图2－19（d））。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用3.链传动的布置、张紧及润滑（1）链传动的合理布置链传动的布置是否合理，对传动的工作能力及使用寿命都有较大影响。合理布置的原则如下：1）链轮轴线应平行，两链轮的转动平面应在同一垂直平面内；2）链轮中心线最好为水平或接近水平，倾角应不大于45°；3）应使链条的紧边在上、松边在下（与带传动不同），以免松边垂度过大时干扰链与轮齿的正常啮合。（2）链传动的张紧链传动靠链条与链轮的啮合传递运动和转矩，不需要很大的张紧力。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用为了防止啮合不良和链条的抖动，链传动必须控制链条松边的垂度，即链传动要张紧，但其与带张紧的目的是不同的。链传动张紧的方法如下：1）通过调整链轮中心距来张紧链轮；2）拆除1～2个链节，缩短链长，使链张紧；3）使用张紧轮张紧。当两链轮中心连线倾角大于60°时，应当设置张紧装置。链传动张紧最常用的方法是通过移动链轮的位置来增大两轮的中心距。当中心距不可调时，可设张紧装置张紧，常用的张紧装置有以下几种：上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用①张紧轮。如图2－20（ａ）和图2－20（b）所示，它是利用弹簧或自重自动调整张紧轮的位置来张紧链条的；如图2－20（c）所示则是利用螺栓定期调整张紧轮的位置来张紧链条的。一般张紧轮应装在靠近主动链轮一端的松边上，且张紧轮的直径与小链轮的直径相近为好。张紧轮可以是有齿的链轮，也可以是无齿的滚轮。②托板。如图2－20（d）所示，它是通过调整托板的位置张紧链条的。托板上最好衬以橡胶、塑料或胶木，以减少链条的磨损。这种方式一般用于中心距较大的链传动。（3）链传动的润滑链传动的润滑是影响传动工作能力和寿命的重要因素之一，润滑良好能缓和冲击、减少铰链磨损、延长其使用寿命。上一页下一页返回任务二带传动、链传动的应用润滑方式可根据链速和链节距的大小查相关手册。润滑剂应加于松边，以便润滑油渗入各运动接触面。常用的链传动润滑剂有Ｌ－ＡＮ32油、Ｌ－ＡＮ46油和Ｌ－ＡＮ68油。在链进行传动的过程中应注意保持链与链轮的良好工作状态，并按照规定的方法进行润滑、定期清洗链和链轮、检查其磨损情况及更换损坏的链节等。为了保证工作安全，可将链传动封闭在防护罩内，同时也可起到防尘及降低噪声的作用。上一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动一、渐开线齿廓及其啮合特性1.渐开线齿廓的形成如图2－24（ａ）所示，一条直线ＡＢ沿着半径为ｒｂ的圆周做纯滚动时，此动直线上任意点Ｋ的运动轨迹ＣＫＤ称为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆，直线ＡＢ称为渐开线的发生线。渐开线齿轮的轮齿是由两条对称的反向渐开线齿廓构成的，如图2－24（b）所示。2.渐开线的性质1）发生线沿基圆滚过的长度与基圆上被滚过的弧长相等，即ＮＫ＝ＮＣ)。下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动2）渐开线上任意一点的法线必切于基圆。3）渐开线上各点压力角不相等，离圆心越远的点，压力角越大。4）渐开线的形状取决于基圆半径的大小。基圆半径越大，渐开线越趋平直，如图2－26所示。5）基圆以内无渐开线。二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸的计算1.外啮合渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称和符号在图2－27中标出了外齿轮各部分的名称及常用代号，各部分名称的含义见表2－3。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动2.直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数有齿数ｚ、模数ｍ、压力角α、齿顶高系数ｈａ和顶隙系数ｃ共五个，这些基本参数是齿轮各部分几何尺寸计算的依据。（1）齿数ｚ一个轮齿的轮齿总数，用符号ｚ表示。（2）模数ｍ齿距ｐ除以圆周率π所得的商称为模数，用符号ｍ表示，单位为ｍｍ。模数是齿轮几何尺寸计算的重要参数。如图2－28所示，模数越大，轮齿越大，齿轮的强度越高，承载能力越强。模数已经标准化，见表2－4。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动（3）压力角α在齿轮传动中，齿廓曲线与分度圆交点处速度方向和该点的法线方向（即力的作用线方向）之间所夹的锐角称为分度圆压力角，用α表示。国家标准规定齿轮分度圆压力角α＝20°为标准值，某些场合也采用α＝45°、15°、22.5°、25°，由ｒｂ＝ｒｃｏｓα可知，分度圆压力角也是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数。α变小，传力性能好，但齿根变薄，弯曲强度差；α变大，传力特性变差。不同压力角时轮齿的形状如图2－29所示。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动（4）齿顶高系数ｈａ齿顶高与模数之比称为齿顶高系数，用ｈａ表示，正常齿制齿轮ｈａ＝1，有时也采用短齿制，其ｈａ＝0.8。（5）顶隙系数ｃ顶隙与模数之比称为顶隙系数，用ｃ表示。正常齿制齿轮ｃ＝0.25，短齿制齿轮ｃ＝0.3。顶隙的作用是避免一齿轮的齿顶与另一齿轮的齿根相接触，同时也便于储存润滑油。由以上五个基本参数可得出标准直齿圆柱齿轮的定义：采用标准模数ｍ，压力角α为20°，齿顶高系数和顶隙系数取标准值，齿厚ｓ等于齿槽宽ｅ的渐开线直齿圆柱齿轮，称为标准直齿轮。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动3.标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算三、渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动1.渐开线齿轮啮合传动的特点（1）瞬时传动比恒定齿轮的传动比是指主、从动轮的角速度之比，习惯上也用主、从动轮的转速之比表示，即ｉ12＝ω1ω2＝ｎ1ｎ2由渐开线性质可知，齿廓上各法线切于基圆，齿廓公法线必为两基圆的内公切线Ｎ1Ｎ2，Ｎ1Ｎ2与连心线Ｏ1Ｏ2交于定点Ｃ，如图2－30所示，由△Ｎ1Ｏ1Ｃ∽△Ｎ2Ｏ2Ｃ可推得ｉ＝ω1ω2＝Ｏ2ＣＯ1Ｃ＝ｒ′2ｒ′1＝ｒｂ2ｒｂ1上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动渐开线齿轮制成后，基圆半径是定值。渐开线齿轮啮合时，即使两轮中心距稍有改变，过接触点的齿廓公法线仍与两轮连心线交于一定点，瞬时传动比保持恒定。Ｏ1Ｏ2中心线交一固定点Ｃ，Ｃ点称为节点。分别以Ｏ1与Ｏ2为圆心，过节点Ｃ所作的两个相切圆称为节圆，ｒ′1、ｒ′2分别称为主、从动轮的节圆半径。一对齿轮传动时，两齿轮在节点处的速度相等，因此一对齿轮的啮合可以看作两个节圆的纯滚动。（2）中心距可分性由上面的分析可知，渐开线齿轮传动比等于两基圆半径的反比。当一对齿轮加工完成后，其基圆半径已确定，因而传动比确定。在齿轮安装后，中心距的微小变化不会改变瞬时传动比，故为渐开线齿轮的加工和安装带来了方便。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动（3）传力方向不变一对齿轮啮合传动时，两齿轮齿廓接触点的轨迹称为啮合线。由于啮合线都在公法线上，而公法线为一条固定直线，且与两轮基圆的内公切线重合，因此渐开线齿廓的啮合线也为一条固定直线，即啮合线、公法线、两基圆内公切线、力的作用线四线合一。因为四线合一，故两啮合齿廓间压力角作用线方向不变。2.渐开线齿轮正确啮合的条件图2－31中的齿轮都是渐开线齿轮，图2－31（ａ）和图2－31（b）中的主动轮只能带动从动轮转过一个小角度就会卡死不能动了，而图2－31（c）中的主动轮可以带动从动轮整周转动。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动看来并不是任意两个渐开线齿轮都能正确地进行啮合，而是必须满足一定的条件，即正确啮合条件。那么，这个条件具体是什么呢？从图2－31（c）中可以看出，两个渐开线齿轮在啮合过程中参加啮合的轮齿工作一侧齿廓的啮合点都在啮合线Ｎ1Ｎ2上；而在图2－31（ａ）和图2－31（b）中，工作一侧齿廓的啮合点Ｈ不在啮合线Ｎ1Ｎ2上，这就是两轮卡死的原因。3.连续传动条件及重合度（1）一对渐开线齿轮啮合过程图2－32所示为一对齿轮的啮合过程。主动轮1顺时针方向转动，推动从动轮2做逆时针方向转动。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动一对轮齿的开始啮合点是从动轮齿顶圆与啮合线Ｎ1Ｎ2的交点Ｂ2，这时主动轮的齿根与从动轮的齿顶接触，两轮齿进入啮合。随着啮合传动的进行，两齿廓的啮合点将沿着啮合线向左下方移动，一直到主动轮的齿顶圆与啮合线的交点Ｂ1，主动轮的齿顶与从动轮的齿根即将脱离接触，两轮齿结束啮合，Ｂ1点为终止啮合点。线段Ｂ1Ｂ2为啮合点的实际轨迹，称为实际啮合线段。当两轮齿顶圆加大时，点Ｂ1、Ｂ2分别趋于点Ｎ1、Ｎ2，实际啮合线段将加长。但因基圆内无渐开线，故点Ｂ1、Ｂ2不会超过点Ｎ1、Ｎ2，点Ｎ1、Ｎ2称为极限啮合点。线段Ｎ1Ｎ2是理论上最长的实际啮合线段，称为理论啮合线段。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动齿轮传动是由两轮轮齿依次啮合来实现的。要使齿轮连续传动，必须做到在前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿就进入啮合。4.正确安装的条件正确安装的齿轮机构在理论上应达到无齿侧间隙（侧隙），否则齿轮在啮合过程中就会产生冲击和噪声，反向啮合时会出现空行程。实际上，为了防止齿轮工作时因温度升高而卡死及保证能存储一定的润滑剂，应留有侧隙，但在制造时是以无侧隙来考虑的。一对正确啮合的渐开线标准齿轮，其模数相等，故两轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，即ｓ1＝ｅ1＝ｓ2＝ｅ2＝πｍ／2。显然当两分度圆相切并做纯滚动时，其侧隙为零。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动一对齿轮节圆与分度圆重合的安装称为标准安装，标准安装时的中心距称为标准中心距，以ａ表示。单齿轮不存在节圆和啮合角，标准齿轮标准安装时，节圆与分度圆才重合。四、渐开线齿轮的加工方法与根切现象1.齿轮的加工方法齿轮轮齿的加工方法有很多，除冲压、轧制和铸齿外，通常采用切削加工。就其加工原理来说，可分为仿形法和展成法两大类。（1）仿形法（成形法）（2）展成法（范成法）上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动2.根切现象及最少齿数（1）根切现象用展成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点Ｎ，则被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切，如图2－35（ａ）和图2－35（ｂ）所示。产生严重根切的齿轮会削弱轮齿的抗弯强度，导致传动不平稳，因此，应尽量避免根切现象的产生。（2）最小齿数如图2－36所示，若要避免在切制标准齿轮时产生根切，必须使刀具的齿顶线不超过极限啮合点Ｎ1上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动3.变位及变位齿轮对于齿轮齿数小于最少齿数的齿轮，为了避免切齿干涉，可以采用将刀具移离齿坯，使刀具顶线低于极限啮合点的办法来切齿。这种通过改变刀具与齿坯相对位置的切齿方法称为变位。变位后切制的齿轮称为变位齿轮。变位除了可防止齿轮根切外，还可以配凑齿轮的中心距、改善齿轮的强度及实现齿轮修复等。五、齿轮常见的失效形式及材料的选择与热处理1.齿轮传动的失效形式齿轮在传动过程中常见的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合及塑性变形等五种。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动2.齿轮材料的选择及热处理（1）齿轮材料的基本要求由轮齿的失效形式分析可知，对齿轮材料的基本要求如下：1）齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等。2）齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷。3）应有良好的加工工艺性能及热处理性能，使之便于加工，且利于提高其力学性能，即齿面要硬、齿芯要韧。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动（2）常用齿轮的材料及热处理1）锻钢。因锻钢具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。其按齿面硬度分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮两类。软齿面齿轮齿面硬度≤350ＨＢＳ，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Ｃｒ、35ＳｉＭｎ等材料进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合。硬齿面齿轮的齿面硬度＞350ＨＢＳ，常用中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。若采用低碳钢或低碳合金钢，则需渗碳淬火。硬齿面齿轮的承载能力强，结构尺寸和质量明显减小，综合经济效益显著提高。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动2）铸钢。当齿轮的尺寸较大（大于400～600ｍｍ）而不便于锻造时，可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。3）铸铁。低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500ｍｍ时，可制成大齿圈或轮辐式齿轮。4）有色金属和非金属材料。有色金属（如铜合金、铝合金）用于有特殊要求的齿轮传动。非金属材料的使用日益增多，常用的有夹布胶木和尼龙等工程塑料，多用于低速、轻载、低噪声且对精度要求不高的场合。由于非金属材料的导热性差，故需与金属齿轮配对使用，以利于散热。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动六、渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计1.齿轮的结构设计（1）齿轮轴对于直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时齿根与键槽底部的距离ｅ＜2.5ｍｔ（ｍｔ为端面模数）（如图2－42所示），或为锥齿轮时按齿轮小端尺寸计算而得的ｅ＜1.6ｍ（ｍ为大端模数），均应将齿轮和轴做成一体，叫作齿轮轴，如图2－43所示。（2）实体式齿轮如图2－44所示，当齿轮的齿顶圆直径ｄａ≤200ｍｍ，且ｅ超过齿轮轴时，可采用实体式结构。这种结构形式的齿轮常用锻钢制造。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动（3）腹板式齿轮当齿轮的齿顶圆直径ｄａ＝200～500ｍｍ时，为减轻重量、节省材料，可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造，其各部分尺寸按经验公式确定，如图2－45所示。（4）轮辐式齿轮当齿轮的齿顶圆直径ｄａ＞500ｍｍ时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造，其各部分尺寸按经验公式确定，如图2－46所示。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动2.齿轮精度等级的选择渐开线圆柱齿轮精度按ＧＢ／Ｔ10095.1—2008和ＧＢ／Ｔ10095.2—2008标准执行，此标准为新标准，规定了13个精度等级，其中0～2级齿轮要求非常高，属于未来发展级；3～5级称为高精度等级；6～8级为最常用的中精度等级；9级为较低精度等级；10～12级为低精度等级。精度分为三个组：第Ⅰ公差组———反映运动精度；第Ⅱ公差组———反映运动平稳性；第Ⅲ公差组———反映承载能力。允许各公差组选用不同的精度等级，两齿轮一般取相同精度等级。设计时可参考表2－6来选择精度等级。3.齿轮传动的润滑由齿轮的失效分析可知，齿轮传动如果润滑不良，会导致齿面损伤，对齿轮传动进行润滑，不仅可以减轻齿面磨损、降低传动噪声，同时还能起到散热、防锈及延长齿轮传动使用寿命的作用。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动齿轮传动主要是根据齿轮圆周速度的大小来选择润滑方式的，其中常用的润滑方式有以下几种：（1）浸油润滑浸油润滑也称油浴润滑，是将齿轮副中的大齿轮浸入油中达到一定的深度，其深度取决于齿轮的圆周速度，当ｖ≤12ｍ／ｓ时，对一级齿轮传动，大齿轮浸入油中约一个齿高，如图2－47（ａ）所示。过深会增大运转阻力，降低工作效率；过浅则不利于润滑。对多级齿轮传动，因高速级大齿轮无法达到要求的浸油深度，故采用带油轮辅助润滑，以将油带入高速级大齿轮表面，如图2－47（b）所示。上一页下一页返回任务三分析直齿圆柱齿轮传动（2）喷油润滑喷油润滑是用液压泵将有一定压力的润滑油直接喷到齿轮的啮合表面进行润滑，如图2－47（c）所示。其主要用于ｖ＞12ｍ／ｓ的齿轮传动，此时因圆周速度高、油液损耗较大，故不宜采用浸油润滑。上一页返回任务四分析蜗杆减速器传动一、蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力。蜗杆传动广泛用于各种机械和仪表中，常用作减速，如离心机、内燃机增压器等；蜗轮为主动件，用于增速。蜗杆的形状像个圆柱形螺纹；蜗轮的形状像一个斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好地啮合。通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面称为中间平面，如图2－55所示。在中间平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿条和齿轮啮合。阿基米德蜗杆传动中间平面上的齿廓为直线，夹角为2α＝40°，蜗轮在中间平面上，齿廓为渐开线，压力角等于20°。下一页返回任务四分析蜗杆减速器传动二、蜗轮转向的判定蜗杆传动时，蜗轮的回转方向不仅与蜗杆的回转方向有关，还与蜗杆的旋向有关。1.判断蜗杆或蜗轮的旋向右手法则：右手手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋，如图2－57所示。上一页下一页返回任务四分析蜗杆减速器传动2.判断蜗轮的回转方向左右手法则：左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，四指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表蜗杆的轴线，则拇指所指的相反方向为蜗轮上啮合点线速度方向，如图2－58所示。上一页返回任务五认识轮系一、轮系的概念及分类1.轮系的概念在复杂的现代机械中，为了满足各种需要，常常采用一系列齿轮组成的传动系统。这种由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）组成的传动系统即称为轮系，如图2－62所示。2.轮系的分类轮系可以分为三种基本类型：定轴轮系、周转轮系和组合轮系。（1）定轴轮系当轮系运转时，轮系中各个齿轮的几何轴线相对于机架的位置都是固定的，这种轮系称为定轴轮系，或称为普通轮系。下一页返回任务五认识轮系1）平面定轴轮系。由轴线相互平行的齿轮组成的定轴轮系，称为平面定轴轮系，如图2－62所示。2）空间定轴轮系。包含有相交轴齿轮、交错轴齿轮传动等在内的定轴轮系，称为空间定轴轮系，如图2－63所示。（2）周转轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线是绕其他齿轮固定几何轴线转动的轮系，称为周转轮系，亦称为动轴轮系或行星轮系，如图2－64所示。上一页下一页返回任务五认识轮系（3）组合轮系如果轮系中既包含定轴轮系又包含周转轮系，或者包含几个周转轮系，则称为组合轮系，如图2－65所示。二、定轴轮系传动比的计算定轴轮系传动比即定轴轮系中首轮与末轮角速度或转速之比。进行齿轮系传动比计算时除计算传动比大小外，一般还要确定首、末轮转向关系。确定定轴轮系的传动比：1）计算传动比ｉ的大小；2）确定输出轴（轮）的转向。上一页下一页返回任务五认识轮系三、轮系的应用1.实现较远距离的传动当需要在距离较远的两轴之间传递运动时，可采用多个齿轮组成的定轴轮系来代替一对齿轮的传动，这样可以减小齿轮尺寸，既节省了空间，又节约了材料，还便于齿轮的制造及安装。2.获得大的传动比在齿轮传动中，通常一对齿轮的传动比不宜大于8，否则会造成大齿轮尺寸过大而多占空间，并增加制造成本；造成小齿轮尺寸过小而寿命低。要获得较大的传动比，可采用多级传动的定轴轮系。若传动比太大，也会使定轴轮系趋于复杂，这时可采用行星轮系传动。上一页下一页返回任务五认识轮系3.实现变速、换向传动在主动轴转速不变的条件下，利用轮系可使从动轴获得多种工作转速。图2－69所示为汽车变速箱，Ⅰ轴为输入轴，Ⅲ轴为输出轴，通过改变齿轮4及齿轮6在轴上的位置，可使输出轴Ⅲ得到四种不同的转速。在主动轴转向不变的条件下，利用轮系中的惰轮，可以改变从动轴的转向。图2－70所示为三星轮换向机构，通过扳动手柄转动三角形构件，使轮1与轮2或轮3啮合，可使轮4得到两种不同的转向。4.实现分路传动利用轮系可以将输入的一种转速同时分配到几个不同的输出轴上，从而实现分路传动。上一页下一页返回任务五认识轮系5.实现运动的合成和分解在如图2－72所示的锥齿轮差动轮系中，太阳轮1、3都可以转动，且有ｚ1＝ｚ3。因该差动轮系有两个自由度，需要两个原动件输出才能确定，所以可以利用差动轮系将两个输入运动合成为一个输出运动。上一页返回任务六液压千斤顶液压传动系统分析一、液压传动概述1.液压传动的工作原理液压千斤顶工作时，放油阀11关闭。当提起杠杆手柄1时，小活塞3上移，管道6密封容积增大，形成局部真空。于是油箱12中的油液在大气压力作用下推动单向阀4的钢球并沿着吸油管进入管道6，完成吸油工作过程。当压下杠杆手柄1时，小活塞3下移，管道6密封容积减小，油液受到外力挤压产生压力，单向阀4自动关闭，同时单向阀7的钢球受到一个向上的作用力，当该作用力大于管道10中油液对钢球的作用力时，钢球被推开，油液通过单向阀7流入管道10内，迫使它的密封容积变大，即完成压油工作过程，此时推动小活塞3上升并将重物顶起。下一页返回任务六液压千斤顶液压传动系统分析再次提起杠杆时，管道10中油液迫使单向阀7自动关闭，使油液不能倒流入管道6中，保证了重物不致自动落下。当反复提起和压下杠杆时，小活塞3不断交替进行吸油和压油过程，压力油不断地进入大液压缸，将重物不断顶起，从而达到起升重物的目的。从液压千斤顶的工作过程可以看出：液压传动是以油液为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。上一页下一页返回任务六液压千斤顶液压传动系统分析二、液压传动系统基本参数1.压力和流量在液压传动系统中压力的大小取决于负载，速度的大小取决于流量。压力———油液的压力是由油液的自重及油液受到外力的作用所产生的。流量———单位时间内流过管道某一截面的液体体积。2.液压系统压力的建立在液压传动系统中，通常所说的压力是指油液单位面积上承受的作用力，即压强。帕斯卡原理，如图2－78所示。上一页下一页返回任务六液压千斤顶液压传动系统分析1）静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力。2）油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面。3）密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变，这称为静压传递原理，即帕斯卡原理。3.液体流动连续性原理液流的连续性原理：理想液体在无分支管路中做稳定流动时，通过每一截面的流量相等