机械传动基础.

任务一链传动滚子链传动任务一链传动一、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。任务一链传动一、链传动的组成、速比及特点1．链传动的组成机械中的传动链有滚子链和齿形链两大类。滚子链链传动一、链传动的组成、速比及特点1．链传动的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。链传动一、链传动的组成、速比及特点滚子链的结构组成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1221zznni（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。2．链传动的速比及运动特性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。3．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。二、滚子链传动1．滚子链的构造与型号（参见下页图）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。1．滚子链的构造与型号1—内链板2—外链板3—销轴4—套筒5—滚子图8-10滚子链的构造与双排滚子链a）滚子链的构造b）双排滚子链二、滚子链传动1．滚子链的构造与型号标准滚子链分为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。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。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GB/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。3．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3．链传动的布置3．链传动的布置3．链传动的布置3．链传动的布置3．链传动的布置齿轮传动一、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2.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。二、渐开线直齿圆柱齿轮二、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。二、渐开线直齿圆柱齿轮1.齿轮的传动比与渐开线齿轮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。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。二、渐开线直齿圆柱齿轮1.齿轮的传动比与渐开线齿轮⑵渐开线齿轮的恒定传动比2.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）⑴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1221zznni（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zdp（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：zdpm（8-8）或d＝zm（8-9）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。③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。④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（