常用机械传动装置

第二章常用机械传动装置机械传动装置的主要功用是将一根轴的旋转运动和动力传给另一根轴，并且可以改变转速的大小和转动的方向。常用的机械传动装置有带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动等。第一节带传动一、带传动的工作原理和速比１．带传动的工作原理带传动是用挠性传动带做中间体而靠摩擦力工作的一种传动。如图2-1所示。是由两个带轮（主动从动轮）和一根紧绕在两轮上的传动带组成，靠带与带轮接触面之间的摩擦力来传递运动和动力的一种挠性摩擦传动２．带传动的速比带传动的速比计算公式为：i＝n1/n2＝D2/D1上式表明，带传动中的两轮转速与带轮直径成反比。图2-1带传动二、带传动的特点和类型１．带传动的特点1)可用于两轴距离较远的传动(最大中心距可达40m)。2)带本身具有弹性，因而可以缓和冲击和振动，使传动平稳，且无噪声。3)当机器过载时，带会在轮上打滑，能起到对机器的保护作用。4)结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后容易更换。5)外廓尺寸较大，结构不够紧凑。6)由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动速比。7)由于需要施加张紧力，所以轴及轴承受到的不平衡径向力较大。8)带的寿命较短。一般2000-3000小时摩擦损失较大，传动效率低，一般平带传动0.94-0.98,V带0.92-0.97图2-2带传动的类型a)平带传动b)V带传动c)圆带传动d)同步齿形带传动1－带2－带轮２．带传动的类型生产中使用的带传动，有平带、V带、圆带、同步齿形带等类型(见图22)，以平带和V带使用最多。三、V带及带轮１．V带的结构和型号V带是一种无接头的环形带，其横截面的结构如图2-3所示。根据国家标准，我国生产的普通V带共分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。Y型V带的截面积最小，E型的截面积最大。国家标准还规定，V带的节线长度为基准长度，以Ld表示。普通V带的基准长度系列如表2-l所示。1、打滑:一般当传递的力大于带轮之间的摩擦力的总和的极限时（过载），会发生过载打滑，传动失效。2、疲劳破坏:传动带在应力的反复作用下，发生裂纹，脱层，松散，直至断裂。caavwfgijklq在进行V带传动计算和选用时，可先按下列公式计算基准长度Ld的近似值Ld’:Ld’＝2α＋p(D1＋D2)/2＋(D1-D2)/4α式中α——主、从二带轮的中心距；D1、D2——主、从二带轮的基准直径(与基准长度相对应的带轮直径)。计算出Ld’的值需按表2-1取相近值进行圆整，最后便可确定Ld的标准值。caavwfgijklqcaavwfgijklq图2-3V带的结构1－包布层2－伸张层3－强力层4－压缩层表2-l普通V带的基准长度系列(GBll544-1997)(mm)2002242502803153554004505005606307108009001000112012501400160018002000224025002800315035504000450050005600630071008000900010000112001250014000160001800020000V带的型号由带型和基准长度两部分组成，例如标记为Z1400，即表示基准长度为1400mm的Z型V带。２．带轮的结构带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成(见图2-4)。带轮的轮辐部分有实心、辐板(或孔板)和椭圆轮辐三种形式。图2-4V带传动的带轮1－轮缘2－轮辐3－轮毂四、带传动的张紧装置V带传动常用的张紧装置有调距张紧和张紧轮张紧两种结构：(1)调距张紧如图2-5、图2-6所示。(2)张紧轮张紧如图2-7所示。图2-5调距张紧装置1－电动机2－滑道3－调整螺钉图2-6自动张紧装置1－电动机2－摆架图2-7张紧轮紧张装置第二节链传动一、链传动及其速比链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的(见图2-8)。它依靠链和链轮轮齿的啮合而传动。图2-8链传动设某链传动，主动链轮齿数为，从动链轮齿数为。当主动链轮转过周，即转过个齿时，从动链轮就被带动转过周，即转过个齿。显然，主动轮与从动轮所转过的齿数相等，即z1n1=z2n2故有i=n1/n2=z2/z1上式表明：链传动中的两轮转速和链轮齿数成反比。二、链传动的特点和应用链传动的主要特点是：1)能保证准确的平均速比。2)可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。3)铰链易磨损，使链条的节距变大，会造成脱链现象。链传动主要用于要求传动速比准确、且两轴相距较远的场合，目前广泛地应用于农业机械、轻工机械、交通运输机械、机床和国防工业等部门。第三节齿轮传动一、概述齿轮传动是一种啮合传动，如图2-9所示。1．齿轮传动的速比设主动齿轮的转速为，齿数为；从动齿轮的转速为，齿数为。每分钟内两轮转过的齿数应该相等，即z1n1=z2n2由此可得一对齿轮传动的速比为i=n1/n2=z2/z1上式表明：在一对齿轮传动中，两轮的转速与它们的齿数成反比。通常，一对圆柱齿轮传动的速比≤5，一对锥齿轮传动的速比≤3。由图2-9可见，一对齿轮传动时，通过两轮中心连线上的节点P的二切圆在作无滑动的相互对滚运动，此二圆称为节圆。设二节圆直径为d1和d2，存在如下关系：i=n1/n2=d2/d1上式表明，在一对齿轮传动中，两轮的转速与节圆直径成反比。图2-9齿轮传动2．齿轮传动的优缺点及应用齿轮传动的主要优点是：1）传动速比恒定不变；2)传递功率范围较大；3)传动效率高(一般效率为O.95～0.98，最高可达0.99)；4)工作可靠，寿命较长；5)结构紧凑，外廓尺寸小。齿轮传动的主要缺点是：1)制造和安装精度要求较高，而精度较低的齿轮在高速运转时会产生较大的振动和噪声；2)轴间距离较大时，传动装置较庞大。齿轮传动广泛用于各种机械中。通常既用于传递动力，又用于传递运动。3．齿轮传动的类型按照两轴相对位置的不同，齿轮传动可分为三大类：两轴平行的齿轮传动、两轴相交的齿轮传动以及两轴相错的齿轮传动。常用齿轮传动的分类以及它们的特点见表2-2。按照防护方式的不同，齿轮传动又可分为开式传动和闭式传动。表2-2常用齿轮传动的分类啮合类别图例说明两轴平行外啮合直齿圆柱齿轮传动1．轮齿与齿轮轴线平行2．传动时，两轴回转方向相反3．制造最简单4．速度较高时容易引起动载荷与噪声5.对标准直齿轮传动，一般采用的圆周速度常在3m/s以下外啮合斜齿圆柱齿轮传动1．齿轮与齿轮轴线倾斜成某一角度2．相啮合的两齿轮轮齿倾斜方向相反，倾斜角大小相同3．传动平稳，噪声小4．工作中会产生轴向力，轮齿倾斜角越大，轴向力越大5．适用于圆周速度较高的场合（3m/s以上）90900～啮合类别图例说明两轴平行人字齿轮传动1．轮齿左右倾斜方向相反，呈“人”字形，因此可以消除斜齿轮因轮齿单向倾斜而产生的轴向力2．制造成本较高内啮合圆柱齿轮传动1．它是外啮合齿轮传动的演变形式。大轮的齿分布在圆柱体内表面，成为内齿轮2．大小轮的回转方向相同3．轮齿可制成直齿，也可制成斜齿齿条传动1．这种传动相当于大齿轮直径为无穷大的外啮合圆柱齿轮传动2．齿轮作回转运动，齿条作直线运动3．轮齿多为直齿，也可制成斜齿90啮合类别图例说明两轴相交直齿锥齿轮传动1．轮齿排列在圆锥体表面上，其方向与圆锥的母线一致2．一般用在两轴线相交成90°圆周速度小于2m/s的场合曲线齿锥齿轮传动1．一对曲线齿锥齿轮同时啮合的齿数比直齿圆锥齿轮多。啮合过程不易产生冲击，传动较平稳，承载能力较高。在高速和大功率的传动中广泛应用2．设计加工比较困难，需要专用机床加工，轴向推力比较大啮合类别图例说明两轴交错交错轴斜齿轮传动1．相应地改变两个斜齿轮的轮齿倾斜角，即可组成轴间夹角为任意值（0°～90°）的交错轴斜齿轮传动2．交错轴斜齿轮传动承载能力较小，且磨损较严重照按防护方式的不同，齿轮传动又可分为开式传动和闭式传动。二、渐开线齿廓曲线对齿轮传动最基本的要求是它的角速比(两轮角速度的比值1/2)必须恒定不变。为此，齿轮的轮齿必须选用适当的齿廓曲线。目前生产中已经采用的齿廓曲线有渐开线、摆线和圆弧曲线。渐开线齿轮不仅能满足传动平衡的基本要求，而且具有易于制造的优点，故常用齿轮多为渐开线齿轮。1．渐开线的形成如图2-10所示，当一直线AB沿半径为rb的圆作纯滚动时，此直线上任意一点K的轨迹CD称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，rb为基圆半经，而AB称为渐开线的发生线。2．渐开线的性质(图2-10)1)发生线在基圆上滚过的线段长度等于基圆上被滚过的一段弧长，即＝2)渐开线上任意一点的法线必切于基圆。由此可见，渐开线上各点的曲率半径是变化的，离基圆越远，其曲率半径就越大，渐开线就越趋平直。3)渐开线的形状决定于基圆的大小。由图2-1l可见：基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直。4)基圆内无渐开线。NKNK图2-10渐开线的形成图2-11基圆对渐开线形状的影响3．渐开线齿廓的压力角如图2-12所示，渐开线齿廓上任意一点K的正压力F的方向与渐开线绕基圆圆心O转动时该点速度K的方向之间所夹的锐角，称为齿廓在K点的压力角，以K表示。图2-12渐开线齿廓的压力角由图2-12可知∠NOK=KcosK=ON/OK=rb/rk由式可知，对同一基圆的渐开线，基圆半径rb是常数，渐开线上某一点K的压力角大小是随该点至圆心距离rK而变的，rK越小，压力角越小,在渐开线起始点(基圆上)的压力角为零。三、直齿圆柱齿轮传动1．渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称及几何关系(见图2-13)(1)齿顶圆直径以da表示。(2)齿根圆直径以df表示。(3)齿厚与齿槽宽在任意直径dx的圆周上，齿厚以sx表示，齿槽宽以ex表示。(4)齿距在任意直径dx的圆周上，齿距以px表示。显然存在如下关系：px=sx+ex=pdx/zad图2-13直齿圆柱齿轮各部分的名称和尺寸(5)分度圆分度圆是一个理论圆，无法直接测量，其直径以d表示。分度圆上的齿距、齿厚、齿槽宽通常称为齿轮的齿距、齿厚、齿槽宽，分别以p、s、e表示。存在下列关系d=pz/p在标准齿轮中，有s=e=p/2(6)模数以m表示，定义为m=p/p因此有d=mz模数是齿轮尺寸计算中的一个重要基本参数。齿数相同的齿轮，模数较大者轮齿较大，分度圆也较大(见图2-14)。模数已经标准化了，我国制订的齿轮模数标准系列见课本表2-3。图2-14不同模数的轮齿(7)压力角通常说的压力角，指的是分度圆上的压力角，以表示。分度圆上的压力角规定为标准值，我国规定标准压力角为20°和15°。至此，可得确切而完整的分度圆概念：齿轮上压力角和模数均为标准值的圆称为分度圆。(8)全齿高、齿顶高、齿根高和顶隙分别以h、ha、hf和c表示。有如下关系：h=ha+hfhf=ha+c=ha*m+c*m=(ha*+c*)m式中ha*为齿顶高系数，c*为顶隙系数。ha*和c*已经标准化了，对正常齿，ha*=1，c*=0.25；对短齿，ha*=0.8，c*=0.3。齿轮顶隙的存在，有利于齿轮传动（见图2-15）。(9)齿宽以b表示。图2-15一对标准齿轮的啮合表2-4标准值齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式（ha*=1，c*=0.25,＝20°）名称代号计算公式模数根据强度和结构要求确定，取标准值齿距齿厚齿槽宽分度圆直径齿顶高psmempπ2π2mps2π2mpeahd＝mzmmhh*aad名称代号计算公式齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿宽由强度和结构要求确定，一般变速箱换档齿轮：＝；减速器齿轮：＝中心距fhmmchh25.1)(**afmmchhhh25.2)2(**afa)2(2aazmhdd)5.2(2ffzmhdd)1(2)(2212121imzzzmddabbm)8~6(bm)12~10(hadfda2．标准直齿圆柱齿轮的啮合传动为了能正确啮合和连续传动，必须满足以下几个条件：(1)正确啮合的条件两齿轮的模数、压力角必须相等。(2)连续传动的条件在一对轮齿即将脱离啮合时，后一对轮齿必须进入啮合。(3)避免根切和干涉的条件齿轮的齿数