第7章 机械传动

第7章机械传动机械传动的方式主要有啮合传动和摩擦传动。其目的是协调原动机与工作部分的速度关系，从而达到变速、变扭和变向的目的。常见的传动方式有摩擦传动（摩擦轮传动、带传动）；啮合传动（齿轮传动、蜗杆传动、链传动）7-1带传动教学目的与要求：1、了解带传动的类型、特点、结构和应用。2、掌握带传动的安装调整与维护要求。3、熟悉常用V带、带轮的材料，结构。教学重点与难点：1、重点：带传动的主要优点及缺点。带的标准。2、难点：带传动的安装调整与维护要求。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程：引入：带传动由主动带轮、从动带轮和传动带所组成。工作时以带和轮缘接触面间产生的摩擦力来传递运动和动力。带传动是一种利用中间挠性件的摩擦传动。新课传授：一、带传动的类型、特点和应用根据横截面形状的不同，带分为平带、圆带、V带、同步齿形带等类型，以平带与V带使用最多。带传动的使用特点：（１）带传动柔和，能缓冲、吸振，传动平稳，无噪声。（２）过载时产生打滑，可防止损坏零件，起安全保护作用，但不能保证传动比的准确性。（３）结构简单，制造容易，成本低廉，适用于两轴中心距较大的场合。（４）外廓尺寸较大，传动效率较低。带传动广泛使用于精密机械、工程机械、矿山机械、化工机械、交通运输、农业机械等中。二、V型带的结构、标准Ｖ带传动是依靠带的两侧面与带轮轮槽侧面相接触产生摩擦力而工作的。我国生产的V带分为帘布芯、线绳芯两种结构。普通V带由顶胶、抗拉体、底胶和包布组成，其中顶胶和底胶由橡胶制成；包布由橡胶帆布制成，主要起耐磨和保护作用。普通V带已标准化，按截面尺寸由小到大有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。三、带轮的材料、结构带轮是带传动中的重要零件，它必须满足下列条件要求：质量分布均匀，安装对中性好，工作表面要经过精细加工，以减少磨损，重量尽可能轻，强度足够，旋转稳定。在圆周速度ｖ＜３０ｍ／ｓ时，带轮最常用材料为铸铁，如HT150，速度大时用HT200。高速时，常用铸钢或轻合金。低速转动ｖ＜１５ｍ／ｓ和小功率传动时，常用工程塑料。带轮由轮缘、轮辐、轮毂组成。轮毂是带轮与轴配合的内圈。轮毂内径ｄ＝轴的直径；轮毂外径ｄ１＝（1.8～2）ｄ；轮毂长度Ｌ＝（1.5～2）ｄ。轮缘与轮毂连接的部分称为轮辐。带轮的结构形式根据带轮直径决定。一般小带轮，即Ｄ＜150ｍｍ时可制成实心式；中带轮，即Ｄ＝150～450ｍｍ时可制成腹板式或孔板式；大带轮即Ｄ＞450ｍｍ时，可制成轮辐式。四、Ｖ带传动的张紧、安装、维护1.普通V带传动的张紧①当两带轮的中心距能够调整时，可采用增大两轮中心距的方法使传动带具有一定的张紧力。②当中心距不能调整时，可采用张紧轮定期将传动带张紧。2.普通V带传动安装与维护的要求①应按设计要求选取带型、基准长度和根数。新、旧带不能同组混用，否则各带受力不均匀。②安装带轮时，两轮的轴线应平行，端面与中心垂直，且两带轮装在轴上不得晃动，否则会使传动带侧面过早磨损。③安装时，先将中心距缩小，待将传动带套在带轮上后再慢慢拉紧，以使带松紧适度。一般可凭经验来控制，带张紧程度以大拇指能按下10～15ｍｍ为宜。如用手拨撬Ｖ带时，注意防止V带夹伤手指。④V带在轮槽中应有正确的位置，⑤为了保证安全生产，应给V带传动加防护罩。小结：1、带传动的工作特性与机构有何不同，带传动最主要的优缺点。2、V带与带轮已标准化，应按标准选用。3、带的安装、调整与维护应该注意的几个问题。7-2链传动教学目的与要求：1、了解链传动的主要优缺点。2、掌握链传动的特点及应用。3、熟悉链传动的类型。教学重点与难点：1、重点：链传动的主要优点及缺点。2、难点：链传动的特点及应用。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程：引入：链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到从动链轮的一种传动方式。新课传授：一、链传动的工作原理、特点及应用1、工作原理链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到从动链轮的一种传动方式。2、链传动的主要优点①与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率较高；②传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；③所需张紧力小，作用于轴上的压力小；④能在高温、多尘、潮湿、有污染等恶劣环境中工作。3、链传动的主要缺点①仅能用于两平行轴间的传动；②成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差；③运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。4、链传动的应用链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，且两轴平行、距离较远、功率较大、平均传动比准确的场合。二、类型根据链的结构形式，有套筒滚子链和齿形链两种。1）套筒滚子链它由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。内链板与套筒，外链板与销轴各用过盈配合连接。轴销与套筒，滚子与套筒之间都是用间隙配合连接的，以形成转动。当链与链轮啮合时，滚子与轮齿之间是滚动摩擦。套筒滚子链接头有三种形式，当链节为偶数时，大链节可采用开口销式，小链节可采用卡簧式（卡簧开口应装在其运动相反方向）。当链节为奇数时，可采用过渡链节式。2）齿形链齿形链由铰链连接的齿形板组成。与套筒滚子链比较，它传动平稳、噪声较小，能传动较高速度，但摩擦力较大，易磨损。小结：1、链传动的工作原理、特点及应用2、链传动的类型7-3齿轮传动教学目的与要求：1、了解齿轮传动的分类、特点。2、掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合、安装条件。3、掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮基本参数、几何尺寸计算。4、了解齿轮轮齿失效的形式。教学重点与难点：1、重点：齿轮传动的特点及分类及渐开线齿轮的主要参数及尺寸计算。2、难点：渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合、安装条件。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程：引入：齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接啮合，传递运动和动力的装置。在所有机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递任意位置的两轴之间的运动和动力。新课传授：一、齿轮传动的特点、应用及分类1、特点齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，适用的功率、速度和尺寸范围大。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。2、应用可用来传递任意位置的两轴之间的运动和动力。传递功率可以从很小至十几万千瓦；速度最高可达300ｍ／ｓ；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。3、分类根据两轴的相对位置和轮齿方向，可分：①圆柱齿轮传动；②圆锥齿轮传动；③交错轴的蜗杆蜗轮传动。根据齿轮传动的工作条件，可分为①开式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好润滑。②半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩但不封闭。③闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。二、渐开线齿轮的主要参数在一个齿轮上，齿数、压力角和模数是几何尺寸计算的主要参数。1.齿数（ｚ）一个齿轮的轮齿数目即齿数。2.压力角（α）压力角是齿轮运动方向与受力方向所夹的锐角。通常所说的压力角是指分度圆上的压力角。压力角不同，轮齿的形状也不同。压力角已标准化，我国规定标准压力角是20°。3.模数（ｍ）模数直接影响轮齿的大小、齿形和强度的大小。对于相同齿数的齿轮，模数愈大，齿轮的几何尺寸愈大，轮齿也大，承载能力也愈大。国家对模数值规定了标准模数系列三、标准直齿圆柱齿轮的各部分名称及基本尺寸计算常用外啮合标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式见下表。标准直齿圆柱齿轮压力角α＝20°，齿顶高系数ｈａ＝１，顶隙系数ｃ＝0.25；而短齿制的齿轮齿顶高系数ｈａ＝0.8，顶隙系数ｃ＝0.3。外啮合标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号右图及下表所示。四、渐开线齿轮的啮合传动、安装一对啮合的齿轮。设主动轮轮齿1推动从动轮轮齿2转动，其受力方向根据渐开线性质是沿两轮齿接触点（或称啮合点）P所作公法线并指向轮齿2。轮齿在啮合点P的运动方向是沿P点垂直于两齿轮中心连线的方向，这个受力方向与运动方向所夹的锐角α叫啮合角。以两齿轮中心Ｏ１、Ｏ２为圆心，过两齿轮啮合点（也叫节点）Ｐ所作的两个相切的圆，叫做两齿轮的节圆。齿轮传动就相当于两个节圆柱做成的摩擦轮滚动。只有当两齿轮分度圆相切时啮合角才等于压力角。节圆与分度圆才会重合。否则分度圆、压力角就只是标准的，而节圆、啮合角是实际形成的。一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件为：①两齿轮的模数必须相等；②两齿轮分度圆上的压力角必须相等。即：为保证齿轮的正确安装，从理论上讲就是两齿轮在啮合线上齿距相等才能啮合。从渐开线的性质推理，可以证明必须模数和压力角相等，这样才能互不干涉，平稳传动。根据正确啮合条件，可以得到传动比的计算公式为：i12=n1/n2=z2/z1五、其他齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮传动的特点、应用和主要参数斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动一样，仅限于传递两平行轴之间的运动。直齿圆柱齿轮传动过程中，齿面总是沿平行于齿轮轴线的直线接触。这样，齿轮的啮合就是沿整个齿宽同时接触、同时分离，要求齿轮精度很高，同时啮合的齿数多。斜齿圆柱齿轮的主要参数：斜齿圆柱齿轮的轮齿是倾斜的，但加工时与直齿圆柱齿轮一样，使用的是同一套标准刀具，所以它的参数就产生了垂直于齿轮端面与垂直于轮齿法面的两套参数，而以法面参数为标准值。通常用Ｐｎ、ｍｎ、αｎ代表法向周节、法向模数、法向压力角；用Pｔ、ｍｔ、αｔ代表端面周节、端面模数、端面压力角；在分度圆柱面展开图中轮齿与轴线的夹角即为螺旋角β，则：ｐｎ=ｐ１cosβ，ｍｎ＝ｍｔcosβ标准斜齿圆柱齿轮的压力角αｎ＝２０°，齿顶高系数＝１，顶隙系数＝０.２５。2.直齿圆锥齿轮传动的特点、应用和主要参数锥齿轮传动应用于两轴线相交的场合，通常采用两轴交角Σ＝９０°。它的轮齿是沿着圆锥表面的素线切出的。工作时相当于用两齿轮的节圆锥做成的摩擦轮进行滚动。两节圆锥锥顶必须重合，才能保证两节圆锥传动比一致。这样就增加了制造、安装的困难，并降低了圆锥齿轮传动的精度和承载能力，因此圆锥齿轮传动一般用于轻载、低速场合。直齿锥齿轮的轮齿是均匀分布在锥体上的，它的齿形一端大，另一端小。为了测量和计算方便，以大端模数ｍ作为标准模数，各部分尺寸计算以它为基本参数。标准直齿圆锥齿轮压力角α＝２０°，齿顶高系数＝１，顶隙系数＝０.２。六、齿轮材料、结构、齿轮传动失效形式及维护1、齿轮材料和结构（１）齿轮材料的选择①一般齿轮采用锻钢。尺寸大，结构比较复杂的齿轮采用铸钢或球墨铸铁。开式装置中不重要的低速齿轮可采用铸铁。②配对齿轮的小齿轮受力及磨损较大，对其硬度要求高于大齿轮20～50ＨＢＳ。③一般中、低速齿轮可采用45钢、45Ｍｎ２等。④一般中、高速、重载齿轮，可用中碳钢、中碳合金钢经调质、表面淬火；或低碳钢、低碳合金钢经渗碳、淬火、低温回火。最终热处理可在加工后进行。（２）常用的齿轮结构常见的圆柱齿轮结构有齿轮轴、腹板式齿轮、轮辐式齿轮。2、齿轮的失效形式及维护齿轮失效是指齿轮在传动过程中，由于载荷的作用使轮齿发生折断、齿面损坏等，而使齿轮过早地失去正常工作能力的情况。由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同，影响失效的原因很多。齿轮传动出现失效的主要形式是齿根折断、齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形等。开式齿轮失效常因为是沙尘落入齿面，加快了轮齿磨损；闭式齿轮失效多为由于轮齿强度、韧性不足，或是齿面硬度、接触强度不够所造成。在设计时应予以充分注意，材料选择是否恰当也十分重要。小结：1、齿轮传动的特点、应用及分类。2、渐开线齿轮各的主要参数。3、标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸、计算。4、渐开线齿轮的啮合传动、安装。5、其他齿轮传动。6、齿轮材料、结构、齿轮传动失效形式及维护。7-4蜗杆传动教学目的与要求：1、了解蜗杆的分类。2、理解蜗杆传动的主要参数和应用特点。3、了解蜗杆传动的失效形式及蜗杆、蜗轮的材料和结构、。教学重点与难点：1、重点：蜗杆传动的特点和应用。2、难点：杆传动的主要参数计算。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程：引入：蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和转矩，通常交错角等于90°。新课传授：一、蜗杆传动的特点和应用