机械设计基础电子教案13-16章

第13章齿轮系传动定轴轮系传动比的计算13.1行星轮系传动比的计算13.2组合行星轮系传动比的计算13.3轮系的功用13.4几种特殊行星传动简介13.5由多对齿轮所组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系。按照传动时各齿轮的轴线位置是否固定，轮系分为定轴轮系和行星轮系两种基本类型。传动时所有齿轮的几何轴线位置均固定不变，这种轮系统称为定轴轮系。图13-1定轴轮系传动时齿轮g的几何轴线绕齿轮a、b和构件H的共同轴线转动，这样的轮系统称为行星轮系。图13-2行星轮系13.1.1轮系的传动比轮系始端主动轮与末端从动轮的转速之比值，称为轮系的传动比，用i1k表示，即13.1定轴轮系传动比的计算11kknin13.1.2定轴轮系传动比的计算1．一对齿轮的传动比121221nzinz图13-3圆柱齿轮传动故其传动比可写为121221nzinz图13-4圆锥齿轮传动图13-5蜗杆传动轮系传动比大小的计算通式为2．定轴轮系传动比大小的计算11kknin从动轮齿数连乘积主动轮齿数连乘积（1）(−1)m法3．从动轮转向的确定11kk(1)mnin从动轮齿数连乘积主动轮齿数连乘积（2）画箭头法先画出主动轮的转向箭头，根据前述一对齿轮传动转向的箭头表示法，依次画出各轮的转向。对于含有圆锥齿轮、蜗杆传动的定轴轮系，由于在轴线不平行的两齿轮传动比前加正负号没有意义，所以从动轮的转向只能用逐对标定齿轮转向箭头的方法来确定，而不能采用(−1)m法。13.2.1行星轮系的组成行星轮系有以下三种基本构件。（1）行星轮行星轮即作行星运动的齿轮，用符号g表示。13.2行星轮系传动比的计算图13-8行星轮系的组成（2）行星架用于支承行星轮并使其得到公转的构件称行星架，用符号H表示。（3）中心轮在行星轮系传动中，与行星轮相啮合且轴线位置固定的齿轮称为中心轮，用符号K表示。通常将外齿中心轮称为太阳轮，用符号a表示；将内齿中心轮称为内齿圈，用符号b表示。1．2K-H型2．3K型3．K-H-V型13.2.2行星轮系的分类序号型号传动简图传动比范围传动效率传动功率范围制造工艺性应用场合说明按基本构件命名按啮合方式命名12K-H型NGW型2.8～12.50.97～0.99不限加工与装配工艺较简单用于任何工作情况下，功率大小不受限制具有内外啮合2K-H型单级传动22K-H型NW型7～170.97～0.99不限因有双联行星轮，加工与装配复杂化同NGW型具有双排内外啮合2K-H型传动32K-H型NN型30～100，传动功率很小时，可达1700效率低，且随传动比i的增大而下降，并有自锁可能小于或等于30kW制造精度要求较高适用于短期间断工作场合，推荐用于特轻型工作制度双排内啮合2K-H型传动42K-H型WW型1.2至几千效率低，且随传动比i的增大而下降，并有自锁可能15kW制造与装配工艺性不佳推荐只在特轻型工作制度下用，最好不用于传力传动双排外啮合2K-H型传动53K型NGWN型20～100，小功率可达500以上效率低、且随传动比i的增大而下降，并有自锁可能96kW制造与装配工艺性不佳适用于短期间断工作场合具有内外啮合的3K型传动6K-H-V型N型7～710.7～0.9496kW齿形及输出机构要求较高适用于平行轴传动内啮合K-H-V型传动表13-1常用行星传动机构的基本性能行星轮系与定轴轮系的根本区别在于行星轮系中具有转动的行星架，从而使得行星轮既有自转又有公转。因此，行星轮系各构件间的传动比不能直接引用定轴轮系传动比的公式来计算。13.2.3行星轮系传动比的计算图13-9行星轮系与其转化轮系构件行星轮系中的转速n转化轮系中的转速nH中心轮ana中心轮bnb行星轮gng行星架HnHHaaHnnnHbbHnnnHggHnnnHHHH0nnn表13-2各构件在转化前后的转速转化轮系中齿轮a与齿轮b的传动比为HgbH1aaHbabHbHagab(1)zznnnzinnzzznHaHbabbHannzinnz行星轮系的转化轮系传动比的一般计算式为HjjHHjkHkHknnnjkinnjkn轮至轮从动轮齿数连乘积轮至轮主动轮齿数连乘积必须注意以下几点。①由于对各构件所加的公共转速（−nH）与各构件原来的转速是代数相加的，所以齿轮j和k的轴线与行星架H的轴线必须重合或互相平行。齿轮j、k可以是中心轮或行星轮。②的正负只表示转化轮系中j、k的转向关系，而不是行星轮系中二者的转向关系。③。为转化轮系中轮j、k的转速之比（），其大小及正负号应按求定轴轮系传动比的方法确定。在确定的正负号时，对于圆柱齿轮组成的行星轮系，可用(−1)m法，自齿轮j至齿轮k按传动顺序判定中间各轮的主从动地位和外啮合齿轮对数m；对于圆锥齿轮组成的行星轮系，用画箭头法。而ijk是行星轮系中轮j、k的绝对转速之比（即nj/nk），其大小及正负号只能由式（13-4）计算出未知转速后再确定。④将已知转速代入式（13-4）求解未知转速时，应注意转向。若假定某一方向的转动为正，其相反方向的转向就是负。必须将转速大小连同其符号一同代入公式计算。计算组合行星轮系传动比的一般方法和步骤如下。1．正确划分出基本类型的轮系2．分别列出传动比计算式3．联立求解13.3组合行星轮系传动比的计算1．实现相距较远的两轴间运动和动力的传递2．实现分路传动3．实现变速传动4．获得较大的传动比5．实现运动的合成和分解13.4轮系的功用（1）用作运动的合成（2）用作运动的分解图13-14利用轮系减小传动尺寸图13-15钟表传动示意图图13-16汽车后桥差速器13.5.1渐开线少齿差行星传动渐开线少齿差行星传动的传动比较大、结构紧凑，但效率较低，行星架轴承的寿命较短，故目前只用于小功率传动。13.5几种特殊行星传动简介其传动原理、运动输出机构等均与渐开线一齿差行星传动相同，唯一区别在于齿轮的齿廓不是渐开线，而是摆线。摆线针轮行星传动的传动比为13.5.2摆线针轮行星传动HV2iz图13-18摆线针轮行星传动谐波齿轮传动是利用行星传动原理而发展起来的新型传动。13.5.3谐波齿轮传动图13-19谐波齿轮传动第14章带传动和链传动概述14.1V带和带轮14.2带传动工作情况分析14.3V带传动的设计计算14.4V带传动的张紧与维护14.5滚子链和链轮14.7其他带传动简介14.6链传动的使用和维护14.9滚子链传动的设计14.814.1概述带传动一般由主动带轮1、从动带轮2及传动带3组成（如图14-1所示）。带传动是利用张紧在带轮上的柔性带，借助它们间的摩擦或啮合，在两轴（或多轴）间传递运动或动力的一种机械传动。根据工作原理的不同，带传动分为摩擦带传动和啮合带传动两大类，见图14-1和表14-1，其中最常见的是摩擦带传动。14.1.1带传动的种类图14-1带传动简图类型种类摩擦型平带传动普通平带（胶帆布平带）、皮革带、棉织带、毛织带、锦纶片复合平带（聚酰胺片基平带）、绳芯橡胶平带、钢带……V带传动普通V带、轻型V带、窄V带、汽车V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、活络V带、宽V带（无级变速带）……特殊带传动多楔带、双面V带（六角带）、圆带……啮合型同步带传动梯形齿同步带、弧齿同步带（HTD带、STPD带）表14-1带传动种类图14-2带的截面形状根据用途不同，传动带还可分为一般工业用带、汽车用带、农机用带和家用电器用带。几种常用传动带种类及其简要特点见表14-2。种类简要特点普通平带（胶帆布平带）承载层为挂胶帆布，多层粘合硫化而成；有开边式和包边式两种；抗拉强度较大，价廉，耐热、耐油性能差；多用于轴间距较大的传动锦纶片复合平带（聚酰胺片基平带）承载层为改性聚酰胺片（又称尼龙），单层或多层粘合；工作面贴有铬鞣革、胶帆布或特殊织物；强度高，曲挠性好；适用于大、中功率和速度高的传动绳芯橡胶平带承载层为涤纶绳芯；有橡胶带和聚氨酯两种；带体薄而软，曲挠性好；适用于高速传动普通V带承载层有绳芯和帘布两种；带高h与节宽bp比为0.7、楔角为40°的环形带；当量摩擦系数大，工作面与轮槽的粘附性好，对冲击载荷的敏感性比窄V带低；价廉、应用最广窄V带承载层为绳芯；带高h与节宽bp比为0.9、楔角为40°的环形带；除具有普通V带的特点外，能承受较大的预紧力，允许速度和曲挠次数高；适用于大功率、高速而紧凑的传动联组V带是将若干根普通V带或窄V带的顶面用胶帆布等距粘结在一起；传动时各根V带的载荷均匀，可防止振动和扭转；适用于结构要求紧凑、载荷变动大的传动齿形V带结构和普通V带、窄V带相同，承载层为绳芯，内圈制成齿形；散热性好，是曲挠性最好的V带梯形齿同步带工作面有梯形齿，承载层为绳芯（玻璃纤维绳芯、钢丝绳芯等），基体为氯丁胶，小尺寸带也有用聚氨酯橡胶浇注的；靠啮合传动，传动比准确，轴压力较小，耐油、耐磨性能好；安装要求高，用于要求同步的传动；载荷大应选用氯丁胶同步带；载荷小或有耐油要求时，可选用聚氨酯同步带表14-2常用传动带种类及其简要特点摩擦带传动的主要优点是：①因带是弹性体，可以缓冲和吸振，传动平稳、噪声小；②当传动过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件损坏；③可用于中心距较大的传动；④结构简单、装拆方便、成本低。其主要缺点是：①传动比不准确；②外廓尺寸大；③传动效率低；④带的寿命短；⑤不宜用于高温易燃场合。14.1.2摩擦带传动的主要特点和应用范围带传动适用于传递功率不大或不需要保证精确传动比的场合。在多级减速装置中，带传动通常配置在高速级。普通V带传递的功率一般不超过100kW，带的工作速度为5～35m/s。14.2.1V带V带有普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等多种类型，见表14-3。14.2V带和带轮名称普通V带窄V带联组V带简图名称宽V带齿形V带大楔角V带简图表14-3V带的类型与结构1．V带带轮的材料及设计要求设计V带带轮时，应满足的主要要求有：结构合理，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；与带轮接触的轮槽表面粗糙度要低，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。14.2.2V带带轮带轮由轮缘（外圈环形部分）、轮毂（与轴联接的筒形部分）和轮辐（联接轮缘和轮毂的中间部分）三部分组成。2．V带带轮的结构图14-4V带带轮的典型结构轮槽工作面不应有砂眼、气孔，轮辐及轮毂不应有缩孔和较大的凹陷3．带轮的技术要求14.3.1带传动的受力分析由于带以初拉力F0张紧地套在两个带轮上，在F0的作用下，带与带轮的接触面上产生正压力。14.3带传动工作情况分析图14-5带传动的工作原理带是弹性体，在传动过程中，由于受拉力而产生弹性变形，但由于紧边和松边的拉力不同，因而弹性变形也不同。14.3.2带的弹性滑动和打滑图14-6带的弹性滑动示意图（箭头表示带轮对带的摩擦力方向）这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，称为弹性滑动。这是带传动正常工作时固有的特性，是不可避免的。弹性滑动引起的后果是：从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，产生了速度损失；降低了传动效率，增加带的磨损，缩短带的寿命；使带温升高。从动轮圆周速度的降低量可用滑动率来表示，即121100%vvv若工作载荷超过这个极限值，带将沿整个接触弧滑动，这种现象称为打滑。打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动，打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。14.4.1失效形式和设计准则带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏。因此，带传动的设计准则是：在保证带传动不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。14.4V带传动的设计计算14.4.2单根V带的基本额定功率14.4.3原始数据及设计内容14.4.4设计步骤及参数选择1．确定设计功率工作情况空、轻载起动重载起动每天工作小时数/h1010～16161010～1616载荷变动微小液体搅拌机、通风机和鼓风机（≤7.5kW）、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.01.11.21.11.21.3载荷