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1、 3 2机械传动理论 3 2 1机械传动概述机械是机器和机构的总称 在国防 科技 国民生产的各个领域以及日常生活中都有着及其广泛的应用 机械化生产的水平高低是衡量一个国家技术水平和现代化程度的重要标志 3 2 1 1机构机构是由多种实物 如齿轮 螺丝 连杆 叶片等机械零件 组和而成 各实物间具有确定的相对运动 如水泵的叶轮与外壳间 内燃机的活塞与气缸间等 组成机构的各相对运动的部分为构件 3 2 1 2机器机器是根据某种使用要求而设计制造的一种能执行某种机械运动装置 在接受外界输入能量时 能变换和传递能量 物料和信息 3 2 1 3机械应满足的基本要求 1 必须达到预定的使用功能 工作可靠 机
2、构精简 2 经济合理 安全可靠 生产率高 能耗少 原材料和辅助材料节省 管理和维修费用低 3 操作方便 操作方式符合人们的心理和习惯 尽量降低噪声 防止有毒 有害介质渗漏 机身美观等 4 对不同使用环境适应性要强 如容易卸 装 容易搬动等 齿轮传动概述齿轮机构是各种机构中应用最为广泛的一种传动机构 它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力 并具有功率范围大 传动效率高 传动比准确 使用寿命长 工作安全可靠等特点 根据一对齿轮在啮合过程中 其传动比 i12 1 2 是否恒定 可将齿轮机构分为两大类 1 定传动比 即i12 常数 传动的齿轮机构因为在这种齿轮机构中的齿轮都是圆形的 如圆柱形和圆锥形
3、等 所以又称为圆形齿轮机构 3 2 2 1齿轮传动 2 变传动比 即i12按一定的规律变化 传动的齿轮因为在这种齿轮机构中的齿轮一般是非圆形的 所以又称为非圆齿轮机构 圆形齿轮 传动比恒定 机械运行平稳非圆形齿轮 用于一些有特殊要求的机械中 圆形齿轮机构的类型很多 根据两齿轮啮合传动时其相对运动是平面运动还是空间运动 又可将其分为平面齿轮机构和空间齿轮机构两类 1 平面齿轮机构 用于两平行轴之间的传动a 直齿圆柱齿轮传动包括 外啮合齿轮传动 其两齿轮的转动方向相反 内啮合齿轮传动 其两齿轮的转动方向相同 齿轮与齿条传动 b 斜齿圆柱齿轮传动又简称斜齿轮 斜齿轮轮齿的齿向对其轴线倾斜了一个角度
4、称为螺旋角 斜齿轮传动也可非为外啮合传动 内啮合传动和齿轮与齿条传动等三种情况 c 人字齿轮传动人字齿轮可看作是由螺旋角方向相反的两个斜齿轮所组成的 它可制成整体式的或拼合式的 2 空间齿轮机构空间齿轮机构用来传递空间两相交轴或相错轴 既不平行又不相交 之间的运动和动力 常见类型如下 a 锥齿轮传动用于两相交轴之间的传动 b 交错轴斜齿轮传动用于传递两相错轴之间的运动 c 蜗杆传动也是用于传递相错轴之间的运动 用于相错轴之间的齿轮传动 除上述传动以外 还有准双曲面齿轮传动 也是比肩常见的型式 齿轮机构的类型虽然很多 但直齿圆柱齿轮传动是齿轮机构中最简单 最基本 同时也是应用最广泛的一种 齿廓线
5、是渐开线的齿轮称渐开线齿轮 对定传动比的齿轮而言 从啮合 设计 制造 安装和使用等方面综合考虑 此种齿轮应用最为广泛 渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸 以外齿轮为例 1 各部分的名称及符号基圆 db齿顶圆 dara齿根圆 dfrf齿距 周节 pk齿厚 sk齿槽宽 ek任意处 pk sk ek 分度圆上 p e s齿顶高 ha齿根高 hf全齿高 h ha hf 渐开线标准齿轮的基本参数1 齿数z2 模数m d pz d pz 令 m p m作为基本参数模数d mz3 传动比相互啮合两齿轮的角速度之比 用i12表示 i12 1 2 z2 z1 对于圆形齿轮传动比恒定 齿轮传动的主要失效形式齿轮的失
6、效形式主要有一下五种 1 齿轮折断一般发生在齿根部分原因 齿轮受力时齿跟弯曲应力最大 而且应力集中 2 齿面点蚀在过高的接触应力的多次重复作用下 齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹 裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑 即疲劳点蚀 3 齿面胶合在高速重载传动中 常因啮合温度升高而引起润滑失效 致使两齿面金属直接接触并相互粘联 当两齿面相对运动时 较软的齿面沿滑动方向被撕裂出现沟纹这种现象称为胶合 预防 适当提高齿面硬度 降低表面粗糙度 低速传动采用粘度大的润滑油 高速传动采用采用含抗胶合添加剂的润滑油 4 齿面磨损齿轮传动时 两件开县齿廓之间有相对滑动 在载荷作用下会引起齿面磨损 主要
7、有两种情况 由于灰尘 硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损 齿面间的互相摩擦而产生的磨合性磨损 预防 采用闭合传动 降底齿面的粗糙度 保持良好的润滑 5 齿面变形在重载作用下 较软的齿面上可能产生局部的塑形变形 使齿面失去正确齿形 3 2 2 2带传动在摩擦传动中 按带的横截面形状分为 平带 V带 特殊截面带a 平带传动按主从动轴相对位置分为 平行轴间的开口传动 交叉传动 半交叉传动b v带传动只有开口传动一种 在摩擦带传动中 按照带的横截面的形状不同可分为 平带 v带和特殊截面带 如圆带 多楔带 等四大类 如图3 38 圆带传递的功率很小 常用于低速轻载的机械中 如家用缝纫机等 平带的横截面
8、为扁平矩形 其工作面是与轮面相接触的内表面 v带的横截面为等腰梯形 其工作表面是与轮槽相接触的两侧面 而v带 图3 38带的横截面形状 带与槽轮底部不接触 在预紧力相同的情况下 v带传动比平带能产生更大的摩擦力 能传递更大的功率 多楔带是在平带基体下边做出许多纵向楔其楔形部分嵌入带轮上相应的楔形槽内 靠多个楔面摩工作 因此 多楔带具有v带的摩擦力大 又具备平带的弯曲应力小的优点 常用于传递动力较大 而又要求结构尺寸紧凑的场合 平带传动中 按主动轴与从动轴的相对位置来分 又有平行轴间的开口转动 交叉转动以及垂直交叉轴间的半交叉转动 v带传动中 只有开口传动一种形式 v带又分为普通v带 窄v带 宽
9、v带等类型 其中普通v带应用最广 近年来 窄v带也得到了越来越广泛的应用 图3 39带传动的传动形式 1 拉应力紧边的拉应力松边的拉应力式中F1 F2 分别为紧边和松边的拉力 N A 带的横截面面积 mm2 2 离心应力当带以速度v沿着带轮轮缘做圆周运动时 带本身的质量将引起离心力 由于离心力的作用 带全长的所有截面上要产生离心应力 2 带传动的应力分析及失效形式 式中q 带的单位长度质量 kg m A 带的横截面面积 mm2 V 带速 m s 3 弯曲应力带绕在带轮上时 因弯曲而产生弯曲应力 由材料力学公式得弯曲应力 b 式中y 由中性面到最外层的垂直距离 mm2 E 带材料的弹性模量 MP
10、a dd 带轮的基准直径 mm dd越小 b就越大 则 b1大于 b20 上图为带的应力分布情况 由图可知 在变应力下工作 最大应力发生在带绕到小带轮A点 带每绕轮转过一圈 应力变化上次 达到一定值 使带产生疲劳破坏 可知带传动的主要失效形式是带的疲劳破坏及在带轮上打滑 3 2 2 3链传动 1 链传动概述链传动由装在平行轴上的主 从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成 链轮上有特殊齿形的齿 依靠炼狱链轮轮齿的咬合来传递运动和动力 链传动与齿轮传动相比 其特点 链传动的制造和安装精度要求较低 成本低 在远距离传动时 其结构要比齿轮传动轻便很多 链传动与带传动相比 其主要特点 1 链传动无弹性滑动和
11、打滑 能保证准确的平均传动比 传动效率高 2 需要的张紧力小 作用在轴上的力也小 可减少轴承的摩擦损失 3 同样使用条件下 链传动轮廓尺寸小 结构紧凑 4 能在灰尘 泥沙及高温等工作条件较恶劣的工作 链传动的缺点 1 瞬时链速和瞬时传动比是变化的 传动不平稳 2 工作时引起噪声 3 不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用 4 在两根平行轴间只能用于同向回转的传动 链传动按用途不同可分为 传动链 起重链曳引链等 在一般机械中常用传动链 2 传动链和链轮 链传动中用的传动链 按其结构不同主要有滚子链和齿形链 1 齿形链齿形链因工作时冲击和噪声较小 故又称无声链 它是由一组带有两个齿的链板并列左右
12、交错用铰链连接而成 链板齿形的两侧是直边 工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合 与滚子链相比较 齿形链运转平稳 承受冲击载荷的能力高 但齿形链重量较大 价格较高 结构复杂 对安装和维护的要求也较高 一般用于高速或运动精度要求较高的传动中 下面主要讨论应用较广的滚子链传动 2 滚子链滚子链的结构如图 由内链板1 外链板2 销轴3 套筒4和滚子5组成 其中内链板与套筒之间 外链板与销轴之间分别用过盈配合相固联 分别称为内链节 外链节 而套筒和销轴之间是间隙配合 这样内外链节就构成了一个铰链 滚子和套筒之间也是间隙配合 滚子可以自由转动 当链条和链轮进入和退出啮合时 内外链节相对转动 而同时滚子沿链轮齿廓
13、滚动 这样就可以减轻链条与链轮轮齿的磨损 因此传动链的磨损主要发生在销轴与套筒的接触面上 内外链板之间应留有少许间隙 以便润滑油渗入到销轴和套筒的摩擦面间 内外链板均制成 8 字形 使它的各横截面具有近视相等的抗拉强度 同时还可以减轻的重量以及运动时的惯性力 滚子链可制成单排链 双排链或三排链 多排链可传递较大的功率 理论上承载能力与排数成正比 但由于精度的影响 各排的承载不均 故排数不能过多 滚子链上相邻两销轴中心之间的距离称为链的节距 用P表示 它是链条的基本特性参数 节距P愈大 链条各部分的尺寸也愈大 承载能力亦愈高 同时冲击和振动也随之增加 链条的长度一般是用链条 节距 为单位 为了使
14、链连成封闭环状 链的两端应连接起来 链接头的形式如图所示 过渡链节在链条工作时 不但承受拉力 还受附加弯矩的作用 其强度仅为一般链节的80 应尽量避免采用 3 滚子链链轮链轮的轮廓曲线必须保证工作时链能自由而顺利地进入和退出啮合 在啮合时与滚子接触良好 并且其加工工艺性要好 链轮齿形虽已标准化 但国家标准中只规定了最大齿槽形状和最小齿槽形状 主要有 齿槽的齿面圆弧半径r 齿沟圆弧半径ri和齿沟角 的最大值和最小值 图3 47 a 详细情况参阅GB1244 85 实际链轮的端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间 目前较常用的一种端面齿形为图3 47 b 所示的 三元弧一直线 齿形 它由三段弧aa
15、ab cd和直线bc组成 这种齿形基本上符合国家标准中对齿形的规定 且具有较好的啮合性能 也便于加工 当选用此齿形并用相应的标准刀具 加工时 其端面齿形在链轮工作图中不必绘出 只需在工作图上注明 齿形按3RGB1244 85规定制造 即可 链轮的轴面齿形如图3 48所示 其两侧呈圆弧状 便于链节进入和退出啮合 在链轮工作图上 其轴面齿形需绘出 并应注明链节距p 齿数z 分度圆直径d 齿顶圆直径da 齿根圆直径df等 3 链传动的失效形式 1 链条的疲劳破坏链条不断地由松边到紧边周而复始的运动着 在紧边拉力和松边拉力反复作用下 经过一定的循环次数后 链板首先出现疲劳断裂 在润滑良好 中等速度工作
16、的链传动 链条疲劳强度是决定其承载能力的主要因素 2 链条铰链磨损失效在工作条件恶劣 润滑不良的开式链传动中 由于铰链中销轴与套筒间的压力较大 彼此又相对转动 因而使铰链磨损 链的实际节距变长 导致传动更不平稳 容易引起跳齿或脱链 3 链条铰链的胶合失效链轮转速过高而又润滑不良时 销轴和套筒间润滑磨破坏 使其两者在很高温度下直接接触 从而导致胶合 因此 胶合在一定程度上限制了链传动的极限转速 4 过载拉断失效在低速 6m s 重载或短期过载情况下 链条所受拉力超过了链条的静强度时 链条将被拉断 5 滚子和套筒的冲击疲劳破坏由于链节于链轮轮齿在啮合时 滚子与链条间产生冲击 在高速时 由于冲击载荷较大 使套筒与滚子表面发生冲击疲劳破坏 4 链传动的布置 1 为了保证正确啮合 两链轮应位于同一垂直面内 并保持两轴相互平行 2 两轮中心线最好水平布置 图3 49 a 或中心线与水平线夹角 不大于45 图3 49 b 因传动需要 当 60 时 应设张紧轮 张紧轮一般设置在松动小链轮附近 图3 4 9 c 张紧轮可以是链轮或无齿的滚轮 3 链传动的紧边布置在上 松边布置在下 图3 49 a 以免松
