第3章32机械传动理论.ppt

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1、3.2 机械传动理论,一、机械传动概述机械是机器和机构的总称。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）组合而成，各实物间具有确定的相对运动（如水泵的叶片与外壳间，内燃机的活塞与气缸间等）。组成机构的各相对运动的部分称为构件。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的装置，在接受外界输入能量时，能变换和传递能量、物料和信息。机器依其复杂程度可以由多种机构组合而成，而简单的机器也可以只包含一种机构，如电动机、水泵等。机器中普遍使用的机构称为常用机构，如齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等。,3.2 机械传动理论,3、机械应满足的基本要求（1）必须达到预定的使

2、用功能，工作可靠，机构精简。（2）经济合理，安全可靠，生产率高，效率高，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，尽量降低噪音，防止有毒、有害介质渗漏，机身美化等。（4）对不同用途和不同使用环境的适应性要强（如容易卸、装，容易搬动等）。4、机械传动的概念一台机器（机械）制造成功后都必须能完成设计者提出的要求，即执行某种机械运动以期达到变换和传递能量、物料和信息的目的。机器一般是由多种机构或构件按一定方式彼此相联而组成，当原动机（电动机、内燃机等）驱动机器运转时，其运动和动力是从机器的一部分逐级传递到相联的另一部分而最后到达执行机构来完成机器的

3、使命的。利用构件和机构把运动和动力从机器的一部分传递到另一部分的中间环节称为机械传动。,3.2 机械传动理论,二、机械传动的主要方式1、齿轮传动（1）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。传动比:一对齿轮在啮合过程中，其传动比定义为相互啮合齿轮的角速度之比(i12=1/2）定传动比（即i12=常数）。变传动比（即i12按一定的规律变化）下面只对圆形齿轮机构进行介绍。圆形齿轮机构的可将其分为平面齿轮机构和空间齿轮机构两类。平面齿轮机构：用于两平行轴之间的传动。a

4、)直齿圆柱齿轮传动：直齿圆柱齿轮或简称直齿轮。,3.2 机械传动理论,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：,齿轮与齿条传动,3.2 机械传动理论,b)斜齿圆柱齿轮传动:斜齿圆柱齿轮又简称斜齿轮。斜齿轮轮齿的齿向对其轴线倾斜了一个角度（称为螺旋角），斜齿轮传动也可分为外啮合传动、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。,3.2 机械传动理论,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。a)锥齿

5、轮传动：锥齿轮用于两相交轴之间的传动。锥齿轮的轮齿分布在截圆锥体的表面上，有直齿、斜齿及曲线齿之分。,3.2 机械传动理论,b)交错轴斜齿轮传动: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:蜗杆传动也是用于传递相错轴之间的运动。其两轴的交错角一般为90。d)准双曲面齿轮传动:也是用于相错轴之间的齿轮传动。,3.2 机械传动理论,（2）渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸齿廓线是渐开线的齿轮称渐开线齿轮。齿顶圆:以齿轮的轴心为圆心，通过齿轮各轮齿顶端所作的圆称为齿顶圆。其直径和半径分别以da和ra表示。齿根圆:以齿轮的轴心为圆心，通过齿轮各齿槽底部所作的圆称为齿根圆。其直径和半径分别以

6、df和rf表示。齿厚:沿任意圆周所量得的轮齿上的弧线厚度称为该圆周上的齿厚，以sk表示。齿槽宽:相邻两轮齿之间的齿槽沿任意圆周所量的弧线宽度，称为该圆周上的齿槽宽，以ek表示。齿距:沿任意圆周所量得的相邻两齿上同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距，以pk表示，pk=sk+ek。分度圆：在齿轮上作为计算基准的一个圆，其上的齿厚与齿槽宽相等，称该圆为齿轮的分度圆。其直径、半径、齿厚、齿槽宽和齿距分别以d、r、s、e和p表示，即e=s，且p=s+e。,3.2 机械传动理论,齿顶高:介于分度圆与齿顶圆之间的轮齿部分称为齿顶，其径向高度称为齿顶高，以ha表示。齿根高:介于分度圆与齿根圆之间的轮齿部分称为齿

7、根，其径向高度称为齿根高，以hf表示。齿全高:齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，即齿顶高与齿根高之和称为齿全高，以h表示，则h=ha+hf。（3）渐开线标准齿轮的基本参数齿数:在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为齿数，用z表示。模数:为了便于计算、制造和检验，人为规定p/的值叫做模数，以m表示，即令m=p/，其单位为mm，于是得d=zm。模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。传动比:相互啮合两齿轮的角速度之比，用i12来表示。i12=1/2=z2/z1。,3.2 机械传动理论,3.2 机械传动理论,齿轮的模数与齿数的关系,3.2 机械传动理论,（4）齿轮传动的主要失效形式齿轮的失效形式主要有以下5种：轮齿

8、折断:轮齿折断一般发生在齿根部分，因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且应力集中。在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲持久极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹逐渐扩展，最终引起断齿，这种折断称为疲劳折断。齿轮因短时过载或冲击过载而引起的突然折断，叫做过载折断。用淬火钢或灰铸铁等脆性较大的材料制成的齿轮，容易发生这种断齿。,3.2 机械传动理论,齿面点蚀：轮齿在啮合中，齿轮工作表面啮合点处的接触应力是脉动循环变化的。当齿面接触应力超过材料的接触持久极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，这些裂纹的逐渐扩展将使金属微粒剥落下来，形成微小的凹坑，这种现象称为点蚀。齿面胶合:

9、在高速重载传动中，常因齿面啮合区温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触而熔粘在一起，当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象称为胶合,3.2 机械传动理论,齿面磨损:齿轮传动时，两渐开线齿廓之间有相对滑动，在载荷作用下会引起齿面磨损。一种情况是由于灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；另一种是因齿面不可避免的互相摩擦而产生的磨合性磨损。齿面塑性变形：在重载作用下，较软的齿面上可能产生局部的塑性变形，使齿面失去正确齿形。这种损坏常在低速和过载、起动频繁的传动中遇到。,磨粒性磨损,3.2 机械传动理论,2、带传动（1）带传动概述1)带传动的组成带传动是由主动

10、带轮、从动带轮和环形带组成,3.2 机械传动理论,2)分类,3.2 机械传动理论,3)工作原理啮合带传动中主要是同步齿形带传动，依靠带内面的凸齿与带轮表面相应的齿槽相啮合来传递动力和运动，这种传动既能减轻对轴及轴承的压力，又能使主动轮节圆上与从动轮节圆上的速度同步，保证准确可靠的传动比，是一种较理想的传动方式。但由于对制造和安装的要求较高，所以限制了其应用范围。摩擦带传动中，依靠带和带轮接触面上的摩擦力将主动轮上的运动和动力传递给从动轮。性能、使用要求等都已标准化，按其截面的大小分为7种。窄V带。（2）带传动的特点1)带传动的优点:适用于中心距较大的传动；带有良好的弹性，可缓冲吸振；过载时带在

11、带轮上打滑，可保护其它零件；结构简单、制造方便、成本低廉。2)带传动的缺点:传动的外廓尺寸较大；由于带的弹性滑动不能保证准确的传动比；带的寿命短；传动效率较低。,3.2 机械传动理论,（3）带传动的应力分析及失效形式拉应力:紧边的拉应力（MPa）松边的拉应力（MPa）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。离心应力:当带以速度v沿着带轮轮缘作圆周运动时，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都要产生离心应力c（MPa）式中：q-带的单位长度质量，kg/m；A-带的横截面积，mm2；v-带速，m/s。,3.2 机械传动理论,弯曲应力:带绕

12、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（MPa）式中：y-由中性面到最外层的垂直距离，mm；E-带材料的弹性模量，MPa；dd-带轮的基准直径，mm。由上式可见，dd越小时，带的弯曲应力b就越大，带在变应力下工作，最大应力发生在带绕到小带轮上，其值为max=1+b1+c带每绕两带轮转过一圈时，应力变化四次。当应力循环达到一定值后，将使带产生疲劳破坏。,3.2 机械传动理论,带的应力分布,3.2 机械传动理论,3、链传动（1）链传动组成及工作原理 它是由装在平行轴上的主链轮、从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成。链轮上制有特殊齿形的齿，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。1

13、）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。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交错用铰链连接而成。,3.2 机械传动理论,滚子链:由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。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。滚子链可制成单排链、双排链或三排链。,双排链,滚子链,3.2 机械传动理论,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

14、，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节（节距）为单位。为了使链联成封闭环状，链的两端应联接起来。当组成链的链条长度为偶数个链节时，链节的两端正好外链板与内链板相联，可用开口销或弹簧夹将接头上的活动销轴固定。当组成链的总节数为奇数时，则需要采用过渡链节。(a)开口销固定(b)弹簧夹固定(c)过渡链节滚子链接头型式,3.2 机械传动理论,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。链轮的轴面齿形两侧呈圆弧状，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

15、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。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，其主要有：齿槽的齿面圆弧半径re、齿沟圆弧半径ri和齿沟角的最大值和最小值。目前较常用的一种端面齿形为“三圆弧一直线”齿形，它由三段弧、和直线组成。在链传动中，由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，所受冲击也较严重，故小链轮应采用比大链轮更好的材料。,3.2 机械传动理论,滚子链链轮的端面齿形,3.2 机械传动理论,（2）链传动的失效形式链条的疲劳破坏:链条不断地由松边到紧边周而复始地运动着，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

16、首先开始出现疲劳断裂。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。链条铰链的胶合失效:链轮转速过高而又润滑不良时，销轴和套筒间润滑膜破坏，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。过载拉断失效:在低速（v6m/s）重载或短期过载情况下，链条所受的拉力超过了链条的静强度时，链条将被拉断。滚子和套筒的多冲疲劳破坏:由于链节与链轮轮齿在啮合时，滚子与链轮间产生冲击。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

17、劳破坏。,3.2 机械传动理论,（3）链传动的布置链传动合理布置原则：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。两轮中心线最好水平布置或中心线与水平线夹角不大于45。当60时，应设张紧轮。张紧轮一般设置在松边小链轮附近。张紧轮可以是链轮或无齿的滚轮。链传动的紧边布置在上，松边布置在下，以免松边在上时，因下垂量过大而发生链条与链轮的干涉。,3.2 机械传动理论,（3）链传动的布置,3.2 机械传动理论,（4）链传动的润滑具有良好的润滑可缓和冲击，减少磨损和延长链条的使用寿命。对于闭式链传动，润滑方式主要有：人工定期润滑：定期在链条松边内、外链板间隙中注油。滴油润滑：用油杯向

18、链条松边内、外链板间隙中滴油，单排链每分钟供油520滴，速度高时取大值。油浴润滑：链条从油池中通过，链条浸油深度约为612mm。压力喷油润滑：用油泵循环供油，喷油管口放在链条啮入处，油压约0.05MPa即可。对于开式链传动，只能用人工定期润滑。当链传动不易按上述方式润滑时，可以定期拆卸，进行清洗、润滑和再安装。,3.2 机械传动理论,(5)链传动的特点 链传动与带传动都是属于带有中间挠性体的传动。但链传动与带传动相比，其主要特点是：链传动无弹性滑动和打滑，能保证准确的平均传动比，传动效率高；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；同样使用条件下，链传动轮廓尺寸小，结构紧凑；

19、能在灰尘、泥沙及高温等工作条件较恶劣的地方工作。链传动与齿轮传动相比，其主要特点是：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得多。,3.2 机械传动理论,链传动的主要缺点是：瞬时链速和瞬时传动比是变化的，传动不平稳；工作时引起噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用；在两根平行轴间只能用于同向回转的传动。链传动主要用于两轴中心距较大，要求平均传动比准确，工作条件恶劣，不宜采用带传动和齿轮传动的场合。通常传递的功率P100kW，传动比i8，链速v=15m/s，效率约为0.950.98。目前链传动广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、农机、交通、起重运输和机器制造等部门所使用的机械中。,