机械传动基础课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 机械传动基础,第一节 带传动,一、带传动的组成、特点及类型,1.,带传动的组成与速比,图,8-1,带传动的组成与速比,带传动由主动轮、从动轮和传动带所组成。 一般的传动带（同步齿形带除外）安装时需紧套在两个带轮上，依靠带轮与传动带间的摩擦力传递运动。,转速比,（,简称,速比,，也称为,传动比,）,i,：,主动轮与从动轮的转速之比,。,带传动的传动比为,（,8-1,）,式中,n,1,、,n,2,主、从动轮的转速，单位为,rpm,（每分钟的转数），,D,1,、,D,2,主、从动轮的直径，单位为,mm,。,式（,8-1,）表明，,带传动中两轮的转速比与两轮的直径成反比,。,2.,带传动的特点,传动带具有挠形，相应地带传动有以下优缺点： （,1,）能够缓和冲击，吸收振动，因此传动平稳，噪声小； （,2,）结构简单，制造和安置的精度要求不高，使用维护方便； 传动带损坏后容易更换，因此加工制造及运行成本均比较低；,（,3,）能简便地实现大中心距间的传动，最大中心距可达,15m,以上； （,4,）过载时传动带会在带轮上打滑，有利于避免机器中其他机件的损坏； （,5,）带传动不能保证精确不变的传动比； （,6,）带传动的机械传动效率较低； （,7,）因传动带必须张紧，使轴与轴承受到较大的径向力，对机器运行,有些不利影响。,3.,带传动的主要类型,3.,带传动的主要类型,图,8-2,带传动的类型,以传动带的截面形状,分类，带传动主要有：,a,）平带传动,b,）,V,带传动,c,）圆带传动,d,）同步带传动,3.,带传动的主要类型,平带传动,平带的截面为扁宽的矩形。,常见的平带有,橡胶帆布带,、皮革带、棉布带和化纤带等。,平带传动在力学性能方面不如,V,带传动，但平带厚度薄，挠曲性比,V,带好。,因此有以下两个优势：,平带柔软，更能,适应高速运转中的高频度挠曲,。,除普通开口传动外，平带还能实现,交叉传动（主、从动轮反向转动）、半,交叉传动（两轮轴空间位置交错）,。而这是,V,带传动不能实现的。,图,8-3,平带传动的几种形式,a,）开口传动,b,）交叉传动,c,）半交叉传动,3.,带传动的主要类型,平带传动,平带的截面为扁宽的矩形。,平带传动的几种形式,V,带传动,V,带的截面为梯形。,图,8-4,传动带与带轮间的径向力与正压力,a,）平带传动,b,）,V,带传动,V,带与带轮的梯形环槽，应由两侧面接触，槽底留有间隙、互不接触。,“,楔槽增压,” 带与带轮间径向压力相同，,2,38,的,V,带传动能力，约为平带的,3,倍,。,V,带横向尺寸小，几根,V,带并用，结构依然紧凑，传动能力进一步提高，更为平带所不及。,V,带传动的适用条件： 传递的功率,P,50Kw,， 带轮圆周线速度,v,5,25m/s,，,传动比,i,7,，,传动效率,0.95,。,圆带传动,截面为圆形，见图,8-2c,。,成本低廉，只能传递,1Kw,以下小功率，用于家用脚踏缝纫机等小产品上。,同步带传动,纵截面具有齿形，见图,8-2d,。,特点,：,工作可靠，传动能力高，线速度可达到,v,50m/s,；,传动比准确， 可高达,i,12,20,；,轴与轴承受力小；,但成本高。,多用于电子计算机、录音机、数控机床、纺织机械等产品中。,二、,V,带传动,1. V,带的构造与型号,二、,V,带传动,1. V,带的构造与型号,V,带构造,V,带为无接头的环形 带，是标准化零件。,图,8-5 V,带的构造,a),帘布芯结构,b),线绳芯结构,1,顶胶层,2,抗拉层,3,底胶层,4,包布层,V,带截面楔角在非工作状态下为,40,，在带轮上绷紧后为,32,38,。,图,8-5,为两种常用的,V,带构造。,V,带的型号,GB/T 11544-1997,规定，普通,V,带分为：,Y,、,Z,、,A,、,B,、,C,、,D,、,E,七种型号，见表,8-1,。,表,8-1,普通,V,带的截面尺寸,V,带的,中性层,长度和宽度均不因,V,带在带轮上绷紧而变化的一层。,节面宽度,（简称,节宽,）,b,P,V,带中性层的宽度。,V,带的基准长度系列,V,带的,基准长度,L,d,沿,V,带中性层量得的环形长度，见表,8-2,。,表,8-2,普通,V,带基准长度的标准系列 （,mm,）,V,带标记,普通,V,带的标记由,型号,、,基准长度,和,标准号,三部分组成。,例如基准长度,1800mm,的,B,型普通,V,带标记为：“,B 1800 GB/T 11544-1997”,。 厂家常将,V,带的标记、制造年月日和厂名压印在,V,带的顶面上。,2. V,带轮,V,带轮的材料与结构,V,带轮的选材随其圆周速度,v,由低到高分别采用灰铸铁和铸钢。传递小功率时，为减轻带轮重量，可采用铸铝合金或工程塑料。,V,带轮的结构，从外到里分三部分：外圈轮缘,1,，中部轮辐,2,，内圈轮毂,3,。 随基准直径,d,的大小不同而有三种具体形式,见图,8-6,。,图,8-6 V,带轮的结构,a),轮缘、轮辐与轮毂,b),小尺寸的实心轮,2. V,带轮,图,8-6 V,带轮的结构,c),中等尺寸的辐板轮,d),大尺寸的辐条轮,普通,V,带轮的轮槽尺寸,表,8-3,普通,V,带轮的轮槽尺寸,（摘自,GB/T 13575.1-1992,）,V,带在带轮上绷紧后楔角会减小，因此,V,带槽的楔角,也应,40,，且随,V,带型号及基准直径而变。考虑各种技术因素，国标,GB/T 13575.1-1992,对,V,带,轮槽的截面形状和尺寸有具体详细的规定，见表,8-3,。,3. V,带传动的张紧装置,V,带绕在带轮上应该保持适当的张紧度。张紧过度，轴与轴承受力过大，不利机器运转，且降低,V,带的使用寿命。张紧不足，则传动能力降低，甚至,因带与带轮间打滑而使传动失效。,安装之初张紧适宜的,V,带，会在使用中逐渐松弛，仍需适时调整其张紧度。因此,V,带传动需要设置张紧装置。几种常见,V,带张紧装置如图,8-7,所示。,图,8-7,带传动的几种张紧装置,a,）移动式张紧装置,b,）摆移动式张紧装置,c,）能自动调节的张紧装置,4.,带传动的受力分析（简介）,5.,带传动的应力分析（简介）,第二节 链传动,滚子链传动,第二节 链传动,一、链传动的组成、速比及特点,1,链传动的组成,图,8-8,链传动的组成,链传动主要由主动链轮、链条、从动链轮三构件与机架等部分组成。,第二节 链传动,一、链传动的组成、速比及特点,1,链传动的组成,机械中的传动链有,滚子链,和,齿形链,两大类。,滚子链,第二节 链传动,一、链传动的组成、速比及特点,1,链传动的组成,机械中的传动链有,滚子链,和,齿性链,两大类。,图,8-9,齿形链的构造,齿形链传动平稳，耐冲击，噪声小，又称为无声链，用于高速和精度高的场合。但齿形链重量大，价格贵。本节介绍应用广泛的滚子链。,第二节 链传动,一、链传动的组成、速比及特点,滚子链的结构组成,2,链传动的速比及运动特性,链传动的平均速比,链传动是齿啮性传动，从较长一段时间来考虑其平均速比,i,，应该有,（,8-2,）,式中,n,1,、,n,2,主、从动轮的转速，单位为,rpm,（每分钟的转数），,z,1,、,z,2,主、从动轮的齿数 。,式（,8-2,）表明，,链传动的平均速比与主动轮、从动轮的齿数成反比,。,2,链传动的速比及运动特性,链传动的运动特性,链传动中，链条移动的速度时时在变化着；因此，链传动的平均速比虽与链轮齿数成反比，但,瞬时速比,（也称为,瞬时传动比,）却有所波动；,在链传动中，链条会产生上下方向的颤动，这种颤动是链传动的有害因素。 链轮的转速越高、链轮齿数越少、链条节距越大，则链传动的瞬时速比不均匀性和链条的颤动就越严重。,2,链传动的速比及运动特性,链传动的运动特性,3,链传动的特点,与带传动对比，链传动的特点如下：,（,1,）,对环境的要求低,，能在高温、多尘、无防护的条件下工作，这是,突出优点,。 （,2,）相对于带传动，有平均传动比恒定不变的优点。,（,3,）低速传动中，能传递大圆周力不打滑（对比带传动）；但高速传动中，链 条速度的波动、颤动和噪声均大，不如带传动平稳；且无过载保护性能。 （,4,）链条不需要在链轮上绷紧，有利于降低轴与轴承的受力。 （,5,）传递功率相同，结构比带传动紧凑，但制造和安装的要求较高。 （,6,）一般,只宜布置在基本铅垂的平面内，链轮轴的方向受到限制,，这是,突出的 局限和不足。,与齿轮传动对比，除了对环境要求低、成本低、适宜中心距较大以外，齿轮传 动的优越性均无可置疑。 从上述链传动的优缺点可知，自行车用链传动可谓是扬长避短了。 链传动的适用条件为：功率,P,100Kw,，传动比,i,6,，链速,v,15m/s,，,中心距,a,5m,； 链传动的效率为,0.92,0.98,。,二、滚子链传动,1,滚子链的构造与型号 （参见下页图）,滚子链由内链板,1,、外链板,2,、销轴,3,、套筒,4,及滚子,5,组成。,链节距,p,滚子链上相邻两滚子的中心距离。,传动链是标准件，以链节距,p,为基本参数。,传递的功率较大，又要求结构紧凑，可采用双排或多排链。,1,滚子链的构造与型号,1,内链板,2,外链板,3,销轴,4,套筒,5,滚子图,8-10,滚子链的构造与双排滚子链,a,）滚子链的构造,b,）双排滚子链,二、滚子链传动,1,滚子链的构造与型号,标准滚子链分为,A,、,B,两个系列，常用的是,A,系列。,A,系列滚子链的主要参数见表,8-4,。该标准采用英寸为长度单位。,1,英寸,25.4mm,，（,1/16,）英寸（,25.4/16,）,mm,1.5875mm,，表中的“链号”数乘以,1.5875mm,就是该链号滚子链的链节距,p,。,表,8-4 A,系列滚子链的主要参数,（摘自,GB/T 1243-1997,）,滚子链的标记为： 链号,排数,节数 标准号 。 例如,A,系列、节距,19.05mm,、单排、,92,节的滚子链，其标记为：,12A192 GB/T 1243-1997,。,链的长度用链节数表示。,传动链的链节数以选偶数为宜，此时用开口销或弹簧夹即可将链条联接成链环（图,8-11a,、,b,）。如链节数为奇数，须用有弯链板的“过渡链节”联成环形（图,8-11c,），从而降低链的承载能力，,图,8-11,滚子链联结封闭环形的接头形式,a),开口销,b),弹簧卡,c),过渡链节,传动链的链节数以选偶数为宜，,此时用开口销或弹簧夹即可将链条联接成链环（图,8-11a,、,b,）。如链节数为奇数，须用有弯链板的“过渡链节”联成环形（图,8-11c,），从而,降低链的承载能力，,图,8-11,滚子链联结封闭环形的接头形式,a),开口销,b),弹簧卡,c),过渡链节,2,滚子链链轮,图,8-12,链轮的结构形式,a),小尺寸整体式,b),中尺寸孔板式,c),大尺寸组合式,滚子链链轮的齿形已标准化，设计图上不必画端面齿形，只注明如,“齿形按,GB/T 1244-1995,规定制造”等即可。但设计图上需画出链轮的轴向齿形和尺寸，可参照,BG/T 1243-1997,。,链轮的结构随尺寸而异，参看图,8-12,。,链轮材料要求强度和耐磨性，小链轮应选用较优材料。,3,链传动的布置,尽量布置在铅垂平面内，,使链条的链节能顺畅地与,链轮齿啮合。,应紧边在上、松边在下。 若松边在上，则在链子脱 离主动链轮处可能出现“咬,链”现象，影响正常传动。,两链轮的轴线在同一水平 面内（或接近如此）。若,需要斜向布置，两轴中心,连线与水平线的夹角,应 小于,45,。,安装时，松边的初始下垂量取两轴中心距的,1,2,。使用一段时间后，松,边的下垂量加大。会造成啮合不良。解决问题的方法之一，是将两链轮的中,心距调大；解决方法之二，是减除一个链节。 在松边安置一个张紧轮则是解决此问题的更佳方法。,链传动主、从动轮的转向相同。将两轮之一安置在链环的外侧，可使两轮转 向相反。但同时需要安置称为“游轮”的张紧轮。,图,8-13,链传动的布置,3,链传动的布置,3,链传动的布置,3,链传动的布置,3,链传动的布置,3,链传动的布置,3,链传动的功率曲线,第三节 齿轮传动,一、齿轮传动的类型与特点,1,齿轮传动的类型,按两轴线的空间位置，齿轮传动分为,平行轴齿轮传动,、,相交轴齿轮传动,、,交错轴齿轮传动,三大类；,按齿向不同分为,直齿、斜齿,、,人字齿,、,曲线齿,等类型；,根据啮合形式分为,外啮合,、,内啮合,两类。,图,8-14,齿轮传动的类型,2 .,齿轮传动的特点,齿轮传动在现代机械中应用最为广泛，其特点如下：,传动精度高,前面讲过，带传动不能保证传动比准确，链传动也不能实现恒定的瞬时传动比；但现代常用的渐开线齿轮，其传动比在理论上是准确、恒定不变的；这不但对精密机械与仪器是关键要求，也是高速重载下减少动载影响、实现平稳传动的重要条件。,适用范围宽,传递的功率范围极宽，可以从,0.001W,到,60 000kW,；圆,周速度可以很低，也可高达,150m/s,，均为带传动、链传动难以比拟。,可实现平行轴、相交轴、交错轴等空间任意两轴间的传动,，也为带传动、链传动所难以企及。,工作可靠，使用寿命长,。,传动效率较高，一般为,0.94,0.99,。,齿轮传动的不足方面有：,制造和安装要求较高，因而成本也较高；,对环境要求较严，除低速、低精度情况外，需要安置在箱罩中防 尘防垢，还需有润滑装置；,不适用于相距较远两轴间的传动；,减振性和抗冲击性不如带传动等柔性传动好。,二、渐开线直齿圆柱齿轮,二、渐开线直齿圆柱齿轮,1.,齿轮的传动比与渐开线齿轮,轮齿齿廓与齿轮传动比,图,8-16,古代齿轮传动不能保持瞬时传动比的恒定,古代齿轮的齿廓是直线或其他简单线形，齿形不严格不精确。传动中每转过一个齿都发生一次撞击，瞬时传动比波动较大，传动很不平稳。在转速高、功率大的现代传动中，根本不能用。,二、渐开线直齿圆柱齿轮,1.,齿轮的传动比与渐开线齿轮,渐开线齿轮的恒定传动比,图,8-16,渐开线与渐开线齿轮,a,）渐开线及其形成,b,）渐开线齿轮,直线,AB,紧靠在半径,r,b,的圆周上做纯滚动，,AB,上任一点,K,的轨迹,CKK,称为该圆的,渐开线,.,该圆称为此渐开线的,基圆,，,r,b,为基圆半径，,AB,称为发生线,。,采用渐开线作为齿廓曲线的齿轮称为,渐开线齿轮,。,二、渐开线直齿圆柱齿轮,1.,齿轮的传动比与渐开线齿轮,渐开线齿轮的恒定传动比,渐开线的形成过程,二、渐开线直齿圆柱齿轮,1.,齿轮的传动比与渐开线齿轮,渐开线齿轮的恒定传动比,渐开线齿轮齿廓的形成过程,由渐开线的形成过程可知：,渐开线上任一点的法线就是通过该点的渐开线发生线，此直线与基圆相切。,基圆以内没有渐开线。,几何学的分析可以证明：从,理论上,说，,渐开线齿轮传动具有恒定的传动比,。,由于制造有误差、齿廓会磨损，实际齿廓不可能是绝对精确的渐开线，所以传动比也并非绝对准确与恒定。但这些因素的影响毕竟轻微得多，也便于控制了。 可见，,渐开线齿轮的出现，使齿轮传动的性能取得了质的飞跃,，因此在现代获得了广泛的应用。,渐开线齿轮还有,两个明显的优点,，使它在应用中一直独占鳌头：,切齿刀具的通用性好,，有利于简化加工设备和降低制造成本，,两轴的,中心距略有安装误差对传动比没有影响,，便于安装使用。,渐开线传动中心矩可分性,2.,渐开线齿轮的参数与尺寸关系,齿轮各部分的名称,2.,渐开线齿轮的参数与尺寸关系,齿轮各部分的名称,图,8-17,齿轮各部分的名称及表示符号,齿顶圆 直径,d,a,、半径,r,a,。,齿根圆 直径,d,f,、半径,r,f,。,齿厚 圆周上的轮齿厚度（弧,长）。齿根处齿厚最大、接近,齿顶齿厚趋窄。,齿槽宽 圆周上的齿槽宽度（弧 长）。在不同齿根处齿槽宽最,窄、接近齿顶齿槽宽驱宽。,齿距 圆周上相邻两同侧齿廓的 间距（弧长）。圆大对应大齿距。,分度圆,齿厚与齿槽宽相等的圆。,分度圆是重要概念，与分度圆相,关的参数均用不带下标的字母来表示，分别为,直径,d,、半径,r,、,分度圆齿厚,s,、 分度圆齿槽宽,e,、分度圆齿距,p,等。应该有以下关系：,s,e,（,8-3,）,p,s,e,2,s,2,e,（,8-4,）,齿顶高,h,a,。,齿根高,h,f,。,全齿高,h,。,h,h,a,h,f,（,8-5,）,直齿圆柱齿轮的基本参数,基本参数有齿数,z,、模数,m,、压力角,、齿顶高系数,h,a,*,、顶隙系数,c*,等。,齿数,z,齿轮传动的传动比与主动轮、从动轮的齿数成反比,，即,（,8-6,）,式中,n,1,、,n,2,主、从动轮的转速，单位为,rpm,（每分钟的转数），,z,1,、,z,2,主、从动轮的齿数 。,模数,m,齿轮上轮齿的大小，可用其径向尺寸全齿高来表示，也可用,其周向尺寸齿距来表示。这些参数间具有确定的关系，任选其一即可。 设以分度圆齿距,p,作为表示轮齿大小的参量，是否方便呢？,分度圆齿距,p,是一段弧长，与分度圆直径,d,、齿数,z,的关系为,zp,d,，,即,（,8-7,）,式（,8-7,）中包含无理数,3.14159,。为了让需要测量的分度圆直径,d,是有理数，则分度圆齿距,p,将是个无理数；而用无理数来表示轮齿的大小显然,不便，为此，特定义另外一个表示轮齿大小的参数，称为,模数,，用,m,表示：,（,8-8,）,或,d,zm,（,8-9,）,式（,8-8,）表明：,模数,m,的意义是分度圆齿距,p,的,1/,。,式（,8-9,）表明：,分度圆直径,d,等于齿轮齿数,z,与模数,m,的乘积,。,图,8-18,轮齿大小与模数成正比,显然，轮齿尺寸与模数大小成正比例；,模数加大，齿厚增厚、齿距加长，承载能力增强。,模数,m,是齿轮设计计算的重要参数,。,稍后即将看到，在齿轮计算公式中均以模数,m,作,为基准参量。,国家标准已经制定了齿轮模数的标准系列。,表,8-5,渐开线齿轮的模数系列,（,GB/T 1357-1987,） （单位：,mm,）,式（,8-9,）是齿轮设计计算的基本公式之一,。,压力角,物体因受力而产生运动，,力的作用方向和物体上力作用点的运动方向间的夹角,，称为,压力角,。,图,8-19,压力角与渐开线齿轮的压力角,a),压力角的含义,b),渐开线齿轮的压力角,意义：,压力角越小,，力的方向与运动方向越接近一致，,推动物体运动越省力,。,渐开线齿轮啮合中的压力角问题简介。,.,齿轮啮合时力的作用方向,因光滑面上力必沿法线方向，则,齿廓上力必沿渐开线发生线的方向；,轮齿在,K,1,、,K,2,点啮合（图,8-20b,） ，,力,F,1,、,F,2,必沿,K,1,N,1,、,K,2,N,2,方向。, .,从动轮上力作用点的运动方向,从动轮绕,O,2,转，,K,1,、,K,2,必沿,v,1,、,v,2,运动。,由图,8-20b,知，,采用离基圆较近处的渐开线为齿廓，齿轮传动的压力角较小,。,但基圆内没有渐开线，所以齿根圆必须比基圆大；而分度圆又比齿根圆大，,因此,分度圆压力角不可能很小,。,综合各种因素，,我国国家标准规定标准齿轮的（分度圆）压力角为,20,。,压力角数值定下来，渐开线齿廓的形状才能确定，因此，,齿数,z,、模数,m,和压力角,三者是直齿圆柱渐开线齿轮主要的基本参数,。,齿顶高系数,h,a,*,和顶隙系数,c*,齿顶高系数,h,a,*,齿顶高,h,a,与模数,m,的比值，即,h,a,h,a,* m,（,8-10,）,由于：,只有齿距,p,相同、即模数,m,相同的齿轮才能啮合，,两齿轮的标,准安装距是两个分度圆相切；因此齿根高,h,f,必须略大于齿顶高,h,a,，否则两齿,轮必发生,“干涉”而,无法传动。于是应该有,h,f,h,a,C,（,8-11,）,式中,C,为,两齿轮啮合时的“,径向间隙,”，或称“,顶隙,”。,顶隙系数,c*,顶隙,C,与模数,m,的比值，即,C,c*m,（,8-12,）,由式（,8-11,）、（,8-10,）、（,8-12,）得到齿根高的计算公式,h,f,（,h,a,*,c*,）,m,（,8-13,）,由式（,8-5,）、（,8-13,）得到全齿高的计算公式,h,（,2,h,a,*,c*,）,m,（,8-14,）,齿顶高系数,h,a,*,和顶隙系数,c*,也是齿轮的基本参数。,我国标准规定，正常齿制：,h,a,*,1.00,，,c*,0.25,；,短齿制：,h,a,*,0.80,，,c*,0.30,。,齿轮参数的选择,标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸,表,8-6,正常制标准直齿圆柱齿轮主要几何尺寸的计算公式,内齿轮与齿条,内齿轮与齿条,图,8-21,内齿轮与齿条的齿形与参数,a),内齿轮（局部）,b),齿条（局部）,内齿轮,齿廓是内凹渐开线，齿厚、齿槽形状与外齿轮相反；各参数均与外齿轮对应，仅齿顶圆直径,d,a,、齿根圆直径,d,f,的公式与外齿轮有差别，见表,8-6,。,齿条,当齿轮齿数增加到无限多，齿顶圆、分度圆、齿根圆变得无限大，,其局部成为互相平行的直线，代表分度圆的直线称为齿条的中线。齿条的渐开线齿廓也成为直线，齿廓的垂线与中线的夹角就是齿条啮合中的压力角，标准,值,20,，特称为齿条的,齿形角,。,3.,渐开线齿轮传动的应用知识要点,从应用出发，下面简介渐开线齿轮传动的知识要点而略去理论证明。,一对渐开线齿轮，必须模数相等、压力角相等才能啮合传动,。,两渐开线齿轮的标准安装条件为分度圆相切，标准中心距,a,为两齿轮分度圆半径之和,，由式（,8-8,）可得：,当两齿轮为内啮合时，公式中的加号改为减号。,（,8-15,）,式中,z,1,、,z,2,两齿轮的齿数，,m,齿轮的模数。,加工安装必有误差，但只要实际中心距与式（,8-15,）的标准值不差得太多， 即两轮啮合不致间断，也不互相“卡死”，则,实际安装中心距与标准中心距略有偏差，并不影响传动比的恒定性，这是渐开线齿轮传动的突出特点和优点,。,两齿轮实现连续传动的条件是：在一对轮齿脱离啮合前下一对轮齿能进入啮,合。标准渐开线齿轮在标准中心距的条件下，均可实现连续传动；齿轮齿数多，对实现连续传动有利。,3.,渐开线齿轮传动的应用知识要点,正常齿制标准渐开线直齿齿轮的最小齿数,z,min,17,。,齿数小于,17,，由于“根切”（解释略）使部分齿廓丧失渐开线齿形，从而降低,传动质量 。若允许存在微小“根切” ，可取到,z,min,14,。需齿数更少，则可采用,“,变位齿轮,”（略）。另外，稍后将简介的斜齿齿轮，其最小齿数也可小于,14,。,例,8-1,一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮，已知模数,m,2mm,，两轮齿数,z,1,25,，,z,2,100,，压力角,20,，正常齿制。,求：两轮分度圆直径,d,1,、,d,2,，齿顶圆直径,d,a1,、,d,a2,，齿根圆直径,d,f1,、,d,f2,， 基圆直径,d,b1,、,d,b2,及两轮的中心距,a,。,解,根据表,8-6,中的公式及式（,8-15,）计算如下：,分度圆直径,d,1,m,z,1,2mm25,50mm,d,2,m,z,2,2mm100,200mm,齿顶圆直径,d,a1,d,1,2,h,a,d,1,2,h,a,*m,50mm,（,212mm,）,54mm,d,a2,d,2,2,h,a,d,2,2,h,a,*m,200mm,（,212mm,）,204mm,齿根圆直径,d,f1,d,1,2,（,h,f,*,c*,）,50mm,2,（,1,0.25,）,2mm,45mm,d,f2,d,2,2,（,h,f,*,c*,）,200mm,2,（,1,0.25,）,2mm,195mm,基圆直径,d,b1,d,1,cos,50mmcos20,46.99mm,d,b2,d,2,cos,200mmcos20,187.94mm,两轮中心距,例,8-2,一对标准安装的外啮合渐开线直齿圆柱齿轮，已知中心距,a,75mm,，传动比,i,4,。模数,m,1.5mm,，压力角,20,，正常齿制。 求：两轮的齿数,z,1,、,z,2,、分度圆直径,d,1,、,d,2,，齿顶圆直径,d,a1,、,d,a2,，齿根圆直径,d,f1,、,d,f2,以及基圆直径,d,b1,、,d,b2,。,解,先求小齿轮齿数,z,1,和大齿轮齿数,z,2,由式（,8-6,）,i,z,2,/,z,1,得到,z,2,iz,1,4,z,1,将上式代入式（,8-15,）， 得到,即,因此,z,2,4,z,1,420,80,。,再求两齿轮的其他参数,因两齿轮的齿数及模数已经知道，其他参数均可仿照例,8-1,那样求出。（略，建议大家自行练习计算）,三、齿轮的材料、结构与精度,1.,齿轮的失效形式与材料选择,齿轮的失效形式,齿轮损坏多因,轮齿失效,所致，主要形式有：,轮齿从齿根处断裂、齿面疲劳点蚀、齿面磨损和齿面胶合,，它们的引起原因及防止措施等见表,8-7,。,齿轮在工作中损坏而不能继续使用，称为,失效,。,表,8-7,齿轮轮齿的常见失效形式及防止措施,齿轮的常用材料,低速、轻载、无冲击的齿轮，选用价格低、易成型、易切齿的铸铁；载荷、,尺寸较大、形状复杂的齿轮选用铸钢；高速轻载、要求低噪声的齿轮选用工程塑料、尼龙等非金属材料。而大多数齿轮仍采用各种钢材制造，见表,8-8,。,相啮合的一对齿轮中，小齿轮应选较优质的材料，原因有三：,小齿轮受力循环次数多；,齿数越少轮齿的根部越薄，容易折断；,使相啮合的轮齿表面有明显的硬度差，有利于防止齿面胶合。,表,8-8,齿轮的常用材料及使用条件,齿轮传动的润滑,润滑对齿轮传动很重要,，作用有：,减少磨损、发热，降低噪声，延长使用,寿命，改善传动状况。,图,8-21,闭式齿轮传动的常用润滑形式,a,）浸油润滑,b,）喷油润滑,“,开式,”传动 齿轮传动装置暴露在环境中，没有罩盖。,“,半开式,”传动 传动装置有罩盖而没有完全封闭在箱体内。,“,闭式,”传动 传动装置封闭在箱体内。,开式、半开式齿轮传动仅用于低速、低精度工况，定期由人工加注润滑油。,闭式传动，有,浸油润滑,与,喷油润滑,等,形式，见图,8-21,。,浸油润滑也称为,油浴润,滑,，在齿轮箱内注润滑油使油面浸没大齿轮,1,2,个齿，,由齿轮的转动将油带至两齿,轮啮合处起润滑作用，如图,8-21a,所示。,更高速的传动中，为避免因搅油剧烈使油温升得过高，常采用喷油润滑，由油泵输油经喷嘴射向齿轮啮合处，如图,8-21b,所示。,齿轮传动的润滑,浸油润滑,齿轮传动的润滑,带油轮润滑,齿轮传动的润滑,喷油润滑,2.,圆柱齿轮的结构,齿轮结构与下列因素有关：毛坯种类、材料、尺寸、加工方法及生产批量,等。常见的齿轮结构类型如下：,齿轮轴,齿轮的外径较小，或齿根圆直径与相配的轴径相差很小时（图,8-22a,），常将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴，如图,8-22b,所示。,图,8-22,齿轮轴,a,）,2.5,m,b,）齿根圆直径与相配的轴径相差很小,实心式齿轮,齿顶圆直径,d,a,200mm,的中小尺寸齿轮多采用。,图,8-23,实心式齿轮（,d,a,200mm,）,辐板式齿轮,齿顶圆直径,d,a,200,500mm,的齿轮多采用（图略）。,3.,圆柱齿轮精度简介,齿轮传动精度的三个方面,针对齿轮传动质量的三个主要方面。,第,公差组为,传动准确性精度,规定齿轮一周转内的最大转角误差。,第,公差组为,传动平稳性精度,规定传动中冲击、振动、噪声等指标。,第,公差组为,载荷分布均匀性精度,规定齿面接触状况的指标。,不同工作的齿轮，对上述三种精度有不同的侧重方面。,齿轮的精度等级及其选择,GB/T 10095.1-2001,标准中规定，单个渐开线圆柱齿轮的精度有,1,12,级，,1,级最高，,12,级最低。,1,、,2,级精度属于待发展级。,高精度齿轮价格昂贵，一般不轻易选用。常用的齿轮精度是,6,级,9,级。,表,8-9,常用圆柱齿轮精度等级的适用条件及举例,4.,圆柱齿轮的加工方法,4.,圆柱齿轮的加工方法,仿形法加工齿轮,4.,圆柱齿轮的加工方法,4.,圆柱齿轮的加工方法,展成法加工齿轮,四、斜齿圆柱齿轮简介,四、斜齿圆柱齿轮简介,1,斜齿圆柱齿轮的形成原理,图,4-24,斜齿轮的几何形成原理,设想把直齿齿轮切成极多个极薄的,“齿轮片”，依次向同方向错开极小角度， 然后“粘”起来，得到如图,8-24b,所示的结 果：轮齿不再与齿轮的轴线平行，这就 是,斜齿轮,。,注意：斜齿轮的轮齿在空间不是直线，而是一条螺旋线。,2,斜齿轮传动的特点,图,8-25,齿轮啮合时齿面上的接触线,a,）直齿轮,b,）斜齿轮,螺旋齿的斜齿轮传动对比直齿轮，若干方面的性能大有改善，同时也带来缺点与问题。,斜齿轮传动的主要优点,传动平稳、噪音小,斜齿轮啮合从一端开始，接触线从短到,长，又缩短而脱离接触，作用力变化平缓。,承载能力强,斜齿轮传动同时参与啮合的齿对较多（,3,4,对），每齿分担的负荷降低。又因传动平稳，冲击和振动小，有利于承载。,齿面磨损均匀,平稳进入接触又平稳退出，使齿面磨损较为均匀，有利于维持齿廓的形状、维持传动的准确稳定。,最小齿数可以比直齿轮少,有利于达到结构紧凑、减轻重量的目的。,斜齿轮传动的缺点与问题,传动中产生轴向推力,这种轴向力有把两个齿轮互相推离的趋势，因此需要用能承受轴向力的轴承；或采用 “人字齿轮”，使同时产生方向相反的轴向力,F,a,互相抵消。但两种方法都增,加制造工作量和成本。,加工不如直齿轮简便，难达到较高的加工精度,。,图,8-29,斜齿轮及人字齿轮传动中的轴向力,a),斜齿轮上的轴向力,b),轴向力的影响,c),人字齿轮使轴向力抵消,d),人字齿轮传动,五、锥齿轮简介,五、锥齿轮简介,锥齿轮传动用于传递两相交轴间的运动；两锥齿轮轴成,90,夹角是最常见的,称为正交传动。但对于任意交角的两轴，用锥齿轮传动都较方便。,图,4-33,锥齿轮传动及其运动特性,曲齿锥齿轮传动平稳、承载能力高，在现代汽车、坦克、飞机等高速、重载传动中被广泛采用。,五、锥齿轮简介,2,锥齿轮传动的传动比,锥齿轮的各参数均以大端齿廓为依据进行定义与讨论。,一对锥齿轮正确啮合的条件是：,大端模数和压力角分别相等,。,正交锥齿轮传动，两轮分度圆锥角之和,1,2,90,，传动比,（,8-16,）,式中,n,1,、,n,2,主、从动轮的转速，单位为,rpm,（每分钟的转数），,z,1,、,z,2,主、从动轮的齿数。,六、蜗杆传动简介,蜗轮蜗杆应用,六、蜗杆传动简介,六、蜗杆传动简介,1,蜗杆传动概述,图,8-28,蜗杆传动的构成与功用,由蜗杆和蜗轮构成，,传递空间交错轴间的运动，交错角常为,90,，传动中的主动件是蜗杆。,下面简介常见的圆柱阿基米德蜗杆。,六、蜗杆传动简介,1,蜗杆传动概述,下面简介常见的圆柱阿基米德蜗杆。,阿基米德蜗杆和蜗轮的几何特征,图,8-29,阿基米德蜗杆的几何特性与传动原理,a,）蜗杆与螺杆的异同对比,b,）蜗轮蜗杆的啮合关系,蜗杆纵截面与渐开线齿条的齿形相同。,蜗杆有右旋、左旋之分；,也有单头、双头、多头蜗杆。,蜗杆纵截面内的齿形角与标准齿条,相同，,2,40,。,六、蜗杆传动简介,1,蜗杆传动概述,蜗杆有右旋、左旋之分；,也有单头、双头、多头蜗杆。,蜗杆的齿距,p,Z,（类似螺杆的螺距）与齿条一样，,p,z,m,，,m,是蜗杆的模数，应按,GB/T 10085-1988,规定。,p,Z,含有因子,3.14159,，可见是无理数。,蜗轮,外形与斜齿轮较像，蜗轮齿圈的中分面内齿形具有渐开线齿廓；但蜗轮的外缘不是圆柱面，而是一圈与蜗杆契合的弧形柱面，见图,8-29b,。,通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为,中间平面,，见图,8-29b,。,蜗杆传动中，中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合类似于齿轮齿条间的传动,，这就,是蜗轮蜗杆传动关系的要点。,2,蜗杆传动的特点与应用,图,8-30,蜗杆传动的特点和应用举例,a),紧凑的单级蜗杆传动机构,b),具有自锁性的手动葫芦,蜗杆传动,优点鲜明，,缺点突出，,适用条件明确,。,蜗杆传动的优点,传动比大，结构紧凑,。 单级传动比常取,i,8,80,，要求大传动比时蜗杆， 传动结构的紧凑为其他传动形式所难以比拟。,与齿轮是一个个分离的齿不同，蜗杆是一个连续的螺旋齿形，因此,传动平,稳，冲击、振动与噪音均小,。,因传动比大，,可用于,分度机构中得到,高精度的微小转角分度,。,蜗杆的螺旋升角小，,具有自锁性,，只能由蜗杆带动蜗轮，不能反向带动。 图,8-30b,为手动葫芦起重装置，操作者停止拉动时，重物被锁住不会掉落。,蜗杆传动的缺点,机械效率低,，一般,0.7,0.8,，有的自锁性蜗杆传动甚至,0.5,。,传动中,摩擦发热严重，齿面磨损快，需要有良好的散热、润滑条件，只适,用于功率不超过,50kW,的小功率传动、或间歇工作的设备,。,为减少磨损和摩擦，需用减磨性好的贵重有色金属制造蜗轮齿圈，齿面的,加工要求高光洁度，因而,成本较高,。,蜗杆传动 优点鲜明，,缺点突出，适用条件明确。,3,蜗杆传动的主要参数与传动比,蜗杆在中间平面内的模数为轴向模数,m,a1,；蜗轮在中间平面内的模数为端 面模数,m,t2,。,m,a1,和,m,t2,应根据,GB/T 10088-1988,标准（略）取值。,蜗杆分度圆直径,d,1,应根据轴向模数,m,t2,按,GB/T 10085-1988,（略）选取。,设蜗轮的齿数为,z,2,，则在中间平面内蜗轮各参数的意义、名称与齿轮类似，,参看图,8-29b,；各参数与齿数,z,2,、端面模数,m,t2,的关系也与齿轮参数关系相同。,蜗轮蜗杆正确啮合的条件是：中间平面内模数相等、压力角相等；在两轴,空间交错角为,90,时，蜗轮轮齿的螺旋角,2,与蜗杆导程角,相等。,蜗杆传动的传动比,i,与蜗杆头数,z,1,、蜗轮齿数,z,2,成反比：,（,8-17,）,3,蜗杆传动的主要参数与传动比,4,蜗杆的结构,5,蜗杆的受力方向,5,蜗轮蜗杆的热平衡,第四节 轮系与减速器,一、轮系,1,轮系及其种类,由若干对齿轮副组成的传动系统称为轮系,。轮系分以下两大类：,定轴轮系,传动中所有齿轮轴线的位置均固定不动的轮系。,周转轮系,传动中至少有一个齿轮轴绕其他齿轮的固定轴回转的轮系。,图,8-31,定轴轮系与周转轮系,a,）定轴轮系,b,）周转轮系,太阳轮,周转轮系中，轴线位置固定的齿轮，如图,8-31b,中的齿轮,1,、,3,。,行星轮,齿轮轴线绕其他轮轴转动的齿轮，如图,8-31b,中的齿轮,2,。,第四节 轮系与减速器,一、轮系,定轴轮系,第四节 轮系与减速器,一、轮系,周转轮系,第四节 轮系与减速器,一、轮系,复合轮系,第四节 轮系与减速器,一、轮系,锥齿轮行星轮,2,轮系的功用,（,1,）获得大传动比,图,8-32,二级齿轮减速轮系,一对齿轮的传动比一般不宜超过,5,，轮系则通过一级一级的连续增速或减速，可达到,很大传动比，而结构较为紧凑。,图,8-32,为二级齿轮减速器中的轮系。,钟表里分针与时针、秒针与,分针的传动比均为,60,，都由二级,齿轮传动实现；从秒针到时针，,传动比达,3600,，也只用四级传动,就实现了，结构很紧凑。,图,8-33,机械钟表里的多级齿轮传动,1,（秒轮到分轮的）过轮,2,秒轮,3,分轮,4,时轮,5 ,（分轮到时轮的）过轮,（,2,）实现变速、换向传动,图,8-34,可实现变速传动的轮系,图,8-34,是某汽车变速箱里的轮系，轴,是输入轴，花键轴,是输出轴，,D,是离合器，还有一根中间轴,，,可得到四种不同的传动比，实现变速输出。,图,8-35,用于换向的三星轮机构,变速输出,换向传动,图,8-35,是三星轮机构，一种简单换向输出轮系；从,z,1,z,2,z,3,z,4,的传动，转动一,下三角架，变为,z,1,z,3,z,4,，,减少一个中间,轮,z,2,，终端输出变向。,传动线路中增减一个外啮合中间轮，只,改变它后面齿轮的转向，而不影响它后面齿轮的转速，这种中间轮特称为,惰轮,。,实现变速、换向传动,换向传动,（,3,）实现多路传动,图,8-36,多路输出的轮系,a,）车削螺纹的传动机构,b),多头钻孔的传动机构,图,8-36a,的轮系有两个传动输出；同样方法不难实现更多路的输出。,图,8-36b,中一轮带动四轮，是另一种简单的多路输出形式。,图,4-37,采用轮系实现较大距离间的传动,（,4,）实现较大距离的齿轮传动,若两轴距离较大，用两个齿轮传动，,齿轮需要很大、很重，不可取。可用设,置中间轮的传动链解决此问题。,3,定轴轮系的传动比,轮系的传动比指轮系中输入轴转速与输出轴转速之比，也就是轮系中始端主动轮动轮与末端从动轮的转速之比,。,输入、输出轴的转向相同，传动比为正值；两者转向相反，传动比为负值。,定轴轮系的传动比,i,1k,可由下式表示,（,8-18,）,式中，,m,为轮系中外啮合齿轮的对数。,图,8-38,定轴轮系计算例,8-3,例,8-3,轮系中齿轮的齿数：,z,1,24,，,z,2,36,，,z,2,20,，,z,3,80,，,z,3,18,，,z,4,24,，,z,5,30,。 计算该轮系的传动比。,解,轮系中有三对外啮合的齿轮，即,m,3,；,根据式（,8-18,），该轮系的传动比为,注意,：图,8-38,中的齿轮,4,是个惰轮。,若定轴轮系中包含锥齿轮副、蜗轮蜗杆副，则轮系中存在互不平行的轴线，,各轮的转动方向不能用简单的正负号来表示。此时应在轮系的传动简图上，先,用箭头标出始端主动轮的某一转向，然后按传动路线逐个判断各轮的转向，用箭头逐个标示，直到最后，确定出末端从动轮的转向。,例,8-4,用箭头标出图,8-39,中各轮的转向。,图,8-39,定轴轮系计算例,8-4,解,始端主动轮,1,的转向可任意设定，用箭头作出标示，然后逐个分析判断，直至画出表示蜗轮,10,的转动方向,.,。,4,行星轮系的传动比,若轮系中，至少有一个齿轮的几何轴线不固定，而绕其它齿轮的固定几何轴线回转，则称为,行星轮系,。下图所示的轮系中，齿轮,2,除绕自身轴线回转外，还随同构件,H,一起绕齿轮,1,的固定几何轴线回转，该轮系即为行星轮系。,转化轮系,利用定轴轮系传动比计算方法，可列出转化轮系中任意两个齿轮的传动比。,1,，,3,轮的传动比为：,一般地，,n,G,和,n,K,为行星轮系中任意两个齿轮,G,和,K,的转速，,注意：,1.,公式只适用于圆柱齿轮组成的定轴轮系。对于由圆锥齿轮组成的行星轮系，当两齿轮和行星架的轴线互相平行时，仍可用公式来计算，但正、负应有箭 头法来判断。,2.,代入已知转速时，一方向代正，另一方向代负号。求得的转速为正，说明与正方向一致，反而反之。,行星轮系如图所示。已知：,Z,1,=15,，,Z,2,=25,，,Z,3,=20,，,Z,4,=60,，,n,1,=200r/min,，,n,4,=50r/min,，且两太阳轮,1,、,4,转向相反。试求行星架转速,n,H,及行星轮转速,n,3,。,图示是由圆锥齿轮组成的行星轮系。已知,Z,1,=60,，,Z,2,=40,，,Z,2,=Z,3,=20,，,n,1,=n,3,=120r/min,。 设中心轮,1,、,3,的转向相反，试求,n,H,的大小与方向。,图示的输送带行星轮系中，已知各齿轮的齿数分别为,Z,1,=12,，,Z,2,=33,，,Z,2,=30,，,Z,3,=78,，,Z,4,=75,。电动机的转速,n,1,=1450r/min,。试求输出轴转速,n,4,的大小与方向。,（,1,）谐波齿轮传动,5.,几种特殊类型的行星传动,（,1,）谐波齿轮传动,（,2,）摆线针轮行星传动,摆线针轮行星传动,（,2,）摆线针轮行星传动,（,3,）复合轮系,混合轮系是指由定轴轮系和行星轮系组合成的轮系。计算混合轮系的传动比时，不能将整个轮系单纯地按求定轴轮系或行星轮系传动比的方法来计算，而应将混合轮系中的定轴轮系和行星轮系区别开，分别列出它们的传动比计算公式，最后联立求解。,二、减速器,1,减速器的类型与选用,我国已制定了减速器的国标（,GB,）。专门厂家按标准生产的系列减速器，成本低，质量可靠。产品研发中选购减速器，有利于缩短开发周期，降低成本。,图,8-40,为常见齿轮减速器（含蜗杆减速器）的结构简图。,图,8-40,齿轮减速器的常见类型,a),单级圆柱齿轮减速器,b),二级圆柱齿轮减速器,c),锥齿轮减速器,d),蜗杆减速器,常见齿轮减速器（含蜗杆减速器）的主要特点及适用条件如下：,单级圆柱齿轮减速器 一般传动比,i,8,；有直齿轮的和斜齿轮的两种，后者可 适应较高的转速；还有卧式与立式之分，分别适用于产品的不同结构要求。,二级、三级圆柱齿轮减速器 二级的传动比为,i,8,60,、三级的传动比为,i,40,400,，可满足大传动比的要求。,锥齿轮减速器 用于两相交轴间的传动，单级传动比,i,10,；二级、三级的传 动比较大。,蜗杆减速器 单级蜗杆减速器的传动比可高达,i,80,若传递功率较大以,i,30,为 宜），具有传动比大、结构紧凑的优点，但发热严重，不适于大功率传动。,选用标准减速器时考虑的主要参数有：传动比、功率、结构尺寸（中心距、安装尺寸、减速器外轮廓等）、高速级齿轮的最高转速、齿轮的圆周速度与结构形式等。,2,减速器的结构,减速器一般由箱体、轴承、轴、轴上零件和附件等部分组成。,图,8-41,是单级圆柱齿轮减速器的结构图，虽然相对简单，但已 经具有代表性。,图,8-41,单级圆柱齿轮减速器的结构,1,螺栓,2,通气孔,3,视窗盖,4,箱盖,5,吊耳,6,吊钩,7,箱座,8,油标尺,9,油塞,10,集油沟,11,定位销,第五节 液压传动简介,一、液压传动的原理和组成,1,液压传动的原理,1,操作手柄,2,小活塞,3,小液压缸,4,单向阀,5,单向阀,6,大液压缸,7,大活塞,8,重物,9,放油阀,10,油池,图,8-42,液压千斤顶的液压系统,液压传动的工作原理是：以不可压缩的液体为介质，通过控制密封容积的变化，使压力液体按预定通路流动来传递动力。,液压千斤顶很常见，通过对它的分析可以了解简单液压传动的基本原理。,2,液压传动系统的基本组成,与手动操作的液压千斤顶不同，现代液压传动系统以液压泵为动力源，能自动连续地完成工作循环。,从工作台往返液压机构原理图可看出，液压系统一般由以下四部分组成。,1,油箱,2,滤油器,3,液压泵,4,溢流阀,5,节流阀,6,换向阀,7,工作台,8,液压缸,动力元件,指液压泵，系统,的动力源，为系统提供压力油。,执行元件,指液压缸、液压马达，作用是在压力油推动下输出,力和运动，以驱动工作部件，实现系统功能。,控制调节元件,指各种阀类元件，如溢流阀、节流阀、换向阀、,单向阀、伺服阀等，作用是控制系统中油液的压力、流量和流向。,辅助元件,如油箱、油管、滤,油器、压力计等。,图,8-50,工作台往返的液压传动系统,二、液压传动的特点,与机械传动、电气传动比较，液压传动有以下优点：,传动平稳，便于实现频繁换向和防止过载。,易于获得很大的工作力或工作力矩。,易于在较大的范围内实现无级变速。,便于采用电液联合控制，实现自动化。,液压元件已经实现了一定的系列化、标准化、通用化，便于选用。,液压传动的缺点主要有：,