机械基础7-8章

*,*,*,第七章 常用机构,7-1,机构的基本知识,机构是具有确定相对运动的构件的组合。所有构件都在同一平面内或平行平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。常见的机构多为平面机构，本章仅讨论平面机构。,一、机构的基本概念,1.,运动副,两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接，称为运动副。,2.,自由度和运动副约束,一个作平面运动的自由构件有,3,个独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。一个作平面运动的自由构件有,3,个自由度。,当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两个相互接触的构件间只能作一定的相对运动，因此自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为运动副约束。,二、运动副的类型,按接触形式，运动副可分为低副和高副。,7-1,机构的基本知识,低副是两个构件通过面接触而构成的运动副。根据两个构件间的相对运动形式，低副又分为转动副和移动副。两个构件只能组成在一个平面内作相对转动的运动副，称为转动副（或铰链），如图,7-1a,所示。两个构件只能沿某一方向作相对移动的运动副，称为移动副，如图,7-1b,所示。,高副是通过点或线接触组成的运动副，如图,7-2,所示。,图,7-1,图,7-2,高副,7-2,平面连杆机构,一、铰链四杆机构,由转动副联接,4,个构件而形成的机构，称为铰链四杆机构，如图,7-3,所示。图中固定不动的构件,AD,是机架；与机架相连的构件,AB,、,CD,称为连架杆；不与机架直接相连的构件,BC,称为连杆。连架杆中，能作整周回转的称为曲柄，只能作往复摆动的称为摇杆。,1.,铰链四杆机构的类型 图,7-3,根据两连架杆中曲柄,(,或摇杆,),的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。,（,1,）曲柄摇杆机构。两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，如图,7-4,所示。曲柄摇杆机构的作用是将曲柄的回转运动转换成摇杆的往复摆动。如图,7-5,所示，汽车前窗刮雨器与搅拌机均为曲柄摇杆机构的应用。,图,7-4,曲柄摇杆机构 图,7-5,7-2,平面连杆机构,（,2,）双曲柄机构。两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图,7-6,所示。如图,7-7,所示，惯性筛即为双曲柄机构的应用。双曲柄机构的从动曲柄为单向转动，所以没有急回特性。当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄的瞬时角速度一般是变化的，这称为双曲柄机构的急转特性。,图,7-6,双曲柄机构 图,7-7,惯性筛,双曲柄机构中，当两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等时，称为平行双曲柄机构（平行四边形机构）。机车车轮联动机构，就是平行双曲柄机构的具体应用。它能保证被联动的各轮与主动轮作相同的运动。此外，还有反平行四边形机构，如公共汽车车门启闭机构。,7-2,平面连杆机构,(3,）双摇杆机构。两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，如图,7-8,所示。飞机起落结构（图,7-9,）就属于双摇杆机构。,图,7-8,双摇杆机构 图,7-9,飞机起落机构 图,7-10,铸造用的大型造型机箱翻盖机构,2.,铰链四杆机构的应用,（,1,）可以实现连杆的几个位置，图,7-10,为铸造用的大型造型机箱翻盖机构。,（,2,）可以实现给定连杆上点的轨迹，如图,7-11,所示。,图,7-11,7-2,平面连杆机构,（,3,）实现连架杆（摇杆）的给定运动规律，如图,7-12,所示。,图,7-12,图,7-13,曲柄滑块机构,3.,铰链四杆机构的曲柄存在条件,铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：,(1),最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。,(2),曲柄为最短杆。,铰链四杆机构存在曲柄的条件是：,(1),最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。,(2),机架或连架杆为最短杆。,二、铰链四杆机构的演变,1.,曲柄滑块机构,图,7-13b,和图,7-13c,表明了曲柄滑块机构的两个极位。,7-2,平面连杆机构,2.,偏心轮机构,图,7-14b,和图,7-14c,表明了偏心轮机构的两个极位。,图,7-14,偏心轮机构,3.,导杆机构,（,1,）摆动导杆机构：如图,7-15,（应用：牛头刨床）,（,2,）转动导杆机构：如图,7-16,（,3,）移动导杆机构：如图,7-17,（应用：手摇唧筒机构）,（,4,）摇块机构：如图,7-18,（应用：油泵、翻斗车）,图,7-15,摆动导杆机构 图,7-16,转动导杆机构 图,7-17,移动导杆机构 图,7-18,摇块机构,7-2,平面连杆机构,三、平面四杆机构的基本特性,1.,急回特性,摇杆来回摆动的摆角相同，但其往复运动快慢不相同的特性称为急回特性。图,7-19,所示为一曲柄摇杆机构，设曲柄,AB,为原动件，在其转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这时，摇杆,CD,分别位于两极限位置,C,1,D,和,C,2,D,。曲柄摇杆机构所处的这两个位置，称为极位。曲柄与连杆两次共线位置之间所夹的锐角,，称为极限夹角。,当曲柄由位置,AB,1,顺时针转到位置,AB,2,时，曲柄转角,1,=180+,，这时，摇杆由,C,1,D,摆到,C,2,D,，摇杆摆角为,；而当曲柄顺时针再转,2,=180-,时，摇杆由,C,2,D,摆到,C,1,D,，摆角仍为,。虽然摇杆的摆角相同，但对应曲柄转角,不同（,1,2,）；当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等（,t,1,t,2,）。令摇杆自,C,1,D,摆至,C,2,D,为工作行程，这时铰链,C,的,v,1,=c,1,c,2,/t,1,；摆杆自,C,2,D,摆至,C,1,D,为空行程，这时,C,点的平均速度是,v,2,=c,1,c,2,/t,2,，即,v,1,v,2,。曲柄摇杆机构的急回特性用行程速比系数,K,来表示，即摇杆回程的平均速度与工作行程的速度之比。,K,反映了机构急回运动特性的相对强度，,K,值越大，机构急回运动特性越明显。,图,7-19,2.,传动角和压力角（如图,7-20,所示）,压力角,指在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构从动件受力方向和受力点速度方向间所夹的锐角。传动角,为压力角的余角，指的是锐角。,7-2,平面连杆机构,图,7-20,图,7-21,曲柄摇杆机构的死点 图,7-22,夹紧机构,为了保证四杆机构的传力性能，一般要求四杆机构运动过程中的最小传动角不小于许用值，即,min,。当曲柄为主动件时，,min,只可能发生在曲柄与机架共线的位置。,3.,死点,当摇杆为主动件，且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置，如图,7-21,所示。在平面四杆机构中，只要有作往复运动的构件，就有死点位置问题。,7-3,凸轮机构,一、凸轮机构概述,1.,凸轮机构的组成及工作原理,凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，从动件是被凸轮直接推动的构件。凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架,3,个主要构件所组成的高副机构。图,7-23,为典型的盘状凸轮及移动凸轮。,图,7-23,凸轮机构,2.,凸轮机构的特点,只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。但是凸轮轮廓线与从动杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用于传递动力不大的场合。,3.,凸轮机构的分类及应用,(1),按形状凸轮分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。移动凸轮是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动，可以分为移动从动杆、移动凸轮机构和摆动从动杆移动凸轮机构。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。,(2),按端部形状从动杆分为尖顶从动杆、滚子从动杆和平底从动杆,7-3,凸轮机构,(2),按端部形状从动杆分为尖顶从动杆、滚子从动杆和平底从动杆,(3),按运动形式从动杆分为移动从动杆和摆动从动杆,二、凸轮与从动杆的运动关系,先以一对心移动尖顶从动杆盘形凸轮机构为例来说明一些常用的名词。,基圆是以凸轮的转动中心,O,为圆心，以凸轮的最小向径为半径（,r,0,）所作的圆。,r,0,称为凸轮的基圆半径。,推程是当凸轮以等角速度（,）逆时针转动时，从动杆在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置时，从动杆运动的这一过程。而相应的凸轮转角（,）称为推程运动角。,远休是凸轮继续转动，从动杆将处于最高位置而静止不动时的这一过程。与之相应的凸轮转角（,o,）称为远休止角。,回程是凸轮继续转动，从动杆又由最高位置回到最低位置的这一过程。相应的凸轮转角（,）称为回程运动角。,近休是当凸轮转过角,s,时，从动杆与凸轮廓线上向径最小的一段圆弧接触，而将处在最低位置静止不动的这一过程。,s,称为近休止角。,行程是从动杆在推程或回程中移动的距离（,h,）。,位移线图是描述位移（,s,）与凸轮转角（,）之间关系的图形。,第八章 机械传动,8-1,带传动与链传动,一、带传动,1.,带传动的工作原理和特点 图,8-1,如图,8-1,所示，带传动是一种常用的机械传动形式，它通过环形曳引元件，在两个或两个以上的传动轮之间传递运动和动力，它的主要作用是传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。,带传动带传动的使用特点：,（,1,）带传动的优点,带传动属于挠性传动，其运行平稳，噪声小，有缓冲吸振作用；带会在带轮上打滑，有过载保护作用；带传动允许较大的中心距，适于远距离传动；而且带结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉。,（,2,）带传动的缺点,8-1,带传动与链传动,由于带与带轮之间存在滑动，有弹性滑动使传动比不恒定；带的张紧力较大（与啮合传动相比），轴上压力较大；带的结构尺寸较大，不紧凑；带传动效率较低，带的寿命一般较短，不宜在易燃易爆场合下工作；带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃和易爆的场合。,2.,带传动的类型和应用,（,1,）带传动的类型。按传动原理带传动分为摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动靠传动带与带轮之间的摩擦力实现传动，如,V,带传动、平带传动等；啮合带传动靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。,按用途带传动分为传动带和输送带。传动带用来传递动力，输送带用来输送物品。,按传动带的截面形状分平带、,V,带、多楔带、圆形带和齿形带（同步带）。平带如图,8-2,所示，平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。,V,带如图,8-3,所示，,V,带的截面形状为梯形，两侧面为工作表面。多楔带如图,8-4,所示，多楔带是在平带基体上由多根,V,带组成的传动带，可以传递很大的功率。圆形带横截面为圆形，只用于小功率传动，如图,8-5,。齿形带（同步带）如图,8-6,所示。,8-1,带传动与链传动,图,8-2,平带 图,8-3V,带 图,8-4,多楔带 图,8-5,圆形带,图,8-6,齿形带,（,2,）带传动的应用。带传动是一种应用广泛的机械传动方式，在精密机械、工程机械、矿山机械、化工机械、交通运输和农业机械等各个领域，它都得到广泛的应用，如图,8-7,。,图,8-7,带传动的应用,8-1,带传动与链传动,3.V,带的结构和标准,（,1,）,V,带的结构。标准,V,带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图,8-8,所示。强力层的结构形式有帘布结构和线绳结构。其中，顶胶和底胶由橡胶制成，包布由橡胶帆布制成，主要起耐磨和保护的作用。,图,8-8 V,带横截面结构,（,2,）,V,带的标准。,V,带的种类：普通,V,带、窄,V,带、宽,V,带、大楔角,V,带、齿形,V,带、汽车,V,带、联组,V,带和接头,V,带等。其中普通,V,带应用最广。,普通,V,带已标准化，按截面尺寸有,Y,、,Z,、,A,、,B,、,C,、,D,、,E,等,7,种型号（表,8-1,）。,8-1,带传动与链传动,4.V,带轮的结构和材料选择,(1)V,带轮的结构。如图,8-9,所示，带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂,3,部分组成。轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。,图,8-9 V,带轮的结构,（,2,）,V,带轮的材料选择。带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为,HT150,或,HT200,；转速较高时宜采用铸钢，,(,或用钢板冲压后焊接而成,),；小功率时可用铸铝或塑料。,8-1,带传动与链传动,5.V,带轮的安装、张紧和维护,（,1,）,V,带轮的张紧,定期张紧法（两轮的中心距能够调整时）。如图,8-13,所示，采用定期改变中心距的方法来调节,V,带轮的预紧力，使,V,带轮重新张紧。,自动张紧法。如图,8-14,所示，将装有,V,带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用,V,带轮的自重，使,V,带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。,图,8-13,定期张紧法 图,8-14,自动张紧法,8-1,带传动与链传动,加张紧轮法,图,8-15,加张紧轮法,如图,8-15,所示，当中心距不能调节时，可采用张紧轮将,V,带轮张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使,V,带轮只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响小,V,带轮的包角。若张紧轮置于松边外侧，则应尽量靠近小,V,带轮。张紧轮的轮槽尺寸与,V,带轮的相同，且直径小于小,V,带轮的直径。,（,2,）,V,带轮的安装与维护要求，为了保证安全，,V,带轮必须遵守一定的安装方法，同时必须对,V,带轮进行必要的维护。一般要按设计要求选取带型、基准长度和根数；带不能与矿物油、酸、碱等介质接触，以免腐蚀；带不能曝晒，不能新旧带混用（多根带时），以免载荷分布不匀。,8-1,带传动与链传动,二、链传动,1.,链传动的组成和工作原理,链传动由主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等组成，比较重要的是两轴平行的大、小链轮和链条，如图,8-16,。,图,8-16,链传动,链传动与带传动有相似之处：链轮齿与链条的链节啮合，其中链条相当于带传动中的挠性带，但又不是靠摩擦力传动，而是靠链轮齿和链条之间的啮合来传动。因此，链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。,2.,链传动的特点和应用,与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比（平均传动比），传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为,97%,98%,）；又因链条不需要像带那样张得很紧，所以作用在轴上的压力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。与齿轮传动相比，链传动易于安装，成本低廉；在远距离传动时，结构更显轻便。运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪音较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴之间的传动。,8-1,带传动与链传动,3.,链传动的分类,（,1,）套筒滚子链。套筒滚子链的组成如图,8-17,所示，包括内链板，外链板，销轴，套筒，滚子，既有单排链，也有多排链（大功率）。套筒滚子链的特点是摩擦磨损较小，噪声较大。,（,2,）齿形链。齿形链的结构如图,8-18,所示。齿形链与套筒滚子链相比，其传动平稳，噪声较小，能传动较高速度，但摩擦、磨损较大。,图,8-17,套筒滚子链 图,8-18,齿形链,4.,链传动的失效形式,链传动的失效形式主要有链板、销轴、套筒和滚子的疲劳破坏；链节磨损后伸长；冲击破坏；胶合；轮齿过度磨损；过载拉断等良好的润滑是保证链传动正常工作的重要条件，当链传动的实际润滑方式与规定的润滑方式不符时，将影响链传动所能传递的功率或降低使用寿命。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,一、齿轮传动,1.,齿轮传动的特点、分类和应用,齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。,齿轮传动的类型很多，下面介绍几种常用的分类方法。,（,1,）按传动轴的相对位置可以分为平行轴齿轮传动（如图,8-19,）、相交轴齿轮传动（如图,8-20,）、交错轴齿轮传动（如图,8-21,）。平行轴齿轮传动又称为平面齿轮传动机构，相交轴齿轮传动机构和交错轴齿轮传动机构统称为空间齿轮传动机构。,图,8-19,平行轴齿轮传动 图,8-20,相交轴齿轮传动图,8-21,交错轴齿轮传动,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）按工作条件分为开式、半开式和闭式。,开式是齿外露，灰尘易于落在齿面，适用于低速及不重要的场合。半开式常用于农业机械、建筑机械及简单机械设备（只有简单防护罩）。闭式是轮齿封闭在箱体内，润滑、密封良好，常用于汽车、机床及航空发动机。,（,3,）按齿形分为渐开线、摆线和圆弧。,渐开线是常用齿轮的齿形；摆线主要用于计时仪器；圆弧主要用于要求承载能力较强的场合。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,2.,渐开线齿轮各部分的名称和主要参数,（,1,）渐开线齿轮各部分的名称（图,8-28,）,齿顶圆：包含齿轮所有齿顶端的圆称为齿顶圆，用,r,a,和,d,a,分别表示其半径和直径。,齿槽宽：齿轮相邻两齿之间的空间称为齿槽；在任意圆周,r,K,上所量得的齿槽的弧长称为该圆周上的齿槽宽，以,e,K,表示。,齿厚：沿任意圆周于同一轮齿两侧齿廓上所量得的弧长称为该圆周上的齿厚，以,s,K,表示。,图,8-28,渐开线齿轮各部分的名称,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,齿根圆：包含齿轮所有齿槽底的圆称为齿根圆，用,r,f,和,d,f,分别表示其半径和直径。,齿距：沿任意圆周上所量得的相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆周上的齿距，以,p,K,表示。在同一圆周上的齿距等于齿厚与齿槽宽之和，即,p,K,=s,K,+e,K,。,分度圆：在齿顶圆和齿根圆之间，规定一直径为,d,的圆，作为计算齿轮各部分尺寸的基准，这个圆称为分度圆。分度圆上的齿厚、齿槽宽和齿距分别用,s,、,e,和,p,表示，且,p=s+e,。分度圆的大小是由齿距,p,和齿数,z,决定的，因分度圆的周长,d=pz,，于是得：,d=pz/,。,齿顶高：分度圆与齿顶圆之间的径向距离称为齿顶高，用,h,a,表示。,齿根高：分度圆与齿根圆之间的径向距离称为齿根高，用,h,f,表示。,齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高，用,h,表示。,（,2,）渐开线齿轮的基本参数。决定渐开线齿轮尺寸和齿形的基本参数有,5,个：齿轮的模数,m,、压力角,、齿数,z,、齿顶高系数,h*a,及顶隙系数,c*,。以上,5,个参数，除齿数,z,外均已标准化。,模数,m,。分度圆上的齿距,p,对,的有理化比值称为模数。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,压力角,。渐开线齿轮各处的压力角不相等，分度圆上的压力角简称为压力角，用,表示，它是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数。分度圆就是渐开线齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。,齿数,z,。在渐开线齿轮的整个圆周上，轮齿的数目称为齿数，用,z,表示。,齿顶高系数和顶隙系数。齿顶高,ha,：分度圆与齿顶圆间的径向距离。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,3.,渐开线齿轮传动的啮合和安装条件,（,1,）啮合过程。如图,8-29,所示，齿轮,1,为主动轮，齿轮,2,为从动轮。当两轮的一对齿开始啮合时，先以主动轮的齿根推动从动轮的齿顶，因而起始啮合点是从动轮的齿顶圆与啮合线,N,1,N,2,的交点,B,2,。随着啮合传动的进行，轮齿啮合点沿着,N,1,N,2,移动，主动轮轮齿上的啮合点逐渐向齿顶部移动，而从动轮轮齿上的啮合点向齿根部移动。当啮合传动进行到主动轮的齿顶圆与啮合线,N,1,N,2,的交点,B,1,时，两轮齿即将脱离接触，故,B,1,为轮齿的终止啮合点。从一对轮齿的啮合过程来看，啮合点实际走过的轨迹只是啮合线,N,1,N,2,上的一段,B,1,B,2,，故将,B,1,B,2,称为实际啮合线。若将两轮的齿顶圆加大，则,B,1,B,2,就越接近两轮的啮合极限点,N,1,和,N,2,。但基圆内无渐开线，故实际啮合线不可能超过啮合极限点,N,1,和,N,2,。因此，啮合线,N,1,N,2,是理论上最大的啮合线，故称为理论啮合线。,N,1,N,2,与连心线,O,1,O,2,的交点,C,称为节点。,图,8-29,啮合过程,过节点,C,作两节圆的公切线,tt,，它与啮合线,N,1,N,2,所夹锐角,称为啮合角。当两齿轮的节圆和分图,8-30,齿轮正确啮合条件度圆重合时，啮合角等于压力角。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）正确啮合条件。图,8-30,表示一对渐开线齿轮同时有两对齿参加啮合，前一对齿在,K,点接触，后一对齿在,K,接触。它们都在啮合线,N,1,N,2,上，由图可以看出，只有当两轮相邻两齿的同侧齿廓之间法向距离相等，即,K,1,K,1,=K,2,K,2,时，才能保证两轮正确啮合。,K,1,K,1,和,K,2,K,2,称为两齿轮的法向齿距。,一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角分别相等。,图,8-30,齿轮正确齿合条件 图,8-31,齿轮的正确安装,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,3,）标准齿轮的安装。标准安装齿轮时，两轮间的中心矩称为标准中心矩。,4.,标准直齿圆柱齿轮,标准齿轮是指,m,、,、,h*a,、,c*,均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。一个标准齿轮的,5,个基本参数确定之后，其主要尺寸及齿廓形状就完全确定。,5.,斜齿圆柱齿轮的特点和应用,（,1,）斜齿圆柱齿轮的特点和应用。直齿是由发生面上一条直线展成。而当直齿薄片错成斜齿，则发生线是一条斜线。一对平行轴斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的齿廓是逐渐进入、脱离啮合，斜齿圆柱齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短，直至脱离接触，当其齿廓前端面脱离啮合时，齿廓的后端面仍在啮合中，载荷在齿宽方向上不是突然加上或卸下，其啮合过程比直齿轮长，同时啮合的齿轮对数也比直齿轮多，即其重合度较大。因此，斜齿圆柱齿轮传动工作较平稳，承载能力强，噪声和冲击较小，适用于高速、大功率的齿轮传动。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）斜齿圆柱齿轮的主要参数和尺寸计算。垂直于斜齿圆柱齿轮轴线的平面称为端面，与分度圆柱螺旋线垂直的平面称为法面。计算斜齿圆柱齿轮的尺寸时，应当注意端面参数与法面参数之间的关系。,斜齿圆柱齿轮的主要参数。,a.,螺旋角。用分度圆柱面上的螺旋角,表示斜齿圆柱齿轮轮齿的倾斜程度。斜齿圆柱齿轮的螺旋角一般为,8,20,。,b.,模数和压力角。图,8-34,为斜齿圆柱齿轮分度圆柱面的展开图。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,从图上可知，端面齿距,p,t,与法面齿距,p,n,的关系为：,p,t,=,p,n,/cos,因,p=m,，故法面模数,m,n,和端面模数,m,t,之间的关系为：,m,n,=,m,t,cos,在图,8-35,所示的斜齿条中，通过三角函数之间的换算，可以得出,tan,n,=tancos,。用铣刀或滚刀加工斜齿圆柱齿轮时，刀具沿着螺旋齿槽方向进行切削，刀刃位于法面上，故一般规定斜齿圆柱齿轮的法面模数和法面压力角为标准值。,图,8-34,分度圆柱面的展开图 图,8-35,端面压力角和法面压力角,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,c.,齿顶高系数及顶隙系数。无论从法面或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，即,h*,an,m,n,=h*,at,mt,以及,c*,n,m,n,=c*,t,m,t,。,斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件。一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两轮的法面压力角相等；法面模数相等；两轮螺旋角大小相等、方向相反，即,1,=-,2,。,斜齿圆柱齿轮尺寸的计算。由斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成可知，斜齿圆柱齿轮的端面齿廓曲线为渐开线。从端面来看，一对渐开线斜齿圆柱齿轮传动相当于一对渐开线直齿圆柱齿轮传动，故可将直齿圆柱齿轮尺寸的计算方式用于斜齿圆柱齿轮的端面。渐开线标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸按表,8-4,的公式计算。,斜齿圆柱齿轮的当量齿数和最少齿数。加工斜齿圆柱齿轮时，铣刀是沿着螺旋线方向进刀的，故应当按照齿轮的法面齿形来选择铣刀。另外，在计算轮齿的强度时，因为力作用在法面内，所以也需要知道法面的齿形。通常采用近似方法确定，用以下公式计算：,z,v,=z/cos,3,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,斜齿圆柱齿轮的当量齿数总是大于实际齿数，多于端面齿数（其中,z,为端面齿数），并且往往不是整数。斜齿圆柱齿轮的最少齿数计算公式如下：,z,min,=z,vmin,cos,3,因斜齿圆柱齿轮的当量齿轮为一直齿圆柱齿轮，其不发生根切的最少齿数,z,vmin,=17,，则正常齿标准的斜齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数为,z,min,=z,vmin,cos,3,=17cos,3,。,6.,直齿圆锥齿轮（如图,8-36,）,直齿圆锥齿轮用于传递两相交轴的运动和动力。其传动可看成是两个锥顶共点的圆锥体相互作纯滚动。,图,8-36,直齿圆锥齿轮,（,1,）直齿圆锥齿轮机构的特点及应用。直齿圆锥齿轮机构是用来传递空间两相交轴之间运动和动力的一种齿轮机构，其轮齿分布在截圆锥体上，齿形从大端到小端逐渐变小。圆柱齿轮中的有关圆柱均变成了圆锥，为计算和测量方便，通常取大端参数为标准值。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,如图,8-37,所示，现将两扇形齿轮的轮齿补足，使其成为完整的圆柱齿轮，那么它们的齿数将增大为,zv1,和,zv2,。这两个假想的直齿圆柱齿轮叫当量齿轮，其齿数为锥齿轮的当量齿数。,（,3,）直齿圆锥齿轮尺寸的计算。直齿圆锥齿轮的尺寸以大端为标准，便于确定齿轮外部尺寸。,图,8-37,当量齿数,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,7.,齿轮的结构和材料,（,1,）齿轮的结构。齿轮的强度计算和几何尺寸计算，主要是确定齿轮的模数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿宽等；而轮缘、轮辐和轮毂等结构尺寸和结构形式，则需通过结构设计来确定。齿轮的结构有锻造、铸造、装配及焊接齿轮等结构形式，具体的结构应根据工艺要求及经验公式确定。当齿顶圆直径与轴径接近时，应将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴（图,8-39,）。,图,8-39,齿轮轴,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）齿轮的材料。齿轮的材料总体要求是齿面要硬，齿芯要有韧性。选择齿轮材料首先要满足功能要求，这是各种零件选择材料的基本原则。齿轮的材料应能满足对承载能力的要求，对工作寿命的要求，对工作噪声的要求，对润滑条件的要求等；其次要满足工艺要求。常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等，一般多采用锻件或轧制钢材。开式低速传动可采用灰铸铁；球墨铸铁有时可代替铸钢。大尺寸齿轮因锻造设备的限制不宜选用锻钢，应考虑选择铸钢或铸铁，重要的齿轮要求承载能力和较小的尺寸，应选强度高的材料，但这类材料通常对热处理提出特殊要求，选用时应考虑热处理条件，但是载荷较小的情况可采用塑料、尼龙等材料通过一次成型方法制造。,二、蜗杆传动,1.,蜗杆传动的类型、特点和应用,（,1,）蜗杆传动的类型。按蜗杆形状的不同，蜗杆可分为圆柱蜗杆（常用）、环面蜗杆（图,8-41,）、锥蜗杆（图,8-42,）,3,类。按蜗杆螺旋面的形状不同，圆柱蜗杆分为普通圆柱蜗杆（图,8-43,）、阿基米德圆柱蜗杆（图,8-44,）、法向直廓蜗杆,3,类。,图,8-41,环面蜗杆,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,图,8-42,锥蜗杆 图,8-43,普通圆柱蜗杆图,（,2,）蜗杆传动的特点和应用。如图,8-45,所示，蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的。它用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两轴交错角为,90,。传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件，蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。,蜗杆传动得到很大的传动比，结构紧凑，传动平稳，噪声小；在分度机构中传动比,i,可达,1000,；在动力传动中，通常,i=8,80,。传动效率较低；为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高。,图,8-45,蜗杆传动,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,2.,圆柱蜗杆传动的主要参数和基本尺寸计算,（,1,）圆柱蜗杆传动的主要参数,模数,m,和压力角,如图,8-46,所示，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面，称为中间平面。,由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制齿轮，所以中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。,图,8-46,圆柱蜗杆传动,压力角标准值为,20,，,ZA,蜗杆取轴向压力角为标准值，,ZI,蜗杆取法向压力角为标准值。蜗杆分度圆（或称蜗杆中圆）直径以,d,1,表示，蜗轮分度圆直径以,d,2,表示。,在两轴交错角为,90,的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角,应 等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角,，且两者的旋向必须相同，即：,=,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,传动比,i,、蜗杆头数,z,1,和蜗轮齿数,z,2,。,设蜗杆头数（即螺旋线数目）为,z,1,，蜗轮齿数为,z2,，当蜗杆转一周时，蜗轮将转过,z,1,个齿（或,z,2,周）。 因此，其传动比为：,i=n,1,/n,2,=z,2,/z,1,d,2,/d,1,式中，,n,1,和,n,2,分别为蜗杆和蜗轮的转速。,蜗轮齿数,z,2,=iz,1,。,z,1,、,z,2,的推荐值见表,8-7,。,为了避免蜗轮轮齿发生根切，,z,2,不应小于,26,，但也不能大于,80,。若,z,2,过多，会使结构尺寸过大，蜗杆长度也随之增加，致使蜗杆刚度和啮合精度下降。,我国直径系数,q,和导程角,。切制蜗轮的滚刀，其直径及齿形参数（如模数,m,、螺旋线数,z1,和导程角,等）必须与相应的蜗杆相同。如果蜗杆分度圆直径,d,1,不作必要的限制，刀具品种和数量势必太多。为了减少刀具数量并便于标准化，我国制定了蜗杆分度圆直径的标准系列。国标,GB10085-88,中，每一个模数只与一个或几个蜗杆分度圆直径的标准值相对应。,图,8-47,蜗杆导程,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,齿面间滑动速度,v,s,。,蜗杆传动即使在节点,C,处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动，滑动速度,v,s,沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆周速度为,v,1,、蜗轮圆周速度为,v,2,，由图,8-48,可得：,v,s,=,（,v,2,1,+v,2,2,）,1/2,=v,1,/cos,。,滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传动效率等都有较大的影响。,中心距,a,。当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距计算公式为：,a=0.5,（,d,1,+d,2,）,=0.5m,（,z,1,+z,2,）,图,8-48,滑动速度,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）圆柱蜗杆传动的基本尺寸计算,图,8-49,蜗杆传动的基本尺寸,3.,蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损等。,由于蜗杆传动在齿面间有较大的相对滑动，会产生热量，使润滑油温度升高而变稀，增大了胶合的可能性。在闭式传动中，蜗轮轮齿的磨损就显得比较突出。,4.,蜗杆和蜗轮的材料及结构,(1),蜗杆和蜗轮的材料。蜗杆和蜗轮的材料除具有足够强度外，还要求具有减摩性、耐磨性和跑合性能。,蜗轮的材料，通常根据齿面之间相对滑动速度,vs,的大小来选择。,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）蜗杆和蜗轮的结构,蜗杆的结构。蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴，如图,8-50,所示。,蜗轮的结构。蜗轮可以制成整体的，如图,8-51a,。但为了节约贵重的有色金属，对于大尺寸的蜗轮通常采用组合式结构，即齿圈用有色金属制造，而轮芯用钢或铸铁制成，如图,8-51b,。,采用组合结构时，齿圈和轮芯之间可用过盈联接。为工作可靠起见，还要沿结合面圆周装上,4,8,个螺钉。为了便于钻孔，应将螺孔中心线向材料较硬的一边偏移,2,3mm,。这种结构用于尺寸不大而工作温度变化又较小的地方。轮圈与轮芯也可用铰制孔螺栓来联接（图,8-51c,），由于装拆方便，常用于尺寸较大或磨损后需要更换齿圈的场合。对于成批制造的蜗轮，常在铸铁轮芯上浇铸出青铜齿圈（图,8-51d,）。,图,8-50,蜗杆轴 图,8-51,蜗轮的结构,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,三、齿轮传动和蜗杆传动的维护,1.,齿轮传动的润滑,（,1,）润滑方式。一般分为浸油润滑和喷油润滑。通常根据齿轮的圆周速度来确定选用哪一种方式。,浸油润滑。当圆周速度,v,12m/s,时，通常将大齿轮浸入油池中进行润滑，如图,8-52a,所示。齿轮浸入油中的深度至少为,10mm,，转速低时可浸深一些，但浸入过深则会增大运动阻力并使油温升高。在多级齿轮传动中，对于未浸入油池内的齿轮，可采用带油轮将油带到未浸入油池内的齿轮齿面上，如图,8-52b,所示。浸油齿轮可将油甩到齿轮箱壁上，有利于散热。,喷油润滑。当齿轮的圆周速度,v,12m/s,时，由于圆周速度大，齿轮搅油剧烈，且粘附在齿廓面上的油易被甩掉，因此不宜采用浸油润滑，而应采用喷油润滑，即用油泵将具有一定压力的润滑油经喷油嘴喷到啮合的齿面上，如图,8-53,所示。,图,8-52,浸油润滑方式 图,8-53,喷油润滑,8-2,齿轮传动与蜗杆传动,（,2,）润滑油的选择。选择润滑油时，先根据齿轮的工作条件以及圆周速度查得运动粘度值，再根据选定的粘度确定润滑油的牌号。,2.,蜗轮和蜗杆的润滑,为了提高效率，减少发热，减少磨损和防止发生胶合，保证良好的润滑是十分必要的，所以往往采用粘度大的矿物油来进行润滑，并在润滑油中加入必要的添加剂，以提高其抗胶合能力。,对于闭式蜗杆传动，主要是根据相对滑动速度,vs,和载荷情况，从表中选择润滑油的粘度和给油方法。对于开式蜗杆传动，常采用粘度较高的齿轮油或润滑脂进行定期供油润滑。,对于闭式蜗杆传动，若采用浸入油池润滑，有利于动压油膜的形成，并有助于保证润滑和散热，油池应有足够油量，对传动件应有足够的浸油深度。对于下置或侧置蜗杆的传动，浸油深度约为蜗杆的一个齿高；若蜗轮上置，浸油深度约为蜗轮外径的,1/3,。若采用喷油润滑，喷油嘴应对准蜗杆齿的啮入端。蜗杆正反转时，两边都要装有喷油嘴，而且要控制一定的油压。,8-3,齿轮系,一、齿轮系的分类和应用,齿轮系是指由一系列齿轮组成的传动系统，简称轮系。,1.,齿轮系的分类,根据运转时各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否固定，齿轮系可以分为定轴轮系、周转轮系、复合轮系。定轴轮系也叫普通轮系，是指各齿轮轴线的位置相对机架固定不动的齿轮传动系统。周转轮系是指至少有一个齿轮的轴线（位置不固定）绕另一齿轮的轴线转动的齿轮传动系统。周转轮系由行星轮和中心轮（太阳轮）组成，如图,8-54,所示。行星轮是周转轮系中轴线不固定的齿轮。中心轮是轴线固定并与主轴线重合的齿轮。周转轮系的基本构件是指周转轮系中轴线与主轴线重合，并承受外力矩的构件。周转轮系根据其自由度的数目分为差动轮系和行星轮系。自由度为,2,的周转轮系为差动轮系，自由度为,1,的周转轮系为行星轮系。复合轮系既包含定轴轮系部分，又包含周转轮系部分，或是由几部分周转轮系组成的复杂的齿轮传动系统。,2.,齿轮系的应用,齿轮系的应用很广泛，主要有以下,5,个方面：,（,1,）获得较大的传动比，而且结构紧凑；,（,2,）换向传动，如车床走刀丝杠三星轮换向机构；,（,3,）实现分路传动，如钟表的时分秒针；,（,4,）运动合成和分解，如汽车传动轴； 图,8-54,周转轮系,（,5,）实现变速传动，采用轮系组成各种机构，可以将运转速度分为若干等级实现变速。,8-3,齿轮系,二、定轴齿轮系的传动比,1.,传动比大小的计算,在齿轮系中，把齿轮系中首、末两轮的传动速度之比，称为齿轮系的传动比。,2.,首、末轮转向的确定,在首、末轮的轴线相互平行时，用“”“,-”,表示，适用于平面定轴轮系（轴线平行，两轮转向不是相同就是相反）。外啮合齿轮的两轮转向相反，用“,-”,表示；内啮合齿轮的两轮转向相同，用“”表示。若轮系中有,m,个对外啮合齿轮，则末轮转向为,(-1)m,。,当两轮的轴线不平行时，在运动简图上用箭头标明两轮的转向关系。外啮合时，两箭头同时指向（或远离）啮合点，头头相对或尾尾相对；内啮合时两箭头同向。对于空间定轴齿轮系，只能用画箭头的方法来确定从动轮的转向。确定各齿轮的转向，经判断，齿轮,1,、,5,转向相反。,8-3,齿轮系,三、简单行星齿轮系的传动比,1.,周转齿轮系的传动比,由于简单行星齿轮系是周转齿轮系的特殊情况，以周转齿轮系的传动比为例进行计算。,周转齿轮系中，任两构件相对于系杆,H,的速比，称为该齿轮系的转化齿轮系的传动比（假想为定轴齿轮系传动比）。假定系杆固定时，所得到的“定轴齿轮系”，称为周转齿轮系的转化齿轮系，如图,8-57,所示。,图,8-57,转化齿轮系,在周转齿轮系中，经常会用到反转原理：即给周转齿轮系施以附加的公共转动,-,H,后，不改变齿轮系中各构件之间的相对运动，但原齿轮系将转化成为一新的定轴齿轮系，可按定轴齿轮系的计算公式计算该新齿轮系的传动比。转化后所得齿轮系称为原齿轮系的转化齿轮系，如图,8-58,所示。,8-3,齿轮系,应注意以下几点：,（,1),齿数连乘积之比前的“,”,号取决于转化齿轮系中,m,、,n,轮的转向；,（,2),齿轮,m,、齿轮,n,和系杆,H,必须是同一个周转齿轮系中轴线平行或重合的,3,个构件；,（,3)n,m,、,n,n,、,n,h,中，已知值应根据转向相同还是相反代入正负号，未知值的转向由计算结果判定。,图,8-59,2.,行星齿轮系传动比,若是行星齿轮系，行星齿轮系的结构类似于行星绕太阳转动，此时公式变为：,8-4,减速器,一、减速器的类型、特点及应用,减速器是一台独立的传动装置。它由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮（或蜗轮蜗杆）、传动轴及轴承等构件组成。常安装在电动机或其它原动机与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。,减速器按传动原理可分为普通减速器和行星减速器两大类。普通减速器的类型很多，一般可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器以及齿轮,蜗轮减速器等。减速器按级数不同又可分为单级、两级和三级减速器。此外，还可以分为立式与卧式减速器，从润滑角度看，卧式减速器能较好地解决润滑与密封问题，且结构工艺性较好。,减速器由于结构紧凑、传递功率范围大、工作可靠、寿命长、效率较高、使用和维护简单，因而应用非常广泛。一般情况下，按工作要求，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷等，可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。,1.,圆柱齿轮减速器,圆柱齿轮减速器的传动件是圆柱齿轮，所以只用于平行轴之间的传动。特点是：结构简单、传递功率大、效率高。一般来说，单级减速器的传动比,i8,，其传动简图如图,8-60,所示。,8-4,减速器,图,8-60,展开式减速器,同轴式减速器如图,8-61a,所示，同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，结构变得复杂。,分流式减速器如图,8-61b,所示，齿轮相对于轴承对称布置，载荷沿齿宽分布较均匀，受载情况较好，适于重载或变载荷的场合。其结构比较复杂。,图,8-61,同轴式和分流式减速器 图,8-62,圆锥齿轮减速器,2.,圆锥齿轮减速器,如图,8-62,所示，圆锥齿轮减速器用于输入轴与输出轴相交、传递功率不大和速度不高的场合。当传动比较大时，可采用两级或两级以上的圆锥,圆柱齿轮减速器。由于小锥齿轮常为悬臂布置，为使其受力小些，常将圆锥齿轮传动作为高速级。,3.,蜗杆减速器,图,8-63,所示为蜗杆减速器，它主要用于输入轴与输出轴需要在空间正交（垂直交错）的场合。它的传动比大，外廓尺寸比较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。,图,8-63,蜗杆减速器,二、减速器的结构和标准,1.,减速器的结构,现以单级圆柱齿轮减速器为例说明其基本结构。减速器除了齿轮（或蜗轮蜗杆）外，还有箱体及安装在箱体上的轴承和轴，具体的构造见图,8-64,。,2.,减速器的标准,目前我国已经制定了齿轮及蜗杆减速器的标准系列，并由专业部门的工厂生产。用户可以根据自己的需要和工厂的产品目录进行选购，优先选用合适的标准减速器。,8-4,减速器,1,箱座,8,大齿轮,17,放油螺塞,24,检查孔盖,2,透盖,10,调整环,18,油尺,25,通气孔,3,毡圈油封,11,端盖,19,启动吊钩,26,起重吊环,4,，,9,，,14,键,12,轴承,20,箱盖,27,销,5,轴,13,挡油环,21,起盖螺钉,28,联接螺栓,6,斜槽,15,齿轮,22,垫片,7,回油沟,16,垫圈,23,螺钉,图,8-64,普通减速器的结构,8-4,减速器,三、减速器的润滑,减速器的润滑包括齿轮副（或蜗杆蜗轮）啮合处的润滑以及轴承的润滑。齿轮副啮合处大多采用润滑油润滑，润滑油在啮合面上形成油膜，减少摩擦与磨损，此外，还起冷却作用。,对于减速器，要根据传动的圆周速度、传递载荷及工作温度选用适宜的润滑油。润滑油的粘度是选择润滑油的一项重要指标。传递载荷越大，要求润滑油粘度越大。工作温度越高，润滑油的粘度也应越大。一般情况下，速度越高，油粘度应该越小。常用的润滑方式有浸油式（图,8-65,）与喷油式（图,8-66,）两种。,图,8-65,浸油式润滑 图,8-66,喷油式润滑,当齿轮圆周速度较高（,2.5,12m/s,）时，滚动轴承可采用飞溅润滑，即靠齿轮运动将润滑油溅到箱盖内壁，然后通过回油沟经轴承盖进入轴承；当齿轮圆周速度较低时，由于齿轮飞溅的油量少，则采用润滑脂润滑。,