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、机械传动概述一、机械传动概述机械是机器和机构的总称。1、机构、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

2、、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、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

3、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二、机械传动的主要方式1、齿轮传动、齿轮传动（1）齿轮传动概述）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）定传动比定传动比（即i12=常数）。变传动比变传动比（即i12按一定的规律变化）下

4、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：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：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：外啮合齿轮传动 内啮合齿轮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

5、三种情况。c)人字齿轮传动人字齿轮传动: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。斜齿圆柱齿轮传动 人字齿轮传动3.2 机械传动理论空间齿轮机构：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)锥齿轮传动锥齿轮传动：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。锥齿轮传动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: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: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

6、双曲面齿轮传动准双曲面齿轮传动:也是用于相错轴之间的齿轮传动。交错轴斜齿轮传动 蜗杆传动 准双曲面齿轮传动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）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df和rf表示。齿厚齿厚: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

7、，以ek表示。齿距齿距: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：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。齿根高齿根高:介于分度圆与齿根圆之间的轮齿部分称为齿根，其径向高度称为齿根高，以hf表示。齿全高齿全高: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。

8、（3）渐开线标准齿轮的基本参数渐开线标准齿轮的基本参数齿数齿数: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 外齿轮示意图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：轮齿折断轮齿折断: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

9、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，这种现象称为点蚀点蚀。齿面胶合齿面胶合:在高速重载传动中，常因齿面

10、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：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、带传动（1）带传动概述）带传动概述1)带传动的组成带传动的

11、组成带传动是由主动带轮、从动带轮和环形带组成3.2 机械传动理论2)分类多楔带圆带特殊截面带带宽带窄带普通带平带摩擦带传动啮合带传动按带传动方式VVVV3.2 机械传动理论3)工作原理工作原理*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

12、带。（2）带传动的特点）带传动的特点1)带传动的优点带传动的优点: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带传动的应力分析及失效形式拉应力拉应力: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

13、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。AF11AF22Aqvc23.2 机械传动理论弯曲应力弯曲应力: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 （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。dbdEy2

14、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、链传动（1）链传动组成及工作原理）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）传动链和链轮）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：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

15、。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。双排链双排链滚子链滚子链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

16、 (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）链传动的失效形式链条的疲劳破坏链条的疲劳破坏: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，链板首先开始出现疲劳断裂。链条铰链磨损失效链条铰链磨损失效:在工作条件恶劣、润滑不良的开式