机械传动理论

§3.2 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 带传动的优点: 带传动的优点 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 传动的外廓尺寸较大；由于带的弹性滑动不能保 带传动的缺点: 带传动的缺点 证准确的传动比；带的寿命短；传动效率较低。
c
A
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。
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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 弯曲应力 学公式得弯曲应力σb 2 Ey σb = d d （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σb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 σmax=σ1+σb1+σc 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。
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。
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外齿轮示意图
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齿轮的模数与齿数的关系
§3.2 机Βιβλιοθήκη Baidu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： 轮齿折断: ①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。 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。 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。
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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。
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②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。 点蚀 齿面胶合: ③齿面胶合 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
磨粒性磨损
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2、带传动 、 （1）带传动概述 ） 1)带传动的组成 带传动的组成 带传动是由主动带轮、从动带轮和环形带组成
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2)分类
啮合带传动 平带 普通V带 按带传动方式 摩擦带传动V带窄V带 宽V带 圆带 特殊截面带 多楔带
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（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 ①齿顶圆 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 ②齿根圆 为齿根圆。其直径和半径分别以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 ③齿厚 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 ④齿槽宽 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 ⑤齿距 该圆上的齿距，以pk表示，pk=sk+ek。 分度圆： ⑥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。
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•外啮合齿轮传动 ：其两齿轮的转动方向相反。 外啮合齿轮传动 •内啮合齿轮传动：其两齿轮的转动方向相同。 内啮合齿轮传动： 内啮合齿轮传动 •齿轮与齿条传动 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
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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。
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（3）带传动的应力分析及失效形式 ） ①拉应力 拉应力:紧边的拉应力 σ = F1 （MPa） 拉应力 1 A 松边的拉应力 σ = F2 （MPa） 2 A 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 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 离心应力 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σc qv 2 （MPa） σ =
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④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 齿面磨损 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： ⑤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。
斜齿圆柱齿轮传动
人字齿轮传动
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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 空间齿轮机构： （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
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(a) 开口销固定
(b) 弹簧夹固定 滚子链接头型式
(c) 过渡链节
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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 滚子链链轮 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α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。
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带的应力分布
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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）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 齿形链： 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。
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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）。
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。 准双曲面齿轮传动
交错轴斜齿轮传动
蜗杆传动
准双曲面齿轮传动
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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 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 传动比 角速度之比(i12=ω1/ω2） ¶定传动比 定传动比（即i12=常数）。 定传动比 ¶变传动比 变传动比（即i12按一定的规律变化） 变传动比 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。 ①平面齿轮机构 平面齿轮机构：用于两平行轴之间的传动。 平面齿轮机构 a) 直齿圆柱齿轮传动：直齿圆柱齿轮或简称直齿轮。 直齿圆柱齿轮传动：
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②滚子链: 由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。其中内链 滚子链 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。
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⑦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 齿顶高 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根，其径向 ⑧齿根高 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 ⑨齿全高 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。 ①齿数 模数:为了便于计算、制造和检验，人为规定p/π的值叫做模数， ②模数 以m表示，即令m=p/π，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。 ③传动比 传动比:相互啮合两齿轮的角速度之比，用i12来表示。 传动比 i12=ω1/ω2=z2/z1。
双排链 滚子链
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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 节距 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。