第一章机械传动基础知识分析

第一章机械传动基础知识第一节基本概念一、常用的传动方式人类为了适应生活和生产上的需要，创造出各种各样的机器来代替或减轻人的劳动。

例如汽车、洗衣机以及各种机床。

在机器中，通常工作部分的转速（或速度）不等于动力部分的转速（或速度），运动形式往往也不同。

通常，将机器中动力部分的动力和运动按预定的要求传递到工作部分的中间环节，称为传动。

传动可以通过机、电、液等形式来实现。

在现代工业中，根据传动的原理不同，主要应用着机械传动、液压传动、气压传动和电传动等四种传动方式。

每种不同的传动形式都是通过一定的介质来传递能量和运动的，而由于传递介质的不同，形成了不同的传动特点，以及不同的适用范围。

1．机械传动机械传动是利用带轮、齿轮、链轮、轴、蜗杆与蜗轮、螺母与螺杆等机械零件作为介质来进行功率和运动的传递，即采用带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动和螺旋传动等装置来进行功率和运动的传递。

机械传动是最常见的传动方式，它具有传动准确可靠、操纵简单、容易掌握、受环境影响小等优点，但也存在传动装置笨重、效率低、远距离布置和操纵困难、安装位置自由度小等缺点。

2．液压传动液压传动是采用液压元件，利用处于密封容积内的液体（油或水）作为工作介质，以其压力进行功率和运动的传递。

液压传动由于自身所具有的特点，在现代工业中得到广泛的应用。

3．气压传动气压传动是采用气动元件，利用压缩空气作为工作介质，以其压力进行运动和功率的传递。

气压传动近年来在国内外都得到很快发展，这是因为它不仅可以实现单机自动化，而且可以控制流水线和自动线的生产过程，是实现自动控制的一种重要方法。

4．电传动电传动是采用电力设备和电气元件，利用调整其电参数（电压、电流和电阻），来实现运动或改变运动速度。

如收录机中拖动磁带的小电机，机床电气控制装置，直流电机，变频电机等。

以上四种传动方式在现代传动装置中，充分发挥着各自的特点和作用。

下面将着重介绍一些常见的机械传动形式：带传动、链传动、齿轮传动和螺旋传动。

二、机械传动在机器中的应用我们以图1-1所示牛头刨床的传动简图为例，来说明机械传动在机器中的作用。

由图可知，牛头刨床由床身、滑枕、刨刀、工作台、齿轮、带轮、带、导杆、滑块等组成。

电动机是刨床的动力来源，安装在床身上。

刨刀和工作台是直接完成切削任务的工作部分。

要将动力部分的动力和运动传到工作部分，就离不开这两者之间的传动部分。

刨床的动力和运动的传递由如下方式实现：在偏心销上套有一个可以绕其轴线回转的滑块，而滑块嵌入导杆中间的槽内，它与导杆中间的槽可作相对滑移。

导杆上端与滑枕用铰链相联，当电动机经齿轮传动装置带动大齿轮转动时，通过偏心销和滑块，便可带动导杆作往复摆动，从而通过铰链使滑枕沿床身的导轨作往复移动。

因此，在动力部分和工作部分之间，有带传动、齿轮传动、平面连杆机构等传动装置。

图1-1 牛头刨床1—电动机；2—齿轮传动装置；3—带传动；4—大齿轮；5—滑枕；6—床身；7—销钉；8—螺旋传动；9—刨刀；10—工作台；11—偏心销；12—滑块；13—导杆。

通过分析牛头刨床的传动系统，可以看出机械传动在其中有如下作用：（1）改变运动速度电动机的转速是比较高的，经带传动到齿轮箱输入轴上的大带轮时，转速已降低。

再通过改变滑移齿轮啮合位置能获得几种不同的转速。

可见带传动和齿轮传动可将某一输入转速变为几种不同的输出转速，从而使滑枕能够获得多种不同的移动速度。

（2）改变运动形式牛头刨床的动力部分是电动机，输入的运动形式是回转运动，经过带传动和齿轮传动后仍为回转运动，但经过曲柄滑块机构（由偏心销、滑块、导杆组成）后，牛头刨床的滑枕却变成了直线往复运动。

（3）传递动力电动机的输出功率通过带传动和齿轮传动及曲柄滑块机构把动力传给滑枕，然后使装在刀架上的刨刀有足够的切削力完成刨削工作。

第二节带传动一、带传动的工作原理和传动形式1．带传动的工作原理带传动是一种应用很广泛的机械传动装置，它是利用传动带作为中间的挠性件，依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。

成，如图1-2所示。

当主动轮回转时，在摩擦力的作用下，带动传动带运动，而传动带又带动从动轮回转，图1-2 带传动的工作原理这样就把主动轴的运动和动力传给从动轴。

1—主动轮；2—从动轮；3—传动带。

2．带传动的形式在实际使用中，由于使用场合和转动方向不同，有不同的传动形式。

根据两轴在空间的相互位置和转动方向的不同，带传动主要有开口传动、交叉传动和半交叉传动三种传动形式，如表1-1所示。

（1）开口传动开口传动用于两轴平行并且旋转方向相同的场合。

两轴保持平行，两皮带轮的中间平面应重合。

开口传动的性能较好，可以传递较大的功率。

（2）交叉传动交叉传动用于两轴平行但旋转方向相反的场合。

由于交叉处皮带有摩擦和扭转，因此传动带的寿命和载荷容量都较低，允许的工作速度也较小，线速度一般在11m/s以下。

交叉传动不宜用于传递大功率，载荷容量不应超过开口传动的70～80%，传动比可到6。

为了减少磨损，轴间距离不应小于20倍的带轮宽度。

（3）半交叉传动半交叉传动用于空间的两交叉轴之间的传动，交角通常为90°。

传动带在进入主动轮和从动轮时，方向必须对准该轮的中间平面，否则，传动带会从带轮上掉下来。

半交叉传动的线速度一般不宜超过11m/s，传动比一般不超过3，载荷容量约为开口传动的70～80%，并且只能单向传动，不能逆转。

表1-1 常用带的传动形式二、带传动的主要类型、特点和应用1．带传动的主要类型根据传动原理，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动两类。

（1）摩擦型带带传动的主要类型是摩擦型带传动。

这种带传动中，由于带紧套在两个带轮上，带与带轮接触面间产生压力，当主动轮回转时，依靠带与带轮接触面间的摩擦力，拖动从动轮一起回转而传递一定的运动和动力。

根据带的截面形状，常用的摩擦型带传动可分为平带传动、V带传动、多楔带传动和圆带传动，如图1-3所示。

平带传动 V带传动多楔带传动圆带传动图1-3 摩擦型带传动平带横截面为扁平矩形，质轻且挠曲性好。

传动结构简单，带轮制造容易，在传动中心距较大的情况下应用较多。

一般用的平带是有接头的橡胶帆布带，运转不平稳，不适于高速运转。

在某些高速机械（如磨床、离心机等）中常用无接头的高速环形胶带、丝织带和锦纶编织带等。

V带横截面为等腰梯形，其工作面为带轮上制出的环形沟槽相接触的两侧面，带与轮槽底不接触。

在带对带轮的压紧力Q相同时，V带传动产生的最大摩擦力约为平带传动的3倍，因此V带能传递较大的功率。

此外，允许的传动比较大、中心距较小，外廓尺寸小，且V带无接头，传动较平稳，故应用最广。

多楔带是在平胶带基体上做出若干纵向楔的环形传动带，其工作面为楔的侧面，带轮也有相应的环形轮槽。

多楔带有平带挠曲性好和V带摩擦力较大的优点，并能克服多根V带传动各带受力不均的特点，常用于传递功率较大而结构要求紧凑及速度较高的场合。

圆带的横截面为圆形，一般用皮革或棉绳制成，结构简单，但传动功率很小。

常用于低速轻载的机械，如缝纫机、仪表机械、真空吸尘器和磁带盘等的机械传动。

（2）啮合型带啮合型带传动是依靠带上的齿与带轮轮齿的相互啮合传递运动和动力，比较典型的是图1-4所示的同步带传动，它除保持了摩擦带传动的优点外，还具有传递功率大，传动比准确等优点，故多用于要求传动平稳、传动精度较高的场合。

图1-4 同步带传动2．带传动的特点带传动的主要优点是：（1）适用于两轴中心距较大的传动，中心距最大可达10m。

（2）带传动是弹性体，可缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。

（3）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉。

（4）过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏，起安全保护作用。

带传动的主要缺点是：（1）带传动的结构不够紧凑，传动装置的外廓尺寸较大。

（2）带在带轮上有弹性滑动，瞬时传动比不恒定，且传动效率低，带的寿命较短。

（3）因需要张紧，对轴的压力大。

（4）带传动中的摩擦会产生电火花，不适宜用在高温、易燃、易爆或经常与油水接触的场合。

3．带传动的应用由于带传动的上述特点，带传动多用于机械中要求传动平稳、传动比要求不严格、中心距较大、传递功率不大的高速级传动中。

通常，带传动的传动效率约为0.94～0.97，工作速度一般为1～21m/s。

为使传动结构紧凑，带传动传递的功率最大不超过10kW。

为防止传动时带打滑，带传动的常用传动比不超过7，一般平带i≤3，V带i≤7。

带传动一般多用于动力部分（电动机）到工作部分的高速传动，如牛头刨床中的带传动。

第三节链传动一、链传动的工作原理链传动是以链条作为中间挠性传动件，通过链节与链轮齿的不断啮合和脱开而传递运动和动力的，它属于啮合传动。

如图1-5所示，链传动由主动链轮1、链条2和从动链轮3组成。

当主动链轮转动时，通过链条与链轮之间的啮合力带动从动链轮跟着旋转，同时将主动轴的运动和动力传递给从动轴。

二、链传动的类型、特点和应用1．链传动的类型根据用途的不同，链传动分为传动链、起重链和图1-5 链传动牵引链。

传动链用来传递动力和运动，起重链用于起1—主动链轮；2—链条；3—从动链轮。

重机械中提升重物，牵引链用于链式输送机中移动重物。

一般机械传动中常用的是传动链。

传动链有齿形链和短节距精密滚子链（简称滚子链）。

齿形链又称无声链，由成组齿形链板左右交错排列，并用铰链联接而成，如图1-6所示。

它运转平稳，噪声小，承受冲击载荷的能力高，但结构复杂，质量大，价格高，常用于高速或运动精度和可靠性较高的传动装置中。

（a）链结构（b）啮合传动图1-6 齿形链1—轴瓦；2—轴销；3—链板。

滚子链结构简单，成本较低，生产量大，从低速到较高速、从轻载到重载都适用，在传动链中占有主要地位。

如图1-7所示，滚子链由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5所组成。

（a）链的主要几何尺寸（b）8字形链板（c）过渡链板1—滚子；2—套筒；3—销轴；4—内链板；5—外链板。

图1-7 滚子链的结构链板一般制成8字形，以使它的各个横截面具有接近的抗拉强度，同时减少了链的质量和运动时的惯性力。

链条中相邻两销轴中心的距离称为节矩，用p表示，它是链传动的主要参数。

节矩较大，链的各元件尺寸也越大，链传递的功率也越大，但平稳性变差。

故在设计时如果要求传动平稳，则应尽量选取较小的节矩。

当传递功率较大时，可采用双排链（如图1-8所示）或多排链。

多排链由几排普通单排链用销轴联成，多排链的承载能力与排数成正比，但由于精度的影响，各排链所受载荷不易均匀，故排数不宜过多，常用双排链或三排链，四排以上的少用。

滚子链已标准化，国图1-8 双排链家标准是GB1243—97。

2．链传动的特点链传动与其它传动相比，链传动的主要优点是：（1）链传动是具有中间挠性件的啮合传动，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，故能保证准确的平均传动比，传动效率较高，结构紧凑，传递功率大，张紧力比带传动小，作用在传动轴与轴承上的力较小，但无过载保护作用。