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三 链传动和齿轮传动图3-1所示为链传动的实物图，链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。图3-2所示为齿轮传动的实物图，齿轮机构可实现空间任意两轴间的运动和动力的传递，它是现代机械中应用最广的传动机构之一。 图3-1链传动 图3-2齿轮传动本模块将介绍链传动及齿轮传动的组成、特点及应用。课题一 链传动概述学习目标1. 了解链传动的类型及应用特点；2. 掌握滚子链的标记方法。图3-3所示为摩托车、自行车的实物图，它们都采用了链传动。为什么摩托车、自行车均采用了链传动？链传动有何应用特点？(a)摩托车 (b)自行车图3-3链传动应用实例一、链传动的工作原理及应用特点1链传动的组成及工作原理链传动是由分装在平行两轴上的主动链轮1、从动链轮2和绕于两链轮上的链条3所组成，如图3-4。通过链轮轮齿与链节相啮合而达到传递运动和动力的目的。图3-4 链传动2. 应用特点(1)链传动为具有中间挠性件的啮合传动，中心距适用范围较大，与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能得到准确的平均传动比；(2)张紧力小，故对轴的压力小；(3)传动效率高，可达98%；(4)结构较紧凑；(5)链传动可在高温、油污、潮湿等恶劣环境下工作；(6)传动平稳性差，工作时有一定的冲击和噪声。 链传动适用于工作可靠、两平行轴间距较大的低速传动及工作条件恶劣的场合，广泛应用于矿山机械、冶金机械、农业机械、石油机械、机床及轻工机械中。摩托车、自行车采用的链传动均是主动链轮尺寸大，从动链轮尺寸小，这是为什么呢？二、链传动的传动比链传动的传动比就是主动链轮1的转速与从动链轮2的转速的比值，也等于两齿轮齿数和的反比。即 上式求得的链速和传动比都是平均值。通常，链传动的传动比i8。链传动的瞬时传动比不恒定，同时由于链速也是变化的，工作时不可避免地要产生振动、冲击和噪声。由上式可见转速与齿数成反比，所以可通过链轮齿数的变化来控制链速。摩托车、自行车采用的链传动均是主动链轮尺寸大，从动链轮尺寸小，根据转速与齿数成反比，正好可以实现增速传动。三、链传动的常用类型、特点及应用表3-1 常用链传动的类型、特点及应用类型用途图示特点传动链主要传递运动和动力，也可输送。1能保证准确的平均传动比；2传递功率大，且张紧力小，作用在轴和轴承上的力小；3传动效率高；4能在极其恶劣的环境下工作；5能用一根链条同时带动几根彼此平行的轴传动；6由于链节的多边形运动，所以瞬时传动比是变化的，不宜用在要求精密的传动机械上；7安装和维护要求高；8链条的铰链磨损后，链条节距变大，传动中链条易脱落；9无过载保护作用。输送链用于输送工件、物品和材料。曳引起重链用以传递力，起牵引、悬挂物品作用，兼作缓慢运动。在一般机械传动中，常用的是传动链，下面也仅讨论传动链。四、传动链的常用类型传动链的结构主要有套筒滚子链和齿形链两种。1. 套筒滚子链（简称滚子链）表3-2 滚子链的结构、接头、特点及标记分类滚子链有单排链、双排链、多排链。多排链的承载能力与排数成正比，但由于精度的影响，各排的载荷不易均匀，故排数不宜过多，一般不超过4排。 (a)单排滚子链 (b)双排滚子链 (c)三排滚子链结构简图内链板与套筒、外链板与销轴间均为过盈配合；套筒与销轴、滚子与套筒间均为间隙配合。接头形式链条的长度用链节数表示，一般选用偶数链节，这样链的接头处可采用开口销或弹簧卡片来固定。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节，此时过渡链节的链板受到附加弯矩作用，其强度仅为正常链节的 80% 左右，所以一般情况下不宜采用。 (a)开口销 (b) 弹簧卡 (c)过渡链节特点传动平稳性较差，有一定的冲击和噪声。标记方法我国目前使用的滚子链的标准为GB/T 12431997，分为A、B两个系列，常用的是A系列。滚子链的标记方法为：链号排数链节数标准代号例如： 08A188 GB/T12431997 表示：A系列、节距12.7mm、单排、88节的滚子链节距（指链条上相邻两销轴中心的距离）是链传动的重要参数。节距p越大，链的各部分尺寸和重量也越大,承载能力越高。2.齿形链齿形链又称无声链，由许多冲压而成的齿形链板铰接而成。表3-3 齿形链的分类、特点及应用齿形链齿形齿形链板的链板两工作侧面间的夹角为600，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。分类（按齿形链导向板）为避免啮合时掉链，链条应有导向板（分为内导式和外导式）。 (a)内导式 (b)外导式分类（按齿形链铰链形式）相邻链节的链板左右错开排列，并用销轴、滚柱或轴瓦将链板联接起来。圆销式: 孔板与销轴之间为间隙配合，加工简便。滚柱式：可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。轴瓦式：由于衬瓦与销轴为内接触，故压强低、磨损小。特点与滚子链相比，齿形链具有工作平稳、噪声较小、允许链速较高、承受冲击载荷能力较好和轮齿受力较均匀等优点；但结构复杂、装拆困难、价格较高、重量较大并且对安装和维护的要求也较高。应用没有滚子链应用广泛，多用于高速（链速可达40m/s）或运动精度要求较高的传动,如电梯。课题二 齿轮传动概述学习目标1.了解齿轮传动的特点、分类及应用；2.会计算齿轮传动的平均传动比；齿轮传动是利用齿轮副来传递运动和（或）动力的一种机械传动。齿轮副的一对齿轮的齿依次交替地接触，从而实现一定规律的相对运动的过程和形态称为啮合。齿轮传动属于啮合传动。如图3-5所示为减速器的内部结构图，它是通过齿轮传动来实现减速的目的。动力从轴1输入，通过两对大小齿轮啮合传动之后，动力从轴2输出。图示齿轮传动有何特点？工作中轴1和轴2的转速有怎样的关系（是如何实现减速的）？轴2小齿轮1大齿轮1 大齿轮2 轴1小齿轮2 图3-5 减速器内部结构 一、齿轮传动的分类及应用齿轮传动的类型很多，根据两齿轮啮合传动时其相对运动是平面运动还是空间运动，可将齿轮传动分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类。详见表3-4。表3-4 齿轮传动的分类及应用分类图例应用平面齿轮传动按齿轮形状分直齿圆柱齿轮传动适用于圆周速度较低的传动场合。例如图3-5直齿轮减速器，车床传动齿轮等。斜齿圆柱齿轮传动适用于圆周速度较高、载荷较大且要求结构紧凑的场合人字齿圆柱齿轮传动适用于载荷较大且要求传动平稳的场合。按啮合形式分外 啮 合适用于圆周速度较低的传动的场合。例如直齿轮减速器，车床传动齿轮等。图35为外啮合齿轮传动，用于传递相互平行轴间的运动和动力。内啮合适用于结构要求紧凑且效率较高的场合齿轮齿条适用于将连续转动转变为往复移动的场合空间齿轮传动锥齿轮传动直齿适用于圆周速度较低、载荷小而稳定的场合曲齿适用于承载能力大、传动平稳、噪声小的场合交错轴斜齿轮传动适用于圆周速度低、载荷小的场合蜗轮蜗杆传动适用于传动比大，且要求结构紧凑、传动平稳、噪音很小的场合。多用于手动铰车。二、齿轮传动的特点及传动比1. 齿轮传动应用特点及基本要求表3-5 齿轮传动的应用特点及其基本要求优 点缺 点基 本 要 求1. 能保证瞬时传动比的恒定，传动平稳性好，传递运动准确可靠2. 传递功率和速度范围大3. 传动效率高4. 结构紧凑，工作可靠，寿命长1. 制造和安装精度要求高，加工成本高2. 不能实现无级变速3. 两轴间距离不宜过大4. 工作时有噪声1. 传动要准确平稳 即齿轮传动在工作过程中，冲击、振动小，瞬时传动比恒定2. 承载能力强 即齿轮传动能传递较大的动力，且体积小，重量轻，寿命长2. 齿轮传动传动比 在某齿轮传动中，当主动齿轮的齿数为z1，从动齿轮的齿数为z2，主动齿轮的转速为n1，从动齿轮的转速为n2时，单位时间内主、从齿轮转过的齿数相等，即n1 z1= n2 z2，由此可得一对齿轮的传动比：式中，n1、n2主、从动齿轮的转速，r/min； z1、z2主、从动齿轮的齿数。上式说明：齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比，也等于两齿轮齿数的反比。图3-5减速器中两级齿轮传动均是由小齿轮将动力传递给大齿轮，根据转速与齿数成反比的关系可知，轴2的转速小于轴1的转速，从而实现了减速传动。课题三 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算学习目标1.掌握直齿圆柱齿轮的主要参数；2.掌握标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算；3.掌握直齿圆柱齿轮正确啮合的条件。齿轮传动的类型虽然很多，但最简单、最基本的是直齿圆柱齿轮传动（圆柱齿轮的轮齿方向与圆柱的素线方向一致），其应用也最广泛。图3-5中的齿轮即为直齿圆柱齿轮传动，为了便于设计和加工齿轮必须了解标准直齿圆柱齿轮的基本参数及其几何尺寸的计算。一、直齿圆柱齿轮主要参数1 直齿圆柱齿轮各部分名称直齿圆柱齿轮各部分名称如图3-6所示，有基圆db、分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、齿距p、齿厚s、槽宽e、齿宽b、齿全高h、齿顶高ha、齿根高hf等。 图3-6直齿圆柱齿轮的几何要素 2 直齿圆柱齿轮的基本参数 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有五个：齿数z、模数m、压力角、齿顶高系数ha*和顶隙系数c*。(1) 齿数z 齿轮圆周上的轮齿总数(2) 模数m 齿距p除以圆周率所得的商称为模数，即m=p/，单位为mm。 为了便于齿轮的设计和制造，模数已经标准化，我国规定的标准模数见表36。模数是齿轮几何计算的一个基本参数。齿数相等的齿轮，模数越大，齿轮尺寸也就越大，轮齿也越大，承载能力也越强。表3-6 标准模数系列（摘自GB 1357-1987）第一系列1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 1620 25 32 40 50第二系列1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.5 5.5 （6.5）7 9 （11） 14 18 22 28 36 45注：本表适用于渐开线圆柱齿轮。对斜齿轮则是指法向模数；选用模数时，应优先采用第一系列。(3) 压力角 渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐角称为该点的压力角。我国规定分度圆上压力角为标准值，其值为20。(4) 齿顶高系数ha* 为使齿轮的齿形匀称，齿顶高和齿根高与模数成正比，对于标准齿轮，规定haha*m，ha*称为齿顶高系数。我国标准规定：正常齿ha*1。(5) 顶隙系数c* 当一对齿轮啮合时，为使一齿轮的齿面不与另一个齿轮的齿槽底面相抵触，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即要留有一定的径向间隙，称为顶隙，用c表示。对于标准齿轮，规定c= c*m，c*为顶隙系数。我国标准规定：正常齿c*0.25。 补全图3-7所示直齿圆柱齿轮各部分名称。图3-7 直齿圆柱齿轮各部分名称二、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算 标准直齿圆柱齿轮是指采用标准模数m，齿形角=20o，齿顶高系数=1，顶隙系数c*=0.25，端面齿厚s等于端面槽宽e的渐开线直齿圆柱齿轮，简称标准直齿轮。标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸按表3-7进行计算。表3-7 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式名称代号公式外齿轮内齿轮齿形角标准齿轮为20齿数z通过传动比计算确定模数m通过计算或结构设计确定齿厚ss=p/2=m/2齿槽宽ee=p/2=m/2齿距pp=m基圆齿距pbpb=pcos=mcos齿顶高haha=ha*m=m齿根高hfhf=(ha*+c*)m=1.25m齿高hh=ha+hf=2.25m分度圆直径dd=mz齿顶圆直径dada=d+2ha=m(z+2)da=d-2ha=m(z-2)齿根圆直径dfdf=d-hf=m(z-2.5)df=d+hf=m(z+2.5)标准中心距aa=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2a=(d1-d2)/2=m(z1-z2)/2基圆直径dbdb=dcos注：内齿轮与外齿轮的齿顶圆直径、齿根圆直径、标准中心距的计算公式不同 【例1】某企业现有一标准直齿圆柱齿轮，测得其齿顶圆直径da1=44mm，数得齿数z1=20，试计算其模数、分度圆直径、齿根圆直径、齿距p以及齿高。解根据表3-7中公式可求出主动轮模数和从动轮齿数，见表3-8。 由式da1=d1+2ha1=m1(z1+2)，得m1=2将m1代人有关各式，得d1= m1z1= 220 = 40 mmdf1=d1-hf1=m1(z1-2.5)=2(20-2.5)=35mmp1=m1=3.142=6.28mmh1=ha1+hf1=2.25m1=2.252=4.5mm三、齿轮副正确啮合的条件1正确啮合条件一对齿轮能连续顺利的传动，需要各对轮齿依次正确啮合互不干涉。如图3-8所示，为保证传动时不出现因两齿廓局部重叠或侧隙过大而引起的卡死或冲击现象，必须使两轮的基圆齿距相等，即Pb1=Pb2 。即 由此可得标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件如下：（1） 两齿轮的模数必须相等，。（2） 两齿轮分度圆上的齿形角必须相等，。此时一对齿轮的传动比可写成图3-8标准直齿圆柱齿轮正确啮合示意图【例2】现企业须自制如图3-9所示的一单级直齿圆柱齿轮减速器，要求传动比i12 =3.5，拟将上例中齿轮作主动轮，如需配一从动齿轮，试确定从动轮的模数、分度圆直径、齿根圆直径、齿距、齿高及两轮的中心距。 图3-9单级直齿圆柱齿轮减速器【解】根据标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件可求出从动轮模数m2= m1= 2由式，得z2= i1 2 z1 =3.5 20 = 70将m2代入有关各式得：d2 = m2z2= 270 = 140 mmda2 = 2 (70+2) =144 mm df2= 2 (70-2.5) =135mmp1=m2=3.142=6.28mmh2=22.25= 4.5 mma=(d1+d2)/2= (40+140)/2=90mm五、齿轮副的连续传动条件如图3-10所示，当前一对轮齿啮合终止的瞬间，后继的一对轮齿正好开始啮合，齿轮副才能连续传动。我们把实际啮合线段B1B2与齿轮基圆齿距Pb的比值称之为重合度，此时=1。但由于制造、安装误差的影响，实际上必须使1，才能可靠地保证传动的连续性。重合度越大，传动越平稳。对直齿圆柱齿轮（=20o，h=1）来说，12。标准齿轮传动均能满足上述条件，可不必验算。应注意，中心距加大时，重合度会降低。 图3-10连续传动条件示意图在技术改造中拟使用两个现成的标准直齿圆柱齿轮。已测得齿数Z1=22,Z2=98,小齿轮齿顶圆直径da1=240mm,大齿轮的齿全高h2=22.5mm，试判断这两个齿轮能否正确啮合？课题四 其它齿轮传动简介学习目标1. 了解斜齿圆柱齿轮的传动特点及主要参数；2. 了解直齿圆锥齿轮传动特点和应用场合； 3. 了解齿条的传动特点及应用。在齿轮传动中，直齿圆柱齿轮传动是最简单、最基本的齿轮传动，其应用也最广泛。但实际生产中有时也常见到其它齿轮传动的应用，以满足某些特殊的齿轮传动要求。如图3-12的三种减速器，就分别运用了三种其它类型的齿轮传动。 (a) (b)(c) 图3-12 齿轮传动在减速器的应用实例设想将直齿圆柱齿轮绕其轴线扭转一个角度，则形成每个轮齿分布与轴线成倾斜的斜齿圆柱齿轮。一、斜齿圆柱齿轮的传动1斜齿圆柱齿轮及其传动特点表3-11 斜齿圆柱齿轮的形成及其特点斜齿轮的形成啮合特点斜齿轮传动特点斜齿圆柱齿轮是发生面在基圆柱上作纯滚动时，平面S上直线KK不与基圆柱母线NN平行，而是与NN成一角度b，当S平面在基圆柱上作纯滚动时，斜直线KK的轨迹形成斜齿轮的齿廓曲面，如图a所示。KK与基圆柱母线的夹角b称为基圆柱上的螺旋角。(a)直齿圆柱齿轮齿面上的接触线是平行于轴线的直线，是沿整个齿宽同时进入和退出啮合的,如图b所示。在高速、重载等情况下，易产生冲击和噪声。斜齿圆柱齿轮齿面上的接触线是斜直线，传动时轮齿齿面上的接触线长度由短逐渐变长，再由长变短，直至脱离啮合，此外由于斜齿轮的轮齿是倾斜的，同时啮合的轮齿对数比直齿轮多，故重合度比直齿轮大。如图c所示。(b) (c)与直齿轮传动比较，斜齿轮传动有如下特点：（1）传动平稳，冲击、噪声和振动小（2）承载能力强，适于高速传动。（3）传动时产生轴向力（4）不能用作变速滑移齿轮（5）最少齿数小于直齿轮的最少齿数。2斜齿圆柱齿轮的主要参数表3-12 斜齿圆柱齿轮的主要参数螺旋角、螺旋方向模数、压力角如图a所示为斜齿轮的分度圆柱及其展开图。螺旋线展开成一直线，该直线与轴线的夹角称为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称螺旋角。它表示轮齿的倾斜程度。通常所说斜齿轮的螺旋角是指分度圆柱上的螺旋角。斜齿轮的螺旋角一般为820。圆柱面直径大，螺旋角也大。螺旋角越大，轮齿越倾斜，传动的平稳性越好，但轴向力也越大。(a) 斜齿圆柱齿轮轮齿的螺旋方向用下图所示的右手法则来判定，如下图所示。伸出右手，掌心对准自己，四指顺着齿轮的轴线，若齿向与拇指指向一致，则该齿轮为右旋齿轮，如图b所示。反之为左旋齿轮如图c所示。 (b) 右旋 (c) 左旋斜齿轮的几何参数有端面参数和法面参数两组（如图d所示）。端面t:与轴线垂直的截面。端面上参数为齿距Pt、模数mt和压力角t；法面n：与轮齿垂直的截面。法面上参数为齿距Pn、模数mn和压力角n。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。(d)判断图3-13中两齿轮的旋向。 图3-13 斜齿圆柱齿轮旋向 通过右手法则可判断：图3-13中小齿轮螺旋方向为左旋，大齿轮螺旋方向为右旋。图3-12a为斜齿轮减速机，斜齿轮与直齿圆柱齿轮相比，具有体积小、启动平稳、传递转矩大的特点。二、直齿圆锥齿轮传动圆锥齿轮的轮齿分布在截圆锥体上，对应圆柱齿轮中的各“圆柱”都将变成“圆锥”，如分度圆锥、基圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥等，如图3-14所示。图3-14 圆锥齿轮的结构表3-13 锥齿轮的种类、特点、应用锥齿轮种类锥齿轮特点、应用场合锥齿轮有直齿、斜齿和曲齿等多种形式，一般场合多使用设计、制造、安装均较简便的直齿圆锥齿轮，如下图所示。(a)直齿锥齿轮传动（b）斜齿锥齿轮传动（c）圆弧齿锥齿轮传动（1） 用来传递空间两相交轴的运动和动力，一对圆锥齿轮两轴线间的夹角称为轴交角。一般机械中，多取90；（2） 齿形从大端到小端逐渐变小，为计算和测量方便，通常取大端参数为标准值。规定锥齿轮大端模数m与压力角为标准值；（3） 圆锥齿轮传动振动和噪声都比较大，一般应用于速度较低的传动中。图3-12b图为锥齿轮减速机，能传递空间两相交轴之间的运动和动力。如果将圆柱齿轮拉直并舒展开来就形成了齿条。三、齿轮齿条传动1齿条及其特点表3-14 齿条分类、特点及主要参数 齿条定义、分类齿条特点及主要参数齿条，可以看作一个齿数为无穷多的圆柱齿轮的一部分，齿条也分直齿齿条、斜齿齿条，分别与直齿圆柱齿轮，如图a所示，与斜齿圆柱齿轮，如图b所示，配对使用。 （a）直齿条 (b) 斜齿条（1） 齿条传动时，齿条作直线运动，齿廓上各点的速度大小和方向均一致。 （2） 齿廓上各点具有相同的压力角，且等于齿廓的倾斜角，此角称为齿形角，标准值为20。 （3） 与齿顶线平行的任一条直线上具有相同的齿距p和模数m，但齿厚和槽宽各不相同。与齿顶线平行且齿厚等于齿槽宽的直线称为分度线（中线），它是计算齿条尺寸的基准线。齿条的主要参数有：齿槽宽e, 齿厚s,齿顶高ha,齿根高hf,齿高h,齿距p等。如图c所示： （c）2齿轮齿条传动齿轮齿条传动的主要目的是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动，或将齿条的直线往复运动转变为齿轮的回转运动。图3-12c为斜齿齿条与斜齿圆柱齿轮的传动，与其他齿轮减速器相比，它可以方便地实现齿轮的回转运动与齿条往复直线运动的相互转换。课题五 齿轮轮齿的失效形式学习目标1. 了解轮齿的失效的定义；2. 了解齿轮轮齿的失效及其形式。在生产实习中，齿轮传动常常会因为齿面损坏、轮齿折断等原因导致齿轮传动不能正常使用。如图315所示，为两种形式损坏的齿轮，实际生产中，我们统称这些损坏形式为轮齿的失效。 (a) 齿面损坏的齿轮 (b) 轮齿折断的齿轮图3-15 报废的齿轮一、轮齿的失效齿轮在传动过程中，常发生轮齿折断、齿面损坏等现象，从而失去正常的工作能力，称为齿轮轮齿的失效。常见的齿轮失效形式有哪几种？图315中的两齿轮又分别属于哪种失效形式？是什么原因引起的，该如何预防？二、 齿轮的失效形式 齿轮的失效形式主要与齿轮传动类形、工作状况、加工精度等原因有关。常见的失效形式有轮齿的折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形。表3-15 常见齿轮的失效形式、产生原因及预防措施失效形式实物图特点及影响工作环境产生失效的原因防止失效的措施a)齿根弯曲疲劳折断b)轮齿局部过载折断 轮齿折断轮齿的折断常有疲劳折断