机械传动知识培训教材

1、 机械传动知识 培 训 教 材吴 旻 编 写适用专业：模具设计与制造 重庆工业职业技术学院目 录一、培训单元1平面连杆机构.3二、培训单元2带传动.7三、培训单元3齿轮传动.10四、培训单元4键连接.13五、培训单元5滚动轴承.15机械基础培训教材培训单元一、平面连杆机构第一节 概述第二节 四杆机构的基本形式及其演化第一节 概述平面连杆机构是由若干构件通过低副联接而成的平面机构，也称平面低副机构。低副机构具有运动可逆性，即不管以哪个构件作为机架，不管以哪些构件作为原动件，各构件的相对运动规律是不变的。平面连杆机构的主要优点是：传力时压强小、磨损少，且易于加工和保证较高的制造精度；能方便地实现转

2、动、摆动和移动等基本运动形式及其相互转换；能实现多种运动轨迹和运动规律，以满足不同的工作要求。平面连杆机构的主要缺点是：机构存在运动误差，不能准确地实现工作构件的运动要求；此外，平面连杆机构不易精确地实现复杂的运动规律。平面连杆机构常以其所含的构件（杆）数来命名，如四杆机构、五杆机构.。最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。它应用广泛，是多杆机构的基础，故主要讨论平面四杆机构。第二节 四杆机构的基本形式及其演化 平面四杆机构可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类，前者是平面四杆机构的基本形式，后者有前者演化而来。一、 铰链四杆机构的类型及应用在平面四杆机构中，如果全部运动

3、副都是转动副，则称为铰链四杆机构，如图1所示的曲柄摇杆机构则为铰链四杆机构的一种形式。图中杆4固定不动，称为机架，杆2称为连杆。杆1 和杆3分别用转动副与连杆2和机架4相连接，称为连架杆。连架杆中能作360°转动的(如杆1)称为曲柄，对应的转动副A称为整转副,在运动简图中用单向圆弧箭头表示；若仅能在小于360°范围内摆动，则称为摇杆(如杆3)或摆杆，对应的转动副D称为摆动副, 在运动简图中用双向圆弧箭头表示。 图1 1. 曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，可将匀速转动变成从动件的摆动；或利用连杆

4、的复杂运动实现所需的运动轨迹。当以摇杆为原动件时，可将往复摆动变成曲柄的整周转动。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。双曲柄机构中，通常主动曲柄作匀速转动，从动曲柄作同向变速转动。在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，则称为平行双曲柄机构或平行四边形机构。它有正平行双曲柄机构和反平行双曲柄机构两种形式。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。二、 四杆机构的演化形式在实际应用中还广泛采用着滑块四杆机构，它是由铰链四杆机构演化而来的。含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，常用的有曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构等几种形式。1.

5、曲柄滑块机构图2由图2可知，当曲柄摇杆机构的摇杆长趋于无穷大时，C点的轨迹将从圆弧演变为直线，摇杆CD转化为沿直线移动的滑块，称为图示的曲柄滑块机构。曲柄滑块机构用于转动与往复移动之间的转换，广泛应用于内燃机、空压机和自动送料机等机械设备中。2. 导杆机构若将图2中所示的曲柄滑块机构的构件1作为机架，则曲柄滑块机构就演化为导杆机构，它包括回转导杆机构和摆动导杆机构两种形式。导杆机构具有很好的传力性能，常用于插床、牛头刨床和送料装置等机器中。3. 摇块机构若将图2所示曲柄滑块机构的构件2作为机架，则曲柄滑块机构就演化为摇块机构。这种机构常用于摆缸式原动机和气、液压驱动装置中。4. 定块机构 若将

6、图2所示曲柄滑块机构的滑块3作为机架，则曲柄滑块机构就演化为定块机构。这种机构常用于抽油泵和手摇抽水唧筒。培训单元二、带传动带传动是一种常用的机械传动，广泛应用于金属切削机床、输送机械、农业机械、 纺织机械、通风机械等设备中。常用的带传动有V带传动、平带传动、圆带传动和同步带传动。一、带传动的基本原理带传动是由带和带轮组成的，带传动是利用带作为中间挠性件，依靠带与带轮之间的摩擦力（或啮合）来传递运动及动力。把一根或几根闭合成环形的带张紧在主动轮和从动轮上，使带与两带轮之间的接触面产生正压力（或使同步带与两同步带轮上的齿相啮合），当主动轴带动主动轮回转时，依靠带与两带轮接触面之间的摩擦力（或齿的

7、啮合）使从动轮带动从动轴回转，实现两轴间运动及动力的传递。二、带传动的主要形式带传动可分为摩擦传动和啮合传动两种：属于摩擦传动类的带传动，有平带传动、 V带传动和圆带传动；属于啮合传动的是同步带传动。 图1 摩擦带传动 图2 啮合带传动 1. 摩擦传动(1) 平带传动平带的截面为矩形，工作面为内表面，其传动的基本形式常用的有四种。(2) V带传动V带的截面为梯形，传动的主要形式是开口传动，由于V带传动是利用V带的两个侧面为工作面，与平带传动相比，传动平稳、摩擦力大、传递的转矩较大，在机械传动中应用广泛。普通V带的截面尺寸见表。(3) 圆带传动圆带的截面为圆形，一般用皮革或棉绳制成，主要用于传递

8、较小转矩的场合。2. 同步带传动型号节宽bp顶宽b高度h楔角Y5.36.04.040Z8.510.06.0A11.013.08.0B14.017.011.0C19.022.014. 0D27.032.019.0E32.038.025.0同步带传动是靠同步带上的齿与带轮上的齿啮合来传递运动和动力的，由于采用齿啮合，带和带轮之间没有相对滑动，传动比较为准确。常用于传动比要求准确的中、小功率的场合。 表 普通V带的截面尺寸 单位：mm三、带传动的特点1. 平带传动和V带传动的特点(1) 结构简单，使用维护方便，适用于两轴中心距较大的传动场合。平带传动比V 带传动可允许更大的中心距。(2) 由于传动带

9、（平带或V带）富有弹性，能缓冲、吸振，所以带传动平稳，噪声低。(3) 在过载时，传动带在带轮上会打滑，可以防止薄弱零件的损坏，起到安全保护作用。(4) 属于摩擦传动类的带传动不能保持准确的传动比，不适用于传动比要求准确的 场合。(5) 外廓尺寸大，传动效率较低。2. 同步带传动的特点同步带虽然是靠同步带上的齿与带轮上的齿啮合传动，其传动比比平带和V带要准确，但由于同步带的材料具有一定的弹性，传动中受弹性变形的影响其传动比的精确度不高，因此，不能用于传动比要求较高的大功率场合。 四、带传动的应用带传动一般用于传动比准确度要求不高的中小功率传动机构上，带的工作速度一般为 525m/s，传动比<

10、;7。带传动多用于动力部分（电动机）到工作部分的高速传动。培训单元三、齿轮传动齿轮传动是由主动齿轮、从动齿轮和机架组成的，齿轮副是线接触的高副，是机械传动中应用最广的传动方式。 一、齿轮的种类齿轮的种类很多，按齿形轮廓曲线分有渐开线、摆线和圆弧线，最常用的是渐开线齿轮；按齿轮传动轴线的相对位置分有两轴线平行的齿轮传动、两轴线相交的齿轮传动和两轴线相错的齿轮传动三类；按齿轮分度曲面不同，分为圆柱齿轮和圆锥齿轮；按齿线形状分有直齿、斜齿和人字齿；按啮合方式分有外啮合和内啮合两种；按齿轮传动的工作条件分有开式齿轮传动和闭式齿轮传动等。齿轮传动的基本形式如图所示。图1 直齿圆柱齿轮传动图2平行轴斜齿轮

11、传动和人字齿轮传动图3 锥齿轮传动二、齿轮传动的基本要求1. 齿轮传动的性能要求(1) 传动要平稳。在齿轮传动过程中，应保证瞬时传动比恒定不变，以保持传动的平稳性，避免或减小传动中的冲击、振动和噪声。(2) 承载能力要大。要求齿轮的结构尺寸小、体积小、质量轻，而承受载荷的能力强，即强度高、耐磨性好、寿命长。(3) 渐开线齿轮正确啮合的条件。一对标准直齿圆柱齿轮只有当两齿轮的模数和齿形角分别相等时才能正确啮合。为了保证传动的连续性，齿轮在传动过程中，还必须在前一对轮齿脱离传动时，后一对轮齿已经进入啮合状态（即要求重叠系数 el)0三、齿轮传动的特点1 齿轮传动的优点(1) 能够保证瞬时传动比恒定

12、，传动平稳性好，传递运动准确可靠。(2) 传动功率和圆周速度范围大。(3) 传动效率较高。(4) 结构紧凑，体积小，种类繁多，使用寿命长。2. 齿轮传动的缺点(1) 中心距较大时若采用齿轮传动将导致结构庞大，所以齿轮传动不适用于距离较 远的传动。(2) 制造和安装精度要求较高，成本也较高，工作时有噪声。(3) 齿轮的齿数为整数，能获得的传动比受限制，不能实现无级变速。(4) 不能实现过载保护。三、 齿轮传动的应用齿轮传动是机械中应用最广的传动形式，在工程机械、矿山机械、冶金机械、各种 机床及仪器、仪表中被广泛地用来传递运动和动力。培训单元四、键连接键联接主要用于轴与轴上零件（比如齿轮、带轮）的

13、周向固定并传递转矩，其中有些还可以实现轴上零件的轴向固定。键联接的类型、特点及应用如下：一、平键联接这种键联接对中性好，结构简单，拆装方便，因此应用最为广泛。但这种键联接对轴上零件无轴向固定作用，零件的轴向固定需其他件来完成。它按用途可分为普通平键、导向平键和滑键。1.普通平键用于静联接，即轮毂与轴之间无相对移动的联接。按键的结构可分为A型（圆头）、B型（方头）、C型（半圆头）三类。使用圆头平键时，轴上键槽是用指状铣刀加工的，键放置于与之形状相同的键槽中，因此键的轴向固定好，应用最广泛，但键槽对轴的应力集中较大。使用方头平键时，轴上键槽用圆盘铣刀加工，因而避免了圆头平键的缺点，但键在键槽中的固

14、定不好，常用螺钉紧定。半圆头平键常用于轴端与轴上零件的联接。2.导向平键和滑键用于动联接，即轮毂与轴之间有轴向相对移动的联接。导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴槽中，轮毂可沿键作轴向滑移。当轴上零件滑移距离较大时，宜采用滑键，因为滑移距离较大时，用过长的平键，制造困难。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴槽中作轴向移动，因而需要在轴上加工长的键槽。二、半圆键联接用半圆键联接时，轴上键槽用半径与键相同的盘状铣刀铣出，因而键在槽中能摆动以适应轮毂键槽的斜度。半圆键用于静联接，键的侧面为工作面。这种联接的优点是工艺性较好，缺点是轴上键槽较深，对轴的削弱较大，故主要用于轻载荷和锥形轴端的联接。三、

15、楔键联接楔键联接只用于静联接，楔键的上表面和轮毂槽底面均具有 1 ：100的斜度。装配后，键的上、下表面与毂和轴上键槽的底面压紧，因此键的上、下表面为工作面。这类键由于装配楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性，因此主要用于定心精度要求不高、载荷平稳、速度较低的场合，比如某些农业、建筑机械等。楔键分为普通楔键和钩头楔键，普通楔键又分圆头和方头两类。钩头楔键便于拆装，用在轴端时，为了安全，应加防护罩。四、切向键联接切向键联接只用于静联接。切向键的联接结构由两个普通的楔键组成。装配时，把两个键从轮毂的两端打入并楔紧，因此会影响到轴与轮毂的对中性；切向键联接主要用于轴径d100mm，对中要求不高而载荷很大的重

16、型机械，比如矿山用大型绞车的卷筒、齿轮与轴的联接等。培训单元五、滚动轴承第一节 滚动轴承的结构第二节 滚动轴承的类型第三节 滚动轴承类型的选择第一节 滚动轴承的结构一、滚动轴承的构造如图1所示，滚动轴承由外圈1、内圈2、滚动体3和保持架4组成。通常内圈固定在轴上随轴转动，外圈装在轴承座孔内不动；但亦有外圈转动、内圈不动的使用情况。滚动体在内、外圈的滚道中滚动。保持架将滚动体均匀隔开，使其沿圆周均匀分布，减小滚动体的摩擦和磨损。滚动轴承的构造中，有的无外圈 或内圈，有的无保持架，但不能没有滚动体。滚动体的形状有球形、圆柱形、圆锥形、鼓形、滚针形等多种（图2)。 图1图2滚动轴承的外圈、内圈、滚动

17、体均采用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。 保持架多用低碳钢或铜合金制造，也可采用塑料及其他材料。 二、滚动轴承的结构特性1. 接触角滚动体和外圈接触处的法线nn与轴承的径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）的夹角(图3)，称为接触角。越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。2. 游隙滚动体和内、外圈之间存在一定的间隙，因此，内、外圈之间可以产生相对位移。其最大位移量称为游隙，分为轴向游隙和径向游隙（图4)。游隙的大小对轴承寿命、噪声、温升等有很大影响，应按使用要求进行游隙的选择或调整。 图3 图43. 偏移角轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹锐角，称为偏移角。能自动适应角偏移的轴承，称为调心轴承。第二节

18、滚动轴承的类型一、按滚动体的形状分类滚动轴承可分为：.1球轴承滚动体的形状为球的轴承称为球轴承。球与滚道之间为点接触，故其承载能力、耐冲击能力较低；但球的制造工艺简单，极限转速较高，价格便宜。2. 滚子轴承除了球轴承以外，其他均称为滚子轴承。滚子与滚道之间为线接触，故其承载能力、耐冲击能力均较高；但制造工艺较球复杂，价格较髙。二、按承受载荷的方向分类常用轴承可分成为：1. 向心轴承。向心轴承主要承受径向载荷。其分类为：（1）径向接触轴承（=0°)。主要承受径向载荷，也可承受较小的轴向载荷，如 深沟球轴承、调心轴承等。（2）向心角接触轴承（0°<<45°

19、)。能同时承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，如角接触球轴承、圆锥滚子轴承等。其接触角越大，承受轴向载荷的能力越强。圆锥滚子轴承能同时承受较大的径向和单向轴向载荷，内、外圈沿轴向可以分离，装拆方便，间隙可调。也有的向心轴承不能承受轴向载荷，只能承受径向载荷，如圆柱滚子轴承N、 滚针轴承NA等。1. 推力轴承。推力轴承只能或主要承受轴向载荷。其分类为：(1) 轴向推力轴承（= 90°)。只能承受轴向载荷，如单、双向推力球轴承、推力滚子轴承等。推力球轴承的两个套圈的内孔直径不同。直径较小的套圈紧配在轴颈上，称为轴圈；直径较大的套圈安放在机座上，称为座圈。由于套圈上滚道深度浅，当转速较高时，

20、滚动体的离心力大，轴承对滚动体的约束力不够，故允许的转速较低。(2) 推力角接触轴承（45°<<90°)。主要承受轴向载荷，也可承受较小的径向载荷，如推力调心球面滚子轴承等。常用滚动轴承类型及主要性能见表1。表1 常用滚动轴承类型及主要性能类型及代号结构简图及标准号载荷方向主要性能及应用调心球轴承(1)其外圈的内表面是球面，内、外圈轴线间允许角偏位为2° 3°,极限转速低于深沟球轴承。 可承受径向载荷及较小的双向轴向载荷。用于轴变形较大及不能精确对中的支承处调心滚子轴承(2)，轴承外圈的内表面是球面，主要承受径向载荷及一定的双向轴向载荷，但不

21、能承受纯轴向载荷，允许角偏位为0.5°2°。常用在长轴或受载荷作用后轴有 较大的弯曲变形及多支点的轴上圆锥滚子轴承(3)可同时承受较大的径向及轴向载荷，承载能力大于“7”类轴承。外圈可分离，装拆方便，成对使用推力球轴承(5)只能承受轴向载荷，而且载荷作用线必须与轴线相重合，不允许有角偏差，极限转速低双向推力球轴承(5)能承受双向轴向载荷。其余与推力轴承相同深沟球轴承(6)可承受径向载荷及一定的双向轴向载荷。内、外圈轴线间允许角偏位为8'16'角接触球轴承(7)可同时承受径向及轴向载荷， 也可用来承受纯轴向载荷。承受轴向载荷的能力由接触角的大小决定，大，承受轴向载荷的能力高。由于存在接触角， 承受纯径向载荷时，会产生内部轴向力，使内、外圈有分离的趋势，因此这类轴承都成对使用，可以分装于两个支点或同装于一个支点上。极限转速较高推力滚子轴承(8)能承受较大的单向轴向载荷