机械传动基础

机械传动基础

2.机器－执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料或信息。3．机构－实现预期机械运动的各构件的基本结合体。基本概念机械源自于希腊语，原指“巧妙的设计”。机械是一种人为的实物构件的组合，各部分组合之间具有确定的相对运动。4．零件－组成机器的不可拆的基本单元。原动机传动装置执行部件辅助系统控制系统机械的组成机械要求

使用功能要求；

经济性要求；

劳动保护和环境保护要求；

可靠性要求；其它专用要求。零件分类联接零件螺纹联接螺纹是机械制造中应用最广泛的一种结构要素。

螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者把需要相对固定在一起的零件用螺纹零件联接起来，作为紧固联接件用，这种联接称为螺纹联接；后者利用螺纹零件实现把回转运动变为直线运动的传动，称为螺旋传动，则作为传动件用。

螺纹联接是可拆联接，结构简单、拆卸方便、联接可靠，且多数螺纹联接件已标准化、生产效率高、成本低廉，因而得到广泛采用。螺纹按其牙型角可分为三角螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹主要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。用于联接的三角螺纹又有普通螺纹，英制螺纹以及用于管路系统联接的圆柱螺纹，即管螺纹。在上述各种螺纹中，除矩形螺纹外，均已标准化。螺纹分类螺纹联接及螺纹传动螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑防松问题。摩擦防松：机械防松：永久防松：联接接合面应设计成轴对称的简单形状，这样有利于对称布置螺栓，保证联接接合面受力比较均匀。螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。螺栓的排列应有合理的间距、边距。布置螺栓时，各螺栓间以及与箱体壁间应留有扳手的操作空间。分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和划线。同一螺栓组中螺栓的、直径和长度均应相等。避免螺栓承受偏心载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。螺纹连接注意事项键联接键是一种标准零件，主要用来实现轴与轮毂之间的周向固定，有的还能用来实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。根据结构形式，键可分为平键、半圆键、楔键和切向键四大类，其中尤以平键应用最为广泛。平键半圆键楔键切向键花键联接轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接，由内花键和外花键组合而成。工作时主要靠齿的侧面传递运动和动力。与普通平键相比，花键具有承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好和导向性能好等优点。花键联接按其齿形不同，可分为一般常用的矩形花键、强度高的渐开线花键及适用于薄壁零件的三角形花键。销按使用功能分，可分为安全销、联接销及定位销。销联接按形状分，销又可分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销及特殊形状销等，其中圆柱销、圆锥销及开口销均有国家标准。过盈配合联接是利用零件间的配合过盈来达到联接的目的。它常用于轴与轮毂的联接。过盈量越大，联接越牢固，能传递的载荷也越大。过盈配合联接结构简单，同轴性好，对轴的削弱少，耐冲击性能好，但由于其承载能力主要取决于过盈量的大小，故对配合表面加工精度要求较高。为了装配方便，轴孔类过盈联接其孔口和轴端的倒角尺寸均有一定的要求。一般同轴度要求较高、受载较大或者有冲击的轴毂联接，往往同时用键(或销)联接和过盈联接。过盈配合联接焊接具有强度高、容易保证紧密性、工艺简单、操作方便、重量轻、工人劳动强度低等优点。焊接可以分为：熔化焊、压力焊、摩擦焊、钎焊。其中熔化焊又分为：气焊、手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、窄间隙焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。压力焊又分为：点焊、缝焊、对焊。焊接铆接是采用铆钉将两个部件联接在一起的工艺。铆接是不可拆联接。与焊接比铆接结构笨重、生产效率低、金属耗量大、结构外观不平整，但铆接工艺简单、过程易控制、质量稳定、联接可靠、抗震、耐冲击、对连接材料性能没有不良影响。根据其接头德型式不同，铆接有搭接、单盖板对接和双盖板对接。按铆钉排数分：有单排钉、双排钉等布置。铆钉有实心和空心两种。铆钉直径大于12的钢钉通常加热后铆接。铆接

胶接是用胶接剂来粘接被联接件，并使具有一定的联接强度。目前，胶接在机床、汽车、化工等工业部门中的应用日渐广泛。由于胶接剂的强度一般低于金属零件强度，因此应使接头具有足够的粘接面积。胶接的优点是重量轻、耐腐蚀、密封性好以及适用于不同材料的联接等，但粘接接头不适用于高温。常用的胶接剂有酚醛－缩醛、聚氨酯和环氧树脂胶粘剂等。胶接传动零件带传动是利用张紧在带轮上的柔性带，借助它们间的摩擦或啮合，在两轴（或多轴）间传动运动或动力的机械传动。带传动属于挠性传动，传动平稳，噪声小，不需润滑，可缓冲吸振。过载时，带会在带轮上打滑，而起到保护其他传动件免受损坏的作用。带传动允许较大的中心距，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉。但由于带与带轮之间存在滑动，传动比严格保持不变。带传动的传动效率较低，带的寿命一般较短，不宜在易燃易爆场合下工作。

带传动带传动的主要型式1、开口传动2、交叉传动3、半交叉传动带传动主要有以下三种型式3、传动形式开口传动：两轴平行，ω1、ω2同向。交叉传动：两轴平行，ω1、ω2反向。半交叉传动：两轴交错，不能逆转。式中:i—传动比

n主动、n被动—分别为主动轴、被动轴转速

d主动、d被动—分别为主动、被动轮直径①

概述2、带传动

工作原理：主要是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力。组成：主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带和机架组成。

工作过程：原动机驱动主动带轮转动，通过带与带轮之间产生的摩擦力，使从动带轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。②类型

摩擦带传动：靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等。按传动原理分：啮合带传动：靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。传动带：用于传递动力输送带：用于输送物品

按用途分按传动带的截面形状分：平带、V带、多楔带、圆形带、齿形带（同步带）平带

平带的截面形状为矩形,工作面为内表面,主要用于两轴平行,转向相同的较远距离的传动。V带的截面形状为梯形，工作面为两侧面,带轮的轮槽截面也为梯形。在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下，V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大，所以，V带传动能力强，结构更紧凑，在机械传动中应用最广泛。V带多楔带是平带基体上有若干纵向楔形凸起,它兼有平带和V带的优点且弥补其不足,多用于结构紧凑的大功率传动中。多楔带圆形带的截面形状为圆形。仅用于如缝纫机、仪器等低速小功率的传动。圆形带齿形带（同步带）同步齿形带即为啮合型传动带。同步带内周有一定形状的齿。③特点和应用能缓冲吸振，传动平稳，噪音小。具有过载保护作用。结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。适用于两轴距离较大的传动。优点缺点不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率低。带对轴有很大的压轴力。带传动装置结构不够紧凑。带的寿命较短。不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。应用带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，中小功率的远距离传动。如：汽车发动机等。传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力减小，其弹性伸长量也减小。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度。④弹性滑动和传动比

同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。弹性滑动和打滑的区别：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是带传动的失效形式，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。⑤张紧、安装和维护

调整中心距方式

带传动工作一段时间后就会由于塑性变形而松弛，使初拉力减小，传动能力下降，这时必须重新张紧。常用的张紧方式可分为调整中心距方式和张紧轮方式。定期张紧：采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧。常见的有滑道式和摆架式两种结构。滑道式摆架式自动张紧：将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。当中心距不能调节时，可采用张紧轮张紧。张紧轮一般放在松边的内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。张紧轮方式通常应通过调整各轮中心距的方法来装带和张紧。切忌硬将传动带从带轮上拨下或扳上，严禁用撬棍等工具将带强行撬入或撬出，以免对带造成不必要的损坏。同组使用的V带应型号相同，长度相等，以免各带受力不均；不同厂家生产的V带、新旧V带不能同时使用。安装V带时，按规定的初拉力张紧。对于中等中心距的带传动，可凭经验安装，带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜。带轮的安装带传动的安装安装带轮时，两带轮轴线应相互平行，其V型槽对称平面应重合。V带的安装带传动的维护带传动装置外面要采用安全防护罩，以保障操作人员的安全；同时防止油、酸、碱对带的腐蚀。禁止给带轮上加润滑剂，应及时清除带轮槽及带上的油污。定期对带进行检查有无松驰和断裂现象，如有一根松驰和断裂则应全部更换新带。带传动工作温度不应过高，一般不超过60°C。若带传动久置后再用，应将传动带放松。链传动是一种具有中间挠性件(链条)的啮合传动，它同时具有刚、柔特点，是一种应用十分广泛的机械传动形式。链传动由主动链轮、从动链轮和中间挠性件(链条)组成，通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合传递运动和动力。链传动兼有带传动和齿轮传动的一些特点。与带传动相比，链传动能得到准确的平均传动比，张紧力小，故对轴的压力小。链传动可在高温、油污、潮湿等恶劣环境下工作，但其传动平稳性差，工作时有噪声，一般多用于中心距较大的两平行轴间的低速传动。链传动1、链传动的工作原理和传动比链传动的工作原理依靠挠性的闭合链条与两个具有特殊齿形的链轮相互啮合传递运动和动力。挠性链条主动链轮从动链轮链传动的传动比主动轮与从动轮的转速或角速度之比。若主动链轮的齿数为z1，从动链轮的齿数为z2，链条的节距为p。链轮每转一周时，链条转过的长度为p∙z，同时两轮的平均速度相等，即可得链传动的平均传动比为：式中：n1、n2——链轮转速p——链轮（条）节距2、链传动的特点①能保证准确的平均传动比，但瞬时传动比不恒定。②在工况相同时，链传动结构更为紧凑，传动效率较高；③可实现较大中心距下的传动；④链条不需太大的张紧力，对轴的压力较小；⑤可在温度较高、淋水、淋油、日晒等恶劣环境下工作；⑥存在传动冲击，有躁声，传动平稳性差；⑦铰链易磨损，使链条节距变大，造成脱链现象；⑧价格较高。链传动主要应用于传递功率N≤100KW，速度V≤15m/s，中心距a≤6m，只要求平均传动比准确的各种机械设备中。3、链传动的类型套筒滚子链传动齿形链传动链传动广泛应用于矿山机械、冶金机械、运输机械、机床传动及轻工机械中。

按用途的不同链条可分为传动链、起重链和曳引链。用于传递动力的传动链又有齿形链和滚子链两种。齿形链运转较平稳，噪声小，又称为无声链。它适用于高速、运动精度较高的传动中，链速可达40m/s，但缺点是制造成本高、重量大。滚子链由内链板、外链板、套筒销轴和滚子组成。相邻两滚子轴线间的距离称为链节距，链节距是传动链的重要参数。

当传递功率较大时，可采用双排链或多排链。当多排链的排数较多时，各排受载不易均匀，因此实际运用中排数一般不超过4。

链条在使用时封闭为环形，当链节数为偶数时，正好是外链板与内链板相接，可用开口销或弹簧卡固定销轴，若链节数为奇数，则需采用过渡链节。由于过渡链节的链板要受附加的弯矩作用，一般应避免使用，最好采用偶数链节。滚子链的结构与标准4、链轮的结构实心式腹板式孔板式齿圈式轮辐式5、链传动的张紧链传动的压轮张紧自动张紧（1）自动张紧（2）定期张紧（1）定期张紧（2）6、链轮的材料和结构链条元件材料为经过热处理的碳素钢或合金钢，具体牌号及热处理后的硬度值见有关标准。链轮的齿形应易于加工，不易脱链，能保证链条平稳、顺利地进入和退出啮合，并使链条受力均匀。链轮结构链轮材料应能保证轮齿具有足够的强度和耐磨性，故齿面多经热处理。由于小链轮的啮合次数较大链轮的多，磨损和冲击也较严重，因此小链轮的材料应较好，齿面硬度应较高。链轮常用的材料有碳素钢(20、35、45)，铸铁(HT200)和铸钢(ZG310-570)，重要场合可采用合金钢(20Cr、40Cr、35SiMn等)。7、链传动的主要失效形式

链轮和链条相比，链轮的强度高，使用寿命较长，所以链传动的失效，主要是链条的失效，其主要失效形式是：链条疲劳破坏。链条各元件在变应力作用下，经过一定循环次数，链板发生疲劳断裂，滚子、套筒表面出现疲劳点蚀和疲劳裂纹。在正常润滑条件下，链板的疲劳强度是决定链传动承载能力的主要因素。②链条铰链的磨损。铰链磨损会使链节距增大而产生跳齿和脱链。该失效形式一般发生在开式或润滑不良的链传动中。

③链条铰链胶合。在润滑不当或链轮转速过高时，链条铰链的销轴和套筒的工作表面会因润滑油膜破坏，在高温、高压下直接接触导致两表面粘结，相对运动使粘结部位撕开，形成表面撕开而损坏，称为胶合。因而要限制链传动的极限转速。

齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，齿轮直径可从不到1mm到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。

齿轮传动特点:优点：1）效率高(0.98～0.99)；2）工作可靠，寿命长；3）结构紧凑，外廓尺寸小；4）瞬时i为常数。缺点：1）制造费用大，需专用机床和设备；2）精度低时，振动、噪音大；3）不适于中心距大的场合。

齿轮传动2、分类按两轴线位置分按工作条件分（失效形式不同）开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损；半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入；闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。按齿面硬度分（失效形式不同）软齿面：HB≤350；硬齿面：HB＞350。3、基本要求传动平稳（i=const）。承载能力高。——

运动要求——

传递动力要求4、主要参数传动比i、齿数比u减速传动：i＞1增速传动：i＜1减速传动：u=i增速传动：u=1/i齿轮的失效通常发生在轮齿，其它部分很少失效。失效形式轮齿折断齿面损伤齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）齿面胶合齿面磨粒磨损齿面塑性流动轮齿折断常发生于闭式硬齿面或开式传动中。现象：①局部折断②整体折断5、失效形式6、齿轮材料及其热处理材料要求1.齿面硬：抗点蚀、抗磨损、抗胶合、抗塑性流动;2.齿芯韧：抗折断;3.应有良好的加工工艺性能及热处理性能。使之便于加工且便于提高其力学性能表面硬、芯部韧、较好的加工和热处理性能常用材料锻钢、铸钢、铸铁、非金属材料①锻钢软齿面齿轮HB≤350中碳钢：40、45、50、55等中碳合金钢：40Cr、20Cr特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造

成本低，常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。加工工艺：锻坯->加工毛坯->热处理（正火、调质HB160～300）

->切齿(精度7、8、9级)硬齿面齿轮HB＞350低碳、中碳钢：20、45等低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB等特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。加工工艺：锻坯->加工毛坯->切齿->热处理（表面淬火、渗碳、氮化、氰化）->磨齿（表面淬火、渗碳）。若氮化、氰化：变形小，不磨齿。专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。②铸钢用于d＞400～600mm的大尺寸齿轮；不重要的，批量生产的齿轮。③铸铁④非金属材料标准模数齿轮及计算公式什么叫齿轮模数？模数是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t与圆周率π的比值(m＝t/π)，以毫米为单位。国际规定，齿轮分度圆上的齿距P与圆周率π的比值定义为模数，用m表示，单位是mm,即m=p/π。模数是模数制轮齿的一个最基本参数。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。模数齿轮计算公式:名称代号计算公式模数m

m=p/π=d/z=da/(z+2)齿距p

p=πm=πd/z齿数z

z=d/m=πd/p分度圆直径d

d=mz=da-2m齿顶圆直径da

da=m(z+2)=d+2m=p(z+2)/π齿根圆直径df

df=d-2.5m=m(z-2.5)=da-2h=da-4.5m齿顶高ha

ha=m=p/π齿根高hf

hf=1.25m齿高h

h=2.25m齿厚s

s=p/2=πm/2中心距a

a=(z1+z2)m/2=(d1+d2)/2润滑可以减小摩擦、减轻磨损，还可以起到冷却、防锈、降低噪声、改善齿轮的工作状况、延缓齿轮失效、延长齿轮的使用寿命等作用。闭式齿轮传动的润滑方式有浸油润滑和喷油润滑两种，一般根据齿轮的圆周速度确定采用哪一种方式。齿轮润滑蜗杆传动用于交错轴间传递运动和动力。通常交错角为90度。

蜗轮蜗杆船东的特点是传动比大，工作较平稳，噪音低，结构紧凑，可以自锁。但少头数的蜗杆传动效率较低，常需要贵重的减摩性有色金属。蜗轮蜗杆传动螺旋传动主要是将旋转运动变成直线运动，同时进行能量和力的传递，或调整零件的相互位置，也有将直线运动变成旋转运动的。根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋、滚动螺旋。根据用途分类可分为传力螺旋、传动螺旋和调整螺旋。螺旋传动1、传动类型螺旋传动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。螺旋传动按其用途可分为：

传力螺旋传动螺旋调整螺旋传力螺旋。以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向力。这种螺旋传动一般为间歇性工作，工作速度不高，且要求具有自锁性，广泛应用于各种起重或加压装置中，如螺旋千斤顶。传动螺旋。以传递运动为主，要求具有较高的传动精度，有时也承受较大的轴向力。一般需在较长时间内连续工作，且工作速度较高，如机床刀架进给机构中的螺旋等。调整螺旋。用以调整并固定零件或部件之间的相对位置。调整螺旋不经常转动，一般在空载下进行调整，如机床、仪器及测试装置中微调机构的螺旋。2、螺旋传动的位移计算①单螺旋机构L=nstf-螺纹的导成（如螺纹线数为1，则可