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机械设计基础全套PPT课件01020304目录第一章机构学基础知识第二章

常用机构第四章通用机械零件设计第三章

常用机械传动第一章机构学基础知识

机械是人类为提高劳动生产率创造出来的主要工具,使用机器进行生产的水平是衡量一个国家的技术水平和现代化程度的重要标志之一.模块一机械的基础概念一、机器和机构

１．机器

如图１－１所示,单缸内燃机是由气缸１、活塞２、连杆３、曲轴４、轴承５等实物组合而成的.气缸１中燃烧的膨胀气体,推动活塞２在气缸１内作上下往复移动时,通过连杆３使曲轴４作连续转动,从而把燃料燃烧产生的热能转化成机械能.2

由各种实物(构件)组合而成.1

机器的概念:机器是执行机械运动的装置,是能做有用的机械功以代替或减轻人类的体力劳动的实物组合体,并且可实现能量、信息、物料的转换和传递.

能代替或减轻人类的体力劳动,完成有用的机械功或将其他形式的能量转化为机械能,变换或传递信息.三个共同的特征直接相连或接触的各运动实物之间具有确定的相对运动.3按其用途划分机器

发动机是将非机械能转化为机械能的机器..例如,电动机是将电能转化为机械能的机器;内燃机是将热能转化为机械能的机器.它们均属于发动机.

工作机是用来改变被加工物料的位置、形状、性能、尺寸和状态的机器,是利用机械能做有用功的机器,如车床、铣床、磨床等金属切削机床.发动机工作机２．机构

由各种实物(构件)组合起来,它们直接相联接的各部分之间具有确定的相对运动,用来传递运动和力的构件系统叫机构.

机构的核心是用来传递力或实现运动形式的传递、转化,是否做机械有用功或实现能量转化则不是考察目的.

通常,机器必包含一个或一个以上的机构.

３．机械

从结构和运动角度来看,机器与机构没有什么区别.因此,为了叙述方便,通常用机械作为机器与机构的总称.４．机器组成

(１)动力部分:包括动力机及其配套装置.它的功能是向机器提供运动和动力,是机械系统的动力源,如电动机、内燃机、液压马达等.

(２)执行部分:包括若干执行机构.它的功能是驱动执行构件按给定的运动规律运动,实现预期的工作,如机床的刀架、船舶的螺旋桨、工业机器人的手臂等.

(３)传动部分:是把动力系统的运动和动力传递、转换、分配给执行系统的中间装置.它可以减速、增速、调速、改变转矩或运动形式,以满足执行部分的需要,如机械传动、液压传动、电气传动等(４)控制部分:又称操作控制部分,是为了使动力部分、传动部分、执行部分彼此协调工作,并准确可靠地完成整体功能的装置.

(５)支撑及辅助部分:支撑部分,包括基础件(如床身、底座、立柱等)和支撑构件(如支架、箱体７等),它用于安装和支撑动力部分、传动部分和操纵控制部分等.机器各部分的位置精度、运动精度及机器的承载能力主要依靠框架部分来保证,该部分是机械系统中必不可缺少的部分.此外,辅助部分,如润滑、冷却、显示、照明等也是满足机械系统的功能顺利实现的不可缺少的部分.简单的机器往往没有控制部分,有时甚至只有动力部分、执行部分及支撑部分,如水泵、排风扇等.二、构件和零件

1.构件

构件是机构中的运动单元,也就是机构中相互之间能作确定的相对运动的物体.

根据构件在机械中的功能,可将构件分为主动件、机架和从动件.

运动规律已知的活动构件称为主动件或原动件.机构中相对固定的构件称为机架.机构中除主动件以外,其他随着主动件的运动而运动的构件都称为从动件.

２．零件

零件是加工制造的单元,是组成机器或机构的基本元素.同一构件中的零件,相互之间没有相对运动.零件按功能和结构特点可分为通用零件和专用零件.各种机器中普遍使用的零件为通用零件,如螺栓、齿轮、轴等;仅在某些特定的机器中使用的零件为专用零件,如内燃机中的活塞、曲轴等.

３．构件和零件的区别和联系

(１)区别:构件是运动的单元,零件是加工制造的单元.

(２)联系:构件既可以是单一的零件,也可以是由若干个零件联接而成的刚性结构.一、运动副的概念

两构件直接接触并能产生确定的相对运动的活动联接称为运动副.

二、运动副的类型

.按照组成运动副两构件的接触形式不同,常见的平面运动副可分为低副和高副两大类.

１．低副两构件以面接触而形成的运动副称为低副.根据组成低副的两构件间相对运动的形式的不同,又可分为以下两种:

(１)转动副.若组成运动副的两构件间的相对运动为转动,则称这种运动副为转动副(或回转副),也称为铰链.

(２)移动副.组成运动副的两构件只能沿某一直线做相对移动,则称这种运动副为移动副.

模块二平面机构的运动副、运动简图和自由度２．高副以点或线接触所形成的运动副称为高副.组成高副的两构件间的相对运动为转动兼移动,如图１－８所示的滚轮副、图１－９所示的凸轮副和图１－１０所示的齿轮副.两构件在A点接触而构成高副,它们之间的相对运动只能是沿接触点A的切线方向(t－t方向)的移动和绕A点在nAt平面内转动,而不能沿n－n方向移动.

三、机构运动简图及其作用

表示机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图.

机构运动简图应与它所表达的实际机构具有完全相同的运动特性.从机构运动简图可以了解机构的组成和类型,即机构中构件的数目、运动副的种类和数目、运动副的相对位置、机架和主动件.利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理,还可以进行机构的运动和动力分析.

若只需表明机构的运动情况时,也可不严格按比例绘制简图,这样的机构运动简图通常称为机构示意图.四、平面机构运动简图中构件和运动副的表示方法

１．构件的表示方法

对于轴、杆、连杆,常用一根直线表示,两端画出运动副的符号[如图１－１３(a)所示的两端为转动副];若构件固联在一起,则涂以焊缝记号[如图１－１３(b)所示];机架的表示方法如图１－１３(c)所示,其中上图为机架基本符号,下图表示机架以转动副与另一构件相联.

２．运动副的表示方法

两构件组成的转动副和移动副的表示方法分别如图１－１４(a)(b)所示.如果两构件之一为机架,则在固定构件上画出斜线.

六、平面机构中构件的自由度

在未与其他构件组成运动副之前,一个自由构件在平面中有三个自由度,即绕垂直xOy平面的A轴的转动,以及沿x轴和y轴的移动

任何一个作平面运动的自由构件具有三个自由度.当两个构件组成运动副后,它们之间的相对运动就会受到约束,相应的自由度数也随之减少.不同类型的运动副引入的约束数是不同的.每个低副引入两个约束,每个高副引入一个约束.

本章结束机械设计基础第二章

常用机构

模块一平面连杆机构

由一些刚性构件用低副相互联接而组成的在同一平面或几个相互平行平面内运动的机构叫作平面连杆机构.

课题一铰链四杆机构的组成与分类

一、铰链四杆机构的组成

常用的平面连杆机构是具有四个构件(包括机架)的低副机构,称为四杆机构.

构件间用四个转动副相连的平面四杆机构,称为平面铰链四杆机构,简称铰链四杆机构.铰链四杆机构是四杆机构的基本形式,也是其他多杆机构的基础.铰链四杆机构中,固定不动的构件称为机架(又称静件、固定件).机构中不与机架相连的构件称为连杆.机构中与机架用低副相连的构件称为连架杆.

连架杆按其运动特征可分成曲柄和摇杆两种.

曲柄———与机架用转动副相连且能绕该转动副轴线作整圈旋转的构件.

摇杆———与机架用转动副相连但只能绕该转动副轴线摆动的构件.二、铰链四杆机构的基本类型

１．曲柄摇杆机构具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构.

２．双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构.

在双曲柄机构中,当连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度也相等时,称为平行四边形机构.若两曲柄转向相同,称为正平行四边形机构.若两曲柄转向不同,称为反向平行双曲柄机构,简称反向双曲柄机构３．双摇杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构.

课题二铰链四杆机构的基本性质

铰链四杆机构三种基本形式的区别在于它的连架杆是否为曲柄.同时,由于在生产实践中,驱动机械的原动机(电动机、内燃机等)一般是作整周转动的,因此要求机构的主动件也能作整周转动,即原动件为曲柄,才可用电动机、内燃机驱动.

一、曲柄存在的条件

曲柄摇杆机构曲柄存在的条件如下:

(１)曲柄是最短杆;

(２)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和(称为杆长条件).上述两个条件必须同时满足,否则机构不存在曲柄.

考虑到更一般的情况,铰链四杆机构曲柄存在的条件如下:

(１)连架杆和机架中必有一杆是最短杆;

(２)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和(称为杆长条件).上述两个条件必须同时满足,否则机构不存在曲柄.

根据上述所讲,我们可以得到铰链四杆机构的判别步骤如下.

(１)四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和,有以下三种情况:①以最短杆的相邻杆为机架时,为曲柄摇杆机构;②以最短杆为机架时,为双曲柄机构;③以最短杆的相对杆为机架时,为双摇杆机构.

(２)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和,则不论哪一种情况均为双摇杆机构.二、急回运动和行程速比系数

生产中使用牛头刨床进行刨削工作时,为了保证刨削工件的质量,往往把慢速行程作为刨床的工作行程,而将快速行程作为刨床回程以提高生产率.还有其他不少的平面机构,当主动曲柄作等速转动时,作往复运动的从动件摇杆在前进行程(工作行程)运行速度较慢,而回程运动速度较快的这种性质就称机构的“急回运动”特性,简称急回特性.三、死点位置

我们把机构中连杆与从动件共线时出现的从动件不能转动,或转向不确定的位置,叫死点位置(又称止点位置).以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构,可以使摇杆的往复摆动转换成从动件曲柄的整周回转运动.在运动过程中,从动曲柄与连杆两次共线,有两个死点位置.死点对于传动机构是不利的,常利用从动件的惯性(加飞轮)通过死点.正平行双曲柄摇杆机构在运动过程中,主动曲柄AB每回转一周,从动曲柄与连杆出现两次共线,也就是有两个死点位置.为了保证从动曲柄转向不变,常采用以下方法:

一是利用从动曲柄本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮,依靠其惯性作用来导向;

二是增设辅助构件(如图２－１７所示为机车车轮联动装置);

三是采取多组机构错列等(如图２－１８所示为左右两组车轮采用错列结构,使左右两组车轮的曲柄相错９０°,这样死点位置就会相互错开).

双摇杆机构在运动过程中,不论哪个摇杆为主动件,均出现从动摇杆与连杆一次共线,有一个死点位置.在工程上,也可利用死点位置的特性来实现某些工作要求.

课题三铰链四杆机构的演化图２－２１(d)中点C的运动轨迹m－m的延长线与曲柄转动中心A之间的距离称为偏距e.当e＝０时,此机构称为对心曲柄滑块机构,如图２－２１(c)所示.图２－２２(a)所示的螺纹搓丝机构为其应用实例,曲柄１绕点A转动,通过连杆２带动活动搓丝板３往复移动,置于固定搓丝板４和活动搓丝板３之间的工件的表面就被搓出螺纹.当e≠０时,此机构称为偏置曲柄滑块机构,如图２－２１(d)所示.图２－２２(b)所示的自动送料机构为其应用实例,曲柄２每转一周,滑块４就从料槽中推出一个工件.

曲柄滑块机构在机械中应用很广,如内燃机(如图１－１所示)、往复式抽水机、空气压缩机及冲床等主运动机构都是曲柄滑块机构.二、取不同构件为机架

１．曲柄摇块机构

在图２－２３中,以杆２为机架,杆１为曲柄,滑块３则变为摇块,杆４成为导杆.机构中与另一构件组成移动副的可动构件,叫导杆.连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构叫导杆机构.图２－２３即演变为如图２－２４(a)所示的导杆机构中的曲柄摇块机构.如图２－２４(b)所示的自卸卡车翻斗机构就是该机构的应用实例,当液压缸３中压力油推动活塞杆４运动时,车厢１便绕B轴转动,达到自卸车的目的.２．移动导杆机构(定块机构)

图２－２３中,取滑块３为机架,则演变为如图２－２５(a)所示的移动导杆机构(定块机构).如图２－２５(b)所示的手摇唧筒即为该机构的应用实例.

如图２－２７(a)所示.牛头刨床主运动机构中即应用了摆动导杆机构,如图２－２７(b)所示.３．转动导杆机构

图２－２３中,取最短杆１为机架,则演变为如图２－２６(a)所示的转动导杆机构,这时滑块３将以导杆４为导轨,沿此构件作相对移动,此时杆２、４均作整周转动.如图２－２６(b)所示的回转柱塞泵即为转动导杆机构的应用实例.

在转动导杆机构的基础上,若改变相对杆长,则转动导杆机构可演化为摆动导杆机构.

课题四平面四杆机构的设计

一、给定连杆三个位置设计

四杆结构已知条件:如图２－２８所示,已知连杆BC三个位置B１C１、B２C２、B３C３及连杆长度lBC,设计四杆机构.设计步骤:(１)分别作B１B２和B２B３的垂直平分线b１２、b２３,得交点即为铰链中心A,如图２－２８所示;(２)分别作C１C２和C２C３的垂直平分线c１２、c２３,得交点即为铰链中心D,如图２－２８所示;(３)连接AB１C１D,得到设计结果.

三、给定行程速比系数设计四杆机构

设计具有急回特性的四杆机构,一般先根据实际运动要求选定行程速比系数K,然后根据极位时的几何特点,结合有关辅助条件进行设计.设计步骤如下:(１)计算极位夹角:θ＝１８０°×(K－１)/(K＋１);(２)计算导杆摆角φ:φ＝θ;(３)任取一点为固定铰链中心D,作∠C１DC２＝φ,并作其角平分线,然后在平分线上取机架AD的长度等于d,得固定铰链中心A.(４)过A点作导杆两极限位置的垂线AC１(AC２),则该线段即为曲柄长度a.

模块二凸轮机构

课题一凸轮机构的组成及分类

一、凸轮机构的组成及特点

１．凸轮机构的组成

凸轮机构是由凸轮、从动件和支承它们的机架三个基本构件组成的高副机构.其中,凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,通常作为主动件作等速转动或移动.凸轮机构主要用来变换运动的形式,将凸轮的连续转动或移动转换为从动件连续或间歇的往复移动或摆动.

２．凸轮机构的特点

优点:只要设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到任意预期的运动规律,而且结构简单、紧凑.

缺点:凸轮与从动件间为高副接触,易磨损,只宜用于传力不大的场合;从动件的行程不宜过大,否则会使凸轮尺寸变化过大,机构变得笨重;凸轮制造较复杂,轮廓精度要求高时需用数控机床进行加工.二、凸轮机构的类型按凸轮的形状分类(１)盘形凸轮:也叫平板凸轮,如图２－３３所示,这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件,当它绕固定轴转动时,可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动.(２)移动凸轮:当盘状凸轮的径向尺寸为无穷大时,则凸轮相当于作直线移动,称为移动凸轮.

(３)圆柱凸轮:如图２－３４所示,这种凸轮是在圆柱面上开出曲线凹槽或在圆柱端面上做出曲线轮廓.当其转动时,可使从动件在与圆柱凸轮轴线平行的平面内运动.这种凸轮可以看成将凸轮卷绕在圆柱上形成的.

由于前两类凸轮运动平面与从动件运动平面平行,故称平面凸轮;后一种称空间凸轮.

２．按从动件的端部形状分类

(１)尖顶从动件:如图２－３６(a)所示,这种从动件结构简单,且尖顶能与较复杂的凸轮轮廓保持接触,因而能实现任意预期的运动规律.但尖顶易于磨损(接触应力很高),故只适用于传力不大的低速凸轮机构中.

(２)滚子推杆从动件:如图２－３６(b)所示,在从动件的末端处装有一个可自由转动的滚子,由于滚子与凸轮间为滚动摩擦,因此不易磨损,可以实现较大动力的传递,应用最为广泛.(３)平底推杆从动件:如图２－３６(c)所示,这种从动件与凸轮间的作用力方向始终与平底垂直,受力平稳,而且凸轮与平底间易形成油膜而减小摩擦与磨损,所以常用在高速凸轮机构中.其缺点是:不能与具有内凹轮廓的凸轮配对使用,也不能与移动凸轮和圆柱凸轮配对使用.３．按推杆(从动件)的运动形式分类

(１)直动推杆:作往复直线移动的推杆称.若直动推杆的尖顶或滚子中心的运动轨迹通过凸轮的轴心,则称为对心直动推杆;否则称为偏置直动推杆.推杆尖顶或滚子中心运动轨迹与凸轮轴心间的距离e,称为偏距.

(２)摆动推杆:作往复摆动的推杆

４．按凸轮与推杆保持高副接触(锁合)的方法分类

(１)力锁合凸轮:在这类凸轮机构中,主要利用重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮始终保持接触,如图２－３３所示的气门凸轮机构、图２－３６(a)所示的盘状凸轮机构.

(２)几何锁合凸轮:也叫形锁合,在这类凸轮机构中,依靠凸轮和从动件推杆的特殊几何形状来保持两者的接触,如图２－３４所示的自动车床的走刀机构.

将不同类型的凸轮和推杆组合起来,我们可以得到各种不同类型的凸轮机构.

课题二凸轮机构从动件常用的运动规律

一、凸轮机构的工作过程及有关名称

以凸轮的轴心O为圆心,以凸轮最小半径rb为半径,所作的圆称作凸轮的基圆.

如图２－３７(a所示的凸轮轮廓由AB、BC、CD及DA四段曲线所组成,而且DA和BC两段为圆弧,A点为基圆与凸轮轮廓的切点.

当推杆与凸轮轮廓在A点接触时,推杆尖端A处于最低位置(或者说:推杆尖端处于与凸轮轴心O最近的位置).当凸轮以等角速度ω沿逆时针方向转动时,推杆首先与凸轮的轮廓曲线AB段接触,由于这段凸轮轮廓的半径逐渐增大,推杆将由最低位置A被逐渐推到最高位置B,推杆的这一行程为推程,又称升程.凸轮相应的转角δ０称为推程运动角,简称推程角或升程角.当凸轮再继续转动,推杆与凸轮廓线的BC段接触,由于BC段是以凸轮轴心为圆心的圆弧,所以推杆处于最高位置静止不动,在此过程中凸轮相应的转角δ１称为远休止角(或远停角).当凸轮继续转动时,推杆与凸轮廓线的CD段接触,由于这段凸轮轮廓的半径逐渐减小,推杆从最高位置C回到最低位置D,推杆的这一行程称为回程;凸轮相应的转角δ２称为回程运动角,简称回程角.而后,在推杆与凸轮廓线DA段接触时,此时推杆在最低位置静止不动,凸轮相应的转角δ３称为近休止角(或近停角)。

(２)等速运动凸轮机构的工作特点.

由于从动件在推程和回程中的速度不变,加速度为零,故运动平稳;但在运动开始时,从动件的速度从零突然增大到v１,或从动件上升到最高位置时,速度由v１突然减小为零或趋于零,此时,理论上的加速度为无穷大,从动件将产生很大的惯性力,使凸轮机构受到很大冲击,这种冲击称为刚性冲击.随着凸轮的不断转动,从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击,引起强烈振动,对凸轮机构的工作十分不利.因此,这种凸轮机构一般只适用于低速转动和从动件质量不大的场合.

(２)等加速、等减速运动凸轮机构的工作特点.

从动件按等加速、等减速规律运动时,速度由零逐渐增至最大,而后又逐步减小趋近零,连续变化不存在突变,且加速度只发生有限的突变,因而只引起柔性冲击,改善了凸轮机构的工作平稳性.因此,这种凸轮机构适合在中、低速条件下工作,或从动件质量不大和轻载的场合.

(３)等加速、等减速运动规律位移曲线的作图方法(如图２－４０所示).

①画出坐标轴,以横坐标代表凸轮转角δ,以纵坐标代表从动件的位移s.

②选取适当的长度比例尺(实际长度/图示长度)μ１(mm/mm)和角度比例尺(实际角度/图示长度)μδ(°/mm),在横坐标上按角度比例尺μδ截取推程角δ０及其半推程角δ０/２,

在纵坐标上按长度比例尺截取行程h及其一半h/２,找到交点A.

③将δ０/２分成若干等份,现取３等份,得分点１、２、３.将h/２取相同的等份,得分点１′、２′、３′.连接抛物线顶点０与各点１′、２′、３′,得斜线０１′、０２′、０３′,过分点１、２、３作垂线分别与斜线０１′、０２′、０３′交于１″、２″、３″.

④用平滑的曲线连接顶点０及各交点１″、２″、３″,即得等加速段的位移曲线.用同样的方法可画出等减速段及回程的位移曲线.

课题三盘形凸轮轮廓曲线的设计

图解法设计盘形凸轮轮廓采用的方法是反转法.即给整个凸轮机构加上一个公共角速度(－ω),这时凸轮与从动件之间的相对运动并未改变,但凸轮变为相对静止,而从动件连同机架导路一方面以角速度(－ω)绕轴心O回转,另一方面从动件又相对于机架导路作往复移动.由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触,因此,反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓

作图步骤如下.选取适当的比例尺作位移曲线图作基圆取分点画凸轮轮廓曲线二、滚子移动从动件盘形凸轮轮廓的设计

三、利用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线应注意的问题

(１)由于设计凸轮轮廓采用的方法是反转法,因此在基圆圆周上按位移曲线图截取分点时,一定要按(－ω)方向截取,否则不符合预定的运动规律.

(２)绘制同一凸轮轮廓时,有关长度方面的尺寸,包括行程、基圆半径、偏距、滚子半径等必须采用同一长度比例尺.

(３)等分推程角和回程角时,取的分点越多,设计出的凸轮轮廓越精确.实际设计时可根据对凸轮工作精确程度要求决定.

(４)连接各分点的曲线必须光滑.

棘轮机构主要由摇杆１、棘轮２、棘爪３和机架４组成,如图２－４５所示.当主动摇杆１逆时针方向摆动时,连在它上面的棘爪３插入棘轮２的齿槽内,使棘轮逆时针转过一个角度.当主动摇杆１顺时针方向摆动时,棘爪３在棘轮的齿背上滑过,此时,止回棘爪５防止棘轮沿顺时针方向转动,故棘轮２静止不动.这样,当摇杆１作连续往复摆动时,棘轮２便得到单向间歇运动.

常用的棘轮机构可分为齿啮式和摩擦式两大类.

模块三间歇运动机构

课题一棘轮机构一、棘轮机构的组成、工作原理和基本类型１．齿啮式棘轮机构

这种机构是靠棘爪和棘轮齿啮合传动,转角只能有级调节.根据棘轮机构的运动情况,它可分为以下几种类型.

(１)单动式棘轮机构.

如图２－４５所示,当主动摇杆１往复摆动一次时,棘轮２只能单向间歇地转过某一角度.

(２)双动式棘轮机构.如图２－４６所示,其特点是主动摇杆１往复摆动一次,能使棘轮２沿同一方向做两次间歇运动.不过每次停歇时间很短,棘轮每次的转角很小.这种机构的棘爪３可制成平头撑杆[如图２－４６(a)所示]或钩头拉杆[如图２－４６(b)所示].

(３)可变向棘轮机构.

如图２－４７(a)所示,棘轮３的齿形为对称梯形,其棘爪２也作成对称形,并且可以绕其轴线翻转,当棘爪２在实线位置时,主动摇杆１与棘爪２将使棘轮３沿逆时针方向作间歇运动;当棘爪２翻转到虚线位置时,主动摇杆１与棘爪２将使棘轮３沿顺时针方向作间歇运动.

如图２－４７(b)所示为另一种可变向棘轮机构,其棘轮齿形为矩形,棘爪背面为斜面.当棘爪处在图示位置时,棘轮将沿逆时针方向作单向间歇运动;若将棘爪提起并绕其轴线转１８０°后放下,则能使棘轮沿顺时针方向作单向间歇运动;若将棘爪提起并绕其轴线转９０°后,使棘爪搁置在壳体平台上,则棘爪和棘轮脱开,主动摇杆往复摆动时,棘轮静止不动.(４)内啮合棘轮机构.

如图２－４８所示为单向间歇运动的内啮合棘轮机构.当摆动轴１作连续往复摆动时,通过棘爪２带动内棘轮３沿逆时针方向间歇转动.

２．摩擦式棘轮机构

如图２－４９所示为外接摩擦式棘轮机构,靠棘爪２和棘轮３之间的摩擦力传递运动(４为止回棘爪或制动棘爪),棘轮转角可作无级调节.这种棘轮机构在制动中很少产生噪声,但其接触表面容易发生滑动.为了增加摩擦力,一般将棘轮做成槽形,使棘爪嵌在棘轮内.二、棘轮机构的特点和应用

棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠等优点,并且棘轮的转角可以根据需要进行调节,故在各类机械中有较广泛的应用.但是棘轮机构也有如下缺点:棘轮机构传力小,工作时有冲击和噪声.因此,棘轮机构只适用于转速不高、转角不大及小功率的场合.

棘轮机构在生产中可满足送进、制动、超越和转位分度等要求.送进

如图２－５０所示为浇注自动线的输送装置,棘轮和带轮固联在同一轴上.当气缸内活塞上移时,活塞杆１推动摇杆使棘轮转过一定角度,将输送带２向前移动一段距离;当气缸内活塞下移时,棘轮停止转动,浇包对准砂型进行浇注.活塞不停地上下移动,完成砂型的浇注和输送任务.２．制动

如图２－５１所示为起重设备安全装置中的制动棘轮机构.当起吊重物时,如果机械发生故障,重物有可能出现自动下落的危险,此时棘轮机构的止回棘爪将及时制动,防止棘轮倒转,以保证安全.

３．超越

如图２－５２所示为自行车后轴上的内啮合棘轮机构.当链条带动飞轮(内棘轮)１作顺时针转动时,飞轮１又通过棘爪２、４带动后轮轴３转动;当链条静止时,飞轮１也停止转动,此时因自行车的惯性作用后轮及后轮轴３继续带动棘爪２、４转动,棘爪２、４将沿飞轮１的齿背滑过.后轮与飞轮脱开,从而实现了从动件转速超越主动件转速的超越作用.

课题二槽轮机构

一、槽轮机构的工作原理与类型

槽轮机构又称马耳他机构,如图２－５５所示的槽轮机构,由带有圆销２的曲柄(拨盘)１、具有径向槽的槽轮３、机架组成.

如图２－５５(a)所示的位置是圆销２刚开始进入槽轮３径向槽时的情况,这时锁止弧刚被松开,因此槽轮３受圆销２的驱动开始沿顺时针方向转动;当圆销２离开径向槽时[如图２－５５(b)所示位置],槽轮的下一个内凹锁止弧又被拨盘１的外凸圆弧卡住,致使槽轮静止,直到圆销２再进入槽轮另一径向槽时,又重复上述的运动循环.槽轮机构有外槽轮机构(如图２－５５所示)和内槽轮机构(如图２－５６所示)两种类型.依据机构中圆销的数目,外槽轮机构又有单圆销(如图２－５５所示)、双圆销(如图２－５７所示)和多圆销槽轮机构之分.单圆销外槽轮机构工作时,拨盘转一周,槽轮反向转动一次;双圆销外槽轮机构工作时,拨盘转一周,槽轮反向转动两次;内槽轮机构的槽轮转动方向与拨盘转向相同.二、槽轮机构的特点

(１)槽轮机构结构简单,制造容易、工作可靠,在圆销进入和退出时没有刚性冲击,所以运动比棘轮机构平稳.

(２)转角与槽轮槽数z有关.由于槽轮每次转过的角度大小与槽数有关,要想改变转角的大小,必须更换具有相应槽数的槽轮.

(３)制造与装配精度要求较高且转角大小不能调节,转动时有冲击,故不适用于高速.一般用于转速不很高的自动机械、半自动机械、轻工机械或仪表仪器中.

(４)曲柄转一圈,槽轮步进运动一步.要缩短静止时间,可增加圆销.

(５)内啮合槽轮机构,静止时间短,且运动平稳性好,只有一个圆销.三、槽轮机构的应用三、槽轮机构的应用

１．刀架转位机构

如图２－５８所示的自动机床的刀架转位机构,该槽轮机构可根据零件加工工艺的要求,自动调换需要的刀具.如图２－５９所示的工件转位传送机构可使传动链实现间歇运动,故可满足自动流水线装配作业.２．电影放映机的卷片机构

如图２－６０所示,槽轮２上有四个径向槽,拨盘１每转一周,圆销将拨动槽轮转９０°,使胶片移过一幅画面,并停留一定的时间,以适应人眼的视觉暂留现象.本章结束机械设计基础

第三单元

常用机械传动

模块一带传动与链传动

课题一V带与V带轮

一、带传动的组成、类型和特点

１．带传动的组成和类型

带传动是一种常用的机械传动.如图３－１、图３－２、图３－３所示,它由主动带轮、从动带轮和环形挠性传动带组成.当主动轮回转时,依靠带与带轮接触面间的摩擦力(或啮合力),带动从动带轮一起转动,从而实现运动和动力的传递.带进入主动轮的一边被拉紧,称为紧边;带进入从动轮的一边被放松,称为松边.

按传动原理,带传动分为啮合带传动和摩擦带传动两类.如图３－３所示为啮合带传动类的同步带传动,它依靠带工作面和带轮的啮合作用传递运动和动力,克服了带传动弹性滑动对传动比的影响,适用于传递较大载荷的场合,如纺织机械.由于啮合带传动中的同步带传动能保证准确的传动比,其适应的速度范围广(v≤５０m/s),传动比大(i≤１２),传动效率高(η＝０.６８~０.９９),传动结构紧凑,故广泛用于电子计算机、数控机床及纺织机械中.摩擦带传动适用于传动平稳、传动比要求不严格及传动中心距较大的场合.摩擦带传动是带传动的主要类型,如图３－４所示.它主要包括以下四种:

(１)平带传动.平带传动的横截面形状为矩形,工作表面为内表面,已标准化.

(２)V带传动.V带传动的横截面形状为等腰梯形,已标准化,工作表面为两侧面,主要靠带的两侧面和轮槽产生摩擦力来传递运动和动力.在相同张紧力的作用下,可产生比平带传动大得多的摩擦力,因此,传递的功率比平带大得多且结构紧凑,广泛用于动力传动.

(３)多楔带传动.多楔带传动是在平带基体上由若干根V带组成的,兼有平带和V带的优点.工作面为楔形的侧面,带与带轮接触面数多,故常用于功率较大且结构紧凑的场合.

(４)圆形带传动.圆形带传动的横截面形状为圆形.它传递的功率小,只适用于低速、轻载的机械,如缝纫机、仪表、牙科医疗器械、磁带盘等.２．摩擦带传动的主要特点

(１)带具有弹性,能缓和冲击、吸收振动,故传动平稳、噪声小.

(２)过载时,带在带轮上打滑,具有过载保护作用.

(３)结构简单,制造成本低,且便于安装和维护.

(４)带与带轮间存在弹性滑动,不能保证传动比恒定不变.

(５)带必须张紧在带轮上,增加了对轴的压力.

(６)不适用于高温、易爆及有腐蚀介质的场合.在工程中,V带传动应用最广,布置形式多为开口布置.下面我们研究常用的普通V带.

２．普通V带的标准

普通V带是标准件,其截面尺寸和长度已标准化,按其截面尺寸由小到大分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号,见表３－１.同样条件下,截面尺寸越大,传递的功率也越大.节线长度为带的基准长度,即带的公称长度,用Ld表示.普通V带的基准长度系列和带长修正系数见表３－２.三、普通V带轮

带传动一般安装在传动系统的高速级,带轮的转速较高,故要求带轮要有足够的强度,带轮常用灰铸铁铸造,有时也采用铸钢、铝合金或非金属材料.当带轮圆周速度v＜２５m/s时,采用HT１５０;当v＝２５~３０m/s时,采用HT２００;速度更高时,可采用铸钢或钢板冲压后焊接;传递功率较小时,带轮材料可采用铝合金或工程塑料.

带轮一般由轮缘、轮毂、轮辐等部分组成.轮缘是带轮具有轮槽的部分.轮槽的形状和尺寸与相应型号的带截面尺寸相适应,规定梯形轮槽的槽角为３２°、３４°、３６°和３８°四种,都小于V带两侧面的夹角４０°.这是由于带在带轮上弯曲时,截面变形将使其夹角变小,以使胶带能紧贴轮槽两侧.

在V带轮上,与所配用V带的节宽bd相对应的带轮直径,称为带轮的基准直径,用dd表示.V带轮的设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式,根据带的型号确定轮槽尺寸.四、V带传动的张紧

由于带工作一段时间后会产生塑性变形而松弛,影响带传动的正常工作.为了保证带传动具有足够的工作能力,必须定期检查与重新张紧.常用张紧方法有以下几种.

１．调整中心距

(１)定期张紧.

如图３－７(a)所示的张紧装置,在水平或倾斜不大的传动中,带轮的电动机安装在移动导轨上,需要调节带的拉力时,松开螺母,旋转调节螺钉以增大或缩小中心距,从而达到定期张紧或松开的目的.如图３－７(b)所示的张紧装置,在垂直或接近垂直的传动中,将电动机固定在摇摆架上.(２)自动张紧.

如图３－７(c)所示的张紧装置,把电动机安装在摇摆架上,利用电动机的自重,使带轮随电动机绕固定轴摆动,以达到自动张紧的目的.这种装置常用于中、小功率的传动.２．采用张紧轮若中心距不能调整,可采用张紧轮张紧.如图３－７(d)所示的张紧装置,适宜带(V带)传动,张紧轮一般安装在松边内侧,使带承受单向弯曲;同时尽量靠近大带轮,以免减小小带轮的包角.张紧轮直径可小于小带轮直径,其轮槽尺寸与带轮相同.如图３－７(e)所示的张紧装置适宜平带传动,为了增大小带轮的包角,张紧轮一般安装在松边外侧,同时尽量靠近小带轮.五、V带传动的安装与维护

为了延长V带使用寿命,保证正常运转,必须掌握V带的正确使用与维护方法.

(１)V带的型号和基准长度应正确选择,以保证V带在轮槽中的正确位置.V带顶面和带轮轮槽顶面应取齐(初次安装时V带顶面可略高些),以保证V带与轮槽的工作面充分接触.如图３－８所示,图(a)正确,图(b)、图(c)不正确.

(２)按规定的初力张紧.测定方法如图３－９所示,带的张紧程度以大拇指能将带按下１５mm为宜.(３)安装V带时,两带轮轴线应相互平行,各带轮相对应的轮槽的对称平面应重合,其偏角误差不得超过２０′,如图３－１０所示.

(４)多根V带传动时,为避免受力不均,同组V带的型号、基准长度、公差等级及生产厂家应相同.

(５)新旧V带不能同时混合使用,更换时,要求全部同时更换.

(６)定期对V带进行检查,以便及时调整中心距或更换V带.

(７)为了保证安全,带传动应加防护罩,同时应防止油、酸、碱等对V带的腐蚀.(８)带传动的工作温度不应超过６０°.(９)若带传动久置后再用,应将带传动放松.

二、普通V带的设计

V带传动的设计计算步骤一般如下:

(１)确定计算功率Pc.

(２)选择V带型号.

(３)确定带轮的基准直径ddmin,以免带的弯曲应力过大而导致其使用寿命降低.

(４)验算带速v(m/s),一般v应在５~２５m/s的范围内.

(５)计算中心距和带长.

(６)验算小带轮包角α１.

(７)确定V带根数.

课题三链传动

一、链传动的组成、特点和应用

链传动与带传动相比,主要有以下特点.

(１)由于链传动是具有中间挠性件的啮合传动,无弹性滑动和打滑现象,因此能保证平均传动比不变.

(２)链传动无须初拉力,对轴的作用力较小.

(３)链传动可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣环境下工作.

(４)链传动的瞬时传动比不恒定,传动平稳性较差,有冲击和噪声,且磨损后易发生跳齿,不宜用于高速和急速反向传动的场合.

链传动适用于两轴线平行且距离较远、瞬时传动比无严格要求以及工作环境恶劣的场合,广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中.目前,链传动所能传递的最大功率可达３６００kW,而常用的链传动功率则在１００kW以下;链速v可达３０~４０m/s,一般情况下v≤１５m/s;传动比最大可达１５,一般i≤６;效率η＝０.９１~０.９７.二、链传动的类型

按用途的不同,链传动分为传动链、起重链和输送链.起重链和输送链用于起重机械和运输机械.传动链主要用于一般机械传动.

在传动链中,又分为短节距精密滚子链(简称滚子链)、短节距精密套筒链(简称套筒链)、齿形链和成形链,如图所示.三、滚子链的结构和标准

１．滚子链的结构

滚子链的结构如图３－１５所示,由内链板１、外链板２、销轴３、套筒４和滚子５组成.内链节由内链板１与套筒４组成,内链板１与套筒４之间为过盈配合联接;套筒４与滚子５之间为间隙配合,滚子５可绕套筒４自由转动.外链节由外链板２和销轴３组成,它们之间以过盈配合联接在一起.内链节和外链节之间用套筒和销轴以间隙配合相连,构成活动铰链.当链条弯曲时,套筒能够绕销轴自由转动,起到铰链的作用.

链条工作时,链条与链轮齿相啮合.由于滚子是活套在套筒上的,滚子与轮齿之间为滚动摩擦,可减轻它们的磨损.链板均制成“∞”形,以减轻链条的质量,并使其横截面强度大致相同.

套筒滚子链上相邻两轴中心的距离称为节距,用p表示,它是链传动的主要参数.节距越大,链的各元件尺寸越大,链所能传递的功率也越大;当链轮齿数一定时,节距增大将使链轮直径增大.因此,在传递功率较大时,为使链传动的外廓尺寸不致过大,可采用小节距的双排滚子链(如图３－１６所示)或多排链.多排链由单排链组合而成,其承载能力与排数接近正比,但限于链的制造和装配精度,各排链受载不一致,故排数不宜过多,四排以上的滚子链目前很少应用.链条的长度以节数表示.当链节数为偶数时,接头采用联接链节,此时链条的两端均为内链节,外链板与销轴为过渡配合,组成可拆性联接,常用开口销[如图３－１７(a)所示]或弹簧卡片[如图３－１７(b)所示]来固定.当链节数为奇数时,接头采用过渡链节,此时链条的一端为内链节,另一端为外链节[如图３－１７(c)所示].这种链节的链板工作时受到附加弯曲应力,强度较差,所以应尽量避免使用奇数链节.

滚子链的规范标记是“链号－排数×链节数标准编号”.例如:１０A－１×８０GB/T１２４３—２００６表示节距为１５．８７５mm、单排、８０节的A系列滚子链.２．滚子链的标准

滚子链已标准化(GB/T１２４３—２００６),分为A、B两个系列,常用的A系列滚子链的主要参数和尺寸见表３－８.

２．链轮结构和材料

链轮的具体结构形式由链轮直径大小决定.直径较小的链轮制成整体式;直径中等尺寸的链轮制成孔板式;直径较大的链轮制成组合结构,即采用可更换的齿圈,通过焊接、螺栓联接、铆接等方式将齿圈和轮毂连成一体.

选择链轮材料时,一般首先应保证链轮轮齿具有足够的强度和较好的耐磨性,同时注意降低成本.链轮常用的材料有碳素钢(２０、３５、４５)、铸铁(HT２００)和铸钢(ZG３１０－５７０),重要场合采用２０Cr、４０Cr、３５SiMn.

小链轮采用的材料性能应比大链轮所用的材料好,因为小链轮啮合次数比大链轮多,磨损较重,受冲击较大.

六、链传动的布置、润滑与张紧

１．链传动的布置

链传动的两轴线应平行,且两链轮的旋转平面应位于同一铅垂平面,否则将引起脱链或不正常的磨损.如图３－１９所示,一般两链轮中心的连线多为水平布置、倾斜布置和垂直布置,其中水平布置和倾斜布置的紧边均位于上方.２．链传动的润滑

链条应有良好的润滑效果,否则会影响使用寿命.润滑剂可采用N３２、N４６、N６８机械油,温度低时用黏度小的机械油,温度高时用黏度大的机械油.常用的润滑方式有以下几种.

(１)人工定期润滑.如图３－２０(a)所示,用油壶或油刷,每班注油一次,适用于v≤４m/s的低速、不重要的链传动.

(２)滴油润滑.如图３－２０(b)所示,用油杯通过油管滴入松边内、外链板间隙处,每分钟５~２０滴,适用于４m/s＜v≤１０m/s的链传动.(３)油浴润滑.如图３－２０(c)所示,将松边链条浸入油盘中,浸油深度６~１２mm,适用于１０m/s＜v≤１２m/s的链传动.

(４)飞溅润滑.如图３－２０(d)所示,在密封容器中,甩油盘将油甩起,沿壳体流入集油处,然后引导至链条上.甩油盘的线速度应大于３m/s.

(５)压力润滑.如图３－２０(e)所示,当采用v≥８m/s的大功率传动时,应采用特设的油泵将油喷射至链轮链条啮合处.３．链传动的张紧

链条张紧的目的主要是避免由于铰链磨损使链条长度增大时松边过于松弛,垂直布置时避免下链轮与链的啮合不良.链传动的张紧方法有以下几种:

(１)调整中心距.把两链轮中的一个链轮安装在滑板上,以便定期调整中心距.

(２)采用张紧轮.在中心距不能调整时,可采用张紧轮.张紧轮常位于松边的外侧,也可位于内侧[如图３－１９(a)所示].

(３)缩短链长.当链传动没有张紧轮且中心距不能调整时,可采用缩短链长(去掉１~２个链节)的方法使链条张紧.

模块二螺旋传动

课题一螺纹的基本知识

一、螺纹的形成及分类

若任取一平面几何图形,使其一边靠在圆柱的母线上并沿螺旋线移动,移动时保持该平面图形通过圆柱的轴线,便可得到相应的螺纹

如图３－２５(b)所示,根据平面图形的形状,螺纹可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形等.三角形(牙型角为６０°)螺纹多用于联接,其余螺纹则多用于传动.按照圆柱轴线直立时螺旋线的绕行方向是向右上升还是向左上升,螺纹可分为右旋及左旋两种,机械中常用右旋,有特殊要求时才用左旋,如汽车左车轮轮毂的固定螺栓、煤气管道阀门等,左旋螺纹的标准紧固件应制有左旋标记.

根据圆柱上螺旋线的数目,螺纹可分为单线、双线、三线和多线.若将三角形底边分成两等分或三等分,并从等分点分别画一条或两条平行于斜边的直线,则在圆柱表面上相应地形成两条或三条等距离的螺旋线.

在圆柱体的外表面上形成的螺纹称为外螺纹,在圆柱孔的内表面上形成的螺纹称为内螺纹,如螺柱、螺母上的螺纹分别为外螺纹和内螺纹.

２．普通螺纹的应用

普通螺纹同一直径可以有多种螺距,其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其余的都称为细牙螺纹.粗牙螺纹的牙根部较厚、强度高,广泛用于各种紧固联接;细牙螺纹的螺纹升角小,易自锁,但牙的高度小,不耐磨,易滑扣,适用于薄壁零件、受震动、变载荷的联接及微调机构等.

三、螺纹的代号与标记

１．普通螺纹的代号与标记

(１)普通螺纹的代号.粗牙普通螺纹用“特征字母M及公称直径”表示;细牙普通螺纹用“特征字母M及公称直径×螺距”表示.当螺纹为左旋时,在螺纹代号之后加注“LH”.例如:M２４表示公称直径为２４mm的粗牙普通螺纹;M２４×１．５表示公称直径为２４mm、螺距为１．５mm的细牙普通螺纹;M２４×１．５LH表示公称直径为２４mm、螺距为１．５mm、旋向为左旋的细牙普通螺纹.

(２)普通螺纹的标记.普通螺纹的标记由“螺纹代号－螺纹公差带代号－螺纹旋合长度”组成.例如:M２４×１．５LH－５g６g－L表示公称直径为２４mm、螺距为１．５mm、中径公差带代号为５g、顶径公差带代号为６g、长旋合长度、旋向为左旋的细牙普通螺纹.

２．梯形螺纹的代号与标记

(１)梯形螺纹的代号.单线梯形螺纹用“特征字母Tr及公称直径×螺距”表示;多线梯形螺纹用“字母Tr及公称直径×导程(P螺距)”表示.当螺纹为左旋时,在螺纹代号之后加注“LH”.例如:Tr４０×１４(P７)LH表示公称直径为４０mm、导程为１４mm、螺距为７mm、旋向为左旋的双线梯形螺纹.

(２)梯形螺纹的标记.梯形螺纹的标记由“梯形螺纹的代号－公差带代号－旋合长度”组成.例如:Tr４０×１４(P７)－８e－L表示公称直径为４０mm、导程为１４mm、螺距为７mm、中径公差带代号为８e、长旋合长度的双线梯形螺纹.

课题二螺旋传动的应用形式

一、螺旋传动的概念、特点

螺杆和螺母由一定制约关系的转动及沿转动轴线方向的移动两部分组成.只能沿轴线做相对螺旋运动的运动副称为螺旋副.螺旋副是面接触的低副,其运动是一种空间运动.

螺旋传动是利用螺旋副传递运动和(或)动力的一种机械传动,可以方便地把主动件的回转运动转变为从动件的直线运动.

与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置(如曲柄滑块机构)相比,螺旋传动具有结构简单,工作连续、平稳,承载能力大,传动精度高等优点,因此广泛应用于各种机械和仪器中.它的缺点是摩擦损失大、传动效率低;但滚珠螺旋传动的应用,已使螺旋传动摩擦大、易磨损和效率低的缺点得到了很大程度的改善.

常用的螺旋传动有普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚珠螺旋传动等.

二、普通螺旋传动

由构件螺杆和螺母组成的单一螺旋副实现的传动是普通螺旋传动.

１．普通螺旋传动的运动形式及方向判定

(１)螺杆固定不动、螺母回转并作直线运动

(２)螺母固定不动、螺杆回转并作直线运动.

法则一:

左旋螺纹用左手,右旋螺纹用右手,手握空拳,四指的指向与螺杆(或螺母)回转方向相同,大拇指竖直,则大拇指指向即为螺杆(或螺母)的移动方向.

二、普通螺旋传动

１．普通螺旋传动的运动形式及方向判定

(３)螺杆回转、螺母作直线运动.

(４)螺母回转、螺杆作直线运动.法则二:

左旋螺纹用左手,右旋螺纹用右手,手握空拳,四指指向与螺杆(或螺母)回转方向相同,大拇指竖直,则大拇指所指的反方向即为螺母(或螺杆)的移动方向.

三、差动螺旋传动

一个固定螺母、一个活动螺母与螺杆组成两个螺旋副,在运动中使活动螺母与螺杆产生差动(不一致)的螺旋传动称为差动螺旋传动.如图３－３２所示为一差动螺旋传动的原理.螺杆１分别与活动螺母２和机架３组成两个螺旋副,机架３为固定螺母(既不能移动也不能转动),活动螺母２不能回转,只能沿机架的导向槽移动.设机架３和活动螺母２的旋向同为右旋,当如图示方向回转螺杆时,螺杆１相对机架３向左移动,而活动螺母２相对螺杆１向右移动,这样活动螺母２相对机架３实现差动移动,螺杆１每转一转,活动螺母２实际移动距离为两段螺纹导程之差.如果机架３上螺母螺纹旋向仍为右旋,活动螺母２的螺纹旋向为左旋,如图示方向回转螺杆１时,螺杆１相对机架３左移,活动螺母２相对螺杆１也左移,螺杆１每转一转,活动螺母２实际移动距离为两段螺纹的导程之和.

３．判定差动螺旋传动的移动方向

判定差动螺旋传动中活动螺母的移动方向,按以下步骤进行.

(１)先用法则一确定螺杆的移动方向.

(２)由式(３－１６)计算结果:当L＞０时,活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相同;当L＜０时,活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相反.

４．差动螺旋传动的应用

差动螺旋传动机构可以产生极小的位移,而其螺纹的导程并不需要很小,加工较容易.因此,差动螺旋传动机构常用于测微器、计算机、分度机等诸多精密切削机床、仪器和工具中.四、滚珠螺旋传动

滚珠螺旋传动的工作原理是,在螺杆和螺母的螺纹滚道中,装有一定数量的滚珠(钢球),当螺杆与螺母作相对螺旋运动时,滚珠在螺纹滚道内滚动,并通过滚珠循环装置的通道(返回通道)构成封闭,从而实现螺杆与螺母间的滚动摩擦.滚珠螺旋传动按其滚动体循环方式不同,分为外循环和内循环两种形式(如图３－３４所示).

滚珠螺旋传动具有滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小、传动效率高、传动时运动稳定、动作灵敏等优点.但其结构复杂、外形尺寸较大、制造技术要求高,因此成本也较高.目前,滚珠螺旋传动主要应用于精密传动的数控机床(滚珠丝杠传动)以及自动控制装置、升降机构和精密测量仪器等机械中.

模块三齿轮传动

课题一齿轮传动概述

一、齿轮传动的概念

齿轮是一个有齿的机械元件,齿轮传动是利用一对齿轮的轮齿依次交替啮合,实现机器中两轴线间运动和动力的传递,以及运动形式和速度的改变.

三、齿轮传动的应用特点

齿轮传动与带传动、链传动相比,具有以下优点:

(１)两轮瞬时传动比(i１２＝ω１/ω２角速度之比)恒定不变,运动传递准确、可靠.

(２)适用的圆周速度范围和功率范围较大.

(３)传动效率较高,一般为０.９４~０.９９.

(４)使用寿命长,结构紧凑,维护简单.

(５)能实现平行、相交、交错轴间的传动.

齿轮传动的缺点如下:

(１)齿轮制造和安装精度要求较高,成本较高,工作时有噪声.

(２)齿轮的齿数为整数,可获得的传动比受到一定限制,不能实现无级变速.

(３)不适用于轴间距离较大的传动.四、齿轮传动的分类

齿轮传动是用来传递机器中两轴线间的运动.

１．根据两轴线间的相对位置、轮齿齿向及啮合情况分类

齿轮传动平行轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动直齿锥齿轮传动斜齿锥齿轮传动曲齿锥齿轮传动交错轴斜齿圆柱齿轮传动蜗杆传动２．根据工作条件不同分类

(１)开式齿轮传动.它没有防护箱体,齿轮是外露的,外界杂质容易侵入啮合处,润滑条件较差.常用于低速或不重要的齿轮传动,如机床的挂轮传动、冲床和搅拌机等.

(２)闭式齿轮传动.它将齿轮完全封闭在箱体内,具有良好的润滑条件和防护条件.常用于速度较高或重要的齿轮传动,如机床主轴箱、齿轮减速器等.

３．根据齿轮齿廓曲线不同分类

根据齿轮齿廓曲线的不同,齿轮传动可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动.五、齿轮传动的基本要求

从传递运动和动力两方面考虑,齿轮传动应满足下列两个基本要求.

１．传动准确、平稳

要满足传动平稳的要求,应保证齿轮传动的瞬时传动比恒定不变,以避免或减小传动中的冲击、振动和噪声.

２．承载能力强

要求齿轮的结构尺寸小、体积小、质量轻,且有较强的承载能力,具有较长的使用寿命,即应使轮齿有足够的强度,满足齿轮传动的强度和设计要求.因此,齿轮齿廓曲线、参数、尺寸的确定,材料和热处理方式的选择,加工方法和精度等问题,基本都是围绕、满足上述两个基本要求而进行的.六、齿轮传动的润滑、维护

１．齿轮传动的润滑

润滑对齿轮传动具有很大的影响.正确而良好地润滑,可以提高承载能力,延长使用寿命,提高工作效率.选择合适的润滑剂和润滑方式是润滑的重要问题.

润滑剂有润滑油和润滑脂两种.只要黏度足够,应当优先采用润滑油.只有在低速运行场合,如开式传动或间歇运行的闭式传动中,才采用润滑脂.２．齿轮传动的维护

齿轮传动的正确维护是保证齿轮传动正常工作、延长其使用寿命的必要条件.日常维护工作主要有以下内容:

(１)安装与跑合.齿轮安装时,其固定和定位应符合技术要求.使用一对新齿轮,先做跑合运转,即在空载及逐步加载的方式下,运转十几小时至几十小时,然后清洗箱体,更换新油,才能使用.

(２)正确使用齿轮传动.在启动、加载、卸载及换挡的过程中应力求平稳,避免产生冲击载荷,以防引起断齿等故障.

(３)经常检查润滑系统状况.如润滑油量、供油状况及润滑油质量等应经常检查,按照使用规则定期更换、补充规定牌号的润滑油.

(４)监控运转状态.通过看、摸、听,监视有无不正常的声音或箱体过热现象,禁止其“带病工作”.对高速、重载或重要场合的齿轮传动,可采用自动监测装置,确保齿轮传动的安全、可靠.

(５)装防护罩.对于开式齿轮传动,应装防护罩,防止灰尘、切屑等杂物侵入齿面,加速齿面磨损,同时保护人身安全.

润滑不良和装配不合要求是齿轮失效的主要原因.声响监测和定期检查是发现