机械基础（项目四）

机械基础（第2版）主讲老师：签到扫码下载文旌课堂APP扫码签到（2022.4.118:00至2022.4.118:10）签到方式教师通过“文旌课堂APP”生成签到二维码，并设置签到时间，学生通过“文旌课堂APP”扫描“签到二维码”进行签到。。机械传动装置肆项目导读机械传动装置是指将机器动力部分产生的运动和动力通过机械方式传递到执行部分的中间装置，它是机器传动部分的主体。机械传动装置不仅在整个机器的质量和成本中占有很大比例，而且在很大程度上决定了机器的工作性能。因此，掌握机械传动的基本原理，合理选用机械传动装置及其零部件，对于提高机器的工作能力和效率具有重要意义。本项目主要介绍常见机械传动装置的结构、工作原理和运行维护知识，为解决工程问题建立必要的基础。知识目标掌握常见机械传动装置的类型、特点及应用掌握带传动和链传动的结构和工作原理掌握齿轮传动的基本参数和工作原理了解齿轮的结构形式和材料掌握蜗杆传动的主要参数及工作原理了解蜗轮与蜗杆的结构和材料掌握定轴轮系传动比的计算掌握常见机械传动装置的运行与维护技能目标能够计算带传动、链传动的传动比能够计算齿轮传动的基本参数能够计算蜗杆传动的传动比，确定蜗轮的转向能够计算定轴轮系的传动比，确定轮系传动件的转向能够对简单机械传动装置进行应用分析思政目标养成实事求是的科学精神和求真务实的辩证思维提升遵守标准规范的职业意识和学以致用的职业素养分析带式输送机的传动装置——带传动和链传动壹通过测量数据计算齿轮的模数——齿轮传动贰分析组合机床动力滑台齿轮系的传动——蜗杆传动和齿轮系叁项目导航分析带式输送机的传动装置——带传动和链传动壹任务工单任务工单4.1扫

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学生扫码下载任务工单，并进行分组（详见教材）问题引入带传动是机械传动中重要的传动形式之一。你能从实际生活中举出带传动的应用实例么？这么多用到带传动的场合，那么带传动是由哪几部分组成的？它又是怎么来传递运动和动力的？1.1带传动带传动带传动是指利用挠性带与带轮之间的摩擦或啮合作用，将主动轮的运动和动力传递给从动轮的机械传动装置。定义它主要由主动轮、从动轮和传动带组成，如图4-2所示。组成图4-2带传动的组成1.1带传动

1）摩擦带传动1.带传动的类型（a）平带传动

（b）V带传动

（c）圆带传动

（d）多楔带传动图4-3摩擦带传动的类型根据传动带横截面形状的不同，摩擦带传动可分为以下四种类型，如图4-3所示。1.1带传动

1）摩擦带传动1.带传动的类型平带传动：结构简单，带轮容易制造，在传动中心距

较大的场合应用较多。V带传动：能传递较大的载荷，且结构较为紧凑，应

用非常广泛。圆带传动：一般用于低速轻载仪器及家用器具中。多楔带传动：兼有平带传动与V带传动的特点，适用

于传递载荷较大且要求结构紧凑的场合。1.1带传动

2）啮合带传动1.带传动的类型啮合带传动通常称为同步带传动，它通过传动带内表面上等距分布的横向齿与带轮上相应齿槽的啮合来传递运动和动力，如图4-4所示。同步带传动由于带轮和传动带之间没有相对滑动，因此能够保证严格的传动比，但它对传动中心距的稳定性要求较高。图4-4同步带传动1.1带传动1.带传动的类型你能举出生活中用带传动的例子么？它的截面积是什么形状的呢？【课堂互动】1.1带传动2.传动带的特点及应用优点传动平稳、无噪声，能缓冲、吸振；0102摩擦带在传动过载时会打滑，可防止损坏零件，起到安全保护的作用；结构简单，制造和维护方便，成本低；适用于中心距较大的场合。03041.1带传动2.传动带的特点及应用①摩擦带在工作中存在弹性滑动，传动效率较低，传动比的精确度较差；②传动装置的外廓尺寸较大；③带轮传动轴的载荷较大。缺点1.1带传动2.传动带的特点及应用1.1带传动3.V带和V带轮观察图中传动带的类型及数量？【课堂互动】1.1带传动3.V带和V带轮

1）V带的结构和型号（a）帘布结构

（b）线绳结构图4-5V带的结构普通V带都是无接头的环形带，由强力层、伸张层、压缩层和包布层等组成，如图4-5所示。V带的结构普通V带可分为Y、Z、A、B、C、D、E等7种型号，窄V带可分为SPZ、SPA、SPB、SPC等4种型号。例如，A1430GB/T1171表示符合GB/T1171、基准长度为1430mm的A型普通V带。V带的型号1.1带传动3.V带和V带轮普通V带标记的练习【课堂互动】D1440GB/T11544--20121.1带传动3.V带和V带轮

2）V带轮的材料和结构V带轮常用的材料有HT150和HT200等。当转速较高时V

带轮常用铸钢或轻合金材料。当传动功率较小时常用铸铝或塑料等材料。V带轮的材料V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成，如图4-6所示。V带轮的结构图4-6带轮的结构1.1带传动3.V带和V带轮

2）V带轮的材料和结构根据轮辐结构形式的不同，V带轮可分为实心式、腹板式、孔板式和轮辐式等四种，如图4-7所示。（a）实心式

（b）腹板式

（c）孔板式

（d）轮辐式图4-7V带轮的结构型式1.1带传动3.V带和V带轮

2）V带轮的材料和结构V带两工作面（侧面）的夹角均为40°。V带传动工作时，由于V带外层受拉伸变长，内层受压缩变短，因此V带工作面（侧面）的夹角将会小于40°。为了使变形后的V带仍能够与带轮充分地贴合，V带轮轮槽两侧面的夹角要比V带工作面的夹角小一些。国家标准规定V带轮轮槽两侧面的夹角为32°、34°、36°和38°。1.1带传动4.带传动的工作情况分析

1）带传动的受力分析（a）工作前

（b）工作时图4-8带传动中带的受力工作前：传动带任意横截面都受到大小相等的初始拉力F0

的作用，如图4-8（a）所示。工作时：传动带两边的拉力不再相等，紧边的拉力由

F0增大为F1

，松边的拉力由F0

减小为F2

。1.1带传动4.带传动的工作情况分析

1）带传动的受力分析1.1带传动4.带传动的工作情况分析

2）带的弹性滑动和打滑如图4-9所示。当传动带绕过主动轮1进入松边时，其所受拉力逐渐减小，弹性变形量随之减小，从而沿主动轮转动的反方向收缩，在带轮工作面上出现轻微的滑动。同样的情况也发生在从动轮上，这种现象称为弹性滑动。弹性滑动图4-9弹性滑动1.1带传动4.带传动的工作情况分析

2）带的弹性滑动和打滑当传递载荷增大时，有效拉力随之加大，弹性滑动区域也随之扩大。当有效拉力达到或超过某一极限值时，传动带与外径较小的带轮在整个接触弧上的摩擦力将达到极限，载荷若继续增加，传动带将沿整个接触弧滑动，这种现象称为打滑。打滑1.1带传动4.带传动的工作情况分析

2）带的弹性滑动和打滑应注意区分弹性滑动和打滑：弹性滑动是由于两边拉力差引起的，不影响带传动的正常工作，且只要传递圆周力，就必然会产生弹性滑动，所以弹性滑动是不可避免的；打滑是由于过载而引起的全面滑动，将导致带传动失效，因此应当尽量避免。1.1带传动4.带传动的工作情况分析请大家根据所讲知识，思考并讨论弹性滑动和打滑有什么区别？【课堂互动】1.1带传动5.带传动的运行与维护

1）带传动的张紧与调整带传动的张紧程度对其传动能力、使用寿命和传动轴的载荷等都有很大的影响。①根据带传动的摩擦传动原理，在安装时需对传动带进行张紧；②当带传动运行一段时间后，传动带因塑性变形和磨损而会变得松弛，此时需要进行调整，使传动带重新张紧。张紧与调整的场合影响1.1带传动5.带传动的运行与维护

1）带传动的张紧与调整带传动常用的张紧方法有移动法、摆动法和安装张紧轮法，如图4-10所示。（a）移动法

（b）摆动法

（c）安装张紧轮法图4-10带传动常用的张紧方法1.1带传动5.带传动的运行与维护

1）带传动的张紧与调整采用安装张紧轮法对V带和同步带进行张紧时，张紧轮一般应放在松边的内侧，并尽量靠近大带轮，这样可使传动带只受单向弯曲，且小带轮的包角不致减小过多；对平带张紧时，张紧轮一般应放在松边的外侧，并尽量靠近小带轮，这样可以增大小带轮的包角，提高传动带的传动能力。1.1带传动5.带传动的运行与维护

2）带传动的安装与维护01平行轴传动时，各带轮的轴线必须保持规定的平行度。02对传动带进行套装时，不得强行撬入，应先将中心距缩小，将传动带套在带轮上，再逐渐调整中心距将传动带张紧。03安装V带时，V带的顶面应与带轮的外缘对齐或略高一点，底面应与轮槽间留有一定间隙，否则将会影响带传动的正常运行。04传动带应定期检查并及时调整，发现损坏的V带应及时更换。05新旧带、普通V带和窄V带、不同规格的V带均不能混合使用。06带传动装置必须安装安全防护罩。1.2链传动观看自行车实物或图片，指出传动部分并讨论分析其各部分组成【课堂互动】1.2链传动链传动是一种挠性啮合传动，它以链条作为中间挠性件，通过链条与链轮轮齿之间的啮合来传递运动和动力。链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成，如图4-12所示。图4-12链传动的组成链传动1.2链传动1.链传动的类型1、我们日常生活中，有哪些实物是属于链传动这一范畴呢？2、链传动有哪些传动特点？【课堂互动】1.2链传动1.链传动的类型传动链起重链2输送链13根据应用范围不同1.2链传动1.链传动的类型（a）传动链

（b）输送链

（c）起重链图4-13链传动的类型1.2链传动1.链传动的类型1滚子链传动2套筒链传动3齿形链传动4成形链传动根据结构形式不同1.2链传动2.链传动的特点及应用①无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比；②结构紧凑，传动效率较高；③张紧力小，作用于轴上的径向力也较小；④适合在高温、灰尘多、湿度大及腐蚀性环境等恶劣条件下工作。优点1.2链传动2.链传动的特点及应用缺点123只适用于平行轴之间的同向回转传动；瞬时传动比不恒定，传动不够平稳；工作时有噪声，不宜用于载荷变化很大和急速反向的传动。1.2链传动2.链传动的特点及应用应用主要应用于要求工作可靠、平均传动比准确、两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。目前，链传动广泛应用于农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工等行业的各种机械中。1.2链传动3.链条和链轮（1）滚子链。滚子链由内链板、外链板、滚子、套筒和销轴等组成，如图4-14所示。

1）链条（a）实物图

（b）示意图图4-14滚子链的组成1.2链传动3.链条和链轮（1）滚子链。

1）链条由于链条是由刚性链节通过销轴铰接而成的，当链条绕在链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后形成折线，相当于将链条绕在正多边形的轮子上。当主动链轮以等角速度回转时，从动链轮的角速度将周期性地变动，这种运动的不均匀性称为链传动的多边形效应。1.2链传动3.链条和链轮

1）链条在机械传动系统中常将链传动布置在高速级，还是低速级，为什么？请结合带传动和链传动的特点回答【课堂互动】1.2链传动3.链条和链轮（1）滚子链。

1）链条（a）开口销

（b）弹簧夹

（c）过渡链节图4-15链条的接头形式当链节数为偶数时，链条一端的外链板正好与另一端的内链板相连，其连接销轴可采用开口销或弹簧夹进行锁定，如图4-15（a）和4-15（b）所示；当链节数为奇数时，接头处须采用过渡链节进行连接，如图4-15（c）所示。1.2链传动3.链条和链轮（1）滚子链。

1）链条链条接头采用过渡链节时，该处链条若处于受拉状态，过渡链节将会承受附加的弯曲载荷，这将降低链传动的承载能力，因此应尽量采用偶数链节以避免使用过渡链节。1.2链传动3.链条和链轮

1）链条当链节数为奇数时，接头处为什么要采用过渡链节进行连接？【课堂互动】1.2链传动3.链条和链轮（2）齿形链。

1）链条齿形链传动通过具有特定齿形的链板与链轮之间的啮合来传递运动和动力。齿形链又称无声链，由铰接起来的齿形链板组成，如图4-16所示。（a）实物图

（b）示意图图4-16齿形链1.2链传动3.链条和链轮（2）齿形链。

1）链条与滚子链传动相比：

优点：传动平稳、噪声小、承受冲击载荷能力强、轮齿受力较均匀。

缺点：但齿形链传动结构复杂、质量较大、制造成本高、装拆较困难。多用于运动精度要求较高或传动速度较高的场合。1.2链传动3.链条和链轮（1）链轮的结构形式和材料。

2）链轮链轮的结构形式很多，常见链轮的结构形式有以下三种，如图4-17所示。（a）实物图

（b）整体式

（c）孔板式

（d）组合式图4-17链轮的结构形式1.2链传动3.链条和链轮（1）链轮的结构形式和材料。

2）链轮表4-1链轮常用材料的性能和应用范围1.2链传动3.链条和链轮（1）链轮的结构形式和材料。

2）链轮表4-1链轮常用材料的性能和应用范围（续）1.2链传动3.链条和链轮

2）链轮链传动中的主动链轮和从动链轮使用材料是一样的吗？为什么？【课堂互动】1.2链传动3.链条和链轮（1）链轮的结构形式和材料。

2）链轮由于链轮在传动过程中需要承受各种振动和冲击，因此其轮齿应具有足够的强度和耐磨性。为提高其力学性能，链轮在制造过程中必须进行合理的热处理。由于小链轮在转动时比大链轮的啮合次数多，且承受的冲击较大，因此通常要求小链轮的材料性能高于大链轮。1.2链传动3.链条和链轮（2）链轮的齿形。

2）链轮传动时链节能顺畅进入和退出啮合；对于因磨损而产生的链条节距变化有较好的适应能力；啮合时齿形能够与链节保持良好的接触；形状尽量简单，方便加工。壹贰叁肆1.2链传动4.链传动的运行与维护

1）链传动的张紧与调整（a）利用重锤张紧

（b）利用弹簧张紧

（c）定期调节张紧图4-18链传动中使用张紧轮进行张紧1.2链传动4.链传动的运行与维护

2）链传动的润滑表4-2链传动常用的润滑方式1.2链传动4.链传动的运行与维护

2）链传动的润滑表4-2链传动常用的润滑方式（续）任务描述很多人骑自行车时遇到过链条脱落的窘境，而且链条的修复非常麻烦。那时有的人会抱怨：为什么自行车要采用链传动，而不采用带传动？虽然带传动和链传动类似，都是通过挠性件在传动轮之间传递运动和动力的，但两者的工作特点有所不同，适用于不同的工作场合。如图4-1所示（见下页）为带式输送机传动装置机构运动简图，其中同时采用了链传动和带传动。请同学们分析该传动装置存在的问题，并填写“任务工单4.1”。任务描述图4-1带式输送机传动装置机构运动简图任务实施一、准备带式输送机是以输送带作为牵引和承载构件，对物料进行连续输送的机械。带式输送机工作时，输送带通过与传动滚筒之间的摩擦力驱动运行，输送带承载着置于其上的物料一起运动，实现对物料的连续输送。带式输送机的传动装置用于将电动机的运动和动力传递给传动滚筒，通常要求其运行平稳可靠，具有较为稳定的预定输出转速。二、实施全班学生每5～6人一组，组员合作分析该传动装置存在的问题，并做好记录。带式输送机传动装置的问题在于带传动和链传动的位置不合理，带传动应该布置在高速级，直接与电动机连接，链传动应该布置在低速级，其原因如下。任务实施（1）带传动中单根传动带所传递的功率与传动带的速度成正比，带传动在高速级速度高，单根传动带所传递的功率大，所需传动带的根数少，可以节约制造带轮的材料，并节省带传动所占的空间。（2）带传动直接与电动机相连，可以对整个传动装置起到过载保护的作用。（3）由于链传动的多边形效应，其运动存在不均匀性，链传动的速度越高，冲击动载荷越大，链条的寿命越短，因此链传动应放在低速级。思政复兴号--新材料助力“中国制造”岗位可平凡，人生必精彩在最平凡的岗位，要怎样实现非凡梦想？“大力弘扬劳模精神、劳动精神、工匠精神，激励更多劳动者特别是青年一代走技能成才、技能报国之路”。2020年12月10日，习近平总书记致信祝贺首届全国职业技能大赛，为每一位普通劳动者鼓劲加油、指明方向。磨砺技艺、不懈努力，就能找到自己的一方天地，书写不凡的人生精彩。这次大赛，2500多名选手在86个项目中竞技比拼，其中既有机器人、云计算等高科技项目，也有缝纫、砌砖等“不起眼”的行当；既有年过半百的“老师傅”，也有尚未成年的“小工匠”。选手们娴熟的技艺、精美的作品充分展示了新时代技能人才的实力和风采。……（详见教材）课堂总结带传动链传动通过测量数据计算齿轮的模数——齿轮传动贰任务工单任务工单4.2扫

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学生扫码下载任务工单，并进行分组（详见教材）问题引入链传动的特点是传动效率高，能保证平均传动比恒定，适用于中心距较大的场合并能在同一平面内传递运动和动力。那么我们来想一下有没有一种机械传动是在不同平面内传递运动和动力的呢？今天我们就来学习这样的传动。2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型1）平行轴齿轮传动（a）直齿圆柱齿轮传动

（b）斜齿圆柱齿轮传动

（c）人字形圆柱齿轮传动图4-20外啮合齿轮传动平行轴齿轮传动中，两齿轮在同一平面内运动，两者轴线相互平行。如图4-20（a）所示为直齿圆柱齿轮传动，齿轮的齿向与齿轮轴线方向相同；如图4-20（b）所示为斜齿圆柱齿轮传动，齿轮的齿向与齿轮轴线方向倾斜了一个角度；如图4-20（c）所示为人字形圆柱齿轮传动，它可看作由两个轮齿齿向倾斜方向相反的斜齿圆柱齿轮组合而成。2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型1）平行轴齿轮传动图4-21内啮合齿轮传动图4-22齿轮齿条传动图4-21所示为内啮合齿轮传动，两齿轮转动方向相同；图4-22所示为齿轮齿条传动，齿轮做旋转运动，齿条做直线运动。2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型1）平行轴齿轮传动直齿圆柱齿轮传动

斜齿圆柱齿轮传动

人字形圆柱齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮齿条传动2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型2）平行轴齿轮传动（a）直齿圆锥齿轮传动

（b）斜齿圆锥齿轮传动图4-23相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动中，两齿轮不在同一个平面内运动，两者轴线相交。2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型2）平行轴齿轮传动直齿圆锥齿轮传动

斜齿圆锥齿轮传动2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型3）交错轴齿轮传动（a）交错轴斜齿轮传动

（b）蜗杆传动图4-24交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动中，两齿轮不在同一个平面内运动，两者轴线在空间交错，既不平行也不相交。2.1齿轮传动的类型、特点及应用1.齿轮传动的类型3）交错轴齿轮传动交错轴斜齿轮传动

蜗杆传动2.1齿轮传动的类型、特点及应用2.齿轮传动的特点及应用①传动比准确，工作可靠；②传动效率高，使用寿命长；③结构紧凑，所占空间位置小，可在空间任意两轴之间传递运动和动力；④传递的功率、速度和尺寸范围大。优点2.1齿轮传动的类型、特点及应用2.齿轮传动的特点及应用缺点123制造齿轮需要专用设备，制造成本较高；安装精度要求较高，否则会出现较大的振动和噪声；不适用于两轴中心距较大的传动。2.1齿轮传动的类型、特点及应用2.齿轮传动的特点及应用应用齿轮传动广泛应用于汽车、飞机、船舶、机床、起重机械、矿山机械、轻工机械和仪器仪表等行业，是应用最为广泛的机械传动之一。2.1齿轮传动的类型、特点及应用2.齿轮传动的特点及应用根据工作条件的不同，齿轮传动装置还可分为开式、半开式和闭式三种。其中，开式齿轮传动装置没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外，外界杂物容易侵入且润滑不良，多用于低速、非重要传动场合；半开式齿轮传动装置有简单的防护装置，但不能严格防止外界杂物的侵入，润滑条件一般，多用于农业机械、建筑机械及简单机械；闭式齿轮传动装置的齿轮经过精密加工，安装于密闭的箱体内，润滑条件良好，多用于汽车、机床等高速、精密和重要的传动场合。2.2渐开线齿轮1.渐开线齿廓的形成和性质如图4-25（a）所示，当一直线BK沿圆周从位置Ⅰ做纯滚动到位置Ⅱ时，直线上任一点K的轨迹形成一条曲线AK，则曲线AK称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，直线BK称为渐开线的发生线。渐开线齿轮的轮齿就是由以同一基圆形成的两条反向渐开线组成的，如图4-25（b）所示。渐开线齿廓的形成（a）渐开线的形成

（b）渐开线齿廓图4-25渐开线齿廓2.2渐开线齿轮1.渐开线齿廓的形成和性质1发生线上沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长，即

BK=BA。4发生线与基圆的切点B也是渐开线在K点处的曲率中心，线段BK即是渐开线在K点处的曲率半径。2发生线BK即为渐开线在K点的法线。由于发生线恒切于基圆，因此渐开线上任意点的法线必恒切于基圆。3渐开线齿廓上K点的法线方向与该点速度方向所夹的锐角称为该点的压力角，用aK

表示，则有cosaK=OB/OK=rb/rk。5渐开线的形状取决于基圆半径的大小。6基圆内无渐开线。渐开线性质2.2渐开线齿轮2.渐开线齿轮的几何尺寸图4-26渐开线齿轮的几何尺寸渐开线齿轮的几何尺寸如图4-26所示。2.2渐开线齿轮2.渐开线齿轮的几何尺寸1）齿宽、齿厚、齿槽宽和齿距齿宽：轮齿沿齿轮轴线方向的宽度，用b表示。齿厚：在齿轮任意圆周上，一个轮齿两侧齿廓间的弧长，用sk

表示；槽宽：一个齿槽两侧齿廓间的弧长，用ek

表示；齿距：相邻两齿同侧齿廓之间的弧长，用pk

表示。2.2渐开线齿轮2.渐开线齿轮的几何尺寸2）齿顶圆、齿根圆和分度圆齿顶圆：过齿轮各齿顶所作的圆称为齿顶圆，其半径用ra

表示。齿根圆：过齿轮各齿槽底部所作的圆称为齿根圆，其半径用rf

表示。分度圆：为了便于计算齿轮各部分的尺寸，在齿轮上选择一个圆

作为尺寸计算基准，这个圆称为分度圆。2.2渐开线齿轮2.渐开线齿轮的几何尺寸3）齿顶高、齿根高和齿全高齿顶高：轮齿上介于齿顶圆与分度圆之间的部分称为齿顶，

其径向高度称为齿顶高，用ha

表示；齿根高：介于分度圆与齿根圆之间的部分称为齿根，其径向

高度称为齿根高，用hf

表示；分全高：轮齿在齿顶圆和齿根圆之间的径向高度称为齿全高，

用符号h表示。2.2渐开线齿轮3.渐开线齿轮的基本参数1）齿数齿轮圆周上轮齿的总数量称为齿数，用z表示。2）模数工程中，为了便于齿轮的设计、计算、制造和检验等，通常将p/π

规定为标准值，称为齿轮的模数，用m表示，即

m=

p/π

，齿数相同的齿轮，模数m越大，齿距越大，轮齿也越大，齿轮的承载能力也就越强。2.2渐开线齿轮3.渐开线齿轮的基本参数2）模数模数m的单位为mm，GB/T1357—2008规定了齿轮的标准模数系列，如表4-3所示。表4-3标准模数系列（摘自GB/T1357—2008）单位：mm2.2渐开线齿轮3.渐开线齿轮的基本参数3）压力角由前述可知，渐开线齿廓上各点的压力角不相同。通常所说的压力角是指渐开线齿廓在分度圆上的压力角，用α

表示，则有cosα=rb/r

，于是齿轮的基圆半径为

（4-7）GB/T1356—2001中规定分度圆上的压力角为标准值，α=20°

。2.2渐开线齿轮3.渐开线齿轮的基本参数4）齿顶高系数和顶隙系数齿顶高系数：齿顶高ha

与模数m比值，用符号

表示。一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根之间沿半径方向的间隙称为顶隙，用c表示。顶隙系数：顶隙与模数之间的比值称为顶隙系数，用符号

表示。2.2渐开线齿轮4.渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算4）齿顶高系数和顶隙系数当齿轮的模数m、压力角α

、齿顶高系数

和顶隙系数

都取标准值，且分度圆上的齿厚s与齿槽宽e相等时，该齿轮称为标准齿轮。对于标准齿轮，有

（4-9）2.2渐开线齿轮4.渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算4）齿顶高系数和顶隙系数表4-4渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式2.2渐开线齿轮4.渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算课上练习2.2渐开线齿轮4.渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算课上练习2.2渐开线齿轮4.渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算1：已知一标准直齿圆柱齿轮，模数m=4mm，齿数外啮合标准直径z=40，试求各部分尺寸？圆柱齿轮的几何尺寸的计算公式。2：已知一标准直齿圆柱齿轮，齿数z=30，齿根圆习，直径df等于192.5㎜。试求齿距p、齿顶圆直径da、分度圆直径d和齿高h？【课堂互动】2.2渐开线齿轮5.渐开线齿轮的啮合传动1）渐开线齿轮正确啮合的条件两齿轮的模数和压力角分别相等，即

m1=m2=m，α1=α2=α一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件2.2渐开线齿轮5.渐开线齿轮的啮合传动2）渐开线齿轮的传动比图4-27渐开线齿廓的啮合如图4-27所示为渐开线齿廓的啮合。一对渐开线齿轮啮合时，两齿廓的公法线n-n与两齿轮圆心连线O1O2

相交于C点，C点称为节点。分别以O1O2

为圆心，以O1C

，O2C

为半径作圆，所得的圆称为节圆。可以证明，渐开线齿轮传动的传动比

i=ω1/

ω2=rb2/rb1

。由于传动过程中基圆半径不变，因此渐开线齿轮传动能保证精确的瞬时传动比。2.2渐开线齿轮5.渐开线齿轮的啮合传动3）渐开线齿轮传动的中心距图4-28渐开线齿轮的标准安装渐开线齿轮传动时，如果相互啮合的轮齿之间有侧隙，在传动过程中将会出现振动和冲击。为实现无侧隙啮合，在安装齿轮时应保证分度圆与节圆重合，这种安装称为标准安装，如图4-28所示。标准安装时齿轮的中心距称为标准中心距，其大小为

（4-11）式（4-11）中的“±

”表示啮合的类型，当齿轮为外啮合时取“+

”，内啮合时取“-

”。2.2渐开线齿轮5.渐开线齿轮的啮合传动3）渐开线齿轮传动的中心距当渐开线齿轮传动的中心距不等于标准中心距时，这种安装称为非标准安装。由于基圆半径为定值，因此渐开线齿轮非标准安装的传动比仍将保持不变，这种性质称为渐开线齿轮传动中心距的可分性，它为齿轮的加工和安装提供了很大的方便。2.2渐开线齿轮5.渐开线齿轮的啮合传动4）渐开线齿轮连续传动的条件齿轮传动通常用重合度来描述任意瞬间处于啮合状态的轮齿对数，其符号为

ε。重合度ε

越大，表示同时参与啮合的齿数越多，则传动越平稳。渐开线齿轮连续传动的条件重合度ε≥1

2.3斜齿圆柱齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮传动的特点（a）直齿圆柱齿轮的齿廓曲面

（b）斜齿圆柱齿轮的齿廓曲面图4-29齿轮的齿廓曲面圆柱齿轮的齿廓是一个曲面，如图4-29（a）。2.3斜齿圆柱齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮传动的特点（a）直齿圆柱齿轮传动的齿面接触线

（b）斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触线图4-30齿轮传动的齿面接触线斜齿圆柱齿轮生成的齿廓曲面与基圆柱的交线是一条螺旋曲线，如图4-29（b）所示。该齿廓曲面称为渐开线螺旋面。2.3斜齿圆柱齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮传动的特点特点ABC承载能力强传动平稳冲击及工作噪声小2.3斜齿圆柱齿轮传动2.斜齿圆柱齿轮的基本参数1）螺旋角若将斜齿圆柱齿轮沿分度圆柱面展开，将得到一个矩形，分度圆上的螺旋线将变为一组斜直线，如图4-31所示。斜直线与齿轮轴线所夹的锐角称为螺旋角，用

β表示，它的大小表示轮齿的倾斜程度。一般情况下，

β值越大，传动的平稳性越高，但传动时产生的轴向力也越大，故螺旋角

β不能过大，一般取

β=8°~20°。图4-31斜齿圆柱齿轮沿分度圆柱面展开图2.3斜齿圆柱齿轮传动2.斜齿圆柱齿轮的基本参数1）螺旋角根据螺旋线的旋向不同，斜齿圆柱齿轮可分为左旋齿轮和右旋齿轮，具体判断方法可使用右手定则。如图4-32所示，右手手心对着自己，四根手指的指向与齿轮轴线方向保持一致。若斜齿圆柱齿轮的齿向与右手拇指指向相同，则代表该齿轮为右旋齿轮；反之则为左旋齿轮。图4-32斜齿圆柱齿轮的旋向2.3斜齿圆柱齿轮传动2.斜齿圆柱齿轮的基本参数2）模数斜齿圆柱齿轮的模数分为端面模数mt

和法面模数mn

。如图4-31所示，根据几何关系可知，端面齿距pt

与法面齿距pn

之间存在关系：pn

=ptcosβ，由此可知

mn=mtcosβ

（4-12）2.3斜齿圆柱齿轮传动2.斜齿圆柱齿轮的基本参数3）压力角图4-33端面和法面压力角端面压力角：斜齿圆柱齿轮的分度圆在端面内的压力角，用at

表示；法面压力角：法面内的压力角，用an

表示。如图4-33所示，根据几何关系推导可得

（4-13）2.3斜齿圆柱齿轮传动2.斜齿圆柱齿轮的基本参数4）齿顶高系数和顶隙系数2.3斜齿圆柱齿轮传动3.标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算表4-6标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式2.4直齿圆锥齿轮传动1.直齿圆锥齿轮的基本参数图4-34直齿圆锥齿轮传动与直齿圆柱齿轮啮合类似，直齿圆锥齿轮的啮合过程可看作是两个锥顶共点的圆锥体做相对纯滚动，而轮齿均匀分布在圆锥体的表面上，如图4-34所示。2.4直齿圆锥齿轮传动1.直齿圆锥齿轮的基本参数1）模数直齿圆锥齿轮的模数m同样已由国家标准规定，一般根据齿轮强度和结构的要求进行选取。2）分度圆锥角直齿圆锥齿轮轴线与分度圆锥面所夹的锐角称为分度圆锥角，用δ

表示，如图

4-34所示。2.4直齿圆锥齿轮传动1.直齿圆锥齿轮的基本参数3）轴交角4）压力角、齿顶高系数及顶隙系数相互啮合时两直齿圆锥齿轮轴线之间的夹角称为轴交角，用

表示。一般机械中，通常采用90°轴交角的直齿圆锥齿轮传动，即

。国家标准规定，标准直齿圆锥齿轮的压力角

，正常齿的齿顶高系数

，顶隙系数

。2.4直齿圆锥齿轮传动2.直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算表4-7Ʃ=90°的标准直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算公式2.4直齿圆锥齿轮传动2.直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两个齿轮的大端模数相等、大端压力角相等，且锥距相等、锥顶重合。其中，锥距是指分度圆锥顶点到锥底的距离。2.5齿轮的结构形式与材料1.齿轮的结构形式齿轮的结构形式虽然多样，但一般都由轮缘、轮辐和轮毂等组成。齿轮常见的结构形式有齿轮轴、实心式、腹板式和轮辐式，它们的特点及适用范围如表4-8所示。表4-8齿轮常见结构形式的特点及适用范围2.5齿轮的结构形式与材料1.齿轮的结构形式表4-8齿轮常见结构形式的特点及适用范围（续）2.5齿轮的结构形式与材料2.齿轮的材料123齿轮的材料应满足要求齿面具有较高的硬度，以抵抗齿面的磨损、胶合及塑性变形；齿心部位具有足够的韧性，以抵抗冲击载荷；具有良好的加工工艺性，以获得良好的表面质量和加工精度。2.5齿轮的结构形式与材料2.齿轮的材料1）锻钢锻钢具有强度高、韧性好、便于制造等特点，还可通过多种热处理方法来改善力学性能，因此大多数齿轮都采用锻钢制造。软齿面齿轮：常用的材料有中碳钢和合金调质钢。这类齿轮制造工艺简单、成本低廉，广泛应用于一般的机械传动。硬齿面齿轮：常用的材料有合金渗碳钢和合金调质钢。这类齿轮制造工艺复杂、成本较高，常用于精密、高速、重载的机械传动。2.5齿轮的结构形式与材料2.齿轮的材料2）铸钢对于直径大于400mm、结构复杂且受力较大的齿轮，可采用ZG270-500、ZG340-640等铸钢材料。3）铸铁铸铁齿轮常用的材料有HT200、QT600-3等，常用于低速轻载、冲击小和不重要的齿轮传动。4）非金属材料对于高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了减少噪声，常用塑料、尼龙、夹布胶木等非金属材料制造。2.6齿轮传动的维护1.齿轮的失效形式齿轮传动的失效形式有哪些？这些失效形式有何区别？【课堂互动】2.6齿轮传动的维护1.齿轮的失效形式齿轮在工作时，其轮齿既要承受法向的压力，又要承受切向的摩擦力，因此齿轮的失效主要是指轮齿的失效。定义表4-9常见的齿轮失效形式及预防措施2.6齿轮传动的维护1.齿轮的失效形式表4-9常见的齿轮失效形式及预防措施（续）2.6齿轮传动的维护1.齿轮的失效形式表4-9常见的齿轮失效形式及预防措施（续）2.6齿轮传动的维护2.齿轮传动的润滑开式及半开式齿轮传动通常采用人工定期添加润滑油的方式进行润滑；闭式齿轮传动常用的润滑方式有浸油润滑、溅油润滑和喷油润滑等，如表4-10所示。表4-10闭式齿轮传动常用的润滑方式2.6齿轮传动的维护2.齿轮传动的润滑表4-10闭式齿轮传动常用的润滑方式（续）任务描述拆解过机械式手表或闹钟的同学们会发现，钟表的内部紧密布置着许多大小不同的齿轮，它们的配合可以实现不同传动比的精准传动。除此之外，齿轮传动还广泛应用于电梯、汽车、轮船、机床、起重机等各种机械中。齿轮是一个外形较为复杂的零件，基本参数是对其进行设计和选用的最重要数据。例如，在某机器的齿轮箱中有一渐开线直齿圆柱齿轮，因齿面磨损较为严重而需要更换。如图4-19所示（见下页）为该齿轮的测量示意图，用游标卡尺测量跨2个齿和跨3个齿的齿廓距离分别为

和

。请同学们计算该齿轮的模数m，并填写“任务工单4.2”。任务描述图4-19渐开线直齿圆柱齿轮测量示意图任务实施思政复兴号王立鼎的齿轮人生每天睡眠时间只有5个小时，节假日也不休息。这是中国科学院院士、精密机械和微纳机械专家王立鼎曾经的工作状态。50岁之前，他几乎每天都这样度过；75岁之前，也几乎周末无休。他的高度勤勉和自律，在外人看来到了一种严苛的程度。“天才出于勤奋，务实才能成功。”王立鼎将这句朴实的话作为自己的人生信条，多少个午夜，他独自一人走在静谧的回家路上，……（详见教材）课堂总结齿轮传动的类型、特点及应用渐开线齿轮斜齿圆柱齿轮传动直齿圆锥齿轮传动齿轮的结构形式与材料齿轮传动的维护分析组合机床动力滑台齿轮系的传动——蜗杆传动和齿轮系叁任务工单任务工单4.3扫

一

扫

学生扫码下载任务工单，并进行分组（详见教材）问题引入减速器传动机构中，平行轴间的传动用圆柱齿轮传动，相交轴间的传动用圆锥齿轮传动，那空间两交错轴间的运动是用什么来传递运动的呢？3.1蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架等组成，它主要用于空间两交错轴之间运动和动力的传递，如图4-36所示。（a）实物图

（b）示意图图4-36蜗杆传动的组成3.1蜗杆传动1.蜗杆传动的类型和特点（a）圆柱蜗杆传动

（b）环面蜗杆传动

（c）锥蜗杆传动图4-37蜗杆传动的类型根据蜗杆外形的不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动三类，如图4-37所示。3.1蜗杆传动1.蜗杆传动的类型和特点与齿轮传动相比，蜗杆传动具有以下优点和缺点。优点：①传动比（一般为10～80）大且准确，结构紧凑；②传动平稳，噪声较小；③可实现自锁。缺点：①蜗轮与蜗杆之间的摩擦较大，传动效率较低（一般为0.7～0.9）；②通常选用铜合金等材料，成本较高。3.1蜗杆传动1.蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动和齿轮传动相比有哪些特点？常用于什么场合？【课堂互动】3.1蜗杆传动2.普通圆柱蜗杆传动的主要参数图4-38普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动如图4-38所示，通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面，它既是蜗杆的轴向截面，又是蜗轮的端面。3.1蜗杆传动2.普通圆柱蜗杆传动的主要参数1）蜗杆的头数和蜗轮的齿数蜗杆的头数是指蜗杆分度圆柱上螺旋线的条数，用z1表示。蜗杆头数越小，传动比越大，且越容易实现自锁，但传动效率将随之降低，摩擦发热量增大；蜗杆头数越大，传动效率越高，但传动比将变小，且加工困难。因此，工程中通常取z1=1、2、4、6、蜗杆的头数蜗轮的齿数z2=iz1

，若z2

太小，蜗杆传动的平稳性将变差，且蜗轮容易产生根切；若z2

太大，蜗轮的直径将增大，与之相啮合的蜗杆长度则会增加，导致蜗杆传动的刚度下降。因此，工程中通常取z2=28~80。蜗轮的齿数3.1蜗杆传动2.普通圆柱蜗杆传动的主要参数2）模数和压力角蜗杆传动在中间平面内相当于齿轮齿条传动，且中间平面为蜗杆的轴面和蜗轮的端面，因此规定蜗杆的轴面模数ma1

和轴面压力角αa1

与蜗轮的端面模数mt2

和端面压力角αt2

分别相等（即ma1=mt2=m

，

αa1=at2=

α

），以保证蜗杆与蜗轮的正确啮合。其中，蜗杆传动的模数一般取标准值，标准压力角为20°。3.1蜗杆传动2.普通圆柱蜗杆传动的主要参数3）蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数工程中，通常用与蜗杆尺寸相同的滚刀来加工蜗轮，以保证蜗轮与蜗杆的正确啮合，但这会导致模数相同而直径不同的蜗杆需要配制多种规格的蜗轮滚刀。从经济性考虑，为了减少滚刀的数目并实现滚刀的标准化，工程中对每个标准模数的蜗杆都规定了若干分度圆直径d1

。蜗杆分度圆直径d1

与模数m的比值称为蜗杆直径系数，用q表示，即

q=d1/m

（4-15）由式（4-15）可知，当模数m一定时，q越大，蜗杆分度圆直径d1越大，蜗杆的刚度越高。因此，对于小模数的蜗杆一般选择较大的q，以保证其具有足够的刚度。3.1蜗杆传动2.普通圆柱蜗杆传动的主要参数4）导程角（a）分度圆柱

（b）展开图图4-39蜗杆分度圆柱上的导程和导程角如图4-39（a）所示为蜗杆的分度圆柱，它上面有两条螺旋线。将分度圆柱展开，相邻螺旋线之间的轴向距离称为齿距，用pa1表示；同一条螺旋线上相邻两齿间的轴向距离称为导程，用pz表示，pz=pa1z1=πmz1，如图4-39（b）所示。3.1蜗杆传动2.普通圆柱蜗杆传动的主要参数4）导程角螺旋线与蜗杆轴端面的夹角称为蜗杆分度圆柱上的导程角，简称导程角，用γ

表示。由图4-39（b）中几何关系可知

（4-16）由式（4-16）可知，蜗杆直径d1越小，导程角γ

越大，则传动效率越高。根据导程角γ

的旋向，蜗杆可分为左旋和右旋，以右旋最为常用。为保证蜗轮与蜗杆的正确啮合，蜗杆的导程角

γ与蜗轮的螺旋角

β应大小相等、旋向相同。当导程角γ

小于材料的当量摩擦角时，蜗杆传动即可实现自锁，此时一般取γ=3°~5°

。3.1蜗杆传动3.蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数5）中心距在蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆的中心距为

（4-17）3.1蜗杆传动3.蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数表4-11普通圆柱蜗杆传动的主要几何尺寸计算公式3.1蜗杆传动4.普通圆柱蜗杆的啮合传动1）蜗杆传动正确啮合的条件蜗杆的轴向模数ma1

与蜗轮的端面模数mt2

相等；蜗杆的轴面压力角αa1与蜗轮的端面压力角αt2相等；2）蜗杆传动的传动比在蜗杆传动中，蜗杆通常为主动件，则蜗杆与蜗轮之间的传动比为i=n1/n2=z2/z1

（4-19）式中，n1、n2——蜗杆和蜗轮的转速，单位为r/min

；

z1、z2

——分别为蜗杆头数和蜗轮齿数。3.1蜗杆传动4.普通圆柱蜗杆的啮合传动课上练习3.1蜗杆传动4.普通圆柱蜗杆的啮合传动课上练习3.1蜗杆传动4.普通圆柱蜗杆的啮合传动3）蜗轮和蜗杆的转向关系蜗杆传动工作时，蜗杆与蜗轮的旋向应保持一致，即同为左旋或右旋。具体可通过右手定则进行判断。如图4-40所示。（a）右旋蜗杆

（b）右旋蜗轮

（c）左旋蜗杆图4-40蜗杆与蜗轮旋向的判断方法3.1蜗杆传动4.普通圆柱蜗杆的啮合传动3）蜗轮和蜗杆的转向关系为了正确利用蜗杆传动，需要确定蜗轮的旋转方向。如图4-41所示。（a）右旋蜗杆

（b）左旋蜗杆图4-41蜗轮回转方向的判断方法3.1蜗杆传动5.蜗杆与蜗轮的结构和材料1）蜗杆与蜗轮的结构蜗杆通常和轴制成一体，称为蜗杆轴。只有在蜗杆直径很大时，才将蜗杆齿圈和轴分别制造，然后再套装在一起。铸铁蜗轮和直径小于100mm的铜合金蜗轮通常采用整体式结构。当蜗轮的直径较大时，蜗轮齿圈用铜合金制造，蜗轮轮心用钢或铸铁制造。当蜗轮直径大于600mm时，或在蜗轮磨损后需要更换齿圈的场合，蜗轮轮圈与轮心可用螺栓连接。对于大批量生产的蜗轮，常将铜合金齿圈直接镶铸在铸铁轮心上。3.1蜗杆传动5.蜗杆与蜗轮的结构和材料2）蜗杆与蜗轮的材料表4-12蜗杆常用材料的性能、热处理方式及适用范围表4-13蜗轮常用材料的性能及适用范围3.1蜗杆传动6.蜗杆传动的维护1）蜗杆传动的失效形式闭式蜗杆传动齿面点蚀齿面胶合开式蜗杆传动轮齿折断齿面磨损3.1蜗杆传动6.蜗杆传动的维护2）蜗杆传动的润滑蜗杆传动的相对滑动速度大、发热量大，若润滑不良则会显著降低工作效率，并且会带来严重的磨损，甚至出现胶合，因此必须选择合适的润滑油及润滑方式。蜗杆传动常用润滑油的黏度和润滑方式如表4-14所示。表4-14蜗杆传动常用润滑油的黏度和润滑方式3.2齿轮系1.齿轮系的类型1）定轴轮系（a）平面定轴轮系

（b）空间定轴轮系图4-42定轴轮系传动时，各齿轮的几何轴线相对于机架都处于固定状态的齿轮系称为定轴轮系。定轴轮系3.2齿轮系1.齿轮系的类型1）定轴轮系（a）平面定轴轮系

（b）空间定轴轮系图4-42定轴轮系传动时，各齿轮的几何轴线相对于机架都处于固定状态的齿轮系称为定轴轮系。定轴轮系3.2齿轮系1.齿轮系的类型2）周转轮系（a）行星轮系

（b）差动轮系图4-43周转轮系传动时，至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架位置不固定的齿轮系称为周转轮系。周转轮系3.