第七章 机械传动

第七章 机械传动

教学目的：通过本章的学习，使学生了解机械传动的类型和应用。

重点难点：机械传动的应用场合。

教学方法：讲授

教学课时：26

教学内容：1、带传动

2、链传动

3、齿轮传动

4、蜗杆传动

5、轮系和减速器

7-1 带 传 动

教学目的 ：1、熟悉带传动的特点、类型及应用。

2、了解三角带的构造、标准。

3、掌握带轮材料

4、掌握V 带轮的张紧、安装、维护

重点难点：V 带轮的特点、应用、材料和构造标准。

教学方法：讲授

教学课时：4

教学内容：带传动是由主动轮，从动轮和传动带所组成，靠带与带轮间的摩擦力

来传递运动和动力。

一、带传动的类型、特点和应用。

1．带传动的类型

带传动可分为平型带传动、三角带传动、圆形带传动和同步带传动等。

(1)平型带传动

平型带(flat belt)的横截面为矩形，已标准化。常用的有橡胶帆布带、

皮革带、棉布带和化纤带等。

平型带传动主要用于两带轮轴线平行的传动，其中有开口式传动（open

（a ）平型带传动 （b ）三角带传动 （c ）圆形带传动 （d ）同步带传动

belt drive）和交叉式传动（crossed belt drive）等。开口式传动，两带轮转向相同，应用较多；交叉式传动，两带轮转向相反，传动带容易磨损。

(2)三角带传动

三角带(V—belt)的横截面为梯形，已标准化。三角带传动是把三角带紧套在带轮上的梯形槽内，使三角带的两侧面与带轮槽的两侧面压紧，从而产生摩擦力来传递运动和动力。

在相同条件下三角带传动比平型带传动的摩擦力大，由于楔形摩擦原理，三角带的传动能力为平带的3倍。故三角带传动能传递较大的载荷，获得了广泛的应用。

(3)圆形带传动

圆形带常用皮革制成，也有圆绳带和圆锦纶带等，它们的横截面均为圆形。圆形带传动只适用于低速、轻载的机械，如缝纫机、真空吸尘器、磁带盘的传动机构等。

(4)同步带传动

同步带(synchronus bolt)传动是靠带内测的齿与带轮的齿相啮合来传递运动和动力的。由于钢丝绳受载荷作用时变形极小，又是啮合传动，所以同步带传动的传动比较准确。

1．带传动的特点

与其它传动形式相比较，带传动具有

以下特点：

(1)由于传动带具有良好的弹性，所

以能缓和冲击、吸收振动，传动平稳，无

噪声。但因带传动存在滑动现象，所以不

能保证恒定的传动比。

(2)传动带与带轮是通过摩擦力传递

运动和动力的。因此过载时，传动带在轮

缘上会打滑，从而可以避免其它零件的损

坏，起到安全保护的作用。但传动效率较低，带的使用寿命短；轴、轴承承受的压力较大。

(3)适宜用在两轴中心距较大的场合，但外廓尺寸较大。

⑷结构简单，制造、安装、维护方便，成本低。但不适用于高温、有易燃

易爆物质的场合。

3、带传动的应用

带传动是一种应用广泛的机械传动。无论是在精密机械，还是在工程机械，矿山机械，化工机械，交通运输，农业机械等中，它都得到广泛使用。

二、三角胶带的结构和标准

1．三角胶带的结构

三角胶带都制成无接头的环形。

它由包布层、伸张层、强力层和压缩层四个部分组成。包布层多由胶帆布制成，它是三角带的保护层。伸张层和压缩层主要由橡胶组成，当胶带在带轮上弯曲时可分别伸张和压缩。强力层由几层棉帘布或一层线绳制成，用来承受基本的拉力。

2．三角胶带的标准

三角胶带是标准件，由专业工厂生产。按截面尺寸的大小，三角胶带分为 O、A、B、C、D、E、F七种型号。线绳结构的三角胶带目前只生产 O、A、B、C四种型号。

三角带的内周长度称公称长度。三角带中性层的长度称节线长度。

例如“B2400”表示三角带型号为B型，内周长2400m m。

三、三角带轮的材料和结构

三角带轮重量轻,结构工艺性好,质量分布均匀。轮槽工作表面粗糙度Ra为1.6～3.2,具有一定尺寸精度，可延长带的使用寿命。

1、材料: 铸铁,常用HT150、HT200。

转速高时：用铸钢、钢的焊接结构

低速、小功率时：用铝合金、塑料。

2、三角带典型结构：（4种）

实心式：当带轮直径d≤（2.5-3）dS(带轮轴孔直径)采用。

腹板式:当带轮直径d≤300mm时采用。

孔板式: 当带轮直径d≤300mm时采用。

轮辐式: 当带轮直径d≥300mm时采用。

五、带传动的张紧、安装和维护。

1、V带的张紧

图9-10 三角带轮的结

⑴、定期张紧

装有带轮的电动机安装在移动导轨上,旋转调节螺钉以增大或减小中心距，从而达张紧或松开的目的。

电动机安装在摆动底座上,通过旋转调整螺母来调节中心距，达到张紧目的。

⑵、自动张紧

把电动机安装在的摇摆架上,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。

图9—12自动张紧装置图9—13采用张紧轮张紧装置

⑶、采用张紧轮

若中心距不能调整,可采用张紧轮张紧。图所示张紧装置适宜平带传动。图所示张紧装置适宜三角带传动，张紧轮一般安装在松边内侧,使带只受单弯曲;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。

2、带传动的维护

为了延长使用寿命，保证正常运转，须掌握正确的使用与维护。

图9—14 采用张紧轮张紧装置

⑴．带传动在安装时，必须使两带轮轴线平行，轮槽对正，否则会加剧磨损。安装时应缩小中心距后套上，然后调整。

⑵．严防与矿物油、酸、碱等腐蚀性介质接触，也不宜在阳光下曝晒。

⑶．为保证安全，带传动应加防护罩。

图10-1链传动

7-2 链 传 动

教学目的 ：1、熟悉链传动的工作原理特点及应用

2、掌握链传动的类型

重点难点：链传动的工作原理，传动链的类型

教学方法：讲授

教学课时：4

教学内容：

一、链传动的工作原理和特点

链传动(chain drive)是由主动

链轮(chain wheel)、链条(chain)、

从动链轮组成。

链轮具有特定的齿形，链条套装

在主动链轮和从动链轮上。工作时，

通过链条的链节与链轮轮齿的啮合

来传递运动和动力。

链传动具有下列特点：

⑴链传动结构较带传动紧凑，过

载能力大。

⑵链传动有准确的平均传动比，无滑动现象，但传动平稳性差，工作时有噪

声。

⑶作用在轴和轴承上的载荷较小。

⑷可在温度铰高、灰尘较多、湿度较大的不良环境下工作。

⑸低速时能传递较大的载荷。

⑹安装精度高，制造成本较高。

二、链的类型和应用

由于链的用途不同，链分为传动链、起重链和牵引链三种。

传动链用于一般机械中传递动力和运动；起重链用于起重机械中提升重物；

牵引链用于链式输送机中移动重物，常用的传动链根据其结构的不同，可分为短

节距精密滚子链(简称滚子链)和齿形链(又称无声链)两种。

齿形链是由一组带有两个特定齿形的链板左右交错并列铰接而成。工作时，

通过链板上的链齿与链轮轮齿相啮合来实现传动。

与滚子链相比，齿形链传动平稳，噪声小，承受冲击性能好，工作可靠，但结构复杂，价格较高，且制造较难，故多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。

链传动通常用于要求有准确的平均传动比，两轴平行且中心距较大，不宜应用带传动和齿轮传动的场合。因链传动能在恶劣条件下工作，故在矿山、冶金、建筑、石油、农业和化工机械中获得广泛应用。

三、滚子链和链轮

1．滚子链

滚子链(roller chain)在一般机械中应用广泛。滚子链条由若干内链节和外链节依次铰接而成。内链节由内链扳、套筒和滚子组成。内链板与套筒以过盈配合联接,套筒与滚子以间隙配合相联，构成活动铰链，滚子可绕套筒自由转动。外链节由外链板和销轴组成，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联。当链屈伸时，套筒能够绕销独自由转动，起着铰链的作用。

链条工作时，滚子与链轮轮齿相啮合，

由于滚子是活套在套简上的，故滚子与轮齿

为滚动摩擦，可减轻它们之间的磨损。

链条上相邻两销轴中心的距离 p叫作节

距(pitch)，它是链条的主要参数。

传动链在使用时总是首尾相连成环形。

滚子链的接头形式，当链节总数为偶数时内

链板和外链板首尾相接可用开口销或弹簧

卡将销轴锁紧。当链节总数为奇数时，则应

采用过渡链节进行联接。但过渡链节的弯链

板在工作时易产生附加弯曲应力，故应尽量避

免采用。因此链节总数最好为偶数。

2．链轮

链轮的齿形对啮合质量有很大影响，正确的齿形应保证链节平稳而自由地进入和退出啮合，各齿磨损均匀，不易脱链且便于加工和测量。三段圆弧和直线bc组成，称为三圆弧一直线齿形。

链轮的典型结构由轮辐、轮毂、轮缘三部分组成。具体结构型式由链轮直径大小而定。有整体式、腹板式、孔板式、组合式。

选择链轮的材料时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。一般小链轮采用的材料应好于大链轮，因为小链轮啮合次数比大链轮多，磨损较重，受冲击较大。

7-3 齿轮传动

教学目的：1、了解齿轮传动的特点、应用及分类。

2、了解渐开线齿轮各部分的名称、主要参数。

3、掌握标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸、计算。

4、了解渐开线齿轮的啮合传动、安装。

5、认识其他齿轮传动

重点难点：渐开线齿轮各部分主要参数、标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸、计算。教学方法：讲授

教学课时：6

教学内容：齿轮机构是由齿轮副组成的传递运动和动力的装置。

一、齿轮传动的特点、应用及分类

㈠、齿轮传动的特点

1、传递功率的范围大，速度广

2、能保证瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠。

3、传动效率高，使用寿命长，工作可靠。

4、可以实现平行或不平行轴之间的传动。

5、齿轮的制造、安装精度、成本较高。

6、不宜用于远距离的传动

提问：比较齿轮和以前所学过的几种传动装置的不同点？

㈡、齿轮传动的应用

在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递任意位置的两轴之间的运动和动力。齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠，效率高，寿命长，适用的功率、速度和尺寸范围大。传动功率可以从很小至十几万千瓦；速度可高达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。

㈢、齿轮机构的类型

外啮合

直齿圆柱齿轮内啮合

齿轮齿条

平行轴传动斜齿圆柱齿轮

人字齿轮

按两轴的相对位置和齿向直齿圆锥齿轮

相交轴传动曲齿圆锥齿轮

交错轴斜齿轮

交错轴传动蜗杆机构

二、渐开线齿轮各部分名称、主要参数

㈠．齿轮各部分的名称

１．齿槽：齿轮上相邻两轮齿之间的空间。

２．齿顶圆：轮齿顶部所在的圆称为齿顶圆，其直径

用da表示。

３．齿根圆：齿槽底部所在的圆称为齿根圆，其

直径用df表示。

４．齿厚：一个齿的两侧端面齿廓之间的弧长称

为齿厚，用s表示。

５．齿槽宽：一个齿槽的两侧齿廓之间的弧长称

为齿槽宽，用e表示。

６．分度圆：齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆

称为分度圆，其直径用d表示。

７．齿距：两个相邻而同侧的端面齿廓之间的弧长称为齿距，用p表示。即 p＝s＋e

８．齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高，用h表示。

９．齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离称为齿顶高，用ha表示。

10．齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离称为齿根高，用hf表示。

11．齿宽：沿齿轮轴线方向量得的齿轮宽度，用b表示。

㈡、主要参数：

１．齿数Z

一个齿轮的牙齿数目即齿数。

２．模数m

因为分度圆周长πd＝Zp，则分度圆直径为 d＝Zp／π

由于π为一无理数，为了计算和制造上的方便，人为地把p?／π规定为有理数，即齿距P除以圆周率π所得的商称为模数，用m表示。即 m＝p／π (mm)３．压力角α

通常说的压力角指分度圆上的压力角，用α表示。? 我国规定标准压力角α＝20°。

齿廓形状是由模数、齿数、压力角三个因素决定的。

三．标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算

正常齿制 ha ＝1, C＝0.25

表11

短齿制 ha＝0.8, C＝0.3

顶隙一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶到另一个齿轮的齿根之间的径向距离，用c表示。顶隙可以避免一对齿轮传动时轮齿相互碰撞，?并可贮存一些润滑油。

标准中心距 a＝r1＋r2＝m (Z1＋Z2)／2 例题：已知一对标准直齿圆柱齿轮传动，其传动比i12＝3, 主动轮转速n1＝600r／min, 中心距a＝168mm, 模数m＝4mm, 试求从动轮的转速n2. ?齿轮齿数z1和z2各是多少？

解：传动比i12＝n1／n2＝Z2／Z1

n2＝n1／i12＝600／3＝200r／min

i12＝Z2／Z1＝3

a＝m (Z1＋Z2) ／2＝168

Z2＝3Z1 Z1＝21

Z1＋Z2＝84 Z2＝63

四、渐开线齿轮的啮合传动、安装

１．正确啮合条件

直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等。

２．中心距

一对标准安装的标准直齿圆柱齿轮传动，由于分度圆上的齿厚与齿槽宽相等，所以两齿轮的分度圆相切，且作纯滚动，此时两分度圆与其相应的节圆重合，则标准中心距为：

a＝r1＋r2＝r1′＋r2′＝m (Z1＋Z2) ／2

3．啮合角

注意：单个齿轮有固定的分度圆和分度圆压力角，而无节圆和啮合角，只有一对齿轮啮合时，才有节圆和啮合角。

此外，为了保证一对直齿圆柱齿轮能连续传动，其重合度必须大于1(ε>1)。

五、其他齿轮传动

㈠、斜齿圆柱齿轮齿廓形成及啮合特点

１．斜齿圆柱齿轮齿廓形成

? 渐开线斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与渐开线直齿圆柱齿轮相似。就齿轮端面而言，都是发生线绕基圆作纯滚动时，发生线上任一点K在平面上的轨迹。实质上齿廓表面是一渐开线曲面。

所不同的是直齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条平行于基圆柱母线的直线

在空间的轨迹面；而斜齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条与基圆柱母线夹角为βb的斜直线在空间的轨迹面。由于斜直线绕到基圆柱面上之后是一条螺旋线，?由该斜直线在空间的轨迹面所形成的齿廓曲面称为渐开螺旋面，其中βb?称为基圆螺旋角。

２．啮合特点：

直齿圆柱齿轮

由齿廓曲面形成原理可知，直齿圆柱齿轮在啮合过程中，接触线平行于轴线，因而一对直齿齿廓是同时沿整个齿宽进入啮合脱离啮合，即其上的载荷也是突然加上和突然卸下，易引起冲击。传动平稳性较差。

斜齿圆柱齿轮

而一对斜齿圆柱齿轮接触线为斜直线，接触线长度先由短到长，再由长到短，?直至脱离啮合，故传动平稳性好，承载能力强，适用于高速重载传动。在传动时会产生轴向力。

㈡、斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸

由斜齿圆柱齿轮齿廓形成可知，它的

齿面是一渐开线螺旋面，其端面（垂直于

齿轮轴线的平面）和法面平面（垂直于齿

的平面）的齿形不同，当用成型铣刀加工

时，刀具沿螺旋线方向进刀，故轮齿的法

面齿形与刀具的齿形一致，因此以轮齿的

法面参数为标准来选择刀具。但在计算斜

齿轮的几何尺寸时，又要按端面参数进行

计算，故必须建立法面参数与端面参数之

图11

间的换算关系。

１．螺旋角

斜齿轮的螺旋线为斜直线，螺旋线与分度圆柱母线的夹角称螺旋角，用β表示。斜齿轮轮齿的旋向分为左、右旋两种。

２．模数

Pn表示法向齿距，Pt表示端面齿距，β为螺旋角，它们之间的关系为：

Pn＝Pt·cosβ

∵ P＝π·m ，∴ mn＝mt·cosβ

mt——端面模数 mn——法面模数

一般取mn为标准模数

３．压力角

斜齿轮在分度圆上的压力角也有法向压力角αn和端面压力角αt之分，两者之间的关系为： tgαn＝tgαt·cosβ

一般规定法向压力角取标准值，即αn＝20°

表11

４．齿顶高系数和顶隙系数

斜齿轮在端面和法面上的齿顶高和顶隙是相等的，即

ha＝hat*·mt＝han*·mn

C＝Ct*·mt＝Cn*·mn

由此得 hat*＝han*·cosβ

Ct*＝Cn*·cosβ

式中hat*和Ct*为端面齿顶高系数和顶隙系数，han*和Cn*为法面齿顶高系数和顶隙系数，均应取标准值。

５．分度圆直径与中心距

斜齿轮直径是从端面上度量的，故得 d＝mt·Z＝ mnz／cosβ。

斜齿轮传动的标准中心距为：

a＝ (d1＋d2) ／2＝(Z1＋Z2)mt／2＝(Z1＋Z2)mn／2cosβ

斜齿轮的几何尺寸计算公式见表11－11。

㈢、斜齿圆柱齿轮传动

1.正确啮合条件

一对斜齿轮的正确啮合条件是：两轮的法面模数和法面压力角相等，分度圆上的螺旋角相等，方向相反，

即： mn1＝mn2

αn1 ＝αn2

β1＝-β2

２．当量齿轮和当量齿数

过斜齿轮分度圆螺旋线上的一点P，作垂直于轮齿的法向截面，该截面为椭圆，椭圆在p点的曲率半径为ρ。?若以ρ为分度圆半径，以斜齿轮的mn、αn作一假想直齿圆柱齿轮，?其齿形近似于斜齿轮的法向齿形。该假想直齿圆柱齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮，其齿数称为当量齿数，用Zv表示。Zv＝Z／cos3β。?式中Z为斜齿轮的齿数，β为螺旋角。

选择铣刀及轮齿弯曲强度计算都用到当量齿数Zv。此外确定斜齿轮不产生根切的最少齿数也以它为依据。因为当量直齿轮轮齿的最少齿数Zvmin＝17，则标准斜齿轮不产生根工的最少齿数为

Zmin＝Zvmin·cos3β

可见，斜齿轮的最少齿数比直齿轮少。

例如：αn＝20°，当β＝15°时，斜齿轮的最少齿数：Zmin＝Zvmin·cos3β

＝17·cos315°

＝15

㈣、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析

１．受力分析

一对斜齿轮受力情况，不计摩擦力，作用于主动轮齿上的法向力Fn必沿接触点的法线方向指向工作齿面。法向力又可分为：

圆周力

径向力

轴向力

从动轮上的圆周力、径向力和轴向力与主动轮上的大小相等，方向相反。

圆周力的方向在主动轮上与啮合点的圆周速度方向相反，在从动轮上则与啮合点的圆周速度方向相同。

径向力的方向分别指向各自的轮心。

轴向力方向可用主动轮左右手法则来判定。即主动轮是右旋时，握紧右手，四指表示主动轮的回转方向，拇指伸直的指向即为主动轮上的轴向力

图11

㈤、直齿圆锥齿轮传动的特点、应用和主要参数。

1、直齿圆锥齿轮机构用于两相交轴之间的传动，两轴的夹角可由传动的要求确定，在一机构中多采用=900的直齿圆锥齿轮机构。

一对圆锥齿轮轮齿分布在两个截锥体上，且锥顶交于一点，其轮齿尺寸由大端面锥方向的小端逐渐变小。显然圆锥齿轮大端和小端的参数是不相同的。

2、了便于测量和估算机构的外形尺寸，规定以大端参数为标准，大端压力角=200。

以圆锥齿轮大端模数为标准模数，大端压力角为标准压力角，按照圆柱齿轮作图法画出扇形齿轮的齿廓，其齿廓与直齿圆锥齿轮大端齿廓近似相同，两扇形齿轮的齿数为两圆锥齿轮的实际齿数。若将扇形齿轮补足为完整的圆柱齿轮，这两个假想的圆柱齿轮就称为两锥齿轮的当量齿轮，当量齿轮的齿数称为当量齿数，用Zv表示。

当量齿轮的半径：rv=r ／cos

当量齿数：Zv=Z／cos

式中――圆锥齿轮分度圆锥角

当量齿数Zv 是圆锥齿轮的重要参数，其意义在于，就大端齿形和大端承载能力而言，圆锥齿轮与同模数、同压力角、齿数为Zv的圆柱齿轮相当。

用仿形法加工圆锥齿轮，按Zv值选择刀号。

用范成法加工正常齿形的圆锥齿轮，不产生根切的最少齿数Zmin= Zvmin cos =17 cos 。

六、齿轮材料、结构、齿轮传动失效形式及维护

㈠、齿轮的常用材料及热处理

１．齿轮常用材料

常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等，一般多采用锻件或轧制钢材，当齿轮较大(d＞400～600mm)而轮坯不易制造时，?可采用铸钢，开式低速传动可采用灰铸铁，球墨铸铁有时可代替铸钢。

一对相啮合的齿轮，为使大小两轮的工作寿命相近，小齿轮应比大齿轮选用好一点的材料、高一些的硬度。

２．常用热处理方法

齿轮常用的热处理方法有：正火、调质、表面淬火、渗碳淬火和渗氮等。

（1）经正火、调质处理的齿轮为软齿面齿轮，工艺过程简单，运用于对强度要求不高，中低速的一般机械传动的齿轮。

（2）经表面淬火，渗碳淬火和渗氮处理后的齿轮为硬齿面齿轮，可较大地提高齿轮的承载能力和耐磨性，适用于生产批量大和要求结构紧凑的齿轮。

㈡、齿轮结构

根据强度条件和传动比要求可以确定齿轮的模数、齿数等基本参数，并计算出齿轮传动的主要尺寸。在确定齿轮尺寸的基础上，考虑材料制造工艺等因素，确定齿轮的结构形状。齿轮结构可分为齿轮轴、实心式、腹板式、轮辐式等。

１．齿轮轴

直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可将齿轮和轴做成整体的，称为齿轮轴。

齿轮轴刚度较好，但齿轴磨损后，轴也同时报废，对直径较大的齿轮应分开制造。

２．实心式齿轮

齿顶圆直径da≤160mm时，可采用锻造毛坯的实心式结构，?当齿顶圆直径da＜100mm时，单件或小批量生产的齿轮，?可直接用轧制圆钢作齿轮毛坯。

３．腹板式

齿顶圆直径da≤500mm时，一般用锻造方法做成腹板结构齿轮，?不重要的用铸造的方法做成腹板结构齿轮。为了减轻重量，节省材料，常在腹板上制出圆孔。有关结构尺寸参照图中经验公式确定。

４．轮辐式

齿顶圆直径da＞500时，齿轮毛坯常用铸造方法做成轮辐结构，?如图11－28。根据不同要求，可用铸钢或铸铁。

㈢、齿轮传动的失效形式及维护

齿轮传动过程中，在载荷的作用下，如果轮齿发生折断，齿面损坏等现象，则轮齿就失去了正常的工作能力，称为失效。

由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同，影响失效的原因很多，主要都发生在轮齿上，常见的轮齿失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。

图11

7-4 蜗杆传动

教学目的：1、了解蜗轮蜗杆传动特点和应用、类型和基本参数、几何尺寸计算。

2、了解蜗杆传动的失效形式及维护。

3、了解蜗杆、蜗轮的失效形式。

重点难点：1、了解蜗杆传动的特点，主要参数

2、掌握蜗杆传动的受力分析，掌握蜗杆与蜗轮之间的转向、受力方

向。

教学方法：讲授

教学课时：1

教学内容：蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间交错的两轴间的运动和动力，一般交错角为90，通常蜗杆为主动件，蜗轮为从动件

一、蜗杆传动的特点

1.传动比大，结构紧凑。用于传递动力时，i=8～80, 用于传递运动时，i 可达1000。

2.传动平稳，无噪声。因为蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿数较多所以平稳性好。

3.当蜗杆的螺旋角小于轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动能自锁，即只能由损杆带动蜗轮，而不能蜗轮带动蜗杆。

4.传动效率低。因为在传动中摩擦损失大，其效率一般为=0.7～0.8，具有自锁性传动时效率=0.4～0.5。故不适用于传递大功率和长期连续工作。

5.为了减少摩擦，蜗轮常用贵重的减摩材料（如青铜）制造，成本高。

二、蜗杆传动的主要参数

蜗杆传动的设计计算中，均以主平面（通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面）的参数和几何关系为基准。

（一）主要参数

1．模数、压力角、螺旋升角λ与蜗轮的分度圆螺旋角

为了保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数mx1应等于蜗轮的端面模数mt2，蜗杆的轴向压力角x1应等于蜗轮的端面压力角t2，蜗杆分度圆上的螺旋线升角应等于蜗轮分度圆上的螺旋角，且两者螺旋方向相同。

蜗杆的轴向压力角x（蜗轮的端面压力角t）为标准压力角200。

mx1=mt2= m

通常取蜗杆的头数Z1=1～4。当Z=1时，导程角小，效率低，一般用于分度传动或自锁传动中，Z=2～4常用于动力传动和有较高效率。若头数多，导程角大，制造困难。

蜗轮齿数根据传动比和蜗杆的头数决定：Z2=iZ1, 通常取Z2=20～28，Z2不应少于28齿，以免根切和降低传动的平稳性。

三、蜗杆传动的受力分析

1．蜗杆传动回转方向的确定

（1）螺旋方向的判定

蜗杆传动与斜齿轮传动一样，也有左旋与右旋之分。蜗杆、蜗轮的螺旋方向可用右手法则判定：手心对着自己，四指顺着蜗杆（蜗轮）的轴线方向摆肩。若啮合与右手拇指指向一致，该蜗杆（蜗轮）为右旋，反之为左旋。

（2）蜗轮旋转方向的判定

蜗轮的旋转方向不仅与蜗杆的旋转方向有关。蜗轮旋转方向的判定方法如下：当蜗杆是左旋（或右旋）时，伸出右手（或左手）半握拳，用四指顺着蜗杆的旋转方向，大拇指指向的相反方向就是蜗轮的旋转方向，蜗轮旋转方向判定。2．蜗杆传动的受力分析

蜗杆传动的受力情况类似斜齿圆柱齿轮传动的受力情况。若不计摩擦力，齿面上的法向力Fn仍可分解为三个相互垂直的分力。圆周力Ft、轴向力Fx、径向力Fr。

圆周力Ft1的方向与节点P的速度方向相反。

径向力Fr1的方向总是指向蜗杆轴线。

轴向力Fx1的方向和斜齿轮一样，用主动轮左右手法则判定：对主动右旋蜗杆以右手四指弯曲方向表示转动方向，大拇指的指向即为轴向力Fx1的方向。

由于蜗杆轴线与蜗轮轴线在空间交错成900，故蜗杆力Ft1等于蜗轮轴向力Fx2，蜗杆轴向力Fx1等于蜗轴圆周力Ft2，蜗杆径向力Fr1等于蜗轮径向力Fr2。即：

Ft1=－Fx2

Fx1=－Ft2

Fr1=－Fr2

图11—47

四、蜗轮材料选择

蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损等，因此，蜗杆蜗轮的材料不仅要有足够的强度，而且还要有良好的减磨性，耐磨性和抗胶合的能力。

蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造，要求齿面光洁并且有较高的硬度。对于高速重载传动，蜗杆常用15 Cr、20 Cr、20 CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度HRC56～62，并经磨削。对中速中载传动，蜗杆材料可用45 、40 Cr、35SiMn 等，表面淬火，表面硬度HRC45～55，也需磨削。低速不重要的传动，蜗杆材料可采用45钢调质处理，硬度HB220～270。

蜗轮材料可参考滑动速度Vs来选择，常采用青铜与铸铁，在Vs>5--25m/s 的连续工作的重要传动中，蜗轮材料常用铸锡磷青铜ZQSn10—1或铸锡锌铅青铜ZQSn6—6—3等，这些材料的减摩性、耐磨性和抗胶合的性能及切削性能都较好，但强度低，价格高。在Vs＜5m/s传动中，蜗轮材料可用无锡青铜，如铸铝铁青铜ZQAl9—4或铸锰黄钢ZHMn58—2—2等，这类材料的强度较高，价格较廉，但减摩性、抗胶合性能不如锡磷青铜。在Vs＜2m/s 的不重要传动中，蜗轮材料可用灰铸铁HT150或HT200等，也可用球墨铸铁QT600—3、QT700—2等。也可由尼龙或增强尼龙材料制成。

7-5 轮系和减速器

教学目的：1、了解轮系的分类与应用。

2、掌握定轴轮系的传动比、计算及转向。

3、了解减速器的应用、类型、结构。

重点难点：1、定轴轮系的传动比、计算及转向。

2、减速器的类型和结构。

教学方法：讲授

教学课时：4

教学内容：一系列互相啮合的齿轮所组成的齿轮机构来进行传动。这种齿轮机构称为轮系。

一、轮系的应用：

⑴可以获得很大的传动比。很多机械要求有很大的传动比，机床中的电动机转速很高，而主轴的转速要求很低才能满足切削要求，一对齿轮的传动比只能达到３～６，若采用轮系就可以达到很大的传动比。

⑵可以作较远距离的传动。当两轴中心距较远时，若仅用一对齿轮传动，势必将齿轮做得很大，结构不合理，而采用轮系传动则结构紧凑、合理。

⑶可以实现变速、变向的要求。一般机器为了适应各种工作需要，多采用轮系组成各种机构，将转速分为多级进行变换，并能改变转动方向。

⑷可以合成或分解运动。采用周转轮系可以将两个独立运动合成一个运动，或将一个运动分解为两个独立运动。

提问：比较轮系与齿轮的传动特点？

二、轮系的分类

轮系的结构形式很多，根据轮系在传动中各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否固定，轮系可分为定轴轮系和周转轮系两大类。

1. 定轴轮系：

当轮系运转时，其中各齿轮的几何轴线位置都是固定的，此轮系称为定轴轮系。

2.周转轮系

当轮系运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一齿轮的固定几何轴线转动，此轮系称为周转轮系。

三、

1、传动比

轮系中首末两轮的转速（或角速度）比，称为轮系的传动比，用i?表示。即：