概述
利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。機床上的傳動聯系,無論是内聯系傳動還是外聯系傳動,不僅可以用剛體傳動件的機艟方式來實現,還可以根據運動的性質,通過非機械的傳動方式來實現,如液壓、電氣、氣動、光和熱等方式。
應用非機械方式實現的傳動聯系,可以簡化機構、縮短傳動鍊,而且便于實現自動控制。但對于傳動精度要求高的複合表而成形運動傳動鍊,如齒輪加工機床的展成運動和分度運動傳動鍊,目前尚較少采用液壓、電氣和氣動等方式實現運動的内聯系傳動。而對于不需要有較高傳動精度的簡單表面成形運動的傳動鍊,如車床、銑床等的切削速度和進給傳動的驅動,其較普遍地應用液壓、電氣和氣動等方式來實現其傳動聯系。
發展曆史
機械傳動機構,可以将動力所提供的運動的方式、方向或速度加以改變,被人們有目的地加以利用。中國古代傳動機構類型很多,應用很廣,除了上面介紹的以外,像地動儀、鼓風機等等,都是機械傳動機構的産物。中國古代傳動機構,主要有齒輪傳動、繩帶傳動和鍊傳動。
1、齒輪傳動。其出現時間不晚于西漢,西漢時的指南車、記裡鼓車,東漢張衡發明的水力天文儀器上,都使用了相當複雜的齒輪傳動系統。這些齒輪隻用來傳遞運動,強度要求不高。至于生産上所采用的齒輪,要傳遞較大的動力,受力一般較大,強度要求較高。古代在利用畜力、水力和風力進行提水、糧食加工等工作時,都要應用此類齒輪。例如在翻車上,須應用一級齒輪傳動機構,以改變運動的方位和傳遞,适應翻車的工作要求。
2、鍊傳動。鍊,在我國古代出現很早,商代的馬具上已有青銅鍊條,其他青銅器和玉器上也有用鍊條作為裝飾的。西安出土的秦代銅車馬上,有十分精美的金屬鍊條。但這都不能算是鍊傳動。作為動力傳動的鍊條,出現在東漢時期。東漢時畢岚率先發明翻車,用以引水。根據其工作原理和運動關系,可以看作是一種鍊傳動。翻車的上、下鍊輪,一主動,一從動,繞在輪上的翻闆就是傳動鍊,這個傳動鍊兼做提水的工作件,因此,翻車是鍊傳動的一種特例。到了宋代,蘇頌制造的水運儀象台上,出現了一種“天梯”,實際上是一種鐵鍊條,下橫軸通過“天梯”帶動上橫軸,從而形成了真正的鍊傳動。
3、繩帶傳動。這是一種利用摩擦力的傳動方式。在西漢時,四川出産井鹽,在鑿井、提水時,都是用牛帶動大繩輪,收卷繞過滑輪上的繩索,來提升鑿井工具、鹵水等。西漢時出現的手搖紡車,是一種典型的繩帶傳動。在西漢時期的畫像石上,有幾幅手搖紡車圖,可以清楚地看到:大繩輪主動,通過繩索帶動紗錠,用手搖大繩輪旋轉一周,紗錠旋轉幾十周,效率很高。以後出現的三錠、五錠的紡車,效率就更高了。元代的水運大紡車,也是用繩帶傳動的。東漢時,冶金手工業有一項重要發明“水排”,用于鼓風。這種繩帶傳動的工作原理是:水力推動卧式水輪旋轉,水輪軸上裝有大繩輪,通過繩帶帶動小繩輪,小繩輪軸上端曲柄随之旋轉,通過連杆推動鼓風器鼓風。這種水排鼓風效力很高,可以抵得上幾百匹馬鼓風。它的出現,标志着東漢時發達的機械已經在我國出現了,因而意義十分重大。
方式
機械傳動按傳力方式分,可分為 :
1 摩擦傳動。
2 鍊條傳動。
3 齒輪傳動。
4 皮帶傳動。
5 渦輪渦杆傳動。
6 棘輪傳動。
7 曲軸連杆傳動
8 氣動傳動。
9 液壓傳動(液壓刨)
10 萬向節傳動
11 鋼絲索傳動(電梯中應用最廣)
12 聯軸器傳動
13 花鍵傳動。
重要性
工作機一般都要靠原動機供給一定形式的能量,但是,把原動機和工作機直接連接起來的情況很少,往往需要在二者之間加入傳遞動力或改變運動狀态的傳動裝置:
(1)工作機所需要的速度一般與原動機的最優速度不相符合。。
(2)很多工作機都需要根據生産要求進行速度調整,但是依靠原動機的速度來達到這一目的是不經濟的,也不可能。
(3)在有些情況下,需要用一台原動機帶動若幹個工作速度不同的工作機。
(4)為了安全及維護方便,或因機器的外廓尺寸受到限制等原因,不能将原動機和工作機直接連接在一起。
設計概要
當設計傳動時,如傳動的功率、傳動比和工作條件已定,則不同的類型傳動各有其優缺點。
1)功率和效率
各類傳動所能傳遞的功率取決于其傳動原理、承載能力、載荷分布、工作速度、制造精度、機械效率、發熱情況等因素。
效率是評定傳動性能的主要指标之一。
2)速度
速度是傳動的主要運動特性之一。提高傳動速度是機器的重要發展方向。
3)外廓尺寸、質量、成本
傳動的外廓尺寸和質量與功率和速度的大小密切相關,也與傳動零件材料的力學性能有關。
傳動比是傳動的運動特性之一。
成本是選擇傳動類型時的重要經濟指标。
皮帶傳動
帶傳動是具有中間撓性件的傳動方式,在機械傳動中應用較為普遍,特别是帶傳動中的V帶傳動,應用極為廣泛。
一、 帶傳動的類型
帶傳動是利用帶作為中間撓性件來傳遞運動或動力的一種傳動方式。
按傳動原理不同,帶傳動分為摩擦型(平帶傳動、V帶傳動等)和齧合型兩類。
目前機械設備中應用的帶傳動以摩擦型帶傳動居多,下面主要以V帶傳動為例介紹有關帶傳動的基本知識。
二、帶傳動的基本原理
傳動帶套在主動帶輪1和從動帶輪2上,對帶施加一定的張緊力,帶與帶輪接觸面之間就會産生正壓力;主動輪轉動時,依靠帶和帶輪之間的摩擦力來驅動從動輪轉動。
帶傳動的基本原理是依靠帶和帶輪之間的摩擦力來傳遞運動和動力。
三、帶傳動的特點和傳動比
1、帶傳動的特點
由于帶富有彈性,并靠摩擦力進行傳動,因此它具有結構簡單,傳動平穩、噪聲小,能緩沖吸振,過載時帶會在帶輪上打滑,對其他零件起過載保護作用,适用于中心距較大的傳動等優點。
但帶傳動也有不少缺點,主要有:不能保證準确的傳動比,傳動效率低(約為0.90~0.94),帶的使用壽命短,不宜在高溫、易燃以及有油和水的場合使用。
2、帶傳動的傳動比
帶傳動中,主動輪轉速 與從動輪轉速 之比稱為傳動比,用符号 表示。
四、常用帶傳動
常用的帶傳動有兩種形式,即平帶傳動和V帶傳動。
1、平帶傳動
橫剖面為扁平矩形,工作是環形内表面與帶輪外表面接觸。平帶傳動結構簡單,平帶較薄,撓曲性和扭轉性好,因而适用于高速傳動、平行軸間的交叉傳動或交錯軸間的半交叉傳動
2、V帶傳動
橫剖面為等腰梯形,工作時置于帶輪槽之中,兩側面接觸,産生摩擦力較大,傳動能力較強。
五、帶傳動的張緊裝置
帶傳動工作時,為使帶獲得所需的張緊力,兩帶輪的中心距應能調整;帶在傳動中長期受拉力作用,必然會産生塑性變形而出現松弛現象,使其傳動能力下降,因此一般帶傳動應有張緊裝置。帶傳動的張緊方法主要有調整中心距和使用張緊輪兩種,其中它們各自又有定期張緊和自動張緊等不同形式。
六、安裝和維護
為提高V帶傳動的效率,延長V帶的使用壽命和确保帶傳動的正常運轉,必須正确做好帶傳動裝置的安裝、維修與保養工作。
1、V帶必須正确地安裝在輪槽之中,一般以帶的外邊緣與輪緣平齊為準。
2、V帶傳動中兩帶輪的軸線要保持平行,且兩輪相對應的V形槽的對稱平面應重合。
3、拆、裝V帶時,應先調小兩帶輪中心距,避免硬撬而損壞V帶或設備。套好帶後,再将中心距調回到正确位置,帶的松緊要适度。
4、V帶傳動必須安裝防護罩,防止因潤滑油、切削液或其他雜物等飛濺到V帶上而影響傳動,并防止傷人事故的發生。
5、對一組V帶,損壞時一般要成組更換,新舊帶不能混用。
齒輪傳動
齒輪傳動是由分别安裝在主動軸及從動軸上的兩個齒輪相互齧合而成。齒輪傳動是應用最多的一種傳動形式。
一、齒輪傳動的基本特點
1、齒輪傳遞的功率和速度範圍很大,功率可從很小到數十萬千瓦,圓周速度可從很小到每秒一百多米以上。齒輪尺寸可從小于1mm到大于10m。
2、齒輪傳動屬于齧合傳動,齒輪齒廓為特定曲線,瞬時傳動比恒定,且傳動平穩、可靠。
3、齒輪傳動效率高,使用壽命長。
4、齒輪種類繁多,可以滿足各種傳動形式的需要。
5、齒輪的制造和安裝的精度要求較高。
二、齒輪傳動的分類
齒輪的種類很多,可以按不同方法進行分類。
按齧合方式分,齒輪傳動有外齧合傳動和内齧合傳動。
按齒輪的齒向不同分,齒輪傳動有直齒圓柱齒輪傳動;斜齒圓柱齒輪傳動;人字齒圓柱齒輪傳動和直齒錐齒輪傳動。
三、标準直齒圓柱齒輪傳動
直齒圓柱齒輪傳動是齒輪傳動的最基本形式,它在機械傳動裝置中應用極為廣泛。
齒線為分度圓直母線的圓柱齒輪稱為直齒圓柱齒輪,簡稱直齒輪。
直齒圓柱齒輪的主要參數
(1)齒數z 一個齒輪的輪齒總數稱為齒數。
(2)齒形角a
在端平面上,過端面齒廓與分度圓交點處的徑向直線與齒廓在該點處的切線所夾的銳角稱為齒形角。
标準規定漸開線齒輪的标準齒形角a =20°。
(3)模數m
齒距p除以圓周率π所得的商稱為模數,模數的單位為mm,且已經标準化。
四、其他類型齒輪傳動
常用的齒輪傳動除直齒圓柱齒輪傳動外,還有斜齒圓柱齒輪傳動、直齒錐齒輪傳動和蝸杆傳動等。
1、斜齒圓柱齒輪傳動
齒線為螺旋線的圓柱齒輪稱為斜齒圓柱齒輪。
斜齒圓柱齒輪根據螺旋角的方向不同,分為左旋齒輪和右旋齒輪兩種,其旋向可用右手法則來判斷。伸出右手,手掌朝上,四指指向齒輪軸向方向,若齒向與拇指方向一緻則為右旋,反之為左旋。
一對斜齒圓柱齒輪齧合時,由于輪齒在圓柱面上是螺旋放置的,所以兩齧合輪齒齒面是逐漸接觸又逐步脫離的,而一對直齒圓柱齒輪齧合時,兩齧合齒齒面是同時在齒向全長上接觸,之後又同時脫離。因此,斜齒圓柱齒輪傳動平穩性好,沖擊小,特别是在高速重載下更為明顯。
斜齒圓柱齒輪傳動适用于傳動平穩性要求高的兩平行軸之間的傳動。
2、直齒錐齒輪傳動
分度曲面為圓錐面的齒輪稱為錐齒輪,它是輪齒分布在圓錐面上的齒輪,當其齒向線是分度圓錐面的直母線時稱為直齒錐齒輪。
錐齒輪傳動用于空間兩相交軸之間的傳動,一般多用于兩軸垂直相交成90°的場合。
五、齒輪的失效形式
齒輪在工作過程中由于某種原因而損壞,使其失去正常工作能力的現象稱為失效。齒輪的失效形式有很多種,常見的失效形式有:
1、齒面磨損
齒輪在傳動過程中,輪齒齧合表面間存在相對滑動。齒輪在受力情況下,齒面間的相對滑動使齒面發生磨損。磨損會破壞齒面形狀,造成傳動不平穩;另外,磨損使輪齒變薄,造成齒側間隙增大,輪齒強度降低。齒面磨損是潤滑條件差的開式齒輪傳動(外露的齒輪傳動)的主要失效形式,也是開式蝸杆傳動的主要失效形式。
2、輪齒折斷
齒輪在工作中,其輪齒的受力狀況相當于懸臂梁,齒根處受到的彎矩最大,所産生的應力集中。在齧合過程中,齒輪根部所受的彎矩是交替變化的,因此,在該處最容易産生疲勞裂紋而使輪齒折斷,輪齒的這種失效形式稱為輪齒的疲勞折斷。齒輪的另一種折斷是長期過載或受到過大沖擊載荷時的突然折斷,稱為過載折斷。
3、輪齒塑性變形
在低速重載的工作條件下,齒輪的齒面承受很大的壓力和摩擦力,由于這些力的作用,材料較軟的齒輪的局部齒面可能産生塑性流動,使齒面出現凹槽或凸起的棱台,從而破壞齒輪的齒廓形狀,使齒輪喪失工作能力。齒輪的這種失效形式稱為輪齒的塑性變形。
4、齒面點蝕
齒輪工作時,當齧合表面反複受到接觸擠壓作用,且由此所産生的壓力過大或使用時間過長時,齒面會産生細微的疲勞裂紋。随着齒輪的連續工作,裂紋會沿表層不斷擴大,使齒面出現小塊金屬剝落,形成麻點和斑坑。輪齒齒面發生的這種失效形式稱為齒面點蝕。嚴重的齒面點蝕會破壞齒輪輪齒的工作表面,造成傳動不平穩,産生噪聲,甚至使齒輪失去工作能力。
齒面點蝕這種失效形式多發生在潤滑條件良好的閉式齒輪傳動中。
5、齒面膠合
在高速重載的閉式齒輪傳動中,齒面潤滑較為困難,齧合面在重載作用下産生局部高溫使其粘結在一起,當齒輪繼續運動時,會在較軟的齒面上撕下部分金屬材料而出現撕裂溝痕,這種由于齒面粘結和撕裂而造成的失效稱為齒面膠合。齒面出現膠合現象後,将嚴重損壞齒面而導緻齒輪失效。閉式蝸杆傳動中極易發生這種失效。
鍊傳動
鍊傳動是由兩個具有特殊齒形的的齒輪和一條閉合的鍊條所組成,工作時主動連輪的齒與鍊條的鍊節相齧合帶動與鍊條相齧合的從動鍊輪傳動。鍊條傳動主要用于傳動比要求較準确,且兩軸相距離較遠,而且不宜采用齒輪的地方。這就是我們常見的自行車鍊輪鍊條傳動原理。
一、鍊傳動的特點
1)能保證較精确的傳動比(和皮帶傳動相比較)
2)可以在兩軸中心距較遠的情況下傳遞動力(與齒輪傳動相比)
3)隻能用于平行軸間傳動
4)鍊條磨損後,鍊節變長,容易産生脫鍊現象。
二、滾子鍊
1、滾子鍊的結構
在機械傳動中,常用的傳動鍊是滾子鍊(也稱套筒滾子鍊)。滾子鍊由内鍊闆1、外鍊闆2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。
滾子鍊的内鍊闆與套筒、外鍊闆與銷軸分别采用過盈配合固定,銷軸與套筒、滾子與套筒之間分别為間隙配合;各鍊節可以自由屈伸,滾子與套筒能相對轉動。滾子鍊與鍊輪齧合時,由于滾子的作用,将套筒與鍊輪齒直接接觸的滑動摩擦轉化為滾動摩擦,從而減小了鍊輪齒的磨損。
滾子鍊的長度用節數來表示。為了使鍊條的兩端便于連接,鍊節數應盡量選取偶數,鍊接頭處可用開口銷或彈簧夾鎖定。當鍊節數為奇數時,鍊接頭需采用過渡鍊節,過渡鍊節不僅制造複雜,而且傳遞能力低,因此應盡量避免使用。
2、滾子鍊的标記
滾子鍊是标準件,其标記為:
鍊号 — 排數 — 整鍊鍊節數 标準編号
标記示例
08A—1—88GB/T1243—1997表示鍊号為08A(節距為12.70mm),單排,88節的滾子鍊。
3、鍊傳動的使用
(1)為保證鍊傳動的正常工作,兩鍊輪軸線應相互平行,且兩鍊輪應位于同 一鉛垂平面内。
(2)為了提高鍊傳動的質量和使用壽命,應注意進行潤滑。
(3)鍊傳動可不施加預緊力,必要時可采用張緊輪裝置。
(4)為了安全和防塵,鍊傳動應加裝防護罩。
蝸輪蝸杆傳動
當一個齒輪具有一個或幾個螺旋齒,并且與渦輪(類似于螺旋齒輪)齧合而組成交錯軸傳動時,這種傳動稱為蝸杆傳動。蝸輪蝸杆傳動用于兩軸交叉成90度,但彼此既不平行又不相交的情況下,通常在蝸輪傳動中,蝸杆是主動件,而蝸輪是被動件。
(1)蝸杆傳動的特點
單級傳動就能獲得很大的傳動比,結構緊湊,傳動平穩,無噪聲,但傳動效率低。
(2)蝸杆傳動中渦輪轉向的判定
蝸杆傳動中蝸杆、渦輪轉向間的關系取決于兩者間的相對位置、蝸杆的旋向及其旋轉方向。
判斷渦輪相對于蝸杆的轉向用左手或右手法則,擋蝸杆為右旋(蝸杆也分左右旋且判斷方法與斜齒輪方向判斷方法相同)時用右手法則,蝸杆為左旋時用左手法則。彎曲四指,是之指向蝸杆的旋向方向(直箭頭表示蝸杆可見側的圓周運動方向),則拇指的反方向就是渦輪相對于蝸杆的運動方向。
螺旋傳動
螺旋傳動是利用螺杆和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求的,主要用于将回轉運動變為直線運動,同時傳遞運動和動力。
螺旋傳動的分類:
1)傳力螺旋:以傳遞動力為主,要求以較小的轉矩産生較大的軸向推力,用于克服工作阻力。如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力,一般為簡寫工作,每次工作時間較短,工作速度也不高。[email=7@&x]x[/email]
2) 傳導螺旋:以傳遞運動為主,有時也承受較大的軸向載荷。如機床進給機構的螺旋等。傳導螺旋主要在較長的時間内連續工作,工作速度較高,因此,要求具有較高的傳動精度。
3)調整螺旋:以調整、固定零件的相對位置。如機床、儀器、及測試裝置中的微調機構的螺旋。調整螺旋不經常轉動,一般在空載下調整。
螺旋傳動的特點:傳動精度高、工作平穩無噪音,易于自鎖,能傳遞較大的動力等特點。
期刊書籍
基本信息
主管單位:中國機械工業聯合會
主辦單位:鄭州機械研究所 中國機械工程學會 中國齒輪專業協會
主 編:王長路
地 址:鄭州市嵩山南路81号
郵政編碼:450052
國際标準刊号:ISSN 1004-2539
國内統一刊号:CN 41-1129/TH
期刊簡介
《機械傳動》雜志創刊于1977年(原名齒輪),由中國機械工業聯合會主管,鄭州機械研究所、中國機械工程學會、中國齒輪專業協會共同主辦,中國機械工程學會機械傳動分會協辦。
本刊是中文核心期刊,中國科技核心期刊,中國科學引文數據庫和中國學術期刊綜合評價數據庫統計源期刊,中國期刊網、中國學術期刊(光盤版)入編期刊,中國期刊全文數據庫收錄期刊,中國核心期刊(遴選)數據庫收錄期刊,萬方數據-數字化期刊群入網期刊。
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