机械基础教案--第5章解析13192.pdf

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1、 12 第 5 章 机械传动 课题名称 机械传动 授课形式 讲授 课时 班级 教学目的 了解掌握带传动，齿轮传动，蜗杆传动，摩擦轮传动，轮系。教学重点 带传动，齿轮传动，蜗杆传动工作原理和传动比 教学难点 带传动，齿轮传动，蜗杆传动，摩擦轮传动工作原理和传动比 辅助手段 课外作业 课后体会 课题名称 带传动 授课形式 讲授 课时 班级 教学目的 熟悉带传动的特点及类型，掌握带的构造、标准，带传动的设计和计算 教学重点 1.带传动的工作原理和传动比 2.带传动的特点 教学难点 带传动的设计和计算 辅助手段 课外作业 课后体会 一、带传动的特点 带传动是由带和带轮组成传递运动和（或）动力的传动，分

2、摩擦传动和啮合传动两类。属于摩擦传动类的带传动有平带传动、带传动和圆带传动；属于啮合传动类的带传动有同步带传动。12 带传动的工作原理：带传动是利用带作为中间绕性件，依靠带与带轮之间的摩擦力或啮合来传递运动和（或）动力的。带传动的传动比：就是带轮角速度之比，或带轮的转速之比。带传动的特点 1.结构简单，使用维护方便，适用于两轴中心距较大的传动场合。2.传动平稳，噪声低。3.过载时，传动带会在带轮上打滑，起到安全保护作用。4.属于摩擦传动类的带传动，带在传动中受力是周期变化的。5.外轮廓尺大，传动效率较低。二、带和带轮 带传动是由一条或数条带和带轮组成的摩擦传动。带安装在相应的轮槽内，仅与轮槽的

3、两侧接触，而不与槽底接触。带是横截面为等腰梯形或近似等腰梯形的传动带，其工作面为两侧面。带是标准件，有 Y、七种型号。三、带传动的工作情况 1.带传动中力的分析 1）带传递的力 2）由离心力所产生的拉力 2.带的应力分析 1）拉应力 2）弯曲应力 3）离心应力 3.带的弹性滑动、打滑和滑动率 1）带的弹性滑动 是带传动固有的特性，是不可避免的，选用弹性模量大的带材料可以降低弹性滑动。2）打滑 打滑将造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态，这种情况应当避免（a）平型带传动（b）三角带传动（c）圆形带传动（d）同步带传动 12 3）滑动率 四、带传动的设计和计算 1.设计准则：在保证带不打滑的

4、条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。2.单根带的基本额定功率 3.设计原始数据及设计内容 4.设计方法和步骤 5.确定中心距和带的基准长度d 1）传动实际中心距；2）带的基准长度d是带在规定的张紧力下，位于测量带轮基准直径上的周线长度。6.验算小带轮包角 18057.3（21）/a 对于带传动，小带轮的包角一般要求：120。7.确定带的根数 8.确定带的初拉力 9.计算带作用于轴上的力 课题名称 齿轮传动 授课形式 讲授 课时 班级 教学目的 了解齿轮转动的分类，掌握齿轮传动的特点 教学重点 了解齿轮转动的分类，掌握齿轮传动的特点，瞬时传动比恒定 教学难点 瞬时传动比恒定 辅助手段 齿轮模型 课

5、外作业 作业册 课后体会 一、齿轮传动的常用类型 1.圆柱齿轮传动 2.锥齿轮传动 3.交错轴斜齿轮传动 二、齿轮的基本参数和基本尺寸间的关系.齿数 Z 一个齿轮的牙齿数目即齿数。.模数 m 因为分度圆周长dZp，则分度圆直径为 dZp 由于为一无理数，为了计算和制造上的方便，人为地把 p规定为有理 12 数，即齿距 P 除以圆周率所得的商称为模数，用 m 表示。即 mp (mm).压力角 压力角指分度圆上的压力角，用表示。我国规定标准压力角20。4.齿顶圆：轮齿顶部所在的圆称为齿顶圆，其直径用 da表示。5.齿根圆：齿槽底部所在的圆称为齿根圆，其直径用 df表示。6.分度圆：齿轮上具有标准模

6、数和标准压力角的圆称为分度圆，其直径用 d 表示。7.齿距、齿厚、齿槽宽：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 pse 齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高，用 h 表示。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。12.标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 正常齿制 ha1,C0.25 短齿制 ha0.8,C0.3 表 11 12 图 11 标准中心距 ar1r2m(Z1Z2)2 三、齿轮的规定画法 四、齿轮传动的传动比 五、渐开线

7、齿轮的加工原理 1.仿形法 2.范成法 1）齿轮插刀 2）齿条插刀 3）蜗轮滚刀 六、齿轮的失效形式及材料选用 1.齿轮的失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合等几种。2.齿轮材料及其选择 材料：钢、铸铁、非金属材料 齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。七、直齿圆柱齿轮的强度计算 1.轮齿的受力分析 2.齿轮传动的计算载荷 3.齿根弯曲疲劳强度计算 4.齿面接触疲劳强度的计算 5.齿轮的许用应力 6.齿轮参数的选择 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。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，

8、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(1)。八、斜齿圆柱齿轮齿传动 1.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间的换算关系。12 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，用表示。斜齿轮轮齿的旋向分为左、右旋两种。模数 Pn表示法向齿距，

9、Pt表示端面齿距，为螺旋角，它们之间的关系为：PnPtcos Pm ，mnmtcos mt端面模数 mn法面模数 一般取 mn为标准模数 压力角 法向压力角n和端面压力角t，两者之间的关系为：tgntgtcos 2.斜齿轮的当量齿数 3.斜齿轮的受力分析 4.斜齿轮的强度计算 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。表 11 12 九、直齿锥齿轮传动 1.直齿圆锥齿轮各部分名称和几何参数 2.直齿锥齿轮的齿形及当量齿数 3.确啮合条件 一对直齿圆锥齿轮的正确啮合的条件为大端模数和压力角必须分别相等 课题名称 蜗杆传动 授课形式 讲授 课时 班

10、级 教学目的 1、了解蜗杆传动的特点，主要参数 2、掌握蜗杆与蜗轮之间的转向 教学重点 1、了解蜗杆传动的特点，主要参数 2、，掌握蜗杆与蜗轮之间的转向 教学难点 掌握蜗杆与蜗轮之间的转向 辅助手段 模型 课外作业 课后体会 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 用于传递动力时，i=880,用于传递运动时，i 可达 1000。2.工作平稳 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.自锁性 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

11、蜗轮，而不能蜗轮带动蜗杆。4.效率低 因为在传动中摩擦损失大，其效率一般为=0.70.8，具有自锁性传动时效率=0.40.5。故不适用于传递大功率和长期连续工作。5.制造成本高 为了减少摩擦，蜗轮常用贵重的减摩材料（如青铜）制造。二、蜗杆传动的类型 圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动 三、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 12 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。1.主要参数 模数、压力角、螺旋升角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

12、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 x1=t2=通常取蜗杆的头数 Z1=14。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=24 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=2028，Z2不应少于 28 齿，以免根切和降低传动的平稳性。2.蜗杆传动的几何尺寸计算 四、蜗杆传动的强度计算 1.蜗杆传动的失效形式及常用材料 蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损等，因此，蜗杆

13、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HRC5662，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 HRC4555，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 HB220270。蜗轮材料可参考滑动速度 Vs 来选择，常采用青铜与铸铁，在 Vs5-25m/s的连续工作的重要传动中，蜗轮材料常用铸锡磷青铜 ZQSn101 或铸锡锌铅青

14、铜ZQSn663 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 Vs5m/s 传动中，蜗轮材料可用无锡青铜，如铸铝铁青铜 ZQAl94 或铸锰黄钢 ZHMn5822 等，这类材料的强度较高，价格较廉，但减 12 摩性、抗胶合性能不如锡磷青铜。在 Vs2m/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 QT6003、QT7002 等。也可由尼龙或增强尼龙材料制成。2.蜗杆传动的受力分析 3.蜗杆强度计算 五、蜗杆传动的效率、润滑和热平衡 1.蜗杆传动的效率 2.蜗杆传动的润滑 3.蜗杆传动的热平衡计算 课题名称 摩擦轮

15、传动 授课形式 讲授 课时 班级 教学目的 摩擦轮传动的工作原理和传动比 教学重点 工作原理和传动比 教学难点 工作原理和传动比 辅助手段 课外作业 课后体会 一、摩擦轮传动的工作原理和传动比 1.摩擦轮传动的工作原理：摩擦轮传动是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传动运动和动力的一种机械传动。图 1 两轴平行的摩擦轮传动 外接圆柱式 内接圆柱式 图 1 所示就是最简单的摩擦轮传动，由两个相互压紧的圆柱形摩擦轮组成。12 正常传动时，主动轮依靠摩擦力的作用带动从动轮转动，并保证两轮面的接触处有足够大的摩擦力，使主动轮产生的摩擦力矩足以克服从动轮上的阻力矩。如果摩擦力小于阻力矩，两轮面接触处在传动

16、中会出现相对滑移现象，这种现象就叫“打滑”。增大摩擦力的途径：一是增大正压力，二是增大摩擦因数。2.传动比 机构中瞬时输入速度与输出速度的比值称为传动比。传动比用符号表示，表达式为 n1/n2 两摩擦轮的转速之比等于它们的直径的反比。n1/n2=D!/D2 二、摩擦轮传动的特点 与其它传动相比较，摩擦轮传动具有以下特点：1.结构简单，使用维修方便，适用于两轴中心距较近的传动。2.传动时噪声小，并可在运转中变速、变向。3.过载时，两轮接触处会产生打滑，因而可以防止薄弱零件的损坏，起到安 全保护作用。4.在两轮接触处会产生打滑的可能，所以不能保持准确的传动比。5.传动效率低，不宜传递较大的转矩，主

17、要适用高速、小功率的传递的场合。三、摩擦轮的传动的类型和应用场合 按两轮轴线相对位置摩擦轮传动可分为两轴平行和两轴相交两类。1.两轴平行的摩擦轮传动 2.两轴相交的摩擦轮传动 直接接触的摩擦轮传动一般应用于摩擦压力机、摩擦离合器、制动器、机械无级变速器及仪器的传动机构等场合。课题名称 轮 系 授课形式 讲授 课时 班级 教学目的 了解轮系的功用与分类 教学重点 轮系的功用，以及与齿轮传动的比较 教学难点 功用 12 辅助手段 模型、挂图 课外作业 课后体会 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。轮系的主要功用是：1.可以获得很大的传动比。很多机械要求有很大的传动

18、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，若采用轮系就可以达到很大的传动比。2.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。3.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。4.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？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

19、定，轮系可分为定轴轮系和行星轮系两大类。一、定轴轮系的传动比 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：2、旋转方向（1）一对圆柱齿轮传动，外啮合时两轮转向相反其传动比规定为负 一对内啮合圆柱齿轮，两转转向相同，其传动比规定为正（2）两轮的旋转方向也可以用画箭头的方法表示。两轮旋转方向相反，画两反向箭头，两轮旋转方向相同，画两同向箭头。箭头方向表示可见侧面的211nnik(a)外啮合齿轮 (b)内啮合齿轮 图 1 成对圆柱齿轮转向 12 圆周速度的方向。3、传动比的计算 定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮传动比的连乘积；首末两轮的转向由轮系中外啮合

20、齿轮的对数决定。上式(-1)3表示轮系中外啮合齿轮共有三对，(-1)3-1 表示轮与轮转向相反。从图 12可知，轮系中各轮的转向也可用画箭头的方法表示。由分析可知，定轴轮系总传动比的计算式可写成 i1kn1nk(-1)m所有从动轮齿数的连乘积所有主动轮齿数的连乘积 式中 m 为外啮合齿轮的对数。注意：在应用上式计算定轴轮系的传动比时，若轮系中有圆锥齿轮，蜗杆蜗轮机构，传动比的大小仍可用上式计算，而各轮的转向只能用画箭头的方法在图中表示清楚。二、行星轮系的传动比 1.写出各对齿轮啮合顺序线 2.列转化轮系传动比计算式 3.标出转化轮系转向，确定传动比符号 三、轮系的功用 1.传递相距较远的两轴间的运动和动力 2.可获得大的传动比 3.可实现变速、变得变向传动 4.用于运动的合成或分解