機(jī)械基礎(chǔ)教程全集7章

機(jī)械基礎(chǔ)教程全集7章第1頁/共118頁第6章其他常用機(jī)構(gòu)

第2頁/共118頁學(xué)習(xí)目的與要求

主要內(nèi)容：本章主要介紹凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)的工作原理、類型和應(yīng)用。

學(xué)習(xí)目的與要求：了解凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)、類型和在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用。

在機(jī)械中，特別在各種自動和半自動機(jī)械中，除了前面討論過的平面連桿機(jī)構(gòu)外，還經(jīng)常會遇到諸如凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等各種類型繁多、功能各異的機(jī)構(gòu)。本章將著重介紹這些常用機(jī)構(gòu)的工作原理、類型特點(diǎn)及應(yīng)用場合。第3頁/共118頁6.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如圖6-1所示，是由凸輪1、從動件2和機(jī)架3組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)按其運(yùn)動形式，分為平面凸輪機(jī)構(gòu)和空間凸輪機(jī)構(gòu)兩種。

1.凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及特點(diǎn)

凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛，尤其在機(jī)器的控制機(jī)構(gòu)中應(yīng)用更廣。下面試舉其中幾例。

圖6-2所示為用于內(nèi)燃機(jī)配氣的凸輪機(jī)構(gòu)。盤形凸輪1等速回轉(zhuǎn)時，由于其輪廓向徑不同，迫使從動件(氣門挺桿)上、下移動，從而控制氣門4的啟閉，以滿足配氣時間和氣門挺桿運(yùn)動規(guī)律的要求。第4頁/共118頁第5頁/共118頁第6頁/共118頁圖6-3所示為繞線機(jī)的引線機(jī)構(gòu)。當(dāng)繞線軸3快速轉(zhuǎn)動時，通過蝸桿傳動帶動盤形凸輪1緩緩轉(zhuǎn)動，通過尖頂A使引線桿(從動件)2往復(fù)擺動，從而使線均勻地卷繞在線軸上。

圖6-4所示為沖床的自動截料機(jī)構(gòu)。凸輪1(為板框形結(jié)構(gòu))沿著導(dǎo)軌(機(jī)架)2上、下移動，其上的溝槽經(jīng)滾子3帶動截料刀(從動件)4左、右移動，從而完成截料和退刀的動作。第7頁/共118頁第8頁/共118頁第9頁/共118頁圖6-5所示為機(jī)床自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)。圓柱凸輪1等速轉(zhuǎn)動時，其上的溝槽經(jīng)滾子迫使扇形齒輪(從動件)2按一定的運(yùn)動規(guī)律往復(fù)擺動，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)，控制刀架3左、右移動，從而完成進(jìn)刀、退刀和停歇的動作。該凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不是在同一平面內(nèi)完成的，所以它屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。

圖6-6所示為自動車床中的凸輪組，它由兩個凸輪機(jī)構(gòu)組成，用以控制前、后刀架的進(jìn)、退和停歇動作，從而實現(xiàn)自動車削的目的。第10頁/共118頁第11頁/共118頁第12頁/共118頁由以上分析可見，凸輪機(jī)構(gòu)將凸輪的轉(zhuǎn)動(或移動)變換成從動件的移動或擺動，并在其運(yùn)動轉(zhuǎn)換中，實現(xiàn)從動件不同的運(yùn)動規(guī)律，完成力的傳遞。

與平面連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計，因而在自動和半自動機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用；但是，由于從動件與凸輪間為高副接觸，易磨損，因而凸輪機(jī)構(gòu)只宜用于傳力不大的場合。

2.凸輪機(jī)構(gòu)的類型

凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，可按如下方法分類：

1)按凸輪形狀，分為盤形凸輪(圖6-2、圖6-3、圖6-6)、移動凸輪(圖6-4)和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)(圖6-5)。第13頁/共118頁2)按從動件端部形狀，分為尖端從動件(圖6-3)、滾子從動件(圖6-4、圖6-5、圖6-6)和平底從動件(圖6-2)三種凸輪機(jī)構(gòu)。其中，尖端從動件與凸輪輪廓是點(diǎn)接觸條件下的滑動摩擦，阻力大、磨損快，多用于儀器儀表中受力不大的低速凸輪控制機(jī)構(gòu)中；滾子從動件與凸輪輪廓是線接觸條件下的滾動摩擦，阻力小，故在機(jī)械中應(yīng)用廣泛；平底從動件與凸輪接觸處易形成油膜，有利于潤滑，且傳力性能好、效率高，故常用于轉(zhuǎn)速較高的凸輪機(jī)構(gòu)中。

3)按從動件的運(yùn)動方式，分為直動從動件(圖6-2、圖6-4)和擺動從動件(圖6-3、圖6-6)兩種凸輪機(jī)構(gòu)。

第14頁/共118頁4)按從動件與凸輪保持接觸的方式，分為力鎖合和形鎖合兩種凸輪機(jī)構(gòu)。力鎖合是靠重力、彈簧力或其他外力，使從動件與凸輪保持接觸(圖6-2、圖6-3)。這種結(jié)構(gòu)簡單、易制造，因而被廣泛采用；形鎖合是依靠凸輪上的溝槽等特殊結(jié)構(gòu)形式，使從動件與凸輪保持接觸(圖6-4、圖6-5)，它避免了使用彈簧產(chǎn)生的附加力，但結(jié)構(gòu)與設(shè)計較復(fù)雜。

3.凸輪的結(jié)構(gòu)與材料

凸輪的結(jié)構(gòu)形式及與軸的固定方式有整體式(圖6-7)、鍵聯(lián)接式(圖6-8)、銷聯(lián)接式(圖6-9)、彈性開口錐套螺母聯(lián)接式(圖6-10，多用于凸輪與軸的角度需要經(jīng)常調(diào)整的場合)等。第15頁/共118頁圖6-7凸輪軸第16頁/共118頁圖6-8用平鍵聯(lián)接第17頁/共118頁圖6-9用圓錐銷聯(lián)接第18頁/共118頁圖6-10用彈性錐套和螺母聯(lián)接第19頁/共118頁凸輪的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，載荷不大、低速時可選用HT250、HT300、QT800—2、QT900—2等作為凸輪的材料，輪廓表面需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性；中速、中載的凸輪常用45鋼、40Cr、20Cr、20CrMn等材料，并經(jīng)表面淬火，使硬度達(dá)55～60HRC;高速、重載凸輪可用40Cr，表面淬火至56～60HRC，或用38CrMoAl，經(jīng)滲氮處理至60～67HRC。第20頁/共118頁6.2棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理、類型和應(yīng)用

齒式棘輪機(jī)構(gòu)是利用棘爪與棘輪上棘齒的嚙合與分離，實現(xiàn)周期性間歇運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，如圖6-11和圖6-12所示為其典型結(jié)構(gòu)及其簡圖。

棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、搖桿及機(jī)架等組成(圖6-11)。主動件棘爪2鉸接在連桿機(jī)構(gòu)的搖桿4上，當(dāng)搖桿順時針擺動時，棘爪推動棘輪1轉(zhuǎn)過一定的角度；當(dāng)搖桿逆時針擺動時，棘爪在棘齒背上滑過，此時棘輪停歇不動。因此，在搖桿作往復(fù)擺動時，棘輪作單向時動時停的間歇運(yùn)動。圖中5是防止棘輪反轉(zhuǎn)的止退棘爪，扭簧3的作用是將棘爪貼緊在棘輪上。第21頁/共118頁第22頁/共118頁圖6-12內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)第23頁/共118頁棘輪機(jī)構(gòu)有外嚙合(圖6-11)和內(nèi)嚙合(圖6-12)兩種形式。

棘輪的輪齒形狀有鋸齒形(圖6-11、圖6-12)和矩形(圖6-13)兩種。作單向間歇運(yùn)動的棘輪用鋸齒形齒，可換向的棘輪用矩形齒。圖6-13所示為牛頭刨床工作臺橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的棘輪機(jī)構(gòu)，它是利用將棘爪1提起并轉(zhuǎn)動180°后放下，使棘輪作反向間歇運(yùn)動來實現(xiàn)工作臺的往復(fù)移動；采用如圖6-14所示設(shè)有對稱爪端的棘爪1，將其翻轉(zhuǎn)至雙點(diǎn)畫線位置，也可用來實現(xiàn)反向的間歇運(yùn)動。

在單向間歇轉(zhuǎn)動的棘輪機(jī)構(gòu)中，如采用如圖6-15所示在搖桿1上安裝兩個棘爪3的辦法，可提高棘輪2運(yùn)動的次數(shù)和縮短停歇的時間，所以又稱作快動棘輪機(jī)構(gòu)。第24頁/共118頁棘輪機(jī)構(gòu)中棘輪轉(zhuǎn)角的大小可以進(jìn)行有級調(diào)節(jié)。常用的調(diào)節(jié)方法有：靠改變搖桿擺角的大小和用覆蓋罩遮住搖桿行程內(nèi)的部分棘齒兩種。圖6-16所示為通過改變曲柄長度來改變搖桿擺角大小的例子。圖6-17所示是利用覆蓋罩遮擋部分棘齒，實現(xiàn)調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角大小的實例。設(shè)計時可根據(jù)情況參照選用。第25頁/共118頁第26頁/共118頁第27頁/共118頁圖6-16改變曲柄長度調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角第28頁/共118頁圖6-17用覆蓋罩調(diào)節(jié)棘輪機(jī)構(gòu)第29頁/共118頁棘輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械中應(yīng)用較廣，常用來實現(xiàn)送進(jìn)、輸送、制動和超越等工作要求。

1.送進(jìn)和輸送

如圖6-18所示的牛頭刨床工作臺的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，就是利用棘輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)正反間歇轉(zhuǎn)動的特點(diǎn)，然后通過絲杠、螺母帶動工作臺7作橫向間歇送進(jìn)運(yùn)動的。

圖6-19所示為鑄造車間的澆鑄自動線步進(jìn)裝置。它也是利用棘輪機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動特性，實現(xiàn)澆鑄(停止)和輸送(運(yùn)動)兩個工作要求的。這里的棘爪是利用液壓缸的活塞桿來推動的。第30頁/共118頁第31頁/共118頁圖6-19澆鑄自動線步進(jìn)裝置第32頁/共118頁第33頁/共118頁圖6-20所示為起重設(shè)備安全裝置中的棘輪機(jī)構(gòu)。起吊重物時，如果機(jī)械發(fā)生故障，重物將有自動下落的危險，此時，棘輪2被止回棘爪3及時止動，以保證安全。第34頁/共118頁3.超越

自行車后輪上的“飛輪”即為如圖6-12所示的內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳蹬踏板時，經(jīng)鏈輪1和鏈條2帶動內(nèi)齒圈具有棘齒的鏈輪3逆時針轉(zhuǎn)動，再通過棘爪4的作用，使輪轂5(和后車輪為一體)逆時針轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)使自行車前進(jìn)。當(dāng)自行車后輪的轉(zhuǎn)速超過鏈輪3的轉(zhuǎn)速(或自行車前進(jìn)而踏板不動)時，輪轂5便會超越鏈輪3而轉(zhuǎn)動，讓棘爪4在棘輪齒背上滑過，從而實現(xiàn)了從動件相對于主動件的超越運(yùn)動，這種特性稱為超越。內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)是一種典型的超越機(jī)構(gòu)。超越機(jī)構(gòu)在機(jī)床和其他一些機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。第35頁/共118頁6.3槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理、類型和應(yīng)用

槽輪機(jī)構(gòu)由帶圓銷的撥盤1、具有徑向槽的槽輪2和機(jī)架組成(圖6-21a)，圖6-21b所示為其簡圖。撥盤1為原動件，作勻速轉(zhuǎn)動。在圓銷未進(jìn)入徑向槽時，撥盤的凸圓弧轉(zhuǎn)入槽輪的凹弧，槽輪因受凹凸兩弧鎖合，故靜止不動；當(dāng)撥盤上的凸弧端點(diǎn)A剛好處于槽輪凹弧的中點(diǎn)時，凹凸兩弧的鎖止作用終止，而圓銷恰好進(jìn)入徑向槽驅(qū)動槽輪轉(zhuǎn)動；當(dāng)圓銷開始脫離徑向槽時，撥盤上的凸弧又開始將槽輪鎖住，槽輪又靜止不動。當(dāng)撥盤1繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，上述過程重復(fù)出現(xiàn)，從而實現(xiàn)了在撥盤連續(xù)轉(zhuǎn)動的情況下，槽輪間歇轉(zhuǎn)動的目的。第36頁/共118頁第37頁/共118頁第38頁/共118頁圖6-23雙圓銷槽輪機(jī)構(gòu)第39頁/共118頁第40頁/共118頁第41頁/共118頁6.4不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理和應(yīng)用

不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由漸開線齒輪機(jī)構(gòu)演變而成的一種間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，如圖6-26所示，在主動輪1上只制出一個或數(shù)個齒，并根據(jù)運(yùn)動時間與停歇時間的要求，在從動輪上制出與主動輪齒相嚙合的齒間。在從動輪停歇期內(nèi)，兩輪輪緣上的鎖止弧互相鎖住，防止從動輪游動，起定位作用。如圖6-26a所示的不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，主動輪1上只有一個齒，從動輪2上有八個齒間，故主動輪每轉(zhuǎn)一周，從動輪只轉(zhuǎn)1/8周。如圖6-26b所示的主動輪1上有四個齒，從動輪2的圓周上有四個運(yùn)動段和四個停歇段，而每個運(yùn)動段有四個齒間與主動輪輪齒相嚙合，主動輪轉(zhuǎn)一周，從動輪轉(zhuǎn)1/4周，從而實現(xiàn)當(dāng)主動輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動輪作轉(zhuǎn)向相反的間歇轉(zhuǎn)動。如圖6-26c所示為不完全齒輪機(jī)構(gòu)的簡圖。第42頁/共118頁第43頁/共118頁不完全齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：工作可靠、傳遞的力大，而且從動輪停歇的次數(shù)、每次停歇的時間及每次轉(zhuǎn)過的角度，其變化范圍都比槽輪機(jī)構(gòu)大得多，只要適當(dāng)設(shè)計均可實現(xiàn)；但是不完全齒輪機(jī)構(gòu)加工工藝較復(fù)雜，從動輪在運(yùn)動開始和終了時有較大的沖擊。

不完全齒輪機(jī)構(gòu)一般用于低速、輕載的場合，如在自動機(jī)械和半自動機(jī)械中，用作工作臺的間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及計數(shù)裝置中。第44頁/共118頁6.5螺旋機(jī)構(gòu)的工作原理、類型和應(yīng)用

由螺桿、螺母和機(jī)架組成，能實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動變換和力傳遞的機(jī)構(gòu)，稱為螺旋機(jī)構(gòu)。螺旋機(jī)構(gòu)按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，可分為滑動螺旋機(jī)構(gòu)和滾動螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型；按用途又可分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋等形式。

螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，工作連續(xù)、平穩(wěn)，承載能力大，傳動精度高，易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用；其缺點(diǎn)是磨損大，效率低，近年來由于滾珠螺旋的應(yīng)用，使磨損和效率問題得到了很大程度的改善。

1.螺紋的類型和參數(shù)

如圖6-27所示，將底邊長等于πd2的直角三角形繞在一直徑為d2的圓柱體上，并使其底邊與圓柱體重合，則其斜邊ac在圓柱體表面形成空間曲線，這條曲線稱為螺旋線。第45頁/共118頁根據(jù)螺旋線的旋行方向，可分為右旋和左旋兩種，其中常用的是右旋。螺紋旋向的判別方法：將螺桿直豎，若螺旋線右高左低(向右上升)為右旋(圖6-27)；反之則為左旋。根據(jù)螺旋線的線數(shù)，可分為單線、雙線和多線(圖6-28)；此外，螺紋還有內(nèi)螺紋和外螺紋之分。第46頁/共118頁圖6-27螺紋的形成圖第47頁/共118頁第48頁/共118頁螺紋的主要參數(shù)如圖6-29所示。

圖6-29螺紋的主要參數(shù)

(1)大徑d螺紋最大的直徑，此直徑在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為公稱直徑。

(2)小徑d1螺紋的最小直徑，強(qiáng)度計算時常為危險截面直徑。

(3)中徑d2螺紋的軸向剖面內(nèi)，螺紋的牙厚和牙間寬度相等的假想圓柱的直徑。

(4)螺距P相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離。不同公稱直徑的螺紋在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了相應(yīng)的螺距。

(5)導(dǎo)程l同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上第49頁/共118頁同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離稱為導(dǎo)程。導(dǎo)程與螺距的關(guān)系為：l=nP，式中的n為螺旋線數(shù)。

(6)螺紋升角ψ在中徑d2圓柱上，螺旋線切線方向與垂直于螺紋軸線的平面所夾的銳角稱為升角，其值為lπd2=arctannPπd2(6-1)

(7)牙型角α螺紋軸線平面內(nèi)兩側(cè)邊所夾之銳角(圖6-29)。常用的螺紋牙型有三角形、矩形、梯形和鋸齒形等，分別對應(yīng)不同的牙型角(圖6-30)。第50頁/共118頁圖6-29螺紋的主要參數(shù)第51頁/共118頁第52頁/共118頁2.滑動螺旋機(jī)構(gòu)

螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滑動螺旋機(jī)構(gòu)?；瑒勇菪龣C(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動性能好、效率高的矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。按螺桿上螺旋副的數(shù)目，滑動螺旋機(jī)構(gòu)可分為單螺旋機(jī)構(gòu)和雙螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型。第53頁/共118頁(1)單螺旋機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成情況及運(yùn)動方式，單螺旋機(jī)構(gòu)又分為以下兩種形式：

1)由機(jī)架螺母1、螺桿2組成的單螺旋機(jī)構(gòu)，其螺母與機(jī)架固聯(lián)在一起，螺桿回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動，如螺旋千斤頂(圖6-31)、螺旋式壓力機(jī)(圖6-32)，都是這種單螺旋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實例。它們主要用于傳遞動力，所以又稱這種單螺旋機(jī)構(gòu)為傳力螺旋機(jī)構(gòu)。這種傳力螺旋機(jī)構(gòu)一般要求有較高的強(qiáng)度和自鎖性能。第54頁/共118頁第55頁/共118頁2)由機(jī)架3、螺母1、螺桿2組成的單螺旋機(jī)構(gòu)，其螺桿相對機(jī)架作轉(zhuǎn)動，螺母相對機(jī)架作移動，螺桿、螺母間作相對轉(zhuǎn)動和移動，如車床的絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)(圖6-33)、搖臂鉆床中搖臂的升降機(jī)構(gòu)、牛頭刨床工作臺的升降機(jī)構(gòu)等，都是這種單螺旋機(jī)構(gòu)的實際應(yīng)用。這種螺旋機(jī)構(gòu)主要用于傳遞運(yùn)動，故又稱為傳導(dǎo)螺旋。對于這種螺旋機(jī)構(gòu)，要求其有較高的精度和傳動效率。它常采用多線螺旋來提高效率。螺母移動距離可按下式計算L=nPz(6-2)

式中L——螺母移動距離，單位為mm；

n——螺旋線數(shù)；

P——螺紋的螺距，單位為mm;

z——螺桿轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。第56頁/共118頁第57頁/共118頁(2)雙螺旋機(jī)構(gòu)

螺桿3上有不同螺距P1、P2的螺紋，分別與螺母1、2組成兩個螺旋副，稱之為雙螺旋機(jī)構(gòu)(圖6-34)。機(jī)構(gòu)中，螺母2兼作機(jī)架，螺桿3轉(zhuǎn)動時，一方面相對螺母2(機(jī)架)移動，同時又使不能回轉(zhuǎn)的螺母1相對螺桿3移動。按雙螺旋機(jī)構(gòu)中兩螺旋副的旋向不同，可分為差動螺旋機(jī)構(gòu)和復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)，常用于微調(diào)裝置和機(jī)床上的夾緊裝置，如圖6-34、圖6-35所示。第58頁/共118頁第59頁/共118頁從以上螺旋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用可以看出，螺旋機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)無噪聲；根據(jù)需要可以設(shè)計成具有自鎖性能的傳力機(jī)構(gòu)(如螺旋千斤頂)；當(dāng)對主動件螺桿施加一個不大的轉(zhuǎn)矩時，即可在托杯上(螺桿軸線方向)獲得一個很大的推力。因此，它在各種機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用。但是，滑動螺旋機(jī)構(gòu)的磨損大、效率低，尤其在具有自鎖性能時，其效率低于50%，因此螺旋機(jī)構(gòu)不能用來傳遞很大的功率。第60頁/共118頁3.滾動螺旋

若將螺旋副的內(nèi)、外螺紋改成內(nèi)、外螺旋狀的滾道，并在其間放入鋼球，便是滾動螺旋機(jī)構(gòu)，如圖6-36所示。因為滾動摩擦代替了滑動摩擦，所以大大減小了摩擦阻力，改善了螺旋傳動條件，克服了滑動螺旋磨損嚴(yán)重、效率低的缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩小，傳動平穩(wěn)、輕便，效率高(90％以上)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，且不能自鎖，抗沖擊能力也差。目前在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、飛機(jī)機(jī)翼及機(jī)輪起落架的控制機(jī)構(gòu)中，都應(yīng)用了滾動螺旋機(jī)構(gòu)。

滾動螺旋機(jī)構(gòu)雖然制造困難，但我國已有廠家專門生產(chǎn)，并形成了系列產(chǎn)品。第61頁/共118頁第62頁/共118頁第7章帶傳動與鏈傳動

第63頁/共118頁教學(xué)目的與要求

主要內(nèi)容：本章主要介紹帶傳動與鏈傳動類型、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，帶傳動、鏈傳動的失效分析。

學(xué)習(xí)目的與要求：了解帶傳動與鏈傳動類型、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，了解V帶的標(biāo)記及V帶輪的結(jié)構(gòu)，了解帶傳動與鏈傳動的失效分析；了解帶傳動與鏈傳動的安裝與維護(hù)常識。

7.1概述7.1.1帶傳動的工作原理、類型及特點(diǎn)帶傳動是一種應(yīng)用很廣的機(jī)械傳動，一般由主動帶輪1、從動帶輪2和緊套在兩帶輪上的傳動帶3組成(圖7-1a)。帶傳動有摩擦式和嚙合式兩種。摩擦式帶傳動是依靠緊套在帶輪上的傳動帶與帶輪接觸面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力的，應(yīng)用最為廣泛。

摩擦式帶傳動按帶的截面形狀，又可分為平帶、V帶、多楔帶、圓帶傳動等類型(圖7-1b、c、d、e)。第64頁/共118頁第65頁/共118頁嚙合式帶傳動是靠傳動帶與帶輪上齒的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力的。比較典型的是如圖7-2所示的同步帶傳動，它除保持了摩擦帶傳動的優(yōu)點(diǎn)外，還具有傳遞功率大，傳動比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，故多用于要求傳動平穩(wěn)、傳動精度較高的場合。錄音機(jī)、電子計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械等，都應(yīng)用了同步帶傳動。本章主要討論摩擦式帶傳動的問題。第66頁/共118頁帶傳動的特點(diǎn)是：

1)帶是撓性體，富有彈性，故可緩沖、吸振，因而工作平穩(wěn)、噪聲小。

2)過載時，傳動帶會在小帶輪上打滑，可防止其他零件的損壞，起到過載保護(hù)作用。

3)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，制造、安裝、維護(hù)方便，適用于較大中心距的場合。

4)傳動比不夠準(zhǔn)確，外廓尺寸大，傳動效率較低，不適用于有易燃、易爆氣體的場合中。因此，帶傳動多用于機(jī)械中要求傳動平穩(wěn)、傳動比要求不嚴(yán)格、中心距較大的高速級傳動。一般帶速v＝5～25m/s，傳動比i≤5，傳遞功率P≤50kW，效率η＝0.92～0.97。

第67頁/共118頁平帶以內(nèi)周為工作面，主要用于兩軸平行、轉(zhuǎn)向相同的較遠(yuǎn)距離的傳動。V帶以兩側(cè)面為工作面，根據(jù)楔形面的受力分析可知，在相同壓緊力和相同摩擦因數(shù)的條件下，V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶約大3倍，所以V帶傳動能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更緊湊，在機(jī)械傳動中應(yīng)用最廣泛。

多楔帶相當(dāng)于平帶與幾根V帶的組合，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，多用于結(jié)構(gòu)要求緊湊的大功率傳動中。

圓帶僅用于如縫紉機(jī)、儀器等低速、小功率場合。

V帶按其寬度和高度相對尺寸的不同，又分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶、大楔角V帶等多種類型。目前，普通V帶應(yīng)用最廣，本章主要討論普通V帶的工作原理、使用、和安裝等方面的問題。第68頁/共118頁7.1.2普通V帶及V帶輪

1.普通V帶的結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)

普通V帶的結(jié)構(gòu)如圖7-3所示，由包皮層、拉伸層、強(qiáng)力層、壓縮層四部分組成。強(qiáng)力層分簾布芯(圖7-3a)和繩芯(圖7-3b)兩種。簾布芯結(jié)構(gòu)的V帶，制造方便、抗拉強(qiáng)度好；而繩芯結(jié)構(gòu)的V帶，柔韌性好、抗彎強(qiáng)度高，適用于帶輪直徑小、轉(zhuǎn)速較高的場合。第69頁/共118頁普通V帶(楔角θ＝40°,h/bp≈0.7)已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸由小到大分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號，其尺寸見表7-1。

標(biāo)準(zhǔn)普通V帶都制成無接頭的環(huán)形，當(dāng)帶繞過帶輪時，外層受拉而伸長，故稱拉伸層；底層受壓縮短，故稱壓縮層；而在強(qiáng)力層部分必有一層既不受拉，也不受壓的中性層，稱為節(jié)面，其寬度bP。稱為節(jié)寬(表7-1圖)；當(dāng)帶繞在帶輪上彎曲時，其節(jié)寬保持不變。第70頁/共118頁第71頁/共118頁圖7-2同步帶傳動第72頁/共118頁在V帶輪上，與V帶節(jié)寬bP處于同一位置的輪槽寬度，稱為基準(zhǔn)寬度，仍以bP表示，基準(zhǔn)寬度處的帶輪直徑，稱為V帶輪的基準(zhǔn)直徑，用dd表示，它是V帶輪的公稱直徑。

在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長度，稱為V帶的基準(zhǔn)長度，用Ld表示，它是V帶的公稱長度(表7-2圖)。V帶基準(zhǔn)長度的尺寸系列見表7-2。第73頁/共118頁第74頁/共118頁b7m2.tif表7-2普通V帶基準(zhǔn)長度Ld的標(biāo)準(zhǔn)系列值第75頁/共118頁普通V帶的標(biāo)記是由型號、基準(zhǔn)長度和標(biāo)準(zhǔn)號三部分組成，如基準(zhǔn)長度為1800mm的B型普通V帶，其標(biāo)記為：B—1800—GB/T11544—1997。V帶的標(biāo)記及制造年月和生產(chǎn)廠名，通常都壓印在帶的頂面。

為使各根帶受力比較均勻，帶傳動使用的根數(shù)不宜過多，一般取2～5根為宜，最多不能超過8～10根。第76頁/共118頁2.普通V帶輪

普通V帶輪一般由輪緣、輪轂及輪輻組成。根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同，常用V帶輪分為三種類型，如圖7-4所示。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)V帶型號、帶輪的基準(zhǔn)直徑dd和軸孔直徑，V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，按《機(jī)械設(shè)計手冊》提供的圖表選??；輪緣截面上槽形的尺寸見表7-1；普通V帶的楔形角θ為40°，當(dāng)繞過帶輪彎曲時，會產(chǎn)生橫向變形，使其楔形角變小，為使帶輪輪槽工作面和V帶兩側(cè)面接觸良好，一般輪槽制成后的楔角φ都小于40°，帶輪直徑越小，所制輪槽楔角也越小。第77頁/共118頁第78頁/共118頁V帶輪常用的材料有灰鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、工程塑料等，其中灰鑄鐵應(yīng)用最廣。當(dāng)v≤30m/s時，用HT200;v≥25m/s時，用孕育鑄鐵或鑄鋼；小功率傳動可選用鑄鋁或工程塑料。

7.2帶傳動的失效分析

帶傳動工作時的主要失效形式是：帶在帶輪上打滑，傳動帶的磨損和疲勞斷裂。

1.帶傳動的受力分析與打滑帶安裝時必須張緊套在帶輪上，傳動帶由于張緊而使上下兩邊所受到相等的拉力稱為初拉力，用F0表示(圖7-5a)。第79頁/共118頁工作時，主動輪在轉(zhuǎn)矩T1的作用下以轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)動；由于摩擦力的作用，驅(qū)動從動輪克服阻力矩T2，并以轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)動。此時兩輪作用在帶上的摩擦力方向如圖7-5b所示，進(jìn)入主動輪一邊的帶進(jìn)一步被拉緊，拉力由F0增至F1；繞出主動輪一邊的帶被放松，拉力由F0降至F2，形成緊邊和松邊。緊邊和松邊的拉力差值(F1-F2)即為帶傳動傳遞的有效圓周力，用F表示。有效圓周力在數(shù)值上等于帶與帶輪接觸弧上摩擦力值的總和∑Ff，即

F=F1-F2＝∑Ff(7-1)

當(dāng)初拉力F0一定時，帶與輪面間摩擦力值的總和有一個極限值為∑Fflim。當(dāng)傳遞的有效圓周力F超過極限值∑Fflim時，帶將在帶輪上發(fā)生全面的滑動，這種現(xiàn)象稱之為打滑，打滑使傳動失效，應(yīng)予以避免。第80頁/共118頁第81頁/共118頁圖7-5V帶傳動的受力分析

a)未工作時b)工作時

帶傳動所能傳遞的最大圓周力與初拉力F0、摩擦因數(shù)f和包角α等有關(guān)，而F0和f不能太大，否則會降低傳動帶壽命。包角α增加，帶與帶輪之間的摩擦力總和增加，從而提高了傳動的能力。因此，設(shè)計時為了保證帶具有一定的傳動能力，要求V帶在小輪上的包角α1>120°。

2.帶傳動的應(yīng)力分析與疲勞強(qiáng)度

帶傳動工作時，在帶的橫截面上存在三種應(yīng)力：

(1)由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力(σ)帶傳動工作時，緊邊和松邊的拉應(yīng)力分別為σ1、σ2。

第82頁/共118頁由于緊邊和松邊的拉力不同，故沿轉(zhuǎn)動方向，繞在主動輪上帶的拉應(yīng)力由σ1漸漸地降到σ2，繞在從動輪上帶的拉應(yīng)力則由σ2漸漸上升為σ1。(2)由離心力產(chǎn)生的離心應(yīng)力(σc)帶繞過帶輪時作圓周運(yùn)動而產(chǎn)生離心力，離心力將使帶受拉，在截面上產(chǎn)生離心拉應(yīng)力。同時可知，轉(zhuǎn)速越快，V帶的質(zhì)量越大，σc就越大，故傳動帶的速度不宜過高。高速傳動時，應(yīng)采用材質(zhì)較輕的帶。

(3)由于彎曲變形而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力(σb)帶繞過帶輪時，帶越厚，帶輪直徑越小，則帶所受的彎曲應(yīng)力就越大。彎曲應(yīng)力只發(fā)生在帶的彎曲部分，且小帶輪處的彎曲應(yīng)力σb1大于大帶輪處的彎曲應(yīng)力σb2，設(shè)計時應(yīng)限制小帶輪的最圖7-6V帶截面上的應(yīng)力分布小直徑ddmin。第83頁/共118頁

上述三種應(yīng)力在帶上的分布情況如圖7-6所示，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊剛繞入小帶輪的a處，其值為

σmax=σb1+σc+σ1(7-2)

由圖可知，帶某一截面上的應(yīng)力隨著帶的運(yùn)轉(zhuǎn)而變化，顯然，傳動帶在變應(yīng)力反復(fù)作用下會產(chǎn)生脫層、撕裂，最后導(dǎo)致疲勞斷裂而失效。為了保證帶傳動正常工作，應(yīng)在保證帶傳動不打滑的條件下，使V帶具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。第84頁/共118頁圖7-6V帶截面上的應(yīng)力分布第85頁/共118頁7.3帶傳動的彈性滑動

傳動帶是彈性體，在拉力作用下會產(chǎn)生彈性伸長，其彈性伸長量隨拉力而變化。傳動時，緊邊拉力F1大于松邊拉力F2，因此緊邊產(chǎn)生的彈性伸長量大于松邊的彈性伸長量。第86頁/共118頁如圖7-7所示，當(dāng)帶的緊邊在a點(diǎn)進(jìn)入主動輪O1時，帶速與輪O1的圓周速度v1相等，但在輪O1由a點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至b點(diǎn)的過程中，圖7-7帶傳動的彈性滑動

帶所受的拉力由F1逐漸降到F2，其彈性伸長量也逐漸減小，從而使帶沿著輪O1面產(chǎn)生微小的滑動，造成帶速小于輪O1的速度，在b點(diǎn)，帶速降為v2。同理，帶在從動輪O2上由c點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至d點(diǎn)的過程中，由于拉力逐漸增大，帶的彈性伸長量也增加，這時帶在輪面O2上向前滑動，致使帶速大于輪O2的速度v2，至d點(diǎn)又升高為v1值。第87頁/共118頁由于帶的彈性變形而引起帶在輪面上滑動的現(xiàn)象，稱為彈性滑動。彈性滑動在帶工作時是不可避免的。彈性滑動會使帶磨損，從而降低帶的壽命，并使從動輪的速度降低，影響傳動比。

雖然彈性滑動隨所傳遞載荷的大小而變化，不是一個定值，影響帶傳動的傳動比不能保持準(zhǔn)確值，但實際上帶傳動正常工作時，彈性滑動所引起的影響，一般情況下可略去不計，故帶的傳動比i=n1/n2。第88頁/共118頁圖7-7帶傳動的彈性滑動第89頁/共118頁7.4帶傳動的張緊、安裝與維護(hù)7.4.1張緊裝置及初拉力F0的測定1.張緊裝置

為了得到和控制帶的初拉力，保證帶傳動正常工作，必須采用適當(dāng)?shù)膹埦o裝置，圖7-8所示為帶傳動常用的幾種張緊裝置。

圖7-8a所示是通過調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)整電動機(jī)位置，加大中心距，以達(dá)到張緊目的，此法常用于水平布置的帶傳動。

圖7-8b所示是通過調(diào)節(jié)擺動架(電動機(jī)軸中心)位置，加大中心距而達(dá)到張緊目的，常用于近似垂直布置的帶傳動，此法需在調(diào)整好位置后，鎖緊螺母。第90頁/共118頁圖7-8c所示是靠電動機(jī)和機(jī)座的重量，自動調(diào)整中心距達(dá)到張緊的目的，此法常用于小功率帶傳動，近似垂直布置的情況。

圖7-8d所示是利用張緊輪張緊，張緊輪安裝于松邊的內(nèi)側(cè)，以避免帶受雙向彎曲，為使小帶輪包角不減小得過多，張緊輪應(yīng)盡量靠近大帶輪安裝，此法常用于中心距不可調(diào)節(jié)的場合。

2.初拉力的測定與控制

如前所述，帶的初拉力對其傳動能力、壽命和壓軸力都有很大的影響，所以在帶傳動安裝時，就應(yīng)保證初拉力的大小。其測定方法如下：第91頁/共118頁第92頁/共118頁圖7-8帶傳動的張緊裝置

a)調(diào)節(jié)螺釘b)調(diào)節(jié)擺動架位置c)自重調(diào)整中心距d)張緊輪張緊

圖7-9帶初拉力F0的測定

在帶與兩帶輪切點(diǎn)的跨度中點(diǎn)，施加一規(guī)定的垂直于帶的力F，使帶在每100mm長度上產(chǎn)生1.6mm的撓度，則認(rèn)為帶的張緊力(初拉力)合適(圖7-9)。若撓度大于此值，說明初拉力低于預(yù)定值，需要進(jìn)一步張緊，直至達(dá)到規(guī)定的撓度值為止。F值可參考有關(guān)資料。第93頁/共118頁圖7-9帶初拉力的測定第94頁/共118頁7.4.2安裝與維護(hù)

正確地安裝、使用并在使用過程中注意加強(qiáng)維護(hù)，是保證帶傳動正常工作，延長傳動帶使用壽命的有效途徑。一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)安裝時，兩帶輪軸線應(yīng)相互平行，兩輪相對應(yīng)的V帶型槽應(yīng)對齊，其誤差不得超過20′(圖7-10)。

2)安裝V帶時，應(yīng)先縮小中心距，將V帶套入槽中后，再調(diào)整中心距并予以張緊；不應(yīng)將帶強(qiáng)行往帶輪上撬，以免損壞帶的工作表面和降低帶的彈性。

3)V帶在輪槽中應(yīng)有正確的位置(圖7-11),帶的頂面應(yīng)與帶輪外緣平齊，底面與帶輪槽底間應(yīng)有一定間隙，以保證帶兩側(cè)工作面與輪槽全部貼合。第95頁/共118頁第96頁/共118頁圖7-11V帶在輪槽中的正確位置第97頁/共118頁4)用多根V帶傳動時，為避免載荷分布不均，V帶的配組代號應(yīng)相同，且生產(chǎn)廠家和批號也應(yīng)相同。

5)使用中應(yīng)對帶作定期檢查，發(fā)現(xiàn)有一根帶松弛或損壞就應(yīng)全部更換新帶，不能新、舊帶混用，舊帶可通過測量，實際長度相同的，可組合在一起重新使用，以免造成浪費(fèi)。

6)為了便于帶的裝卸，帶輪應(yīng)布置在軸的外伸端；帶傳動要加防護(hù)罩，以免發(fā)生意外事故，并保護(hù)帶傳動的工作環(huán)境，以防酸、堿、油落上而玷污傳動帶以及日光曝曬。

7)切忌在有易燃、易爆氣體的環(huán)境中(如煤礦井下)使用帶傳動，以免發(fā)生危險。第98頁/共118頁7.5鏈傳動7.5.1概述鏈傳動的工作原理和類型如下：

鏈傳動由主動鏈輪1、從動鏈輪3和繞在鏈輪上的鏈條2及機(jī)架組成(圖7-12a)。工作時，通過鏈條與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。其運(yùn)動簡圖如圖7-12b所示。

根據(jù)用途的不同，鏈傳動分為傳動鏈、起重鏈和牽引鏈。傳動鏈用來傳遞動力和運(yùn)動，起重鏈用于起重機(jī)械中提升重物，牽引鏈用于鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)中移動重物。常用的傳動鏈又分短節(jié)距精密滾子鏈(簡稱滾子鏈)、雙節(jié)距精密滾子鏈、彎板滾子鏈等。滾子鏈結(jié)構(gòu)簡單，磨損較輕，故應(yīng)用較廣。第99頁/共118頁第100頁/共118頁7.5.2鏈傳動的特點(diǎn)和應(yīng)用

鏈傳動與其他傳動相比，主要有以下特點(diǎn)：

1)鏈傳動是有中間撓性件的嚙合傳動，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，故能保證準(zhǔn)確的平均傳動比，傳動效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率大，張緊力比帶傳動小。2)與齒輪傳動相比，鏈傳動結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，安裝精度要求低，適用于較大中心距的傳動，能在高溫、多塵、油污等惡劣的環(huán)境中工作。

3)鏈傳動的瞬時傳動比不恒定，傳動平穩(wěn)性較差，有沖擊和噪聲；鏈條速度忽大忽小地周期性變化，并伴有鏈條的上下抖動，不宜用于高速和急速反向的場合。

一般鏈傳動的應(yīng)用范圍為：傳遞功率P≤100kW,鏈速v≤15m/s，傳動比i≤7，中心距a≤6m，效率η=0.92～0.97。

第101頁/共118頁7.5.3滾子鏈和鏈輪

1.滾子鏈的組成及其標(biāo)準(zhǔn)

滾子鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4及滾子5組成(圖7-13a)。套筒與內(nèi)鏈板及銷軸與外鏈板分別為過盈配合，而套筒與銷軸及滾子與套筒為間隙配合。當(dāng)鏈屈伸時，通過套筒繞銷軸自由轉(zhuǎn)動，可使內(nèi)、外鏈板間作相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)鏈條與鏈輪嚙合時，滾子沿鏈輪齒廓滾動，減輕了鏈與鏈輪輪齒的磨損。鏈板制成“8”字形，目的是使各截面強(qiáng)度接近相等，且能減輕重量及運(yùn)動時的慣性。

當(dāng)傳遞較大的動力時，可采用雙排鏈(圖7-13b)或多排鏈。多排鏈由幾排普通單排鏈用銷軸聯(lián)成。多排鏈制造比較困難，裝配產(chǎn)生的誤差易使受載不均，所以雙排用得較多，四排以上用得很少。鏈傳動適用于兩軸線平行且距離較遠(yuǎn)、瞬時傳動比無嚴(yán)格要求以及工作環(huán)境惡劣的場合。第102頁/共118頁第103頁/共118頁滾子鏈已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由專業(yè)工廠生產(chǎn)，滾子鏈主要參數(shù)和尺寸如圖7-13所示，見表7-3。鏈條上相鄰兩銷軸中心的距離p稱為節(jié)距，它是鏈條的主要參數(shù)。鏈條長度常用節(jié)數(shù)表示。節(jié)數(shù)一般取為偶數(shù)，這樣構(gòu)成環(huán)狀時，可使內(nèi)、外鏈板正好相接。接頭處可用開口銷(圖7-14a)或彈簧卡(圖7-14b)