1.4 機(jī)械傳動基礎(chǔ)

傳動可以通過機(jī)、電、液等形式來實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)代工業(yè)中，根據(jù)傳動的原理不同，主要應(yīng)用著機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動4種傳動方式。每種不同的傳動形式都是通過一定的介質(zhì)來傳遞能量和運(yùn)動的，而由于傳遞介質(zhì)的不同，形成了不同的傳動特點(diǎn)，以及不同的適用范圍。

機(jī)械傳動是利用帶輪、齒輪、鏈輪、軸、蝸桿與蝸輪、螺母與螺桿等機(jī)械零件作為介質(zhì)來進(jìn)行功率和運(yùn)動的傳遞，即采用帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動和螺旋傳動等裝置來進(jìn)行功率和運(yùn)動的傳遞。機(jī)械傳動是最常見的傳動方式，它具有傳動準(zhǔn)確可靠、操縱簡單、容易掌握、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳動裝置笨重、效率低、遠(yuǎn)距離布置和操縱困難、安裝位置自由度小等缺點(diǎn)。下面將著重介紹一些常見的機(jī)械傳動形式。

1.4.1 帶傳動

圖1-7 帶傳動的工作原理

1—主動輪 2—從動輪 3—傳動帶

1.工作原理和傳動形式

帶傳動是一種應(yīng)用很廣泛的機(jī)械傳動裝置，它是利用傳動帶作為中間的撓性件，依靠傳動帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力。帶傳動的工作原理如圖1-7所示，帶傳動由主動輪1、從動輪2和撓性傳動帶3組成。當(dāng)主動輪回轉(zhuǎn)時，在摩擦力的作用下，帶動傳動帶運(yùn)動，而傳動帶又帶動從動輪回轉(zhuǎn)，這樣就把主動軸的運(yùn)動和動力傳給從動軸。

在實(shí)際使用中，由于使用場合和轉(zhuǎn)動方向不同，帶傳動還有不同的傳動形式。根據(jù)兩軸在空間的相互位置和轉(zhuǎn)動方向的不同，帶傳動主要有開口傳動、交叉?zhèn)鲃雍桶虢徊鎮(zhèn)鲃?種傳動形式。

2.帶傳動的主要類型和特點(diǎn)

根據(jù)傳動原理，帶傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動兩類。

帶傳動的主要類型是摩擦型帶傳動。這種帶傳動中，由于帶緊套在兩個帶輪上，帶與帶輪接觸面間產(chǎn)生壓力，當(dāng)主動輪回轉(zhuǎn)時，依靠帶與帶輪接觸面間的摩擦力，拖動從動輪一起回轉(zhuǎn)而傳遞一定的運(yùn)動和動力。根據(jù)帶的截面形狀，常用的摩擦型帶傳動可分為平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動和圓帶傳動。

嚙合型帶傳動是依靠帶上的齒與帶輪輪齒的相互嚙合傳遞運(yùn)動和動力，比較典型的是同步帶傳動，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。

帶傳動的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）適用于兩軸中心距較大的傳動，中心距最大可達(dá)10m。

2）帶傳動是彈性體，可緩沖、吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。

3）結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低廉。

4）過載時，帶在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞，起安全保護(hù)作用。

帶傳動的主要缺點(diǎn)如下：

1）帶傳動的結(jié)構(gòu)不夠緊湊，傳動裝置的外廓尺寸較大。

2）帶在帶輪上有彈性滑動，瞬時傳動比不恒定，且傳動效率低，帶的壽命較短。

3）因需要張緊，對軸的壓力大。

4）帶傳動中的摩擦?xí)a(chǎn)生電火花，不適宜用在高溫、易燃、易爆或經(jīng)常與油水接觸的場合。

1.4.2 鏈傳動

1.工作原理

鏈傳動是以鏈條作為中間撓性傳動件，通過鏈節(jié)與鏈輪齒的不斷嚙合和脫開而傳遞運(yùn)動和動力的，它屬于嚙合傳動。如圖1-8所示，鏈傳動由主動鏈輪1、鏈條2和從動鏈輪3組成。當(dāng)主動鏈輪轉(zhuǎn)動時，通過鏈條與鏈輪之間的嚙合力帶動從動鏈輪跟著旋轉(zhuǎn)，同時將主動軸的運(yùn)動和動力傳遞給從動軸。

2.鏈傳動的分類和特點(diǎn)

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。

與其他傳動相比，鏈傳動的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）鏈傳動是具有中間撓性件的嚙合傳動。與帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，故能保證準(zhǔn)確的平均傳動比，且其傳動效率較高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、張緊力比帶傳動小，作用在傳動軸與軸承上的力較小，但無過載保護(hù)作用。

圖1-8 鏈傳動工作原理

1—主動鏈輪 2—鏈條 3—從動鏈輪

2）在相同功率條件下，鏈傳動比帶傳動結(jié)構(gòu)緊湊，并適用于低速、重載下工作。

3）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。

鏈傳動的主要缺點(diǎn)如下：

1）鏈條與鏈輪工作時磨損較快，使用壽命較短，磨損后鏈條的節(jié)距增大，鏈輪齒形變窄，鏈條在嚙合時會發(fā)出“咯咯”的響聲，甚至造成脫鏈現(xiàn)象。

2）只能傳遞平行軸間的同向回轉(zhuǎn)運(yùn)動，安裝時對兩輪軸線的平行度要求較高。鏈條不適宜裝在兩個呈水平位置的鏈輪上傳動，這樣容易發(fā)生脫鏈或頂齒。

3）由于鏈條進(jìn)入鏈輪后形成多邊形折線，從而使鏈條速度忽大忽小地周期性變化，并伴有鏈條的上下抖動。因此，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，不宜用于高速和急速反向的場合。

4）制造費(fèi)用較高。

1.4.3 齒輪傳動

1.工作原理與和傳動形式

齒輪傳動是由主動齒輪1、從動齒輪2和機(jī)架所組成，如圖1-9所示。當(dāng)一對齒輪相互嚙合工作時，主動輪O₁的輪齒（a、b、c、…），通過嚙合點(diǎn)法向力F_n的作用逐個地推動從動輪O₂的輪齒（a′、b′、c′、…），使從動輪轉(zhuǎn)動，從而將主動軸的動力和運(yùn)動傳遞給從動軸。齒輪傳動時，兩齒輪軸線相對位置不變，并各繞其自身的軸線而轉(zhuǎn)動。

按照齒輪工作條件不同，齒輪傳動又可分為開式傳動、半開式傳動和閉式傳動3種形式。

圖1-9 齒輪傳動工作原理

1—主動齒輪 2—從動齒輪

2.齒輪傳動的類型和特點(diǎn)

齒輪傳動的類型很多，按照一對齒輪軸線間的相互位置不同，可分為兩軸平行的齒輪傳動，如圓柱齒輪傳動；兩軸相交的齒輪傳動，如錐齒輪傳動；兩軸交錯的齒輪傳動，如螺旋圓柱齒輪傳動。按照輪齒的方向，可分為直齒、斜齒、人字齒、圓弧齒等齒輪傳動。按嚙合情況不同，又可分為外嚙合齒輪傳動、內(nèi)嚙合齒輪傳動、齒輪與齒條嚙合傳動。

齒輪傳動的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）由于采用合理的齒形曲線，所以齒輪傳動能保證兩輪瞬時傳動比恒定，平穩(wěn)性較高，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確可靠。

2）適用的傳動功率和圓周速度范圍較大。

3）傳動效率高（一般為0.94～0.99，一般圓柱齒輪的傳動效率可達(dá)98%），使用壽命長。

4）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。

齒輪傳動的缺點(diǎn)如下：

1）齒輪的制造、安裝精度要求較高，制造成本大。

2）承受過載和沖擊的能力差，低精度齒輪傳動時噪聲和振動較大。

3）當(dāng)兩傳動軸之間的距離較大時，若采用齒輪傳動結(jié)構(gòu)就會復(fù)雜，所以齒輪傳動不適宜于距離較大兩軸間的運(yùn)動傳遞。

4）沒有過載保護(hù)。

5）在傳遞直線運(yùn)動時，不如液壓傳動和螺旋傳動平穩(wěn)。

1.4.4 螺旋傳動

1.工作原理

螺旋傳動是利用由帶螺紋的零件構(gòu)成的螺旋副將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的一種機(jī)械傳動方式。螺旋傳動主要由螺桿、螺母和機(jī)架組成。如圖1-10所示為車床大拖板的螺旋傳動結(jié)構(gòu)簡圖，在螺桿外表面和開合螺母內(nèi)表面均制有螺紋，相互組成螺旋副，當(dāng)車床的長螺桿轉(zhuǎn)動，借助開合螺母就帶動了大拖板做直線移動。

2.螺旋傳動的類型和特點(diǎn)

螺旋機(jī)構(gòu)按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，可分為滑動螺旋、滾動螺旋兩種類型。按使用要求不同，螺旋機(jī)構(gòu)又可分為傳動螺旋、傳力螺旋和調(diào)整螺旋機(jī)構(gòu)3種。

螺旋機(jī)構(gòu)與其他將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的傳動裝置（如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）相比，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)，在機(jī)械制造中獲得了廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是螺紋之間產(chǎn)生較大的相對滑動，因而效率低、磨損快、使用壽命短。近年來由于滾動螺旋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，使磨損和效率問題得到了很大的改善。

圖1-10 螺旋傳動結(jié)構(gòu)簡圖