机械传动教学课件

机械传动教学课件机械传动基础与典型传动装置详解第一章什么是机械传动？机械传动是指将动力从一个部件传递到另一个部件的过程它是机械工程的核心要素之一，使机器能够有效地工作通过机械传动，我们可以•改变运动速度•调节输出力矩•转变运动方向•改变运动形式（如旋转变为直线）机械传动的分类12按传动方式分类按运动形式分类•带传动利用柔性带与带轮之间的摩擦力传递动力•旋转传动保持旋转运动形式不变的传动•链传动通过链条与链轮的啮合传递动力•直线传动保持直线运动形式不变的传动•齿轮传动依靠齿轮之间齿的啮合传递动力•往复传动实现周期性往返运动的传动•螺旋传动利用螺纹副将旋转运动转化为直线运动•转换传动将一种运动形式转换为另一种的传动•摩擦传动依靠摩擦轮之间的摩擦力传递动力机械传动的基本要素传动元件带、链、齿轮等传递动力的媒介传动轴支撑传动元件并传递扭矩的轴类零件联轴器连接两轴并传递运动和动力的装置轴承支撑传动轴并减小摩擦的零件核心参数•传动比i输出转速与输入转速之比•传动效率η输出功率与输入功率之比机械传动的作用与意义动力传递速度变换将原动机的动力传递到工作机构根据工艺需求调整输出速度运动转化方向转换在旋转、直线等运动形式间转换改变运动方向以适应空间布局机械传动是连接动力源与执行机构的桥梁，良好的传动设计能显著提高机械系统的性能、效率和可靠性，降低能源消耗和运行成本在现代工业生产中，机械传动的创新对提升设备性能和生产效率起着至关重要的作用第二章带传动详解带传动的基本结构与工作原理基本构成带传动主要由带和带轮两部分组成•带柔性元件，用于传递动力•带轮与带配合的轮，通常包括主动轮和从动轮•张紧装置保持带的适当张力工作原理通过带与带轮之间的摩擦力传递动力，主动轮转动带动带运动，带传动特别适用于轴距较大的传动场合，可在不同轴系之间传递带再带动从动轮转动动力传递力矩的大小受带的张紧力和带轮表面摩擦系数的影响带的类型平带V型带多楔带同步带•断面为矩形•断面呈梯形•一侧有多个V形楔条•内侧有等距齿形•结构简单，传动平稳•摩擦力大，不易滑脱•柔性好，传动比大•无相对滑动，传动准确•适用于高速传动•适用于中小功率传动•适用于多轴传动•适合精密传动场合•承载能力较低•应用最广泛•常用于汽车发动机•常用于精密机械带传动的优缺点优点缺点•结构简单，制造和安装成本低•易发生打滑，传动精度较低•运行平稳，噪声小，振动小•传动比不恒定，有微小波动•过载保护能力强，可通过打滑防止损坏•传动效率受环境温度、湿度影响大•缓冲性能好，能吸收冲击负荷•带的寿命有限，需定期更换•轴间距离可大可小，布置灵活•带需保持一定张力，对轴和轴承有附加载荷•无需润滑，维护简便•温度适应性较差，不适合高温环境•可实现远距离传动•大功率传动时体积较大带传动的设计要点带轮设计与带速选择滑移与打滑分析带轮尺寸影响传动比和带的弯曲应力带的张紧力计算滑移由于带的弹性变形导致的微小相•带速选择范围平带10~50m/s，张紧力必须适当，过大会增加轴承载荷对运动V带5~25m/s和带的磨损，过小会导致打滑打滑张力不足导致的大幅相对滑动•带轮直径不宜过小，以减小带的弯曲控制措施保持适当张力，选择合适的应力带截面•传动比一般不超过6其中T为张紧力，P为传递功率，v为带速，f为摩擦系数，α为包角在实际工程应用中，带传动的设计需综合考虑传递功率、空间布局、使用环境等多种因素，并结合经验公式和标准进行计算第三章链传动详解链传动的结构与工作原理基本构成链条由链节组成的柔性构件链轮与链条啮合的轮，有主动轮和从动轮张紧装置保持链条适当张紧度工作原理链传动通过链条与链轮齿的机械啮合来传递动力，不依赖摩擦力主动链轮带动链条运动，链条再带动从动链轮转动链传动适用于轴距中等通常

0.5~8m的场合，可在恶劣环境下稳定工作链传动广泛应用于需要较大传递功率且传动比精确的场合，如农业机械、工程机械、摩托车等链传动的优缺点优点•传动效率高η=

0.96~

0.98•无相对滑动，传动比准确•可在恶劣环境下工作•使用寿命长•可同时传动多个轴•可在高温环境下工作•轴向尺寸小，结构紧凑缺点•运转噪声大•链速波动，有多边形效应•需定期润滑维护•不适合高速传动一般20m/s•使用时轴距不宜调节•抗冲击能力弱于带传动•成本高于带传动链传动在中等轴距、中等速度、大功率传动场合具有明显优势，但需要注意润滑和维护问题链传动的常用术语节距p相邻两铰链中心的距离，是链条的基本参数常用节距

8、

10、

12.

7、

15.

875、

19.

05、

25.

4、

31.

75、

38.1mm等链轮齿数z链轮上的齿数，影响传动平稳性小链轮齿数不宜少于17，否则多边形效应明显链条长度Lp以节数表示的链条总长度其中a为轴距节数，z₁、z₂为链轮齿数此外还有链速v、中心距a、包角α、链宽b等重要参数，这些参数共同决定了链传动的性能特性链传动的应用实例摩托车传动系统工业输送设备农业机械连接发动机输出轴与后轮，传递动力并实现用于物料输送，可在恶劣环境下稳定工作收割机、播种机等农机上广泛采用链传动速度变换•常使用大节距链条p

25.4mm•抗污染能力强，适应野外环境•使用滚子链，节距通常为•链速较低通常2m/s•传动效率高，动力损失小

12.7~

15.875mm•传动比精确，定位准确•维护简单，现场可更换•链速一般为10~15m/s•可在高温、多尘环境中可靠工作•使用特种链条应对泥土、作物残留•需定期润滑和调整链条松紧度链传动因其可靠性和精确性，在需要准确传递大功率的场合应用广泛，特别是在恶劣环境条件下更显示出其优势第四章齿轮传动详解齿轮的定义与作用定义齿轮是轮缘上带有齿的机械元件，通过齿与齿的啮合来传递运动和动力它是最常用的传动元件之一，能够精确地传递运动和力量基本作用传递动力将输入轴的扭矩传递给输出轴改变转速通过不同齿数比实现速度变换改变转向实现旋转方向的改变改变运动轨迹如将旋转变为直线运动分配动力将一个动力源分配到多个输出齿轮传动是最重要的机械传动形式，具有传动效率高、寿命长、可靠性好、传动比准确等特点，广泛应用于从精密仪器到重型机械的各种场合齿轮的分类（轴线位置）平行轴齿轮相交轴齿轮交错轴齿轮•直齿圆柱齿轮齿线平行于轴线•直齿锥齿轮齿线指向锥顶点•蜗杆蜗轮轴线垂直且不相交•斜齿圆柱齿轮齿线与轴线成一定角度•弧齿锥齿轮齿线为圆弧形•斜齿轮副用于轴线交错传动•人字齿轮两组相反方向的斜齿•螺旋锥齿轮齿线为螺旋形•螺旋齿轮用于大传动比场合•双曲面齿轮适用于轴线略有偏差•轴线通常成90°角相交•超螺旋齿轮特殊的交错轴传动不同类型的齿轮适用于不同的轴线位置关系，工程师需根据机械布局选择合适的齿轮类型传动效率从平行轴到相交轴再到交错轴逐渐降低齿轮的分类（齿形）直齿齿轮斜齿齿轮齿线与轴线平行，结构简单，制造容易齿线与轴线成一定角度，渐进啮合啮合时冲击大，噪声高，适合低速传动运转平稳，噪声低，适合高速传动无轴向力，对轴承载荷小产生轴向力，对轴承有附加载荷齿形设计直接影响齿轮传动的性能特性，包括噪声、振动、效率、寿命等齿形选择需综合考虑负载条件、速度要求、噪声限制和制造成本等因素人字齿齿轮两组相反方向的斜齿组成，轴向力平衡兼具斜齿轮平稳性和直齿轮无轴向力特点制造复杂，成本高，用于重载传动齿轮传动的优缺点优点缺点•传动效率高η=

0.96~

0.99•制造精度要求高•体积小，结构紧凑•加工工艺复杂•工作可靠，使用寿命长•成本相对较高•传动比准确稳定•噪声较大（尤其是直齿轮）•可承受大载荷•不能缓冲冲击负荷•适应高速传动•需要良好的润滑条件•可实现各种轴位关系传动•轴距固定，不易调整齿轮传动是机械传动中最重要的形式，尽管存在一些缺点，但其高效率、高精度和高可靠性使其在各种机械中不可替代现代制造技术的进步也在不断降低齿轮的制造成本和噪声水平典型齿轮传动装置介绍直齿轮传动斜齿轮传动•啮合平稳，噪声低•承载能力高于直齿轮•适用于中高速传动•产生轴向力•常用于汽车变速箱•结构简单，制造容易•适用于平行轴传动•效率高，达

0.98~

0.99•适用于低速重载场合•常见于简单机械中齿轮传动设计要点参数选择•模数m标准系列中选取，决定齿轮尺寸•齿数z直齿轮不小于17，斜齿轮不小于13•压力角α通常取20°，影响齿根强度•斜齿角β一般8°~20°，影响重合度强度计算•齿面接触疲劳强度校核•齿根弯曲疲劳强度校核•安全系数选择常规

1.1~

1.2，重要场合

1.4~

1.5•考虑载荷性质、工作条件等修正系数润滑与散热•润滑方式浸油、喷油、油雾等•油品选择基于转速、负载和温度•散热设计散热筋、冷却系统•密封设计防止油液泄漏和杂质进入齿轮传动设计是机械设计中的关键环节，需要平衡强度、精度、噪声、成本等多方面因素设计时应遵循相关标准如GB/T3480并充分考虑实际工作条件第五章其他机械传动装置滚珠丝杠传动结构与工作原理滚珠丝杠传动由丝杠、滚珠螺母和滚珠组成，通过滚动摩擦将旋转运动转换为直线运动主要特点•传动效率高η=

0.9~

0.95，远高于普通丝杠•精度高，可达

0.01mm/300mm•刚性好，承载能力大•使用寿命长，磨损小•反向驱动能力好，可实现双向传动•传动平稳，噪声低应用领域滚珠丝杠的工作原理是当丝杠或螺母其中之一旋转时，滚珠在螺旋槽道中滚动，将旋转运动转换为直线运动，同时滚珠通广泛应用于数控机床、精密仪器、机器人、自动化设备等需要高精度直线运动过回路系统循环流动的场合联动机构与连杆机构曲柄滑块机构四杆机构凸轮机构将旋转运动转换为往复直线运动最基本的闭合链连杆机构将旋转运动转换为特定规律运动•内燃机中连接曲轴与活塞•可实现复杂轨迹运动•可实现复杂的运动规律•冲压机械中实现往复运动•汽车雨刷器使用此原理•内燃机气门机构中使用•泵类设备中广泛应用•机械手、门窗等应用广泛•自动化设备中常见连杆机构能实现各种复杂的运动转换，是机械设计中不可或缺的重要部分这些机构可以产生特定轨迹的运动，或将一种运动形式转换为另一种，在各类机械中应用广泛万向节与联轴器万向节联轴器万向节能传递不同轴线间的转动，允许两轴之间存在一定的角度偏联轴器用于连接两根轴，传递转矩并补偿轴线偏差差刚性联轴器法兰联轴器、套筒联轴器•单万向节允许两轴成一定角度，输出速度不均匀挠性联轴器弹性销联轴器、弹性体联轴器•等速万向节保证输出速度均匀，用于汽车传动系统滑移联轴器齿式联轴器、链式联轴器•双万向节组消除速度波动，实现等角速传动液力联轴器利用流体传递动力，具缓冲性能主要应用于汽车传动轴、工程机械、农业机械等领域联轴器的选择取决于轴偏差类型、负载特性、转速范围等因素机械传动的效率与损失传动效率机械传动效率是输出功率与输入功率的比值主要损失来源摩擦损失风阻损失齿轮啮合、轴承摩擦、密封摩擦等产生高速运转部件与空气或润滑油的搅拌摩各类传动装置的典型效率对比的能量损失，占总损失的主要部分擦造成的能量损失，在高速传动中较为明显冲击损失齿轮啮入、链条与链轮啮合等过程中的冲击引起的能量损失提高传动效率的方法优化设计参数、改善润滑条件、提高加工精度、选用高效材料、减轻传动件质量机械传动的实际应用案例汽车变速箱工业机器人自动化生产线综合应用多种传动形式，实现动力传递与速度变换精密传动系统保证运动准确性和重复精度多种传动装置组合，实现复杂工艺流程•主要采用斜齿轮传动•谐波减速器实现大减速比•带式输送系统传递物料•同步器实现平顺换挡•RV减速器用于多关节传动•链条传动驱动主要设备•行星齿轮组实现多挡位•滚珠丝杠实现直线精确运动•伺服系统精确定位•自动变速箱加入液力传动•多种传动形式协同工作•齿轮传动连接驱动源•差速器分配动力到车轮•精密控制与传动系统结合•各种连杆机构实现特定运动在实际应用中，传动系统往往是多种传动形式的组合，根据不同的工况要求和空间限制进行综合设计现代传动系统越来越多地与电子控制系统结合，形成机电一体化产品机械传动教学总结与展望核心要点•机械传动是机械工程的核心基础•带传动、链传动、齿轮传动各有特点•传动设计需考虑效率、精度、成本等因素•实际应用常结合多种传动方式学习建议未来发展趋势•理论与实践相结合，加强动手能力•新材料应用碳纤维、陶瓷等高性能材料•关注行业标准和新技术发展•智能传动系统集成传感与控制功能•掌握计算机辅助设计工具•仿生学设计借鉴生物结构优化传动•培养系统思维，整体优化传动系统•绿色传动节能环保与可持续发展•微纳米传动微型机械与精密仪器应用。