第三篇机械传动(齿轮传动蜗杆传动)剖析
机械设计基础 蜗杆传动
二、蜗杆传动的材料
1. 为了减摩，通常蜗杆用钢材（耐磨），蜗轮用有色金属（ 铜合金、铝合金，较好的减摩性）。 2. 高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr 淬火。 3. 低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。 4. 蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
三、蜗杆、涡轮的结构
蜗杆
蜗轮
二、蜗杆传动的特点
1.蜗杆传动的优点 （1）传动比大，结构紧凑。一般 i =10~40，在只传递运动 的分度机构中，可达1000。这样大的传动比如果用齿轮传 动，则需要采用多级传动才行，因此蜗杆传动结构紧凑， 体积小，重量轻 （2） 传动平稳，噪声低。由于蜗杆上的齿是连续不间断 的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿无啮 入和啮出的过程，因此工作平稳、噪声小。 （3）可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋升角小于啮 合面的当量摩擦角时，机构具有自锁性，蜗杆只能带动蜗 轮转动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。
力的大小
圆周力
2T1 Ft1 Fa 2 d1
轴向力
2T2 Ft 2 Fa1 d2
径向力
Fr 1 Fr 2 Ft 2 tan
蜗杆传动受力方向判断
在分析蜗杆传动受力时，应注意其受力方向的确定。 主、从动轮上各对应的力大小相等，方向相反。蜗杆 所受圆周力的方向总是与它的转向相反；径向力的 方向总是指向轴心的。蜗杆受的轴向力的方向与蜗 杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。 方法： 左右手定则
Fr 2
Fr1
蜗杆传动受力方向判断
蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、 蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋 转方向。 径向力 Fr1 =径向力 Fr 2 指向各自轴心 与转向相反
齿轮传动的基础知识总结(三)
一、齿轮传动的工作原理齿轮传动是利用齿轮的啮合传递动力和运动的一种机械传动方式。
它主要由两个或多个齿轮组成，通过齿轮之间的啮合来传递动力和运动。
齿轮传动主要有直齿轮传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、蜗杆传动等多种形式，不同的传动形式有其各自特点和适用范围。
二、齿轮传动的优点1. 传动效率高：齿轮传动由于齿轮啮合的方式，传动效率较高，通常可达到95以上。
2. 精度和稳定性好：齿轮传动具有传动精度高、运行稳定的特点，适用于对传动精度要求较高的场合。
3. 传动比范围广：齿轮传动可以实现多种传动比，适用范围广泛，能够满足不同场合的传动需求。
4. 承载能力大：齿轮传动由于啮合齿轮的设计和制造工艺，具有较大的承载能力，适用于大功率、大扭矩的传动。
三、齿轮传动的缺点1. 噪音大：齿轮传动在工作时会产生一定的噪音，对某些对噪音有严格要求的场合不太适用。
2. 成本较高：齿轮传动的制造和安装成本相对较高，一些小型机械设备可能不适合采用齿轮传动。
3. 需要润滑：齿轮传动在工作时需要一定的润滑条件，如果润滑条件不足，可能会导致齿轮传动寿命缩短。
四、齿轮传动的应用领域齿轮传动广泛应用于机械设备中，包括但不限于：1. 汽车行业：汽车的变速箱、巡航系统等均采用齿轮传动。
2. 工程机械：各类挖掘机、起重机等工程机械设备中也广泛采用齿轮传动。
3. 船舶行业：船舶的主机、辅机等传动系统采用齿轮传动。
4. 机床行业：各类数控机床、加工中心等机床设备的主轴传动系统通常采用齿轮传动。
5. 风力发电：风力发电机组中的传动系统也常采用齿轮传动。
五、齿轮传动的发展趋势1. 齿轮材料的发展：随着材料科学的不断进步，新型的齿轮材料将会逐渐取代传统的材料，提高齿轮传动的使用寿命和可靠性。
2. 精密制造技术的应用：精密制造技术的应用将进一步提高齿轮传动的精度和稳定性。
3. 绿色环保：绿色环保的要求将促使齿轮传动减少噪音、提高传动效率，以满足环保要求和能源节约的需求。
机械传动基础和常用机构
机械传动概述
一、基本概念
3、机器 具有以下三个特征的实物组合体称为机器。
1.都是人为的各种实物的组合。
2.组成机器的各种实物间具有确
定的相对运动。
3.可代替或减轻人的劳动，完成
有用的机械功或转换机械能。
第五页，编辑于星期日：十点 三十三分。
第三篇 机械传动
机械传动概述
一、基本概念
4、机构它是具有确定相对运动的各种实物的
第八页，编辑于星期日：十点 三十三分。
第三篇 机械传动
机械传动概述
二、机械传动的传动比和效率
传动比 i=n1/n2
机械效率 （p59）
η=Po/Pi
第九页，编辑于星期日：十点 三十三分。
第三篇 机械传动
机械传动概述
三、机械传动的类型
摩擦传动
按
工
带传动、摩擦轮传动
作
原 啮合传动
理
齿轮传动、蜗杆传动、链
第三篇 机械传动
机械传动概述
5、机器的组成
根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组成：
1.原动部分（动力部分）：机器的动力来源。
2.工作部分（执行部分） ：完成工作任务的部分。
3.传动部分：把原动机的运动和动力传递给工作机。
4.控制部分：使机器的原动部分、传动部分、工作部 分按一定的顺序和规律运动，完成给定的工作循环。
2、根据机构中构件数目分为：
四杆机构、五杆机构、六杆机构等
第三十八页，编辑于星期日：十点 三十三分。
（一）平面四杆机构的类型及应用
定义：4个刚性构件用平面低副联接而成的机构。
曲柄摇杆机构
平
*铰链四杆机构
(全转动副)
双曲柄机构
各种齿轮机械传动原理
各种齿轮机械传动原理
1.齿轮传动：齿轮传动是一种常见的齿轮机械传动原理。
它是利用齿
轮之间的啮合传递动力和转矩的一种方式。
齿轮传动可分为平行轴齿轮传
动和交叉轴齿轮传动两种。
平行轴齿轮传动的齿轮轴线平行，交叉轴齿轮
传动的齿轮轴线相交，形成一定的角度。
2.链传动：链传动是利用链条将动力传递到另一个元件的传动原理。
链传动主要分为链齿轮传动和链条传动两种。
链齿轮传动是将齿轮与链条
相结合，形成一种连续的、有规律的传动方式。
链条传动是利用链条本身
的轴向强度相互连接，以自身的强度来传递动力。
3.皮带传动：皮带传动是利用皮带的弹性来传递动力的一种传动方式。
皮带传动可分为平面皮带传动和倾斜皮带传动两种。
平面皮带传动是指皮
带与轮毂在同一平面内，倾斜皮带传动是指皮带与轮毂不在同一平面内。
4.耦合器传动：耦合器传动是利用耦合器的刚性来传递动力的一种传
动方式。
耦合器传动可分为机械耦合器和液力耦合器两种。
机械耦合器是
利用机械零件将传动的动力转移给工作机构的耦合器，液力耦合器是通过
液体的流动来实现动力传递的耦合器。
5.蜗杆传动：蜗杆传动是利用蜗杆和蜗轮的啮合关系来传递动力和转矩。
它的主要特点是传动比大、传动效率低，通常应用于速度较低，转矩
要求较高的场合，如各种减速、传动机构等。
机械传动系统概述
机械传动系统概述一.机械传动系统类型及特点常见的机械传动系统包括皮带传动、齿轮传动、链条传动、蜗轮传动和齿轮传动。
1.皮带传动根据带的截面形状的不同，将带分为平带、v带和特殊带（多楔带、圆带等）等.带传动结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、无需润滑、容易维护。
但不能保证精确的传动比，传动效率较低。
带传动主要用于传动平稳、传动比要求不严格的中、小功率的较远距离传动场合。
2.链传动链条传动是一种啮合传动，其中链条用作两个或多个链轮之间的柔性牵引元件。
与皮带传动相比，链条传动的主要优点是：无滑动；高效率，η≈98%，无需大张力，作用在轴上的载荷小；适用于高温高湿环境。
主要缺点是：只能用于平行轴之间的传动；瞬时速度不均匀，高速运行时不如皮带传动稳定；不适用于负载变化大、换向快的变速箱；与齿轮传动相比，链条传动具有以下主要特点：对制造和安装精度要求低；当中心距较大时，传动结构简单；瞬时链速和瞬时传动比不恒定，传动稳定性差。
链条传动除了广泛用作固定传动比的传动外，还可分为步进链条传动和无级链条传动。
3.蜗杆传动蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。
在绝大多数情况下，两轴在空间上是相互垂直的。
蜗杆传动的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小和能得到很大的单级传动比。
缺点是在制造精度和传动比相同的情况下，蜗杆传动的效率比齿轮传动底，此外，蜗轮一般需要用贵重的减摩材料（如青铜）制造。
蜗杆传动广泛应用于机械及其相关的行业中，如用于汽车驱动桥传动；机床、汽车、拖拉机及其他机械中轴线相交的传动；用于轧钢机械、矿山机械、起重运输机械等。
4.齿轮传动齿轮传动应用广泛，传动功率可达数万千瓦，单级传动比可达8以上。
因此，它被广泛应用于机器中。
与其他机械传动相比，齿轮传动的优点是：运行可靠，使用寿命长；瞬时传动比恒定；传输效率高；结构紧凑；缺点是：齿轮制造需要专用机床和设备，成本高；当精度较低时，振动和噪声较大；不适用于轴间距较大的传动。
《机械结构分析与使用》第三章 机械传动概述
在旋转的机械传动中，传动比（速比） 是指机构中主动件的转速n1 与从动件 转速 n2 的比值，并以 i 表示，
i12= n1/n2 i>1，为减速, i<1为增速。 机械传动中，减速居多。
在机械传动中，摩擦损失是不可避免的，因 此，传动的输出功率P2永远小于输入功率P1。 机械传动的效率，用h表示
二、机械传动的任务：
1、将动力机输出的速度降低或增高，以适合 执行机构的需要。 2、用动力机直接进行调速不经济或不可能时， 采用变速传动来满足执行机构经常变速的要求。 3、将动力机输出的转矩变换为执行机构所需 要的转矩或力。
h= P2/ P1× 100%
效率的大小是衡量各种机械传动形式的一项 重要指标。
§3-5 机械传动的组成与任务
一、机械传动的组成：
按工作原理可将传动分为机械传动、电动传动、液 压传动和气压传动等。其中机械传动最为常见。 按照传动原理，机械传动可分为两大类： 1、摩擦传动――依靠构件接触面的摩擦力来传递 动力和运动的，如带传动、摩擦轮传动； 2、啮合传动――依靠构件间的相互啮合来传递动 力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。
(1) 转动副：只允许两构件作相对转动， 又称作铰链。
a)固定铰链
b)活动铰链转动副
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
2、高副：两构件以点或线接触而构成的 运动副。
凸轮副
齿轮副
二、构件的分类
组成机构的构件按其运动性质可分为固定件 （机架）、原动件和从动件。 固定件: 用来支撑活动构件的构件。如汽缸体。 原动件: 运动规律已知的活动构件，其运动由 外界给定。如活塞。 从动件: 机构中随着原动件的运动而运动的其 余构件。如连杆、曲轴。
蜗杆传动工作原理
蜗杆传动工作原理蜗杆传动是一种常用的传动方式，它由蜗杆和蜗轮组成。
蜗杆是一种螺旋线形状的齿轮，蜗轮则是一种圆盘状的齿轮。
蜗杆传动主要通过蜗杆的螺旋线与蜗轮的齿轮咬合来传递动力。
蜗杆传动具有传动比大、传动平稳、噪音小等优点，因此广泛应用于各个领域。
蜗杆传动的工作原理如下：1.螺旋线齿形：蜗杆的齿形是螺旋线形状的。
螺旋线的角度越大，齿数越少，蜗杆传动的传动比就越大；反之，传动比较小。
螺旋线的螺距越大，传动效率就越高。
2.齿轮齿形：蜗轮的齿形是圆柱面的。
蜗轮的齿数越多，传动效率就越高。
蜗轮的齿数与蜗杆的螺旋线角度呈正比，与蜗杆的螺距呈反比。
3.咬合过程：当蜗杆转动时，蜗轮受到蜗杆螺旋线作用力的影响，开始进行旋转。
蜗轮的旋转产生的力会使蜗杆进行推动，从而实现动力传递。
4.传动比：传动比是指蜗轮转一圈，蜗杆转动的圈数。
传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿数。
蜗杆传动具有以下几个特点：1.传动比大：蜗杆传动的传动比一般较大，通常为1:20至1:300之间。
这使得蜗杆传动适用于需要减速的场合。
2.传动平稳：由于螺杆的齿数较少，蜗杆传动的传动平稳，减小了机械设备的振动和冲击。
因此，蜗杆传动常被用于需要平稳传动的场合。
3.传动效率低：蜗杆传动的咬合面积较小，齿面摩擦力大，因此传动效率低。
一般情况下，蜗杆传动的传动效率约为30%至80%之间。
4.可逆性：蜗杆传动具有较好的不可逆性。
在停机状态下，蜗杆无法迅速被蜗轮带动，相反，蜗轮却可以被蜗杆带动。
5.噪音小：由于蜗杆传动的咬合面积小，齿面摩擦力小，因此产生的噪音也较小。
总结起来，蜗杆传动是一种通过螺旋线齿形的蜗杆和圆齿轮的蜗轮进行咬合来传递动力的传动方式。
它具有传动比大、传动平稳、噪音小等优点，因此被广泛应用于各个领域。
然而，由于传动效率较低，蜗杆传动常常需要与其他传动方式进行组合使用，以提高效率。
齿轮传动的调研报告
齿轮传动的调研报告调研报告：齿轮传动一、引言齿轮传动是一种常见的机械传动方式，广泛应用于各种机械设备中。
本调研报告旨在对齿轮传动进行深入了解，包括其原理、类型、优缺点以及应用领域等方面的内容。
二、原理齿轮传动是利用齿轮之间的啮合来传递转矩和旋转速度的机械传动。
齿轮传动主要由两个或多个齿轮组成，其中一个齿轮作为主动轮，通过旋转驱动另一个齿轮作为从动轮。
当主动轮转动时，从动轮也随之转动，实现力的传递。
三、类型1. 平行轴齿轮传动：主动轮和从动轮的轴线平行，适用于平行轴设备的传动。
2. 锥齿轮传动：主动轮和从动轮的轴线相交，适用于非平行轴设备的传动。
3. 内齿轮传动：主动轮和从动轮的齿轮分别为内齿和外齿，适用于特殊场合的传动。
四、优缺点1. 优点：- 传递高转矩：齿轮传动能够承受较大的转矩，适用于需要传递大功率的场合。
- 精度高：齿轮传动的啮合精度高，能够实现稳定的传动比。
- 传动效率高：齿轮传动的传动效率通常在95%以上。
2. 缺点：- 噪音大：齿轮传动在运转过程中会产生噪音，特别是在高速运转时。
- 对润滑要求高：齿轮传动需要进行润滑，以减少摩擦和磨损。
- 传动比固定：齿轮传动的传动比由齿轮的齿数决定，无法随意调节。
五、应用领域齿轮传动广泛应用于各类机械设备中，例如：1. 汽车行业：齿轮传动用于汽车的变速器和驱动齿轮箱等部件。
2. 机床行业：齿轮传动用于机床的进给系统和主轴传动系统等。
3. 工程机械：齿轮传动用于挖掘机、装载机等大型设备的传动装置。
4. 发电设备：齿轮传动用于发电机组的发电机驱动、冷却风扇传动等。
六、结论齿轮传动作为一种常见的机械传动方式，具有传递高转矩、精度高、传动效率高等优点，广泛应用于各个行业的机械设备中。
然而，齿轮传动也存在噪音大、对润滑要求高、传动比固定等缺点。
因此，在实际应用中，需要综合考虑其优缺点，并根据具体要求进行选型和设计，以满足不同领域的传动需求。
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防止或减轻点蚀的主要措施： 1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值； 2）增大综合曲率半径； 3）采用粘度较高的润滑油； 4）减小动载荷等。
11/10/2020
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4.齿面胶合 高速重载→高温→齿面胶合 低速重载→不易形成油膜→冷焊粘着 防止或减轻齿面胶合的主要措施： 1）采用抗胶合能力强的润滑油； 2）在润滑油中加入极压添加剂等。
第十章 齿轮传动 第十一章 蜗杆传动
第十章 齿轮传动
§10-1 概述 §10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 变位齿轮传动强度计算概述 §10-10 齿轮的结构设计 §10-11 齿轮传动的润滑 §10-12 圆弧齿圆柱齿轮传动简介
2.分类
（1）按工作条件分
开式传动 半开式传动 闭式传动
（2）按齿线形状分 直齿、斜齿、曲线齿(人字齿)
（3）按材料硬度分
硬齿面 软齿面
>350HB(或>38HRC) ≤350HB(或≤38HRC)
（4）按轴的布置方式
平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动
（5）按齿廓曲线分 渐开线齿、摆线齿、圆弧齿
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
（一）失效形式： 轮齿折断 齿面损伤：齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形
1.轮齿折断 在闭式齿轮传动中，当齿轮的齿面较硬时，易出现轮齿折断。 多发生在根部
疲劳折断 过载折断 全齿折断 ：齿宽较小的直齿圆柱齿轮 局部折断： 齿宽较大的直齿圆柱齿轮、斜齿轮、人字齿
11/10/2020
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提高轮齿的抗疲劳折断能力的措施： 1）增大齿根过渡曲线半径及消除加工刀痕； 2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀； 3）采用合适的热处理方法使齿芯具有足够的韧性； 4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
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2.齿面磨损
磨粒磨损 开式齿轮传动的主要失效形式 防止或减轻磨粒磨损的主要措施： 1）提高齿面硬度； 2）降低表面粗糙度值； 3）降低滑动系数； 4）注意润滑油的清洁和定期更换等。
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3. 齿面点蚀
发生在润滑良好的闭式传动，特别是在软齿面上更容易发生。 在节线附近靠近齿根部分的表面上。
2）在开式齿轮传动中，以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则， 为延长开式（半开式）齿轮传动寿命，可适当加大模数。
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§10-3 齿轮的材料及其选择原则 （一）常用的齿轮材料
1．钢
(1)锻钢
1)软齿面(≤350HB) 如：45，40Cr正火或调质热处理 →切齿7级或8级 2)硬齿面(>350HB) 如：45，40Cr 淬火
1.整体淬火 2.表面淬火 3.渗碳淬火 4.渗氮 5.碳氮共渗
6.正火和调质
获得硬齿面 获得软齿面
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（二）齿轮材料的选ຫໍສະໝຸດ 原则1）齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、 经济性等；
2）应考虑齿轮尺寸的大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 3）正火碳钢只能用于载荷平稳或轻度冲击下；调质碳钢可用于中
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计算准则
目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强 度及保证齿面接触疲劳强度两项准则进行计算。
1）闭式 -----------齿面接触疲劳强度设计 --------分度圆直径及其主要 几何参数（d、b等）--------再齿轮齿根的弯曲疲劳强度校核。 但齿面较硬时，按齿根的弯曲疲劳强度设计----------再对齿面接触 疲劳强度进行校核。 当有短时过载时，还应进行静强度计算。 对于高速大功率的齿轮传动，还应进行抗胶合计算。
20Cr 20CrMnTi 渗碳淬火 先粗加工→齿面硬化处理→精加工（4级或5级）
(2)铸钢 如：ZG310~570（常化处理）应用于尺寸较大的齿轮。
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2．铸铁 如：HT200~HT350、QT500-5等
应用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。
3．非金属材料 如：夹布胶木、尼龙
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（二）设计准则 保证齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 由实践得知： 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。 闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 齿根弯曲疲劳强度主要由模数决定。 齿面接触疲劳强度主要由直径决定。
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5.塑性变形
在过大的应力作用下发生的塑性变形，一般发生在软齿面上。 齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变 主动轮在节线附近形成：凹槽 从动轮在节线附近形成：凸脊 防止或减轻齿面塑性流动的主要措施： 1）提高齿面硬度； 2）采用粘度较大的或加有极压添加剂的润滑油。
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§10-1 概述
1.优缺点
优点： 1）传动效率高 可达η=99％。在常用的机械传动中，齿轮传动
的效率为最高； 2）结构紧凑 与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，
齿轮传动所需的空间一般较小； 3）工作可靠，寿命长 4）传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得
广泛应用的原因之一； 5）功率和速度适用范围很广等。 缺点： 1）制造、安装精度要求较高（专用机床和刀具加工）； 2）精度低时，噪音、振动较大； 3）不适于中心距a较大两轴间传动； 4）11制/10/2造020 、使用及维护的费用较高。
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直齿圆柱齿轮机构
外啮合齿轮传动
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内啮合齿轮传动
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齿轮齿条传动
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外啮合齿轮传动
内啮合圆柱齿轮机构
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齿轮齿条机构
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人字齿
直齿圆锥齿轮机构
斜齿圆锥齿轮机构
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交错轴齿轮传动