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1、第四章 机械传动与常用机构,机械的组成部分,制药机械由三部分组成动力部分 为机械提供动力源，交流电动机，转速为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min执行部分 直接完成生产所需的工艺动作传动部分 将动力部分的功率和运动传递给执行部分的中间环节，把高速运动变成低速运动，把连续运动变成间歇运动，把小转矩变成大转矩,传动部分的分类,机械传动、液力传动、电力传动和磁力传动。其中机械传动最为常见机械传动可分为摩擦传动 依靠构件的接触面的摩擦力来传递动力和运动的，如带传动啮合传动 依靠构件间的相互啮合传递动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动推动 螺旋推动机构、连杆机构、凸
2、轮机构等,带传动,带传动是由两个带轮（主动轮和从动轮）和一根紧绕在两轮上的传动带组成，靠带与带轮接触面之间的摩擦力来传递运动和动力的一种挠性摩擦传动。,传动带的分类,按截面的形状分为平带、V形带（三角带）、圆形带等,带传动特点,优点：（）具有良好的弹性，能起吸振缓冲作用，因而传动平稳，噪音小；（）过载时，带与带轮会出现打滑，防止其它零件损坏；（）结构简单，成本低，加工和维护方便；（）、适用于两轴中心距较大的传动。缺点：（）外廓尺寸较大，结构不够紧凑；（）由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比；（）带的寿命较短，一般20003000小时；（）摩擦损失较大，传动效率较低，一般平带传动为0.940.
3、98，带传动为0.920.97,V形带,结构由包布、顶胶、抗拉体、底胶等部分组成，按抗拉体结构可分为绳芯带和帘布芯带两种。帘布芯带，制造方便，抗拉强度好；绳芯带柔韧性好，抗弯强度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。,V形带轮,在一般机械传动中，应用最为广泛的是带传动。带的横截面呈等腰梯形，传动时，以两侧为工作面，但带与轮槽槽底不接触。在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，这是带传动性能上的最大优点。,V形带轮,带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成轮缘指带轮的外圈环形部分 V形带两侧面的夹角为40轮槽楔角应为32、34、36、38.轮毂指带轮的内圈环形部分轮辐指轮缘和轮
4、毂间的相连部分，根据轮辐结构的不同分为辐板式、轮辐式和实心式,V形带轮,带轮材料多采用灰铸铁，牌号一般选用HT150或HT200，也可选用钢或非金属材料（塑料、木材）。铸铁带轮允许的最大圆周速度为25m/s，速度更高时，可采用铸钢或钢板冲压而成。塑料带轮的重量轻，摩擦系数大，常用于机床中。,带传动的失效形式,打滑 由于过载。带在带轮上打滑而不能正常转动带的疲劳破坏 带在变应力条件下工作，当应力的循环次数达到一定值时，带将发生损坏，如脱层、撕裂和拉断,带的张紧装置,定期调整带传动的中心距来张紧带。调整时，用调节螺钉改变电动机的位置，然后用螺栓固定电动机。主要适用于水平或近似水平布置的带传动。,带
5、的张紧装置,通过机座绕固定轴转动使带张紧，适合垂直或近似垂直的传动。装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电机与摆架的自重实现自动张紧,带的张紧装置,通过调节压在皮带松边的张紧轮，达到张紧目的。V带传动用张紧轮 装置时，张紧轮应安装在带松边内侧，尽量靠近大轮，防止因张紧造成小轮包角过小，而且也避免带的反向弯曲。,V带传动的使用与维护,安装带前应减小两轮中心距，然后再进行调紧，不得强行撬入。工作时，带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的型槽的对称平面应重合，误差不得超过20。在同一平面内，以免传动时加速带的磨损或从轮槽中脱出。胶带不宜与酸、碱、矿物油等介质接触，也不宜在阳光下曝晒，以防带迅速老化变
6、质，降低带的使用寿命。定期检查胶带。如有一根损坏应全部换新带，不能新旧带混合使用，否则会引起受力不均而加速新带的损坏。为了保证安全生产，带传动要安装防护罩。,同步齿形带传动,无滑动，能保证正确的传动比,且较高10初拉力较小，轴和轴承上所受的载荷小带的厚度小，单位长度的质量小，允许的线速度较高40m/s带的柔性好，所用带轮的直径可以较小。,链传动,链传动的组成由主动轮、从动轮和绕在链轮上的链条组成。靠链条与链轮之间的啮合来传递两平行轴之间的运动和动力，属于具有啮合性质的强迫传动。,链传动的特点,能保证准确的平均传动比。作用在轴上的压力较小。能在高温、油污等恶劣环境工作。不能保证瞬时传动比恒定，有
7、冲击和噪音。链传动的传动比i8，中心距a56m，传递功率P100KW，圆周速度v15m/s，传动效率闭式=0.950.98，开式0.90.93,链条,常用链条有滚子链、套筒链、齿形链滚子链由内链板，外链板，销轴，套筒和滚子组成。,链条,滚子链可做成多排，排数越多，传动能力越大。,链轮,链轮的齿形应保证链节能平稳而自由的进入和退出齿合，并便于加工小直径的链轮为实心中等直径的链轮为孔板式大直径的链轮为组合式，组合式链轮齿圈磨损后可更换,链轮,链轮应有足够的接触强度和耐磨性小齿轮的齿数多，所以要求的材质比大齿轮高材质为Q235、Q237、45、ZG310-570、HT200、重要的齿轮可使用合金钢如
8、12Cr、40Cr、35CrMo,链传动的失效形式,链的疲劳破坏链条绞链的磨损链条多次冲击破断链条过载拉断铰链胶合链轮齿廓的磨损及塑性变形,链传动布置,链传动张紧装置,增大两轮的中心距用张紧装置张紧,齿轮传动,齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。,齿轮传动,齿轮传动,圆柱齿轮传动,用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转分，圆周速度可到300米/秒。单
9、级效率为0.960.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。,圆柱齿轮传动,圆柱齿轮传动的啮合形式有3种:外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。,齿轮的工作条件,开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑。半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭。闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，
10、是应用最广泛的齿轮传动。,齿轮传动,基本要求是其瞬时角速度之比（传动比）必须保持相对的恒定传动平稳就是要求齿轮传 动的瞬时传动比不变，否则当主动轮以等角速度回转时，从动轮的角速度为变量，因而产生惯性力，就产生了附加动载荷，从而引起冲击、振动和噪声。故齿轮传动要满足一定的规律，即齿廓啮合基本定律,齿轮传动,齿廓啮合基本定律：为保证齿轮传动的瞬时传动比恒定不变，则两轮不论在何处接触，过接触点所作两轮的公法线必须与两轮的连心线交于一定点。定点称为节点，分别以1、2为圆心，过节点所作的两个相切的圆称为节圆。N1N2称为啮合线，啮合线与两节圆公切线之间的夹角称为啮合角。根据齿廓啮合定律制出的齿廓曲线有渐
11、开线、摆线和圆弧线三种。其中渐开线齿廓易于制造，便于安装，应用最为广泛。,直齿圆柱齿轮,直齿圆柱齿轮,1、齿数Z P*Z=周长=*d2、模数m m=P/3、分度圆压力角 标准值2004、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*,齿轮轮齿的失效形式,轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断,齿轮轮齿的失效形式,在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现不同的磨损形式。例如当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时
12、，齿面即被逐渐磨损而至报废。这种磨损称为磨粒磨损,齿轮轮齿的失效形式,点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象,齿轮轮齿的失效形式,对于高速重载的齿轮传动（如航空发动机减速器的主传动齿轮），齿面间的压力大，瞬间温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合,齿轮材料,常用材料为锻钢、铸钢、铸铁。齿面硬度 HB350常用材料；45#、35SiMn、40
13、Cr、40CrNi、40MnB齿面硬度 HB350，常用材料：45、40Cr、40CrNi 齿面硬度高 HRC48-55，接触强度高，耐磨性好。常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo,齿轮结构,当齿轮的齿根圆到键槽底面的距离e很小，如圆柱齿轮e2.5mn，圆锥齿轮的小端e1.6m，为了保证轮毂键槽足够的强度，应将齿轮与轴作成一体，形成齿轮轴,齿轮结构,对于齿顶圆直径da500mm时，可采用辐板式结构，以减轻重量、节约材料。通常多选用锻造毛坯，也可用铸造毛坯及焊接结构。对于齿轮直径da500mm时，采用轮辐式结构。受锻造设备的限制，轮辐式齿轮多为铸造齿轮。,蜗杆传动,
14、蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成 蜗杆传动用以传递交错轴间的运动和动力交错角一般为90一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。,蜗杆传动特点,传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用Z1表示（一般Z1=14），蜗轮齿数用Z2表示。从传动比公式I=Z2/Z1可以看出，当Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中取传动比I=5-83；蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。发热量大，齿面容易磨损，成本高。,蜗杆传动特点,传动平稳，无噪音。因为蜗杆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具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只
15、能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在0.5以下，一般效率只有0.70.9。功率在50到60之间。,平面连杆机构,平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。,平面四杆机构,全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构机构的固定件4
16、称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄1。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆3。,曲柄摇杆机构,在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。,双曲柄机构,两连架杆都是曲柄（整周转),主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转,双曲柄机构,两连架杆都是曲柄（整周转),主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转,双曲柄机构,双摇杆机构,特点：两连架杆都是摇杆（摆动）,双摇杆机构,平面四杆机构的演化,转动副转化成移动副,平面四杆机构的演化,对心曲柄滑块机构，e为0.,平面四杆机构的演化,偏置曲柄
17、滑块机构，e为偏距,自动送盒机构,曲柄滑块机构,选取不同构件为机架,曲柄摇杆机构中,选取不同构件为机架,曲柄滑块机构,变换构件形态,曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构，称为移动导杆机构。,摆动导杆机构,将此机构中的杆状构件2做成块状，将3做成杆状构件，被称为摆动导杆，此机构被称为摆动导杆机构,偏心轮,在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。,偏心轮,单冲压片机的上冲运动机构,平面连杆机构的特点,平面连杆机构是以低副连接而成的平面机
18、构，能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动，具有工程实际的重要价值运动副为低副，面接触，几何形状简单，便于加工，成本低。承载能力大，便于润滑，寿命长。连杆的曲线具有多样性,平面连杆机构的特点,只用于速度较低的场合只能近似实现给定的运动规律，运动传递的累积误差较大设计复杂,凸轮机构,凸轮机构是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。,自动机床进刀凸轮机构,当圆柱凸轮1绕其轴线转动时，通过其沟槽与摆杆一端的滚子接触，并推动摆杆2绕固定轴O按特定的规律作往复摆动，同时通过摆杆2另一端
19、的扇形齿轮驱动刀架3实现进刀或退刀运动。,自动机床进刀凸轮机构,凸轮机构的要求,凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，当它运动时通过其上的曲线轮廓与从动件的高副相接触，使从动件获得预期的运动凸轮机构是由凸轮、从动件和机架这三个基本构件所组成的一个高副机构。,凸轮的类型,按凸轮的形状分类盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮：空间凸轮机构,凸轮的类型,按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件滚子从动件平底从动件,尖端从动件,尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。,曲面从动件,也称为摆动从
20、动件,滚子从动件,凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。,平底从动件,从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。,凸轮结构的特点,只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，是这种机构的最大优点结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计高副接触，易磨损，多用于传力不大的场合,间歇运动机构,机械中尤其是自动机械中，常要求某些执行构件实现周期性时动时停的间歇运动。将主动件的连续运动转化为从动件有停歇的周期性运动的机构。这样可对正在生产中产品在不同工位上同时实现不同的加工或其它的操作，当被加工的产
21、品依次经过所有工位后，也就完成了几个相应工序的工作,间歇运动的型式,运动形式上分为间歇转位运动（分度运动）和直线间歇进给运动运动过程上分为周期性运动和非周期性运动常用的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、星轮机构、曲柄导杆机构等；此外还有气动、液动步进机构和机电一体化的机构,间歇运动的要求,停歇位置准确可靠换位迅速平稳调节性能好定位精度可长期保持，结构简单紧凑，制造工艺好,棘轮机构,它由主动摆杆、棘爪、棘轮、止回棘爪和机架组成。,棘轮机构,主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此
22、时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。,棘轮机构的类型,按结构分类：轮齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构。按啮合方式分类：外啮合棘轮机构、内啮合棘轮机构。按运动形式分类：单向间歇转动棘轮机构、单向间歇移动棘轮机构、双动式棘轮机构、双向式棘轮机构。,外啮合轮齿式棘轮机构,内啮合轮齿式棘轮机构,端齿式棘轮结构,滚子摩擦式棘轮机构,槽轮机构,由具有圆柱销的主动销轮，具有直槽的从动槽轮及机架组成。主动销轮作顺时针等速连续转动，当圆销未进入径
23、向槽时，槽轮因其内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止；当圆销开始进入径向槽时，两锁止弧脱开，槽轮在圆销的驱动下逆时针转动；当圆销开始脱离径向槽时，槽轮因另一锁止弧又被锁住而静止，从而实现从动槽轮的单向间歇转动。,槽轮机构的类型,外槽轮机构内槽轮机构,槽轮机构的类型,外槽轮机构,内槽轮机构,主动销轮作顺时针等速连续转动,槽轮机构的特点和应用,槽轮机构的特点:槽轮机构能准确控制转角、工作可靠、机械效率高，与棘轮机构相比，工作平稳性较好，但其槽轮机构动程不可调节、转角不可太小，销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。槽轮机构的结构要比棘轮机构复杂，加工精度要求较高，因此制造成本上升。槽轮机构
24、的应用：槽轮机构一般应用于转速不高和要求间歇转动的机械当中，如自动机械、轻工机械或仪器仪表等。,自动灌装机,不完全齿轮机构,不完全齿轮机构由主动轮、从动轮和机架组成。主动轮为只有一个齿或几个齿的不完全齿轮，从动轮由正常齿和带锁住弧的厚齿彼此相间地组成。,工作原理,当主动轮的有齿部分作用时，从动轮就转动；当主动轮的无齿圆弧部分作用时，从动轮停止不动，因而当主动轮连续转动时，从动轮获得时转时停的间歇运动。在主动轮与从动轮的轮缘上各有锁止弧，在从动轮停歇期间，用来防止从动轮游动，并起定位作用,不完全齿轮机构分类,不完全齿轮机构的类型有：外啮合式、内啮合式,不完全齿轮机构的特点,不完全齿轮机构从动轮运动的角度变化范围较大，设计较灵活，易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。但加工复杂，主、从动轮不能互换，在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速传动。不完全齿轮机构常用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，作为工作台的间歇转位机构和进给机构。,不完全齿轮机构的应用,主动轴上装有两个不完全齿轮A和B，当主动轴连续回转时，从动轴能周期性地输出正转一停歇一反转运动。为了防止从动轮在停歇期间游动，应在从动轴上加设阻尼装置或定位装置。,
