车床传动机构的应用的分析介绍

本节学习目标

以车床为例，了解常见的各种传动机构等。

1.齿轮传动

齿轮传动在机械传动中应用广泛，是最重要的传动之一，它可以用来传递空间任意两轴之间的运动和动力，这在车床传动中得到充分体现，如主轴箱、变速箱等。齿轮传动机构形式如图1-7所示。

图1-7 齿轮传动机构形式

a）直齿圆柱齿轮传动 b）斜齿圆柱齿轮传动 c）人字齿圆柱齿轮传动 d）内啮合齿轮传动 e）齿轮齿条传动 f）锥齿轮传动 g）交错轴斜齿轮传动

按照齿廓曲线的形状，齿轮传动又可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动。按齿轮传动是否封闭，齿轮传动还可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动。

齿轮传动在工作过程中有两项基本要求：

（1）传动平稳 要求齿轮传动的瞬时传动比不变，尽量减小冲击、振动和噪声，以保证机器的正常工作。

（2）承载能力高 要求在尺寸小、重量轻的前提下，轮齿的强度高、耐磨性好，在预定的使用期限内不出现断齿、齿面点蚀及严重磨损等失效现象。

齿轮传动的主要优点如下：能保证瞬时传动比恒定，工作可靠性高，传递运动准确可靠；传递的功率和圆周速度范围较宽；结构紧凑，可实现较大的传动比；传动效率高，使用寿命长；维护简便。

齿轮传动的缺点如下：运转过程中有振动、冲击和噪声；齿轮安装要求较高；不能实现无极变速；不适宜用在中心距较大的场合。

齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比，也等于两齿轮齿数之反比。

2.蜗杆传动

蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种传动，两轴线之间的夹角可为任意值，常用的为90°。蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，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。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿；若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。蜗杆传动具有结构紧凑、传动比大、传动平稳及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点。图1-8所示为蜗杆传动机构。

图1-8 蜗杆传动机构

蜗杆传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀展成加工蜗轮，这样齿廓之间为线接触，可传递较大的动力。(www.xing528.com)

蜗杆传动的特点如下：

1）传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用i₁表示（一般i₁=1～4），蜗轮齿数用i₂表示。从传动比公式i=i₂/i₁可以看出，当i₁=1，即蜗杆为单头，蜗杆必须转i₂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=10～80；在分度机构中，i可达1000。这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。

2）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，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、振动、噪声小。

3）蜗杆传动具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

4）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0.7～0.9。

5）发热量大，齿面容易磨损，成本高。

3.带传动

带传动由主动轮、从动轮和传动带组成。当主动轮1转动时，利用轮和传动带之间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带2传递给从动轮3，如图1-9所示。带传动具有有过载保护，缓冲吸振，运行平稳、无噪声，远距离传动（a_max=15m），制造、安装精度要求不高等优势，在近代机械中应用广泛。但其传动也有不足，如弹性滑动使传动比不恒定、张紧力较大（与啮合传动相比）、轴上压力较大、结构尺寸较大、不紧凑、打滑、带寿命较短、带与带轮之间会产生摩擦放电现象，而且不适宜高温、易燃易爆的场合。

图1-9 带传动机构运动示意图

4.轮系

一对齿轮组成的机构是齿轮传动的最简单的形式，但是在机械中，为了将输入轴的一种转速变换为输出轴的多种转速，或者为了获得很大的传动比，常采用一系列互相啮合的齿轮，将输入轴和输出轴连接起来，这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。即由多对齿轮所组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系。

按照传动时各齿轮的轴线位置是否固定，轮系分为定轴轮系和行星轮系两种基本类型。传动时所有齿轮的几何轴线位置均固定不变，这种轮系统称为定轴轮系。机床主轴箱就是定轴轮系的一种，如图1-10所示。

轮系广泛应用于各种机械、机器和仪表中，其功用大致可归纳为以下几个方面：

1）传递相距较远的两轴之间的传动。当主动轴和从动轴之间的距离相距较远时，如果仅用一对齿轮来传动，齿轮尺寸会很大，既占空间，又浪费材料，而且制造、安装都不方便，若可改用轮系来传动，齿轮尺寸减小，制造安装较方便。

2）实现变速传动。当主动轴转速不变时，利用轮系，可使从动轴获得多种工作转速。车床主轴箱就是这种效果。

图1-10 机床主轴箱中的轮系

3）获得较大的传动比。当两轴之间需要极大传动比时，固然可以用多级齿轮组成定轴轮系来实现，但由于轴和齿轮的增多会导致结构复杂。若采用轮系，则只需很少几个齿轮就可获得很大的传动比。