理论教育 机械知识:轴承构造及分类,优缺点详解

机械知识:轴承构造及分类,优缺点详解

时间:2023-10-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:整体式轴承构造简单,常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上,但存在下述缺点:图4.1整体式径向滑动轴承①当滑动表面磨损而间隙过大时,无法调整轴承间隙。图4.2剖分式径向滑动轴承图4.3自动调心轴承滚动轴承1)基本概念及分类滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密机械元件。图4.4滚动轴承构造内圈、外圈分别与轴颈及轴承座孔装配在一起。

机械知识:轴承构造及分类,优缺点详解

(一)轴承的种类特性

(1)轴承的种类特性

地铁客车上有多种轴承,主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度,如客室侧门电机轴承、轴箱轴承、风机轴承等,因此需要掌握一定的轴承知识,以达到高级工电客车检修业务技能。

轴承分类、特点与应用如下所述。

1)按承载方向分类

按承载方向分类分为径向轴承、推力轴承。轴承上的反作用力与轴中心线垂直的称为径向轴承,与轴中心线方向一致的称为推力轴承。

2)按轴承材料分类

按轴承材料分类分为金属轴承、粉末冶金轴承、非金属轴承。

3)按润滑剂分类

按润滑剂分类分为液体润滑轴承、气体润滑轴承、脂润滑轴承、固体润滑轴承。

4)按载荷性质分类

按载荷性质分类分为静载轴承、动载轴承。

5)按速度高低分类

按速度高低分类分为低速轴承(轴颈圆周速度v<5 m/s)、中速轴承(轴颈圆周速度v=5~60 m/s)、高速轴承(轴颈圆周速度v>60 m/s)。

6)按轴承工作的摩擦性质分类

根据轴承工作的摩擦性质,又可分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)两类。

滑动轴承工作平稳、可靠,噪声较滚动轴承低。如能够保证液体摩擦润滑,滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触,则可大大减小摩擦损失和表面磨损,且油膜具有一定的吸振能力。普通滑动轴承的启动摩擦阻力较滚动轴承大得多。

滑动轴承设计包括下述内容。

①决定轴承的结构型式。

②选择轴瓦和轴承衬的材料。

③决定轴承结构参数。

④选择润滑剂和润滑方法。

⑤计算轴承工作能力。

(2)滑动轴承

常用的径向滑动轴承分为整体式和剖分式两大类。

1)整体式轴承

图4.1所示为一种整体式径向滑动轴承。最常用的轴承座材料为铸铁,轴承座用螺栓与机座联接,顶部设有装油杯的螺纹孔。轴承孔内压入用减摩材料制成的轴套,轴套上开有油孔,并在内表面上开设油沟以输送润滑油。整体式轴承构造简单,常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上,但存在下述缺点:

图4.1 整体式径向滑动轴承

①当滑动表面磨损而间隙过大时,无法调整轴承间隙。

②轴颈只能从端部装入,对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。

如果采用剖分式轴承,可以克服这两项缺点。

2)剖分式轴承

图4.2所示为剖分式轴承,由轴承座、轴承盖、剖分轴瓦、轴承盖螺柱等组成。轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件。为了节省贵金属或其他需要,常在轴瓦内表面上贴附一层轴承衬。不重要的轴承也可以不装轴瓦。在轴瓦内壁不负担载荷的表面上开设油沟,润滑油通过油孔和油沟流进轴承间隙。剖分面最好与载荷方向近于垂直。多数轴承的剖分面是水平的,也有倾斜的。轴承盖和轴承座的剖分面常做成阶梯形,以便定位和工作时防止错动。

轴承公称宽度与轴颈直径轴承公称内径之比(B/d)称为宽径比。对于B/d>1.5的轴承,可以采用自动调心轴承(图4.3),其特点是:轴瓦外表面做成球面形状,与轴承盖及轴承座的球状内表面相配合,轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时所产生的偏斜。

推力滑动轴承主要是用来承受轴向载荷的。推力滑动轴承是由推力轴颈、推力轴瓦和轴承座3部分组成。支承结构是推力轴承的重要组成部分,它对瓦块间负荷的分配有着很大的影响,除了应满足强度、刚度要求外,还应保证载荷在各瓦块上分布均匀,安装方便。

图4.2 剖分式径向滑动轴承

图4.3 自动调心轴承

(3)滚动轴承

1)基本概念及分类

滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密机械元件。

①滚动轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同,分为向心轴承和推力轴承。

A.向心轴承。主要用于承受径向载荷的滚动轴承,其公称接触角为0°≤α≤45°。按公称接触角的不同,又分为径向接触轴承和角接触向心轴承。

a.径向接触轴承。公称接触角为0°的向心轴承。

b.角接触向心轴承。公称接触角为0°<α≤45°的向心轴承。

B.推力轴承。主要用于承受轴向载荷的滚动轴承,其公称接触角为45°<α≤90°。按公称接触角的不同,又分为轴向接触轴承和角接触推力轴承。

a.轴向接触轴承。公称接触角为90°的推力轴承。

b.角接触推力轴承。公称接触角为45°<α<90°的推力轴承。

②滚动轴承按滚动体的种类分为球轴承和滚子轴承。

a.球轴承。滚动体为球的轴承。

b.滚子轴承。滚动体为滚子的轴承。

③滚动轴承按其能否调心分为调心轴承和非调心轴承。

④滚动轴承按滚动体的列数分为单列轴承、双列轴承和多列轴承。

⑤滚动轴承按主要用途分为通用轴承和专用轴承。

⑥滚动轴承按外形尺寸是否符合标准尺寸系列分为标准轴承和非标准轴承。

⑦滚动轴承按其是否有密封圈或防尘盖分为开式轴承和闭式轴承。

⑧滚动轴承按其组件是否能分离分为可分离轴承和不可分离轴承。

⑨滚动轴承按产品扩展分类分为轴承、组合轴承和轴承单元

常用滚动轴承的构造如图4.4所示,由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。

图4.4 滚动轴承构造

内圈、外圈分别与轴颈及轴承座孔装配在一起。大部分是内圈随轴回转,外圈不动;也有外圈回转、内圈不转或内、外圈分别按不同转速回转。滚动体是滚动轴承中的核心元件,它可使相对运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。根据不同轴承结构的要求,滚动体有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针等,如图4.5所示。滚动体的大小和数量直接影响着轴承的承载能力。在球轴承内、外圈上都有凹槽滚道,它起着降低接触应力和限制滚动体轴向移动的作用。保持架使滚动体等距离分布并可减少滚动体间的摩擦和磨损。

图4.5 滚动体种类

滚动轴承为标准件,按其公称外径D(mm)尺寸大小可分为微型轴承(D≤26)、小型轴承(26<D<60)、中小型轴承(60≤D<120)、中大型轴承(120≤D<200)、大型轴承(200≤D≤440)、特大型轴承(440<D≤2 000)、重大型轴承(D>2 000),常用滚动轴承的类型、性能特点见表4.1。

表4.1 常用滚动轴承的类型、性能特点

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注:①滚动轴承的类型名称、代号按《滚动轴承 代号方法》(GB/T 272—2017),类型代号用数字或大写字母表示不同类型的轴承。
②基本额定动载荷比是指同一尺寸系列的轴承与深沟球轴承之比(平均值)。
③在写基本代号时,尺寸系列代号中括号内的数字可省略。
④尺寸系列代号前一位数字代表宽度系列(向心轴承)或高度系列(推力轴承),后一位代表直径系列。

2)优缺点

与滑动轴承比较,滚动轴承有以下优点:

①在一般工作条件下,摩擦阻力矩大体和液体动力润滑轴承相当,比混合润滑轴承要小很多倍。滚动轴承效率(0.98~0.99)比液体动力润滑轴承(≈0.995)略低,但较混合润滑轴承(≈0.95)要高一些。采用滚动轴承的机器启动力矩小,有利于在负载下启动。

②径向游隙比较小,向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙,运转精度高。

③对于同尺寸的轴颈,滚动轴承的宽度比滑动轴承小,可使机器的轴向结构紧凑。

④大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷,故轴承组合结构较简单。

⑤消耗润滑剂少,便于密封,易于维护。

⑥不需要使用有色金属

⑦标准化程度高,成批生产,成本较低。

滚动轴承存在以下缺点:

①承受冲击载荷能力较差。

②高速重载荷下轴承寿命较低。

③振动及噪声较大。

④径向尺寸比滑动轴承大。

滚动轴承因有专门工厂大量生产,能保证质量,在使用、安装、更换等方面又很方便,故在中速、中载和一般工作条件下运转的机器中应用非常普遍。在特殊工作条件下,如高速、重载、精密、高温、低温、防腐、防磁、微型、特大型等场合,也可以采用滚动轴承,但需要在结构、材料、加工工艺、热处理等方面采取一些特殊的技术措施。

地铁车辆中多处用到轴承,主要为滚动轴承,如齿轮箱轴承和轴箱轴承多为圆柱滚子轴承,空调风机轴承和车门承载轮多为深沟球轴承,车钩轴承多为自动调心滑动轴承。深入了解轴承方面的知识可参考专业轴承类书籍。

(二)弹簧的种类特性

地铁车辆上常见的弹簧主要是橡胶空气弹簧,是一种由橡胶、网线贴合而成的曲形胶囊,利用气体压缩性可实现其弹性作用。空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性,加装高度调节装置后,车身高度不随负载变化而变化,提高了乘客乘坐的舒适性。现就弹簧的种类特性介绍如下。

(1)弹簧的种类

弹簧属于机械零件的一种,它利用制作材料的特点工作,在受到外力时产生形变,外力消失后恢复原状。基于它这种特性,弹簧适用于:

①缓冲或减震,如支撑弹簧或车辆的悬架弹簧等。

②机械储能,如钟表、仪器和自动控制机构上的原动弹簧。

③控制运动,如制动器和各种调节器上的弹簧。

④测力装置,如弹簧秤和动力计上的弹簧。此外,在机械设备、仪表、日用电器以及生活器具上也都使用着各类弹性元件,例如螺母防松弹簧垫圈、零件在轴上定位用卡环、门的启闭装置等。

(2)弹簧的特性

1)弹簧的特性线和刚度

弹簧的特性线是载荷F和变形f之间的关系曲线,主要分为3种,即直线型、渐增型和渐减型,如图4.6所示,不同类型弹簧的特性不同,其特性曲线也不同,可以是其中一种,也可以是以上两种或3种类型的组合。

弹簧的刚度为产生单位变形所需的载荷,具体表现为载荷增量与变形增量之比。特性线为渐增型的弹簧,刚度会随着载荷的加重而增大,特性线为渐减型的弹簧,刚度会随着载荷的加重而减小,直线型弹簧的刚度不随载荷的变化而变化,也被称为弹簧常数。

弹簧受到单位力所产生的变形(刚度的倒数)被称为弹簧的柔度。

2)弹簧的变形能

弹簧的变形能指的是其在受载荷后吸收或积蓄的能量,当弹簧特性线为直线时,U=,如图4.7所示。

图4.6 弹簧的特性线

图4.7 弹簧静变形示意图

3)弹簧的自振频率

弹簧的自振频率计算公式为

式中 F′——弹簧的刚度;

me——当量质量,即弹簧自身质量和外物质量的联合值。

如图4.8所示,me=m+ξmx,ξ表示质量转化系数,该值与弹簧类型有关。

(www.daowen.com)

图4.8 弹簧振动示意图

(3)弹簧的特性线

弹簧按照结构形状来分,分为圆柱螺旋弹簧、非圆柱螺旋弹簧和其他类型弹簧。

1)圆柱螺旋弹簧

圆柱螺旋弹簧运用广泛,按其承受载荷的性能又分为螺旋压缩、螺旋拉伸和螺旋扭转弹簧等,它们的结构及性能见表4.2。

表4.2 圆柱螺旋弹簧类型及特性

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2)非圆柱螺旋弹簧

非圆柱螺旋弹簧包括截锥螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧、中凹和中凸型螺旋弹簧、组合螺旋弹簧以及非圆形螺旋弹簧等,它们的特性线多为非线性,其结构和性能见表4.3。

表4.3 非圆柱螺旋弹簧类型及特性

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3)其他类型弹簧

除以上两种弹簧外,常用的弹簧还包括扭杆弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、平面涡卷弹簧、片弹簧、板弹簧、膜片膜盒、压力弹簧管、空气弹簧和橡胶弹簧等,在此不作详述。

(三)机械传动种类及特点

机械传动主要是指利用机械方式传递动力和运动的传动。一般分为两大类:一类是靠机械部件之间的摩擦力传递动力的摩擦传动;一类是靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动。

(1)摩擦传动的概念及种类

摩擦传动机构由两个相互压紧的摩擦轮及压紧装置等组成,是靠接触面间的摩擦力传递运动和动力的。这种机构的优点是结构简单、制造容易、运转平稳、过载可以打滑(可防止设备中重要零部件的损坏),以及能无级改变传动比,因而有较大的应用范围。但由于运转中有滑动、传动效率低、结构尺寸较大、作用在轴和轴承上的载荷大等缺点,只宜用于传递动力较小的场合。常见的摩擦传动分为盘轮式摩擦传动、绳索式摩擦传动、带式摩擦传动。

1)盘轮式摩擦传动的概念及种类

盘轮式摩擦传动是指利用两个或两个以上互相压紧的轮子间的摩擦力传递动力和运动的机械传动。两个相互压紧的圆柱形摩擦轮,两轮之间由于压紧而产生了一定的正压力。工作时,当主动轮受外力作用而旋转时,其主动轮依靠两轮间产生的摩擦力带动从动轮一起旋转,从而实现运动和动力的传递。因此,盘轮式摩擦传动是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。只要两轮接触产生摩擦力,主动轮产生的摩擦力矩能克服从动轮上产生的阻力矩,即能保证传动的正常进行。

图4.9所示为两轴平行的摩擦传动,图(a)为外接圆柱式,图(b)为内接圆柱式,以外接圆柱式为例,主动轮转动,依靠摩擦力将运动及动力传递给从动轮。

图4.9 两轴平行的摩擦传动

也有两轴不平行的盘轮式摩擦传动,图4.10所示为两轴不平行的盘轮式摩擦传动,改变了转动的方向,同时改变从动轮的位置还可以实现调速。

图4.10 两轴不平行的盘轮式摩擦传动

轮盘式传动存在多种形式,可应用于不同场合,以下列举4类典型应用实例。图4.11所示为槽摩擦传动,图4.12所示为内切圆锥形摩擦轮,图4.13所示为球面与圆柱的摩擦传动,图4.14所示为叶瓣轮摩擦传动。

摩擦轮的形式多种多样,总的来说,优缺点可以总结为下述几点。

①优点。

a.结构简单,使用维修方便,适用于两轴中心距较近的传动。

图4.11 槽摩擦轮传动

图4.12 内切圆锥形摩擦轮

图4.13 球面与圆柱的摩擦传动

图4.14 叶瓣轮摩擦传动

b.传动时噪声小,并可在运转中变速、变向。

c.过载时两轮接触处会产生打滑,因而可防止薄弱零件的损坏,起安全保护作用。

②缺点。

a.不能保证准确的传动比。

b.传动效率低,不宜传递较大的转矩,主要适用于高速、小功率传动的场合。

2)绳索式摩擦传动的概念及种类

绳索式摩擦传动是靠紧绕在槽轮上的绳索与槽轮间的摩擦力来传递动力和运动的机械传动。绳传动由绳轮和作为挠性曳引元件的绳共同构成。

绳索按照材质可分为纤维绳和钢丝绳。如部分受电弓升弓装置、车门解锁装置中采用了钢丝绳传动。

钢丝绳由若干钢丝扭合成股,每股的端面为接近圆形的花瓣状,再由若干股绞合成钢丝绳或钢缆,图4.16所示为钢丝绳结构示意图,钢丝绳绳芯的材料主要为麻,可使其具有较大的挠性,同时也可以储存较多的润滑剂以减少内部摩擦。钢丝绳主要用于起重机、升降机等较大拉力的传动。

图4.15 绳索分类

图4.16 钢丝绳结构示意图

绳传动中槽轮槽的形式也有多种,如图4.17所示主要分为V形槽、U形槽、底部嵌入形槽,在实际应用时,槽轮的直径应大于绳直径的40倍(钢丝绳需大于100倍),这样可避免绳索挠曲造成内外部的损伤。

图4.17 槽轮的形式

绳传动绳索缠绕方法分为单绳制和多绳制,图4.18所示为单绳制,图4.19所示为多绳制。

单绳制又称为连续制,即用一根长绳在主动轮、从动轮及张紧轮间反复缠绕,最后经过导轮与起点相连。可用于平行轴、相交轴或不平行也不相交的两轴之间传动。单绳制缠绕法,绳索的张力均匀,使用张紧轮可调整绳索的张力。

图4.18 单绳制缠绕

多绳制又称为个体制,主动轮与从动轮的相对轮槽中装配一组绳索,与其他槽的绳索各自独立传动。一个主动轮同时传送数个平行轴从动轮,可传递较强的动力。

3)带式摩擦传动的概念及种类

带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。根据传动原理的不同,有靠带与带轮间的摩擦力传动的带式摩擦传动,也有靠带与带轮上的齿相互啮合传动的同步带传动,本小节主要讲述带式摩擦传动的概念及种类。

摩擦带传动中带的形状可分为平带、V形带、多楔带等,根据不同的应用环境选择不同的带形。

图4.20所示为平带传动,平带传动工作时,带套在带轮上,借带与轮面间的摩擦进行传动。传动型式有开口传动、交叉传动和半交叉传动等,分别适应主动轴与从动轴不同相对位置和不同旋转方向的需要。

图4.19 多绳制缠绕

图4.20 平带传动

由于平带表面相对光滑,若在平滑的带轮上传动时,带轮对平带轴相的作用力较小,容易导致平带脱落,为防止平带脱落,一般有3种方式,一种是使用凸缘带轮,一种是使用带叉,一种是使用轮面隆起的带轮。若使用凸缘带轮,由于平带拆装较困难,故适用于平带可分段或主从动轮中心距可调节的场合。若使用带叉,在平带进入带轮时会约束平带,平带边缘容易因摩擦受到损伤,使用场合较少。所以一般情况下均采用轮面隆起的带轮来防止平带脱落。

轮面隆起的带轮一般有两种形式,图4.22所示为角型与弧型带轮,这两种形式的带轮均能使平带趋于向隆起的中央部位移动。

图4.21 凸缘带轮与带叉

图4.22 带轮类型

平带传动结构简单,但摩擦力较小,容易打滑,通常用于传动比为3左右的传动。相比较下,图4.23所示的V形带传动的摩擦力更大,因此可以传递较大的功率。V形带较平带结构紧凑,而且V形带是无接头的传动带,所以传动较平稳,是带传动中应用最广的一种形式。

图4.23 V形带传动

V形带又称为三角带,其断面呈梯形,必须与V形带轮配合使用。图4.24所示的V形带外层为布包层,由斜截成45°的平纹胶帆布制成,具有优良的伸缩性和摩擦性,同时使内部各部分成为整体,保护其他部分不受磨损、侵蚀;伸张胶层由弹性较高,并且具有良好伸张性能的胶料制成,用来承受V形带载运转时的拉伸应力;强力层是V形带的骨架,作用是使承受V形带在运转过程中所产生的拉伸应力,是V形带传动过程中主要受力部分;缓冲胶在强力层周围,是一层具有良好黏附强度的胶料,能起到固定带芯的作用,并能吸收三角带在高速运转时频繁变形产生的动态剪切应力。压缩胶层是由耐弯曲疲劳性能优良的胶料组成,承受三角带在运转弯曲时所产生的压缩应力,保持三角带的刚度和弹性。

V形带演化而来的多楔带继承了V形带的优点,同时相较V形带能承受更高的传动功率,传动系统结构更加紧凑,适应带轮直径更小等优势。图4.25所示为多楔带示意图。

图4.24 V形带的构造

图4.25 多楔带示意图

(2)啮合传动的概念及种类

啮合传动是两机械零件之间依靠相互啮合传递运动和动力。相较摩擦传动普遍传递效率高,工作寿命长,传动相对平稳可靠性高。常见的啮合传动有链传动齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等。

1)链传动的概念

链传动是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动,与绳带传动同属于挠性传动,但相较于绳带传动,结构更加紧凑。链传动无弹性滑动和整体打滑现象,因此能保持准确的平均传动比,而且效率较高。同时链条在传动过程中无须像带绳那样张得很紧,作用于链轮轴上的压力较小,应用环境可以更加恶劣。但是在高速平稳性、噪声、成本等方面相较于绳带传动略逊一筹。生活中链传动随处可见,最常见的当属自行车、摩托车上的链轮机构了。

链传动的主要部件是传动链和链轮,如图4.26所示链轮齿形两侧为圆弧状,便于链节进入和退出啮合,同时小链轮的啮合次数比大链轮多,所受冲击力也大,故所用材料一般应优于大链轮。

传动链由内链节和外链节组成,图4.27所示传动链由内链板、外链板、销轴、套筒、滚子、止锁销6个小部件组成。

图4.26 链传动

1—主动链轮;2—传动链;3—从动链轮

图4.27 传动链结构

一般在设计时,要考虑链传动的承受载荷、传动的平稳性等方面。链轮的齿数不宜过多或过少。如果齿数过少,会增加传动过程中的不均匀性和动载荷,增加链节件的转角,增大功率消耗等。如果齿数过多,又会缩短链的寿命。链节距也是要考虑的指标,链节距越大,链和链轮各部分的尺寸也越大,链能承受的载荷也越大,但是速度的不均匀性、动载荷、噪声也将增加。所以在使用时,要根据不同的环境确定链轮及传动链的各项参数。为了使磨损均匀,提高寿命,链轮齿数最好与链节数互质,若不能保证互质,也应使其公因数尽可能小。

2)齿轮传动的概念

齿轮传动是利用一对或一组齿轮相互啮合传递运动和动力。齿轮传动是现代各种设备中应用最为广泛的一种机械传动方式。与带、链等传动相比,齿轮传动传递功率范围大、转速高、传动比准确、工作可靠寿命长。图4.28所示为最简单的一组直齿轮。

图4.28 直齿轮

直齿轮是最简单的齿轮类型,由圆柱或者圆盘构成,并带有径向突出的齿,齿的形状通常为特殊形状,以保证恒定的传动比,齿廓或齿轮端面通常是渐开线,但每个齿的边缘是直的并且平行于旋转轴线,只有安装到平行轴上时,这些齿轮才能正确啮合,齿负载不会产生轴向推力。直齿轮在中等速度下非常出色,在高速时会产生较大噪声。

渐开线齿轮的传动比恒定,运动平稳;齿廓受正压力的方向恒定,受力平稳;安装的实际中心距与理论中心距大小的较小变化时不影响传动比,便于安装与制造。目前还没有找到其他曲线的齿廓具有上述3个优点,所以渐开线齿廓的齿轮应用很普遍。

斜齿轮是在直齿轮的基础上改进的结果,齿的边缘不平行于旋转轴线,而是设置成一定角度。由于齿轮是弯曲的,所以这种倾斜使得齿形成一段螺旋线。斜齿轮可以平行或交叉方向啮合,图4.29所示为斜齿轮的平行啮合与交叉啮合示意图。成角度的牙齿比正齿轮啮合更平缓,可使它们更平稳和安静地运行。斜齿轮啮合时,每对齿从一侧上开始点接触,接触曲线逐渐延伸到齿面,而在直齿轮啮合时,齿在整个宽度上突然相遇,造成较强压力和噪声,导致直齿轮在高速下发出特征性的呜呜声。出于这个原因,正齿轮常用于低速或噪声不需要控制的场合,斜齿轮常用于高速、大功率传输或噪声要求较低的场所。

但是,斜齿轮会对齿轮的轴线方向产生推力,所以斜齿轮轴必须安装能承受较大径向力的轴承。同时由于啮合齿之间的滑动摩擦程度更大,通常需持续地使用润滑剂。

人们为了解决斜齿轮产生的轴向推力问题便发明出了人字齿轮,人字齿轮是由两个对称的斜齿轮组成,图4.30所示为一组人字齿轮,产生的相反轴向力相互抵消,但是人字齿轮因为复杂的形状而使制造较为困难,所以应用不是很普遍。

图4.29 斜齿轮的平行啮合与交叉啮合示意图

图4.30 人字齿轮

锥齿轮用来传递两相交轴之间的运动和动力,图4.31所示为直齿锥齿轮传动。锥齿轮传动两轴之间的角度一般等于90°,但也可以不等于,但是两个锥体的虚构定点必须重合。锥齿轮的齿同样分为直齿与斜齿,优缺点和圆柱形齿轮的直齿与斜齿相同。

3)蜗轮蜗杆传动

部分城市地铁的客室内藏门的电机与齿带轮之间传动机构就是采用蜗轮蜗杆,如图4.32所示为一组蜗轮蜗杆,这是一种简单紧凑的机械结构,由蜗杆与蜗轮组成,只能以蜗杆作为主动件将运动和动力传递给蜗轮,其传动可实现扭矩放大,传动比通常在10∶1到500∶1之间不等。缺点是传动过程中滑动摩擦损耗大,传动效率低,且润滑要求很高。

图4.31 直齿锥齿轮传动

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