演示機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)：立體車庫教具模型設(shè)計與應(yīng)用

陳宏偉 宋佳妮 譚 路

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，中國 北京 100083)

0 前言

資料顯示，目前我國高等、中等和職業(yè)院校機(jī)械設(shè)計傳動教學(xué)模型的現(xiàn)狀是，結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、只能實現(xiàn)簡單機(jī)構(gòu)的演示，更多的是演示機(jī)構(gòu)的功能，跟實際應(yīng)用聯(lián)系少，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，記憶不夠深刻。

本模型將課堂教學(xué)內(nèi)容與實際生活中的汽車立體停車實例有機(jī)的結(jié)合，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等課程的積極性，加深對機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)：蝸輪蝸桿傳動、直齒傳動、錐齒傳動、鏈傳動、帶傳動、螺旋傳動、齒輪齒條傳動；軸系零部件：軸、軸承；連接件：螺栓、銷；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及機(jī)架等的認(rèn)識、理解和記憶，使學(xué)生一目了然，記憶深刻。

1 立體車庫教學(xué)模型結(jié)構(gòu)功能

本模型是機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)演示教學(xué)模型，將蝸輪蝸桿傳動、直齒傳動、錐齒傳動、鏈傳動、帶傳動、螺旋傳動、齒輪齒條傳動等傳動機(jī)構(gòu)，軸、軸承等軸系零部件，螺栓、銷等連接件，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及機(jī)架等集合成一個汽車立體停車庫。

工程圖如圖 1：

圖1 立體車庫教學(xué)模型示意圖

1.1 錐齒輪傳動

錐齒輪傳動（1、4）常用于傳遞兩相交軸之間的運動和動力，此模型中兩對錐齒輪軸交角90°，改變運動傳遞方向。這種直齒錐齒輪傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差，通常適用于平均節(jié)圓速度小于5m/s，它的承載能力比較低，但制造方便，故應(yīng)用較為廣泛。

1.2 蝸輪蝸桿傳動

蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)（2）常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似。此模型中蝸輪蝸桿交錯角為90°時還需保證蝸輪與蝸桿螺旋線旋向必須相同。蝸輪蝸桿可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊，且承載力很高。具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在起重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。

1.3 鏈傳動

鏈傳動（3、6）是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準(zhǔn)確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機(jī)械傳動。鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動的缺點主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中。鏈傳動易伸長,本模型在鏈傳動（6）中設(shè)有張緊裝置。當(dāng)鏈的中心距不能調(diào)節(jié)時，鏈可以采用張緊輪將鏈張緊。

1.4 帶傳動

帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運動或動力傳遞的一種機(jī)械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。此模型為同步帶傳動。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點，同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉(zhuǎn)有噪聲。本模型設(shè)有帶傳動張緊裝置，張緊輪一般布置在松邊的內(nèi)側(cè)，從而使帶只受單向彎曲；同時，為保證小帶輪包角不致減小過多，張緊輪應(yīng)盡量靠近大帶輪安裝。

1.5 螺旋傳動

螺旋傳動（7）是靠螺旋與螺紋牙面旋合實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動與直線運動轉(zhuǎn)換的機(jī)械傳動。在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)把它們套裝在一起時可形成螺旋滾道，當(dāng)絲杠相對于螺母做旋轉(zhuǎn)運動吋，兩者間發(fā)生軸向位移。模型中絲杠旋轉(zhuǎn)，但相對地面位置不變，螺母發(fā)生相對位移，帶動平臺上升下降。螺旋傳動傳動效率高，精度高，并且傳動具有可逆性，所以應(yīng)用非常廣泛。

1.6 齒輪與齒條傳動

齒條（8）分直齒齒條和斜齒齒條，分別與直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪配對使用；齒條相當(dāng)于分度圓半徑為無窮大圓柱齒輪。本模型中齒條為直齒齒條（8）和直齒齒輪（9）相配合。直齒齒輪位置不動，原地旋轉(zhuǎn)，齒條相對齒輪進(jìn)行橫向移動。

1.7 螺栓

螺栓（10）是由頭部和螺桿兩部分組成的一類緊固件，需與螺母配合，用于緊固連接兩個帶有通孔的零件。本模型螺栓在此處的應(yīng)用是利用螺栓與螺母的配合將移動平板與移動平板輪子緊密連接。保證輪子能夠帶動平板安全、穩(wěn)定的移動。

2 立體車庫教具模型特性

這是一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)演示教學(xué)模型，其特點在于：將蝸輪蝸桿傳動、直齒傳動、錐齒傳動、鏈傳動、帶傳動、螺旋傳動、齒輪齒條傳動等機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)集合成一個立體停車庫的教學(xué)模型。

它可演示力的傳遞，力傳遞方向的改變，較大的軸距間力的傳遞、旋轉(zhuǎn)運動變直線運動，減速增矩等。

它可展示軸系零部件：軸、軸承；連接件：螺栓、銷；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及機(jī)架等的結(jié)構(gòu)和使用。

實物照片如圖2所示：

圖2 立體車庫教學(xué)模型實物圖

3 結(jié)語

此模型可作為機(jī)械設(shè)計類課程的教具應(yīng)用于課堂教學(xué)中，通過清晰明了的機(jī)構(gòu)運動演示，使同學(xué)們對各種機(jī)構(gòu)的運動狀況、適用場合有更直觀的認(rèn)識，將課本知識有效的應(yīng)用與展示在學(xué)生面前，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性，激發(fā)同學(xué)們的探索欲與創(chuàng)造力。對課堂教學(xué)起到事半功倍的效果。

［1］劉瑩，吳宗澤.機(jī)械設(shè)計教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

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［6］機(jī)械工程師手冊編委會.機(jī)械工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.