演示機械傳動機構：立體車庫教具模型設計與應用

陳宏偉 宋佳妮 譚 路

(中國農業大學工學院，中國 北京 100083)

0 前言

資料顯示，目前我國高等、中等和職業院校機械設計傳動教學模型的現狀是，結構簡單、功能單一、只能實現簡單機構的演示，更多的是演示機構的功能，跟實際應用聯系少，很難激發學生學習的積極性，記憶不夠深刻。

本模型將課堂教學內容與實際生活中的汽車立體停車實例有機的結合，能夠提高學生學習機械原理、機械設計等課程的積極性，加深對機械傳動機構：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；導向機構以及機架等的認識、理解和記憶，使學生一目了然，記憶深刻。

1 立體車庫教學模型結構功能

本模型是機械傳動機構演示教學模型，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構，軸、軸承等軸系零部件，螺栓、銷等連接件，導向機構以及機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平穩性差，通常適用于平均節圓速度小于5m/s，它的承載能力比較低，但制造方便，故應用較為廣泛。

1.2 蝸輪蝸桿傳動

蝸輪蝸桿機構（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相當于齒輪與齒條，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，比交錯軸斜齒輪機構緊湊，且承載力很高。具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在起重機械中使用的自鎖蝸桿機構，其反向自鎖性可起安全保護作用。

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械傳動。鏈傳動有許多優點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，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，傳動平穩性差，運轉時會產生附加動載荷、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）中設有張緊裝置。當鏈的中心距不能調節時，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行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據傳動原理的不同，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。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩、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，高速運轉有噪聲。本模型設有帶傳動張緊裝置，張緊輪一般布置在松邊的內側，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回轉運動與直線運動轉換的機械傳動。在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當把它們套裝在一起時可形成螺旋滾道，當絲杠相對于螺母做旋轉運動吋，兩者間發生軸向位移。模型中絲杠旋轉，但相對地面位置不變，螺母發生相對位移，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，齒條相對齒輪進行橫向移動。

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、穩定的移動。

2 立體車庫教具模型特性

這是一種機械傳動機構演示教學模型，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、齒輪齒條傳動等機械傳動機構集合成一個立體停車庫的教學模型。

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；導向機構以及機架等的結構和使用。

實物照片如圖2所示：

圖2 立體車庫教學模型實物圖

3 結語

此模型可作為機械設計類課程的教具應用于課堂教學中，通過清晰明了的機構運動演示，使同學們對各種機構的運動狀況、適用場合有更直觀的認識，將課本知識有效的應用與展示在學生面前，提高學習的積極性和主動性，激發同學們的探索欲與創造力。對課堂教學起到事半功倍的效果。

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