演示机械传动机构：立体车库教具模型设计与应用

陈宏伟 宋佳妮 谭 路

(中国农业大学工学院，中国 北京 100083)

0 前言

资料显示，目前我国高等、中等和职业院校机械设计传动教学模型的现状是，结构简单、功能单一、只能实现简单机构的演示，更多的是演示机构的功能，跟实际应用联系少，很难激发学生学习的积极性，记忆不够深刻。

本模型将课堂教学内容与实际生活中的汽车立体停车实例有机的结合，能够提高学生学习机械原理、机械设计等课程的积极性，加深对机械传动机构：蜗轮蜗杆传动、直齿传动、锥齿传动、链传动、带传动、螺旋传动、齿轮齿条传动；轴系零部件：轴、轴承；连接件：螺栓、销；导向机构以及机架等的认识、理解和记忆，使学生一目了然，记忆深刻。

1 立体车库教学模型结构功能

本模型是机械传动机构演示教学模型，将蜗轮蜗杆传动、直齿传动、锥齿传动、链传动、带传动、螺旋传动、齿轮齿条传动等传动机构，轴、轴承等轴系零部件，螺栓、销等连接件，导向机构以及机架等集合成一个汽车立体停车库。

工程图如图 1：

图1 立体车库教学模型示意图

1.1 锥齿轮传动

锥齿轮传动（1、4）常用于传递两相交轴之间的运动和动力，此模型中两对锥齿轮轴交角90°，改变运动传递方向。这种直齿锥齿轮传动运转平稳性差，通常适用于平均节圆速度小于5m/s，它的承载能力比较低，但制造方便，故应用较为广泛。

1.2 蜗轮蜗杆传动

蜗轮蜗杆机构（2）常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条，蜗杆又与螺杆形状相似。此模型中蜗轮蜗杆交错角为90°时还需保证蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。蜗轮蜗杆可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑，且承载力很高。具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。

1.3 链传动

链传动（3、6）是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它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。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。链传动易伸长,本模型在链传动（6）中设有张紧装置。当链的中心距不能调节时，链可以采用张紧轮将链张紧。

1.4 带传动

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摩擦型带传动，也有靠带与带轮上的齿相互啮合传动的同步带传动。此模型为同步带传动。带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。本模型设有带传动张紧装置，张紧轮一般布置在松边的内侧，从而使带只受单向弯曲；同时，为保证小带轮包角不致减小过多，张紧轮应尽量靠近大带轮安装。

1.5 螺旋传动

螺旋传动（7）是靠螺旋与螺纹牙面旋合实现回转运动与直线运动转换的机械传动。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时可形成螺旋滚道，当丝杠相对于螺母做旋转运动吋，两者间发生轴向位移。模型中丝杠旋转，但相对地面位置不变，螺母发生相对位移，带动平台上升下降。螺旋传动传动效率高，精度高，并且传动具有可逆性，所以应用非常广泛。

1.6 齿轮与齿条传动

齿条（8）分直齿齿条和斜齿齿条，分别与直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮配对使用；齿条相当于分度圆半径为无穷大圆柱齿轮。本模型中齿条为直齿齿条（8）和直齿齿轮（9）相配合。直齿齿轮位置不动，原地旋转，齿条相对齿轮进行横向移动。

1.7 螺栓

螺栓（10）是由头部和螺杆两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。本模型螺栓在此处的应用是利用螺栓与螺母的配合将移动平板与移动平板轮子紧密连接。保证轮子能够带动平板安全、稳定的移动。

2 立体车库教具模型特性

这是一种机械传动机构演示教学模型，其特点在于：将蜗轮蜗杆传动、直齿传动、锥齿传动、链传动、带传动、螺旋传动、齿轮齿条传动等机械传动机构集合成一个立体停车库的教学模型。

它可演示力的传递，力传递方向的改变，较大的轴距间力的传递、旋转运动变直线运动，减速增矩等。

它可展示轴系零部件：轴、轴承；连接件：螺栓、销；导向机构以及机架等的结构和使用。

实物照片如图2所示：

图2 立体车库教学模型实物图

3 结语

此模型可作为机械设计类课程的教具应用于课堂教学中，通过清晰明了的机构运动演示，使同学们对各种机构的运动状况、适用场合有更直观的认识，将课本知识有效的应用与展示在学生面前，提高学习的积极性和主动性，激发同学们的探索欲与创造力。对课堂教学起到事半功倍的效果。

［1］刘莹，吴宗泽.机械设计教程[M].北京：机械工业出版社,2011.

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