运动传送机构—延续篇

运动传送机构—延续篇

所有机械均由不同的部分组合而成，各部分均称为机械组件。一些由少量机械组件组成的机械已经能够单独运作，称为「简单机械」，例如：开瓶器、剪刀、滑轮组和螺旋起重器等。由两种或以上简单机械所组成的机械则称为「复合机械」，例如：连杆、脚踏车的链和链齿和汽车引擎等。当中有部分组件起着传动的作用，除上回为大家介绍过的齿轮，其实还有多种，包括滑轮组、链轮、链条和连杆等。今回继续为大家介绍其他传送机构。

皮带及滑轮

皮带轮是由一条弹性皮带，将二组滑轮组合而成。其功用是将旋转动力由主动轮传送到随动轮。利用皮带传动装置既简单，又较宁静。它们的工作原理与齿轮功能相似，但还是有区别的。皮带常用皮革、橡胶或纱织纤维等材料制造。皮带可将一组滑轮的转矩(即转动的力量)传给另一组。滑轮常用铸铁、钢材或尼龙等材料制造。它是个边缘有凹槽的轮子，凹槽是防止皮带从滑轮上掉下来的。皮带的安装形式有平衡式和交错式两种传动。平衡式传动是两轴的旋转方向相同；交错式则是两轴的旋转方向相反。

皮带传递的力

皮带呈环形，以一定的张紧力套在带轮上，使带和带轮相互压紧。静止时，带两边的拉力相等；传动时，带与轮面间摩擦力的作用，使带两边的拉力不相等。绕进主动轮的一边，拉力会增加(F1)，称为紧边拉力；而另一边带的拉力由则减少(F2)，称为松边拉力。两边拉力之差F＝F1－F2即为带的有效拉力，它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和。皮带和滑轮间的摩擦力是有极限值，如果工作阻力超过极限值，带就会在轮面上打滑，使滑轮不能正常轮动。

滑轮转速比关系

皮带将运动从一个滑轮传递到另一个滑轮上，非常类似一对齿轮。那如何计算它们的传动比呢？虽然滑轮没有齿，但可通过计算滑轮的半径(或直径)来确定其传动比。皮带和滑轮系统的传动比可以表示为由上式可知，滑轮的转速与它的半径成反比。所以，直径相对较小的被动轮的转速会较快，但驱动力会较小。相反，直径相对较大的被动轮转速虽较慢，但驱动力会较大。

设主动轮的直径为D1，从动轮的直径为D2，其转速分别为N1和N2，则带轮的转速与直径成反比。当直径小的轮为主动轮，直径大的为从动轮时，可实现减速传动；反之，直径大的轮为主动轮，直径小的为从动轮时，可实现加速传动。
要得到较大的减速比，可使用多级滑轮减速。当主动轮带动从动轮时，附在从动轮上的另一滑轮同时被带动(成了另一组滑轮的主动轮)。以下图为例其转速比计算与齿轮十分相似，计算如下。

皮带特点两面睇

由于皮带很容易打滑，因此不适合传递大扭矩。影响打滑有多种因素，包括扭矩和速度、皮带的张力、皮带和滑轮之间的摩擦力、皮带的弹性等。但主要是过载所引起，打滑会造成皮带的磨损，带的运动处于不稳定状态，使传动失效。
你可能在很多应用中看到滑轮打滑现象，它所起的作用就是限制扭矩。当遇到突然超载时，打滑可以起到过载保护作用，避免其它零件发生损坏。滑轮与齿轮相比，还有一个优点。滑轮可以通过使用长皮带将运动传递到远处的轴上，而且在高速状态下，滑轮传动比齿轮传动产生更低的噪音，有时候这个特性非常有用。

连杆

连杆机构是两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。连杆机构常用于刚体导引、实现已知运动规律或已知轨迹。连杆是杠杆的组合应用，不同杠杆的搭配使用，可用来传送运动和改变运动方向。不同的连杆设计可得到以下特性：1)将输入动力以相反方向等倍输出；2)以相等同方向的动力输出；3)输出动力大于输入，且作用方向相反；4)将直线变成旋转动作。连杆亦经常应用在机械人上，一些机械人和步行机器均使用连杆来作为驱动手和足。

平面连杆机构优缺点

连杆机构构件运动形式多样，可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。低副面接触的结构使连杆机构具有以下优点，运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，可承受较大载荷。两构件之间的接触是靠本身的几何约束来保持的，不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触，所以构件工作可靠。
在制作平面连杆机构时，若根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂。另外，当运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅易发生自锁的可能性，而且机构运动规律对制造、安装误差亦相对增加。
机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。

链轮和链条

以皮带传达动力时，易发生打滑现象而无法获得确定的转速比，且不适合于潮湿及高温的环境下使用。虽然齿轮传动可以得到确定的转速比，但两轮轴间的距离受到限制。当齿轮之间距离太远时，无法直接带动。以链条传动是个好选择，链条是由一组互相扣接的链环所组成的，链轮则是一个附有齿牙的轮子。
链条和链轮常用来传送相同方向的旋转动力，例如：脚踏车常使用链条和链轮来传送动力。利用链条和不同齿数的链轮组合，可以令脚踏车产生不同大小的驱动力。设计链条和链轮时，必须注意链条孔和链轮齿的分布，以令它们准确地互相扣合。

与皮带轮相比，虽然扣链齿轮与链条传动的摩擦力和噪音都较大，但它不会有空转的现象，可确保机械在运动时的相对位置不变。因为有效张力比皮带轮大，而松边张力几近于零，故传动效率高。此外，链条不像皮带轮会受湿气及高温影响。因而广泛的被应用在各种机械传动上。

行星齿轮传动比解构

上回介绍过行星齿轮，以下再为大家讲解有关其传动比的计算。行星排在运转时，由于行星小齿轮存在着自转和公转两种运动状态，因此其传动比的计算方法和普通的定轴式齿轮传动机构不同；为了计算各种行星齿轮机构的传动比，下面先分析最简单的单排行星齿轮机构传动比的计算方法，其它各种型式的行星齿轮机构的传动比可以用同样的方法导出，由于在单排行星齿轮机构中，行星小齿轮只有中间轮（惰轮）的作用，因此单排行星齿轮机构的传动比取决于太阳轮齿轮Zs和内齿环齿轮 Zr，与行星小齿轮的齿轮无关。要计算出其传动比可透过以下公式：

Ns +αNr = (1+α) Nc

式中各函数意思：Ns为太阳齿轮转速；Nr为内齿环转速；Nc为行星架转速；α为内齿环齿轮与太阳齿轮的齿轮比。根据单排行星齿轮机构的运动特性方程式，可以看出太阳轮、内齿环和行星架这3个基本组件中，可以任选其中两个基本组件分别作为主动轮和从动轮，余下一个将其固定，即可计算出该机构的传动比，下面分别讨论各种可能的情况。