第 四 節 傳 動 機 械 所 謂 傳 動 機 械, 泛 指 利 用 某 些 特 定 機 械 及 其 附 件 組 合, 來 達 到 傳 送 動 力 為 目 的 者 稱 之 倘 若 不 計 自 然 的 引 力 和 壓 力, 機 械 間 之 配 合 均 是 依 靠 直 接 接 觸, 才 能 將 動 力 順 次 地 傳 送 出 去, 並 依 照 接 觸 方 式 之 不 同, 其 傳 動 法 可 被 劃 分 成 純 滾 動 純 滑 行 及 純 推 動 等 三 種 ; 另 外 若 由 二 種 以 上 混 合 而 成 的 傳 動 方 式, 就 稱 之 為 複 式 傳 動 傳 動 機 械 並 依 其 形 狀 及 功 能 特 性 之 不 同, 給 可 分 為 齒 輪 摩 擦 及 撓 性 傳 動 等 三 大 類 一 齒 輪 傳 動 齒 輪 即 是 具 有 齒 牙 的 圓 輪, 常 成 對 使 用, 當 其 中 一 個 作 圓 運 動 時, 另 一 即 因 齒 牙 之 相 互 喃 合 而 被 帶 動, 並 且 兩 軸 間 瞬 時 角 速 度 相 等 理 論 言 之, 所 有 齒 牙 均 可 視 為 圓 輪 周 緣 上 額 外 安 裝 之 小 物 體, 相 互 以 某 一 小 角 度 接 觸, 使 二 圓 輪 得 以 平 滑 運 轉, 來 達 到 傳 遞 動 力 之 目 的 齒 輪 可 在 短 距 離 內 傳 遞 較 大 之 功 率, 且 可 保 持 嚴 格 之 角 速 度 比, 不 生 滑 脫 現 象, 在 驅 動 上 可 用 於 兩 平 行 軸 相 交 軸 或 不 平 行 又 不 相 交 軸 之 傳 動, 故 為 動 力 機 械 傳 遞 功 率 之 基 本 構 件, 應 用 上 非 常 廣 泛 而 且 甚 為 重 要 表 2-4-1 齒 輪 分 類 表 名 稱 種 類 二 軸 之 關 係 節 面 形 狀 1. 外 齒 輪 ( 圖 2-4-1) 2. 內 齒 輪 ( 圖 2-4-2) 直 齒 輪 3. 螺 旋 齒 輪 ( 圖 2-4-3) 4. 傘 形 齒 輪 ( 圖 2-4-4) 平 行 軸 圓 筒 5. 齒 條 與 小 齒 輪 ( 圖 2-4-5) 6. 銷 輪 組 ( 圖 2-4-6) 1. 直 斜 齒 輪 ( 圖 2-4-7) 圓 圓 筒 筒 斜 齒 輪 2. 冠 狀 齒 輪 ( 圖 2-4-8) 3. 渦 旋 斜 齒 輪 ( 圖 2-4-9) 相 交 軸 圓 錐 1. 錐 面 套 斜 齒 輪 ( 圖 2-4-10) 圓 錐 特 種 齒 輪 2. 雙 曲 線 載 齒 輪 ( 圖 2-4-11) 3. 螺 線 齒 輪 ( 圖 2-4-12) 不 平 行 不 相 交 軸 雙 曲 線 圓 錐 4. 渦 桿 與 渦 輪 ( 圖 2-4-13) 圓 筒 齒 輪 經 常 成 對 使 用, 並 依 傳 動 二 軸 間 關 係 位 置 之 不 同, 可 作 適 當 之 分 類, 如 表 2-4-1 所 示, 凡 用 二 軸 平 行 傳 動 時 稱 為 直 齒 輪 或 正 齒 輪 ; 凡 傳 動 二 軸 不 平 行 者
所 用 之 齒 輪 稱 為 斜 齒 輪 ; 凡 二 軸 不 平 行 又 不 相 交 者 如 螺 線 齒 輪 及 渦 輪, 則 稱 之 為 特 種 齒 輪
圖 2-4-9 螺 旋 斜 齒 輪 圖 2-4-10 錐 面 套 斜 齒 輪 圖 2-4-11 雙 曲 線 載 齒 輪
圖 2-4-12 螺 線 齒 輪 圖 2-4-13 渦 桿 與 渦 輪 圖 2-4-14 所 示 為 一 對 外 切 直 齒 輪, 其 齒 輪 各 部 分 名 稱 如 下 : l. 節 圓 代 表 齒 輪 之 理 想 面, 與 原 來 兩 摩 擦 輪 相 當 之 圓 柱 或 圓 錐 面 成 圓 形 者 稱 節 圓 ; 成 直 線 者 稱 節 線 2. 節 點 3. 頂 圓 4. 根 圓 5. 齒 頂 6. 齒 根 7. 齒 長 8. 齒 面 兩 節 圓 相 切 之 點, 即 p 點 包 含 各 齒 頂 部 分 之 圓 包 含 各 齒 根 部 分 之 圓 頂 圓 半 徑 減 節 半 徑 之 距 離 節 圓 半 徑 減 根 圓 半 徑 之 距 離 齒 頂 與 齒 根 相 加 之 和, 又 稱 齒 高 或 齒 深 齒 輪 曲 面 在 節 圓 外 之 一 部
9. 齒 腹 10. 作 用 齒 腹 齒 輪 曲 面 在 節 圓 內 之 一 部 與 另 一 齒 輪 之 齒 而 能 實 際 接 觸 之 一 部 分 齒 腹 圖 2-4-14 外 切 直 齒 輪 11. 齒 寬 齒 輪 自 一 而 至 他 面 寬 度 12. 餘 隙 兩 齒 輪 相 互 銜 接 時, 沿 兩 端 中 心 線 自 一 端 之 頂 圓 至 另 一 輪 之 齒 根 距 離 13. 齒 厚 14. 齒 間 15. 工 作 深 度 16. 周 節 一 齒 輪 沿 節 圓 所 有 之 寬 度 兩 齒 之 間 沿 節 圓 所 有 之 寬 度 兩 嚙 合 齒 牙 之 齒 頂 之 和 沿 節 圓 自 一 齒 上 任 一 點 至 相 鄰 齒 上 相 同 之 一 點 弧 線 距 離 謂 之, 亦 等 於 齒 厚 與 齒 間 之 和 設 D 表 示 節 圓 直 徑,T 表 示 齒 數,P C 表 示 周 節,
則 互 相 喃 合 之 兩 齒 輪, 其 周 節 數 應 相 同 17. 徑 節 πd P C T 節 圓 直 徑 每 吋 所 有 之 齒 數, 又 稱 節 數 設 D 表 示 節 圓 直 徑,T 表 示 齒 數,P d 表 示 徑 節, 則 T P d D 又 18. 模 數 P P d C T πd π D T 公 制 中 用 以 表 示 齒 輪 大 小 之 名 稱, 其 值 表 示 每 一 齒 牙 所 有 節 圓 直 徑 之 長 度 設 M 表 示 模 數, 則 D 1 M T P d 且 P C Mπ 19. 作 用 線 兩 相 喃 合 齒 輪 之 接 觸 點 至 節 點 間 之 連 線 20. 傾 斜 角 作 用 線 與 過 節 點 p 所 作 節 圓 切 線 之 夾 角, 又 稱 為 壓 力 角, 若 此 角 度 愈 大 時, 則 原 動 輪 帶 動 從 動 輪 旋 轉 之 有 效 分 力 將 會 愈 小, 而 承 軸 所 受 之 壓 力 將 會 愈 大, 因 此 必 須 加 以 限 制, 其 值 通 常 介 於 14.5 至 22.5 之 間 21. 接 觸 線 兩 蠟 合 齒 輪 之 一 對 齒 牙, 自 開 始 接 觸 起 至 接 觸 終 止 之 一 段 時 眉 叩 可, 其 接 觸 點 時 時 變 化, 連 接 各 接 觸 點 所 成 之 線 即 謂 之 接 觸 線 22. 作 用 角 原 動 輪 上 一 齒 之 窗 腹 與 從 動 輪 上 一 齒 之 齒 頂 開 始 接 觸, 是 為 開 始 之 接 觸 點, 原 動 輪 上 一 齒 之 齒 頂 與 從 動 輪 上 一 齒 之 齒 腹 接 觸, 是 為 終 止
接 觸 之 點 自 開 始 接 觸 點 至 終 止 接 觸 點, 原 動 輪 迴 轉 之 角 度 謂 之 原 動 輪 作 用 角 ; 從 動 輪 迴 轉 之 角 度 謂 之 從 動 輪 作 用 角 兩 者 並 不 相 等, 而 與 其 節 圓 牛 徑 成 正 比, 如 圖 2-4-15 所 示,θ 為 原 動 輪 (A 輪 ) 之 作 用 角,Ø 為 從 圖 2-4-15 齒 輪 作 用 角 之 圖 例 動 輪 (B 輪 ) 之 作 用 角 23. 漸 進 角 相 互 喃 台 之 兩 齒 牙 起 始 接 觸, 由 接 觸 點 至 節 點 時 所 經 過 之 角 度, 又 稱 為 趨 進 角 或 進 角 24. 漸 退 角 相 互 喃 合 之 兩 齒 牙 自 節 點 起 彼 此 離 開 所 經 過 之 角 度, 又 稱 為 退 角 並 由 以 上 可 知, 漸 進 角 加 上 漸 退 角 即 等 於 作 用 角 25. 作 用 弧 26. 漸 進 弧 27. 漸 退 弧 在 節 圓 上 對 應 於 作 用 角 之 弧 段 稱 之 在 節 圓 上 對 應 於 漸 進 角 之 弧 段 稱 之 在 節 圓 上 對 應 於 漸 退 角 之 弧 段 稱 之 凡 兩 個 以 上 之 齒 輪 成 為 聯 合 動 作, 將 一 軸 之 動 作 傳 於 另 一 軸 上, 或 由 直 接 接 觸 之 其 他 滾 動 體 與 齒 輪 組 合 用 以 傳 達 動 力 者, 皆 稱 為 輪 系 輪 系 可 分 為 單 式 與 複 式 輪 系 兩 種, 如 圖 2-4-16 所 示, 當 每 一 軸 只 裝 有 一 個 齒 輪 者 稱 之 為 單 式 輪 系, 除 首 末 兩 輪 外 介 於 其 中 間 之 輪 均 稱 為 惰 輪, 惰 輪 安 裝 之 目 的, 在 改 變 首 末 兩 輪 迴 轉 之 方 向, 凡 惰 輪 數 為 偶 數 者, 則 首 末 兩 輪 之 轉 向 剛 好 相 反 ; 若 除 了 首 末 兩 輪 外, 每 一 鈾 或
圖 2-4-16 單 式 齒 輪 系 某 一 軸 裝 有 二 輪 者 稱 之 為 複 式 輪 系, 如 圖 2-4-17 所 示, 於 複 式 輪 系 中, 除 首 末 兩 輪 外, 介 於 中 間 之 輪 稱 之 為 中 間 輪, 但 在 一 般 習 慣 上, 惰 輪 與 中 間 輪 常 混 淆 使 用 圖 2-4-17 複 式 齒 輪 系 在 同 一 時 間 內, 一 輸 系 最 末 一 輪 之 轉 數 對 於 最 初 一 輪 轉 數 之 比, 稱 之 為 輸 系 值, 由 該 值 之 變 化 可 達 到 速 度 改 變 之 目 的 不 同 之 輸 系 有 時 可 產 生 相 同 的 輸 系 值, 故 適 當 選 配 齒 輪 齒 數, 組 成 最 佳 輸 系, 對 動 力 之 傳 遞 是 相 當 重 要 的, 而 一 般 選 配 最 佳 輸 系 組 合 之 方 式 有 下 列 三 原 則 : 1. 兩 齒 輪 之 相 對 數 應 儘 量 減 少, 期 能 儘 量 減 低 軸 承 與 齒 牙 及 齒 牙 面 間 之 摩 擦 損 失 2. 應 儘 量 選 用 相 同 齒 牙 特 性 之 齒 輪 使 製 造 簡 化
3. 各 對 齒 輪 之 速 度 變 化 應 不 可 過 大 以 減 輕 軸 承 負 荷 二 摩 擦 傳 動 當 兩 物 體 互 相 接 觸 並 發 生 相 對 運 動 時, 若 一 物 體 表 面 上 連 續 之 各 點 與 另 一 物 體 表 面 上 連 續 之 各 點 依 次 接 觸 時, 則 稱 之 為 滾 動 接 觸 如 果 動 力 是 藉 著 三 輪 之 滾 動 接 觸 來 傳 遞 並 使 之 發 生 迴 轉 的 話, 則 此 三 輪 就 稱 之 為 摩 擦 輪, 而 先 動 者 稱 為 原 動 輪, 另 一 稱 為 從 動 輪 摩 擦 輪 之 優 點 為 裝 置 簡 單, 運 動 時 安 靜, 且 從 動 輪 如 遇 較 大 阻 力 時, 可 在 接 觸 處 產 生 滑 動, 以 保 護 機 械 及 引 擎, 避 免 過 度 之 負 荷 造 成 損 失 摩 擦 傳 動 與 齒 輪 傳 動 相 似, 較 適 合 短 距 離 傳 遞 動 力 用, 並 隨 著 使 用 目 的 之 圖 2-4-18 摩 擦 輪 傳 動 原 理 ( 二 軸 方 向 相 不 同, 其 結 構 也 有 所 差 異 當 傳 動 二 軸 在 同 一 平 面 內 且 相 互 平 行, 若 二 軸 迴 轉 方 同 相 反 時, 則 應 使 用 如 圖 2-4-18 所 示 之 外 切 圓 柱 形 摩 擦 輪 ; 若 迴 轉 方 向 相 同 時, 則 須 使 用 如 圖 2-4-19 所 示 之 內 切 圓 柱 形 摩 擦 輪 當 二 軸 之 中 心 線 在 同 一 平 面 內, 圖 2-4-19 摩 擦 輪 傳 動 原 理 ( 二 軸 方 向 相 同 )
但 不 平 行 而 是 成 一 角 度 相 交 時, 則 可 利 用 如 圖 2-4-20 所 示 之 兩 正 圓 錐 體 或 截 圓 錐 體 來 傳 遞 動 力, 此 時 二 軸 之 中 心 線 有 一 共 頂 點 三 撓 性 傳 動 凡 原 動 件 與 從 動 件 之 接 觸 物 為 柔 軟 體, 並 僅 可 傳 動 拉 力 不 能 傳 動 推 力 者, 統 稱 為 撓 性 連 接 物, 此 種 傳 動 即 稱 之 為 撓 性 傳 動 當 兩 傳 動 軸 間 之 距 離 太 遠 時, 則 使 用 摩 擦 輪 或 齒 輪 就 不 太 適 宜, 即 可 利 用 撓 性 傳 動 來 達 到 動 力 傳 送 之 目 的 常 用 之 撓 性 連 接 物 有 下 列 三 種 : ( 一 ) 帶 由 皮 革 橡 膠 或 棉 毛 織 物 製 成, 可 為 扁 薄 形 也 可 作 成 V 字 形, 當 然 帶 輪 之 接 觸 面 也 要 與 帶 之 形 狀 相 同 才 行 平 皮 帶 適 用 於 二 軸 間 距 離 5 至 10 公 尺, 轉 速 可 達 每 分 鐘 1,700 公 尺 ;V 形 帶 適 用 於 兩 輛 距 離 5 公 尺 以 下, 其 速 度 比 在 7:1 以 下 ( 二 ) 繩 由 麻 棉 或 鋼 絲 製 成, 斷 面 為 圓 形, 適 合 安 裝 於 槽 輪 緣 或 凸 緣 之 輪 上, 作 非 功 率 傳 遞 之 用, 兩 軸 距 可 達 30 公 尺 以 上, 轉 速 應 在 每 分 鐘 180 公 尺 以 下 ( 三 ) 鏈 由 金 屬 環 組 合 成, 運 轉 於 具 有 適 當 槽 齒 之 鼓 輪 上, 適 合 兩 軸 距 在 50 公 尺 以 下 凡 皮 帶 之 兩 軸 是 平 行 者 稱 之 為 平 行 軸 皮 帶, 並 由 輪 之 旋 轉 方 向, 可 將 之 分 為 二 種, 如 圖 2-4-21 所 示 為 兩 輪 旋 轉 方 向 柏 同 之 開 口 帶 ; 另 一 為 如 圖 2-4-22 所 示 兩 輪 旋 轉 方 向 相 反 之 交 叉 帶 兩 軸 不
平 行 的 皮 帶 比 較 少 用, 通 常 以 如 圖 2-4-23 所 示 之 直 角 迴 轉 常 被 應 用 得 最 多 圖 2-4-23 直 角 迴 轉 帶 之 作 動 原 理 v 型 帶 之 剖 面 圖 如 圖 2-4-24 所 示, 帶 與 輪 間 之 接 觸 面 較 大, 並 因 當 受 到 較 大 之 張 力 時, 它 可 破 擠 人 槽 內 減 少 滑 動 趨 勢, 故 能 夠 傳 遞 較 大 之 動 力 v 型 帶 主 要 之 優 點 為 傳 動 效 率 大 運 轉 肅 靜 速 度 比 大 並 可 吸 收 振 動, 而 且 若 迴 轉 方 向 改 變 或 中 心 線 傾 斜 時, 對 傳 動 之 影 響 較 小 ; 其 主 要 之 缺 點, 為 須 受 到 傳 動 距 離 不 宜 太 遠 溫 度 不 宜 太 高 及 油 量 不 宜 太 多 之 限 制 當 傳 動 較 大 之 動 力, 兩 軸 距 較 遠 且 不 容 許 滑 動 發 生 之 情 況 時, 則 使 用 鏈 條 最 適 宜 鏈 條 通 常 是 以 金 屬 製 成 之 環 式 小 月 或 用 鎖 連 接 之 帶 狀 物 直 接 接 合 而 成, 其 裝 繞 鏈 條 之 輸 稱 之 為 鏈 輪, 一 般 圖 2-4-24 V 型 帶 之 剖 面 圖
多 製 成 齒 牙 狀 以 適 合 鏈 條 之 形 狀 鏈 條 隨 使 用 目 的 及 作 用 之 需 求, 雖 有 相 當 繁 多 之 種 類, 但 以 動 力 鏈 最 被 廣 泛 使 用 動 力 鏈 多 以 鋼 製 成, 加 工 精 確 並 施 以 熱 處 理 依 型 式 不 同 可 分 為 三 種 : ( 一 ) 塊 鏈 圖 2-4-25 塊 鏈 結 構 圖 如 圖 2-4-25 所 示, 以 鋼 製 之 塊 狀 環 組 合 而 成, 較 適 用 於 低 速 傳 動, 速 率 每 分 鐘 700 至 800 公 尺 之 間 較 適 宜 ( 二 ) 無 聲 鏈 如 圖 2-4-26 所 示, 又 稱 為 倒 齒 鏈, 適 用 於 高 速 運 轉, 無 噪 音 及 陡 震 發 生, 鏈 板 可 直 接 與 鏈 齒 接 觸, 故 若 有 座 損 發 生 時, 無 聲 鏈 可 自 動 適 應 鏈 輪, 來 減 少 故 障 率 圖 2-4-26 無 聲 鏈 結 構 圖 ( 三 ) 浪 子 鏈 如 圖 2-4-27 所 示, 滾 子 套 於 襯 套 上, 襯 套 之 兩 端 壓 入 以 成 整 個 組 合, 適 用 於 速 度 在 每 分 鐘 1,000 至 1,200 公 尺 範 圍 之 高 速 運 轉 圖 2-4-27 滾 子 鏈 結 構 圖
習 題 1. 請 敘 述 傳 動 機 械 之 定 義 及 其 分 類 2. 試 簡 述 齒 輪 輸 系 組 合 方 式 之 原 則 有 那 些 3. 請 說 明 撓 性 連 接 物 之 種 類 及 特 性