運動傳送機構—延續篇

運動傳送機構—延續篇

所有機械均由不同的部分組合而成，各部分均稱為機械組件。一些由少量機械組件組成的機械已經能夠單獨運作，稱為「簡單機械」，例如：開瓶器、剪刀、滑輪組和螺旋起重器等。由兩種或以上簡單機械所組成的機械則稱為「復合機械」，例如：連桿、腳踏車的鏈和鏈齒和汽車引擎等。當中有部分組件起著傳動的作用，除上回為大家介紹過的齒輪，其實還有多種，包括滑輪組、鏈輪、鏈條和連桿等。今回繼續為大家介紹其他傳送機構。

皮帶及滑輪

皮帶輪是由一條彈性皮帶，將二組滑輪組合而成。其功用是將旋轉動力由主動輪傳送到隨動輪。利用皮帶傳動裝置既簡單，又較寧靜。它們的工作原理與齒輪功能相似，但還是有區別的。皮帶常用皮革、橡膠或紗織纖維等材料制造。皮帶可將一組滑輪的轉矩(即轉動的力量)傳給另一組。滑輪常用鑄鐵、鋼材或尼龍等材料制造。它是個邊緣有凹槽的輪子，凹槽是防止皮帶從滑輪上掉下來的。皮帶的安裝形式有平衡式和交錯式兩種傳動。平衡式傳動是兩軸的旋轉方向相同；交錯式則是兩軸的旋轉方向相反。

皮帶傳遞的力

皮帶呈環形，以一定的張緊力套在帶輪上，使帶和帶輪相互壓緊。靜止時，帶兩邊的拉力相等；傳動時，帶與輪面間摩擦力的作用，使帶兩邊的拉力不相等。繞進主動輪的一邊，拉力會增加(F1)，稱為緊邊拉力；而另一邊帶的拉力由則減少(F2)，稱為松邊拉力。兩邊拉力之差F＝F1－F2即為帶的有效拉力，它等于沿帶輪的接觸弧上摩擦力的總和。皮帶和滑輪間的摩擦力是有極限值，如果工作阻力超過極限值，帶就會在輪面上打滑，使滑輪不能正常輪動。

滑輪轉速比關系

皮帶將運動從一個滑輪傳遞到另一個滑輪上，非常類似一對齒輪。那如何計算它們的傳動比呢？雖然滑輪沒有齒，但可通過計算滑輪的半徑(或直徑)來確定其傳動比。皮帶和滑輪系統的傳動比可以表示為由上式可知，滑輪的轉速與它的半徑成反比。所以，直徑相對較小的被動輪的轉速會較快，但驅動力會較小。相反，直徑相對較大的被動輪轉速雖較慢，但驅動力會較大。

設主動輪的直徑為D1，從動輪的直徑為D2，其轉速分別為N1和N2，則帶輪的轉速與直徑成反比。當直徑小的輪為主動輪，直徑大的為從動輪時，可實現減速傳動；反之，直徑大的輪為主動輪，直徑小的為從動輪時，可實現加速傳動。
要得到較大的減速比，可使用多級滑輪減速。當主動輪帶動從動輪時，附在從動輪上的另一滑輪同時被帶動(成了另一組滑輪的主動輪)。以下圖為例其轉速比計算與齒輪十分相似，計算如下。

皮帶特點兩面睇

由于皮帶很容易打滑，因此不適合傳遞大扭矩。影響打滑有多種因素，包括扭矩和速度、皮帶的張力、皮帶和滑輪之間的摩擦力、皮帶的彈性等。但主要是過載所引起，打滑會造成皮帶的磨損，帶的運動處于不穩定狀態，使傳動失效。
你可能在很多應用中看到滑輪打滑現象，它所起的作用就是限制扭矩。當遇到突然超載時，打滑可以起到過載保護作用，避免其它零件發生損壞?；喤c齒輪相比，還有一個優點?；喛梢酝ㄟ^使用長皮帶將運動傳遞到遠處的軸上，而且在高速狀態下，滑輪傳動比齒輪傳動產生更低的噪音，有時候這個特性非常有用。

連桿

連桿機構是兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。連桿機構常用于剛體導引、實現已知運動規律或已知軌跡。連桿是杠桿的組合應用，不同杠桿的搭配使用，可用來傳送運動和改變運動方向。不同的連桿設計可得到以下特性：1)將輸入動力以相反方向等倍輸出；2)以相等同方向的動力輸出；3)輸出動力大于輸入，且作用方向相反；4)將直線變成旋轉動作。連桿亦經常應用在機械人上，一些機械人和步行機器均使用連桿來作為驅動手和足。

平面連桿機構優缺點

連桿機構構件運動形式多樣，可實現轉動、擺動、移動和平面或空間復雜運動，從而可用于實現已知運動規律和已知軌跡。低副面接觸的結構使連桿機構具有以下優點，運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，可承受較大載荷。兩構件之間的接觸是靠本身的幾何約束來保持的，不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸，所以構件工作可靠。
在制作平面連桿機構時，若根據從動件所需要的運動規律或軌跡來設計連桿機構比較復雜。另外，當運動要求較多或較復雜時，需要的構件數和運動副數往往較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，不僅易發生自鎖的可能性，而且機構運動規律對制造、安裝誤差亦相對增加。
機構中作復雜運動和作往復運動的構件所產生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構常用于速度較低的場合。

鏈輪和鏈條

以皮帶傳達動力時，易發生打滑現象而無法獲得確定的轉速比，且不適合于潮濕及高溫的環境下使用。雖然齒輪傳動可以得到確定的轉速比，但兩輪軸間的距離受到限制。當齒輪之間距離太遠時，無法直接帶動。以鏈條傳動是個好選擇，鏈條是由一組互相扣接的鏈環所組成的，鏈輪則是一個附有齒牙的輪子。
鏈條和鏈輪常用來傳送相同方向的旋轉動力，例如：腳踏車常使用鏈條和鏈輪來傳送動力。利用鏈條和不同齒數的鏈輪組合，可以令腳踏車產生不同大小的驅動力。設計鏈條和鏈輪時，必須注意鏈條孔和鏈輪齒的分布，以令它們準確地互相扣合。

與皮帶輪相比，雖然扣鏈齒輪與鏈條傳動的摩擦力和噪音都較大，但它不會有空轉的現象，可確保機械在運動時的相對位置不變。因為有效張力比皮帶輪大，而松邊張力幾近于零，故傳動效率高。此外，鏈條不像皮帶輪會受濕氣及高溫影響。因而廣泛的被應用在各種機械傳動上。

行星齒輪傳動比解構

上回介紹過行星齒輪，以下再為大家講解有關其傳動比的計算。行星排在運轉時，由于行星小齒輪存在著自轉和公轉兩種運動狀態，因此其傳動比的計算方法和普通的定軸式齒輪傳動機構不同；為了計算各種行星齒輪機構的傳動比，下面先分析最簡單的單排行星齒輪機構傳動比的計算方法，其它各種型式的行星齒輪機構的傳動比可以用同樣的方法導出，由于在單排行星齒輪機構中，行星小齒輪只有中間輪（惰輪）的作用，因此單排行星齒輪機構的傳動比取決于太陽輪齒輪Zs和內齒環齒輪 Zr，與行星小齒輪的齒輪無關。要計算出其傳動比可透過以下公式：

Ns +αNr = (1+α) Nc

式中各函數意思：Ns為太陽齒輪轉速；Nr為內齒環轉速；Nc為行星架轉速；α為內齒環齒輪與太陽齒輪的齒輪比。根據單排行星齒輪機構的運動特性方程式，可以看出太陽輪、內齒環和行星架這3個基本組件中，可以任選其中兩個基本組件分別作為主動輪和從動輪，余下一個將其固定，即可計算出該機構的傳動比，下面分別討論各種可能的情況。