第二章-常用传动装置

第二章常用机械传动装置传动装置是大多数机器的主要组成部分，根据工作原理不同，传动可分为机械传动、流体传动和电传动。机械传动装置的主要功用是将一根轴的旋转运动和动力传给另一根轴，并且可以改变转速的大小和转动的方向。常用的机械传动装置有带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动等。第一节带传动如图所示，带传动一般是由固联于主、从动轴上的主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带组成。当原动机驱动主动带轮转动时，由于带与带轮之间摩擦力的作用，使从动带轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。1.带传动的工作原理一、带传动的工作原理和速比2.带传动的速比带传动的速比计算公式为：i＝n1/n2＝D2/D1上式表明，带传动中的两轮转速与带轮直径成反比。（2）啮合带传动：靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。二、带传动的类型和特点1.带传动的类型按传动原理分：（1）摩擦带传动：靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等；按传动带的截面形状分（1）平带：平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。（2）V带：截面形状为梯形，两侧面为工作表面。（4）圆形带：横截面为圆形。只用于小功率传动。（5）齿形带（同步带）：（3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。按用途分（1）传动带传递动力用（2）输送带输送物品用。2.带传动的特点1)可用于两轴距离较远的传动(最大中心距可达40m)。2)带本身具有弹性，因而可以缓和冲击和振动，使传动平稳，且无噪声。3)当机器过载时，带会在轮上打滑，能起到对机器的保护作用。4)结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后容易更换。5)结构不够紧凑。6)不能保证准确的传动速比。7)由于需要施加张紧力，所以轴及轴承受到的不平衡径向力较大。8)带的寿命较短。3.带传动的应用摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比要求不准确、中小功率的远距离传动。三、普通V带和V带轮1.V带的规格标准普通V带已标准化，按截面尺寸从小到大可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图所示。抗拉体的结构形式有帘布结构和绳芯结构。12带绕在带轮上时产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压缩短，内外层之间必有一长度不变的中性层，其宽度bp称为节宽。V带轮上与bp相应的带轮直径d称为基准直径。与带轮基准直径相应的带的周线长度称为基准长度，用Ld表示。两带轮轴线间的距离a称为中心距，带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角。普通V带的基准长度系列如表所示。表普通V带的基准长度系列(GBll544-1997)(mm)V带的型号由带型和基准长度两部分组成，例如标记为Z1400，即表示基准长度为1400mm的Z型V带。2002242502803153554004505005606307108009001000112012501400160018002000224025002800315035504000450050005600630071008000900010000112001250014000160001800020000在进行V带传动计算和选用时，可先按下列公式计算基准长度Ld的近似值Ld’:Ld’＝2a＋p(D1＋D2)/2＋(D1-D2)/4a式中a——主、从二带轮的中心距；D1、D2——主、从二带轮的基准直径(与基准长度相对应的带轮直径)。计算出Ld’的值需按表取相近值进行圆整，最后便可确定Ld的标准值。2.V带带轮的结构带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。V带轮按腹板结构的不同分为以下几种型式：实心带轮、腹板带轮、孔板带轮、轮辐带轮。直径较小时可采用实心式；中等直径带轮采用腹板式；直径大于350mm时可采用轮辐式。3.V带带轮材料选择带轮的材料：带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200,允许的最大圆周速度为25m/s；转速较高时宜采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F0。当传动带传动时，由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等，如图所示。一边被拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；一边被放松，拉力由F0减少到F2，称为松边。设环形带的总长度不变，则紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2。F1-F0=F0-F2F0=（F1+F2）/2四、带传动的工作能力分析1.带传动的受力分析带两边的拉力之差F称为带传动的有效拉力。实际上F是带与带轮之间摩擦力的总和，在最大静摩擦力范围内，带传动的有效拉力F与总摩擦力相等，F同时也是带传动所传递的圆周力，即F=F1-F2带传动所传递的功率为：P=Fv/1000式中P为传递功率，单位为KW；F为有效圆周力，单位为N；V为带的速度，单位为m/s。在一定的初拉力F0作用下，带与带轮接触面间摩擦力的总和有一极限值。当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。带打滑时从动轮转速急剧下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也减小。带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度。2.带传动的弹性滑动和传动比由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率称为带传动的滑动系数。11222212111111ddddddndndnvvvdndnppp考虑弹性滑动时的传动比为：211221(1)dddnind一般带传动的滑动系数，因值很小，非精确计算时可以忽略不计。02.0~01.0弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于带的弹性变形引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。五、V带传动的张紧、安装和维护1.带传动的张紧调整中心距方式采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧。常见的有滑道式和摆架式两种结构。滑道式定期张紧自动张紧摆架式自动张紧将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧，如图所示。张紧轮一般放在松边的内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。张紧轮方式张紧轮方式(1)安装V带时，应按规定的初拉力张紧。对于中等中心距的带传动，也可凭经验安装，带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜。新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。严禁用其他工具强行撬入或撬出，以免对带造成不必要的损坏。(2）安装带时，两带轮轴线应相互平行，其V型槽对称平面应重合。2.带传动的安装（3）同组使用的带应型号相同，长度相等，以免各带受力不均。3.带传动的维护（1）要采用安全防护罩，以保障操作人员的安全；同时防止油、酸、碱对带的腐蚀。（2）定期对带进行检查有无松驰和断裂现象，如有一根松驰和断裂则应全部更换新带。（3）禁止给带轮上加润滑剂，应及时清除带轮槽及带上的油污。（4）带传动工作温度不应过高，一般不超过60度。（5）若带传动久置后再用，应将传动带放松。一、链传动及其速比链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的,见图。它依靠链和链轮轮齿的啮合而传动。图链传动第二节链传动设某链传动，主动链轮齿数为z1，从动链轮齿数为z2。当主动链轮转过n1周，即转过个n1z1个齿时，从动链轮就被带动转过n2周，即转过n2z2个齿。显然，主动轮与从动轮所转过的齿数相等，即z1n1=z2n2故有i=n1/n2=z2/z1上式表明：链传动中的两轮转速和链轮齿数成反比。二、链传动的传动类型链传动的类型很多，按用途不同，链传动分为传动链、起重链和牵引链。传动链用于传递运动和动力；起重链用于起重机械中提升重物；牵引链用于运输机械驱动输送带等。传动链种类繁多，最常用的是滚子链和齿形链。1．滚子链滚子链又称套筒滚子链，其结构如图所示，是由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。滚子链的主要参数是链条的节距，节距是指滚子链上相邻两销轴中心的距离，用p表示，节距越大，链的各元件尺寸越大，承载能力越大；但当链轮齿数一定时，节距增大将使链轮直径增大。因此，在承受较大载荷，传递功率较大时，可用多排链，如图所示，它相当于几个普通单排链之间用长销轴联接而成。但排数越多，就越难使各排受力均匀，故排数不能过多，常用双排链或三排链，四排以上的很少用。链条的长度常以链节数表示。根据需要确定链节数后，将其联接成环形，接头形式如图所示。如果链节数目正好是偶数，链条连成环形时可以将内、外链板搭接，入销轴后可以用开口销或弹簧夹锁住；如果链节数为奇数，则需采用过渡链节，才能首尾相连，链条受拉时，过渡链节将受到附加弯矩。故一般情况下要尽量采用偶数链节的链条。2．齿形链齿形链是由一组带有两个齿的链片交错排列铰接而成的，齿形链根据铰接的结构不同，可分圆销铰链式、轴瓦铰链式和滚子铰链式三种。图所示为圆销铰链式齿形链。主要由套筒1、齿形板2、销轴3和外链板4组成。销轴3与套筒为间隙配合。这种铰链的承压面仅为宽度的一半，故比压大，易磨损，成本较高。但它比套筒滚子链传动平稳，传动速度高，且噪声小，因而齿形链又叫无声链。3．链轮为保证链轮轮齿面具有足够强度和耐磨性，链轮的材料通常采用优质碳素钢或合金钢，并经过热处理。链轮的齿形已标准化，用标准刀具加工。链轮的结构可根据尺寸的大小来确定，直径小的链轮制成实心式，中等直径的链轮可做成腹板式或孔板式，直径较大时可采用组合式结构，轮齿磨损后可更换齿圈。三、链传动的特点和应用链传动的主要特点是：1）链传动是靠啮合工作，可获得准确的平均传动比。2)与带传动相比，链传动张紧力小，轴上受力较小，传递功率较大，效率也较高，必要时，链传动可以在低速高温、油污的情况下工作。3)铰链易磨损，使链条的节距变大，会造成脱链现象。4)由于瞬时链速是变化的，因此瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差，有噪音且链速不宜过高。以上特点说明，链传动主要适用于不宜采用带传动和齿轮传动，而两轴平行，且中心距较大，功率较大，而又要求平均传动比准确的场合，目前在矿山、石油、化工、印刷、交通运输及建筑工程等部门的机械中均有应用。通常传动链传递的功率P≤100kw，链速v≤15m／s，传动比i≤6，中心距a≤8m，润滑良好时，效率可达0.97～0.98。四、链传动的运动特性链由许多刚性链节连接而成。当链与链轮啮合时,链呈折线包在链轮上,形成一个局部正多边形,该正多边形的边长为链节距p,如图所示。由于多边形效应，瞬时链速和传动比都是变化的，链传动的这种速度不均匀性不可避免地要引起动载荷，当链条和链轮齿啮合时也将产生冲击和动载荷。五、链传动的合理布置1.链传动的合理布置链传动的合理布置可以提高其工作能力和使用寿命。应从以下几个方面考虑:(1)两链轮的回转平面应在同一平面内,否则易使链条脱落或产生不正常磨损。(2)两链轮的中心线最好在水平面内,若需要倾斜布置时,倾角应小于45°(见图(a)),应避免垂直布置(见图(b)),因为过大的下垂量会影响链轮与链条的正确啮合,降低传动能力。(3)链传动最好紧边在上,松边在下,以防松边下垂量过大使链条与链轮轮齿发生干涉(见图(c))或松边与紧边相碰。图不合理布置2.