第十三章-带传动

1第十三章带传动带传动是一种常用的机械传动形式，它的主要作用是传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。14.1概述带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成。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，是从动带轮一起转动，从而实现运动的动力的传递。14.1.1带传动的类型1.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；（2）啮合带传动啮合型带传动是依靠带内周的齿与带轮轮齿相啮合来传递运动和动力。如同步带传动。2.按用途分（1）传动带传递动力用（2）输送带输送物品用。本章仅讨论传动带。3.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。平带传动具有结构简单、制造容易、带的使用寿命长、效率较高等特点，适于中心距较大场合使用。2）V带：截面形状为梯形，两侧面为工作表面。根据楔形摩擦原理，在相同的初拉力或相同的正压力作用下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，见图7.1.2-3，从而提高了V带传动的工作能力。通常V带传动适用于较小中心距和较大传动比的场合，其结构较为紧凑。但V带磨损较快，价格较贵，传动效率较低。（3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。兼有平带和V带传动的优点，适于要求结构紧凑，传递功率较大的场合。（4）圆形带:横截面为圆形。多用于低速、轻载、小功率的场合，如缝纫机、仪表等。（5）齿形带（同步带）：8.1.二、带传动的特点和应用带传动的优点是：1、适用于中心距较大的传动；2、运转平稳，噪声小，具有缓冲吸振和过载保护功能；3、结构简单，制造安装维护方便，成本低。2所以，它广泛应于各种机器中。缺点是：1、有弹性滑动，不能保证准确的传动比；2、带的寿命短，效率低，不宜用于易燃易爆及高温的场合。2带传动的特点和应用应用：拖拉机、大理石切割机、车身冲压机、轿车发动机。7.1.3V带的结构、型号和基本尺寸一、V带的结构由图7.1.3-1可知。V带由包布、顶胶、抗拉体及底胶等部分构成。抗拉体用来承受基本拉力，顶胶和底胶在带弯曲时分别承受拉伸和压缩，包布主要起保护作用。按抗拉体的结构可分为帘布芯V带（见图7.1.3-1a）和绳芯V带（见图7.1.3-1b）两种类型。帘布芯V带制造方便，抗拉强度较高，但易伸长、发热和脱层。绳芯V带挠性好，抗弯强度高，适用于带轮直径小、转速高、要求结构紧凑的场合。二、V带的型号V带已标准化，按照带的截面高度h与其节宽（V带弯曲时，长度不变的中性层的宽度称为节宽）的比值不同，分为普通V带、窄V带、半宽V带及宽V带等四种。普通V带按截面基本尺寸由小至大分为Y、Z、A、B、C、D、E等七种型号，各型号的截面尺寸见表7.1.3-1。表7.1.3-1普通V带截面尺寸（摘自GB11544-89）（单位：mm）型号YZABCDE节宽5.38.51114192732顶宽b6101317223238高度h4.06.08.011141925楔角40°7.1.4带传动的主要几何参数如图7.1.4所示，V带传动的主要几何参数有中心距a、带长、包角（带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角）a和带轮基准直径d等。它们之间有如下近似关系：7.2.1带传动的受力分析一、初拉力带传动安装时，传动带必须以一定的初拉力紧套在两个带轮上，这时传动带中的拉力处3处相等，都为初拉力（见图7.2.1a）。二、有效拉力当带传动正常工作时，由于带和带轮接触面间摩擦力的作用，带绕入主动轮的一边被进一步拉紧，拉力由增大到，这一边称为紧边；另一边则被放松，拉力由降到，这一边称为松边（见图7.2.1b）。两边拉力之差称为有效拉力，以F表示，即，有效拉力就是带传动所能传递的有效圆周力。它是带和带轮接触面上所产生的摩擦力的总和。带传动工作时，从动轮上工作阻力矩所产生的圆周阻力为。正常工作时，有效拉力F和圆周阻力相等。在条件一定时，带和带轮接触面上所产生的摩擦力有一极限值，即最大摩擦力（最大有效圆周力）。带传动能正常运转，如需传递的圆周阻力超过这一极限值，传动带将在带轮上打滑，打滑时传动带不能正常工作，且磨损加剧，在设在一定的初拉力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。计时应避免。7.2.2弹性滑动与打滑一、带传动的弹性滑动传动带是弹性体，在拉力作用下会产生弹性伸长，在工作过程中，由于紧边和松边的拉力不等，因而造成紧边的弹性伸长量大于松边的弹性伸长量，见动画7.2.2。当带自A点转到B点时，所受拉力由逐渐降到，其弹性伸长量也相应减小。这样带在主动轮上一面随带轮前进，一面向后微微收缩，使得带的速度v低于主动轮的圆周速度。在从动轮上，情况正好相反，即带的速度v大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间局部的、微小的相对滑动称为弹性滑动。由于弹性滑动的存在，使得从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，即产生了速度损失。这种速度损失还随外载荷的变化而变化，当外载荷增加时，速度损失也随之增大。从而使得带传动不能保持准确的传动比。4若以滑动率e表示速度损失的程度，即弹性滑动是摩擦型带传动工作时无法避免的一种正常的物理现象。二、带传动的打滑正常工作时，接触弧上只有一部分发生弹性滑动，随着载荷的增加，弹性滑动的区域也随之增大，当弹性滑动扩大到整个接触弧时，带传动的有效圆周力达到最大值，若载荷再进一步增大，则带和带轮间将发生打滑。当带传动出现打滑时，就不能正常工作，传动失效。齿轮传动12.1.1齿轮传动的特点和应用齿轮传动是应用极为广泛的传动形式之一。特点：能够传递任意两轴间的运动和动力，传动平稳、可靠，效率高，寿命长，结构紧凑，传动速度和功率范围广。但需要专门设备制造，加工精度和安装精度较高，且不适宜远距离传动。12.1.2齿轮传动的类型齿轮传动的类型很多，按照两齿轮传动时的相对运动为平面运动或空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类12.1.3齿廓啮合基本定律齿轮传动要求准确平稳，即要求在传动过程中，瞬时传动比保持不变，以免产生冲击、振动和噪音。不论齿廓在任何点接触，过接触点所作两齿廓的公法线必须与连心线交于一固定点，这就是齿廓啮合基本定律。12.2.1渐开线的形成及基本性质1.渐开线的形成2.．渐开线的性质根据渐开线的形成，可知渐开线具有下列一些特性：1）发生线沿基圆滚过的直线长度，等于基圆上被滚过的圆弧长度；2）发生线KN是渐开线在任意点K的法线。因此，发生线上任一点的法线必切于基圆。3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向线所夹的锐角αk称为该点的压力角。渐开线上各点的压力角是不相等的。4）渐开线的形状完全取决于基圆的大小。基圆半径相等，则渐开线相同；基圆半径愈小，则渐开线愈弯曲；基圆半径愈大，则渐开线愈平直；基圆半径为无穷大时，则渐开线就变成直线。5）基圆内无渐开线。12.3.1渐开线齿轮啮合传动特点（P308）1.渐开线齿廓能保证瞬时传动比恒定渐开线齿廓能保证瞬时传动比恒定.一对渐开线齿廓在任何位置啮合时，接触点的公法线都是同一条直线N1N2，这说明一对渐开线齿廓从开始啮合到脱离啮合所有啮合点均应在N1N2线上。因此，N1N2是两齿廓接触点的轨迹线，称为啮合线。由于啮合线与公法线是同一条直线，故齿廓间的正压力方向不变。这有利于齿轮传动的平稳性。12.4.1渐开线齿轮的切齿原理齿轮加工方法很多，有铸造法、热轧法、冲压法、粉末冶金法和切制法等等，最常用的是切制法。按其加工原理可分为仿形法和范成法。51.仿形法仿形法加工是刀具在通过其轴线的平面内，刀刃的形状和被切齿轮齿间形状相同。一般采用盘形铣刀和指状铣刀。如图所示为盘形铣刀切制齿轮。切制时，铣刀转动，同时毛坯沿其轴线移动一个行程，这样就切出一个齿间。然后毛坯退回原来位置，将毛坯转过3600/z，再继续切制，直到切出全部齿间。由于渐开线形状取决于基圆大小，而基圆直径db=mzcosα，故齿廓形状与模数、齿数、压力角有关。理论上，模数和压力角相同，不同齿数的齿轮，应采用不同的刀具，这在实际中是不可能的。通常每种刀具加工一定范围的齿数，刀具齿形此范围内某一特定的齿数设计。因此对大多数齿轮，这种加工在理论上就存在误差。2.范成法范成法也称展成法，是利用一对齿轮啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的，如图所示。加工时，刀具与齿坯相当于一对齿轮（或齿轮与齿条）的无侧隙啮合传动。范成法加工齿轮常用的刀具有齿轮插刀、齿条插刀和齿轮滚刀。12.4.2根切现象与不发生根切时的最少齿数用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过啮合极限点N时（如图所示），被切齿轮的根部被切去了一部分（如图所示），这种现象称为根切现象。生根切时的最少齿数链传动8.1.1链传动的类型、特点和应用一、链传动的工作原理由动画8.1.1可知，链传动由主动链轮、从动链轮和绕在两轮上的一条闭合链条所组成，靠链条与链轮齿之间的啮合来传递运动和动力。二、链传动的特点及应用与带传动比较，链传动有结构紧凑，作用在轴上的载荷小，承载能力较大，效率较高（一般可达96%～97%），能保持准确的平均传动比等优点。但链传动对安装精度要求较高，工作时有振动和冲击，瞬时速度不均匀等缺点。链传动适用于两轴相距较远，要求平均传动比不变但对瞬时传动比要求不严格，工作环境恶劣（多油、多尘、高温）等场合。它广泛应用于冶金、轻工、化工、机床、农业、起重运输和各种车辆等的机械传动中。三、传动链的类型链有多种类型，按用途可分为传动链、起重链和牵引链三种。起重链和牵引链用于起重机械和运输机械。在一般机械中，最常用的是传动链。传动链的主要类型有短节距精密滚子链（简称滚子链）和齿形链。齿形链由若干组齿形链板交错排列，用铰链相互联接而成，见图8.1.1。齿形链传动较平稳，承受冲击性能好，轮齿受力均匀，噪音较小，故又称无声链。它允许较高的链速，特殊设计的齿形链传动最高链速可达40m/s。但它结构比滚子链复杂、价格较高、重量较大，所以目前应用较少。由于滚子链应用最广。本章主要讨论滚子链传动的有关设计问题。8.1.2滚子链的结构和规格一、滚子链的结构滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成，见图8.1.2-1。内链板与套筒间、外链板与销轴间均为过盈配合，套筒与销轴间则为间隙配合。工作时内、外链节间可以相对挠曲，套筒则绕销轴自由转动。滚子活套在套筒外面，啮合时滚子沿链轮齿廓6滚动，以减小链条与链轮轮齿间的磨损。内、外链板均制成8字形，以使链板各横截面的抗拉强度大致相同，并减轻链条的重量及惯性力.二、滚子链的规格相邻两销轴轴心线间的距离称为节距，用p表示，它是链的主要参数。节距p越大，链的各元件的尺寸也大，承载能力也越高，但重量也增加，冲击和振动也随之加大。因此，传递功率较大时，为减小链传动的外廓尺寸，减小冲击、振动，可采用小节距的多排链，滚子链已标准化，分A、B两系列，我国以A系列为主体（用于设计和出口，B系列用于维修和出口），表8.1.2列出了几种常用滚子链的基本参数和尺寸。标记示例：链号08A、单排、86个链节长的滚子链标记为08A-1×86GB1243.1-83三、联接链节为了使链联成封闭环状，链的两端应用联接链节联接起来，联接链节通常有三种形式，见图8.1.3。当组成链的总链节为偶数时，可采用开口销或弹簧夹将接头上的活动销轴固定。当链节总数为奇数时，可采用过渡链节联接。链条受力时，过渡链节除受拉力外，还承受附加弯矩作用，其强度比一般链节低，故最好采用偶数链节。一、链轮的结构链轮常用结构见图8.1.3。一般小直径链轮采用实心式（图8.1.3a）；中等直径采用孔板式（图8.1.3b）；较大直径采用联接式二、链轮齿形链轮齿形应满足下列要求：1、保证链节能自由地进入和退出啮合；2、接触应力小；3、形状简单，便于加工。国家标准