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第2章摩擦轮传动和带传动,摩擦轮传动和带传动1-1摩擦轮传动,一、摩擦轮传动的工作原理和传动比1.摩擦轮传动工作原理摩擦轮传动是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。图1la所示为最简单的摩擦轮传动，由两个相互压紧的圆柱形摩擦轮组成。在正常传动时，主动轮依靠摩擦力的作用带动从动轮转动，并保证两轮面的接触处有足够大的摩擦力，使主动轮产生的摩擦力矩足以克服从动轮上的阻力矩。如果摩擦力矩小于阻力矩，两轮面接触处在传动中会出现相对滑移现象，这种现象称为“打滑”。,图2-1两轴平行摩擦轮传动,增大摩擦力的途径，一是增大正压力，二是增大摩擦因数。增大正压力可以在摩擦轮上安装弹簧或其他的施力装置(图12a)。但这样会增加作用在轴与轴承上的载荷，导致增大传动件的尺寸，使机构笨重。因此，正压力只能适当增加。增大摩擦因数的方法，通常是将其中一个摩擦轮用钢或铸铁材料制造，在另一个摩擦轮的工作表面，粘上一层石棉、皮革、橡胶布、塑料或纤维材料等。轮面较软的摩擦轮宜作主动轮，这样可以避免传动中产生打滑，致使从动轮的轮面遭受局部磨损而影响传动质量。2.传动比机构中瞬时输入速度与输出速度的比值称为机构的传动比。对于摩擦轮传动，其传动比就是主动轮转速与从动轮转速的比值。传动比用符号i表示，表达式为(1-1),式中nl主动轮转速，r/min;n2从动轮转速，r/min。如图1la所示，传动时如果两摩擦轮在接触处P点没有相对滑移，则两轮在p点处的线速度相等，即v1=v2。因为v1=()v2=()所以N1d1=N2d2或由此可知:两摩擦轮的转速之比等于它们直径的反比。与式(1-1)比较，得,（1-2）,式中D1主动轮直径，mm;D2从动轮直径，mm二、摩擦轮传动的特点与其他传动相比较，摩擦轮传动具有下列特点:1结构简单，使用维修方便，适用于两轴中心距较近的传动。2传动时噪声小，并可在运转中变速、变向。3过载时，两轮接触处会产生打滑，因而可防止薄弱零件的损坏，起到安全保护作用。4在两轮接触处有产生打滑的可能，所以不能保持准确的传动比。5传动效率较低，不宜传递较大的转矩，主要适用于高速、小功率传动的场合。,三、摩擦轮传动的类型和应用场合按两轮轴线相对位置摩擦轮传动可分为两轴平行和两轴相交两类。1.两轴平行的摩擦轮传动两轴平行的摩擦轮传动，有外接圆柱式摩擦轮传动(图1-1a)和内接圆柱式摩擦轮传动(图1-1b)两种。前者两轴转动方向相反，后者两轴转动方向相同。2.两轴相交的摩擦轮传动两轴相交的摩擦轮传动，其摩擦轮多为圆锥形,并有外接圆锥式(图1-2a)和内接圆锥式(图1-2b)两种。此外，还有圆柱圆盘式结构，如图1-3所示。圆锥形摩擦轮安装时，应使两轮的锥顶重合，以保证两轮锥面上各接触点处的线速度相等。图1-3所示为滚子平盘式机械无级变速机构的示意图。当动力源带动轴I上的滚子1以恒定的转速nl回转时，因滚子紧压在平盘2上，靠摩擦力的作用，使平盘转动并带动从动轴以转速n2回转,假定滚子与平盘接触线AB的中点C处无相对滑移，为纯滚动，则滚子与平盘在点C处的线速度相等，可得V1C=V2C即,图2-1滚子平盘无级式变速机构示意图1-滚子2-平盘,式中r1滚子半径，mm;r2滚子素线中点到从动轴轴线的距离，mm。若将滚子1沿平盘2表面作径向移动，改变，从动轴的转速随之改变。由于可在一定范围内任意改变，所以轴可以获得无级变速。直接接触的摩擦轮传动一般应用于摩擦压力机、摩擦离合器、制动器、机械无级变速器及仪器的传动机构等场合。,2-2概述,带有中间挠性件的传动方式。包括：带传动、链传动和绳传动,挠性传动,工作原理,摩擦传动：,平带、V带、多楔带、圆带等,啮合传动：,同步带、链传动等,本章主要讨论普通V带传动的设计，简单介绍链传动,一、挠性传动的类型,二、皮带传动的特点,1、柔性带具有良好的弹性，能减缓冲击、吸收振动，传动平稳，噪声小。2、过载打滑，保护机器。3、传动中心距大，结构简单，成本低，装拆方便。4、传动比不恒定，对轴和轴承的压力较大，传动效率低。5、不宜高温、易蚀、易燃环境，带的寿命较低，结构不紧凑。,二平带传动1平带传动的类型1）开口传动：是带轮两轴线平行，两轮宽的对称平面重合，转向相同的带传动。2）交叉传动：是带轮两轴线平行，两轮宽的对称平面重合，转向相反的带传动。3）半交叉传动：带轮两轴线在空间交错的带传动，交错角通常为90度。4）角度传动：是带轮两轴线相交的带传动。2平带传动的主要参数1）包角：指带与带轮接触弧所对的圆心角。一般要求小带轮包角大于或等于150度。2）带长：是指带的内周长度。,3、带传动的类型,平带,V带,同步带,圆带,平带的摩擦力为：,V带的摩擦力为：,fv当量摩擦系数，显然fvf,相同条件下，V带的摩擦力大于平带，传动能力更大,二、普通V带与平带摩擦力之比较,三、带传动的几何尺寸,V带的基准长度Ld：,在节线上量得的带周长,V带轮的基准直径dd：,与节线相对应的带轮直径,带传动几何尺寸：,1小带轮包角,2大带轮包角,1b2,带绕过小带轮时的弯曲应力,带绕过大带轮时的弯曲应力,与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上。,带横截面的应力为三部分应力之和。,各剖面的应力分布为：,最大应力发生在,紧边开始进入小带轮处:,由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。,两种滑动现象：,四、带传动的弹性滑动和传动比,1、弹性滑动,打滑,是带传动的一种失效形式，应避免,弹性滑动,正常工作时的微量滑动现象，不可避免,弹性滑动是如何产生的？,因F1F2,故松紧边单位长度上的变形量不等。,带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐收缩，使带相对于主动轮的转向向后滑动。,同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同？,由此可见：弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。,弹性滑动引起的不良后果：,使从动轮的圆周速度低于主动轮，即v21,从动轮直径增大，,传动能力提高，则额定功率增加,额定功率增量为：,P1查表8-4,弯曲系数，截面尺寸大的带，系数值越大,带长不等于特定带长,带越长，单位时间内的应力循环次数越少，则带的疲劳寿命越长。相反，短带的寿命短。,为此，引入带长修正系数KL。,包角不等于,小带轮包角小于，传动能力有所下降，引入包角修正系数K。K1,传动比系数，传动比越大，系数值越大,b2减小，,在实际工作条件下，单根V带的额定功率为：,三、V带传动的设计计算,（一）已知条件及设计内容,传递的名义功率P；,已知条件,主动轮转速n1；,从动轮转速n2或传动比i；,传动位置要求；,工况条件、原动机类型等；,V带的型号、长度和根数；,设计内容,带轮直径和结构；,传动中心距a；,验算带速v和包角；,计算初拉力和压轴力；,四、设计步骤和方法,1、确定计算功率PdKAP,2、根据n1、Pd选择带的型号,工况系数，查表87。,3、确定带轮基准直径dd1、dd2,带轮愈小，弯曲应力愈大，所以dd1dmin,dd2=idd1(1-），圆整成标准值,4、验算带速v（v525m/s）,N,5、确定中心距a及带长Ld,6、验算主动轮的包角1,7、计算带的根数z,N,z7？,N,Y,8、确定初拉力F0,9、计算压轴力FQ,10、带轮结构设计,初定中心距a00.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2),初算带长Ld0,计算实际中心距a,a过小，带短，易疲劳,a过大，易引起带的扇动,（圆整）,取基准带长Ld（表86）,54带的张紧与维护,一、带的张紧方法,定期张紧法，加张紧轮法,张紧轮位置：松边常用内侧靠大轮松边外侧靠小轮,二、带的维护,安装时不能硬撬（应先缩小a或顺势盘上）带禁止与矿物油、酸、碱等介质接触，以免腐蚀带，不能曝晒不能新旧带混用（多根带时），以免载荷分布不匀防护罩定期张紧安装时两轮槽应对准，处于同一平面,5-5链传动,一、链传动工作原理与特点,1、工作原理：两轮（至少）间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动2、组成：主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。3、特点：优点：平均速比im准确，无滑动结构紧凑，轴上压力Q小传动效率高=98%承载能力高P=100KW可传递远距离传动amax=8m成本低。缺点：瞬时传动比不恒定I传动不平稳传动时有噪音、冲击对安装精度要求较高。,4、应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。中低速传动：传动比8，P100KW，V12-15m/s，无声链最大线速度可达40m/s（不适于在冲击与急促反向等情况）,二、链传动的主要类型,按工作特性分：,起重链，牵引链，传动链,按传动链接形式分：,套筒链；滚子链；齿形链；成型链,齿形链,滚子链,56滚子链链轮的结构与材料,一、链轮齿形,二、链轮的主要参数,节距P齿数Z分度圆直径（公称直径）齿顶圆直径,三、链轮的结构型式,四、链轮的材料,要求：1）强度；2）耐磨；3）耐冲击,一、链的运动不均匀性,57链传动的运动特性,当链轮转速为n1、n2时,链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。这就造成链运动速度的不均匀,作有规律的周期性的波动。,主动轮：w1节圆圆周速度：,链条速度：,链条垂直速度：,链节进入啮合后,作周期性变化,变化情况刚进入啮合达顶点退出啮合,前进VVminVmaxVmin,对从动轮讲：,瞬时传动比：,即使主动轮角速度W1恒定，而W2随而变化，it不恒定,-链传动的多边形效应,二、链传动的动载荷,从动轮角速度变化引起冲击,结论：链轮转速越高，节距越大，齿数Z1越少，动载冲击越严重，噪音越大。,当P、Z一定，则必须限制nnL极限转速,链节和轮齿以一定速度相啮合，使链和轮齿受到冲击并产生附加动载荷。,张紧不适当，松边垂度过大，起动、制动、反向、突然卸载或超载必出现惯性冲击，增大了动负荷。,58链传动的受力分析,59链传动的失效形式及承载能力,一、链传动的失效形式,1）链板、销轴、套筒、滚子的疲劳破坏2）链节磨损后伸长3）冲击破坏4）胶合5）轮齿过度磨损6）过载拉断,2）A系列套筒滚子链的实用功率曲线图,实验条件：单列,水平布置,载荷平稳,Z1=19,i=3,t=100P,th=15000h,P/P3%,1.当设计的Z、i、th、a等不同时，应对P0进行修正。,2.当润滑不良时：允许的P0值要下降。,3.当V0.6m/s时，主要失效形式：过载拉断,二、链传动的承载能力,1）极限功率曲线,按静强度计算,510链传动的设计计算,一、链传动的主要参数选择及步骤,1、链的节距和排数,计算功率Pca=KA.P(KW)KA工况系数,单排链所能传递的功率,KZ小链轮齿数系数,KP多排链系数,KL链长系数,选型：由P0、n1图定链型号A和链节距P,在满足一定功率条件下，P越小越好，高速链尤其如此,2、链轮齿数Z1、Z2及i,Z1过少1）传动不均性和动负荷增大；2）P增大后，角增大，功率损失增加，链绕进、出轮磨损加剧3）当P一定时，Z少，D小，圆周力（=2T/D）加速轮与链的破坏,Z2过多外壳尺寸大、重量加大；容易脱链,必须限制齿数，两面限制,为磨损均匀，Z应取与链节数互为质数的奇数,3、链节数与中心距,初选a0一般推荐：初选a0=(3050P)，amax=80P,算LP（链节数）,求中心距a（实际）,4、小链轮孔径dkmax,5、轴上压力Q,Q1.2Fe,链传动的几何计算,1、链节数,2、中心距a,链轮的结构