《机械工程基础》-第6章

第１节带传动一、带传动的工作原理、类型和特点１.工作原理如图６－１所示，带传动由主动轮１、从动轮２、环形传动带３及机架组成。安装时，带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。当主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起转动，并传递一定的转矩。２.类型带传动按工作原理可分为摩擦式带传动和啮合式带传动。按带的横截面形状不同又可分为平带、Ｖ带、多楔带、圆形带、齿形带传动等，如图６－２所示。下一页返回第１节带传动摩擦式带传动：依靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力，如平带、Ｖ带等。啮合式带传动：依靠带与带轮之间的啮合来传递运动和动力，如同步带。３.特点（１）带有良好的弹性和挠性，能吸收震动并缓和冲击，所以带传动平稳而且噪音小。（２）当带传动过载时，带与带轮间发生相对滑动，而不会损伤其他机件，起到过载保护作用。（３）带传动结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉，适合于传递两轴较远的运动和动力。上一页下一页返回第１节带传动（４）由于带与带轮之间存在弹性滑动，故不能保证准确的传动比，传动精度和传动效率较低。（５）带在工作时的张紧力会对带轮轴产生很大的压轴力，使轴和轴承受力较大，所以带传动寿命较低。（６）带传动装置外廓尺寸大，结构不紧凑，不适于高温和有腐蚀物质的场合。由于带传动存在上述特点，一般情况下，带传动可传递的功率为５０～１００ｋＷ，带速为５～２５ｍ／ｓ，平均传动比ｉ≤５，传动效率约为９２％～９７％。上一页下一页返回第１节带传动二、普通Ｖ带和Ｖ带轮１.普通Ｖ带的结构和标准Ｖ带有普通Ｖ带、窄Ｖ带、宽Ｖ带、联组Ｖ带等。普通Ｖ带为无接头的环形带，由包布、顶胶、抗拉体和底胶组成，如图６－３所示。包布层由胶帆布制成。帘布结构Ｖ带是由几层胶帘布制成，抗拉能力强，价格低廉，应用比较广泛；绳芯结构Ｖ带由一排胶线绳制成，柔韧性好，抗弯强度高，但承载能力较差，适用于载荷不大、带轮直径小和转速较高的场合。为了提高Ｖ带抗拉强度，近年来已开始使用合成纤维（锦纶、涤纶等）绳芯作为强力层。上一页下一页返回第１节带传动２.Ｖ带轮的材料和结构带轮材料根据带速的不同采用的有灰铸铁、铸钢或钢板冲压件、铸铝或塑料等，其中灰铸铁使用最为广泛。当ｖ≤３０ｍ／ｓ时用ＨＴ１５０或ＨＴ２００；当ｖ≥２５～４５ｍ／ｓ时，宜采用铸钢或钢板冲压焊接带轮；小功率传动时可采用铸铝或塑料，以减轻带轮质量。带轮一般由轮缘、轮毂和轮辐３部分组成。轮缘是带轮外圈环形部分，在其表面制有与带的根数、型号相对应的轮槽，轮槽尺寸均已标准化（ＧＢ／Ｔ１３５７５.１—１９９２）。Ｖ带的楔角是４０°，而轮槽角有３２°、３４°、３６°和３８°等几种。这是因为带绕在带轮上弯曲时，顶胶受拉横向尺寸缩小，底胶受压横向尺寸增加，使带的楔角略减小。上一页下一页返回第１节带传动为保证带和带轮工作面的良好接触，故带轮的轮槽角小于４０°，带轮直径越小，弯曲越显著，所以轮槽角也越小。Ｖ带轮根据轮辐的不同可分为四种型号（图６－４所示）。当带轮基准直径ｄｄ≤（２.５～３）ｄｓ（ｄｓ为带轮轴孔直径）时采用Ｓ型（实心带轮）；当带轮基准直径ｄｄ≤３００ｍｍ时采用Ｐ型（腹板式带轮）；当带轮基准直径ｄｄ－ｄ１≥１００ｍｍ时采用Ｈ型（孔板式）；当带轮基准直径ｄｄ＞３００ｍｍ时采用Ｅ型（轮辐式）。每种型号根据轮毂相对腹板（轮辐）位置不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等几种。上一页下一页返回第１节带传动三、带传动的工作情况分析１.带传动的受力分析和打滑为了保证带传动正常工作，传动带必须张紧在带轮上。当传动带工作前处于静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力Ｆ０，如图６－５（ａ）所示；而当传动带工作时，带两边的拉力不再相等，如图６－５（ｂ）所示。由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用，传动带绕入主动轮的一侧被拉紧，拉力由Ｆ０增大到Ｆ１，Ｆ１称为紧边拉力；传动带绕入从动轮的一侧被放松，拉力由Ｆ０减小到Ｆ２，Ｆ２称为松边拉力。上一页下一页返回第１节带传动３.带的弹性滑动和传动比传动带是弹性体，受拉后会产生弹性变形，拉力大则变形也大。由于带传动存在紧边和松边，在紧边时带被弹性拉长，到松边时又产生收缩，引起带在带轮上产生微小局部滑动。这种由于带两边拉力不相等致使两边弹性变形不同，从而引起带与带轮间的滑动称为带传动的弹性滑动。弹性滑动造成带的线速度略低于带轮的圆周速度，导致从动轮的圆周速度ｖ２低于主动轮的圆周速度ｖ１，其速度降低率用相对滑动率ε表示。上一页下一页返回第１节带传动式中，ｎ１，ｎ２分别为主、从动轮转速（ｒ／ｍｉｎ）；ｄｄ１，ｄｄ２分别为主、从动轮的基准直径（ｍｍ）。带在正常工作时其滑动率ε＝０.０１～０.０２，其值不大，一般情况下可不予考虑。四、普通Ｖ带的设计１.带传动的主要失效形式和设计准则根据带传动的工作情况分析可知，带传动的主要失效形式有：①带在带轮上打滑，不能传动动力；②带发生疲劳破坏（经历一定应力循环次数后发生拉断、撕裂、脱层）。因此，带传动的设计准则为：①带在传动规定功率时不发生打滑，即满足式（６－５）；②具有一定疲劳强度和寿命，即满足式（６－１０）。上一页下一页返回第１节带传动２.普通Ｖ带传动设计步骤和方法设计普通Ｖ带时，一般已知条件有：传递的功率Ｐ１、两带轮转速n1、ｎ２（或传动比ｉ）、原动机类型、带传动的用途和工作条件，以及对传动的位置和外廓尺寸要求等。设计任务主要包括：确定Ｖ带的型号、长度和根数；带轮的结构尺寸和材料；传动的中心距；带的初拉力和作用在轴上的压力；Ｖ带的张紧和防护等。上一页下一页返回第１节带传动五、带传动的张紧、安装和维护１.传动带的张紧带传动工作一段时间后，会因带的塑性变形和磨损而产生松弛，使张紧力减小，传动能力下降。为保证带传动正常工作，必须对其重新张紧，常用的张紧方法有调整中心距法和张紧轮法两种。（１）调整中心距法如图６－１０所示。调节螺钉改变电动机位置或摆动架位置，以增大中心距，从而达到使传动带张紧的目的。图６－１０（ｃ）所示为自动张紧装置，把电动机装在摆架上，利用电动机和机座的质量，使带轮绕固定轴摆动，自动调整中心距，以达到张紧传动带的目的。上一页下一页返回第１节带传动（２）张紧轮张紧法如图６－１１所示。在传动带的松边安装张紧轮，利用张紧轮来张紧，此法通常用于中心距不可调整的带传动。张紧轮一般安装在松边内侧，尽量靠近大带轮，使带呈单向弯曲且不致使小带轮包角α１过小。２.带传动安装和维护正确的安装和维护是保证带传动正常工作、延长带使用寿命的有效措施，一般应注意以下几点：（１）安装Ｖ带时，先将中心距缩小后将带套入，然后慢慢调整中心距，直至张紧；上一页下一页返回第１节带传动（２）安装Ｖ带时，两带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的轮槽的对称平面应重合，其偏角误差不得超过２０′，如图６－１２所示；（３）对于多根Ｖ带传动，要选择公差值在同一档次的带配成一组使用，以免各带受力不均匀；（４）新旧带不能同时混合使用，更换时必须成组更换；（５）定期对Ｖ带进行检查，以便及时调整中心距或更换Ｖ带；（６）为了保证安全，带传动应安装防护罩，同时应防止油、酸、碱等对Ｖ带的腐蚀。上一页返回第２节链传动一、链传动结构特点和类型链传动由两轴平行的主动链轮、从动链轮和链条组成，如图６－１３所示。链传动是以链条作为中间挠性件，依靠链与链轮的啮合来传递动力和运动的。与带传动相比，链传动属啮合传动，无弹性滑动和打滑现象，低速时可传递较大的载荷，传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为９７％～９８％）；能保证准确的平均传动比；张紧力小，故对轴的压力小；结构紧凑，易于安装，成本低廉，在远距离传动时，结构更显轻便，在高温、潮湿和油污等恶劣环境下仍能正常工作。因此，链传动主要应用于工作要求可靠且两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传动的场合，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。下一页返回第２节链传动链的种类繁多，按工作用途不同，链可分为：传动链（一般机械中传递运动和动力）、起重链（起重机械中提升重物）和牵引链（运输机械中移动重物）三类。根据结构的不同，传动链又可分为：齿形链、滚子链、弯板链和套筒链等。其中滚子链结构简单、成本低廉，应用范围广泛。上一页下一页返回第２节链传动２.链轮滚子链链轮是链传动的主要零件，由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。对链轮的基本要求是：链节能平稳而顺利地进入和退出啮合；与链条接触良好、受力均匀，不易发生脱链；能容许节距有较大的伸长率以延长传动的寿命，且应该形状简单，便于加工。目前广泛应用的链轮端面齿形为国家标准ＧＢ１２４４—１９