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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、-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
7、。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：,f v 当量摩擦系数，显然 f v f,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
8、：,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,1 2,a 带传动中心距,任务3V带传动的设计计算,一、带传动的类型、特点和应用二、V带的结构、型号和基本尺寸V带为无接头的环形带由包布、顶胶、抗拉体及底胶四部分组成节线：当V带垂直其底边曲时，在带中保持原长度不变的一条周线称为节线。由全部节线构成的面称为节 面。节面宽度称为节宽。基准直径：在V 带轮上与配用V带的节宽相对的带轮直径bp称为基准直径d。普通V带按截面基本尺寸由小至大分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。,5-2 带传动的受力分析及运动分析,一、受力分析,安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上,带工
9、作前：,带工作时：,此时，带只受初拉力F0作用,松边 退出主动轮的一边,紧边 进入主动轮的一边,由于摩擦力的作用：,紧边拉力-由 F0 增加到 F1；,松边拉力-由 F0 减小到 F2。,Ff 带轮作用于带的摩擦力,F=Ff=F1 F2,F 有效拉力，即圆周力,带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：,紧边拉伸增量 松边拉伸减量,紧边拉力增量 松边拉力减量 F,因此：,F1 F0 F,F2 F0 F,F0(F1 F 2)/2,F1 F0 F/2,F2 F0 F/2,由F=F1 F2，得：,带所传递的功率为：,P F v/1000 kW,v 为带速,P 增大时，所需的F(即Ff)加大。但Ff
10、不可能无限增大。,f 为摩擦系数；为带轮包角,当Ff 达到极限值Fflim 时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，F1 达到最大，而F2 达到最小。,带传动即将打滑时，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式：,二、欧拉公式,欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值,那么：,F=F1 F2 F1(11/e f),F 此时为不打滑时的最大有效拉力，,将F1 F0 F/2代入上式：,正常工作时，有效拉力不能超过此值,整理后得：,影响最大有效拉力的几个因素：,F 与F0 成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑。,但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。,带所能传递
11、的圆周力增加，传动,F,能力增强，故应保证小带轮的包角1。,这一要求限制了最大传动比 i 和最小中心距 a。,i,1,;,a,1,因为：,f,F,传动能力增加,对于V带，应采用当量摩擦系数 fv,当包角 180时：,V 带 F1/F2e fv5,平带 F1/F2e f3,由此可见：相同条件下，V 带的传动能力强于平带,三、带传动的应力分析,工作时，带横截面上的应力由三部分组成：,由紧边和松边拉力产生的拉应力；,由离心力产生的拉应力；,由弯曲产生的弯曲应力。,1、拉力F1、F2 产生的拉应力1、2,紧边拉应力：,1 F 1/A MPa,松边拉应力：,2 F2/A MPa,A 带的横截面积,2、离
12、心力产生的拉应力c,设：,带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。,作用在微单元弧段dl 的离,心力为dC，则,截取微单元弧段dl 研究，其两端拉力Fc 为离心力引起的拉力。,由水平方向力的平衡条件可知：,微单元弧的质量,带速（m/s),带单位长度质量（kg/m）,带轮半径,微单元弧对应的圆心角,虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，,即：,则离心拉力 Fc 产生的拉应力为：,注意：,但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全部，且各剖面处处相等。,3、带弯曲而产生的弯曲应力b,带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式：,节线至带最外层的距离,带的弹性模量,显然：,dd,b,故：,b 1 b 2,带绕
13、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 F1 F2,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
14、？,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 v2 v1；,产生摩擦功率损失，降低了传动效率；,引起带的磨损，并使带温度升高；,2、传动比,滑动率,弹性滑动引起的从动轮圆周速度的相对降低量,传动比：,反映了弹性滑动的大小，随载荷的改变而改变。,载荷越大，越大，传动比的变化越大。,对于V带：0.010.02粗略计算时可忽略不计,53 普通V带传动的设计,一、失效形式及设计准则,1、失效形式,打 滑,带与带轮之间的显著滑动，过载引起,疲劳破损,变应力引起,2、设计准则,在保证不打滑的前提下，具有足够的疲劳寿命,二、单根V带的许用功率
15、 承载能力计算,要保证带的疲劳寿命，应使最大应力不超过许用应力：,不疲劳的要求,或：,根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为：,由此得单根带所能传递的功率：,不打滑的要求,则：,此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。,表83列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的功率，称为基本额定功率 P1。,特定条件：,传动平稳；,i 1，12；,特定带长,实际工作条件：,传动比 i 1,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
16、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 Pd KAP,2、根据n1、Pd选择带的型号,工况系数，查表87。,3、确定带轮
17、基准直径dd1、dd2,带轮愈小，弯曲应力愈大，所以dd1 dmin,dd2=i dd1(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,z 7？,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 a0 0.7(dd1+dd2)a0 2(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
18、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
19、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
20、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V Vmin Vmax Vmin,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n nL极限转速,链节和轮齿以一定速度相
21、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/P 3%,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
22、：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
23、，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,511 链传动的布置、张紧与润滑,一、布置,1.链传动只能布置在垂直平面内，不能布置在水平或倾斜平面内 2.两轮中心线最好水平或水平面夹角小于45 3.当属下列情况时，紧边在上：（尽量主动边在上）a30P和i2时（a图）；倾斜角较大时（b图）；a60P和i1.5时，Z25（c图）,二、张紧：（方法不同于带）张紧不取决于工作能力，而会由垂度大小决定,三、润滑与防护,1）润滑,润滑方式按图选取，注意链速越高，润滑方式要求也越高。,2）防护,封闭护罩安全、环境清洁、防尘、减小噪音和润滑需要,The End,
