帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)

第7章帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)7.1機(jī)械傳動(dòng)概述7.2帶傳動(dòng)概述

7.3帶傳動(dòng)的工作情況分析7.4V帶傳動(dòng)選用計(jì)算7.5V帶輪材料和結(jié)構(gòu)7.6帶傳動(dòng)的張緊7.7同步帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介7.8鏈傳動(dòng)概述7.9鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性7.10滾子鏈傳動(dòng)的失效形式及張緊

習(xí)題7.1機(jī)械傳動(dòng)概述機(jī)器一般都有傳動(dòng)裝置，它是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工作機(jī)的中間裝置。機(jī)械傳動(dòng)按傳動(dòng)原理可分為摩擦傳動(dòng)、嚙合傳動(dòng)和推壓傳動(dòng)(如凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng))；按傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)可分為直接接觸傳動(dòng)和有中間撓性件的傳動(dòng)；按傳動(dòng)比能否改變可分為定傳動(dòng)比傳動(dòng)和變傳動(dòng)比傳動(dòng)等。機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)包括傳動(dòng)比、機(jī)械效率、功率、扭矩等。表7-1機(jī)械傳動(dòng)的形式和應(yīng)用特點(diǎn)表7-1機(jī)械傳動(dòng)的形式和應(yīng)用特點(diǎn)7.2帶傳動(dòng)概述7.2.1帶傳動(dòng)的工作原理和應(yīng)用1.帶傳動(dòng)的工作原理圖7-1磨擦型帶傳動(dòng)工作原理圖7-2嚙合型帶傳動(dòng)摩擦型帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶組成。傳動(dòng)帶以一定的初拉力F0緊套在帶輪上，在F0的作用下，帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生正壓力，當(dāng)主動(dòng)輪1回轉(zhuǎn)時(shí)，接觸面間產(chǎn)生摩擦力，主動(dòng)輪靠摩擦力使傳動(dòng)帶3與其一起運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，傳動(dòng)帶靠摩擦力驅(qū)使從動(dòng)輪2與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而主動(dòng)軸上的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶傳遞給了從動(dòng)軸。

2.帶傳動(dòng)的特點(diǎn)摩擦型帶傳動(dòng)主要特點(diǎn)如下：(1)傳動(dòng)帶具有彈性和撓性，可吸收振動(dòng)并緩和沖擊，從而使傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。(2)當(dāng)過(guò)載時(shí)，傳動(dòng)帶與帶輪間可發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而不損傷其他零件，起過(guò)載保護(hù)作用。(3)適合于主、從動(dòng)軸間中心距較大的傳動(dòng)。(4)由于有彈性滑動(dòng)存在，故不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較低。(5)張緊力會(huì)產(chǎn)生較大的壓軸力，使軸和軸承受力較大，傳動(dòng)帶壽命降低。另外，帶在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)，因此，傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保持不變。帶傳動(dòng)的輪廓尺寸大，傳動(dòng)效率較低。因此，帶傳動(dòng)一般傳遞功率為50～100kW，帶速為5～25m/s，傳動(dòng)比不超過(guò)5，效率約為0.92～0.97。3.帶傳動(dòng)的類型圖7-3帶的傳動(dòng)類型和橫截面形狀(a)平帶；(b)V帶；(c)多楔帶；(d)圓形帶平帶的截面形狀為矩形，與帶輪輪面相接觸的內(nèi)表面為工作面。V帶的截面形狀為梯形，與輪槽相接觸的兩側(cè)面為工作面。帶輪的輪槽也是梯形。在相同張緊力和相同摩擦系數(shù)的條件下，V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶的摩擦力要大，所以V帶傳動(dòng)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更緊湊，在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛。V帶按其寬度和高度相對(duì)尺寸的不同，又分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶、齒形V帶、大楔角V帶等多種類型。目前，普通V帶應(yīng)用最廣，本章主要討論普通V帶的設(shè)計(jì)問(wèn)題。4.V帶結(jié)構(gòu)普通V帶的截面結(jié)構(gòu)包括頂膠(拉伸層)、抗拉體(強(qiáng)力層)、底膠(壓縮層)和包布層（如圖7-4所示）。當(dāng)帶繞過(guò)帶輪時(shí)，頂層膠受拉而伸長(zhǎng)，故稱拉伸層；底層膠受壓縮短，故稱壓縮層。包布層用橡膠帆布制成，用于保護(hù)V帶；拉伸層和壓縮層均由橡膠制成；強(qiáng)力層又分為簾布芯結(jié)構(gòu)(圖7-4(a))和繩芯結(jié)構(gòu)(圖7-4(b))兩種。其中簾布芯結(jié)構(gòu)的V帶，制造方便、抗拉強(qiáng)度好；而繩芯結(jié)構(gòu)的V帶，柔韌性好、抗彎強(qiáng)度高，適用于帶輪直徑小、轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。窄V帶(圖7-4(c))是采用滌綸等合成纖維做強(qiáng)力層的新型V帶。與普通V帶相比，當(dāng)高度h相同時(shí)，窄V帶的頂寬b約可縮小1／3，它的頂部呈弓形，側(cè)面(工作面)呈內(nèi)凹曲線形，承載能力顯著地高于普通V帶，適用于傳遞大功率且要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。圖7-4V帶的結(jié)構(gòu)7.2.2普通V帶型號(hào)和基本尺寸表7-2普通V帶截面基本尺寸表7-3普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列及長(zhǎng)度系數(shù)表7-3普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列及長(zhǎng)度系數(shù)7.3.4打滑現(xiàn)象帶傳動(dòng)是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定時(shí)，當(dāng)傳遞的有效圓周力F超過(guò)帶與輪面間的極限摩擦力時(shí)，帶就會(huì)在帶輪輪面上發(fā)生明顯的全面滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為打滑。當(dāng)傳動(dòng)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，雖然主動(dòng)帶輪仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但從動(dòng)帶輪及傳動(dòng)帶有較大的速度損失，使帶傳動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至完全不動(dòng)。由于大帶輪上的包角大于小帶輪的包角，由式（7-7）可知，打滑總是在小帶輪上首先開(kāi)始的。打滑是一種有害現(xiàn)象，它將使傳動(dòng)失效并加劇帶的磨損。因此，在正常工作時(shí)，應(yīng)避免打滑現(xiàn)象。7.3.5帶的疲勞破壞帶在工作時(shí)的應(yīng)力隨著帶的運(yùn)轉(zhuǎn)而變化，是交變應(yīng)力。轉(zhuǎn)速越高、帶越短，單位時(shí)間內(nèi)帶繞過(guò)帶輪的次數(shù)越多，帶的應(yīng)力變化就越頻繁。長(zhǎng)時(shí)期工作，傳動(dòng)帶在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下會(huì)產(chǎn)生脫層、撕裂，最后導(dǎo)致疲勞斷裂，從而使傳動(dòng)失效。7.4V帶傳動(dòng)選用計(jì)算7.4.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和單根V帶額定功率1.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則由于帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，使V帶具有一定的疲勞強(qiáng)度。7.5V帶輪材料和結(jié)構(gòu)帶輪通常由三部分組成：輪緣(用以安裝傳動(dòng)帶)、輪轂(與軸聯(lián)接)、輪輻或腹板(聯(lián)接輪緣和輪轂)。對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面要仔細(xì)加工，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡。對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小。帶輪的常用材料是鑄鐵，如HT150、HT200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)可用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成；小功率時(shí)可用鑄鋁或非金屬。表7-9普通V帶輪的輪槽尺寸7.6帶傳動(dòng)的張緊

1.定期張緊裝置定期張緊裝置是利用定期改變中心距的方法來(lái)調(diào)節(jié)傳動(dòng)帶的初拉力，使其重新張緊。在水平或傾斜不大的傳動(dòng)中，可采用如圖7-12(a)所示滑道式結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)裝在機(jī)座的滑道上，旋動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘推動(dòng)電動(dòng)機(jī)，調(diào)節(jié)中心距以控制初拉力，然后固定。在垂直或接近垂直的傳動(dòng)中，可以采用如圖7-12(b)所示的擺架式結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)固定在搖擺架上，用旋動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘上的螺母來(lái)調(diào)節(jié)。圖7-12張緊裝置

2.自動(dòng)張緊裝置圖7-12(c)所示是一種能隨外載荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力大小的裝置。它將裝有帶輪的電機(jī)放在擺動(dòng)架上，當(dāng)帶輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1時(shí)，在電機(jī)座上產(chǎn)生反力矩TR，使電機(jī)軸O繞搖擺架軸O1向外擺動(dòng)。工作中傳遞的圓周力愈大，反力矩TR愈大；電機(jī)軸向外擺動(dòng)角度愈大，張緊力愈大。

3.張緊輪張緊裝置采用張緊輪進(jìn)行張緊，一般用于中心距不可調(diào)的情況。因置于緊邊需要的張緊力大，且張緊輪也容易跳動(dòng)，通常張緊輪置于帶的松邊。圖7-12(d)所示為用張緊輪進(jìn)行張緊的機(jī)構(gòu)。張緊輪壓在松邊的內(nèi)側(cè)，張緊輪應(yīng)盡量靠近大帶輪，以免小帶輪上包角減小過(guò)多。圖7-12(e)所示是張緊輪壓在松邊的外側(cè)，它使帶承受反向彎曲，會(huì)使壽命降低。這種裝置常用于需要增大包角或空間受限制的傳動(dòng)中。7.7同步帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介同步帶傳動(dòng)是通過(guò)帶齒與輪齒的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，如圖7-13所示。與摩擦型帶傳動(dòng)相比，同步帶傳動(dòng)兼有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的一些特點(diǎn)。具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長(zhǎng)、中心距允許范圍大、軸上壓力小、能承受一定沖擊、不需潤(rùn)滑、較其他類型帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)的速度最大可到80m/s，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)10，傳動(dòng)效率可達(dá)0.98～0.99，傳動(dòng)功率可到幾百千瓦?，F(xiàn)已廣泛用于各種精密儀器、計(jì)算機(jī)、汽車、數(shù)控機(jī)床、石油機(jī)械等機(jī)械傳動(dòng)中。圖7-13同步帶傳動(dòng)7.8鏈傳動(dòng)概述圖7-15滾子鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng)為具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，與帶傳動(dòng)相比較，其主要特點(diǎn)是：（1）能獲得準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，但瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定。在工況相同時(shí)，鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，傳動(dòng)效率較高。（2）鏈傳動(dòng)所需張緊力小，故鏈條對(duì)軸的壓力較小。（3）可在高溫、油污、潮濕等環(huán)境惡劣情況下工作。（4）中心距較大而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)制造與安裝精度要求較低。（5）傳動(dòng)平穩(wěn)性差，有噪音，磨損后易發(fā)生跳齒和脫鏈，急速反向轉(zhuǎn)動(dòng)的性能差。鏈傳動(dòng)主要用于平均傳動(dòng)比要求準(zhǔn)確，且兩軸相距較遠(yuǎn)，工作條件惡劣，不宜采用帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。通常傳遞功率P≤100kW，傳動(dòng)比i≤8，鏈速v≤15m/s，效率約為0.95～0.98。7.8.2滾子鏈及其鏈輪1.滾子鏈的結(jié)構(gòu)和規(guī)格圖7-17套筒滾子鏈圖7-18滾子鏈接頭鏈節(jié)鏈條上相鄰銷軸的中心距稱為節(jié)距，以p表示，它是鏈傳動(dòng)最重要的參數(shù)。滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化，分為A、B兩個(gè)系列，常用的A系列滾子鏈的主要參數(shù)和尺寸見(jiàn)表7-10（表中的鏈號(hào)數(shù)乘以1.5875即為節(jié)距p值）。后綴A、B為系列代號(hào)。從表中可知鏈號(hào)數(shù)越大，鏈的尺寸就越大，其承載能力也就越高。表7-10A系列滾子鏈基本參數(shù)和尺寸

2.鏈輪的材料和結(jié)構(gòu)鏈條元件材料為經(jīng)過(guò)熱處理的碳素鋼或合金鋼。鏈輪材料應(yīng)能保證輪齒具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。由于小鏈輪的嚙合次數(shù)較大鏈輪的多，磨損和沖擊也較嚴(yán)重，因此小鏈輪的材料應(yīng)較好，齒面硬度應(yīng)較高。鏈輪常用的材料有碳素鋼(20、35、45)，鑄鐵(HT200)和鑄鋼(ZG310-570)，重要場(chǎng)合可采用合金鋼(20Cr、40Cr、35SiMn等)。7.10滾子鏈傳動(dòng)的失效形式及張緊7.10.1鏈傳動(dòng)的主要失效形式鏈輪和鏈條相比，鏈輪的強(qiáng)度高，使用壽命較長(zhǎng)，所以鏈傳動(dòng)的失效，主要是鏈條的失效，其主要失效形式是：(1)鏈條疲勞破壞。鏈條各元件在變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)，鏈板發(fā)生疲勞斷裂，滾子、套筒表面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕和疲勞裂紋。在正常潤(rùn)滑條件下，鏈板的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。(2)鏈條鉸鏈的磨損。鉸鏈磨損會(huì)使鏈節(jié)距增大而產(chǎn)生跳齒和脫鏈。該失效形式一般發(fā)生在開(kāi)式或潤(rùn)滑不良的鏈傳動(dòng)中。(3)鏈條鉸鏈膠合。在潤(rùn)滑不當(dāng)或鏈輪轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，鏈條鉸鏈的銷軸和套筒的工作表面會(huì)因潤(rùn)滑油膜破壞，在高溫、高壓下直接接觸導(dǎo)致兩表面粘結(jié)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘結(jié)部位撕開(kāi)，形成表面撕開(kāi)而損壞，稱為膠合。因而要限制鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)速。7.10.5鏈傳動(dòng)的布置、張緊與維護(hù) 1.鏈傳動(dòng)的布置表7-16鏈傳動(dòng)的布置續(xù)表2.鏈傳動(dòng)的張緊圖7-27鏈傳動(dòng)的壓輪張緊圖7-28鏈傳動(dòng)的壓板和托板張緊

3.鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑對(duì)鏈傳動(dòng)影響很