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1、第七章 摩擦轮传动和带传动第一节概述一、主要优点:传动零件的结构简单传动平稳传动比调节简便过载时,传动件间产生相对滑动二、主要缺点:不能保持恒定的传动比,精度低不宜传递较大的转矩传动件工作表面磨损较快,寿命低传动效率较低第二节摩擦轮传动一、传动的工作原理(图71) : 主动轮与从动轮在直接接触处所产生的摩擦力来传递运动和转矩。 fFnFt 式中: fFn摩擦力为 Ft圆周力 两摩擦轮受压后,在接触处因材料的弹性变形而压出一小平面(称为接触区)。摩擦力的方向在从动轮上应与从动轮的线速度方向相同;在主动轮上应与主动轮的线速度方向相反。 二、摩擦轮在接触面滑动的形式: 1、弹性滑动(图72) 2、打
2、滑 3、滑动率(其速度损失率) 实际传动中,从动轮的圆周速度v2小于主动轮的圆周速度v1,滑动率为v1-v2= -100% v1 4、传动比n1D2i= - = -n2(1-)D1传动比一般可到7(有时可到10);手动仪器中,传动比可高达25,多用作微动装置(图74) 三、圆锥摩擦轮(图73) 1、用于两相交轴传动 2、主、从动轮轴间夹角 =1+2 常1+2=90,故该传动的传动比 n1D2sin2 i= - = - = - n2 (1-)D1sin1(1-) 式中1、2主动、从动摩擦轮的半锥顶角四、法向力的计算1、圆柱摩擦轮传动 K1000PK1000X60X1000PFn= - - = -
3、 -fv fD1n1式中P传递的功率; D1主动轮直径; n1主动轮转速; f摩擦系数,见表71; K载荷系数。对于功率传动,K121.5;对于示数传动,K3.0。2、圆锥摩擦轮传动(两轴相互垂直的圆锥摩擦轮传动图73) 两轮接触面间所需的法向力Fn计算,其中D1应为主动轮的平均直径Dm1。五、作用在轴上的载荷 1、圆柱摩擦轮传动 作用在轴上的载荷如图75a所示,其中径向力Fr等于法向力Fn,其方向永远指向轮心;圆周力Ft在主动轮上与回转方向相反,在从动轮上与回转方向相同 2、圆锥摩擦轮传动(图75b) 法向力Fn可以分解为径向力Fr和轴向力Fa 。故圆锥摩擦轮传动中作用在轴上的载荷有圆周力F
4、t,径向力Fr和轴向力Fa。六、摩擦轮材料要求:1、弹性模量要大2、摩擦系数要大3、表面接触强度和耐磨性要好4、在干摩擦条件下,吸湿性要小第三节第三节摩擦无级变速器摩擦无级变速器(图76)1、无级变速器应用的场合:(1)运转中需经常连续地改变速度 (2)探求最佳工作速度 (3)某些仪器设备中的计算装置和测试装置 ( 4)缓速起动 2、无级调速组成: (图7-7)(1)传动机构(2)加压装置(3)调速机构3变速范围 第四节带传动第四节带传动 一、带传动的类型和张紧装置一、带传动的类型和张紧装置 1、分类: (图78)(1)平带传动(2)V带传动(3)圆带传动(4)多楔带传动2、带传动张紧方法 :
5、(1)调节螺钉2使装有带轮的电动机沿滑轨1移动(图7-9a)(2)螺杆及调节螺母使电动机绕小轴1摆动(图7-9b)(3)采用具有张紧轮的传动(图79C) 二、V带和带轮 (一)V带 1、组成(图710) :(1)强力层 (2)填充物 (3)外包层 按截曲尺寸的不同有七种型号(表72) 2、普通V带长度(表73)基准宽度制(另一种是有效宽度制V带的节面:V带上规定的一个面基准宽度制:以基准线的位置和宽度来定义的为度)带轮轮槽的基准宽度:位置与所配用V带节面处于同一位置带轮的基准直径:带轮在基准宽度处的直径基准长度:基准宽度所在剖面长度为基准长度(在规定的张紧力下)(二)带轮结构(图711、表7-
6、4)1、实心式 2、辐板式 3、孔板式 三、带传动的几何关系(图7-12) :1、带轮直径D1和D2 2、中心距a 3、带长度L 4、包角 近似几何关系为:四、带传动的受力分析 1、紧边拉力 : 绕进主动轮的一边,拉力由F0增到F1,称为紧边拉力 2、松边拉力 : 另一边带的拉力由F0减为F2,称为松边拉力 3、有效拉力 : 紧边拉力与松边拉力之差为: Ft即为带传动所能传递的有效圆周力,称为有效拉力 4、有效圆周力Ft、带速v、和传递功率P之间的关系为: 松、紧两边拉力的变化关系为: 所以 可得 5、欧拉公式:开始打滑时,F1 和F2的关系式中 自然对数的底27183; 包角(rad),通常
7、取小带轮的包角。 当量摩擦系数;对于平带 ;对于 V带 6、带传动的张紧力为F0时所能传递的最大有效圆周力: 避免打滑的条件为:有足够的fv、值和F0值 五、带传动的应力分析(一)由紧边和松边拉力所产生的应力(二)由离心力产生的应力(三)带在带轮上弯曲产生的应力(一)由紧迫和松边拉力产生的应力: 紧边和松边拉力产生的应力分别为: 式中A带的横截面积。(二)由离心力产生的应力: 离心力产生的应力为 式中q每米带长的质量 v带速当带在工作中沿带轮作圆周运动时,将产生离心力该离心力虽只发生在带作圆周运动的部分,(三)带在带轮上弯曲产生的弯曲应力 (图714) 1、假定带是弹性体,带的最外层应力b为
8、式中 带材料的弹性模量; 由中性层到最外层的距离; 中性层的曲率半径; 带的厚度; 轮的直径,2、带所受总应力(图715) 带中的应力为变应力,其最大应力为 此最大应力发生在带紧边进人小带轮处。六、弹性滑动、打滑和滑动率 1、弹性滑动:带与轮之间因弹性产生的滑动 在带绕上从动轮时,带和带轮具有同一速度,但当带继续前进时,却不是在缩短而是被拉长,使带的速度领先于带轮,这种现象称为带的弹性滑动。2、打滑: 带与带轮之间产生全面滑动3、滑动率: (图7-16) 传动中由于带的滑动引起的从动轮速度的降低率称为滑动率七、普通V带传动的设计与计算1、已知的数据和条件: 传动的用途和工作情况;传递的功率;主
9、从动轮的转速或传动比;原动机类型;传动空间尺寸的限制。2、需要确定的是 :带的型号;带轮的直径;带的长度;传动中心距;带的根数;作用在 轴上的载荷;带轮的结构等。(一)选择V带的型号 根据计算功率Pd和小带轮转速n,由图717选取 式中P传递的名义功率; Pd计算功率; Ka为工作情况系数,按表75选取。 (二)确定带轮直径D1、D2:最小带轮基准直径D1表76带轮直径愈小,带在带轮上的弯曲程度愈大,带中的弯曲应力也就愈大,致使带的寿命降低。(三)验算带速: 带速一般限制在5-25m/s范围内带速过高将产生较大的离心力;当传递功率一定,带速过低将引起力的增大,使得带的根数增多。(四)确定带的基
10、准长度: 传动中心距a最大值受安装空间的限制,而最小值则受最小包角的限制。 若中心距没有限定时,可按下式初定中心距: (五)确定实际中心距: 因选取的 Ld可能大于或小于 L,所以应将初定的中心距 a0加以修正。 为了简化计算,a值可近似按下式确定 : (六)验算小带轮包角1普通V带传动中,通常应使1 120,特殊情况下允许1 90。*原因如1过小,带容易在带轮上打滑*采取措施1 较小,应增大 a 或采用张紧轮 (七)计算V带的根数:式中 P0il、特定基准长度、平稳工作情况下单根V带的基本额定功率(kW),见表78; K包角修正系数,考虑 180o时对传动能力的影响,见表 79; KL带长修
11、正系数,考虑到带长不为特定基准长度时对寿命的影响,见表73; P0i1时,单根V带额定功率的增量 ,见表7-10 (八)计算作用在轴上的载荷(图718) : 不考虑带两边的拉力差,则作用在轴上的载荷Fz可近似地由下式确定: 式中F0 单根V带的张紧力 F0可利用下式确定式中Pd计算功率(kw); ZV带的根数;v为带速(m/s); K包角修正系数; qV带单位长度质量(kg/m),见表 711(九)确定带轮的结构尺寸: 在满足D1Dmin的前提下,若选取较小的D1 值,可以减小重量和传动的外廓尺寸,但弯曲应力的增大会影响带的疲劳寿命。 为了得到合理的设计方案,必要时可取多组数据进行试算,根据设
12、计要求从中选择最合理的尺寸参数。 例题7- 1设计某传动装置中的V带传动。传递功率P=7.5kw,电动机为Y系冽三相异步电动机,电动机转速(主动轮转速) n1 1440 r /min,从动轮转速 n2720rmin,载荷变动较小,两带轮中心距大约为850mm,希望大带轮直径不超过280mm,每日工作不超过16h。 解:1)选择V带型号根据题意,考虑到载荷变动较小,由表75查得Ka12。则 Pd=P Ka=7.5w X 1.2=9 kW 根据 Pd=9kW和n1=1440r/min, 由图 717确定选取 A型普通 V带。 2)确定带轮直径D1、D2: 由图717可知,A型V带推荐小带轮直径 D
13、1112140mm 考虑到带速不宜过低,否则带的根数将要增多,对传动不利。因此确定小带轮直径D1140mm。 大带轮直径:由表7-7,取D0=280mm。3)验算带速 4)确定带的基准长度根据题意, 初定中心距a=850mm,带的 长度L为: 5)确定实际中心距a 6)验算小带轮包角a1 7)计算V带的根数 8)计算作用在轴上的载荷FZ第五节 同步带传动一、同步带传动的特点和应用1、特点: 承受负荷后仍能保持同步带的节距不变,带与带轮之间无相对滑动,主动轮和从动轮能作同步传动。 2、结构:1)强力层2)带齿3)带背(图7-20)3、参数:1)节距 : 在规定的张紧力下,同步带纵向截面上相邻两齿
14、中心轴线间节线上的距离。2)节线 (图7-21) : 同步带垂直其底边弯曲时在带中保持原长度不变的周线,通常位于承载层的中线上。4、型式:1)梯形齿同步带:单面同步带 (简称单面带)双面同步带 (简称双面带)2)同步带按节距不同分为(表7-12,表7-13) :最轻型MML、超轻型XXL、特轻型XL、轻型L重型H、特重型XH、超重型XXH二、带轮:1、型式:渐开线齿形直边齿形 一般要求同步带与带轮的同时啮合齿数Zm6。最少齿数:各种型号带的许用最少齿数见表714。 2、材料:钢、铸铁、轻载场合可用轻合金或塑料、对于成批生产的采用粉末冶金材料。三、同步带传动的设计计算:1、已知条件:传动的用途、
15、传递的功率、大小带轮的转速或传动比、以及传动系统的空间尺寸范围。2、设计确定的是:同步带的型号、带的长度及齿数、中心距、带轮节圆直径及齿数、带宽及带轮的结构和尺寸。(一)选择同步带的型号 根据计算功率Pd和小带轮转速n1,利用图722选取同步带的型号。根据所选型号由表7-12查得对应的节距Pb。 Pd=PK 式中P传递的名义功率; Pd计算功率; K工作情况系数,按表715选取(二)确定带轮齿数和节圆直径 根据带型和小带轮转速,由表714确定小带轮的齿数Z1。Z1(1.01.3)Zmin 节圆直径Dp1、Dp2(三)确定同步带的长度和齿数(四)确定实际中心距(五)计算小带轮啮合齿数 小带轮与同
16、步带的啮合齿数Zm:(六)选择带宽式中bS0基准宽度,见表712 Pd计算功率; ks啃合齿数系数, P同步带基准宽度bS0所能传递的功率。可由下式求得式中:Fa基准宽度bS0同步带的许用工作拉力,见表716; q基准宽度bS0同步带的质量,见表7-16。 (七)计算作用在轴上的载荷 利用下式计算 1000Pd Fz=- v式中:Fz作用在轴上的载荷; Pd计算功率; v 带速,v Dp1n1/(60X1000)第六节其它带传动简介一、齿孔带传动(图7-23)1、适用场合:重量轻、传动转矩小、传动精度较高2、类型:渐开线圆弧3、材料:硬铝、超硬铝、优质碳素结构钢和碳素工具钢、塑料。 二、拖动式带传动(图7-24) :1、特点:传动比准确、传动精度高实现变传动比传动改变运动的形式结构简单,制造方便主、从动件的回转范围受到限制,一般不超过3602、材料:1)精密传动碳素工具钢、弹簧钢轧制的薄带或细丝2)特殊用途的传动铍青铜、磷青铜带3)精度要求低的传动可采用丝棉线、锦纶丝制的薄带或绳。4)主、从动轮的材料优质碳素结构钢、铝合金、黄铜、塑料。