第七章摩擦轮传动和带传动.

第七章摩擦轮传动和带传动第一节概述第二节摩擦轮传动第三节摩擦无级变速器第四节带传动第五节同步带传动第六节其他带传动简介本章要求了解摩擦轮传动的工作原理、特点、传动比的计算以及无级变速器的应用；掌握带传动的工作原理以及齿形带传动的设计计算方法。重点：带传动的工作原理以及带传动的设计计算。第一节概述摩擦轮传动和绝大多数的带传动，都是借助于摩擦力来传递运动和转矩。不同之处：摩擦轮传动是直接接触，而带传动是靠中间挠性件——传动带进行传动。一、摩擦轮传动和带传动的应用圆柱摩擦轮传动摩擦轮传动和带传动，除可用作定传动比传动外，尚可用作变传动比传动。由于它们易于实现无级变速，因此，在精密机械中，常用来制成摩擦无级变速器。①传动零件的结构简单，易于制造；②传动平稳，工作时噪声很小；③用作变速传动时，传动比调节简便；④过载时，传动件间产生相对滑动，可防止其它零件不致因过载而损坏。二、摩擦轮传动和带传动的特点1、优点①不能保持恒定的传动比，传动精度低；②不宜传递较大的转矩，此时压紧力必须很大，致使传动的外廓尺寸增大，结构不紧凑；③传动件工作表面磨损较快，寿命低；④传动效率较低。2、缺点同步带传动——靠带与带轮上轮齿的啮合来传动的。同步带传动兼有摩擦传动和啮合传动的某些优点，应用广泛。主要用在对传动比要求比较准确的小型精密机械与仪器中，例如电影机械、电子计算机的外围设备、医疗器械、复印机和各种精密测试设备等。第二节摩擦轮传动摩擦轮传动是利用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。最简单的摩擦轮传动装置是由两个摩擦轮组成。一、传动的工作原理一个摩擦轮的轴心可以移动，当在此轮上加一推力后，则两轮接触面间将产生法向力Fn，因此，当主动轮1回转时，由法向力产生的摩擦力将带动从动轮回转。在接触面间的摩擦力为fFn，应大于或等于带动从动轮2回转所需的工作圆周力Ft。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）。传递转矩时，在该接触面上将产生摩擦力。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。在摩擦力的作用下，主动轮上的表层金属在通过接触区的过程中由压缩逐渐变为伸长，而从动轮上对应的表层金属，则由伸长逐渐变为压缩。所以两轮接触面间就产生了相对滑动，这种由于材料弹性变形而产生的滑动，称为弹性滑动。由于弹性滑动的影响，在实际传动中，从动轮的圆周速度将小于主动轮的圆周速度，其速度损失率（滑动率）为：在传动正常工作时，对于不同的摩擦轮材料，ε值约为：钢-钢0.2％，铸铁-铸铁0.2％，夹布胶木-钢1％，橡胶-钢3％。121vv设D1、D2分别为主动轮和从动轮的直径，n1、n2分别为主动轮和从动轮的实际转速，摩擦轮传动的实际传动比：1221122211211100060100060DDvDvDDvDvnniDvn100060在圆锥摩擦轮传动中，主动轮与从动轮轴间的夹角为δ1+δ2，可以为任意值，但是在绝大多数情况下δ1+δ2=90°圆锥摩擦轮传动传动比：设T1为主动轮上的转矩，当传动正常工作时，在接触面上的诸微小摩擦力之和应等于或大于从动轮上为克服阻力矩T2所需的工作圆周力Ft。T1T2当圆周力Ft增大并大于最大的摩擦力fFn时，主动轮将带不动从动轮转动，从而使主动轮在从动轮表面上产生全面滑动，即在整个接触区上产生了相对滑动，这种现象称为打滑。在摩擦轮传动中，由于弹性滑动的存在，将引起速度的损失，并导致了传动精度和传动效率的降低。实践证明：摩擦轮材料的弹性模量越低，这种现象就越严重。因此，弹性滑动可通过选用高弹性模量材料作轮面的方法予以减轻，但不能完全根除。而摩擦轮传动中的打滑现象，只要使用正确，是完全可以避免的。出现打滑时，摩擦轮传动便不能正常工作。经常发生打滑，摩擦轮表面还将产生严重磨损，传动寿命降低，因此摩擦轮传动在正常工作时是不允许发生打滑现象的。摩擦轮传动在传递功率、传动比、速度和轴间中心距离等方面，都有很大的适用范围。传递功率可自很小到220kW，但多数不超过18kW。在传递功率的摩擦轮传动中，传动比一般可到7（有时可到10）；在手动仪器中，传动比可高达25，多用作微动装置。二、法向力的计算为了使传动能正常工作，两摩擦轮轮面之间必须有足够的法向力Fn，Fn可根据传递的名义载荷（圆周力）Ft求出。但由于载荷的不平稳性和为了保证传动的可靠性，引入一载荷系数K。以KFt代替Ft。法向力：1、圆柱摩擦轮传动fKFFtn由Ft=1000P/vK——载荷系数。对于功率传动，K=1.2～1.5；对于示数传动，K=3.0。若取K=1.35和f=0.2，Fn≈7Ft，即圆柱摩擦轮传动所需的法向力约7倍于圆周力Ft，这种传动所传递的功率不宜过大。若采用摩擦系数大的轮面材料，则法向力可以减小。两轴相互垂直的圆锥摩擦轮传动，两轮接触面间所需的法向力Fn亦可用上述公式计算，但其中D1为主动轮的平均直径Dm1。2、圆锥摩擦轮传动三、作用在轴上的载荷在摩擦轮传动中，进行轴和支承的计算时，要确定作用在轴上的圆周力Ft和接触面间的法向力Fn的大小和方向。圆柱摩擦轮传动，作用在轴上的径向力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。fKFFFtnr圆锥摩擦轮传动，法向力Fn可以分解为径向力Fr和轴向力Fa。1221ararFFFF圆锥摩擦轮传动中作用在轴上的载荷有圆周力，径向力和轴向力。轴向力的方向则永远背向锥顶(小端指向大端）。21ttFF四、摩擦轮材料对制造摩擦轮的材制提出了下列要求：1）弹性模量要大，以减小弹性滑动和滚动摩擦损失。2）摩擦系数要大，以便在传递同样大的圆周力情况下，可减小两轮间的法向压力。3）表面接触强度和耐磨性要好，以保证传动所需的寿命。4）在干摩擦条件下，吸湿性要小。在高速、高效率和要求尺寸紧凑的传动中，常采用淬火钢对淬火钢，或淬火钢对表面硬化铸铁相配的轮面材料。采用这种材料时，为使接触良好和减小磨损，要求摩擦轮有较高的制造精度和较小的表面粗糙度值。为了提高传动的寿命，通常将其浸泡在油中工作，但这时摩擦系数较低，轮面间需要较大的法向压力。铸铁对铸铁相配的材料，多用在摩擦轮尺寸不受限制，转速较低，并常在开式传动和干摩擦状态下工作。为了提高传动的工作能力，铸铁表面可用急冷或表面淬火的方法进行硬化处理。钢或铸铁对布质酚醛层压板、橡胶、压制石棉或其它工程塑料的相配材料，具有较大的摩擦系数，对零件的制造精度和表面粗糙度要求不高，但强度较低，常用于干摩擦下的小功率传动和仪器中。为使磨损均匀，一般来说，轮面较软的摩擦轮最好用作主动轮，否则打滑时，将使从动轮轮面遭受局部磨损，影响传动质量。第三节摩擦无级变速器无级变速装置通称为无级变速器。现代的无级变速器有机械的、电动的和液压的。多数的机械无级变速器利用了摩擦传动的原理。摩擦无级变速器具有结构简单、紧凑和转动惯量小等特点。无级变速器主要应用于下列场合：1）为适应工艺参数多变或连续变化的要求，运转中需经常连续地改变速度，如切削不同直径的棒料，线、纸、布的卷绕等。2）探求最佳工作速度，如试验设备，自动线的试调等。3）某些仪器和设备中的计算装置和测试装置。4）缓速起动。摩擦无级变速器的主要类型摩擦无级变速器通常由传动机构1、2；加压装置3、1和调速机构4、5组成。滚轮式盘形变速器（相互垂直的两轴之间的无级变速）不考虑两轮之间的滑动时，主动轮D1由D2min移到D2max位置，则其传动比:第四节带传动固联于主动轴上的带轮1(主动轮)；固联于从动轴上的带轮3(从动轮)；紧套在两轮上的传动带2。1．带传动的组成由于环形带张紧在带轮上，带中产生初拉力F0，带与带轮在接触处产生正压力，当主动轮在驱动力矩作用下转动时，轮与带轮之间产生摩擦力，并带动带运动，同样带又带动从动带轮克服工作阻力而转动，这样就可把主动轮的运动和动力传到从动轴上。一、带传动的类型2．带传动的特点但摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。带传动是一种常用的、成本较低的动力传动装置。带传动具有传动平稳、噪声低、清洁（无需润滑）的特点，具有缓冲减振和过载保护作用，并且维修方便。与链传动和齿轮传动相比，带传动的强度较低、疲劳寿命较短。然而，对于传动带强力层材料的改善，如采用钢丝、尼龙、聚酯纤维等，带传动也可用于某些只有链传动或齿轮传动才适合的动力传输。带传动是工业广泛使用的一种传动零件，仅次齿轮传动。传动带平带Ｖ带多楔带同步带普通平带片基平带普通Ｖ带窄Ｖ带齿形Ｖ带宽Ｖ带3．带传动的类型平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。在一般机械传动中，应用最广的带传动是Ｖ带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小。工作面是与轮面相接触的内表面,结构简单，易制造。平带的带体薄、软、轻，具有良好的耐弯曲性能，适用于小直径带轮传动。高速运行时，带体容易散热，传动平稳。过去多采用丝、麻、合成纤维等编织物用耐磨胶粘合而成。近年来，普遍采用以尼龙薄片为强力层的片基复合胶带，可用于高平带用于高速传动时，平带应制成无接头环形平带。带轮的轮缘表面应有中凸度，可使高速传动平带在运转时自动保持在带轮中部，以防滑移脱落。对一般用途的普通平带传动，带体可按传动中心距的要求临时对接成环形带。平带特点：普通V带是在一般机械传动中应用最为广泛的一种传动带，其传动功率大，结构简单，价格便宜。由于带与带轮间是V形槽面摩擦，靠两侧面产生的摩擦力工作,工作面是与轮槽相接触的两侧面,可产生比平型带更大的摩擦力（约为３倍），故具有较大的拉曳能力。在一般机械传动中，应用最广的带传动是Ｖ带传动。普通V带特点：特点：齿形Ｖ带，工作时是靠侧面实现摩擦传动，其截面形状与一般Ｖ带的截面形状相同。所增加的齿形是为了提高带的纵向柔度，使其可在较小的带轮上工作，并不至降低带的横向刚度。当齿形Ｖ带用于普通场合时，遵循普通Ｖ带的标准；当用于汽车传动时，遵循汽车V带的标准。齿形V带的齿高约为带总高的三分之一，其齿的形状暂无标准规定，具体由用户与生产厂家协商。齿形Ｖ带齿形V带结构多楔带兼有Ｖ带和平带二者的优点，既有平带的柔软、韧性好的特长，又有Ｖ带结构紧凑、高效率的优点。因此应用广泛，其主要特点有：１、带体为整体，传动时长短不一现象可消除，充分发挥了胶带的作用；２、空间相同时,多楔带比普通V带的传动功率提高30％；３、带体薄，柔软性好，能适应于小带轮传动；４、适用于高速传动，带速可高达40m／s，发热少，运转平稳。多楔带特点：多楔带传动（北京切诺基轿车发动机）同步带传动综合了带传动、链传动和齿轮传动的优点。由于带的工作面呈齿形，与带轮的齿槽作啮合传动，并由带的抗拉层承受负载，故带与带轮之间没有相对滑动，从而使主、从动轮间能作无滑差的同步传动。同步带现已在各种仪器、计算机、汽车、工业缝纫机、纺织机和其它通用机械中得到广泛应用。同步带特点：同步带传动（桑塔纳轿车发动机）二、V带和带轮1.V带V带由强力层（抗拉体）1、填充物2和外包层3组成。强力层的结构分为帘布芯v带和绳芯v带两种。帘布芯v带,制造较方便。绳芯v带柔韧性好，抗弯强度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。楔角为40°，相对高度约（h/bp）为0.7的V带称为普通V带。普通V带是标准件，属无接头的环形带。有Y，Z，A，B，C，D，E七种型号。截面尺寸见表7-2Ｖ带采用基准宽度制，即用带的基准线的位置和基准宽度来确定带在轮槽中的位置和轮槽的尺寸。bp为基准宽度Ｖ带受到垂直于其底面的弯曲时，顶胶伸长而变窄，底胶缩短而变宽，带中长度及宽度尺寸与自由状态时相比保持不变的那个面(类似于梁的中性层)称为带的节面（基准面）,节面的宽度称为节宽（