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5、摩擦轮传动和带传动


第5讲
学习目标及考纲要求

摩擦轮传动与带传动

1.理解摩擦轮传动与带传动的类型、工作原理及应用场合。 2.掌握带传动的主要参数的含义及带传动传动比的计算。 3.熟悉三角带的型号,了解其选用方法。 4.理解带传动的安装、调整及维护方法。

知识梳理
一、摩擦轮传动的原理 1.摩擦轮传动:利用两轮直接接触所产生摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。 2.传动条件和打滑条件 传动条件:摩擦力矩﹥阻力矩

打滑条件: 摩擦力矩﹤阻力矩。 打滑时传动不正常的是从动轮, 打滑是可以避免的。 3.增大摩擦力途径(见表 1-5-1) 表 1-5-1 措 施 具 体 方 法 增大正压力 增大摩擦因数 安装弹簧或其他施力装置(只能适当加) 。 一轮用钢或铸铁, 另一轮工作表面粘上一层石棉、 皮革、 塑料、 橡胶等。 轮 面较软的作主动轮。

4.摩擦轮传动主要参数(见表 1-5-2) 表 1-5-2 参 数 传动比
i?

计 算 公 式
n1 D 2 ? n 2 D1





摩擦轮传动的传动比指主动轮转速与从动轮转速 之比,也等于它们直径的反比。 传动时如果两摩擦轮在接触处没有相对滑移,则 两轮在该点的线速度相等,注意公式的单位。 两轮中心的距离,注意是外接还是内接摩擦轮传 动。

速度

v?

n? D 1000 ? 60

中心距

d1 ? d 2 2 d 2 - d1 内接式:a ? 2 外接式:a ?

1

二、摩擦轮传动的特点 1.结构简单,使用维修方便,适用于近距离传动。 2.传动时噪声小,可在运转中变速、变向。 3.过载时,两轮接触处会打滑,因而可防止薄弱零件的损坏,起安全保护作用。 4.在两轮接触处有打滑现象,所以不能保持准确的传动比。 5.传动效率低,不宜传递较大的转矩,适用于高速、小功率传动。 三、摩擦轮传动类型 外接圆柱式 平行轴摩擦轮传动 内接圆柱式 外接圆锥式 相交轴摩擦轮传动 内接圆锥式 圆柱平盘式 四、带传动类型和工作原理 1.带传动的类型(见表 1-5-3) 表 1-5-3 类 型 名 称 图 形

平带传动 摩擦 传动 V 带传动

圆带传动 啮合传动 同步带传动

2.带传动的工作原理 带传动是利用带作为中间挠性件, 依靠带与带轮之间的摩擦力或啮合来传递运动和 (或) 动力的。 3.打滑和弹性滑动 带传动打滑一般出现在小带轮上, 可以避免的; 带弹性伸长及拉力差引起的相对滑动称 为弹性滑动,不可以避免。

2

五、带传动的主要参数(见表 1-5-4) 表 1-5-4 名称 参 数 传动比 速度 平带 包角(开 口式) 带长(开 口式) 传动比 速度 V带 包角 带基准 长度
i?
v?

计 算 公 式
n1 D 2 ? n 2 D1
n? D 1000 ? 60

备 传动比 i≤5。 单位 m/s



α1≈180°-

D 2 ? D1 ×60° a

包角越大,摩擦力越大,要求 α ≥150° 。 平带带长是指带的内周长度。

( D 2 ? D1) 2 L= 2a ? ( D2 ? D1 ) ? 2 4a
i= n1 ? d d 2
n2 d d1

?

V 带传动比一般 i≤7。 一 般 带 速 控 制 在 5m/s ≤ v ≤ 25m/s 之间。 V 带传动应使小带轮包角 α1≥ 120°。 计算初定基准长度 Ld0 后,按带 基准长度系列进行圆整取相近 的基准长度 Ld。

v= ?d d 1 n1 ? ?d d 2 n2
60 ? 1000

60 ? 1000

α1=180° ? d d 2 ? d d 1 ? 57.3? a
2 Ld0=2a0+ ? (d d 1 ? d d 2 ) ? (d d 2 ? d d 1 ) 2 4a0

六、带传动的特点 1.结构简单,使用维修方便,适用于中心距较大的传动。 2.能缓冲、吸振,传动平稳无噪音。 3.过载时,两轮接触处会打滑,因而可防止薄弱零件的损坏,起安全保护作用。 4.存在弹性滑动,所以不能保持准确的传动比。 5.传动效率低,外廓尺寸大。 七、平带传动 1.平带传动的形式(见表 1-5-5) 表 1-5-5 平带传动的形式 开口传动 结构特点 两轴平行,两带轮宽对称平面重合, 转向相同的带传动,在平带传动中应 用最广。 两轴平行,两带轮宽对称平面重合, 转向相反的带传动,在平带传动中应 用较广。 两带轮轴线空间交错的带传动,通常 交错角为 90°。 通过导轮实现两带轮轴线相交的带传 动。 图形

交叉传动

半交叉传动

角度传动

3

2.平带的类型 皮革平带 帆布芯平带:使用最广。

编织平带 复合平带 3.平带的接头方式

传动时冲击小,传动速度高,传递功率小。

传递功率大,冲击力及振动也大,转速不宜太高。 八、V 带传动 1.V 带的结构 V 带是一种无接头的环形带,其截面为等腰梯形,工作面是与 V 带轮相接触的两侧面。 伸张层 帘布结构:抗拉强度大,应用较广。 强力层:主要承力层 压缩层 线绳结构:柔韧性好,抗弯曲疲劳性能好,但抗拉强度低, 适用于载荷不大、带轮直径较小和转速较高的 场合。

包布层:保护层 2.V 带类型 普通 V 带已标准化,按截面尺寸由小到大分为 Y、Z、A、B、C、D、E 七种,Y 型带 截面尺寸最小,E 型带截面尺寸最大;相同条件下,截面尺寸越大,带传递功率也越大。 3.V 带轮主要参数(见表 1-5-6) 表 1-5-6 V 带轮参数 基准宽度 bd 参 数 定 义 带轮上与带节面处于同一位置的 轮槽宽度称为带轮的基准宽度。 基准宽度 bd 处的带轮直径称为 V 带的基准直径,它是 V 带轮的公 称直径。 V 带轮槽角是指带轮横截面两侧 边夹角。 备 注 大小等于带节宽(bd=bp) 。

基准直径 dd

V 带轮基准直径不能太小, 基准直径越小, 带在带轮上弯曲变形越严重,弯曲应力越 大,带的寿命越短。最小基准直径 ddmin 取决于 V 带型号。 普通 V 带楔角为 40°,轮槽角应选 38°、 36°、34°等,小带轮槽角取较小值,大 带轮槽角取较大值。

V 带轮槽角 φ

4

4.V 带轮的结构(见表 1-5-7) 表 1-5-7 V 带轮的结构 实心式 应 用 图 形 小带轮( dd=2.5d0 ~ 3d0 , dd 为 带轮直径, d0 为轴的直径) 可做 成实心式。 中等带轮(dd<300mm)可做成 腹板式。 中等带轮(dd<300mm)可做成 孔板式。 大带轮(dd>300mm)可做成轮 腹式。

腹板式

孔板式

轮腹式

5.V 带的选用(见表 1-5-8) 表 1-5-8 选用步骤 确定计算功率 Pc 选择 V 带型号 确定两带轮基准 直径 Pc=KAP 根据计算功率 Pc 及主动轮转速 n1 参照 图选择 V 带型号。 小带轮直径:dd1≥ddmin 大带轮直径:dd2=idd1 依 据 备 注

P—名义传递功率, KA—工作情况系数
Pc、n1 分别代表横、纵坐标。 小带轮直径也不能太大, 否则 带传动外廓尺寸增大。 计算后 的 dd1、dd2 均需按表所示的带 轮标准直径系列进行圆整。 1.一般带速控制在 5m/s≤v ≤25m/s 之间。 2.带速过大,V 带作圆周运 动时,离心惯性力增大,V 带 拉长,带与带轮间压力减小, 导致摩擦力减小, 有效圆周力 减小,引起打滑。带速过小, 传递相同功率时, 所需有效圆 周拉力过大,也易引起打滑。 中心距太大,外廓尺寸也越 大, 传动时还会引起 V 带发生 颤动; 中心距太小, 小带轮包 角也越小, 摩擦力减小而影响 带传动有效拉力, 此外, 中心 距小, 带单位时间内挠曲次数 增多,带的寿命降低。

验算带速 v

v=

?d d 1 n1
60 ? 1000

?

?d d 2 n2
60 ? 1000

初定中心距 a0

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)

5

选用步骤 计算带基准长度 Ld









初定基准长度 Ld0: 2 Ld0=2a0+ ? (d d 1 ? d d 2 ) ? (d d 2 ? d d 1 ) 2 4a0 a=a0+

计算初定基准长度 Ld0 后,需 按带基准长度系列进行圆整 取相近的基准长度 Ld。

计算实际中心距 a

Ld ? Ld 0 2
V 带传动小带轮 α1≥120°。

验算小带轮包角 α1 确定带的根数 z

α1=180° ? d d 2 ? d d 1 ? 57.3? a

P z≥ c [ P0 ]

[P0]=P0Kα

单根带的传递额定功率 P0 与 V 带型号、 小带轮基准直径及 小带轮转速(带速)有关。 带的标记由型号、基准长 三部分组成,示例如下

6.V 带标记 普通 V 度和标准号

7.V 带传动安装与正确使用 (1)V 带型号及基准长度选择。 选择 V 带时,型号及基准长度不能搞错。V 带顶面与带轮轮槽顶面平齐(新安装可略 高于轮槽顶面) ,可以保证 V 带两侧面与带轮槽面充分接触。 (2)V 带安装要求。 V 带安装时,要求两带轮轴线相互平行,两带轮对应 V 形槽的对称平面重合,误差不 超过 20′,带轮安装在轴上不得摇晃摆动,以免传动中 V 带发生扭曲和工作面过早磨损, 缩短带的寿命。 (3)V 带安装方法及松紧程度。 V 带安装时,将带套在小带轮上,再旋入大带轮中。带的松紧程度,不宜过松或过紧, 中等中心距情况下,以大拇指能够将带压下 15mm 左右,则张紧程度合适。 (4)V 带定期检查与调整。 发现不宜继续使用的 V 带应及时更换,更换时应一组同时更换,不能新、旧带混用。 (5)V 带的防护。 V 带传动要加防护罩。 九、带传动的张紧(见表 1-5-9)

6

表 1-5-9 张紧目的 调整中 心距法 使用 张紧 轮法 平带 传动 V带 传动 带以一定初拉力紧套在带轮上, 工作一定时间后, 带因产生永变形和 磨损而松弛,为保证带的初拉力,应采用张紧装置。 调整中心距是通过增大两带轮轴线间距离, 以增大初拉力, 实现张紧 目的,有定期张紧和自动张紧两种。 平带传动张紧轮应安放在松边外侧, 靠近小带轮处, 这样可以增大小 带轮包角,提高平带的传动能力。 V 带传动张紧轮应安放在松边内侧, 靠近大带轮处, 这样可以不使小 带轮包角减小过多。

张 紧 方 法

松边:主动轮卷出的一边;紧边:主动轮卷入的一边。

典例精析
【例 1】图 1-5-1 所示为平带传动结构简图。已知:主动轮为小带轮,直径 D1=200mm, 以 n1=1440r/min 等速转动,转向如图所示;中心距 a=1000mm,传动比 i 12 =3。分析计算后, 回答下列问题(不考虑弹性滑动) : (1)图中从动轮的转向为 。大带轮的直径 D2= mm。 (2)小带轮的包角α = ,经验算后 (满足、不满足)要求。 (3)N 点的工作速度 v= m/s,经验算后 (符合、不符合)要求。 (4)带的长度 L= mm。 (5)传动带长期使用后,张紧能力将下降。一般情况下,在 不能调整时,可 采用安装张紧轮的方法来保持传动能力。此时,应将张紧轮放在平带的 ,并要靠 近小带轮,使包角增大。

图 1-5-1

答:本题解题的关键是,熟悉平带传动传动比、包角、带长的公式,并熟悉平带传动包角和 n1 D 2 速度要求。 i? ? ? D 2 ? 600mm n 2 D1 (1) 由主动轮转向为顺时针, 带传动从动轮的转向与主动轮一致, 所以也是顺时针转动。 由
v? n 2? D 2 =15.072 m1/ s D2 ? D

1000 ? 60 (2)α1≈ 180°-

a

×60°=156°>150°,所以满足要求。 ,在 5—25m/s 范围内,所以符合要求。

(3) (4)L= 2a ? 7

?
2

( D2 ? D1 ) ?

( D 2 ? D1) 2 =3296mm 4a

(5)中心距,松边外侧。 【例 2】 如图 1-5-2 所示的传动系统中,主动轮为摩擦轮 A,直径 DA=300 mm,转速 为 100r/min,P 为摩擦轮 A 的轮宽中点,可在 M、N 点之间上下移动。求:从动摩擦轮 B 的最高和最低转速。

图 1-5-2

答:本题解题的关键是,理解滚子平盘式摩擦轮传动的工作原理。

r1 n1?D1 ? n2?D2 ? n1r1 ? n2r 2 ? n2 ? n1 r 2
150 ? 100 ? 150r / min r 2 min 100 r1 150 n 2 min ? n1 ? 100 ? 50r / min r 2 max 300 n 2 max ? n1 r1

同步精练
一、填空题 1.按原理不同,带传动分为 和 两类,其中同步 带传动属于 。 2.进入主动轮的那段皮带为 边,反之为 边。 3.带传动的传动比 (准确、不准确),原因是 。 4.带传动的失效形式有 和 。 5.选择购买 V 带时,选择__________和___________就可以正确购得。 6.平带传动的传动比不应超过 ,V 带传动比不应超过 。 7.平带的接头方式有 法、 法、 法。 8.摩擦轮传动噪声 ,传动平稳性 ,可实现 变速,传动距离 , 效率 。 9.摩擦轮传动的打滑条件是 ,正常传动的条件是_________________。 10.提高摩擦轮传动能力的措施有 、 。 11.摩擦轮传动的传动比 (准确、不准确),原因是 。 二、判断题 12.V 带和平带传动都是利用带的底面与带轮间的摩擦力来传递动力的。 ( ) 8

13.为增加 V 带与带轮间的摩擦力,可将带轮轮槽工作面加工的粗糙些以增大摩擦系 数,从而增加其传动能力。 ( ) 14.拖拉机上的 V 带传动有三根胶带,损坏后有一根产生疲劳撕裂而不能继续使用, 则应立即全部更换,以保证正常传动。 ( ) 15.带轮的包角不能过大,否则影响传动带的工作能力。 ( ) 16.V 带传动中配对的大小两轮的槽角必须相等。 ( ) 17.摩擦轮传动摩擦力由压紧力产生,因此摩擦轮传动的压紧力越大越好。 ( ) 三、选择题 18.圆锥摩擦轮传动适用于( )场合。 A.两轴平行 B.两轴相交 C.两轴交错 D.两轴垂直交错 19.打滑时,传动不正常的轮是( ) 。 A.主动轮 B.从动轮 C.主动轮和从动轮 D.不确定 20.滚动平盘式变速机构的特点为( ) 。 A.变速无范围 B.仅在一定范围内变速 C.不能在运转变速变向 D.传动时噪声大 21.考虑弹性滑动的影响,那么小带轮线速度ν 1,大带轮线速度ν 2 与带速ν 三者间的 大小关系为( ) A.ν 1=ν =ν 2 B.ν 1﹥ν ﹥ν 2 C.ν 1﹤ν ﹤ν 2 D.ν ﹥ν 1﹥ν 2 22.带传动中 V 带比平带传动能力大的主要原因是( ) A.带的强度高 B.没有接头 C.尺寸小 D.接触面上的正压力大 23.V 带传动与平带传动相比,为什么其应用较广泛?( ) A.在传递相同功率时,传动外部尺寸较小 B.传动效率高 C.带的使用寿 命长 D.带的价格低 24.传动系统中,高速轴采用带传动的主要目的是( ) A.能获得较大的传动比 B.制造和安装方便 C.传动平稳 D.可传递较大的功率 25.安装带传动时,在带与两带轮的切点距离的中点处,施加一定载荷测量传动带的 挠度,其目的是( ) A.检验带的初拉力 B.检验增大的包角 C.测量发生的偏转角 D.检验增大的应力 四、综合题 26.图 1-5-3 为摩擦压力机简图,由于摩擦轮传动和螺旋传动组成。主动轴上装有两个 摩擦轮且轴可作左右移动, 另一轴上摩擦轮与一螺杆相连, 螺杆上的压头用来压制 工件。设主动轮轮 1 转速为 1000r/min,A 点和 B 点分别为从动轮上下移动的极限 位置,螺杆的螺纹标注是“Tr40×14(p7)” 。试回答以下问题: (1)摩擦轮增大摩擦力的途径是_____________和____________。轮 1 和轮 2 中,通常 用铸钢加工的是__________,通常用软材料加工的是_____________。 (2)摩擦轮传动______(填“有”或“无” )过载保护作用。 (3)轮 1 和轮 2 接触点 A、B 点线速度大的是_____点, A 点的线速度为________m/s, B 点的线速度为________m/s。 (4)螺杆向上作________运动,向下作________运动。 (填“匀速” 、 “加速”或“减速” ) (5)螺杆最高移动速度为_________m/min,最低速度为________m/min。

9

图 1-5-3

27.颚式破碎机工作原理如题图 1-5-4 所示,由普通 V 带传动驱使连杆机构,实现摇杆 CD 的往复摆动。O、A、D 分别为小带轮、大带轮、摇杆的转动中心,连杆 BC 的左 端采用铰链与大带轮连接,C1、C2 为 C 点的两个极限位置。已知小带轮转速 n1=480 r/min(顺时针) ,小带轮直径 D1=125 mm,大带轮直径 D2=500 mm,OA、AD、 CD 的长度均等于 1000 mm。试分析: (1)V 带轮的最小直径取决于______________,过小则因_____________过大而影响使 用寿命。 (2)V 带传动中通常判别______(填“大”或“小” )带轮的包角是否合适即可。该 V 带传动的包角α ____________(填“合适”或“不合适” ) ,若不合适,在带轮 直径不变的条件下,可采用_____________的方法进行进行调整。

图 1-5-4

(3)若此带传动需安装张紧轮对皮带张紧,则张紧轮应安装在 (填“上边”或“下 边” )内侧。 (4)V 带结构有__________和_________两种,适用于载荷不大、带轮直径较小和转速 较高场合的结构是________结构,抗拉强度大,应用较广的结构是________结构。 (5)V 带的楔角为______,V 带轮的槽角常取________, 小带轮槽角取较_____(填“大” 10

或“小” ) 值。 (6)V 带型号有___________,截面尺寸最小的是______,传递功率最大的是______。 (7)V 带型号的选择取决于_____和______。 (8)V 带安装时,要求两带轮轴线相互____,两带轮对应 V 形槽的对称平面_______, 误差不超过_______,带轮安装在轴上不得摇晃摆动,以免传动中 V 带发生______ 和工作面________,缩短带的寿命。 (9)连杆机构 ABCD 的构件采用 副连接,其中的构件 AB 名称为 ,采 用的机构基本类型为 机构。若将构件 CD 的长度无限延长,则 该机构将演化成 机构。 (10)根据 C 点的两个极限位置,在图中作出对应的 B 点位置,并标出极位夹角θ 。 (11)连杆机构 ABCD 的急回特性系数 K= ,从动件摇杆的工作行程方向为 (填“C1→C2”或“C2→C1” ) ,工作行程时间为 s。 28.图 1-5-5(a)图所示为某组合机构的传动简图。图中,轮 1 绕 O 转动,并和轮 2 构成 V 带传动;轮 2 与轮 3 同轴并绕 A 顺时针等速转动;轮 3 与件 4 及机架构成对 心凸轮机构,其中轮 3 的廓线 BNC、DEF 分别是圆心为 A,半径为 120 mm、150 mm 的两段圆弧;件 4 上的滚子半径为 5mm;件 5 和轮 2 用铰链在 G 点连接;件 6 的转 动中心为 H,极限位置 K1、K2,且 H、K1、M 点共线;件 7 与件 6、件 5、滑块 8 铰链 连接。已知 LAH=LHK=LKM=200mm,∠AHK2=90°,∠K1HK2=30°,件 4 的位移曲线如(b) 图所示。试回答下列问题。

4

3 1 2

B G A
5

30° 90°

H

o

N C

6

F K K1 K2

E D

7

M

8

(a)
s
D F

B 0

C 90° 190° 260°

φ 360°

(b) 11

图 1-5-5

(1)轮 1 作 (填“顺时针”或“逆时针” )转动。 (2)若轮 1 和轮 2 的直径分别是 dd1=100 mm、dd2=200mm,LOA=500mm,则轮 1 的包角 α 1= °。 (3)选用普通 V 带传动时,应首先选择带的型号和根数,其次选择带轮的 , 然后确定带的基准长度, 并进行各项验算, 要求 V 带的线速度限制在 范 围内。 (4)安装 V 带时,一般先将带装在 (填“小带轮”或“大带轮” )上;安装后需 检查带的张紧程度,中等中心距情况下,用拇指能按下 V 带 mm 左右为合适。 (5)件 4 上升的运动规律为 ,下降的运动规律为 。 (6)件 4 下降时将发生 (填“刚性”或“柔性” )冲击。 (7)轮 3 的基圆半径 r0= mm。件 4 的行程 h= mm。 (8)件 3 的回程角φ 4= °,廓线位置 E 与件 4 接触时,凸轮机构的 压力角α E= °。 (9)铰链四杆机构 AGKH 中,LAG= mm,LGK= mm。该机构的基本类型 为 机构。 (10)在图示状态下,滑块 8 的运动趋势为 (填“向上”或“”向下) 。 (11)滑块 8 的最大压力角α max= °,行程 H= mm。

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