《机械基础(机电专业)》教案项目4台钻转速的调节

项目四台钻转速的调节
一、教学目标
1. 了解带传动的概念。

2. 熟悉带传动分类与维护。

3. 掌握带传动数据计算。

二、课时分配
安排4课时。

三、教学重点
通过本项目的学习，可以掌握带传动相关知识，具备对机器中的带传动进行结构、运动分析及对带传动转速进行调节的能力。

四、教学难点
1．熟悉带传动分类与维护。

2．掌握带传动数据计算。

五、教学内容
如图4-1所示，台式钻床，亦称台钻，是用于加工小型工件上的直径在16 mm以下的各种小孔的金属切削机床。

台钻工作时，电动机输出动力，通过塔式皮带轮变速将动力传递给主轴，主轴带动钻头旋转并移动，完成孔加工。

图4-1台式钻床
一、带传动概述
1.带传动的组成和工作原理
图4-2带传动
如图4-2所示，带传动一般是由主动带轮、从动带轮、张紧在两带轮上的传
动带以及机架组成的。

工作时，原动机驱动主动带轮转动，依靠带与带轮之间的摩擦力或啮合力，实现运动和动力的传递。

2.带传动的类型
根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两种类型。

（1）摩擦带传动
(a)平带传动
(b)三角带传动
(c)多楔带传动
(d)圆带传动
图4-3摩擦带传动的类型
1）平带传动
图4-4平带传动的结构形式
2）V带（三角带）传动
3)多楔带传动
4)圆带传动
（2）同步带传动
图4-5同步带传动
同步带传动是常用的啮合带传动，如图4-5所示，依靠带轮上的齿与带上的齿或孔啮合来传递运动和动力。

工作时，带与带轮间为啮合传动，没有相对滑动，可保持主、从动轮线速度一致。

同步带传动的平均传动比较准确，且传动比的范围较大（i=10～20）；带较薄，速度较高（可达40～80 m/s）；强力层强度高，传递功率较大（可达200 kW），传动效率也较高（0.96～0.98）。

但同步带传动的制造和安装精度要求较高，成本高。

同步带传动在磨床、汽车、纺织机械、自动化设备、计算机中均有应用。

3.带传动的特点及应用
(1) 带传动的特点
1)传动带有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪音小。

2)摩擦带传动过载时带在带轮上打滑，可防止损坏其他零件，起到安全保护作用。

3)带传动适用于两轴中心距较大的场合。

4）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉。

5)摩擦带传动带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率较低。

6)带传动的传动效率较低，外廓尺寸较大。

寿命短，对轴和轴承的压力大，需经常更换。

（2）带传动的应用场合
二、V带传动
1.V带的结构和尺寸标准
V带按照结构特点和用途不同分为普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带和大楔角V带等，其中以普通V带和窄V带应用较广。

窄V带如图4-6所示，是用合成纤维绳作抗拉体的新型V带。

与普通V带相比，当高度相同时，窄V带的宽度约缩小1／3，而承载能力可提高1.5～2.5倍，适用于传递动力大而又要求传动装置结构紧凑的场合。

图4-6窄V带
图4-7普通V带结构
（1）V带结构
标准V带都制成无接头的环形，其结构如图4-7所示，由包布、顶胶、抗拉体(强力层)和底胶四层构成。

包布层多由胶帆布制成，是V带的保护层。

顶胶和底胶主要由橡胶组成，当传动带在带轮上弯曲时可分别伸张和压缩。

抗拉体的结构形式有帘布结构(由几层胶帘布组成)和线绳结构(由一排胶线绳组成)两种，用于承受基本的拉力。

帘布结构V带制造方便，抗拉强度高，型号齐全，但柔韧性和抗弯强度不如线绳结构好，适用于载荷较大的传动。

线绳结构V带比较柔软，抗拉强度较低，适用于高速、轻载、带轮直径较小的场合。

（2） V带尺寸标准
我国生产的V带的尺寸已标准化，普通V带的尺寸按照截面尺寸由小到大分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，窄V带的尺寸按照截面尺寸由小到大分为SPZ、SPA、SPB、SPC四种型号。

各种型号V带截面尺寸见表4-1。

表4-1 V带(基准宽度制)的截面尺寸(摘自GB／T 11544—1997)mm
V带在规定张紧力作用下绕在带轮上时长度不变的一层称为中性层，沿中性层形成的面称为节面。

节面的宽度称为节宽b
p
，V带中性层的周线长度称为基准
长度L
d 。

V带(基准宽度制)的基准长度L
d
系列见表4-2。

表4-2V带(基准宽度制)的基准长度Ld系列 (GB／T 13575.1—1992)（mm）
（3） V带的标记
普通V带和窄V带的标记由带型、基准长度和标准号组成。

V带的标记示例如下：
V带的标记一般压印在胶带的外表面上，以供识别和选用。

2.V带轮
带传动一般安装在传动系统的高速级，故带轮的转速较高。

要求带轮重量轻，有足够的强度，质量分布均匀，结构工艺性好，制造方便。

带传动属于摩擦传动，因此带轮梯形槽的工作表面应有适当的表面粗糙度。

（1）带轮的材料
（2） V带轮的基准直径
表4-3 V带轮的基准直径系列mm
*只用于普通V带。

（3） V带轮的结构
如图4-8所示，V带轮的结构一般由轮缘、轮毂、轮辐三部分组成。

图4-8带轮的结构
1）轮缘
轮缘是带轮上具有梯形槽的部分。

轮槽的截面形状和尺寸都与传动带的截面
形状和尺寸相适应，轮槽数和传动带的根数相等，轮槽尺寸见表4-4。

表4-4 V带轮(基准宽度制)的轮槽尺寸(摘自GB／T13575.-1992)(mm)
从表4-4中可以看出，带轮的梯形轮槽的槽角有32°、34°、36°和38°四种，它们都小于传动带两侧面的夹角40°。

这是因为传动带在带轮轮槽中弯曲时，它的截面形状也会发生变化，宽边由于受拉而变窄，窄边由于受压而变宽，使得传动带两侧面的夹角变小。

为了使传动带的工作侧面与轮槽的两侧面贴合紧密，因此将轮槽的槽角做得稍小一些。

2）轮毂
轮毂是带轮上与轴配合的部分。

3）轮辐
轮辐是带轮上连接轮毂与轮缘的部分。

如图4-9所示，根据带轮直径的不同，
V带轮按照轮辐结构不同分为实心式、腹板式、孔板式和轮辐式四种结构形式。

当带轮基准直径d
d ≤(2.5~3)d0时，可采用实心式带轮；当d
d
≤300 mm时，可采
用腹板式带轮；尺寸较大的腹板轮，为了便于加工、安装和减轻重量，常在腹板上均匀分布4～8个直径大小一样的圆孔，制成孔板式带轮；当d
d
＞300 mm时，可采用轮辐式带轮，辐条的截面常做成椭圆形；为了减少带轮回转时的空气阻力，椭圆形截面的长轴应在带轮的回转平面内。

图4-9带轮结构形式
3.V带传动工作情况分析
（1）带传动受力分析
图4-10带传动工作情况分析
如图4-10（a）所示，带传动安装后，工作前，需将传动带紧套在两个带轮
的轮缘上。

这时，传动带各处都受到初拉力F
的作用。

当带传动工作时，主动
带轮以转速n
1转动，由于初拉力F
的存在，使带和带轮接触表面间产生摩擦力
F
f
，如图4-10（b）所示。

主动带轮靠摩擦力带动传动带运动，传动带又靠摩擦力带动从动带轮运动。

此时传动带两边的拉力发生了变化。

传动带绕入主动带轮
的一边被拉紧，拉力由F
0增大到F
1
，称为紧边；另一边相应地被放松，拉力由
F 0减小到F
2
，称为松边。

两边拉力的差值称为带传动的有效圆周力，以F表示，
即 F=F
1-F
2。

带所能传递的有效圆周力F应等于带与带轮之间摩擦力的总和，即
F=F
1-F
2
=ΣF
t。

带传递的最大有效圆周力
F
max
=2F
(e fα1-1)/(e fα1+1)
式中，e——自然对数的底，e=2.718；f——摩擦系数，V带传动为当量摩
擦系数fv；α
1
——传动带在小带轮上的包角（如图4-11所示，包角为带与带轮的接触弧所对应的圆心角）。

图4-11小带轮的包角
小带轮包角α
1
越大，有效圆周力F也越大，带的传动能力越强。

反之，小
带轮包角α
1
越小，对传动越不利。

为了保证带的传动能力，应验算小带轮上的
包角α
1
，要求小带轮包角α≥120°，其计算公式为:
α
1≈180°-(d
d2
-d
d1
) /a×57.3°
式中：d
d1——主动带轮基准直径，mm；d
d2
——从动带轮基准直径，mm；a—
—中心矩，mm。

如果带传递的圆周力不超过带与带轮之间的极限摩擦力，带传动将正常工作。

否则，带将在带轮上打滑，使传动失效。

（2）带传动的滑动分析
传动带在带轮上的滑动有弹性滑动和打滑两种情况。

1）弹性滑动
图4-12带传动的弹性滑动
2）打滑
3）传动比
在带传动中，由于弹性滑动的存在，从动轮的实际圆周速度v
2
总小于主动
轮的圆周速度v
1
，其降低的程度可用滑动系数ε来表示，实际传动比（主动带轮
转速n
1与从动带轮转速n
2
之比）的计算公式为：
i=n
1
/n
2
=D
2
/[(1-ε)D
1
]
式中：n
1——主动带轮的实际转速，r/min；n
2
——从动带轮的实际转速，r/min；
D 1——主动带轮的直径，mm；D
2
——从动带轮的直径，mm；ε——滑动系数。

在工程实际中，通常滑动系数ε=0.01～0.02，一般计算中可忽略不计，故
带传动传动比
i=n
1/n
2
≈D
2
/D
1
式中：n
1——主动带轮的理论转速，r/min；n
2
——从动带轮的理论转速，r/min；
D 1——主动带轮的直径，mm；D
2
——从动带轮的直径，mm。

4.带传动的失效形式
传动带在工作中，各截面的位置是不断变化的，因此应力值也不断变化，容
易产生疲劳破坏，产生失效。

同时，当带传动所需要的圆周力大于极限摩擦力时，传动带将在带轮上打滑，带传动将不能正常工作，也会产生失效。

三、带传动的张紧、安装与维护
1.带传动的张紧
带传动工作一定时间后，传动带会发生松弛现象，使初拉力降低，影响带的正常工作。

应采用张紧装置来调整带的张紧力。

常用的张紧方法和装置如表4-5所示。

表4-5带传动的张紧方法和装置
2.带传动的安装与维护
带传动的正确安装、使用和维护可以使带传动发挥应有的传动能力，延长使用寿命。

（1）带传动的安装
1)带轮的安装
①安装时，主动带轮与从动带轮的轮槽应对正。

如图4-13所示，两带轮轮槽的对称平面应重合，V带传动轮宽对称平面位移度误差Δe≤0.2a/100 mm，以免加速带的扭曲和两侧面过早磨损，降低带的寿命。

平行轴传动时，两带轮的轴线应尽量保持平行，其轴线平行度误差Δθ应小于20′。

图4-13两带轮的正确位置
图4-14带轮的合理位置
②为了便于传动带的装拆，带轮应布置在轴的外伸端，如图4-14所示。

2)传动带的安装
①应通过调整中心距的方式来安装和张紧传动带，严禁用撬棍等工具将带强行撬入或撬出带轮。

②为了使各根传动带受载比较均匀，同组使用的V带型号应相同，避免新旧带混合使用以防加速新带的损坏。

③对于重要的带传动，安装时还要测量带的初拉力，测量方法如图4-15所示。

在带与两带轮的切点距离的中点M处，垂直于传动带方向施加一测量载荷，然后测量传动带产生的挠度，若跨距每100 mm长所产生的挠度为1.6 mm，F
G
则认为传动带的张紧程度合适。

不重要的带传动，带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜，如图4-16所示。

新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。

图4-15带初拉力的测量
图4-16V带张紧程度
④V带在轮槽中的位置要正确。

如图4-17（a）所示，V带的外边缘应与带轮的轮缘平齐（新安装时可略高于轮缘），带的底面与轮槽底面有一定间距，以保证V带与轮槽的工作面充分接触。

如图4-17（b）所示，若V带的外边缘高出轮缘太多，则接触面积减小，带传动能力降低。

如图4-17（c）所示，若V带的外边缘进入轮槽太深，则会使V带的底面与轮槽的底面接触，使两个工作表面接触不良，V带与带轮之间的摩擦力丧失。

图4-17V带在轮槽中的正确位置
⑤带传动工作一段时间后要重新调整张紧力，以保证正常工作。

（2）带传动的维护
1) 为保证安全生产，带传动必须安装防护罩。

2)带传动不需润滑，禁止往带上加润滑油或润滑脂，应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。

3)应定期检查传动带，如有一根松弛或损坏则应全部更换新带。

4)带传动的工作温度不应超过60℃。

5)如果带传动闲置，应将传动带放松。

6）带传动不宜在阳光下暴晒，避免老化。

台钻转速的调节
项目工单：参照图4-1所示台钻结构图，调节台钻转速。

一、台钻结构分析
台钻结构如图4-18所示，钻头安装在主轴孔内，电动机通过五级带轮传动，可使主轴获得五种转速。

头架连同电动机和五级带轮等可在立柱上下移动，还可绕立柱轴线任意转动，待调整到适当位置后可用锁紧手柄锁紧。

工作台也可沿立柱上下移动或转动，调定适当的位置后用锁紧手柄锁紧。

松开锁紧螺钉时，工作台可在垂直平面内左右倾斜45°。

钻孔时，将工件固定到工作台上，按动按钮，电动机带动钻头做旋转运动，同时扳动进给手柄使钻头做进给运动，完成钻孔加工。

图4-18台钻结构分析
二、工具选择
手锤、铜棒。

三、工作实施
1.拆卸机盖
放松台钻上方螺钉，取下机盖，如图4-19所示。

图4-19拆卸机盖
2.调整主动轮上的带
如图4-20所示，用左手固定从动轮，右手在主动轮上用大拇指向下按住带，左手逆时针转动从动轮，使主动轮上的带自动滑到下面的轮槽中。

图4-20调整主动轮上的带
图4-21调整从动轮上的带
3.调整从动轮上的带
如图4-21所示，左手抓紧钻夹头，右手大拇指向下按住带，左手逆时针转动主轴，带在从动轮的带动下，自动滑入到下面的轮槽中。

4.调整的带张紧力
（1）用右手拇指按住皮带，检查张紧力是否合适，如图4-22所示。

图4-22测量带的张紧力
图4-23放松调节螺钉
（2）逆时针放松两侧调节螺钉，如图4-23所示。

（3）如图4-24所示，用铜棒、手锤调整电动机位置，直到大拇指能将带按下15 mm为止。

（4）拧紧两侧的螺钉。

图4-24调整电动机位置
图4-25安装机盖
5.安装机盖
安装机盖，拧紧台钻上方螺钉，如图4-25所示。

六、课后作业
1.国标规定，三角带有___________七种类型，代号‘B2240’表示_______________________。

2.为使三角带传动中各根带受载均匀，带的根数不宜超过_______根。

(A)4 (B)6 (C)2 (D)10
3. 带传动中，打滑和弹性滑动有何不同？。