12第11章摩擦轮和带传动

常见的传动有哪些类型
传动 机械传动 电力传动 啮合的 摩擦的 液力的 气力的
摩擦轮传动和带传动的优缺点： 优点： 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。 缺点： 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 3、传动件工作表面磨损较快，寿命低 4、传动效率较低
精密机械设计
李月强 E-mail: larry1258@sina.com MSN: yqlee1258@hotmail.com QQ: 494618
第十一章
摩擦轮传动和带传动
传动的定义及其作用 传动的形式 为什么机器中要有传动 常见的传动有哪些类型
传动的定义及其作用
传动： 是一种在距离间传递能量并兼实现某些其他作用的 装臵。 作用： 能量的分配 转速的改变 运动形式的改变
2)由离心力产生的拉应力
单位长度的带的质量为q（kg/m） 带速为 v (m/s) dl段的带产生的离心力为dFv 由于离心力dFv使dl段的带的两端受拉 力Fc
经过计算：
Fc qv2 ( N )
由离心力产生的拉应力：
Fc qv2 c (MPa) A A
结论： 为降低离心拉应力，设计高速带传动时，应采用薄而轻质的传动带； 设计一般带传动时，带速也不宜过高。
带轮对带的正压力：dFn
极限摩擦力：fdFn
经过计算：
式1 式2 式3
dFn Ft d fdFn dFt
Ft F1 F0 2 F F2 F0 t 2
F1 F2e
f
Ftmax
2 F0 e f 1 e f 1
式4
带传动避免打滑的条件： a）有足够大的摩擦系数f 。 b）增大包角。 c）增大预张紧力。
（2）带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HTl50或 HT200； 转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)； 小功率时可用铸铝或塑料。
五、带传动中的滑动
1、弹性滑动和打滑 由于带是弹性体，所以在受拉力作用后会产生拉伸弹性变形。 当带自A1点绕上主动轮时，带在A1点的速度等于主动轮的表 面速度。 当带由A1点转到C1点的过程中，带在逐渐收缩，因此带在Cl 点的速度将落后于带轮的速度，因此带与带轮之间产生了相动滑 动。 同样的现象在从动轮上也会发生，但情况恰好相反。上述现 象称为带的弹性滑动。
摩擦轮传动工作时，在两个摩擦轮的接触面间可能产生 下列性质不同的滑动： 弹性滑动 打滑
1、弹性滑动
两摩擦轮受压后，在接触处因材料的弹性变形而被压出一 小平面。当传递功率时，在该平面上受有摩擦力的作用，从 而使主动轮表面任一微块在通过接触区的过程中由压缩逐渐 变为拉伸。而从动轮上的对应微块则由拉伸逐渐变为压缩， 所以彼此之间就产生相对滑动。 这种由于材料弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。
2、带传动的特点 优点： 1)能缓和载荷冲击 2)运行平稳，无噪声 3)制造和安装精度不象啮合传动那样严格 4)过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零 件的损坏 5)可增加带长以适应中心距较大的工作条件(可达15m) 缺点： 1)有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的 传动比(同步带传动是靠啮合传动的，所以可保证传动同步) 2)传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都 比啮合传动大 3)带的寿命较短
结论： 当传递的圆周力超过极限值时，带将在轮面上打滑。 打滑会使带发热磨损，从而导致传动失效。 设计带传动时应避免。
求带所能传递的最大有效圆周力：
假设：不考虑带上弯曲阻力和离心力，且带与轮开始滑动时的摩 擦系数等于二者之间的静摩擦系数f。
取微量长度的一段带，长度 dl rd 带两边受拉力： Ft和Ft dFt
3)由带绕过带轮时产生的弯曲应力
b
Ey


2 E D D 2
E

式中： E——带材料弹性模量 y——带的中性层到最外层的距离
——中性层的曲率半径
——带的厚度
D——带轮的直径
带轮直径愈小，带愈厚，弯曲应力也愈大。 如果两个带轮直径不同，则带在小带轮上的弯曲应力较大， 故小带轮直径不宜太小。
弹性滑动引起了下列后果：
1)从动轮的圆周速度低于主动轮 2)降低了传动效率 3)引起带的磨损 4)使带温度升高
弹性滑动并不是发生在包角 所对应的全部接触弧上， 而仅发生在带离开带轮的一侧，即 范围内。在带进入带轮 的一侧，即 范围内并不发生弹性滑动。但随着外负荷的增 大，弹性滑动区也逐渐扩大，当传递的有效圆周力达到最大 值时，带的弹性滑动区遍及全部接触弧。若外负荷继续增大， 则带与带轮之间产生全面滑动，即产生了打滑。
从动轮的圆周速度低于主动轮，其相对降低率称 为滑动率：
带传动的实际传动比：
六、带传动
——类型和张紧装置
带传动的类型 根据带的截面形状不同，带传动可分为：平带传 动、V带传动、圆带传动、多楔带传动。
带传动的张紧装置 带的张紧方法可以是调节中心距，也可以采用张 紧轮。
七、 V带和带轮
1、V带
4、摩擦轮的材料 对摩擦轮材料的要求： 1)弹性模量要大，以减小弹性滑动和滚动摩擦损失 2)摩擦系数要高，以便在传递同样大圆周力的情况下 可减小两轮间的压紧力 3)表面接触强度和耐磨性要好，以保证传动所需的寿 命 目前还没有能满足上述全部要求的材料，在选择材料 时要根据具体情况保证对传动所提出的主要要求能首先得 到满足。 当要求结构紧凑、传动效率高时，最好选用淬火钢— 淬火钢相配的轮面材料。使用这种材料时，为使接触良好 和减小磨损，要求传动有较高的制造精度和较低的表面粗 糙度值。 当摩擦轮尺寸较大、转速较低时，可以采用铸铁—铸 铁(或钢)相配的轮面材料。 当要求较高的摩擦系数和较小的噪声时，可以采用铸 铁(或钢)—夹布胶木、皮革、压制石棉、纤维或橡胶等相 配的轮面材料。
但这些非金属材料传动效率较低，结构尺寸也较大。为避 免过大的接触变形，通常都用皮革或橡胶等较软材料覆盖轮面， 轮心仍用金属制造。使用非金属材料的摩擦轮传动都在干摩擦 下工作。 也可以用木材、皮革等材料。通常将轮面较软的摩擦轮用 作主动轮，以免打滑时使从动轮面遭受局部磨损，影响传动质 量。
二、摩擦轮传动中的滑动
本章内容：
摩擦轮传动的工作原理、特点、应用范围、材料 摩擦轮传动中的滑动 摩擦无级变速器简介 带传动的工作原理、特点、应用范围 带传动中的滑动 带传动的类型和张紧装臵 V带和带轮 带传动的受力分析、应力分析 普通V带传动设计计算 同步带传动
一、摩擦轮传动的工作原理、
特点、应用范围、材料
1、摩擦轮传动的工作原理 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转矩和运动。
2、带传动的应力分析 带传动工作时，带中有三种应力： a)由紧边和松边拉力产生的拉应力 b)由离心力产生的拉应力 c)由带绕过带轮时产生的弯曲应力
1)由紧边和松边拉力产生的拉应力
1
F1 F , 2 2 A A
(Mpa)
式中：A ——带的横截面面积(mm 2 ) F1、F2 ——分别为紧边和松边的拉力(N)
三、摩擦无级变速器简介
无级变速器的分类： •机械的 •电力的 •液力的 多数机械无级变速器都是利用摩擦传动的原理。 摩擦无级变速器的特点： •结构简单、紧凑 •回转质量较小 摩擦无级变速器可分为： •直接接触的 •间接接触的
摩擦无级变速器主要类型
四、带传动的工作原理、特点、
应用范围、材料
1、带传动的工作原理 带传动是两个或多个带轮之间用带作为挠性拉曳 零件的传动，工作时借助零件之间的摩擦(或啮合)来 传递运动或动力。
传动的形式
为什么机器中要有传动
1、工作机构所要求的速度、转矩或力，通常与动力机不 一致。 2、工作机构常要求改变速度，而用调节动力机速度的方 法来达到这一目的往往不很经济。 3、动力机的输出轴一般只作等速回转运动，而工作机构 往往需要多样的运动。 4、一个动力机有时要带动若干个运动形式和速度都不同 的工作机构。
2、打滑
当传动正常工作时，在接触面上的诸微摩擦力之和等 于从动轮上的圆周阻力。 当圆周力增大并大于最大的摩擦力值时，全部接触表 面将发生滑动，这时就称为打滑。
F F
t
F F
max
打滑对传动的影响： 刚要打滑时的载荷是传动的极限载荷。 经常发生打滑会使摩擦轮轮面产生严重磨损，迅速降 低传动的寿命。 摩擦轮传动在正常工作时不应发生打滑现象，但在惯 性阻力较大的机器中，在起动和剧烈改变速度情况下，短 暂的打滑不能避免。
2、摩擦轮传动的特点
优点： 1）由于摩擦轮轮面没有轮齿，所以制造简单，而且工作 时不会发生类似齿轮节距误差所引起的周期性冲击，运转平稳，噪 声小。 2）过载时发生打滑，能防止机器中重要零件的损坏。 3）无级改变传动比。 缺点： 1）效率低。 2）当传递同样大的功率时，轮廓尺寸和作用在轴与轴承 上的载荷都比齿轮传动大。 3）不宜传递很大的功率。 4）不能保持准确的传动比。 5）干摩擦时磨损快，寿命低。 6）必须采用压紧装臵。
1——强力层：帘布或线绳结构 2——填充物：橡胶 3——外包层：橡胶帆布
V带有普通v带、窄v带和宽V带等类型。 窄v带与普通v带比较，当高度相同时，其宽度比普通v带 小约30％。 窄v带传递功率的能力比普通v带大，允许速度和曲挠次数 高，传动中心距小。适用于大功率且结构要求紧凑的传动。
2、带轮
3、带传动的应用范围
带传动的应用范围很广，带的工作速度一般为5m／s～ 25m/s。 使用高速环形胶带时可达60m/s； 使用锦纶片复合平带时，可高达80m/s。 胶帆布平带传递功率小于500kW／，普通V带传递功率小 于700kw。
4、带轮材料
（1）V带轮设计的要求 •质量小 •结构工艺性好 •无过大的铸造内应力 •质量分布均匀，转速高时要经过动平衡 •轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般应为 )，以减 少带的磨损 •各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较 为均匀
弹性滑动对传动的影响：
1）速度损失
在具有弹性滑动的情况下，两轮表面的速度并不相等， 而是从动轮速度总是落后于主动轮速度。
滑动率(速度损失率)：

2）功率损失
v1 v2 100% v1
结论： 由于速度损失，导致传动精度和传动效率的降低。 摩擦轮材料的弹性模量越低，弹性滑动越严重。 选用高弹性模量的材料作为轮面，可以减轻弹性滑动， 但不能完全根除。
结论：
•最大应力：
max 1 b1 c
•弯曲应力对传动带的寿命影响最大，因此小带轮的直径不宜过小。
•带的各截面均处于变应力状态下工作，带在工作一定时间之后会产生疲劳 破坏。
九、普通V带传动设计计算
已知的数据和条件：
•传动的用途和工作情况 •传递的功率 •主、从动轮的转速或传动比 •原动机类型 •传动的空间尺寸限制
打滑引起了下Baidu Nhomakorabea后果：
1）造成带的严重磨损 2）使带的运动处于不稳定状态 一般说，带在大轮上的包角总是大于在小轮上的包角， 所以打滑总是在小轮上先开始。
弹性滑动和打滑的区别：
打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动。 打滑可以避免，弹性滑动不能避免。
2、滑动率
两轮的圆周速度分别为：
式中：
——为主、从动轮的直径 ——为主、从动轮的转速
3、摩擦轮传动的应用范围 摩擦轮传动在传递功率、传动比、调速幅度、速 度、轴间距离等方面都有很大的适用范围。 传递功率可从几瓦到300kW。 传动比可到7，甚至到10，在手动仪器中达25。 调速幅度在直接接触传动中，一般为3～4，在有 中间件传动中，一般可达到8～12。 圆周速度可自很低到25m/s。
带传动的几何关系：
八、带传动的受力分析、应力分析
1、带传动的受力分析
带传动在静止时的受力情况（F0为预张紧力）
带传动在传动时的受力情况 F1——紧边拉力 F2——松边拉力
取主动轮一端的带为分离体 有效拉力： F
t
Ff F1 F2
在有效拉力不超过带传动所能传递的最大圆 周力的情况下，此公式成立。