机械设计基础第八

第八章间歇运动机构

§8.1

棘轮机构

§8.2

槽轮机构

§8.3

不完全齿轮机构在许多机械中，有时需要将原动件的等速连续转动变为从动件的周期性停歇间隔单向运动或者是时停时动的间歇运动。能实现间歇运动的机构称为间歇运动机构，间歇运动机构很多，棘轮机构、不完全齿轮机构和槽轮机构都可实现间歇运动。类型：1.主动件往复摆动，从动件间歇运动---棘轮机构2.主动件连续转动，从动件间歇运动---槽轮机构、不完全齿轮机构§8.1棘轮机构图8-1一、齿式棘轮机构的类型及工作原理棘轮机构由棘轮、棘爪和机架组成。图示为外啮合棘轮机构。棘轮1具有单向棘齿，用键与输出轴相连，棘爪2铰接于摇杆3上，摇杆3空套于棘轮轴，可自由转动。当摇杆6顺时针方向摆动时，棘爪插入棘齿槽内，推动棘轮转动一定角度。当摇杆逆时针方向摆动时，棘爪沿棘齿背滑过，棘轮停止不动，从而获得间歇运动。止动爪4用以定位和防止棘轮倒转，扭簧5使棘爪紧贴在棘轮上。单向运动时，棘轮齿一般做成锯齿形，如图所示。按工作原理不同可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。齿式棘轮的棘齿既可以做在棘轮的外缘（称外啮合棘轮机构），也可以做在棘轮的内缘（称内啮合棘轮机构）。

外啮合式棘轮机构内啮合式棘轮机构

按照运动形式可分为三类：单动式棘轮机构、双动式棘轮机构、可变向棘轮机构1.单动式棘轮机构当原动件1逆时针方向摆动时，原动件1上的棘爪4插入齿槽内，使棘轮随原动件转过一定的角度；当原动件顺时针方向摆动时，棘爪4则在棘轮齿背上滑过。为了阻止棘轮回转，机构中加入制动棘爪5，当棘轮欲顺时针回转时，由于棘爪5的存在，棘轮静止不动。当原动件连续地往复摆动时，棘轮只作单向的间歇运动。单动式棘轮机构2.双动式棘轮机构如图所示为双动式棘轮机构。原动件往复摆动都能使棘轮沿同一方向间歇转动。驱动棘爪可制成直的或带钩的形式。3.可变向棘轮机构如图所示为两种可变向棘轮机构。对于a类型棘轮机构，当棘爪B在右边位置时，棘轮2将沿顺时针方向作间歇运动；当棘爪B翻到左边时，棘轮将沿逆时针方向作间歇运动。对于b类型棘轮机构，当棘爪直面在左侧，斜面在右侧时，棘轮沿逆时针方向作间歇运动，若提起棘爪翻转180°后再插入，使直面在右侧，斜面在左侧时，棘轮沿顺时针方向作间歇运动。这种棘轮机构常用于牛头刨床工作台的进给装置中。(a)(b)双动式棘轮机构牛头刨床工作台间歇进给机构可变向棘轮机构可变向棘轮机构可变向棘轮机构一可变向棘轮机构二二、摩擦式棘轮机构齿式棘轮机构转动时，棘轮的转角都是相邻两齿所夹中心角的整数倍。也就是说，棘轮转角是有级性改变的。若需要无级性改变转角，可采用摩擦式棘轮机构。如图为摩擦式棘轮机构。它由摩擦轮3和摇杆1及其铰接的驱动偏心楔块2、止动楔块4和机架5组成。当摇杆1逆时针方向摆动时，通过驱动偏心楔块2与摩擦轮3之间的摩擦力，使摩擦轮沿逆时针方向运动。当摇杆1顺时针方向摆动时，驱动偏心楔块2在摩擦轮上滑过，而止动楔块4与摩擦轮3之间的摩擦力，促使此楔块与摩擦轮卡紧，从而使摩擦轮静止，以实现间歇运动。图8-5摩擦式棘轮机构（利用棘爪——偏心楔块与摩擦棘轮间的摩擦力传递运动）摩擦式棘轮机构无噪声，有打滑。三、棘轮转角的调节

1、调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角（如图8-1，改变曲柄6的长度）2.用遮板调节棘轮转角

采用改变覆盖罩的位置调节棘轮转角，可将摇杆摆角范围内棘轮的部分轮齿遮盖，棘爪便会随着摇杆的摆角在覆盖罩上滑过这部分轮齿，改变覆盖罩的位置，从而改变棘轮转角的大小。四、棘轮机构的特点及应用

1、特点结构简单、工作可靠，制造方便，棘轮转角可调。但工作时产生冲击和噪声，平稳性差，传力较小，棘爪易磨损，棘轮转角的误差较大，传动中存在空程。

2、应用一般用于低速、转角不大或需要经常调整的场合。应用举例:图8-6a（1）送进和输送

图8-6（a）所示为自动线上的浇铸输送装置。当接通气源后，气缸内活塞杆1推动棘轮转过一定角度，将输送带2移动一段距离；随后，活塞杆退回，棘轮停止转动，浇包对准型砂进行浇铸。图8-7a、b图8-7（a）所示为棘轮机构用在牛头刨床的横向进给机构中，为清楚起见，将其放大为图（b）。工作时，由电动机通过齿轮传动，带动销盘1（相当于曲柄）作连续转动，以连杆2带动摇杆3往复摆动，从而使摇杆3上的棘爪驱动棘轮4作单向间歇运动。因为棘轮4固定在进给丝杠5的一端，故丝杠5与棘轮4一起转动，从而使工作台6作横向间歇进给运动。通过调整偏心销B的位置，可以改变棘轮转角，以调节进给量。图8-8（2）制动图8-8所示为提升机中使用的棘轮制动器，起吊重物时，棘轮逆时针转动，棘齿在棘轮上滑过，当重物停在空中时，重物使棘爪紧顶在棘轮的轮齿中，使重物不会自动掉落，棘轮机构起制动的作用。这种制动器广泛用于卷扬机、提升机及运输机等设备中。（3）超越图示为自行车后轴上的飞轮结构。是一种典型的超越机构。当用力蹬脚踏板时，经链轮1和链条2带动具有内棘轮的链轮3顺时针转动，再通过固定在后轮轴5上的棘爪4推动后轮轴5顺时针转动，此时整个后车轮做顺时针转动，自行车向前行驶。在前进过程中，如果脚踏板不动，链轮也就停止转动。这时，由于车轮的惯性作用，使后轮轴带动棘爪4从链轮內缘的齿背上滑过，仍在继续顺时针转动，即实现后轮轴（从动件）超越链轮（主动件）的运动，这就是超越作用。具有超越作用的机构称为超越机构。棘轮机构是一种典型的超越机构。图8-9§8.2槽轮机构一、槽轮机构的组成及工作原理槽轮机构又称马尔他机构，如图所示。它是由槽轮2、带有圆柱销的拨盘1和机架组成。当拨盘1作匀速转动时，驱使槽轮2作间歇运动。当圆柱销进入槽轮槽时，拨盘上的圆柱销将带动槽轮转动。拨盘转过一定角度后，圆柱销将从槽中退出。为了保证圆柱销下一次能正确地进入槽内，必须由拨盘凸弧将槽轮锁住不动，直到下一个圆柱销进入槽后才放开，这时槽轮又可随拨盘一起转动，即进入下一个运动循环。外啮合槽轮机构

内啮合槽轮机构

当主动拨盘转动时，从动槽轮以相同转向转动。故其结构紧凑、运动平稳。二、特点和应用1、特点优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。2、应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。应用举例：（1）图8-12所示是槽轮机构应用于自动车床刀架转位机构。刀架3装有6把刀具，与刀架一体的是六槽外槽轮2，拨盘1回转一周，槽轮转过60°，将下一工序刀具转换到工作位置。图8-12六角车床上的槽轮机构图8-13（2）图示为电影放映机的走片机构。槽轮2上有四个径向槽，当拨盘1转一周时，圆销拨动槽轮转过去1/4周，胶片移过一幅画面并在映像位置停留一段时间。当拨盘以较高的转速连续回转时，即可在银幕上看到近似于连续的画面。电影放映机中的槽轮机构

单圆销槽轮机构双圆销槽轮机构§8.3不完全齿轮机构简介如图所示为不完全齿轮机构。不完全齿轮机构的主动轮一般为只有一个或几个齿的不完全齿轮，从动轮可以是普通的完整齿轮，也可以是一个不完全齿轮。这样当主动轮1的有齿部分作用时，从动轮随主动轮转动，当主动轮无齿部分作用时，从动轮应停止不动，因而当主动轮作连续回转运动时，从动轮可以得到间歇运动。不完全齿轮机构与其他机构相比，结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例可不受机构结构的限制。但从动轮从静止到转动或从转动到静止时，速度有突变，冲击较大，所以一般只用于低速或轻载场合。不完全齿轮机构有外啮合和内啮合机构两种类型，以外啮合形式常用。内啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构蜗杆式间歇运动机构

实物凸轮式间歇运动机构

实物空间槽轮机构本章小结（1）连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系，以及棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构等，是构成机械运动的常见基本机构。通过学习应掌握各种机构的特点，各个机构能实现何种运动规律；通过机构间的比较，掌握各机构间的相同点和不同点。同一个运动规律，可以由多种不同的机构来实现。设计时，根据设计要求的运动规律，首先应选定某种运动机构，再进行机构的参数设计。也可以选定多个机构进行设计，再比较各自的性能指标，最终确定选用的机构。（2）与平面机构相对应的空间机构（如空间槽轮机构等），种类也十分丰富，应多加了解。（3）当单一基本机构不能满足设计要求时，可考虑采用组合机构。一般来说，组合机构能完成复杂的运动规律，同一个运动规律，能实现的组合机构更多，选择、设计难度更大。另外，机构越复杂、构成机构的构件越多，机构的可靠性就越低，制造成本就越高。所以，应综合评价一个组合机构。第九章带传动§9.1带传动的特点和类型§9.2V带的标准和带轮的结构§9.3带传动的工作情况分析§9.4V带传动的设计方法§9.5带传动的张紧、使用和维护§9.6同步带传动简介

课程回顾齿轮传动：依靠两齿轮轮齿之间相互推压作用的啮合传动。主要特点：1）传动比比较恒定；

2）适用范围广,传递功率高,效率高,圆周速度可达很高；

3）不适合两轴相距较远的传动；

4）对冲击、振动等较为敏感；

5）安装精度要求较高，制造成本高；蜗杆传动：由蜗杆和蜗轮组成的一种啮合传动。主要特点：1）传动平稳、结构紧凑；

2）齿面间相对滑动速度较大，传动效率低；

3）蜗杆齿圈常用较贵的青铜制造，成本较高；§9.1带传动的特点和类型一、带传动的特点和应用

带传动在各类机械中是应用非常广泛的挠性传动，它是通过中间挠性件——带，来传递运动和动力的。一般适用于两轴中心距较大的场合传动。1、简单原理带传动由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的传动带组成。图9-1带传动简图从动轮带主动轮摩擦带传动：靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动。由于带紧套在带轮上，使得带与带轮之间的接触面间产生正压力，当驱动力矩使主动轮转动时，带和带轮之间将产生摩擦力而驱动带运动，带又靠摩擦力使从动轮克服阻力矩而转动。因此，它是靠摩擦力传递运动和动力的。

啮合传动：靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力。摩擦带传动同步带传动2、特点（1）优点

1）带有良好的弹性，能缓冲减振，因而传动平稳，噪声小；

2）过载时，会因摩擦力的不足使带在带轮上打滑，对其它零件起到安全保护作用；

3）适用于两轴中心距较大场合的传动；

4）结构简单，制造和安装精度要求不高，维护方便，成本较低。（2）缺点

1）由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比；

2）外廓尺寸大，传动效率较低，寿命较短；

3）工作时因摩擦产生静电，故不宜放在易燃易爆的场合；

4）支撑带轮的轴和轴承受力较大，一般需要张紧装置。3、应用根据上述特点,带传动常用于：1）中、小功率传动（通常不大于50KW）；2）原动机输出轴的第一级传动（工作速度一般为5～25m/s）；3）传动比要求不十分准确的场合（传动比不大于7）。拖拉机大理石切割机车身冲压机轿车发动机机器人关节二、带传动的类型

1、按工作原理分（1）摩擦带传动靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动；

（2）啮合带传动靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。

2、按带的截面形状分

摩擦带：平带、V带、圆带、多楔带

啮合带：同步带、齿孔带图9-2摩擦带传动（a）平带传动（b）V带传动（c）多楔带传动（d）圆带传动

图9-3啮合带传动（a）同步齿形带传动

（b）齿孔带传动（1）平带传动（图a）带的截面为扁平矩形，工作面为内表面，传动结构简单，带轮制造容易，安装方便。常用的平带有普通平带（胶帆布带）、皮革平带和棉布带等。在高速传动中常使用麻织带和丝织带。其中以普通平带应用最广。中心距较大的场合及高速带传动。如脱粒机、大理石切割机等。平带摩擦带（2）V带传动（图b）带的截面为等腰梯形，工作面为两侧面，工作时两侧面与轮槽侧面接触，产生的摩擦力较大，在同样压力的作用下，V带传动的摩擦力约为平带传动的三倍，故能传递较大的载荷。广泛用于动力传动，如发动机等。（b）V带及带轮（3）多楔带传动（图c）在平带基体上由多根V带组成的传动带，兼有平带和V带的优点。工作面为楔的侧面，带与带轮接触面数较多，摩擦力和横向刚度较大。可避免多根V带长度不等,传力不均的缺点。常用于传递功率较大且要求结构紧凑的场合。（c）多楔带（4）圆带传动（图d）带的截面为圆形，常用皮革或棉绳制成,只用于小功率传动。一般用于低速轻载传动。如缝纫机、医疗器械等。（d）圆带（1）齿形带（同步带)传动（图e）利用带的齿与带轮上的齿相啮合传递运动和动力，带与带轮间为啮合传动没有相对滑动，可保持主、从动轮线速度同步。

带的横截面为矩形或近似矩形、内表面具有等距横向齿；其抗拉层一般为钢丝绳，基体为聚氨酯或橡胶。薄而轻，抗拉强度高。适用于高速传动，带速可达40m/s，传动比10，效率0.99。但制造和安装要求较高，故成本高。主要用于传动比准确的中、小功率传动。如放映机、数控机床等。（e）同步带传动啮合带聚氨酯同步带双面齿同步带（2）齿孔带传动带上的孔与轮上的齿相啮合，同样可避免带与带轮之间的相对滑动，使主、从动轮保持同步运动。齿孔带传动§9.2V带的标准和带轮的结构一、V带的类型、结构和标准

V带有普通V带、窄V带、宽V带、联组V带等类型。其中以普通V带应用最为广泛，窄V带次之。

1、普通V带（1）结构组成

标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图所示。强力层的结构形式有帘布结构和线绳结构。

V带结构普通V带包布——由橡胶帆布制成，包在带的外面，起保护作用顶胶——在带弯曲时承受拉力抗拉体——工作中主要承受拉力，是主要的承载部件抗拉体底胶——在带弯曲时承受压力帘布芯——制造方便，价格低廉，抗拉强度高，应用广泛绳芯——柔性好，抗拉强度高，适用于直径较小的带轮（2）标准化

普通V带是标准件,其截面尺寸和长度已经标准化。1）截面尺寸按截面尺寸由小到大分为Y、Z、A、B、C、D、E七种，见表9-1。81014180.070.120.200.37

V带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一长度不变的中性层。

节线——当V带在带轮上弯曲时，带中保持原有长度不变的周线。节面——由全部节线组成的面。节宽——节面的宽度，以bp表示。

当带弯曲时，节宽是保持不变的。Ｖ带的节线和节面2）基准长度基准长度即带的公称长度，用Ld表示。各种型号普通V带的基准长度列于表9-2。2、窄V带（1）结构组成（2）特点

1）抗拉体材料为高强度的涤纶绳芯，其位置高于普通V带，使中性层上移；

2）顶面为弓形，受载后抗拉层仍处于同一平面内；

3）两侧面为内凹曲面，当带在带轮上弯曲时，侧面变直，与带轮槽面接触良好；

4）在相同的工作条件下，窄V带的承载能力比普通V带高（1.5～2.5）倍以上，速度达（40～50）m/s。

5）在传递相同功率时，其结构尺寸可比普通V带小，使用寿命长。窄V带（3）截型

四种：SPZ、SPA、SPB、SPC

其节宽分别与普通V带的Z、A、B、C型相同，但高度尺寸要大一些。其截面高度和节宽之比约为0.9（普通V带约为0.7）3、带的标记方法（1）普通V带“带型——基准长度标准号”，一般压印在带的外表面上。举例：A—2000GB/T11544—1997——基准长度为2000mm的普通V带（2）窄V带“带型——基准长度标准号”举例：SPA—1600GB/T11544—1997——基准长度为1600mm的SPA型窄V带Z1400

GB11544-89带型基准长度标准编号带轮的标记:带轮A3×100PGB10412-89名称槽型槽数基准直径结构形式代号标准编号二、V带轮V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。

轮缘：用来安装带的部分；轮毂：与轴配合的部分；轮辐（腹板）：连接轮缘与轮毂的部分；

V带轮结构形式根据带轮直径的大小确定

V带轮按轮辐结构的不同分为以下几种型式：（1）实心带轮（2）腹板带轮（3）孔板带轮（4）轮辐带轮1、组成2、结构形式V带轮的结构V带轮的结构当带轮基准直径dd≤（2.5～3）d0（d0为轴的直径）时，采用实心式；当dd≥350时，可采用轮辐式；中等直径的带轮采用腹板式或孔板式。带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式；根据带的截型确定槽轮尺寸；带轮的其它结构尺寸通常按经验公式计算确定。确定了带轮的各部分尺寸后，即可绘制出零件图，并按工艺要求注出相应的技术要求等。3、经验公式

V带轮结构尺寸可按以下的经验公式确定，或查设计手册。

d1=（1.8～2）d(d为轴的直径）

D0=0.5（D1+d1）

d0=（0.2～0.3）（D1-d1)C’=(1/7～1/4B）S=C‘h2=0.8h1b1=0.4h1b2=0.8b1f=0.2h1f1=0.2h2L=(1.5～2）d，当B＜1.5d时，L=Bh1=290P3nzaP为功率，单位kW；n为转速，单位r/min；Za为轮辐数4、轮槽尺寸各种型号的V带的楔角α均为40°，但当带绕上带轮而弯曲时，带的截面楔角变小，且带轮直径越小，这种现象越明显。为使带与轮槽侧面保持良好的接触，应使轮槽角小于V带的楔角。V带轮的轮槽角规定为32°、34°、36°和38°，根据带轮直径不同而选择。V带轮轮缘及轮槽尺寸见表9-3。通常V带节宽与轮槽基准宽度重合，即bp=bd。基准圆——轮槽基准宽度所在的圆，其直径称为带轮的基准直径，以dd表示。5、制造材料

通常采用灰铸铁、钢、非金属。带速v＜25m/s时，采用HT150或HT200；速度较高时，可采用铸钢；小功率时，可采用工程塑料或铸铝。§9.3带传动的受力分析一、带传动的受力分析及应力分析初拉力

带传动安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。静止（不工作）时，带上各处所受拉力均相等，此拉力称为初拉力，用F0表示。如图（1）。（一）带传动的受力分析传动时，带与带轮之间产生摩擦力，主动轮对带的摩擦力Ff的方向与带的运动方向相同，从动轮对带的摩擦力Ff的方向与带的运动方向相反。由于摩擦力的作用，带绕入主动轮的一边被拉紧，此边称为紧边，紧边拉力由F0增加到F1；带绕入从动轮的一边被放松，称为松边，松边拉力由F0减小到F2。则两边的拉力差F1-F2，即为带传动中起传递动力作用的有效拉力F，即

F=F1-F2而有效拉力F等于带和带轮接触面上各点摩擦力的总和∑Ff，即

F=F1-F2=∑Ff

由于带工作时，其总长度不变，故带紧边拉力的增加量等于松边拉力的减少量，即

F1-F0=F0-F2

F1+F2=2F0或F0=1/2（F1+F2）（9-1）（9-2）带传动所传递的功率为

P=Fv/1000式中P——传递功率，单位为KW；

F——有效拉力，单位为N；

v——带的速度，单位为m/s。（9-3）在一定的初拉力F0作用下，带与带轮接触面间摩擦力的总和有一极限值。当带所传递的有效拉力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。带打滑时从动轮转速急剧下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。当V带即将打滑时，紧边拉力F1与松边拉力F2之间的关系可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示，即

F1=F2e式中α——带在带轮上的包角

e—自然对数的底（e=2.718……）

f——摩擦因数。对V型带→f→fV代，fV=f/sin(φ/2）

φ——V带轮轮槽楔角，见表9-3。

fα（9-4）由式（9-1）、（9-2）、（9-4）联立求解，得带的最大有效拉力为

F=F1-F2=F1(1-)=2F0（1-）1efvα（9-5）由上式可知，带传动的有效拉力与初拉力、摩擦因数和包角有关。增大初拉力，摩擦因数和包角均可增加摩擦力，增大有效拉力，从而提高带传动的工作能力。但初拉力过大，会加剧带的磨损，降低使用寿命。fvαe+12（二）带传动的应力分析带传动在工作过程中带上的应力有：◆

拉应力：紧边拉应力、松边拉应力；◆离心应力：带沿轮缘圆周运动时的离心力在带中产生的离心拉应力；◆

弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。工作时带在变应力工作状态下工作，随着位置的不同，应力大小在不断地变化，∴带将产生疲劳破坏。最大应力发生在带的紧边进入小带轮处，其值为：为了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。（表9-7）二、带传动的弹性滑动和打滑

1、弹性滑动传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由δ1减小为δ2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（δ1-δ2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度。同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。

弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。弹性滑动的影响，使从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，从而导致带的传动比不准确。带的弹性滑动随着外载荷的增加而增大。2、打滑打滑和弹性滑动是两个截然不同的概念。随着带传动载荷的增大，有效拉力也相应增大。当有效拉力超过带与小带轮之间所产生极限摩擦力（即过载时），带将沿带轮的整个接触弧面上发生相对滑动，这种现象称为打滑。即打滑是由过载引起的全面滑动，是可以避免的。弹性滑动演示§9.4V带传动的设计方法一、带传动的失效形式和设计准则

1、失效形式（主要）

1）打滑；2）带的疲劳破坏

2、设计准则保证带在不打滑的前提下，具有足够的疲劳强度和寿命。3、弹性滑动与打滑的区别

A.现象：弹性滑动发生在带与带轮的部分接触长度上；打滑发生在带与轮的全部接触长度。B.原因：弹性滑动：带两边的拉力差、带的弹性；打滑：过载。C.结论：弹性滑动不可避免；打滑可避免。设计的原始数据：功率P，转速n1、n2（或传动比i），外廓尺寸要求及工作条件等。设计内容：确定带的型号、长度L、根数Z、传动中心距a、带轮基准直径及其它结构尺寸，材料及张紧方式等。二、单根V带所能传递的基本额定功率

单根普通v带基本额定功率P0是在特定试验条件（特定的带基准长度Ld，特定使用寿命，传动比i=1，包角α＝180°，载荷平稳）下测得的带所能传递的功率。一般设计给定的实际条件与上述试验条件不同，须引入相应的系数进行修正。（表9-5）当传动比不等于1时，需要对基本额定功率进行修正，即在P0的基础上加上实际条件下的功率增量△P。（表9-4）

（KL→）（K

→）（

P0→）三、V带传动的设计普通V带传动的设计是在给定的条件下，确定带传动的参数。给定条件：（1）带传动的用途、工作情况；（2）传递的功率；（3）大小带轮的转速等。设计内容：（1）V带的类型、基准长度和根数；（2）传动的中心距；（3）带轮的机构与尺寸；（4）计算初拉力与作用在轴上的压力。普通V带传动一般设计步骤如下：（一）计算设计功率，初选V带型号

1、计算设计功率PCPC=KAP

P为传动的额定功率kW；KA为工作情况系数，查教材表9-6。2、初选带的型号Ｖ带截面型号可由计算功率ＰＣ和小带轮转速n1，由图9-9选择V带的型号。选型图工况系数→当坐标点（PC,n1）位于图中型号分界线附近时，可初选两种相邻的型号，作为两个方案进行设计计算，选最优。（二）确定带轮的基准直径和带速带轮直径小，则传动结构紧凑，但弯曲应力大，使带的寿命降低。设计时，应取小轮基准直径dd1≥dd1min。带速V＝πdd1n1/60×1000（m/s)式中：

dd1的单位为mm;n1的单位为r/min.

若V太小，由P=FV可知，传递同样功率P时，使得有效拉力F过大，带的根数太多。措施：应使dd1增加。V太大，则离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力降低，传递载荷能力下降，传递同样载荷时所需张紧力增加，带的疲劳寿命下降，这时措施：dd1应减小。一般取V＝５～25之间，当v=10～20时最佳。（三）确定中心距和带的基准长度

1、初选中心距影响因素：

a过小，结构紧凑，但带短，使绕转次数增多，降低带的寿命，同时包角α减小，降低传动能力。

a过大，传动结构尺寸增大，高速时带容易颤动。如结构布置有要求已定，则中心距a按结构确定。若需求中心距a时：初选a0

的取值范围为：

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)L0——带的基准长度，查表（9-2）选定带的基准长度Ld。

2、确定带的基准长度基准长度可根据带轮基准直径和初选中心距a0按下式计算：3、计算实际中心距

考虑到安装、张紧、调整的需要，将中心距设计成可调式，amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld（四）验算小带轮包角一般要求α１≥120°,若不能满足此条件,可采取增大中心距等方法。小带轮包角可按下式计算：（五）确定V带的根数一般Z=３～６，Ｚmax≦10.以保证受力均匀。当Z过大时，应改选带的型号或带轮基准直径，重新进行设计。（六）计算初拉力带的根数Z可按下式确定：式中：q为V带每米的质量kg/m,（表9-1）该式为单根带不打滑所适合的F0值。新安装常易松驰（如非自动张紧）取F0’=1.5F0.

（七）计算压轴力为了设计带轮轴与轴承，需计算带传动对轴的压力FQ，一般按初拉力作近似计算：

FQ＝2ZF0sinα1/2§9.5带传动的张紧、使用与维护一、带传动的张紧常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置。带经一段时间使用后，会因带的伸长而产生松驰现象，使F0下降，为保证正常工作，应定期检查F0大小。如F0不合格，重新张紧，必要时安装张紧装置。1.调整中心距方式（1）定期张紧当带需要张紧时，通过调整螺栓改变电动机的位置，增大中心距，以获得所需的张紧力。（2）自动张紧不需要人工调整，电动机是固定在摆架上的，靠电动机与摆架的自重实现张紧。2.张紧轮方式张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮应尽量靠近大轮，以免过分影响在小带轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同。六、带传动的使用和维护1、安装时，两带轮轴线必须平行，两轮轮槽中线应对正，以免带过度磨损2、带的根数较多时，其长度不能相差太大，以免受力不均。若其中一根带过度松弛或损坏，应全部更换。3、V带在轮槽中的位置要正确，不能过高或过低。4、带传动应加防护罩，以保证安全。5、不能新旧带混用（多根带时），以免载荷分布不匀。6、带禁止与矿物油、酸、碱等介质接触，以免腐蚀带，不能曝晒。7、注意定期张紧。8、安装V带时，应按规定的初拉力张紧。对于中等中心距的带传动，也可凭经验安装，带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜。

同步带是横截面为矩形或近似矩形，内表面具有等距横向齿的环形传动带。带轮轮面也制成相应的齿形，工作时靠带齿与轮齿啮合传动。由于带与带轮无相对滑动，能保持两轮的圆周速度同步，故称为同步带传动。与V带传动相比，同步带传动具有下列特点：§9.6同步带传动简介（5）安装精度要求高、中心距要求严格。（1）工作时齿形带与带轮间不会产生滑动，能保证两轮同步转动，传动比准确。（2）结构紧凑、传动比可达10；（3）带的初拉力较小，轴和轴承所受载荷较小；（4）传动效率较高，

=0.98；同步带传动本章小结（1）带传动根据工作原理可分为摩擦型带传动和啮合型带传动两种。摩擦型带传动应用最广。（2）摩擦型带传动在工作前已有一定的初拉力，工作时靠带与带轮间的摩擦力工作，带的两边形成松边和紧边，两边的拉力差是带传递的有效拉力，最大有效拉力可以通过柔韧体摩擦的欧拉公式计算出来。带的工作应力为变应力。（3）带传动的失效形式是打滑和带的疲劳损坏，设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，使带具有足够的疲劳强度（寿命）。（4）带传动的打滑和弹性滑动是两个截然不同的概念。打滑是可以避免的，弹性滑动是不可避免的。（5）普通V带传动设计计算的主要内容是确定V带的型号、长度、根数、中心距、带轮直径、材料、结构以及对带轮轴的压力等。设计中应注意带轮最小直径、传动中心距、带根数的选取和小带轮包角与带速的验算。第十章链传动的设计及应用§10.1链传动的特点和应用一、链传动结构链传动与带传动有相似之处：链轮齿与链条的链节啮合，其中链条相当于带传动中的挠性带，但又不是靠摩擦力传动，而是靠链轮齿和链条之间的啮合来传动。因此，链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。组成：主动链轮、从动链轮和中间挠性件(链条)组成，通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合传递运动和动力。二、链传动的特点和应用

1、特点

主要优点：与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比，传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为97-98%）；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用在轴上的压轴力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。与齿轮传动相比，链传动易于安装，成本低廉；在远距离传动时，结构更显轻便。主要缺点：运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪音较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴间的传动。2、应用一般多用于要求平均传动比准确，中心距较大的两平行轴间，工作条件恶劣不宜用带传动和齿轮传动的低速场合。

链传动适用的一般范围为：传递功率P≤100kW，中心距a≤5---6m，传动比i≤6，链速v≤15m／s，传动效率为0．95～0．98。三、链传动的类型：按工作特性分：起重链，输送链，传动链传动链主要包括：滚子链和齿形链其中以滚子链应用最为广泛。§10.2滚子链和链轮外链板内链板套筒滚子销轴一、滚子链的结构滚子链由滚子、套筒、销轴、外链板、内链板组成。套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合固联，使内、外链板可相对回转。而销轴与套筒、套筒与滚子之间采用间隙配合，以保证套筒可绕销轴、滚子可绕套筒转动。当链节进入、退出啮合时，滚子沿齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。为减轻重量、链板一般制成“8”字形，以减轻重量，并使链板各截面接近强度相等。二、滚子链的标准主要参数：相邻两滚子轴线间的距离称为链节距，用P表示，

P越大，链条尺寸越大，其承载能力也越高。节距P是链传动的一个重要参数。

类型：两个系列：

A级链：供设计使用

B级链：一般维修当传递较大功率时，可以采用多排链，但排数越多，链的制造和安装精度要求越高，各链之间的受载不均匀的现象越严重，故排数一般不超过4，以双排滚子链最常用。表10-1滚子链标记：链号—排数×链节数标准号例如：节距为15.875mm,单排，80节A系列滚子链其标记为：10A—1×80GB1243—1997链节数常用偶数，这样可以使内链板与外链板相连，接头处可用开口销（a）或弹簧卡（b）固定。（一般前者用于大节距，后者用于小节距。）当采用奇数链节时，需采用过渡链节。过渡链节的链板为了兼作内外链板，形成弯链板，受力时产生附加弯曲应力，易于变形，导致链的承载能力大约降低20%。因此，链节数应尽量为偶数。

三、链轮为了保证链与链齿的良好啮合并提高传动的性能和寿命，应该合理设计链轮的齿形和结构，适当地选取链轮材料。（一）链轮齿形

1.齿形要求便于链节平稳顺利进入、退出啮合，受力良好，不易脱链，便于加工

2.齿形为了便于链节平稳进入和退出啮合，链轮应有正确的齿形。GB1243-1997中规定链轮端面齿形为“三圆弧一直线”，如图所示。

3、基本参数相配的链条节距p,滚子外径d1,排距p1,齿数z

在加工链轮齿廓时一般采用标准刀具加工。链轮齿形在工作图上可不画出，只需在图上注明链轮的基本参数和主要尺寸并注明“齿形按GB1243-1997规定制造"即可。（二）链轮结构小直径链轮可采用实心式；中等尺寸链轮可制成孔板式；大直径链轮可采用组合式结构。实心式孔板式组合式（三）链轮材料一般链轮用碳钢、灰铸铁制作，重要的链轮用合金钢制造，齿面要经过热处理。小链轮的啮合次数多于大链轮，故小链轮的材料应优于大链轮。中碳钢低速轻载

中碳钢淬火中速中载中碳合金钢表面淬火高速重载§10.3链传动的运动特性整根链条是可以曲折的挠性体，而每一链节则为刚性体。链轮可以看作一正多边形。因而链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带传动很相似，如动画所示，正多边形的边长即为节距P，边数即为链轮齿数Z。链轮每转一周，链条移动距离为ZP。设主、从动轮的转速分别为n1、n2则链的平均速度V为：∴链传动平均传动比为：

i=n1/n2=z2/z1假设链的紧边在传动时始终处于水平位置。若主动链轮以等角速度回转时，链条铰链销轴A的轴心作等速圆周运动，其圆周速度为V1=ωd1/2。V1可以分解为使链条沿水平方向前进的分速度Vx1（链速）和使链上下运动的垂直分速度Vy1:

式中，β为啮合过程中链节铰链中心A的圆周速度与水平线间的夹角，β=-180/z1～＋180/z1（变化范围）。同样每一链节在与从动链轮轮齿啮合的过程中，链节铰链中心在从动轮上的相位角γ在±180/z1范围内不断变化。Β为零时，链速最大；为±180/z1时，链速最小。由此可知，链速的变化趋势是由小变大再由大变小，且每转过一个链节周期性地变化一次。这表明链条工作时链速是波动的，具有不均匀性。由于链速和从动轮角速度作周期性变化，产生加速度a，从而引起动载荷。链条垂直方向的分速度Vy也作周期性变化，使链条工作时上下抖动。根据以上分析可知，在链传动中，不可避免地会产生振动和动载荷。故在设计时，应全面考虑。§10.4滚子链传动的设计计算一.链传动的主要失效形式链传动的失效主要表现为链条的失效。链条的失效形式主要有：1、链条疲劳破坏链传动时，由于链条在松边和紧边所受的拉力不同，故链条工作在交变拉应力状态。经过一定的应力循环次数后，链条元件由于疲劳强度不足而破坏，链板将发生疲劳断裂，或套筒、滚子表面出现疲劳点蚀。在润滑良好的链传动时，疲劳强度是决定链传动能力的主要因素。2、链条铰链的磨损链传动时，销轴与套筒的压力较大，彼此又产生相对转动，因而导致铰链摩损，使链的实际节距变长。铰链磨损后，增加了各链节的实际节距的不均匀性，使传动不平稳。链的实际节距因磨损而伸长到一定程度时，链条与轮齿的啮合情况变坏，从而发生爬高和跳齿现象，磨损是润滑不良的开式链传动的主要失效形式。造成链传动寿命大大降低。3、链条的过载拉断低速重载的链传动在过载时，因静强度不足而被拉断。4、链条铰链的胶合在高速重载时，销轴与套筒接触表面间难以形成润滑油膜，金属直接接触导致胶合。胶合限制了链传动的极限转速。其它失效形式：1、销轴与套筒的胶合当转速过高或润滑不良时，铰链处销轴和套筒的工作表面可能出现瞬间高温而产生胶合。因此必须限制链传动的极限转速。2、滚子套筒的冲击疲劳破坏由于链条受到周期性的冲击载荷以及经常启动、制动、反转，使滚子、套筒等元件可能在疲劳破坏前发生冲击疲劳破坏，导致传动失效。主要发生在中高速链传动中。二、滚子链的额定功率曲线图在规定试验条件下，把标准中不同节距的链条在不同转速时所能传递的功率，称为额定功率P0，链传动的试验条件：1)、两链轮安装在水平轴上并共面；2)、小链轮齿数Z1=19链节数为120；3)、单排链，载荷平稳；4)、按规定润滑方式润滑；5)、工作寿命为15000h；6)、链条因磨损而引起的相对伸长量不超过±3%；当实际工作条件与实验条件不符时，应将由图查得的P0值乘以一系列修正系数。各修正系数见表10-2、10-3、10-4三、滚子链传动的设计计算（一）中、高速链传动（V≥0.6m/s）对于中、高速链传动，其主要失效形式是链条的疲劳破坏和冲击破坏，一般可按功率曲线图进行设计。当实际工作条件与上述条件不同时，应对查得的P0值加以修正。则链传动的功率P为：

PC=KAP≤P0KZKm或P0≥KAP/KZKm式中：P——所传递的功率，kW；

KA——工作情况系数，查表10-3；

Kz——小链轮系数，查表10-2；

Km——多排链排数系数，查表10-4.（二）低速链传动（V≤0.6m/s）对于低速传动，其主要失效形式为链条过载拉断，必须对静强度进行计算。通常是校核链条的静强度安全系数S，其计算公式为：

S=nq/KAF1≧[s]式中：n——链条排数

q——单排链的极限拉伸载荷，单位为NF1——链的紧边拉力，单位N

KA——工作情况系数，查表10-3；

[s]——静强度的许用安全系数，一般为4-8，多排链取较大值。四、参数选择及设计计算

1、链节距p

链节距P越大，承载能力越大，但引起的冲击，振动和噪音也越大。为使传动平稳和结构紧凑，应尽量选用节距较小的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。2．链轮齿数z链轮的齿数直接影响到链传动的平稳性和使用寿命。齿数过少，会增加链传动的不均匀性，增大动载荷和冲击；齿数过多，则会因磨损引起节距增长，出现脱链和跳齿现象。通常，小链轮齿数取Z1min=17。可根据链速由表10-5选取。大连轮齿数也不宜过多一般取Z2≤120.

为保证磨损均匀，链轮齿数Z1、Z2最好选用与链节数互为质数的奇数，并优先选用数列17、19、21、23、25、57、95、114。

一般初选中心距a0=(30-50)pa0max=80p链节数计算公式圆整取偶数3、中心距a和链节数Lp中心距a过小——链条绕转次数增多，加剧磨损和疲劳；

——链条在小轮上的包角变小，易跳齿和脱链；中心距a过大——从动边垂度过大，造成松边颤动。Lp计算后圆整为偶数。然后根据圆整后的Lp计算理论中心距a:4、验算带速vv=z1n1p60×1000≤15(m/s)5、选择润滑方式链传动的润滑方式可根据已确定的链节距和链速按图10-9推荐的润滑方式选择。6、计算链传动的压轴力FQ

FQ=KQFF=1000P/v式中F——链的工作拉力单位：NP——传动功率，单位KWV——链速，单位m/sKQ——压轴力系数，对水平传动和倾斜传动KQ=（1.15～1.2）KA，对垂直传动KQ=1.05KA，KA是工作情况系数。§10.5链传动的布置、张紧和润滑§10.5链传动的布置、张紧和润滑一.链传动的布置水平布置，倾斜布置，垂直布置布置原则：两链轮轴线应平行，回转平面应在同一铅垂平面内；两链轮中心连线最好是水平的；一般情况下，紧边在上，松边在下。倾斜布置倾角应小于45º。

若铅垂布置应可调中心距或加张紧装置。二.链传动的张紧

链传动正常工作时，应保持一定张紧程度，链传动的张紧程度主要取决于合适的松边垂度。对于重载，经常起动，制动，反转的链传动，松边垂度应适当减少。张紧的目的：主要是为了避免磨损后链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动，跳齿和脱链现象；同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。张紧的方法：1）调整中心距。增大中心距可使链张紧，对于滚子链传动，其中心距调整量可取为2P，P为链条节距。2）缩短链长。当链传动没有张紧装置而中心距又不可调整时，可采用缩短链长（即拆去链节）的方法对因磨损而伸长的链条重新张紧。3）用张紧轮张紧。下述情况应考虑增设张紧装置：两轴中心距较大；两轴中心距过小，松边在上面；两轴接近垂直布置；需要严格控制张紧力等弹簧力张紧砝码张紧定期调整张紧三.链传动的润滑链传动中销轴与套筒之间产生磨损，链节就会伸长，这是影响链传动寿命的最主要因素。因而，润滑是延长链传动寿命的最有效的方法。润滑的作用对高速重载的链传动尤为重要。润滑油推荐采用牌号为：L-AN32、L-AN46、L-AN68等全损耗系统用油。对于不便采用润滑油的场合，允许涂抹润滑脂，但应定期清洗与涂抹。良好的润滑可缓和冲击、减轻磨损、延长链条的使用寿命