《汽车机械基础》第13章

第13章带传动和链传动13.1带传动概述13.2普通V带和带轮的结构13.3带传动的应力分析113.4带传动的弹性滑动和打滑13.5带传动的张紧、安装和维护13.6链传动13.1带传动概述213.1.1带传动的组成、分类、特点和应用范围带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形传动带组成，如图13-2所示。1．组成图13-2带传动示意图2．分类摩擦型带传动主要依靠传动带与带轮相互接触面之间的摩擦力来进行传动，其所使用的传动带类型很多，按照截面形状的不同可分为平带、V带、圆带和多楔带等。3（1）摩擦型带传动（2）啮合型带传动啮合型带传动主要依靠传动带内侧的凸齿与带轮边缘的齿槽相互啮合实现传动，如图13-4所示。（a）平带（b）V带（c）圆带（d）多楔带图13-3摩擦型带传动图13-4啮合型带传动3．特点带传动的优点包括：适用于中心距较大的传动；传动带为弹性材料，运转平稳、噪音小，同时能够缓解冲击力和吸收振动；结构简单，制造成本较低，安装和维护方便。带传动的缺点在于传动时存在弹性滑动，不能保证精确的传动比；传动带的使用寿命较短，传动效率不高，不合适于高温及有油、水等环境恶劣的场合。44．应用范围带传动不适宜用来传递大功率，通常情况下，平带传动传递的功率低于50kW，V带传动传递的功率低于100kW。带的工作速度一般为5～25m/s，高速齿轮带的速度可达到60m/s，带速不宜过低或过高，否则会影响传动能力。一般在多级传动中将带传动放置在高速级。513.1.2带传动的工作原理6带传动的基本工作原理是利用张紧在至少两轮上的弹性带作为连接体，依靠带与带轮截面间产生的摩擦力来传递动力和运动。为保证传动带与带轮之间产生足够的摩擦力，工作前，需要使用一定的张紧力将传动带张紧在两个带轮上。传动带静止时，带的任意截面都受到大小相等的拉力F作用，如图13-5（a）所示，F称为初拉力。带传动工作时，由于带与带轮之间存在摩擦力Ff，带绕入主动轮的一边拉力由F增大到F1，该边称为紧边，F1称为紧边拉力；另一边的拉力由F减小为F2，该边称为松边，F2称为松边拉力，如图13-5（b）所示。（a）工作前（b）工作时图13-5带传动工作原理及受力分析示意图13.1.2带传动的工作原理7假定传动带在工作过程中总长度不变，则松边拉力减小量应等于紧边拉力增加量，用公式表示为结合式（13-1），可得到带传动紧边拉力F1和松边拉力F2分别为传动带两边的压力差称为有效拉力，用符号表示,其大小等于带与带轮之间静摩擦力的总和。在最大静摩擦力范围内，有效拉力与总摩擦力相等，即（13-1）（13-2）根据传动带的有效拉力可以计算出带传动传递的功率，即13.2普通V带和带轮的结构813.2.1V带V带传动在汽车中应用十分广泛，根据结构的不同，汽车V带可分为包边V带和切边V带两种。其中，切边V带又分为普通切边V带、有齿切边V带和底胶夹布切边V带等三种型式，如图13-6所示。1．V带的结构（a）包边V带（b）普通切边V带（c）有齿切边V带（d）底胶夹布切边V带1—包布；2—顶布；3—顶胶；4—缓冲胶；5—芯绳；6—底胶；7—底胶夹布；8—底布2．V带的型号参数9（1）型号汽车V带的尺寸已经标准化，根据国标GB12732—2008《汽车V带》的相关规定，汽车V带按照顶宽不同可分为AV10，AV13，AV15，AV17，AV22共五种型号。其中，AV后面的数字表示V带的公称顶宽，即V带的梯形截面中较长底边的长度。（2）参数汽车V带的工作面为两个侧表面，它们之间的夹角称为楔角，用符号表示，通常取。汽车V带的长度由有效长度表示，有效长度是指在规定张紧力下，V带位于测量带轮有效直径处的周长。3．Ｖ带的标记为方便V带的识别，通常在V带的外层表面印刷一定的标记。国标GB/T13352—2008《汽车工业用V带及带轮尺寸》中规定，V带的标记由型号、有效长度和标准号三部分组成。例如，AV13×1000GB12732表示依据国标GB12732制造，有效长度为1000mm的AV13型汽车V带。1013.2.2带轮带轮主要由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。其中，轮缘用来安装传动带，轮毂安装在轴上，轮辐用来连接轮缘和轮毂。按照轮辐截面形状的不同，带轮可分为实心式、腹板式、孔板式及轮辐式等，如图13-7所示。111．带轮的结构（a）实心式（b）腹板式（c）孔板式（d）轮辐式图13-7常见V带轮形式2．带轮的材料带轮在工作时需要承受较大的压力，这就要求带轮具有足够的强度。带轮的转速较高，为减小惯性，其质量应均匀分布，并具有较好的工艺性。带轮常用的材料有铸铁、钢、铝合金及工程塑料等。一般在高转速和大载荷的场合宜使用锻钢或铸钢，以提高带轮的强度；在受力不大、功率较小的场合大多使用铸铁，如HT150等。1213.3带传动的应力分析在工作时，带中的应力主要由三部分组成：因传递载荷而产生的拉应力、由离心力产生的离心应力以及带在绕带轮发生弯曲时产生的弯曲应力，应力的分布如图13-8所示。由图可知，带在不同位置时应力也不相同，最大应力出现在带的紧边绕入小带轮处。13图13-8带传动时带的应力分布13.3带传动的应力分析根据前面受力分析可知，带传动中，由于摩擦力的作用，带可分作紧边和松边，两边分别产生紧边拉应力和松边拉应力，其值可由下式确定。141．拉应力2．离心应力15当带沿着带轮边缘以切线速度v做圆周运动时，带在圆周部分的质量会产生离心力Fc，Fc在带的横截面上引起离心应力，其大小可由下式计算：3．弯曲应力16带在绕带轮转动时会发生弯曲变形，并在带的横截面上引起弯曲应力，其值可由下式计算：显而易见，只有带与带轮的接触弧段才会出现弯曲应力，并且由公式（13-8）可知，带在较小直径带轮上时弯曲应力较大。在带传动中，带上的应力是周期性变化的，这种规律容易使带发生疲劳破坏。带上的最大应力为（13-8）（13-9）13.4带传动的弹性滑动和打滑由于传动带是弹性体，而且带传动工作时，传动带从紧边到松边的拉力是不断变化的，故带的弹性形变是变化的。1713.4.1弹性滑动由于带的弹性形变而导致带与带轮之间出现微量相对滑动的现象称为弹性滑动。弹性滑动的出现会导致从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，速度降低的程度可由滑动率表示，即图13-9带的弹性滑动带传动的理论传动比为，结合式（13-10），可以得到实际传动比i为（13-10）（13-11）13.4.2打滑18当带传动所需的有效拉力超过带与带轮接触弧段的摩擦力总和时，带将在与带轮的整个接触弧上发生显著滑动，这种现象称为打滑。需要注意的是，打滑和弹性滑动是两个不同的概念。打滑的原因是带所传递的拉力超过了带与带轮间的摩擦力总和，即过载；而弹性滑动出现的原因是带的紧边和松边拉力不一致造成弹性形变不相等。弹性滑动是带传动中的正常现象，是不可避免的；而打滑属于带传动失效的形式，是需要尽量避免的。13.5带传动的张紧、安装和维护191．调整中心距张紧按照原理的不同，带传动的张紧方式可分为调整中心距和张紧轮张紧两类。调整中心距是通过改变主动轮和从动轮之间的距离而达到使传动带张紧的目的，一般可分为定期调整和自动张紧两类。13.5.1带传动的张紧1．调整中心距张紧20摆架式定期张紧装置如图13-10（b）所示，主动轮固定在摆架上，通过旋转螺栓来改变主动轮与从动轮的中心距，从而实现传动带初拉力的调整。（1）定期调整装置滑轨式定期张紧装置如图13-10（a）所示，主动轮安装在导轨上，通过旋转螺栓来改变主动轮的位置，调整与从动轮之间的中心距，从而实现传动带初拉力的调整。（2）自动张紧装置自动张紧装置如图13-10（c）所示，利用主动轮的重力作用，摆架可绕固定轴线转动，使传动带始终保持一定的初拉力。（a）滑轨式（b）摆架式（c）自动张紧式图13-10调整中心距张紧装置2．张紧轮张紧21当带传动中两轮的中心距不能调整时，可采用张紧轮进行张紧，如图13-11所示。为减小传动带的反向弯曲变形，通常将张紧轮置于松边内侧靠近大带轮处。图13-11张紧轮张紧装置13.5.2带传动的安装和维护22①安装带轮时，需要保证主动轮和从动轮的轴线相互平行，否则传动带在工作过程中会出现扭曲变形，加速磨损。②安装V带时，需要保证V带的顶面与带轮槽平齐，过高或过低都不利于传动带的正常工作。③调整时，需要保证V带有足够的初紧力，通常情况下，中等中心距的带传动中，V带的张紧程度以大拇指能将带按下约15cm为宜。④带传动应该设置必要的防护装置，一方面可以防止水、油等异物沾染到传动带，影响传动的性能；另一方面还可以防止带传动高速转动时绞伤人。⑤需要对带传动进行定期检查，及时调整带的张紧程度。若发现一根带松弛，需要更换所有的带，新旧程度不同的传动带不能混用。13.6链传动2313.6.1链传动概述链传动是利用链条在具有特殊齿形的主动链轮和从动链轮之间传递运动和动力的传动方式。链传动主要由主动链轮、链条和从动链轮等部件组成，如图13-12所示。1．链传动的组成图13-12链传动2．链传动的特点24与带传动相比，链传动具有以下优点。①工作时没有弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，传动可靠度和效率高。②传动时所需张力小，对链轮轴的压力小，传递的功率大，过载能力强。③能适应高温、高湿度、多油污、多粉尘等环境恶劣的工作场合。链传动的缺点在于仅能进行平行轴之间的运动和动力的传递；链条的磨损比较严重，长时间工作后容易发生跳齿和脱链，传动的平稳性较差；工作时的冲击、振动和噪声比较大，不适用于高速和急转反向的传动。3．链传动的应用25链传动主要用于可靠性要求高、平均传动比准确而瞬时传动比要求不高的中远距离传动，如车辆、机床、农业机械等方面。目前，链传动广泛地应用于汽车发动机正时传动系统中。该系统利用链传动将曲轴的运动传递给气缸盖上的凸轮轴，通过凸轮轴推动气门杆实现气门的正确打开和关闭。通常情况下，链传动传递的功率低于100kW，传动速度v15m/s，中心距a6m，传动比i7，传递效率为95%左右。

13.6.2链条和链轮链条是链传动的重要组成部件，按照结构的不同，链条可分为滚子链和齿形链两类。261．链条（1）滚子链滚子链在机械设备传动中应用十分广泛，其主要由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子等组成，如图13-13所示。（a）实物（b）结构简图图13-13滚子链1．链条27滚子链为环形，其长度由链节数和节距共同确定。节距是指链条上相邻两根销轴之间的距离，用符号P表示。当链节数为偶数时，环形链条一端的外链板正好与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口锁锁紧，如图13-14（a）和（b）所示。当链节数为奇数时，接头处则需采用过渡链节进行连接，如图13-14（c）所示。（a）弹簧夹接头（b）开口锁接头（c）过渡节接头图13-14滚子链接头形式（1）滚子链1．链条28齿形链又称无声链，主要由一组链齿板铰接而成，如图13-15所示。齿形链是通过链齿板与链轮轮齿发生啮合而传递动力和运动的。（2）齿形链齿形链上装有导板，可以防止链条工作时发生侧向蹿动。根据导板位置的不同，齿形链可分为内导式和外导式，如图13-16所示。链按照铰链结构的不同，齿形可分为圆销式、轴瓦式和滚柱式，如图13-17所示。（a）实物图（b）示意图图13-15齿形链（a）内导式（b）外导式图13-16按导板位置分类（a）圆销式（b）轴瓦式（c）滚柱式图13-17按铰链结构分类2．链轮29链条传动中对链轮齿形的基本要求是：链条滚子能平稳、自由地进入啮合和退出啮合；啮合时滚子与齿面接触良好；齿形简单，便于加工。（1）链轮的齿形常见滚子链轮的齿形由国标GB/T1243—2006规定，如图13-18所示。（a）端面齿形（b）轴向齿形图13-18链轮的齿形2．链轮30链轮的结构种类很多，常见的有实心式、孔板式和组合式等，如图13-19所示。其中，实心式用于直径较小的链轮，孔板式用于中等直径的链轮，组合式用于大直径的链轮。（2）链轮的结构（a）实心式（b）孔板式（c）组合式（d）实物图13-19链轮结构2．链轮31（3）链轮的材料材料齿面硬度应用范围普通碳素结构钢Q215，Q255退火硬度140HBS中速、中等功率、较大的链轮优质碳素结构钢15，20渗碳、淬火硬度50～60HRC齿数不超过25的高速、重载、承受冲击载荷的链轮35正火硬度160～200HBW齿数大于25的低速、轻载、冲击较小的链轮45，50淬火硬度40～45HRC无剧烈冲击、振动的链轮合金结构钢15Cr，20Cr渗碳淬火硬度50～60HRC齿数不超过25的大功率、高速、重载链轮35SiMn，40Cr，35CrMn淬火40～45HRC连续工作、高速、重载、重要传动的链轮铸铁HT200260～280HBS齿数超过50的低速平稳传动的链轮表13-1常见链轮材料、齿面硬度及应用范围13.6.3链传动的运动特性32理论分析表明，链传动时，链条与从动链轮做变速运动，每转过一个链节，其速度发生一次变化，因而瞬时传动比一直在发生微小变化。但链传动的相对传动比是固定不变的。根据单位时间内主动链轮和从动链轮转过的齿数相等，即，可计算出链传动的平均传动比为n1——主动轮的转速，单位为r/mm；

n2——从动轮的转速，单位为r/mm；

z1——主动链轮的齿数；

z2——从动链轮的齿数。13.6.4链传动的布置、张紧和润滑为保证链传动的正常工作，链传动的布置应遵守以下原则。331．链轮的布置①主动链轮和从动链轮的轴线必须相互平行，两链轮的回转平面应位于某个竖直平面内，否则传动过程中会出