机械设计基础课件 模块9 柔性传动及间歇运动机构分析设计

模块9柔性传动及间歇运动机构分析设计单元9.1带传动分析与设计单元9.2链传动分析与设计单元9.3间歇运动机构分析与设计模块9柔性传动及间歇运动机构分析设计【学习目标】学习带传动的相关知识，学习普通V带的结构和尺寸标准及普通V带轮的结构分析设计方法，学习带传动的力学分析和带的疲劳强度计算；学习链传动的相关知识，完成链传动的力学分析；学习间歇运动机构分析与设计方法。完成带传动的结构设计，对带传动在工程应用中进行维护；完成链传动进行结构设计以及工程应用的分析。【知识要点】（1）带传动的组成、带传动的特点、带传动的类型和应用；（2）普通V带的结构和尺寸标准、普通V带轮的结构；（3）带传动的受力分析、应力分析、带的疲劳强度；（4）带传动的弹性滑动、传动比计算、带传动的滑动率；（5）带传动的失效形式和设计准则、V带传动的设计步骤和方法；（6）带传动的张紧、安装与维护；（7）链传动的组成、类型、特点、链传动结构、参数、链传动的布置、张紧及润滑；（9）棘轮机构的工作原理、类型特点、应用；（8）槽轮机构工作原理、类型、特点和应用；（9）不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构。单元9.1带传动分析与设计11.1.1带传动的类型、特点和应用带传动是利用张紧在带轮上的带，在两轴(或多轴)间传递运动或动力。环形传动带采用易弯曲的挠性材料制成。带传动按工作原理可分为摩擦传动和啮合传动两大类，其常见的是摩擦带传动。带传动是由主动轮1、从动轮2、环形传动带3及机架组成（如图9-1）。带是挠性件，张紧在两轮上，当原动机驱动带轮1（即主动轮）转动时，由于带与带轮间摩擦力的作用，使从动轮2一起转动，从而实现了运动和动力的传递。图9-1带传动的工作原理单元9.1带传动分析与设计1.

带传动的类型和应用（1）按用途分按用途可将带传动分为传动带和输送带，传动带主要传递运动和动力用，输送带主要用于输送物品用。（2）按传动原理分按用途可将带传动分为摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动主要靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，图9-2（a）所示，如V带传动、平带传动等；啮合带传动靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽直接啮合实现传动，图9-2（b）所示的同步带传动。（a）摩擦带传动

（b）啮合带传动图9-2带传动单元9.1带传动分析与设计（3）按传动带的截面形状分

根据带的截面形状不同(如图所示)，可分为V带、平带、多楔带和圆带、同步带等。V带平带多楔带

圆带

同步带（1）V带传动

V带的截面形状为等腰梯形，两侧面为工作面。传动时V带与轮槽两侧面接触，在同样压紧力的作用下，V带的摩擦力比平带大，传递功率也较大，且结构紧凑，在机械传动中广泛应用。（2）平带传动

平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。常用的平带有胶带、编织带和强力锦纶带等。平带传动多用于中心距较大的场合。（3）多楔带传动

它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。多楔带结构紧凑，可传递很大的功率。故适用于传递功率大且要求结构紧凑的场合。（4）圆带传动

圆带横截面为圆形。只用于低速、小功率传动，如仪表等。（5）同步带传动

同步带纵截面为齿形。兼有带传动和齿轮传动的特点，能保证准确的传动比，故主要应用于要求传动比准确的中、小功率传动中，如数控机床等。单元9.1带传动分析与设计2.带传动的特点带传动是利用具有弹性的挠性带来传递运动和动力的，因此具有以下特点：（1）能实现较大距离的轴间传动，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉；（2）过载时，带会在带轮上打滑，从而起到保护其他传动件免受损坏的作用；（3）传动平稳，噪音小，可缓冲吸振；（4）由于带与带轮之间存在滑动，传动比不能严格保持不变，且需要张紧装置；（5）传动效率较低，带的寿命一般较短，不宜在易燃易爆场合下工作。带传动适用于要求传动平稳，但传动比要求不严格且中心距较大的场合。一般情况下，带速为5~25m/s，传动的功率P≤100kW，平均传动比i≤5,传动效率为94﹪~97﹪。高速带传动的带速可达60~100m/s，传动比i≤7。同步齿形带的带速为40~50m/s，传动比i≤10，传递功率可达200kW，效率高达98﹪~99﹪。单元9.1带传动分析与设计9.1.2V带和带轮的结构V带有普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带和大楔角V带等。其中普通V带和窄V带应用较广。1.普通V带的结构和尺寸标准（a）帘布结构

（b）线绳结构图9-5V带的结构标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图11-7所示。V带由包布层、伸张层、强力层、压缩层组成。强力层的结构型式有帘布结构(图9-5a)和线绳结构(图9-5b)。帘布结构抗拉强度高，但柔韧性及抗弯曲强度不如线绳结构好。线绳结构的普通V带使用寿命长，适用于转速高，带轮直径较小的场合。按截面尺寸由小到大的顺序分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。在同样条件下，截面尺寸大则传递的功率就大。单元9.1带传动分析与设计V带绕过带轮时外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一层长度不变的中性层，称为节面。节面的宽度称为节宽bp（见右图）。V带装在带轮上，和节宽相对应的带轮直径称为基准直径，用dd表示。在规定的张紧力下，V带在带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld

。V带的基准长度已标准化，带轮直径称为基准直径和带的基准长度可查询相关设计手册。普通V带的标记由带型、基准长度和标准号组成。带的标记通常压印在带的外表面上，以便选用时识别。例如，A型普通V带，基准长度为1400mm，其标记为

A—1400GB/T11544—2012详细介绍见配套资源1表9-1~3及说明文字。单元9.1带传动分析与设计2.

普通V带轮的结构（1）带轮的材料普通带轮材料常采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，其中灰铸铁应用最广。当带速v≤25m/s时采用HT150；当υ=25～30m/s时采用HT200；当v≥25～45m/s时，可采用球墨铸铁、铸钢或锻钢，也可采用钢板冲压后焊接带轮。传递功率较小时，带轮可采用铸铝或工程塑料。（2）带轮的结构V带轮由轮缘（带轮的外缘部分）、腹板（轮缘与轮毂相连的部分）和轮毂（带轮与轴相配的部分）三部分组成。轮槽尺寸见表11-4。V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为四种型式：①S型—实心带轮，如图9-7（a）所示；②P型—腹板带轮，如图9-7（b）所示；③H型—孔板带轮，如图9-7（c）所示；④E型—椭圆轮辐带轮，如图9-7（d）所示。单元9.1带传动分析与设计图9-7V带轮的结构单元9.1带传动分析与设计9.1.3带传动的受力分析和应力分析1.带传动的受力分析传动带以一定的张紧力套在两带轮上。当传动不工作时，带在带轮两边拉力相等，均为初拉力F0；工作时，带与带轮之间产生摩擦力Fu，进入主动轮一边的带被进一步拉紧，称为紧边，拉力由F0增大到F1；进入从动轮一边的带相应的被放松，称为松边，拉力由F0减小到F2。因为环形带的总长度近似不变，所以紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2，即单元9.1带传动分析与设计带两边的拉力之差F

称为带传动的有效拉力。即带所传递的有效圆周力，考虑各种因素的影响，可得

式中：e—自然对数的底，e≈2.718；ƒ—带与带轮接触面间的摩擦系数；α—小带轮的包角（rad），即带与小带轮接触弧所对应的中心角。由此可知，带所传递的圆周力与初拉力、摩擦系数和包角等因素有关。（1）圆周力F与初拉力F0成正比，增大初拉力F0，带与带轮间正压力增大，则传动时产生的摩擦力就越大，故F越大。但F0过大会加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短其工作寿命。（2）摩擦系数ƒ越大，摩擦力也越大，F就越大。ƒ与带和带轮的材料、表面状况、工作环境等因素有关。（3）圆周力F随包角α的增大而增大。由于大带轮的包角α2大于小带轮的包角α1，故打滑首先发生在小带轮上，所以只需考虑小带轮的包角α1。一般要求α1≥120º。带传动在不打滑条件下所能传递的最大圆周力为单元9.1带传动分析与设计2.带传动的应力分析（1）由拉力产生的拉应力紧边拉应力：

；松边拉应力：（2）由离心力产生的离心拉应力σC工作时，绕在带轮上的传动带随带轮作圆周运动，产生离心拉力FC，FC作用于带的全长上，产生的离心拉应力为式中：q—传动带单位长度的质量（kg/m）；ν—传动带的速度（m/s）；A—带的横截面面积（mm2）；σC—离心拉应力（Mpa）。图9-9带的应力分布单元9.1带传动分析与设计（3）由带弯曲变形产生的拉应力σb

传动带绕过带轮时发生弯曲，从而产生弯曲应力为

式中：E—带的弹性模量(MPa)；h—带的高度(mm)；dd—带轮基准直径(mm)；σb—弯曲拉应力(Mpa)。带是在交变应力情况下工作的，故易产生疲劳破坏。最大应力发生在带的紧边进入小带轮处，其值为

σmax=σ1+σc+σb1

为保证带具有足够的疲劳寿命，带的疲劳强度为

σmax=σ1+σc+σb1≤[σ]

式中：[σ]—带的许用应力(Mpa)。单元9.1带传动分析与设计9.1.4带传动的弹性滑动和传动比1.弹性滑动现象如图9-10所示，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。当带由紧边绕过主动轮进入松边时，带所受的拉力由F1减小为F2，其弹性伸长量也由△L1减小为△L2，带相对于轮面向后收缩了△L1-△L2，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐渐小于主动轮的圆周速度；当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力逐渐增加，带逐渐被拉长，带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。弹性滑动是摩擦型带传动正常工作时固有的特性，是不可避免的。图9-10带传动的弹性滑动单元9.1带传动分析与设计2.传动比主动轮与从动轮转速之比，称为带传动的传动比，即式中：

n1、n2—主动轮、从动轮的转速（r/min）。i—传动比在带传动中，由于存在弹性滑动现象，使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，其速度的降低率用滑动率ε表示，即

式中：

d1、d2—主、从动轮的基准直径(mm)。可得带传动的传动比为；从动轮的转速为因带传动的滑动率ε=0.01～0.02,其值很小，所以在一般传动计算中可不予考虑。单元9.1带传动分析与设计9.1.5

V带传动的设计1.带传动的失效形式和设计准则由带传动的工作情况分析可知，带传动的主要失效形式是：带在带轮上打滑，传动带的磨损和疲劳断裂。因此，带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。2.

单根普通V带传递的功率在载荷平稳、传动比i=1、包角α1=180º及特定带长的条件下，单根普通V带在不打滑并具有一定寿命时所能传递的功率称为基本额定功率。基本额定功率PO见表11-5。当实际工作条件与确定PO值的特定条件不同时，应对查得的单根V带的基本额定功率PO值加以修正。修正后即得实际工作条件下单根V带所能传递的功率[PO]，其计算公式为[PO]=（PO+ΔPO）KαKL式中：ΔPO—功率增量，考虑实际传动比i≠1时，V带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的条件下，可传递的功率应比基本额定功率PO大；

Kα—为包角系数，考虑α≠180º时包角对传递功率的影响；

KL

—为带长修正系数，考虑带为非特定长度时带长对传递功率的影响。详细参数扫码见配套资源表。单元9.1带传动分析与设计3.V带传动的设计步骤和方法设计V带传动时，一般已知的条件是：传动的工作情况，传递的功率P，两轮转速n1、n2（或传动比i）以及空间尺寸要求等。具体的设计任务是：确定普通V带的型号，计算和选择带与带轮的各个参数，计算带的根数，计算初拉力和轴上压力，画出带轮零件图等。（1）确定计算功率计算功率PC是根据传递的额定功率P，并考虑载荷性质以及每天运转时间的长短等因素的影响而确定的，即

PC=KAP式中：KA—工作情况系数。

P—电动机的额定功率（KW）。（2）选择V带的型号根据计算功率PC和主动轮转速n1，选择V带型号。当所选的坐标点在图中两种型号分界线附近时，可先选择两种型号分别进行计算，然后择优选用。普通V带的选型图见配套资源9-9中图。单元9.1带传动分析与设计（3）确定两带轮基准直径dd1、dd2小带轮的基准直径是重要的自选参数，直径过小可使传动结构紧凑，但弯曲应力大，降低带的使用寿命。设计时应取小带轮基准直径dd1≥ddmin，ddmin的值查表11-2。忽略弹性滑动的影响，dd2=dd1·n1/n2。dd1

、dd2宜取标准值（查表11-2）若带速过高，则会因离心力过大，使带与带轮间的摩擦力减小，传动中容易出现打滑现象。另外带绕过带轮的次数也增多，降低传动带的工作寿命。若带速过小，则当传递功率一定时，传递的圆周力过大，从而使带的根数增多。一般取v=5~25m/s为最佳。如带速超过上述范围，应重选小带轮直径dd1。（4）验算带速v小带轮直径确定后，应验算带速，即单元9.1带传动分析与设计（5）初定中心距α和带的基准带长Ld带传动的中心距小则结构紧凑，但传动带较短，包角减少，且带的绕转次数增多，降低了带的使用寿命，致使传动能力降低。如果中心距过大则结构尺寸增大，当带速较高时带会产生颤动。设计时可按下式初步确定中心距αo0.7（dd1+dd2）≤αo≤2（dd1+dd2）由带传动的几何关系可得带的基准带长计算公式：L0为带的基准带长计算值，查相关表即可选定带的基准带长Ld，实际中心距α可由下式近似确定考虑到安装调整和补偿初拉力的需要，中心距应有一定的调整范围，一般取αmin=α-0.015Ldαmax=α+0.03Ld单元9.1带传动分析与设计（6）校验小带轮包角α1一般应使α1≥120º，若不满足此条件，可适当增大中心距或减小两带轮的直径差，也可以加张紧轮等，但这样做会降低带的使用寿命。（7）确定V带根数z带的根数应取整数。为使各带受力均匀，根数不宜过多，一般应满足z＜10。如计算结果超出范围，应改选V带型号或加大带轮直径后重新设计。单元9.1带传动分析与设计（8）计算单根V带的初拉力F0单根V带的初拉力F0为由于新带易松弛，对不能调整中心距的普通V带传动，安装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍由于新带易松弛，对不能调整中心距的普通V带传动，安装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍。（9）计算作用在带轮轴上的压力FQ作用在带轮轴上的压力FQ会影响轴、轴承的强度和寿命。计算时，一般按静止状态下带轮两边均作用初拉力F0进行计算，如图9-11所示，可得图9-11作用在带轮轴上的压力单元9.1带传动分析与设计（10）带轮结构设计参见11.2.2。设计出带轮结构后，需要绘制带轮零件图。（11）设计结果列出带型号、带的基准带长Ld、带的根数z、带轮直径dd1和dd2、中心距α、轴上压力FQ等。设计实例单元9.1带传动分析与设计9.1.6带传动的张紧、安装与维护1.

带传动的张紧装置为了产生和调整带的初拉力，带传动应设有张紧装置。带在初始安装时需要张紧，并且在工作一段时间后会因塑性变形而松弛，使初拉力减小，传动能力下降，这时必须要重新张紧，以保证带传动的正常工作。（1）调整中心距定期张紧装置定期调整中心距，以达到重新张紧的目的。图9-12（a）所示的滑道式适用于水平或接近水平布置的传动；图9-12（b）所示的摆架式适用于垂直或接近垂直布置的传动。一般通过调整螺钉调节中心距。

（a）滑道式

（b）摆架式

图9-12带的定期张紧装置

单元9.1带传动分析与设计（2）采用张紧轮当带传动的中心距不可调整时，可采用张紧轮装置。如图9-14所示。张紧轮一般设置在松边的内侧且靠近大轮处。若设置在外侧时，则应使其靠近小带轮，这样可以增加小带轮的包角，提高带的疲劳强度。图9-14张紧轮装置自动张紧装置自动张紧将装有带轮的电动机安装在浮动摆架上，利用电动机及摆架的自重张紧传动带，通过载荷的大小自动调节张紧力，如图9-13所示。这种方法常用于小功率的传动。图9-13带的自动张紧装置单元9.1带传动分析与设计2.

带传动的安装和维护（1）安装带轮时，两带轮轴线必须互相平行，其V型槽对称面应重合。否则会加速带的磨损，甚至脱落，降低带的使用寿命。（2）新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。同组使用的V带应型号相同、长度相等，不同厂家生产的V带、新旧V带不能同组使用。（3）安装传动带时，应通过调整中心距的方法来装带和张紧，不得强行将带从带轮上撬入或撬出。（4）应定期对V带进行检查，如果有一根松弛或损坏则应全部更换新带。（5）带传动不需润滑，禁止往带上加润滑油或润滑脂，及时清理带轮槽内及传动带上的油污。（6）带传动装置的外面应加防护罩，以保障操作人员安全。防止带与酸、碱或油接触而腐蚀传动带。带传动的工作温度不应超过60°，不宜在阳光下暴晒。（7）如果带传动装置需闲置一段时间后再用，应将传动带放松。单元9.2链传动的分析与设计9.2.1链传动的特点和应用1.链传动的组成和类型如图9-15所示，链传动是一种具有中间挠性件（链条）的啮合传动，主要由主动链轮1、从动链轮2和中间挠性件（链条）3组成。链传动是通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合传递运动和动力的，是一种应用十分广泛的机械传动。图9-15链传动单元9.2链传动的分析与设计按用途不同，链可分为三类：传动链，在各种机械传动装置中用于传递运动和动力；起重链，主要用在起重机械中提升重物；牵引链，在运输机械中驱动输送带。传动链起重链牵引链单元9.2链传动的分析与设计在机械传动装置中，一般应用较多的是传动链。根据结构不同，传动链又有齿形链和滚子链两种。齿形链是由一组带有两个齿的链板左右交错并列铰接而成。齿形链板的两外侧为直边，其夹角为60°或70°。齿楔角为60°的齿形链传动较易制造，应用较广。工作时链齿外侧边与链轮轮齿相啮合来实现传动。齿形链传动平稳，承受冲击载荷的能力强，允许速度可高达40m/s，且噪音小，故又称无声链，但其结构复杂、质量大、价格高，多用于高速或精度要求高的场合，如汽车、磨床等。滚子链由内链板、外链板、套筒、销轴和滚子组成。滚子与套筒、销轴与套筒均为间隙配合而形成动联接，套筒与内链板、销轴与外链板间均是过盈配合而构成内、外链节。工程上常用的是滚子链，故我们以介绍滚子链为主。单元9.2链传动的分析与设计2.

链传动的特点和应用链传动主要特点：（1）链传动是具有中间挠性件的啮合传动，传动时无弹性滑动和打滑现象，能保持传动比准确，传动效率（0.95~0.98）较高；（2）链传动不需要很大的初拉力，故对轴的压力小；（3）传动中有一定的动载荷和冲击，噪音较大，传动平稳性差，适用于低速传动；

（4）能实现中心距较大的传动，比齿轮传动轻便得多，但不能保持恒定的瞬时传动比；（5）结构简单，制造成本较低；（6）对工作条件要求较低，能在高温、多油等恶劣环境中工作。链传动主要用于要求工作可靠，两轴相距较远，不宜采用齿轮传动，平均传动比准确，但不要求瞬时传动比准确的场合，如自行车、摩托车等。链传动还广泛用于农业、矿山、冶金、运输机械以及机床和轻工机械中。一般链传动的适用范围为：传递功率P≤100kW，传动比i≤8，链速v≤15m/s。单元9.2链传动的分析与设计11.2.2链传动结构及参数1.滚子链和链轮（1）滚子链的结构滚子链如图所示，滚子链由内链板l、外链板2、销轴3、套筒4及滚子5组成。滚子链的销轴与外链板、套筒与内链板分别用过盈配合连接；滚子与套筒、套筒与销轴之间为间隙配合，构成了铰链连接，使链条成为中间挠性件。当内外链板相对挠曲时，套筒可绕销轴自由转动，滚子活套在套筒上以减轻链轮齿廓的磨损。内外链板均制成∞字形以使它的各个横剖面具有接近等强度，同时也减轻了链条的质量和运动时的惯性力。滚子链已标准化(GB/T1243—2006)，分为A、B两个系列。A系列用于重载高速和重要场合的传动，应用广泛。B系列用于一般传动。单元9.2链传动的分析与设计滚子链的主要参数：节距p：相邻两销轴之间的距离。大小等于链号×25.4/16mm。节距越大，链的各部分尺寸相应增大，承载能力越强，但重量也随之增大。排距pt：多排链中每两排中线之间的距离。多排链承载能力与排数成正比。链节数Lp：整条链所具有的链节总数，通常链节数最好为偶数。链条长度L：L=pLp/1000，单位为m。双排链当传递功率较大时，可采用双排链或多排链。其中双排链用得比较多。单元9.2链传动的分析与设计滚子链接头形式：（a）开口销式：当链节数为偶数，且节距较大时，接头采用开口销固定；（b）弹簧夹式：当节距较小，接头采用弹簧片固定；（c）过渡链节：当链节数为奇数时，接头必须采用过渡链节连接。链节最好采用偶数。

（a）

用开口销

（b）用弹簧卡

（c）用过渡链节图9-18滚子链的接头形式

单元9.2链传动的分析与设计滚子链的标准：套筒滚子链是标准件，由专业工厂生产。其基本参数和尺寸已在国家标准中作了规定。滚子链的标准为GB/T1243—2006，分为A、B两个系列，A系列用于重载高速和重要的传动，B系列用于一般传动，常用的是A系列。链号排数整链链节数标准编号滚子链的标记方法为：例如：A系列滚子链，节距为19.05mm，双排，链节数为100，其标记方法为：

12A—2×100GB/T1243—2006

单元9.2链传动的分析与设计（2）链轮链轮的主要参数为齿数z、节距p（与链节距相同）和分度圆直径d。分度圆是指链轮上销轴中心所处的被链条节距等分的圆，其直径为图9-20滚子链链轮的端面齿形目前最流行的齿形为三弧一直线齿形。当选用这种齿形时，并用相应的标准刀具加工时，链轮齿形在零件图上不画出，只需注明链轮的基本参数和主要尺寸，如齿数z、节距p、配用链条滚子外径di、分度圆直径d、齿顶圆直径da及齿根圆直径df，并注明“齿形按3RGB/T1244—2006制造”。滚子链链轮及齿槽的主要参数和计算公式参见机械设计手册。单元9.2链传动的分析与设计链轮的结构如图11-23所示。小直径链轮通常制成实心式，如图9-21（a）所示；中等直径的链轮可制成孔板式，如图9-21（b）所示；直径很大的链轮（d≥200mm）制成组合式，可将齿圈焊接到轮毂上，如图9-21（c）所示；或采用螺栓连接，如图9-21（d）所示。链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮。（a）

实心式

（b）

孔板式

（c）

组合式

（d）组合式图9-21链轮结构

链轮轮齿应有足够的接触强度和良好的耐磨性，常用材料为中碳钢（35＃、45＃钢），不重要场合则用Q235A、Q275A钢，高速重载时采用合金钢，低速时大链轮可采用铸铁。由于小链轮的啮合次数多，小链轮的材料应优于大链轮，并应进行热处理。单元9.2链传动的分析与设计9.2.3链传动的运动特性分析设主、从动轮的转速分别为n1、n2，则链的平均速度为：1.

链传动的运动分析式中：

z1、z2—主、从动链轮的齿数；p—链节距（mm）；n1、n2—主、从动链轮的转速（r/min）；v—链的平均速度（m/s）。链传动的传动比为：图9-22链传动的运动分析单元9.2链传动的分析与设计上两式求得的链和链传动比均为平均值。实际上链速和链传动比在每一瞬时都是变化的，而且是按每一链节的啮合过程作周期性变化。在图11-24中，假设链条的上边始终处于水平位置，铰链A已进入啮合。主动轮以角速度ω1回转，其圆周速度v1=d1ω1/2，将其分解为沿链条前进方向的分速度v和使链条上下运动的垂直分速度vˊ，则v和vˊ的值分别为式中：

β—主动轮上铰链A的圆周速度方向与链条前进方向的夹角。单元9.2链传动的分析与设计每一链节自啮入链轮后，在随链轮的转动沿圆周方向送进一个链节的过程中，每一铰链转过360°/z1。当铰链中心转至链轮的垂直中心线位置时，其链速达最大值，vmax=v1=d1ω1/2；当铰链处于-180°/z1和+180°/z1时链速为最小，vmin=d1ω1/2cos

(180°/z1)。由此可知，链轮每送进一个链节，其链速v经历“最小—最大—最小”的周期性变化。这种由于链条绕在链轮上形成多边形啮合传动而引起传动速度不均匀的现象，称为多边形效应。此外，链条在垂直方向的分速度vˊ也作周期性变化，使链条上下抖动。用同样的方法对从动轮进行分析可知，从动轮的角速度ω2是变化的，所以链速和链传动的瞬时传动比（i12=ω1/ω2）也是变化的。由上述分析可知，链传动工作时不可避免地会产生振动、冲击、引起附加的动载荷，因此链传动不适用于高速传动。单元9.2链传动的分析与设计2.

链传动的失效形式链条的结构比链轮要复杂，强度也不如链轮高，一般链传动的失效形式是链条的失效。（1）链条的疲劳破坏在链传动中，由于链条松边和紧边的拉力不等，在其反复作用下经过一定的循环次数，链板、滚子、套筒等组件会发生疲劳破坏。在正常润滑条件下的闭式传动中，一般是链板首先发生疲劳断裂，其疲劳强度成为限定链传动承载能力的主要因素。（2）链条铰链磨损链条与链轮啮合传动时，链条的各元件在工作过程中都会有不同程度的磨损，但主要磨损发生在铰链的销轴与套筒的承压面上。磨损使链节变长，容易产生跳齿和脱链，使传动失效。一般在开式传动或润滑不良的链传动中，极易产生磨损，降低链条寿命。单元9.2链传动的分析与设计（3）链条铰链的胶合在润滑不良或链轮转速达到一定值时，链节啮入时受到的冲击能量增大，工作表面的温度过高，销轴和套筒间的润滑油膜被破坏而产生胶合。（4）链条的静力拉断在低速（v<0.6m/s），重载或严重过载的场合，当载荷超过链条的静力强度时导致链条被拉断。（5）跳齿和脱链在链条铰链磨损后链节会变长，或者在高速运动时，链传动会发生跳齿和脱链的失效。单元9.2链传动的分析与设计9.2.4链传动的布置、张紧及润滑1.

链传动的布置链传动的布置对传动的工作状况和使用寿命有较大影响。按两链轮中心连线位置不同，可分为水平布置、倾斜布置和垂直布置，如图9-23所示。通常情况下链传动的两轴线应平行布置，两链轮的回转平面应在同一平面内，否则易引起脱链和不正常磨损。链条应使主动边（紧边）在上，从动边（松边）在下，以免链松边垂度过大与轮齿相干涉或紧、松边相碰。如果两链轮中心的连线不能布置在水平面上，其与水平面的夹角应小于45°。尽量避免中心线垂直布置，以防止下链轮啮合不良。

（a）水平布置

（b）倾斜布置

（c）垂直布置图9-23链传动的张紧单元9.2链传动的分析与设计2.

链传动的张紧链传动需适当张紧，以免垂度过大而引起啮合不良。一般情况下链传动设计成中心距可调整的形式，通过调整中心距来张紧链轮。也可采用张紧轮，如图11-25所示。张紧轮应设在松边，靠近小带轮处。图9-24链传动的润滑装置3.链传动的润滑链传动的润滑可缓和冲击、减少摩擦、减轻磨损、延长使用寿命。具体的润滑装置见图9-24。采用的润滑油要有较大的运动粘度和良好的油性，一般可选用L-AN32、L-AN46、L-AN68等油。润滑油应加于松边，以便润滑油渗入各运动接触面。对于不便使用润滑油的场合，可用润滑脂，但应定期涂抹，定期清洗链轮和链条。单元9.3间歇运动机构分析与设计9.3.1棘轮机构1.棘轮机构工作原理和类型(a)外啮合棘轮机构

(b)内啮合棘轮机构图9-26棘轮机构（1）棘轮机构的工作原理如图9-26所示，棘轮机构由棘轮1、驱动棘爪2、摇杆3、止动棘爪4和机架等组成。片弹簧5用来使止动棘爪和棘轮保持接触。棘轮装在轴上，用键与轴联接在一起。摇杆和棘轮的回转轴线重合。当摇杆3逆时针摆动时，驱动棘爪2插入棘轮1的齿槽中，推动棘轮转过一定角度，而止动棘爪4则在棘轮的齿背上滑过。当摇杆3顺时针摆动时，驱动棘爪2在棘轮的齿背上滑过，而止动棘爪4则阻止棘轮顺时针转动，使棘轮静止不动。因此，当摇杆连续往复摆动时，棘轮做单向的间歇运动。单元9.3间歇运动机构分析与设计（2）棘轮机构的类型常用结构一：齿式棘轮机构

①单动式棘轮机构如图所示，这种机构的运动特点是摇杆正向摆动时，棘爪驱动棘轮沿同一方向转过某一角度；摇杆反向摆动时，棘轮静止。②双动式棘轮机构这种机构的运动特点是摇杆往复摆动时都能使棘轮做同一方向转动。驱动棘爪可做成钩（称为钩头双动式棘轮）或直头（直头双动式棘轮）。单元9.3间歇运动机构分析与设计

③可变向棘轮机构可变向棘轮机构，可使棘轮做双向间歇运动。图（a）采用具有矩形齿的棘轮，其特点是当棘爪1处于实线位置时，棘轮2做逆时针间歇运动；当棘爪1处于虚线位置时，棘轮做顺时针间歇运动。图（b）采用回转棘爪，当棘爪1按图示位置放置时，棘轮2将做逆时针间歇转动；若将棘爪提起，并绕本身轴线转180°后再插入棘轮齿槽时，棘轮将作顺时针间歇转动。（a）（b）单元9.3间歇运动机构分析与设计常用结构二：摩擦式棘轮机构齿式棘轮机构的棘轮转角是相邻两齿所夹中心角的倍数，即棘轮转角是有级可调的。如果需要无级性改变转角，可采用摩擦式棘轮机构，该机构是通过棘爪和棘轮之间的摩擦力来传递运动的。单元9.3间歇运动机构分析与设计2.棘轮机构转角的调节方法（1）调节摇杆摆角的大小，控制棘轮的转角图9-30所示的棘轮机构是利用曲柄摇杆机构带动棘轮作间歇运动。可利用调节螺钉改变曲柄长度r，以实现摇杆摆角大小的改变，从而控制棘轮的转角。图9-30牛头刨床工作台进给机构单元9.3间歇运动机构分析与设计（2）利用遮板调节棘轮的转角如图9-31所示，在棘轮的外面罩一遮板（遮板不随棘轮一起转动），改变遮板位置遮住部分棘齿，使棘爪行程的一部分在遮板上滑过，不与棘齿接触，通过变更遮板的位置即可改变棘轮转角的大小。