汽车机械基础第二节 摩擦轮传动.docx
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汽车机械基础第二节摩擦轮传动
第二节摩擦轮传动、带传动和链传动
2.1摩擦轮传动
2.1.1摩擦轮传动的工作原理和特点
1.摩擦轮传动的工作原理
最简单的摩擦轮传动如图3-1所示，它是由两个摩擦轮、一个机架、一个压缩弹簧和一个滑块所组成，工作时，利用两个摩擦轮被互相压紧后在接触处产生的摩擦力来实现传动。
摩擦轮传动的摩擦力的大小为图3-1
Ff＝ƒQ
式中 Fƒ—摩擦力（N）
ƒ—动摩擦因数（见表2-1）
Q—两轮接触处的压紧力（N）
从动轮2处产生的摩擦力矩Mf（N·mm）为
Mƒ＝Fƒr2＝ƒQr2
式中r2—从动轮半径（mm）
表2-1 动摩擦因数ƒ和许用单位压力[q]
材料
摩擦
状态
ƒ
[q]
/[N·mm]
钢与钢或铸铁
铸铁与钢或铸铁
钢与夹布胶木
铸铁与塑料
铸铁与纤维制品
铸铁与皮革
铸铁与压纸板
铸铁与特殊橡胶
有润滑
干摩擦
干摩擦
干摩擦
干摩擦
干摩擦
干摩擦
干摩擦
0.05-0.10
0.10-0.15
0.20-0.25
0.10-0.18
0.15-0.30
0.15-0.30
0.15-0.40
0.50-0.70
-
-
-
3.92-7.85
24.5-44.1
29.4-34.3
-
2.45-4.00
正常工作时应保证摩擦力矩不小于工作所需要的力矩。
如果不是这样，就会出现打滑，使传动失效。
为了传动可靠，引入可靠系数K（K＝1.25-3），则摩擦传动的计算压紧力Q（N）为
摩擦轮的宽度b（mm）可用两轮接触线上的许用单位压力[q]求出
式中[q]—许用单位压力（N/mm）查表2-1。
为了保证两轮全宽接触，摩擦轮宽度b不宜过大，一般取b≤2r1。
2.传动比的计算
如图3-1所示，如果要使两个摩擦轮在接触处不产生滑动，则接触点上两轮的线速度应该相等。
即
摩擦轮传动在实际正常工作中，由于摩擦力的作用，使得摩擦轮在接触点两侧的弹性变形量不一样大，造成在两轮接触处产生相对滑动，称之为弹性滑动，故摩擦轮传动的实际传动比为
式中ε—摩擦轮传动的弹性滑动率（即速度损失率），当两摩擦轮的材料为钢材时，ε≈0.2%；钢对夹布胶木时，ε≈1%；钢对橡胶时，ε≈3%；在一般计算时可不予考虑。
3．摩擦轮传动的特点
1）传动平稳，运转时无噪声。
2）结构简单，制造方便。
3）过载打滑，可防止重要零件损坏。
4）传动形式可多种多样，故适用范围广。
5）由于存在弹性滑动，不能保证准确的传动比。
6）传动效率低，工作表面易磨损，易发热、不宜传递较大的力矩。
7）需要增加压紧装置，作用在轴和轴承上的力较大。
2.1.2摩擦轮传动的类型和应用
摩擦轮传动按传动比是否固定，可分为定传动比和变传动比两大类。
（1）定传动比摩擦轮传动 定传动比摩擦轮传动常见的有圆柱摩擦轮传动（图3-1），圆柱槽摩擦轮传动（图3-2）和圆锥摩擦轮传动（图3-3）等三种类型。
前两种用于两平行轴之间的传动，后一种用于两轴相交的传动。
每一种又都可以有内接和外接两种形式。
图3-2图3-3
（2）变传动比的摩擦轮传动 在仪器中，为了调节速比或获得无级变速，
常用变传动比的摩擦轮传动。
这种传动的类型很多，根据有无中间机件，可分为直接接触的和间接接触的两大类；根据摩擦面的形状，又可分为圆盘式、圆锥式、球面式和环柱体式等不同型式，表3-2列出各种变传动比的摩擦轮传动简图。
表3-2 各种变传动比摩擦轮传动简图
2.2挠性传动概述
2.2.1挠性传动的工作原理和特点
挠性传动是广泛应用的一种传动形式，它是借助于挠性元件（带、绳、链条）来传递运动和动力的。
图3-4所示为挠性传动的工作原理图。
当主动轮旋转时，通过挠性元件间接地将运动和动力传递给从动轮。
这类传动具有吸收振动载荷以及阻尼振动影响的作用，所以传动平稳，而且结构简单，易于制造。
常用于中心距较大情况下的传动。
在情况相同的条件下，与其他传动相比，简化了机构，
降低了成本。
2.2.2挠性传动的类型和应用
挠性传动根据挠性元件与两轮的接触情况，可分为以下几类。
（1）挠性摩擦传动 属于这类传动的有带传动和绳传动。
它们是依靠挠性元件与传动轮接触表面之间的摩擦力来实现运动和动力的传递。
这类传动过载时打滑，能防止机件损坏，但传动精度不够准确，传动效率较低，轴和轴承受力较大。
（2）挠性啮合传动 属这类传动的有齿孔带传动、同步带传动、链传动等（见图3-5）。
但这类传动是通过具有轮齿的传动轮和挠性元件上具有的齿或孔相啮合，达到传递运动的目的，所以能避免打滑，平均传动比准确。
图3-5挠性啮合传动
a）齿孔带传动b）同步带传动c）链传动
（3）牵引式挠性传动 这类传动的主要特点是将挠性元件的两端与传动件连接在一起，当主动件运动时，直接牵引从动件随之转动。
图3-6所示为牵引式挠性传动在磁头定位机构中的应用实例。
钢带5的中间部分用螺钉连接在步进电机6的驱动轮3上，它的两端各在驱动轮上缠绕半圈后，用螺钉紧固在装有磁头2的小车4上。
电动机转动时，钢带的一
端松开，另一端往轮上缠绕。
小车在钢带的推拉
作用下沿导轨1移动，从而驱动磁头，使它定位在需要读写的目标磁道上。
此类传动，传递运动准确，但驱动轮的转动范围受到限制。
一般不超过3300。
2.3 带传动的基本知识
2.3.1带传动的类型、特点和应用
带传动是利用带作为中间挠性件，依靠带与带轮接触面间产生的摩擦力来传递运动和动力的。
它是挠性摩擦传动中应用较普遍的传动形式之一。
图3-7
所示为带传动的简图。
图3-7子带传动简图图3-8带传动的类型
1-主动轮2-从动轮3-传动带a）平带b）V带c）圆带d）多楔带
带传动按带的截面形状分有平带、V带、圆带和多楔带，如图3-8所示。
平带传动还有开口传动、交叉传动、半交叉传动等多种传动形式，其特点见表3-3。
表3-3 平带的传动特点
传动形式
带速v/（m·s-1）
传动比i
相对传动能力
工作特点
开
口
传
动
5-30
≤5
1
两轴平行，回转方向相同
传动形式
带速v/（m·s-1）
传动比i
相对传动能力
工作特点
交
叉
传
动
≤15
≤6
0.75-0.85
两轴平行，回转方向相反，交叉处有扭转和摩擦，传动寿命短
半交叉传动
≤15
≤3
0.7-0.8
两轴交错，单向转动
圆带传动的特点是便于快速装拆，传递功率很小，常用于缝纫机、真空吸尘器、磁带盘的机械传动和一些仪器上。
多楔带是平带和V带的组合结构，其楔形部分嵌入带轮上的楔形槽内，靠楔面摩擦工作。
带是无端的，兼有平带和V带的特点，柔性好，摩擦力大，能传递较大的功率，并解决了多根V带长短不一而使各根带受力不均的问题，传动比可达10，带速可达40m/s。
2.3.2 V带的结构和标准
V带分普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带、齿形V带和接头V带等，本书仅介绍变通V带传动，因它应用最广。
图3-9普通V带结构
a）卷布结构b）线绳结构
1-布包层2-强力层3-伸张层4-压缩层
普通V带俗称“三角带”，其构造如图3-9所示。
V带已标准化，我国国家标准GB11544-89规定普通V带也有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，线绳结构V带只有Z、A、B、C四种型号。
其截面尺寸见表2-4。
表3-4 V带剖面基本尺寸 （mm）
当V带在规定的张紧力下弯绕在带轮上时，在弯曲平面内保持原长度不变的周线称为节线，由全部节线构成的面称为节面，带的节面宽度称节宽bp。
在带轮上，与所配用V带的节面处同一位置的槽形轮廓宽度称为基准宽度bd，基准宽度处的带轮直径为基准直径d（图3-10）。
V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld（节线长度）。
2.3.3 V带传动的主要参数和几何尺寸计算
1．传动比
传动比的计算方法与摩擦轮传动的计算方法相同，即带轮的转速与基准直径成反比，即
2．小带轮包角
带轮的包角（ɑ），就是带与带轮接触面的弧长所对应的中心角。
一般规定小带轮包角ɑ1≥1200。
包角计算式为
（3-4）
虽然，中心距计算式较繁，但由于带传动的中心距一般可调整，故可采用近似公式计算（见带传动设计）。
2.3.4 V带的材料和结构
带轮一般选用铸铁制造，带速较高以及特别重要的场合可用钢制带轮。
为了减轻重量，也可用铝合金及工程塑料。
带轮的结构通常由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。
其结构见图3-10。
轮缘是带轮安装传动带的外缘环部分。
V带轮轮缘制有与带的根数、型号相对应的轮槽，轮缘尺寸见表3-5。
带轮的结构型式有：
实心式（图3-11a）；腹板式（图3-11b、c）；椭圆轮辐式（图3-11d、e）；V带轮结构尺寸见表3-6。
3-5V带轮轮槽尺寸
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基准宽度bd
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
顶宽b
6.3
10.1
13.2
17.2
23
32.7
38.7
基准线上槽深hamin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
槽间距e
8±0.3
12±0.3
15±0.3
19±0.4
25.5±0.5
37±0.6
44.5±0.7
槽中心至轮端面间距f
7±1
8±1
槽深Hmin
6.3
9
11.45
14.3
19.1
28
33
槽底至轮缘厚度δmin
5
5.5
6
7.5
10
12
15
轮缘宽度B
B＝（Z-1）e+2fZ-轮槽数
轮外缘直径da
Da=d+2ha
轮槽角φ
320
对应基准直径d
≤60
-
-
-
-
-
-
340
-
≤80
≤118
≤190
≤315
-
-
360
＞60
-
-
-
-
＜475
≤600
380
-
＞80
＞118
＞190
＞315
＞475
＞600
注：
轮槽角φV带楔角θ是为了保证V带绕在带轮上后能与轮槽侧面全面贴合。
3-6 V带轮结构尺寸 （mm）
带轮外形结构尺寸
L
d1
dɑ
（1.5-2）d0
（1.8-2）d0
d+2hɑ
d0-由轴的设计确定
辐板、孔板结构尺寸
db
dɑ-2（H+δ） H、δ由表3-5查得
dk
0.5（db+d1）
ds
（0.2-0.3）（db-d1）
S
（0.2-0.3）B B-轮缘宽度
椭圆轮辐结构尺寸
h1
h2
0.8h1
ɑ1
0.4h1
ɑ2
0.8ɑ1
f1
0.2h1
f2
0.2h2
2.3.5带传动的张紧
带在工作一段时间后，由于塑性变形和磨损导致松弛，张紧力逐渐减小，带传动能力因之下降，影响正常传动。
为了使带产生并保持一定的初拉力，带传动应设置张紧装置。
常见的张紧方法见表3-7
表3-7 带传动的张紧方法
张紧方法
简 图
特点和应用
调节中心距
定期张紧
（1）多用于水平或接近水平的传动
（2）多用于垂直或接近垂直的传动是最简单的能用方法
调节中心距
自动张紧
（3）是靠电动机的自重或定子的反力矩张紧，多用于小功率传动。
应使电动机和带轮的转向有利于减轻配置或减小偏心距
（4）常用于带传动的试验装置
（5）是根据负载自动调节张紧力大小的张紧装置、带轮是一行星机构。
它的压轴力小，而且载荷小时张紧力也随之减小
注：
为减小振动高速带传动不得采用自动张紧
张
紧
轮
可任意调节预紧力的大小，增大包角，容易装卸；但影响带的寿命，不能逆转。
（6）多用平带传动
（7）多用于V带传动
带传动的合理使用和维护
为了延长带的使用寿命，保证传动的正常运转，必须重视正确地使用和维护保养。
1）选用V带时要注意型号和长度，型号应和带轮轮槽尺寸相符合，新旧不同的V带不同时使用。
2）安装时，两轴线平行，两轮相对应轮槽的中心线位置重合，以防带侧面磨损加剧。
3）安装V带时应按规定的初拉力张紧，也可凭经验，对于中等中心距的带传动，带的张紧程度以大拇指下按15mm为宜，如图3-12。
4）多根V带传动应采用配组带。
使用中应定期检查，如发现有的V带出现疲劳撕裂现象时，应及时更换全部V带。
5）为确保安全，带传动应设防护罩。
6）胶带工作温度不应超过60℃。
7）装拆时不能硬撬，应无缩短中心距，然后再装拆胶带。
装好后再调到合适的张紧程度。
2.4链传动
2.4.1链传动的特点和应用
链传动是由安装在平行轴上的主、从动轮和绕在链轮上的环形链条组成，如图3-13所示。
以链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。
与带传动比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保证准确的平均传动比；传动效率高，可达0.98；链不需要像带那样很紧地张紧在带轮上，作用在轴上的压力较小；能在恶劣的环境下（如高温、灰尘多、有油污等）工作；但链传动的瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。
链传动主要用于工作可靠、两轴相距较远、工作条件恶劣的场合。
例如矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车、自行车中。
通常，链传动的传动比i≤8；中心距ɑ≤5-6m；传递功率P≤100kw；圆周速度v≤15m/s；传动效率η＝0.95-0.98。
按用途不同，链可分为：
传动链、起重链和牵引链三大类。
传动链是制造较精密的链条，用以传递运动；起重链用在各种起重机械中，用以提升重物；牵引链主要用于运输机械。
图3-14所示分别为链式运输机及链斗式提升机中的应用实例。
传动链有滚子链和齿形链等类型，以滚子链最为常用。
本节只讨论滚子链。
2.4.2滚子链和链轮
（1）滚子链的结构和标准 滚子链是由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成，如图3-15所示。
内链板与套筒，外链板与销轴均为过盈配合，而套筒与销轴、滚子与套筒均主 隙配合。
当链条啮入和啮出时，内外链板作相对转动，同时滚子沿轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。
内外链板均做成“∞”字形。
以减轻重量并保持各横截面的强度大致相等。
链条中的各零件由碳素钢或合金钢制成，并经过热处理，以提高其强度和耐磨性。
相邻两滚子中心间的距离称为链条的节距，用P表示。
它是链条的主要参数，节距越大，链条各零件的尺寸也越大。
滚子链可制成单排或多排链，Pt为排距。
如图3-16所示。
为避免各排链受载不均，排数不宜过多，常用或三排链。
滚子链已标准化，分别A、B两种系列。
A级链用于重载、高速和重要的链传动；B级链用于一般传动，表3-8列出滚子链的基本参数和尺寸。
3-8 滚子链基本参数和尺寸
链号
节距
排距
滚子
外径
内链节内宽
销轴
直径
内链节外宽
外链节内宽
销轴
长度
止销端加长量
内链
板高度
单排极限拉伸载荷
单排每米质量
P
P1
drmax
b1min
d2max
b2max
b3min
b4max
b5max
hmax
Qmin
q≈
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
N
（kg·m-1）
05B
8.00
5.64
5.00
3.00
2.31
4.77
4.90
8.6
3.1
7.11
4400
0.18
06B
9.525
10.24
6.35
5.72
3.28
8.53
8.66
13.5
3.3
8.26
8900
0.40
08B
12.70
13.92
8.51
7.75
4.45
11.30
11.43
17.0
3.9
11.81
17800
0.70
08A
12.70
14.38
7.95
7.85
3.96
11.18
11.23
17.8
3.9
12.07
13800
0.60
10A
15.875
18.11
10.16
9.40
5.08
13.84
13.89
21.8
4.1
15.09
21800
1.00
12A
19.05
22.78
11.91
12.57
5.94
17.75
17.81
26.9
4.6
18.08
31100
1.50
16A
25.40
29.29
15.88
15.75
7.92
22.61
22.66
33.5
5.4
24.13
55600
2.60
20A
31.75
35.76
19.05
18.90
9.53
27.46
27.51
41.1
6.1
30.18
86700
3.80
24A
38.10
45.44
22.23
25.22
11.10
35.46
35.51
50.8
6.6
36.20
124600
5.60
28A
44.45
48.87
25.40
25.22
12.27
37.19
37.24
54.9
7.4
42.24
16900
7.50
32A
50.80
58.55
28.58
31.55
14.27
45.21
45.26
65.5
7.9
48.26
22400
10.10
40A
63.50
71.55
39.68
37.85
19.84
54.89
54.94
80.3
10.2
60.33
347000
16.10
48A
76.20
87.83
47.63
47.35
23.80
67.82
67.87
95.5
10.5
72.39
500400
22.60
注：
1.使用过渡链节时，其极限拉伸载荷按表列数值的80%计算。
2.对于多排链，除05B、06B、08B外，其极限拉伸载荷按表列单排链的数值乘以排数m计算；其销轴长度按+（m-1）Pt计算。
对于B系列的多排链可查GB1243.1-83。
3．套筒与销轴之间的最小间隙应保证为0.5mm。
按国标规定，套筒滚子链的标记方法为
链号—排数×链节数，标准编号。
例如16A—1×80GB1243.1—83即为按本标准制造的A系列、节距25.4mm、单排、180节的滚子链。
链条长度以链节数来表示。
链节数最好取偶数，接头处用弹性锁片或开口销锁紧。
当链节数为奇数时，则须采用一个过渡链节，但其强度差，应尽量少用，如图3-17所示。
（2）链轮 链轮齿形如图3-18所示，按国标规定，用标准刀具加工，只需给出链轮的节距P、齿数Z和链轮的分度圆直径d。
链轮齿应具有足够的强度和耐磨性，故齿面多经热处理。
小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，所用材料一般优于大链轮。
常用的链轮材料有Q235、Q275、45、ZG45等，重要的链轮可采用合金钢。
链轮的结构如图3-19所示，
小直径链轮可制成实心式（图3-19a）；中等直径的链轮可制成孔板式（图3-19b）；直径较大的链轮可设计成组合式，如轮毂和齿圈焊在一起（图3-19c）或用螺栓联接（图3-19d），若轮齿因磨损而失效，可更换齿圈。
2.4.3链传动的主要参数及其选择
（1）链轮齿数 链轮齿数要选择适当，不宜过多或过少。
链轮齿数愈少，链速的不均匀性和动载荷都会增加，同时当链轮齿数过少时，使链轮直径过小，会增加链节的负荷和工作频率，加速链条磨损。
由此可见，增加小链轮齿数对传动是有利的。
但链轮齿数过多，会造成链轮尺寸过大，而且当链条磨损后，容易引起脱链现象。
同样会缩短链条的使用寿命。
由于链节数常为偶数，为考虑磨损均匀，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数。
一般小链轮齿数Z1可根据传动比由表3-9选取，然后再按传动比确定大链轮的齿数Z2（Z2＝iZ1）。
一般Z2不宜大于120。
表3-9 小链轮齿数Z1
链速v/（m·s-1）
0.6-3
＞3-8
＞8
Z1
≥17
≥21
≥25
（2）平均传动比 链节与链轮齿啮合时形成折线，相当于将链绕在正多边形的轮上，正多边形的边长等于链的节距P，边数等于链轮齿数。
链轮每转一周，随之绕过的链长为ZP。
因此当两链轮的转速分别为n1、n2时链的平均速度v（m/s）为
式中P—链节距（mm）
n1、n2—主、从动轮转速（r/min）
Z1、Z2—主、从动轮齿数
（3）链节距 节距P是链传动中最主要的参数。
节距越大其承载能力越高，但传动中附加动载荷，冲击和噪声也都会越大。
因此，在满足传递功率的前提下，应尽量选取小节距的单排链；若传动速度高，功率大时，则可选用小节距多排链。
这样可在不加大节距P的条件下，增加链传动所能传递的功率。
（4）链传动的中心距 若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时参与啮合齿数就少；若中心距过大，易使链传动时链条抖动，一般可取中心距ɑ＝（30-50）P，最大中心距ɑmax≤80P。
另外，为了便于安装链条和调节链的张紧度，中心距一般都设计成可调的。
2.4.4链传动的布置、张紧和维护
（1）链传动的布置 链传动布置时，链轮两轴线应平行，两轮应位于同一平面内，一般宜采用水平布置或接近水平布置，中心连线与水平线的夹角最好不要大于450，并使松边在下边，参看表3-10。
表3-10 链传动的布置
传动参数
正确布置
不正确布置
说明
i＞2
ɑ＝（30-50）P
两轮轴线在同一水平面，紧边在上、在下均不影响工作
i＞2
ɑ＜30P
两轮轴线不在同一水平面，否则松边下垂量增大后，链条易与链条卡死
i＜1.5
ɑ＞60P
两轴在同一水平面，松边应在下面，否则下垂量增大后，松边会与紧边相碰，需经常调整中心距
i、ɑ为任意值
两轮轴线在同一铅垂面内，下垂量增大，会减少下链轮有效啮合数，降低传动能力，为此应采用：
（a）中心距可调；（b）张紧装置；（c）上下两轮错开，使其不在同一铅垂面内。
（2）链传动的张紧 链条在使用过程中会因磨损而逐渐伸长，为防止松边垂度过大而引起啮合不良、松边颤抖和跳齿等现象，应使链张紧。
常用张紧方法有调整中心距和采用张紧装置，张紧轮可用链轮也可用滚轮。
张紧轮一般设在松边外侧如图3-20所示。
（3）链传动的润滑 润滑对链传动影响很大，良好的润滑将减少磨损，缓和冲击，处长链条的使用寿命。
常用的润滑方式和要求见表3-11。
表3-11 滚子链的润滑方法和供油量
方式
简图
润滑方法
供油量
人工润滑
用刷子或油壶定期在链条松边内、外链板间隙中注油
每班注油一次
滴油润滑
装有简单外壳，用油杯滴油
单排链、每分钟供油5～20滴，速度高时，取大值
油浴润滑
采用不漏油的外壳使链条从油槽中通过
链条浸入油面过深，搅油损失大，油易发热变质，一般浸油深度为6～12mm
飞溅润滑
采用不漏油的外壳，飞溅润滑，甩油盘圆周速度υ≥3m/s，当链
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