機械設(shè)計基礎(chǔ)課件 模塊9 柔性傳動及間歇運動機構(gòu)分析設(shè)計

模塊9柔性傳動及間歇運動機構(gòu)分析設(shè)計單元9.1帶傳動分析與設(shè)計單元9.2鏈傳動分析與設(shè)計單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計模塊9柔性傳動及間歇運動機構(gòu)分析設(shè)計【學習目標】學習帶傳動的相關(guān)知識，學習普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標準及普通V帶輪的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法，學習帶傳動的力學分析和帶的疲勞強度計算；學習鏈傳動的相關(guān)知識，完成鏈傳動的力學分析；學習間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計方法。完成帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對帶傳動在工程應用中進行維護；完成鏈傳動進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工程應用的分析?！局R要點】（1）帶傳動的組成、帶傳動的特點、帶傳動的類型和應用；（2）普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標準、普通V帶輪的結(jié)構(gòu)；（3）帶傳動的受力分析、應力分析、帶的疲勞強度；（4）帶傳動的彈性滑動、傳動比計算、帶傳動的滑動率；（5）帶傳動的失效形式和設(shè)計準則、V帶傳動的設(shè)計步驟和方法；（6）帶傳動的張緊、安裝與維護；（7）鏈傳動的組成、類型、特點、鏈傳動結(jié)構(gòu)、參數(shù)、鏈傳動的布置、張緊及潤滑；（9）棘輪機構(gòu)的工作原理、類型特點、應用；（8）槽輪機構(gòu)工作原理、類型、特點和應用；（9）不完全齒輪機構(gòu)和凸輪式間歇運動機構(gòu)。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計11.1.1帶傳動的類型、特點和應用帶傳動是利用張緊在帶輪上的帶，在兩軸(或多軸)間傳遞運動或動力。環(huán)形傳動帶采用易彎曲的撓性材料制成。帶傳動按工作原理可分為摩擦傳動和嚙合傳動兩大類，其常見的是摩擦帶傳動。帶傳動是由主動輪1、從動輪2、環(huán)形傳動帶3及機架組成（如圖9-1）。帶是撓性件，張緊在兩輪上，當原動機驅(qū)動帶輪1（即主動輪）轉(zhuǎn)動時，由于帶與帶輪間摩擦力的作用，使從動輪2一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了運動和動力的傳遞。圖9-1帶傳動的工作原理單元9.1帶傳動分析與設(shè)計1.

帶傳動的類型和應用（1）按用途分按用途可將帶傳動分為傳動帶和輸送帶，傳動帶主要傳遞運動和動力用，輸送帶主要用于輸送物品用。（2）按傳動原理分按用途可將帶傳動分為摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動主要靠傳動帶與帶輪間的摩擦力實現(xiàn)傳動，圖9-2（a）所示，如V帶傳動、平帶傳動等；嚙合帶傳動靠帶內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪外緣上的齒槽直接嚙合實現(xiàn)傳動，圖9-2（b）所示的同步帶傳動。（a）摩擦帶傳動

（b）嚙合帶傳動圖9-2帶傳動單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（3）按傳動帶的截面形狀分

根據(jù)帶的截面形狀不同(如圖所示)，可分為V帶、平帶、多楔帶和圓帶、同步帶等。V帶平帶多楔帶

圓帶

同步帶（1）V帶傳動

V帶的截面形狀為等腰梯形，兩側(cè)面為工作面。傳動時V帶與輪槽兩側(cè)面接觸，在同樣壓緊力的作用下，V帶的摩擦力比平帶大，傳遞功率也較大，且結(jié)構(gòu)緊湊，在機械傳動中廣泛應用。（2）平帶傳動

平帶的截面形狀為矩形，內(nèi)表面為工作面。常用的平帶有膠帶、編織帶和強力錦綸帶等。平帶傳動多用于中心距較大的場合。（3）多楔帶傳動

它是在平帶基體上由多根V帶組成的傳動帶。多楔帶結(jié)構(gòu)緊湊，可傳遞很大的功率。故適用于傳遞功率大且要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。（4）圓帶傳動

圓帶橫截面為圓形。只用于低速、小功率傳動，如儀表等。（5）同步帶傳動

同步帶縱截面為齒形。兼有帶傳動和齒輪傳動的特點，能保證準確的傳動比，故主要應用于要求傳動比準確的中、小功率傳動中，如數(shù)控機床等。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計2.帶傳動的特點帶傳動是利用具有彈性的撓性帶來傳遞運動和動力的，因此具有以下特點：（1）能實現(xiàn)較大距離的軸間傳動，結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護較方便，且成本低廉；（2）過載時，帶會在帶輪上打滑，從而起到保護其他傳動件免受損壞的作用；（3）傳動平穩(wěn)，噪音小，可緩沖吸振；（4）由于帶與帶輪之間存在滑動，傳動比不能嚴格保持不變，且需要張緊裝置；（5）傳動效率較低，帶的壽命一般較短，不宜在易燃易爆場合下工作。帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)，但傳動比要求不嚴格且中心距較大的場合。一般情況下，帶速為5~25m/s，傳動的功率P≤100kW，平均傳動比i≤5,傳動效率為94﹪~97﹪。高速帶傳動的帶速可達60~100m/s，傳動比i≤7。同步齒形帶的帶速為40~50m/s，傳動比i≤10，傳遞功率可達200kW，效率高達98﹪~99﹪。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計9.1.2V帶和帶輪的結(jié)構(gòu)V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶和大楔角V帶等。其中普通V帶和窄V帶應用較廣。1.普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標準（a）簾布結(jié)構(gòu)

（b）線繩結(jié)構(gòu)圖9-5V帶的結(jié)構(gòu)標準V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖11-7所示。V帶由包布層、伸張層、強力層、壓縮層組成。強力層的結(jié)構(gòu)型式有簾布結(jié)構(gòu)(圖9-5a)和線繩結(jié)構(gòu)(圖9-5b)。簾布結(jié)構(gòu)抗拉強度高，但柔韌性及抗彎曲強度不如線繩結(jié)構(gòu)好。線繩結(jié)構(gòu)的普通V帶使用壽命長，適用于轉(zhuǎn)速高，帶輪直徑較小的場合。按截面尺寸由小到大的順序分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。在同樣條件下，截面尺寸大則傳遞的功率就大。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計V帶繞過帶輪時外層受拉伸變長，內(nèi)層受壓縮變短，兩層之間存在一層長度不變的中性層，稱為節(jié)面。節(jié)面的寬度稱為節(jié)寬bp（見右圖）。V帶裝在帶輪上，和節(jié)寬相對應的帶輪直徑稱為基準直徑，用dd表示。在規(guī)定的張緊力下，V帶在帶輪基準直徑上的周線長度稱為基準長度Ld

。V帶的基準長度已標準化，帶輪直徑稱為基準直徑和帶的基準長度可查詢相關(guān)設(shè)計手冊。普通V帶的標記由帶型、基準長度和標準號組成。帶的標記通常壓印在帶的外表面上，以便選用時識別。例如，A型普通V帶，基準長度為1400mm，其標記為

A—1400GB/T11544—2012詳細介紹見配套資源1表9-1~3及說明文字。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計2.

普通V帶輪的結(jié)構(gòu)（1）帶輪的材料普通帶輪材料常采用鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等，其中灰鑄鐵應用最廣。當帶速v≤25m/s時采用HT150；當υ=25～30m/s時采用HT200；當v≥25～45m/s時，可采用球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼，也可采用鋼板沖壓后焊接帶輪。傳遞功率較小時，帶輪可采用鑄鋁或工程塑料。（2）帶輪的結(jié)構(gòu)V帶輪由輪緣（帶輪的外緣部分）、腹板（輪緣與輪轂相連的部分）和輪轂（帶輪與軸相配的部分）三部分組成。輪槽尺寸見表11-4。V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為四種型式：①S型—實心帶輪，如圖9-7（a）所示；②P型—腹板帶輪，如圖9-7（b）所示；③H型—孔板帶輪，如圖9-7（c）所示；④E型—橢圓輪輻帶輪，如圖9-7（d）所示。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計圖9-7V帶輪的結(jié)構(gòu)單元9.1帶傳動分析與設(shè)計9.1.3帶傳動的受力分析和應力分析1.帶傳動的受力分析傳動帶以一定的張緊力套在兩帶輪上。當傳動不工作時，帶在帶輪兩邊拉力相等，均為初拉力F0；工作時，帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力Fu，進入主動輪一邊的帶被進一步拉緊，稱為緊邊，拉力由F0增大到F1；進入從動輪一邊的帶相應的被放松，稱為松邊，拉力由F0減小到F2。因為環(huán)形帶的總長度近似不變，所以緊邊拉力的增加量F1-F0應等于松邊拉力的減少量F0-F2，即單元9.1帶傳動分析與設(shè)計帶兩邊的拉力之差F

稱為帶傳動的有效拉力。即帶所傳遞的有效圓周力，考慮各種因素的影響，可得

式中：e—自然對數(shù)的底，e≈2.718；?—帶與帶輪接觸面間的摩擦系數(shù)；α—小帶輪的包角（rad），即帶與小帶輪接觸弧所對應的中心角。由此可知，帶所傳遞的圓周力與初拉力、摩擦系數(shù)和包角等因素有關(guān)。（1）圓周力F與初拉力F0成正比，增大初拉力F0，帶與帶輪間正壓力增大，則傳動時產(chǎn)生的摩擦力就越大，故F越大。但F0過大會加劇帶的磨損，致使帶過快松弛，縮短其工作壽命。（2）摩擦系數(shù)?越大，摩擦力也越大，F(xiàn)就越大。?與帶和帶輪的材料、表面狀況、工作環(huán)境等因素有關(guān)。（3）圓周力F隨包角α的增大而增大。由于大帶輪的包角α2大于小帶輪的包角α1，故打滑首先發(fā)生在小帶輪上，所以只需考慮小帶輪的包角α1。一般要求α1≥120o。帶傳動在不打滑條件下所能傳遞的最大圓周力為單元9.1帶傳動分析與設(shè)計2.帶傳動的應力分析（1）由拉力產(chǎn)生的拉應力緊邊拉應力：

；松邊拉應力：（2）由離心力產(chǎn)生的離心拉應力σC工作時，繞在帶輪上的傳動帶隨帶輪作圓周運動，產(chǎn)生離心拉力FC，F(xiàn)C作用于帶的全長上，產(chǎn)生的離心拉應力為式中：q—傳動帶單位長度的質(zhì)量（kg/m）；ν—傳動帶的速度（m/s）；A—帶的橫截面面積（mm2）；σC—離心拉應力（Mpa）。圖9-9帶的應力分布單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（3）由帶彎曲變形產(chǎn)生的拉應力σb

傳動帶繞過帶輪時發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生彎曲應力為

式中：E—帶的彈性模量(MPa)；h—帶的高度(mm)；dd—帶輪基準直徑(mm)；σb—彎曲拉應力(Mpa)。帶是在交變應力情況下工作的，故易產(chǎn)生疲勞破壞。最大應力發(fā)生在帶的緊邊進入小帶輪處，其值為

σmax=σ1+σc+σb1

為保證帶具有足夠的疲勞壽命，帶的疲勞強度為

σmax=σ1+σc+σb1≤[σ]

式中：[σ]—帶的許用應力(Mpa)。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計9.1.4帶傳動的彈性滑動和傳動比1.彈性滑動現(xiàn)象如圖9-10所示，傳動帶是彈性體，受到拉力后會產(chǎn)生彈性伸長，伸長量隨拉力大小的變化而改變。當帶由緊邊繞過主動輪進入松邊時，帶所受的拉力由F1減小為F2，其彈性伸長量也由△L1減小為△L2，帶相對于輪面向后收縮了△L1-△L2，帶與帶輪輪面間出現(xiàn)局部相對滑動，導致帶的速度逐漸小于主動輪的圓周速度；當帶由松邊繞過從動輪進入緊邊時，拉力逐漸增加，帶逐漸被拉長，帶沿輪面產(chǎn)生向前的彈性滑動，使帶的速度逐漸大于從動輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而產(chǎn)生的帶與帶輪間的滑動稱為彈性滑動。彈性滑動是摩擦型帶傳動正常工作時固有的特性，是不可避免的。圖9-10帶傳動的彈性滑動單元9.1帶傳動分析與設(shè)計2.傳動比主動輪與從動輪轉(zhuǎn)速之比，稱為帶傳動的傳動比，即式中：

n1、n2—主動輪、從動輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。i—傳動比在帶傳動中，由于存在彈性滑動現(xiàn)象，使從動輪的圓周速度v2低于主動輪的圓周速度v1，其速度的降低率用滑動率ε表示，即

式中：

d1、d2—主、從動輪的基準直徑(mm)?？傻脦鲃拥膫鲃颖葹?；從動輪的轉(zhuǎn)速為因帶傳動的滑動率ε=0.01～0.02,其值很小，所以在一般傳動計算中可不予考慮。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計9.1.5

V帶傳動的設(shè)計1.帶傳動的失效形式和設(shè)計準則由帶傳動的工作情況分析可知，帶傳動的主要失效形式是：帶在帶輪上打滑，傳動帶的磨損和疲勞斷裂。因此，帶傳動的設(shè)計準則是在保證帶傳動不打滑的條件下，具有足夠的疲勞強度和一定的使用壽命。2.

單根普通V帶傳遞的功率在載荷平穩(wěn)、傳動比i=1、包角α1=180o及特定帶長的條件下，單根普通V帶在不打滑并具有一定壽命時所能傳遞的功率稱為基本額定功率?；绢~定功率PO見表11-5。當實際工作條件與確定PO值的特定條件不同時，應對查得的單根V帶的基本額定功率PO值加以修正。修正后即得實際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率[PO]，其計算公式為[PO]=（PO+ΔPO）KαKL式中：ΔPO—功率增量，考慮實際傳動比i≠1時，V帶在大輪上的彎曲應力較小，故在壽命相同的條件下，可傳遞的功率應比基本額定功率PO大；

Kα—為包角系數(shù)，考慮α≠180o時包角對傳遞功率的影響；

KL

—為帶長修正系數(shù)，考慮帶為非特定長度時帶長對傳遞功率的影響。詳細參數(shù)掃碼見配套資源表。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計3.V帶傳動的設(shè)計步驟和方法設(shè)計V帶傳動時，一般已知的條件是：傳動的工作情況，傳遞的功率P，兩輪轉(zhuǎn)速n1、n2（或傳動比i）以及空間尺寸要求等。具體的設(shè)計任務是：確定普通V帶的型號，計算和選擇帶與帶輪的各個參數(shù)，計算帶的根數(shù)，計算初拉力和軸上壓力，畫出帶輪零件圖等。（1）確定計算功率計算功率PC是根據(jù)傳遞的額定功率P，并考慮載荷性質(zhì)以及每天運轉(zhuǎn)時間的長短等因素的影響而確定的，即

PC=KAP式中：KA—工作情況系數(shù)。

P—電動機的額定功率（KW）。（2）選擇V帶的型號根據(jù)計算功率PC和主動輪轉(zhuǎn)速n1，選擇V帶型號。當所選的坐標點在圖中兩種型號分界線附近時，可先選擇兩種型號分別進行計算，然后擇優(yōu)選用。普通V帶的選型圖見配套資源9-9中圖。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（3）確定兩帶輪基準直徑dd1、dd2小帶輪的基準直徑是重要的自選參數(shù)，直徑過小可使傳動結(jié)構(gòu)緊湊，但彎曲應力大，降低帶的使用壽命。設(shè)計時應取小帶輪基準直徑dd1≥ddmin，ddmin的值查表11-2。忽略彈性滑動的影響，dd2=dd1·n1/n2。dd1

、dd2宜取標準值（查表11-2）若帶速過高，則會因離心力過大，使帶與帶輪間的摩擦力減小，傳動中容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。另外帶繞過帶輪的次數(shù)也增多，降低傳動帶的工作壽命。若帶速過小，則當傳遞功率一定時，傳遞的圓周力過大，從而使帶的根數(shù)增多。一般取v=5~25m/s為最佳。如帶速超過上述范圍，應重選小帶輪直徑dd1。（4）驗算帶速v小帶輪直徑確定后，應驗算帶速，即單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（5）初定中心距α和帶的基準帶長Ld帶傳動的中心距小則結(jié)構(gòu)緊湊，但傳動帶較短，包角減少，且?guī)У睦@轉(zhuǎn)次數(shù)增多，降低了帶的使用壽命，致使傳動能力降低。如果中心距過大則結(jié)構(gòu)尺寸增大，當帶速較高時帶會產(chǎn)生顫動。設(shè)計時可按下式初步確定中心距αo0.7（dd1+dd2）≤αo≤2（dd1+dd2）由帶傳動的幾何關(guān)系可得帶的基準帶長計算公式：L0為帶的基準帶長計算值，查相關(guān)表即可選定帶的基準帶長Ld，實際中心距α可由下式近似確定考慮到安裝調(diào)整和補償初拉力的需要，中心距應有一定的調(diào)整范圍，一般取αmin=α-0.015Ldαmax=α+0.03Ld單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（6）校驗小帶輪包角α1一般應使α1≥120o，若不滿足此條件，可適當增大中心距或減小兩帶輪的直徑差，也可以加張緊輪等，但這樣做會降低帶的使用壽命。（7）確定V帶根數(shù)z帶的根數(shù)應取整數(shù)。為使各帶受力均勻，根數(shù)不宜過多，一般應滿足z＜10。如計算結(jié)果超出范圍，應改選V帶型號或加大帶輪直徑后重新設(shè)計。單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（8）計算單根V帶的初拉力F0單根V帶的初拉力F0為由于新帶易松弛，對不能調(diào)整中心距的普通V帶傳動，安裝新帶時的初拉力應為計算值的1.5倍由于新帶易松弛，對不能調(diào)整中心距的普通V帶傳動，安裝新帶時的初拉力應為計算值的1.5倍。（9）計算作用在帶輪軸上的壓力FQ作用在帶輪軸上的壓力FQ會影響軸、軸承的強度和壽命。計算時，一般按靜止狀態(tài)下帶輪兩邊均作用初拉力F0進行計算，如圖9-11所示，可得圖9-11作用在帶輪軸上的壓力單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（10）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計參見11.2.2。設(shè)計出帶輪結(jié)構(gòu)后，需要繪制帶輪零件圖。（11）設(shè)計結(jié)果列出帶型號、帶的基準帶長Ld、帶的根數(shù)z、帶輪直徑dd1和dd2、中心距α、軸上壓力FQ等。設(shè)計實例單元9.1帶傳動分析與設(shè)計9.1.6帶傳動的張緊、安裝與維護1.

帶傳動的張緊裝置為了產(chǎn)生和調(diào)整帶的初拉力，帶傳動應設(shè)有張緊裝置。帶在初始安裝時需要張緊，并且在工作一段時間后會因塑性變形而松弛，使初拉力減小，傳動能力下降，這時必須要重新張緊，以保證帶傳動的正常工作。（1）調(diào)整中心距定期張緊裝置定期調(diào)整中心距，以達到重新張緊的目的。圖9-12（a）所示的滑道式適用于水平或接近水平布置的傳動；圖9-12（b）所示的擺架式適用于垂直或接近垂直布置的傳動。一般通過調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)中心距。

（a）滑道式

（b）擺架式

圖9-12帶的定期張緊裝置

單元9.1帶傳動分析與設(shè)計（2）采用張緊輪當帶傳動的中心距不可調(diào)整時，可采用張緊輪裝置。如圖9-14所示。張緊輪一般設(shè)置在松邊的內(nèi)側(cè)且靠近大輪處。若設(shè)置在外側(cè)時，則應使其靠近小帶輪，這樣可以增加小帶輪的包角，提高帶的疲勞強度。圖9-14張緊輪裝置自動張緊裝置自動張緊將裝有帶輪的電動機安裝在浮動擺架上，利用電動機及擺架的自重張緊傳動帶，通過載荷的大小自動調(diào)節(jié)張緊力，如圖9-13所示。這種方法常用于小功率的傳動。圖9-13帶的自動張緊裝置單元9.1帶傳動分析與設(shè)計2.

帶傳動的安裝和維護（1）安裝帶輪時，兩帶輪軸線必須互相平行，其V型槽對稱面應重合。否則會加速帶的磨損，甚至脫落，降低帶的使用壽命。（2）新帶使用前，最好預先拉緊一段時間后再使用。同組使用的V帶應型號相同、長度相等，不同廠家生產(chǎn)的V帶、新舊V帶不能同組使用。（3）安裝傳動帶時，應通過調(diào)整中心距的方法來裝帶和張緊，不得強行將帶從帶輪上撬入或撬出。（4）應定期對V帶進行檢查，如果有一根松弛或損壞則應全部更換新帶。（5）帶傳動不需潤滑，禁止往帶上加潤滑油或潤滑脂，及時清理帶輪槽內(nèi)及傳動帶上的油污。（6）帶傳動裝置的外面應加防護罩，以保障操作人員安全。防止帶與酸、堿或油接觸而腐蝕傳動帶。帶傳動的工作溫度不應超過60°，不宜在陽光下暴曬。（7）如果帶傳動裝置需閑置一段時間后再用，應將傳動帶放松。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計9.2.1鏈傳動的特點和應用1.鏈傳動的組成和類型如圖9-15所示，鏈傳動是一種具有中間撓性件（鏈條）的嚙合傳動，主要由主動鏈輪1、從動鏈輪2和中間撓性件（鏈條）3組成。鏈傳動是通過鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒相嚙合傳遞運動和動力的，是一種應用十分廣泛的機械傳動。圖9-15鏈傳動單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計按用途不同，鏈可分為三類：傳動鏈，在各種機械傳動裝置中用于傳遞運動和動力；起重鏈，主要用在起重機械中提升重物；牽引鏈，在運輸機械中驅(qū)動輸送帶。傳動鏈起重鏈牽引鏈單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計在機械傳動裝置中，一般應用較多的是傳動鏈。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，傳動鏈又有齒形鏈和滾子鏈兩種。齒形鏈是由一組帶有兩個齒的鏈板左右交錯并列鉸接而成。齒形鏈板的兩外側(cè)為直邊，其夾角為60°或70°。齒楔角為60°的齒形鏈傳動較易制造，應用較廣。工作時鏈齒外側(cè)邊與鏈輪輪齒相嚙合來實現(xiàn)傳動。齒形鏈傳動平穩(wěn)，承受沖擊載荷的能力強，允許速度可高達40m/s，且噪音小，故又稱無聲鏈，但其結(jié)構(gòu)復雜、質(zhì)量大、價格高，多用于高速或精度要求高的場合，如汽車、磨床等。滾子鏈由內(nèi)鏈板、外鏈板、套筒、銷軸和滾子組成。滾子與套筒、銷軸與套筒均為間隙配合而形成動聯(lián)接，套筒與內(nèi)鏈板、銷軸與外鏈板間均是過盈配合而構(gòu)成內(nèi)、外鏈節(jié)。工程上常用的是滾子鏈，故我們以介紹滾子鏈為主。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計2.

鏈傳動的特點和應用鏈傳動主要特點：（1）鏈傳動是具有中間撓性件的嚙合傳動，傳動時無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，能保持傳動比準確，傳動效率（0.95~0.98）較高；（2）鏈傳動不需要很大的初拉力，故對軸的壓力??；（3）傳動中有一定的動載荷和沖擊，噪音較大，傳動平穩(wěn)性差，適用于低速傳動；

（4）能實現(xiàn)中心距較大的傳動，比齒輪傳動輕便得多，但不能保持恒定的瞬時傳動比；（5）結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低；（6）對工作條件要求較低，能在高溫、多油等惡劣環(huán)境中工作。鏈傳動主要用于要求工作可靠，兩軸相距較遠，不宜采用齒輪傳動，平均傳動比準確，但不要求瞬時傳動比準確的場合，如自行車、摩托車等。鏈傳動還廣泛用于農(nóng)業(yè)、礦山、冶金、運輸機械以及機床和輕工機械中。一般鏈傳動的適用范圍為：傳遞功率P≤100kW，傳動比i≤8，鏈速v≤15m/s。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計11.2.2鏈傳動結(jié)構(gòu)及參數(shù)1.滾子鏈和鏈輪（1）滾子鏈的結(jié)構(gòu)滾子鏈如圖所示，滾子鏈由內(nèi)鏈板l、外鏈板2、銷軸3、套筒4及滾子5組成。滾子鏈的銷軸與外鏈板、套筒與內(nèi)鏈板分別用過盈配合連接；滾子與套筒、套筒與銷軸之間為間隙配合，構(gòu)成了鉸鏈連接，使鏈條成為中間撓性件。當內(nèi)外鏈板相對撓曲時，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動，滾子活套在套筒上以減輕鏈輪齒廓的磨損。內(nèi)外鏈板均制成∞字形以使它的各個橫剖面具有接近等強度，同時也減輕了鏈條的質(zhì)量和運動時的慣性力。滾子鏈已標準化(GB/T1243—2006)，分為A、B兩個系列。A系列用于重載高速和重要場合的傳動，應用廣泛。B系列用于一般傳動。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計滾子鏈的主要參數(shù)：節(jié)距p：相鄰兩銷軸之間的距離。大小等于鏈號×25.4/16mm。節(jié)距越大，鏈的各部分尺寸相應增大，承載能力越強，但重量也隨之增大。排距pt：多排鏈中每兩排中線之間的距離。多排鏈承載能力與排數(shù)成正比。鏈節(jié)數(shù)Lp：整條鏈所具有的鏈節(jié)總數(shù)，通常鏈節(jié)數(shù)最好為偶數(shù)。鏈條長度L：L=pLp/1000，單位為m。雙排鏈當傳遞功率較大時，可采用雙排鏈或多排鏈。其中雙排鏈用得比較多。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計滾子鏈接頭形式：（a）開口銷式：當鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，且節(jié)距較大時，接頭采用開口銷固定；（b）彈簧夾式：當節(jié)距較小，接頭采用彈簧片固定；（c）過渡鏈節(jié)：當鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，接頭必須采用過渡鏈節(jié)連接。鏈節(jié)最好采用偶數(shù)。

（a）

用開口銷

（b）用彈簧卡

（c）用過渡鏈節(jié)圖9-18滾子鏈的接頭形式

單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計滾子鏈的標準：套筒滾子鏈是標準件，由專業(yè)工廠生產(chǎn)。其基本參數(shù)和尺寸已在國家標準中作了規(guī)定。滾子鏈的標準為GB/T1243—2006，分為A、B兩個系列，A系列用于重載高速和重要的傳動，B系列用于一般傳動，常用的是A系列。鏈號排數(shù)整鏈鏈節(jié)數(shù)標準編號滾子鏈的標記方法為：例如：A系列滾子鏈，節(jié)距為19.05mm，雙排，鏈節(jié)數(shù)為100，其標記方法為：

12A—2×100GB/T1243—2006

單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計（2）鏈輪鏈輪的主要參數(shù)為齒數(shù)z、節(jié)距p（與鏈節(jié)距相同）和分度圓直徑d。分度圓是指鏈輪上銷軸中心所處的被鏈條節(jié)距等分的圓，其直徑為圖9-20滾子鏈鏈輪的端面齒形目前最流行的齒形為三弧一直線齒形。當選用這種齒形時，并用相應的標準刀具加工時，鏈輪齒形在零件圖上不畫出，只需注明鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸，如齒數(shù)z、節(jié)距p、配用鏈條滾子外徑di、分度圓直徑d、齒頂圓直徑da及齒根圓直徑df，并注明“齒形按3RGB/T1244—2006制造”。滾子鏈鏈輪及齒槽的主要參數(shù)和計算公式參見機械設(shè)計手冊。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖11-23所示。小直徑鏈輪通常制成實心式，如圖9-21（a）所示；中等直徑的鏈輪可制成孔板式，如圖9-21（b）所示；直徑很大的鏈輪（d≥200mm）制成組合式，可將齒圈焊接到輪轂上，如圖9-21（c）所示；或采用螺栓連接，如圖9-21（d）所示。鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。（a）

實心式

（b）

孔板式

（c）

組合式

（d）組合式圖9-21鏈輪結(jié)構(gòu)

鏈輪輪齒應有足夠的接觸強度和良好的耐磨性，常用材料為中碳鋼（35＃、45＃鋼），不重要場合則用Q235A、Q275A鋼，高速重載時采用合金鋼，低速時大鏈輪可采用鑄鐵。由于小鏈輪的嚙合次數(shù)多，小鏈輪的材料應優(yōu)于大鏈輪，并應進行熱處理。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計9.2.3鏈傳動的運動特性分析設(shè)主、從動輪的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2，則鏈的平均速度為：1.

鏈傳動的運動分析式中：

z1、z2—主、從動鏈輪的齒數(shù)；p—鏈節(jié)距（mm）；n1、n2—主、從動鏈輪的轉(zhuǎn)速（r/min）；v—鏈的平均速度（m/s）。鏈傳動的傳動比為：圖9-22鏈傳動的運動分析單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計上兩式求得的鏈和鏈傳動比均為平均值。實際上鏈速和鏈傳動比在每一瞬時都是變化的，而且是按每一鏈節(jié)的嚙合過程作周期性變化。在圖11-24中，假設(shè)鏈條的上邊始終處于水平位置，鉸鏈A已進入嚙合。主動輪以角速度ω1回轉(zhuǎn)，其圓周速度v1=d1ω1/2，將其分解為沿鏈條前進方向的分速度v和使鏈條上下運動的垂直分速度vˊ，則v和vˊ的值分別為式中：

β—主動輪上鉸鏈A的圓周速度方向與鏈條前進方向的夾角。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計每一鏈節(jié)自嚙入鏈輪后，在隨鏈輪的轉(zhuǎn)動沿圓周方向送進一個鏈節(jié)的過程中，每一鉸鏈轉(zhuǎn)過360°/z1。當鉸鏈中心轉(zhuǎn)至鏈輪的垂直中心線位置時，其鏈速達最大值，vmax=v1=d1ω1/2；當鉸鏈處于-180°/z1和+180°/z1時鏈速為最小，vmin=d1ω1/2cos

(180°/z1)。由此可知，鏈輪每送進一個鏈節(jié)，其鏈速v經(jīng)歷“最小—最大—最小”的周期性變化。這種由于鏈條繞在鏈輪上形成多邊形嚙合傳動而引起傳動速度不均勻的現(xiàn)象，稱為多邊形效應。此外，鏈條在垂直方向的分速度vˊ也作周期性變化，使鏈條上下抖動。用同樣的方法對從動輪進行分析可知，從動輪的角速度ω2是變化的，所以鏈速和鏈傳動的瞬時傳動比（i12=ω1/ω2）也是變化的。由上述分析可知，鏈傳動工作時不可避免地會產(chǎn)生振動、沖擊、引起附加的動載荷，因此鏈傳動不適用于高速傳動。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計2.

鏈傳動的失效形式鏈條的結(jié)構(gòu)比鏈輪要復雜，強度也不如鏈輪高，一般鏈傳動的失效形式是鏈條的失效。（1）鏈條的疲勞破壞在鏈傳動中，由于鏈條松邊和緊邊的拉力不等，在其反復作用下經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板、滾子、套筒等組件會發(fā)生疲勞破壞。在正常潤滑條件下的閉式傳動中，一般是鏈板首先發(fā)生疲勞斷裂，其疲勞強度成為限定鏈傳動承載能力的主要因素。（2）鏈條鉸鏈磨損鏈條與鏈輪嚙合傳動時，鏈條的各元件在工作過程中都會有不同程度的磨損，但主要磨損發(fā)生在鉸鏈的銷軸與套筒的承壓面上。磨損使鏈節(jié)變長，容易產(chǎn)生跳齒和脫鏈，使傳動失效。一般在開式傳動或潤滑不良的鏈傳動中，極易產(chǎn)生磨損，降低鏈條壽命。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計（3）鏈條鉸鏈的膠合在潤滑不良或鏈輪轉(zhuǎn)速達到一定值時，鏈節(jié)嚙入時受到的沖擊能量增大，工作表面的溫度過高，銷軸和套筒間的潤滑油膜被破壞而產(chǎn)生膠合。（4）鏈條的靜力拉斷在低速（v<0.6m/s），重載或嚴重過載的場合，當載荷超過鏈條的靜力強度時導致鏈條被拉斷。（5）跳齒和脫鏈在鏈條鉸鏈磨損后鏈節(jié)會變長，或者在高速運動時，鏈傳動會發(fā)生跳齒和脫鏈的失效。單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計9.2.4鏈傳動的布置、張緊及潤滑1.

鏈傳動的布置鏈傳動的布置對傳動的工作狀況和使用壽命有較大影響。按兩鏈輪中心連線位置不同，可分為水平布置、傾斜布置和垂直布置，如圖9-23所示。通常情況下鏈傳動的兩軸線應平行布置，兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應在同一平面內(nèi)，否則易引起脫鏈和不正常磨損。鏈條應使主動邊（緊邊）在上，從動邊（松邊）在下，以免鏈松邊垂度過大與輪齒相干涉或緊、松邊相碰。如果兩鏈輪中心的連線不能布置在水平面上，其與水平面的夾角應小于45°。盡量避免中心線垂直布置，以防止下鏈輪嚙合不良。

（a）水平布置

（b）傾斜布置

（c）垂直布置圖9-23鏈傳動的張緊單元9.2鏈傳動的分析與設(shè)計2.

鏈傳動的張緊鏈傳動需適當張緊，以免垂度過大而引起嚙合不良。一般情況下鏈傳動設(shè)計成中心距可調(diào)整的形式，通過調(diào)整中心距來張緊鏈輪。也可采用張緊輪，如圖11-25所示。張緊輪應設(shè)在松邊，靠近小帶輪處。圖9-24鏈傳動的潤滑裝置3.鏈傳動的潤滑鏈傳動的潤滑可緩和沖擊、減少摩擦、減輕磨損、延長使用壽命。具體的潤滑裝置見圖9-24。采用的潤滑油要有較大的運動粘度和良好的油性，一般可選用L-AN32、L-AN46、L-AN68等油。潤滑油應加于松邊，以便潤滑油滲入各運動接觸面。對于不便使用潤滑油的場合，可用潤滑脂，但應定期涂抹，定期清洗鏈輪和鏈條。單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計9.3.1棘輪機構(gòu)1.棘輪機構(gòu)工作原理和類型(a)外嚙合棘輪機構(gòu)

(b)內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)圖9-26棘輪機構(gòu)（1）棘輪機構(gòu)的工作原理如圖9-26所示，棘輪機構(gòu)由棘輪1、驅(qū)動棘爪2、搖桿3、止動棘爪4和機架等組成。片彈簧5用來使止動棘爪和棘輪保持接觸。棘輪裝在軸上，用鍵與軸聯(lián)接在一起。搖桿和棘輪的回轉(zhuǎn)軸線重合。當搖桿3逆時針擺動時，驅(qū)動棘爪2插入棘輪1的齒槽中，推動棘輪轉(zhuǎn)過一定角度，而止動棘爪4則在棘輪的齒背上滑過。當搖桿3順時針擺動時，驅(qū)動棘爪2在棘輪的齒背上滑過，而止動棘爪4則阻止棘輪順時針轉(zhuǎn)動，使棘輪靜止不動。因此，當搖桿連續(xù)往復擺動時，棘輪做單向的間歇運動。單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計（2）棘輪機構(gòu)的類型常用結(jié)構(gòu)一：齒式棘輪機構(gòu)

①單動式棘輪機構(gòu)如圖所示，這種機構(gòu)的運動特點是搖桿正向擺動時，棘爪驅(qū)動棘輪沿同一方向轉(zhuǎn)過某一角度；搖桿反向擺動時，棘輪靜止。②雙動式棘輪機構(gòu)這種機構(gòu)的運動特點是搖桿往復擺動時都能使棘輪做同一方向轉(zhuǎn)動。驅(qū)動棘爪可做成鉤（稱為鉤頭雙動式棘輪）或直頭（直頭雙動式棘輪）。單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計

③可變向棘輪機構(gòu)可變向棘輪機構(gòu)，可使棘輪做雙向間歇運動。圖（a）采用具有矩形齒的棘輪，其特點是當棘爪1處于實線位置時，棘輪2做逆時針間歇運動；當棘爪1處于虛線位置時，棘輪做順時針間歇運動。圖（b）采用回轉(zhuǎn)棘爪，當棘爪1按圖示位置放置時，棘輪2將做逆時針間歇轉(zhuǎn)動；若將棘爪提起，并繞本身軸線轉(zhuǎn)180°后再插入棘輪齒槽時，棘輪將作順時針間歇轉(zhuǎn)動。（a）（b）單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計常用結(jié)構(gòu)二：摩擦式棘輪機構(gòu)齒式棘輪機構(gòu)的棘輪轉(zhuǎn)角是相鄰兩齒所夾中心角的倍數(shù)，即棘輪轉(zhuǎn)角是有級可調(diào)的。如果需要無級性改變轉(zhuǎn)角，可采用摩擦式棘輪機構(gòu)，該機構(gòu)是通過棘爪和棘輪之間的摩擦力來傳遞運動的。單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計2.棘輪機構(gòu)轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)方法（1）調(diào)節(jié)搖桿擺角的大小，控制棘輪的轉(zhuǎn)角圖9-30所示的棘輪機構(gòu)是利用曲柄搖桿機構(gòu)帶動棘輪作間歇運動。可利用調(diào)節(jié)螺釘改變曲柄長度r，以實現(xiàn)搖桿擺角大小的改變，從而控制棘輪的轉(zhuǎn)角。圖9-30牛頭刨床工作臺進給機構(gòu)單元9.3間歇運動機構(gòu)分析與設(shè)計（2）利用遮板調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角如圖9-31所示，在棘輪的外面罩一遮板（遮板不隨棘輪一起轉(zhuǎn)動），改變遮板位置遮住部分棘齒，使棘爪行程的一部分在遮板上滑過，不與棘齒接觸，通過變更遮板的位置即可改變棘輪轉(zhuǎn)角的大小。