主编：高文安杨庚副主编：陈建军马晋芳贾瑜

主编：高文安杨庚 副主编：陈建军马晋芳贾瑜建筑施工机械（第2版） JIAN ZHU SHI GONG JI XIE 3 常用机械传动

2 3.2 链传动 3 4 5 3.3 齿轮传动 3.4 蜗杆传动 3.5 轮系目录 3 常用机械传动 1 3.1 带传动

3 常用机械传动 • 【知识目标】 • 掌握带传动的工作原理、特点和张紧方法；了解链传动的工作原理、特点和失效形式；了解齿轮传动的工作原理、特点和类型；了解渐开线的形成和特性；掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件、主要几何尺寸计算、材料选择和失效形式；了解斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗轮蜗杆传动的结构形式和特点；熟悉轮系的计算。 • 【能力目标】 • 能进行带传动的受力计算、安装、维护；能正确选择带传动和齿轮传动；具有渐开线标准圆柱齿轮主要几何尺寸计算的能力。

3.1 带传动 3.1 带传动

3.1.1 概述 3.1 带传动 • 3.1.1.1 带传动的组成和类型 • 带传动是一种应用很广泛的机械运动。带传动由主动轮1、从动轮2和紧套在两轮上的环形带3所组成。带传动是利用带与轮之间的摩擦力来传递运动和动力的，如图3.1(a)所示。 • 传动带按横截面形状分类有平带(图3.1(b))、V带(图3.1(c))和圆带(图3.1(e))三种。

3.1 带传动 图3.1 带传动的类型

3.1 带传动 • 1. 平带传动 • 平带的横截面为扁平矩形，内表面为工作面，常用的是橡胶帆布带、皮革带、棉布带和化学纤维编织带等。 • 平带传动的形式有三种： • (1)开口传动两轴平行，转向相同，如图3.1(a)所示。 • (2)交叉传动两轴平行，转向相反，如图3.2(a)所示。 • (3)半交叉传动两轴在空间交错呈90°，如图3.2(b)所示。

3.1 带传动 图3.2 交叉带传动

3.1 带传动 • 2. V带传动 • V带的横截面是梯形，工作时带的两个侧面与轮槽侧面相接触。当V带传动与平带传动受相同的张紧力时，V带产生的极限摩擦力比平带大三倍。V带应用最为广泛。 • 多楔带的横截面如图3.1(d)所示，它相当于多根V带粘合在一起使用，减小了带轮宽度，解决了同时使用多根V带受力不均匀的问题。 • 3. 圆带传动 • 圆带的横截面为圆形，用皮革或棉绳制成，可用于传动功率较小的场合。

3.1 带传动 • 3.1.1.2 带传动的工作原理 • 如图3.3所示，带传动静止时，两边拉力均为F0，称为初拉力。由于初拉力的作用，使带与带轮的接触面间产生正压力。当传递载荷时，由于接触面上摩擦力作用，使进入主动轮一边的带的拉力由F0增至F1,而进入从动轮一边的带，其拉力由F0降至F2，形成了紧边和松边。有效拉力F=F1-F2,F就是带传动所传递的圆周力。

3.1 带传动 图3.3 带的受力分析

3.1 带传动 • 带传动传递的功率P(单位kW)与有效拉力F(单位N)、带速v(单位m/s)的关系为： • 当带速一定时，若带所传递的圆周力F增大，传递的功率也随之增大。但当载荷超过带与带轮之间产生的摩擦力时，带和带轮之间容易打滑。打滑是失效的形式之一，是设计中不允许出现的。（3.1）

3.1 带传动 • 3.1.1.3 带传动的特点 • 带传动属于摩擦传动，胶带具有弹性，可缓冲、吸振，使传动平稳，嗓音小。过载时胶带将产生打滑，可防止其他零件损坏。带传动适用于两轴中心距较大的场合，它的结构简单，装拆方便。 • 带传动也存在一些缺点，如带传动有丢转现象，不能保证准确的传动比。又如由于张紧会产生较大压轴力，传动尺寸较大，胶带寿命较短。

3.1 带传动 • 3.1.1.4 V带的结构和型号 • V带是无接头环形带，由专门厂家生产。按照带的截面高度h与节宽bp的比值不同，带分为普通V带(h/bp≈0.7)、窄V带(h/bp≈0.9)、半宽V带(h/bp≈0.5)、宽V带(h/bp≈0.3)等。目前应用最多的是普通V带。普通V带的截面结构如图3.4所示，可分为包布层、伸张层、强力层和压缩层四部分。V带在弯曲时，其上层受拉力，称为伸张层；下层受压力，称为压缩层。伸张层、压缩层均用橡胶制成。中间层承受基本拉力，称为强力层。强力层结构有帘布结构(图3.4(a))和线绳结构(图3.4(b))两种。

3.1 带传动 • 外表面层与轮槽接触，为了耐磨和保护表面层，故采用橡胶帆布制成包布层。图3.4 V带的构造

3.1 带传动 • 帘布结构的V带抗拉强度高，承载能力大，应用广泛。线绳结构V带较柔软，抗弯强度高，适应较小直径的带轮。按GB/T 1171—2006的规定，普通V带只有线绳结构。但考虑目前帘布结构仍有应用，此处一并介绍。 • V带截面为梯形，两侧之间的夹角θ为楔角。目前V带已标准化，普通V带按截面尺寸由小至大有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，其截面尺寸如图3.5和表3.1（祥见课本40页）所示。

3.1 带传动 图3.5 V带截面尺寸

3.1 带传动 • V带沿中性层量得的胶带长度叫节线长度，也叫基准长度，这是V带的公称长度，用Ld表示。 • 普通V带在胶带外表面有压印标记，标记方法为：型号、基准长度和标准号。

3.1.2 V带传动设计 3.1 带传动 • 1. V带传动的传动比 • 因为带是弹性体，受力后会产生弹性变形。工作时由于带与带轮接触的弧长上两边拉力不等，产生拉力差，胶带上一个微段相对于轮缘上等长微段向后收缩而产生相对滑动，这种由拉力差和弹性变形引起的滑动称为弹性滑动现象。弹性滑动使带传动不能保证准确的传动比。 • 用v1、v2表示主、从动带轮的圆周速度(m/s)，用n1、n2表示主、从动带轮的速度(r/min)，用dp1、dp2表示主、从动带轮的基准直径 (也是公

3.1 带传动 • 称直径，mm)，则： • ； • 从动轮的线速度v2比主动轮的线速度v1的降低率用滑动系数ε表示，则： • 带传动的传动比为：（3.2）（3.3）（3.4）

3.1 带传动 • 2.带传动的应力分析和疲劳强度 • 带在工作时所受到的应力有三部分： • （1）拉力产生的拉应力 • 紧边拉应力σ1较大，松边拉应力σ2较小。 • （2）离心力产生的拉应力 • 绕在带轮上的带作圆周运动时产生离心力。由于离心力的作用，在带的截面上产生拉应力σc。带速越高，σc越大，因此应限制带速v<25m/s。 • （3）带的弯曲产生的弯曲应力 • 传动带有一定的厚度，带绕在带轮上，产生弯曲应力σb。小带轮直径愈小，弯曲应力愈大，故对小带轮最小直径要加以限制。

3.1 带传动 • 传动带在工作中各截面位置是变化的，其应力值也随之变化，应力大小由带在该处引出的法线长度表示。图3.6所示为带的截面在不同位置的应力。 • 带的截面进入小轮时的应力最大，其值为： σmax=σ1+σb1+σc (MPa) （3.5） • 带的疲劳强度条件为： σmax≤［σ］（3.6） • 式中［σ］——在一定实验条件下由一定循环次数下的疲劳极限决定的带的许用应力。

3.1 带传动 图3.6 带中的应力分布

3.1 带传动 • 3. 失效形式和设计准则 • V带传动的主要失效形式是带在小轮上打滑和带的疲劳破坏。 • 带传动的设计准则是保证带传动在工作时不打滑，同时又具有一定的疲劳强度或寿命。

3.1 带传动 • 4. V带传动的设计方法和步骤 • 设计带传动一般的已知条件是传动的用途、工作情况、原动机的种类、所需传递的功率、带轮转速、外廓尺寸限制等。 • 设计的主要任务是选择合理的传动参数，确定胶带的型号、规格和尺寸，确定带轮的结构尺寸。 • 设计计算的一般步骤如下： • （1）确定设计功率Pd • 设计功率Pd根据所需要传递的功率P，并考虑载荷性质和每天运转的时间来确定。 Pd=KAP （kW）（3.7）

3.1 带传动 • 式中KA——工况系数，见表3.3（祥见课本43页）。 • （2）选择V带型号 • 根据Pd和小带轮的转速n1，查图3.7，确定V带的型号。

3.1 带传动 图3.7 普通V带选型图

3.1 带传动 • （3）确定带轮的基准直径dp • 根据V带的型号，由表3.4选择小带轮基准直径dp1≥dpmin，计算大带轮基准直径，并要求所选带轮基准直径符合表中直径系列。选dp1较小，可使带传动结构尺寸较小，但带弯曲应力较大，这会降低带的使用寿命。 • 计算大带轮基准直径，由式（3.4）得： • 根据计算出的大带轮的基准直径，查表3.5取标准值，作为大带轮的基准直径。 (mm)

3.1 带传动 • （4）计算带速 • 在一定范围内，带速度越高，单根带传递的功率越大，因此在机械传动中为了充分发挥带的传动潜力，一般把带传动放在高速级。但带速过高会使离心力增大，带与轮的正压力和摩擦力减小，降低传动能力，并影响带的疲劳强度和寿命。验算带速在v=5~25m/s范围内为合格。 (m/s)

3.1 带传动 • （5）确定中心距和带长 • 按经验公式初定中心距a0。 0.7(dp1+dp2)<a0<2(dp1+dp2) • 将初定的中心距代入公式，初定带的基准长度Lp0。 • 根据Lp0和型号，查表3.2，选取相近的基准长度Lp，修定原初定的中心距。（3.8）（3.9）（3.10） (mm)

3.1 带传动 • （6）验算小带轮包角 • 增大包角可以增大带传动的摩擦力，提高带的工作能力，故应使 ≥120°。（3.11）

3.1 带传动 • （7）计算所需V带根数Z • 式中P0——特定条件下，单根V带所传递的额定功率， kW，见表3.6（课本第45-46页）； ΔP0——i≠1时，单根V带额定功率的增量，kW； ΔT——单根V带所能传递转矩的修正值，见表3.7 （课本第46页）； n1——主动轮转速，r/min； Kα——包角修正系数，见表3.8（课本第46页）； KL——带长修正系数，见表3.9（课本第47页）。（3.12）（3.13）

3.1 带传动 • （8）确定作用在带轮轴上的压力Q • Q也称为压轴力,其计算如图3.8所示。 • 式中F0——单根带的初拉力； α1——小带轮的包角。 (N) （3.14）图3.8 传动带对轴的作用力

3.1.3 V带轮的材料和结构 3.1 带传动 • 1. 带轮的材料 • 对带轮的基本要求是:质量轻,质量分布均匀,有足够的强度,无铸造或焊接引起的应力产生的变形。 • 带轮常用材料是铸铁，有时也采用钢、铝合金或工程塑料。铸铁带轮允许最大圆周速度为25m/s，常用HT150、HT200等材料。

3.1 带传动 • 2. 带轮的结构 • 带轮由轮轴、轮毂、轮辐组成。 • V带轮轮缘上有轮槽，槽数、槽的尺寸与所装V带的根数、型号相同。V带楔角θ=40°。为了使带弯曲变形后能与轮槽两侧面更好地接触，轮槽楔角φ根据带轮直径不同分别制成32°、34°、36°、38°。V带轮轮缘尺寸见表3.10（见课本48页）。 • 因带传动中存在弹性滑动现象，为减少V带的磨损，轮槽两侧面规定了合适的粗糙度。

3.1 带传动 • 带轮的典型结构如图3.9所示，直径较小的采用实心式，中等直径的采用辐板式，直径较大的采用椭圆轮辐式。图3.9 V带轮的结构 (a)实心轮；(b)辐板轮；(c)轮辐轮

3.1.4 V带传动的张紧装置和维护 3.1 带传动 • 1. 张紧装置 • 带传动工作一定时间后，传动带因产生永久变形发生松弛现象，使张紧力降低，影响带传动的正常工作，因此应采用张紧装置。 • （1）用调整轴的位置实现张紧

3.1 带传动 • ①如图3.10(a)所示，松开固定螺栓2，旋转调节螺钉3，改变电动机位置，以调整带的初拉力。这种方法适用于水平或接近水平布置的传动。 • ②如图3.10(b)所示，摆动机座上装有电动机及带轮，通过调节螺母，使机座绕销轴转动。这种方法适用于接近垂直布置的传动。 • ③如图3.10(c)所示，电动机及带轮装在摆架上，靠电动机、摆架的重量自动调整带的初拉力。 • （2）采用张紧轮 • 当中心距不能调整时，采用张紧轮装置，如图3.10(d)所示。V带传动张紧轮应装在松边内侧靠近大带轮的位置，使小带轮的包角不至于过小。

3.1 带传动 图3.10 张紧装置

3.1 带传动 • 2. 安装与维护 • (1)安装时，两轴必须平行，否则带单侧会磨损严重。 • (2)在同一带轮上，新旧胶带不能同时并用，以免新旧带受力不均匀。 • (3)带传动必须加防护罩，主要目的是保证人身安全，其次是防止油、酸、碱等腐蚀胶带，也可以起到防晒的作用。

3.1.5 同步齿形带传动 3.1 带传动 • 如图3.11所示,同步齿形带传动的原理完全不同于上述几种摩擦传动的带,它是靠带上的齿和轮上的齿互相啮合传动,是以钢丝绳或玻璃纤维绳作强力层,外面以聚氨酯或氯丁橡胶等材料包覆。它综合了带和齿轮传动的优点,因此得到了广泛的应用。

3.1 带传动 图3.11 同步齿形带

3.2 链传动 3.2 链传动

3.2.1 概述 3.2 链传动 • 1. 链传动的组成和类型 • 链传动与带传动相似，也属于挠性传动。链传动是由主动链轮、从动链轮和链条组成，如图3.12所示。链传动是利用链条与链轮轮齿相啮合进行传动的。图3.12 链传动

3.2 链传动 • 常用传递动力的链条有套筒滚子链和齿形链。套筒滚子链应用最广，是本节介绍的主要内容。齿形链的结构如图3.13所示，它是由许多齿形链片相互铰接组合而成的。工作时链片的齿与轮齿相互啮合，传动平稳，振动及噪音小，也称无声链。图3.13 齿形链

3.2 链传动 • 2. 套筒滚子链传动的特点 • 链传动能保证平均传动比不变,低速时能传递较大载荷,压轴力小,能在高温下工作,不怕油污,可适用于较大中心距的传动。 • 链传动存在一些缺点，如它不能保证瞬时传动比恒定，传动时有噪音，传动平稳性差等。

3.2 链传动 • 3. 套筒滚子链的结构和型号 • 套筒滚子链的结构如图3.14所示,外链节由销轴1和外链板2用过盈配合联接,内链节由套筒4与内链板3用过盈配合联接,而轴与套筒用间隙配合联接,可相对转动而构成铰链。滚子5可减轻链条与轮齿的摩擦与磨损。链板制成“8”字形，以减轻质量，并保持各截面等强度。 • 链条两相邻销轴中心之间的距离称为链节距，用p表示，单位是mm。节距是链条的主要参数。 • 链条有单排链和多排链两种。 • 套筒滚子链是标准件，有A、B两种系列产品，常用A系列见表3.11（见课本51页）。

3.2 链传动 图3.14 套筒滚子链

3.2 链传动 • 滚子链的标记：链号—排数×整值链节数国标编号。例如，A系列，节距25.40mm，单排、124节的滚子链，其标记为： 16A—1×124GB 1243.1—83 • 当链节数为偶数时,采用连接链节(图3.15),如自行车链条接头;当链节数为奇数时,应采用过渡链节(图3.16)。设计中尽量避免采用过渡链节。

3.2 链传动 图3.15 连接链节图3.16 过渡链节

主 编：高文安 杨 庚 副主编：陈建军 马晋芳 贾 瑜