带传动和链传动在机械传动中的应用

任务介绍

实际生活中带传动和链传动的例子有很多，拖拉机、缝纫机、运输机等都用到了带传动，自行车 、金属切削机床、汽车发动机凸轮轴上置的配气机构等都用到了链传动。

学习目标

1.应了解带传动类型及其在汽车上的应用。

2.应了解普通V带的结构及标记。

相关知识

一、带传动

带传动是利用挠性带张紧在主、从动轮上，依靠带与带轮间的摩擦力或啮合力来传递运动和动力的传动装置。带传动也是汽车机械传动中基本的传动方式之一，主要用于发动机外围附件的一些传动中。

如图5-1所示，带传动主要由主动带轮1、从动带轮2和传动带3组成，常用于减速传动。

图5-1　带传动

（a）摩擦带传动；（b）啮合带传动
1—主动带轮；2—从动带轮；3—传动带

1.带传动分类

根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。

（1）摩擦型带传动

摩擦带传动是利用带和带轮接触面间的摩擦力来进行传动的，按带的截面形状不同可分为平带传动、V带传动、多楔带传动和圆带传动等类型，如图5-2所示。

图5-2　传动带的主要类型

（a）平带；（b）V带；（c）多楔带；（d）圆带

1）平带，如图5-2（a）所示。平带有胶帆布带、编织带、锦纶复合平带等。平带的横截面为长方形，大多由多层胶帆布构成，工作面是与带轮接触的内表面。带长可以按照需要裁剪后连接成封闭的环形。平带传动简单，质轻且挠曲性好，多用于高速和中心距较大的传动。在汽车中已不使用平带传动。

2）V带，如图5-2（b）所示，V带横截面为等腰梯形，传动时V带只和轮槽的两个侧面相接触，即以两个侧面为工作面。V带传动比平带传动产生的更大摩擦力，能传递较大的功率，而且这种传动带是无接头的环形带，经常几根一起使用，如汽车发动机中的发电机、空调压缩机常采用两根V带驱动。图5-3所示为汽车风扇的V带传动。

3）多楔带，如图5-2（c）所示。多楔带是在平带基体上由多根V带组成的，多楔带能传递的功率更大，且能避免因多根V带长度不等而产生的传力不均的缺点。故其适用于传递功率较大且要求结构紧凑的场合。图5-4所示为捷达1.6L12气门发动机中采用的双面多楔带传动。

图5-3　汽车风扇的V带传动

4）圆带，如图5-2（d）所示。圆带横截面是圆形，通常用传动带或棉绳制成。圆形带传动仅用于低速、小功率的场合，如仪表、缝纫机、牙科医疗器械等。

（2）啮合带传动

啮合带传动是利用带与带轮上的齿相互啮合来传递运动和动力，这类带传动中应用较广的是同步带，如图5-5所示。同步带除具有摩擦带传动的优点外，还具有传动能力大、传动比恒定、效率较高等优点。在录音机、电子计算机、数控机床、内燃机等机械中都有同步带传动的应用。

汽车上发动机的正时传动机构通常采用同步齿形带，不但可以保证传动的精确性，而且噪声小，不需要润滑，如图5-6所示。

正时齿形带不仅在凸轮轴和曲轴之间实现正时传动，还能驱动水泵、发电机、空调压缩机及转向助力泵等部件，因此正时齿形带已经实现了多功能化，如图5-7所示。

图5-4　捷达1.6L12气门发动机中采用的双面多楔带传动

图5-5　同步带

图5-6　上置凸轮轴的同步齿形带传动

图5-7　橡胶正时齿形带传动

2.V带的结构和标记

带传动中，以V带传动使用最为广泛。V带有普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带、大楔角V带等。其中以普通V带和窄V带应用较广。下面主要讨论普通V带传动。

普通V带已经标准化，其结构有帘布芯结构和绳芯结构两类。它的横截面结构如图5-8所示，由包布层（胶帆布）、伸张层（顶胶）、强力层（抗拉体）和压缩层（底胶）组成。包布层由胶帆布制成，用于保护V带。伸张层由橡胶制成，在带轮上弯曲时承受拉伸。

强力层可由几层胶帘布或由一层胶线绳制成，用来承受基本拉力。帘布芯结构的普通V带容易制造，抗拉强度好，用于一般用途的传动；绳芯结构的普通V带柔软、韧性好、抗弯强度高，用于带轮直径小及转速较高的场合。近年来，有时还采用合成纤维作普通V带的强力层，以提高其承载能力。压缩层用橡胶制成，以便在弯曲时承受压缩。

图5-8　普通V带的横截面结构

普通V带的尺寸已标准化，国家标准《带传动 普通V带和窄V带尺寸（基准宽度制）》（GB/T 11544—2012）规定，普通V带按截面尺寸不同，由小到大分为Y、Z、A、B、C、D、E 7种型号，其截面尺寸如表5-1所示。V带的截面积越大，所传递的功率越大。

表5-1　普通V带的型号及其截面尺寸

普通V带均是无接头的环形结构。带张紧于带轮之间，其绕在带轮的部分产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压缩短，而在带的截面上必有一个既不受拉伸长又不受压缩短的中性层。中性层面称为节面，其宽度称为节宽。V带节面的长度称为基准长度，是带的公称长度；在带轮上与节面相对应的直径称为带轮的基准直径，是带轮的公称直径。

普通V带的标记是由型号、基准长度、标准代号3部分组成，如A1250表示的是基准长度为1250mm的A型普通V带。

汽车V带是标准件，根据公称顶宽分为AV10、AV13、AV15、AV17、AV22 5种型号。其标记为型号+有效长度公称值+标准代号，如AV13×1000表示AV13型汽车V带，有效长度公称值为1000mm。

普通V带是应用最广泛的一种传动带，其传动功率大、结构简单、价格低廉。带与带轮槽之间是V形槽面摩擦，故可以产生比平带更大的有效拉力（约3倍）。

3.多楔带的结构和标记

多楔带的结构如图5-9所示，由顶布1、芯线2、粘合胶3和楔胶4组成。

图5-9　多楔带的结构

1—顶布；2—芯线；3—粘合胶；4—楔胶

汽车工业用多楔带型号用来表示截面形状和尺寸，只采用PK一种型号，双面多楔带为DPK。用带的楔数、型号和有效长度来表示其特征。多楔带是用一系列数字和字母来标记的。第一组数字表示带的楔数，字母表示带的型号；第二组数字表示有效长度，以mm计。

标记：楔数、型号和有效长度。例如，6PK1150表示楔数为6，有效长度为1150mm的汽车多楔带。

4.同步带的结构和标记

同步带的结构如图5-5所示。

同步带结构分两种型号：ZA型（用于较轻负荷）和ZB型（用于较重负荷）。两种型号的节距相同，均为9.525mm。

标记：用数字和字母按顺序标记齿数、齿形、宽度。例如，80ZA19，表示80个齿、19mm宽、ZA型同步带。

5.带传动的弹性滑动及失效形式

（1）弹性滑动（不是失效形式）

带是弹性体，受力后必然产生弹性变形。弹性滑动引起的后果如下：①从动轮的圆周速度低于主动轮，产生了速度损失；②降低传动效率；③增加带的磨损，缩短带的寿命；④发热使带温度升高。

带传动中，摩擦力使带的两边发生不同程度的拉伸变形，摩擦力是这类传动所必需的，所以弹性滑动也是不可避免的。

（2）打滑

带传动是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定时，当传递的有效圆周力F超过带与轮面间的极限摩擦力时，带就会在带轮轮面上发生明显的全面滑动，这种现象称为打滑。打滑总是先发生在小带轮上。打滑将造成带的严重磨损，使带的运动处于不稳定状态，致使传动失效，故应限制带的最大拉力。

打滑是由于带过载所引起的，是传动失效时发生的现象，是可以避免的。

（3）V带的疲劳断裂

带的任一横截面上的应力将随着带的运转而循环变化。当应力循环达到一定次数，即运行一定时间后，V带在局部出现疲劳裂纹脱层，随之出现疏松状态甚至断裂，从而发生疲劳损坏，丧失传动能力。

6.带的张紧与带传动的维护

（1）带的张紧

传动带经过一段时间使用后，会因带的伸长而产生松弛现象，要产生永久性变形，张紧力随之减小，传动能力降低，此时带需重新张紧。水平或接近水平布置的传动如图5-10（a）所示的结构，用调节螺钉推动电动机沿滑道移动，从而将带张紧。垂直或接近垂直布置的传动如图5-10（b）所示的结构，用螺杆的调节螺母使电动机在托架上绕定点O摆动将带张紧。图5-10（a）、（b）所示的结构属于定期张紧。图5-10（c）所示的结构是利用电动机和机架的重量自动将带张紧使其保持固定不变的张紧力，这种结构属于自动张紧。当带传动的中心距固定时，可采用张紧轮来定期张紧，如图5-10（d）所示，张紧轮应置于松边内侧靠近大带轮处，以免减小小带轮的包角。

图5-10　常用的带张紧形式及其装置

（2）带传动的维护

为了保证带传动能够正常运转，并延长带的使用寿命，必须重视带传动装置的使用和维护方法。

1）带传动装置外面要采用安全防护罩，以保障操作人员的安全；同时防止油、酸、碱对带的腐蚀。

2）禁止在带轮上加润滑剂，应及时清除带轮槽及带上的油污。

3）定期对带进行检查有无松弛和断裂现象，如有一根松弛和断裂则应全部更换新带。(www.xing528.com)

4）带传动工作温度不应过高，一般不超过60℃。

7.带传动在汽车上的应用

汽车用传动带包括汽车V带（如AV13型）、汽车多楔带（如3PK型），汽车发动机的水泵、发电机的传动都应用带传动。

二、链传动

链传动由主动链轮1、从动链轮2、链条3及机架（图中未标出）组成，如图5-11所示。链传动靠链条与链轮之间的啮合来传递两平行轴之间的运动和动力，属于具有啮合性质传动。显然，其组成与啮合带传动类似，只是工作原理不同，传递运动和动力的方式也不同。

图5-11　链传动

1—主动链轮；2—从动链轮；3—链条

1.传动比

链传动是由主动链轮带动从动链轮运动的，是通过链条与链轮间的啮合力来传递动力的。那么，从动轮的运动速度与主动轮的运动速度有什么关系呢？实际上它与主动轮的转速和链轮齿数有关，这里涉及一个传动比的问题。如图5-11所示，主、从动链轮的齿数不同，转速也不同，但在单位时间内主动链轮转过的齿数z1与从动链轮转过的齿数z2是相等的。因此，链传动的传动比i为

式中：n1——主动链轮转速；

n2——从动链轮转速；

z1——主动链轮齿数；

z2——从动链轮齿数。

即链传动的传动比就是主动链轮与从动链轮的转速之比，也等于其齿数的反比。

一般链传动的传动比i≤6，低速传动时可达10；两轴中心距a≤6m，最大中心距可达15m。传动功率P<100kW；链条速度v≤15m/s，高速时可达20～40m/s。

2.链传动的结构和应用特点

（1）按用途不同分

按用途不同，链传动可分为传动链、输送链和起重链。其常用类型如图5-12所示。

图5-12　链传动的常用类型

（a）传动链；（b）输送链；（c）起重链

1）传动链，如图5-12（a）所示。其应用范围最广泛，主要用来在一般机械中传递运动和动力，也可用于输送等场合。在汽车中，传动链大多数情况下用于凸轮轴和机油泵的传动。

2）输送链，如图5-12（b）所示。其用于输送工件、物品和材料，可直接用于各种机械上，也可以组成链式输送机作为一个单元出现。为了实现特定的输送任务，在链条组成结构上需要装上特定的附件。

3）起重链，如图5-12（c）所示。其主要用以传递力，起牵引、悬挂物品运动，兼做缓慢运动。

（2）按结构形式不同分

按结构形式不同，传动链可分为滚子链和齿形链。

1）滚子链（套筒滚子链）。发动机配气机构传动中用的套筒滚子链，其结构如图5-13所示。

图5-13　套筒滚子链的结构

1—内链板；2—外链板；3—套铜；4—销轴；5—滚子

滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。销轴与外链板、套筒与内链板分别采用过盈配合连接组成外链节，销轴与套筒之间及滚子与套筒之间采用间隙配合构成内链节，当链条屈伸时，内、外链节之间就能相对转动。因滚子在套筒上可以自由转动，所以当链条与链轮啮合时，滚子与链轮齿相对滚动，形成滚动摩擦，从而减小了链条和链轮轮齿的磨损。

链的长度用链节表示，链的节距用p表示，是链条的主要参数之一。滚子链的连接方法有连接链节和过渡链节两种。当链条两端均为内链节时使用由外链板和销轴组成的可拆卸连接链节。用开口销（钢丝锁销）或弹性锁片锁止［图5-14（a）、（b）］，连接后链条的链节数应为偶数。当链条一端为内链节另一端为外链节时，使用过渡链节连接［图5-14（c）］，连接后链条的链节数为奇数。由于过渡链节不但制造复杂，而且抗拉强度较低，一般情况应尽量不用。

2）齿形链。其结构如图5-15所示，少数高档汽车的曲轴与凸轮轴之间的传动使用齿形链。与滚子链相比，齿形链具有工作平稳、噪声小、耐冲击及允许较高的链速等优点，但结构复杂、质量大、价格高，通常用于高速传动。

图5-14　滚子链的连接形式

图5-15　齿形链

3.链传动的特点

与带传动相比，链传动具有以下优点：

1）因为链传动是啮合传动，没有弹性滑动与打滑现象，所以平均传动比恒定不变。

2）链条装在链轮上，不需要很大的张紧力，对轴的压力小。

3）能传递较大的圆周力，效率较高。

4）维护容易，并有一定的缓冲减振作用。

5）能在较恶劣的环境下（如高温、多尘、油污、潮湿、泥沙、易燃及有腐蚀性条件）工作。

链传动的缺点：瞬时传动比不恒定，工作时有噪声；磨损后容易发生跳齿；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。

4.链传动的张紧与维护

链传动在使用过程中，会因为链条铰链的磨损而使节距增大，从而使链条松弛、下垂度变大，影响正常传动。为保证链传动的正常使用，提高链传动的质量，并延长其使用寿命，链传动需进行适当的张紧和润滑。

用张紧轮（链轮或滚轮）张紧。张紧轮直径应稍小于小链轮直径，并置于松边外侧靠近小链轮处。

链传动的润滑方式有油杯滴油润滑、油浴或飞溅润滑、压力循环润滑。润滑油可选用牌号为L-AN46（环境温度为5～25℃时）、L-AN68（25～35℃时）、L-AN100（35～65℃）全损耗系统用油。

5.链传动在汽车上的应用

链条与链轮的传动在汽车上主要用于凸轮轴上的配气机构（图5-16），但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来，高速汽车发动机上广泛采用齿形带来代替传动链，齿形带传动具有噪声小、工作可靠、成本低等优点。

图5-16　配气机构的链传动机构与齿形带传动机构

（a）链传动机构；（b）齿形带传动机构

链传动与传统的带传动相比，具有传动可靠、耐久性好、节省空间等优点。链传动采用液压张 紧器可以自动调节张紧力，使链条的张力始终如一。

任务小结

1）带传动组成：主动带轮、从动带轮和传动带。

2）带传动分类：

根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。

摩擦带传动按带的截面形状不同可分为平带传动、V带传动、多楔带传动和圆带传动等类型。

啮合带传动：同步带传动。

3）普通V带标记：型号、有效长度公称值、标准号。

4）多楔带标记：楔数、型号和有效长度。

5）同步带标记：用数字和字母按顺序标记齿数、齿形、宽度。

6）链传动组成：主动链轮、从动链轮、链条及机架。

7）链传动分类：

① 按用途不同，链传动可分为传动链、输送链和起重链。

② 按结构形式不同，传动链可分为滚子链和齿形链。

拓展提高

链传动的运动特性

链传动为啮合传动，但为非共轭齿形，不能保证瞬时传动比不变，只能保持平均传动比不变。

链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮合后，曲折成正多边形的一部分。链条与链轮分度圆在运动中交替呈现相割和相切。

因此，链轮每转过一个链齿，链条的速度要发生周期性的波动，即传动比呈周期性变化，只能保证上平均传动比不变；在链条速度波动中，将产生加速度，并由此引发周期性的动载荷（惯性力），不可避免地要产生冲击。