带式运输机的机械传动系统

1.设计任务

设计一用于带式输送机的传动系统,要求运动平稳、结构紧凑、维护方便、效率高。总之总功能就是利用输送带传动把物品从这一端送到另一端。

根据总功能要求和性质,带式运输机的机械传动系统应由机械系统、控制技术等组成。机械系统又分为驱动部分、传动部分、执行部分和控制部分组成,本例主要是机械系统传动部分的设计。

2.功能原理分析

传动部分的定义为：由柔性带和带轮组成传递运动和（或）动力的机械传动，分摩擦传动和啮合传动。摩擦传动指依靠构件的接触面的摩擦力来传递力和运动的，如带传动；啮合传动指依靠构件间相互啮合传递动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。

传动部分是将动力部分的功率和运动传递给执行部分的中间环节，把高速运动变成低速运动，把连续运动变成间歇运动，把小转矩变成大转矩。

1）带传动

带传动是由两个带轮（主动轮和从动轮）和一根紧绕在两轮上的传动带组成，靠带与带轮接触面之间的摩擦力来传递运动和动力的一种挠性摩擦传动。

1. 带传动的类型

按传动原理不同，带传动分为平带传动、V带传动圆带传动等。

平带传动

横剖面为扁平矩形，工作是环形内表面与带轮外表面接触。平带传动结构简单，平带较薄，挠曲性和扭转性好，因而适用于高速传动、平行轴间的交叉传动或交错轴间的半交叉传动

V带传动

横剖面为等腰梯形，

工作时置于带轮槽之中，两侧面接触，产生摩擦力较大，传动能力较强。

2.带传动的基本原理

传动带套在主动带轮1和从动带轮2上，对带施加一定的张紧力，带与带轮接触面之间就会产生正压力；主动轮转动时，依靠带和带轮之间的摩擦力来驱动从动轮转动。

带传动的基本原理是依靠带和带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。

3、带传动的特点

由于带富有弹性，并靠摩擦力进行传动，因此它具有结构简单，传动平稳、噪声小，能缓冲吸振，过

载时带会在带轮上打滑，对其他零件起过载保护作用，适用于中心距较大的传动等优点。

但带传动也有不少缺点，主要有：外廓尺寸较大，结构不够紧凑；由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比；摩擦损失较大，传动效率低，一般平带传动为0.94～0.98，V带传动为0.92～0.97；带的使用寿命短，一般2000～3000h；不宜在高温、易燃以及有油和水的场合使用。

2）齿轮传动

齿轮传动是由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成。齿轮传动是应用最多的一种传动形式。 一、齿轮传动的基本特点

1、齿轮传递的功率和速度范围很大，功率可从很小到数十万千瓦，圆周速度可从很小到每秒一百多米以上。齿轮尺寸可从小于1mm到大于10m。

2、齿轮传动属于啮合传动，齿轮齿廓为特定曲线，瞬时传动比恒定，且传动平稳、可靠。 3、齿轮传动效率高，使用寿命长。

4、齿轮种类繁多，可以满足各种传动形式的需要。 5、齿轮的制造和安装的精度要求较高。 二、齿轮传动的分类

按啮合方式分，齿轮传动有外啮合传动和内啮合传动。按齿轮的齿向不同分，齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动；斜齿圆柱齿轮传动；人字齿圆柱齿轮传动和直齿锥齿轮传动。 三、标准直齿圆柱齿轮传动

直齿圆柱齿轮传动是齿轮传动的最基本形式，它在机械传动装置中应用极为广泛。 齿线为分度圆直母线的圆柱齿轮称为直齿圆柱齿轮，简称直齿轮。 直齿圆柱齿轮的主要参数

（1）齿数z 一个齿轮的轮齿总数称为齿数。

（2）齿形角a在端平面上，过端面齿廓与分度圆交点处的径向直线与齿廓在该点处的切线所夹的锐角称为齿形角。标准规定渐开线齿轮的标准齿形角a =20°。

（3）模数m齿距p除以圆周率π所得的商称为模数，模数的单位为mm，且已经标准化。 四、其他类型齿轮传动

常用的齿轮传动除直齿圆柱齿轮传动外，还有斜齿圆柱齿轮传动、直齿锥齿轮传动和蜗杆传动等。

1、斜齿圆柱齿轮传动

齿线为螺旋线的圆柱齿轮称为斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮根据螺旋角的方向不同，分为左旋齿轮和右旋齿轮两种，其旋向可用右手法则来判断。伸出右手，手掌朝上，四指指向齿轮轴向方向，若齿向与拇指方向一致则为右旋，反之为左旋。

一对斜齿圆柱齿轮啮合时，由于轮齿在圆柱面上是螺旋放置的，所以两啮合轮齿齿面是逐渐接触又逐步脱离的，而一对直齿圆柱齿轮啮合时，两啮合齿齿面是同时在齿向全长上接触，之后又同时脱离。因此，斜齿圆柱齿轮传动平稳性好，冲击小，特别是在高速重载下更为明显。斜齿圆柱齿轮传动适用于传动平稳性要求高的两平行轴之间的传动。 2、直齿锥齿轮传动

分度曲面为圆锥面的齿轮称为锥齿轮，它是轮齿分布在圆锥面上的齿轮，当其齿向线是分度圆锥面的直母线时称为直齿锥齿轮。锥齿轮传动用于空间两相交轴之间的传动，一般多用于两轴垂直相交成90°的场合。 五、齿轮的失效形式

齿轮在工作过程中由于某种原因而损坏，使其失去正常工作能力的现象称为失效。齿轮的失效形式有很多种，常见的失效形式有： 1、齿面磨损

齿轮在传动过程中，轮齿啮合表面间存在相对滑动。齿轮在受力情况下，齿面间的相对滑动使齿面发生磨损。磨损会破坏齿面形状，造成传动不平稳；另外，磨损使轮齿变薄，造成齿侧间隙增大，轮齿强度降低。齿面磨损是润滑条件差的开式齿轮传动(外露的齿轮传动)的主要失效形式，也是开式蜗杆传动的主要失效形式。 2、轮齿折断

齿轮在工作中，其轮齿的受力状况相当于悬臂梁，齿根处受到的弯矩最大，所产生的应力集中。在啮合过程中，齿轮根部所受的弯矩是交替变化的，因此，在该处最容易产生疲劳裂纹而使轮齿折断，轮齿的这种失效形式称为轮齿的疲劳折断。齿轮的另一种折断是长期过载或受到过大冲击载荷时的突然折断，称为过载折断。 3、轮齿塑性变形

在低速重载的工作条件下，齿轮的齿面承受很大的压力和摩擦力，由于这些力的作用，材料较软的齿轮的局部齿面可能产生塑性流动，使齿面出现凹槽或凸起的棱台，从而破坏齿轮的齿廓形状，使齿轮丧失工作能力。齿轮的这种失效形式称为轮齿的塑性变形。

4、齿面点蚀

齿轮工作时，当啮合表面反复受到接触挤压作用，且由此所产生的压力过大或使用时间过长时，齿面会产生细微的疲劳裂纹。随着齿轮的连续工作，裂纹会沿表层不断扩大，

使齿面出现小块金属剥落，形成麻点和斑坑。轮齿齿面发生的这种失效形式称为齿面点蚀。严重的齿面点蚀会破坏齿轮轮齿的工作表面，造成传动不平稳，产生噪声，甚至使齿轮失去工作能力。齿面点蚀这种失效形式多发生在润滑条件良好的闭式齿轮传动中。 5、齿面胶合

在高速重载的闭式齿轮传动中，齿面润滑较为困难，啮合面在重载作用下产生局部高温使其粘结在一起，当齿轮继续运动时，会在较软的齿面上撕下部分金属材料而出现撕裂沟痕，这种由于齿面粘结和撕裂而造成的失效称为齿面胶合。齿面出现胶合现象后，将严重损坏齿面而导致齿轮失效。闭式蜗杆传动中极易发生这种失效。 3）链传动

链传动是由两个具有特殊齿形的的齿轮和一条闭合的链条所组成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。链条传动主要用于传动比要求较准确，且两轴相距离较远，而且不宜采用齿轮的地方。这就是我们常见的自行车链轮链条传

动原理。

一、链传动的特点

（1）能保证较精确的传动比（和皮带传动相比较）；（2）可以在两轴中心距较远的情况下传递动力（与齿轮传动相比）；（3）只能用于平行轴间传动；（4）链条磨损后，链节变长，容易产生脱链现象。

二、链传动的使用

(1)为保证链传动的正常工作，两链轮轴线应相互平行，且两链轮应位于同 一铅垂平面内。

(2)为了提高链传动的质量和使用寿命，应注意进行润滑。 (3)链传动可不施加预紧力，必要时可采用张紧轮装置。 (4)为了安全和防尘，链传动应加装防护罩。 3）蜗轮蜗杆传动

当一个齿轮具有一个或几个螺旋齿，并且与涡轮（类似于螺旋齿轮）啮合而组成交错轴传动时，这种传动称为蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。

（1）蜗杆传动的特点

单级传动就能获得很大的传动比，结构紧凑，传动平稳，无噪声，但传动效率低。

（2）蜗杆传动中涡轮转向的判定

蜗杆传动中蜗杆、涡轮转向间的关系取决于两者间的相对位置、蜗杆的旋向及其旋转方向。

判断涡轮相对于蜗杆的转向用左手或右手法则，挡蜗杆为右旋（蜗杆也分左右旋且判断方法与斜齿轮方向判断方法相同）时用右手法则，蜗杆为左旋时用左手法则。弯曲四指，是之指向蜗杆的旋向方向（直箭头表示蜗杆可见侧的圆周运动方

向），则拇指的反方向就是涡轮相对于蜗杆的运动方向。

3.功能分解

机械传动系统功能分析

已知传递功率P=4KW，总传动比i=n1/n2=1000/85=11.76，根据总传动比的大小，可采取两级减速传动。

根据表1-1传动系统的形态学矩阵可组合出N=6x5=30种方案 分功能 局部解 A 第一级传动 第二级传动 摩擦传动 1 V带传动 2 闭式直齿圆柱齿轮传动 闭式直齿圆柱齿轮传动 3 闭式斜齿圆柱齿轮传动 闭式斜齿圆柱齿轮传动 4 闭式人字齿轮传动 开式圆柱齿轮传动 啮合传动 5 闭式圆锥齿轮传动 闭式圆锥齿轮传动 6 蜗轮蜗杆传动 链传动 B 表：1-1传动系统的形态学矩阵

初步选定方案有4种

根据是否满足预定的运动要求，运动链机构顺序是否合理，运动精确度，成本高低，是否满足环境、动力源、生产条件等限制条件，最后选出较好的方案。

4.方案的决策与评价

评价目标 结构紧凑 效率高 维护方便 制造简单 连续工作 运转平稳 寿命长 技术价值 加权系数 0.2 0.1 0.1 0.15 0.2 0.05 0.2 Wt 2 3 3 4 4 4 2 0.75 方案一 评分 加权分 0.4 0.3 0.3 0.6 0.8 0.2 0.4 4 4 3 3 3 3 3 方案二 评分 加权分 0.8 0.4 0.3 0.45 0.6 0.15 0.6 0.825 2 3 3 1 3 2 3 方案三 0.4 0.3 0.3 0.15 0.6 0.1 0.6 0.612 4 4 3 2 3 2 3 方案四 0.8 0.4 0.3 0.3 0.6 0.1 0.6 0.775 评分 加权分 评分 加权分

表1-2传动方案评价表

已结构紧凑、效率高等7项要求作为评价目标，采用5分制作技术评价（隐含经济观点，如制造简单、寿命长等）。表1-2显示了各方案的评分及评价结果。方案一、二、四的技术价值均超过0.7，技术性能较好，尤其是方案二价值最高，只需一台两级圆柱齿轮减速器。根据评价结果，决定采用方案二。