机械设计基础模块二 带传动及链传动的应用

1、模块二带传动和链传动的应用模块二带传动和链传动的应用 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 任务任务2 -2 链传动链传动 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 任务引入任务引入 图图2 -1所示是搅拌机，所示是搅拌机，图图2-2所示是轻巧型带式输送机，这所示是轻巧型带式输送机，这 些都是利用带传动进行工作的。本任务就是设计在生产生活些都是利用带传动进行工作的。本任务就是设计在生产生活 实际中使用的带传动。实际中使用的带传动。 2.1 带传动的认识及应用带传动的认识及应用 一、带传动的工作原理和类型一、带传动的工作原理和类型 带传动按工作原理可分为摩擦式带传动和啮合

2、式带传动。带传动按工作原理可分为摩擦式带传动和啮合式带传动。 1摩擦式带传动摩擦式带传动 摩擦式带传动通常是由主动带轮摩擦式带传动通常是由主动带轮1、从动带轮、从动带轮2和紧套在两轮和紧套在两轮 上的传动带上的传动带3组成，如组成，如图图2-3所示。所示。 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 摩擦式带传动按截面形状可分为平带传动、摩擦式带传动按截面形状可分为平带传动、v带传动、多楔带传动、多楔 带传动和图带传动。带传动和图带传动。 平带的横截面为扁平矩形，工作面是与带轮面接触的内表面。平带的横截面为扁平矩形，工作面是与带轮面接触的内表面。 v带的横截面为等腰梯形，

3、工作面是与轮槽相接触的两个侧带的横截面为等腰梯形，工作面是与轮槽相接触的两个侧 面面 多楔带是以平带为基体，内表面具有等距纵向楔的环形传动多楔带是以平带为基体，内表面具有等距纵向楔的环形传动 带，其工作面为楔的侧面。带，其工作面为楔的侧面。 2啮合式带传动啮合式带传动 啮合式带传动通常由主动同步带轮、从动同步带轮和环形同啮合式带传动通常由主动同步带轮、从动同步带轮和环形同 步带组成，依靠带内侧齿与带轮轮齿的啮合来传递运动和动步带组成，依靠带内侧齿与带轮轮齿的啮合来传递运动和动 力，这种带传动称为同步带传动，如力，这种带传动称为同步带传动，如图图2-5所示。所示。 上-页 下-页 返回 任务任务

4、2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 二、带传动的特点和应用二、带传动的特点和应用 带传动的主要优点：传动平稳，噪声小，缓冲吸振和过载打带传动的主要优点：传动平稳，噪声小，缓冲吸振和过载打 滑可防止其他零件损坏等优点，且结构简单，制造、安装和滑可防止其他零件损坏等优点，且结构简单，制造、安装和 维护方便，成本低廉，尤其适用于两轴中心距较大的传动。维护方便，成本低廉，尤其适用于两轴中心距较大的传动。 带传动的主要缺点：外廓尺寸较大，不能保证准确的传动比带传动的主要缺点：外廓尺寸较大，不能保证准确的传动比 （啮合式带传动除外），效率较低，带的寿命短以及不宜用（啮合式带传动除外），效率较低，带

5、的寿命短以及不宜用 于高温，易燃，易爆场合。于高温，易燃，易爆场合。 带传动主要应用于金属切削机床、农业、交通运输和纺织机带传动主要应用于金属切削机床、农业、交通运输和纺织机 械中，适用于两轴中心距较大的场合。械中，适用于两轴中心距较大的场合。 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 2.2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 一、带传动的受力分析一、带传动的受力分析 带传动工作前，带张紧在两带轮上，带上各处所受到的拉力带传动工作前，带张紧在两带轮上，带上各处所受到的拉力 f相等，称为初拉力。相等，称为初拉力。 松边和紧边拉力的差值称为有效圆周力松边和紧

6、边拉力的差值称为有效圆周力f，也叫有效拉力。，也叫有效拉力。 则则 带传动所能传递的功率带传动所能传递的功率p可表示为可表示为 12 fff 1000 fv p 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 当带速一定时，传递的功率当带速一定时，传递的功率p越大，则有效圆周力越大，则有效圆周力f越大，所越大，所 需带和轮面间的摩擦力越大。需带和轮面间的摩擦力越大。 经分析和推导，带在即将打滑时所能传递的最大圆周力为经分析和推导，带在即将打滑时所能传递的最大圆周力为 二、带传动的应力分析二、带传动的应力分析 1拉应力拉应力 紧边拉应力紧边拉应力 松边拉应力松边拉应力

7、1 1 max0 1 2 1 f f e ff e 1 1 2 2 f mp a f mp a 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 2离心拉应力离心拉应力 当带绕入带轮作圆周运动时产生离心力，该离心力使带受到当带绕入带轮作圆周运动时产生离心力，该离心力使带受到 离心拉力作用离心拉力作用 离心力虽仅产生于传动带作圆周运动的弧段，但由其引起的离心力虽仅产生于传动带作圆周运动的弧段，但由其引起的 离心拉力只作用于带的全长，故离心拉应力，亦作用于带的离心拉力只作用于带的全长，故离心拉应力，亦作用于带的 全长上。全长上。 3弯曲应力弯曲应力 2 c c fqv mp

8、 aa 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 传动带绕过带轮时，因受弯曲而产生弯曲应力，由材料力学传动带绕过带轮时，因受弯曲而产生弯曲应力，由材料力学 得弯曲应力为得弯曲应力为 弯曲应力仅产生在带包围带轮上的弧段。带工作时各段的合弯曲应力仅产生在带包围带轮上的弧段。带工作时各段的合 成应力如成应力如图图2-7所示。由图可见，作用在某截面上的应力是所示。由图可见，作用在某截面上的应力是 随带的工作位置不同而变化的，带是在变应力状态下工作，随带的工作位置不同而变化的，带是在变应力状态下工作， 易产生疲劳破坏，带的最大应力在紧边绕上小带轮处。易产生疲劳破坏，带的最

9、大应力在紧边绕上小带轮处。 三、带传动的打滑、弹性滑动和传动比三、带传动的打滑、弹性滑动和传动比 在初拉力在初拉力 一定时，当传递的有效圆周力一定时，当传递的有效圆周力f超过带与轮面间的超过带与轮面间的 极限摩擦力时，带与轮面在整个接触弧上产生相对滑动，这极限摩擦力时，带与轮面在整个接触弧上产生相对滑动，这 种现象称为打滑。种现象称为打滑。 b h e d 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 带在即将打滑时所能传递的最大圆周力为带在即将打滑时所能传递的最大圆周力为 这种由于材料的弹性变形产生的滑动称为弹性滑动。显然，这种由于材料的弹性变形产生的滑动称为弹性

10、滑动。显然， 弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不可避免的物理现象。相弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不可避免的物理现象。相 对降低率用滑动率对降低率用滑动率s表示，即表示，即 1 1 max0 1 2 1 f t f e ff e 12 1 21 21 100% 60 1000 1 d d vv v dn v dn i nd 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 这就是带传动的传动比不准确的原因。由于滑动率一般在这就是带传动的传动比不准确的原因。由于滑动率一般在0. 010.02，故一般情况下可忽略不计。，故一般情况下可忽略不计。 2.3普通普通v带传动的设计带

11、传动的设计 一、一、v带传动的设计准则带传动的设计准则 由由v带传动的工作情况分析可知，带传动的主要失效形式是带传动的工作情况分析可知，带传动的主要失效形式是 打滑及疲劳损坏（撕裂、脱层或拉断），故带传动的设计准打滑及疲劳损坏（撕裂、脱层或拉断），故带传动的设计准 则是保证带在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。则是保证带在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。 二、二、v带和带和v带轮的结构带轮的结构 1v带的结构带的结构 v带分普通带分普通v带、窄带、窄v带、宽带、宽v带等带等 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 v带一般为无接头的环形，其结

12、构如带一般为无接头的环形，其结构如图图2-9所示，由顶胶、所示，由顶胶、 抗拉体、底胶和包布层组成，包布层多由胶帆布制成，拉伸抗拉体、底胶和包布层组成，包布层多由胶帆布制成，拉伸 层和压缩层主要由橡胶组成，强力层主要承受拉力。强力层层和压缩层主要由橡胶组成，强力层主要承受拉力。强力层 有帘布结构和线绳结构两种。有帘布结构和线绳结构两种。 v带标记：类型一基准长度国标标准编号。带标记：类型一基准长度国标标准编号。 2v带轮的结构带轮的结构 v带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作 部分，制有梯形轮槽；轮毂是带轮与轴的连接部分；轮缘与部

13、分，制有梯形轮槽；轮毂是带轮与轴的连接部分；轮缘与 轮毂则用轮辐（腹板）连接成一整体。轮毂则用轮辐（腹板）连接成一整体。 带轮基准直径小于带轮基准直径小于150 mm时常采用实心式时常采用实心式图图2-10 (a)；带轮基准直径为；带轮基准直径为150450 mm时常采用腹板式时常采用腹板式图图 2-10 (b)、(c)；带轮基准直径大于；带轮基准直径大于450 mm时常采用轮时常采用轮 辐式辐式图图2 -10 (d)。 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 三、三、v带传动的设计步骤带传动的设计步骤 v带传动设计计算的内容包括传动带和带轮两部分。带传动设计

14、计算的内容包括传动带和带轮两部分。 1计算设计功率计算设计功率pc选取选取v带型号带型号 设计功率设计功率pc 由下式计算由下式计算 ka-工况系数，见工况系数，见表表2 -4 带的型号根据设计功率和主带轮转速带的型号根据设计功率和主带轮转速n从图中选取，见从图中选取，见图图2 - 11。 ca pk p 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 2确定主、从动带轮基准直径确定主、从动带轮基准直径 小带轮的基准直径小，在一定的传动比下，大带轮的基准直小带轮的基准直径小，在一定的传动比下，大带轮的基准直 径相应地也小，则带传动的外廓尺寸小，结构紧凑、重量轻。径相应

15、地也小，则带传动的外廓尺寸小，结构紧凑、重量轻。 小带轮直径根据小带轮直径根据表表2 -5确定。确定。 大带轮的基准直径按下式计算大带轮的基准直径按下式计算 传动比若要求比较精确时，应考虑弹性滑动的影响，则按传动比若要求比较精确时，应考虑弹性滑动的影响，则按 下式计算下式计算 21 1 2 dd did n i n 21 1 dd did 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 3验算带速验算带速 带速可由下式计算带速可由下式计算 由公式由公式p= fv知，传递功率一定时，带速越低，圆周力越大，知，传递功率一定时，带速越低，圆周力越大， 带容易打滑，同时使带的

16、尺寸和根数增加。带容易打滑，同时使带的尺寸和根数增加。 4确定中心距和带的基准长度确定中心距和带的基准长度 (1)初选中心距。初选中心距。 中心距通常按下式初定中心距通常按下式初定 60 1000 dn v 12012 0.72 dddd ddadd 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 (2)计算带的基准长度。计算带的基准长度。 由表由表2-2选取带的基准长度。选取带的基准长度。 (3)确定实际中心距。确定实际中心距。 实际中心距。可由下式近似确定实际中心距。可由下式近似确定 2 1221 00 0 2 24 dddd d dddd la a 0 0 2

17、dd ll aa 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 考虑到安装、调整和补偿拉应力的需要，中心距应可调，调考虑到安装、调整和补偿拉应力的需要，中心距应可调，调 节范围为节范围为 5验算小带轮包角验算小带轮包角 一般应使一般应使120。若不满足此条件，可采取适当增大中心。若不满足此条件，可采取适当增大中心 距、减小两带轮的直径或在带轮外侧加张紧轮等措施。距、减小两带轮的直径或在带轮外侧加张紧轮等措施。 minmax 0.0150.03 dd aalaaal 21 1 18057.3 dd dd a 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传

18、动的设计计算 6确定确定v带根数带根数z 7确定带的初拉力确定带的初拉力f 单根单根v带的初拉力可按下式计算带的初拉力可按下式计算 由于新带易松弛，对于不能调整中心距的普通由于新带易松弛，对于不能调整中心距的普通v带传动，安带传动，安 装新带时的初拉力应为计算值的装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍。倍。 00 c l p z pp k k 2 0 5002.5 1 c p fqv zvk 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 8计算带轮轴上的压力计算带轮轴上的压力q 为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带

19、传动作用在轴上 的压力，又称为压轴力。可近似按初拉力的合力进行计算，的压力，又称为压轴力。可近似按初拉力的合力进行计算， 2.4 带传动的张紧维护和安装带传动的张紧维护和安装 一、带传动的张紧一、带传动的张紧 1调节中心距调节中心距 (1)定期张紧。在水平布置或与水平面倾斜不大的带传动中，定期张紧。在水平布置或与水平面倾斜不大的带传动中， 可通过调节螺杆使电动机移动或摆动达到张紧目的可通过调节螺杆使电动机移动或摆动达到张紧目的见图见图 1 0 2sin 2 qzf 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 2-13 (a)；在垂直或接近垂直的带传动中，可通过调节

20、摆；在垂直或接近垂直的带传动中，可通过调节摆 动架的位置达到张紧目的动架的位置达到张紧目的见见图图2 -13 (b)。 (2)自动张紧。此法常用于小功率以及近似垂直布置情况的自动张紧。此法常用于小功率以及近似垂直布置情况的 带传动带传动见图见图2- 13(c)。 2利用张紧轮利用张紧轮 (1)定期张紧。此法用于中心距固定的带传动定期张紧。此法用于中心距固定的带传动见图见图2-13 (d)，v带的张紧轮一般安装在松边的内侧，靠近大带轮处。带的张紧轮一般安装在松边的内侧，靠近大带轮处。 (2)自动张紧。此法用于中心距较小而传动比较大的平带传自动张紧。此法用于中心距较小而传动比较大的平带传 动中动中

21、见图见图2-13 (e)。 二、带传动的安装和维护二、带传动的安装和维护 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 (1)为保证为保证v带截面与轮槽的正确位置，带截面与轮槽的正确位置，v带的外边缘应与带带的外边缘应与带 轮的轮缘平齐，如轮的轮缘平齐，如图图2 -14所示所示 (2)安装时，调小中心距或松开张紧轮套带，然后调整到合安装时，调小中心距或松开张紧轮套带，然后调整到合 适的张紧程度，严禁将带强行撬人带轮。适的张紧程度，严禁将带强行撬人带轮。 (3)为了使每根带受力均匀，同组使用的为了使每根带受力均匀，同组使用的v带，其型号、基准带，其型号、基准 长度、公

22、差等级、生产厂家应相同。长度、公差等级、生产厂家应相同。 (4)定期检查，及时调整。定期检查，及时调整。 (5)带不应和酸、碱等接触，工作温度不宜超过带不应和酸、碱等接触，工作温度不宜超过60。 任务实施任务实施 任务内容：任务内容： 设计某铣床电动机与变速箱的普通设计某铣床电动机与变速箱的普通v带传动。已知电动机带传动。已知电动机 上-页 下-页 返回 任务任务2 -1 带传动的设计计算带传动的设计计算 额定功率额定功率p=4 kw，主动轮转速，主动轮转速n1 =1 440 r/min，从，从 动轮转速动轮转速n2=400 r/min，要求中心距约为，要求中心距约为450 mm，两，两 班制

23、工作，载荷变动较小。班制工作，载荷变动较小。 上-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 任务引入任务引入 在农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中，有一在农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中，有一 些机械需要在高温、油污、潮湿等环境恶劣情况下工作，就些机械需要在高温、油污、潮湿等环境恶劣情况下工作，就 不适合采用带传动而采用链传动。不适合采用带传动而采用链传动。图图2 -17所示是自动引导所示是自动引导 小车，这些都是利用链传动进行工作的。本任务就是熟悉小车，这些都是利用链传动进行工作的。本任务就是熟悉 生产生活实际中使用的链传动。生产生活实际中使用的链传动。 2.5 链传动

24、链传动 一、链传动的类型一、链传动的类型 链传动是以链条为中间传动件的啮合传动。如链传动是以链条为中间传动件的啮合传动。如图图2 -19所示，所示， 链传动由主动链轮链传动由主动链轮1、从动链轮、从动链轮2和链条和链条3组成。它是靠链条组成。它是靠链条 和链轮轮齿的啮合来传递平行轴间的运动和动力的。和链轮轮齿的啮合来传递平行轴间的运动和动力的。 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 根据链的结构的不同，链传动又可分为滚子链和齿形链根据链的结构的不同，链传动又可分为滚子链和齿形链 齿形链又称无声链。由一组带有两个齿的链板左右交错并列齿形链又称无声链。由一组带有两个齿的链板左右交错并列 铰

25、接而成。铰接而成。 特点是工作平稳，噪声小，允许的链速高，承受冲击能力好，特点是工作平稳，噪声小，允许的链速高，承受冲击能力好， 传动效率一般为传动效率一般为0. 950.98，润滑良好的传动可达，润滑良好的传动可达 0.980.99。但价格较高，重量较大，对安装、维护要求。但价格较高，重量较大，对安装、维护要求 较高。齿形链适宜于高速传动，又适用于传动比大和中心距较高。齿形链适宜于高速传动，又适用于传动比大和中心距 较小的场合，多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。较小的场合，多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。 二、链传动的特点和应用二、链传动的特点和应用 1链传动的主要特点有：

26、链传动的主要特点有： (1)由于链与链轮间没有滑动现象，故链传动能保持平均传由于链与链轮间没有滑动现象，故链传动能保持平均传 动比不变；动比不变； 上-页 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 (2)传动效率高；传动效率高； (3)张紧力小，因此作用在轴上的压力较小；张紧力小，因此作用在轴上的压力较小； (4)能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工 作；作； (5)和齿轮传动相比，链传动可用于中心距较大的场合且制和齿轮传动相比，链传动可用于中心距较大的场合且制 造精度较低；造精度较低； (6)只限于传递平行轴之间的同向运动；只限

27、于传递平行轴之间的同向运动； (7)传动比存在不均匀性，从动链轮瞬时转速不均匀，运动传动比存在不均匀性，从动链轮瞬时转速不均匀，运动 平稳性差，工作时有噪声，不适合高速传动。平稳性差，工作时有噪声，不适合高速传动。 上-页 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 2链传动的应用链传动的应用 链传动多用在两轴平行且距离较远，功率较大，平均传动比链传动多用在两轴平行且距离较远，功率较大，平均传动比 准确、工作条件差的场合，不宜用在急速反向的传动中。准确、工作条件差的场合，不宜用在急速反向的传动中。 三、滚子链和链轮的结构三、滚子链和链轮的结构 1滚子链的结构滚子链的结构 滚子链由内链板滚子链

28、由内链板1、滚子、滚子2、销轴、销轴3、套筒、套筒4和外链板和外链板5组成，组成， 如如图图2 - 22所示。内链板和套筒、外链板和销轴用过盈配合，所示。内链板和套筒、外链板和销轴用过盈配合， 两两固定连接，分别构成内链节和外链节。销轴和套筒之间两两固定连接，分别构成内链节和外链节。销轴和套筒之间 为间隙配合，构成铰链，将若干内外链节依次铰接形成链条。为间隙配合，构成铰链，将若干内外链节依次铰接形成链条。 上-页 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 2滚子链链轮滚子链链轮 (1)链轮的结构。链轮的结构。 链轮的结构如链轮的结构如图图2 -25所示。直径小的链轮常制成实心式，所示。直径

29、小的链轮常制成实心式， 如图如图2-25 (a)所示；中等直径的链轮常制成辐板式，如图所示；中等直径的链轮常制成辐板式，如图 2-25 (b)所示；大直径所示；大直径(d 200 mm)的链轮常制成组合的链轮常制成组合 式，可将齿圈焊接在轮毂上，如图式，可将齿圈焊接在轮毂上，如图2 - 25 (d)所示，或采所示，或采 用螺栓连接，如图用螺栓连接，如图2- 25(c)所示。所示。 (2)链轮材料。链轮材料。 链轮常用的材料有优质碳素钢，如链轮常用的材料有优质碳素钢，如35钢正火、钢正火、45钢淬火；钢淬火； 灰铸铁灰铸铁 上-页 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 四、链传动的工作情

30、况分析四、链传动的工作情况分析 1作用在链条上的力作用在链条上的力 作用在链上的力见作用在链上的力见图图2 -26。 (1)圆周力圆周力 圆周力也就是有效拉力，其计算公式为圆周力也就是有效拉力，其计算公式为 当链速一定时，传递的功率当链速一定时，传递的功率p越大，则有效圆周力越大，则有效圆周力f越大。越大。 (2)离心拉力离心拉力 1000p f v 上-页 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 绕在链轮上的链条在运动过程中产生的离心拉力，其值为绕在链轮上的链条在运动过程中产生的离心拉力，其值为 当链条一旦选定时，链速越大，则离心拉力越大，链条越易当链条一旦选定时，链速越大，则离心拉力

31、越大，链条越易 从链轮上脱落。从链轮上脱落。 (3)悬垂拉力悬垂拉力 悬垂拉力的计算公式为悬垂拉力的计算公式为 2紧边拉力紧边拉力f1和松边拉力和松边拉力f2 紧边的拉力由三部分组成：紧边的拉力由三部分组成： 松边的拉力由两部分组成：松边的拉力由两部分组成： 2 c fqv yy fk qga 1 2 cy cy ffff fff 上-页 下-页 返回 任务任务2 -2 链传动链传动 3作用在轴上的压力作用在轴上的压力fq 有冲击和振动时取大值。有冲击和振动时取大值。 1链条的疲劳破坏链条的疲劳破坏 链条所受的拉应力是交变应力，当应力达到一定数值，且经链条所受的拉应力是交变应力，当应力达到一定数值，且经 过一定的循环次数后，链条会发生疲劳破坏。过一定的循环次数后，链条会发生疲劳破坏。 2链条铰链的磨损链条铰链的磨损 链条与链轮啮合传动时，相邻链节之间发生相对转动，使销链条与链轮啮合传动时，相邻链节之间发生相对转动，使销 轴与套筒、套筒与滚子间引起磨损。轴与套筒、套筒与滚