第5章 带传动和链传动

1、第三篇第三篇 机械传动机械传动 本篇内容本篇内容： 带传动带传动 链传动链传动 齿轮传动齿轮传动 蜗杆传动蜗杆传动 5-1 5-1 概概 述述 共同特点：共同特点： 1.1.靠摩擦或啮合传动靠摩擦或啮合传动; ; 2.2.都是靠挠性件传递运动或动力都是靠挠性件传递运动或动力; ; 3.3.结构简单结构简单; ; 4.4.中心距大。中心距大。 普通普通V V带传动带传动链传动链传动 第第5 5章章 带传动和链传动带传动和链传动 一、一、带传动的组成及工作原理带传动的组成及工作原理 2.2.工作原理工作原理 靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。 工作前：

2、带已受到预拉力的作用，使带与带轮接触面间产工作前：带已受到预拉力的作用，使带与带轮接触面间产 生压力；生压力； 工作时：主动轮通过摩擦力使带运动，带又通过摩擦力使工作时：主动轮通过摩擦力使带运动，带又通过摩擦力使 从动轮转动。从动轮转动。 1.1.组成：组成：主动轮、从动轮、传动带主动轮、从动轮、传动带 主动轮主动轮 从动轮从动轮 传动带传动带 二、二、带传动的类型带传动的类型 按带截面按带截面 形状分类形状分类 圆带圆带 平带平带 V V带带 同步带同步带 多楔带多楔带 带带 带轮带轮 同步带传动同步带传动 同步带轮同步带轮 同步带同步带 三、三、带传动的特点带传动的特点 四、四、应用范围应

3、用范围 主要用于两轴平行且转向相同的场合。以及对传动比无主要用于两轴平行且转向相同的场合。以及对传动比无 精确要求的中小功率传动。精确要求的中小功率传动。 7ima10smv/255kwP50一般：一般： 1. 1. 传动带具有挠性和弹性，可吸收振动和缓和冲击，使传传动带具有挠性和弹性，可吸收振动和缓和冲击，使传 动平稳、噪音小；动平稳、噪音小； 2. 2. 当过载时当过载时, ,传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其 它零件，保护作用；它零件，保护作用； 3. 3. 适合于主、从动轴间中心距较大的传动；适合于主、从动轴间中心距较大的传动； 4. 4.

4、 由于有弹性滑动的存在，故不能保证固定的传动比；由于有弹性滑动的存在，故不能保证固定的传动比； 5. 5. 由于需要施加张紧力，所以会产生较大的压轴力，使轴由于需要施加张紧力，所以会产生较大的压轴力，使轴 和轴承受力较大。和轴承受力较大。 F0F0 FN FN FN /2 /2 2 sin f fv 式中式中: : f 带与带轮之间的摩擦系数带与带轮之间的摩擦系数 fvVV带轮当量摩擦系数带轮当量摩擦系数 0 fFfFF Nf 平带： 平带： 00 2 sin 2F f fFFfF Nvf V带： V带传动和平带传动的比较：带传动和平带传动的比较： 在相同条件下，在相同条件下，V V带较平带产

5、生更大的摩擦力，因此，带较平带产生更大的摩擦力，因此， V V带传动应用更为广泛。带传动应用更为广泛。本章主要介绍本章主要介绍V V带传动。带传动。 5-2 5-2 V带的类型带的类型 一、一、V V带的型式、结构和型号带的型式、结构和型号 V带的结构带的结构 帘布结构帘布结构 线绳结构线绳结构 包布层包布层 顶胶层顶胶层 抗拉层抗拉层 底胶层底胶层 V带的型号带的型号 普通普通V V带分为带分为Y Y、Z Z、A A、B B、C C、DD、E E七种型号。七种型号。 p b节宽节宽 D 基准直径基准直径 基准长度基准长度 d L 二、二、带传动的几何计算带传动的几何计算 2.2.包角包角 小

6、、大带轮的包角小、大带轮的包角： 3 .57180 12 1 a DD 1.1.公称长度公称长度Ld 节面节面: :V V带纵向弯曲，顶胶伸长，底带纵向弯曲，顶胶伸长，底 胶缩短，两者之间中性层长度不变胶缩短，两者之间中性层长度不变 的面。的面。 节宽节宽b bp p：节面的宽度。节面的宽度。 基准直径基准直径D D：节面对应的带轮直径。节面对应的带轮直径。 基准长度基准长度L Ld d： V V带位于带轮基准直带位于带轮基准直 径上的周长。径上的周长。 公称长度公称长度Ld：即其基准长度。即其基准长度。 3 .57180 12 2 a DD 5 53 3 带传动工作情况分析带传动工作情况分析

7、 一、一、带传动中的力分析带传动中的力分析 F0 F0 F0 F0 工作前：工作前：带以一定的张紧力安装在带轮上，带受初拉力带以一定的张紧力安装在带轮上，带受初拉力F F0 0 工作时：工作时：由于带与轮的摩擦力由于带与轮的摩擦力F Ff f ，形成紧边和松边。，形成紧边和松边。 2001 FFFF 紧边紧边：F0 F1 松边松边：F0 F2 假设带的总长不变，则：假设带的总长不变，则：紧边的伸长量紧边的伸长量= =松边的收缩量松边的收缩量 又设带的变形量与力的增量成正比，则：又设带的变形量与力的增量成正比，则： 021 2FFF或或 0 222 :0 1 1 1 2 1 1 ppp fO d

8、 F d F d FT ef FFFF 21 有效拉力有效拉力 v P Fe 1000 其中： N Ff 取主动轮一端的带为分离体，取主动轮一端的带为分离体， 其受力：其受力：F F1 1、F F2 2、N N、F Ff f O1 Fe是由功率是由功率P(外载外载) 决定的，决定的， P Fe Ff 是有限的，当是有限的，当F0和和f 一定时，一定时， Ffmax= f N 讨论：讨论：1 1）若）若F Fe e F Ffmax fmax ： ： F Fe e = = F Ff f ，正常工作；，正常工作； 2 2）若）若F Fe e = = F Ffmax fmax ： ： 打滑临界状态；打

9、滑临界状态； 3 3）若若F Fe e F Ffmax fmax ： ： 打滑。打滑。 v P Fe 1000 其中： ef FFFF 21ef FFFF 21 联立以上各式，可得传动带所能传递的最大有效拉力联立以上各式，可得传动带所能传递的最大有效拉力Fec (即摩擦力的极限值即摩擦力的极限值 F Fmax max) )： ： 带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时欧拉公式带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时欧拉公式: 1 21 f eFF 影响带有效拉力影响带有效拉力Fec （承载能力）的因素有：（承载能力）的因素有： 3 3）f f F F ec ec 承载能力承载能力 。 2 2

10、）包角包角 1 1F F ec ec 承载能力承载能力 ； 1 1） F F0 0 F F ec ec 承载能力承载能力 ; ; 1 1 2 1 1 0max f f e e FF Fec= 二、二、带的应力分析带的应力分析 1.1.拉应力拉应力 A F1 1 A F2 2 2.2.离心拉应力离心拉应力 带的离心拉力：带的离心拉力： 2 qvFc 离心拉应力：离心拉应力： A qv A Fc c 2 带的截面面积带的截面面积 松边松边: : 紧边紧边: : 2121 FF 1 2 c 1b 2b cb 11max 式中：式中：h h为带的高度为带的高度 D D为基准直径为基准直径 b D 3.

11、3.弯曲应力弯曲应力 D h E D h E b 结论：结论： 1 1）带是在变应力作用下工作）带是在变应力作用下工作疲劳破坏。疲劳破坏。 2 2）最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处，其值为：）最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处，其值为： 21bb 三、三、带传动的弹性滑动和打滑带传动的弹性滑动和打滑 1.1.弹性滑动的产生机理弹性滑动的产生机理 B1 A1(A) C1 带受拉力产生弹性变形，而带受拉力产生弹性变形，而 拉力不同弹性变形量也不同。拉力不同弹性变形量也不同。 1 1）带的紧边在）带的紧边在A A1 1点绕上主动轮时：点绕上主动轮时： 带的受力：带的受力：F F1 1 带的

12、速度：带的速度：v v = = v v1 1 当带由 当带由A A1 1B B1 1时时： 带带拉力：拉力：F F1 1F F2 2 减小 减小 带的弹性变形量带的弹性变形量减小减小( (带带收缩收缩) )， 即即带一边随带轮前进，一边又向带一边随带轮前进，一边又向 后收缩，后收缩，带的速度：带的速度：v v v v1 1 2 2）从动轮上：）从动轮上：正好相反，即：正好相反，即： v v v v2 2 21 vvv 带 即有即有： B 注意：注意：弹性滑动是带传动不可避免的固有特性。弹性滑动是带传动不可避免的固有特性。 2.2.带传动的传动比带传动的传动比 滑动率滑动率从动轮对主动轮速度的相

13、对降低率。从动轮对主动轮速度的相对降低率。 1 2 1 2 1 21 1 n n D D v vv 传动比传动比： 21 vvv 带 由于由于： 弹性滑动弹性滑动由于带的由于带的弹性变形弹性变形和和紧边、松边的拉力差紧边、松边的拉力差而引而引 起的起的带与带轮之间的滑动。带与带轮之间的滑动。 1 2 2 1 D D n n i 100060 Dn v 1 1 2 2 1 D D n n i C 由弹性滑动引起的由弹性滑动引起的很小，一般很小，一般=0.010.02，所以：，所以： A1（C1） B1 带传动的打滑带传动的打滑 B1 A1 C1 3.3.带传动的打滑带传动的打滑 1 1）正常工作

14、时：）正常工作时：F Fe e vvvv2 2 2.2. 降低传动效率，因为有速度降低传动效率，因为有速度 损失损失 3.3. 引起带的磨损引起带的磨损 4.4. 引起带发热，容易疲劳，寿引起带发热，容易疲劳，寿 命短命短 1. 1. 使带的磨损加剧使带的磨损加剧 2.2. 从动轮转速急剧降低，使传动失从动轮转速急剧降低，使传动失 效效 3.3. 可防止损坏其他零件，起保安作可防止损坏其他零件，起保安作 用用 5 54 V4 V带传动的设计带传动的设计 一、一、单根单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率P P0 0 1.1.主要失效形式：主要失效形式： 1)1)打滑；打滑； 2)2)带的疲

15、劳破坏。带的疲劳破坏。 2.2.设计准则设计准则 ：在不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强在不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强 度和寿命。度和寿命。 3.3.单根带的基本额定功率单根带的基本额定功率 对于对于V V带用带用 fv v 代替代替 f 1)1)不打滑条件：不打滑条件： vv ff ec e A e FF 1 1 1 1 11 2)2)疲劳强度条件：疲劳强度条件： 11max cb cb 11 即： 单根带能传递的最大功率为：单根带能传递的最大功率为： 1000 0 vF P ec v f cbec e AF 1 1 1 最大有效拉力：最大有效拉力： v f cb e A v1 1

16、 1000 1 1000 ) 1 1)( 1 0 Av e P v fcb 3)既不打滑，又具有一定的既不打滑，又具有一定的疲劳强度条件：疲劳强度条件： 二、二、普通普通V V带参数选择和设计计算带参数选择和设计计算 带传动的原始数据及设计内容：带传动的原始数据及设计内容： 功率功率P P 主动轮转速主动轮转速n n1 1 从动轮转速从动轮转速n n2 2 ( (或传 或传 动比动比i) i) 传动位置要求传动位置要求( (水平传水平传 动或倾斜传动）动或倾斜传动） 工作条件工作条件 带型号带型号 带轮直径带轮直径DD1 1，DD2 2 带根数带根数z z 中心距中心距 a a 带长带长 L

17、Ld d 初拉力初拉力F F0 0 压轴力压轴力F Fr r 带轮结构带轮结构 设计计算的一般步骤设计计算的一般步骤: : 1.1.确定设计功率确定设计功率P Pd d PKP Ad P P 名义功率名义功率 K KA A工作情况系数工作情况系数 表表5-6 5-6 工况系数工况系数K KA A 2.2.选择带型选择带型 依据依据P Pd d和和n n1 1由带选型图由带选型图5-75-7确定。确定。 3.3.确定带轮的基准直径确定带轮的基准直径DD1 1和和DD2 2 一般应使一般应使v vmax max =5 =52525m/sm/s max 11 vv 100060 nD 为避免离心应力

18、过大，应使为避免离心应力过大，应使 为避免弯曲应力过大，应使为避免弯曲应力过大，应使 DD1 1DDmin min 槽型YZABCDE dmin 205075125200355500 D D2 2由由D D1 1计算确定计算确定, , 并圆整至基准直径系列并圆整至基准直径系列, , 见表见表5-85-8。 4.4.确定中心距确定中心距a a和和V V带长度带长度L Ld d 21021 27.0DDaDD 1 a过小则过小则 小小 ； 过大则带产生颤动。按下式初选过大则带产生颤动。按下式初选a0：a 0 2 12 120 4 )( )( 2 2 a DD DDaLd 查表查表5-35-3确定确

19、定L Ld d ，计算实际中心距 ，计算实际中心距a a： 计算带长计算带长 d L 2 0 d d LL aa 5.5.验算小轮包角验算小轮包角 1 1 3 .57180 12 1 a DD 要求要求 0 1 120 如不满足，可加大中心距或加张紧轮。如不满足，可加大中心距或加张紧轮。 6.6.确定确定V V带的根数带的根数z z L d KKPP P z )( 00 7.7.确定初拉力确定初拉力F F0 0 2 0 ) 5 . 2 (500 m K K z P F d N 包角修正系数包角修正系数 带长修正系数带长修正系数 L K K F F0 0太小则传递的有效拉力小；太小则传递的有效拉

20、力小； F F0 0太大则带的寿命太大则带的寿命 短，对轴的压力也大。短，对轴的压力也大。 F0由下式确定：由下式确定： 8.8.计算作用在轴上的力计算作用在轴上的力F FQ Q 2 sin2 2 cos2 1 00 zFzFFQ 三、三、V V带轮设计带轮设计 1.1.带轮的材料带轮的材料 一般：一般：HT200HT200、HT250HT250； 高速：铸钢；高速：铸钢； 小功率：非金属、铸铝。小功率：非金属、铸铝。 2.2.带轮的结构带轮的结构 各部分的结构和尺寸见教材各部分的结构和尺寸见教材 或手册。或手册。 典型结构：典型结构： 实心、腹板、孔板和轮辐式的。实心、腹板、孔板和轮辐式的。

21、 四、四、 带传动的张紧装置带传动的张紧装置 定期张紧装置定期张紧装置 定期张紧装置定期张紧装置 自动张紧装置自动张紧装置 用带轮张紧用带轮张紧 设 计 例 题设 计 例 题 例：试设计一鼓风机用普通例：试设计一鼓风机用普通V V带传动。已知：动力机为带传动。已知：动力机为Y Y系列三相异步电系列三相异步电 机，功率机，功率P=7.5kWP=7.5kW，转速，转速n n1 1=1440rpm=1440rpm，鼓风机转速，鼓风机转速n n2 2=630rpm=630rpm，每天工，每天工 作作1616小时，希望中心距不超过小时，希望中心距不超过700mm700mm。 解：解：1.1.计算功率计算

22、功率： Pc =KPc =KA AP=1.2P=1.27.5=9kW7.5=9kW 2.2.选择带的型号：选择带的型号： 由由P152P152图图8-88-8选择选择A A型型 3.3.带轮直径（表带轮直径（表8-38-3和和8-78-7） 取取 mmd d )140(125 1 sm nd v d /)55.10(42. 9 100060 11 取取 )320(5 .287 1 2 1 2 dd d n n d min/)640(86.642 2 rn mmdd315280 2 转速误差：转速误差： )16. 0(02. 0 2 22 n nn 4.4.确定带长：确定带长： )2125(20

23、44 4 )( 2 )( 2 0 2 1212 0 mm a dddd aL dddd d 由由P142P142表表8-28-2取取 L Ld d = 2000(2000)mm = 2000(2000)mm 实际中心距：实际中心距： mmLLaa dd )5 .637(678)( 2 1 0 5.5.小带轮包角：小带轮包角： )30.164(9 .1663 .571802180 0 12 00 1 a dd dd 6.6.带的根数：带的根数： L c KKPP P z )( 00 )(2)(7 . 0 21021dddd ddadd由：初定：初定：a0=700 mm P148P148表表8-5

24、a8-5a，P Po o=1.93(2.27)=1.93(2.27)； )955.0(96.0 K P154P154表表8-8 8-8 P142P142表表8-28-203. 1 L K 16. 0 0 P由由P149P149表表8-5b8-5b查出查出 )75.3(33.4 )( 00 L c KKPP P z 7.7.对轴的压力：对轴的压力： )184(1621 5 .2 500 2 0 Nqv Kzv P F c 张紧力：张紧力： 最终取最终取z =5(4)z =5(4)根根 轴上载荷：轴上载荷： )1458(1609 2 sin2 1 0 NzFFQ 8.8.结构设计：结构设计： 5-

25、5 5-5 滚子链链条和链轮滚子链链条和链轮 一、一、链条链条 链传动是以链条为链传动是以链条为中间中间 挠性件挠性件的的啮合啮合传动。传动。 牵引链牵引链传动链传动链 链传动概述链传动概述 起起 重重 链链 p 套筒套筒滚子滚子销轴销轴内链板内链板 外链板外链板 节距节距 p p 排数排数n n 链节数链节数L Lp p 基本参数基本参数 表表5-135-13列出列出: : A A、B B系列标准滚子链。系列标准滚子链。 GB/T12432006GB/T12432006 08A08A2 2 88 GB/T1243.1 88 GB/T1243.119831983 链号链号排数排数标准编号标准编

26、号链节数链节数 接头形式：接头形式： 偶数节：偶数节： 奇数节：奇数节： 连接链节：连接链节：弹簧卡片弹簧卡片 开口销开口销 标记：标记： 尽量用尽量用 偶数节偶数节 二、二、滚子链链轮滚子链链轮 1.1.链轮基本参数链轮基本参数 节距节距p p 齿数齿数z z 排数排数n p p z 0 360 d d 分度圆直径分度圆直径 z p d 0 180 sin 2.2.链轮齿形、结构、材料链轮齿形、结构、材料 滚子链链轮滚子链链轮设计时主要确定结构及尺寸。设计时主要确定结构及尺寸。 整体式链轮整体式链轮 孔板式链轮孔板式链轮组合式链轮组合式链轮链轮主要尺寸链轮主要尺寸 5-6 5-6 滚子链传动

27、的设计计算滚子链传动的设计计算 一、一、链传动的运动特性链传动的运动特性 整条链：挠性体整条链：挠性体 单个链节：刚性体单个链节：刚性体 链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮合，形成正多边形链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮合，形成正多边形 一部分。链条与链轮分度圆在运动中交替呈现相割和相切。一部分。链条与链轮分度圆在运动中交替呈现相割和相切。 链轮转一周，链条转过长度为链轮转一周，链条转过长度为zpzp 平均链速：平均链速：sm pnzpnz v/ 100060100060 2211 平均传动比平均传动比： const z z n n i 1 2 2 1 12 1.1.链传动的运动不均匀性链传动的

28、运动不均匀性 实际上：实际上： 由： 22 11 可见 const 1 时，constv 1 链节距对应的中心角， 1 1 180 2z 假设：紧边在传动时总是处于假设：紧边在传动时总是处于水平位置水平位置。 sin 11 Rv 水平分速度水平分速度, ,即即, ,使使 链条前进链条前进, , 垂直分速度垂直分速度, ,使链条上下使链条上下 移动移动, , cos 11 Rv 主动轮：在某一时刻，销轴的圆周速度为 。 11 R ：cos 22 Rv 22 22 ) 180 2 ( 2 2 z cos 2 2 R v v、变化 2变化 由 coscos 1122 RRv cos cos 1 2

29、2 1 R R i瞬时 ：i i瞬时 瞬时变化 变化不适宜精密传动；不适宜精密传动； 链速不均匀链速不均匀产生动负荷产生动负荷。 二、二、滚子链的主要失效形式滚子链的主要失效形式 1.1.链条元件的链条元件的 （ 交变应力下工作）交变应力下工作） 2.2.铰链铰链pp 脱链脱链 3.3.：销轴与套筒：销轴与套筒( (高速或润滑不良高速或润滑不良) ) 4.4.：起动、制动、反转：起动、制动、反转 6.6.链轮轮齿磨损链轮轮齿磨损 5.5.：smv/6 . 0下，过载拉断下，过载拉断 三、三、额定功率曲线额定功率曲线 针对各种失效形式针对各种失效形式 额定功率曲线额定功率曲线 （） 疲劳 冲击

30、胶合 四、四、滚子链传动的设计计算滚子链传动的设计计算 计算步骤与带传动类似计算步骤与带传动类似, , 自学。自学。 五、五、链传动的张紧和润滑链传动的张紧和润滑 1.1.链传动的张紧链传动的张紧 回转面应在回转面应在内；内； 张紧目的：张紧目的：，决定，决定 方法方法 调整中心距；调整中心距； 加张紧轮：靠近主动链轮的松边上。加张紧轮：靠近主动链轮的松边上。 。 两轮中心线最好水平，或与水平面两轮中心线最好水平，或与水平面4545夹角，夹角， 尽量尽量； 2.2.链传动的润滑链传动的润滑 带传动思考题带传动思考题 1.1.简述带传动的优缺点。 2.2.在动力传动中，为什么V带传动比平带传动用的多？ 3.3.V带截面的楔角都是40o，为什么随着带轮计算直径的 减小轮槽的楔角要小于40o呢？ 4.4.试根据理论公式分析：影响带传动传递功率大小的因 素有哪些？他们是怎样影响带传动的传递功率的？ 5.5.带传动为何会存在弹性滑动？该现象能避免吗？带传 动在什么情况下会出现打滑？若出现打滑，则打滑首 先出现在何处？若出现断带的情况，带应在何处断？ 6.6.带传动的设计准则是什么？ 7.7.设计V带传动时，带速太低或太高有什么不好？ 8