a机械设计带传动与链传动

1、第十三章第十三章 带传动与链传动带传动与链传动 通过中间挠性件传递运动和动力的传动机通过中间挠性件传递运动和动力的传动机构；由主动轮、从动轮和传动带所组成。构；由主动轮、从动轮和传动带所组成。包括：包括：带传动带传动、链传动链传动和绳传动。和绳传动。摩擦传动摩擦传动啮合传动：啮合传动：带传动带传动和和链传动链传动适用于两轴中心距较大的传动场合。适用于两轴中心距较大的传动场合。简述简述13-1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用一、一、带传动带传动工作原理工作原理二、主要二、主要类型和应用类型和应用三、带传动参数三、带传动参数四、带传动的张紧方式四、带传动的张紧方式五、带传动的特点和五、带传动

2、的特点和主要性能主要性能 驱动力矩使主动轮转动时，依靠带和带轮接触面驱动力矩使主动轮转动时，依靠带和带轮接触面间的摩擦力的作用，拖动从动轮一起转动，由此传递间的摩擦力的作用，拖动从动轮一起转动，由此传递一定的运动和动力。一定的运动和动力。一、工作原理：一、工作原理：二、主要类型与应用二、主要类型与应用 最简单，截面形状最简单，截面形状为矩形，其工作面是与轮面接触的内为矩形，其工作面是与轮面接触的内表面。适合于高速转动或中心距表面。适合于高速转动或中心距a a较较大的情况。大的情况。1.1.平型带传动平型带传动 2.V2.V带传动带传动 三角带，截面形状为三角带，截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽相

3、接触的两等腰梯形，与带轮轮槽相接触的两侧面为工作面，在相同张紧力和侧面为工作面，在相同张紧力和摩擦系数情况下，摩擦系数情况下，V V带传动产生带传动产生的摩擦力比平带传动的摩擦要大，的摩擦力比平带传动的摩擦要大，故具有较大的牵引能力，结构更加故具有较大的牵引能力，结构更加紧凑，广泛应用于机械传动中。紧凑，广泛应用于机械传动中。 截面形状为圆形，牵引截面形状为圆形，牵引能力小，常用于仪器和家用电器中。能力小，常用于仪器和家用电器中。3.3.多楔带传动多楔带传动4.4.圆形带圆形带 相当于平带与多相当于平带与多根根V V带的组合兼有两者的优点，适带的组合兼有两者的优点，适于传递功率较大要求结构紧凑

4、场合。于传递功率较大要求结构紧凑场合。三、带传动参数三、带传动参数两轴平行且回转方向相同的传动称为两轴平行且回转方向相同的传动称为开口传动开口传动。 设小、大带轮的直径为设小、大带轮的直径为d1、 d2 ，带长为带长为L。2a 当带处于张当带处于张紧状态时，两带轮轴线间紧状态时，两带轮轴线间的距离称为中心距的距离称为中心距a a。 带与带轮接触带与带轮接触弧所对的中心角称为包弧所对的中心角称为包角角 。则包角则包角add2sin12中心距中心距a：包角包角 :)(12radadd 代入代入01203 .57180add式中式中“”适用大轮包角适用大轮包角 2， “”适用小轮包角适用小轮包角 1

5、8)(8)(2)(222122121ddddLddLa带长带长L：L2AB+BC+ADaddddadddda4)()(22)()(2cos2212211221ADCB已知带长已知带长L，由上式可得中心距：，由上式可得中心距：四、带传动的张紧方式四、带传动的张紧方式带传动常用的张紧方法是调节中心距。带传动常用的张紧方法是调节中心距。中心距不能调节，可采用具有张紧轮的装置。中心距不能调节，可采用具有张紧轮的装置。五、带传动的特点五、带传动的特点优点：优点：1）适用于中心距较大的传动；）适用于中心距较大的传动；2）带具有良好的）带具有良好的，可缓和冲击吸收振动；，可缓和冲击吸收振动；3）具有过载保护

6、作用；）具有过载保护作用；4）结构简单，成本低。）结构简单，成本低。缺点：缺点：1）外廓尺寸大；）外廓尺寸大；2）需要张紧装置；）需要张紧装置；3）由于带的打滑，不能保持精确的传动比；）由于带的打滑，不能保持精确的传动比；4）带的寿命短；）带的寿命短；5）传动效率低。）传动效率低。带传动的主要性能：带传动的主要性能：带的速度带的速度V V：一般为一般为V=525ms ；单级传动比：平型带单级传动比：平型带45，V（三角）带（三角）带710，同步齿型带同步齿型带10 ；4）结构简单，成本低。）结构简单，成本低。 通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械之间通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械

7、之间的动力传递。目前的动力传递。目前V带传动应用最广。近年来平带传动的带传动应用最广。近年来平带传动的应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动仍然是很有效的。仍然是很有效的。传动比传动比i i：效率效率 ：传动效率传动效率0.900.9513-2 带传动的受力分析带传动的受力分析一、一、带传动的受力分析带传动的受力分析二、二、带传动的最大有效圆周拉力带传动的最大有效圆周拉力三、三、影响最大有效影响最大有效圆周圆周拉力的拉力的 几个因素几个因素一、带传动的受力分析一、带传动的受力分析安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上安装时，带必须

8、以一定的初拉力张紧在带轮上.Ffn2FfF1带工作前：带工作前：带工作时：带工作时：F0F0此时，带只受此时，带只受初拉力初拉力F0作用作用n1F2F2松边松边 退出退出主动轮的一边主动轮的一边紧边紧边 进入进入主动轮的一边主动轮的一边紧边拉力紧边拉力 - - 由由 F F0 0 增加到增加到 F F1 1；松边拉力松边拉力 - - 由由 F F0 0 减小到减小到 F F2 2 。Ff 带轮作用于带轮作用于带的摩擦力带的摩擦力F1F = Ff = F1 F2 F 有效拉力，即圆周力有效拉力，即圆周力 带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：紧边拉伸

9、增量紧边拉伸增量 松边拉伸减量松边拉伸减量紧边拉力增量紧边拉力增量 松边拉力减量松边拉力减量 F 因此：因此：F1 F0 FF2 F0 FF0 (F1 F 2) / 2F1 F0 F/2F2 F0 F/2由由F = F1 F2，得：，得：带所传递的功率为：带所传递的功率为：P F v /1000 kWv 为带速为带速P 增大时，增大时， 所需的所需的F (即即Ff )加大。但加大。但Ff 不可能无限增大。不可能无限增大。打滑打滑：二、带传动的最大有效圆周拉力二、带传动的最大有效圆周拉力当带所传递的圆周力当带所传递的圆周力F超过超过带与轮面之间的极带与轮面之间的极限摩擦力总和限摩擦力总和Ff时，

10、带与带轮将发生显著的相时，带与带轮将发生显著的相对滑动。对滑动。 当当Ff 达到极限值达到极限值Fflim 时，带传动处于即将打滑的时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，临界状态。此时， F1 达到最大，而达到最大，而F2 达到最小达到最小。欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值边拉力的最大比值 当带有打滑趋势时当带有打滑趋势时, ,摩擦力达到极限值，摩擦力达到极限值， 带的带的有效拉力也达到最大值。有效拉力也达到最大值。推导得到推导得到松紧边拉力松紧边拉力 F1 F1 和和 F2 F2 的关系的关系: :feFF21f 为摩

11、擦系数；为摩擦系数；为带轮包角为带轮包角柔韧体摩擦欧拉公式柔韧体摩擦欧拉公式联解：联解：F = F1 F2得带即将打滑时，三力计算公式：得带即将打滑时，三力计算公式：F 此时为不打滑时的最大有效拉力，此时为不打滑时的最大有效拉力，将将F1 F0 F/2代入上式：代入上式：feFFF11)21(0正常工作时，有效拉力不能超过此值正常工作时，有效拉力不能超过此值11ffeeFF)11 (121feFFFF112feFF整理后得：整理后得：1120ffeeFF1120ffeeFF三、影响最大有效三、影响最大有效圆周圆周拉力的几个因素：拉力的几个因素： ,F ,F由此可见由此可见： V带与平带传动相带

12、与平带传动相比，在相同预拉力时，法向反比，在相同预拉力时，法向反力不等，因此可以传递更大的力不等，因此可以传递更大的功率。功率。2sinfFfFfFQQNQFNQFNFNfFfFQN平带：平带：V带带:13-3 带的应力分析带的应力分析 1、紧边和松边拉力、紧边和松边拉力 产生的拉产生的拉 应力应力 2、离心力产生的拉应力、离心力产生的拉应力3、带弯曲而产生的弯曲应力、带弯曲而产生的弯曲应力1、拉力、拉力F1、F2 产生的拉应力产生的拉应力1 、2 由由离心力离心力产生的拉应力；产生的拉应力；由由弯曲弯曲产生的弯曲应力。产生的弯曲应力。紧边拉应力：紧边拉应力：1 F 1/A MPa松边拉应力：

13、松边拉应力：2 F2 /A MPa由紧边和松边由紧边和松边拉力拉力产生的拉应力；产生的拉应力；工作时，带横截面上的应力由三部分组成：工作时，带横截面上的应力由三部分组成：A 带的横截面积，带的横截面积，2mm带的应力分析带的应力分析2、离心力产生的拉应力、离心力产生的拉应力c 带绕过带轮作圆周运动时带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。会产生离心力。dFNC设：设：作用在微单元弧段作用在微单元弧段dl 的离的离心力为心力为dFNC，则，则rvdmdFNC2rvqdl2rvqrd2)(dqv2截取微单元弧段截取微单元弧段dl 研究，其两端拉力研究，其两端拉力Fc 为离心力引起的拉力。为离心力引起的

14、拉力。由水平方向力的平衡条件可知：由水平方向力的平衡条件可知：2sin2dFdFCNCdFC微单元弧微单元弧的质量的质量带速（带速（m/s)带单位长度带单位长度质量（质量（kg/m）带轮半径带轮半径微单元弧对微单元弧对应的圆心角应的圆心角取：取：22sinddMPaAqvAFCC2虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，dFCdqv2即：即：N2qvFC则离心拉力则离心拉力 Fc 产生的拉应力为：产生的拉应力为：注意：注意：但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全长，且各剖面处处相等。带的全长，且各剖面处处相等。

15、带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式得带的弯曲应力：得带的弯曲应力：MPadyEdb2节线至带最节线至带最外层的距离外层的距离带的弹性带的弹性模量模量显然：显然： dd故：故：b 1 b 2带绕过小带轮带绕过小带轮时的弯曲应力时的弯曲应力带绕过大带轮时带绕过大带轮时的弯曲应力的弯曲应力 与离心拉应力不同，与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上带轮的那一部分带上 。d dd db 3、带弯曲而产生的弯曲应力、带弯曲而产生的弯曲应力b带横截面的应力为三部分应力之和。带横截面的应力为三部分应力之和。最大应力发生在最大应力发生在: 紧边

16、开始进紧边开始进入小带轮处。入小带轮处。11maxbc带受变应力作用，这将使带产生带受变应力作用，这将使带产生疲劳疲劳破坏。破坏。各剖面的应力分布为：各剖面的应力分布为：由此可知：由此可知：LvkTNcb360011max带传动一周，完成两个应力循环带传动一周，完成两个应力循环带的寿命为带的寿命为T时，带的应力循环总次数为时，带的应力循环总次数为N13-413-4 带传动的弹性滑动和传动比带传动的弹性滑动和传动比 1、弹性滑动、弹性滑动2、传动比、传动比两种滑动现象：两种滑动现象：打打 滑滑 是指由于过载引起的全面滑动，是带传是指由于过载引起的全面滑动，是带传动的一种失效形式，应当避免。动的一

17、种失效形式，应当避免。弹性滑动弹性滑动 是指正常工作时的微量滑动现象，是由是指正常工作时的微量滑动现象，是由拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引起的，不可避免。起的，不可避免。 弹性滑动是如何弹性滑动是如何产生的？产生的？因因 F1 F21、弹性滑动、弹性滑动故松紧边单位长度故松紧边单位长度上的变形量不等。上的变形量不等。 当带绕过主动当带绕过主动轮时，由于拉力逐轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐减小，所以带逐渐缩短，这时带沿渐缩短，这时带沿主动轮的转向相反主动轮的转向相反方向滑动，使带的方向滑动，使带的速度速度V落后于主动落后于主动轮的圆周速度轮的圆周速度

18、V1.同样的现象也发生在从同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不动轮上。但情况有何不同？同？弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。由此可见：由此可见： 当带绕过从动轮时，由当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑动，轮的转向相同方向滑动，使带的速度使带的速度V超前于从动轮超前于从动轮的圆周速度的圆周速度V2.弹性滑动引起的不良后果：弹性滑动引起的不良后果：设设d1、d2为主、从动轮的直径，为主、从动轮的直径，mm；n1、n2为主、为主、从动轮的转速从动轮的转速,r/min，

19、则两轮的圆周速度分别为：，则两轮的圆周速度分别为： 产生摩擦功率损失，降低了传动效率产生摩擦功率损失，降低了传动效率 ； 引起带的磨损，并使带温度升高引起带的磨损，并使带温度升高 ；smndv/100060222，smndv/100060111 使从动轮的圆周速度低于主动轮使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即，即 v2 1，从动轮直径增大，从动轮直径增大，b2减小，减小， 功率增量功率增量，P1可查可查P204表表13-4传动能力提高，则额定功率增加。传动能力提高，则额定功率增加。LaKKPPP)(000三、普通带的型号和根数的确定计算功率和根数的计算式：计算功率和根数的计算式：0PPzPKPc

20、Ac工况系数，查表工况系数，查表136。计算功率计算功率:根数根数:四、主要参数的选择主要参数的选择1. 带轮直径和带速带轮直径和带速大带轮的基准直径大带轮的基准直径:带速带速:要求要求:最佳带速最佳带速V=2025m/s小轮直径小轮直径d d1 1应该大于等于最小直径应该大于等于最小直径d dminmin，见表，见表137137。)1(1212 dnnd10006011ndv离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力，传递载荷能力传递载荷能力V太小太小:由由P=FV可知，传递同样功率可知，传递同样功率P时，圆周力时，圆周力F太大，寿命太大，寿命 V太大太大:

21、2.中心距、带长和包角中心距、带长和包角oodaddLLaaaddddaLddadd3 .5718024)()(22)(2)(7 . 0121000212210021021 3.预拉力预拉力20) 15 . 2(500qvKzvPFc13-613-6 带轮的结构带轮的结构一、带轮材料一、带轮材料 二、结构尺寸二、结构尺寸三、带轮楔角与皮带三、带轮楔角与皮带 截面夹角的关系截面夹角的关系一、带轮材料一、带轮材料 二、结构尺寸二、结构尺寸1 1）实心式）实心式 2) 2) 腹板式腹板式3 3）轮辐式）轮辐式可采用铸钢或钢板冲压后焊接可采用铸钢或钢板冲压后焊接塑料塑料、木材、木材高速：高速：其他：其

22、他： 带轮常用铸铁制造带轮常用铸铁制造(允许的最大圆周速度允许的最大圆周速度V25m/s) 。小直径小直径 d da a（2.52.53 3）d d中等直径中等直径 d da a300mm300mm直径很大直径很大 da350mmda350mm 普通普通V V带两侧面的夹角均为带两侧面的夹角均为4040 ，带轮轮槽，带轮轮槽的楔角比皮带截面夹角小，其目的是为了使皮带的楔角比皮带截面夹角小，其目的是为了使皮带在弯曲后仍能紧贴轮槽的两面。一般轮槽的楔角在弯曲后仍能紧贴轮槽的两面。一般轮槽的楔角等于等于3232 、3434 、3636 或或3838 。三、带轮楔角与皮带截面夹角的关系三、带轮楔角与皮

23、带截面夹角的关系13-813-8 链传动的特点和应用链传动的特点和应用一、链传动组成一、链传动组成二、二、链传动链传动工作原理工作原理三、三、链传动链传动特点特点四、链传动的主要性能四、链传动的主要性能链传动简图链传动简图1 1、组成：、组成： 由装在平行轴上的由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成。轮上的环形链条所组成。2 2、工作原理：、工作原理： 以链条作中间挠性以链条作中间挠性元件，靠链与链轮的啮元件，靠链与链轮的啮合来传递动力和运动。合来传递动力和运动。3 3、特点：、特点：平均传动比准确，无滑动平均传动比准确，无滑动 作用在轴上压力小，作用在轴

24、上压力小，对轴承的摩擦小；对轴承的摩擦小； 结构紧凑，结构紧凑， 能在恶劣的环境下工作能在恶劣的环境下工作；优点：优点：瞬时链速和瞬时传动比不是常数瞬时链速和瞬时传动比不是常数传动不平稳传动不平稳 传动时有噪音、冲击传动时有噪音、冲击缺点：缺点：四、链传动的主要性能：四、链传动的主要性能：闭式闭式0.950.950.980.98；开式；开式0.900.900.930.93；传动功率：传动功率：传动效率：传动效率：单级传动比：单级传动比：通常通常i 8i 8通常通常P100kwP100kw；传动速度：传动速度：通常通常v15m/sv15m/s；中心距：中心距： a amax max 556mm6

25、mm13-9 13-9 链条和链轮链条和链轮一、链条一、链条二、链轮二、链轮按结构的不同分为滚子链和齿形链两种。按结构的不同分为滚子链和齿形链两种。滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。滚子链上相邻两滚子中心的距离称为节距滚子链上相邻两滚子中心的距离称为节距p,节距越大节距越大 链条各零件的尺寸越大，所能传递的功率也越大。链条各零件的尺寸越大，所能传递的功率也越大。滚子链是标准件，标准滚子链的主要参数见滚子链是标准件，标准滚子链的主要参数见P212表表13-1113-11，并且，链节数，并且，链节数 Ld取偶数取偶数滚子链可以制成单排和多排

26、滚子链可以制成单排和多排一、链条：一、链条：外链节外链节内链节内链节Pt为排距为排距滚子链的接头型式滚子链的接头型式齿形链的结构情况：齿形链的结构情况： 由许多齿形链板用铰由许多齿形链板用铰链联接而成。链联接而成。齿形链特点：齿形链特点： 相对于滚子链，运转平相对于滚子链，运转平稳、噪音小、承受冲击载荷稳、噪音小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价的能力高；但结构复杂、价格贵、较重。格贵、较重。 多用于高速或运动精度多用于高速或运动精度要求较高的传动。要求较高的传动。二、链轮二、链轮 国家标准已经国家标准已经规定了链轮齿槽的规定了链轮齿槽的齿面圆弧半径齿面圆弧半径 re、齿沟圆弧半径齿沟圆弧半径 ri和和齿沟角齿沟角 的极限值。的极限值。 各种链轮的实各种链轮的实际端面齿形均应在际端面齿形均应在最大和最小齿槽形最大和最小齿槽形状之间。状之间。端面齿形满足端面齿形满足“三圆弧三圆弧一直线一直线”。aa、ab、cd、bc 已知节距和齿数，便可已知节距和齿数，便可算出链轮的分度圆、齿顶算出链轮的分度圆、齿顶圆及齿根圆的直径。圆及齿根圆的直径。链轮材料为碳素钢和灰铸铁。链轮材料为碳素钢和灰铸铁。 重要链轮可采用合金钢。重要链轮可采用合金钢。链轮的实际结构：链轮的实际结构： 链轮结构链轮结构实心式实心式孔