机械设计基础第13章带传动与链传动

1、第第13章章 带传动和链传动带传动和链传动概概 述述带传动和链传动通过中间挠性件传动运动和动力带传动和链传动通过中间挠性件传动运动和动力 13-1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用一、带传动的类型一、带传动的类型1 1、组成：、组成：主动轮主动轮1 1、从动轮、从动轮3 3、传动带、传动带2 2；2 2、工作原理：、工作原理：依靠带带轮接触面间的摩擦力来传递运动和依靠带带轮接触面间的摩擦力来传递运动和动力。动力。3 3、类型：、类型： 1 1）摩擦型：）摩擦型：按带的截面形状按带的截面形状 a a、平带：、平带：扁平矩形，工作面是与轮面相接触的内表面；扁平矩形，工作面是与轮面相接触的内表面

2、； b b、V V带：带：等腰梯形，工作面是与轮槽接触的两侧面；等腰梯形，工作面是与轮槽接触的两侧面； c c、特殊截面带：、特殊截面带：多楔带、圆带多楔带、圆带 2 2）啮合型：）啮合型：同步带同步带带传动的主要类型带传动的主要类型类型类型平带平带V V带带多楔带多楔带圆带圆带同步带同步带结构结构特点特点结构最简结构最简单、易于单、易于制造制造传递摩擦传递摩擦力大、传力大、传动比大、动比大、结构较紧结构较紧凑凑传递功率传递功率大、摩擦大、摩擦力大、柔力大、柔性好性好制造精度制造精度低、传递低、传递功率小功率小传动比准确、传动比准确、轴向压力小；轴向压力小；但安装和制但安装和制造要求高造要求高

3、标准化标准化已标准化已标准化已标准化已标准化已标准化已标准化应用应用传动中心传动中心距较大距较大应用广泛应用广泛结构要求结构要求紧凑、变紧凑、变载荷或冲载荷或冲击击人工驱动人工驱动的机械中的机械中较高线速较高线速度，可达度，可达50m/s50m/s优点优点: :1 1）有过载保护作用；）有过载保护作用；2 2）有缓冲吸振作用；）有缓冲吸振作用；3 3）运行平稳无噪音）运行平稳无噪音 ；4 4）适于远距离传动（）适于远距离传动（amaxmax=15m=15m）；）；5 5）制造、安装精度要求不高。）制造、安装精度要求不高。 缺点缺点: :1 1）有）有弹性滑动弹性滑动使传动比使传动比 i 不恒定

4、；不恒定； 2 2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大；）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大； 3 3）结构尺寸较大、不紧凑；）结构尺寸较大、不紧凑；4 4）打滑，使带寿命较短；）打滑，使带寿命较短；5 5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。易爆的场合。二、二、V V带的类型与结构带的类型与结构联组联组 齿形齿形V V带带 宽宽V V带带大楔角大楔角V V带带普通普通窄窄1 1、V V带的类型：带的类型：V V带的截面尺寸带的截面尺寸表表13-113-1。1.1.顶胶顶胶2.2.抗拉体抗拉体4.4.包布包布

5、3.3.底胶底胶2 2、普通、普通V V带的结构：带的结构：抗抗拉拉体体帘布芯帘布芯V V带带：制造方便：制造方便绳芯绳芯V V带带：柔韧性好、抗弯强度大：柔韧性好、抗弯强度大3 3、普通、普通V V带类型：带类型：Y Y、Z Z、A A、B B、C C、D D、E E 七种（截面尺七种（截面尺寸由小到大）；寸由小到大）；基准长度系列基准长度系列表表13-213-24 4、普通、普通V带的基本参数带的基本参数基准宽度制：基准宽度制：用基准线位置和基准宽度用基准线位置和基准宽度来确定带轮的槽型、基准直径和带在轮来确定带轮的槽型、基准直径和带在轮槽中的位置。槽中的位置。节线：节线：在带中保持原长度

6、不变的周线在带中保持原长度不变的周线节宽节宽bp：节面的宽度称为节面的宽度称为节宽节宽bp。基准直径基准直径d：在在V V带轮上，与所配用带轮上，与所配用V V带的节面宽度带的节面宽度b bp p相相对应的带轮直径称为对应的带轮直径称为基准直径基准直径d基准长度基准长度Ld：V V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为周线长度称为基准长度基准长度Ld，带的基准长度是带的公称长度。带的基准长度是带的公称长度。bpd节面：节面：由全部节线构成的面。由全部节线构成的面。三、带传动的几何参数三、带传动的几何参数n1DABCa12中心距：中心距：当带

7、的张紧力为规定值时，两当带的张紧力为规定值时，两带轮轴线的距离带轮轴线的距离a，称为中心距，称为中心距。包角：包角：带与带轮接带与带轮接触弧所对的中心角触弧所对的中心角称为包角。称为包角。2add2sin12rad 12add 57.318012addADBCABL2addddaL4)()(222122121222121)(8)(2)(281ddddLddLa1、定期张紧装置、定期张紧装置增大中心距增大中心距带水平布置带水平布置带垂直布置带垂直布置2、张紧轮装置、张紧轮装置四、带传动的张紧装置四、带传动的张紧装置n1n2 13-2 带传动的受力分析带传动的受力分析F2F2F1F1F0F0F0F

8、0一、带传动中的力分析一、带传动中的力分析预紧力预紧力F F0 0带的总长度不变：带的总长度不变：2001FFFF2102FFF紧边拉力紧边拉力F F1 1松边拉力松边拉力F F2 2F1F2Ffn1取主动轮端带为分离体取主动轮端带为分离体有效拉力有效拉力F：（传递的圆周力即带：（传递的圆周力即带与带轮接触弧上摩擦力总和）与带轮接触弧上摩擦力总和）21FFFFf设：有效拉力设：有效拉力F，N；带速；带速v，m/s；则；则带所能传递的功率带所能传递的功率P：1000FvP 怎样理解？怎样理解？2102FFF21FFFf21FFFf2/01FFF2/02FFF二、带传动的最大有效拉力及其影响因素二

9、、带传动的最大有效拉力及其影响因素F1F2n1柔性体欧拉公式：柔性体欧拉公式：ddlF+dFFdFNfdFN2sin)(2sinddFFdFdFN2cos)(2cosddFFdFfdFN22sindd12cosdFddFNdFfdFNfdFdF012fdFdFFFfFF21lnfeFF2111ffeeFF112feFF)11 (1feFFF的影响因素：的影响因素：1、预紧力、预紧力F0： F0 F 2、包角、包角： F3、摩擦系数、摩擦系数f： f FfFF21ln21 FFFffffeeFeeFF/11/112112001、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AF /11A

10、F /223、弯曲应力、弯曲应力dyE2b2、离心应力、离心应力 13-3 带的应力分析带的应力分析F1F2n1ddlFcFcdFNcd)d(d22qvrvqrFNcdqvdFc22sin2Aqc/22qvFcc21b1b2最大应力大小：最大应力大小：cb11max最大应力发生位置：最大应力发生位置：最大应力发生最大应力发生在带的紧边开在带的紧边开始饶上小带轮始饶上小带轮处处AF /11AF /221b12dyEAqc/22b22dyEn1A1B1A2B2弹性滑动：弹性滑动：由于带的弹性变形而引由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的相对滑动。起的带与带轮间的相对滑动。弹性滑动产生的原因：弹性滑动

11、产生的原因：1、带是弹性体；、带是弹性体；2、紧边松边存在拉力差。、紧边松边存在拉力差。112211121ndndndvvv滑动率滑动率：100060111ndv100060222ndv传动比传动比i：)1 (1221ddnni滑动率滑动率0.010.02 13-4 带的弹性滑动和传动比带的弹性滑动和传动比2112)1 (ddnn 13-5 V带传动的计算带传动的计算一、设计准则和单根一、设计准则和单根V带的基本额定功率带的基本额定功率带传动的失效形式：带传动的失效形式：打滑和疲劳破坏。打滑和疲劳破坏。带传动的设计准则：带传动的设计准则：在保证带传动不打滑的条件下，具在保证带传动不打滑的条件下

12、，具有一定的疲劳强度和寿命。有一定的疲劳强度和寿命。1000)11 (10veFPfV带的疲劳强度条件：带的疲劳强度条件：11maxcbcb111000)11)(10AvePfcb单根单根V带基本额定功率带基本额定功率P0见表见表13-3。载荷平稳、包角载荷平稳、包角1、带长为特定长度、抗拉体为化学、带长为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构。纤维绳芯结构。单根单根V带许用功率带许用功率P0LKKPPP000P0功率增量，见表功率增量，见表13-5；K包角修正系数，见表包角修正系数，见表13-7，插值法；，插值法；KL带长修正系数，见表带长修正系数，见表13-2；二、普通二、普通V带的型号和根数

13、的确定带的型号和根数的确定1、V带型号的选择：带型号的选择：PKPAcKA工作情况系数，工作情况系数，见表见表13-82、V带的根数带的根数计算功率计算功率Pc：根据计算功率根据计算功率Pc和小带轮的转速和小带轮的转速n1按图按图13-15选择。选择。LccKKPPPPPz)(000限制根数不大于10，一般以37根最好三、主要参数的选择三、主要参数的选择1、带轮基准直径和带速。、带轮基准直径和带速。1）初选小带轮基准直径）初选小带轮基准直径d1 参考表参考表13-93）验算带的速度）验算带的速度v 100060111ndv2）计算大带轮的基准直径）计算大带轮的基准直径d2 )1 (1212dn

14、nd参考表参考表13-9选取标准直径选取标准直径2、确定中心距、确定中心距a、带长、带长Ld和包角和包角初选中心距初选中心距a0：)(2)(7 .021021ddddddadd计算所需带的基准长度计算所需带的基准长度L0 ：021212004)()(22addddaL由表由表13-2选取与选取与L0相近的相近的V带的基准长度带的基准长度Ld。实际中心距实际中心距a：200LLaad验算主动轮的包角验算主动轮的包角11203 .57180121add3、初拉力、初拉力F020)15 .2(500qvKzvPFc4、作用在带轮轴上的压力、作用在带轮轴上的压力FQ2sin210QzFF带传动设计的原

15、始数据及设计内容带传动设计的原始数据及设计内容原始数据：原始数据：传递的功率传递的功率P，转速，转速n1、n2或传动比或传动比i，传动位，传动位置要求及工作条件等。置要求及工作条件等。设计内容：设计内容：确定带的型号、长度、根数、传动中心距、确定带的型号、长度、根数、传动中心距、带轮基准直径及结构尺寸。带轮基准直径及结构尺寸。带传动的设计步骤：参考例带传动的设计步骤：参考例13-2 13-6 V带轮的结构带轮的结构一、带轮材料：一、带轮材料： 一般由铸铁制成，常用材料牌号为一般由铸铁制成，常用材料牌号为HT150和和HT200。 对于重要且转速高的带轮也可用铸钢材料。对于重要且转速高的带轮也可

16、用铸钢材料。 功率小时可用铝合金及工程塑料等制成。功率小时可用铝合金及工程塑料等制成。二、带轮的结构二、带轮的结构典型结构：典型结构：实心式实心式、腹板式腹板式、孔板式孔板式、轮辐式轮辐式 13-8 链传动的特点和应用链传动的特点和应用一、链传动工作原理与特点一、链传动工作原理与特点 1 1、工作原理：、工作原理：两轮间以链条为中间挠性元件的啮合两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。来传递动力和运动。2 2、组成：、组成：主、从动链轮，链条主、从动链轮，链条3、特点、特点优点：优点：平均传动比平均传动比im 准确，无滑动；准确，无滑动； 结构紧凑，轴上压力小；结构紧凑，轴上压力小；

17、传动效率高传动效率高=98%； 承载能力高承载能力高P100kW；可传递远距离传动可传递远距离传动amax=10m； 成本低（与齿轮相比）；成本低（与齿轮相比）；制造和安装精度要求较低（与齿轮相比）。制造和安装精度要求较低（与齿轮相比）。3、特点、特点缺点：缺点：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；在两根平行轴间只能用于同向回转的传动； 瞬时传动比不恒定瞬时传动比不恒定i；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；磨损后易发生跳齿；磨损后易发生跳齿；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。 13-9 链条和链轮链条和链轮一、链

18、条一、链条 按工作特性分：按工作特性分：传动链，输送链，起重链传动链，输送链，起重链。传动链按结构形式分：传动链按结构形式分：1 1）短节距精密滚子链（简称）短节距精密滚子链（简称滚子链滚子链）2 2）齿形链）齿形链过渡链节过渡链节 滚子链的接头型式滚子链的接头型式开口销开口销 弹簧卡片弹簧卡片 基本参数基本参数节距节距p（主要参数），滚子外径（主要参数），滚子外径d1内链节内宽内链节内宽b1，（多排链，排距，（多排链，排距pt） 滚子链的结构滚子链的结构双排链双排链滚子链的标注方法滚子链的标注方法例如：例如：08A-188 GB1243-1997表示：表示：A系列、节距系列、节距12.7mm

19、、单排、单排、88节的滚子链。节的滚子链。 节距节距p = 链号链号25.4/16mm链号链号排数排数整链链节数整链链节数标准编号标准编号齿形链齿形链( (无声链无声链) )内导板可以较精确地把链定位于适当的位置，故导向性内导板可以较精确地把链定位于适当的位置，故导向性好，工作可靠，适用于高速及重载传动。好，工作可靠，适用于高速及重载传动。用外导板齿形链时，链轮轮齿不需开出导向槽，故链轮结用外导板齿形链时，链轮轮齿不需开出导向槽，故链轮结构简单，但其导向性差，外导板与销轴铆合处易松脱。构简单，但其导向性差，外导板与销轴铆合处易松脱。当链轮宽度大于当链轮宽度大于252530 mm30 mm时，一

20、般采用内导板齿形链；时，一般采用内导板齿形链；当链轮宽度较小、链轮轮齿上切削导向槽有困难时，可当链轮宽度较小、链轮轮齿上切削导向槽有困难时，可采用外导板齿形链。采用外导板齿形链。铰链形式铰链形式简简 图图主要结构主要结构特特 点点 圆销式圆销式（简单铰（简单铰链）链）链板用圆柱销铰接，链板用圆柱销铰接，链板孔与销轴是间链板孔与销轴是间隙配合隙配合铰链承压面积铰链承压面积小，压力大，小，压力大，磨损严重，日磨损严重，日益少用。益少用。 轴瓦式轴瓦式（衬瓦铰（衬瓦铰链）链）链板销孔两侧有长短扇链板销孔两侧有长短扇形槽各一条，相邻链板形槽各一条，相邻链板在同一销轴上左、右相在同一销轴上左、右相间排列

21、。销孔中装入销间排列。销孔中装入销轴，并在销轴两侧的短轴，并在销轴两侧的短槽中嵌入与之配合的轴槽中嵌入与之配合的轴瓦。瓦。承压面积大，承压面积大，压力小。滚压力小。滚动摩擦。动摩擦。 滚柱式滚柱式（滚动摩（滚动摩擦铰链擦铰链）没有轴销，铰链由没有轴销，铰链由两个曲面滚柱组成。两个曲面滚柱组成。载荷沿全链宽载荷沿全链宽均匀分布，以均匀分布，以滚动摩擦代替滚动摩擦代替滑动摩擦。滑动摩擦。齿形链铰链形式齿形链铰链形式齿形链的特点齿形链的特点优点：优点： 齿形链既适宜于高速传动，又适宜于传动比大和中心齿形链既适宜于高速传动，又适宜于传动比大和中心距较小的场合，其传动效率一般为距较小的场合，其传动效率一

22、般为0.950.98，润滑良好的，润滑良好的传动可达传动可达0.980.99。缺点：缺点： 齿形链比滚子链结构复杂，价格较高，且制造较难。齿形链比滚子链结构复杂，价格较高，且制造较难。应用：应用： 多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。 二、链轮二、链轮基本参数：基本参数：齿数齿数z，节距节距p，套筒最大外径，套筒最大外径d1，排距，排距pt链链轮轮齿齿形形国标仅规定链轮的最大和最小齿槽形状及其极限参数国标仅规定链轮的最大和最小齿槽形状及其极限参数目前较流行的一种齿形是三圆弧一直线齿形目前较流行的一种齿形是三圆弧一直线齿形( (或称凹齿形或称凹齿形

23、) ) 注明注明“齿形按齿形按3R GB/T 1244-19853R GB/T 1244-1985规定制造规定制造” ” 链轮轴向齿廓及尺寸，应符合链轮轴向齿廓及尺寸，应符合GB/T 1244-1985GB/T 1244-1985的规定。的规定。链轮的几何尺寸链轮的几何尺寸)/180sin(/zpd分度圆直径分度圆直径（公称直径）（公称直径）d：链轮上被链条节距等分的圆链轮上被链条节距等分的圆1amax25. 1dpdd齿顶圆直径：齿顶圆直径：1amin6 . 11dzdd1fddd齿根圆直径：齿根圆直径：三圆弧一直线：三圆弧一直线：zpd180cot54. 0a链轮的材料链轮的材料 材料要求

24、：材料要求： 1）强度；）强度；2）耐磨；）耐磨；3）耐冲击）耐冲击链轮的结构链轮的结构 13-10 链传动的运动分析和受力分析链传动的运动分析和受力分析一、链传动的运动分析一、链传动的运动分析1000601000602211pnzpnzvconstzznni122112当链轮转速为当链轮转速为n n1 1、n n2 2时，平均速度时，平均速度v： vxv1vy1vxvy2111Rv sinsin1111Rvvycoscos111Rvvx在在-1/2 +1/2之间变化之间变化11/360z即使主动轮角速度即使主动轮角速度1 1恒定，而恒定，而2 2随随、而变化，而变化，i不恒定不恒定const

25、RRicoscos1221coscoscos21122RRRvx链传动的多边形效应链传动的多边形效应vxcoscos111Rvvxcos2xvv 为改善链传动的不均匀性，可选用较小的链节距、为改善链传动的不均匀性，可选用较小的链节距、增加链的齿数和限制链轮转速增加链的齿数和限制链轮转速链传动中主要作用力：链传动中主要作用力： a、工作拉力、工作拉力vPF1000b、离心拉力、离心拉力 Fc=qv2 c、垂度拉力、垂度拉力qgaKFyy 紧边拉力紧边拉力 F1=F+Fc+Fy 松边拉力松边拉力 F2=Fc+Fy二、链传动的受力分析二、链传动的受力分析张紧的目的：张紧的目的：使松边不致过松，影响链

26、条正常退出啮使松边不致过松，影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿或脱链。合和产生振动、跳齿或脱链。F有效圆周力；有效圆周力；Fc离心拉力；离心拉力；Fy 悬垂拉力悬垂拉力压轴力压轴力FQ：FF)3 . 12 . 1 (Q 13-11 链传动的主要参数及其选择链传动的主要参数及其选择一、链轮齿数一、链轮齿数z1 1和和z2 2 z1过少时：过少时： 1）增加传动不均性和动载荷；）增加传动不均性和动载荷； 2）p增大后，相对转角增大后，相对转角增大，链绕进、出轮磨损加剧；增大，链绕进、出轮磨损加剧； 3）当）当p一定时，一定时，z1少，少，d小，圆周力（小，圆周力（=2T/d），加速，加速轮与链的

27、破坏。轮与链的破坏。 z1见表见表13-12， z2 =iz1z z过多，过多，链节距增长容易跳齿和脱链。链节距增长容易跳齿和脱链。 为磨损均匀，为磨损均匀，z应取应取与链节数互为质数的奇与链节数互为质数的奇数，优先选用：数，优先选用：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。 1180sinzpd二、链的节距二、链的节距p p ，承载能力，承载能力，总体尺寸，总体尺寸 ，多边形效应显著，多边形效应显著，振动、冲击和噪声严重；振动、冲击和噪声严重； 速度高，功率大时，选用小节距多排链。速度高，功率大时，选用小节距多排链。 从经济性考虑：从经济性考虑： 中心距中心距a小，传动

28、比小，传动比i大，选用小节距的多排链；大，选用小节距的多排链； 中心距中心距a大，传动比大，传动比i小，选用大节距的单排链。小，选用大节距的单排链。三、中心距三、中心距a和链的节数和链的节数a，循环次数，循环次数，加剧链的磨损和疲劳；，加剧链的磨损和疲劳；a，包角，包角，每个轮齿的载荷，每个轮齿的载荷，且易出现跳齿和脱链；，且易出现跳齿和脱链；a，松边垂度，松边垂度传动时造成松边颤动传动时造成松边颤动。设计时：设计时： a不受限制，不受限制，a0= （3050）p ， a0max 80p； 有张紧装置或托板，有张紧装置或托板， a0max可大于可大于 80p； a不能调整，不能调整，a0 30p 。链节数：链节数：21221p)2(22zzapzzpaL中心距：中心距：2122212128224zzzzLzzLpapp一、失效形式一、失效形式1 1）链板的疲劳破坏）链板的疲劳破坏2 2）滚子套筒的冲击疲劳破坏）滚子套筒的冲击疲劳破坏 3