第11章带传动与链传动

1、第11章带传动与链传动教学目标：教学目标：1、了解带传动的类型、特点与应用。2、掌握带传动的受力分析、应力分析及弹性滑动的概念。3、掌握V带传动的设计计算方法。4、熟悉带传动的张紧与维护。5、了解链传动的特点和应用。 带传动和链传动都是利用中间挠性件(带或链)将主动轴的运动和动力传给从动轴，但两种传动的方式不同。带传动的中间挠性件是弹性体，称为带，受力后将发生变形。带传动分为摩擦传动和啮合传动。而链传动属于啮合传动，其中间挠性件可以近似认为是刚性体。主要作用： 用来传递转矩和改变转速。带传动工作原理： 主要是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力或带齿与带轮齿之间的啮合来传递运动和动力。 11.1 概

2、述 工作过程：原动机驱动主动带轮转动，通过带与带轮之间产生的摩擦力，使从动带轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。带传动的组成：主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带和机架组成。 （一）带传动的类型 （1）摩擦带传动： 靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等。1、按传动原理分：（2）啮合带传动： 靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。带传动的分类方法有三种:传动带：用于传递动力输送带：用于输送物品 2、按用途分3、按传动带的截面形状分：平带、V 带、多楔带、圆形带、齿形带（同步带） 1）平带 ： 平带的截面形状为矩形,工作面为内表面, 主要用于两轴平行,

3、转向相同的较远距离的传动。 V带的截面形状为梯形,工作面为两侧面, 带轮的轮槽截面也为梯形。 在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下, V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大,所以, V带传动能力强, 结构更紧凑, 在机械传动中应用最广泛。2）V带: 多楔带是平带基体上有若干纵向楔形凸起, 它兼有平带和V带的优点且弥补其不足, 多用于结构紧凑的大功率传动中。 3）多楔带: 圆形带的截面形状为圆形。 仅用于如缝纫机、 仪器等低速小功率的传动。4）圆形带:5）齿形带（同步带）: 同步齿形带即为啮合型传动带。 同步带内周有一定形状的齿。 （二）带传动的特点和应用（1）能缓冲吸振，传动平稳，噪音小。（2）具有

4、过载保护作用。（3）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低；（4）适用于两轴距离较大的传动；优点缺点（1）不能保证恒定的传动比，传动精度和传动 效率低。（2）带对轴有很大的压轴力。（3）带传动装置结构不够紧凑。（4）带的寿命较短。（5）不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。（三）应用： 带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，100KW以下的中小功率的远距离传动。如：汽车发动机、拖拉机、石材切割机等。11.2 V带和V带轮的结构和标准 标准V带都制成无接头的环形带，横截面结构如下:抗拉层分为：帘布结构和线绳结构 帘布结构（b）抗拉强度高,但柔韧性和抗弯强度较差,所以,线绳结构（a）V带适用

5、于转速高,带轮直径较小的场合。标准普通标准普通V V带的横截面结构由抗拉体带的横截面结构由抗拉体2 2、顶胶、顶胶1 1、底胶、底胶3 3以及包布层以及包布层4 4组成。顶胶受拉伸长，为拉伸层；底胶受压缩短，为压缩层，组成。顶胶受拉伸长，为拉伸层；底胶受压缩短，为压缩层，（一） V带的结构和标准节 面bph带的型号：带的型号： 我国普通V带和窄V带都已标准化。按截面尺寸由小到大，普通V带可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号；窄V带可分为SPZ、SPA、SPB、SPC四个型号。在同样条件下，截面尺寸大，则传递的功率就大。 其截面呈楔角等于40的 梯形，如图。 需要掌握的概念： 1、节宽bp

6、：长度不变层。所在位置称为 中性层。 2、截面高度h： 相对高度h/bp已标准化（普通V带为0.7，窄V带为0.9）。V V带截面尺寸带截面尺寸 3、基准直径dd d: V带装在带轮上，和节宽bp相对应的带轮直径。（标准值见表8.3） 4、基准长度Ld d：V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度。它用于带传动的几何计算。（标准值见表8.4） 带的标记：带的标记： 普通V带和窄V带的标记都是由带型、带长和标准号组成。 例如： A型、基准长度为1400的普通V带，其标 记为： A-1400 GB11544-89。带的标记通常压印在带的外表面上，以便选用识别。 bddd （二）（二） 普

7、通普通V V带轮的结构带轮的结构 （1）带轮应具有足够的强度和刚度，无过大的铸造内应力； （2）质量小且分布均匀，结构工艺性好，便于制造；（3）转速高时要经过动平衡；（4）轮槽工作面应光滑，以减小带的磨损。1、V带轮的设计要求2、带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，灰铸铁应用最广。常用材料的牌号为HT150（v25m/s时）或HT200 （v=2530m/s时） ；转速较高时宜采用球墨铸铁、铸钢或锻钢，也用采用钢板冲压后焊接带轮。小功率时可采用铸铝或塑料等材料。 V带轮的分类： V带轮槽两侧的夹角：32 34 36 38，V带40V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几

8、种型式： （1）实心带轮 （2）腹板带轮 （3）孔板带轮 （4）轮辐带轮11.3 带传动的工作情况分析和设计计算11.3.1 带传动的力分析 为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。 不工作时，传动带两边拉力相等，初拉力F0： 带传动时，主动轮：摩擦力使紧边带传动时，主动轮：摩擦力使紧边拉力增大，从动轮：摩擦力使松边拉力拉力增大，从动轮：摩擦力使松边拉力减小，紧边（绕上主动轮一边减小，紧边（绕上主动轮一边F F1 1-F-F0 0）和）和松边（绕上从动轮的一边松边（绕上从动轮的一边F F2 2-F-F0 0 ）的拉力）的拉力差形成有效拉力差形成有效拉力FeFe以传动动力和运动

9、。以传动动力和运动。 在带传动过程中，有效拉力不能超过带与轮面间综合摩擦力的极限值，否则带传动会发生打滑，导致传动失效。1020120122efFFFFFFFFFFF1000eF vP 带传动的最大有效圆周力： 当传动带和带轮表面间即将打滑，摩擦力达到最大值，即有效圆周力达到最大值。此时，紧边拉力和松边拉力之间的关系可用欧拉公式表示，即 ffeFFeFF2121式中： 包角，带与小带轮的接触弧所对圆心角（rad）。 f 带与带轮接触面间的摩擦系数。带传动有效拉力F的大小为：0121fefeFFe(1)(1)初拉力初拉力F F0 0 F F与与F F0 0成正比，初拉力成正比，初拉力F0 0越大

10、，越大，F F就越大。但就越大。但F F0 0过大会过大会加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短其工作寿命。加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短其工作寿命。(2)(2)摩擦系数摩擦系数f f f f越大，摩擦力也越大，越大，摩擦力也越大，F F就越大；就越大；V V带传递能力远带传递能力远高于平带。高于平带。(3)(3)包角包角 F F随随的增大而增大。打滑首先发生在小带轮上。的增大而增大。打滑首先发生在小带轮上。11.3.2 带传动的应力分析一）工作带各剖面应力分布情况：一）工作带各剖面应力分布情况：AFAF2211式中, A为带的横截面面积, 单位为mm2。 1、由拉力产生的应力：21紧边拉应力

11、1：松边拉应力2： 由于带本身的质量, 带绕过带轮时随着带轮作圆周运动将产生离心力。离心力将使带受拉, 在截面产生离心拉应力Aqc2 式中, c为离心拉应力, 单位为MPa； v为带速, 单位为m/s；q为带单位长度上的质量, 单位为kg/m。 2、 由离心力产生的离心拉应力 传动带绕经带轮时要弯曲, 其弯曲应力可近似按下式确定：dbdEh 式中, E为带的弹性模量, 单位为MPa； h为带的厚度, 单位为mm； dd 为带轮的基准直径, 单位为mm。 21bb因为 dd 1 dd2 所以3、带的弯曲产生的弯曲应力Cb11maxmax=1+c+b1 带某一截面上的应力随带所运动的位置而周期变化

12、，带每绕带轮循环一周，某截面上的应力就显著变化4次，当循环到一定次数后，带发生疲劳破坏。为保证带具有足够的疲劳强度, 应满足： 带中最大应力发生在紧边刚绕上主动轮处(A点)，其值为二）带中应力情况二）带中应力情况 带的弯曲应力影响最大，为防止过大的弯曲应力，对每种型号的V带，都规定了相应的最小带轮直径。11.3.2 带传动的运动分析 传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2，其弹性伸长量也减小。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度

13、。 同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。 由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。（一）弹性滑动的概念（二）弹性滑动和打滑的区别： 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。 打滑是指过载引起的全面滑动，是带传动的失效形式，是可以避免的。打滑导致过载保护甚至带弹出带轮。 弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。弹性滑动增加带的磨损，造成功率损失，使从动轮的圆周速度下降，使传动不准确。（三）弹性滑动率 弹性滑动使得从动轮圆周速度v2低于主动轮v1的

14、圆周速度，起速度降低率用弹性滑动率表示。 211221(1)dddnind112211112211121ndndndndndnddddddd由上式的带传动的传动比为 ：注意： 一般带传动的滑动系数 ，因值很小12%，非精确计算时可以忽略不计。11.3.3 V带传动的失效分析和设计准则失效形式：打滑和疲劳断裂（如脱层、撕裂或拉断）。设计准则：在保证不打滑的条件下，应具有一定的疲劳强度和寿命。（二）单根V带允许传递的功率（一）带传动的失效形式和设计准则 在包角=1800、特定带长、工作平稳的条件下，单根普通V带的基本额定功率Po见表11-3。 当实际工作条件与确定Po值的特定条件不同时，应对查得的

15、Po值进行修正。修正后得实际工作条件下单根V带所能传递的功率Po：LKKPPP)(000式中:K包角系数，查表11-5； KL带长修正系数，查表11-6； P0功率增量，查表11-4单根普通V带传递功率的增量；（三）V带传动的设计步骤和方法已知条件一般为 带传动的工作情况;传动功率;两带轮的转速n1、n2（或传动比i12）;外廓尺寸要求。设计内容1、确定普通V带的型号、基准长度Ld和根数z；2、基准直径dd1、dd2；3、确定传动的中心距a；4、画出带轮的零件工作图。设计步骤和方法： （1）确定计算功率 PKPAc式中：Pc计算功率(kW)； KA 工作情况系数，查表8.21； P 传递的额定

16、功率(kW)。 （2）选择V带的型号 根据计算功率Pc和小带轮转速n1查图11-6，选择普通V带的型号。 一般取 ，若过小则带的弯曲应力太大而导致带的寿命降低；反之，则带传动的外廓尺寸增大。普通V带轮的最小基准直径查表11-8。2121(1)dddi d带轮的基准直径、应符合带轮基准直径尺寸系列，如下表：20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375

17、 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 900 1000 （3）确定带轮的基准直径dd1、dd2 大带轮的基准直径由下式计算:1m indddd（4）验算带速v116 01 0 0 0ddnvm/s 式中: dd1小带轮的基准直径(mm)； n1小带轮的转速(r/min) 设计时如无特殊要求，可按下式初步确定中心距a0（5）确定中心距a和带的基准长度Ld0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2) 基准长度计算：由带传动的几何关系可得带的计算公式： L0带的基准长度计算值，查表11-2圆整到标准长度Ld实际中心距a:200L

18、Laad021221004)()(22addddaLdddd考虑到安装、张紧的调整，将中心距设计成可调式 amin=a-0.015Ld amax=a+0.03Ld （6）验算小带轮包角 1adddd/ )(3 .57180121 一般要求 ，若不能满足，可增大中心距或设置张紧轮。 1201（7）确定带的根数 z000()ccLPPzPPP K K（8）确定单根带的初拉力 F0 保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件。初拉力过小，则传动时摩擦力过小易打滑；过大则降低带的寿命，并增大了轴和轴承的压力。单根V带的初拉力可按下式计算 20(2.5)500cKPFqvK zvNq为每米带长的质量(k

19、g/m),查表8.6 带的根数应取整数。为使各根带受力均匀，带的根数不能太多，一般2-5根为宜，最多不多于8-10根。否则应加大带轮基准直径或选择较大型号的带，重新设计。 （9）计算作用在带轮轴上的压力FQ 为了设计轴和轴承，必须求出V带作用在轴上的压力。可按下式计算 012s i n (/ 2 )QFz FN（10）带轮结构设计 确定带轮结构，绘制带轮零件图。11.5 V带传动的张紧、安装和维护 （一）带传动的张紧 1.调整中心距方式 采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧。常见的有滑道式和摆架式两种结构。 带传动工作一段时间后就会由于塑性变形而松弛，使初拉力减小，传动能力下降，这时必须