第13章 带传动及链传动A1

1、1第第1313章章 带传动和链传动带传动和链传动 13.1 带传动的类型及特点带传动的类型及特点 13.2 带传动的基本理论带传动的基本理论13.3 V带传动的设计带传动的设计13.4 V带传动的结构设计带传动的结构设计13.5 同步带传动简介同步带传动简介 13.6 链传动的特点及类型链传动的特点及类型 13.7 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13.8 滚子链传动的设计滚子链传动的设计作业：作业：(13.3(13.3、4 4、7 7、1010、11)11)、1414213.1 带传动的类型及特点带传动的类型及特点 带轮1、带轮2、环形带3构成构成 : 两个或多个带轮间用

2、带作为挠性挠性零件来传递运动和动力的一种挠性传动 利用带与带轮之间的摩擦力进行传动利用带上的齿与带轮齿的啮合进行传动 摩擦型：啮合型：123n2n13 按传动原理分类按传动原理分类：摩擦型，啮合型。摩擦型，啮合型。13.1.1 带传动的类型和传动形式带传动的类型和传动形式4摩擦带传动按带的截面形状分：摩擦带传动按带的截面形状分：平带、平带、V V带、多楔带和圆带等。带、多楔带和圆带等。圆带传动带式输送机5胶帆布平带、编织带、高速带。整卷出售、接头无接头平带 结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。6普通V带宽V 带应用最广的带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大

3、的摩擦力V带窄V带7 兼有平带和V带的优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，用于结构紧凑而传递功率较大的场合。解决多根V带长短不一而受力不均。多楔带汽车发动机8啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的优点吸振、i 准确，在汽车、打印机中广泛应用同步带*9交叉传动开口传动按带轮轴线相对位置和转动方向分：按带轮轴线相对位置和转动方向分：开口传动：两轴平行，n1、n2同向。交叉传动：两轴平行，n1、n2反向。半交叉传动：两轴交错，不能逆转。*10摩擦型带传动特点1）带有弹性弹性滑动，i不准确。2）靠摩擦传动过载打滑，保护电机，不损坏其他零件；磨损大、低、寿命，压轴力大。缓冲吸振、传动平稳、无噪音；3）中

4、间挠性件适于远距离传动。结构尺寸大，4）结构简单，制造、安装、维护方便，成本较低。应用传动比要求不高，要求过载保护，中心距较大场合。不可用于易燃、易爆场合处。v= 530m/si 平5， i v7多级传动中，带布置在高速级。为什么？13.1.2 带传动的特点及应用范围带传动的特点及应用范围摩擦型带传动应用较多，V带传动应用最广。同步带特点：传动比恒定、传动效率高、结构紧凑等应用：传动比要求精确的场合。P50kW11 13.2.1 带传动的几何参数带传动的几何参数 带轮直径带轮直径D1 ,D2 , 中心距中心距a ,包角包角 ,带长带长Ld 13.2.2 带传动的受力分析带传动的受力分析(摩擦型

5、摩擦型 ) 有效拉力，离心拉力，最大有效拉力有效拉力，离心拉力，最大有效拉力 13.2.3 带传动的应力分析带传动的应力分析 带上有哪些应力带上有哪些应力?应力分布特点，最大应力发应力分布特点，最大应力发生部位生部位 13.2.4 带传动的弹性滑动与打滑带传动的弹性滑动与打滑 弹性滑动、打滑及其特点，弹性滑动、打滑及其特点，V1、 V2、V的关系的关系13.2 带传动的基本理论带传动的基本理论122 1 180180 12aDD包角包角: 2因因 较小较小, ,sin代入得代入得: :)(12radaDD 带长带长: :CDABBCLd2)2(2)2(2cos221DDa22211sin1co

6、s以代入得：及aDD212 aDD212aDBACD1D213.2.1 带传动的几何参数带传动的几何参数带轮直径带轮直径D1 ,D2 , 中心距中心距a ,包角包角 ,带长带长Ld13aDDDDaLd4)(222121211DBACD1D2a 带长带长: :已知带长时，由上式可得中心距已知带长时，由上式可得中心距 : : 8)( 8)(2)(221222121DDDDLDDLadd211()18057.3DDa小带轮包角：小带轮包角：1413.2.2 带传动的受力分析带传动的受力分析靠带与带轮接触弧间的摩擦力传递运动和动力(带为中间挠性件) 摩擦力 摩擦力主动轮转动 = 带运动 = 从动轮转动

7、工作原理工作原理(摩擦型 )带张紧在两轮上15接触面产生正压力，带两边产生等值初拉力初拉力F F0 0一、有效拉力Fe(一) 初始状态:带张紧在带轮上(二) 工作状态:带两边拉力不相等不相等16带受摩擦力方向：带受摩擦力方向：主动轮处与n1一致 从动轮处与n2相反紧边紧边 0 1 紧边紧边拉力松边松边 0 2 松边松边拉力 n1 带所受摩擦力 轮所受摩擦力 绕入主动轮绕入主动轮的一边的一边紧边紧边松边松边17各力之间关系？（1）取主动轮一端带为分离体FfF2F1O1Ff=F1-F2而带传动的有效圆周力： (有效拉力)vPDTFe1000211Fe= Ff=F1-F2 F Ff f - 带与轮接

8、触面上的总摩擦力 (静摩擦力)即：带传动的有效圆周力等于带与带轮的摩擦力，即紧边与松边的拉力差。Ff18F1、F2、Fe与F0间的关系？变形协调条件：带总长不变，带增长量带缩短量 紧边拉力增量=松边拉力减量。即：F1-F0=F0-F2F1+F2=2F0 Fe=Ff=F1-F2 220201eeFFFFFF联立式，得：Ff19e12 f初拉力0一定时，1、2的大小12fe随带传动的e变化而变化。未定分析：1、2、f、e的关系*f是带与轮接触面上各点摩擦力的总和静摩擦力220201eeFFFFFFF1、F2的大小取决于预紧力F0和有效拉力FeFe与P、v有关，P越大，Fe也越大Fe= Ff,当其他

9、条件不变且预紧力F0一定时, 摩擦力f有极限值 vPDTFe100021120二、离心拉力Fc微段带作圆周运动时产生离心力，微段带两端面受到离心拉力作用。根据达朗伯原理列出力平衡方程：q-单位长度带的质量(表13-1)dqvRvRdqdFc222sin222sindd因d很小 2qvFc，得为限制离心拉力为限制离心拉力Fc不过大不过大限制限制v但Vmin5 m/s (P=Fv/1000) 5m/s Vmax 25m/s离心力离心力，带和带轮之间的正压力带和带轮之间的正压力，摩擦力摩擦力，传动能力，传动能力21三、带传动的最大有效拉力FecFe Ffmax 正常工作FeFfmax 打滑 (一)

10、Fec的大小当Fe = Ffmax = Fec 最大有效拉力预紧力F0一定且其他条件不变时, 摩擦力f有极限值有极限值平带传动平带传动截取微段带为分离体考虑离心力影响 Fx=0 ；Fy=0 22近似取2sin)(2sinddFFdFdFdFNCN2cos)(2cos)(ddFFdFdFdFfNCN22sindd12cosd略去二次微量 2sinddFdFdqvdFfdqvFdFNN)()(22fdFdF23fdFdF两边积分并整理 feqvFqvF2221（13-7） 柔韧体摩擦的欧拉公式 220201eeFFFFFF带所能传递的最大有效拉力带所能传递的最大有效拉力Fec： ffffeceeq

11、vFeeqvFF1111)(211)(22020（13-6） （13-8） 24 ( 二) Fec的影响因素 结论：结论：带传动的最大有效拉力与初拉力、离心力、包角以及摩擦系数有关，且与（F0-qv2）成正比。ffffeceeqvFeeqvFF1111)(211)(2202025 包角 越大传动的最大有效拉力Fec越大： 1) 计算时要用小轮上包角1；2）理论上应松边在上； 3) 打滑一定发生在小轮上；3）通常1120，最小为90； 4) 包角不能过小限制了带传动的传动比。 摩擦系数f越大传动的最大有效拉力Fec越大： 对于V带计算时要用当量摩擦系数fv。 初拉力F0越大传动的最大有效拉力Fm

12、ax越大： 1) F0过大将使磨损加剧，加速带的松弛，带的工作寿命降低； 2) F0过小则不能充分发挥带的传动能力,易发生跳动和打滑； 3) F0按国标推荐方法确定， F0为一定值，限制了带的传动能力。 带速v越大离心力越大，传动的最大有效拉力Fmax越小。ffffeceeqvFeeqvFF1111)(211)(22020分析：分析：26211qveeFFffe221qveFFfe临界状态时紧、松边拉力：临界状态时紧、松边拉力： 21FFFe联立可得： feqvFqvF2221（13-4） （13-7） ffffeceeqvFeeqvFF1111)(211)(22020（13-8） 或27 平

13、带传动平带传动带与轮缘表面间的极限摩力带与轮缘表面间的极限摩力QNFF V V带传动带传动带与轮缘表面间的极限摩力带与轮缘表面间的极限摩力2sin/2QNlimFfFfFf2sin/Vff 令令QlimVFfFf则则 结论：结论：V V带传递功率的能力比平带传动大得多。在带传递功率的能力比平带传动大得多。在传递相同的功率时，若采用传递相同的功率时，若采用V V带传动将得到比较紧凑带传动将得到比较紧凑的结构。的结构。 平带与平带与V带传动力的比较带传动力的比较QNlimFfFfFf2sinQNFF当量摩擦系数当量摩擦系数将将 f 用用 fv代入公式代入公式2813.2.3 带传动的带传动的应力应

14、力分析分析 带传动工作时,作用于带上有哪些应力? 它们的分布及大小有什么特点? 最大应力发生在什么部位? 1.拉应力拉应力: 1 2(一)带传动工作时,作用于带上应力AF11AF22AqvAFcc2紧边拉应力： 松边拉应力离心拉应力：带绕过主动轮时：带绕过主动轮时：拉应力由拉应力由 1逐渐减至逐渐减至 2绕过从动轮时：绕过从动轮时：拉应力由拉应力由 2逐渐增至逐渐增至 1带为封闭环形，所以离心带为封闭环形，所以离心拉应力作用于带的全长。拉应力作用于带的全长。292.弯曲应力弯曲应力 D1 Dmin。max2、带在变应力状态下工作 防疲劳失效： ；32 N = 3600 kTV/L V带速(m/

15、S)L带长(m) V/L 绕转次数/秒k带轮数 (k次/周) T带的寿命(h)(三) 应力循环次数:3313.2.4 带传动的带传动的弹性滑动与打滑弹性滑动与打滑 1. 什么是弹性滑动, 什么是打滑? 2. 为什么会发生弹性滑动或打滑? 是否可以避免? 3. V1、 V2、V带之间的关系如何?为什么? 原因:当FeFfmax 打滑 分析:2. 打滑先发生在 3. 打滑带与带轮间的相对滑动防止措施: 可以可以小带轮处小带轮处 2. 增大增大F0Ffmax增大增大1. 减小减小Fe1. 打滑 避免(一) 打滑带传动能力丧失带剧烈磨损 失效失效 34设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：

16、这种因材料弹性变形而产的滑动称为弹性滑动紧边：松边：AEF11AEF22 F1 F2 1 2带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。v v1 带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。 v2 v带v轮2。4）后果： v轮2 F2 1 2带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。v v1 带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。 v2 v带v轮2。4）后果： v轮2v轮1，i不准确; ；引起带的磨损； 带温度，寿命。47(三)传动比)1 (1221DDnni1221DDnni2112)1 (DDnn近似计算取近似计算取=0.

17、01-0.02 滑动率121222111100060100060vvvnDvnDv221121nDnDvv12)1 (vv481. 弹性滑动发生在 带绕出带轮前的那段接触弧上带绕出带轮前的那段接触弧上2. Fe较小较小 滑动弧范围小滑动弧范围小 Fe 滑动弧滑动弧 弹性滑动范围范围, 当弹性滑动扩展到整个接触弧扩展到整个接触弧时, FeFfmax*分析:3. 工作载荷Fe 再增大 产生打滑。 A1C1为静弧，C1B1为滑动弧(存在带的弹性滑动)4913.3 带传动的设计带传动的设计（一）带的类型与结构1 1、类型：、类型：普通带(应用最广)窄带联组带齿形带大楔角带宽带等50窄窄V V带带抗拉体

18、为绳芯，楔角为抗拉体为绳芯，楔角为4040，相，相对高度近似为对高度近似为0.90.9，梯形截面环，梯形截面环形带形带联联组组V V带带将几根普通将几根普通V V带或窄带或窄V V带的顶面用带的顶面用胶帘布等距粘结而成，有胶帘布等距粘结而成，有2 2、3 3、4 4或或5 5根联成一组根联成一组齿齿形形V V带带抗拉体为绳芯结构，内周制成齿抗拉体为绳芯结构，内周制成齿形的形的V V带带大大楔楔角角V V带带抗拉体为绳芯，楔角为抗拉体为绳芯，楔角为6060的聚的聚氨酯环形带氨酯环形带宽宽V V带带抗拉体为绳芯，相对高度近似为抗拉体为绳芯，相对高度近似为0.30.3，梯形截面环形带，梯形截面环形带

19、51V带的横截面为梯形，高与宽之比约为带的横截面为梯形，高与宽之比约为0.7，楔角为，楔角为40，带的两侧面是工作面，利用楔形增压原理能产生更大的传带的两侧面是工作面，利用楔形增压原理能产生更大的传动力。动力。 2.普通带的结构组成普通带的结构组成:帘布芯结构：制造方便，一般传动绳芯结构：柔韧性好，抗弯强度高，用于转速较高、载荷不大和带轮直径较小的场合。环形、无接头（传动平稳）基准长度Ld为标准值52(2) 当带弯曲时中性层带长不变节面节面 节宽节宽b bp p：带的节面宽度(中性层宽度);3.带型号带型号: (1) 分类 普通带：Y、Z、A、B、C、D、E 窄带 ： SPZ、SPA、SPB、

20、SPC相对高度(h/bp)4.基准尺寸基准尺寸:(1)基准直径基准直径D(D(带轮带轮) )与带节面宽度bp对应的带轮直径(2) ) 基准长度基准长度d d (公称长度) 在规定的张紧力下, V带绕过两带轮基准直径的周线长度V带是标准件带是标准件53 (二)带传动的设计准则和单根带的基本额定功率带传动的设计准则和单根带的基本额定功率 失效形式 设计准则当fmaxec 当max 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，使带具有一定在保证带传动不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。的疲劳强度和寿命。 带疲劳破坏eec打滑 11maxb 11b带传动的设计准则5421F

21、FFefeqvFqvF2221AF112. 单根普通带的许用许用功率0vvfcfeceAeqvFF1111121带传动在打滑的临界状态时的有效拉力(最大有效拉力)为 11maxb保证带具有一定疲劳寿命的条件：保证带具有一定疲劳寿命的条件：即：即： 11b vfbceceAF111代入Fec，得联立55CNm保证带的疲劳强度的许用应力，可由疲劳曲线保证带的疲劳强度的许用应力，可由疲劳曲线（试验得到），求得：（试验得到），求得： 式中：式中：z zp p: :带绕过带轮数目；带绕过带轮数目；t th h：总工作小时数，：总工作小时数，h h； v v：带的速度，：带的速度，m/s； m:m:指数，

22、指数，V V带带m=11m=11 C C值在特定试验条件下求得值在特定试验条件下求得 (i=1,N=10 (i=1,N=108 8次，载荷平稳，特定带长次，载荷平稳，特定带长) )单根带所允许传递的功率为 100011100010veAvFPvfbcec mdhpmLvtzCNC360056 已知条件： 传递功率 主动轮转速,从动轮转速或传动比 传动位置要求及工作条件 空间限制等 设计内容： 带型号、根数、长度 传动中心距 带轮直径及结构尺寸， F0、压轴力FQ 绘工作图、设计张紧装置等 (三)V带传动的设计计算和参数选择带传动的设计计算和参数选择57 主要满足条件： 、运动条件： 主、从动轮

23、转速比符合要求aDDDDaL4)(2221221)1 (1221DDnni、几何条件：带轮直径、中心距与带长度符合一定几何关系、传动能力条件：有足够的承载能力，据此确定带的型号和根数设计方法设计方法：求 0 z0 ？58 V带传动设计计算带传动设计计算已知：已知：P、n1、 n2 （i）、）、 传动位置、工作条件传动位置、工作条件按按Pca、 n1选带型号，图选带型号，图13-10确定确定KA（表（表13-10）、计算功率）、计算功率Pca=KAP定带轮基准直径定带轮基准直径D1Dmin ，由，由i定定 D2 ，验算带速，验算带速v初定中心距初定中心距a0，按，按a0、D1、D2计算带长计算带

24、长Ld按按Ld、带型号定基准带长、带型号定基准带长Ld，中心距，中心距a，验算包角，验算包角 1按带型号按带型号、 n1、D1 、i、 1、 LdP0、P0 、k 、kL、计算计算带根数带根数z 计算初拉力计算初拉力F0 、压轴力压轴力FQ59 V V带传动设计步骤带传动设计步骤1 1、确定计算功率、确定计算功率PcaPca：PKPAca工工 况况 KA软起动软起动负载起动负载起动 每天工作小时数每天工作小时数/h/h 101616101616载荷变载荷变动微小动微小液体搅拌机液体搅拌机, ,通风机和鼓风机通风机和鼓风机（ 7.5kW7.5kW），离心式水泵和压缩机，），离心式水泵和压缩机，轻

25、型输送机轻型输送机 1.01.01.11.11.21.21.11.11.21.21.31.3载荷变载荷变动小动小带式输送机（不均匀载荷），通风带式输送机（不均匀载荷），通风机（机（ 7.5kW7.5kW），旋转式水泵和压缩），旋转式水泵和压缩机，发电机，金属切削机床，印刷机，发电机，金属切削机床，印刷机，旋转筛和木工机械机，旋转筛和木工机械 1.11.11.21.21.31.31.21.21.31.31.41.4载荷变载荷变动较大动较大制砖机，斗式提升机、往复式水泵制砖机，斗式提升机、往复式水泵和压缩机，起重机，磨粉机，冲剪和压缩机，起重机，磨粉机，冲剪机床，橡胶机械，振动筛，纺织机机床，橡胶

26、机械，振动筛，纺织机械，重载输送机械，重载输送机1.21.21.31.31.41.41.41.41.51.51.61.6载荷变载荷变动很大动很大破碎机（旋转式、颚式等），磨碎破碎机（旋转式、颚式等），磨碎机（球磨、棒磨、管磨）机（球磨、棒磨、管磨）1.31.31.41.41.51.51.51.51.61.61.81.8考虑工作情况的不同，考虑工作情况的不同，引入引入KA(工作情况系数工作情况系数) 表表13-10602 2、选择带的型号、选择带的型号：依据：依据 ，由图，由图13-1013-10查取查取 1,nPca612 2、选择带的型号、选择带的型号：依据：依据 ，由图，由图13-1013

27、-10查取查取 1,nPca62、确定带轮直径1）带型号Dmin 表13-2 p224 D1Dmin2）验算带速smnDv/255100060111212)1 (DnnD基准直径基准直径%5%100原实原iii3）D2iD1或由于取基准直径，使i变化，应保证传动比相对误差：v 离心力离心力带与轮间正压力带与轮间正压力带的传动能力带的传动能力 D 弯曲应力弯曲应力带的疲劳寿命带的疲劳寿命63表表13-11 带轮的基准直径带轮的基准直径基准直径基准直径 带型带型Y YZ ZSPZSPZA ASPASPAB BSPBSPBC CSPCSPCD DE E外径外径 5050636371717575808

28、085859090959510010010610611211211811812512513213253.253.266.266.274.274.283.283.293.293.2103.2103.2115.2115.2128.2128.254546767757579798484949410410411611612912913613680.580.585.585.590.590.595.595.5100.5100.5105.5105.5111.5111.5117.5117.5123.5123.5130.5130.5137.5137.5132132139139mmDmmDw641401401501

29、50160160170170180180200200212212224224236236250250265265280280315315355355375375400400425425450450475475500500144144154154164164184184204204228228254254284284319319359359404404504504145.5145.5155.5155.5165.5165.5185.5185.5205.5205.5229.5229.5255.5255.5285.5285.5320.5320.5360.5360.5405.5405.5455.5455

30、.5505.5505.5147147157157167167177177187187207207219219231231243243257257287287322322362362407407457457507507209.6209.6221.6221.6233.6233.6245.6245.6259.6259.6274.6274.6289.6289.6324.6324.6364.6364.6409.6409.6459.6459.6509.6509.6371.2371.2391.2391.2416.2416.2441.2441.2466.2466.2491.2491.2516.2516.251

31、9.2519.2注：注：1.1.参见图参见图13-1413-14。 2. 2.直径的极限偏差：基准直径按直径的极限偏差：基准直径按 、外径按、外径按 。 3. 3.没有外径值的基准直径不推荐采用。没有外径值的基准直径不推荐采用。 4. 4.仅限于普通仅限于普通V V带轮；仅限于带轮；仅限于SPSP型窄型窄V V带轮。带轮。 11c12h654、确定a、Lda 结构尺寸，高速时带颤动，1不稳定a 结构紧凑a 1 降低传动能力带长 带绕转次数带寿命经验公式：0.70(D1+D2) a0 2(D1+D2)计算过程：1）由经验公式初选a0；2）由式13-1 Ld 选标准值Ld；3）由式13-16 a变

32、动范围一般： 1120、i75、验算包角1,传动比i 1最大最大有效拉力有效拉力包角不能过小限制了带包角不能过小限制了带传动的传动比传动的传动比66按表13-5，取标准的基准长度，使 ddLL 20ddLLaa中心距（中心距可调的） 211()18057.3120DDa小轮包角： aDDDDaLd42221212带长：67P0单根V带的实际使用功率，使用条件与实验条件不同。0Pi1时，功率增量(p.231，表13-8)k包角系数(1801) (p.236，表13-12)Lk长度系数(非特定带长) (p.237，表13-13)1000LckkPPPz6、确定带的根数z ), 1(12121bbb

33、bii 时，687 7、确定带的初拉力、确定带的初拉力F F0 0 F0 小，摩擦力小，易打滑，但小，摩擦力小，易打滑，但 F0 大，寿命小，作用在大，寿命小，作用在轴和轴承上的力大。轴和轴承上的力大。可通过测挠度可通过测挠度f f予以调整。予以调整。2015 . 2500qvkvzPFca69F0F0F0F0FQ2sin210zFFQ8、作用在轴上的压力 FQ7013.4 带传动的结构设计带传动的结构设计 (1)质量小、工艺性好、质量分布均匀、内应力小、 高速应经动平衡(2)工作面应精细加工1. 带轮设计要求带轮设计要求：2. 带轮材料带轮材料灰铸铁HT150、HT200常用铸钢、焊接（钢板

34、）高速 铸铝、塑料小功率 普通带轮设计v 30m/s v45m/s 71结构轮缘：安装带轮毂：安装轴轮辐：联接轮缘与轮毂实心式：小直径腹板式：中等直径轮辐式：大直径3. 结构尺寸结构尺寸:(1)带轮直径基准直径D顶圆直径Da(外径)(2)标准直径系列(表13-11)(3)轮槽角 40，D 7273 V带传动的张紧装置带传动的张紧装置 1) 1) 定期张紧装置定期张紧装置* * * 1-滑轨 2-螺母 3-调节螺钉 原因原因: :PFe v调整F0 增大Fe但安装制造误差 工作后的塑性变形张紧方法张紧方法: :使增大使增大; 使带张紧使带张紧1. 调整中心距a F0不能保证设张紧装置742)2)自动张紧装置自动张紧装置* * * 3)3)采用张紧轮的张紧装置采用张紧轮的张紧装置 电动机的自动张紧 张紧轮装置平带传动平带传动：张紧轮设置在松边外松边外侧靠小轮侧靠小轮处处( (平带可以双向弯曲，应尽量增大包角)带传动带传动：张紧轮设置在松边内侧靠大轮松边内侧靠大轮处处 (带只能单向弯曲,避免过多减小