第13章带传动和链传动

1、第第13章章 带传动和链传动带传动和链传动机械设计基础机械设计基础1. 组成组成带传动一般是由带传动一般是由主动轮、从动轮主动轮、从动轮、传动带传动带及及机架机架组组成。成。带传动：以带作为中间挠性件的一种机械传动带传动：以带作为中间挠性件的一种机械传动链传动：以链作为中间挠性件的一种啮合传动链传动：以链作为中间挠性件的一种啮合传动13.1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用（1）平带：）平带： 平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。（2）V 带：带： 截面形状为梯形，两侧面为工作表面。截面形状为梯形，两侧面为工作表面。2. 类型类型（4）圆形带：）圆形

2、带： 横截面为圆形。只用于小功率传动。横截面为圆形。只用于小功率传动。（3）多楔带：它是在平带基体上由多根）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。带组成的传动带。可传递很大的功率。可传递很大的功率。（5）齿形带（同步带）：）齿形带（同步带）：V带结构带结构型号：型号：Y Z A B C D E楔角：带楔角：带 400 带轮带轮 320 340 360 3802sinffv楔形增压效应使楔形增压效应使V带传动能力较平带带传动能力较平带强（提高强（提高70%）。）。3. 传动形式传动形式开口传动开口传动交叉传动交叉传动半交叉传动半交叉传动张紧轮传动张紧轮传动13.1.2 带传动的特点带传

3、动的特点1. 带传动的优点带传动的优点1. 适用于中心距较大的传适用于中心距较大的传动；动；2. 带具有良好的挠性，可带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动；缓和冲击、吸收振动；3. 过载时带与带轮之间会过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它出现打滑，避免了其它零件的损坏；零件的损坏；4. 结构简单、成本低廉。结构简单、成本低廉。2. 带传动的缺点带传动的缺点1. 传动的外廓尺寸较大；传动的外廓尺寸较大；2. 需要张紧装置；需要张紧装置；3. 由于带的滑动，不能保由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；证固定不变的传动比；4. 带的寿命较短；带的寿命较短；5. 传动效率较低。传动效率较低。1

4、3.1.3 应用范围应用范围应用：两轴平行、且同向转动的场合（称为开口传动），应用：两轴平行、且同向转动的场合（称为开口传动）， 中小功率电机与工作机之间的动力传递。中小功率电机与工作机之间的动力传递。V带传动应用最广，带速：带传动应用最广，带速： v=525 m/s 传动比：传动比：i=35 效率：效率： 0.90.95 传递的功率：传递的功率：500kW带式输送机带式输送机mmddddLddLammaddddaLaddadd8)(8)(2)(24)()(223 .5718021803 .571802180212212122121201200201200113.1.4 带传动主要几何尺寸带传

5、动主要几何尺寸L 带长带长1 、2 带轮包角带轮包角 a 带传动中心距带传动中心距d1、d2 带轮直径带轮直径1. 带传动的使用和维护带传动的使用和维护1）安装时缩小中心距后套上）安装时缩小中心距后套上V带，在再调紧，不应硬撬带，在再调紧，不应硬撬2）严防带与矿物油、酸、碱接触，也不宜在阳光下暴晒）严防带与矿物油、酸、碱接触，也不宜在阳光下暴晒3）更换）更换V带时，应全部更换，不能新旧带并用带时，应全部更换，不能新旧带并用4）要安装防护罩）要安装防护罩13.1.5 带传动的使用和维护带传动的使用和维护2. 带传动的张紧装置带传动的张紧装置（1）定期调整中心距张紧）定期调整中心距张紧（2）自动调

6、整中心距张紧）自动调整中心距张紧 将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。自重，使带轮绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。 三角带工作一段时间后会因为塑性伸长而松弛，致三角带工作一段时间后会因为塑性伸长而松弛，致使张紧力降低，张紧轮可以保证足够的张紧力。张紧轮使张紧力降低，张紧轮可以保证足够的张紧力。张紧轮应放在松边内侧靠大带轮处，以免小带轮包角减小过多，应放在松边内侧靠大带轮处，以免小带轮包角减小过多，影响传动能力。影响传动能力。 （3）张紧轮张紧）张紧轮张紧安装时，带必须以一定的初拉力张紧在

7、带轮上安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上带工作前：带工作前：F0F0此时，带只受初拉力此时，带只受初拉力F0作用作用1. 工作拉力工作拉力13.2 带传动的受力分析带传动的受力分析Ffn2FfF1带工作时：带工作时：n1F2F2由于摩擦力的作用：由于摩擦力的作用：紧边拉力紧边拉力由由 F0 增加到增加到 F1；松边拉力松边拉力 由由 F0 减小到减小到 F2 。Ff 带轮作用于带的摩擦力带轮作用于带的摩擦力F = 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：紧边拉伸增量紧边拉伸增量 松

8、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。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临界时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，状态。此时， F1 达到最大，而达到最大，而F2 达到最小达到最小。带传动即将打滑时，

9、带传动即将打滑时，F1与与F2之间之间的有什么关系？的有什么关系？以平带为例，取微段带，水平、垂以平带为例，取微段带，水平、垂直方向平衡式：直方向平衡式：sin()sin022NddFFdFdFcos()cos022NddFfdFFdFcos1sin222ddd1120FFdFfdF112lnFfF112fFeF同时略去二阶微量，简化得：同时略去二阶微量，简化得：dFfdFf为摩擦系数；为摩擦系数；为带轮包角为带轮包角欧拉公式，该公式反映了带传动丧失工作能欧拉公式，该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。力之前，紧、松边拉力的最大比值。得：得：F 此时为不打滑时的最大有效拉

10、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：max011() 12fFFFe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121211111(1)ffffeFFeFFeFFFFe112fFeFF = F1 F2 结合结合max0121ffeFFe整理后得：整理后得：影响最大有效拉力的几个因素：影响最大有效拉力的几个因素：初拉力初拉力F0 ：F 与与F0 成正比，增大成正比，增大F0有利于提高带的传动有利于提高带的传动能力，避免打滑。能力，避免打滑。但但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。短带的寿

11、命。包角包角 ：带所能传递的圆周力增加，传动带所能传递的圆周力增加，传动 ,F能力增强，故应保证小带轮的包角能力增强，故应保证小带轮的包角1。这一要求限制了最大传动比这一要求限制了最大传动比 i 和最小中心距和最小中心距 a 。摩擦系数摩擦系数 f ： ,F传动能力增加传动能力增加对于对于V带，应采用当量摩擦系数带，应采用当量摩擦系数 f v2. 离心拉力离心拉力设：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2NCvdFdmr2vdlqr2()vrdqrdqv2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

12、心力引起的拉力。由垂直方向力的平衡条件可知：由垂直方向力的平衡条件可知：2sin2dFdFCNCdFC带单位长度质带单位长度质量（量（kg/m）dFCdqv2即：即：N2qvFCdyEb213.3 带的应力分析带的应力分析1. 拉应力拉应力AFAF2211,2. 弯曲应力弯曲应力注意：注意：虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，但虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全部，且各剖面处处相等。部，且各剖面处处相等。AqvAFCC23. 离心应力离心应力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

13、之和。各剖面的应力分布为：各剖面的应力分布为：最大应力发生在最大应力发生在紧边开始进入小带轮处紧边开始进入小带轮处:11maxbc由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。13.4 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 带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐收带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐收缩，使带相对于主动轮的转向向后滑动。缩，使带相对于主动轮的转向向后滑动。由此可见：弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。由此可见：弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。同样的现象也发生在从动轮上，只不过情

14、况刚好相反。同样的现象也发生在从动轮上，只不过情况刚好相反。弹性滑动引起的不良后果：弹性滑动引起的不良后果： 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 v1 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 )1 (1221121ddnnivvv2. 打滑打滑 由于过载引起带在带轮上的全面滑动。一旦打滑，由于过载引起带在带轮上的全面滑动。一旦打滑，造成传动失效，带磨损严重，应避免。打滑总是在小带造成传动失效，带磨损严重，应避免。打滑总是在小带轮上先开始。轮上先开始。3. 滑动率滑动率弹性滑

15、动使从动轮的圆周速度低于主动轮弹性滑动使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即，即 v2 v1对于对于V带：带： 1%2%粗略计算粗略计算时可忽略不计时可忽略不计13.5.1 单根普通单根普通V带的许用功率带的许用功率设计准则：设计准则：失效形式：打滑、疲劳破坏失效形式：打滑、疲劳破坏不疲劳的要求不疲劳的要求在保证带传动工作不打滑的条件下，具有在保证带传动工作不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和使用寿命。一定的疲劳强度和使用寿命。 max11bc 11bc13.5 V带传动的计算带传动的计算KWAvePfcb1000)11)(110根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为：根据欧拉公式，即将打滑时的

16、最大有效拉力为：由此得单根带所能传递的功率：由此得单根带所能传递的功率：111fFFe不打滑的要求不打滑的要求111fFAe11()1cbfAe则：则：此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。（见表此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。（见表13-3）13.5.2 传动参数的选择和设计步骤传动参数的选择和设计步骤1.选择带的型号选择带的型号PKPAc计算功率计算功率P-名义功率；名义功率；KA-工作系数工作系数 见表见表13-8 根据计算根据计算功率及小带轮功率及小带轮的转速选带的的转速选带的型号型号小带轮小带轮d1 由表由表13-9所确定所确定smndv/10006011带速带速一般一般：smv/25

17、53. 确定中心踞确定中心踞 a 和带长和带长L、验算小轮包角、验算小轮包角1初定初定：)(2)(7 . 021021ddadd由由a0计算计算L0按表按表13-2取取Ld然后计算实际然后计算实际 a200LLaad一般一般d1dmin大带轮直径大带轮直径1212dnnd 圆整圆整验算验算0012011203 .57180add2. 确定带轮节圆直径和验算带速确定带轮节圆直径和验算带速)(00PPKKPZLc5. 确定初拉力确定初拉力F0和作和作用在轴上的力用在轴上的力FQ02sinQFzFP0、P0、KL、K见表见表13-4，13-5，13-2，13-72015 . 2500qvKzvPFc

18、4. 计算胶带根数计算胶带根数13.6.1 带轮结构带轮结构（1）实心式（小直径）实心式（小直径）13.6 V带轮的结构带轮的结构（2）腹板（孔板）式（中等直径）腹板（孔板）式（中等直径）（3）轮辐式（大直径）轮辐式（大直径）13.6.2 带轮材料带轮材料1.灰铸铁灰铸铁HT150 HT2002.锻钢或钢板焊接（高速）锻钢或钢板焊接（高速）3.铝合金或塑料（小功率）铝合金或塑料（小功率）13.7 同步带传动简介同步带传动简介优点：优点：1. 传动比恒定；传动比恒定；2. 结构紧凑；结构紧凑；3. 带速高，传动比大；带速高，传动比大；4. 效率高。效率高。缺点：缺点：1. 价格高；价格高；2.

19、制造、安装要求高。制造、安装要求高。13.8 链传动的特点和应用链传动的特点和应用1. 可用于中心距大的场合可用于中心距大的场合13.8.1 特点特点5. 平均传动比是定值，但瞬时传动比不恒定，有噪声，不平均传动比是定值，但瞬时传动比不恒定，有噪声，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用4. 轴压力小轴压力小3. 可用于恶劣环境可用于恶劣环境2. 效率高效率高13.8.2 应用应用矿山机械、农业机械、石油机械、机床、摩托车等矿山机械、农业机械、石油机械、机床、摩托车等1. 套筒滚子链（标准件）套筒滚子链（标准件）13.9 链条和链轮链条和链轮13.9.1

20、 链条链条p 节距；节距；Lp 链节数，取偶数；链节数，取偶数；z 链轮齿数，取奇数；链轮齿数，取奇数；np 排数排数套筒滚子链为标准件，其主要参数包括：套筒滚子链为标准件，其主要参数包括：链的型号链的型号英制英制mmp164 .25 链号链节距2. 齿形链齿形链优点：工作平稳，噪音小，允许的链速较高，承受冲击载优点：工作平稳，噪音小，允许的链速较高，承受冲击载荷能力高，轮齿受力均匀，但价格贵，重量重，以及对安荷能力高，轮齿受力均匀，但价格贵，重量重，以及对安装要求较高。装要求较高。设计链条时采用共轭曲设计链条时采用共轭曲线以减小振动冲击噪音线以减小振动冲击噪音 为改善套筒滚子链为改善套筒滚子

21、链的不足而出现的：的不足而出现的：13.9.2 链轮链轮基本参数：基本参数：zpd0180sin齿形：齿形：三圆弧一直线三圆弧一直线节距节距p，齿数，齿数z 主要尺寸主要尺寸分度圆直径分度圆直径链轮结构：链轮结构：整体式，孔板式，齿圈可更换式整体式，孔板式，齿圈可更换式13.9.3 链和链轮的材料链和链轮的材料主要失效形式：磨损，塑性变形主要失效形式：磨损，塑性变形材料要求：具有耐磨性（表面硬度高）；材料要求：具有耐磨性（表面硬度高）； 能承受振动冲击（芯部韧性好）能承受振动冲击（芯部韧性好）常用材料：中碳钢常用材料：中碳钢表面淬火表面淬火 中速中载中速中载 低碳钢低碳钢表面渗碳表面渗碳 高速

22、重载高速重载 铸铁铸铁 低速轻载低精度低速轻载低精度13.10.1 链传动的运动分析链传动的运动分析13.10 链传动的运动分析链传动的运动分析 和受力分析和受力分析平均传动比：平均传动比：1221zznni平均平均传动比为常数平均传动比为常数链的平均速度：链的平均速度：1000/1000/2211pnzpnzv1. 平均传动比平均传动比2. 实际传动比实际传动比现假定：现假定：主动边总处于水平位置，链轮抽象成主动边总处于水平位置，链轮抽象成 正多边形，边长为正多边形，边长为 p 。111(/2)cosvd主动轮上主动轮上111(/2)sinvd的变化范围：的变化范围：2211而：而：1013

23、60z链速周期性变化，链速周期性变化， 且且z1越小，速度的变化幅度越大越小，速度的变化幅度越大111(/ 2)cosvd111(/ 2)sinvd222(/2)cosvd22180180zz瞬时传动比：瞬时传动比：coscos1221ddi瞬时瞬时速比周期性变化，瞬时速比周期性变化，称为称为多边形效应多边形效应。从动轮上从动轮上222(/2)sinvd链条的水平方向速度相同，即链条的水平方向速度相同，即12vv，整理后得：，整理后得： 瞬时传动比为定值的条件：瞬时传动比为定值的条件：z1=z2，d1=d2，=且同步变且同步变化，即中心距为链节距的整数倍时，化，即中心距为链节距的整数倍时，i瞬

24、时瞬时=121111sinsindvdadddtdt 122sin211211maxpdaa时，当21（1）水平方向速度变化引起的动载荷；）水平方向速度变化引起的动载荷；由此可见：链速愈大、越大、由此可见：链速愈大、越大、z越小，动载荷越大。越小，动载荷越大。（2）垂直方向的速度变化，引起链条的横向振动，产生动载荷；）垂直方向的速度变化，引起链条的横向振动，产生动载荷；3. 链传动的动载荷链传动的动载荷为常数CCnqpEk/23（3）链条与链轮相啮合时，冲击产生动载荷，并产生噪音，）链条与链轮相啮合时，冲击产生动载荷，并产生噪音， 加速链的损坏和齿轮的磨损；加速链的损坏和齿轮的磨损；（4）安装

25、不好产生的附加动载荷：）安装不好产生的附加动载荷： 链条过松，在起动、制动、链条过松，在起动、制动、 反转、载荷变化时易产生惯性冲击，产生动载荷。反转、载荷变化时易产生惯性冲击，产生动载荷。 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，增加链轮齿数和限制链轮转速。增加链轮齿数和限制链轮转速。显然，链速显然，链速n愈大、链节距越大，冲击能量愈大、链节距越大，冲击能量Ek越大。越大。13.10.2 链传动的受力分析链传动的受力分析（1）工作拉力）工作拉力紧边拉力紧边拉力1000/()FP vN2()cFqvN()yyFK qgaN00:61402404y

26、yyyyKKKKK水水平平垂垂直直1cyFFFF2cyFFF(1.2 1.3)QFF 垂度过小，必须以很大的张力拉紧，增加链的磨损和轴承垂度过小，必须以很大的张力拉紧，增加链的磨损和轴承的载荷垂度过大，影响正常的啮合的载荷垂度过大，影响正常的啮合（3）垂度拉力）垂度拉力（2）离心拉力）离心拉力轴轴 压压 力力松边拉力松边拉力1. 链轮齿数和传动比链轮齿数和传动比 小链轮齿数小链轮齿数z1不能过少，不能过少，过少过少传动不平稳，动载荷大。传动不平稳，动载荷大。按表按表13-12选，大链轮齿数选，大链轮齿数z2=iz1，要小于要小于120，防止脱链。，防止脱链。 传动比传动比i8，推荐推荐 23.5，影响传动的尺寸及影响传动的尺寸及小轮的包角，小轮的包角，1200，避免磨损及跳齿。，避免磨损及跳齿。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2. 链节距链节距p3. 链速链速链速一般应不超过链速一般应不超过15m/s节距节距 p 越大，承载能力越大。越大，承载能力越大。但但 p 过大，运动越不均匀，冲击越大，且结构庞大。过大，运