机械基础课件第十三章带传动

1、L/O/G/O第三部分第三部分( (第十三章第十三章) )带传动带传动机械基础机械基础机器组成部分机器组成部分基本概念：基本概念：传动装置的作用：传动装置的作用：将原动机的运动和动力传递给工将原动机的运动和动力传递给工作机，并进行减速、增速、变速或改变运动形式等，作机，并进行减速、增速、变速或改变运动形式等，以满足工作机对运动速度、运动形式及动力方面的以满足工作机对运动速度、运动形式及动力方面的要求。要求。原动件原动件传动装置传动装置控制装置控制装置机械传动机械传动流体传动流体传动电力传动电力传动传动装置的分类传动装置的分类工作机工作机机械传动：机械传动：利用机械方式传递动力和运动的传动。利用

2、机械方式传递动力和运动的传动。 主要可分为两类：主要可分为两类：摩擦传动：摩擦传动：靠机器零件间的摩擦力传递动力和运动，靠机器零件间的摩擦力传递动力和运动，包括包括V带传动、绳传动和摩擦轮传动等。带传动、绳传动和摩擦轮传动等。 啮合传动：啮合传动：靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动，包括同步带传动、齿轮传动、链合传递动力或运动，包括同步带传动、齿轮传动、链传动、螺旋传动等。传动、螺旋传动等。 设备如：减速机、制动器、离合器、连轴器、无级变设备如：减速机、制动器、离合器、连轴器、无级变速机、丝杠、滑轨等。速机、丝杠、滑轨等。13-5 带传动的张紧

3、装置带传动的张紧装置13-1 带传动概述带传动概述13-2 带传动的受力分析带传动的受力分析13-3 带传动的计算带传动的计算13-4 V带轮的结构带轮的结构补充：链传动补充：链传动挠性传动挠性传动通过通过中间挠性件中间挠性件传递运动和动力的传动机构；传递运动和动力的传动机构；由主动轮、从动轮和中间挠性件所组成；由主动轮、从动轮和中间挠性件所组成；包括：包括：带传动带传动、链传动链传动和绳传动。和绳传动。挠性传动的工作原理挠性传动的工作原理摩擦传动：平带、摩擦传动：平带、V带、多楔带、圆带等。带、多楔带、圆带等。啮合传动：同步带、链传动等。啮合传动：同步带、链传动等。带传动带传动和和链传动链传

4、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。带传动带传动是由两个或多个带轮和紧套在带轮上的环形传是由两个或多个带轮和紧套在带轮上的环形传动带组成，可分为动带组成，可分为摩擦传动型摩擦传动型和和啮合传动型啮合传动型。一、工作原理：一、工作原理：同步带同步带13-1 带传动概述带传动概述（Belt drive）安装时带已经被拉紧，靠安装时带已经被拉紧，靠带与带轮间的摩擦力完成带与带轮间的摩擦力完成传动。传动。带传动优点：带传动优点：1 1、适合中心距较大的两轴传动；、适合中心距较大的两轴传动；2 2、有过载保护作用，过载、有过载保护作用，过载打滑打滑，不损伤其它零件；，不损伤

5、其它零件；3 3、结构简单、价格低廉，制造精度不高；、结构简单、价格低廉，制造精度不高；4 4、吸收振动、缓和冲击，传动平稳，无噪声；、吸收振动、缓和冲击，传动平稳，无噪声；5 5、维护方便，不需润滑。、维护方便，不需润滑。带传动缺点：带传动缺点：1 1、摩擦传动不能保持准确的传动比，传动效率低；、摩擦传动不能保持准确的传动比，传动效率低；2 2、外廓尺寸大，需要张紧装置；、外廓尺寸大，需要张紧装置；3 3、带的寿命较短；、带的寿命较短；4 4、带传动具有摩擦放电，不适合放在易爆、易燃的场合。、带传动具有摩擦放电，不适合放在易爆、易燃的场合。 最简单，最简单，截面形状为矩形，其工作面是与轮截面

6、形状为矩形，其工作面是与轮面接触的内表面。面接触的内表面。适合于高速转动适合于高速转动或中心距或中心距 a 较大的情况。较大的情况。1、平带传动、平带传动 截面形状为截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽相接触的两等腰梯形，与带轮轮槽相接触的两侧面为工作面，在相同张紧力和摩侧面为工作面，在相同张紧力和摩擦系数情况下，擦系数情况下，V V带传动产生的摩擦带传动产生的摩擦力比平带传动的摩擦要大力比平带传动的摩擦要大，故具有，故具有较大的传动能力，结构更加紧凑，较大的传动能力，结构更加紧凑，广泛应用于机械传动中。广泛应用于机械传动中。2、V带传动带传动 二、带传动的类型二、带传动的类型 V带传动带传动工作面

7、工作面平带传动平带传动 截面形状为圆形，截面形状为圆形，传动能力小，常用于仪器和家用电器传动能力小，常用于仪器和家用电器中。中。 相当于平带相当于平带与多根与多根V V带的组合兼有两者的优点，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场适于传递功率较大要求结构紧凑场合。合。3、多楔带传动、多楔带传动 4、圆带传动、圆带传动 多楔带传动多楔带传动圆带传动圆带传动外包层外包层抗拉体是承受负载拉力的主体。抗拉体是承受负载拉力的主体。顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。外壳用橡胶帆布包围成型。外壳用橡胶帆布包围成型。1、V带的结构：由外包层、强力层、填

8、充物组成。带的结构：由外包层、强力层、填充物组成。2、带的节线与节面、带的节线与节面 当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线。任一条周线称为节线。 由全部节线构成的面称为节面由全部节线构成的面称为节面。带的节面宽度称。带的节面宽度称为节宽（为节宽（bd）：）：当带受纵向弯曲时，节宽保持不变。当带受纵向弯曲时，节宽保持不变。3、带的型号、带的型号普通普通V带：楔角带：楔角 为为40 ，相对高，相对高度（度（h/bd）为）为0.7的三角带。的三角带。 普通普通V带已标准化，根据带已标准化，根据截面尺寸，可以分成七种型号，截面尺寸，可以分成

9、七种型号，分别是分别是Y E。带轮的基准直径带轮的基准直径d：4、名词解释：、名词解释：带轮上与所配用的带轮上与所配用的V带的节面宽度带的节面宽度bd 相对应的直径。相对应的直径。 皮带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的皮带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度。周线长度。皮带的基准长度皮带的基准长度Ld：皮带的公称长度皮带的公称长度Li：皮带的内周长度。皮带的内周长度。5、V带轮的材料带轮的材料 6、V带轮的结构尺寸带轮的结构尺寸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

10、：其他：其他： 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) 。带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。工程塑料等。小直径小直径 da （2.5 3）d中等直径中等直径 da 300mm直径很大直径很大 da 350mm带轮由三部分组成：带轮由三部分组成：轮缘（用以安装传动带）；轮轮缘（用以安装传动带）；轮毂（用以安装在轴上）；轮辐或腹板（联接轮缘与毂（用以安装在轴上）；轮辐或腹板（联接轮缘与轮毂）。轮毂）。V带带轮按轮辐结构不同划分为实心式、腹板式、孔带带轮按轮辐结构不同划分为实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式四

11、种板式和椭圆轮辐式四种结构型式结构型式。 普通普通V带两侧面的夹角均为带两侧面的夹角均为40 ，带轮轮槽的楔角，带轮轮槽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。一般轮槽的楔角等于能紧贴轮槽的两面。一般轮槽的楔角等于32 、34 、36 或或38 。7、带轮楔角与皮带截面夹角的关系、带轮楔角与皮带截面夹角的关系实心式实心式腹板式腹板式孔板式孔板式幅轮式幅轮式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。13-2 带传动的受力分析带传动的受力分析（Stress analysis of b

12、elt drive ）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Ld。 2 则包角则包角add2sin12 当带处于张紧状当带处于张紧状态时，两带轮轴线间的距离态时，两带轮轴线间的距离称为中心距称为中心距 a 。中心距中心距 a： 带与带轮接触弧带与带轮接触弧所对的圆心角称为包角所对的圆心角称为包角 。包角包角 ：代入代入 3 .5718012add 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 。Ld8)(8)(2)(222122121ddddLddLadd 带长带长Ld：Ld 2AB BC AD)()(2cos21221ddd

13、da ADCB所以若已知带轮直径、带长所以若已知带轮直径、带长Ld，由上式可得中心距：，由上式可得中心距：Ldadddda4)()(2221221 安装时，带必须以一定的初拉力安装时，带必须以一定的初拉力F0张紧在带轮上。张紧在带轮上。带工作前：带工作前：F0F0此时，带只受此时，带只受初拉力初拉力F0作用作用Ffn2FfF1带工作时：带工作时：n1F2F2松边松边 退出主动轮的一边退出主动轮的一边紧边紧边 进入主动轮的一边进入主动轮的一边由于摩擦力由于摩擦力Ff的作用：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

14、带的摩擦力带轮作用于带的摩擦力F1Fe= Ff = F1 F2 Fe 有效拉力，即圆周力有效拉力，即圆周力 如图，小轮为主动轮如图，小轮为主动轮带是弹性体，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 F2) / 2F1 F0 Fe/2F2 F0 Fe/2由由Fe = Ff = F1 F2，得：，得：带所传递的功率为：带所传递的功率为：其中：其中：v 为带速为带速)kW(1000vFPe 打滑：打滑：当带所传递

15、功率过大（过载），所需的当带所传递功率过大（过载），所需的圆周圆周力力Fe超过超过带与轮面之间的带与轮面之间的摩擦力摩擦力Ff时，带与带时，带与带轮将发生显著的相对滑动，导致传动失效。轮将发生显著的相对滑动，导致传动失效。这种现象称为打滑。这种现象称为打滑。当当Ff 达到极限值时，带传动处于即将打滑的临界状态。达到极限值时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，此时， 紧边拉力紧边拉力F1达到最大，而松边达到最大，而松边F2达到最小。达到最小。P 增大时，增大时， 所需的所需的Fe (即即Ff )加大。加大。但但Ff 不可能无限增大。不可能无限增大。欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边

16、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。拉力的最大比值。 feFF 21其中：其中：f 为摩擦系数；为摩擦系数； 为带轮包角（小带轮、单位弧度）为带轮包角（小带轮、单位弧度）由于带在大轮上的包角由于带在大轮上的包角 2总是大于在小轮上包角总是大于在小轮上包角 1，所以所以打滑总是先发生在小带轮上。打滑总是先发生在小带轮上。 带传动即将打滑时，摩擦力达到极限值，可推出带传动即将打滑时，摩擦力达到极限值，可推出古典的古典的柔韧体摩擦欧拉公式柔韧体摩擦欧拉公式：欧拉公式：欧拉公式：Fe 此时为不打滑时的最大有效圆周拉力，此时为不打滑时的最大有效圆周拉力，正常工作时，有效拉力不能

17、超过此值。正常工作时，有效拉力不能超过此值。 )11(111121 ffeffeeFFeFFeeFF整理后解得：整理后解得：1120 ffeeeFF带即将打滑带即将打滑时，联立解时，联立解方程：方程： 2012121eefFFFFFFeFF 四、影响最大有效圆周拉力的几个因素：四、影响最大有效圆周拉力的几个因素：初拉力初拉力F0:Fe 与与F0 成正比成正比，增大，增大F0有利于提高带的有利于提高带的传动能力，避免打滑。传动能力，避免打滑。但但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。从而缩短带的寿命。包角包角 ： Fe，带的传动能力增强，故应保证小，带的

18、传动能力增强，故应保证小带轮的最小包角带轮的最小包角 1。摩擦系数摩擦系数 f ： fFe，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 fv 。带单位长度的质量带单位长度的质量 q和和带速带速v： q、 v越大，越大，Fe 越小越小。相同的预拉力情况下，当包角相同的预拉力情况下，当包角 180时：时：V 带带 F1 /F2e fv 5平带平带 F1 /F2e f 3由此可见：相同条件下，由此可见：相同条件下， V带的传动能力强于平带。带的传动能力强于平带。设设d1、d2：主、从动轮的直径，：主、从动轮的直径，mm；n1、n2：主、从动轮的转速，：主、从

19、动轮的转速，r/min；则两轮的圆周速度分别为：则两轮的圆周速度分别为： m/s100060222 ndv m/s100060111 ndv 13-3 带传动的计算（运动分析）带传动的计算（运动分析）（Motion analysis of belt drive ）一、带传动的运动分析一、带传动的运动分析 当带绕过主动轮时，当带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，带由于拉力逐渐减小，带的变形程度减小。这时的变形程度减小。这时带沿主动轮的转向相反带沿主动轮的转向相反方向收缩（滑动），使方向收缩（滑动），使带的速度带的速度v 低于于主动低于于主动轮的圆周速度轮的圆周速度v1 ，向后，向后滑动。滑动。同样

20、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，由于拉力当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑时带沿从动轮的转向相同方向滑动，使带的速度动，使带的速度v 高于于从动轮高于于从动轮的圆周速度的圆周速度v2 ，向前滑动。，向前滑动。比较两种滑动现象：比较两种滑动现象：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。在传动传动

21、的一种失效形式，应当避免。在传动突然超载时，打滑可以起到过载保护作用，突然超载时，打滑可以起到过载保护作用，避免其它零件发生损坏。避免其它零件发生损坏。 弹性滑动弹性滑动 是指正常工作时的微量滑动现象，由是指正常工作时的微量滑动现象，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）引起了带的不同弹性变形量，使得起了带的不同弹性变形量，使得带的速度带的速度低于主动轮的速度，高于从动轮的速度低于主动轮的速度，高于从动轮的速度，带沿着轮面产生滑动带沿着轮面产生滑动。这在带的工作中是。这在带的工作中是不可避免。不可避免。弹性滑动引起的不良后果：弹性滑动引起的不良后果： 产生摩擦

22、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 。 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；打滑引起的不良后果：打滑引起的不良后果：打滑将造成带的严重磨损，带的运动处于不稳定状打滑将造成带的严重磨损，带的运动处于不稳定状态，致使传动失效。态，致使传动失效。传动比传动比i )1(1221 ddddnni 反映了弹性滑动的大小，反映了弹性滑动的大小， 随载荷的改变而改变。载荷越大，随载荷的改变而改变。载荷越大， 越大，传动比的变化越大。一般越大，传动比的变化越大。一般V带传动的滑动率在带

23、传动的滑动率在1% 2%内，内，一般计算不予考虑。一般计算不予考虑。滑动率滑动率 带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率。低率。12121211nnddvvvdd 实际传动比实际传动比1221ddnni 理论传动比理论传动比【例题】一平皮带传动，传递的功率【例题】一平皮带传动，传递的功率P =15kW，带速，带速v=15m/s，带在小轮上的包角，带在小轮上的包角 1=170o，带与轮面间的，带与轮面间的摩擦系数摩擦系数f =0.3。求：（求：（1）传递的圆周力）传递的圆周力Fe； （2）紧边拉力）紧边拉力F1、松边拉力、松边拉力F2 ； （4）所需的预拉力

24、）所需的预拉力F0；1000vFPe 1000N151510001000 vPFe（2 2）紧边、松边拉力）紧边、松边拉力 100021211FFFeFFef 437. 2rad97. 2180170211 FF N694N,169421 FF解得解得（3 3）所需的预拉力）所需的预拉力N1194)(21210 FFF带的速度带的速度V：一般为一般为V 5 25m s ；单级传动比：平型带单级传动比：平型带4 5， V（三角）带（三角）带7 10， 同步齿型带同步齿型带 10 ； 通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械之通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械之间的动力传递。目前间的动力传递

25、。目前V带传动应用最广。近年来平带带传动应用最广。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，传动的应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动仍然是很有效的。平带传动仍然是很有效的。传动比传动比i：效率效率 ： 传动效率传动效率 0.90 0.95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。13-5 带传动的张紧装置带传动的张紧装置（Tensioning device of belt drive）带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因永久伸长而松驰时，还应带工作一段时间之后，因

26、永久伸长而松驰时，还应将带重新张紧。张紧装置分定期张紧和自动张紧两将带重新张紧。张紧装置分定期张紧和自动张紧两类。类。采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。带重新张紧。 中心距不能调节时，可采用具有张紧轮的装置。中心距不能调节时，可采用具有张紧轮的装置。若张紧轮置于松若张紧轮置于松边内侧，则应尽边内侧，则应尽量靠近大带轮。量靠近大带轮。若张紧轮置于松若张紧轮置于松边外侧，则应尽边外侧，则应尽量靠近小带轮。量靠近小带轮。补充：链传动补充：链传动（Chain drive）一、链传动组成一、链传动组成二、链传动工作原理二、链传动工作原理三

27、、链传动特点三、链传动特点四、链传动的主要性能四、链传动的主要性能五、链条的分类与结构五、链条的分类与结构链传动的结构组成链传动的结构组成一、链传动的组成：一、链传动的组成： 由装在平行轴上的主由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在动链轮、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成。链轮上的环形链条所组成。二、链传动的工作原理：二、链传动的工作原理： 以链条作中间挠性元件，靠链与链轮的啮合来传以链条作中间挠性元件，靠链与链轮的啮合来传递动力和运动。递动力和运动。主动链轮主动链轮从动链轮从动链轮环形链条环形链条三、特点：三、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，作用在轴上压力小，对轴承的摩擦小；对轴承的摩擦小； 结构紧凑，工作可靠性较高，寿命较长；结构紧凑，工作可靠性较高，寿命较长；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恒定，传动不平稳瞬时链速和瞬时传动比不恒定，传动不平稳 传动时有噪音、冲击传动时有噪音、冲击只能用于平行轴间的传动只能用于平行轴间的传动与带传动相比，制造和安装较困难