第10章 带传动 链传动

第10章带传动和链传动10.1带传动概述学习目的:

掌握带传动受力分析和应力分析；掌握弹性滑动和打滑的概念及区别；掌握链传动的运动特性；会进行带传动和链传动的设计。

10.2带传动的工作能力分析

10.3普通V带传动的设计计算

10.4其他带传动简介

10.5链传动

10.6各种机械传动的比较

10.3普通V带传动的设计计算10.1平面机构的运动简图

10.1.1

带传动的类型工作原理：带传动通常由主动轮1、从动轮2、张紧在两轮间的挠性带3和机架组成。挠性带绕在两带轮上，主动轮转动，带动从动轮转动。工作原理：带传动通常由主动轮1、从动轮2、张紧在两轮间的挠性带3和机架组成。挠性带绕在两带轮上，主动轮转动，带动从动轮转动。按传动原理分类：摩擦型，啮合型摩擦带传动按带的截面形状分类：平带、V带、多楔带和圆带等。V带是应用最广泛的带传动，其横截面为梯形,利用楔形增压原理，V带传动比平带传动能产生更大的摩擦力。

V带，极限摩擦力:平带,极限摩擦力:若带对带轮的压紧力均为,则有结论：V带比平带传动能力更强!10.1.2带传动的特点优点：能缓冲吸振；运行平稳无噪声，允许速度较高；过载时带在带轮上打滑，可防止其他零件损坏；制造和安装精度不像啮合传动那么严格；适于中心距较大的传动。缺点：有弹性滑动，使传动效率较低，不能保持准确的传动比；阵动的外廓尺寸较大；由于需要张紧，使轴上受力较大；带的使用寿命较短；不宜用于高温、易燃等场合。10.1.3V带的结构和标准V带的结构和规格组成：1）包布层；2）伸张层；3）压缩层；4）抗拉体。

结构：1）帘布结构；2）线绳结构。

性能比较：帘布结构抗拉强度高，制造方便；线绳结构柔韧性和抗弯强度高，可以在较小的带轮上工作。

节面——当V带垂直其底边弯曲时，在带中保持原长度不变的任意一条周线称为节线，由全部节线构成的面称为节面。对应的宽度称为节宽(bp)，当带弯曲时该长度保持不变。带轮直径——在V带轮上，与所配用的V带节宽(bp)相对应的直径(dd)。基准长度——V带的节线长度称为基准长度(Ld)。

普通V带型号：有Y，Z，A，B，C，D，E七种型号。V带是标准件，各型号的截面尺寸见表：

截型节宽顶宽高度单位长度质量（kg/m）

楔角

Y5.3640.023Z8.51060.060A111380.105B1417110.170C1922140.300D2732190.630E3238230.97010.1.4V带带轮V带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。普通V带楔角为40°，带绕过带轮时由于产生横向变形，使得楔角变小。为使带轮的轮槽工作面和V带两侧面接触良好，带轮槽角取32°，34°，36°，38°，带轮直径越小，槽角取值越小。

类型：1）实心式：适用于带轮直径较小时，dd≤(2～3)d；2）辐板式：当dd＜300mm范围内可采用辐板式或孔板式，当d2－d1≥100mm时，为便于吊装和减轻质量可在腹板上开孔；3）轮辐式：适用于dd＞400mm的大带轮。带轮材料：当带速≤30m／s时，常用铸铁HTl50，HT200制造；高速时宜使用钢制带轮，速度可达45m/s；小功率可用铸铝或塑料。

【思考题10.1】带轮轮槽的槽角能否大于或等于40°？，为什么？10.1.5V带传动的张紧1．定期张紧装置a)移动式

b)摆动式

1——滑轨

2——螺母

3——调节螺钉带的定期张紧装置3．使用张紧轮的张紧装置2．自动张紧装置电动机的自动张紧张紧轮装置

V带张紧时，张紧轮能否放置在紧边，为什么？通常张紧轮应如何放置？【思考题10.2】10.2带传动的工作能力分析10.2.1带传动的受力分析张紧力——静止时，带在带轮两边的拉力均为初拉力F0。

紧边——工作时进入主动轮一边的带被进一步拉紧，称为紧边，拉力由F0增大到F1并称为紧边拉力。

松边——进入从动轮一边的带相应被放松，称为松边，拉力由F0减小到F2并称为松边拉力。静止时工作时

有效拉力——紧边拉力F1和松边拉力F2之差称为有效拉力F，此力也等于带和带轮整个接触面上的摩擦力的总和。

若带的总长不变，紧边拉力的增量应等于松边拉力的减量，即

带传动传递的功率（kW）表示为式中：F为有效拉力(N)，为带速(m/s)。

分析：当传递的功率增大时，有效拉力F也相应增大，即要求带和带轮接触面上有更大的摩擦力来维持传动。但是，当其他条件不变且张紧力F0一定时，带传动的摩擦力存在一极限值，就是带所能传递的最大有效拉力Fmax。当带传动的有效拉力超过这个极限值时，带就在带轮上打滑。即将打滑时F1和F2有下列关系——挠性体摩擦的欧拉公式。包角——带与带轮接触弧所对的中心角，称为包角，rad。

从前面公式可得出带所能传递的最大有效拉力Fmax为结论：带传动的最大有效拉力与初拉力、包角以及摩擦系数有关，且与F0成正比。若F0过大，将使带的工作寿命缩短。分析：

（1）初拉力与成正比，越大，带与带轮之间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大。但过大，会增大带和带轮之间的摩擦力，加速带的磨损，降低带的寿命；若过小，则带的传动能力就会受到影响。因此，初始张紧皮带时，初拉力大小要适当。（2）当量摩擦系数越大，也越大。但不能无限制增大摩擦系数来增强传动能力，摩擦系数过大，磨损加剧，降低带的寿命。（3）包角越大，也越大，因为增加，带与带轮接触弧间摩擦力总和增加，从而提高传递载荷的能力。一般要求小带轮包角。

是否可用无限增加初拉力或使带轮表面粗糙的方法来增加带的传动能力？为什么？【思考题10.3】10.2.2带传动的应力分析1．拉应力

紧边拉应力：松边拉应力：式中：A为带的横截面积(mm2)。2．离心拉应力3．弯曲应力

带绕过带轮时将产生弯曲应力，弯曲应力只产生在带绕过带轮的部分，假设带是弹性体，则式中：E为带材料的弹性模量(MPa)；y为带的最外层到节面的距离(mm)，一般用h/2近似代替y；dd为带轮基准直径(mm)。

结论：由于交变应力的作用，将引起带的疲劳破坏。带的最大应力——发生在紧边开始绕进小轮处的横截面上。

带工作时的应力分布10.2.3弹性滑动与打滑1．弹性滑动和打滑弹性滑动——由于带是弹性体，受力不同时，带的变形量也不相同，这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动，称为弹性滑动。

②降低了传动效率；③引起带的磨损；④使带的温度升高。结论：弹性滑动将引起下列后果：①丢转，从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度；打滑——当传递的有效拉力大于极限摩擦力时，带与带轮间将发生全面滑动，这种滑动称为打滑。

结论：打滑将造成带的严重磨损并使从动轮转速急剧降低，致使传动失效。带在大轮上的包角一般大于在小轮上的，所以打滑总是先在小轮上开始。弹性滑动与打滑的区别：带的弹性滑动和打滑是两个完全不同的概念，打滑是因为过载引起的一种失效形式，因此打滑可以避免。而弹性滑动是由于带的弹性和拉力差引起的，是带传动正常工作中固有的特性，是不可避免的现象。

打滑既有可能出现在小带轮上，也有可能出现在大带轮上,这句话是否正确？为什么？【思考题10.4】10.3普通V带传动的设计计算10.3.1单根V带所能传递的基本额定功率带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏，因此带传动的设计准则是：在保证不打滑的前提下，使带具有一定的疲劳寿命。带具有足够的疲劳寿命，应当满足：或可得单根V带在不打滑时所能传递的功率为:—在载荷平稳、特定带长和包角（即传动比为1）

其中：的特定条件下试验得到的单根V带所能传递的基本额定功率。实际传动中，通常带长、包角等与试验条件不同，因此应对上述基本额定功率进行修正，其计算公式为：式中：—单根普通V带的额定功率；；—带长修正系数（考虑带长不等于特定带长时对传动能力的影响），见表10.2；—包角修正系数（考虑包角时，单根普通V带额定功率的增量），见表10.6时对传动能力的影响），见表10.7。—功率增量（实际传动比式中：式中：—单根普通V带的额定功率；式中：—功率增量（实际传动比—单根普通V带的额定功率；式中：10.3.2普通V带传动的设计计算设计的原始数据：功率P，转速n1、n2（或传动比i），传动位置要求及工作条件等。设计内容：确定带的类型和截型、长度L、根数Z、传动中心距a、带轮基准直径带轮结构尺寸和材料、带的初拉力和压轴力、张紧及防护装置等。1.确定设计功率设计步骤根据传递的功率P、载荷性质、原动机种类和工作情况等确定设计功率：Pd

－计算功率（KW）；KA－为工况系数；P为所需传递的功率（KW）根据带传动的设计功率Pd及转速n1带型。所选带型是否符合要求，需要考虑传动的空间位置要求以及带的根数等方面最后确定。2.选择带型图10.10普通V带选型图3.确定带轮基准直径dd1和dd2、验算带速v一般情况下，可以忽略滑动率的影响，则有大带轮基准直径当其它条件不变时，带轮基准直径越小，带传动越紧凑，但带内的弯曲应力越大，导致带的疲劳强度下降，传动效率下降。选择小带轮基准直径时，应使dd1≥ddmin，并取标准直径。普通V带传动的国家标准中规定了带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列见教材上表格。计算出的大带轮直径，应按表10.4圆整为标准尺寸。圆整后还应检验传动比i或从动轮转速n2是否在允许的变化范围内。通常情况下，带速在5～25m/s之间为宜；带速过高，会因离心力过大而降低带和带轮间的正压力，从而降低传动能力，而且单位时间内应力循环次数增加，将降低带的疲劳寿命。若带速过小，则所需圆周力大，导致V带的根数增多，结构尺寸加大。带速不符合上述要求时，应重新选择dd1。一般可以按下式进行初选中心距a0：带是根据带轮的基准直径和要求的中心距计算：根据初选的带长Ld0在表格中查取相近的基准长度Ld

，然后计算实际中心距a

中心距a的大小，直接关系到传动尺寸和带在单位时间内的绕转次数。中心距大，则传动尺寸大，但在单位时间内绕转次数可以减少，可以增加带的疲劳寿命，同时使包角增大，提高传动能力。4.确定中心距a和带的基准长度Ld

式中：

小带轮包角为：由前所述，包角越大，则产生的摩擦力越大。（一般要求大于90°～120°）带的根数应根据计算进行圆整。P一定时，z过大，易造成受力不均，一般z≤10

，当z过大时，应改选带轮基准直径或改选带型，重新计算。

5.验算包角6.确定带的根数

初拉力F0小，带传动的传动能力小，易出现打滑。初拉力F0过大，则带的寿命低，对轴及轴承的压力大。一般认为，单根V带的初拉力应为：

为了设计轴和轴承，应该计算V带对轴的压力，可以近似地按带两边的初拉力F0的合力计算7.确定初拉力8.计算压轴力9.带轮结构设计10.4其他带传动简介10.4.1同步带同步带传动是靠带齿和带轮带槽相互啮合传动的，如图所示，兼有带传动和齿轮传动的优点。近年来应用越来越广。同步带以钢丝绳或玻璃纤维绳为承载层，外部用氯丁橡胶或聚氨酯包覆。由于承载层强度高，受载后变形极小，能保持齿形带的带节距不变，因而带和带轮之间没有相对滑动，能保持准确的传动比，实现同步传动。由于同步带薄而轻、强力层强度高，因而适用的速度范围广（最高可达40m/s，），传动功率大（可达数百千瓦），传动比大（可达10），传动效率高（可达98%~99%）。其主要缺点是：制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。10.4其他带传动简介10.4.1同步带10.4其他带传动简介10.4.2窄V带普通V带（h/bp=0.7）工作绕过带轮时产生弯曲变形，外侧抗拉体受拉收缩，内侧压缩层受压横向膨胀，如图10.13所示，造成各层线绳受力不均，加速了带的损坏。而窄V带（图10.14，h/bp=0.9）抗拉体上移，横截面顶部成弓形，压缩层两侧面内凹，受拉弯曲变形后，顶部收缩后呈平面，两侧面受压膨胀后与带槽两侧面均匀接触，从而提高了其传动能力，与普通V带相比，同尺寸情况下，窄V带功率提高，且其结构紧凑，传动效率高，因而窄V带近年来发展应用较快。

图10.13普通V带工作变形图10.14窄V带结构10.5链传动10.5.1链传动概述链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成的，依靠链条作为中间挠性体来传递运动和动力的啮合传动。根据用途不同，链传动可分为传动链、起重链、曳引链。起重链和曳引链主要用在起重机械和运输机械中，而在一般机械中，常用的是传动链。图10.15链传动原理图与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比，径向压轴力小，适于低速情况下工作。链传动能在高温及油污恶劣环境中工作，也可用于多灰尘的环境。与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。链传动的传动功率P≤100kW，传动比i≤8，链传动的线速度v≤15m/s，传动效率可达98%。10.5.2滚子链和链轮传动链按结构不同有套筒滚子链和齿形链两种类型。其中套筒滚子链使用最广，齿形链使用较少。滚子与套筒、套筒与销轴之间均为间隙配合，形成动联接；内链板与套筒、外链板与销轴之间通过过盈配合形成内、外链节。滚子在链轮的齿间滚动，链的磨损主要发生在销轴和套筒的摩擦面上。

1．滚子链滚子链有单排链、双排链和多排链。由于精度的原因，链排数不宜过多。多排链的承载能力与排数大致成正比；传动功率较大时，使用多排链。多排滚子链

套筒滚子链的主要参数是节距p，对于多排链还有排距pt。节距越大，链条中各部分尺寸也越大，能传递的功率也越大。滚子链分为A、B两种系列；A系列用于重载、高速和重要的传动；B系列用于一般传动。滚子链的标记

链号－排号－整链链节数国标编号为了使各横截面接近等强度并减少链的质量和运动时的惯性力，链板均制成“∞”形。为了形成首尾相连的环形链条，要用接头加以联接。

当链节数为奇数时，采用图(c)所示的过渡链节。由于过渡链节的链板要受到附加弯矩的作用，形成链的薄弱环节，所以应尽量避免使用奇数链。开口销(b)弹簧夹(c)过渡链节套筒滚子链的接头形式2．链轮

链轮较常用的齿形是一种三圆弧一直线的齿形（如左图所示）。图中，齿廓上的a-a、a-b、c-d线段为三段圆弧，半径依次为r1、r2和r3；b-c线段为直线段。链轮上链条销轴中心所在的圆周称为分度圆。链轮齿形的主要几何尺寸为

分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径滚子链轮端面尺寸链轮的轴向齿廓及尺寸应符合国标GB1243-2006的规定。链轮的结构：整体式、孔板式、组合式。小直径的链轮可制成整体式；中等尺寸的链轮可制成孔板式；大直径的链轮可制成组装式。

材料：碳钢或铸铁，重要的链轮用合金钢。由于小链轮轮齿的工作次数比大链轮多，所以材料要比大链轮的好10.5.3链传动的运动特性在链传动中，链条包在链轮上如同包在两正多边形的轮子上，正多边形的边长等于链条的节距p。链的平均速度为：链传动的平均传动比为：1.链传动的速度分析链传动的运动分析φ1v1vγ

v2vBAββω1ω2O1O2γ链条铰链A点的前进分速度上下运动分速度同样，从动链轮B点前进速度v上下运动分速度链传动的运动分析φ1v1vγ

v2vBAββω1ω2O1O2γV1’由上述分析可知，链传动中，链条的前进速度和上下抖动速度是周期性变化的，链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化就越大。链传动瞬时传动比链传动的运动分析φ1v1vγ

v2vBAββω1ω2O1O2γ2.链传动的运动不均匀性10.5.4链传动的受力分析链的紧边拉力链的松边拉力

F1=Fe+Fc+FyN

F2=Fc+FyN圆周力（有效拉力）N离心拉力悬垂拉力FyN式中Fy－悬垂拉力，N。

f－链条垂度，一般推荐f＝(0.015～0.02)a，mm；

g－重力加速度，g=9.8m/s2；

a－中心距，m;Kf－垂度系数，Kf＝[8(f/a)]-1

图10.23作用在链上的力[思考题10.5]如果带传动、链传动和其他形式的传动等多种传动形式组合在一起，问带传动应放在高速级还是低速级？链传动应放在高速级还是低速级？为什么？10.5.5链传动的设计计算1．链传动的失效形式2．链传动的额定功率曲线在一定的使用寿命和润滑良好的条件下，把小链轮在不同转速下由各种失效形式所限定的传递传递功率作成曲线图，即得到该型号的链的极限功率曲线图。图所示为A系列滚子链所能传递的功率。它是在特定条件（z1=19，Lp＝100，单列链水平布置，载荷平稳，按图13-21推荐的润滑方式润滑，使用寿命为15000h，链条因磨损而引起的相对伸长量不超过30％）下，通过实验得到的。图10.24A系列单排链条的典型承载能力图3．链传动的设计计算（1）确定主、从动链轮齿数、由运动分析知道，为了使传动平稳，z1应选大些。故z1有一个最少齿数但z1增加将导致z2增加，将直接导致链传动的总体尺寸和重量增大。大链轮的齿数z2过多，除了增大传动的尺寸和重量外，还会造成因实际节距的磨损伸长而发生跳齿和脱链现象，所以，大链轮的齿数z2≤120。

由于链节数常是偶数，为考虑磨损均匀，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数。

为了使传动尺寸不致过大，链在小链轮上的包角不致过小，同时啮合的齿数不致太少，通常限定链传动传动比i≤6，推荐i=2～3.5。若链速较低、载荷平稳和传动尺寸不受限制，i＝8～10。（2）传动比一般≤7，通常取（3）修正功率式中：—动载荷系数，见表10.11；

—小链轮齿数系数，其数值由确定；—输入功率，表10.11动载荷系数（摘自GB/T18150-2006）从动机械特性主动机械特性运转平稳（电动机、汽轮机、带有液力耦合器的内燃机）轻微振动（带机械联轴器的六缸或六缸以上内燃机、频繁起动的电动机（每天多于两次））中等振动（带机械联轴器的六缸以下内燃机）平稳运转液体搅拌机、离心式压缩机、回转干燥机、轻负荷输送机、谷物机、印刷机、风机1.01.11.3中等振动三缸或三缸以上的泵或压缩机、混凝土搅拌机、载荷不均匀的输送机、固体搅拌机和混合机1.41.51.7严重振动电铲、轧机和球磨机、橡胶加工机械、刨床、压床和剪床、单缸或双杠泵和压缩机、石油钻采设备1.81.92.1（6）验算链速根据式（10-26），验算链速是否不小于。10.5.6链传动的布置、张紧和润滑1．链传动的布置链传动两轮轴线应平行，端面共面。两轮轴线连线水平布置（图10.25（a））或倾斜布置（图10.25(b））时，均应使紧边在上，松边在下，以免发生干涉或紧边、松边相碰。倾斜布置时，应使倾斜角小于45度（图10.25(b)）；若需两轮上下布置，尽量避免两轮轴线连线在铅垂线上，如图10.25(c)所示。（a）

（b）

（c）图10.25链传动布置（a）

（b）（c）图10.25链传动布置2．链传动的张紧链传动是啮合传动，不需要很大的张紧力。张紧的目的是为了避免因松边垂度过大而引起啮