机械设计基础带传动及链传动2

带传动及链传动§1带传动概述§2带传动的工作原理和工作能力分析§3普通V带传动的设计计算§4链传动§1带传动概述一、带传动的组成123n2n1带张紧在两轮上，主动轮转ΣFf———→带运动ΣFf———→从动轮转动摩擦传动两个或多个带轮间用带作为挠性拉曳零件的传动（演示）。二、类型根据截面形状分胶帆布平带、编织带、高速带。整卷出售、有接头无接头1、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。普通V带宽V带

应用最广的带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。2、V带窄V带兼有平带和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。3、多楔带汽车发动机啮合传动，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。4、同步带三、带与带轮

1、平带和带轮

普通平带有接头（传动不平稳），高速带无接头。以橡胶和纤维制造的平带国际上已淘汰，被各种高分子材料，如尼龙、聚氨脂等所替代。

2、V带和带轮普通V带、窄V带、宽V带环形、无接头（传动平稳）楔角均为40°基准长度Ld为标准值（P162表9-2）应用最广用于调速机构中美国50年代研制：承载高、尺寸小40°普通V带已标准化（GB/T13575.1-92）共有七种型号：直径小速度高场合V带截面组成：帘布结构：一般传动绳芯结构：柔韧性好Y、Z、A、B、C、D、EAYZEBCD实心式：小直径V带轮材料：v≤30m/sHT200高速—→

钢制带轮：v

—→45m/s注：①D——节圆直径④小带轮直径不能太小D1≥Dmin②带轮楔角小于40°③D已系列化结构：轮缘：与带相连部分轮毂：安装在轴上部分轮辐：联接部分腹板式：中等直径轮辐式：大直径带传动的主要几何参数：中心距a

；带长L；带轮直径D1、D2；包角α1、α2。注意：α1≤α2四、传动形式开口传动：交叉传动：半交叉传动：两轴平行，ω1、ω2同向。两轴平行，ω1、ω2反向。两轴交错，不能逆转。五、特点

1）带有弹性——缓冲吸振、传动平稳、无噪音；弹性滑动，i不准确；

2）靠摩擦传动——过载打滑，保护损坏其他零件；磨损大、η低、寿命↓，压轴力大。

3）中间挠性件——适于远距离传动；结构尺寸大。

4）结构简单，制造安装方便，成本低。六、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、易爆场合外。

v

＝5～25m/s；i平≤6，iv≤10

多级传动中，带常布置在高速级。为什么？§2带传动的工作原理和工作能力分析一、带的作用力分析

1、带传递的力

1）工作前：工作前必须张紧带张紧在带轮上—→

接触面产生正压力，带两边产生等值初拉力F0

演示：带张紧演示：带-

受力2）工作时：形成紧边：松边：轮对带摩擦力带对轮摩擦力F0↑—→

F1（下边）F0↓—→

F2（上边）各力之间关系？a）取主动轮一端带为分离体ΣFfF2F1O1ΣMO1＝0：ΣFf

＝F1－F2b）取主动轮为分离体ΣFfT1ΣMO1＝0：F＝ΣFf

＝F1－F2∴······①ΣFf

＝2T1/D1带传动的有效圆周力：（有效拉力）故：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。c）F1、F2、F与F0间的关系？

变形协调条件：

紧边拉力增量＝松边拉力减量（带总长不变）即：F1－F0＝F0－F2F1＋F2＝2F03）开始打滑时：

ΣFf

—→maxF

—→

Fmaxv

＜10m/s

：离心力不计——挠性体摩擦公式（欧拉公式）（推导：P157）······②联解①、②式：对于V带：f—→

fv若v＜10m/s

：2、离心力产生的离心拉力Fc

＝qv2讨论：∵P∝F∴Pmax

∝Fmax

＝f（F0、f、α1）

F0↑、f↑、α1↑Fmax↑Pmax↑2、离心应力σc

q——单位带长质量

ρ——带密度3、弯曲应力当i＞1时，r1＜r2—→

σb1＞σb2∴小带轮直径不能太小。二、带的应力

1、拉应力σσ1＝F1/A（紧边拉力）σ2＝F2/A（松边拉力）σ1＞σ2当带型号、材料一定时:带工作时，受到三种应力：拉应力σ、离心应力σc

、弯曲应力σb∴

带内最大应力：紧边开始绕上小带轮处：演示带的最大应力发生在何处？结论：1、带内最大应力发生在：紧边开始绕上小带轮处；三、弹性滑动与打滑机理：带为弹性体；拉力—→

变形主动轮：b点：开始接触，拉力F1，V带b＝V轮1。：拉力F1F2，弹性变形↓，轮1：b→c带：b→c’即带在带轮上发生了相对滑动滑动角静角使得：V带

＜V轮1从动轮：同理，只是：

V轮2

＜V带3、σb

占比例最大，D↓σb↑∴每种带选择D

＞Dmin。2、带在变应力状态下工作防疲劳失效：

；—→

带逐渐缩短。1、弹性滑动c’仅发生在带从主从动轮上离开前的那一部分接触弧上。或●结论1）由于拉力差引起的带的弹性变形而产生的滑动现象——弹性滑动2）弹性滑动是不可避免的，是带传动的固有特性。（∵只要带工作，必存在有效圆周力，必然有拉力差）3）速度间关系：v轮1＞

v带＞

v轮2

。量关系—→

滑动率ε表示：4）后果：a、v轮2＜v轮1，i不准确；b、η↓；c、引起带的磨损；d、带温度↑，寿命↓。传动比总结：

1）打滑是过载造成的，∴打滑是可以避免的；

2）打滑过程中：ε↑↑，v2↓↓，传动失效；

3）η↓↓，磨损↑↑，

∴打滑必须避免；

4）打滑首先发生在小带轮上（∵α1＜α2）。区别：弹性滑动是带传动的固有特性，是不可避免的。打滑是一种失效形式，是可以避免的，而且必须避免。

2、打滑载荷F↑，（F1－F2）↑，弹性滑动区↑，α1′↑。当α1′=α1时，整个包角内全面的相对滑动

—→“打滑”。§3普通V带传动的设计计算一、带传动的疲劳强度计算

1、失效形式：

打滑和疲劳破坏（脱层、疲劳断裂）。

2、设计准则：在不打滑前提下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。

3、单根V带所能传递的功率：不打滑条件：最大有效圆周力为：不疲劳破坏：特定条件下：P0

——基本额定功率（α1

=α2

=180°，特定带长，载荷平稳）（见p163表9-4a）实际工作中：[P0

]——许用功率式中：ΔP0

——功率增量（考虑i≠1时，功率的增量。见表9-4b）

Kα——包角修正系数，见表9-5

KL——带长修正系数，见表9-2二、提高工作能力措施

1、增大摩擦系数f↑—→

Fmax

↑（∵ΣFf

↑）与带和带轮材料、表面状况、工作环境有关。

1）材料配对

2）采用V带：当量摩擦系数fv≈1.7f。2、适当增大F0F0↑—→

正压力↑—→

ΣFf

↑—→

Fmax

↑—→

Pmax

↑但：F0↑↑内应力↑↑

—→

带疲劳寿命↓带的磨损↑—→

寿命↓∴

应严格控制F0大小。F0↓↓

—→

带传动的工作能力不能充分发挥，易打滑。为保证初拉力不变，可设计张紧装置。3、增大包角αα↑—→

Fmax↑当i

＞1时：α1＞α2，打滑从小带轮开始。∴限制α1不能太小。结论：1）α1≥120°3）采用张紧装置。2）水平或近似水平布置：松边在上极限速度：P=0，F1全部用来克服Fc

。最佳速度：4、采用新型带传动大楔角V带、多楔带、同步带等。5、采用高强度材料6、尽量在最佳速度下工作三、V带传动的设计计算

1、原始数据

1）传递的功率

2）转速或传动比

3）传动对外廓尺寸的要求

4）传动工作条件

5）原动机类型等

2、设计内容

1）确定带的型号、根数z、长度Ld2）带轮直径D

及结构尺寸

3）中心距a4）张紧力F0、压轴力FQ

5）绘工作图、设计张紧装置等详见p167例9-1链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。链链轮机架一、链传动概述

1、组成演示§4链传动2、特点1）优点：与带传动相比较：①②η

高；③结构紧凑（∵带传动要求α1＞120°—→

a

↑）；④压轴力小（啮合传动——张紧力小）；⑤可在高温、潮湿等恶劣环境下工作。无弹性滑动与齿轮传动相比：①适于远距离传动；②成本低（制造、安装精度↓）。2）缺点：①只能用于平行轴间的传动，且同向转动；②，振动、平稳性差、噪音大；③成本比带传动高。3、应用Pmax

—→5000kW，v

max—→40m/s，i

max—→15，a

max—→8m一般：P

＜100kW，v

＜15m/s，i

＜8，a

＜5m。1）不宜用于载荷变化大和急促反向的传动；2）用于a

较大，要求i

平均不变，而不宜采用齿轮或带传动场合。∴广泛应用在自行车、摩托车挖掘机（恶劣工作条件）其它低速重载场合4、类型传动链

——一般机械传动，v

≤20m/s传动链起重链

——提升重物，v≤0.25m/s起重链曳引链

——移动重物，v

=2～4m/s曳引链二、传动链结构特点按结构不同，分为：、齿形链滚子链（套筒滚子链）、套筒链1、滚子链和套筒链形成铰链等强度，↓惯性力结构：外链节内链节自由滚动，减小摩擦，磨损内、外链板呈“8”字形：?

接头形式：连接链节：偶数节：奇数节：过渡链节：产生附加弯矩—→承载↓，FQ

=0.8FQ∴

避免采用奇数链节弹簧卡片

∣↓冲击和振动开口销奇数节主要参数：1）链节距p

——基本参数

p↑——尺寸↑

p

＝链号×25.4/16（mm）2）链节数Lp

整数，一般为偶数。3）排数zp单排链多排链排数↑—→

承载↑但：排数↑↑—→

承载不均∴zp

≯3～4

标准化滚子链已标准化：（p171表9-7）GB/T1243—1997×链号排数链节数标准编号例：

08A—1×87GB/T1243—1997

？

A系列、节距p

＝12.7mm，单排，87节滚子链链轮齿形已标准化。“齿形按GB/T1244-1997规定制造”分度圆直径：孔板式链轮结构：轮辐式（轮毂处采用了胀紧联结）组合式整体式1、失效形式1）链条元件的疲劳破坏

（∵交变应力下工作）2）铰链磨损—→

p↑—→

脱链3）胶合：销轴与套筒（高速或润滑不良）4）冲击破坏：起动、制动、反转5）静力拉断：v

＜0.6m/s

下，过载拉断6）链轮轮齿磨损三、滚子链传动的设计计算2、额定功率曲线针对各种失效形式——额定功率曲线（帐篷曲线）3、额定功率P0为避免上述失效形式—→

特定条件下，试验曲线疲劳冲击胶合特定条件：z1=25、Lp

=120、

Lh

=15000h，单排，水平，实际使用：修正！式中：

KA

——工作情况系数（表9-10）；

Kz

——小链轮齿数系数（表9-11）；

Kp

——多排链排数系数（Kp=1、1.75、2.5）；

P——名义功率；

P0——额定功率（图9-20）。设计时，由上式求P0（＝Pc

）—→

由P0、n1

在图9.20中选链型号四、参数选择1、传动比i

a

一定时，i↑—→

α↓—→

同时啮合齿数少—→

磨损↑—→

跳齿通常：α1

≥120°，i

＝2～3.52、链轮齿数

1）不宜过少—→↑运动不均匀性、↑动载荷—→↑垂直分速度，↑功率消耗z↓z↓，同时啮合齿数↓，磨损↑z↓，链节间相对转角↑，↑功率消耗∴限制zmin2）不宜过多z1↑—→

z2↑↑—→d＋Δd↑—→

跳齿、脱链↑—→

寿命↓磨损由于：磨损后：p

—→

p＋Δp即：当Δp

相同时：z↑—→

Δd↑—→

链节外移（爬齿）↑

—→

脱链可能性↑∴zmax

＝120问：自行车链传动，磨损后脱链从哪轮开始？前轮：z多3、链速、链轮极限转速

v↑—→

动载荷↑

∴

v

＜12m/s

nopt

—→

Pmax，nlim

—→

右侧竖线（图