机械设计基础 第五版 课件 ch05 带传动和链传动

第五章

带传动和链传动高的教育出版社2013年——机械设计基础第五章带传动和链传动——机械设计基础第五章带传动和链传动§5-1带传动的类型和应用§5-2V带和V带轮§5-3带传动的受力分析和应力分析§5-4带传动的弹性滑动和传动比§5-5普通V带传动的设计§5-6带传动的张紧和维护§5-7链传动的特点和应用§5-8滚子链和链轮§5-9链传动的运动特性§5-10滚子链传动的设计计算§5-11链传动的布置和张紧§5-1带传动的类型和应用一、类型1.组成

2.类型摩擦带传动（平带、V带、多楔带、圆带）啮合带传动（同步齿形带）第五章带传动和链传动平带是分析的基础，主要学习V带传动的设计计算平带的摩擦力为：V带的摩擦力为：fv—

当量摩擦系数，显然fv>f相同条件下，V带的摩擦力大于平带，传动能力更大平带和V带传动能力的比较：二、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，磨损大、η低、寿命↓缓冲吸振、传动平稳、3）中间挠性件——适于远距离传动；4）结构简单，制造安装方便，成本低。三、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/si平≤5，iv≤7多级传动中，带布置在高速级。为什么？应用实例机器人关节

普通V带已标准化，共有七种型号：Y、Z、A、B、C、D、EGB/T1313575.1-92小大AYZEBCD§5-2V带和V带轮机构传动中应用最广的是普通V带传动。一、V带的结构和标准环形、无接头（传动平稳）楔角均为40°40°基准长度Ld为标准值（P63表5-2）2.V带轮槽尺寸标准当v≤25m/s时，用HT150；当v=25～30m/s时用HT200；当≥25～45m/s时用球墨铸铁、铸钢或锻钢；小功率时可用铸铝或塑料.1.带轮的材料二、V带轮的材料和结构S型-实心带轮H型-孔板带轮E型-椭圆轮辐带3.带轮的结构一、带传动中的主要几何参数主要几何参数有:中心距a，带轮直径d，带长L，包角α等带轮直径d1、d2——对V带为带轮的基准直径。带长L对V带是基准长度Ld。包角α1、α2——小带轮和大带轮与带接触弧所对中心角。§5-3带传动的受力分析和应力分析1、带传递的力接触面产生正压力，带两边产生等值初拉力F0。带张紧在带轮上

a、工作前：带两边受相同初拉力F。二、带传动受力分析b、工作时：主动轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向一致，从动轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向相反。产生紧边拉力F1，松边拉力F2。形成紧边：F0↑F1（下）松边：F0↓F2（上）：轮对带摩擦力：带对轮摩擦力F=Ff=F1–F2

F－

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：紧边拉伸增量＝松边拉伸减量紧边拉力增量＝松边拉力减量＝△F

因此：F1＝F0＋△FF2＝F0－△FF0＝(F1＋F

2)/2F1＝F0＋F/2F2＝F0－F/2由F=F1–F2，得：带所传递的功率为：P

＝F

v/1000kWv

为带速P增大时，所需的F(即Ff)加大。但Ff不可能无限增大。f为摩擦系数；α为带轮包角当Ff达到极限值Fflim时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，F1达到最大，而F2达到最小。带传动即将打滑时，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式：2、欧拉公式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那么：F

=F1–F2

＝F1(1－1/efα)F－此时为不打滑时的最大有效拉力，将F1＝F0＋F/2代入上式：正常工作时，有效拉力不能超过此值整理后得：影响最大有效拉力的几个因素：初拉力F0：F与F0成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑。包角α

：带所能传递的圆周力增加，传动

α↑↑,→F能力增强，故应保证小带轮的包角α1。↓摩擦系数f

：

f↑↑,→F传动能力增加对于V带，应采用当量摩擦系数fv当包角α＝180°时：V带－F1/F2＝efvπ≈5平带－F1/F2＝e

fπ≈3由此可见：相同条件下，V带的传动能力强于平带三、带传动的应力分析工作时，带横截面上的应力由三部分组成：由紧边和松边拉力产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由弯曲产生的弯曲应力。1、拉力F1、F2产生的拉应力σ1、σ2紧边拉应力：σ1＝F1/AMPa松边拉应力：σ2＝F2

/AMPaA－带的横截面积2、离心力产生的拉应力σc设：带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。作用在微单元弧段dl的离心力为dC，则截取微单元弧段dl研究，其两端拉力Fc为离心力引起的拉力。由水平方向力的平衡条件可知：微单元弧的质量带速（m/s)带单位长度质量（kg/m）带轮半径微单元弧对应的圆心角虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，∴即：则离心拉力Fc产生的拉应力为：注意：但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全部，且各剖面处处相等。3、带弯曲而产生的弯曲应力σb带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式：带的高度带的弹性模量显然：

dd↓→σb↑故：σb1>σb2带绕过小带轮时的弯曲应力带绕过大带轮时的弯曲应力与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上

。传动带应力分布情况最大应力发生在紧边绕上小带轮处。

1.弹性滑动带是弹性体，受力会产生弹性变形。由于紧、松边上所受拉力不等，因而产生弹性变形也不相同。对其运动有何影响？我们把这种微量的滑动现象称为弹性滑动。弹性滑动是不可避免的，它造成功率损失，增加带的磨损，还会使传动比不准确。其原因是带为弹性体+拉力差§5-4带传动的弹性滑动和传动比弹性滑动演示总结：1）打滑是过载造成的，∴打滑是可以避免的。2）η↓↓，磨损↑↑，∴打滑必须避免。3）打滑首先发生在小带轮上。

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。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，即v2<v1；●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；2、传动比滑动率ε—弹性滑动引起的从动轮圆周速度的相对降低量传动比：ε反映了弹性滑动的大小，ε随载荷的改变而改变。载荷越大，ε越大，传动比的变化越大。对于V带：ε≈0.01~0.02粗略计算时可忽略不计一、失效形式及设计准则1、失效形式●打滑－带与带轮之间的显著滑动，过载引起●疲劳破损－变应力引起2、设计准则在保证不打滑的前提下，具有足够的疲劳寿命二、单根V带的许用功率－承载能力计算要保证带的疲劳寿命，应使最大应力不超过许用应力：－不疲劳的要求或：§5-5普通V带传动的设计根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为：由此得单根带所能传递的功率：－不打滑的要求则：此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。表5－4列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的功率，称为基本额定功率P1。特定条件：传动平稳；i＝1α1＝α2＝π；特定带长实际工作条件：●

传动比i>1－从动轮直径增大，传动能力提高，则额定功率增加△P1

查表5-5

●

带长不等于特定带长－带越长，单位时间内的应力循环次数越少，则带的疲劳寿命越长。相反，短带的寿命短。为此，引入带长修正系数KL。查表5-7●

包角α不等于π－小带轮包角小于π，传动能力有所下降，引入包角修正系数Kα。Kα≤1查表5-6σb2减小，在实际工作条件下，单根V带的额定功率为：三、已知条件及设计内容传递的名义功率P；已知条件主动轮转速n1

；从动轮转速n2或传动比i；传动位置要求

；工况条件、原动机类型等；V带的型号、长度和根数；设计内容带轮直径和结构；传动中心距a；验算带速v

和包角α

；计算初拉力和压轴力；工作情况系数KA工作情况KA软启动硬启动每天工作小时数/h＜1010～16＞16＜1010～16＞16载荷变动微小离心式水泵和压缩机、轻型输送机等1.01.11.21.11.21.3载荷变动小压缩机、发电机、金属切削机床、印刷机、木工机械等1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、起重机、冲剪机床、纺织机械、橡胶机械、重载输送机、磨粉机等1.21.31.41.41.51.6载荷变动大破碎机、摩碎机等1.31.41.51.51.61.8四、设计步骤和主要参数的确定1.确定计算功率式中：

传递的名义功率（如电动机的额定功率，KW）2.选择V带的型号

根据计算功率Pc和主动轮（通常是小带轮）转速n1由右图选择V带型号。

当所选取得结果在两种型号的分界线附近，可以两种型号同时计算，最后从中选择较好的方案3.确定带轮基准直径带轮直径小可使传动结构紧凑，但另一方面弯曲应力大大，使带的寿命降低。设计时应取小带轮的基准直径dd1≥ddmin，ddmin

的值查表5-9忽略弹性滑动的影响，dd2=dd1•n1/n2，dd1、dd2宜取标准值4.验算带速（5-25m/s)离心力增大，带轮间摩擦力减小，容易打滑带速不宜过高，否则单位时间内绕过带轮的次数也增多，降低传动带的工作寿命带速不宜过低，否则当传递功率一定时，传递的圆周力增大，带的根数增多5.初定中心距a和基准带长Ld

按下式初步确定中心距a0初选a0后，可根据下式计算v带的初选长度L0

根据初选长度L0，由表5-7选取与相近的基准长度Ld作为所选带的长度，然后就可以计算出实际中心距a，即

考虑到安装调整和带松弛后张紧的需要，应给中心距留出一定的调整余量。中心距的变动范围为0.03Ld

6.验算小带轮包角小带轮包角可按下式计算

一般要求，否则应适当增大中心距或减小传动比，也可以加张紧轮。7.确定V带根数Z

带的根数应取整数。为使各带受力均匀，根数不宜过多，一般应满足z<10。如计算结果超出范围，应改V带型号或加大带轮直径后重新设计。8.单根V带的初拉力F0

由于新带易松弛，对不能调整中心距的普通V带传动，安装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍9.带传动作用在带轮轴上的压力FQ

10.带轮设计

带轮设计包括以下内容：确定结构类型结构尺寸轮槽尺寸材料画出带轮工作图。§5-6带传动的张紧装置带传动的张紧演示1带传动的张紧演示2链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。1.工作原理§5-7链传动的特点和应用一、链传动的结构和类型二、链传动的类型和应用

根据结构的不同，常用的传动链可分为滚子链和齿形链。齿形链虽传动平稳、噪声小，但结构复杂、重量较大且价格较高，主要用于高速(v>30m/s)传动和运动精度要求较高的传动中。滚子链结构简单、磨损较轻，故应用较广。外链板内链板套筒滚子销轴与带传动相比：没有滑动现象；能保持准确的平均传动比；链条不需太大的张紧力，对轴压力较小；传递的功率较大，效率较高，低速时能传递较大的圆周力。与齿轮传动相比：链传动的结构简单，安装方便，成本低廉，传动中心距适用范围较大(中心距最大可达十多米)，能在高温、多尘、油污等恶劣的条件下工作。链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。三、链传动的特点一般链传动的应用范围为：传递功率P≤100kW；传动比≤

8；链速v≤20m/s；中心距≤

6m；效率η=0.95～0.98。链传动主要用在中心距较大，要求平均传动比准确以及工作环境恶劣的场合，目前在农业、矿山、建筑、石油、化工和起重运输等机械中得到广泛的应用。一、滚子链

结构：自由滚动，减小摩擦，磨损内、外链板呈“8”字形：?

等强度，↓惯性力内链节外链节形成铰链§5-8滚子链和链轮

标准化滚子链已标准化：P78表5-10GB1243—2006×链号排数链节数标准编号例：08A—1×86GB1243—2006

A系列、节距p=12.7mm，单排，86节链的长度以链节数LP表示。一般LP取偶数，链轮齿数取奇数。二、链轮分度圆直径为:§5-9链传动的运动特性一、平均链速V和平均传动比i已知链轮齿数为Z1、Z2，节距为P，转速为n1、n2。二、瞬时链速VS和瞬时传动比iS由于链条绕上链轮时形成折线，产生多边形效应，VS、iS都是成周期性变化的。为分析方便，设主动边（紧边）始终处于水平位置。假定：主动边总处于水平位置，链轮抽象成正多边形，边长为p。链速：β1的变化范围：而所以：z1↓，φ1↑，v的变化↑瞬时传动比：瞬时速比周期性变化，称为多边形效应。平均传动比：平均传动比为常数

§5-10滚子链传动的设计计算一、失效形式1、链条元件的疲劳破坏（∵交变应力下工作）2、铰链铰链磨损→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6、链轮轮齿磨损5、静力拉断：下，过载拉断二、额定功率曲线针对各种失效形式——额定功率曲线

（帐篷曲线）三、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P——传递的功率KA——工况系数表5-14KZ——小链轮齿数系数。图5-24KP——排数系数。表5-15图5-22是国产十种型号的滚子链的额定许用功率曲线这是在特定的实验条件下确定的（水平布置、载荷平稳、推荐的润滑方式，Z1=19，i=3，a=120P，寿命15000h，单排）。设计时，根据实际条件对PO值加以修正。

对于一般链轮v≤0.6m/s的链传动，主要失效形式为链条的过载拉断，因此