机械基础 课件 模块6 挠性传动

课程导入：模块六挠性传动

任务一

带传动机器人关节1-电动机2-传动带3-电磁离合器4-变速箱5-槽轮机构6-链传动7-信号采集器8-凸轮机构9-齿条10-齿轮11-夹具图6-1自动组装机传动系统图知识目标1.掌握带传动的类型、特点和应用；2.掌握带传动的使用和维护；3.了解带传动的工作情况；4.掌握标准V带传动的设计方法。能力目标1.能够正确使用和维护带传动；2.能够设计标准V带传动。素养目标1.培养学生标准意识和规范意识；2.培养学生严谨细心、爱岗敬业、精益求精的工匠精神。教学目标【学习重点与难点】1.带传动的类型、特点和应用；2.带传动的使用和维护；3.带传动的受力情况分析；4.V带传动的设计计算。【相关知识】一、带传动的类型和应用

带传动以具有弹性和柔性的带作为挠性件绕在两个或两个以上的带轮上，依靠带与带轮之间的摩擦（平带、V带、圆带、多楔带，如图a）或啮合（同步带，如图b）将作为拉力的圆周力从主动轮传递到从动轮。（a）摩擦型带传动

（b）啮合型带传动l-主动带轮2-从动带轮3-传动带带传动具有如下特点：（1）具有缓冲和吸振作用，传动平稳无噪声；（2）能够实现较大距离间两轴的传动；（3）通过改变带长，能满足不同的中心距要求。（4）由于带与带轮之间存在弹性滑动现象，摩擦型带传动存在传动效率较低、传动比不准确、带的寿命较短等缺点。

带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确、中小功率的远距离传动。一般带传动的传动功率P≤50kw、带速v=5～25m/s、传动比i≤7，传动距离较大的场合。在多级传动系统中，通常将摩擦型带传动置于高速级（或直接与原动机相连），起到过载保护并减小其结构尺寸和重量的作用。（一）摩擦型带传动（a）平带传动（b）V带传动（c）多楔带传动（d）圆带传动摩擦型带传动类型（二）啮合型带传动

啮合型带传动兼有摩擦型带传动和啮合传动的优点，缺点在于同步带及带轮制造工艺复杂，安装要求较高。

同步带传动主要用于中小功率、传动比要求精确的场合。带传动的类型：二、V带和V带轮的结构

V带横截面为梯形，工作面为两侧面，如图所示。V带的类型很多，主要有普通V带、窄V带、联组V带、大楔角V带等。（一）V带1.V带结构根据其结构分为包边V带、切边V带（普通切边V带、有齿切边V带和底胶夹布切边V带）两种。V带由胶帆布1（顶布2）、顶胶3、缓冲胶4、抗拉体5、底胶6、底布8（底胶夹布7）等组成。V带结构示意图包边V带

普通切边V带

有齿切边V带

底胶夹布切边V带）2.V带型号及尺寸标准普通V带均制成无接头的环形。在弯曲时，带中长度和宽度均不变的一层称为中性层，其宽度bp称为节宽。V带截面高度h和节宽bp的比值h/bp称为相对高度。楔角为40°、相对高度约为0.7的V带称为普通V带，应用最广，已标准化。按截面尺寸由小到大普通V带分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。其截面尺寸见下表。V带截面尺寸（摘自GB/T11544-2012）mm普通V带基准长度Ld（摘自GB/T11544-2012）mm3.V带的标记

普通V带的标记示例：A1430GB/T11544-2012

A―型号为A型；1430―带基准长度为1430mm。V带装在带轮上，和bp相对应的带轮的直径称为基准直径dd，见普通V带轮轮槽截面尺寸表。V带在规定的张紧力下位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld。它是V带的公称长度，用于带传动的几何计算和带的标记。普通V带基准长度Ld如下表所示。2.带轮材料、结构及精度要求（1）带轮材料

v＜25m/s时可用HT150；v=25～30m/s时，可用HT200；v＞30m/s可用铸钢；铝合金带轮和塑料带轮常用于小功率传动。

铸造带轮不允许有砂眼、裂纹、缩孔及气泡等缺陷。（2）V带轮的结构带轮通常由轮缘、轮辐（或腹板）、轮毂三部分组成。轮缘上制有槽，槽的结构尺寸和数目应与所用V带的型号、根数相对应。轮槽截面尺寸如图所示。V带轮按轮辐结构不同分为四种型式。如图所示为带轮几种典型结构。当带轮基准直径dd≤(2.5～3)d（d为带轮轴的直径）时，采用实心式（图a）；dd≤350mm时，采用腹板式（图b）或孔板式（图c）；dd＞350mm时，采用轮辐式（图d）。（3）带轮精度要求

标准GB/T11357-2020要求，传动带轮工作表面粗糙度值如图所示，且不应超出图示标注数值。传动带轮工作表面粗糙度值带轮的圆跳动公差值如表6-5所示。三、带传动的受力情况分析（一）带传动的几何关系

如图所示，带传动的主要几何参数有：中心距a、带长Ld、带轮基准直径dd、包角α。小带轮包角α1：大带轮包角α2：其中：对于普通V带L为基准长度Ld。V带为基准长度：中心距：（二）带传动的受力分析传动带预紧力F0

带传动的受力分析紧边拉力的增加量等于松边拉力的减少量，即：

F1－F0=F0－F2或

F1+F2=2F0带两边的拉力差F1－F2称为带传动的有效拉力F，此力等于带与带轮接触面上各点摩擦力的总和Fƒ

，称为带传动的圆周力，也称为带传动的有效拉力。

即：F=F1-F2=Ff

综合上述二式，得：

可见，带两边拉力F1和F2的大小取决于预紧力F0和带传动的有效拉力F。设P为带传动传递的功率（kW），v为带速（m/s），则带传递的有效拉力为：

当F超过带与带轮接触面上摩擦力的极限值Ffmax时，带将沿轮面产生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。

带传动即将打滑时，带与带轮间的摩擦力达到极限值，即有效拉力达到最大值，称为最大有效拉力Fmax。

紧边拉力F1与松边拉力F2之间的关系可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示，即：带传动的最大有效拉力Fmax为：即V带传动不打滑条件下所能传递的最大圆周力为Fmax。带在正常传动情况下，必须使F＜Fmax。（三）带的应力分析

带传动工作时，带中的应力有拉应力、弯曲应力、离心应力。1.拉应力

紧边的拉应力：σ1=F1/A，松边的拉应力；

σ2

=F2/A，如图所示。传动皮带应力分布2.弯曲应力

带绕过带轮时，因弯曲变形而产生弯曲应力：式中：E—带的弹性模量，Mpa；h—带的横截面高度，mm；dd—带轮的基准直径，mm。传动皮带应力分布3.离心应力

当带绕过带轮时，随带轮轮缘作圆周运动，带本身的质量将引起离心力：式中：m—每米带长的质量，kg/m；v—带速，m/s；A—带的横截面积，m2。（四）带传动的弹性滑动与传动比带传动的弹性滑动示意图

由于弹性滑动的存在，导致从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1。

弹性滑动和打滑是两个不同的概念。弹性滑动是因带两边的拉力差使带两边的弹性变形不等所引起，是带传动正常工作时不可避免的固有特性。打滑是因过载而引起，是可以避免的。四、V带传动的设计计算（一）V带传动的失效形式和计算准则

根据带传动的工作情况分析可知，V带传动的主要失效形式有：打滑、带疲劳破坏（脱层、撕裂或拉断）。

传动的设计准则：保证在带不打滑的前提下，带同时具有足够的疲劳强度和使用寿命。应满足以下要求：为由带的疲劳寿命决定的许用应力。（二）单根V带的基本额定功率

单根V带所能传递的功率是指在一定初拉力作用下，带传动不发生打滑且有足够疲劳寿命时所能传递的最大功率。带传动既不打滑又有一定疲劳寿命时单根V带所能传递的功率：

在载荷平稳、传动比i=1（包角α=180º）、特定带长的工作条件下，单根V带的所能传递的功率称为单根V带的基本额定功率P1。带所能传递的功率与带的长度、带轮的直径、带的型号、带的速度等参数有关。普通A、B型V带所能传递的基本额定功率P1数值如表6-7所示。

当传动比i＞1时，由于从动轮直径大于主动轮直径，传动带绕过从动轮时所产生的弯曲应力低于绕过主动轮时所产生的弯曲应力。因此，工作能力有所提高，即单根V带有一功率增量△P1，普通A、B型V带△P1数值如表6-7所示。这时单根V带所能传递的功率即为P1＋△P1。若实际工况下包角不等于180º、胶带长度与特定带长不同时，则应引入包角修正系数Kα（表6-8）和带长修正系数KL（表6-9）。这样，在实际工况下，单根V带所能传递的额定功率为：（三）V带传动的设计步骤和参数选择1.设计V带传动时一般需要给定的条件（1）传动的功率P；（2）大、小带轮的转速n2和n1；（3）传动的用途、工作情况和原动机类型，以及工作制度；（4）对传动的尺寸要求等。2.V带传动的设计步骤和参数选择（1）确定设计功率Pd

带在工作时，欲传递的额定功率P一定时，由于传动的用途、工作情况和原动机类型，以及工作制度等工况不同，带传动传递的功率会有变化，因此为设计安全可靠，按设计功率Pd设计：KA是工况系数，见表6-10。（2）选择V带型号（3）确定带轮基准直径dd1和dd2

一般根据V带的型号，参考表6-4选取小带轮基准直径dd1并满足dd1≥dmin，即比规定的最小基准直径略大些。大带轮基准直径可按dd2=（n1/n2）×dd1计算，然后按带轮基准直径系列圆整，V带带轮基准直径系列见表6-4。（4）验算带的速度（5）确定中心距a和V带基准长度Ld

根据结构要求初定中心距a0，或根据下式选定：初选后a0，初算V带的基准长度：

根据上式算得的值，再按表6-2选定相近的基准长度，然后再确定实际中心距a。由于V带传动的中心距一般是可以调整的，所以可用下式近似计算a值。

安装V带而必须调整，因此，最小中心距为：

如V带的初拉力靠加大中心距获得，则实际中心距应能调节。又考虑到使用中的多次调整，补偿带伸长所需最大中心距为：（6）验算小带轮上的包角如

较小，应增大中心距a或用张紧轮。（7）确定V带根数

根据设计功率

，普通V带的根数由下式确定：

为使每根V带受力比较均匀，所以根数不宜太多，通常应小于10根，否则应改选V带型号，重新设计。（8）确定初拉力

为了保证所需的传递功率，又不出现打滑，并考虑离心拉力的不利影响时，单根V带适当的初拉力为：

由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的初拉力应为上述初拉力计算值的1.5倍。（9）确定作用在轴上的压力

传动带的紧边拉力和松边拉力对轴产生压力，它等于紧边和松边拉力的向量和。但一般多用初拉力

，由下式求得：

式中，

是小带轮上的包角；z是V带根数。带传动作用在轴上的压力五、带传动的张紧、安装和维护（一）带传动张紧方法及装置

常用的张紧方法如定期张紧、自动张紧和张紧轮张紧三种。定期张紧装置

自动张紧装置

张紧轮张紧装置（二）带传动的安装和维护1）新旧V带、不同厂家生产的V带不能同组混用，以免各带受力不均匀。新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。2）安装带轮时，应使两带轮轴线保持平行，两轮对应轮槽的中心线应重合，偏斜角度小于20′（如图），以防带侧面磨损加剧。3）带的张紧程度要适当，可按规定数值安装，但在实践中，可根据经验调整（如图），带的张紧度以大拇指能按下10～15mm为宜。4）V带在轮槽中要有一正确位置（如图）。V带的顶面与带轮的外缘相平齐或略高出一点；底面与轮槽间留一定间隙。5）带传动装置外面应加防护罩，以保证安全，防止带与酸、碱或油接触而腐蚀传动带。6）带传动不需要润滑，禁止往带上加润滑油或润滑脂，应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。7）定期检查胶带，如有一根松弛或损坏则应全部更换新带。8）带传动工作温度不应超过60℃。9）如果带传动装置需闲置一段时间后再用，应将传动带放松。教学目标知识目标1.熟悉滚子链传动的失效形式；2.掌握滚子链传动的主要参数的计算；3.掌握链传动的维护、张紧及润滑。能力目标1.能合理选择滚子链传动的主要参数；2.能设计滚子链传动；3.能进行链传动的维护、张紧及润滑。素养目标1.培养学生标准意识和规范意识；2.培养学生严谨细心、爱岗敬业、精益求精的工匠精神。模块六挠性传动

任务二

链传动【学习重点与难点】1.滚子和链轮的结构；2.滚子链传动的设计计算。【相关知识】一、链传动的工作原理和特点及链的类型和应用

链传动由小链轮1、大链轮2和链条3三部分组成，两链轮分别安装在相互平行的两轴上，如图所示。

链传动靠链轮齿和链条之间的啮合来传递运动和动力。

按用途不同，链条可分为：传动链、输送链和起重链。一般机械传动装置中常用传动链。根据结构的不同，传动链又可分为：套筒链、滚子链、齿形传动链和其他结构链等。

在链条的生产与应用中，传动用短节距精密滚子链（简称滚子链）占有最主要的地位。通常滚子链的传动功率在100kw以下，链速在15m/s以下。先进的链传动技术已能使优质滚子链的传动功率达5000kw，速度可达35m/s。二、滚子链和链轮（一）滚子链

滚子链的结构如图所示，其内链板1和套筒4、外链板2和销轴5分别用过盈配合固连在一起，分别称为内、外链节。滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合。当链条啮入和啮出时，内、外链节做相对转动；同时，滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。内、外链板均制成“8”字形。组成链条的各零件，由碳钢或合金钢制成，并进行热处理，以提高强度和耐磨性。

滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距，用p表示。节距p越大，链条各零件的尺寸越大，所能承受的载荷越大。

滚子链可制成单排链和多排链，如图所示。排数越多，承载能力越大。

滚子链的长度以链节数表示。链节数最好取偶数，以便链条连成环形时正好是内、外链板相接，接头处可用开口销或弹簧夹锁紧，如图（a）所示。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节，如图（b）所示。双排滚子链结构滚子链接头形式（a）（b）

滚子链已标准化，分为A、B两个系列，常用的是A系列。表6-12列出了几种A系列滚子链的主要参数。设计时，要根据载荷大小及工作条件等选用适当的链条型号；确定链传动的几何尺寸及链轮的结构尺寸。注：链号是用英制单位表示的节距，它是以1in/16为1个单位，而米制节距p＝链号数×25.4mm/16。链条标记方法：链号-排数-整链链节数标准号。例如：10A-1-70GB/T1243-2006表示A系列、节距为15.875mm、单排、70节的标准滚子链。（二）滚子链链轮1.滚子链链轮齿形p-弦节距，等于链条节距re-齿侧圆弧半径d-分度圆直径ha-节距多边形以上的齿高dl-滚子直径最大值da-齿顶圆直径ri-滚子定位圆弧半径df-齿根圆直径α-滚子定位角z-齿数链轮端面齿形2.滚子链链轮的基本参数和主要尺寸

滚子链链轮的基本参数有：链轮齿数Z；配用链条的节距p；配用链条的滚子外径d1；配用链条的排距pt；

主要尺寸计算：3.链轮的常用结构和材料整体式腹板式组合式

焊接式链轮常用的结构形式

链轮的材料应能保证轮齿有足够的强度和耐磨性。常用材料有碳素钢如15号钢、35号钢、45号钢；合金钢如15Cr、40Cr；灰铸铁HT200等材料，齿面通常应热处理，使其达到一定硬度。

由于小链轮啮合次数多，磨损和冲击也较严重，所用材料常优于大链轮。三、链传动的运动分析和受力分析（一）链传动的运动分析链条平均线速度（简称链速）为：链传动的平均传动比：由于多边形效应，链条的瞬时速度和瞬时传动比都是变化的。链传动的运动分析瞬时速度:瞬时传动比:（二）链传动的受力分析

在安装链传动时，应使链条受一定的初拉力。链传动张紧的目的主要是使松边不致太松，以免影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿或脱链现象。

链在工作过程中，紧边和松边的拉力不等。若不计传动中的动载荷，链的紧边受到的拉力F1是由链传递的有效圆周力Ft、链的离心力Fc和链条松边垂度引起的悬垂拉力Ff三部分组成，即：链的松边所受的拉力F2由Fc及Ff两部分组成，即:有效圆周力：离心力引起的拉力：

悬垂拉力Ff的大小与链条的松边垂度及传动的布置方式有关，在Ff’和Ff″中选用大者。悬垂拉力计算示意图四、滚子链传动的设计计算（一）链传动的失效形式

1.链条疲劳破坏

2.链条铰链磨损

3.链条铰链胶合

4.链条过载拉断（二）计算准则

链传动的计算准则为：对于链速n＞0.6m/s的中、高速链传动，以保证链抗疲劳损坏的强度条件为依据；对于链速n＜0.6m/s的低速链传动，以防止链的过载拉断的静强度设计为依据。（三）典型的链传动额定功率曲线图符合GB/T1243-2006的A系列单排链条的典型承载能力图

如图所示是符合GB/T1243-2006的A系列单排链条的典型承载能力图，即典型链传动的额定功率曲线。

在获取双排链条的额定功率时，可由图中查取的单排额定功率值PC乘以1.7得到。获取三排链条的额定功率时，可由图中查取的单排修正额定功率值PC乘以2.5得到。（四）链传动的修正功率Pc

根据典型链传动额定功率曲线的获取条件，引入修正系数并按下式对名义功率P进行修正计算

Pc＝Pf1f2

f1与f2分别由表和图查取小齿轮齿数系数（五）确定链型及节距p

按照小链轮转速nl和修正功率PC的大小，由链条的承载能力图来选取能够满足小链轮转速和所要传递功率的、具有最小节距的单排链。当链轮转速超过了最小节距单排链的限制时，或者要求较为紧凑的传动布局设计时，应当考虑选择较小节距的多排链。（六）确定链节数X

对于由两个链轮组成的链传动，在确定链条节距p并初选中心距a0的基础上，使用以下公式计算链节数X0。

将上式计算获得的链节数X0圆整为整数X，并且最好取为偶数。（七）链传动的主要参数选择与计算1.传动比i与链轮齿数z

链传动的传动比一般情况下i≤7，推荐使用范围为i=2～3.5。

GB/T1243-2006主要应用的齿数范围为9-150齿。优选齿数为17、19、21、23、25、38、57、76、95和114。一般情况下，通常取z1≥17，在z1=17～29之间选取，小链轮