机械设计基础 课件 09 带传动与链传动

《机械设计基础》

课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第一节带传动的类型、特点及其应用1.传动原理分类带传动是一种常用的机械传动装置，如图9-1所示，它由主动带轮1、从动带轮2和环形挠性件3组成如图9-1所示。9-1带传动的类型、特点及其应用（1）摩擦带传动靠传动带与带轮接触面间产生的摩擦力传递运动和动力。通常采用增大接触面积来确保传递的可靠性，如图9-1。（2）啮合带传动靠带的内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动9-1带传动的类型、特点及其应用2.按传动带的截面形状分类按照传动带的横截面形状可以分为平带、V带、多楔带、圆带，如图9-3所示。根据各自的特点可以应用在不同场合。第九章9-1带传动的类型、特点及其应用（1）平带截面形状为矩形，内表面为工作面，主要用于两带轮轴线相距较远距离的传动，如图9-4a。（2）V带V带的截面形状为梯形，两侧面为工作面，如图9-4b。第九章（3）多楔带在平带基体上有若干根V带组成的传动带，图9-4c（4）圆带截面形状为圆形，图9-4d，只适用于传递较小的功率。9-1带传动的类型、特点及其应用

二、带传动的特点和应用

带传动有如下主要的特点：（1）带有良好的弹性和挠性，能缓冲吸振，传动平稳，噪音小；（2）具有过载保护功能，过载时带会打滑，保护其他零件不受损坏，（3）结构简单，易于加工、安装和维护方便，成本低廉；（4）适用大中心距传动；（5）摩擦带与带轮间存在着弹性滑动，不能保证传动比恒定；（6）带必须张紧在带轮上，增加了对轴的压力；（7）外廓尺寸大，需加装防护装置；（8）不适用于高温、易燃易爆及有腐蚀介质的场合。第九章9-1带传动的类型、特点及其应用第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准一、普通V带的结构

普通V带是标准件，被制成无接头的环形带，截面形状为等腰梯形，其剖面结构由胶帆布（顶布）、顶胶、缓冲胶、抗拉体、底胶、底布（底胶夹布）等组成，V带根据其机构分为V带、切边V带两种，如图9-5所示。图9-5V带结构示意图a)包边V带b)普通切边V带c)有齿切边V带d)底胶夹布切边V带1-胶帆布2-顶布3-顶胶4-缓冲胶5-芯绳6-底胶7-底布8-底胶夹布9-2普通V带与V带轮

顶胶由橡胶制成，工作时受拉力；抗拉体（强力层）由芯绳制成，工作时承受基本拉力；缓冲胶起到固定芯绳的作用，并吸收V带在高速运转时频繁变形产生的动态剪切应力；底胶（压缩层）由橡胶制成，工作时受压力。第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮二、普通V带的尺寸标注1.普通V带型号普通V带为标准件，根据GB/T11544－2012规定，按截面尺寸不同可分为：Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，规格与尺寸见表9-1。第二节普通V带与V带轮表9-1普通V带截面尺寸（摘自GB/T11544-2012）第九章9-2普通V带与V带轮2.普通V带参数（1）楔形角φ0：V带的截面为梯形，两侧边的夹角称为楔形角（或楔角），见表9-1。（2）中性层：V带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压缩短，两层之间存在一长度和宽度不变的中性层。（3）节宽：中性层上保持不变的周线称为节线，中性层面称为节面，节面的宽度称为节宽，见表9-1。（4）基准长度：V带在规定的张紧力下，节线长度称为基准长度，V带的基准长度Ld已标准化，各种截型普通V带的基准长度见表9-2。（5）基准直径：V带装在带轮上，和节宽相对应的带轮直径称为基准直径（又称为节圆直径），基准直径已标准化。机设设计简介第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮三、V带轮的材料

（1）当V带轮的圆周带速v＜25m／s时以下时，带轮常用的材料为灰铸铁HT150或者HT200；

（2）当速度较高时（v≥25m／s）时，带轮一般采用的是铸钢、锻钢、钢板等制造而成的；

（3）当在较小功率传动时，带轮材料也可采用铸铝合金或工程塑料。第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮四、V带轮的结构尺寸l．V带轮的结构设计要求（1）足够的强度和刚度，无过大的铸造内应力；（2）结构工艺性好，便于制造，质量分布均匀，重量轻；（3）带轮工作表面应光滑，以减少带的磨损；（4）当5m/s＜v＜25m／s时，带轮要进行静平衡。第九章9-2普通V带与V带轮第二节普通V带与V带轮2．V带轮的结构（1）带轮的组成带轮由轮缘、轮辐（辐板）和轮毂组成。轮缘用于安装V带轮，制有相应的V型带槽，轮辐（辐板）轮缘与轮毂相联接的部分，轮毂为带轮与轴相联接的部分。普通V带轮轮槽尺寸见表9-3。第九章9-2普通V带与V带轮（2）轮辐（辐板）结构实心式：用于≤（2.5～3）d0，图9-6a所示；辐板式：用于≤300mm，图9-6b所示；孔板式：用于≤400mm，图9-6c所示；椭圆轮辐式：用于＞400mm，图9-6d所示。V带轮的结构形式及辐板厚度的确定可参阅有关设计手册。第二节普通V带与V带轮第九章9-2普通V带与V带轮第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第三节带传动的受力分析一、带传动的受力分析带传动在没有加载时，带的上、下两边都受到相等的张紧力，称为初拉力。当主动带轮在转矩作用下以转速转动时，带进入主动带轮的一边被拉紧，该边称为紧边，紧边拉力；离开主动带轮的一边被放松，该边称为松边，松边拉力，如图

机械设计基础9-3带传动的受力分析带传动的受力分析假设带在工作前后总的长度保持不变，且具有弹性，则带的紧边拉力的增加量等于松边拉力减小量即：机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析以平带传动为例，引入柔韧体欧拉公式式中，、分别为带的紧边和松边拉力（N）；e为自然对数的底数；为摩擦因数；为小带轮的包角（rad）一般用当量摩擦因数带替，得联合得有效圆周力可知，带传动的摩擦因数、包角和初拉力越大，其有效圆周力就越大。但初拉力太大会使带的摩擦加剧，降低带的寿命，初拉力太小会照成工作能力不足。因此，合理的选择和保持带传动的初拉力是非常重要。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析二、带传动的应力分析1.两边拉力产生的拉应力紧边拉应力松边拉应力式中，、分别为紧边拉应力和松边拉应力（MPa）；、分别为紧边拉应力和松边拉应力（N）；A为带的横截面积（mm2）。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析二、带传动的应力分析2.离心力产生的拉应力带在带轮上做圆周运动时，由于离心力作用于全部带长，它产生的离心拉应力为式中，为离心力产生的拉应力（MPa）；为每米带长的质量（kg/m），为带速（m/s）。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析二、带传动的应力分析3.弯曲应力带绕在带轮上的部分产生弯曲应力，而V带外层处的弯曲应力最大。根据材料力学公式可得大、小带轮上带的弯曲应力分别为式中，、分别为小带轮和大带轮上带的弯曲应力（MPa）；E为带的弹性模量（MPa）；为带的最外层到节面的距离（mm）；、分别为小带轮和大带轮基准直径（mm）。机械设计基础第九章9-3带传动的受力分析为了防止弯曲应力过大，对每种型号的V带都规定了相应的最小带轮基准直径，见表带工作时，传动带中各截面的应力分布如图。最大应力发生在紧边绕上主动轮处，其值为由于带是在变应力状态下工作的，当应力循环次数达到一定值时，带就会发生疲劳破坏。机械设计基础带轮最小基准直径第九章9-3带传动的受力分析第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第四节带传动的弹性滑动及其传动比由于带是弹性体，受力后将会产生弹性变形，且紧边拉力F1大于松边拉力F2，因此紧边的伸长率大于松边的伸长率。这种由于带两边拉力不相等致使两边弹性变形不同，从而引起带与带轮间滑动的现象称为带传动的弹性滑动。它是摩擦带传动中不可避免的现象。机械设计基础第九章9-4带传动的弹性滑动及其传动比由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率，称为带传动的滑动因数，用ε表示，即从动轮转速的计算式为上两式中：υ1、υ2分别为主动带轮和从动带轮的速度；dd1、dd2分别为主动带轮和从动带轮的基准直径；n1、n2分别为主动带轮和从动带轮的转速（r/min）因ε值较小，故非精确计算时可以忽略不计。机械设计基础第九章第九章9-4带传动的弹性滑动及其传动比第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准第五节V带传动的张紧、安装和维护

一、带传递的张紧V带在初拉力的作用下，经过一定时间的运转后，会被拉长，即产生了塑性变形，致使初拉力减少，影响V带的工作能力，因此，为了保障带传动的工作性能，须定期检查与重新张紧，常用的方法有：1．调整中心距2．采用张紧轮9-5机V带传动的张紧、安装和维护

1．调整中心距对于水平布置的带传动，调整螺钉3使电动机1在滑道2上移动，直到带被张紧；垂直布置的带传动，调整螺钉4使电动机1绕定轴O摆动而将带张紧。或将电动机安装在浮动的摆架上，利用其自重，改变中心距，自动调节张紧力。第九章第五节9-5机V带传动的张紧、安装和维护2．采用张紧轮若中心距不可调节，可采用张紧轮装置，如图9-11所示。应注意，张紧轮应安装在松边的内侧且靠近大带轮，这样可以避免带包角的减小及V带的双向弯曲。第九章第五节9-5机V带传动的张紧、安装和维护二、V带传动安装和维护（1）安装V带时，将中心距缩小后将带套入，慢慢调整中心距，直至张紧。（2）安装V带时，两带轮轴线相互平行，各带轮相对应的轮槽的对称平面应重合，其偏角β误差不得超过20′。（3）多跟V带传动时，为避免受力不均匀，各带的制造偏差应控制在规定的公差范围内。（4）新旧带不能同时混合使用，更换时，要求全部同时更换。（5）定期对V带进行检查，及时调整中心距或更换V带，以保证V带的传动能力。（6）为了保证安全，带传动应加防护罩，同时应防止油、酸、碱等对V带的腐蚀。第九章第五节9-5机V带传动的张紧、安装和维护第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准

第六节链传动的类型、特点及其应用

链传动由轴线相互平行的主动链轮1、链条2和从动链轮3组成，如图9-13所示。通过链与链轮轮齿的相互啮合来传递运动和动力。9-6链传动的类型、特点及其应用一、链传动的类型链条根据用途不同分为传动链、起重链和牵引链。起重链和牵引链用于起重机械和运输机械。传动链主要用于一般机械传动。传动链又分为短节距精密滚子链（简称滚子链）、短节距精密套筒链（简称套筒链）、齿形链和成形链，如图9-14所示。第九章a）滚子链b）套筒链c）齿形链d）成型链图9-14链传动的类型9-6链传动的类型、特点及其应用二、链传动的特点和应用

链传动与其他传动相比，主要有以下特点：（1）链传动保证平均传动比不变。（2）链传动无初拉力，引起轴弯曲的作用力较小。（3）链传动可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣环境下工作。（4）链传动的瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，有冲击和噪声。（5）链条磨损后易发生跳齿，不宜用于高速和急速反向传动的场合。第九章9-6链传动的类型、特点及其应用二、链传动的特点和应用因此，链传动适用于两轴线平行且距离较远、瞬时传动比无严格要求以及工作环境恶劣的场合，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等各种机械中。目前，链传动所能传递的功率可达3600kW，常用于100kW以下，链速可达30-40m/s，常用15m/s；传动比最大可达15，一般；效率=0.91~0.97。第九章9-6链传动的类型、特点及其应用第九章带传动与链传动第一节带传动的类型、特点及其应用第二节普通V带与V带轮第三节带传动的受力分析第四节带传动的弹性滑动及其传动比第五节V带传动的张紧、安装和维护第六节链传动的类型、特点及其应用第七节滚子链传动的结构和标准一、滚子链的结构

滚子链由内链板1、外链板2、套筒3、销轴4和滚子5组成。如图9-15所示，外链板与销轴、内链板与套筒之间采用过盈配合，而销轴与套筒之间为间隙配合，可以作相对转动，以适应链条进入和退出链轮时的屈伸；滚子与套筒之间采用间隙配合，以使链与链轮在进入与退出啮合时，滚子与轮齿形成滚动摩擦，减小链和轮齿的磨损度，又可以减轻链的质量，节约材料。9-7滚子链传动的结构和标准图9-15单排滚子链结构相邻两滚子轴线间的距离称链为节距，用P表示，它是链传动的基本参数。P值愈大，链的各部分尺寸愈大，承载能力愈高，且在齿数一定时，链轮尺寸随之增大。滚子链有单排或多排结构，排距用Pt表示。排数愈多，承载能力愈高，但制造与安装误差也愈大，各排链受载不均匀现象愈严重，一般链的排数不超过4排。如图9-16所示。图9-16双排滚子链结构第九章9-7滚子链传动的结构和标准第九章滚子链的基本参数与尺寸见表9-5。表内的链号数乘以25.4/16mm即为节距值。链号中的后缀表示系列。滚子链的标记规定为：链号-排号国标编号。如标记为“12A-2GB/T1243—2006”代表A系列、节距为19.05mm的双排的滚子链。9-7滚子链传动的结构和标准二、滚子链链轮1.链轮的齿形链轮的齿形应能使链轮与链条接触良好，受力均匀，并使链节能顺利的进入和退出与轮齿的啮合。链轮的齿形已有国家标准，规定了滚子链链轮的端面齿槽形状。如图9-17所示，链轮齿形两侧呈圆弧状，以便链节进入或退出啮合。图9-17链轮端面齿形第九章9-7滚子链传动的结构和标准2.链轮的几何参数和尺寸滚子链链轮的主要尺寸及计算公式见表9-6表9-6滚子链链轮主要尺寸及计算公式第九章9-7滚子链传动的结构和标准表9-6滚子链链轮主要尺寸及计算公式（单位：mm）第九章9-7滚子链传动的结构和标准第九章3.链轮的材料一般载荷的链轮为中碳钢淬火处理；高速重载时，链轮用低碳钢渗碳淬火处理；低速时