1、第五章 带传动与链传动设计,一、带传动的特点、类型和应用,带传动：通过环形曳引元件，在两个或两个以上的传动轮之间传递运动和动力的传动。按工作原理带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动,第一节 概述,摩擦型带传动的特点及应用。组成：由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形传动带组成。工作原理：带在静止时受预拉力的作用，在带与带轮接触面间产生正压力。当主动轮转动时，靠带与主、从动带轮接触面间的摩擦力，拖动从动轮转动，实现传动。分类： V带传动：在与平带传动同样的条件下，产生的摩擦力比平带传动大的多； 平带传动：结构简单，效率较高，常用于传动中心距较大的场合； 多楔带传动：兼有平带与V带的优点，柔性好，
2、摩擦力大，主要用于传递较大功率并且机构要求紧凑的场合； 圆带传动：传递功率较小，一般用于轻、小型机械，如缝纫机等。 2. V带传动的类型与标准 V带的种类：普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、齿形V带、汽车V带、联组V带传动和接头V带传动等。 普通V带为相对高度的V带，它的规格尺寸、性能、测量方法及使用要求等均已标准化。普通V带按截面大小分为七种型号。,3.带传动的特点 优点：(1)具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳、清洁(无需润滑)，噪声小； (2)过载时，带在带轮上打滑，防止其它零部件损伤，起安全保护作用； (3)适用于中心距较大的场合；(4)结构简单，成本较低，装拆方便。 缺点：(1)带
3、在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；(2)传动效率低，带的寿命较短；(3)传动的外廓尺寸大；(4)需要张紧，支承带轮的轴及轴承受力较大；(5)不宜用于可燃等场所。,链传动简图,1、组成：,由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成。,2、工作原理：,以链条作中间挠性元件，靠链与链轮的啮合来传递动力和运动。,3、特点：,平均传动比准确，无滑动 作用在轴上压力小，对轴承的摩擦小； 结构紧凑， 能在恶劣的环境下工作；,优点：,二、链传动的特点、类型和应用,瞬时链速和瞬时传动比不是常数 传动不平稳 传动时有噪音、冲击,缺点：,4、链传动的主要性能：,闭式0.950.98；开式0.900.9
4、3；,传动功率：,传动效率：,单级传动比：,通常i 8,通常P100kw；,传动速度：,通常v15m/s；,中心距：,amax 56mm,一、带传动的受力分析,安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上.,带工作前：,带工作时：,此时，带只受初拉力F0作用,松边 退出主动轮的一边,紧边 进入主动轮的一边,由于摩擦力的作用：,紧边拉力 - 由 F0 增加到 F1；,松边拉力 - 由 F0 减小到 F2 。,Ff 带轮作用于带的摩擦力,第二节 带传动的基本理论,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
5、松边拉力减量 F,因此：,F1 F0 F,F2 F0 F,F0 (F1 F 2) / 2,F1 F0 F/2,F2 F0 F/2,由F = F1 F2，得：,带所传递的功率为：,P F v /1000 kW,v 为带速,P 增大时， 所需的F (即Ff )加大。但Ff 不可能无限增大。,打滑：,二、带传动的最大有效圆周拉力,当带所传递的圆周力F超过带与轮面之间的极限摩擦力总和Ff时，带与带轮将发生显著的相对滑动。,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。,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,当带有打滑趋
6、势时,摩擦力达到极限值， 带的有效拉力也达到最大值。推导得到松紧边拉力 F1 和 F2 的关系:,f 为摩擦系数；为带轮包角,柔韧体摩擦欧拉公式,联解：,F = F1 F2,得带即将打滑时，三力计算公式：,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：,三、影响最大有效圆周拉力的几个因素：,F 与F0 成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑。,但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。,带所能传递的圆周力增加，传, ,F,动能力增强，故应限制小带轮的最小包角 1。,f,F,传动能力增加,对于V带，应采用当量
7、摩擦系数 fv,由此可见： V带与平带传动相 比，在相同预拉力时，法向反 力不等，因此可以传递更大的 功率。,平带：,V带:,两种滑动现象：,打 滑, 是指由于过载引起的全面滑动，是带传动的一种失效形式，应当避免。,弹性滑动,是指正常工作时的微量滑动现象，是由拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引起的，不可避免。,弹性滑动是如何产生的？,因 F1 F2,1、弹性滑动,故松紧边单位长度上的变形量不等。,四、带传动的运动分析,当带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐缩短，这时带沿主动轮的转向相反方向滑动，使带的速度V落后于主动轮的圆周速度V1.,同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同？,弹
8、性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。,由此可见：,当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑动，使带的速度V超前于从动轮的圆周速度V2.,弹性滑动引起的不良后果：,设d1、d2为主、从动轮的直径，mm；n1、n2为主、从动轮的转速,r/min，则两轮的圆周速度分别为：, 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 ；, 使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即 v2 v1；,传动比i：,反映了弹性滑动的大小， 随载荷的改变而改变。载荷越大，越大，传动比的变化越大。,滑动率,带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率。,2、传动比,实际传动
9、比,理论传动比,对于V带： 0.010.02,一般计算时可忽略不计,从动轮的转速n2：,例题,一平皮带传动，传递的功率P=15kW，带速v=15m/s，带在小轮上的包角1=170o （2.97rad），带的厚度=4.8mm，宽度 b=100mm，带的密度=110-3kg/cm3，带与轮面间的摩擦系数f=0.3。 求（1）传递的圆周力；（2）紧边、松边拉力；（3）由于离心力在带中引起的拉力；（4）所需的预拉力；（5）作用在轴上的压力。,例题,（1）传递的圆周力,（2）紧边、松边拉力,（3）求由于离心力产生的拉力：,该平带每米长的质量为：,（4）所需的预拉力,（5）作用在轴上的压力,1、拉力F1、
10、F2 产生的拉应力1 、2,由离心力产生的拉应力；,由弯曲产生的弯曲应力。,紧边拉应力：,1 F 1/A MPa,松边拉应力：,2 F2 /A MPa,由紧边和松边拉力产生的拉应力；,工作时，带横截面上的应力由三部分组成：,A 带的横截面积，,五、带的应力分析,2、离心力产生的拉应力c,带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。,设：,作用在微单元弧段dl 的离,心力为dFNC，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,取：,虽然离心力只作用在做圆周运动
11、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）却作用于带的全长，且各剖面处处相等。,带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式 得带的弯曲应力：,节线至带最外层的距离,带的弹性模量,显然：,dd,故：,b 1 b 2,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 。,dd,b ,3、带弯曲而产生的弯曲应力b,带横截面的应力为三部分应力之和。,最大应力发生在:,紧边开始进入小带轮处。,带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。,各剖面的应力分布为：,由此可知：,带传动一周，完成两个应力循环 带的寿命
12、为T时，带的应力循环总次数为N,六、 带传动的失效形式及设计准则,打滑,疲劳破坏,不打滑,不发生疲劳破坏,确定单根带所能传递的许用功率,根据带传动的设计功率,确定带安全工作的根数,具体做法：,确定单根带所能传递的许用功率,实验条件,特定长度,单根带所能传递的功率,实际工作中单根带所能传递的许用功率,长度系数,包角系数,时的功率增量,不打滑,不疲劳破坏,第三节 V 带传动设计,1. 原始数据,2. 设计内容,原动机型号,对传动尺寸的要求,带轮结构,载荷性质,传动参数,作用于轴上的力,3. 设计步骤,工况系数,(2) 选择带的型号,(3) 确定带轮基准直径,(1) 确定设计功率,选型 Y Z A
13、B C D E,满足,取标准值,靠标准值,(4) 验算带速,在 525 m/s,V越大，带往外甩越 厉害，承载能力下降,带传动宜放高 速级，且吸振 缓冲,初选中心距,初算带长,计算实际中心距,验算包角,靠标准带长,(6) 确定带的根数,(7) 计算压轴力,根数不宜过多、否则各带受力不均,方案1 6.05 A 112 355 8.44 510 1800 1.61 3.76 (4),方案2 6.05 A 75 236 5.65 530 1600 0.73 8.3 过多,方案3 6.05 B 125 4 00 9.4 2 530 2000 2.10 2.88 (3),4. 带传动的张紧装置,调节螺钉
14、,绕小轴摆动,张紧轮,5. 带轮结构,实心式,辐板式,轮辐式,轴上受力较小,传动装置复杂,过载无保护,缓冲性不好,靠摩擦传动,靠啮合传动,缓冲、吸振,过载保护,传动装置简单,轴上受力较大,传动比恒定,传动比不恒定,外廓尺寸较小,外廓尺寸较大,寿命较长,寿命较短,带传动的基本现象,张紧才能工作,丢转速,方案比较,滚子链的规格：节距 p (链号),链传动的设计,链条,链号,排数,链节数,16A - 180 GB1243.1-83,80节,单排,链号16， p25.4,链轮,链轮分度圆直径,节距 p ：滚子链上相邻两滚子中心的距离,第四节 滚子链链条与链轮,1. 滚子链的结构,2. 链传动的平均传动
15、比,链节与链轮相啮合，可看成是链条绕在正多边形的链轮上,每分钟小轮上链条转过的长度,每分钟大轮上链条转过的长度,链的平均速度,平均传动比,3. 链传动运动的不均匀性,分析主动轮链条销轴轴心A的速度,水平分速度,垂直分速度,变化范围：,每一链节从进入到脱离啮合，链条前进的瞬时速度 周期性由小大小,变化范围,瞬时速度变化,垂直分速度亦周期性变化，链条抖动,则有：,瞬时传动比：,4. 链传动的动载荷,链轮转速越高,节距越大(齿数越少),链传动的动载荷越大,5. 链传动的失效及其设计准则,失效形式：,(3) 多次冲击破断,(5) 过载拉断,(4) 胶合,(2) 链的疲劳破坏,(1) 铰链磨损,与带传动
16、设计类似，确定不发生失效的链条规格(链号),设计准则：,链号,转速,链额定功率,该曲线图表是在实验条件下测试绘制的,单排数,链长,齿数,齿数系数,链长系数,多排链系数,实验条件下链条所能传递的功率,实际情况下链条所能传递的功率,链传动的计算功率,由,将实际功率 P 转化为图表纵坐标值,6. 链传动的设计,a. 设计步骤,(1) 确定链轮齿数,易脱链,最好选奇数(链节数为偶数，磨损均匀),(防脱链),(2) 选择链条型号、确定链节距和排数,由,链号(节距)，,尽量选用小节距,高速重载宜用小节距、多排数,低速重载宜用大节距、较少排数,(3) 确定中心距和链节数,初定中心距,计算链长,节数,圆整为偶数链节数,计算实际中心距,(4) 计算轴压力,低速链链条失效为静力拉断，校核安全系数,为单排链极限拉伸载荷,其中,方案1 3.08 25 28.6 40P 134 1 19.76 16A 25.4 202.7 1032.7 10.3 101 129.6 563,方案2 3.08 25 28.6 40P 134 2 11.62 10A 15.875 126.7 645.4 6.4 101 81 125,相同,b. 链传动的润滑,油壶加油,油浴润滑,飞溅润滑,油泵,c. 链轮结构,
