13章带传动与链传动g机械设计基础解析.ppt

§13—1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用第十三章第十三章 带传动与链传动带传动与链传动§13—2 带传动的受力分析带传动的受力分析 §13—4 带传动的弹性滑动和传动比带传动的弹性滑动和传动比 简述简述§13—3 带的应力分析带的应力分析 §13—6 V带轮的结构带轮的结构§13—8 链传动的特点和应用链传动的特点和应用 §13—10 链传动的运动分析和受力分析链传动的运动分析和受力分析 §13—5 普通普通V带带传动的计算传动的计算§13—9 链条和链轮链条和链轮 §13—12 滚子链传动的计算滚子链传动的计算 挠性传动挠性传动 —— 通过中间挠性件传递运动和动力的传动机通过中间挠性件传递运动和动力的传动机构；由主动轮、从动轮和传动带所组成构；由主动轮、从动轮和传动带所组成包括：包括：带传动带传动、、链传动链传动和绳传动和绳传动挠性传动的工作原理挠性传动的工作原理 ——摩擦传动摩擦传动：：：： 平带、平带、平带、平带、V V V V带、多楔带、圆带等。

带、多楔带、圆带等带、多楔带、圆带等带、多楔带、圆带等啮合传动：啮合传动： 同步带、链传动等同步带、链传动等同步带、链传动等同步带、链传动等带传动带传动和和链传动链传动适用于两轴中心距较大的传动场合适用于两轴中心距较大的传动场合简述简述§13-1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用一、一、带传动带传动工作原理工作原理二、二、主要主要类型和应用类型和应用三、三、带传动参数带传动参数四、四、带传动的张紧方式带传动的张紧方式五、五、带传动的特点带传动的特点和和主要性能主要性能 驱动力矩使主动轮转动时，依靠带和带轮接触面驱动力矩使主动轮转动时，依靠带和带轮接触面间的摩擦力的作用，拖动从动轮一起转动，由此传递间的摩擦力的作用，拖动从动轮一起转动，由此传递一定的运动和动力一定的运动和动力一、工作原理：一、工作原理：二、主要类型与应用二、主要类型与应用 最简单，截面形状为矩形，其工作面是与轮最简单，截面形状为矩形，其工作面是与轮面接触的内表面适合于高速转动或中心距面接触的内表面适合于高速转动或中心距a a较较大的情况。

大的情况1.1.平型带传动平型带传动 ——2.V2.V带传动带传动 —— 三角带，截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽三角带，截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽相接触的两侧面为工作面，在相同张紧力和摩擦相接触的两侧面为工作面，在相同张紧力和摩擦系数情况下，系数情况下，V V带传动产生的摩擦力比平带传动的带传动产生的摩擦力比平带传动的摩擦要大，故具有较大的牵引能力，结构更加紧摩擦要大，故具有较大的牵引能力，结构更加紧凑，广泛应用于机械传动中凑，广泛应用于机械传动中 截面形状为圆形，牵引截面形状为圆形，牵引能力小，常用于仪器和家用电器中能力小，常用于仪器和家用电器中3.3.多楔带传动多楔带传动——4.4.圆形带圆形带—— 相当于平带与多相当于平带与多根根V V带的组合兼有两者的优点，适带的组合兼有两者的优点，适于传递功率较大要求结构紧凑场合于传递功率较大要求结构紧凑场合三、带传动参数三、带传动参数两轴平行且回转方向相同的传动称为两轴平行且回转方向相同的传动称为开口传动开口传动。

 设小、大带轮的直径为设小、大带轮的直径为d1、、 d2 ，，带长为带长为L 当带处于张当带处于张紧状态时，两带轮轴线间紧状态时，两带轮轴线间的距离称为中心距的距离称为中心距a a 带与带轮接触带与带轮接触弧所对的中心角称为包弧所对的中心角称为包角角  则包角则包角中心距中心距a：：包角包角 :代入代入式式中中“＋＋”适用大轮包角适用大轮包角 2，， “－－”适用小轮包角适用小轮包角 1带长带长L：：L＝＝2AB+BC+ADADCB已知带长已知带长L，，由上式可得中心距：由上式可得中心距：四、带传动的张紧方式四、带传动的张紧方式带传动常用的张紧方法是调节中心距带传动常用的张紧方法是调节中心距中心距不能调节，可采用具有张紧轮的装置中心距不能调节，可采用具有张紧轮的装置五、带传动的特点五、带传动的特点优点：优点：1）适用于中心距较大的传动；）适用于中心距较大的传动；2）带具有良好的）带具有良好的挠性挠性挠性挠性，可缓和冲击吸收振动；，可缓和冲击吸收振动；3）具有过载保护作用；）具有过载保护作用；4）结构简单，成本低。

结构简单，成本低缺点：缺点：1）外廓尺寸大；）外廓尺寸大；2）需要张紧装置；）需要张紧装置；3）由于带的打滑，不能保持精确的传动比；）由于带的打滑，不能保持精确的传动比；4）带的寿命短；）带的寿命短；5）传动效率低传动效率低带传动的主要性能：带传动的主要性能：带的速度带的速度V V：：一般为一般为V=5～～25m／／s ；；单级传动比：平型带单级传动比：平型带4~5，，V（（三角）带三角）带7~10，，同步齿型带＜同步齿型带＜10 ；； 通通常常，，带带传传动动用用于于中中小小功功率率电电动动机机与与工工作作机机械械之之间间的的动动力力传传递递目目前前V带带传传动动应应用用最最广广近近年年来来平平带带传传动动的的应应用用已已大大为为减减少少但但在在多多轴轴传传动动或或高高速速情情况况下下，，平平带带传传动动仍然是很有效的仍然是很有效的传动比传动比i i：：效率效率  ：：传动效率传动效率0.90～～0.95§13-2 带传动的受力分析带传动的受力分析一、一、带传动的受力分析带传动的受力分析二、二、带传动的最大有效圆周拉力带传动的最大有效圆周拉力三、三、影响最大有效影响最大有效圆周圆周拉力的拉力的 几个因素几个因素一、一、带传动的受力分析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：带工作前：带工作时：带工作时：F0F0Ff －－带轮作用于带轮作用于带的摩擦力带的摩擦力紧边紧边 －－ 进入主动轮的一边进入主动轮的一边F = Ff = F1 – F2 F －－ 有效拉力，即圆周力有效拉力，即圆周力 带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：紧边拉伸增量紧边拉伸增量 ＝＝ 松边拉伸减量松边拉伸减量紧边拉力增量紧边拉力增量 ＝＝ 松边拉力减量＝松边拉力减量＝ △△F 因此：因此：F1 ＝＝ F0 ＋＋△△FF2 ＝＝ F0 －－△△FF0 ＝＝(F1 ＋＋F 2) / 2F1 ＝＝ F0 ＋＋F/2F2 ＝＝ F0 －－F/2由由F = F1 – F2，，得：得：带所传递的功率为：带所传递的功率为：P ＝＝ F v /1000 kWv 为带速为带速P 增大时，增大时， 所需的所需的F (即即Ff )加大。

但加大但Ff 不可能无限增大不可能无限增大打滑打滑：：二、带传动的最大有效圆周拉力二、带传动的最大有效圆周拉力当带所传递的圆周力当带所传递的圆周力F超过超过带与轮面之间的极带与轮面之间的极限摩擦力总和限摩擦力总和Ff时，带与带轮将发生显著的相时，带与带轮将发生显著的相对滑动 当当Ff 达到极限值达到极限值Fflim 时，带传动处于即将打滑的时，带传动处于即将打滑的临界状态此时，临界状态此时， F1 达到最大，而达到最大，而F2 达到最小达到最小欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松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边拉力的最大比值 当带有打滑趋势时当带有打滑趋势时, ,摩擦力达到极限值，摩擦力达到极限值， 带的带的有效拉力也达到最大值有效拉力也达到最大值推导得到推导得到松紧边拉力松紧边拉力 F1 F1 和和 F2 F2 的关系的关系: :f 为摩擦系数；为摩擦系数；α为带轮包角为带轮包角联解：联解：F = F1 – F2得带即将打滑时，三力计算公式：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，此时为不打滑时的最大有效拉力，将将F1 ＝＝ F0 ＋＋F/2代入上式：代入上式：正常工作时，有效拉力不能超过此值正常工作时，有效拉力不能超过此值整理后得：整理后得：三、影响最大有效三、影响最大有效圆周圆周拉力的几个因素：拉力的几个因素：初拉力初拉力初拉力初拉力F F0 0 ：：：：F F 与与与与F F0 0 成正比，增大成正比，增大成正比，增大成正比，增大F F0 0有利于提高带有利于提高带有利于提高带有利于提高带的传动能力，避免打滑。

的传动能力，避免打滑的传动能力，避免打滑的传动能力，避免打滑但但但但F F0 0 过大，将使带发热和磨损加剧，过大，将使带发热和磨损加剧，过大，将使带发热和磨损加剧，过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命从而缩短带的寿命从而缩短带的寿命从而缩短带的寿命包角包角包角包角    ：：：：带所能传递的圆周力增加，传带所能传递的圆周力增加，传带所能传递的圆周力增加，传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动能力增强，故应限制小带轮的最小包角动能力增强，故应限制小带轮的最小包角动能力增强，故应限制小带轮的最小包角    1 1摩擦系数摩擦系数摩擦系数摩擦系数 f f ：：：： f f↑↑,→F传动能力增加传动能力增加传动能力增加传动能力增加对于对于对于对于V V带，应采用当量摩擦系数带，应采用当量摩擦系数带，应采用当量摩擦系数带，应采用当量摩擦系数 f fv vQFNQFNFN平带：平带：V带带:§13-3 带的应力分析带的应力分析 1、、紧边和松边拉力紧边和松边拉力 产生的拉产生的拉 应力应力 2、、离心力产生的拉应力离心力产生的拉应力3、、带弯曲而产生的弯曲应力带弯曲而产生的弯曲应力1、拉力、拉力F1、、F2 产生的拉应力产生的拉应力σ1 、、σ2 由由离心力离心力产生的拉应力；产生的拉应力；由由弯曲弯曲产生的弯曲应力。

产生的弯曲应力紧边拉应力：紧边拉应力： σ1 ＝＝ F 1/A MPa松边拉应力：松边拉应力： σ2 ＝＝ F2 /A MPa由紧边和松边由紧边和松边拉力拉力产生的拉应力；产生的拉应力；工作时，带横截面上的应力由三部分组成：工作时，带横截面上的应力由三部分组成：A －－ 带的横带的横截面积，截面积，带的应力分析带的应力分析2、离心力产生的拉应力、离心力产生的拉应力σc 带绕过带轮作圆周运动时会带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力产生离心力dFNC设：设：作用在微单元弧段作用在微单元弧段dl 的离的离心力为心力为dFNC，，则则截取微单元弧段截取微单元弧段dl 研究，其两端拉力研究，其两端拉力Fc 为为离心力引起的拉力离心力引起的拉力由水平方向力的平衡条件可知：由水平方向力的平衡条件可知：取：取：虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，∴∴即：即：则离心拉力则离心拉力 Fc 产生的拉应力为：产生的拉应力为：注意：注意：但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于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，由材力公式带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式得带的弯曲应力：得带的弯曲应力：显然：显然： dd↓故：故：σb 1 > σb 2 与离心拉应力不同，与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上带轮的那一部分带上 d dd d→σb ↑3、带弯曲而产生的弯曲应力、带弯曲而产生的弯曲应力σb带横截面的应力为三部分应力之和带横截面的应力为三部分应力之和最大应力发生在最大应力发生在: 紧边开始进紧边开始进入小带轮处入小带轮处带受变应力作用，这将使带产生带受变应力作用，这将使带产生疲劳疲劳破坏各剖面的应力分布为：各剖面的应力分布为：由此可知：由此可知：带传动一周，完成两个应力循环带传动一周，完成两个应力循环带的寿命为带的寿命为T时，带的应力循环总次数为时，带的应力循环总次数为N§13-413-4 带传动的弹性滑动和传动比带传动的弹性滑动和传动比 1、、弹性滑动弹性滑动2、、传动比传动比两种滑动现象：两种滑动现象：打打 滑滑 — 是指由于过载引起的全面滑动，是带传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。

动的一种失效形式，应当避免弹性滑动弹性滑动 —是指正常工作时的微量滑动现象，是由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）引拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引起的，不可避免起的，不可避免 弹性滑动是如何弹性滑动是如何产生的？产生的？因因 F1 > F21、弹性滑动、弹性滑动故松紧边单位长度故松紧边单位长度上的变形量不等上的变形量不等 当带绕过主动当带绕过主动轮时，由于拉力逐轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐减小，所以带逐渐缩短，这时带沿渐缩短，这时带沿主动轮的转向相反主动轮的转向相反方向滑动，使带的方向滑动，使带的速度速度V落后于主动落后于主动轮的圆周速度轮的圆周速度V1.同样的现象也发生在从动同样的现象也发生在从动轮上但情况有何不同？轮上但情况有何不同？弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的由此可见：由此可见： 当带绕过从动轮时，由当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑动，轮的转向相同方向滑动，使带的速度使带的速度V超前于从动轮超前于从动轮的圆周速度的圆周速度V2. 1 1．带的弹性滑动和打滑．带的弹性滑动和打滑弹性滑动：弹性滑动：—带为弹性体，由于带为弹性体，由于摩摩擦力擦力使带的两边使带的两边拉力不拉力不等等，发生不同程度的拉，发生不同程度的拉伸变形，使带和带轮间伸变形，使带和带轮间产生产生相对滑动。

相对滑动b`仅发生在带从主从动轮上离开前的那一部分接触弧上弹性滑动引起的不良后果：弹性滑动引起的不良后果：设设d1、、d2为主、从动轮的直径，为主、从动轮的直径，mm；；n1、、n2为主、为主、从动轮的转速从动轮的转速,r/min，，则两轮的圆周速度分别为：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使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即，即 v2 < v1；；传动比传动比i：： ε反映了弹性滑动的大小，反映了弹性滑动的大小，ε 随载荷的改变而改随载荷的改变而改变载荷越大，变载荷越大，ε越大，传动比的变化越大越大，传动比的变化越大滑动率滑动率ε—带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率2、传动比、传动比实际传动比实际传动比理论传动比理论传动比对于对于V带：带： ε ≈0.01~0.02,一般计算时可忽略不计一般计算时可忽略不计从动轮的转速从动轮的转速n2：：例题例题P199 一平皮带传动，传递的功率一平皮带传动，传递的功率P=15kW，，带速带速v=15m/s，，带在小轮上的包角带在小轮上的包角 1=170o（（2.97rad），），带的厚度带的厚度 =4.8mm，，宽度宽度b=100mm，，带的密度带的密度 =1×10-3kg/cm3，，带带与轮面间的摩擦系数与轮面间的摩擦系数f=0.3。

求（求（1）传递的圆周力；）传递的圆周力； （（2）紧边、松边拉力；）紧边、松边拉力； （（3）由于离心力在带中引起的拉力；）由于离心力在带中引起的拉力； （（4）所需的预拉力；）所需的预拉力； （（5）作用在轴上的压力作用在轴上的压力例题例题P199（（1））传递的圆周力传递的圆周力（（2））紧边、松边拉力紧边、松边拉力（（3））求由于离心力产生的拉力：求由于离心力产生的拉力：该该平带每米长的质量为：平带每米长的质量为：（（4））所需的预拉力所需的预拉力（（5））作用在轴上的压力作用在轴上的压力F0FQa1F0F0F0FQ§13-513-5 普通普通V V带传动的计算带传动的计算一、一、带的规格带的规格二、二、单根普通带的许用功率单根普通带的许用功率三、三、普通带的型号和根数普通带的型号和根数四、四、带的主要参数带的主要参数外包层外包层一、带的规格带的规格抗拉体是承受负载拉力的主体抗拉体是承受负载拉力的主体顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩外壳用橡胶帆布包围成型外壳用橡胶帆布包围成型1、带的结构、带的结构2、带的节线与节面、带的节线与节面 当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为一条周线称为节线节线。

由全部节线构成的面称为由全部节线构成的面称为节面节面带的节面宽度成为带的节面宽度成为节宽（节宽（bd），），当带受纵向弯曲时，节宽保持不变当带受纵向弯曲时，节宽保持不变3、带的型号、带的型号普通普通v带：带：楔角楔角 为为40o，，相对高相对高度（度（h/bd））为为0.7的三角带的三角带 普通普通v带已带已标准化，根据标准化，根据截面尺寸，可以分成七种型号，截面尺寸，可以分成七种型号，分别是分别是Y ~ E带轮的带轮的基准直径基准直径d：：4、名词解释：、名词解释：带轮上与所配用的v带的节面宽度bd相对应的直径 皮带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度皮带的皮带的基准长度基准长度Ld：：皮带的皮带的公称长度公称长度Li：皮带的内周长度2 2、单根、单根V V带的许用功率带的许用功率 －－ 承载能力计算承载能力计算二、二、单根普通带的许用功率单根普通带的许用功率1 1、、带传动的主要带传动的主要失效形式失效形式● 打打 滑滑 －－ 带与带轮之间的显著滑动，过载引起带与带轮之间的显著滑动，过载引起● 疲劳断裂疲劳断裂－－ 变应力引起。

变应力引起 在保证不打滑的前提下，具有足够的在保证不打滑的前提下，具有足够的 疲劳寿命疲劳寿命要保证带的疲劳寿命，应使最大应力不超过许用应力：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－不疲劳的要求或：或：带设计准则：带设计准则：根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为：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：由此得单根带所能传递的功率：－不打滑的要求－不打滑的要求则：则：此式包含了不打滑、不疲劳两个条件此式包含了不打滑、不疲劳两个条件 表表13－－3\4列出了在列出了在特定条件特定条件下单根普通下单根普通V带所能传递的功率，称为基本额定功率带所能传递的功率，称为基本额定功率 P0 特定条件：特定条件：传动平稳；传动平稳； i ＝＝1，，α1＝＝α2＝＝π；；特定带长特定带长Ld 当当实际工作条件与特定条件实际工作条件与特定条件不同时，要对不同时，要对P0 值加值加以修正，即可得到实际工作条件下，单根普通带所能以修正，即可得到实际工作条件下，单根普通带所能传递的功率，称为传递的功率，称为许用功率许用功率[ P0 ]：：● K  — 包角修正系数。

包角包角修正系数包角α不等于不等于π，，传动能力有传动能力有所下降，引入包角修正系数所下降，引入包角修正系数Kα Kα≤1● KL — 带长修正系数带长修正系数 KL带越长，单位时间内的带越长，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，短带的寿命短引入带长修正系数相反，短带的寿命短引入带长修正系数 KL ● △△P0 — 传动比传动比 i > 1，，从动轮直径增大，从动轮直径增大，σb2减小，减小， 功率增量功率增量，，传动能力提高，则额定功率增加传动能力提高，则额定功率增加三、普通带的型号和根数的确定计算功率和根数的计算式：计算功率和根数的计算式：工况系数，查表工况系数，查表13－－8计算功率计算功率:根数根数:四、主要参数的选择主要参数的选择1. 带轮直径和带速带轮直径和带速大带轮的基准直径大带轮的基准直径:带速带速:要求要求:最佳带速最佳带速V=5~25m/s小轮直径小轮直径d d1 1应该大于等于最小直径应该大于等于最小直径d dminmin，见，见表表13—913—9。

离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力↓，传递载荷能力，传递载荷能力↓V太小太小:由由P=FV可知，传递同样功率可知，传递同样功率P时，圆周力时，圆周力F太大，寿命太大，寿命↓ V太大太大:2.中心距、带长和包角中心距、带长和包角3.预拉力预拉力4.作用在带轮轴上的压力作用在带轮轴上的压力§13-613-6 带轮的结构带轮的结构一、带轮材料一、带轮材料 二、结构尺寸二、结构尺寸三、带轮楔角与皮带三、带轮楔角与皮带 截面夹角的关系截面夹角的关系一、带轮材料一、带轮材料 二、结构尺寸二、结构尺寸1 1）实心式）实心式 2) 2) 腹板式腹板式3 3））轮辐式轮辐式可采用铸钢或钢板冲压后焊接可采用铸钢或钢板冲压后焊接塑料塑料、木材、木材高速：高速：其他：其他： 带轮常用铸铁制造带轮常用铸铁制造(允许的最大圆周速度允许的最大圆周速度V＝＝25m/s) 小直径小直径 d da a≤≤（（2.52.5～～3 3））d d中等直径中等直径 d da a＝＝300mm300mm直径很大直径很大 da≥350mmda≥350mm 普通普通V V带两侧面的夹角均为带两侧面的夹角均为4040  ，带轮轮槽的，带轮轮槽的楔角比皮带截面夹角小，其目的是为了使皮带在楔角比皮带截面夹角小，其目的是为了使皮带在弯曲后仍能紧贴轮槽的两面。

一般轮槽的楔角等弯曲后仍能紧贴轮槽的两面一般轮槽的楔角等于于3232  、、3434  、、3636 或或3838  三、带轮楔角与皮带截面夹角的关系三、带轮楔角与皮带截面夹角的关系。