《機械設(shè)計原理》第13章帶傳動和鏈傳動

第13章帶傳動和鏈傳動§13-1帶傳動的類型和應(yīng)用§13-2帶傳動的受力分析§13-3帶的應(yīng)力分析§13-4帶傳動的彈性滑動和傳動比§13-5普通V帶傳動的計算§13-6V帶輪的結(jié)構(gòu)§13-7同步帶傳動簡介§13-8鏈傳動的特點和應(yīng)用§13-9鏈條和鏈輪§13-11鏈傳動的主要及其選擇§13-12滾子鏈傳動的計算§13-10鏈傳動的運動分析和受力分析§13-13鏈傳動的潤滑和布置帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件傳遞運動和動力的，適用于兩軸中心距較大的場合。與齒輪傳動相比，它們具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點。中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云3§13-1帶傳動的類型和應(yīng)用帶傳動的組成：主動輪1、從動輪2、環(huán)形帶3。工作原理：安裝時帶被張緊在帶輪上，產(chǎn)生的初拉力使得帶與帶輪之間產(chǎn)生壓力。主動輪轉(zhuǎn)動時，依靠摩擦力托動從動輪一起同向回轉(zhuǎn)。1n2n12F0F0F0F0中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云類型平皮帶V型帶多楔帶摩擦型嚙合型同步帶圓形帶----摩擦牽引力大

----摩擦牽引力大

----牽引力小，用于儀器應(yīng)用：兩軸平行、且同向轉(zhuǎn)動的場合。稱為開口傳動。帶傳動的類型抗拉體中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云α2θα1θ帶傳動的幾何關(guān)系中心距a包角α:

因θ較小,代入得:帶長:θaCADB設(shè)計：潘存云d1d2中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云α1α1CADBd1d2aθ帶長:已知帶長時，由上式可得中心距:

帶傳動不僅安裝時必須把帶張緊在帶輪上，而且當帶工作一段時間之后，因帶永久伸長而松弛時，還應(yīng)當重新張緊。中南大學專用作者：潘存云教授a調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘滑道式張緊裝置擺架式張緊裝置a帶傳動的張緊方法：1.調(diào)整中心距中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云張緊輪帶傳動的張緊方法：1.調(diào)整中心距2.采用張緊輪3.自動張緊自動張緊裝置銷軸中南大學專用作者：潘存云教授帶傳動的優(yōu)點：1.適用于中心距較大的傳動；2.帶具有良好的撓性，可緩和沖擊、吸收振動；3.過載時帶與帶輪之間會出現(xiàn)打滑，避免了其它零件的損壞；4.結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。帶傳動的缺點：1.傳動的外廓尺寸較大；2.需要張緊裝置；3.由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比；4.帶的壽命較短；5.傳動效率較低。中南大學專用作者：潘存云教授應(yīng)用：兩軸平行、且同向轉(zhuǎn)動的場合（稱為開口傳動），中小功率電機與工作機之間的動力傳遞。V帶傳動應(yīng)用最廣，帶速：v=5~25m/s傳動比：i=7效率：η≈0.9~0.95中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云§13-2帶傳動的受力分析F0F0F0F0靜止時，帶兩邊的初拉力相等：傳動時，由于摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等：F1=F2=F0為了可靠工作，帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上。F1≠F2

F1↑，緊邊F2↓松邊F1F2F1F2緊邊松邊設(shè)帶的總長不變，則緊邊拉力增量和松邊的拉力減量相等：F1

–F0=F0

–F2

從動輪主動輪n1n2n1n2F0=(F1+F2)/2設(shè)計：潘存云中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云當圓周力F>∑Ff時，帶與帶輪之間出現(xiàn)顯著的滑動，稱為打滑.經(jīng)常出現(xiàn)打滑使帶的磨損加劇、傳動效率降低，導致傳動失效。稱F1-F2為有效拉力，即帶所能傳遞的圓周力：F=F1-F2且傳遞功率與圓周力和帶速之間有如下關(guān)系：以平帶為例，分析打滑時緊邊拉力F1和松邊拉力F2之間的關(guān)系。dFNF1F2F+dFFfdFNαdαdldα2dα2取一小段弧進行分析：參數(shù)如圖正壓力：dFN

兩端的拉力：F和F+dF

力平衡條件：忽略離心力,水平、垂直力分別平衡摩擦力：fdFN中南大學專用作者：潘存云教授由力平衡條件：積分得：緊邊和松邊的拉力之比為：→繞性體摩擦的基本公式中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云φ聯(lián)立求解：→F↑f↑α↑∵α1<α2用α1→

α分析：

V帶傳動與平皮帶傳動初拉力相等時，它們的法向力則不同。平帶的極限摩擦力為:

FNf=FQfFN/2FN/2FQFQFNFN=FQFN=FQ/sin(φ/2)φφ則V帶的極限摩擦力為：f’-----當量摩擦系數(shù),f’>fF=F1-F2中南大學專用作者：潘存云教授在相同條件下

，V帶能傳遞較大的功率?；蛟趥鬟f功率相同時，V帶傳動的結(jié)構(gòu)更為緊湊。用f’

代替f

后，得以下計算公式：中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云§13-3帶的應(yīng)力分析1.緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力緊邊拉應(yīng)力：松邊拉應(yīng)力：A為帶的橫截面積2.離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力帶在微弧段上產(chǎn)生的離心力：

帶工作時應(yīng)力由三部分組成dFNcdαdlrF1F2中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云離心力FNc在微弧段兩端會產(chǎn)生拉力Fc。

由力平衡條件得：dFNcdαdlrF1F2Fc

Fc

dα2dα2離心力只發(fā)生在帶作圓周運動的部分，但由此引起的拉力確作用在帶的全長。

離心拉應(yīng)力：

往x軸投影中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云3.彎曲應(yīng)力當帶繞過帶輪時，因為彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力設(shè)y為帶的中心層到最外層的垂直距離；E為帶的彈性模量；d為帶輪直徑。4.應(yīng)力分布及最大應(yīng)力δmaxδ1δb2α2n1n2α1δb1δ2y彎曲應(yīng)力為:最大應(yīng)力σmax出現(xiàn)在緊邊與小輪的接觸處。V帶的節(jié)線dV帶輪的基準圓由材料力學公式得離心應(yīng)力拉應(yīng)力彎曲應(yīng)力中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云F0F0α1由力平衡條件得靜止時軸上的壓力為：5.作用在軸上的力FQF0F0FQα12α12中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云F2F2F1F1§13-4帶傳動的彈性滑動和傳動比設(shè)帶的材料符合變形與應(yīng)力成正比的規(guī)律，則變形量為：這種因材料的彈性變形而產(chǎn)生的滑動被稱為彈性滑動。緊邊：松邊：∵F1>F2∴ε1>ε2帶繞過主動輪時，將逐漸縮短并沿輪面滑動，使帶速落后于輪速。帶經(jīng)過從動輪時，將逐漸被拉長并沿輪面滑動，使帶速超前于輪速?？傆校簐2<v1從動輪n2主動輪n1中南大學專用作者：潘存云教授得從動輪的轉(zhuǎn)速：帶傳動的傳動比：V帶傳動的滑動率ε=0.01~0.02，一般可忽略不計。定義：為滑動率。中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云§13-5普通V帶傳動的計算V帶可分為：普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶、汽車V帶等類型。其中普通V帶應(yīng)用最廣。一、V帶的規(guī)格組成：抗拉體、頂膠、底膠、包布。簾布芯結(jié)構(gòu)繩芯結(jié)構(gòu)包布頂膠抗拉體底膠節(jié)線節(jié)面節(jié)線：彎曲時保持原長不變的一條周線。節(jié)面：全部節(jié)線構(gòu)成的面。中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云bbdhφ=40?，h/bd

=0.7的V帶稱為普通V帶。已經(jīng)標準化，有七種型號。

型號OABCDEF頂寬b10131722323850節(jié)寬bd

8.5111419273242

高度h6810.513.51923.530

楔角φ每米質(zhì)量q（kq/m）0.060.010.170.300.620.901.52表13-1普通V帶的截面尺寸（GB11544-89）40?在V帶輪上，與所配用V帶的節(jié)面寬度相對應(yīng)的帶輪直徑稱為基準直徑d。dV帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準直徑上的周線長度稱為基準長度Ld

。標準長度系列詳見下頁表13-2，P202φbd中南大學專用作者：潘存云教授2240.8222401.101.061.00.912500.8425001.301.091.030.932800.8728001.111.050.953150.8931501.131.070.073550.9235501.171.070.974000.960.7940001.101.131.024501.000.8045001.151.045001.020.8150001.181.075600.8256001.096300.840.8163001.127100.860.8371001.158000.900.8580001.189000.920.870.8290001.2110000.940.890.84100001.2311200.950.910.861120012500.980.930.881250014001.010.960.901400016001.040.990.920.831600018001.061.010.950.86Ld/mmYZＡＢＣLd/mmＺＡＢＣ基準長度KL基準長度

KL

表13-2普通V帶的長度系列和帶長修正系數(shù)（GB/T13575.1-92）2000.8120001.081.030.980.88中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云

φ=40?，h/bd

=0.9的V帶稱為窄V帶。與普通V帶相比，高度相同時，寬度減小1/3，而承載能力提高1.5~2.5倍，適用于傳遞動力大而又要求緊湊的場合。bh40?型號寬度b(mm)高度h(mm)

3v9.5(3/8英寸)8A,B型

5V16.0(5/8英寸)13.5B,C,D型8V25.4(1英寸)23D,E,F型窄V帶的結(jié)構(gòu)及截面尺寸可替代的普通V帶中南大學專用作者：潘存云教授二、單根普通V帶的許用功率帶載帶輪上打滑或發(fā)生脫層、撕裂、拉斷等疲勞損壞時，就不能傳遞動力。因此帶傳動的設(shè)計依據(jù)是保證帶不打滑及具有一定的疲勞壽命。傳遞的功率為：單根帶所能傳遞的有效拉力為：為保證帶具有一定的疲勞壽命，應(yīng)使：σmax=σ1+σb+σc

≤[σ]σ1=[σ]

-σb-σc代入得：在α=π，Ld為特定長度、抗拉體為化學纖維繩芯結(jié)構(gòu)條件下計算所得P0稱為單根帶的基本額定功率。詳見下頁表13-3教材P203。中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云200400800950120014501600180020002400280032003600400050006000小帶輪基準直徑d1/mm表13-3單根普通V帶的基本額定功率（包角α=π、特定基準長度、載荷平穩(wěn)時）型號ZABC500.040.060.100.120.140.160.170.190.200.220.260.280.300.320.340.31560.040.060.120.140.170.190.200.230.250.300.330.350.370.390.410.40……………900.100.140.240.280.330.360.400.440.480.540.600.640.680.720.730.56750.150.260.450.510.600.680.730.790.840.921.001.041.081.091.00.80900.220.390.680.770.931.071.151.251.341.501.641.751.831.871.821.5……………1800.591.091.972.272.743.163.403.673.934.324.544.584.404.001.811250.480.841.441.641.932.192.332.502.642.852.962.942.802.511.091400.591.051.822.082.472.823.003.233.423.703.853.833.633.241.29…………2801.582.895.135.856.907.768.138.468.608.226.804.26小帶輪轉(zhuǎn)速n1/(r/min)2001.392.414.074.585.295.846.076.286.346.025.013.232241.702.995.125.786.717.457.758.008.067.576.083.57…………………4504.518.2013.815.2316.5916.4715.5713.299.64中南大學專用作者：潘存云教授實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率[P0]KL—長度系數(shù)；考慮帶長不為特定長度時對傳動能力的影響，見下頁表13—2。

中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云2240.8222401.101.061.00.912500.8425001.301.091.030.932800.8728001.111.050.953150.8931501.131.070.073550.9235501.171.070.974000.960.7940001.101.131.024501.000.8045001.151.045001.020.8150001.181.075600.8256001.096300.840.8163001.127100.860.8371001.158000.900.8580001.189000.920.870.8290001.2110000.940.890.84100001.2311200.950.910.861120012500.980.930.881250014001.010.960.901400016001.040.990.920.831600018001.061.010.950.86Ld/mmYZＡＢＣLd/mmＺＡＢＣ基準長度KL

基準長度

KL

表13-2普通V帶的長度系列和帶長修正系數(shù)（GB/T13575.1-92）2000.8120001.081.030.980.88中南大學專用作者：潘存云教授實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率[P0]KL—長度系數(shù)；?[P0]--功率增量；考慮在i≠1，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故在壽命相同的情況下，可增大傳遞功率，取值詳見表13-4中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云1.00~1.02~1.05~1.09~1.13~1.19~1.25~1.35~1.52~1.011.041.081.121.181.241.431.511.99小帶輪轉(zhuǎn)速n1表13-4單根普通V帶額定功率的增量?P0型號ZABC4000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.01……………傳動比i≥2.07300.000.000.000.000.000.000.010.010.010.0228000.000.010.020.020.030.030.030.040.040.044000.000.010.010.020.020.030.030.040.040.05……………7300.000.010.020.030.040.050.060.070.080.0928000.000.040.080.110.150.190.230.260.300.344000.000.010.030.040.060.070.080.100.110.13……………7300.000.020.050.070.100.120.150.170.200.2328000.000.100.200.290.390.490.590.600.700.894000.000.040.080.120.160.200.230.270.310.35……………7300.000.070.140.210.270.340.410.480.550.6228000.000.270.550.821.101.371.641.922.192.47中南大學專用作者：潘存云教授Kα

—包角系數(shù)?？紤]α≠180?時對傳動能力的影響，見表13—5實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率[P0]KL—長度系數(shù)；?[P0]--功率增量；表13-5包角修正系數(shù)

包角α1180?170?160?150?140?130?120?110?100?90?

Kα1.00.980.950.920.890.860.820.780.740.69中南大學專用作者：潘存云教授三、普通V帶的型號和根數(shù)的確定計算功率：KA---工作情況系數(shù)詳下頁見表13-6P205Kα

—包角系數(shù)。實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率[P0]KL—長度系數(shù)；?[P0]--功率增量；中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云表13-6工作情況系數(shù)載荷性質(zhì)載荷變動很小載荷變動小載荷變動較大載荷變動很大工作機原動機電動機（交流啟動、三角啟動、直流并勵）、四缸以上內(nèi)燃機電動機（聯(lián)機交流啟動、直流復勵或串勵）、四缸以下內(nèi)燃機液體攪拌機、通風機和鼓風機、離心式水泵和壓縮機、輕負荷輸送機。每天工作小時數(shù)/h<1010~16>16<1010~16>161.01.11.21.11.21.31.11.21.31.21.31.41.21.31.41.41.51.61.31.41.51.51.61.8帶式輸送機、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機、發(fā)電機、金屬切削機床、印刷機、旋轉(zhuǎn)篩、木工機械。制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機床、橡膠機械、振動篩、紡織機械等。破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨）。中南大學專用作者：潘存云教授型號的確定:根據(jù)Pc和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，由選型圖確定。三、普通V帶的型號和根數(shù)的確定計算功率：KA---工作情況系數(shù)Kα

—包角系數(shù)。實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率[P0]KL—長度系數(shù)；?[P0]--功率增量；中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云300050002000160040002008005001004003001000小帶輪的轉(zhuǎn)速n1(r/min)125025000.811.2523.154581016203040506380100200250普通V帶選型圖ZABCDEd1=50~71d1=80~100d1=112~140d1=125~140d1=160~200d1=200~315d1=355~400d1=450~500d1=80~100中南大學專用作者：潘存云教授型號的確定:根據(jù)Pc和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，由選型圖確定。根數(shù)的確定:三、普通V帶的型號和根數(shù)的確定計算功率：KA---工作情況系數(shù)Kα

—包角系數(shù)。實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率[P0]KL—長度系數(shù)；?[P0]--功率增量；中南大學專用作者：潘存云教授帶輪的直徑過小，則帶的彎曲應(yīng)力大，壽命降低。應(yīng)取：d1>dmin四、主要參數(shù)的選擇1.帶輪直徑與帶速型號YZABCDE

dmin205075125200315500表13--7帶輪的最小直徑dmin2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254755005305606306707107508009001000大帶輪的直徑d2：d1、d2：必須符合帶輪的基準直徑系列：中南大學專用作者：潘存云教授帶速：一般應(yīng)使v在5~25m/s的范圍內(nèi)。

2.中心距、帶長和包角推薦范圍：0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)初定V帶基準長度：根據(jù)L0由表13-2選取接近的基準長度Ld，然后計算中心距：中心距變動范圍為：考慮帶傳動的安裝、調(diào)整和V帶張緊的需要。(a-0.015Ld)~(a+0.015Ld)中南大學專用作者：潘存云教授小輪包角：一般應(yīng)使α1≥120?,否則可加大中心距或增加張緊輪。3.初拉力保持適當?shù)某趵κ菐鲃庸ぷ鞯氖滓獥l件。初拉力不足，會出現(xiàn)打滑，初拉力過大將增大軸和軸承上的壓力，并降低帶的壽命。計算公式：其中：Pc為計算功率；設(shè)計帶傳動的原始數(shù)據(jù)是：傳動用途、載荷性質(zhì)、傳遞功率、帶輪轉(zhuǎn)速以及對傳動的外廓尺寸的要求等。設(shè)計帶傳動的主要任務(wù)是：選擇合理的傳動參數(shù)、確定V帶型號、長度和根數(shù)；確定帶輪材料、結(jié)構(gòu)和尺寸。z為V帶根數(shù)；v為帶速；q為V帶每米長的質(zhì)量；ka為包角修正系數(shù)。中南大學專用作者：潘存云教授帶傳動設(shè)計的步驟:1.求計算功率；2.選擇普通V帶型號；3.求帶輪的基準直徑d1、d2；4.驗算帶速；5.求V帶的基準長度Ld和中心距a；6.驗算小帶輪的包角；7.求V帶根數(shù)z；8.求作用在帶輪軸上的壓力FQ；9.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計。中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云§13-6V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材。帶輪的結(jié)構(gòu)實心式----直徑??；d0dHL實心式中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云腹板式----中等直徑；dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσ見圖13-8s=(0.2～0.3)Bs1≥1.5ss2≥0.5s腹板式一§13-6V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材。帶輪的結(jié)構(gòu)實心式----直徑??；設(shè)計：潘存云S1斜度1：25SS2drdkdhddaLBS2中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云腹板式----中等直徑；dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσ見圖13-8s=(0.2～0.3)Bs2≥0.5s§13-6V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材。帶輪的結(jié)構(gòu)實心式----直徑小；腹板式二設(shè)計：潘存云斜度1：25S2drdkdhddaBSL中南大學專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云輪輻式----d>350mm；腹板式----中等直徑；§13-6V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材。帶輪的結(jié)構(gòu)實心式----直徑??；h2drdkdha1L斜度1：25ddaBh1h2=0.8h1a1=0.4h1

a2=0.8a1

f1≥0.2h1

f2≥0.2h2PnA3h1=290P功率n轉(zhuǎn)速A輪幅數(shù)中南大學專用