【機械設(shè)計基礎(chǔ)】第六章-帶傳動和鏈傳動

1.帶傳動的工作原理2.帶傳動的受力分析、失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則3.普通V帶傳動的參數(shù)選擇和設(shè)計計算4.鏈傳動的工作原理重點學(xué)習(xí)內(nèi)容帶傳動研究對象：以普通V帶為主研究內(nèi)容：帶傳動的工作原理、特點、應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)，分析普通帶傳動的失效形式與設(shè)計準(zhǔn)則，設(shè)計的思路和方法，以及使用和維護(hù)方面應(yīng)注意的問題。重點：普通帶傳動的設(shè)計計算帶傳動和鏈傳動都是利用撓性元件（帶和鏈）傳遞運動和動力的機械傳動，適于兩軸中心距較大的場合。第一節(jié)帶傳動概述一、帶傳動的組成及帶的類型帶傳動常用在傳遞中心距大的場合，傳遞的功率<50kW,傳動比常用<5固聯(lián)于主動軸上的帶輪1(主動輪)；固聯(lián)于從動軸上的帶輪3(從動輪)；緊套在兩輪上的傳動帶2。如圖所示，帶傳動一般是由主動輪、從動輪、緊套在兩輪上的傳動帶及機架組成。當(dāng)原動機驅(qū)動主動帶輪轉(zhuǎn)動時，由于帶與帶輪之間摩擦力的作用，使從動帶輪一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)運動和動力的傳遞。工作原理：摩擦傳動

工程中多用作減速傳動2.帶傳動的類型

按傳動原理分：（1）摩擦帶傳動：

靠傳動帶與帶輪間的摩擦力實現(xiàn)傳動，當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力，如V帶傳動、平帶傳動等；（2）嚙合帶傳動：

靠帶內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪外緣上的齒槽相嚙合實現(xiàn)傳動，當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力，如同步帶傳動。

按傳動帶的截面形狀分（1）平帶：

平帶的截面形狀為矩形，內(nèi)表面為工作面。帶傳動的類型

轉(zhuǎn)向相反轉(zhuǎn)向交錯轉(zhuǎn)向相同平帶傳動，結(jié)構(gòu)簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應(yīng)用較多。（2）V帶：截面形狀為等腰梯形，兩側(cè)面為工作表面。帶與輪槽槽底不接觸在一般機械傳動中，應(yīng)用最廣的帶傳動是Ｖ帶傳動，在同樣的張緊力下，Ｖ帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。（4）圓形帶：橫截面為圓形。只用于小功率傳動。（3）多楔帶：它是在平帶基體上由多根V帶組成的傳動帶，兼有平帶傳動和Ｖ帶傳動的優(yōu)點，柔韌性好、摩擦力大，主要用于傳遞大功率而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合。（5）齒形帶（同步帶）：同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小

按用途分（1）傳動帶

傳遞動力用（2）輸送帶

輸送物品用。帶傳動的類型

本章僅討論傳動帶。二、.帶傳動的特點及應(yīng)用1.能吸收振動，緩和沖擊,傳動平穩(wěn)，噪音??；2.過載時，帶會在帶輪上打滑，防止其他機件損壞，起到過載保護(hù)作用；3.結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低；4.帶與帶輪之間存在一定的彈性滑動，故不能保證恒定的傳動比，傳動精度和傳動效率低；5.適于兩軸中心距較大的傳動。a.由于帶工作時需要張緊，帶對帶輪軸有很大的壓軸力；b.帶傳動裝置外廓尺寸大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊；c.帶的壽命較短，傳動效率較低，需要經(jīng)常更換；d.不適用于高溫、易燃及有腐蝕介質(zhì)的場合。帶傳動的應(yīng)用摩擦帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比要求不準(zhǔn)確、中小功率的遠(yuǎn)距離傳動。第二節(jié)普通V帶傳動的結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)一、普通V帶的結(jié)構(gòu)和規(guī)格按抗拉體的不同分為繩芯V帶和簾布芯V帶兩種形式。帶的表層是橡膠帆布制成的包布V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶、大楔角V帶等。其中以窄V帶應(yīng)用較廣，普通V帶應(yīng)用最廣。V帶的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸從小到大可分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。標(biāo)準(zhǔn)V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖所示。抗拉體的結(jié)構(gòu)形式有簾布結(jié)構(gòu)和繩芯結(jié)構(gòu)。V帶帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求二、V帶輪的材料和結(jié)構(gòu)

質(zhì)量小且質(zhì)量分布均勻；足夠的承載能力；良好的結(jié)構(gòu)工藝性；輪槽工作面要精細(xì)加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。

結(jié)構(gòu)設(shè)計:

帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。輪緣是帶輪的工作部分，制有梯形輪槽。輪轂是帶輪與軸的聯(lián)接部分，輪緣與輪轂則用輪輻（腹板）聯(lián)接成一整體。V帶輪按腹板結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：實心帶輪、腹板帶輪

、孔板帶輪、輪輻帶輪。

直徑較小時可采用實心式；中等直徑帶輪采用腹板式；直徑大于350mm時可采用輪輻式。輪轂與輪輻尺寸按經(jīng)驗公式計算，V帶帶輪材料選擇帶輪的材料：帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200,允許的最大圓周速度為25m/s；轉(zhuǎn)速較高時宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時可用鑄鋁或塑料。第三節(jié)帶傳動的工作原理一、帶傳動的受力分析

把一根或多根環(huán)形V帶張緊套裝在主動輪1和從動輪2上，使帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生壓力。工作時，靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運動與動力。在一定的條件下，摩擦力有一極限值，如果工作阻力超過了摩擦力的極限值，帶將在帶輪面上打滑，帶傳動將不能正常工作。為保證帶傳動正常工作，傳動帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。當(dāng)傳動帶靜止時，帶兩邊承受相等的拉力，稱為初拉力F0。當(dāng)傳動帶傳動時，由于帶與帶輪接觸面之間摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等，如圖所示。一邊被拉緊，拉力由F0增大到F1，稱為緊邊；一邊被放松，拉力由F0減少到F2，稱為松邊。設(shè)環(huán)形帶的總長度不變，則緊邊拉力的增加量F1-F0應(yīng)等于松邊拉力的減少量F0-F2。

F1-F0=F0-F2

F0=（F1+F2）/2帶兩邊的拉力之差F稱為帶傳動的有效拉力。實際上F是帶與帶輪之間摩擦力的總和，在最大靜摩擦力范圍內(nèi)，帶傳動的有效拉力F與總摩擦力相等，F(xiàn)同時也是帶傳動所傳遞的圓周力，即F=F1-F2

帶傳動所傳遞的功率為：P=Fv/1000

式中P為傳遞功率，單位為KW；

F為有效圓周力，單位為N；

V為帶的速度，單位為m/s。在一定的初拉力F0作用下，帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和有一極限值。當(dāng)帶所傳遞的圓周力超過帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和的極限值時，帶與帶輪將發(fā)生明顯的相對滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。帶打滑時從動輪轉(zhuǎn)速急劇下降，使傳動失效，同時也加劇了帶的磨損，打滑是帶傳動的一種失效形式，應(yīng)避免打滑。（另外的失效形式為疲勞斷裂和磨損）在帶即將打滑的狀態(tài)下，F(xiàn)達(dá)到最大值。此時，根據(jù)撓性體摩擦的歐拉公式，對于平帶傳動，忽略離心力的影響，F(xiàn)1與F2之間的關(guān)系為：工作情況分析(力分析)歐拉公式給出的是帶傳動在極限狀態(tài)下各力之間的關(guān)系，或者說是給出了一個具體的帶傳動所能提供的最大有效拉力F

。

（6-5）（6-6）由歐拉公式可知：

預(yù)緊力F0↑→最大有效拉力F

↑

包角α↑→最大有效拉力F↑

摩擦系數(shù)f↑→最大有效拉力F↑切記：歐拉公式不可用于非極限狀態(tài)下的受力分析！包角的概念當(dāng)已知帶傳遞的載荷時，可根據(jù)歐拉公式確定應(yīng)保證的最小初拉力F0。

2.離心應(yīng)力（6-7）式中：Fc（N），q是單位帶長的質(zhì)量（kg/m），見表6-1；v（m/s）帶傳動在工作過程中帶上的應(yīng)力有：為了不使帶所受到的彎曲應(yīng)力過大，應(yīng)限制帶輪的最小直徑。槽型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm50751252006390140224二、帶傳動的應(yīng)力分析◆拉應(yīng)力：緊邊拉應(yīng)力、松邊拉應(yīng)力；◆離心應(yīng)力：帶沿輪緣圓周運動時的離心力在帶中產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力；◆彎曲應(yīng)力：帶繞在帶輪上時產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。

式中：Ｅ是彈性模量(Mpa),y是帶的中性層到最外層的距離(mm),d是帶輪計算直徑(mm)傳動帶是彈性體，受到拉力后會產(chǎn)生彈性伸長，伸長量隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞過主動輪進(jìn)入松邊時，帶的拉力由F1減小為F2,其彈性伸長量也減小。帶在繞過帶輪的過程中，相對于輪面向后收縮，帶與帶輪輪面間出現(xiàn)局部相對滑動，導(dǎo)致帶的速度逐步小于主動輪的圓周速度。三、帶傳動的彈性滑動和傳動比由于帶的彈性變形而產(chǎn)生的帶與帶輪間的滑動稱為彈性滑動。當(dāng)帶由松邊繞過從動輪進(jìn)入緊邊時，拉力增加，帶逐漸被拉長，沿輪面產(chǎn)生向前的彈性滑動，使帶的速度逐漸大于從動輪的圓周速度。

由于彈性滑動引起的從動輪圓周速度的降低率稱為帶傳動的滑動系數(shù)。

考慮彈性滑動時的傳動比為：一般帶傳動的滑動系數(shù)，因值很小，非精確計算時可以忽略不計。（6-8）從動輪的計算直徑和轉(zhuǎn)速分別為：（6-9）（6-10）

彈性滑動和打滑是兩個截然不同的概念。打滑是指過載引起的全面滑動，是可以避免的。而彈性滑動是由于拉力差引起的，只要傳遞圓周力，就必然會發(fā)生彈性滑動，所以彈性滑動是不可以避免的。四、Ｖ帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則帶傳動的主要失效形式是打滑和傳動帶的疲勞破壞。帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則：在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。

第四節(jié)普通V帶傳動的設(shè)計計算設(shè)計原始材料、參數(shù)和設(shè)計內(nèi)容原始數(shù)據(jù)：傳動功率P、轉(zhuǎn)速n1、n2（i）

傳動位置及工作條件等設(shè)計內(nèi)容：帶的型號、長度li，根數(shù)Z，帶輪

的D1、D2及結(jié)構(gòu)尺寸，中心距a

作用在軸上的載荷，設(shè)計傳動的張

緊裝置。一、確定V帶的截型和帶輪的基準(zhǔn)直徑計算設(shè)計功率Pd—設(shè)計功率(kW)；KA—工作情況系數(shù)，查表；

P—傳遞的額定功率(kW)。

2.選擇V帶的型號根據(jù)計算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，按下圖選擇普通V帶的型號。一般取，若過小則帶的彎曲應(yīng)力太大而導(dǎo)致帶的壽命降低；反之，則帶傳動的外廓尺寸增大。普通V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑如下：帶輪的基準(zhǔn)直徑、應(yīng)符合帶輪基準(zhǔn)直徑尺寸系列。普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254504755005305606006306707107508009001000…

3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d1、d2大帶輪的基準(zhǔn)直徑由下式計算:帶型ddminYZABCDE2050751252003555004.驗算帶速v（m/s）帶速一般限制在5—25m/s之間。

dd1—小帶輪的基準(zhǔn)直徑(mm)；

n1—小帶輪的轉(zhuǎn)速(r/min)

1.初步確定中心距a0：設(shè)計時如無特殊要求，可按下式5.確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld3.計算實際中心距a

:

考慮到安裝、張緊的調(diào)整，將中心距設(shè)計成可調(diào)式

amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)

2.確定基準(zhǔn)長度計算：由帶傳動的幾何關(guān)系可得帶的計算公式：Ld0—帶的基準(zhǔn)長度計算值，查表選定帶的基準(zhǔn)長度Ld。6.驗算小帶輪包角

一般要求α1≥120°

，若過小，易打滑；若不能滿足，可增大中心距或減小傳動比或設(shè)置張緊輪。三、確定帶的根數(shù)

z1.單根V帶允許傳遞的功率

在包角α=1800、特定帶長、工作平穩(wěn)的條件下，單根普通V帶的基本額定功率P1（實驗所得）見下表。2.確定帶的根數(shù)

z帶的根數(shù)應(yīng)取整數(shù)。為使各根帶受力均勻，帶的根數(shù)不能太多，一般2～5根為宜，最多不多于8～10根。否則應(yīng)加大帶輪基準(zhǔn)直徑或選擇較大型號的帶，重新設(shè)計。

式中：Pd為設(shè)計功率，P1為V帶的基本額定功率，△P1是單根V帶基本額定功率的增量，見表6-6，Kα是包角系數(shù)，見表6-7，KL是帶長修正系數(shù)，見表6-2。1.確定單根帶的初拉力F0保持適當(dāng)?shù)某趵κ菐鲃诱９ぷ鞯谋匾獥l件。初拉力過小，則傳動時摩擦力過小易打滑；過大則降低帶的壽命，并增大了軸和軸承的壓力。單根V帶的初拉力可按下式計算

（N）q為每米帶長的質(zhì)量(kg/m)

四、計算作用在軸上的載荷

2.計算作用在帶輪軸上的壓力FQ

為了設(shè)計軸和軸承，必須求出V帶作用在軸上的壓力，通常取帶兩邊初拉力的合力作近似計算。即N五、帶輪的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計參見第二節(jié)及有關(guān)機設(shè)手冊。第五節(jié)帶傳動的張緊裝置及安裝維護(hù)一、帶傳動的張緊裝置調(diào)整中心距方式采用定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的張緊力，使帶重新張緊。常見的有滑道式和擺架式兩種結(jié)構(gòu)?；朗綇埦o輪方式定期張緊自動張緊適于兩軸中心連線水平或傾斜不大的傳動擺架式，適于兩軸中心連線鉛垂或近似于鉛垂方向的傳動自動裝緊裝置，適于中小功率向的傳動將裝有帶輪的電動機安裝在浮動的擺架上，利用電動機的自重，使帶輪繞固定軸擺動，以自動保持張緊力。當(dāng)中心距不能調(diào)節(jié)時，可采用張緊輪將帶張緊，如圖所示。張緊輪一般放在松邊的內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，同時張緊輪還應(yīng)盡量靠近大輪，以免過分影響帶在小輪上的包角。張緊輪的輪槽尺寸與帶輪的相同，且直徑小于小帶輪的直徑。張緊輪方式(1)安裝V帶時，應(yīng)按規(guī)定的初拉力張緊。對于中等中心距的帶傳動，也可憑經(jīng)驗安裝，帶的張緊程度以大拇指能將帶按下15mm為宜。新帶使用前，最好預(yù)先拉緊一段時間后再使用。嚴(yán)禁用其他工具強行撬入或撬出，以免對帶造成不必要的損壞。二、V帶傳動的安裝和維護(hù)

(2）安裝帶時，兩帶輪軸線應(yīng)相互平行，其V型槽對稱平面應(yīng)重合。帶傳動的安裝（3）同組使用的帶應(yīng)型號相同，長度相等，以免各帶受力不均。帶傳動的維護(hù)（1）要采用安全防護(hù)罩，以保障操作人員的安全；同時防止油、酸、堿對帶的腐蝕。（2）定期對帶進(jìn)行檢查有無松馳和斷裂現(xiàn)象，如有一根松馳和斷裂則應(yīng)全部更換新帶。（3）禁止給帶輪上加潤滑劑，應(yīng)及時清除帶輪槽及帶上的油污。（4）帶傳動工作溫度不應(yīng)過高，一般不超過60。（5）若帶傳動久置后再用，應(yīng)將傳動帶放松。第六節(jié)鏈傳動及其結(jié)構(gòu)一、概述1.鏈傳動的組成工作原理：嚙合傳動

工程中多用作減速傳動由主動鏈輪、從動鏈輪和撓性環(huán)形鏈組成，屬于具有中間撓性件的嚙合傳動鏈傳動是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。

1、傳動比準(zhǔn)確i=n1/n2=z2/z1

2、效率較高，η=0.96~0.97；

3、壓軸力?。?/p>

4、結(jié)構(gòu)簡單，成本低；

5、大中心距傳動，結(jié)構(gòu)輕便；

6、鏈適于低速。鏈傳動的特點

1.優(yōu)點：

1.鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比。傳動平穩(wěn)性差，沖擊和噪聲較大。

2.外形尺寸大,不適于正反轉(zhuǎn)。

3.制造費用比帶傳動高。

4.只能用于平行軸間的傳動。◆鏈傳動主要用在要求工作可靠、轉(zhuǎn)速不高，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜采用齒輪傳動的場合。二、缺點：1、起重鏈三、分類：2、曳引鏈3、傳動鏈1）、套筒滾子鏈2）、齒形鏈二、傳動鏈的結(jié)構(gòu)傳動鏈?zhǔn)擎渹鲃又械闹饕瑐鲃渔溣袧L子鏈和齒形鏈等類型?！魸L子鏈?zhǔn)怯蓾L子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成?！魞?nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈聯(lián)接；◆滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。外鏈板內(nèi)鏈板套筒滾子銷軸滾子鏈有單排鏈、雙排鏈、多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，但由于精度的影響，各排的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。虛擬現(xiàn)實中的滾子鏈一、滾子鏈

鏈條的接頭處的固定形式有：用開口銷固定，多用于大節(jié)距鏈彈簧卡片固定，多用于小節(jié)距鏈設(shè)計時，鏈節(jié)數(shù)以取為偶數(shù)為宜，這樣可避免使用過渡鏈節(jié)，因為過渡鏈節(jié)會使鏈的承載能力下降。滾子鏈的規(guī)格和主要參數(shù)

內(nèi)鏈節(jié)：內(nèi)鏈板與套筒（過盈聯(lián)接）外鏈節(jié)：外鏈板與銷軸（過盈聯(lián)接）滾子與套筒（滾動摩擦）套筒與銷軸（滑動摩擦）間隙配合｝鏈的磨損主要