机械设计基础教授旧版

§8-1

带传动概述一、带传动类型1、组成主动轮带传动

从动轮传动带2、类型摩擦带传动（平带、V带、多楔带、圆带）啮合带传动（同步齿形带）罗齐汉

qhluo理工大学物流2罗齐汉

qhluo理工大学物流33、平带和V带传动能力的比较：平带的工作面是底面，V带的工作面是两侧面。若平带和V带受到同样的压紧力FQ，带和带轮间摩擦系数亦同为f。平带摩擦力:V带摩擦力:式中：φ为V带带轮的轮槽角；

f’为当量摩擦系数。显然，f’＞f，故在相同条件下，V带能传递较大的功率。注意：V带楔角为40°，带轮槽角小于40°罗齐汉

qhluo理工大学物流4二、传动带的结构机械传动中应用最广的是普通V带传动。（另还有窄V带、宽V带、大楔角V带、汽车V带）普通V带是标准件，制成无接头的环形，按剖面尺寸大小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，剖面尺寸由小到大(P144表8-1)。普通V带长度系列(P145

表13-2)。注意：节宽bp、节径dp和基准直径dd，基准长度Ld的含义。3—压缩层4—包布层1—伸张层2—强力层(帘布结构）3—压缩层4—包布层1—伸张层2—强力层(粗绳结构）罗齐汉

qhluo理工大学物流5三、带传动的特点优点：传动平稳、噪声小。过载保护。适于中心距大场合。结构简单，成本低。缺点：传动比不恒定。效率低、

短。外廓尺寸大。支承带轮的轴和轴承受力较大。不宜用于高温、易燃场合。带传动常用于第一级传动，功率p≤80kw，带速V=5~25m/s，传动比=2-4，效率η=0.91~0.96。罗齐汉

qhluo理工大学物流6§8-2

带传动的几何计算及基本理论一、带传动中的几何计算L=2AB+AD+BC=∵2

2=

2a

cos

(

2

)

d1

(

2

)

d2211

2

22a

cos

(d

d

)

(d

d

)212

2

1

很小

cos

1

2sin4a2(d

d

)2L

2a

(d1

d2

)

2

1

1

28

1

Ladd

2)(2a

d1又

sin

d221ad

d1

2

罗齐汉

qhluo理工大学物流7二、带传动受力分析工作前：带两边受相同初拉力F。工作时：主动轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向一致，从动轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向相反。产生紧边拉力F1，松边拉力F2。罗齐汉

qhluo理工大学物流8设环形带的总长不变，有F1-F0=F0-F2即

F0=

1/2（F1+F2）

①紧边、松边拉力差，就等于摩擦力总和Ff，称为带传动的有效拉力，也就是带所传递的圆周力F。②即Ff=F1-F2=F由①②式有：F1=F0+F/2F2=F0-F/2

③若带传递的功率为P(kw)，带速为V（m/s），则有：④若带速V不变，P取决于F（Ff），当Ff达到极限Fflim时，F1与F2的关系可用柔韧体摩擦的 公式表示。即

⑤F1

e

fF2F

1000PVP

FV

1000即罗齐汉

qhluo理工大学物流9e——自然对数的底。f——摩擦系数，对V带为f。α——包角，带传动为α1。由③⑤式有：e

f

1Ff

lim

2F

0

e

f

1（1）F0↑Fflim↑,但F0↑↑。轴、轴承受力大，F0↓↓易打滑、传动能力不能充分发挥。α1↑Fflim↑,但α1↑受传动比、中心距等因素限制。f↑Fflim↑,但f↑受材料等因素限制。罗齐汉

qhluo理工大学物流10三、带的应力分析带传动工作时，带内将产生下列几种应力。1、拉应力紧边δσ1=F1/A

MPa松边δσ2=F2/A

MPa2、离心拉应力σb1＝2Ey/dd1σb2＝2Ey/dd2在所有横剖面上都是相等的。σc＝Fc/A

＝qv2/Aq——带单位长度的质量kg/m3、弯曲应力E——弹性模量Y——中性层到最外层距离

dd——带轮的基准直径显然：σb1＞σb2罗齐汉

qhluo理工大学物流11最大应力发生在紧边与小带轮相切之处，其值为:σmax

＝

σ1

+σc

+σb1罗齐汉

qhluo理工大学物流12四、带传动运动分析带是弹性体，受力会产生弹性变形。由于紧、松边上所受拉力不等，因而产生弹性变形也不相同。对其运动有何影响？带轮上“.”点a1到c1时，由于F1>F2，带上“。”a1没有到达c1，故V1>V带。带轮上“.”点a2到c2时，由于F1>F2，带上“。”点a2超过了c2，故V带>V2。所以V1>V2

，把这种微量的滑动现象称为弹性滑动。松边紧边罗齐汉

qhluo理工大学物流13弹性滑动是不可避免的，它造成功率损失，增加带的磨损，还会使传动比 确。引入滑动率ε来表达滑动的大小。

V1

V2

100%m

/

s1

11000

60V1

V1d

n1000

60V2

d2n2传动比

i

n1

V1

/

V2

n2

d1

d2i

d2

d1通常ε为0.01~0.02忽略，故。当外载荷增大到某一数值，摩擦力总和达到极限，带将沿整个接触弧滑动，这种现象称为打滑。打滑就不能正常工作，它是可以和应当避免的。罗齐汉

qhluo理工大学物流14带打滑实例：农用拖拉机带传动应当用三根A型V带传动，但有些农民常常只装一根或两根，在空车或轻载时似乎可以，但在满载时就会打滑而造成事故，这就是因为传递有效圆周力F>Fflim。罗齐汉

qhluo理工大学物流15五、带传动的主要失效形式及设计准则1、主要失效形式打滑。当传递的圆周力F超过了带与带轮之间摩擦力总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。疲劳破坏。传动带在变应力的长期作用下，因疲劳而发生裂纹、脱层、松散、直到断裂。2、设计准则在不打滑前提下，使带具有一定的疲劳强度和

。罗齐汉

qhluo理工大学物流16六、带传动的设计条件和传动功率根据设计准则，带传动应满足下列两个条件：①不打滑条件：F＝1000P／v≤F1(1-1/efα)②疲劳强度条件：σmax=σ1+σc+σb1≤[σ]σ1=F1/A

≤

[σ]－σc－σ

b1由以上两式可得同时满足两个条件的传动功率为：P0=Fv/1000=([σ]

－σc－σb1)(1-1/efα)Av/1000罗齐汉

qhluo理工大学物流17§8-3

普通V带传动设计一、单根普通V带的许用功率由上式可求单根V带在特定的试验条件下(α1=α2=180°，特定的带长Ld，应力循环次数108~109，载荷平稳,一定力等）的许用功率，该许用功率称为基本额定功率P1，见表8-3。在某一使用条件下，单根V带的许用功率（额定功率）[P]，是在特定条件下的基本额定功率P1加以修正而得。[P]=（P1+ΔP1）kαkL

kwΔP1——考虑i≠1时（d2>d1），弯曲应力↓，P1↑（表8-4）kα——考虑α1≠180°时，传动能力↓（表8-5）kL——考虑带长不等于特定带长的影响。（表8-6）罗齐汉

qhluo理工大学物流18二、设计的已知条件和设计内容已知条件：用途和工作情况；传递的功率P；主动轮、从动轮转速n1、n2（或传动比i）；传动位置和外廓尺寸要求；原动机类型等。设计内容：带的型号、长度、根数；带轮尺寸、结构和材料；传动的中心距；带的初拉力和压轴力； 及防护装置等。三、设计步骤和参数选择1、确定设计功率（计算功率）PdPd=kAP

kwkA——工况系数（表8-7）P——所需传递的功率P罗齐汉

qhluo理工大学物流192、选择带型根据设计功率Pd和小带轮转速n1初选带型。（图8-12）3、确定带轮基准直径dd1、dd2dd1↓

紧凑

但b↑

故规定了最小基准直径。（表8-8）ε可忽略；dd2要圆整。dd2=i

dd1（1-ε）4、验算带速VV=d1n1/(60×1000)m/sV↑↑离心力↑

正压力↓V↓↓

F↑

带根数多。传动能力↓易打滑。要求V在5~25m/s之间。最好在10~20m/s，可调整dd1、n1。罗齐汉

qhluo理工大学物流205、确定中心距a和带长Lda↓↓

α1↓

承载↓

绕转次数↑a↑↑

α1↑

承载↑

绕转次数↓↓↑

但尺寸↑一般初选a0：0.7（dd1+dd2）≤a0≤2(dd1+dd2)

57.31ad

d0

d

2

d1

180

初选a0选基准长度Ld(表8-6）Ld

0(8-26式）a(8-2式)6、验算包角α1要求α1≥120°7、确定带的根数ZPPd1

1[)(]

kkLZ

Pd

要求Z<8，否则受力不均，改选带型、重新计算。罗齐汉

qhluo理工大学物流218、确定初拉力F0F0↓↓

传动能力↓

易打滑F0↑↑

↓

压轴力↑既能发挥带的传动能力，又能保证带的的F0见式8-29。9、计算压轴力

FQ≈2ZF0

sin(1/2)罗齐汉

qhluo理工大学物流22小结罗齐汉

qhluo理工大学物流23四、带轮的结构设计V带轮的典型结构有：实心式、腹板式、孔板式和轮辐式。带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式。罗齐汉

qhluo理工大学物流24罗齐汉

qhluo理工大学物流25五、带传动的装置定期自动罗齐汉

qhluo理工大学物流26带实例：洗衣机所用V带传动，经长时间工作后，带磨损并伸长，会造成V带松弛，波轮转速也变慢甚至波轮不转动。这时只要将V带调紧，便可恢复波轮的正常运转。有时也会造成V带疲劳断裂而失效的情况。罗齐汉

qhluo理工大学物流27§8-4

链传动概述链传动是由装在平行轴上的链轮和绕在链轮上的链条组成，以链条作中间挠性件，靠链节和链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。一、传动特点与带传动相比：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比。传动效率高。无须 ，压轴力小。可以在较恶劣条件下工作。噪声大，传动不平稳。只能用于平行轴间的传动。罗齐汉

qhluo理工大学物流28与齿轮传动相比：（1）成本低。（2）能实现远距离传动。（3）瞬时传动比不恒定。（4）传动效率较低。链的应用实例：70年代， 柴油机厂制造功率为万匹马力的柴油机时，从主轴到配气阀之间相距15m，以前采用两个大齿轮传动，齿轮重达1.5吨，改用链传动后，重量仅500kg，成本也减少了一半。罗齐汉

qhluo理工大学物流29二、传动类型由链结构，链分滚子链、套筒链、板式链、齿形链等。本章只介绍滚子链。三、滚子链滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒及滚子组成。滚子起到减少链条和链轮间磨损的作用。相邻两链节铰链理论中心之间的距离称为链节距，用P表示。P↑

链条尺寸↑

承载↑滚子链可制成单排链和多排链。排数↑

承载↑

但制造精度↓受力不均，故一般不超过4排。罗齐汉

qhluo理工大学物流30链的长度以链节数LP表示。LP取偶数，链轮齿数取奇数。滚子链已标准化，分A、B系列，常用A系列。标准号如：代号：链号—排数×链节数16A—1×80

GB1243·1—83链节距P可由链号求出：P=链号×(25.4/16)mm四、链轮最常用的齿形是“三圆弧一直线”，即端面齿形由三段圆弧(aa,ab,cd)和一段直线(bc)组成。psin

180

/z分度圆直径为:

d

罗齐汉

qhluo理工大学物流31§8-5

链传动工作情况分析销轴中心A的圆周速度2V

d1

A

1水平分量（链速V）

cos

211dAV

V

cos

Z1(

,

)2

21Z

1801112

Zds

min180

cos(

)

0

V

12V

d1

s

max垂直分量

sin

211dVS

'

VA

sin

链节所对中心角

360变化范围当当上述反映了链速由慢到快，由快至慢周期性变化，使传动不平稳，产生有规律的振动。罗齐汉

qhluo理工大学物流32罗齐汉

qhluo理工大学物流33121

cos

1

VSd22

cos

22

VSd221

2d1

cos

1d

cos

i

由上：同理瞬时传动比：s不恒定。可将ω1

↓、Z1

↑或P↓来提高运动的平稳性，降低动载荷。二、受力分析紧边拉力F1=F+Fc+Fy松边拉力F2=Fc+FyF——工作拉力，F=1000P/VFc——离心拉力，FC=qv2Fy——悬垂拉力。公式(8-39)压轴力

FQ≈(1.2~1.3)FFQ有冲击、振动时取大值。罗齐汉

qhluo理工大学物流34§8-6

滚子链传动设计一、失效形式链板疲劳破坏链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下，经过一定的循环次数，链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下，链板疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。滚子、套筒的冲击疲劳破坏

链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受。在反复多次的冲击下，经过一定循环次数，滚子、套筒可能会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。销轴与套筒的胶合

润滑不当或速度过高时，销轴和套筒的工作表面会发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。链条铰链磨损

铰链磨损后链节变长，容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，从而急剧降低链条的使用

。过载拉断

这种拉断常发生于低速重载的传动中。罗齐汉

qhluo理工大学物流35在一定的使用 下，从一种失效形式出发，可得出一个极限功率表达式。为了清楚，常用线图表示。图8-24所示为在正常润滑条件下，对应各种失效形式的极限功率曲线。图中阴影部分为实际上使用的区域。若润滑密封不良及工况恶劣时，磨损将很严重，其极限功率会大幅度下降，如图中虚线所示。二、功率曲线图图中阴影部分为实际上使用的区域。图8-25是国产十种型号的滚子链的额定许用功率曲线。罗齐汉

qhluo理工大学物流36这是在特定的实验条件下确定的（水平布置、载荷平稳、一定的润滑方式，Z1=19，i=3，a=40P，15000h，链节伸长量不超过3%）。设计时，根据实际条件对PO值加以修正。无法采用

的润滑方式，PO相应降低。kZ

kLkpkAPP0

P

——传递的功率KA——工况系数。 表8-12KZ

——小链轮齿数系数。

表8-13KL

——链长系数。

KP

——多排链系数。图8-27表8-14罗齐汉

qhluo理工大学物流37sin(1800

/

z)pd

三、滚子链的设计计算和主要参数选择V≥0.6m/s

按功率曲线设计计算。V<0.6m/s

按静强度设计计算。1、一般链传动设计计算和参数选择（1）选择链轮齿数Z1↓

动载荷↑

磨损