教学材料《静力学》-第7章

7.1带传动机构7.1.1带传动的类型、特点及应用一、带传动机构的组成如图7.1所示，带传动机构由主动带轮、从动带轮、中间挠性带以及机架等组成。原动机驭动主动带轮转动时，通过皮带带动从动带轮转动并输出一定转速和扭矩。二、带传动的分类按传动原理的不同，带传动机构分为摩擦带传动机构和啮合带传动机构两类。摩擦带传动安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。常用的有V带传动、平带传动、圆带传动和多楔带传动(如图7.1所示);啮合带传动靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传递运动和动力，如同步齿形带传动(如图7.2所示)。

返回下一页上一页7.1带传动机构按传动带截面形状带分为:平带、圆形带、V形带、多楔带和同步齿形带等，如图7.3所示。三、带传动的特点(1)挠性带能吸收振动，缓和冲击，传动平稳，噪声小。(2)过载时，摩擦带传动的传动带会在带轮上打滑，可以防止其他机件损坏，起到过载保护作用。(3)带传动的结构简单，制造、安装和维护方便，使用成本低。(4)摩擦带传动皮带与带轮之间存在一定的弹性滑动，不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率较低。(5)摩擦带传动带工作时需要张紧，对带轮轴有很大的压轴力。(6)带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑。(7)传动带的寿命较短，需要经常更换。

返回下一页上一页7.1带传动机构(8)摩擦带传动不适用于高温、易燃及有腐蚀性介质的场合。四、带传动的应用带传动多用于原动机与工作机之间的高速级传动，一般所传递的功率p<00kW;传动带速度较低:r=(5-25)m/s;传动效率=0.90-0.95;传动比i<7。摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比要求不高、中小功率的远距离传动;摩擦带传动由于摩擦会产生电火花，故不能用于有爆炸危险的场合。7.1.2V带传动一、V带的结构特点及参数

V带的结构尺寸已标准化，按截面尺寸从小到大可分为A,B,C,Y,Z,D,E7种型号。表7-1列出厂V带截面尺寸参数。返回下一页上一页7.1带传动机构标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图7.4所示。由抗拉体、顶胶、底胶、包布组成。普通V带抗拉体的结构形式有帘布结构和绳芯结构两种。帘布结构的抗拉体由儿层胶帘布组成，帘布芯制造方便，抗拉强度高，型号齐全，应用较多。如图7.5所示，带绕在带轮上时产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压，内外层之间必有一长度不变的中性层，其宽度称为节宽，普通V带的截面高度为h，V带轮上与相应的带轮直径，称为基准直径，V带轮上与相应的带轮槽宽，与带轮基准直径相应的带的周线长度称为基准长度，普通V带的长度L，系列和带长修正系数K。二、V带轮的结构V带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毅3部分组成。轮缘是带轮的返回下一页上一页7.1带传动机构工作部分，制有梯形轮槽，普通V带轮轮缘结构尺寸见表7-3;轮毅是带轮与轴的连接部分，轮缘与轮毅则用轮辐(腹板)连接成一整体。按腹板(轮辐)结构的不同V带轮分为实心带轮、腹板带轮、孔板带轮和轮辐带轮。带轮直径较小(d<(1.5-3))时可采用实心式带轮;中等直径带轮采用腹板式或孔板式(d<300mm是常用腹板结构，300<d<400mm是多用孔板结构，如图7.7、图7.8所示;直径大于350mm的带轮采用轮辐式，如图7.9所示。(1)带轮的质量轻、质量分布均匀、转速较高时应进行动平衡试验(2)带轮应有足够的承载能力和良好的结构工艺性，没有过大的铸造内应力。返回下一页上一页7.1带传动机构(3)带轮轮槽工作面应精细加工，表面粗糙度要合适，以减少带的磨损。(4)轮槽的尺寸和槽面的角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均。匀等V带轮的设计要求。四、V带轮的材料V带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200，允许的最大圆周速度为25m/s;转速较高时宜采用铸钢或钢板冲压后焊接而成;小功率时可用铸铝或塑料。7.1.3带传动的几何参数摩擦带传动的主要儿何参数有中心距a,基准带长入，和包角a，V带传动只适合于两轴平行，且从动带轮和主动带轮旋向相同的开口传动，不允许用于交叉或半交叉传动，如图7.10所示。返回下一页上一页7.1带传动机构V带基准带长式中，是V带基准带长，的计算值，需按照国家标准进行圆整;是两带轮中心距a的初定值，根据传动具体情况按下式初定中心距:V带传动的中心距a;中心距是带轮传动中主动轮和从动轮轴线间的距离V带传动的包角。:带传动的包角是指传动带和带轮接触弧所对的圆心角。图7.10和

分别表示小带轮包角和大带轮包角。返回下一页上一页7.1带传动机构7.1.4带传动的工作情况分析一、V带传动的受力分析当一根或多根环形V带被张紧套装在主动轮1和从动轮2上时，带与带轮的接触面间会产生正压力。机构工作时，靠带与带轮间的摩擦力传递运动与动力。保证带与带轮同步传动的静摩擦力是有极限的，如果传动的阻力超过厂最大静摩擦力，带就会在带轮面上打滑，带传动将不能正常工作。1.带传动中的初拉力和有效拉力为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。如图7.11所示，在开始传动前，传动带静止，带两边承受相等的张紧拉力，称为初拉力Fo。当传动带传动时，由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等。一边被拉紧，拉力由F0增大到F1，返回下一页上一页7.1带传动机构称为紧边;一边被放松，拉力由F1减少到F2，称为松边，如图7.12所示。2.带传动中的最大摩擦力—有效拉力的临界值带与带轮接触面摩擦力的总和艺凡，在初拉力F1、带轮包角a以及接触面摩擦系数一定的条件下是有极限值的。当传动阻力超过极限摩擦力。由式7-10可知，通过增大初拉力、接触面摩擦系数和小轮包角可以增大带传动的最大有效拉力，提高带传动的工作能力。二、带传动的应力分析传动过程中，传动带中所产生的应力包括拉应力、弯曲应力和离心拉应力3部分。1.由紧边拉力和松边拉力产生的拉应力，

返回下一页上一页7.1带传动机构紧边拉应力为:

松边拉应力为:

式中，A为传动带截面面积2.离心拉应力传动带绕过带轮沿弧面运动时将产生离心力:，离心力虽然只发生在带作圆周运动的部分，但因平衡它所引起的离心拉力，作用在带的全长上，因此离心拉应力为:

3.弯曲应力带绕过带轮时，因为发生弯曲变形产生弯曲应力返回下一页上一页7.1带传动机构弯曲应力只在带与带轮相接触的部分存在:式中，E是传动带的弯曲弹性模量;是带的外表面到截面的距离。4.带传动应力分布带传动的总应力是上述3应力的和，将传动带横截面上的正应力旋转90,作如图7.13所示的带传动应力分布图。三、带传动的运动分析1.带传动的弹性滑动传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。打滑是传动过载，最大有效拉力不足，引起带与带轮沿整个返回下一页上一页7.1带传动机构接触弧全面滑动。打滑现象首先发生在小带轮处，会使传动带剧烈磨损、发热，从动轮转速急剧降低直至停止转动。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是过载引起的失效形式，是可以避免的。弹性滑动是由于松、紧边拉力差造成的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是摩擦带传动固有的现象。

2.带传动的传动比由于弹性滑动的影响，使从动轮的圆周速度

低于主动轮的圆周速度

，产生了速度的损失，圆周速度的相对降低程度可用滑差率来表示。7.1.5普通V带传动的设计一、V带传动主要失效形式和设计准则通过对V带传动的受力和应力分析可知，当带所传递的圆周力返回下一页上一页7.1带传动机构F超过厂带与带轮接触面之间摩擦力总和的极限时，将发生过载打滑，传动会失效;传动带在变应力的反复作用下，疲劳损坏，产生裂纹、脱层、松散直至断裂;此外预拉力过大时，作用在带轮轴上的横向载荷会引起轴过度的弯曲变形。二、V带传动设计的原始参数及设计内容设计V带传动的一般已知条件包括:传动的用途和工作条件，传动的功率P，主动轮的转速n1，从动轮的转速n2:或传动比i，对传动位置和外部尺寸要求等普通V带传动的设计主要包括:确定原动机类型，带的型号、长度、根数，传动比、中心距，带轮材料、直径、结构尺寸，带的初拉力和压轴力，传动的张紧和防护等。三、V带传动设计的步骤和方法1.确定计算功率返回下一页上一页7.1带传动机构式中，P为带传动传递的额定功率，单位为kW;K是传动工作情况系数，综合考虑载荷性质和运转时间等因素的影响确定，见表7-4。

2.选定V带的型号根据计算功率P。和小轮转速n1，查图7.14选择普通V带的型号。当选择坐标点临近两种型号的交界线时，可分别选择两种带型设计计算，最后通过分析比较择优选定。3.确定带轮基准直径表7-5列出厂V带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列，选择小带轮基准直径时，以减小带内的弯曲应力。大带轮的基准直径心由传动比公式:返回下一页上一页7.1带传动机构通过计算并圆整为标准值。4.验算带速。传递相同功率时带所传递的圆周力增大，使带的根数增加。5.确定带轮的中心距和带的基准长度因为带是中间挠性件，故带轮的中心距可大可小，中心距的增大，有利于增大带轮的包角，但会使结构外廓尺寸增大，还会因载荷变化引起带的颤动，降低带的工作能力。6.验算小轮包角由公式确定小轮包角。7.确定v带的根数特定带长以及平稳工作条件下的基本额定功率，单位为kW(见表7-6。返回下一页上一页7.1带传动机构是时，单根普通V带额定功率的增量，单位为kW(见表7-7)。是带长修正系数，考虑带长不等于特定长度时对传动能力的影响;

是包角修正系数，考虑时，带传动能力会有所下降(见表7-8)。8.确定带的初拉力及计算作用在轴上的载荷保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件，初拉力过小，极限摩擦力小，传动能力下降，容易发生打滑;初拉力过大，将降低带的寿命，并使轴和轴承受力增大。单根普通V带合适的初拉力F0可按下式计算:返回下一页上一页7.1带传动机构V带的初拉力，将对带轮轴和轴承产生压力

，轴压过大会影响周和轴承的强度及寿命。可近似地按带两边的预拉力

。的合力来计算由图7.15可得，作用在轴上的载荷为:四、V带传动的张紧、安装和维护1.V带传动的张紧根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作;此外带工作一定时间后，会产生永久的不可回复的伸长，带的松弛导致张紧力逐步减小，带的传动能力下降，必须重新张紧，才能保证带传动的能力，使之正常工作。2.带传动的张紧方法返回下一页上一页7.1带传动机构(1)调整中心距。采用定期或者自动调整中心距。的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧。常见的有滑道式和摆架式两种结构。如图7.16、图7.17所示。(2)采用张紧轮。当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧，如图7.18所示。张紧轮一般放在松边的内侧并尽量靠近大轮，使带只受单向弯曲，同时避免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮与带轮的轮槽尺寸相同，且直径小于小带轮的直径。五、带传动安装和维护1.V带传动的安装安装V带时，应按规定的初拉力张紧。安装时应减小中心距，松开张紧轮，装好后再调整。对于中等中心距的带传动，也可凭经验安装，带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜，返回下一页上一页7.1带传动机构如图7.19所示。新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。严禁用其他工具强行撬人或撬出，以免对带造成不必要的损坏安装传动带时，两带轮轴线应相互平行，两轮的V形槽对称中心平面应重合;同组使用的带应型号相同，长度相等，以免各带受力不均。

2.带传动维护带轮机构应配置安全防护罩，以保障操作人员的安全，同时防止油、酸、碱对带的腐蚀。返回下一页上一页7.2链传动机构7.2.1链传动机构概述如图7.20所示，链传动机构是由装在平行轴上的链轮和跨绕在两链轮上的环形链条所组成，以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑现象能保持准确的平均传动比;由于是啮合传动，不需要很大的张紧力，轴上载荷小。7.2.2链传动零件按照链条的结构不同，传递动力用的链条主要有滚子链和齿形链两种。其中齿形链结构复杂，价格较高，其应用不如滚子链广泛。滚子链的结构如图7.21所示，滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板、外链板组成。其中，内链板2和套筒4、外链板1和销轴5分别用过盈配合固联在一起，分别称为内、外链节，内、返回下一页上一页7.2链传动机构外链节形成铰链。滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合。当链条啮人和啮出时，内、外链节作相对转动;同时，滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距，用P表示，它是链条的主要参数节距P越大，链条各零件的尺寸越大，所能承受的载荷越大。相同节距的链条可以制成单排链和多排链，如双排链或三排链。排数越多，承载能力越大。由于受制造和装配精度，会使各排链受力不均匀，故一般不超过3排，如图7.21所示滚子链链条接头处的固定形式如图7.22所示，大节距链条一般采用开口销固定，小节距链条一般采用弹簧卜连接，使用弹簧卜时应注意卜的开口应背向链条的运动方向，以避免链条在运动中因碰撞导致弹簧卜脱落。当链条的节数是奇数时，返回下一页上一页7.2链传动机构应采用过渡链节。过渡链节在工作中会引起附加的弯曲应力，降低链的承载能力，故链节数应尽可能选为偶数。齿形传动链又称无声链，由一组齿形链板并列铰接而成，如图7.23所示。工作时，通过链片侧面的两直边与链轮轮齿相啮合传动。齿形链具有传动平稳、噪声小，承受冲击性能好，工作可靠等优点。齿形链上设有导板，以防止链条工作时发生侧向窜动，导板有内导板和外导板之分。内导板齿形链导向性好，工作可靠，使用内导板时，链轮轮齿上要开导槽，链轮尺寸较大时，采用内导板式;外导板齿形链链轮的结构简单，在链轮尺寸较小时常用。齿形链按铰链结构的不同，分为圆销式、轴瓦式和滚柱式3种，如图7.24所示。链轮由轮毅、轮缘、轮辐3部分组成，常见的形式有整体式、返回下一页上一页7.2链传动机构腹板式和组合式，如图7.25所示。小直径链轮制成实心式，中等直径的链轮通常采用腹板式，大尺寸链轮或经常需要更换的链轮则经常设计成组合式。链轮的基本参数包括:配用链条的节距P,套筒的最大外径心，、排距P，以及齿数:链轮的主要尺寸，如图7.26所示。7.2.3链传动的运动特性链条绕上链轮后形成折线，相当于链条绕在一边长为链节距P的多边形轮子上，因此链传动相当于一对多边形轮子之间的传动(图7.27)。链传动运动不均匀性特征，是由于围绕在链轮上的链条形成厂正多边形这一特点造成的，故又称为链传动的多边形效应。7.2.4链传动的受力情况分析链传动在安装时应使链条受到一定的张紧力，张紧的日的返回下一页上一页7.2链传动机构主要是使松边不至于过松，以免影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿和脱链现象。如图7.28所示，链传动工作时，紧边和松边的拉力不相等。不考虑动。是由链条本身质量引起的悬垂力，与链条松边垂度和传动的布置方式有关，如图7.29所示。7.2.5滚子链传动的设计计算一、滚子链传动的失效形式和额定功率链传动的主要失效形式包括:链板的疲劳破坏、链条铰链的磨损、链条铰链的胶合以及链条的静力拉断等。二、链传动的额定功率各种失效形式将使链传动的工作能力受到限制。图7.30是通过实验作出的单排滚子链的极限功率曲线。1是在正常润滑条件下，铰链磨损限定的极限功率曲线;2是链板疲劳强度限定返回下一页上一页7.2链传动机构的极限功率曲线;3是套筒、滚子冲击疲劳强度限定的极限功率曲线;4是铰链(套筒、销轴)胶合限定的极限功率曲线。图中阴影部分5为实际使用的许用功率(区域)。若润滑不良及工作情况恶劣，磨损将很严重，其极限功率大幅度下降，如图7.31中虚线6所示。由上图可以看出，在中等速度的链传动中，链传动的承载能力取决于链板的疲劳强度。随着带速的增高，链条的多边形效应增大，传动能力主要取决于套筒、滚子冲击疲劳强度。转速越高疲劳强度越低，并出现铰链胶合现象，使链条迅速失效。图7.31是部分型号滚子链的额定功率曲线(GB/T18150-2006）三、链传动的设计准则(1)链速，v>0.6m/s的中高速链传动，利用功率曲线作为设计准则。当实际情况不符合实验规定的条件时，查得的Po。返回下一页上一页7.2链传动机构值应乘以小链轮齿数系数KZ、链长系数KL,多排链系数KP，和工作情况系数凡等一系列修正系数。当传动不能按标准推荐的方式润滑而使润滑不良时，链的磨损加剧，额定功率尸。值应降低，当1.5m/s，且润滑不良时，取图值的30%-60%无润滑时取图值的15%(寿命不能保证15000h);当1.5m/s<v,7m/s，且润滑不良时，取图值的15%-30%;当，v>7m/s且润滑不良时，传动不可靠，不宜采用。(2)当v<0.6m/s时，链传动的主要失效形式是过载拉断，应进行静强度校核。四、链传动的设计方法和步骤1.链传动设计的原始参数及设计内容设计链传动的一般已知条件包括:传动的用途和工作条件;传动的功率P;小链轮的转速n1、大链轮的转速n2或传动比i;原动机的类型等。

返回下一页上一页7.2链传动机构链传动的设计主要包括:链的节距、大小链轮的齿数;链条的节数和排数;中心距;链轮的材料、直径、结构尺寸;链传动的润滑方式等2.链传动设计的步骤和方法1、选择链轮的齿数(或传动比)链传动的传动比i过大，会导致链传动的结构尺寸增大，链条在小轮上的包角a减小，同时啮合的链齿数减少，容易造成跳齿和链条的过度磨损;通常L=7，推荐i=2-3.5。速度较低，载荷平稳时，可以选得稍大2)确定计算功率

式中，为链传动的工况系数，见表7-9;P为传动的额定功率，单位为kW。

返回下一页上一页7.2链传动机构3)确定链的节距P及排数链的节距大小反映厂链节和链轮齿的各部分尺寸的大小。在一定的条件下，链的节距大，链条的承载能力强，但多边形效应显著，振动冲击和噪声严重。选择节距的原则是:在保证传动能力的前提下，为使得传动结构紧凑，传动寿命长，尽可能选择小节距单排链。一般，高速轻载时，选用小节距单列链;高速重载时，选用小节距多列链;在低速重载时，选用大节距，单列链;从经济性角度出发，中心距小、传动比大时，选用小节距多列链;中心距大，传动比小时，选择大节距单排链。链条的节距P和排数根据小轮的转速n，和单排链所能传递的功率P。由图7.32得到。

为多排链系数(见表7-11）。返回下一页上一页7.2链传动机构4)链传动的中心距和链节数在传动比

时，链轮中心距过小，会造成链在小链轮上的包角小，与小链轮啮合的链节数少。同时，因总的链节数减少，链速一定时，单位时间链节的应力变化次数增加，使链的寿命降低。但中心距太大，除结构不紧凑外，还会使链的松边颤动。五、低速链传动的静力强度计算对于v<0.6m/s的低速链传动，主要失效形式是链条因过载被拉断，故应按抗拉静强度条件进行计算，根据已知的传动条件，由图7.32初选链条型号，然后校核安全系数S

式中，S为静强度计算的安全系数;F。为链条的最低破坏载荷，由链号查表可得;凡为工作情况系数，由表7-10确定;为许用静强度安全系数，通常=4-8返回下一页上一页7.2链传动机构7.2.6链传动的布置、张紧和润滑一、链传动的布置在链传动中，两链轮的回转平面必须在同一平面内，两轮轴线必须平行，两链轮的中心连线最好是水平的，也可以与水平面成45。以下的倾斜角，尽量避免垂直传动，以免链的垂度增大时，链与下链轮啮合不良或脱离啮合，如图7.33所示。为避免松边在上时，可能造成的因松边垂度过大而出现链条与轮齿干扰，甚至引起松边与紧边的碰撞的现象，一般应使链的紧边在上，松边在下，以便链节和链轮轮齿顺利地进人和退出啮合。二、链的张紧链传动的张紧并不决定链的工作能力，只是调整垂度的大小，为防止链条垂度过大造成啮合不良和松边的颤动，链传动机构需要使用张紧装置。返回下一页上一页7.2链传动机构当中心距不可调时，可采用张紧轮。张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，放在链条内、外侧均可，如图7.34所示。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，不论是带齿还是不带齿的张紧轮，其节圆直径最好与小链轮的节圆直径相近。不带齿的张紧轮可用夹布胶木制造，宽度应比链宽一些。中心距可调时，可通过调整中心距来控制张紧程度。三、链传动的润滑链传动中销轴与套筒的磨损将导致链节伸长，这是影响链传动寿命的最主要原因，因而适当的润滑是延长链传动使用寿命最有效的手段，对于高速重载的链传动尤为重要。良好的润滑有利于缓和冲击、提高承载能力，减少磨损、延长使用寿命，因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。

返回下一页上一页7.2链传动机构1.链传动常用的润滑方式链传动装置中常用的润滑方式有人工定期润滑、滴油润滑、油浴润滑和压力喷油润滑