《机械设计基础》-第五章挠性传动

第五章挠性传动5-9链传动的主要参数及其选择5-10链传动的布置、张紧与维护5-1带传动的类型和应用

带传动是-种常用的机械传动形式，它的主要作用是传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。带传动是由主动轮1、从动轮2和紧套在两轮上的传动带3组成的(图5-1)。它依靠带和带轮面间的摩擦力传递运动和动力。5-1-1带传动的特点带传动是通过中间挠性件(带)，靠摩擦来传动的，它具有下列特点:(1)传动带具有良好的弹性，能缓冲和吸振，传动平稳，噪声小下-页返回5-1带传动的类型和应用

(2)过载时，带和带轮面间发生打滑，可防止其他零件损坏

(3)带传动结构简单，制造、安装和维护均较方便

(4)可用于中心距较大的两轴间的传动

(5)带传动不能保证准确的传动比，对轴和轴承的压力较大，传动的效率较低，带的寿命较短，传动的外廓尺寸较大带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确、中小功率的远距离传动。-般带传动的传递功率P50kW，带速v=5~25m/s，高速带的带速可达60m/s，传动比小于等于7

上-页下-页返回5-1带传动的类型和应用5-1-2带传动的类型

按传动带的截面形状不同，机械上常用的有平带[图5-2(a)],V带[图5-2(b)],圆带[图5-2(c)],多楔带[图5-2(d)]、同步带[图5-2(e)]等.

平带的截面形状为扁平矩形，内表面为工作曲.

圆带的横截面为圆形，只用于小功率传动，如缝纫机、仪器等.

多楔带是以平带为基体、内表面具有等距纵向楔的环形传动带。其工作面为楔的侧面。它主要用于传递功率较大而要求结构紧凑的场合

上-页下-页返回5-1带传动的类型和应用

同步带传动是具有中间挠性体的啮合型带传动(图5-3)。带传动主要用于两轴平行、转向相同的场合，这种传动型式称为开口传动，如图5-1所示

上-页返回5-2V带和V带轮5-2-1V带的结构和标准

V带由顶胶、抗拉体、底胶和包布四部分组成(图5-4)。抗拉体有帘布芯结构[图5-4(a)]和绳芯结构[图5-4(b)]两种。帘布芯结构抗拉强度较高，制造方便，应用较广。Z,A,B,C型帘布芯V带可无顶胶部分。绳芯结构柔性好，抗弯强度高，适用于带轮直径较小、速度较高的场合。

V带可分为普通V带、窄V带、宽V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带等多种类型。以普通V带应用最广。下-页返回5-2V带和V带轮

V带制成无接头的环形。在弯曲时，带中长度和宽度均不变的-层称为中性层，其宽度bp称为节宽.V带截面高度b和节宽bp的比值，称为相对高度.楔角为40°、相对高度约为0.7的V带称为普通V带，已标准化。按截面尺寸由小到大普通V带分为Y,Z,A,B,C,D,E匕种型号，其截面尺寸见表5-1。其中Y型尺寸最小，只用于传递运动。

V带装在带轮上，和bp相对应的带轮直径称为基准直径dd(见表5-1)。V带在规定的张紧力下位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld，它是V带的公称长度，用于带传动的几何计算和带的标记。普通V带基准长度见表5-2。

上-页下-页返回5-2V带和V带轮

普通V带的标记为:截型基准长度标准编号标记示例:B型带，基准长度为1000mm，标记为:B1000GB11544-1989

窄V带是-种新型V带，其截面高度和节宽之比约为0.9，结构如图5-5。在相同的工作条件下，窄V带的承载能力比普通V带高1.5-2.5倍，甚至更多，速度达40-50m/s，在传递相同功率时，其结构尺寸可比普通V带小，使用寿命长。由于窄V带的这些特点，国外已普遍采用。我国对窄V带也制订了相应标准(可参阅有关手册和标准)

上-页下-页返回5-2V带和V带轮5-2-2V带轮的材料和结构

带轮常用材料为铸铁，带速v<25时m/s，速度更高时可采用铸钢。，可采用bT150,v=25~30m/s时可用bT200，铝合金带轮和塑料带轮常用于小功率传动。带轮由轮缘、轮毅和轮辐(或腹板)三部分组成。轮缘上制有槽，槽的结构尺寸和数目应与所用V带的型号、根数相对应。轮槽截面尺寸见表5-3。表中带轮槽角度规定为32°,34°,36°和38°，而V带楔角a为40°，这是考虑到带在带轮上弯曲时，截面形状的变化使楔角减小，从而使带和带轮槽面接触良好。轮毅是带轮的

上-页下-页返回5-2V带和V带轮

内圈部分，它和轴相联接。联接轮缘和轮毅的中间部分称轮辐(或腹板)。当带轮基准直径dd<(2.5-3)d(d为轴的直径)时，可采用实心带轮(S型)，如图5-7(a)所示。dd<300mm时，可采用腹板带轮(P型)或孔板带轮(b型)，如图5-7(b)所示。P型与b型的区别是腹板上不开孔，所以图上未画出。dd>300mm时，则采用椭圆轮辐带轮(E型)，如图5-7(c)所示各式带轮又按其轮缘与轮辐的相对位置及宽度不同而分型(详见标准GB10412-1989)

普通V带轮的基准直径系列见表5-4。带轮的其他结构尺寸可参照图5-7所列经验公式计算。

上-页返回5-3带传动的受力分析和应力分析5-3-1带传动的受力分析和打滑为保证带传动正常工作，传动带必须以-定的张紧力套在带轮上。所以带在工作前，两边已承受相等的拉力，称为初拉力F0，如图5-8(a)所示。工作时，由于带和带轮接触面间摩擦力的作用，带绕入主动轮的-边被拉紧，称为紧边，其拉力由F0增大到F1，带绕入从动轮的-边被放松，称为松边，其拉力由F0减少为F2，如图5-8(b)所示。两边的拉力之差F称为带传递的圆周力，也称为带传动的有效拉力。即下-页返回5-3带传动的受力分析和应力分析5-1

5-2式中:P为传递的功率，kw;v为带速，m/s;F为圆周力，N

在-定的初拉力F0下，带与带轮面间的摩擦力之总和有-极限值，当传递的圆周力超过极限摩擦力总和时，带将沿带轮表面全面滑动，这种现象称为打滑。它使带磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至停止转动，失去正常工作能力。

上-页下-页返回5-3带传动的受力分析和应力分析

当V带即将打滑时，紧边拉力F1和松边拉力F2之间的关系可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示，即

5-3

若近似认为带工作时其总长不变，则带紧边拉力的增加量，等于松边拉力的减小量，即

5-4

5-5

上-页下-页返回5-3带传动的受力分析和应力分析

联立式(5-1)和(5-3)可得Fmax和紧边拉力F1的关系为

5-65-3-2带传动的应力分析

1.由拉力产生的拉应力

紧边拉应力松边拉应力

上-页下-页返回5-3带传动的受力分析和应力分析

2.由离心力产生的拉应力工作时带随带轮作圆周运动，因本身质量而产生离心力，由此引起的拉力为qv2，作用于带全长，使带各横截面都产生拉应力为式中:q为带每米长的质量，kg/m;v为带速，m/s。带绕过带轮时发生弯曲，从而引起弯曲应力，由材料力学公式得V带弯曲应力为

上-页下-页返回5-3带传动的受力分析和应力分析

式中:E为带的弹性模量，MPa;b为带的高度，mm；dd为带轮基准直径，mm。带在工作时的应力分布如图5-9所示。各截面的应力大小由该处引出的带的法线长短表示。最大应力发生在紧边和小轮接触处，其值为可见带是在变应力作用下工作的，当应力循环次数达到-定值时，将使带产生疲劳破坏。为保证带具有足够的疲劳寿命，应满足:

上-页返回5-4带传动的弹性滑动和传动比

传动带是弹性体，受拉力后产生弹性伸长，并随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，由于拉力的减少，其弹性伸长量也相应减少，带相对于轮向后缩了-段，因而带和带轮面间局部出现相对滑动，并使带的速度落后于主动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而引起带与带轮面间的局部相对滑动称为弹性滑动。带的弹性滑动使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，其相对降低率用滑动率ε表示，即下-页返回5-4带传动的弹性滑动和传动比由此得带传动的传动比为

5-85-9

式中v1,v2分别为主、从动轮的转速，r/min;d1,d2分别为主、从动轮的直径，对V带传动则为基准直径，mm。在-般传动计算中，因带传动的滑动率ε=0.01~0.02，其值不大，可不予考虑.

上-页返回5-5普通V带传动的设计5-5-1带传动的失效形式和设计准则由前所述，带传动的主要失效形式为带在带轮上打滑和疲劳破坏(脱层、撕裂或拉断)，所以带传动的设计准则是:保证带在工作中不打滑，同时具有足够的疲劳强度和-定的使用寿命，即应满足式(5-6)和(5-7)5-5-2单根V带的基本额定功率为了设计方便，将包角为180°(i=1),特定基准长度、载荷平稳时单根普通V带所能传递的额定功率P1称为单根V带的基本额定功率，列于表5-5(因Y型带不常用，故未列于表中)当实际工作条件下-页返回5-5普通V带传动的设计

与上述特定条件不同时，对查得的P1值应加以修正因此，实际工作条件下，单根V带的额定功率P'为:

5-105-5-3V带截型和根数的确定

V带截型可由计算功率P。和小带轮转速n1查图5-10得到.5-11

式中:P为传动的额定功率，kw;KA为工作情况系数，查表5-9

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计V带根数Z可按下式确定:5-11为使每根带受力比较均匀，带的根数不宜过多，-般Z=3~6,Zmax≤10。若计算所得根数过多，应改选截型重新计算.5-5-4主要参数的确定带速5-13

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计

式中:v的单位为m/s,dd1的单位为mm,n1的单位为r/min

带速太高使离心力增大，且单位时间内带绕过带轮的次数增多，会降低传动的工作寿命。带速太低，当传递功率-定时，传递的圆周力增大，使带的根数过多。-般应使带速在5~25m/s范围内.2.中心距和带长传动中心距小，结构紧凑，但带短，使绕转次数增多，从而降低带的寿命，同时使包角减小，导致传动能力降低。中心距过大，不仅使传动结构尺寸增大，当带速较高时，还会引起带的颤动。设计时，应按具体情况参考下式初步确定中心距a0。

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计5-14

带长L可通过带传动的几何关系(图5-1)求得5-15

根据初定的中心距a0计算出带长L0，由表5-2中取接近的基准长度Ld，再按下述近似公式计算实际中心距a：5-16

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计3.小轮包角5-17-般应使α1≥120°，若不满足此条件，可增大中心距或减小两轮直径差。

4.初拉力适当的初拉力是保证带传动正常工作的重要因素，初拉力过小易发生打滑，初拉力过大带的寿命降低，且对轴和轴承的压力增大。单根V带合适的初拉力F0,N;可按下式计算:

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计5-18

式中:q为V带每米长的质量，kg/m，见表5-1其他符号含义同前5-5-5带传动作用在轴上的压力带传动对轴的压力FQ即为传动带紧、松边拉力的向量和，-般按初拉力作近似计算，由图5-12可得5-19

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计5-5-6带传动的设计任务及步骤例5-1设计-带式输送机的V带传动，已知:异步电动机的额定功率P=7.5kW,转速n1=1440r/min，从动轮转速n2=565r/min，三班制工作，要求中心距a,500mm

解:(1)选择普通V带截型由表5-9查得KA=1.3。由式(5-11)

由图5-10，选用B型V带.

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计(2)确定带轮基准直径，并验算带速由图5-10知，推荐的小带轮基准直径为125~140mm，则取dd1=140mm>ddmin=125mm.

故有实际从动轮转速车令速误差为带速

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计

在5~25m/s范围内，带速合适。(3)确定带长和中心距由式(5-14)

按题意取a0=500mm

由式(5-15)

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计

由表5-2，取Ld=1800mm由式(5-16)(4)验算小带轮包角由式(5-17)

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计

小轮包角合适。

(5)确定带的根数故取z=4根

(6)计算轴上压力由表5-1查得q=0.17kg/m，由式(5-18)，单根V带的初拉力为

上-页下-页返回5-5普通V带传动的设计则作用在轴上的压力FQ，由式(5-19)可得

(7)绘带轮工作图(略)

上-页返回5-6带传动的张紧和维护5-6-1带传动的张紧常采用调整中心距的张紧方法，把装有带轮的电动机安装在滑道上图5-13(a)或摆动底座上[图5-13(b)]，通过调整螺钉或调整螺母，即可达到张紧的日的。当中心距不能调整时，可采用张紧轮装置「图5-13(c)]。为使V带只受单向弯曲，张紧轮应安置在带的内侧，且靠近大轮处，以免小轮包角减小太多5-6-2带传动的安装和维护(1)选用V带时要注意截型和长度(2)安装时，两带轮的轴线应平行下-页返回5-6带传动的张紧和维护(3)带的工作温度不应超过60°C(4)带传动应加防护罩(5)装拆时不要硬撬，应先缩小其中心距，然后再装拆胶带

上-页返回5-7链传动的特点和应用

链传动是由安装在两平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成。以链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保证准确的平均传动比;传动效率高，可达0.98;链不需要像带那样很紧地张紧在带轮上，作用在轴上的压力较小;能在恶劣的环境下(如高温、灰尘多、有油污等)工作;但链传动的瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有-定的冲击和噪声。链传动主要用于工作可靠、两轴相距较远、工作条件恶劣的场合。返回5-8滚子链和链轮5-8-1滚子链的结构和标准滚子链是由内链板1、外链板2,销轴3、套筒4和滚子5组成，如图5-17所示。内链板与套筒，外链板与销轴均为过盈配合，而套筒与销轴、滚子与套筒均为过间隙配合。当链条啮入和啮出时，内外链板作相对转动，同时滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。内外链板均做成8字形，以减轻重量并保持各横截面的强度大致相等。滚子链已标准化，分为A,B两种系列。A级链用于重载、高速和重要的链传动;B级链用于-般传动。表5-11列出滚子链的基本参数和尺寸。

下-页返回5-8滚子链和链轮

按国际规定，套筒滚子链的标记方法为链号-排数x链节数，标准编号。例如16A-1x80GB/T1243-1997即为按本标准制造的A系列、节距25.4mm、单排、180节的滚子链.

链条长度以链节数来表示。链节数最好取偶数，接头处用弹性锁片或开口销锁紧。当链节数为奇数时，则须采用-个过渡链节，但其强度差，应尽量少用，如图5-19所示。5-8-2链轮链轮齿形如图5-20所示，按国家标准规定，用标准刀具加工，只需给出链轮的节距P、齿数Z和链轮的分度圆直径d。

上-页下-页返回5-8滚子链和链轮

链轮齿应具有足够的强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，所用材料-般优于大链轮。常用的链轮材料有Q235,Q275,45,ZG45等。重要的链轮可采用合金钢.

上-页返回5-9链传动的主要参数及其选择5-9-1链轮齿数链轮齿数要选择适当，不宜过多或过少。链轮齿数愈少，链轮的不均匀性和动载荷都会增加，同时当链轮齿数过少时，使链轮直径过小，会增加链节的负荷和工作频率，加速链条磨损由此可见，增加小链轮齿数对传动是有利的。但链轮齿数过多，会造成链轮尺寸过大，而且当链条磨损后，容易引起脱链现象。同样会缩短链条的使用寿命。由于链节数常为偶数，为考虑磨损均匀，链轮齿数-般应取与链节数互为质数的奇数。-般小链轮齿数Z，可根据传动比由表5-12取，下-页返回5-9链传动的主要参数及其选择然后再按传动比确定大链轮的齿数Z2(Z2=iZ1)-般Z2不宜大1200.5-9-2平均传动比链轮每转-周，随之绕过的链长为Z尸，因此当两链轮n1、n2时，链的平均速度v为则平均传动比为

上-页下-页返回5-9链传动的主要参数及其选择5-9-3链节距节距P是链传动中最主要的参数。节距越大其承载能力越高，但传动中附加动载荷，冲击和噪声也都会越大。因此，在满足传递功率的前提下，应尽量选取小节距的单排链;若传动速度高，功率大时，则可选用小节距多排链。这样可在不加大节距P的条件下，增加链传动所能传递的功率.5-9-4链传动的中心距若链传动中心距过小，则小链轮的包角也小，同时参与啮合的齿数就少;若中