荆职院机械设计基础教案05带传动

第五章带传动5.1带传动概述1、教学目的：了解带传动类型，掌握带传动工作原理及V带标准、理解初拉力、工作拉力等概念2、重点与难点：重点：带传动工作原理及工作情况分析难点：弹性滑动概念3、教学手段与方法：利用动画演示弹性滑动、应力分布，实物图片展示带传动的应用场合。4、教学时间：2学时一、带传动的类型：带传动是利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的。带传动通常是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形带3所组成。根据传动原理不同，带传动可分为摩擦传动型（图5.1）和啮合传动型（图5.2）两大类。图5.1图5.21.摩擦传动型摩擦传动型是利用传动带与带轮之间的摩擦力传递运动和动力。摩擦型带传动中，根据挠性带截面形状不同，可分为：(1)普通平带传动（如图11.3（a））平带传动中带的截面形状为矩形，工作时带的内面是工作面，与圆柱形带轮工作面接触，属于平面摩擦传动。(2)V带传动（如图11.3（b））V带传动中带的截面形状为等腰梯形。工作时带的两侧面是工作面，与带轮的环槽侧面接触，属于楔面摩擦传动。在相同的带张紧程度下，V带传动的摩擦力要比平带传动约大70%，其承载能力因而比平带传动高。在一般的机械传动中，V带传动现已取代了平带传动而成为常用的带传动装置。(3)多楔带传动（如图11.3（c））多楔带传动中带的截面形状为多楔形，其工作面为楔的侧面，它具有平带的柔软、V带摩擦力大的特点。(4)圆带传动（如图11.3（d））圆带传动中带的截面形状为圆形，其传动能力小，主要用于v<15m/s，i=0.5~3的小功率传动，如仪器和家用器械中。(5)高速带传动带速v>30m/s，高速轴转速n=10000~50000r/min的带传动属于高速带传动。2.啮合传动型啮合传动型是指同步带传动，同步带传动是靠带上的齿与带轮上的齿槽的啮合作用来传递运动和动力的。同步带传动工作时带与带轮之间不会产生相对滑动，能够获得准确的传动比，因此它兼有带传动和齿轮啮合传动的特性和优点。二、带传动的特点及应用：带传动的主要优点是：（1）适用于中心距较大的场合；（2）带是挠性物，可以缓冲、吸振，噪音小，传动平稳；（3）当过载时，带与带轮之间会产生打滑，保护其他零部件免受损坏；（4）结构简单，制造与维护方便，成本低。带传动的主要缺点是：（1）外廓尺寸太大；（2）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；（3）传动效率较低，寿命较短；（4）常需要张紧装置，支承带轮的轴和轴承受力较大；（5）不宜用于高温、易燃等场所。总的来说，带传动多用于两轴中心距较大，传动比要求不严格的中、小功率的机械中。一般情况下，带传动传递的功率P≤100kW，带速v=5~25m／s，平均传动比i≤5，传动效率为94％～97％。高速带传动的带速可达60～100m/s，传动比i≤7。同步齿形带的带速为40～50m/s，传动比i≤10，传递功率可达200kW，效率高达98％～99％。三、V带的结构和标准5.2.1V带的结构和带轮一）V带结构：V带有普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带和汽车V带等多种形式，其中普通V带应用最广。本节主要介绍普通V带及带轮。普通V带是楔角为40°，相对高度h／bp≈0．7的梯形截面环形带，其结构如图5．4所示，由拉伸层1、强力层2、压缩层3和包布层4等部分组成。图5.4V带结构1—拉伸层2—强力层3—压缩层4—包布层二）V带及V带轮的几个参数：当带垂直底边弯曲时，顶胶料受拉伸长，底胶料受压缩短，在两者之间的中性层长度保持不变，称其为节面，节面的宽度称为节宽，用bp表示。普通V带的相对高度h／bp≈0．7，窄V带h/bp≈0．9。由于在相同高度下，窄V带的宽度比普通V带的减小约1／3，而承载能力可提高1．5～2．5倍，所以窄V带的应用也日趋广泛。普通V带已经标准化(GBll544---97)，按其截面形状不同，分为Y、Z、A、B、C、D、E七种，窄V带分为SPZ、SPA、SPB、SPC4种，其截面尺寸见表5．1。在V带轮上，与所配用的V带节面宽度bp相对应的带轮直径，称为基准直径，用dd表示(见表5．2)。在规定的张紧力下，v带位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度，用Ld表示，它是V带的公称长度(见表5．3)。四、带传动的工作情况分析：1.带传递的力带呈环形，以一定的张紧力F0套在带轮上，使带和带轮相互压紧。静止时，带两边的拉力相等，均为F0（图11.5a）；传动时，由于带与轮面间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等（图11.5b）。绕进主动轮的一边，拉力由F0增加到F1，称为紧边拉力；而另一边带的拉力由F0减为F2，称为松边拉力。两边拉力之差F＝F１－F２即为带的有效拉力，它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下，摩擦力有一极限值，如果工作阻力超过极限值，带就在轮面上打滑，传动不能正常工作。设带传动传递的功率为P（KW）、带速为V（m/s），则有效拉力F（N）为F=F1-F2=1000P/V

由上式可知，在传动能力范围内，F的大小和传递的功率P及带的速度V有关。当传递功率增大时，带的有效拉力即带两边拉力差值也要相应增大。带的两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。当带有打滑趋势时摩擦力即达到了极限值，打滑一般首先发生在小带轮上。即将打滑时，带传动中F1与F2的关系可利用柔韧体摩擦的欧拉公式表示：（5—4）式中e一自然对数的底，e=2.718；f—带与带轮接触面间的摩擦系数(V带为当量摩擦系数fv)；α——带在带轮上的包角，单位为rad。将式(5．3)代人式(5．4)整理后，可得到初拉力为F0时，带所能传递的最大有效拉力为：（5—5）分析式5．5可知，带传动的最大有效拉力F与摩擦系数f、包角α和初拉力F有关。增大f、α和F0，都可以提高带传动的工作能力，但F0过大将使带的磨损加剧，缩短带的寿命。图5.8带与带轮间的法向压力设平带传动与V带传动的初拉力均为F0，如图5．8所示，则平带工作时产生的摩擦力为：（5—6）V带工作时产生的摩擦力为：（5—7）式中：——带轮轮槽角；fv——当量摩擦系数；f——摩擦系数；FQ——正压力。当轮槽角为32°、34°、36°、38°时，fv=(3．62～3．07)f，由此可知，在相同的条件下，V带的传动能力是平带的3倍以上。所以，传递相同功率时，V带传动的结构紧凑，应用更广泛。五、带的应力分析带传动工作时，带中的应力由3部分组成：(1)拉应力紧边拉应力(5—8)松边拉应力（5—9）式中，A为带的横截面面积（mm2）。(2)离心应力当带以速度v沿着带轮轮缘做圆周运动时，带自身的质量将产生离心力。虽然离心力只产生在带做圆周运动的部分，但由离心力产生的离心拉力作用于带的全长。离心应力可用下式计算：（5—10）式中q一—带单位长度的质量(kg／m)(见表5.5)；v——带的线速度(m／s)。(3)弯曲应力带绕在带轮上时因弯曲而引起弯曲应力，如图5．9所示，其大小由下式计算：（5—11）式中：h——带的高度(mm)；dd——带轮的计算直径，对于V带轮，dd为基准直径(mm)；E——带的弹性模量，单位：N／mm2。图5.9带的弯曲应力显然，带的弯曲应力因带轮的直径不同而不同，带轮的直径越小，带的弯曲应力越大。为了避免带的弯曲应力过大，各种型号的V带都规定了最小带轮基准直径(见表5．6)。带工作时的应力分布情况如图5．10所示，各截面应力的大小用自该处引出的径向线或垂直线的长短来表示。很明显，在传动过程中，带处于变应力状态下工作，最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处，其值为：（5—12）在变应力的作用下，当应力循环次数达到一定值后，带将因此产生疲劳破坏而失效。图5.10带的应力分析六、带的弹性滑动与传动比i带传动在工作时，由于带是弹性体，受到拉力后会产生弹性变形。因为紧边与松边的拉力不同，所以带的变形量也会不同。如图5．7(b)，当带在A点绕上主动轮时，带的速度v和带轮的速度v1相同。带由A点转到B点的过程中，带的拉力由F1逐渐减小到F2，带的弹性伸长量也随之减小，带沿带轮的运动是一面绕进，一面向后收缩，带速v也逐渐低于主动轮的四周速度v1，此时带与带轮间必然发生相对滑动。这种现象也发生在从动轮上，不过情况恰好相反。这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，称为弹性滑动。它是带传动正常工作时固有的特性，是不可避免的。它造成功率损失，增加带的磨损，也是带传动不能保证准确传动比的根本原因。弹性滑动导致从动轮的圆周速度v2（m/s）低于主动轮的圆周速度v1（m/s），其降低量用滑动率表示：(5—13)（5—14）n1、n2——分别为主、从动轮转速（r/min）。带传动的实际传动比（5—15）V带传动的滑动率=0．01～0．02，一般可不考虑，其传动比计算式为（5—16）作业：P204习题1、2、35.4带传动的设计1、教学目的：掌握V带传动的设计，了解带传动的张紧、安装与维护2、重点与难点：重点：V带传动的设计准则及设计方法难点：V带传动的设计过程中相关数据的设定3、教学手段与方法：板书4、教学时间：2学时一、带传动的失效形式及设计准则

失效形式：打滑和疲劳断裂。

设计准则：在保证不打滑的条件下，应具有一定的疲劳强度和寿命。二、V带传动的设计步骤和方法原始条件及设计的主要内容原始条件：P、n1、n2（i)、用途、载荷性质及工作条件等。设计内容：确定带型号、带长及根数、选择带轮的材料及结构尺寸、设计张紧装置等。1.确定计算功率Pc，选择V带型号

Pc=KAP

KA为工作情况系数，见表。2.确定带轮的基准直径dd应取dd1大于等于ddmin,ddmin的值见表。dd2=dd1n1/n2,dd1与dd2宜取标准值，见表，续。3.验算V带的速度带速一般限制在5—25m/s之间。4.确定中心距及基准长度Ld

设计时如无特殊要求，可按下式初步确定中心距a00.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)由带传动的几何关系可得带的基准长度计算公式：L0——带的基准长度计算值，查表选定带的基准长度Ld。实际中心距

考虑到安装、张紧的调整，将中心距设计成可调式，amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld5.验算小带轮包角一般应使小带轮包角α1≥12006.确定V带根数z一般应满足z<10。7.计算V带的初拉力F08.计算作用在轴上的压力FQ9.带轮的结构设计10.设计结果列出带型号、基准长度、根数、带轮直径、中心距、轴上压力等。三、带传动的设计计算实例5.1四、提高带传动工作能力的措施1.增大摩擦系数

摩擦式带传动其摩擦系数越大，则传动能力越强。所以，可通过选择合适的材料副等增大摩擦系数，以提高带传动的工作能力。

2.增大包角

柔韧体摩擦其摩擦力的大小，不仅与摩擦系数和正压力有关，而且还与接触面积的大小有关。包角越大则接触面积越大，摩擦力也越大，传动能力越强。采用增大中心距、减小传动比以及在带传动外侧安装张紧轮等方法可以增大包角。

3.保持适当的张紧力

张紧力越大，摩擦力也越大，传动能力越强。但张紧力太大会导致带的寿命缩短。

4.其它措施如采用新型带、采用高强度材料作为带的强力层等，都可以提高带传动的传动能力。五、带传动的张紧、安装与维护一）带传动的张紧1.调整中心距方式（1）定期张紧（2）自动张紧2.张紧轮方式二）带传动的安装与维护初拉力的控制

安装V带时，应按规定的初拉力张紧。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。新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。作业：P204习题9、105.7链传动1、教学目的：了解链传动的工作原理、特点及应用，链传动的布置、张紧和润滑等方面有一定的了解。2、重点与难点：重点：滚子链传动的工作原理，和应用特点。难点：滚子链及链轮结构特点。3、教学方法：多媒体演示4、教学时间：2学时一、链传动概述1.链传动的组成和工作原理如图5．23所示，链传动由主动链轮、从动链轮和链条组成。它通过链和链轮的啮合来传递运动和动力，兼有齿轮传动和带传动的一些特点。2.链传动的类型按用途的不同，链传动可分为传动链、起重链和牵引链。起重链和牵引链用于起重机械和运输机械，传动链主要用于一般机械，其中传动链最常用。传动链的种类很多，主要有滚子链(图5．24)和齿形链(图5．25)两种3.链传动的特点和应用链传动与带传动相比，由于链传动是啮合传动，故没有弹性滑动和打滑现象，其平均传动比准确，效率较高；无需较大的初拉力，对轴的作用力较图5.23链传动小；传递相同载荷时，结构更紧凑，装拆方便；能在高温、油污、粉尘和泥沙等恶劣的环境下工作。链传动与齿轮传动相比，制造和安装精度要求低；由于链传动工作时啮合齿数较多，所以链轮轮齿受力较小，强度较高，磨损也较轻；适用于较大中心距传动。链传动的主要缺点是仅能用于平行轴间的传动，且瞬时链速和瞬时传动比是变化的，故高速运转时不如带传动平稳，振动冲击和噪音较大，不适于载荷变化很大和急速反转的传动。由于链传动具有以上特点，所以它广泛用于矿山机械、冶金机械、起重运输机械及机床、汽车、摩托车、自行车等机械传动中。链传动适用的一般参数范围为：传动功率P≤100kW，链速v≤15m／s；传动比i≤8；中心距a≤5～6m。传动效率为0.95～0.98。二、滚子链与链轮1.滚子链的结构和标准滚子链由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4、外链板5组成(图5．24)。为了减轻链条的重量并使链板各横截面强度相近(即近似符合等强度原则)，内、外链板均制成“∞”字形。图5.24滚子链结构图5.25齿形链结构滚子链相邻两链节铰链副理论中心间的距离称为节距，用p表示，它是链传动的主要参数。节距大，则链的各部分尺寸大，传递的功率大，但重量也大，冲击和振动也随着增加。为了控制链传动的尺寸及减小传动时的动载荷，当传动的功率较大及转速较高时，可采用小节距的双排链或多排链，双排滚子链见图5．26。由于多排链的制造和安装精度的影响，各排链承受载荷不均匀，故排数不宜过多，一般应不超过四排。相邻两排链条中心线间的距离称为排距，用Pt表示。图5.26双排链结构滚子链的长度以链节数来表示。接头方式如图5．27所示。当链节数为偶数时，接头处可用开口销[如图5．27a所示，一般用于大节距链]或弹簧锁片[如图7．27b所示，用于小节距链]来固定。当链节数为奇数时，需采用图5．27c所示的过渡链节。由于过渡链节在链条受拉时，除受拉力外，还要承受附加弯矩的作用，所以应尽量避免采用奇数链节。目前，传动用短节距精密滚子链已标准化(GB／T1243—1997)，滚子链分为A、B两种系列，其中A系列为常用系列。表5．12列出了国标规定的A系列滚子链的主要参数。滚子链的标记方法规定如下：链号一排数×链节数标准号例：A系列，节距31．75mm，双排，60节的滚子链标记为20A一2×60GB／T1243—1997链轮齿形已标准化，设计时主要是确定其结构尺寸，合理地选择材料及热处理方法。图5.27滚子链的接头形式2.链轮的基本参数和主要尺寸链轮的基本参数是配用链条的节距p、滚子外径d1、排距Pt及齿数z。链轮的主要尺寸计算公式如下：分度圆直径（5—28）齿顶圆直径（5—29）齿根圆直径（5—30）3.链轮的齿形目前应用较广的滚子链轮端面齿形如图5．28所示，由三段圆弧(aa，ab，cd)和一段直线(bc)组成。这种齿廓形状具有较好的啮合性能和加工性能，而且国标规定有标准齿形刀具，只需在零件工作图上注明“齿形按3RGBl244--85规定制造”即可，不必画出端面齿形。图5.28滚子链链轮端面齿形链轮轴平面齿形则须在工作图中画出，且齿形和尺寸也应符合GB／T1243—1997的规定(见图5．29和表5．13)。4.链轮的结构图5．30所示为几种不同形式的链轮结构。小直径链轮采用整体式（图5．30a），中等尺寸链轮采用孔板式如图5．30b，大直径链轮(da>200mm)常采用装配式结构，以便更换齿圈，装配方式可为焊接（图5．30c），也可为螺栓联接见图5．30d。图5.29轴向齿廓图5.30链轮结构表5.13滚子链链轮轴向齿廓尺寸5.链轮的材料链轮材料的选择，应以保证轮齿具有足够的强度和耐磨性为依据。链轮常用材料及应用范围见表5．14。三、链传动的安装及使用维护1.链传动的合理布置链传动的布置是否合理，对传动的工作能力及使用寿命都有较大影响。合理布置的原则有：链轮轴线应平行，两链轮的转动平面应在同一垂直平面内；轮中心线最好为水平或接近水平，倾角不大于45°；应使链条的紧边在上(与带传动不同)，松边在下，以免松边垂度过大时干扰链与轮齿的正常啮合。链传动的布置参见表5．15。2.链传动的张紧链传动靠链条和链轮的啮合传递运动和转矩，不需要很大的张紧力。为了防止啮合不良和链条的抖动，链传动必须控制链条松边的垂度，因此链传动要张紧，但它与带张紧的目的是不同的。张紧的方法有：过调整链轮中心距来张紧链轮（2）拆除1～2个链节，缩短链长，使链张紧。（3）使用张紧轮张紧。当两链轮中心连线倾角大于60°时，应当设置张紧装置