第10章--带传动和链传动-教案

第10章带传动和链传动1．教学目标（1）带传动的受力分析、应力分析和弹性滑动。

（2）普通V带传动的设计计算和主要参数对传动性能的影响。

（3）滚子链传动的运动特点、失效形式。

（4）滚子链传动的设计计算和主要参数的合理选择。

2．教学重点和难点同上。

3．讲授方法多媒体和演示柜教学4．讲授学时8 学时10.1 带传动主要特点、类型和应用1．带传动的主要类型(1)按传动原理分类1）摩擦带传动靠传动带与带轮之间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等。

2）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动，如同步带传动。

工作时，靠带的凸齿与带轮外缘上的齿槽啮合传动。

(2)按用途分类1）传动带传递动力用。

2）输送带输送物品用。

(3)按传动带的截面形状分类1）平带平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。

常用的平带有胶带、编织带和强力锦纶带等，如书图10.3a。

2）V带 V带的截面形状为梯形，两侧面为工作表面，如书图10.3b。

3）多楔带它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。

多楔带结构紧凑，可传递很大的功率，如书图10.3c。

4）圆形带横截面为圆形，只用于小功率传动，如书图10.3d。

5）同步带纵截面为齿形，如书图10.3e。

2. 带传动的特点和应用带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震及过载打滑以保护其他零件等优点。

缺点是传动比不稳定，传动装置外形尺寸较大，效率较低，带的寿命较短以及不适合高温易燃场合等。

带传动一般不宜用于大功率传动（通常不超过50kw），且多用于高速级传动。

带的工作速度一般为5～30m/s，高速带可达60m/s。

平带传动的传动比通常为3左右，最大可达6，有张紧轮时传动比可达到10。

V带传动的传动比一般不超过7，最大达到10。

10.2 普通V带和V带轮10.2.1普通V带的结构和尺寸标准普通V带的截面呈等腰梯形，V带的横剖面结构如图10.1所示，其中图a是帘布结构，图b是线绳结构，均由下面几部分组成：图10.1 V带结构（1）包布层：由胶帆布制成，起保护作用；（2）顶胶：由橡胶制成，当带弯曲时承受拉伸；（3）底胶：由橡胶制成，当带弯曲时承受压缩；（4）抗拉层：由几层帘布或浸胶的棉线（或尼龙）绳构成，承受基本拉伸载荷。

V带已标准化，按其截面大小分为7种型号，其截面尺寸见书表10.1。

10.2.2普通V带轮的结构V带轮是普通V带传动的重要零件，它必须具有足够的强度，但又要重量轻，质量分布均匀；轮槽的工作面对带必须有足够的摩擦，又要减少对带的磨损。

带轮常用材料为灰铸铁HT150（v小于或等于30m/s）或HT200（v >30m/s）。

转速较高时可用铸钢或钢板焊接结构，小功率时可用铸铝或塑料。

带轮轮槽的尺寸见书表10.2所示。

表10.2中b d表示带轮轮槽宽度的一个无公差规定值，称为轮槽的基准宽度。

通常，V带节面宽度与轮槽基准宽度重合，即b p=b d。

轮槽基准宽度所在圆称为基准圆（节圆），其直径d d称为带轮的基准直径。

铸造带轮的结构见书图10.5所示。

带轮基准直径d d <（2.5～3）d（d为带轮轴的直径）时，可采用实心式； d d<300mm时，可采用腹板式，且当d d-d1>100（d为带轮轮毂的直径）时，可采用孔板式；d d >300mm 时，可采用轮辐式。

V 带轮的结构形式及腹板（轮辐）厚度的确定可参阅机械设计手册。

10.3 带传动的基本理论10.3.1带传动的受力分析带传动的受力分析如图10.2所示。

图10.2带传动的受力分析设带的总长度不变，紧边拉力的增量(F 1—F 0)应等于松边拉力的减少量(F 0—F 2)，即：2001F F F F -=- (10—1)或 0212F F F =+ (10—2)带的紧边拉力F 1和松边拉力F 2之差称为有效拉力F ，即：21F F F -= (10—3)将式(10—3)代人式(10—1)整理可得 201FF F += (10—4) 202FF F -= (10—5) 带的有效拉力也等于带和带轮接触面上摩擦力的总和，它决定了带传动所能传递的功率P(kW)的大小，即：kW Fv P 1000= (10—6)式中：F ——有效拉力，单位N ；v ——带的速度，单位m ／s 。

当带传动的工作载荷超过了极限摩擦力的总和时，带将在带轮上发生全面的相对滑动，这种现象称为打滑。

打滑将使带剧烈磨损与发热，从动轮转速急剧下降直至停止，传动因此而失效。

打滑一般首先发生在小带轮上。

即将打滑时，带传动中F 1与F 2的关系可利用柔韧体摩擦的欧拉公式表示：αf e F F 21= (10—7)式中：e ——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f v )；α——带在带轮上的包角，单位为rad 。

将式(10—4)代人式(10—7)整理后，可得到初拉力为F 0时，带所能传递的最大有效拉力为： 1120+-=ααf f e e F F max (10—8) 分析式(10—8)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F 0，都可以提高带传动的工作能力，但F 0过大将使带的磨损加剧，缩短带的寿命。

图10.3 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F 0，如图10.3所示，则平带工作时产生的摩擦力为：f F f F F Q N f == (10—9)V 带工作时产生的摩擦力为：v Q Q N f f F f F f F F ===2ϕsin ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2ϕsin f f v (10—10) 式中，ϕ——带轮轮槽角；f v ——当量摩擦系数；f ——摩擦系数；F Q ——正压力。

当轮槽角为32°、34°、36°、38°时，f v =(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。

10.3.2 带的应力分析带传动工作时，带中的应力由三部分组成：(1)拉应力紧边拉应力 )(11MPa A F =σ (10—11) 松边拉应力 MPa A F 22=σ (10—12) 式中，A 为带的横截面面积（mm 2）。

(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： Aqv c 2=σ (10—13) 式中：q 一—带单位长度的质量(kg ／m)(见书表10.4)；v ——带的线速度。

(3)弯曲应力带绕在带轮上时因弯曲而引起弯曲应力，如图10．4所示，其大小由下式计算： db d Eh ≈σ (10—14) 式中，h ——带的高度(mm)；d d ——带轮的计算直径，对于V 带轮，d d 为基准直径(mm)；E ——带的弹性模量。

图10.4 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(见书表10.5)。

带工作时的应力分布情况如图10.5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：11b c σσσσ++=max (10—15)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 10.5 带的应力分析10.3.3 带的弹性滑动与传动比弹性滑动导致从动轮的圆周速度v 2（m/s ）低于主动轮的圆周速度v 1（m/s ），其降低量用滑动率ε表示：00121100⨯-=v v v ε (10—16) 100060111⨯=n d v d π (10—17)100060222⨯=n d v d π (10—18)式中： n 1、n 2——分别为主、从动轮转速。

带传动的实际传动比)(ε-==11221d d d d n n i (10—19) V 带传动的滑动率ε=0．01～0．02，一般可不考虑。

10.4 V 带传动的设计设计V 带传动时，一般给定的原始条件是：传递的功率P 、小带轮及大带轮的转速n 1和n 2 (或传动比)、用途、载荷性质及工作条件等。

设计计算的主要任务是：确定合适的V带型号、长度、根数、传动中心距、带轮的直径、结构尺寸等。

设计计算的一般步骤如下：1．确定计算功率P c ，选择V 带型号按给定的传递功率P 、载荷性质来确定计算功率P c 。

P K P A c = (10—20)式中：K A ——工作情况系数，见书表10．6。

2． 确定带轮的基准直径d d带轮直径小，结构紧凑，但使带的弯曲应力增大，影响带的疲劳强度，所以要限制小带轮的基准直径d d1 (见书表10.5)。

一般取d dl ≥dd d2=d d1×i ，d d1和d d2应符合带轮基准直径系列 (见书表10.7a)。

注意，当d d1和d d2选用系列值后从动轮的转速将发生变化，但一般误差应控制在±5％以内。

3．计算V 带的速度v带速过高，离心力增大，摩擦损耗也增大，且应力循环次数增多，降低了带传动的工作能力；带速过低，在传递相同功率时，需要的有效拉力增大，将会增多带的根数。

故带的速度一般限制在5～25m/s 。

带速按下式计算：s m n d v d /100006011⨯=π （10—21）若带速超出规定范围，则应重选小带轮的基准直径。

4.确定中心距a 0及基准长度L d一般推荐按下式初步确定中心距a 0。

0.7(d dl +d d2)≤a 0≤2 (d dl +d d2)。

（10—22）a 0选定后，根据带传动的几何关系，按下式初步确定带的基准长度L d ′0212210422a d d d d a L d d d d d )()(-+++='π(10—23) 根据计算的L d ′，由表10.3选取接近的标准带长L d ，其实际中心距可由下式近似计算20'-++≈d d L L a a (10—24) 为了便于安装和张紧V 带，中心距一般是可调的，其变动范围：d dL a a L a a 0300150..max min +=-=｝ (10—25)5.验算小带轮包角1α小带轮包角1α过小，会降低带传动的有效拉力，容易产生打滑。

一般要求1α≥120°。

包角的大小由下式计算︒⨯--︒=357180121.ad d d d α≥120° (10—26) 6.确定V 带的根数V 带的根数可由下式计算 Lc K K P P P z α)(∆+≥0 (10—27) 7.计算V 带初拉力保持适当的初拉力是带传动正常工作的前提。