第11章帶傳動與鏈傳動

第11章帶傳動與鏈傳動教學(xué)目標(biāo)：1、了解帶傳動的類型、特點與應(yīng)用。2、掌握帶傳動的受力分析、應(yīng)力分析及彈性滑動的概念。3、掌握V帶傳動的設(shè)計計算方法。4、熟悉帶傳動的張緊與維護。5、了解鏈傳動的特點和應(yīng)用。

帶傳動和鏈傳動都是利用中間撓性件(帶或鏈)將主動軸的運動和動力傳給從動軸，但兩種傳動的方式不同。帶傳動的中間撓性件是彈性體，稱為帶，受力后將發(fā)生變形。帶傳動分為摩擦傳動和嚙合傳動。而鏈傳動屬于嚙合傳動，其中間撓性件可以近似認(rèn)為是剛性體。主要作用：用來傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。帶傳動工作原理：主要是依靠撓性傳動帶與帶輪間的摩擦力或帶齒與帶輪齒之間的嚙合來傳遞運動和動力。11.1概述

工作過程：原動機驅(qū)動主動帶輪轉(zhuǎn)動，通過帶與帶輪之間產(chǎn)生的摩擦力，使從動帶輪一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)運動和動力的傳遞。帶傳動的組成：主動輪、從動輪、緊套在兩輪上的傳動帶和機架組成。（一）帶傳動的類型（1）摩擦帶傳動：靠傳動帶與帶輪間的摩擦力實現(xiàn)傳動，如V帶傳動、平帶傳動等。1、按傳動原理分：（2）嚙合帶傳動：

靠帶內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪外緣上的齒槽相嚙合實現(xiàn)傳動，如同步帶傳動。帶傳動的分類方法有三種:傳動帶：用于傳遞動力輸送帶：用于輸送物品2、按用途分3、按傳動帶的截面形狀分：平帶、V帶、多楔帶、圓形帶、齒形帶（同步帶）1）平帶：

平帶的截面形狀為矩形,工作面為內(nèi)表面,主要用于兩軸平行,轉(zhuǎn)向相同的較遠(yuǎn)距離的傳動。

V帶的截面形狀為梯形,工作面為兩側(cè)面,帶輪的輪槽截面也為梯形。在相同張緊力和相同摩擦系數(shù)的條件下,V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶的摩擦力大,所以,V帶傳動能力強,結(jié)構(gòu)更緊湊,在機械傳動中應(yīng)用最廣泛。2）V帶:

多楔帶是平帶基體上有若干縱向楔形凸起,它兼有平帶和V帶的優(yōu)點且彌補其不足,多用于結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動中。3）多楔帶:

圓形帶的截面形狀為圓形。僅用于如縫紉機、儀器等低速小功率的傳動。4）圓形帶:5）齒形帶（同步帶）:

同步齒形帶即為嚙合型傳動帶。同步帶內(nèi)周有一定形狀的齒。（二）帶傳動的特點和應(yīng)用（1）能緩沖吸振，傳動平穩(wěn)，噪音小。（2）具有過載保護作用。（3）結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護方便，成本低；（4）適用于兩軸距離較大的傳動；優(yōu)點缺點（1）不能保證恒定的傳動比，傳動精度和傳動

效率低。（2）帶對軸有很大的壓軸力。（3）帶傳動裝置結(jié)構(gòu)不夠緊湊。（4）帶的壽命較短。（5）不適用于高溫、易燃及有腐蝕介質(zhì)的場合。（三）應(yīng)用：

帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比不要求準(zhǔn)確，100KW以下的中小功率的遠(yuǎn)距離傳動。如：汽車發(fā)動機、拖拉機、石材切割機等。11.2V帶和V帶輪的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，橫截面結(jié)構(gòu)如下:抗拉層分為：簾布結(jié)構(gòu)和線繩結(jié)構(gòu)

簾布結(jié)構(gòu)（b）抗拉強度高,但柔韌性和抗彎強度較差,所以,線繩結(jié)構(gòu)（a）V帶適用于轉(zhuǎn)速高,帶輪直徑較小的場合。標(biāo)準(zhǔn)普通V帶的橫截面結(jié)構(gòu)由抗拉體2、頂膠1、底膠3以及包布層4組成。頂膠受拉伸長，為拉伸層；底膠受壓縮短，為壓縮層，（一）V帶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)帶的型號：我國普通V帶和窄V帶都已標(biāo)準(zhǔn)化。按截面尺寸由小到大，普通V帶可分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號；窄V帶可分為SPZ、SPA、SPB、SPC四個型號。在同樣條件下，截面尺寸大，則傳遞的功率就大。

其截面呈楔角等于40゜的

梯形，如圖。需要掌握的概念：

1、節(jié)寬bp：長度不變層。所在位置稱為

中性層。

2、截面高度h：相對高度h/bp已標(biāo)準(zhǔn)化（普通V帶為0.7，窄V帶為0.9）。V帶截面尺寸3、基準(zhǔn)直徑dd:V帶裝在帶輪上，和節(jié)寬bp相對應(yīng)的帶輪直徑。（標(biāo)準(zhǔn)值見表8.3）

4、基準(zhǔn)長度Ld：V帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長度。它用于帶傳動的幾何計算。（標(biāo)準(zhǔn)值見表8.4）

帶的標(biāo)記：普通V帶和窄V帶的標(biāo)記都是由帶型、帶長和標(biāo)準(zhǔn)號組成。例如：A型、基準(zhǔn)長度為1400㎜的普通V帶，其標(biāo)記為：A-1400GB11544-89。帶的標(biāo)記通常壓印在帶的外表面上，以便選用識別。

（二）普通V帶輪的結(jié)構(gòu)

（1）帶輪應(yīng)具有足夠的強度和剛度，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；（2）質(zhì)量小且分布均勻，結(jié)構(gòu)工藝性好，便于制造；（3）轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡；（4）輪槽工作面應(yīng)光滑，以減小帶的磨損。1、V帶輪的設(shè)計要求2、帶輪的材料

帶輪的材料主要采用鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等，灰鑄鐵應(yīng)用最廣。常用材料的牌號為HT150（v≤25m/s時）或HT200（v=25～30m/s時）；轉(zhuǎn)速較高時宜采用球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼，也用采用鋼板沖壓后焊接帶輪。小功率時可采用鑄鋁或塑料等材料。

V帶輪的分類：

V帶輪槽兩側(cè)的夾角：32°34°36°38°，V帶40°V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：（1）實心帶輪（2）腹板帶輪（3）孔板帶輪（4）輪輻帶輪11.3帶傳動的工作情況分析和設(shè)計計算11.3.1帶傳動的力分析

為保證帶傳動正常工作，傳動帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。不工作時，傳動帶兩邊拉力相等，初拉力F0：

帶傳動時，主動輪：摩擦力使緊邊拉力增大，從動輪：摩擦力使松邊拉力減小，緊邊（繞上主動輪一邊F1-F0）和松邊（繞上從動輪的一邊F2-F0）的拉力差形成有效拉力Fe以傳動動力和運動。

在帶傳動過程中，有效拉力不能超過帶與輪面間綜合摩擦力的極限值，否則帶傳動會發(fā)生打滑，導(dǎo)致傳動失效。帶傳動的最大有效圓周力：當(dāng)傳動帶和帶輪表面間即將打滑，摩擦力達(dá)到最大值，即有效圓周力達(dá)到最大值。此時，緊邊拉力和松邊拉力之間的關(guān)系可用歐拉公式表示，即式中：

—包角，帶與小帶輪的接觸弧所對圓心角（rad）。

f—帶與帶輪接觸面間的摩擦系數(shù)。帶傳動有效拉力F的大小為：(1)初拉力F0

F與F0成正比，初拉力F0越大，F(xiàn)就越大。但F0過大會加劇帶的磨損，致使帶過快松弛，縮短其工作壽命。(2)摩擦系數(shù)f

f越大，摩擦力也越大，F(xiàn)就越大；V帶傳遞能力遠(yuǎn)高于平帶。(3)包角α

F隨α的增大而增大。打滑首先發(fā)生在小帶輪上。11.3.2帶傳動的應(yīng)力分析一）工作帶各剖面應(yīng)力分布情況：式中,A為帶的橫截面面積,單位為mm2。

1、由拉力產(chǎn)生的應(yīng)力：緊邊拉應(yīng)力σ1：松邊拉應(yīng)力σ2：

由于帶本身的質(zhì)量,帶繞過帶輪時隨著帶輪作圓周運動將產(chǎn)生離心力。離心力將使帶受拉,在截面產(chǎn)生離心拉應(yīng)力

式中,σc為離心拉應(yīng)力,單位為MPa；v為帶速,單位為m/s；q為帶單位長度上的質(zhì)量,單位為kg/m。

2、由離心力產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力

傳動帶繞經(jīng)帶輪時要彎曲,其彎曲應(yīng)力可近似按下式確定：

式中,E為帶的彈性模量,單位為MPa；h為帶的厚度,單位為mm；dd

為帶輪的基準(zhǔn)直徑,單位為mm。因為dd

1﹤dd2

所以3、帶的彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σmax=σ1+σc+σb1≤［σ］

帶某一截面上的應(yīng)力隨帶所運動的位置而周期變化，帶每繞帶輪循環(huán)一周，某截面上的應(yīng)力就顯著變化4次，當(dāng)循環(huán)到一定次數(shù)后，帶發(fā)生疲勞破壞。為保證帶具有足夠的疲勞強度,應(yīng)滿足：

帶中最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊剛繞上主動輪處(A點)，其值為二）帶中應(yīng)力情況

帶的彎曲應(yīng)力影響最大，為防止過大的彎曲應(yīng)力，對每種型號的V帶，都規(guī)定了相應(yīng)的最小帶輪直徑。11.3.2帶傳動的運動分析

傳動帶是彈性體，受到拉力后會產(chǎn)生彈性伸長，伸長量隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞過主動輪進入松邊時，帶的拉力由F1減小為F2，其彈性伸長量也減小。這說明帶在繞過帶輪的過程中，相對于輪面向后收縮，帶與帶輪輪面間出現(xiàn)局部相對滑動，導(dǎo)致帶的速度逐步小于主動輪的圓周速度。

同樣，當(dāng)帶由松邊繞過從動輪進入緊邊時，拉力增加，帶逐漸被拉長，沿輪面產(chǎn)生向前的彈性滑動，使帶的速度逐漸大于從動輪的圓周速度。由于帶的彈性變形而產(chǎn)生的帶與帶輪間的滑動稱為彈性滑動。（一）彈性滑動的概念（二）彈性滑動和打滑的區(qū)別：

彈性滑動和打滑是兩個截然不同的概念。

打滑是指過載引起的全面滑動，是帶傳動的失效形式，是可以避免的。打滑導(dǎo)致過載保護甚至帶彈出帶輪。彈性滑動是由于拉力差引起的，只要傳遞圓周力，就必然會發(fā)生彈性滑動，所以彈性滑動是不可以避免的。彈性滑動增加帶的磨損，造成功率損失，使從動輪的圓周速度下降，使傳動不準(zhǔn)確。（三）彈性滑動率ε彈性滑動使得從動輪圓周速度v2低于主動輪v1的圓周速度，起速度降低率用彈性滑動率ε表示。由上式的帶傳動的傳動比為：注意：

一般帶傳動的滑動系數(shù)，因值很小1~2%，非精確計算時可以忽略不計。11.3.3V帶傳動的失效分析和設(shè)計準(zhǔn)則失效形式：打滑和疲勞斷裂（如脫層、撕裂或拉斷）。設(shè)計準(zhǔn)則：在保證不打滑的條件下，應(yīng)具有一定的疲勞強度和壽命。（二）單根V帶允許傳遞的功率

（一）帶傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則

在包角α=1800、特定帶長、工作平穩(wěn)的條件下，單根普通V帶的基本額定功率Po見表11-3。

當(dāng)實際工作條件與確定Po值的特定條件不同時，應(yīng)對查得的Po值進行修正。修正后得實際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率[Po]：式中:Kα—包角系數(shù)，查表11-5；

KL—帶長修正系數(shù)，查表11-6；△P0—功率增量，查表11-4單根普通V帶傳遞功率的增量；（三）V帶傳動的設(shè)計步驟和方法已知條件一般為帶傳動的工作情況;傳動功率;兩帶輪的轉(zhuǎn)速n1、n2（或傳動比i12）;外廓尺寸要求。設(shè)計內(nèi)容1、確定普通V帶的型號、基準(zhǔn)長度Ld和根數(shù)z；2、基準(zhǔn)直徑dd1、dd2；3、確定傳動的中心距a；4、畫出帶輪的零件工作圖。設(shè)計步驟和方法：（1）確定計算功率式中：Pc—計算功率(kW)；

KA—工作情況系數(shù)，查表8.21；

P—傳遞的額定功率(kW)。（2）選擇V帶的型號

根據(jù)計算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1查圖11-6，選擇普通V帶的型號。

一般取，若過小則帶的彎曲應(yīng)力太大而導(dǎo)致帶的壽命降低；反之，則帶傳動的外廓尺寸增大。普通V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑查表11-8。帶輪的基準(zhǔn)直徑、應(yīng)符合帶輪基準(zhǔn)直徑尺寸系列，如下表：2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254504755005305606006306707107508009001000…

（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2大帶輪的基準(zhǔn)直徑由下式計算:（4）驗算帶速vm/s帶速一般限制在5—25m/s之間。

式中:dd1—小帶輪的基準(zhǔn)直徑(mm)；

n1—小帶輪的轉(zhuǎn)速(r/min)

設(shè)計時如無特殊要求，可按下式初步確定中心距a0（5）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)

基準(zhǔn)長度計算：由帶傳動的幾何關(guān)系可得帶的計算公式：L0—帶的基準(zhǔn)長度計算值，查表11-2圓整到標(biāo)準(zhǔn)長度Ld實際中心距a

:

考慮到安裝、張緊的調(diào)整，將中心距設(shè)計成可調(diào)式

amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld

（6）驗算小帶輪包角

一般要求，若不能滿足，可增大中心距或設(shè)置張緊輪。（7）確定帶的根數(shù)z（8）確定單根帶的初拉力F0

保持適當(dāng)?shù)某趵κ菐鲃诱９ぷ鞯谋匾獥l件。初拉力過小，則傳動時摩擦力過小易打滑；過大則降低帶的壽命，并增大了軸和軸承的壓力。單根V帶的初拉力可按下式計算Nq為每米帶長的質(zhì)量(kg/m),查表8.6

帶的根數(shù)應(yīng)取整數(shù)。為使各根帶受力均勻，帶的根數(shù)不能太多，一般2-5根為宜，最多不多于8-10根。否則應(yīng)加大帶輪基準(zhǔn)直徑或選擇較大型號的帶，重新設(shè)計。（9）計算作用在帶輪軸上的壓力FQ

為了設(shè)計軸和軸承，必須求出V帶作用在軸上的壓力?？砂聪率接嬎鉔（10）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計確定帶輪結(jié)構(gòu)，繪制帶輪零件圖。11.5V帶傳動的張緊、安裝和維護（一）帶傳動的張緊

1.調(diào)整中心距方式

采用定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的張緊力，使帶重新張緊。常見的有滑道式和擺架式兩種結(jié)構(gòu)。

帶傳動工作一段時間后就會由于塑性變形而松弛，使初拉力減小，傳動能力下降，這時必須重新張