機械設計基礎教授舊版

§8-1

帶傳動概述一、帶傳動類型1、組成主動輪帶傳動

從動輪傳動帶2、類型摩擦帶傳動（平帶、V帶、多楔帶、圓帶）嚙合帶傳動（同步齒形帶）羅齊漢

qhluo理工大學物流2羅齊漢

qhluo理工大學物流33、平帶和V帶傳動能力的比較：平帶的工作面是底面，V帶的工作面是兩側面。若平帶和V帶受到同樣的壓緊力FQ，帶和帶輪間摩擦系數亦同為f。平帶摩擦力:V帶摩擦力:式中：φ為V帶帶輪的輪槽角；

f’為當量摩擦系數。顯然，f’＞f，故在相同條件下，V帶能傳遞較大的功率。注意：V帶楔角為40°，帶輪槽角小于40°羅齊漢

qhluo理工大學物流4二、傳動帶的結構機械傳動中應用最廣的是普通V帶傳動。（另還有窄V帶、寬V帶、大楔角V帶、汽車V帶）普通V帶是標準件，制成無接頭的環(huán)形，按剖面尺寸大小分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號，剖面尺寸由小到大(P144表8-1)。普通V帶長度系列(P145

表13-2)。注意：節(jié)寬bp、節(jié)徑dp和基準直徑dd，基準長度Ld的含義。3—壓縮層4—包布層1—伸張層2—強力層(簾布結構）3—壓縮層4—包布層1—伸張層2—強力層(粗繩結構）羅齊漢

qhluo理工大學物流5三、帶傳動的特點優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、噪聲小。過載保護。適于中心距大場合。結構簡單，成本低。缺點：傳動比不恒定。效率低、

短。外廓尺寸大。支承帶輪的軸和軸承受力較大。不宜用于高溫、易燃場合。帶傳動常用于第一級傳動，功率p≤80kw，帶速V=5~25m/s，傳動比=2-4，效率η=0.91~0.96。羅齊漢

qhluo理工大學物流6§8-2

帶傳動的幾何計算及基本理論一、帶傳動中的幾何計算L=2AB+AD+BC=∵2

2=

2a

cos

(

2

)

d1

(

2

)

d2211

2

22a

cos

(d

d

)

(d

d

)212

2

1

很小

cos

1

2sin4a2(d

d

)2L

2a

(d1

d2

)

2

1

1

28

1

Ladd

2)(2a

d1又

sin

d221ad

d1

2

羅齊漢

qhluo理工大學物流7二、帶傳動受力分析工作前：帶兩邊受相同初拉力F。工作時：主動輪對帶的摩擦力Ff與帶的運動方向一致，從動輪對帶的摩擦力Ff與帶的運動方向相反。產生緊邊拉力F1，松邊拉力F2。羅齊漢

qhluo理工大學物流8設環(huán)形帶的總長不變，有F1-F0=F0-F2即

F0=

1/2（F1+F2）

①緊邊、松邊拉力差，就等于摩擦力總和Ff，稱為帶傳動的有效拉力，也就是帶所傳遞的圓周力F。②即Ff=F1-F2=F由①②式有：F1=F0+F/2F2=F0-F/2

③若帶傳遞的功率為P(kw)，帶速為V（m/s），則有：④若帶速V不變，P取決于F（Ff），當Ff達到極限Fflim時，F1與F2的關系可用柔韌體摩擦的 公式表示。即

⑤F1

e

fF2F

1000PVP

FV

1000即羅齊漢

qhluo理工大學物流9e——自然對數的底。f——摩擦系數，對V帶為f。α——包角，帶傳動為α1。由③⑤式有：e

f

1Ff

lim

2F

0

e

f

1（1）F0↑Fflim↑,但F0↑↑。軸、軸承受力大，F0↓↓易打滑、傳動能力不能充分發(fā)揮。α1↑Fflim↑,但α1↑受傳動比、中心距等因素限制。f↑Fflim↑,但f↑受材料等因素限制。羅齊漢

qhluo理工大學物流10三、帶的應力分析帶傳動工作時，帶內將產生下列幾種應力。1、拉應力緊邊δσ1=F1/A

MPa松邊δσ2=F2/A

MPa2、離心拉應力σb1＝2Ey/dd1σb2＝2Ey/dd2在所有橫剖面上都是相等的。σc＝Fc/A

＝qv2/Aq——帶單位長度的質量kg/m3、彎曲應力E——彈性模量Y——中性層到最外層距離

dd——帶輪的基準直徑顯然：σb1＞σb2羅齊漢

qhluo理工大學物流11最大應力發(fā)生在緊邊與小帶輪相切之處，其值為:σmax

＝

σ1

+σc

+σb1羅齊漢

qhluo理工大學物流12四、帶傳動運動分析帶是彈性體，受力會產生彈性變形。由于緊、松邊上所受拉力不等，因而產生彈性變形也不相同。對其運動有何影響？帶輪上“.”點a1到c1時，由于F1>F2，帶上“?！盿1沒有到達c1，故V1>V帶。帶輪上“.”點a2到c2時，由于F1>F2，帶上“?！秉ca2超過了c2，故V帶>V2。所以V1>V2

，把這種微量的滑動現象稱為彈性滑動。松邊緊邊羅齊漢

qhluo理工大學物流13彈性滑動是不可避免的，它造成功率損失，增加帶的磨損，還會使傳動比 確。引入滑動率ε來表達滑動的大小。

V1

V2

100%m

/

s1

11000

60V1

V1d

n1000

60V2

d2n2傳動比

i

n1

V1

/

V2

n2

d1

d2i

d2

d1通常ε為0.01~0.02忽略，故。當外載荷增大到某一數值，摩擦力總和達到極限，帶將沿整個接觸弧滑動，這種現象稱為打滑。打滑就不能正常工作，它是可以和應當避免的。羅齊漢

qhluo理工大學物流14帶打滑實例：農用拖拉機帶傳動應當用三根A型V帶傳動，但有些農民常常只裝一根或兩根，在空車或輕載時似乎可以，但在滿載時就會打滑而造成事故，這就是因為傳遞有效圓周力F>Fflim。羅齊漢

qhluo理工大學物流15五、帶傳動的主要失效形式及設計準則1、主要失效形式打滑。當傳遞的圓周力F超過了帶與帶輪之間摩擦力總和的極限時，發(fā)生過載打滑，使傳動失效。疲勞破壞。傳動帶在變應力的長期作用下，因疲勞而發(fā)生裂紋、脫層、松散、直到斷裂。2、設計準則在不打滑前提下，使帶具有一定的疲勞強度和

。羅齊漢

qhluo理工大學物流16六、帶傳動的設計條件和傳動功率根據設計準則，帶傳動應滿足下列兩個條件：①不打滑條件：F＝1000P／v≤F1(1-1/efα)②疲勞強度條件：σmax=σ1+σc+σb1≤[σ]σ1=F1/A

≤

[σ]－σc－σ

b1由以上兩式可得同時滿足兩個條件的傳動功率為：P0=Fv/1000=([σ]

－σc－σb1)(1-1/efα)Av/1000羅齊漢

qhluo理工大學物流17§8-3

普通V帶傳動設計一、單根普通V帶的許用功率由上式可求單根V帶在特定的試驗條件下(α1=α2=180°，特定的帶長Ld，應力循環(huán)次數108~109，載荷平穩(wěn),一定力等）的許用功率，該許用功率稱為基本額定功率P1，見表8-3。在某一使用條件下，單根V帶的許用功率（額定功率）[P]，是在特定條件下的基本額定功率P1加以修正而得。[P]=（P1+ΔP1）kαkL

kwΔP1——考慮i≠1時（d2>d1），彎曲應力↓，P1↑（表8-4）kα——考慮α1≠180°時，傳動能力↓（表8-5）kL——考慮帶長不等于特定帶長的影響。（表8-6）羅齊漢

qhluo理工大學物流18二、設計的已知條件和設計內容已知條件：用途和工作情況；傳遞的功率P；主動輪、從動輪轉速n1、n2（或傳動比i）；傳動位置和外廓尺寸要求；原動機類型等。設計內容：帶的型號、長度、根數；帶輪尺寸、結構和材料；傳動的中心距；帶的初拉力和壓軸力； 及防護裝置等。三、設計步驟和參數選擇1、確定設計功率（計算功率）PdPd=kAP

kwkA——工況系數（表8-7）P——所需傳遞的功率P羅齊漢

qhluo理工大學物流192、選擇帶型根據設計功率Pd和小帶輪轉速n1初選帶型。（圖8-12）3、確定帶輪基準直徑dd1、dd2dd1↓

緊湊

但b↑

故規(guī)定了最小基準直徑。（表8-8）ε可忽略；dd2要圓整。dd2=i

dd1（1-ε）4、驗算帶速VV=d1n1/(60×1000)m/sV↑↑離心力↑

正壓力↓V↓↓

F↑

帶根數多。傳動能力↓易打滑。要求V在5~25m/s之間。最好在10~20m/s，可調整dd1、n1。羅齊漢

qhluo理工大學物流205、確定中心距a和帶長Lda↓↓

α1↓

承載↓

繞轉次數↑a↑↑

α1↑

承載↑

繞轉次數↓↓↑

但尺寸↑一般初選a0：0.7（dd1+dd2）≤a0≤2(dd1+dd2)

57.31ad

d0

d

2

d1

180

初選a0選基準長度Ld(表8-6）Ld

0(8-26式）a(8-2式)6、驗算包角α1要求α1≥120°7、確定帶的根數ZPPd1

1[)(]

kkLZ

Pd

要求Z<8，否則受力不均，改選帶型、重新計算。羅齊漢

qhluo理工大學物流218、確定初拉力F0F0↓↓

傳動能力↓

易打滑F0↑↑

↓

壓軸力↑既能發(fā)揮帶的傳動能力，又能保證帶的的F0見式8-29。9、計算壓軸力

FQ≈2ZF0

sin(1/2)羅齊漢

qhluo理工大學物流22小結羅齊漢

qhluo理工大學物流23四、帶輪的結構設計V帶輪的典型結構有：實心式、腹板式、孔板式和輪輻式。帶輪的結構設計，主要是根據帶輪的基準直徑選擇結構形式。羅齊漢

qhluo理工大學物流24羅齊漢

qhluo理工大學物流25五、帶傳動的裝置定期自動羅齊漢

qhluo理工大學物流26帶實例：洗衣機所用V帶傳動，經長時間工作后，帶磨損并伸長，會造成V帶松弛，波輪轉速也變慢甚至波輪不轉動。這時只要將V帶調緊，便可恢復波輪的正常運轉。有時也會造成V帶疲勞斷裂而失效的情況。羅齊漢

qhluo理工大學物流27§8-4

鏈傳動概述鏈傳動是由裝在平行軸上的鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條組成，以鏈條作中間撓性件，靠鏈節(jié)和鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。一、傳動特點與帶傳動相比：沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比。傳動效率高。無須 ，壓軸力小?？梢栽谳^惡劣條件下工作。噪聲大，傳動不平穩(wěn)。只能用于平行軸間的傳動。羅齊漢

qhluo理工大學物流28與齒輪傳動相比：（1）成本低。（2）能實現遠距離傳動。（3）瞬時傳動比不恒定。（4）傳動效率較低。鏈的應用實例：70年代， 柴油機廠制造功率為萬匹馬力的柴油機時，從主軸到配氣閥之間相距15m，以前采用兩個大齒輪傳動，齒輪重達1.5噸，改用鏈傳動后，重量僅500kg，成本也減少了一半。羅齊漢

qhluo理工大學物流29二、傳動類型由鏈結構，鏈分滾子鏈、套筒鏈、板式鏈、齒形鏈等。本章只介紹滾子鏈。三、滾子鏈滾子鏈由內鏈板、外鏈板、銷軸、套筒及滾子組成。滾子起到減少鏈條和鏈輪間磨損的作用。相鄰兩鏈節(jié)鉸鏈理論中心之間的距離稱為鏈節(jié)距，用P表示。P↑

鏈條尺寸↑

承載↑滾子鏈可制成單排鏈和多排鏈。排數↑

承載↑

但制造精度↓受力不均，故一般不超過4排。羅齊漢

qhluo理工大學物流30鏈的長度以鏈節(jié)數LP表示。LP取偶數，鏈輪齒數取奇數。滾子鏈已標準化，分A、B系列，常用A系列。標準號如：代號：鏈號—排數×鏈節(jié)數16A—1×80

GB1243·1—83鏈節(jié)距P可由鏈號求出：P=鏈號×(25.4/16)mm四、鏈輪最常用的齒形是“三圓弧一直線”，即端面齒形由三段圓弧(aa,ab,cd)和一段直線(bc)組成。psin

180

/z分度圓直徑為:

d

羅齊漢

qhluo理工大學物流31§8-5

鏈傳動工作情況分析銷軸中心A的圓周速度2V

d1

A

1水平分量（鏈速V）

cos

211dAV

V

cos

Z1(

,

)2

21Z

1801112

Zds

min180

cos(

)

0

V

12V

d1

s

max垂直分量

sin

211dVS

'

VA

sin

鏈節(jié)所對中心角

360變化范圍當當上述反映了鏈速由慢到快，由快至慢周期性變化，使傳動不平穩(wěn)，產生有規(guī)律的振動。羅齊漢

qhluo理工大學物流32羅齊漢

qhluo理工大學物流33121

cos

1

VSd22

cos

22

VSd221

2d1

cos

1d

cos

i

由上：同理瞬時傳動比：s不恒定?？蓪ⅵ?

↓、Z1

↑或P↓來提高運動的平穩(wěn)性，降低動載荷。二、受力分析緊邊拉力F1=F+Fc+Fy松邊拉力F2=Fc+FyF——工作拉力，F=1000P/VFc——離心拉力，FC=qv2Fy——懸垂拉力。公式(8-39)壓軸力

FQ≈(1.2~1.3)FFQ有沖擊、振動時取大值。羅齊漢

qhluo理工大學物流34§8-6

滾子鏈傳動設計一、失效形式鏈板疲勞破壞鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經過一定的循環(huán)次數，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。滾子、套筒的沖擊疲勞破壞

鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復多次的沖擊下，經過一定循環(huán)次數，滾子、套筒可能會發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動中。銷軸與套筒的膠合

潤滑不當或速度過高時，銷軸和套筒的工作表面會發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉速。鏈條鉸鏈磨損

鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用

。過載拉斷

這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動中。羅齊漢

qhluo理工大學物流35在一定的使用 下，從一種失效形式出發(fā)，可得出一個極限功率表達式。為了清楚，常用線圖表示。圖8-24所示為在正常潤滑條件下，對應各種失效形式的極限功率曲線。圖中陰影部分為實際上使用的區(qū)域。若潤滑密封不良及工況惡劣時，磨損將很嚴重，其極限功率會大幅度下降，如圖中虛線所示。二、功率曲線圖圖中陰影部分為實際上使用的區(qū)域。圖8-25是國產十種型號的滾子鏈的額定許用功率曲線。羅齊漢

qhluo理工大學物流36這是在特定的實驗條件下確定的（水平布置、載荷平穩(wěn)、一定的潤滑方式，Z1=19，i=3，a=40P，15000h，鏈節(jié)伸長量不超過3%）。設計時，根據實際條件對PO值加以修正。無法采用

的潤滑方式，PO相應降低。kZ

kLkpkAPP0

P

——傳遞的功率KA——工況系數。 表8-12KZ

——小鏈輪齒數系數。

表8-13KL

——鏈長系數。

KP

——多排鏈系數。圖8-27表8-14羅齊漢

qhluo理工大學物流37sin(1800

/

z)pd

三、滾子鏈的設計計算和主要參數選擇V≥0.6m/s

按功率曲線設計計算。V<0.6m/s

按靜強度設計計算。1、一般鏈傳動設計計算和參數選擇（1）選擇鏈輪齒數Z1↓

動載荷↑

磨損