第10章 帶傳動 鏈傳動

第10章帶傳動和鏈傳動10.1帶傳動概述學習目的:

掌握帶傳動受力分析和應力分析；掌握彈性滑動和打滑的概念及區(qū)別；掌握鏈傳動的運動特性；會進行帶傳動和鏈傳動的設計。

10.2帶傳動的工作能力分析

10.3普通V帶傳動的設計計算

10.4其他帶傳動簡介

10.5鏈傳動

10.6各種機械傳動的比較

10.3普通V帶傳動的設計計算10.1平面機構的運動簡圖

10.1.1

帶傳動的類型工作原理：帶傳動通常由主動輪1、從動輪2、張緊在兩輪間的撓性帶3和機架組成。撓性帶繞在兩帶輪上，主動輪轉動，帶動從動輪轉動。工作原理：帶傳動通常由主動輪1、從動輪2、張緊在兩輪間的撓性帶3和機架組成。撓性帶繞在兩帶輪上，主動輪轉動，帶動從動輪轉動。按傳動原理分類：摩擦型，嚙合型摩擦帶傳動按帶的截面形狀分類：平帶、V帶、多楔帶和圓帶等。V帶是應用最廣泛的帶傳動，其橫截面為梯形,利用楔形增壓原理，V帶傳動比平帶傳動能產生更大的摩擦力。

V帶，極限摩擦力:平帶,極限摩擦力:若帶對帶輪的壓緊力均為,則有結論：V帶比平帶傳動能力更強!10.1.2帶傳動的特點優(yōu)點：能緩沖吸振；運行平穩(wěn)無噪聲，允許速度較高；過載時帶在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞；制造和安裝精度不像嚙合傳動那么嚴格；適于中心距較大的傳動。缺點：有彈性滑動，使傳動效率較低，不能保持準確的傳動比；陣動的外廓尺寸較大；由于需要張緊，使軸上受力較大；帶的使用壽命較短；不宜用于高溫、易燃等場合。10.1.3V帶的結構和標準V帶的結構和規(guī)格組成：1）包布層；2）伸張層；3）壓縮層；4）抗拉體。

結構：1）簾布結構；2）線繩結構。

性能比較：簾布結構抗拉強度高，制造方便；線繩結構柔韌性和抗彎強度高，可以在較小的帶輪上工作。

節(jié)面——當V帶垂直其底邊彎曲時，在帶中保持原長度不變的任意一條周線稱為節(jié)線，由全部節(jié)線構成的面稱為節(jié)面。對應的寬度稱為節(jié)寬(bp)，當帶彎曲時該長度保持不變。帶輪直徑——在V帶輪上，與所配用的V帶節(jié)寬(bp)相對應的直徑(dd)。基準長度——V帶的節(jié)線長度稱為基準長度(Ld)。

普通V帶型號：有Y，Z，A，B，C，D，E七種型號。V帶是標準件，各型號的截面尺寸見表：

截型節(jié)寬頂寬高度單位長度質量（kg/m）

楔角

Y5.3640.023Z8.51060.060A111380.105B1417110.170C1922140.300D2732190.630E3238230.97010.1.4V帶帶輪V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。普通V帶楔角為40°，帶繞過帶輪時由于產生橫向變形，使得楔角變小。為使帶輪的輪槽工作面和V帶兩側面接觸良好，帶輪槽角取32°，34°，36°，38°，帶輪直徑越小，槽角取值越小。

類型：1）實心式：適用于帶輪直徑較小時，dd≤(2～3)d；2）輻板式：當dd＜300mm范圍內可采用輻板式或孔板式，當d2－d1≥100mm時，為便于吊裝和減輕質量可在腹板上開孔；3）輪輻式：適用于dd＞400mm的大帶輪。帶輪材料：當帶速≤30m／s時，常用鑄鐵HTl50，HT200制造；高速時宜使用鋼制帶輪，速度可達45m/s；小功率可用鑄鋁或塑料。

【思考題10.1】帶輪輪槽的槽角能否大于或等于40°？，為什么？10.1.5V帶傳動的張緊1．定期張緊裝置a)移動式

b)擺動式

1——滑軌

2——螺母

3——調節(jié)螺釘帶的定期張緊裝置3．使用張緊輪的張緊裝置2．自動張緊裝置電動機的自動張緊張緊輪裝置

V帶張緊時，張緊輪能否放置在緊邊，為什么？通常張緊輪應如何放置？【思考題10.2】10.2帶傳動的工作能力分析10.2.1帶傳動的受力分析張緊力——靜止時，帶在帶輪兩邊的拉力均為初拉力F0。

緊邊——工作時進入主動輪一邊的帶被進一步拉緊，稱為緊邊，拉力由F0增大到F1并稱為緊邊拉力。

松邊——進入從動輪一邊的帶相應被放松，稱為松邊，拉力由F0減小到F2并稱為松邊拉力。靜止時工作時

有效拉力——緊邊拉力F1和松邊拉力F2之差稱為有效拉力F，此力也等于帶和帶輪整個接觸面上的摩擦力的總和。

若帶的總長不變，緊邊拉力的增量應等于松邊拉力的減量，即

帶傳動傳遞的功率（kW）表示為式中：F為有效拉力(N)，為帶速(m/s)。

分析：當傳遞的功率增大時，有效拉力F也相應增大，即要求帶和帶輪接觸面上有更大的摩擦力來維持傳動。但是，當其他條件不變且張緊力F0一定時，帶傳動的摩擦力存在一極限值，就是帶所能傳遞的最大有效拉力Fmax。當帶傳動的有效拉力超過這個極限值時，帶就在帶輪上打滑。即將打滑時F1和F2有下列關系——撓性體摩擦的歐拉公式。包角——帶與帶輪接觸弧所對的中心角，稱為包角，rad。

從前面公式可得出帶所能傳遞的最大有效拉力Fmax為結論：帶傳動的最大有效拉力與初拉力、包角以及摩擦系數(shù)有關，且與F0成正比。若F0過大，將使帶的工作壽命縮短。分析：

（1）初拉力與成正比，越大，帶與帶輪之間的正壓力越大，傳動時的摩擦力就越大。但過大，會增大帶和帶輪之間的摩擦力，加速帶的磨損，降低帶的壽命；若過小，則帶的傳動能力就會受到影響。因此，初始張緊皮帶時，初拉力大小要適當。（2）當量摩擦系數(shù)越大，也越大。但不能無限制增大摩擦系數(shù)來增強傳動能力，摩擦系數(shù)過大，磨損加劇，降低帶的壽命。（3）包角越大，也越大，因為增加，帶與帶輪接觸弧間摩擦力總和增加，從而提高傳遞載荷的能力。一般要求小帶輪包角。

是否可用無限增加初拉力或使帶輪表面粗糙的方法來增加帶的傳動能力？為什么？【思考題10.3】10.2.2帶傳動的應力分析1．拉應力

緊邊拉應力：松邊拉應力：式中：A為帶的橫截面積(mm2)。2．離心拉應力3．彎曲應力

帶繞過帶輪時將產生彎曲應力，彎曲應力只產生在帶繞過帶輪的部分，假設帶是彈性體，則式中：E為帶材料的彈性模量(MPa)；y為帶的最外層到節(jié)面的距離(mm)，一般用h/2近似代替y；dd為帶輪基準直徑(mm)。

結論：由于交變應力的作用，將引起帶的疲勞破壞。帶的最大應力——發(fā)生在緊邊開始繞進小輪處的橫截面上。

帶工作時的應力分布10.2.3彈性滑動與打滑1．彈性滑動和打滑彈性滑動——由于帶是彈性體，受力不同時，帶的變形量也不相同，這種由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相對滑動，稱為彈性滑動。

②降低了傳動效率；③引起帶的磨損；④使帶的溫度升高。結論：彈性滑動將引起下列后果：①丟轉，從動輪的圓周速度低于主動輪的圓周速度；打滑——當傳遞的有效拉力大于極限摩擦力時，帶與帶輪間將發(fā)生全面滑動，這種滑動稱為打滑。

結論：打滑將造成帶的嚴重磨損并使從動輪轉速急劇降低，致使傳動失效。帶在大輪上的包角一般大于在小輪上的，所以打滑總是先在小輪上開始。彈性滑動與打滑的區(qū)別：帶的彈性滑動和打滑是兩個完全不同的概念，打滑是因為過載引起的一種失效形式，因此打滑可以避免。而彈性滑動是由于帶的彈性和拉力差引起的，是帶傳動正常工作中固有的特性，是不可避免的現(xiàn)象。

打滑既有可能出現(xiàn)在小帶輪上，也有可能出現(xiàn)在大帶輪上,這句話是否正確？為什么？【思考題10.4】10.3普通V帶傳動的設計計算10.3.1單根V帶所能傳遞的基本額定功率帶傳動的主要失效形式是打滑和帶的疲勞破壞，因此帶傳動的設計準則是：在保證不打滑的前提下，使帶具有一定的疲勞壽命。帶具有足夠的疲勞壽命，應當滿足：或可得單根V帶在不打滑時所能傳遞的功率為:—在載荷平穩(wěn)、特定帶長和包角（即傳動比為1）

其中：的特定條件下試驗得到的單根V帶所能傳遞的基本額定功率。實際傳動中，通常帶長、包角等與試驗條件不同，因此應對上述基本額定功率進行修正，其計算公式為：式中：—單根普通V帶的額定功率；；—帶長修正系數(shù)（考慮帶長不等于特定帶長時對傳動能力的影響），見表10.2；—包角修正系數(shù)（考慮包角時，單根普通V帶額定功率的增量），見表10.6時對傳動能力的影響），見表10.7?！β试隽浚▽嶋H傳動比式中：式中：—單根普通V帶的額定功率；式中：—功率增量（實際傳動比—單根普通V帶的額定功率；式中：10.3.2普通V帶傳動的設計計算設計的原始數(shù)據(jù)：功率P，轉速n1、n2（或傳動比i），傳動位置要求及工作條件等。設計內容：確定帶的類型和截型、長度L、根數(shù)Z、傳動中心距a、帶輪基準直徑帶輪結構尺寸和材料、帶的初拉力和壓軸力、張緊及防護裝置等。1.確定設計功率設計步驟根據(jù)傳遞的功率P、載荷性質、原動機種類和工作情況等確定設計功率：Pd

－計算功率（KW）；KA－為工況系數(shù)；P為所需傳遞的功率（KW）根據(jù)帶傳動的設計功率Pd及轉速n1帶型。所選帶型是否符合要求，需要考慮傳動的空間位置要求以及帶的根數(shù)等方面最后確定。2.選擇帶型圖10.10普通V帶選型圖3.確定帶輪基準直徑dd1和dd2、驗算帶速v一般情況下，可以忽略滑動率的影響，則有大帶輪基準直徑當其它條件不變時，帶輪基準直徑越小，帶傳動越緊湊，但帶內的彎曲應力越大，導致帶的疲勞強度下降，傳動效率下降。選擇小帶輪基準直徑時，應使dd1≥ddmin，并取標準直徑。普通V帶傳動的國家標準中規(guī)定了帶輪的最小基準直徑和帶輪的基準直徑系列見教材上表格。計算出的大帶輪直徑，應按表10.4圓整為標準尺寸。圓整后還應檢驗傳動比i或從動輪轉速n2是否在允許的變化范圍內。通常情況下，帶速在5～25m/s之間為宜；帶速過高，會因離心力過大而降低帶和帶輪間的正壓力，從而降低傳動能力，而且單位時間內應力循環(huán)次數(shù)增加，將降低帶的疲勞壽命。若帶速過小，則所需圓周力大，導致V帶的根數(shù)增多，結構尺寸加大。帶速不符合上述要求時，應重新選擇dd1。一般可以按下式進行初選中心距a0：帶是根據(jù)帶輪的基準直徑和要求的中心距計算：根據(jù)初選的帶長Ld0在表格中查取相近的基準長度Ld

，然后計算實際中心距a

中心距a的大小，直接關系到傳動尺寸和帶在單位時間內的繞轉次數(shù)。中心距大，則傳動尺寸大，但在單位時間內繞轉次數(shù)可以減少，可以增加帶的疲勞壽命，同時使包角增大，提高傳動能力。4.確定中心距a和帶的基準長度Ld

式中：

小帶輪包角為：由前所述，包角越大，則產生的摩擦力越大。（一般要求大于90°～120°）帶的根數(shù)應根據(jù)計算進行圓整。P一定時，z過大，易造成受力不均，一般z≤10

，當z過大時，應改選帶輪基準直徑或改選帶型，重新計算。

5.驗算包角6.確定帶的根數(shù)

初拉力F0小，帶傳動的傳動能力小，易出現(xiàn)打滑。初拉力F0過大，則帶的壽命低，對軸及軸承的壓力大。一般認為，單根V帶的初拉力應為：

為了設計軸和軸承，應該計算V帶對軸的壓力，可以近似地按帶兩邊的初拉力F0的合力計算7.確定初拉力8.計算壓軸力9.帶輪結構設計10.4其他帶傳動簡介10.4.1同步帶同步帶傳動是靠帶齒和帶輪帶槽相互嚙合傳動的，如圖所示，兼有帶傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。近年來應用越來越廣。同步帶以鋼絲繩或玻璃纖維繩為承載層，外部用氯丁橡膠或聚氨酯包覆。由于承載層強度高，受載后變形極小，能保持齒形帶的帶節(jié)距不變，因而帶和帶輪之間沒有相對滑動，能保持準確的傳動比，實現(xiàn)同步傳動。由于同步帶薄而輕、強力層強度高，因而適用的速度范圍廣（最高可達40m/s，），傳動功率大（可達數(shù)百千瓦），傳動比大（可達10），傳動效率高（可達98%~99%）。其主要缺點是：制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴格。10.4其他帶傳動簡介10.4.1同步帶10.4其他帶傳動簡介10.4.2窄V帶普通V帶（h/bp=0.7）工作繞過帶輪時產生彎曲變形，外側抗拉體受拉收縮，內側壓縮層受壓橫向膨脹，如圖10.13所示，造成各層線繩受力不均，加速了帶的損壞。而窄V帶（圖10.14，h/bp=0.9）抗拉體上移，橫截面頂部成弓形，壓縮層兩側面內凹，受拉彎曲變形后，頂部收縮后呈平面，兩側面受壓膨脹后與帶槽兩側面均勻接觸，從而提高了其傳動能力，與普通V帶相比，同尺寸情況下，窄V帶功率提高，且其結構緊湊，傳動效率高，因而窄V帶近年來發(fā)展應用較快。

圖10.13普通V帶工作變形圖10.14窄V帶結構10.5鏈傳動10.5.1鏈傳動概述鏈傳動是由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條組成的，依靠鏈條作為中間撓性體來傳遞運動和動力的嚙合傳動。根據(jù)用途不同，鏈傳動可分為傳動鏈、起重鏈、曳引鏈。起重鏈和曳引鏈主要用在起重機械和運輸機械中，而在一般機械中，常用的是傳動鏈。圖10.15鏈傳動原理圖與帶傳動相比，鏈傳動能保持準確的平均傳動比，徑向壓軸力小，適于低速情況下工作。鏈傳動能在高溫及油污惡劣環(huán)境中工作，也可用于多灰塵的環(huán)境。與齒輪傳動相比，鏈傳動安裝精度要求較低，成本低廉，可遠距離傳動。鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比。鏈傳動主要用在要求工作可靠、轉速不高，且兩軸相距較遠，以及其它不宜采用齒輪傳動的場合。鏈傳動的傳動功率P≤100kW，傳動比i≤8，鏈傳動的線速度v≤15m/s，傳動效率可達98%。10.5.2滾子鏈和鏈輪傳動鏈按結構不同有套筒滾子鏈和齒形鏈兩種類型。其中套筒滾子鏈使用最廣，齒形鏈使用較少。滾子與套筒、套筒與銷軸之間均為間隙配合，形成動聯(lián)接；內鏈板與套筒、外鏈板與銷軸之間通過過盈配合形成內、外鏈節(jié)。滾子在鏈輪的齒間滾動，鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸和套筒的摩擦面上。

1．滾子鏈滾子鏈有單排鏈、雙排鏈和多排鏈。由于精度的原因，鏈排數(shù)不宜過多。多排鏈的承載能力與排數(shù)大致成正比；傳動功率較大時，使用多排鏈。多排滾子鏈

套筒滾子鏈的主要參數(shù)是節(jié)距p，對于多排鏈還有排距pt。節(jié)距越大，鏈條中各部分尺寸也越大，能傳遞的功率也越大。滾子鏈分為A、B兩種系列；A系列用于重載、高速和重要的傳動；B系列用于一般傳動。滾子鏈的標記

鏈號－排號－整鏈鏈節(jié)數(shù)國標編號為了使各橫截面接近等強度并減少鏈的質量和運動時的慣性力，鏈板均制成“∞”形。為了形成首尾相連的環(huán)形鏈條，要用接頭加以聯(lián)接。

當鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，采用圖(c)所示的過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受到附加彎矩的作用，形成鏈的薄弱環(huán)節(jié)，所以應盡量避免使用奇數(shù)鏈。開口銷(b)彈簧夾(c)過渡鏈節(jié)套筒滾子鏈的接頭形式2．鏈輪

鏈輪較常用的齒形是一種三圓弧一直線的齒形（如左圖所示）。圖中，齒廓上的a-a、a-b、c-d線段為三段圓弧，半徑依次為r1、r2和r3；b-c線段為直線段。鏈輪上鏈條銷軸中心所在的圓周稱為分度圓。鏈輪齒形的主要幾何尺寸為

分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑滾子鏈輪端面尺寸鏈輪的軸向齒廓及尺寸應符合國標GB1243-2006的規(guī)定。鏈輪的結構：整體式、孔板式、組合式。小直徑的鏈輪可制成整體式；中等尺寸的鏈輪可制成孔板式；大直徑的鏈輪可制成組裝式。

材料：碳鋼或鑄鐵，重要的鏈輪用合金鋼。由于小鏈輪輪齒的工作次數(shù)比大鏈輪多，所以材料要比大鏈輪的好10.5.3鏈傳動的運動特性在鏈傳動中，鏈條包在鏈輪上如同包在兩正多邊形的輪子上，正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p。鏈的平均速度為：鏈傳動的平均傳動比為：1.鏈傳動的速度分析鏈傳動的運動分析φ1v1vγ

v2vBAββω1ω2O1O2γ鏈條鉸鏈A點的前進分速度上下運動分速度同樣，從動鏈輪B點前進速度v上下運動分速度鏈傳動的運動分析φ1v1vγ

v2vBAββω1ω2O1O2γV1’由上述分析可知，鏈傳動中，鏈條的前進速度和上下抖動速度是周期性變化的，鏈輪的節(jié)距越大，齒數(shù)越少，鏈速的變化就越大。鏈傳動瞬時傳動比鏈傳動的運動分析φ1v1vγ

v2vBAββω1ω2O1O2γ2.鏈傳動的運動不均勻性10.5.4鏈傳動的受力分析鏈的緊邊拉力鏈的松邊拉力

F1=Fe+Fc+FyN

F2=Fc+FyN圓周力（有效拉力）N離心拉力懸垂拉力FyN式中Fy－懸垂拉力，N。

f－鏈條垂度，一般推薦f＝(0.015～0.02)a，mm；

g－重力加速度，g=9.8m/s2；

a－中心距，m;Kf－垂度系數(shù)，Kf＝[8(f/a)]-1

圖10.23作用在鏈上的力[思考題10.5]如果帶傳動、鏈傳動和其他形式的傳動等多種傳動形式組合在一起，問帶傳動應放在高速級還是低速級？鏈傳動應放在高速級還是低速級？為什么？10.5.5鏈傳動的設計計算1．鏈傳動的失效形式2．鏈傳動的額定功率曲線在一定的使用壽命和潤滑良好的條件下，把小鏈輪在不同轉速下由各種失效形式所限定的傳遞傳遞功率作成曲線圖，即得到該型號的鏈的極限功率曲線圖。圖所示為A系列滾子鏈所能傳遞的功率。它是在特定條件（z1=19，Lp＝100，單列鏈水平布置，載荷平穩(wěn)，按圖13-21推薦的潤滑方式潤滑，使用壽命為15000h，鏈條因磨損而引起的相對伸長量不超過30％）下，通過實驗得到的。圖10.24A系列單排鏈條的典型承載能力圖3．鏈傳動的設計計算（1）確定主、從動鏈輪齒數(shù)、由運動分析知道，為了使傳動平穩(wěn)，z1應選大些。故z1有一個最少齒數(shù)但z1增加將導致z2增加，將直接導致鏈傳動的總體尺寸和重量增大。大鏈輪的齒數(shù)z2過多，除了增大傳動的尺寸和重量外，還會造成因實際節(jié)距的磨損伸長而發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象，所以，大鏈輪的齒數(shù)z2≤120。

由于鏈節(jié)數(shù)常是偶數(shù)，為考慮磨損均勻，鏈輪齒數(shù)一般應取與鏈節(jié)數(shù)互為質數(shù)的奇數(shù)。

為了使傳動尺寸不致過大，鏈在小鏈輪上的包角不致過小，同時嚙合的齒數(shù)不致太少，通常限定鏈傳動傳動比i≤6，推薦i=2～3.5。若鏈速較低、載荷平穩(wěn)和傳動尺寸不受限制，i＝8～10。（2）傳動比一般≤7，通常?。?）修正功率式中：—動載荷系數(shù)，見表10.11；

—小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，其數(shù)值由確定；—輸入功率，表10.11動載荷系數(shù)（摘自GB/T18150-2006）從動機械特性主動機械特性運轉平穩(wěn)（電動機、汽輪機、帶有液力耦合器的內燃機）輕微振動（帶機械聯(lián)軸器的六缸或六缸以上內燃機、頻繁起動的電動機（每天多于兩次））中等振動（帶機械聯(lián)軸器的六缸以下內燃機）平穩(wěn)運轉液體攪拌機、離心式壓縮機、回轉干燥機、輕負荷輸送機、谷物機、印刷機、風機1.01.11.3中等振動三缸或三缸以上的泵或壓縮機、混凝土攪拌機、載荷不均勻的輸送機、固體攪拌機和混合機1.41.51.7嚴重振動電鏟、軋機和球磨機、橡膠加工機械、刨床、壓床和剪床、單缸或雙杠泵和壓縮機、石油鉆采設備1.81.92.1（6）驗算鏈速根據(jù)式（10-26），驗算鏈速是否不小于。10.5.6鏈傳動的布置、張緊和潤滑1．鏈傳動的布置鏈傳動兩輪軸線應平行，端面共面。兩輪軸線連線水平布置（圖10.25（a））或傾斜布置（圖10.25(b））時，均應使緊邊在上，松邊在下，以免發(fā)生干涉或緊邊、松邊相碰。傾斜布置時，應使傾斜角小于45度（圖10.25(b)）；若需兩輪上下布置，盡量避免兩輪軸線連線在鉛垂線上，如圖10.25(c)所示。（a）

（b）

（c）圖10.25鏈傳動布置（a）

（b）（c）圖10.25鏈傳動布置2．鏈傳動的張緊鏈傳動是嚙合傳動，不需要很大的張緊力。張緊的目的是為了避免因松邊垂度過大而引起嚙