《机械基础》 第三部分(第十三章) 带传动 机器组成部分 基本概念： 传动装置的作用：将原动机的运动和动力传递给工作机，并进行减速、增速、变速或改变运动形式等，以满足工作机对运动速度、运动形式及动力方面的要求。 原动件 传动装置 控制装置 机械传动 流体传动 电力传动 传动装置的分类 工作机 机械传动：利用机械方式传递动力和运动的传动。 主要可分为两类： ①摩擦传动：靠机器零件间的摩擦力传递动力和运动，包括V带传动、绳传动和摩擦轮传动等。 ②啮合传动：靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动，包括同步带传动、齿轮传动、链传动、螺旋传动等。 设备如：减速机、制动器、离合器、连轴器、无级变速机、丝杠、滑轨等。 第十三章 带传动 §13-5 带传动的张紧装置 §13-1 带传动概述 §13-2 带传动的受力分析 §13-3 带传动的计算 §13-4 V带轮的结构 补充：链传动 挠性传动—— 通过中间挠性件传递运动和动力的传动机构； 由主动轮、从动轮和中间挠性件所组成； 包括：带传动、链传动和绳传动。 挠性传动的工作原理—— 摩擦传动：平带、V带、多楔带、圆带等。 啮合传动：同步带、链传动等。 带传动和链传动适用于两轴中心距较大的传动场合。 带传动是由两个或多个带轮和紧套在带轮上的环形传动带组成，可分为摩擦传动型和啮合传动型。 一、工作原理： 同步带 §13-1 带传动概述 （Belt drive） 安装时带已经被拉紧，靠带与带轮间的摩擦力完成传动。 带传动优点： 1、适合中心距较大的两轴传动； 2、有过载保护作用，过载打滑，不损伤其它零件； 3、结构简单、价格低廉，制造精度不高； 4、吸收振动、缓和冲击，传动平稳，无噪声； 5、维护方便，不需润滑。 带传动缺点： 1、摩擦传动不能保持准确的传动比，传动效率低； 2、外廓尺寸大，需要张紧装置； 3、带的寿命较短； 4、带传动具有摩擦放电，不适合放在易爆、易燃的场合。 最简单，截面形状为矩形，其工作面是与轮面接触的内表面。适合于高速转动或中心距 a 较大的情况。 1、平带传动 —— 截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽相接触的两侧面为工作面，在相同张紧力和摩擦系数情况下，V带传动产生的摩擦力比平带传动的摩擦要大，故具有较大的传动能力，结构更加紧凑，广泛应用于机械传动中。 2、V带传动 —— 二、带传动的类型 V带传动 工作面 平带传动 截面形状为圆形，传动能力小，常用于仪器和家用电器中。 相当于平带与多根V带的组合兼有两者的优点，适于传递功率较大要求结构紧凑场合。 3、多楔带传动 —— 4、圆带传动 —— 多楔带传动 圆带传动 外包层 抗拉体是承受负载拉力的主体。 顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。 外壳用橡胶帆布包围成型。 1、V带的结构：由外包层、强力层、填充物组成。 三、V带轮的结构（Structure of V belt driving） 2、带的节线与节面 当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线。 由全部节线构成的面称为节面。带的节面宽度称为节宽（bd）：当带受纵向弯曲时，节宽保持不变。 3、带的型号 普通V带：楔角为40，相对高度（h/bd）为的三角带。 普通V带已标准化，根据截面尺寸，可以分成七种型号，分别是Y ~ E。 带轮的基准直径d： 4、名词解释： 带轮上与所配用的V带的节面宽度bd 相对应的直径。 皮带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度。 皮带的基准长度Ld： 皮带的公称长度Li： 皮带的内周长度。 5、V带轮的材料 6、V带轮的结构尺寸 1）实心式 2) 腹板式 3）轮辐式 可采用铸钢或钢板冲压后焊接 塑料、木材 高速： 其他： 带轮常用铸铁制造(允许的最大圆周速度V＝25m/s) 。带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。 小直径 da （  3）d 中等直径 da  300mm 直径很大 da  350mm 带轮由三部分组成：轮缘（用以安装传动带）；轮毂（用以安装在轴上）；轮辐或腹板（联接轮缘与轮毂）。 V带带轮按轮辐结构不同划分为实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式四种结构型式。 普通V带两侧面的夹角均为40 ，带轮轮槽的楔角比皮带截面夹角小，其目的是为了使皮带在弯曲后仍能紧贴轮槽的两面。一般轮槽的楔角等于32 、34 、36或38 。 7、带轮楔角与皮带截面夹角的关系 实心式 腹板式 孔板式 幅轮式 一、带传动参数 两轴平行且回转方向相同的传动称为开口传动。 §13-2 带传动的受力分析 （Stress analysis of belt drive ） 设小、大带轮的直径为d1、 d2 ，带长为Ld。 则包角 当带处于张紧状态时，两带轮轴线间的距离称为中心距 a 。 中心距 a： 带与带轮接触弧所对的圆心角称为包角  。 包角  ： 代入 式中“”适用大轮包角2， “”适用小轮包角1 。 Ld 带长Ld： Ld  2AB  BC  AD A D C B 所以若已知带轮直径、带长Ld，由上式可得中心距： Ld 二、带传动的受力分析 安装时，带必须以一定的初拉力F0张紧在带轮上。 带工作前： F0 F0 此时，带只受初拉力F0作用 Ff n2 Ff F1 带工作时： n1 F2 F2 松边 ——退出主动轮的一边 紧边 ——进入主动轮的一边 由于摩擦力Ff的作用： 紧边拉力 —— 由F0 增加到 F1； 松边拉力 —— 由 F0 减小到 F2 。 Ff －带轮作用于带的摩擦力 F1 Fe= Ff = F1 – F2 Fe － 有效拉力，即圆周力 如图，小轮为主动轮 带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则： 紧边拉伸增量  松边拉伸减量 紧边拉力增量  松边拉力减量 F 因此： F1  F0 F F2  F0 F F0  (F1 F2) / 2 F1  F0 Fe/2 F2  F0 Fe/2 由Fe = Ff = F1 – F2，得： 带所传递的功率为： 其中：v 为带速 三、带传动的最大有效拉力Fmax 打滑： 当带所传递功率过大（过载），所需的圆周力Fe超过带与轮面之间的摩擦力Ff时，带与带轮将发生显著的相对滑动，导致传动失效。这种现象称为打滑。 当Ff 达到极限值时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时， 紧边拉力F1达到最大，而松边F2达到最小。 P 增大时， 所需的Fe (即Ff )加大。但Ff 不可能无限增大。 欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值。 其中：f 为摩擦系数；为带轮包角（小带轮、单位弧度） 由于带在大轮上的包角2总是大于在小轮上包角1，所以打滑总是先发生在小带轮上。 带传动即将打滑时，摩擦力达到极限值，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式： 欧拉公式： Fe —— 此时为不打滑时的最大有效圆周拉力， 正常工作时，有效拉力不能超过此值。 整理后解得： 带即将打滑时，联立解方程： 四、影响最大有效圆周拉力的几个因素： 初拉力F0: Fe 与F0 成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑。 但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。 包角 ： ↑→Fe↑，带的传动能力增强，故应保证小带轮的最小包角 1。 摩擦系数 f ： f↑→Fe↑，传动能力增加。 对于V带，应采用当量摩擦系数 fv 。 带单位长度的质量 q和带速v： q、 v越大，Fe 越小。 相同的预拉力情况下，当包角 ＝180°时： V 带 —— F1 /F2＝e fv  5 平带 —— F1 /F2＝e f   3 由此可见：相同条件下， V带的传动能力强于平带。 1、带轮的圆周速度 设d1、d2：主、从动轮的直径，mm； n1、n2：主、从动轮的转速，r/min； 则两轮的圆周速度分别为： §13-3 带传动的计算（运动分析） （Motion analysis of belt drive ） 一、带传动的运动分析 2、弹性滑动 当带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，带的变形程度减小。这时带沿主动轮的转向相反方向收缩（滑动），使带的速度v 低于于主动轮的圆周速度v1 ，向后滑动。 同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同？ 弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。 由此可见： 当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑动，使带的速度v 高于于从动轮的圆周速度v2 ，向前滑动。 比较两种滑动现象： 打 滑 ——是指由于过载引起的全面滑动，是带传动的一种失效形式，应当避免。在传动突然超载时，打滑可以起到过载保护作用，避免其它零件发生损坏。 弹性滑动 ——是指正常工作时的微量滑动现象，由拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引起了带的不同弹性变形量，使得带的速度低于主动轮的速度，高于从动轮的速度，带沿着轮面产生滑动。这在带的工作中是不可避免。 弹性滑动引起的不良后果： ● 产生摩擦功率损失，降低了传动效率 ； ● 引起带的磨损，并使带温度升高 。 ● 使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即 v2 < v1； 打滑引起的不良后果： 打滑将造成带的严重磨损，带的运动处于不稳定状态，致使传动失效。 3、传动比与滑动率 传动比i ——  反映了弹性滑动的大小， 随载荷的改变而改变。载荷越大， 越大，传动比的变化越大。一般V带传动的滑动率在1%2%内，一般计算不予考虑。 滑动率 —— 带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率。 实际传动比 理论传动比 【例题】一平皮带传动，传递的功率P =15kW，带速v=15m/s，带在小轮上的包角1=170o，带与轮面间的摩擦系数f =。 求：（1）传递的圆周力Fe； （2）紧边拉力F1、松边拉力F2 ； （4）所需的预拉力F0； 解：（1）传递的圆周力 （2）紧边、松边拉力 （3）所需的预拉力 二、带传动的主要性能： 带的速度V： 一般为V  5  25ms ； 单级传动比：平型带4  5， V（三角）带7  10， 同步齿型带 10 ； 通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械之间的动力传递。目前V带传动应用最广。近年来平带传动的应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动仍然是很有效的。 传动比i： 效率 ： 传动效率   带传动常用的张紧方法是调节中心距。 §13-5 带传动的张紧装置 （Tensioning device of belt drive） 带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因永久伸长而松驰时，还应将带重新张紧。张紧装置分定期张紧和自动张紧两类。 采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。 中心距不能调节时，可采用具有张紧轮的装置。 若张紧轮置于松边内侧，则应尽量靠近大带轮。 若张紧轮置于松边外侧，则应尽量靠近小带轮。 补充：链传动 （Chain drive） 一、链传动组成 二、链传动工作原理 三、链传动特点 四、链传动的主要性能 五、链条的分类与结构 链传动的结构组成 一、链传动的组成： 由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成。 二、链传动的工作原理： 以链条作中间挠性元件，靠链与链轮的啮合来传递动力和运动。 主动链轮 从动链轮 环形链条 三、特点： ①平均传动比准确，无滑动； ②作用在轴上压力小，对轴承的摩擦小； ③结构紧凑，工作可靠性较高，寿命较长； ④能在恶劣的环境下工作； 优点： ①瞬时链速和瞬时传动比不恒定，传动不平稳 ②传动时有噪音、冲击 ③只能用于平行轴间的传动 ④与带传动相比，制造和安装较困难 缺点： 与皮带传动相比，链传动具有以下特点 比较链传动与带传动 平均传动比恒定； 传动能力高（传动力矩和功率大），传动效率高； 张紧力较小，不易打滑； 可用于恶劣环境（高温、油污、多尘、潮湿等）； 传动平稳性差，工作时存在振动和噪声； 加工和安装精度高（价格比较高）。 四、链传动的主要性能： 闭式；开式； 传动功率： 传动效率： 单级传动比： 通常i  8 通常P  100kw； 传动链速： 通常v  15m/s； 中心距： amax  56m 1、链条的分类： 五、链条的分类与结构 ——按结构的不同分为滚子链和齿形链两种。 ①滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。 ②滚子链上相邻两滚子中心的距离称为节距p，节距越大 链条各零件的尺寸越大，所能传递的功率也越大。 ③滚子链可以制成单排和多排 2、滚子链： 滚子链传动 1-内链板 2-外链板 3-销轴 4-套筒 5-滚子 p：链条相邻两销轴中心的距离称为链节距，是链传动的主要参数。 p 1 2 3 5 4 3、齿形链 由许多齿形链板用铰链联接而成。 齿形链特点： 相对于滚子链，传动平稳、噪音小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格贵、较重。 多用于高速或运动精度要求较高的传动。 齿形链传动 4、链轮结构 实心式 孔板式 组合式 摩擦传动型是利用传动带与带轮之间的摩擦力传动运动和动力。如普通平带传动，V带传动，多楔带传动，圆带传动，高速带传动等。 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。 带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因长久伸长而松驰时，还应将带重新张紧。张紧装置分定期张紧和自动张紧两类 . 带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因长久伸长而松驰时，还应将带重新张紧。张紧装置分定期张紧和自动张紧两类 . 带工作时，带的两边即产生拉力差，绕上主动轮的一边拉力增大而成紧边，绕出主动轮的一边拉力减小而成松边 ，有效拉力F等于带与带轮整个接触面上的总摩擦力。 小带轮的包角需要得到保证，这一要求限制了最大传动比 i 和最小中心距a，因为i增大，包角减小，中心矩减小，包角减小。所以i不能太大，中心矩不能太小。 带在工作时产生弹性滑动的根本原因在于带本身是弹性体，而且带的紧边与松边之间存在着拉力差。由于带从紧边转到松边时，其拉力减小，要产生弹性收缩；反之，带从松边转到紧边时其拉力增大，要产生弹性伸长，因而带在工作过程中就不可避免地要产生弹性滑动。由于弹性滑动的影响，将使实际平均传动比大于理论传动比，但在一般的传动中，因滑差率并不大（仅1~2%）,故可不予考虑。 e = 当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过份影响小带轮的包角。若张紧轮置于松边外侧，则应尽量靠近小带轮。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。