第十七章带传动和链传动

第十七章带传动和链传动

内容简介 本章包括带传动和链传动两部分内容。带传动主要介绍带传动的分类、工作原理和普通V带传动的设计。链传动主要介绍链轮结构、链传动的运动特性、受力分析和滚子链传动的设计计算，对齿形链传动计算只作简单介绍。

学习要求 1、了解带传动、链传动的类型、工作原理、特点和应用； 2、熟悉普通V带轮的结构、规格与基本尺寸； 3、掌握带传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动和打滑的基本概念； 4、掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选取原则； 5、了解滚子链的的结构、规格、基本尺寸和链轮的主要几何尺寸； 6、掌握滚子链传动的运动特性； 7、掌握滚子链传动的效形式、设计准则、设计计算方法和参数选取原则；

本章重点 1、带传动、链传动的类型、工作原理、特点和应用； 2、带传动的受力分析、应力及应力分析、弹性滑动和打滑 3、带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的参数选取原则 4、滚子链传动的运动特性和参数选取原则

第一节概述

概述 学习要求：了解带传动、链传动的特点和一般应用。带传动链传动

概述 带传动带传动由主动带轮、从动带轮和传动带组成（图17-1），其使用的挠性曳引元件是传动带，靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力带传动使用的挠性曳引元件是传动带，传动带具有较大弹性，按工作原理，带传动分摩擦型普通带传动和啮合型同步带传动。

概述 图17-1

概述 带传动的主要特点是： ①、有缓冲和吸振作用； ②、运行平稳，噪声小； ③、结构简单，制造成本低； ④、可通过增减带长以适应不同的中心距要求； ⑤、普通带传动过载时带会在带轮上打滑，对其他机件有保护作用； ⑥、传动带的寿命较短； ⑦、传递相同圆周力时，外廓尺寸和作用在轴上的载荷比啮合传动大； ⑧、带与带轮接触面间有相对滑动，不能保证准确的传动比。

概述 目前，带传动所能传递的最大功率为700kW，工作速度一般为5～30m/s，采用特种带的高速带传动可达60m/s，超高速带传动可达100m/s。带传动的传动比一般不大于7，个别情况可到10。链传动链传动使用的挠性曳引元件是传动链，通过链轮的轮齿与链条的链节相互啮合实现传动链传动。依据链条结构的不同，有套筒链传动、滚子链传动和齿形链传动。

概述 链传动的特点： ①、平均传动比准确，并可用于较大的中心距； ②、传动效率较高，最高可达98％； ③、不需张紧力，作用在轴上的载荷较小； ④、容易实现多轴传动； ⑤、能在恶劣环境（高温、多灰尘等）下工作； ⑥、瞬时传动比不等于常数，链的瞬时速度是变化的，故传动平稳性较差，速度高时噪声较大。

概述 链传动主要用于两轴中心距较大的动力和运动的传递，广泛用在农业、采矿、冶金、起重、运输、石油和化工等行业。通常，滚子链传动的功率小于100kW，链速小于 15m/s。优质滚子链传动的功率最高可达5000kW，链速可达35m/s。高速齿形链可达40m/s。

第二节带传动

带传动 学习要求：了解带传动的类型、工作原理、特点和应用；熟悉普通V带轮的结构、规格与基本尺寸；掌握带传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动和打滑的基本概念；掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选取原则。

带传动 普通带传动的类型普通带传动的计算基础普通V带传动设计普通带传动的张紧装置同步带传动（简介）

带传动 普通带传动的类型：根据传动带的截面形状，摩擦型带传动可分为： ⑴、平带传动 ⑵、V带传动 ⑶、圆带传动 V带传动又可分为： ⑴、普通V带传动 ⑵、窄V带传动 ⑶、联组V带传动 ⑷、多楔带传动 ⑸、大楔角V带传动 ⑹、宽V带传动等

带传动 根据带传动的布置形式可分为 ⑴、开口传动（图17-5）、 ⑵、交叉传动 ⑶、半交叉传动（图17-1）。普通V带传动窄V带传动联组V带传动多楔带传动

带传动 普通V带传动： V带以其两侧面与轮槽接触（图17-2a），由于楔形槽可以增大法向压力，在初拉力相同的条件下，V带传动产生的摩擦力较平带传动（图17-2b）大，可传递更大的载荷。图中，FQ为带对带轮的压紧力；FN为平带轮对带的反力；FNV为V带轮侧面对带的反力；为带与带轮间的摩擦因数；为带轮的槽楔角，普通V带为32、34、36或40。由力的平衡条件可知：

带传动 图17-2

带传动 由此得V带传动的摩擦力为：式中，为V带与带轮间的摩擦力。 V带与带轮间的当量摩擦因数v为对于普通V带，若取＝0.3，则平均V＝0.51＝1.7。该结果表明，在其他条件相同的情况下，V带传动较平带传动的工作能力提高了很多。

带传动 窄V带传动：窄V带传动是近年来国际上普遍应用的一种V带传动。带的承载层采用合成纤维绳或钢丝绳。普通V 带高与节宽比为0.7，窄V带高与节宽比为0.9（图 17-3）。窄V带有SPZ、SPA、SPB和SPC四种型号，其结构和有关尺寸已标准化。窄V带承载能力高，滞后损失少。窄V带传动的最高允许速度可达40～50m/s，适用于大功率且结构要求紧凑的传动。

带传动 17-3

带传动 联组V带传动：其特点是几条相同的V带在顶面联成一体的V带（图17- 4a）。它克服了普通V带二带间的受力不均匀，减少了各单根带传动的横向振动，因而使带的寿命提高。其缺点是要求较高的制造和安装精度。多楔带传动其特点是在平带的基体下做出很多纵向楔（图17-4b），带轮也做出相应的环形轮槽。可传递较大的功率。由于多楔带轻而薄，工作时弯曲应力和离心应力都小，可使用较小的带轮，减小了传动的尺寸。由于多楔带有较大的横向刚度，可用于有冲击载荷的传动。其缺点是制造和安装精度要求较高。

带传动 17-4

带传动 17-5

带传动 普通带传动的计算基础 • 带传动中的作用力 • 带的应力 • 弹性滑动和打滑

带传动 带传动中的作用力：带传动带呈环形，并以一定的初拉力（）套在一对带轮上（带传动图17-6a），使带和带轮相互压紧。带在工作前其两边拉力均为（图17-6a），称为初拉力。工作时由于要克服工作阻力，带在绕上主动轮的一边被进一步拉紧，其拉力大到，称为紧边拉力；带的另一边被放松，其拉力由减小到，称为松边拉力（图17-6b）。带的两边拉力之差，称为带传动的有效拉力F，即： F＝－(17-1)

带传动 17-6

带传动 有效拉力F与带传动传递的功率P及带速v的关系为：P＝Fv（17-2）该式说明，带速一定时，有效拉力越大，则带传动传递的功率也越大，即带传动的工作能力越强。带的有效拉力等于带轮接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下，摩擦力有一极限值，当需要传递的有效拉力超过该值时，带就会在轮面上打滑。打滑是带传动的主要失效形式之一。带工作时松紧边拉力不等，但总长度不变，故紧边增加的长度与松边减少的长度相等，假设带的材料服从胡克定律，则紧边增加的拉力与松边减少的拉力相等。即：

带传动 或(17-3) F1 和F2的关系可用下式表示： (17-4) 式中，为包角，即带与带轮接触弧所对应的中心角；e为自然对数的底。若带速v<10m/s，则通常可忽略离心力qv2，此时上式简化为F1/F2＝e，即为著名的欧拉公式。

带传动 联立式（17-1）和式（17-4），可得紧边拉力F1 和松边拉力F2为 (17-5) (17-6) 将式（17-5）和式（17-6）带入式（17-3）可得反映带传动工作能力的最大有效拉力Fmax，即 (17-7)

带传动 该式说明： 1）最大有效拉力与初拉力成正比。控制初拉力对带传动的设计和使用是很重要的。过小不能传递所需载荷，而且容易颤动；过大使带的磨损加剧，寿命缩短。 2）最大有效拉力随包角、摩擦因数（与带、带轮的材料及工况有关）的增大而增大。通常设计时要求≥120。 3）离心力qv2使最大有效拉力减小。上述各公式是按平带传动推导的，用于V带传动时，应将各式中的摩擦因数用当量摩擦因数v代替。

带传动 式(17-4)推导如下：取一微段带dl（图17-7），带上各力的平衡条件为：沿垂直方向式中dF为紧边拉力增量；dFN为带轮给微段带的正压力；q为带的线质量。取：略去二阶无穷小量，上式为 (a)

带传动 17-7

带传动 沿水平方向式中，为带与带轮间的摩擦因数。取 ≈1，得 (b) 由式(a)、(b)得 (c) 在摩擦力的极限状态即将要打滑时，积分式(c)，得 (17-）

带传动 带的应力 1．紧边拉应力和松边拉应力由紧边拉力和松边拉力引起 (17-8) 式中，A为带的截面积。 2．弯曲应力b 传动带绕带传动经带轮时产生，该应力可近似按下式确定 (17-9) 式中，E为带的弹性模量；h为带的高度；d为带轮的直径。

带传动 3．离心拉应力c 由带的离心拉力Fc （Fc＝qv2）产生 (17-10) 图17-8给出了带的应力分布情况。由图可知，带在工作过程中，其应力是不断变化的。最大应力发生在紧边进入小带轮处（图中b点）。带的最大应力为max： (17-11) 式中 b1为带绕经小带轮时产生的弯曲应力。

带传动 17-8

带传动 弹性滑动和打滑 1. 弹性滑动由于带是弹性体，受力不同时伸长量不等，使带传动在工作中发生弹性滑动。如图17-9所示，带自b点绕上主动轮时，带的速度与主动轮的速度相等，当带由b点转到c点时，带的拉力由F1逐渐减小到F2，与此同时，带的单位长度的伸长量也随之逐渐减小，从而使带沿带轮表面相对退缩（由c 向b方向），这种现象称为弹性滑动。同理，在从动轮上产生带相对带轮表面相对伸长的弹性滑动（由e 向f方向）。 b、c点与小带轮包角1对应；e、f点与大带轮包角2对应。

带传动 17-9

带传动 由于带传动工作时，紧边和松边的拉力不等，所以弹性滑动是不可避免的。弹性滑动除造成功率损失和带的磨损外，还导致从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，其降低程度用滑动率表示考虑弹性滑动影响的传动比为 (17-12) 式中，、为主、从动轮转速；、为主、从动轮直径。

带传动 滑动率一般可取1%～2%，粗略计算时可忽略不计。 2. 打滑弹性滑动并不是发生在全部接触弧上，而是只发生在带离开带轮一侧的部分弧段上（图17-9中和），称该弧段为动弧，无弹性滑动的弧为静弧（图17-9中和），两段弧所对应的中心角分别称为动角和静角。带传动不传递载荷时，动角为零。随着载荷的增加，动角逐渐增大，而静角则之间减小。当动角 增大到1时达到极限状态（静角为零），由于过载使带传动的有效拉力F达到最大值，带将开始打滑。

带传动 由于带在小轮上的包角较小，所以打滑总是在小轮上发生。打滑是由于载荷过大引起的，它会造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态，故正常使用中带传动不应出现打滑现象。

带传动 普通V带传动设计普通V带和带轮带传动的设计准则设计计算和参数选择

带传动 普通V带和带轮 1.普通V带结构普通V带由顶胶、承载层、底胶和包布组成（图 17-10）。承载层是胶帘布或绳芯。绳芯结构的柔韧性好，适用于转速较高和带轮直径较小的场合。按截面尺寸普通V带分为：Y、Z、A、B、C、D、 E七种型号。各型号的截面尺寸和线质量见表17-1 2．带轮表17-2给出了普通V带带轮的轮缘尺寸。V带弯曲时两侧面夹角小于40，槽楔角也应减小

带传动 17-10

带传动 带传动的设计准则 ⒈带传动的主要失效形式： ● 打滑 ● 带的疲劳破坏 ⒉带传动的设计准则为：在保证不打滑的条件下，带具有一定的疲劳强度和寿命。带的疲劳强度条件为 (17-13) 式中，[]为根据疲劳寿命决定的带的许用应力。

带传动 在式（17-7）中，利用式（17-8）、（17-10）的关系，并带入疲劳强度条件和当量摩擦因数，可得V带传动的最大有效拉力Fmax为将该式带入式（17-2），即得传动不打滑时单根V带所允许传递的功率为 (17-14) 式中的[]可由实验确定。由式（17-14）求得的功率P1称为单根V带的基本额定功率，各种型号V带的P1值见表17-3。

带传动 设计计算和参数选择 1. 计算功率 (17-15) 式中，为工况系数，见表17-4；P为传递功率。 2. 带的型号带的型号可根据计算功率和小带轮转速由图 17-11选取。在两种型号相邻的区域，可两种型号同时计算，然后根据使用条件择优选取。 3. 带轮基准直径带轮直径愈小，传动所占空间愈小，但弯曲应力愈大，带越易疲劳。表17-5列出了最小带轮基准直径。设计时，应使小带轮基准直径 ≥dmin，

带传动 大带轮基准直径 (17-16) 、通常按表17-6推荐的直径系列圆整。 4. 带速v 普通V带质量较大。带速太高时，会因离心惯性力过大而降低传动能力；带速过低，则在传递相同功率的条件下所需有效拉力F较大，要求带的根数较多。一般v＝5～30m/s。带速的计算公式为 (17-17) 5. 中心距a 和带的基准长度带传动的中心距不宜过大，否则工作中将因载荷变化引起带的颤动。中心距也不宜过小，因为中心距愈

第十七章 带传动和链传动