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1、第第1313章章 带传动和链传动带传动和链传动13.1 带传动概述带传动概述带传动通常由主通常由主动轮、从、从动轮和和张紧在两在两轮上的上的环形形传动带组成，成，如如图13-2所示。所示。1组成成2分类分类摩擦型摩擦型带传动主要依靠主要依靠传动带与与带轮相互接触面之相互接触面之间的摩擦力来的摩擦力来进行行传动，其所使用的，其所使用的传动带类型很多，按照截面形状的不同可分型很多，按照截面形状的不同可分为平平带、V带、圆带和多楔和多楔带等。等。（1 1）摩擦型）摩擦型）摩擦型）摩擦型带传动带传动（2 2）啮啮合型合型合型合型带传动带传动啮合型合型带传动主要依靠主要依靠传动带内内侧的凸的凸齿与与带轮
2、边缘的的齿槽相互槽相互啮合合实现传动，如，如图13-4所示。所示。（a）平带 （b）V带 （c）圆带 （d）多楔带图13-3 摩擦型带传动图13-4 啮合型带传动3特点特点带传动的的优点包括：适用于中心距点包括：适用于中心距较大的大的传动；传动带为弹性材料，运性材料，运转平平稳、噪音小，同、噪音小，同时能能够缓解冲解冲击力和吸力和吸收振收振动；结构构简单，制造成本，制造成本较低，安装和低，安装和维护方便。方便。带传动的缺点在于的缺点在于传动时存在存在弹性滑性滑动，不能保，不能保证精确的精确的传动比；比；传动带的使用寿命的使用寿命较短，短，传动效率不高，不合适于效率不高，不合适于高温及有油、水等
3、高温及有油、水等环境境恶劣的劣的场合。合。4应用范围应用范围带传动不适宜用来不适宜用来传递大功率，通常情况下，平大功率，通常情况下，平带传动传递的功的功率低于率低于50 kW，V带传动传递的功率低于的功率低于100 kW。带的工作速度一的工作速度一般般为525 m/s，高速，高速齿轮带的速度可达到的速度可达到60 m/s，带速不宜速不宜过低低或或过高，否高，否则会影响会影响传动能力。一般在多能力。一般在多级传动中将中将带传动放置放置在高速在高速级。13.1.2 带传动的工作原理带传动的工作原理带传动的基本工作原理是利用的基本工作原理是利用张紧在至少两在至少两轮上的上的弹性性带作作为连接体，接体
4、，依靠依靠带与与带轮截面截面间产生的摩擦力来生的摩擦力来传递动力和运力和运动。为保保证传动带与与带轮之之间产生足生足够的摩擦力，工作前，需要使用一定的的摩擦力，工作前，需要使用一定的张紧力将力将传动带张紧在两个在两个带轮上。上。传动带静止静止时，带的任意截面都受的任意截面都受到大小相等的拉力到大小相等的拉力F作用，如作用，如图13-5（a）所示，）所示，F称称为初拉力。初拉力。带传动工作工作时，由于，由于带与与带轮之之间存在摩擦力存在摩擦力Ff，带绕入主入主动轮的一的一边拉力由拉力由F增大到增大到F1，该边称称为紧边，F1称称为紧边拉力；另一拉力；另一边的拉力由的拉力由F减小减小为F2，该边称
5、称为松松边，F2称称为松松边拉力，如拉力，如图13-5（b）所示。）所示。13.1.2 带传动的工作原理带传动的工作原理假定假定传动带在工作在工作过程中程中总长度不度不变，则松松边拉力减小量拉力减小量应等于等于紧边拉拉力增加量，用公式表示力增加量，用公式表示为结合式（合式（13-1），可得到），可得到带传动紧边拉力拉力F1和松和松边拉力拉力F2分分别为传动带两两边的的压力差力差 称称为有效拉力，用符号有效拉力，用符号 表示表示,其大小等于其大小等于带与与带轮之之间静摩擦力的静摩擦力的总和。在最大静摩擦力范和。在最大静摩擦力范围内，有效拉力与内，有效拉力与总摩擦力相等，即摩擦力相等，即（13-1
6、）（13-2）根据根据传动带的有效拉力可以的有效拉力可以计算出算出带传动传递的功率，即的功率，即13.2 普通普通V带和带轮的结构带和带轮的结构V带传动在汽在汽车中中应用十分广泛，根据用十分广泛，根据结构的不同，汽构的不同，汽车V带可分可分为包包边V带和切和切边V带两种。其中，切两种。其中，切边V带又分又分为普通切普通切边V带、有、有齿切切边V带和底胶和底胶夹布切布切边V带等三种型式，如等三种型式，如图13-6所示。所示。1V带的的结构构（a）包边V带 （b）普通切边V带（c）有齿切边V带 （d）底胶夹布切边V带1包布；2顶布；3顶胶；4缓冲胶；5芯绳；6底胶；7底胶夹布；8底布2V带的型号参
7、数带的型号参数汽汽车V带的尺寸已的尺寸已经标准化，根据国准化，根据国标GB 127322008汽汽车V带的相关的相关规定，汽定，汽车V带按照按照顶宽不同可分不同可分为AV10，AV13，AV15，AV17，AV22共五种型号。其中，共五种型号。其中，AV后面的数字表示后面的数字表示V带的公称的公称顶宽，即，即V带的梯形截面中的梯形截面中较长底底边的的长度。度。（1）型号）型号汽汽车V带的工作面的工作面为两个两个侧表面，它表面，它们之之间的的夹角称角称为楔角，用符号楔角，用符号 表示，通常取表示，通常取 。汽。汽车V带的的长度由有效度由有效长度表示，有效度表示，有效长度是指在度是指在规定定张紧力
8、下，力下，V带位于位于测量量带轮有效直径有效直径处的周的周长。（2）参数）参数3带的标记带的标记为方便方便V带的的识别，通常在，通常在V带的外的外层表面印刷一定的表面印刷一定的标记。国国标GB/T 133522008汽汽车工工业用用V带及及带轮尺寸尺寸中中规定，定，V带的的标记由型号、有效由型号、有效长度和度和标准号三部分准号三部分组成。例成。例如，如，AV131 000 GB 12732表示依据国表示依据国标GB 12732制造，有效制造，有效长度度为1 000 mm的的AV13型汽型汽车V带。13.2.2 带轮带轮带轮主要由主要由轮缘、轮辐和和轮毂三部分三部分组成。其中，成。其中，轮缘用来
9、安装用来安装传动带，轮毂安装在安装在轴上，上，轮辐用来用来连接接轮缘和和轮毂。按照。按照轮辐截面形状的不同，截面形状的不同，带轮可分可分为实心式、腹板式、孔板式及心式、腹板式、孔板式及轮辐式等，如式等，如图13-7所示。所示。1带轮的的结构构（a）实心式 （b）腹板式 （c）孔板式 （d）轮辐式2带轮的材料带轮的材料带轮在工作在工作时需要承受需要承受较大的大的压力，力，这就要求就要求带轮具有足具有足够的的强度。度。带轮的的转速速较高，高，为减小减小惯性，其性，其质量量应均匀分布，均匀分布，并具有并具有较好的工好的工艺性。性。带轮常用的材料有常用的材料有铸铁、钢、铝合金合金及工程塑料等。一般在高
10、及工程塑料等。一般在高转速和大速和大载荷的荷的场合宜使用合宜使用锻钢或或铸钢，以提高，以提高带轮的的强度；在受力不大、功率度；在受力不大、功率较小的小的场合大合大多使用多使用铸铁，如，如HT150等。等。13.3 带传动的应力分析带传动的应力分析在工作在工作时，带中的中的应力主要由三部分力主要由三部分组成：因成：因传递载荷而荷而产生的生的拉拉应力力、由离心力、由离心力产生的离心生的离心应力力 以及以及带在在绕带轮发生弯曲生弯曲时产生的弯曲生的弯曲应力力，应力的分布如力的分布如图13-8所示。由所示。由图可知，可知，带在不同在不同位置位置时应力也不相同，最大力也不相同，最大应力出力出现在在带的的
11、紧边绕入小入小带轮处。13.3 带传动的应力分析带传动的应力分析根据前面受力分析可知，根据前面受力分析可知，带传动中，由于摩擦力的作用，中，由于摩擦力的作用，带可分可分作作紧边和松和松边，两，两边分分别产生生紧边拉拉应力和松力和松边拉拉应力，其力，其值可可由下式确定。由下式确定。1拉拉应力力 2离心应力离心应力 当当带沿着沿着带轮边缘以切以切线速度速度v做做圆周运周运动时，带在在圆周部周部分的分的质量会量会产生离心力生离心力Fc，Fc在在带的横截面上引起离心的横截面上引起离心应力力 ，其大小可由下式，其大小可由下式计算：算：3弯曲应力弯曲应力 带在在绕带轮转动时会会发生弯曲生弯曲变形，并在形，
12、并在带的横截面上引起弯曲的横截面上引起弯曲应力力 ，其，其值可由下式可由下式计算：算：显而易而易见，只有，只有带与与带轮的接触弧段才会出的接触弧段才会出现弯曲弯曲应力，并且由力，并且由公式（公式（13-8）可知，）可知，带在在较小直径小直径带轮上上时弯曲弯曲应力力较大。在大。在带传动中，中，带上的上的应力是周期性力是周期性变化的，化的，这种种规律容易使律容易使带发生疲生疲劳破坏。破坏。带上的最大上的最大应力力为（13-8）（13-9）13.4 带传动的弹性滑动和打滑带传动的弹性滑动和打滑由于由于传动带是是弹性体，而且性体，而且带传动工作工作时，传动带从从紧边到松到松边的拉力的拉力是不断是不断变
13、化的，故化的，故带的的弹性形性形变是是变化的。化的。13.4.1 弹性滑性滑动由于由于带的的弹性形性形变而而导致致带与与带轮之之间出出现微量相微量相对滑滑动的的现象称象称为弹性滑性滑动。弹性滑性滑动的出的出现会会导致从致从动轮的的圆周速度低于主周速度低于主动轮的的圆周速度，速度降低的程度可由滑周速度，速度降低的程度可由滑动率率 表示表示，即，即图13-9 带的弹性滑动带传动的理的理论传动比比为 ，结合式（合式（13-10），可以得到），可以得到实际传动比比i为（13-10）（13-11）13.4.2 打滑打滑当当带传动所需的有效拉力超所需的有效拉力超过带与与带轮接触弧段的摩擦力接触弧段的摩擦力
14、总和和时，带将在与将在与带轮的整个接触弧上的整个接触弧上发生生显著滑著滑动，这种种现象称象称为打滑。打滑。需要注意的是，打滑和需要注意的是，打滑和弹性滑性滑动是两个不同的概念。打滑的原因是两个不同的概念。打滑的原因是是带所所传递的拉力超的拉力超过了了带与与带轮间的摩擦力的摩擦力总和，即和，即过载；而；而弹性滑性滑动出出现的原因是的原因是带的的紧边和松和松边拉力不一致造成拉力不一致造成弹性形性形变不相等。不相等。弹性滑性滑动是是带传动中的正常中的正常现象，是不可避免的；而打象，是不可避免的；而打滑属于滑属于带传动失效的形式，是需要尽量避免的。失效的形式，是需要尽量避免的。13.5 带传动的张紧、
15、安装和维护带传动的张紧、安装和维护1调整中心距整中心距张紧按照原理的不同，按照原理的不同，带传动的的张紧方式可分方式可分为调整中心距和整中心距和张紧轮张紧两两类。调整中心距是通整中心距是通过改改变主主动轮和从和从动轮之之间的距离而达到使的距离而达到使传动带张紧的目的，一般可分的目的，一般可分为定期定期调整和自整和自动张紧两两类。1调整中心距张紧调整中心距张紧摆架式定期架式定期张紧装置如装置如图13-10（b）所示，主）所示，主动轮固定在固定在摆架上，通架上，通过旋旋转螺螺栓来改栓来改变主主动轮与从与从动轮的中心距，从而的中心距，从而实现传动带初拉力的初拉力的调整。整。（1 1）定期）定期）定期
16、）定期调调整装置整装置整装置整装置滑滑轨式定期式定期张紧装置如装置如图13-10（a）所示，主）所示，主动轮安装在安装在导轨上，通上，通过旋旋转螺栓螺栓来改来改变主主动轮的位置，的位置，调整与从整与从动轮之之间的中心距，从而的中心距，从而实现传动带初拉力的初拉力的调整。整。（2 2）自）自）自）自动张紧动张紧装置装置装置装置自自动张紧装置如装置如图13-10（c）所示，利用主）所示，利用主动轮的重力作用，的重力作用，摆架可架可绕固定固定轴线转动，使，使传动带始始终保保持一定的初拉力。持一定的初拉力。（a）滑轨式 （b）摆架式 （c）自动张紧式2张紧轮张紧张紧轮张紧当当带传动中两中两轮的中心距不
17、能的中心距不能调整整时，可采用，可采用张紧轮进行行张紧，如，如图13-11所示。所示。为减小减小传动带的反向弯曲的反向弯曲变形，通常形，通常将将张紧轮置于松置于松边内内侧靠近大靠近大带轮处。13.5.2 带传动的安装和维护带传动的安装和维护 安装安装带轮时，需要保，需要保证主主动轮和从和从动轮的的轴线相互平行，否相互平行，否则传动带在工作在工作过程中会出程中会出现扭曲扭曲变形，加速磨形，加速磨损。安装安装V带时，需要保，需要保证V带的的顶面与面与带轮槽平槽平齐，过高或高或过低低都不利于都不利于传动带的正常工作。的正常工作。调整整时，需要保，需要保证V带有足有足够的初的初紧力，通常情况下，中等中
18、力，通常情况下，中等中心距的心距的带传动中，中，V带的的张紧程度以大拇指能将程度以大拇指能将带按下按下约15 cm为宜。宜。带传动应该设置必要的防置必要的防护装置，一方面可以防止水、油等装置，一方面可以防止水、油等异物沾染到异物沾染到传动带，影响，影响传动的性能；另一方面的性能；另一方面还可以防止可以防止带传动高速高速转动时绞伤人。人。需要需要对带传动进行定期行定期检查，及，及时调整整带的的张紧程度。若程度。若发现一根一根带松弛，需要更松弛，需要更换所有的所有的带，新旧程度不同的，新旧程度不同的传动带不能不能混用。混用。13.6 链传动链传动链传动是利用是利用链条在具有特殊条在具有特殊齿形的主
19、形的主动链轮和从和从动链轮之之间传递运运动和和动力的力的传动方式。方式。链传动主要由主主要由主动链轮、链条和从条和从动链轮等部件等部件组成，如成，如图13-12所示。所示。1链传动的的组成成2链传动的特点链传动的特点与与带传动相比，相比，链传动具有以下具有以下优点。点。工作工作时没有没有弹性滑性滑动和打滑和打滑现象，平均象，平均传动比准确，比准确，传动可可靠度和效率高。靠度和效率高。传动时所需所需张力小，力小，对链轮轴的的压力小，力小，传递的功率大，的功率大，过载能力能力强。能适能适应高温、高湿度、多油高温、高湿度、多油污、多粉、多粉尘等等环境境恶劣的工作劣的工作场合。合。链传动的缺点在于的缺
20、点在于仅能能进行平行行平行轴之之间的运的运动和和动力的力的传递；链条的磨条的磨损比比较严重，重，长时间工作后容易工作后容易发生跳生跳齿和脱和脱链，传动的的平平稳性性较差；工作差；工作时的冲的冲击、振、振动和噪声比和噪声比较大，不适用于高速大，不适用于高速和急和急转反向的反向的传动。3链传动的应用链传动的应用链传动主要用于可靠性要求高、平均主要用于可靠性要求高、平均传动比准确而瞬比准确而瞬时传动比要比要求不高的中求不高的中远距离距离传动，如，如车辆、机床、机床、农业机械等方面。目前，机械等方面。目前，链传动广泛地广泛地应用于汽用于汽车发动机正机正时传动系系统中。中。该系系统利用利用链传动将曲将曲
21、轴的运的运动传递给气缸盖上的凸气缸盖上的凸轮轴，通，通过凸凸轮轴推推动气气门杆杆实现气气门的正确打开和关的正确打开和关闭。通常情况下，通常情况下，链传动传递的功率低于的功率低于100 kW，传动速度速度v15 m/s，中心距，中心距a6 m，传动比比i7，传递效率效率为95%左右。左右。13.6.2 链条和链轮链条和链轮链条是条是链传动的重要的重要组成部件，按照成部件，按照结构的不同，构的不同，链条可分条可分为滚子子链和和齿形形链两两类。1链条条（1 1）滚滚子子子子链链滚子子链在机械在机械设备传动中中应用十分广泛，其主要由内用十分广泛，其主要由内链板、外板、外链板、板、销轴、套筒和、套筒和滚
22、子等子等组成，如成，如图13-13所示。所示。1链条链条滚子子链为环形，其形，其长度由度由链节数和数和节距共同确定。距共同确定。节距是指距是指链条上相条上相邻两根两根销轴之之间的距离，用符号的距离，用符号P表示。当表示。当链节数数为偶数偶数时，环形形链条一条一端的外端的外链板正好与内板正好与内链板相接，接板相接，接头处可用可用弹簧簧夹或开口或开口锁锁紧，如，如图13-14（a）和（）和（b）所示。当）所示。当链节数数为奇数奇数时，接，接头处则需采用需采用过渡渡链节进行行连接，如接，如图13-14（c）所示。）所示。（1 1）滚滚子子子子链链1链条链条齿形形链又称无声又称无声链，主要由一，主要由
23、一组链齿板板铰接而成，如接而成，如图13-15所示。所示。齿形形链是通是通过链齿板与板与链轮轮齿发生生啮合而合而传递动力和运力和运动的。的。（2 2）齿齿形形形形链链齿形形链上装有上装有导板，可以防止板，可以防止链条工作条工作时发生生侧向向蹿动。根据。根据导板位置板位置的不同，的不同，齿形形链可分可分为内内导式和外式和外导式，如式，如图13-16所示。所示。链按照按照铰链结构的不同，构的不同，齿形可分形可分为圆销式、式、轴瓦式和瓦式和滚柱式，如柱式，如图13-17所示。所示。2链轮链轮链条条传动中中对链轮齿形的基本要求是：形的基本要求是：链条条滚子能平子能平稳、自由地、自由地进入入啮合和退出合
24、和退出啮合；合；啮合合时滚子与子与齿面接触良好；面接触良好；齿形形简单，便于加工。，便于加工。（1 1）链轮链轮的的的的齿齿形形形形常常见滚子子链轮的的齿形由国形由国标GB/T 12432006规定，如定，如图13-18所示。所示。2链轮链轮链轮的的结构种构种类很多，常很多，常见的有的有实心式、孔板式和心式、孔板式和组合式等，如合式等，如图13-19所示。其中，所示。其中，实心式用于直径心式用于直径较小的小的链轮，孔板式用于中等直径的，孔板式用于中等直径的链轮，组合式用于大直径的合式用于大直径的链轮。（2 2）链轮链轮的的的的结结构构构构（a）实心式（b）孔板式（c）组合式 （d）实物2链轮链
25、轮（3 3）链轮链轮的材料的材料的材料的材料材料齿面硬度应用范围普通碳素结构钢Q215，Q255退火硬度140 HBS中速、中等功率、较大的链轮优质碳素结构钢15，20渗碳、淬火硬度5060 HRC齿数不超过25的高速、重载、承受冲击载荷的链轮35正火硬度160200 HBW齿数大于25的低速、轻载、冲击较小的链轮45，50淬火硬度4045 HRC无剧烈冲击、振动的链轮合金结构钢15Cr，20Cr渗碳淬火硬度5060 HRC齿数不超过25的大功率、高速、重载链轮35SiMn，40Cr，35CrMn淬火4045 HRC连续工作、高速、重载、重要传动的链轮铸铁HT200260280 HBS齿数超过
26、50的低速平稳传动的链轮13.6.3 链传动的运动特性链传动的运动特性理理论分析表明，分析表明，链传动时，链条与从条与从动链轮做做变速运速运动，每，每转过一个一个链节，其速度，其速度发生一次生一次变化，因而瞬化，因而瞬时传动比一直在比一直在发生微生微小小变化。但化。但链传动的相的相对传动比是固定不比是固定不变的。根据的。根据单位位时间内内主主动链轮和从和从动链轮转过的的齿数相等，即数相等，即 ，可，可计算出算出链传动的平均的平均传动比比为 n1主主动轮的的转速，速，单位位为r/mm；n2从从动轮的的转速，速，单位位为r/mm；z1主主动链轮的的齿数；数；z2从从动链轮的的齿数。数。13.6.4
27、 链传动的布置、张紧和润滑链传动的布置、张紧和润滑为保保证链传动的正常工作，的正常工作，链传动的布置的布置应遵守以下原遵守以下原则。1链轮的布置的布置 主主动链轮和从和从动链轮的的轴线必必须相互平行，两相互平行，两链轮的回的回转平平面面应位于某个位于某个竖直平面内，否直平面内，否则传动过程中会出程中会出现跳跳齿和脱和脱链等等现象。象。链轮中心中心连线一般保持水平或接近水平布置，一般保持水平或接近水平布置，倾斜角度斜角度应低低于于45，并保持松，并保持松边在下，在下，紧边在上，在上，应尽量避免垂直布置。尽量避免垂直布置。2链轮的张紧链轮的张紧为避免避免链传动过程中，程中，链条因垂度条因垂度过大而
28、大而产生生啮合不良和振合不良和振动等等现象，需要象，需要对链传动进行行张紧。张紧的方法很多，若的方法很多，若链传动中中链轮的位置能的位置能够调整，可以通整，可以通过调节链轮中心距的方式中心距的方式进行行链条的条的张紧，具体方法与，具体方法与带传动类似；若似；若链轮中心距不能中心距不能调整，整，则可使可使用用张紧轮进行行张紧，如，如图13-20所示。需要注意的是，所示。需要注意的是，张紧轮应当当安装在安装在链条松条松边的内的内侧或外或外侧，以增加参与，以增加参与啮合的合的齿轮数量，提数量，提高高链传动的平的平稳性。性。3润滑润滑链传动润滑的主要方式有以下四种。滑的主要方式有以下四种。人工定期人工
29、定期润滑：用油刷或油滑：用油刷或油壶定期定期为链条刷油，如条刷油，如图13-21（a）所示。人工定期）所示。人工定期润滑适用于滑适用于链速低于速低于4 m/s的非重要的非重要链传动。滴油滴油润滑：向滑：向链条松条松边的内、外的内、外链板板间歇歇处用油杯通用油杯通过油管油管进行滴油，如行滴油，如图13-21（b）所示。滴油）所示。滴油润滑适用于滑适用于链速低于速低于10 m/s的的链传动。3润滑润滑 油浴油浴润滑：将滑：将链条浸在油池中或利用甩油条浸在油池中或利用甩油盘将油甩到将油甩到链条上，条上，如如图13-21（c）和（）和（d）所示。油浴）所示。油浴润滑适用于滑适用于链速速为612 m/s的大功率的大功率链传动。喷油油润滑：利用油滑：利用油泵将将润滑油持滑油持续地地喷射到射到链条上，如条上，如图13-21（e）所示。）所示。喷射射润滑适用于高速大功率的滑适用于高速大功率的链传动。