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1、模块八 机械设计基础带传动和链传动模块八 带传动和链传动Module Eight Belt drives and chain drives知识目标掌握带传动、链传动的运动特点及其使用和维护。掌握带传动的基本设计计算方法。技能目标能够根据机构(部件)要实现的运动选择带传动的类型。能够设计简单的带传动,并采取相应措施使其不失效。带传动和链传动是常见的机械传动形式,它们的主要作用是传递转矩和改变转速。本模块介绍带传动的类型、工作原理、失效形式、应力分析、传动设计等内容,并重点对V带传动的设计和计算方法进行介绍。链传动主要以滚子链传动为对象,分析滚子链传动的失效形式及使用维护方法。模块八 带传动和链传
2、动Module Eight Belt drives and chain drives目录CONTENTS带传动简介Introduction with drive 壹普通V带及V带轮Normal V-band and V-belt wheels 贰带传动的工作分析Work analysis with drive 叁普通V带传动的设计计算Design calculation of ordinary V-belt drives 肆链传动简介Introduction to chain drive 伍带传动简介 Introductionwithdrive壹一、带传动的类型及应用图8-1带传动的类型带传动
3、是利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的。根据工作原理的不同,带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动两大类,如图8-1所示;按用途不同,带传动分为传动带和输送带两大类。此处仅讨论传动带。摩擦型带传动通常由主动带轮、从动带轮和传动带组成,如图8-2所示。当主动带轮回转时,依靠带与带轮表面间的摩擦力带动从动带轮转动,从而传递运动和动力。绝大部分带传动属于摩擦型带传动。摩擦型带传动的主要优点是:传动带有弹性,可以缓冲和吸振,传动平稳;过载打滑,可防止其他零件损坏;传动中心距大;结构简单,制造、安装、维护方便,成本低。摩擦型带传动的主要缺点是带与带轮之间有滑动,不能保证准确的传动比
4、。另外,由于需要施加张紧力,轴系受力较大。一、带传动的类型及应用1.摩擦型带传动图8-2摩擦型带传动简图摩擦型带传动中,根据传动带截面形状不同,可分为平带传动(矩形截面)、V带传动(梯形截面)等,如图8-3所示。一、带传动的类型及应用1.摩擦型带传动图8-3带的传动类型和横截面形状1)平带传动如图8-3(a)所示,平带传动结构简单,带轮也容易制造。常用的平带有橡胶布带、皮革带、编织带(棉织、毛织、丝织)和强力锦纶带等。平带传动可以用于交叉传动和角度传动,传动形式多样,传动中心距大,在农业机械(如脱粒机、磨粉机等)中应用较多。一、带传动的类型及应用1.摩擦型带传动图8-3带的传动类型和横截面形状
5、2)V带传动在机械传动中,应用最广的是V带传动,如图8-3(b)所示。V带的横截面呈梯形,两侧面为工作面。根据槽面摩擦原理,在同样的张紧力下,V带比平带传动能力高。V带传动又可分为普通V带传动、窄V带传动、多楔带传动、大楔角V带传动、宽V带传动等。多楔带传动如图8-3(c)所示。一、带传动的类型及应用1.摩擦型带传动图8-3带的传动类型和横截面形状3)圆带传动如图8-3(d)所示,圆带便于快速装拆,传递的功率较小,一般用于轻型机构,如缝纫机等。一、带传动的类型及应用1.摩擦型带传动图8-3带的传动类型和横截面形状啮合型带传动是指同步带传动,同步带传动是靠带上的齿与带轮上齿槽的啮合作用来传递运动
6、和动力的。同步带传动工作时带与带轮之间不会产生相对滑动,能够获得准确的传动比,因此它兼有带传动和齿轮传动的特性和优点。同步带传动的速度最大可到80m/s,单级传动比可达10,传动效率可达98%99%,传动功率可到几百千瓦,现已广泛用于各种精密仪器、计算机、汽车、数控机床和石油机械。同步带内周有一定形状的齿,如图8-4所示。一、带传动的类型及应用2.啮合型带传动图8-4 同步带传动带传动的主要优点有以下几点。(1)适用于中心距较大的场合。(2)带是挠性物,可以缓冲、吸振,噪声小,传动平稳。(3)当过载时,带与带轮之间会打滑,保护其他零部件免受损坏。(4)结构简单,制造与维护方便,成本低。二、带传
7、动的特点由于是摩擦传动,因此带传动也有以下缺点。(1)外廓尺寸太大。(2)带在带轮上有相对滑动,传动比不恒定。(3)传动效率较低,寿命较短。(4)常需要张紧装置,支承带轮的轴和轴承受力较大。(5)不宜用于高温、易燃等场所。二、带传动的特点普通 V带及 V带轮 NormalV-bandandV-beltwheels贰1.普通V带的结构图8-5 V带结构一、普通V带的结构和尺寸V带的尺寸已经标准化,其标准有截面尺寸和V带基准长度。1)截面尺寸V带按其截面尺寸由小到大的顺序排列,共有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号,各型号的截面尺寸见表8-1。2.普通V带的尺寸一、普通V带的结构和尺寸2.普通V带
8、的尺寸一、普通V带的结构和尺寸一、普通V带的结构和尺寸注:超出此表范围的可查机械设计手册。V带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作部分,制有梯形轮槽。轮毂是带轮与轴的连接部分,轮缘与轮毂用轮辐(腹板)连接成一整体。V带轮按腹板结构的不同分为实心带轮、腹板带轮、孔板带轮、轮辐带轮,如图8-6所示。直径较小时可采用实心带轮;中等直径带轮采用腹板带轮;直径大于350mm时可采用轮辐带轮。1.V带轮的结构和尺寸图8-6V带轮的类型二、V带轮1.V带轮的结构和尺寸二、V带轮二、V带轮二、V带轮对带轮的主要要求是质量小且分布均匀,工艺性好,与带接触的工作表面要仔细加工,以减少带的磨损;
9、转速高时要进行动平衡;铸造和焊接的带轮内应力要小。带轮的常用材料为灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等,其中灰铸铁应用最广,常用的牌号为HT150或HT200。当带轮圆周速度较大时,可用球墨铸铁或铸钢;小功率传动时,可用铸铝或工程塑料。2.V带轮的材料二、V带轮1)定期张紧在水平布置或与水平面倾斜不大的带传动中,可用如图8-7(a)所示的张紧装置。通过调节螺钉来调整电动机的位置,加大中心距,以达到张紧的目的。其调节方法是将装有带轮的电动机安装在滑轨上,在调整带的初拉力时,用调节螺钉将电动机推移到所需要的位置。在垂直或接近垂直的传动中,可以采用如图8-7(b)所示的摆架式结构。电动机固定在摆动架上,通
10、过旋动调节螺钉上的螺母来调节。1.调节中心距三、带传动的张紧与维护图8-7 张紧装置 2)自动张紧这种方法常用于小功率以及近似垂直布置的带传动。图8-7(c)所示为自动张紧装置,将装有带轮的电动机安装在摆动架上,利用电动机及摆动架的重量使带轮随同电动机绕固定轴摆动,自动调整中心距达到张紧的目的。1.调节中心距三、带传动的张紧与维护图8-7 张紧装置 当带传动的中心距不能调节时,可以采用张紧轮对传动带进行张紧。1)定期张紧这种方法用于中心距固定的带传动,如图8-7(d)所示,张紧轮一般安装在传动带松边靠近大轮的内侧,使传动带只受单向弯曲。2.采用张紧轮三、带传动的张紧与维护图8-7 张紧装置 2
11、)自动张紧这种方法用于中心距较小而传动比较大的平带传动中,但传动带的寿命较短。如图8-7(e)所示,张紧轮安装在传动带松边的外侧,它使带承受反向弯曲,会降低带的使用寿命。2.采用张紧轮三、带传动的张紧与维护图8-7 张紧装置(1)带传动装置外面应加防护罩,以保证安全,防止带与酸、碱或油接触而被腐蚀,也不宜曝晒。(2)应定期检查V带,若发现一根松弛或损坏则应全部更换。(3)切忌在有易燃、易爆气体的环境中使用带传动,以免发生危险。(4)带传动不需要润滑,禁止往带上加润滑油或润滑脂,应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。(5)带传动的工作温度不应超过60。(6)如果传动装置要闲置一段时间后再用,应将传
12、动带放松。(7)存放V带时,应悬挂在架子上或平放在货架上,以免受压变形三、带传动的张紧与维护3.带传动的维护带传动的工作分析 Workanalysiswithdrive叁一、带传动的受力分析图8-8 带传动的受力分析一、带传动的受力分析图8-8 带传动的受力分析一、带传动的受力分析图8-8 带传动的受力分析一、带传动的受力分析一、带传动的受力分析1.由紧边和松边拉力产生的应力二、带传动的应力分析2.离心应力二、带传动的应力分析3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析图8-9 带的弯曲应力3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析图8-9 带的弯曲应力显然,带的弯曲应力因带轮的直径
13、不同而不同,带轮的直径越小,带的弯曲应力越大,故传动带在小带轮上的弯曲应力大于在大带轮上的弯曲应力。为了避免带的弯曲应力过大,各种型号的普通V带都规定了最小带轮基准直径,见表8-4。3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析图8-10带的应力分布带传动在工作时,由于带是弹性体,受到拉力后会产生弹性变形。因为紧边与松边的拉力不同,所以带的变形量也会不同。如图8-11所示,带由紧边绕过主动轮进入松边时,带的拉力减小,其弹性伸长量也减小。带在绕过主动轮的过程中,相对于轮面向后收缩,带与主动轮轮面间出现局部相对滑动,导致带的速度逐步小于主动轮的圆周
14、速度。当带由松边绕过从动轮进入紧边时,拉力增加,带逐渐被拉长,沿轮面产生向前的弹性滑动,使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的相对滑动,称为弹性滑动。3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析图8-11弹性滑动3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析3.由带的弯曲产生的弯曲应力二、带传动的应力分析普通 V带传动的设计计算 DesigncalculationofordinaryV-beltdrives肆一、设计准则和单根V带的功率1.设计准则带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳断裂。因此,带传动的设计准则为:在保证不打滑的条件下,带有一定的疲劳
15、强度。一、设计准则和单根V带的功率2.单根V带的功率一、设计准则和单根V带的功率一、设计准则和单根V带的功率一、设计准则和单根V带的功率一、设计准则和单根V带的功率在设计V带传动时,一般来说,原始数据和已知条件有原动机的类型、带传动的用途和工作条件、所需传递的功率、小带轮和大带轮的转速或传动比、对传动的位置以及外廓尺寸的要求等。V带传动设计计算的内容包括传动带设计计算和带轮设计计算两部分。传动带设计计算的主要内容是选择传动带的型号,确定传动带的基准长度和根数,计算传动的中心距和压轴力等。二、设计计算的一般步骤和方法1.确定设计功率PC二、设计计算的一般步骤和方法1.确定设计功率PC二、设计计算
16、的一般步骤和方法2.选择带型图8-12 普通V带选型图一、设计准则和单根V带的功率3.确定带轮的基准直径并验算带速一、设计准则和单根V带的功率3.确定带轮的基准直径并验算带速一、设计准则和单根V带的功率3.确定带轮的基准直径并验算带速一、设计准则和单根V带的功率4.确定中心距和带长一、设计准则和单根V带的功率4.确定中心距和带长一、设计准则和单根V带的功率5.验算小带轮上的包角一、设计准则和单根V带的功率6.确定V带根数一、设计准则和单根V带的功率6.确定V带根数一、设计准则和单根V带的功率7.计算初拉力和压轴力图8-13 作用在轴上的压轴力一、设计准则和单根V带的功率7.计算初拉力和压轴力图
17、8-13 作用在轴上的压轴力一、设计准则和单根V带的功率确定带轮的结构和尺寸包括以下内容:确定结构类型、结构尺寸、轮槽尺寸、材料,画出带轮工程图样。8.确定带轮的结构和尺寸三、带传动的安装与维护正确地安装、使用和加强维护,是保证带传动正常工作、延长传动带使用寿命的有效途径。1.带传动安装要求(1)两带轮轴线应相互平行,两带轮相对应的轮槽应对齐,其误差不得超过20,如图8-14所示。(2)安装 V带时,应先缩小中心距,将 V 带套入槽中后,再调整增大中心距并予以张紧,不应将 V带硬往带轮上撬,以免损坏 V带的工作表面和降低 V带的弹性。(3)V带在轮槽中应有正确的位置,带的顶面应与轮外缘平齐,底
18、面与轮槽底面间应有一定间隙,以保证带两侧工作面与轮槽全部贴合。(4)用多根V带传动时,为避免载荷分布不均,V带的配组代号应相同,不同厂家生产的V带、新旧V带不能同组使用。图8-14 平行安装三、带传动的安装与维护2.带传动维护要求(1)为了便于 V带的装卸,带轮应布置在轴的外伸端;要加防护罩,以免发生意外事故;要保护工作环境,防止酸、碱、油等污损传动带,防止日光曝晒。(2)切忌在有易燃、易爆气体的环境中(如煤矿井下)使用带传动,以免发生危险。(3)定期检查,如有一根带松弛或损坏,应及时并全部更换新带。图8-14 平行安装链传动简介 Introductiontochaindrive伍一、链传动的
19、组成与工作原理链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成的,如图8-15所示,以链作为中间挠性件,靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。图8-15 链传动按用途的不同,链可分为传动链、起重链和牵引链。起重链和牵引链主要用于起重机械和运输机械,传动链主要用于一般机械,其中传动链最常用。传动链的种类很多,主要有滚子链和齿形链两种,如图8-16、图8-17所示。图8-16 滚子链 图8-17 齿形链二、链传动的类型与应用二、链传动的类型与应用链传动是具有中间挠性件的啮合传动,与带传动相比较,其主要特点有以下几点。(1)链传动能获得准确的平均传动比,但瞬时传动比不恒定。在工况相同时
20、,链传动结构更为紧凑,传动效率较高。(2)链传动所需张紧力小,故链条对轴的压力较小。(3)链传动可在高温、油污、潮湿等恶劣环境中工作。(4)链传动中心距较大而结构简单,对制造与安装精度要求较低。(5)链传动平稳性差,有噪声,磨损后易发生跳齿和脱链,急速反向转动的性能差。链传动主要用于平均传动比要求准确,且两轴相距较远,工作条件恶劣,不宜采用带传动和齿轮传动的场合。链传动广泛用于矿山机械、冶金机械、起重运输机械及机床、汽车、摩托车、自行车等机械传动中。通常链传动的传递功率P100kW,传动比i8,链速v15m/s,传动效率为95%98%。三、链传动的失效形式链传动的失效形式主要有以下几种。(1)
21、链板疲劳破坏。链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下,经过一定的循环次数,链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下,链板疲劳强度是限制链传动承载能力的主要因素。(2)滚子、套筒的冲击疲劳破坏。链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受,在反复多次的冲击下,经过一定循环次数,滚子、套筒可能会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。(3)销轴与套筒的胶合。润滑不当或速度过高时,销轴和套筒的工作表面会发生胶合。胶合限制了链传动的极限转速。三、链传动的失效形式链传动的失效形式主要有以下几种。(4)链条铰链磨损。铰链磨损后链节变长,容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时,极易引起
22、铰链磨损,从而急剧降低链条的使用寿命。(5)过载拉断。过载拉断常发生于低速、重载的传动中。链传动在使用过程中应注意保持链与链轮的良好工作状态,按照规定的方法进行润滑,定期清洗链和链轮,并检查其磨损情况,更换损坏的链节等。为了保证工作安全,可将链传动封闭在防护罩内,同时也起到防尘及减轻噪声的作用。链传动靠链条和链轮的啮合传递运动和转矩,不需要很大的张紧力。为了防止啮合不良和链条的抖动,链传动必须控制链条松边的垂度,因此链传动需要张紧,但它与 V带张紧的目的是不同的。链传动张紧的方法有以下几种。(1)通过调整链轮中心距来张紧链轮。(2)拆除12个链节,缩短链长,使链张紧。(3)使用张紧轮张紧。当两
23、链轮中心连线倾角大于60时,应当设置张紧装置。张紧轮常设置在链条松边外侧或内侧。链传动张紧最常用的方法是通过移动链轮的位置以增大两轮的中心距。当中心距不可调时,可设张紧装置张紧,常用的张紧装置有张紧轮和托板。四、链传动的张紧四、链传动的张紧(1)张紧轮张紧。如图8-18(a)、图8-18(b)所示,它是利用弹簧或自重自动调整张紧轮的位置张紧链条的;图8-18(c)则是利用螺栓定期调整张紧轮的位置张紧链条的。一般张紧轮应装在靠近主动链轮一端的松边上,张紧轮的直径与小链轮的直径相近为好。张紧轮可以是有齿的链轮,也可以是无齿的滚轮。(2)托板张紧。如图8-18(d)所示,它是通过调整托板的位置张紧链
24、条的。托板上最好衬以橡胶、塑料或胶木,以减少链条的磨损。这种方式一般用于中心距较大的链传动。图8-18 链传动的张紧装置 思考与练习Thinkandpractice思考与练习一、填空题思考与练习一、填空题思考与练习二、选择题1.平带、V带传动主要依靠()来传递运动和动力。A.带的紧边拉力 B.带的松边拉力C.带的预紧力 D.带和带轮接触面间的摩擦力2.在初拉力相同的条件下,V带比平带能传递较大的功率,是因为 V带()。A.强度高 B.尺寸小 C.有楔形增压作用 D.没有接头3.带传动正常工作时不能保证准确的传动比,是因为()。A.带的材料不符合胡克定律 B.带容易变形和磨损C.带在带轮上打滑
25、D.带的弹性滑动思考与练习二、选择题思考与练习二、选择题思考与练习二、选择题思考与练习二、选择题13.设计 V带传动时,发现 V带的根数过多,可采用()来解决。A.换用更大截面型号的 V带 B.增大传动比C.增大中心距 D.减小带轮直径14.与齿轮传动相比,带传动的优点是()。A.能过载保护 B.承载能力大C.传动效率高 D.使用寿命长15.设计 V带传动时,选取 V带的型号主要取决于()。A.带的紧边拉力 B.带的松边拉力C.传递的功率和小轮转速 D.带的线速度思考与练习二、选择题16.两带轮直径一定时,减小中心距将引起()。A.带的弹性滑动加剧 B.小带轮包角减小C.带的工作噪声增大 D.
26、带传动效率降低17.带的中心距过大,会导致()。A.带的寿命缩短 B.带的弹性滑动加剧C.带的工作噪声增大 D.带在工作中发生颤动18.V带轮是采用实心式、轮辐式或腹板式,主要取决于()。A.传递的功率 B.带的横截面尺寸C.带轮的直径 D.带轮的线速度思考与练习二、选择题19.与齿轮传动相比,链传动的优点是()。A.传动效率高 B.工作平稳,无噪声C.承载能力大 D.传动的中心距大,距离远20.链传动张紧的目的主要是()。A.同带传动一样 B.提高链传动的工作能力C.避免松边垂度过大 D.增大小链轮包角21.链传动的张紧轮应装在()。A.靠近小轮的松边上 B.靠近小轮的紧边上C.靠近大轮的松
27、边上 D.靠近大轮的紧边上思考与练习二、选择题22.链传动不适合用于高速传动的主要原因是()。A.链条的质量大 B.动载荷大C.容易脱链 D.容易磨损23.链条因为静强度不够而被拉断的现象,多发生在()的情况下。A.低速、重载 B.高速、重载C.高速、轻载 D.低速、轻载思考与练习三、简答题1.在多根 V带传动中,当一根带失效时,为什么全部带都要更换?2.为什么普通车床的第一级传动采用带传动,而主轴与丝杠之间的传动链中不能采用带传动?3.为什么带传动的中心距都设计成可调的?思考与练习四、分析与计算题1.图8-19所示为两级变速装置,如果原动机的转速和工作机的输出功率不变,应按哪一种速度来设计带传动?为什么?感谢观看！THANKS!机械设计基础