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1、第5章机械传动基础知识第二节带传动 5 2 1带传动的类型和应用 5 2 2V带轮的结构 5 3 3同步带传动简介 5 1带传动的类型和应用 组成带传动是由固联于主动轴上的主动带轮1 固联于从动轴上的从动带轮2和张紧在两带轮上的封闭环形带3所组成 图13 1 当原动机驱动主动带轮回转时 由于带和带轮间的摩擦 或啮合 便拖动从动带轮一起回转 并传递一定的运动和动力 带的类型根据传动原理不同 带传动可分为摩擦型和啮合型两大类 根据带的截面形状 可分为平带传动 V带传动 圆形带传动 多楔带传动和同步带传动等 图13 2带传动的主要类型 平带的横截面为扁平矩形 其工作面是与轮面相接触的内表面 V带的横
2、截面为等腰梯形 其工作面是与轮槽相接触的两侧面 而V带与轮槽槽底并不接触 由子轮槽的楔形效应 初拉力相同时 V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力 故具有较大的牵引能力 多楔带以其扁平部分为基体 下面有几条等距纵向槽 其工作面是楔的侧面 图c 这种带兼有平带的弯曲应力小和V带的摩擦力大等优点 常用于传递动力较大而又要求结构紧凑的场合 圆带的牵引能力小 常用于仪器和家用器械中 带传动多用于两轴平行 且回转方向相同的场合 这种传动亦称为开口传动 如图所示 当带的张紧力为规定值时 两带轮轴线间的距离a称为中心距 带与带轮接触弧所对的中心角 称为包角 包角是带传动的一个重要参数 根据图示几何关系 包角
3、和带长L可计算如下 2 a1 180 d2 d1 a 57 3 a1 120 带长 已知带长时 由上式可得中心距 带张紧的原因带传动须保持在一定的张紧力状态下工作 长期张紧会使带产生永久变形而松弛 导致张紧力减小 传动能力下降 因此带传动要控制和及时地调整张紧力 常用的控制和调整张紧力的方法是 调节中心距 水平或接近水平的布置时用调节螺钉1使装有带轮的电动机沿滑轨2移动 图13 4a 垂直或接近垂直的布置时用螺杆及调节螺母1使电动机绕小轴2摆动 图b 若中心距不能调节时 可采用具有张紧轮的传动 图c 它靠重锤1将张紧轮2压在带上 以保持带的张紧 带传动的优点 适用于中心距较大的 传动带具有良好
4、的弹性 能缓冲吸振 尤其是V带没有接头 传动较平稳 噪声小 过载时带在带轮上打滑 可以防止其它器件损坏 结构简单 制造和维护方便 成本低 带传动的缺点 传动的外廓尺寸较大 由于需要张紧 使轴上受力较大 工作中有弹性滑动 不能准确地保持主动轴和从动轴的转速比关系 带的寿命短 传动效率降低 带传动可能因摩擦起电 产生火花 故不能用于易燃易爆的场合 5 作用在轴上的压力如图13 11所示 静止时轴上压力为 6 2 1普通V带传动的计算 带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏 因此带传动的设计准则应为 在保证带传动不打滑的条件下 具有一定的疲劳强度和使用寿命 V带有普通V带 窄V带 宽V带 大楔角V带
5、联组V带 齿形V带 汽车V带等多种类型 其中普通V带应用最广 一 V带的规格V带由抗拉体 顶胶 底胶和包布组成 见图13 13 抗拉体是承受负载拉力的主体 其上下的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 抗拉体由帘布或线绳组成 绳芯结构柔软易弯有利于提高寿命 抗拉体的材料可采用化学纤维或棉织物 前者的承载能力较高 如图所示 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 楔角 为40 相对高度 h bd 约为0 7的V带称为普通V带 普通V带已标准化 按其截型大小分为Y Z
6、 A B C D E七种 见表6 1 它们都被制造成无接头的环形带 在V带轮上 与所配用V带的节宽bd相对应的带轮直径称为基准直径d V带轮的最小基准直径dmin及基准直径系列见表6 7 V带在规定张紧力下 位于带轮基准直径上的周线长度 沿中性层量得的长度 称为基准长度Ld V带的公称长度以基准长度Ld表示 普通V带基准长度系列Ld及带长修正系数KL见表6 3 楔角 为40 相对高度 h bd 约为0 9的V带称为窄V带 窄V带是用合成纤维绳作抗拉体的新型V带 与普通V带相比 当高度相同时 窄V带的宽度约缩小1 3 而承载能力可提高到l 5 2 5倍 适用于传递动力大而又要求传动装置紧凑的场合
7、 二 单根普通V带的许用功率带在带轮上打滑或带发生疲劳损坏 脱层 撕裂或拉断 时 就不能传递动力 因此带传动的设计依据是保证带不打滑及具有一定的疲劳寿命 在载荷平稳 包角 1 180 带长Ld为特定长度 抗拉体为化学纤维绳芯结构的条件下 单根V带的基本额定功率 见表6 8 实际工作条件与上述特定条件不同时 应对P0值加以修正 修正后即得实际工作条件下 单根普通V带所能传递的功率 称为许用功率 P0 P0 P0 P0 K KL 式中 P0 功率增量 考虑传动比i 1时 带在大轮上的弯曲应力较小 故在寿命相同条件下 可增大传递的功率 K 包角修正系数 考虑 1 180 时对传动能力的影响 见表6
8、2 KL 带长修正系数 考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响 见表6 3 三 普通V带的型号和根数的确定设P为传动的额定功率 kW KA为工作情况系数 见表6 6 则计算功率为Pc KAP根据计算功率Pc和小带轮转速n1 按图6 9的推荐选择普通V带的型号 若临近两种型号的交界线时 可按两种型号同时计算 并分析比较决定取舍 V带根数按下式计算 z应取整数 为了使每根V带受力均匀 V带根数不宜太多 通常z 10 四 主要参数的选择带轮直径和带速小轮的基准直径dl应大于或等于表6 7所示的dmin 著dl过小 则带的弯曲应力将过大而导致带的寿命降低 反之 虽能延长带的寿命 但带传动的外廓尺寸却随
9、之增大 大轮的基准直径 d1 d2应符合带轮基准直径尺寸系列 见表7 7 带速 带速不宜过小 也不宜过大 一般应使v在5 25m s的范围内 最适宜的速度为10 20m s 由P Fv可知 传递同样的功率P时 若带速太低 如vFf时带就要打滑 若带速太高 又会因离心力太大而降低带与带轮间的正压力 从而降低摩擦力和传动的工作能力 此外 随着离心力的增大 离心拉应力也增大 使带的疲劳强度有所降低 所以带速v要适宜 中心距 带长和包角如果中心距未限定 可根据传动的结构需要初步确定中心距a0 一般取0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 选取a0后 初步计算所需带的基准长度L0 根据初定的L0在表6
10、 3中选取相近的V带的基准长度Ld 再根据Ld确定带的实际中心距a 由于V带传动中心距一般是可以调整的 故可采用下列公式作近似计算 考虑安装调整和补偿张紧力的需要 中心距变动范围为 a 0 015Ld a 0 03Ld 小轮包角计算 一般应使 1 120 否则可加大中心距或增设张紧轮 初拉力保持适当的初拉力是带传动正常工作的首要条件 初拉力不足 会出现打滑 初拉力过大将增大轴和轴承上的压力 并降低带的寿命 单根普通V带合宜的初拉力可按下式计算 带轮常用铸铁制造 有时也采用钢或非金属材料 塑料 木材 铸铁带轮 HT150 HT200 允许的最大圆周速度为25m s 速度更高时 可采用铸钢或钢板冲
11、压后焊接 塑料带轮的重量轻 摩擦系数大 常用于机床中 带轮直径较小时可采用实心式 图13 16a 中等直径的带轮可采用腹板式 图13 16b 直径大于350mm时可采用轮辐式 图13 17 图中列有经验公式可供带轮结构设计时参考 各种型号V带轮的轮缘宽B 轮毂孔径ds和轮毂长L的尺寸 可查阅GB10412 89 普通V带轮轮缘的截面图及其各部尺寸见表6 1 6 2 2V带轮的结构 普通V带两侧面的夹角均为40 但在带轮上弯曲时 由于截面变形将使其夹角变小 为了使胶带仍能紧贴轮槽两侧 将V带轮槽角规定为32 34 36 和38 皮带在带轮中的安装位置平齐 合适 突出 不当 凹陷 不当 6 2 3
12、同步带传动简介 同步带是以钢丝为抗拉体 外面包覆聚氨脂或橡胶而组成 它是横截面为矩形 带面具有等距横向齿的环形传动带 图13 18 带轮轮面也制成相应的齿形 工作时靠带齿与轮齿啮合传动 由于带与带轮无相对滑动 能保持两轮的圆周速度同步 故称为同步带传动 它具有如下优点 传动比恒定 结构紧凑 效率较高 约为0 98 由于带薄而轻 抗拉体强度高 故带速可达40m s 传动比可达10 传递功率可达200kW 因而应用日益广泛 它的缺点是 带及带轮价格较高 对制造 安装要求高 当带在纵截面内弯曲时 在带中保持原长度不变的任意一条周线称为节线 节线长度为同步带的公称长度 在规定的张紧力下 带的纵截面上相
13、邻两齿对称中心线的直线距离称为带节距pb 它是同步带的一个主要参数 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所组成 以链作中间挠性件 靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力 链传动的特点优点 与带传动相比 链传动没有弹性滑动和打滑 能保持准确的平均传动比 6 2链传动的特点和应用 需要的张紧力小 作用在轴上的压力也小 可减少轴承的摩擦损失 结构紧凑 能在温度较高 有油污等恶劣环境条件下工作 与齿轮传动相比 链传动的制造和安装精度要求较低 中心距较大时其传动结构简单 链传动的主要缺点是 瞬时链速和瞬时传动比不是常数 因此传动平稳性较差 工作中有一定的冲击和噪声 通常 链传动的传动比i
14、8 中心距a 5 6m 传递功率P 100kW 圆周速度v 15m s 传动效率约为0 95 0 98 一 链条传递动力用的链条 按结构的不同主要有滚子链和齿形链两种 滚子链是由内链板1 外链板2 销轴3 套筒4和滚子5所组成 也称为套筒滚子链 其中内链板紧压在套筒两端 销轴与外链板铆牢 分别称为内 外链节 这样内外链节就构成一个铰链 滚子与套筒 套筒与销轴均为间隙配合 6 2 1链条和链轮 当链条啮入和啮出时 内外链节作相对转动 同时 滚子沿链轮轮齿滚动 可减少链条与轮齿的磨损 内外链板均制成 8 字形 以减轻重量并保持链板各横截面的强度大致相等 链条的各零件由碳素钢或合金钢制成 并经热处理
15、 以提高其强度和耐磨性 滚子链上相邻两滚子中心的距离称为链的节距 以p表示 它是链条的主要参数 节距越大 链条各零件的尺寸越大 所能传递的功率也越大 滚子链可制成单排链和多排链 如双排链 图中pt为排距 或三排链等 滚子链已标准化 分为A B两种系列 常用的是A系列 表6 8列出几种A系列滚子链的主要参数 链条长度以链节数来表示 链节数最好取为偶数 以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接 接头处可用开口销或弹簧夹锁紧 若链节数为奇数时 则需采用过渡链节 在链条受拉时 过渡链节还要承受附加的弯曲载荷 通常应避免采用 齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成 齿形链板的两侧是直边 工作时链板侧边与
16、链轮齿廓相啮合 铰链可做成滑动副或滚动副 图所示为棱柱式滚动副 链板的成形孔内装入棱柱 两组链板转动时 两棱柱相互滚动 可减少摩擦和磨损 与滚子链相比 齿形链运转平稳 噪声小 承受冲击载荷的能力高 但结构复杂 价格较贵 也较重 所以它的应用没有滚子链那样广泛 二 链轮链轮是链传动的主要零件 链轮齿形已标准化 链轮设计主要是确定其结构及尺寸 选择材料和热处理方法 国家标准仅规定了滚子链链轮齿槽的齿面圆弧半径re 齿沟圆弧半径ri和齿沟角 的最大和最小值 各种链轮的实际端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间 这样处理使链轮齿廓曲线设计有很大的灵活性 但齿形应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合 并便于加工 符合上述要求的端面齿形曲线有多种 最常用的是 三圆弧一直线 齿形 如选用三圆弧一直线齿形 则 链轮轴面齿形两侧呈圆弧状 以便于链节进入和退出啮合 链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆 直径用d表示 若已知节距p和齿数z时 链轮主要尺寸计算式为 链轮齿形用标准刀具加工时 在链轮工作图上不需要画出端面齿形 只需注明链轮的基本参数和主要尺寸 并注明 齿形按3RGB T1244 85规定制造 即可 但
