皮带传动

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和带长L可计算如下：α=π±2θa1≈180°-(d2-d1)/a·57.3°a1≥120°带长已知带长时，由上式可得中心距2)(134)()(2221221addddaL)313()(8)(2)(28121222121ddddπLddπLa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：①适用于中心距较大的；②传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小；③过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏；④结构简单，制造和维护方便，成本低。带传动的缺点：①传动的外廓尺寸较大；②由于需要张紧，使轴上受力较大；③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；④带的寿命短；⑤传动效率降低；⑥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N15902170sin130222sin210αFFQ§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、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φ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、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φ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。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α1=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)KαKL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。Kα——包角修正系数，考虑α1≠180°时对传动能力的影响，见表6-2。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：)1513()Δ(][000LαccKKPPPPPz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1.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)1(1212εdnndm/s10006011ndπv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v5m/s)，则圆周力F就很大，当FFf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。2.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6-3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021221004)()(22addddπaL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))1613(200LLaad小轮包角计算一般应使α1120°，否则可加大中心距或增设张紧轮。3.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：3.57180121addα17)-(13N15.250020qvKzvPFαc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）导轮半交叉传动角度传动交叉传动开口传动§6-2-3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：①传动比恒定；②结构紧凑；③效率较高，约为0.98；④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：1)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2)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；3)结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。4)与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；5)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≤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，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