12.1帶傳動(dòng)概述12.2帶傳動(dòng)的受力分析12.3帶的應(yīng)力分析12.4彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比12.5普通V帶傳動(dòng)的計(jì)算12.6V帶帶輪的材料和結(jié)構(gòu)12.7同步帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介12.8鏈傳動(dòng)概述12.9鏈條和鏈輪12.10鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析12.11鏈傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇12.12滾子鏈傳動(dòng)的計(jì)算12.13鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑和布置習(xí)題

帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)都是借助于中間撓性件(帶或鏈)來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，適用于兩軸中心距較大的場(chǎng)合。在這種場(chǎng)合下，與應(yīng)用廣泛的齒輪傳動(dòng)相比，它們具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)也是常用的傳動(dòng)。12.1.1帶傳動(dòng)的工作原理和類(lèi)型

帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)輪1、從動(dòng)輪2和張緊在兩輪上的環(huán)形帶3所組成，如圖12-1所示。安裝時(shí)帶被張緊在帶輪上，這時(shí)帶所受的拉力稱(chēng)為初拉力，它使帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生壓力。當(dāng)主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)時(shí)，依靠帶與帶輪接觸面間的摩擦力拖動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)，帶又借助摩擦力拖動(dòng)從動(dòng)輪一起回轉(zhuǎn)，從而傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。12.1帶傳動(dòng)概述圖12-1帶傳動(dòng)原理上述摩擦型傳動(dòng)帶，按橫截面形狀可分為平帶、V帶和特殊截面帶(如多楔帶、圓帶等)三大類(lèi)。此外，還有同步帶，它屬于嚙合型傳動(dòng)帶。由于其工作原理不同，因此將在12.7節(jié)中介紹。

平帶的橫截面為扁平矩形，其工作面是與輪面相接觸的內(nèi)表面，如圖12-2(a)所示。V帶的橫截面為等腰梯形，其工作面是與輪槽相接觸的兩側(cè)面，而V帶與輪槽底并不接觸，如圖12-2(b)所示。

由于輪槽的楔形效應(yīng)，當(dāng)初拉力相同時(shí)，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力，故具有更大的牽引能力。多楔帶是一種較新型的帶，它以其扁平部分為基體，上面有幾條等距縱向槽，其工作面是楔的側(cè)面，如圖12-2(c)所示。這種帶兼有平帶的彎曲應(yīng)力小和V帶的摩擦力大等優(yōu)點(diǎn)，

應(yīng)用越來(lái)越廣。圓帶的牽引能力小，常用于儀器和家用器械中。圖12-2帶的橫截面形狀(a)平帶；(b)V帶；(c)多楔帶12.1.2帶傳動(dòng)的特點(diǎn)

由于帶傳動(dòng)是一種具有彈性中間撓性件(帶)的摩擦傳動(dòng)，因此它具有下列特點(diǎn)：

①傳動(dòng)中心距較大；②帶具有較好的阻尼，可緩沖、隔振；③過(guò)載時(shí)帶與帶輪間會(huì)出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動(dòng)失效，但可防止損壞其他零件；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉；⑤傳動(dòng)的外廓尺寸較大；⑥需要張緊裝置；⑦由于存在帶的彈性滑動(dòng)(見(jiàn)12.4節(jié))，因此不能保證傳動(dòng)比恒定，且傳動(dòng)效率較低；⑧帶的壽命較短；⑨對(duì)軸和軸承的壓力較大。通常，帶傳動(dòng)用于中小功率、傳動(dòng)比不要求準(zhǔn)確的電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間的動(dòng)力傳遞。

V帶傳動(dòng)的一般應(yīng)用范圍為：

傳動(dòng)功率P≤100kW，帶速v＝5～25m/s，傳動(dòng)比i≤7，傳動(dòng)效率η≈0.90～0.95。

近年來(lái)平帶傳動(dòng)的應(yīng)用已大為減少，但它在多軸傳動(dòng)或高速情況下仍然很有優(yōu)勢(shì)。12.1.3帶傳動(dòng)的尺寸計(jì)算

帶傳動(dòng)主要用于兩軸平行而且回轉(zhuǎn)方向相同的場(chǎng)合，這種傳動(dòng)稱(chēng)為開(kāi)口傳動(dòng)。如圖12-3所示，兩帶輪軸線間的距離a稱(chēng)為中心距。當(dāng)帶的張緊力為規(guī)定值時(shí)，帶與帶輪接觸弧所對(duì)的中心角稱(chēng)為包角。其中小帶輪包角α1是帶傳動(dòng)的一個(gè)重要參數(shù)。圖12-3開(kāi)口傳動(dòng)的幾何關(guān)系設(shè)d1、d2分別為小、大帶輪的直徑，L為帶長(zhǎng)，則帶輪的包角

α1=π-2θ

因θ角較小，以θ≈sinθ＝帶入上式得(12-1)(12-2)帶長(zhǎng)為以cosθ≈及θ≈帶入上式得

已知帶長(zhǎng)時(shí)，由上式可得中心距(12-3)

注：由上述分析可見(jiàn)，帶長(zhǎng)不能準(zhǔn)確計(jì)算，且計(jì)算帶長(zhǎng)和包角也較繁瑣。實(shí)踐表明，在已知d1、d2和a的情況下，采用AUTOCAD繪圖求帶長(zhǎng)L和包角α1很方便，讀者不妨一試。12.1.4帶傳動(dòng)的張緊

帶傳動(dòng)不僅安裝時(shí)必須把帶張緊在帶輪上，而且當(dāng)帶工作一段時(shí)間之后，因永久伸長(zhǎng)而松弛時(shí)，還應(yīng)將帶重新張緊。帶傳動(dòng)常用的張緊方法有調(diào)節(jié)中心距和采用張緊輪。

圖12-4(a)中用調(diào)節(jié)螺釘1使裝有帶輪的電動(dòng)機(jī)沿滑軌2移動(dòng)，改變中心距從而實(shí)現(xiàn)張緊；圖12-4(b)中用螺桿及調(diào)節(jié)螺母1使電動(dòng)機(jī)繞小軸2擺動(dòng)，改變中心距從而實(shí)現(xiàn)張緊。前者適用于水平或傾斜不大的布置，后者適用于垂直或接近垂直的布置。

當(dāng)中心距不能調(diào)節(jié)時(shí)，可采用圖12-4(c)所示的張緊輪張緊，它靠懸重1將張緊輪2壓在帶上，以保持帶的張緊。圖12-4帶傳動(dòng)的張緊裝置(a)定期調(diào)整中心距之一；(b)定期調(diào)整中心距之二；(c)自動(dòng)張緊

如前所述，為保證帶傳動(dòng)正常工作，帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。所以帶在工作前，兩邊承受相等的拉力，稱(chēng)為初拉力F0，如圖12-5(a)所示。12.2帶傳動(dòng)的受力分析圖12-5帶傳動(dòng)受力分析(a)工作前；(b)工作時(shí)工作時(shí)，由于帶和帶輪接觸面間摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等。如圖12-5(b)所示，帶繞入主動(dòng)輪的一邊被拉緊，稱(chēng)為緊邊，其拉力由F0增大到F1，F(xiàn)1稱(chēng)為緊邊拉力；帶繞入從動(dòng)輪的一邊被放松，稱(chēng)為松邊，其拉力由F0減小為F2，F(xiàn)2稱(chēng)為松邊拉力。帶松、緊邊拉力之差F稱(chēng)為帶傳動(dòng)傳遞的圓周力，也稱(chēng)為帶傳動(dòng)的有效拉力，即

F＝F1-F2

(12-4)

P＝(12-5)

式中，P為傳遞的功率(kW)；v為帶速(m/s)；F為圓周力(N)。在初拉力F0一定的條件下，帶與輪面間的極限摩擦力的總和有一極限值，當(dāng)傳遞的圓周力超過(guò)該極限值時(shí)，帶與帶輪將發(fā)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為打滑。打滑將使從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急劇降低，甚至停止轉(zhuǎn)動(dòng)，失去正常工作能力。由柔韌體的摩擦可知，臨界條件下(帶在即將打滑時(shí))，緊邊拉力F1與松邊拉力F2滿(mǎn)足歐拉公式(7-18)，即

F1＝F2efα

設(shè)工作前和工作時(shí)帶的總長(zhǎng)度近似不變，則緊邊拉力增量應(yīng)等于松邊拉力的減少量，即(12-6)將式(12-4)帶入式(12-6)可得(12-7)將歐拉公式分別與式(12-6)、(12-7)聯(lián)解可得(12-8)因小帶輪上的包角α1小于大帶輪上的包角α2，故計(jì)算帶傳動(dòng)所能傳遞的圓周力時(shí)，式(12-8)中的包角應(yīng)取α1。

由式(12-8)最后一式可知，帶傳動(dòng)能夠傳遞的最大有效圓周力隨著初拉力F0、小帶輪包角α1和摩擦系數(shù)f的增大而增大。不難理解：增大初拉力F0就是增大帶與帶輪單位接觸長(zhǎng)度上的正壓力，從而增大單位接觸長(zhǎng)度上的摩擦力；增大包角α1就是增大總的接觸長(zhǎng)度，從而增大摩擦力總和；增大摩擦系數(shù)f的本質(zhì)就是增大單位接觸長(zhǎng)度的摩擦力。由圖12-6可見(jiàn)，V帶、平帶傳動(dòng)的初拉力相等(即帶壓向帶輪的壓力同為FQ)時(shí)，兩者的法向力FN不相等，因而兩者的摩擦力也不等。圖12-6平帶與V帶的比較

(a)平帶；(b)V帶對(duì)于平帶：

fFN＝fFQ

對(duì)于V帶：式中，φ為V帶帶輪的輪槽角；fv＝稱(chēng)為當(dāng)量摩擦系數(shù)。顯然，fv＞f，故在相同條件下，V帶能傳遞較大的功率?；蛘哒f(shuō)，在相同功率下，V帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊，動(dòng)力傳動(dòng)中廣泛采用V帶傳動(dòng)就是這個(gè)緣故。

引用當(dāng)量摩擦系數(shù)的概念以fv代替f，即可將歐拉公式和式(12-8)應(yīng)用于V帶傳動(dòng)。12.3帶的應(yīng)力分析帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶中應(yīng)力由以下三部分組成。

1．由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力緊邊拉應(yīng)力：松邊拉應(yīng)力：式中，A為帶的橫截面積(mm2)。如圖12-7所示，當(dāng)帶繞過(guò)帶輪時(shí)，由于帶本身的質(zhì)量而產(chǎn)生離心力，在微弧段dl上產(chǎn)生的離心力為式中，q為帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量(kg/m，見(jiàn)表12-1)；v為帶速(m/s)。圖12-7帶的離心拉應(yīng)力該離心力在微弧段兩邊引起拉力Fc，由微弧段上各力的平衡得2Fc

＝qv2dα，取，則

離心力只發(fā)生在帶作圓周運(yùn)動(dòng)的部分，但由此引起的拉應(yīng)力卻作用于帶的全長(zhǎng)。

3．彎曲應(yīng)力

如圖12-8所示，帶繞過(guò)帶輪時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲，從而引起彎曲應(yīng)力。由材料力學(xué)公式得V帶的彎曲應(yīng)力為式中，y為帶的中性層到最外層的垂直距離(mm)；E為帶的彈性模量(MPa)；d為帶輪直徑(對(duì)于V帶帶輪，d為基準(zhǔn)直徑)。圖12-8帶的彎曲應(yīng)力

顯然，兩輪直徑不相等時(shí)，帶在兩輪上的彎曲應(yīng)力也不相等。

圖12-9所示為帶的應(yīng)力分布情況。

圖中各截面應(yīng)力的大小用自該處引出的法向線的長(zhǎng)短來(lái)表示。由圖可知，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，帶經(jīng)受變應(yīng)力。最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊與小帶輪相切之處，其值為

σmax＝σ1＋σb1＋σc

圖12-9帶的應(yīng)力分布情況

可見(jiàn)帶是在變應(yīng)力作用下工作的，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，將使帶產(chǎn)生疲勞破壞。

為保證帶具有足夠的疲勞壽命，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，即滿(mǎn)足

σmax＝σ1＋σb1＋σc≤［σ］

例12-1

一平帶傳動(dòng)傳遞功率P＝15kW，帶速v＝15m/s，小輪上的包角α1＝170°(2.97rad)，帶厚δ＝4.8mm、寬b＝100mm，帶密度ρ＝1×10-3kg/cm3，帶與輪面間的摩擦系數(shù)f＝0.3。

試求：

(1)傳遞的圓周力；

(2)緊邊、松邊拉力；

(3)離心力在帶中引起的拉力；

(4)所需的初拉力；

(5)作用在軸上的壓力。

解

(1)傳遞的圓周力：

(2)緊邊、松邊拉力：因efα＝e0.3×2.97≈2.44，由式(12-8)得

(3)離心力引起的拉力：這種平帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量為

q＝100bδρ＝100×10×0.48×1×10-3＝0.48kg/m

如前所述，離心力引起的拉力為

Fc＝qv2＝0.48×152＝108N

(4)所需的初拉力：由式(12-6)

考慮到帶的離心力使帶與輪面間的壓力減小、傳動(dòng)能力降低，為了補(bǔ)償這種影響，所需初拉力應(yīng)為此結(jié)果表明，傳遞圓周力1000N時(shí)，為防止打滑所需的初拉力不得小于1302N。

(5)作用在軸上的壓力：如圖12-10(a)所示，未工作時(shí)作用在軸上的壓力與工作時(shí)作用在軸上的壓力相差不大，為便于計(jì)算，帶對(duì)軸的壓力通常按未工作的情況計(jì)算。于是有注：由本例可知，帶傳動(dòng)對(duì)軸的壓力較大(本例FQ≈2.5F)，這對(duì)安裝帶輪的軸的抗彎強(qiáng)度是十分不利的。因此，在重要的場(chǎng)合，可采用如圖12-10(b)所示的卸載帶輪將壓力轉(zhuǎn)移給機(jī)架，軸只傳遞轉(zhuǎn)矩。圖12-10作用在帶輪軸上的載荷與卸載帶輪(a)作用在帶輪軸上的載荷；(b)卸載帶輪帶并非是不可伸長(zhǎng)的絕對(duì)撓性體，因而受拉力作用后必然產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)量隨著拉力大小的變化而改變。

如圖12-11所示，帶由緊邊繞過(guò)主動(dòng)輪進(jìn)入松邊時(shí)，由于拉力逐漸減小，其彈性伸長(zhǎng)量也相應(yīng)減少，因此帶一方面跟隨主動(dòng)輪前進(jìn)，一方面逐漸縮短并相對(duì)于帶輪向后縮，使帶和帶輪面間局部出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，并使帶的速度落后于主動(dòng)輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪面間的局部相對(duì)滑動(dòng)稱(chēng)為彈性滑動(dòng)。12.4彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比隨著緊、松邊拉力差的增大，帶的彈性滑動(dòng)區(qū)域擴(kuò)展至帶與帶輪的整個(gè)接觸面時(shí)，即發(fā)生打滑。彈性滑動(dòng)也存在于帶與從動(dòng)輪面間，但情況相反，帶由松邊進(jìn)入緊邊，拉力逐漸增加，帶逐漸伸長(zhǎng)，使帶的速度超前于從動(dòng)輪的圓周速度。圖12-11帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)彈性滑動(dòng)和打滑是兩個(gè)不同的概念。彈性滑動(dòng)是由帶的彈性變形引起的，要么帶是不可伸長(zhǎng)的絕對(duì)撓性體，要么帶的兩邊不存在拉力差，否則由于帶的兩邊產(chǎn)生不等的彈性變形量，必然會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)。而打滑是由過(guò)載引起的全面滑動(dòng)，是應(yīng)當(dāng)而且是可以避免的。設(shè)d1、d2分別為主、從動(dòng)輪的直徑(mm)，n1、n2分別為主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速(r/min)，則兩輪的圓周速度分別為由于彈性滑動(dòng)不可避免，因而從動(dòng)輪的圓周速度v2總是低于主動(dòng)輪的圓周速度v1。從動(dòng)輪圓周速度對(duì)主動(dòng)輪圓周速度的相對(duì)降低率常用滑動(dòng)率ε表示，即由此得(12-10)(12-９)由式(12-9)可知，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比與ε有關(guān)，而ε又是與工況相關(guān)的，這就是帶傳動(dòng)不能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定的原因。通常滑動(dòng)率ε＝0.01～0.02，在一般計(jì)算中可不予考慮。

V帶分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶、汽車(chē)V帶等多種類(lèi)型，其中以普通V帶應(yīng)用最廣。本節(jié)主要介紹普通V帶傳動(dòng)的計(jì)算。12.5普通V帶傳動(dòng)的計(jì)算12.5.1V帶的規(guī)格

V帶是無(wú)接頭的環(huán)形帶，由抗拉體、頂膠、底膠和包布組成，如圖12-12所示?？估w承受拉力，其上下的頂膠和底膠分別適應(yīng)彎曲時(shí)的拉伸和壓縮，外殼用掛膠帆布包圍成型。

抗拉體由簾布或線繩組成，繩芯結(jié)構(gòu)柔性好，抗彎強(qiáng)度較高，適用于帶輪直徑較小，速度較高的場(chǎng)合；簾布芯結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度較高，制造方便，應(yīng)用較廣?？估w的材料可采用化學(xué)纖維或棉纖維，前者的承載能力較高。

當(dāng)帶繞上帶輪彎曲時(shí)，在帶中保持原長(zhǎng)度不變的任一條周線稱(chēng)為節(jié)線，由全部節(jié)線構(gòu)成的面稱(chēng)為節(jié)面(見(jiàn)圖12-13)。帶的節(jié)面寬度稱(chēng)為節(jié)寬(bd)，當(dāng)帶彎曲時(shí)，該寬度保持不變。圖12-12V帶的結(jié)構(gòu)圖12-13V帶的節(jié)線與節(jié)面帶的原始截面的楔角φ為40°、相對(duì)高度(h/bd)約為0.7的V帶稱(chēng)為普通V帶。普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸的不同分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，見(jiàn)表12-1。表12-1普通V帶橫截面尺寸(GB11544—89)

V帶帶輪上與所配用V帶的節(jié)面寬度bd相對(duì)應(yīng)的帶輪直徑稱(chēng)為基準(zhǔn)直徑d。V帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長(zhǎng)度稱(chēng)為基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。普通V帶長(zhǎng)度系列見(jiàn)表12-2。表12-2普通V帶的長(zhǎng)度系列和帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL(GB/T13575.1-1992)普通V帶的標(biāo)記為：

例如基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1400mm的B型帶的標(biāo)記為B1400GB1171—89。帶的標(biāo)記通常壓印在帶的外表面上，以供識(shí)別選購(gòu)。

楔角為40°、相對(duì)高度(h/bd)約為0.9的V帶稱(chēng)為窄V帶。窄V帶是用合成纖維作抗拉體的新型V帶。與普通V帶相比，當(dāng)高度相同時(shí)，窄V帶的寬度約縮小1/3，而承載能力可提高到1.5～2.5倍，適用于傳遞動(dòng)力大而又要求傳動(dòng)裝置緊湊的場(chǎng)合。12.5.2單根普通V帶的許用功率

帶在帶輪上打滑或發(fā)生疲勞破壞(脫層、撕裂或拉斷)時(shí)，就不能傳遞動(dòng)力。因此帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：保證帶在正常工作情況下不打滑且具有一定的疲勞壽命。

帶傳動(dòng)在不打滑又有一定壽命的條件下所能傳遞的功率可通過(guò)公式計(jì)算。為保證帶傳動(dòng)不打滑，將式(12-8)以fv代替f并代入式(12-5)，可得單根普通V帶能傳遞的功率(12-11)式中，A為單根普通V帶的橫截面積。為使帶具有一定的疲勞壽命，應(yīng)使σmax＝σ1＋σb1＋σc≤［σ］，即滿(mǎn)足(12-12)式中，［σ］為帶的許用應(yīng)力。將式(12-12)代入式(12-11)就得到帶傳動(dòng)在既不打滑又有一定壽命時(shí)，單根普通V帶能傳遞的功率(12-13)在載荷平穩(wěn)、包角α1＝π(即i＝1)、帶長(zhǎng)Ld為特定長(zhǎng)度、抗拉體為化學(xué)纖維繩芯結(jié)構(gòu)的條件(試驗(yàn)條件)下，依據(jù)式(12-13)確定的單根普通V帶所能傳遞的功率P0見(jiàn)表12-3。

P0稱(chēng)為單根V帶的基本額定功率。表12-3單根普通V帶的基本額定功率P0

(包角α＝π、特定基準(zhǔn)長(zhǎng)度、載荷平穩(wěn)時(shí))kW當(dāng)實(shí)際工作條件與上述特定條件不同時(shí)，應(yīng)對(duì)P0值加以修正。修正后即得到實(shí)際工作條件下單根普通V帶所能傳遞的功率，稱(chēng)為許用功率［P0］

［P0］＝(P0＋ΔP0)KαKL

(12-14)

式中，ΔP0為功率增量(見(jiàn)表12-4)，考慮傳動(dòng)比i≠1時(shí)，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故在壽命相同條件下，可增大傳遞的功率；Kα為包角修正系數(shù)(見(jiàn)表12-5)，考慮α1≠180°時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響；KL為帶長(zhǎng)修正系數(shù)(見(jiàn)表12-2)，考慮帶長(zhǎng)不為特定長(zhǎng)度時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響。表12-4單根普通V帶額定功率的增量ΔP0kW表12-5包角修正系數(shù)Kα

12.5.3普通V帶的型號(hào)和根數(shù)的確定

設(shè)P為傳動(dòng)的額定功率(kW)，KA為工作情況系數(shù)(見(jiàn)表12-6)，則計(jì)算功率為

Pc＝KAP

根據(jù)計(jì)算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n，可由圖12-14選擇普通V帶的型號(hào)(若臨近兩種型號(hào)的交界線時(shí)，可按兩種型號(hào)同時(shí)計(jì)算，最后來(lái)分析比較決定取舍)。V帶根數(shù)按式(12-15)

計(jì)算，為使每根帶受力均勻，V帶根數(shù)不宜太多，通常z＜10。(12-15)表12-6工作情況系數(shù)KA

圖12-14普通V帶選型圖12.5.4主要參數(shù)的選擇

1．帶輪直徑和帶速小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1應(yīng)大于或等于表12-7所示的dmin。若d1過(guò)小，則帶的彎曲應(yīng)力將過(guò)大而導(dǎo)致帶的壽命降低；反之，雖能延長(zhǎng)帶的壽命，但帶傳動(dòng)的外廓尺寸卻隨之增大。根據(jù)式(12-9)可得大帶輪的基準(zhǔn)直徑為其中，d1、d2應(yīng)符合帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸系列(見(jiàn)表12-7)。表12-7普通V帶帶輪的最小基準(zhǔn)直徑mm帶速太高一方面會(huì)使離心力增大從而導(dǎo)致帶對(duì)帶輪面的實(shí)際壓緊力減小，另一方面會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)帶繞過(guò)帶輪的次數(shù)增多，降低傳動(dòng)的工作壽命。帶速太低，當(dāng)傳送功率一定時(shí)，傳遞的圓周力增大，使帶的根數(shù)過(guò)多。一般應(yīng)使v在5～25m/s的范圍內(nèi)。

2．中心距、帶長(zhǎng)和包角

傳動(dòng)中心距小，結(jié)構(gòu)緊湊，但帶短，使繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，從而降低了帶的壽命，同時(shí)使包角

減小，導(dǎo)致傳動(dòng)能力降低。中心距過(guò)大，不僅使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸增大，帶速較高時(shí)還會(huì)引起帶的顫動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按具體情況參考下式初步確定中心距a0：

0.7(d1＋d2)≤a0≤2(d1＋d2)(12-16)

計(jì)算帶長(zhǎng)L0可按下式計(jì)算：根據(jù)計(jì)算帶長(zhǎng)L0，由表12-2選取接近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld后，可按下式近似計(jì)算所需中心距：(12-17)考慮帶傳動(dòng)的安裝、調(diào)整和V帶張緊的需要，中心距應(yīng)留出±0.03Ld的調(diào)整余量。

計(jì)算小帶輪包角按式(12-1)，一般應(yīng)使α≥120°，否則可加大中心距或增設(shè)張緊輪。

3．初拉力適當(dāng)?shù)某趵κ潜ＷC帶傳動(dòng)正常工作的重要因素，初拉力不足，易發(fā)生打滑；初拉力過(guò)大將增大軸和軸承上的壓力，并降低帶的壽命。單根普通V帶合適的初拉力可按下式計(jì)算：(12-18)式中，Pc為計(jì)算功率(kW)；z為V帶根數(shù)；v為V帶速度(m/s)；Kα為包角修正系數(shù)(見(jiàn)表12-5)；q為V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量(kg/m，見(jiàn)表12-1)。設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)的原始數(shù)據(jù)一般是傳動(dòng)用途、載荷性質(zhì)、傳遞的功率、帶輪的轉(zhuǎn)速以及對(duì)傳動(dòng)外廓尺寸的要求等。普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要任務(wù)是：選擇合理的傳動(dòng)參數(shù)，確定V帶的型號(hào)、長(zhǎng)度和根數(shù)，確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸。設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟見(jiàn)例12-2，帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)12.6節(jié)。

例12-2

試設(shè)計(jì)一異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的通風(fēng)機(jī)用的V帶傳動(dòng)。已知電機(jī)轉(zhuǎn)速n1＝1460r/min，通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n2＝640r/min，通風(fēng)機(jī)輸入功率P＝9kW，兩班制工作。

解

(1)求計(jì)算功率。查表12-6得KA＝1.2，故

Pc＝KA×P＝1.2×9＝10.8kW

(2)選普通V帶型號(hào)。根據(jù)Pc＝10.8kW，n1＝1460r/min，由圖12-14查出此坐標(biāo)點(diǎn)位于A型與B型交界處，現(xiàn)暫按選用B型計(jì)算。注：讀者可按選用A型計(jì)算(即習(xí)題12-7)，并對(duì)兩個(gè)方案的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。

(3)求大、小帶輪基準(zhǔn)直徑。由表12-7取d1＝140mm，由式(12-9)得由表12-7取d2＝315mm(d2的增大使n2略有減小，但其誤差小于5%，對(duì)于一般傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速誤差不超過(guò)±5%都是允許的)。(4)驗(yàn)算帶速。帶速在5～25m/s范圍內(nèi)，合適。(5)求V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距。初步選取中心距為

a0＝1.5(d1＋d2)＝1.5(140＋315)＝682.5mm

取a0＝700mm。由式(12-2)得帶長(zhǎng)

查表12-2，對(duì)B型帶選用Ld＝2240mm。由式(12-16)計(jì)算實(shí)際中心距(6)驗(yàn)算小帶輪包角。由式(12-1)得故合適。

(7)求V帶根數(shù)。因n1＝1460r/min，d1＝140mm，查表12-3得P0＝2.82kW，由式(12-9)得傳動(dòng)比查表12-4得ΔP0＝0.46kW，由α1＝167°查表12-5得Kα＝0.97；查表13-2得KL＝1，由式(12-15)得故取4根。

(8)求作用在帶輪上的壓力。查表12-1得q＝0.17kg/m，故由式(12-18)得單根V帶的初拉力為作用在軸上的壓力為(9)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(略)。帶輪常用材料為鑄鐵(HT150、HT200)，其圓周速度可達(dá)25～30m/s，速度更高時(shí)可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接。小功率傳動(dòng)也可用鋁合金和塑料帶輪。

當(dāng)帶輪直徑小于3倍軸的直徑時(shí)，可采用實(shí)心帶輪，如圖12-15(a)所示；中等直徑的帶輪可采用輻板或孔板式，如圖12-15(b)所示；當(dāng)直徑大于350mm時(shí)可采用輪輻式，如圖12-16所示。

各圖中列出的經(jīng)驗(yàn)公式可供帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)參考。

各種型號(hào)V帶帶輪的輪緣寬B、輪轂孔徑ds和輪轂長(zhǎng)L的尺寸，可查閱有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。

普通V帶帶輪輪緣的截面圖及其各部尺寸見(jiàn)表12-8。12.6V帶帶輪的材料和結(jié)構(gòu)圖12-15實(shí)心帶輪和輻板式帶輪(a)實(shí)心式；(b)輻板式圖12-16輪輻式帶輪表12-8普通V帶帶輪的輪槽尺寸mm普通V帶兩側(cè)面的夾角均為40°，但帶在帶輪上彎曲時(shí)，由于截面變形而將使其夾角變小。

為了使膠帶仍能緊貼輪槽兩側(cè)，將V帶輪槽角規(guī)定為32°、34°、36°和38°。同步帶以鋼絲或玻璃纖維為抗拉體，外面包覆聚氨酯或橡膠。同步帶是橫截面為矩形、側(cè)面具有等距橫向齒的環(huán)形傳動(dòng)帶，如圖12-17所示。帶輪輪面也制成相應(yīng)的齒形，工作時(shí)靠帶齒與輪齒嚙合傳動(dòng)。由于帶與輪無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，能保持兩輪的圓周速度同步，故稱(chēng)為同步帶傳動(dòng)。12.7同步帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介圖12-17同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①傳動(dòng)比恒定；

②結(jié)構(gòu)緊湊；

③帶薄而輕、抗拉體強(qiáng)度高，故帶速可達(dá)40m/s，傳動(dòng)比可達(dá)10，傳遞功率可達(dá)200kW；

④效率較高，約為0.98，因而應(yīng)用日益廣泛。

同步帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是帶及帶輪的價(jià)格、制造和安裝等要求相對(duì)高。當(dāng)帶在縱截面內(nèi)彎曲時(shí)，帶中保持原長(zhǎng)度不變的任意一條周線稱(chēng)為節(jié)線(見(jiàn)圖12-17)，節(jié)線長(zhǎng)度為同步帶的公稱(chēng)長(zhǎng)度L。在規(guī)定的張緊力下，帶的縱截面上相鄰兩齒對(duì)稱(chēng)中心線的直線距離稱(chēng)為帶的節(jié)距pb，而稱(chēng)為模數(shù)m。節(jié)距pb和模數(shù)m是同步帶的主要參數(shù)，國(guó)產(chǎn)同步帶采用模數(shù)制，標(biāo)記為：m(模數(shù))×b(寬度)×z(齒數(shù))。

有關(guān)同步帶帶傳動(dòng)的計(jì)算，見(jiàn)有關(guān)機(jī)械工程手冊(cè)。鏈傳動(dòng)由裝在平行軸上的主、從動(dòng)鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成(見(jiàn)圖12-18)，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。12.8鏈傳動(dòng)概述圖12-18鏈傳動(dòng)的形式(a)開(kāi)口傳動(dòng)；(b)多從動(dòng)輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)沒(méi)有彈性滑動(dòng)和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；需要的張緊力

小，作用于軸的壓力也較小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等

惡劣環(huán)境條件下工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造和安裝精度要求較低，中心距較大時(shí)

其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，因此傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，工作中

有一定的沖擊和噪聲。目前，鏈傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于工況較為惡劣、傳動(dòng)比精度要求不是很高的農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、冶金、起重、運(yùn)輸、石油、化工、森工和環(huán)衛(wèi)機(jī)械及摩托車(chē)中。

通常，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i≤8，中心距a≤5～6m，傳遞功率P≤100kW；鏈速v≤15m/s；傳動(dòng)效率約為0.95～0.98。12.9.1鏈條

傳遞動(dòng)力用的鏈條，按結(jié)構(gòu)的不同主要有滾子鏈和齒形鏈兩種。

滾子鏈由內(nèi)鏈板、外鏈板、銷(xiāo)軸、套筒和滾子所組成(見(jiàn)圖12-19)。其中內(nèi)鏈板緊壓在套筒兩端，銷(xiāo)軸與外鏈板鉚牢，構(gòu)成內(nèi)、外鏈節(jié)。滾子與套筒、套筒與銷(xiāo)軸均為間隙配合。這樣內(nèi)外鏈節(jié)就構(gòu)成一個(gè)鉸鏈。當(dāng)鏈條嚙入和嚙出鏈輪時(shí)，內(nèi)外鏈節(jié)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，滾子沿鏈輪輪齒滾動(dòng)，可減少鏈條與輪齒的磨損。內(nèi)外鏈板均制成“8”字形，以減輕重量并保持鏈板各橫截面的抗拉強(qiáng)度大致相等。12.9鏈條和鏈輪鏈條各零件由碳素鋼或合金鋼制成，并經(jīng)熱處理，以提高其強(qiáng)度和耐磨性。

滾子鏈上相鄰兩滾子中心的距離稱(chēng)為鏈節(jié)距，以p表示，它是鏈條的主要參數(shù)。節(jié)距越大，鏈條各零件的尺寸越大，其承載能力也越高。滾子鏈可制成單排鏈(見(jiàn)圖12-19)和多排鏈(見(jiàn)圖12-20，圖中pt為排距)。多排鏈用于較大功率的傳動(dòng)，由于制造和裝配誤差，當(dāng)排數(shù)多時(shí)，各排受載不易均勻，因此實(shí)用上一般不越過(guò)4排。

滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化，分為A、B兩種系列，常用的A系列滾子鏈的主要參數(shù)見(jiàn)表12-9。圖12-19滾子鏈圖12-20雙排滾子鏈表12-9常用的A系列滾子鏈的主要參數(shù)

(2)使用過(guò)渡鏈節(jié)時(shí)，其極限載荷按表列數(shù)值80%計(jì)算。鏈條長(zhǎng)度以鏈節(jié)數(shù)來(lái)表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時(shí)正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧卡子或開(kāi)口銷(xiāo)鎖緊，如圖12-21(a)、(b)所示。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)，則需采用圖12-21(c)所示的過(guò)渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時(shí)，過(guò)渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用。圖12-21滾子鏈的接頭形式(a)彈簧卡子；(b)開(kāi)口銷(xiāo)；(c)過(guò)渡鏈節(jié)滾子鏈標(biāo)記為“鏈號(hào)-排數(shù)×鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)”。例如節(jié)距為15.875mm，單排，86節(jié)的A系列滾子鏈，其標(biāo)記為10A-1×86GB/T1243—1997。

齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成(見(jiàn)圖12-22)，為避免嚙合時(shí)掉鏈，鏈條應(yīng)有導(dǎo)向板(分為內(nèi)導(dǎo)式和外導(dǎo)式)。齒形鏈板的兩側(cè)是直邊(見(jiàn)圖12-23(a))，工作時(shí)鏈板側(cè)邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動(dòng)副或滾動(dòng)副(見(jiàn)圖12-23(b))，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。圖12-22齒形鏈結(jié)構(gòu)(a)內(nèi)導(dǎo)式；(b)外導(dǎo)式圖12-23齒形鏈(a)鏈輪齒形；(b)鉸鏈形式與滾子鏈相比較，齒形鏈運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、也較重，所以它的應(yīng)用沒(méi)有滾子鏈廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達(dá)40m/s)或運(yùn)動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)。12.9.2鏈輪

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1244—85規(guī)定了滾子鏈鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑r3、齒溝圓弧半徑r1和齒溝角α的最大和最小值。各種鏈輪的實(shí)際端面齒形均應(yīng)在最大和最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線的設(shè)計(jì)有很大的靈活性。但齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進(jìn)入和退出嚙合，并便于加工。符合上述要求的端面齒形曲線有多種。我國(guó)最常用的齒形是“三圓弧一直線”，即端面齒形由三段圓弧(

、)和一段直線(

)組成，如圖12-24(a)所示。這種“三圓弧一直線”具有較好的嚙合性能，并便于加工。圖12-24(a)滾子鏈鏈輪的端面齒形；(b)滾子鏈鏈輪的軸面齒形如圖12-24(a)所示，鏈輪上被鏈條節(jié)距等分的圓稱(chēng)為分度圓，其直徑用d表示。若已知節(jié)距p和齒數(shù)z，則鏈輪主要尺寸的計(jì)算式為(12-19)如圖12-24(b)所示，鏈輪軸面齒形兩側(cè)呈圓弧狀，以便于鏈節(jié)進(jìn)入和退出嚙合。

齒形用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工時(shí)，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，但須繪出鏈輪軸面齒形，以便車(chē)削鏈輪的毛坯。軸面齒形的具體尺寸見(jiàn)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。

鏈輪齒應(yīng)有足夠的接觸強(qiáng)度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般應(yīng)優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰鑄鐵(如HT200)等。重要的鏈輪可采用合金鋼。鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖12-25所示，小直徑鏈輪可制成實(shí)心式；中等直徑的鏈輪可制成孔板式；直徑較大的鏈輪可設(shè)計(jì)成組合式，若輪齒因磨損而失效，可更換齒圈。

鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。圖12-25鏈輪結(jié)構(gòu)(a)實(shí)心式；(b)孔板式；(c)組合式12.10鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析12.10.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析鏈條繞上鏈輪后形成折線，如圖12-26所示，故鏈傳動(dòng)相當(dāng)于一對(duì)多邊形輪之間的傳動(dòng)。設(shè)兩鏈輪的齒數(shù)為z1、z2，p為節(jié)距，n1、n2為兩鏈輪的轉(zhuǎn)速，則鏈條線速度為(12-20)圖12-26鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析傳動(dòng)比為(12-21)以上兩式求得的鏈速和傳動(dòng)比都是平均值。實(shí)際上，由于多邊形效應(yīng)，故瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比都是變化的?，F(xiàn)分析如下：如圖12-26所示，當(dāng)主動(dòng)輪以角速度ω1回轉(zhuǎn)時(shí)，鏈輪分度圓的圓周速度為r1ω1，則位于分度圓上的鏈條鉸鏈的速度也是r1ω1(如圖中鉸鏈A)。顯然，鏈條線速度為v＝r1ω1cosθ，式中θ為嚙合過(guò)程中鏈節(jié)鉸鏈在主動(dòng)輪上的相位角，θ角的變化范圍為-(180°/z1)～+(180°/z1)。

θ=0°時(shí)，鏈速最大，vmax＝r1ω1；θ±

時(shí)，鏈速最小，vmin＝r1ω1·cos。即鏈輪每轉(zhuǎn)過(guò)一齒，鏈速就時(shí)快時(shí)慢地變化一次。圖12-27鏈速不均勻系數(shù)由此可知，當(dāng)ω1＝常數(shù)時(shí)，瞬時(shí)鏈速v作周期性變化，因而瞬時(shí)傳動(dòng)比(i＝ω1/ω2)也作周期性變化。同理，鏈條分速度v′＝r1ω1sinθ也作周期變化，從而使鏈條上下抖動(dòng)。鏈條線速度的變化可用鏈速不均勻系數(shù)δ來(lái)表示式中，vm為平均鏈速。齒數(shù)不同時(shí)，δ變化如圖12-27所示。由于鏈速是變化的，因此鏈傳動(dòng)工作時(shí)不可避免地要產(chǎn)生振動(dòng)和動(dòng)載荷。12.10.2

鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷

1．鏈速變化引起的動(dòng)載荷鏈條速度(v＝r1ω1cosθ)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得鏈條沿鏈節(jié)中心線方向的加速度為動(dòng)載荷為由上式可得出如下兩個(gè)結(jié)論：

(1)在ω1不變(即n1和z1p為常數(shù))的情況下，適當(dāng)增大小鏈輪齒數(shù)z1，減小鏈節(jié)距p，可降低動(dòng)載荷。

(2)在鏈傳動(dòng)幾何尺寸一定(z1p為常數(shù))的情況下，小鏈輪轉(zhuǎn)速n1受到動(dòng)載荷的限制。

同樣，鉛垂加速度a′＝r1

cosθ會(huì)引起鏈的上下振動(dòng)；對(duì)于水平布置的大中心距鏈傳動(dòng)，鏈的上下振動(dòng)有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致絞鏈。

2．鏈節(jié)嚙入時(shí)和鏈輪沖擊產(chǎn)生的動(dòng)載荷

如圖12-26所示，當(dāng)鏈節(jié)以一定的相對(duì)速度與鏈輪齒嚙合的瞬間，將產(chǎn)生沖擊和動(dòng)載荷(根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，把鏈輪看做靜止的，鏈節(jié)就以角速度-ω1進(jìn)入輪齒而產(chǎn)生沖擊)。分析表明，鏈節(jié)嚙入鏈輪時(shí)產(chǎn)生的沖擊動(dòng)能為其中，C為常數(shù)；q為鏈條每米長(zhǎng)的質(zhì)量(線密度)；n為鏈輪轉(zhuǎn)速。由此可得出與鏈速變化引起的動(dòng)載荷完全相同的兩個(gè)結(jié)論。12.10.3鏈傳動(dòng)的受力分析

安裝鏈傳動(dòng)時(shí)，只需不大的張緊力，主要是使鏈松邊的垂度不致過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生顯著振動(dòng)、跳齒和脫鏈。若不考慮傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，作用在鏈上的力有圓周力(有效拉力)F，離心拉力Fc和懸垂拉力Fy

。如圖12-28所示，緊邊拉力為F1＝F＋Fc＋Fy，松邊拉力為F2＝Fc＋Fy，圍繞在鏈輪上的鏈節(jié)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的離心拉力為

Fc＝qv2

式中，q為鏈每米長(zhǎng)質(zhì)量(kg/m)，見(jiàn)表12-9；v為鏈速(m/s)。圖12-28作用在鏈上的力懸垂拉力可利用求懸索拉力的方法近似求得

Fy＝Kyqga

式中，a為鏈傳動(dòng)中心距(m)；g為重力加速度；Ky為下垂量y＝2a%時(shí)的垂度系數(shù)，其值與中心線與水平線的夾角β有關(guān)(見(jiàn)圖12-28)。

垂直布置時(shí)Ky

＝1；水平布置時(shí)Ky

＝7；當(dāng)β＝75°時(shí)，Ky

＝2.5；當(dāng)β＝60°時(shí)，Ky

＝4；當(dāng)β＝30°時(shí)，Ky=6。

鏈作用在軸上的壓力FQ可近似取為FQ

＝(1.2～1.3)F，有沖擊和振動(dòng)時(shí)取大值。

例12-3

一單排滾子鏈傳動(dòng)，已知：鏈條節(jié)距p＝12.7mm，鏈輪齒數(shù)z1＝17，z2＝25，中心距a＝40p，水平布置；傳遞功率P＝1.5kW，載荷平穩(wěn)；小輪主動(dòng)，n1＝150r/min。求：

(1)離心拉力；

(2)懸垂拉力；

(3)鏈的緊邊拉力和松邊拉力；

(4)鏈的靜強(qiáng)度安全系數(shù)。

解

(1)離心拉力。鏈速為由表12-9查得08A鏈條每米長(zhǎng)質(zhì)量q＝0.60kg/m，故離心拉力為

Fc＝qv2＝0.60×0.54×0.54≈0.175N顯然，因鏈速很低，故Fc值很小，可略去不計(jì)。

(2)懸垂拉力。水平布置時(shí)垂度系數(shù)Ky

＝7

Fy＝Kyqga＝7×0.6×9.81×40×12.7/1000≈21N

(3)緊邊拉力和松邊拉力。圓周力為緊邊拉力為

F1＝F＋Fy＝2778＋21＝2799N(已略去Fc)

松邊拉力為

F2＝Fy

＝21N(已略去Fc)

(4)靜強(qiáng)度安全系數(shù)。由表12-9查得08A鏈的極限拉伸載荷Q＝13800N，故安全系數(shù)為12.11.1鏈輪齒數(shù)

由上節(jié)分析可知，為提高鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，降低動(dòng)載荷，小鏈輪齒數(shù)多一些為好。

但小鏈輪齒數(shù)也不宜過(guò)多，否則z2＝iz1會(huì)很大，從而使鏈傳動(dòng)較早發(fā)生跳齒失效。

鏈條的原始節(jié)距如圖12-29(a)所示，工作一段時(shí)間后，磨損使銷(xiāo)軸變細(xì)，使套筒和滾子變薄，在拉伸載荷F的作用下，鏈條的節(jié)距伸長(zhǎng)后如圖12-29(b)所示。12.11鏈傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇圖12-29磨損使節(jié)距增大示意(a)原始節(jié)距；(b)伸長(zhǎng)節(jié)距

鏈條節(jié)距變長(zhǎng)后、鏈繞上鏈輪時(shí)節(jié)圓d向齒頂移動(dòng)(見(jiàn)圖12-30)。節(jié)距增長(zhǎng)量Δp與節(jié)圓外移量Δd的關(guān)系可由式(12-19)導(dǎo)出圖12-30節(jié)距增長(zhǎng)與節(jié)圓外移由此可知，當(dāng)Δp一定時(shí)，齒數(shù)越多節(jié)圓外移量Δd就越大，由于齒的高度有限，因此越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。所以大鏈輪齒數(shù)不宜過(guò)多，一般應(yīng)使z2≤120。小鏈輪齒數(shù)也不宜過(guò)多，較為合適的小鏈輪齒數(shù)可根據(jù)鏈速按表12-10選取。

一般鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)以避免使用過(guò)渡接頭。為使磨損均勻，提高壽命，鏈輪齒數(shù)最好與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)，若不能保證互質(zhì)，也應(yīng)使其公因數(shù)盡可能小。表12-10推薦的小鏈輪齒數(shù)12.11.2鏈的節(jié)距

鏈條的節(jié)距越大，理論上的承載能力就越高。但如上節(jié)所述：節(jié)距越大，由鏈條速度變化和鏈節(jié)嚙入鏈輪產(chǎn)生沖擊所引起的動(dòng)載荷越大，反而使鏈承載能力和壽命降低。因此，在滿(mǎn)足承載能力的條件下應(yīng)盡量選小節(jié)距的單排鏈。當(dāng)傳遞載荷大、鏈速高，且要求傳動(dòng)平穩(wěn)時(shí)，宜選用小節(jié)距的多排鏈；對(duì)于中心距大、傳動(dòng)比較小的低速重載傳動(dòng)，宜采用節(jié)距較大而排數(shù)較少的鏈。12.11.3中心距和鏈長(zhǎng)

中心距過(guò)小，則小鏈輪上的包角小，同時(shí)嚙合的鏈輪齒數(shù)就少，輪齒受力增大；同時(shí)，在一定鏈速下，單位時(shí)間內(nèi)鏈條繞過(guò)鏈輪的次數(shù)增多，從而加劇鏈條的疲勞和磨損。中心距過(guò)大，鏈條松邊下垂量大，易使鏈條上下顫動(dòng)。一般可取中心距a＝(30～50)p，最大中心距amax≤80p。

鏈條長(zhǎng)度用鏈的節(jié)數(shù)Lp表示。按帶傳動(dòng)求帶長(zhǎng)的公式可導(dǎo)出(將帶傳動(dòng)的帶長(zhǎng)公式左右同除以p，再以D＝zp/π代入即得)。(12-23)(12-22)運(yùn)用式(12-22)可解得由Lp求中心距a的公式為便于安裝鏈條和調(diào)節(jié)鏈條的張緊程度，一般應(yīng)將中心距設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的，或者應(yīng)有張緊裝置。若中心距不能調(diào)節(jié)而又無(wú)張緊裝置時(shí)，應(yīng)將計(jì)算的中心距減小2～5mm使鏈條有較小的初垂度。12.12.1鏈傳動(dòng)的失效形式

鏈傳動(dòng)的失效形式主要有以下幾種：

(1)鏈板疲勞破壞。鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復(fù)作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會(huì)發(fā)生疲勞破壞。正常潤(rùn)滑條件下，鏈板疲勞強(qiáng)度是限定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。

(2)滾子、套筒的沖擊疲勞破壞。鏈傳動(dòng)的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受，在反復(fù)多次的沖擊下，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會(huì)發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動(dòng)中。12.12滾子鏈傳動(dòng)的計(jì)算

(3)銷(xiāo)軸與套筒的膠合。潤(rùn)滑不當(dāng)或速度過(guò)高時(shí)，銷(xiāo)軸和套筒的工作表面會(huì)發(fā)生膠合。

膠合限定了鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)速。

(4)鏈條鉸鏈磨損。鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長(zhǎng)，容易引起跳齒或脫鏈。開(kāi)式傳動(dòng)、環(huán)境條件惡劣或潤(rùn)滑密封不良時(shí)，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。

(5)過(guò)載拉斷。過(guò)載拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動(dòng)中。

在一定的使用壽命下，從一種失效形式出發(fā)，可得出一個(gè)極限功率表達(dá)式。為了表示清楚，常用線圖表示。圖12-31所示為在推薦的潤(rùn)滑條件下，對(duì)應(yīng)各種失效形式的極限功率曲線。

圖中陰影部分為實(shí)際上使用的區(qū)域。若潤(rùn)滑密封不良及工況惡劣，磨損將很?chē)?yán)重，其極限功率會(huì)大幅度下降，如圖中虛線所示。圖12-31極限功率曲線12.12.2功率曲線圖

當(dāng)采用推薦的潤(rùn)滑方式(見(jiàn)圖12-32)時(shí)，各型號(hào)A系列滾子鏈所能傳遞的功率P0、小輪轉(zhuǎn)速n1和鏈號(hào)三者之間的關(guān)系見(jiàn)圖12-33。若潤(rùn)滑不良或不采用推薦的潤(rùn)滑方式時(shí)，應(yīng)將圖中的P0值適當(dāng)降低：當(dāng)鏈速v≤1.5m/s時(shí)，降低到50%；當(dāng)1.5m/s＜v≤7m/s時(shí)，降低到25%；當(dāng)v＞7m/s而又潤(rùn)滑不當(dāng)時(shí)，傳動(dòng)不可靠。圖12-32鏈傳動(dòng)的推薦潤(rùn)滑方式圖12-33單排A系列滾子鏈的功率曲線(z1＝19，Lp＝100節(jié))12.12.3鏈傳動(dòng)的計(jì)算

圖12-33是在下列特定條件下制定的：

①兩輪共面；②小輪齒數(shù)z1＝19；③鏈長(zhǎng)Lp＝100節(jié)；④載荷平穩(wěn)；⑤按推薦的方式潤(rùn)滑(見(jiàn)圖12-3２)；⑥工作壽命為1500h；⑦鏈條因磨損而引起的相對(duì)伸長(zhǎng)量不超過(guò)3%。

當(dāng)實(shí)際工作條件與上述特定條件不同時(shí)，應(yīng)對(duì)P0加以修正。故實(shí)際工作條件下鏈條所能傳遞的功率，即許用功率［P0］可表示為

［P0］＝P0KzKLKm

(12-24)式中，Kz為z1≠19時(shí)的修正系數(shù)；KL為L(zhǎng)p≠100節(jié)時(shí)的修正系數(shù)，見(jiàn)表12-11；Km為多排鏈系數(shù)，見(jiàn)表12-12。表12-11修正系數(shù)Kz和KL

表12-12多排系數(shù)Km設(shè)計(jì)鏈傳時(shí)應(yīng)使(12-25)式中，計(jì)算功率Pc＝KAP，此處KA為工作情況系數(shù)，見(jiàn)表12-13；P為名義功率(kW)。表12-13工作情況系數(shù)KA

當(dāng)v≤0.6m/s時(shí)，鏈條有可能過(guò)載拉斷。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按下式驗(yàn)算靜強(qiáng)度安全系數(shù)：式中，Q為鏈的極限載荷，見(jiàn)表12-9；

F1為緊邊拉力；S為安全系數(shù)，S＝4～8。(12-26)

例12-4

用P＝5.5kW、

n1＝1450r/min的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)一液體攪拌器，載荷平穩(wěn)，傳動(dòng)比i＝3.2，試設(shè)計(jì)此鏈傳動(dòng)。

解

(1)鏈輪齒數(shù)。

假定v＝3～8m/s，由表12-10選z1＝21，則z2＝3.2×21＝67.2，取z2＝67。

實(shí)際傳動(dòng)比i＝67/21≈3.19，誤差遠(yuǎn)小于±5%，故允許。

(2)鏈條節(jié)數(shù)。初定中心距a0＝40p。由式(12-22)得取鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，故選取Lp＝126。

(3)計(jì)算功率。由表12-13查得KA＝1.0，故Pc＝KAP＝1.0×5.5＝5.5kW

(4)鏈條節(jié)距。估計(jì)此鏈傳動(dòng)工作于圖12-33所示曲線最高點(diǎn)的左側(cè)(即可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞)，由表12-12得

采用單排鏈Km＝1，故由圖12-33查得當(dāng)n1＝1450r/min時(shí)，08A鏈條能傳遞的功率為6.8kW(大于4.67kW)，故采用08A鏈條，節(jié)距p＝12.7mm。

(5)實(shí)際中心距。中心距設(shè)計(jì)成可調(diào)的，不必計(jì)算?？扇≈a0＝40p＝40×12.7＝508mm。

(6)驗(yàn)算鏈速。由式(12-20)得速度符合原來(lái)假定。

(7)選擇潤(rùn)滑方式。按p＝12.7mm，v＝6.45m/s，由圖12-32，采用油浴或飛濺潤(rùn)滑。

(8)作用在軸上的壓力。如前所述FQ＝(1.2～1.3)F，取FQ

＝1.3F

(9)鏈輪主要尺寸(略)12.13.1鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑

鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑至關(guān)重要。合適的潤(rùn)滑能顯著降低鏈條鉸鏈的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。

鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式有如下四種(見(jiàn)圖12-34)：

(1)人工定期用油壺或油刷給油；

12.13鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑和布置圖12-34鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑(a)滴油潤(rùn)滑；(b)油浴潤(rùn)滑；(c)飛濺潤(rùn)滑；(d)循環(huán)油潤(rùn)滑

(2)用油杯通過(guò)油管向松邊內(nèi)外鏈板間隙處滴油(見(jiàn)圖(a))；

(3)油浴潤(rùn)滑(見(jiàn)圖(b))或用甩油盤(pán)將油甩起，以進(jìn)行飛濺潤(rùn)滑(見(jiàn)圖(c))；

(4)用油泵經(jīng)油管向鏈條連續(xù)供油，循環(huán)油可起潤(rùn)滑和冷卻的作用(見(jiàn)圖(d))。

如圖(d)所示，封閉于殼體內(nèi)的鏈傳動(dòng)，可以防塵、減輕噪聲及保護(hù)人身安全。12.13.2鏈傳動(dòng)的布置與張緊

鏈傳動(dòng)的兩軸應(yīng)平行，兩鏈輪應(yīng)位于同一平面內(nèi)，一般宜采用水平或接近水平的布置，并使松邊在下邊，參看表12-14。

鏈傳動(dòng)的張緊方法很多，最常見(jiàn)的是通過(guò)改變中心距來(lái)調(diào)整張緊程度。采用張緊輪和其他張緊方式見(jiàn)圖12-35。表12-14鏈傳動(dòng)的布置圖12-35鏈傳動(dòng)的張緊(a)彈簧力施壓；(b)配重施壓；(c)螺釘施壓；(d)用托板控制垂度習(xí)題

12-1題12-1圖所示平帶傳動(dòng)的兩帶輪直徑分別為150mm和400mm，中心距為100mm，小輪主動(dòng)且轉(zhuǎn)速為1460r/min。試求：

(1)小輪包角；

(2)帶的幾何長(zhǎng)度；

(3)滑動(dòng)率ε＝0.015時(shí)大輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速；

(4)不考慮帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)時(shí)大輪的轉(zhuǎn)速。題12-1圖

12-2上題中，若P＝5kW，帶與帶輪間的摩擦系數(shù)f＝0.3，所用平帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量q＝0.35kg/m。試求：