第7章帶傳動和鏈傳動7.1帶傳動的基本知識7.2普通V帶傳動的設(shè)計計算7.3同步帶傳動7.4鏈傳動的類型和特點7.5滾子鏈傳動的設(shè)計計算習(xí)題帶傳動和鏈傳動都是利用中間撓性件(帶或鏈)進(jìn)行傳動的，適用于兩軸中心距較大的傳動，并且都具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便和成本低廉等優(yōu)點，因此在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。7.1帶傳動的基本知識7.1.1帶傳動的類型、特點、應(yīng)用和幾何尺寸

1．帶傳動的類型

如圖7-1所示，帶傳動是由主動輪1、從動輪3和張緊在兩輪上的撓性帶2組成。帶傳動分摩擦傳動和嚙合傳動兩大類。摩擦傳動是將帶以一定的預(yù)緊力張緊在帶輪上，靠帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運動和動力的，常見的布置形式有開口布置(如圖7-1(a)所示)、交叉布置(如圖7-1(b)所示)和半交叉布置(如圖7-1(c)所示)三種形式。按帶的截面形狀不同又可分為：平帶傳動(如圖7-2(a)所示)、V帶傳動(如圖7-2(b)所示)、圓帶傳動(如圖7-2(c)所示)、多楔帶傳動(如圖7-2(d)所示)等。嚙合傳動靠帶內(nèi)表面上的凸齒與帶輪外緣上的輪齒間的嚙合來傳遞運動和動力，圖7-2(e)所示為同步帶傳動屬于嚙合傳動。圖7-1帶傳動的主要布置形式圖7-2帶傳動的類型

2．帶傳動的特點及應(yīng)用帶傳動具有以下優(yōu)點：①帶有良好的彈性，可以緩和沖擊和吸收振動，尤其是V帶無接頭，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音??；②適用于兩軸中心距較大的傳動；③靠摩擦傳動，過載時帶在帶輪上打滑，可防止損壞其他零件，起安全保護作用；④結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護方便，成本低廉。其主要缺點是：①帶傳動的外廓尺寸較大；②帶傳動工作時有彈性滑動，不能保證準(zhǔn)確的傳動比；③傳動效率較低；④帶的壽命短；⑤帶傳動需要張緊，壓軸力較大等。根據(jù)帶傳動的特點，其通常用在兩軸距離較遠(yuǎn)，傳動功率不大的場合。

3．帶傳動的幾何尺寸

帶傳動主要用于兩軸平行且回轉(zhuǎn)方向相同的場合。如圖7-3所示，帶與帶輪接觸弧所對應(yīng)的圓心角稱為帶在帶輪上的包角α。工作時兩帶輪幾何軸線之間的距離稱為中心距a。當(dāng)帶繞上帶輪后，帶的外層會因帶的彎曲而伸長，帶的內(nèi)層則會縮短，而介于拉伸層和壓縮層之間的中性層長度保持不變，中性層的周長稱為帶的基準(zhǔn)長度Ld，也是帶的公稱長度。帶輪上與中性層相切接觸的圓稱為帶輪的基準(zhǔn)直徑，分別用D1和D2表示。其幾何關(guān)系如下:(7-1)(7-2)(7-4)圖7-37.1.2V帶及V帶輪

1．V帶的結(jié)構(gòu)和規(guī)格

V帶分為普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶、寬V帶等多種形式，其中普通V帶應(yīng)用最多，以下主要介紹普通V帶及帶輪。普通V帶的結(jié)構(gòu)如圖7-4所示，它由強力層、伸張層、壓縮層和包布層四部分組成。強力層可以是簾布結(jié)構(gòu)(如圖7-4(a)所示)或繩芯結(jié)構(gòu)(如圖7-4(b)所示)。繩芯結(jié)構(gòu)的強力層柔軟、易彎曲，壽命也長，適用于轉(zhuǎn)速較高和帶輪直徑較小的傳動。伸張層和壓縮層由橡膠制成，有彈性，使帶有一定的高度h，帶彎曲時分別受拉伸和壓縮的作用。包布層由幾層橡膠布組成，用于保護V帶。當(dāng)帶縱向彎曲時，帶中長度不變的中性層稱為節(jié)面，節(jié)面的寬度稱為節(jié)寬bP。普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，按剖面尺寸不同分為七種型號，其剖面尺寸和每米帶的質(zhì)量見表7-1，基準(zhǔn)長度系列見表7-2。圖7-4V帶的結(jié)構(gòu)表7-1普通V帶的型號、截面尺寸和每米長的質(zhì)量表7-2普通V帶的長度Ld和帶長修正系數(shù)KL

2．V帶輪的結(jié)構(gòu)

1)V帶帶輪設(shè)計要求

V帶帶輪設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：重量輕，結(jié)構(gòu)工藝性好，要有足夠的強度和剛度，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻；轉(zhuǎn)速較高的場合需進(jìn)行平衡試驗；帶輪上各輪槽的尺寸和槽形角要保持一定的精度，以使載荷分布均勻；輪槽工作面要進(jìn)行精加工，以減少帶的磨損。

2)帶輪的材料帶輪常用鑄造的方式提供毛坯，常用的材料牌號為HT150、HT200。當(dāng)圓周速度大于25m/s時，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接。小功率時可采用鑄鋁或塑料。

3)帶輪結(jié)構(gòu)帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成，輪緣部分的尺寸根據(jù)帶的型號見表7-3。鑄鐵制造的普通V帶帶輪其輪輻部分根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑有以下幾種形式：①實心結(jié)構(gòu)(如圖7-5(a)所示)；②腹板結(jié)構(gòu)(如圖7-5(b)所示)；③孔板結(jié)構(gòu)(如圖7-5(c)所示)；④輪輻結(jié)構(gòu)(如圖7-5(d)所示)，其輪輻截面形狀一般為橢圓形。帶輪基準(zhǔn)直徑D≤(2.5～3)d(d為軸的直徑)時，可采用實心結(jié)構(gòu)；D≤300mm時，可采用腹板式結(jié)構(gòu)(當(dāng)D1－d1≥100mm時,可采用孔板結(jié)構(gòu))；Ｄ>300mm時，可采用輪輻結(jié)構(gòu)。輪輻結(jié)構(gòu)各部分尺寸可參照圖7-5所列經(jīng)驗公式計算。確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。表7-3普通V帶帶輪的輪槽尺寸圖7-5

V帶帶輪結(jié)構(gòu)形式7.1.3帶傳動的工作情況分析

1．帶傳動的受力分析

在帶傳動中，帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上。帶傳動不工作時，帶輪兩邊帶中的拉力相等，都等于初拉力F0(如圖7-6(a)所示)。帶傳動工作時，由于帶與帶輪接觸表面間摩擦力的作用，兩邊帶中的拉力就發(fā)生了相應(yīng)的變化，進(jìn)入主動輪一邊被進(jìn)一步拉緊，拉力由F0增至F1，稱為緊邊；進(jìn)入從動輪的一邊則被放松，拉力由F0降至F2，稱為松邊(如圖7-6(b)所示)。設(shè)帶的總長度不變，則緊邊拉力的增加量F1－F0應(yīng)等于松邊拉力的減小量F0－F2，即(7-5)圖7-6帶傳動的受力分析帶傳動作用于從動輪上用以克服阻力矩的有效圓周力Fe，就是緊邊拉力與松邊拉力的差值，所以，帶傳動的有效圓周力Fe為

Fe=F1－F2

(7-6)若帶傳動的速度為v(單位為m/s)，帶傳動的有效圓周力為Fe(單位為N)，則帶傳動所傳遞的功率P為(7-7)通過力的分析不難證明，有效圓周力Fe與任一帶輪接觸面上摩擦力的總合∑Ff相等。當(dāng)∑Ff<Fe時，帶就會沿輪面發(fā)生全面滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。打滑將使傳動失效，故應(yīng)避免。當(dāng)帶即將打滑時，帶與帶輪之間的摩擦力達(dá)到極大值∑Ffmax,此時，由撓性體摩擦的歐拉公式知，緊邊拉力F1與松邊拉力F2有下列關(guān)系：

F1=F2efα

(7-8)式中：f——帶與帶輪間的摩擦因數(shù)；

α——帶在帶輪上的包角；

e——自然對數(shù)的底。將式(7-5)、(7-6)、(7-8)整理，得最大有效圓周力Fec為(7-9)由以上分析可知，帶傳動的最大有效圓周力Fec與初拉力F0、小帶輪包角α1和摩擦因數(shù)f有關(guān)。增大F0、α1和f均能增大Fec。為了發(fā)揮帶傳動的工作能力，小帶輪包角不宜過小，通常設(shè)計要求α1≥120°。F0過小將直接影響帶的傳動能力，但過大將使帶中應(yīng)力過大，帶易松弛，會縮短帶的使用壽命。f與帶及帶輪的材料有關(guān)，在同等條件下，V帶的承載能力高于平帶。

2．帶的應(yīng)力分析

帶傳動時，帶中的應(yīng)力由三部分組成。

1)由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力緊邊拉力和松邊拉力分別產(chǎn)生的緊邊拉應(yīng)力σ1和松邊拉應(yīng)力σ2為式中：A——帶的截面面積(mm2)。

2)由帶的彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力僅發(fā)生在帶繞在帶輪的弧段上。由工程力學(xué)知：式中：E——帶的彈性模量(MPa)。

3)由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力帶繞上帶輪作圓周運動時將產(chǎn)生離心力，從而帶受到離心拉力的作用，并產(chǎn)生離心拉應(yīng)力為式中：q——每米帶長的質(zhì)量(kg/m)；

v——帶速(m/s)。圖7-7所示為帶中應(yīng)力分布情況，各截面應(yīng)力的大小用該處引出的徑向線(或垂直線)的長度表示。由圖可知，帶在變應(yīng)力作用下工作，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值時，帶會產(chǎn)生疲勞破壞。其最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊繞上小帶輪的位置，其值為

σmax=σ1+σb1+σc

帶中的應(yīng)力通常以彎曲應(yīng)力影響最大。為避免彎曲應(yīng)力過大，通常限定小帶輪的最小直徑，具體數(shù)值見表7-4。圖7-7帶中的應(yīng)力分布表7-4普通V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑Dmin

3．帶傳動的彈性滑動和打滑

帶傳動工作時緊邊和松邊拉力不同，因而彈性變形量也不同。帶由緊邊繞過主動輪進(jìn)入松邊的過程中，其所受的拉力由F1逐漸減小到F2，彈性變形量也就隨之減小，使帶的速度滯后于主動帶輪的圓周速度。帶繞過從動輪時也發(fā)生類似的現(xiàn)象，帶由松邊繞上從動輪進(jìn)入緊邊，帶中的拉力由F2逐漸增至F1，彈性變形量逐漸增大，使帶的速度超前于從動輪的圓周速度。這種現(xiàn)象表明，帶與帶輪之間產(chǎn)生了相對滑動。這種由于帶的彈性和拉力差所引起的相對滑動稱為彈性滑動，其大小將隨外載荷的大小而變化，這是帶傳動正常工作時的固有特性，不可避免。由于彈性滑動的影響，使從動輪的圓周速度v2低于主動輪的圓周速度v1，其降低量可用相對滑動率來表示，即所以，帶傳動的實際傳動比為一般V帶傳動正常工作時，滑動率ε=0.01～0.02，在一般傳動中可忽略不計，傳動比取值為(7-12)(7-11)(7-10)當(dāng)帶傳動的有效圓周力達(dá)到最大值時，工作載荷略有增加，帶與帶輪之間將會發(fā)生明顯的相對運動，即產(chǎn)生打滑。打滑將造成帶的磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急劇下降，甚至使傳動失效。這是帶傳動的一種失效形式，應(yīng)當(dāng)避免。

4．帶傳動的張緊與維護普通V帶運轉(zhuǎn)一段時間后，會由于永久變形而松弛，導(dǎo)致初拉力下降。為了保證帶傳動的工作能力，應(yīng)對帶進(jìn)行重新張緊。帶傳動常用的張緊方法是調(diào)整中心距。如圖7-8(a)所示，用調(diào)整螺釘3使裝有帶輪的電機沿滑軌移動，這種形式適用于水平或接近水平布置的傳動。圖7-8(b)是將裝有帶輪的電機安裝在可調(diào)的擺架上，適用于垂直或接近垂直布置的傳動。圖7-9所示為由電動機及擺架自重來調(diào)整的自動張緊裝置。若中心距不能調(diào)整時，可采用具有張緊輪的傳動，如圖7-10所示。對于V帶傳動，張緊輪應(yīng)裝在松邊內(nèi)側(cè)，并盡量靠近大帶輪，使帶只受單向彎曲和以免過分影響小帶輪包角。普通V帶傳動的使用和維護應(yīng)注意以下幾個方面：①安裝時，兩軸必須平行，兩輪的輪槽要對齊；②更換時，必須將同一傳動中的舊帶全部更換，不得新舊并用；③V帶不宜與酸堿或油污接觸，也不宜在陽光下曝曬；④不宜在有粉塵的環(huán)境中工作，工作溫度一般應(yīng)低于60℃；⑤帶傳動應(yīng)加防護裝置。圖7-8帶的定期張緊裝置圖7-9帶的自動張緊裝置圖7-10張緊輪裝置7.2普通V帶傳動的設(shè)計計算

7.2.1帶傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則

由前面的分析可知，帶傳動的主要失效形式是帶的打滑和疲勞破壞。所以，帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則為：在保證帶傳動不打滑的條件下，使帶具有一定的疲勞強度和壽命。由設(shè)計準(zhǔn)則知，為使帶具有一定的疲勞壽命，其必須滿足的強度條件為

σ1+σb1+σc≤［σ］(7-13)式中：［σ］——帶的許用應(yīng)力(MPa)，與帶的材質(zhì)及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)。在V帶傳動中，用fv代替f。由式(7-6)、(7-8)及(7-13)知，單根V帶所能傳遞的最大功率P0為通過實驗分析計算，在包角α1=180°、特定帶長Ld、載荷平穩(wěn)條件下，單根V帶的基本額定功率P0見表7-5。實際工作條件與實驗條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正后即得實際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率［P0］，其大小為［P0］=(P0+ΔP0)KαKL

(7-15)(7-14)式中：ΔP0——功率增量，考慮傳動比i≠1時，帶在大帶輪上彎曲應(yīng)力較小，在壽命相同的條件下，所能傳遞的功率應(yīng)有所提高,ΔΡ0值可查表7-6；

Ｋα——包角修正系數(shù)，考慮包角α1≠180°時，包角對傳動能力的影響，其值可查表7-7；

ＫL——帶長修正系數(shù)，考慮Ld不為特定長度時，帶長對傳動能力的影響，其值見表7-2。表7-5單根普通V帶的基本額定功率P0

kW表7-6單根普通V帶基本額定功率的增量ΔP0

kW

表7-7包角修正系數(shù)Kα

7.2.2普通V帶傳動的設(shè)計

設(shè)計普通V帶傳動時，通常給定的原始數(shù)據(jù)為：傳動的工作情況，傳遞的功率，轉(zhuǎn)速n1和n2(或傳動比i)，對外廓尺寸的要求及原動機的種類等。要求設(shè)計的內(nèi)容有：普通V帶的型號、帶長和根數(shù)，傳動的中心距，帶輪的尺寸和結(jié)構(gòu)，并計算帶的初拉力和壓軸力。設(shè)計計算步驟一般為：

(1)確定計算功率Pca。

Pca=KAP

式中：P——帶傳動要求傳遞的功率；

KA——工作情況系數(shù)，可查表7-8。

(2)選擇帶的型號。根據(jù)計算功率Pca和小帶輪轉(zhuǎn)速n1按圖7-11所示選定帶型。表7-8工作情況系數(shù)KA

圖7-11普通V帶選型圖

(3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑D1和D2。①初選小帶輪直徑D1。根據(jù)帶型參考表7-4，選取D1≥Dmin，為提高V帶的壽命，宜選取較大的直徑。②驗算帶速v。應(yīng)使帶速v≤vmax，對于普通V帶，vmax=25～30m/s,一般取v=5～20m/s為宜。③計算大帶輪直徑D2。D2=iD1，并按表7-4帶輪的基準(zhǔn)直徑系列加以適當(dāng)圓整。

(4)確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld。(7-16)如果中心距未給出，可根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初選中心距a0。取0.7(D1+D2)≤a0≤2(D1+D2)。

a0初步選定后，按式(7-3)求得V帶的基準(zhǔn)長度Ld′，由初算的帶長Ld′查表7-2，選取與之相近的標(biāo)準(zhǔn)V帶的基準(zhǔn)長度Ld，再由式(7-4)計算實際中心距a。由于帶傳動的中心距一般是可以調(diào)整的，故可采用下式作近似計算:考慮帶傳動安裝調(diào)整和補償初拉力的需要，中心距的變動范圍為(a－0.015Ld)～(a＋0.03Ld)。(7-17)

(5)驗算小帶輪包角a1。對于開口傳動，小帶輪包角由式(7-1)計算，應(yīng)保證a1≥120°。

(6)確定帶的根數(shù)z。為使各根帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多(通常z＜10)，否則應(yīng)該重選帶型，重新計算。

(7)確定帶的初拉力F0?？紤]離心力的影響，單根普通V帶的合適初拉力可按下式計算：(7-18)(7-19)由于新帶容易松弛，所以對于自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的初拉力常為計算值的1.5倍。

(8)計算帶傳動作用在軸上的壓軸力Q。為了設(shè)計安裝帶輪的軸和軸承，必須確定帶傳動作用在軸上的壓軸力Q,如圖7-12所示,可近似按下式計算:(7-20)圖7-12帶傳動作用在軸上的力

例7-1設(shè)計某液體攪拌機的普通V帶傳動。選用普通電機，其額定功率P=2.2kW，轉(zhuǎn)速n1=1430r/min，從動軸轉(zhuǎn)速n2=340r/min，三班制工作，空載起動。

解：(1)確定計算功率Pca。查表7-8得KA=1.2，故

Pca=KAP=1.2×2.2=2.64kW(2)選擇帶型。根據(jù)Pca=2.64kW，n1=1430r/min，查圖7-11，選用A型V帶。

(3)確定帶輪基準(zhǔn)直徑D1和D2。由表7-4取主動輪基準(zhǔn)直徑D1=100mm,按式(7-16)驗算帶的速度為按式(7-12)計算從動輪基準(zhǔn)直徑為查表7-4，取D2=425mm。

(4)確定帶的基準(zhǔn)長度Ld和傳動的中心距a。根據(jù)0.7(D1+D2)≤a0≤2(D1+D2)，初選a0=500mm。根據(jù)式(7-3)計算所需帶的基準(zhǔn)長度為由表7-2選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1800mm。按式(7-17)計算實際中心距為

(5)驗算小帶輪包角α1。由式(7-1)得

(6)計算帶的根數(shù)z。查表7-5，P0=1.32kW；查表7-6，ΔP0=0.17kW；查表7-2，KL=1.01；查表7-7，Kα=0.89。由式(7-18)得取z=2根。

(7)計算初拉力F0。查表7-1，q=0.1kg/m。由式(7-19)得

(8)計算作用在軸上的壓軸力Q。由式(7-20)得

(9)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(略)。7.3同步帶傳動7.3.1同步帶傳動設(shè)計概述同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒的封閉環(huán)形膠帶和相應(yīng)的帶輪所組成的，如圖7-2(e)所示。工作時，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合，同步帶傳動是帶傳動與齒輪傳動相結(jié)合的一種新型嚙合傳動，因而具有齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動的各自優(yōu)點。傳動比準(zhǔn)確，工作平穩(wěn)，噪音小，可獲得恒定速比，且速比范圍大，傳動結(jié)構(gòu)緊湊，宜多軸傳動。同步帶以鋼絲繩為強力層，外面用橡膠或聚氨酯覆蓋，帶的工作面制成齒形，與齒形帶輪作嚙合傳動。由于鋼絲繩在承載后能保持齒形帶的周節(jié)不變，故帶與帶輪間無相對滑動，因此，主、從動輪作同步傳動。同步帶傳動的帶速高達(dá)40～80m/s。傳遞功率可達(dá)100kW，傳動比可達(dá)10～20，傳動效率達(dá)98％。同步帶的主要參數(shù)是齒的節(jié)距pb和模數(shù)m。由于強力層在傳動時長度不變，所以把它的中心線位置定為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長L作為齒形帶的公稱長度。齒形帶上相鄰兩齒對應(yīng)點沿節(jié)線度量的長度為節(jié)距pb，而模數(shù)為m=pb/π。國產(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))。同步帶有單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶，雙面帶又按齒排列的不同，分為DA型(對稱齒型如圖7-13(a)所示)和DB型(交錯齒型如圖7-13(b)所示)。標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒型尺寸如表7-9所示。圖7-13同步帶的類型表7-9標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒型尺寸7.3.2同步帶傳動設(shè)計計算

同步帶傳動的主要失效形式有承載繩疲勞拉斷、跳齒、帶齒的剪切和壓潰以及帶齒的過度磨損。因此同步帶傳動設(shè)計計算準(zhǔn)則是：帶有較高的抗拉強度，保證承載繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下，應(yīng)對帶齒進(jìn)行耐磨性計算。同步帶傳動的設(shè)計計算步驟和參數(shù)選擇為：

(1)確定計算功率Pca。

Pca的確定方法與普通V帶相同，即

Pca=KAP

式中：KA——工況系數(shù)，見表7-10。表7-10同步帶傳動的工況系數(shù)

(2)選擇同步帶型號、節(jié)距pb。根據(jù)計算功率Pca和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，查《機械設(shè)計手冊》同步帶設(shè)計同步帶選型圖。由圖選定帶的型號及模數(shù)m。

(3)確定帶輪齒數(shù)z1和z2。一般取小帶輪齒數(shù)z1＞zmin，zmin值查表7-11。當(dāng)帶速和安裝尺寸允許時，z1應(yīng)盡可能選得大些。大帶輪齒數(shù)z2=iz1，并取整數(shù)。表7-11小帶輪最小齒數(shù)

(4)帶輪節(jié)圓直徑d1和d2的計算。

(5)驗算帶速。式中：當(dāng)m=1.5~3mm時，vmax=40～50m/s；當(dāng)m=4~5mm時，vmax=35～40m/s；當(dāng)m=7~11mm時，vmax=25～30m/s。

(6)確定中心距a和帶長L。按結(jié)構(gòu)要求或按式0.7(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)初定中心距a0;由計算并按表7-12選取標(biāo)準(zhǔn)長度L。按選定的帶長L計算理論中心距a，中心距可調(diào)時表7-12同步帶的齒數(shù)、長度和寬度

(7)小帶輪嚙合齒數(shù)zn的計算。計算值取整數(shù)，一般要求zn≥znmin，通常m≤2mm時，znmin=4；m＞2mm時，znmin=6。zn過小，會引起齒側(cè)工作表面過快磨損。

(8)帶寬bs的計算。(7-21)(7-22)式中：Kz——嚙合齒數(shù)系數(shù),zn≥6時，Kz=1;zn=5時，Kz=0.77;zn=4時，Kz=0.6；

Ki——傳動比系數(shù)，其值可查表7-13；

[p]——單位寬度許用拉應(yīng)力(N/mm)，其值可查表7-14；

Fc——單位寬度離心拉力(N/mm)，F(xiàn)c=qv2，q值可查表7-14。按計算查表7-11取標(biāo)準(zhǔn)值，一般bs應(yīng)小于d1。

(9)壓軸力FQ。

(10)帶輪結(jié)構(gòu)尺寸(略)。表7-13傳動比系數(shù)Ki

表7-14聚氨酯同步帶(強力層為鋼絲繩)的質(zhì)量和許用拉力7.4鏈傳動的類型和特點7.4.1鏈傳動的特點和應(yīng)用鏈傳動是由裝在兩平行軸上的鏈輪和跨繞在兩鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成的，如圖7-14所示。鏈條作為中間撓性件，靠鏈節(jié)與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動具有帶傳動和嚙合傳動的一些特點，其優(yōu)點是：與摩擦型帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，效率較高；傳遞功率大，相同工況下的傳動尺寸較??；所需張緊力小，作用于軸上的壓軸力小；能在高溫、多塵、潮濕、有污染等惡劣環(huán)境中工作;與齒輪傳動相比，易于實現(xiàn)較大中心距的傳動或多軸傳動，結(jié)構(gòu)輕便；制造和安裝精度要求較低，成本低廉。圖7-14鏈傳動鏈傳動的主要缺點是：瞬時鏈速和傳動比不恒定，傳動平穩(wěn)性較差，有噪音，不宜用于載荷變化很大和急速反向的傳動中，只能用于平行軸間的傳動。鏈傳動廣泛應(yīng)用于中心距較大、多軸、要求平均傳動比準(zhǔn)確，環(huán)境惡劣，低速重載等場合。滾子鏈傳動的功率通常在100kW以下，鏈速在15m/s以下，傳動比i≤7，傳動中心距a≤6m。目前，鏈傳動最大的傳遞功率可達(dá)5000kW，鏈速可達(dá)40m/s，傳動比可達(dá)15，中心距可達(dá)8m。7.4.2鏈傳動的類型和結(jié)構(gòu)

鏈傳動的類型很多，按用途不同可分為傳動鏈、起重鏈和曳引鏈三種。傳動鏈用于一般機械中傳遞運動和動力，起重鏈和曳引鏈主要用于重型機械和運輸機械。按鏈條的結(jié)構(gòu)不同，傳動鏈主要有短節(jié)距精密滾子鏈(簡稱滾子鏈)和齒形鏈(又稱無聲鏈)兩種。其中，滾子鏈產(chǎn)量最多，應(yīng)用最廣。故本節(jié)只作滾子鏈的介紹。

1．滾子鏈鏈條

滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖7-15所示。它是由滾子1、套筒2、銷軸3、內(nèi)鏈板4和外鏈板5組成。滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別用過盈配合固聯(lián)。當(dāng)內(nèi)、外鏈板相對繞曲時，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。滾子是活套在套筒上的，當(dāng)鏈條進(jìn)入與鏈輪嚙合時，滾子沿鏈輪齒廓滾動，這樣就可以減輕齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上，因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留有少許間隙，以便潤滑油滲入銷軸與套筒的摩擦表面。鏈板通常制成8字形，使鏈板各截面抗拉強度大致相等，以減輕鏈的重量及運轉(zhuǎn)時的慣性。圖7-15滾子鏈的結(jié)構(gòu)當(dāng)傳遞大功率時，可采用多排鏈，多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于制造和裝配精度等影響，各排鏈容易受載不均，故排數(shù)不宜過多，一般不超過4排。常用雙排鏈，如圖7-16所示。滾子鏈相鄰兩銷軸中心的距離稱為鏈的節(jié)距，用p表示，它是鏈條的主要參數(shù)。節(jié)距越大，鏈條各組成元件的尺寸越大，鏈所能傳遞的功率也越大。滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化，分為A、B兩個系列，由專業(yè)廠家生產(chǎn)。常用的是A系列，表7-15列出了GB/T1243—1997規(guī)定的幾種規(guī)格滾子鏈的主要參數(shù)。圖7-16雙排鏈表7-15滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)鏈條的長度以鏈節(jié)數(shù)Lp來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是內(nèi)、外鏈板相接，接頭可用開口銷或彈簧卡片鎖緊，如圖7-17(a)、(b)所示；若鏈節(jié)數(shù)必須采用奇數(shù)時，則需要用過渡鏈節(jié),如圖7-17(c)所示，但其強度較差，會影響鏈的承載能力，應(yīng)盡量避免使用。滾子鏈的標(biāo)記為：鏈號－排數(shù)×整條鏈鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編號例如：08A—1×88GB/T1243—1997，表示A系列、節(jié)距為12.7mm、單排、88節(jié)的滾子鏈。圖7-17滾子鏈的接頭形式

2．滾子鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料

滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，其鏈輪的齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能平穩(wěn)順利地進(jìn)入和退出嚙合，嚙合時接觸良好，且便于加工。GB/T1243-1997只規(guī)定了滾子鏈鏈輪的最大和最小齒槽形狀及其極限參數(shù)，凡在兩個極限齒槽形狀之間的各種齒形均可采用。目前較流行的一種齒形是三圓弧一直線齒形，如圖7-18所示。當(dāng)選用這種齒形并用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)刀具加工時，鏈輪齒形在工作圖上不需畫出，只需注明鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸，并注明“齒形按GB/T1243-1997規(guī)定制造”即可。圖7-18三圓弧一直線齒槽形狀鏈輪軸面齒形有A型(如圖7-19(a)所示)和B型(如圖7-19(b)所示)兩種。圖7-19(c)所示為多排鏈鏈輪結(jié)構(gòu)，軸面齒形按GB/T1244-1985規(guī)定計算。鏈輪的基本參數(shù)為配用鏈條的節(jié)距p，滾子外徑d1，排距pt以及齒數(shù)z。鏈輪被鏈節(jié)距等分的圓稱為分度圓，直徑用D表示。鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖7-20所示。直徑較小時可制成實心結(jié)構(gòu)；大、中直徑的鏈輪，可制成孔板式結(jié)構(gòu)；除此之外，對于大直徑的鏈輪，為了提高輪齒的耐磨性，常將齒圈和輪體部分用不同材料制成，然后用焊接或螺栓聯(lián)接裝配在一起。圖7-19鏈輪的軸面齒形圖7-20鏈輪的結(jié)構(gòu)(a)實心結(jié)構(gòu)；(b)腹板式結(jié)構(gòu)；(c)焊接式結(jié)構(gòu)；(d)組合式結(jié)構(gòu)

在工作中，鏈輪輪齒的沖擊、磨損較大，故鏈輪材料應(yīng)能保證輪齒具有足夠的強度和耐磨性。齒面多須經(jīng)熱處理。由于小鏈輪的輪齒嚙合次數(shù)較大鏈輪多，磨損和沖擊也較嚴(yán)重，因此小鏈輪的材料應(yīng)優(yōu)于大鏈輪，齒面硬度也應(yīng)高于大鏈輪。鏈輪常用的材料有碳素鋼(20、35、45鋼)、鑄鐵(不低于HT200)和鑄鋼(ZG310-570)，重要場合采用合金鋼(20Cr、40Cr、35SiMn)等。7.5滾子鏈傳動的設(shè)計計算

7.5.1鏈傳動的主要失效形式

(1)鏈條元件的疲勞破壞。鏈在工作時，周而復(fù)始地由松邊到緊邊不斷運動，因而其各個元件都是在變應(yīng)力作用下工作的，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，鏈板將會出現(xiàn)疲勞斷裂；套筒、滾子表面將會出現(xiàn)疲勞點蝕。因此，鏈條的疲勞強度就成為決定鏈傳動承載能力的主要因素。

(2)鏈條鉸鏈的磨損。鏈條工作過程中，由于形成鉸鏈的銷軸和套筒之間承受較大的壓力，傳動時彼此又產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致鉸鏈磨損，使鏈條總長伸長，松邊垂度變大，動載荷增大，發(fā)生振動，引起跳齒、脫鏈等。

(3)鏈條鉸鏈的膠合。當(dāng)速度過高時，鏈節(jié)所受的沖擊、振動加大，加劇了銷軸與套筒間高比壓摩擦表面的發(fā)熱和潤滑狀態(tài)的急速惡化，使兩工作面在很高的溫度和壓力下直接接觸，從而導(dǎo)致膠合。因此，膠合在一定程度上限制了鏈傳動的極限轉(zhuǎn)速。

(4)鏈條靜力拉斷。當(dāng)鏈條的速度極低(v<0.6m/s)或瞬間載荷過大時，導(dǎo)致鏈條元件過載，并超過其靜強度極限時，鏈條會被拉斷。

(5)鏈輪輪齒的過度磨損或過大的塑性變形。7.5.2滾子鏈傳動的設(shè)計

滾子鏈傳動的設(shè)計計算與帶傳動相似，一般是根據(jù)所傳遞的功率、速度、工作情況、外廓尺寸限制等設(shè)計要求，選擇計算鏈條的節(jié)距、排數(shù)、鏈節(jié)數(shù)；確定鏈輪的齒數(shù)；確定傳動的中心距及潤滑方式等。

1．鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i

小鏈輪的齒數(shù)對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。齒數(shù)少可減小外廓尺寸，但齒數(shù)過少會出現(xiàn)以下問題：①傳動的不均性和動載荷增大；②鏈條進(jìn)入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大，鉸鏈磨損加?。虎坻渹鲃拥膱A周力加大，加速鏈條和鏈輪的磨損，同時增加了軸和軸承的載荷。由此可見，適當(dāng)增大z1對傳動是有利的。但z1過大，除傳動的外廓尺寸和重量增大外，還易因鉸鏈磨損節(jié)距伸長而發(fā)生跳齒、脫鏈現(xiàn)象。通常限制最大鏈輪齒數(shù)zmax≤120。為使z2不致過大，在選擇時可參考表7-16。表7-16小鏈輪齒數(shù)z1的選擇

由于鏈節(jié)數(shù)通常為偶數(shù)，鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)的奇數(shù)，并優(yōu)先選用下列數(shù)：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114等。通常推薦鏈傳動的傳動比i=2～3.5。當(dāng)載荷平穩(wěn)，鏈速v<2m/s時，i可達(dá)10。傳動比過大，由于小鏈輪上包角過小，嚙合齒數(shù)減少，因而易出現(xiàn)跳齒或加速輪齒的磨損，故可采用二級或二級以上的傳動。

2．確定計算功率Pca

計算功率是根據(jù)傳遞功率P，并考慮工作機和原動機的種類而確定的。即

Pca=KAP

式中：KA——工作情況系數(shù)，其值見表7-17。表7-17工作情況系數(shù)KA

3．鏈的節(jié)距p和排數(shù)

鏈節(jié)距p的大小反映了鏈和鏈輪輪齒各部分尺寸的大小。在一定條件下，鏈的節(jié)距越大，承載能力就越高，但傳動的不均勻性增大，振動、沖擊、噪音也越嚴(yán)重。因此，設(shè)計時，應(yīng)在滿足承載能力要求的條件下，盡量選取較小節(jié)距的單排鏈。鏈傳動的各種失效形式都在一定條件下限制了鏈的承載能力，圖7-21所示為A系列單列滾子鏈的額定功率曲線，它是在特定實驗條件下得出的，即①兩鏈輪共面且兩軸水平布置；②小鏈輪齒數(shù)z1=19；③鏈條長度Lp=100節(jié)；④載荷平穩(wěn)；⑤采用推薦的潤滑方式(見圖7-22)；⑥工作壽命為15000小時；⑦鏈條因磨損而引起的相對伸長量不超過3%。當(dāng)實際工作條件與上述特定實驗條件不符時，應(yīng)加以修正。(7-23)式中：P0——實驗條件下，單排鏈所能傳遞的功率(如圖7-21所示)；

Kz——小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，其值可查表7-18；

KL——鏈長系數(shù)，其值可查表7-18；

Kp——多排鏈系數(shù)，其值可查表7-19。允許采用的鏈條節(jié)距可根據(jù)功率P0和小鏈輪轉(zhuǎn)速n1由圖7-21并結(jié)合表7-15選取。表7-18小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz和鏈長系數(shù)KL

表7-19多排鏈系數(shù)Kp

圖7-21A系列單列滾子鏈的額定功率曲線圖7-22推薦的潤滑方式

4．鏈傳動的中心距a和鏈節(jié)數(shù)Lp

鏈傳動的中心距過小，單位時間內(nèi)鏈條應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加，會加速鏈條的磨損和疲勞。另外，小鏈輪包角變小，輪齒所受載荷增大，加速鏈輪輪齒的磨損，也易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象；中心距過大，會引起松邊垂度過大，傳動時造成松邊顫動。因此，設(shè)計時，若中心距不受其他條件限制，一般初選a0=(30～50)p，最大取a0max=80p。鏈傳動的中心距一般應(yīng)設(shè)計成可調(diào)節(jié)的，否則應(yīng)設(shè)張緊裝置。鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)Lp來表示。與帶傳動相似，鏈節(jié)數(shù)Lp與中心距a0之間的關(guān)系為(7-24)計算出的Lp應(yīng)圓整為整數(shù)，最好取偶數(shù)。然后根據(jù)圓整后的鏈節(jié)數(shù)計算理論中心距，即

為了保證鏈條松邊有一合適的安裝垂度(0.01～0.02)a，實際中心距a′應(yīng)較理論中心距a小一些，即

a′=a－Δa

Δa=(0.002～0.004)a，對中心距可調(diào)整的鏈傳動，Δa可取大值；對中心距不可調(diào)整和未設(shè)張緊裝置的鏈傳動，則應(yīng)取較小值。(7-25)

5．鏈傳動作用在軸上的力FQ(簡稱壓軸力)

鏈傳動是嚙合傳動，不需很大的張緊力，故壓軸力較小，一般可近似取為

FQ=KQFe

式中：Fe——鏈傳動的有效圓周力,Fe=1000P/v；

KQ——壓軸力系數(shù)，對于水平傳動,KQ=1.15，對于垂直傳動,KQ=1.05。7.5.3低速鏈傳動的靜強度計算對于v<0.6m/s的低速鏈傳動，主要的失效形式是鏈條因靜強度不足而被拉斷，應(yīng)進(jìn)行靜強