机械传动教学课件PPT.ppt

第七章,机械传动,1 概述,1）传递运动和动力 2）改变运动方式 3）调节运动速度和方向,一、机械的组成,动力部分、传动部分、执行部分、控制部分,二、机械传动的作用,三、机械传动主要参数,1、转速和圆周速度,2、传动比,3、功率和效率,4、转矩,示例7-1,带传动一般是由主动轮、从动轮紧套在两轮上的传动带及机架组成。,原动机转动,带的传动过程：,主动轮转动,驱动主动轮,从动轮转动,带与轮摩擦,2 带传动,一、带传动的类型,从传动方式来看，主要可以分为两种： 1）摩擦型带传动；2）啮合型带传动。,最简单，截面形状为矩形，工作面是与轮面接触的内表面。适合于高速转动或中心距a较大的情况。,1. 平型带传动 ,2. v带传动 ,截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽相接触两侧面为工作面，摩擦力较大, 结构紧凑，应用较广泛。,按带横截面形状，摩擦型带传动可分：,截面形状为圆形，牵引力小，常用于仪器和家用电器中。,3. 多楔带传动,4. 圆形带,相当于平带与多根v带的组合兼有两者的优点，适于传递功率较大要求结构紧凑场合。,带传动主要性能：,带的速度v：,一般为v=525ms ；,单级传动比：平型带45，v（三角）带710，同步齿型带10 ；,带传动多用于中小功率电动机与机械之间的动力传递。目前v带传动应用最广，平带传动应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动仍然很有效。,传动比i：,效率 ：,传动效率0.940.97,二、带传动工作情况分析,1、带传动参数,当带处于张紧状态时，两带轮轴线间距离称为中心距a。,中心距a：,带与带轮接触弧所对的中心角称为包角。,包角:,设小、大带轮的直径为d1、d2，带长为l。,则包角,代入,带长l：,l2ab+bc+ad,已知带长l，由上式可得中心距：,2、带传动的受力分析,安装时，带必须以一定初拉力张紧在带轮上。,带工作前,带工作时,此时，带只受初拉力f0作用,松边退出主动轮的一边,紧边进入主动轮的一边,因摩擦力作用：,紧边拉力由f0 增加到f1；,松边拉力由f0 减小到f2 。,ff 带轮作用于带的摩擦力,f = ff = f1 f2,f 为有效拉力，即圆周力,带是弹性体，工作后可认为其总长度不变：,紧边拉伸增量松边拉伸减量,即紧边拉力增量松边拉力减量f,f1 f0 f,f2 f0 f,f0 (f1 f 2) / 2,f1 f0 f/2,f2 f0 f/2,由f = f1 f2，得：,f 为摩擦系数，为带轮包角。,欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值。,p 增大，所需f（即ff ）加大，但ff 不能无限增大。,当ff 达到极限值时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，f1 达到最大，而f2 达到最小。,p f v /1000 kw,v 为带速,传递功率：,初拉力f0 ：,增大f0有利于提高带的传动能力，避免打滑。但f0 过大将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。,包角 ：,带所能传递圆周力增加，传, ,f,动能力增强，故应限制小带轮最小包角 1。,摩擦系数 f ：,f,f,传动能力增加，,对于v带，应采用当量摩擦系数 fv。,影响最大有效圆周拉力的因素:,1）拉力f1、f2 产生的拉应力1 、2,2）由离心力产生的拉应力；,3）由弯曲产生的弯曲应力。,紧边拉应力：,1 f 1/a mpa,松边拉应力：,2 f2 /a mpa,1）由紧边和松边拉力产生的拉应力；,工作时，带横截面上的应力由三部分组成：,a带的横截面积，,3、带的应力分析,2 、离心力产生的拉应力c,带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。,dfnc,设作用在微单元弧段dl 的离心力dfnc,其两端拉力fc 为离心力引起的拉力。,由水平方向力的平衡条件可知：,取：,虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，但其产生的拉应力却作用于带的全长，且各剖面处处相等。,即：,则离心拉力fc 产生的拉应力为：,注意：,带绕过带轮时发生弯曲，由材料力学公式得带的弯曲应力：,显然：,故：,b 1 b 2,与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上。,dd,3、带弯曲而产生的弯曲应力b,y,带横截面的应力为三部分应力之和。,最大应力发生在: 紧边开始进入小带轮处。,带受变应力作用，当应力循环到一定次数时，将使带产生疲劳破坏。,打滑,由于过载引起的全面滑动，是带传动的一种失效形式，应当避免。,弹性滑动,正常工作时的微量滑动现象，由拉力差（带紧边与松边拉力不等）引起的，不可避免。,4、 带传动的运动分析,两种滑动现象：,设带材料符合变形与应力成正比规律，则变形量为：,紧边：,松边：, f1 f2, 1 2,带绕过主动轮，逐渐缩短并沿轮面滑动，带速落后于轮速。,带绕过从动轮，逐渐被拉长并沿轮面滑动，带速超前轮速。,这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。,此时，两轮的圆周速度分别为：,滑动率：,带弹性滑动引起从动轮圆周速度降低率。,传动比i：,从动轮的直径d2：,反映了弹性滑动的大小，随载荷的改变而改变。载荷越大，越大，传动比的变化越大。,对于v带：0.010.02，一般计算时可忽略不计,弹性滑动引起的不良后果：,产生摩擦功率损失，降低了传动效率；,引起带的磨损，并使带温度升高 ；,使从动轮的圆周速度低于主动轮，即v2v1；,弹性滑动与打滑的区别,一平皮带传动，传递的功率p=15kw，带速v=15m/s，带在小轮上的包角1=170o(2.97rad)，带的厚度=4.8mm，宽度b=100mm，带的密度=110-3kg/cm3，带与轮面间的摩擦系数f=0.3。 求（1）传递的圆周力； （2）紧边、松边拉力； （3）所需的预拉力； （4）作用在轴上的压力。,例题1,（1）传递的圆周力,（2）紧边、松边拉力,（3）所需的预拉力,（4）作用在轴上的压力,仅考虑在预紧力作用下的压力作用,三、普通v带传动的结构、安装与维护,1、普通v带与带轮的结构,帘芯结构,绳芯结构,1）包布层：由胶帆布制成， 起保护作用；,2）顶胶：由橡胶制成，当带弯曲时承担拉伸；,3）底胶：由橡胶制成，当带弯曲时承受压缩；,4）抗拉层：由几层挂胶帘布或浸胶的棉线（或尼龙） 绳构成，承受基本拉伸载荷。,2、带的型号,普通v带：楔角为40o，相对高度（h/bd）为0.7的三角带。,普通v带已标准化，根据截面尺寸大小，可以分成七种型号，分别是y e。,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。带的节面宽度成为节宽（bp）；带弯曲时，节宽保持不变。,3、带的基本参数,铸铁：25m/s时，ht150； =2530m/s时，ht200； 更高时：铸钢钢板冲压件、铸铝或塑料,4、带轮材料,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。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。,5、带轮结构,v带轮按腹板（轮辐）结构不同,可分为：,（1）实心带轮,直径较小时采用,（2）腹板带轮,中等直径时采用,（3）轮辐带轮,直径较大时采用,6、带传动的安装与选用,1）两轮中心线平行，其 端面与轴中心线垂直。,2）主、从动轮 的轮 槽须在同一平面内。,3）带轮安装在 轴上后 不得晃动。,（1）v带带轮的安装,（2）v带的选用和安装,1）选用v带时，型号 和长度不能搞错， 必须型号相适应。,2）v带在安装时必须有 合适的的张紧力，规定 的张紧力如右图所示。,带必须在预张紧后才能正常工作；,运转一定时间后带会松弛，为了保证带传动能 力，必须重新张紧，才能正常工作。,1）定期张紧装置,7、带传动的张紧,常见的张紧装置有以下几种类型：,3）张紧轮装置,2）自动张紧装置,（1）安装皮带时，应通过调整中心距使皮带张紧，严禁强行撬入和撬出，以免损伤皮带。 （2）带禁止与矿物油、酸、碱等介质接触，以免腐蚀带，也不能曝晒。 （3）不同厂家v带和新旧不同v带，不能同组使用, 以免载荷分布不匀，反而加速新带的损坏。 （4）为保证安全生产，须安装防护罩。 （5）定期对带进行张紧。,8、带传动的维护,3 链传动,1）组成：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。,一、链传动的组成和特点,2）工作原理：,以链条作中间挠性元件，靠链与链轮的啮合来传递动力和运动。,3）链传动的主要性能,闭式0.950.98；开式0.900.93；,传动功率：,传动效率：,单级传动比：,通常i 8,通常p100kw；,传动速度：,通常v15m/s；,中心距：,amax 56mm,适于两轴相距较远，如农业机械、建筑机械、石油、采矿等。中低速传动：传动比8，p100kw，v12-15m/s，无声链最大线速度可达40m/s（不适于冲击与急促反向等情况）。,4）应用,套筒滚子链,二、链条与链轮,组成：1内链板 2外链板 3销轴 4套筒 5滚子,1）链条：一系列常为金属的链环或环形物，其链节一般分内链节和外链节。,传动链的结构特点1,滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。 内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈连接；,滚子链有单排链、双排链、多排链。多排链的承载能力与排数成正比，但由于精度的影响，各排的载荷不易均匀，故排数不宜过多一般不超过4排。,链条的接头处固定形式有：,用开口销固定，多用于大节距链,弹簧卡片固定，多用于小节距链,链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。,链轮的结构和材料1,基本参数：节距 p、滚子外径 d1、排距 pt、齿数z。,链轮主要尺寸见下图，毂孔直径应小于其最大许用直径dkmax。,2）链轮,端面齿形满足“三圆弧一直线”。,1）已知节距和齿数，便可算,3）链轮材料为碳素钢和灰铸铁。 重要链轮可采用合金钢。,出链轮分度圆、齿顶圆及齿根圆直径。,2）齿轮分度圆即链轮上链的 各滚子中心所在的圆。,链轮的结构和材料2, 小直径的链轮可制成整体式； 中等尺寸的链轮可制成孔板式； 大直径的链轮可制成装配式。,整体式链轮,孔板式链轮,装配式链轮,链轮的结构：,三、链传动的运动特性,假定：主动边总处于水平位置，链轮抽象成正多边形，边长为节距p 。,链的平均速度为：,链传动的平均传动比为：,链条铰链a点前进分速度,上下运动分速度,可见链传动中，链条前进速度、上下抖动速度及瞬时传动比都是周期性变化的。链轮节距越大、齿数越少，链速变化就越大。,链传动不均匀性特征，是由于链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。,链传动瞬时传动比：,安装链传动时，不需要很大的张紧力。,链传动的齿数不宜过小（17），以确保传动平稳。,链的节距越大，承载能力越高。,链节啮上链轮轮齿瞬间，作直线运动链节铰链和以角速度作圆周运动的链轮轮齿，以一定相对速度突然相互啮合，从而使链条和链轮受到冲击，并产生附加动载荷。,1、链板、销轴的疲劳破坏,2、链节磨损后伸长,3、滚子、套筒的冲击疲劳破坏,4、销轴与套筒的胶合,5、轮齿过度磨损,6、过载拉断,四、链传动的失效形式,五、链传动的布置、张紧和润滑,1）链传动布置,2）链传动的张紧,3）链传动润滑,（a）,（b）,（c）,（d）,（e）,齿轮传动是近代机器中用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。在金属切削机床、工程技术、冶金机械，以及人们常见的汽车、机械式钟表中都有齿轮传动。,减速机,钟表,4 齿轮传动,交错轴齿轮传动,1、按传动轴相对位置,平行轴齿轮传动,相交轴齿轮传动,一、齿轮传动主要类型,平行轴,相交轴,交错轴,3、按齿面硬度分类,闭式润滑、密封良好，汽车、机床及航空 发动机等的齿轮传动中,2、按工作条件分类,开式适于低速及不重要的场合,半开式农业机械、建筑机械及简单机械设备 （只有简单防护罩）,软齿面齿轮,硬齿面齿轮,齿面硬度350 hbs，制造简单、成本低，多用一般传动。,齿面硬度350 hbs，制造复杂，使用于高速、重载等场合。,传动准确平衡,传动比：,由齿轮轮廓曲线和制造精度决定。,承载能力高,要求传递较大的动力，且使用寿命长，由齿轮尺寸、材料和工艺决定。,齿轮传基本动要求：,瞬时传动比恒定不变，避免冲击、振动和噪声,二、渐开线的形成及性质,1、渐开线的形成,一条直线在圆周上作纯滚动时，该直线上任意一点的轨迹称该圆的渐开线。,轮齿上左右两侧齿廓即从同一基圆上展开的两条对称的渐开线。,（1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。 （2）渐开线上任意一点的法线必然与基圆相切。当发生线在基圆上作纯滚动时，b点为渐开线上k点的曲率中心，bk为其曲率半径和k点的法线。,2、渐开线的性质,v k,（3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度 方向所夹锐角称为该点的压力角。齿廓上 各点压力角是变化的。,（4）渐开线形状取决于基圆大小。基圆相同，渐开线形状相同。基圆越大，渐开线愈平直，否则相反。 （5）基圆内无渐开线。,两齿廓在公法线n-n方向不发生分离或嵌入，接触点k的线速度在公法线上投影应相等。,三、齿轮啮合基本定律,即,要使传动比为定值，点c应为连心线上定点，称为节点。,o1、o2为圆心，过节点c所作的两个相切的圆称为节圆。,节点c 即齿轮在点k接触时相对速度瞬心。,齿廓啮合基本定律：相互啮合传动的一对齿廓，在任意瞬时传动比，必等于该瞬时两轮连心线被齿廓接触点公法线所分割两线段长度的反比。,c为节点，半径分别为,一对齿轮传动，可视为上述两节圆作纯滚动的摩擦轮传动。,四、渐开线齿廓啮合特性,（2）三线合一： 啮合线、过啮合点的公法线、基圆公切线三线合一。,（1）传动比恒定： 渐开线齿廓能保证恒定的传动比。,（3）中心距可分性,表明渐开线齿轮传动比等于两轮基圆半径的反比，为一常数。安装时若中心距略有变化不会改变传动比大小，此特性称为中心距可分性。,（4）啮合角不变,啮合线与两节圆公切线所夹的锐角称为啮合角，用表示 。 显然，齿轮传动啮合角不变，正压力的方向也不变。因此，传动过程比较平稳。,齿数z，齿槽 1、齿顶圆da 2、齿根圆df 3、在任意圆周上 齿槽宽ek 齿厚sk 齿距pk=ek+sk,五、直齿圆柱齿轮基本参数和几何尺寸,分度圆就是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。,标准齿轮的基本参数,决定齿轮尺寸和齿形基本参数有5个：齿轮的模数 m、压力角a、齿数z、齿顶高系数ha*及顶隙系数c*。以上参数，除齿数z 外均已标准化。,1、模数m,规定分度圆上周节p对p 的比值等于整数或简单的有理数，这个比值称为模数。,任一直径dk 圆周上：,则d=,p,z,模数单位为mm，是确定齿轮尺寸大小重要参数。,= m z,不同模数齿轮大小的比较,2、压力角,分度圆上的压力角简称为压力角，是决定齿形的重要参数。,gb1356-88规定标准压力角：=20 某些场合：=14.5、15、22.5、25。,对于标准中心距安装，因节圆与分度圆重合，故啮合角也等于分度圆压力角。,一对互相啮合齿轮，模数和压力角必须都相等。,表明齿轮的大小和渐开线齿轮形状都与齿数有关。,3、齿数z,4、齿顶高系数 ha* 和顶隙系数c*,正常齿： ha*1 短齿制： ha*0.8,正常齿： c*0.25 短齿制： c*0.3,齿顶高：ha=ha*m,齿根高：hf=(ha* +c*)m,齿轮各部分尺寸的计算公式：,齿顶高：ha=ha*m,齿根高：hf=(ha* +c*)m,分度圆直径： d=mz,全齿高：h= ha+hf,齿顶圆直径： da=d+2ha,齿根圆直径： df=d-2hf,=(2ha* +c*)m,=(z+2ha*)m,=(z-2ha*-2c*)m,六、渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动,1）啮合过程,a：从动轮齿顶点与主动轮齿根处某点接触，在啮合线上为从动轮齿顶圆与啮合线n1n2交点a。,e：主动轮齿顶点与从动轮齿根处某点接触，在啮合线上为主动轮齿顶圆与啮合线n1n2交点e。,3）连续传动条件,齿轮传动不中断，在轮齿交替工作时，须保证前一对轮齿尚未脱离啮合，后一对轮齿就进入啮合。前一对轮齿齿廓到达啮合终点b1且尚未脱离啮合，后一对轮齿至少必须开始在b2点啮合，此时线段b1b2恰好等于pb 。连续传动条件：b1b2 pb，也可表示：e 1。,重合度：两轮齿的实际啮合线与齿轮的基节的比值。,3）连续传动条件,齿轮传动不中断，在轮齿交替工作时，须保证前一对轮齿尚未脱离啮合，后一对轮齿就进入啮合。前一对轮齿齿廓到达啮合终点b1且尚未脱离啮合，后一对轮齿至少必须开始在b2点啮合，此时线段b1b2恰好等于pb 。连续传动条件：b1b2 pb，也可表示：e 1。,重合度：两轮齿的实际啮合线与齿轮的基节的比值。,重合度的意义,重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。,在一般机械制造中常使e1.11.4。对于标准齿轮传动，一