第十三章-带传动和链传动PPT课件.ppt

带传动和链传动都是通过中间挠性件 带或链 传递运动和动力的 适用于两轴中心距较大的场合 带传动与齿轮传动相比 具有结构简单 成本低廉等优点 因此 带传动和链传动也是常用的传动 第十三章带传动和链传动 1 第十三章带传动和链传动 2 第十三章带传动和链传动 3 13 1带传动的类型和应用 一 带传动的组成和传动原理带传动的组成 主动轮1 从动轮2和环形带3 运动特点 安装时带被张紧在带轮上 带受初拉力 带与带轮接触面产生压力 当主动轮回转时 靠带与带轮接触面间的摩擦力拖动从动轮一起回转 从而传递一定的运动和动力 4 二 带传动的类型 5 开口传动 用于传递平行且回转方向相同的两轴间的运动和动力的传动方式 三 带传动的主要参数小轮 大轮直径d1 d2 带长L 中心距a 包角 包角 带轮接触弧所对中心角 2 主较小 用 sin d2 d1 2a代入 故 或 6 带长L以和代入得 中心距a 带的张紧力为规定值时 两带轮轴线间的距离 d2 d2 2a 7 三 带传动的张紧带传动在安装时和工作一段时间后必须把带张紧 带传动常用的张紧方法是 调节中心距 当传动水平或接近水平布置时 常用调节螺钉使装有带轮的电机沿滑轨移动 图a 当传动垂直或接近垂直布置时 用螺杆及调节螺母使电机绕小轴2摆动 采用具有张紧轮的装置 用于中心距不能调节时 它靠悬重将张紧轮2压在带上 以保持带的张紧 图c 8 四 带传动的优缺点和应用1 优点适用于中心距较大的传动 带具有良好的挠性 可缓和冲击 吸收振动 过载时带与带轮间的打滑能保护其他零件 结构简单 成本低廉 2 缺点传动的外廓尺寸较大需张紧装置带的寿命较短传动效率较低传动比不固定 由于带的滑动 3 应用带传动常用于中小功率电机与工作机间的动力传递一般带速v 5 25m s 传动比i 7 传动效率 0 9 0 95 9 13 2带传动的受力分析 静止时 F1 F2 F0 因为 有用于张紧的初拉力F0 传动时 F1 F2 由于带与轮面间摩擦力的作用 紧边 绕进主动轮的一边 拉力 由F0F1松边 绕出主动轮的一边 拉力 由F0F2设环形带的总长不变 则紧边拉力的增加应等于松边拉力的减少量 即 F1 F0 F0 F2F0 F1 F1 2带传动的有效拉力 带传递的圆周力 两边拉力之差 F F1 F2带传递的功率 p Fv 1000 kw 10 打滑 若带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时 带与带轮发生显著相对滑动的现象 经常打滑将使带磨损加剧 效率降低 以致传动失效 分析平带传动时带在即将打滑时F1与F2的关系 取微弧段dl 包角d 两端拉力为F和F dF 正压力dFN 带与轮面间的极限摩擦力为fdFN 不考虑带的离心力 则 dfN Fsin d 2 F dF sin d 2 fdfN F dF cos d 2 Fcos d 2 将sin d 2 d 2 cos d 2 1代入 并略去dF d 2 得 dF F fd 故 即 ln F1 F2 f 11 故紧边和松边的拉力比为 F1 F2 ef 13 7 联解F F1 F2得 13 8 讨论 或f 都可提高带传动所能传递的圆周力 v带传动即将打滑时F1与F2关系与平带传动的F0相等时 它们的法向力FN则不同 平带极限摩擦力 Nf Qfv带极限摩接力 Nf Qf sin 2 Qf f f 故在相同条件下 v带能传递较大的功率 或者说 在构同功率下 v带传动的结构紧凑 12 13 3带的应力分析 带的应力 传动时 带中应力由以下三部分组成由于拉力产生的拉应力紧边拉应力 1 F1 AMPa松边拉应 2 F2 AMPa由于离心力产生的拉应力当带统过带轮时 在微弧段dl上产生的离心力dFNc rd qv2 r qv2d N离心力在该微弧段两边引起拉力Fc2Fcsin d 2 dFNc qv2d 则 Fc qv2故离心应力 A 带的横截向积 mm2 13 弯曲应力 带绕过带轮时因弯曲而产生 V带中的弯曲应力 b 2yE dMPa式中 y 带中性层到最外层垂直距离mmE 带的弹性模量MPad v带轮的基准直径mm图示带的应力 各截面应力的大小用自该处引出的径向线 或垂直线 的长短来表示 由图可知 带工作过程中经受变应力 最大应力发生在紧边与小轮的接触处 14 带的应力循环总次数根据疲劳曲线方程得 maxmN C式中 m C 与带的种类和材质有关N 应力循环总次数 设带速为v m s 带长为L m 每秒内带绕行整周的次数 绕转频率 为v L 带的寿命为T h 则应力循环总次数为 N 3600kTv L式中 k为带轮数 一般k 2 即带每绕转一整周完成两个应力循环 P199例13 1 15 13 4带传动的弹性滑动和传动比 一 带的弹性滑动设带的材料符合变形与应力成正比的规律 则 紧边的单位伸长量 1 F1 AE松边的单位伸长量 2 F2 AE因此 带绕过两轮时将沿轮面滑动 带绕过主动轮1时 逐渐缩短 v带v2 弹性滑动由于材料的弹性变形而产生的滑动 由F1 F2 得 1 2 16 弹性滑动与打滑比较打滑是指由过载引起的全面滑动 是一种失效形式 应当避免 弹性滑动由拉力差引起 是不可避免的 二 传动参数圆周速度 v1 d1n1 60 100 m sv2 d2n2 60 100 m s滑动率 由于弹性滑动引起从动轮圆周速度的降低率 v1 v2 v1 d1n1 d2n2 d1n1 1 d2n2 d1n1 1 d2 d1i 带的传动比 由上式求得 i n1 n2 d2 d1 1 从动轮转速可表示为 n2 n1d1 1 d2V带传动的滑动率 0 01 0 03 在一般计算中可不考虑 d1 d2 主 从动轮直径n1 n2 主 从动轮转速 17 13 5普通V带传动的计算 V带分为普通v带 窄v带 宽v带 大楔角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 18 节线 带受纵向弯曲时 带长保持不变的一条周线 节面 由全部节线构成的面 节宽 bd 带的节面宽度 带受纵向弯曲时宽度不变 普通V带 楔角 为40 相对高度 h bd 约为0 7的v带 普通v带已标准化 按截面尺寸分为Y Z A B C D E七种型号 P201表13 1 19 基准直径d V带轮上与所配用V带的节面宽度bd相对应的带轮直径 P209表13 8附图 基准长度Ld v带在规定的张紧力下 位于带轮基准直径上的周线长度 v带的公称长度 内周长 窄v带 楔角 为40 相对高度 h bd 约为0 9的v带 窄v带用合成纤维绳作抗拉体 与普通v带相比 当高度相同时 其宽度约缩小1 3 承载能力提高到1 5 2 5倍 适用于传递动力大且传动紧凑的场合 20 21 在载荷平稳 Ld为特定长度 抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下 单根普通V带传递的功率见P203表13 3 当实际工作条件与约定条件不同时 应修正P0值 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 k 包角修正系数 P204表13 5 kL 长度系数 P202表13 2 P0 功率增量 P204表13 4 22 三 带传动设计设计带传动的原始数据一般是 传动用途 载荷性质 传递的功率 带轮的转速以及对传动外廓尺寸的要求等 普通V带传动设计计算的主要任务是 选择合理的传动参数 确定V带的型号 长度和根数 确定带轮的材料 结构和尺寸 23 1 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 则计算功率为 Pc kAP根据Pc和n1 按图13 15选带型 若临近两种型号交界线时 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 z应取整数 v带根数不宜太多 使每根v带受力均匀 通常z 10 24 2 主要参数的选择带轮直径和带速确定d1 按带型和P206表13 7的带轮最小直径dmin确定d1 应使d1 dmin 若d1过小 则带的弯曲应力将过大而导致带的寿命降低 d1过大 传动的外廓尺寸增大 确定d2 由下式求得d2d2 d1 1 带速v 一般 v应在5 25m s的范围内 25 中心距 带长和包角先初步确定中心距a0 按下式选定 0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 按式 13 2 初定的V带基准长废L0 2a0 d1 d2 2 d2 d1 2 4a0 根据L0 由P202表l3 2选接近的基准长度Ld 再按下式近似计算所需中心距 a a0 Ld L0 2为了调整和张紧V带 可使a留在下列范围变动 a 0 015Ld a 0 03Ld 26 小轮包角一般应使 1 120 不满足条件时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 P207例13 2 27 12 6V带轮的结构 带轮材料 常用铸铁 有时也用钢或非金属材料 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 28 带轮结构 直径较小时可采用实心式 中等直径带轮可采用腹板式 因13 16b 直径大于350mm时可采用轮辐式 29 普通v带两侧面的夹角均为40 但在带轮上弯曲时 由于截面变形特使其夹角变小 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 轮辐式 30 13 8链传动的特点和应用 一 链传动的特点链传动靠链条 中间挠性件 和链轮轮齿的啮合来传递动力 链传动的优点 与带传动相比 链传动无弹性滑动和打滑 能保持准确的平均传动比 需要的张紧力小 作用在轴上的压力小 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 31 链传动的主要缺点是 瞬时链速和瞬时传功比不是常数 因此传动平稳性较差 工作中有一定的冲击和噪声 二 链传动的应用链传动广泛应用于矿山机械 农业机械 石油机械 机床及摩托车中 通常 链传动的传动比i 8 中心距a 5 6m 传动功率P 100kw 圆周速度v 15m s 传动效率约为0 95 0 98 32 13 9链条和链轮 一 链条作用 传递动力 类型 按结构不同 可分为滚子链和齿形链两种 滚子链的组成 当链条啮入啮出时 内外链节作相对转动 同时滚子沿链轮轮齿滚动 以减少链条与轮齿的磨损 内外链板均制成 8 字 以减轻重量并保持链板各横截面等强度 33 链条的材料 用碳素钢 合金钢 并经热处理 以提高其强度和耐磨性 节距p 滚子链上相邻两滚子中心距 它是链条的主要参数 p越大 链条尺寸越大 能传递的功率也越大 滚子链可制成单排链和多排链 如 双排链或三排链 pt为排距 滚子链已标准化 分为A B两种系列 常用的是A系列 P212表l3 9 34 链条长度 以链节数表示 链节数选择 最好取偶数 以便可用开口销或弹簧夹锁紧联接 若链节数为奇数时 则需采用过渡链节 此时链条受拉时 过渡链节将要承受附加的弯曲载荷 通常应避免采用 35 齿形链 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 特点和应用 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 所以应用没有滚子链广泛 齿形链多用于高速或运动精度要求较高的传动 36 二 链轮链轮齿形已标准化 国标中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此范围内并要保证链节能平稳进入和退出啮合 且便于加工 符合上述要求的端向齿形曲线有多种 最常用的是 三圆弧一直线 齿形 37 三圆弧一直线 齿形 由三圆弧 aa ab cd 一直线 bc 组成 链轮轴面齿形两侧呈圆弧状 以使于链节进入和退出啮合 链轮主要尺寸的计算 分度圆直径d 链轮上被链条节距等分的圆 齿顶圆直径da da p 0 54 ctg 180 z 齿根圆直径df df d d1 d1 滚子直径 38 齿形的加工 用标准刀具加工时 不必绘制齿轮端面齿形 采用标准值 但须绘出链轮轴面齿形 链轮材料 材料应有足够的接触强度和耐磨性 故断面多经热处理 小链轮啮合次数比大链轮多 所受冲击大 故所用材料一般优于大链轮 常用的链轮材料有碳素钢 如Q235 Q275 45 ZG310 570等 灰铸铁 如HT200 等 重要链轮可采用合金钢 39 链轮的结构 小直径链轮可制成实心式 中等直径链轮可制成腹板式 大直径链轮可设计成组合式 若轮齿因磨损而失效 可更换齿圈 链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮 40 13 10链传动的运动分析和受力分析 一 链传动的运动分析链传动相当于一对多边形轮间的传动 设z1 z2为两链轮的齿数 p为节距 mm n1 n2为两链轮的转速 r min 则链条线速度 链速 为 v和i都是平均值 由于多边形效应 瞬时链速和瞬时传动比都是变化的 41 链轮和链条的速度分析当主动轮以角速度 1回转时 链轮分度圆上的圆周速度和分度圆上链条铰链的速度都为d1 1 2 将链条铰链的速度分解为 链条的线速度 沿链节中心线方向 垂直于链节中心线方向的分速度 啮合时链节铰链在主动轮上的相位角 的范围 180 z1 180 z1 瞬时链速和瞬时传动比都作周期性变化 链条线速度的变化可用链速不均匀系数 来表示 vm 平均链速 不同z1时 的值见P215图13 28 z1 42 二 链传动的受力分析安装链传动时 只需不大的张紧力 主要是使链的松边垂度不致过大 否则会产生显著振动 跳齿和脱链 若不考虑传动中的动载荷 则作用在链上的力有 圆周力 即有效拉力F 离心拉力 Fc qv2N悬垂拉力 Fy kyqgaN紧边拉力 F1 F Fc Fy松边拉力 F2 Fc Fy链作用在轴上的压力近似取为 FQ 1 2 1 3 F 有冲击和振动时取大值 a 中心距 q 链的每米质量 ky 下垂量y 0 02a时的垂度系数 ky与 有关 ky P216例13 3 43 13 11链传动的主要参数及其选择 一 链轮齿数z1 齿数不宜过少 为使链传动平稳 对于滚子链 按链速由P216表13 10选取 z2 z2 iz1 齿数不宜过多 因为 当链条的铰链发生磨损后 链条节距p将变长 链轮节圆将向齿顶移动 易发生跳齿和脱链 一般应使z2 120 p一定时 齿数越多 节圆外移量 d越大 越易发生跳齿和脱链现象 因此 大链轮齿数不宜过多 44 二 链的节距链的节距越大 其承载能力越高 但节距越大 链轮转速越高 冲击也越大 因此 设计时应尽可能选用小节距的链 高速重载时可选用小节距多排链 三 中心距和链的节数 若链传动中心距过小 则小链轮上的包角也小 同时啮合的链轮齿数也减少 若中心距过大 则易使链条抖动 一般可取中心距a 30 50 p amax 80p 45 链条长度用链的节数LP表示 运用上式可解得中心距 为便于安装链条和调节链的张紧程度 中心距设计成可调节的 中心距不能调节且无张紧装置时 应将计算的中心距减小2 5mm 这样可使链条有小的初垂度 以保持链传动的张紧 由此算出的链的节数 须圆整为整数 最好取为偶数 46 13 12滚子链传动的计算 一 失效形式链传动的主要失效形式有 链板疲劳破坏 疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素 滚子套简的冲击疲劳破坏 多发生于中高速闭式链传动中 销轴与套筒的胶合 胶合限定了链传动的极限转速 链条铰磨损 磨损后链节变长 易跳齿或脱链 开式传动 环境条件恶劣或润滑密封不良时易发生 过载拉断 常发生于低速重载或严重过载的传动中 47 二 功率曲线图 P218图13 32 功率曲线图 用图形表示链传动各种失效形式下极限功率 以确定链传动实际可用的功率区域 1 正常润滑条件下 铰链磨损 2 链板疲劳强度 3 套筒 滚子冲击疲劳强度 4 铰链胶合限定的极限功率 阴影部分 实际使用的区域虚线所示 润滑密封不良及工况恶劣时功率极限范围 P219图13 3为单排A系列滚子链在特定条件下所能传递的功率图 48 三 链传动的计算许用功率 P0 P0kzkLkm链传动的校核 Pc kAP P0 当v 0 6m s时 主要失效形式为链条的过载拉断 设计时必须验算静力强度的安全系数 Q KAF1 S kz 齿数修正系数kL 长度修正系数km 多排链系数 Pc 计算功率kA 工况系数 P220表13 13 P 名义功率 Q 链的极限载荷F1 紧边拉力S 安全系数 取4 8 P220例13 4 49 13 13链传动的润滑和布置 一 链传动的润滑链传动的四种润滑方式 1 人工定期润滑2 滴油润滑 用油杯 3 油浴或飞溅润滑4 压力喷油润滑 用油泵 润滑油的选择 高温或大载荷时取粘度高者 反之取粘度低 50 二 链传动的布置链传动的两轴应平行 两链轮应位于同一平面内 一般宜采用水平或接近水平的布置 应使松边在下边 参看P222表13 14 51 习题讲解 P223 题13 1 2 13 9 52 复习与练习 1 10 一 填空 1 带传动和链传动是通过传递运动和动力的 不同的是带传动属于传动 而链传动属于传动 在传动中 带传动宜布置在速级 松边宜布置在边 链传动宜布置在速级 松边宜布置在边 2 传动带按横截面形状可分为带 带和带三大类 53 2 10 3 带传动的主要张紧方法有和两种 带传动的主要失效形式是和发生损坏 故带传动的设计依据是保证带及具有一定的 4 在带传动中 弹性滑动是由带材料的和带轮两侧胶带上的引起的 而打滑是由引起的 在带传动中 当过载产生打滑时 可采用的措施有 a b c 等来增大带传动的承载能力 避免打滑 54 3 10 5 包角和摩擦系数 都可提高带传动所传递的圆周力 小轮包角越 带的摩擦力和能传递的功率越大 在开口传动中 大小带轮的包角之和应等于 6 在带传动中 胶带中的应力是由产生的拉应力 产生的拉应力及应力三部分组成 其中数值最大 起主要作用的是应力 带的最大应力发生在边与轮的接触处 其值为 55 4 10 7 在带传动中 若小带轮选得过小 带的截面尺寸越 则带的应力过大 带的寿命将降低 小带轮过小还会使小带轮的减小 从而使带的承载能力下降 所以带传动中小带轮的直径必须某个极限值 反之 若小带轮直径选得过大 虽能延长带的寿命 但会使带传动的增大 带传动中 其它条件不变的情况下 带速越 带的材料质量越 离心拉应力越大 56 5 10 8 V带是由层 填充物和层组成的 普通V带已标准化 按截面尺寸不同分为种型号 楔角 为 三角胶带二侧面夹角为400 但当带进入带轮产生弯曲 会使带的夹角变 所以要求带轮上轮槽楔角要于400 且随着带轮直径越小