机械设计基础-第13章带传动和链传动

第13章 带传动和链传动,13-1 带传动的类型和应用,13-2 带传动的受力分析,13-3 带的应力分析,13-4 带传动的弹性滑动和传动比,13-5 普通V带传动的计算,13-6 V带轮的结构,13-7 同步带传动简介,13-8 链传动的特点和应用,13-9 链条和链轮,13-11 链传动的主要及其选择,13-12 滚子链传动的计算,13-10 链传动的运动分析和受力分析,13-13 链传动的润滑和布置,带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。,设计：潘存云,13-1 带传动的类型和应用,带传动的组成：,主动轮1、从动轮2、环形带3。,工作原理：,安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。,设计：潘存云,设计：潘存云,类型,平皮带,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,-摩擦牵引力大,-摩擦牵引力大,-牵引力小，用于仪器,应用：两轴平行、且同向转动的场合。称为开口传动。,带传动的类型,抗拉体,设计：潘存云,带传动的几何关系,中心距a,包角:,因较小,代入得:,带长:,设计：潘存云,带长:,已知带长时，由上式可得中心距 :,带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因带永久伸长而松弛时，还应当重新张紧。,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张紧装置,摆架式张紧装置,带传动的张紧方法：,1.调整中心距,设计：潘存云,设计：潘存云,张紧轮,带传动的张紧方法：,1.调整中心距,2.采用张紧轮,3.自动张紧,自动张紧装置,带传动的优点：,1. 适用于中心距较大的传动；,2. 带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动；,3. 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零 件的损坏；,4. 结构简单、成本低廉。,带传动的缺点：,1. 传动的外廓尺寸较大；,2. 需要张紧装置；,3. 由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；,4. 带的寿命较短；,5. 传动效率较低。,应用：两轴平行、且同向转动的场合（称为开口传动），中小功率电机与工作机之间的动力传递。,V带传动应用最广，带速： v=525 m/s 传动比：i=7 效率： 0.90.95,设计：潘存云,13-2 带传动的受力分析,静止时，带两边的初拉力相等：,传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：,F1 = F2 = F0,为了可靠工作，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。,F1 F2,F1 ，紧边,F2 松边,紧边,松边,设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：,F1 F0 = F0 F2,F0 = (F1 + F2 )/2,设计：潘存云,设计：潘存云,当圆周力FFf时，带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑.经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低，导致传动失效。,称 F1 - F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：,F = F1 - F2,且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系：,以平带为例，分析打滑时紧边拉力F1和松边拉力F2之间的关系。,取一小段弧进行分析：参数如图,正压力：dFN,两端的拉力：F 和F+dF,力平衡条件：忽略离心力, 水平、垂直力分别平衡,摩擦力： f dFN,由力平衡条件：,积分得：,紧边和松边的拉力之比为：,绕性体摩擦的基本公式,设计：潘存云,设计：潘存云,联立求解：, F , 1f,在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。,用 f 代替 f 后，得以下计算公式：,设计：潘存云,13-3 带的应力分析,1.紧边和松边拉力产生的拉应力,紧边拉应力：,松边拉应力：,A为带的横截面积,2.离心力产生的拉应力,带在微弧段上产生的离心力：,带工作时应力由三部分组成,设计：潘存云,离心力 FNc在微弧段两端会产生拉力 Fc。,由力平衡条件得：,离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力确作用在带的全长。,离心拉应力：,往x轴投影,设计：潘存云,设计：潘存云,3.弯曲应力当带绕过带轮时，因为弯曲而产生弯曲应力,设y为带的中心层到最外层的垂直距离；,E为带的弹性模量；d为带轮直径。,4. 应力分布及最大应力,弯曲应力为:,最大应力max出现在紧边与小轮的接触处。,由材料力学公式得,离心应力,拉应力,弯曲应力,设计：潘存云,设计：潘存云,由力平衡条件得静止时轴上的压力为：,5. 作用在轴上的力,设计：潘存云,13-4 带传动的弹性滑动和传动比,设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：,这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。,紧边：,松边：, F1 F2, 1 2,带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。,带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。,总有：v2 dmin,四、主要参数的选择,1.带轮直径与带速,20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400 425 475 500 530 560 630 670 710 750 800 900 1000,大带轮的直径d2：,d1 、d2：必须符合带轮的基准直径系列：,带速：,一般应使v在525m/s的范围内。,2.中心距、带长和包角,推荐范围：0.7(d1+d2) a0350 mm；,腹板式-中等直径；,13-6 V带轮的结构,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,组成：同步带（同步齿形带）是以钢丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。,13-7 同步带传动简介,结构特点：横截面为矩形，带面具有等距横向齿的环形传动带，带轮轮面也制成相应的齿形。,传动特点：靠带齿与轮齿之间的啮合实现传动，两者无相对滑动，而使圆周速度同步，故称为同步带传动。Pb重要参数,优点：1.传动比恒定；,2.结构紧凑；,3.由于带薄而轻，抗拉强度高，故带速高达40 m/s，传动比可达10，传递功率可达200 KW；,4.效率高，高达0.98。,缺点：成本高；对制造和安装要求高。,设计：潘存云,设计：潘存云,13-8 链传动的特点和应用,组成：链轮、环形链条,作用：链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴之间的同 向传动。,特点：与带传动相比1. 链轮传动没有弹性滑动和打滑， 能保持准确的平均传动比；,2.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 ；,3.结构紧凑；,4.能在高温，有油污等恶劣环境下工作；与传齿轮动相比,5.制造和安装精度较低，中心距较大时其传动结构简单；,缺点： 瞬时转速和瞬时传动比不是常数，传动的平稳性 较差，有一定的冲击和噪声。,应用： 广泛应用于矿山机械、农业机械、石油机械、机 床及摩托车中。,工作范围：传动比： i 8;,中心距： a 56 m;,传递功率： P 100 KW;,圆周速度： v 15 m/s;,传动效率： 0.950.98,设计：潘存云,设计：潘存云,销轴与外链板铆牢，分别称为内外链节。内外链节构成一个铰链。当链条啮入啮出时，内外链节作相对转动。同时滚子沿链轮链齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。内外链板均做成8字形，以减轻重量，并保持各横截面的强度大致相等,13-9 链条和链轮,一、 链条,类型,滚子链的组成：滚子、套筒、销轴、内链板、外链板。,齿形链,滚子链,套筒与销轴、滚子与套筒均为间隙配合,内链板紧压在套筒两端，称为内链节 。,链条材料：碳素钢或合金钢，经热处理，以提高强度和耐磨性。,套筒滚子链的剖面结构：,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,链条的主要参数节距p：,节距p：滚子链上相邻两滚子中心的距离。 p 越大， 链条各零件尺寸越大，所能传递的功率也越大。,结构类型：单排链和多排链。,滚子链已标准化，分为A、B两个系列，常用的是A系列.,双排滚子链,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,链条长度以链节数表示。链节数最好取偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接。,若链节数为奇数时，则采用过渡链节，在链条受拉时，过度链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。,设计：潘存云,齿形链板的两侧是直边，工作时链板的侧边与链轮齿廓相啮合。链板的成形孔内装入棱柱，两棱柱相互滚动，可减小摩擦和磨损。,齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成。,优点：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。,缺点：结构复杂、价格较贵、比较重。,应用场合：多应用于高速（链速可达40 m/s）或运动 精度要求较高的场合。,设计：潘存云,二、 链轮,标准参数：,滚子链链轮的参数,齿面圆弧半径：re,齿沟圆弧半径： ri,齿沟角：,min 、max,链轮的节距：p -弦长,分度圆直径：,df=d-d1,齿顶圆直径：,齿根圆直径：,各种链轮的实际断面齿形介于最大最小齿槽形状之间。这样处理使链轮齿廓曲线设计具有很大的灵活性。但齿形应保证链节能平稳自如地进入或推出啮合，并便于加工。,国标规定最大值和最小值：,链轮主要尺寸计算公式：,设计：潘存云,滚子链链轮端面齿形,端面齿形 ：三圆弧一直线,这种三圆弧一直线齿形基本上符合标准齿槽形状范围，且具有较好的啮合性能，并便于加工。,设计：潘存云,设计：潘存云,轴面齿形 ：圆弧+直线 便于进入或退出啮合,单排链轮轴面齿形,多排链轮轴面齿形,零件工作图：只绘制轴面齿形，不用绘制端面齿形。,材料与热处理：碳素钢、铸铁、重要链轮可用合金钢。 齿面需经热处理以提高接触强度和耐磨性。,指采用标准刀具加工,设计：潘存云,链轮的结构,实心式-小直径,设计：潘存云,孔板式-中等直径,链轮的结构,实心式-小直径,设计：潘存云,设计：潘存云,组合式-大直径，齿圈可更换。,孔板式-中等直径,链轮的结构,实心式-小直径,设计：潘存云,13-10 链传动的运动分析和受力分析,一、链传动的运动分析,链条的平均线速度：,平均传动比为：,分度圆瞬时线速度：,链条的瞬时线速度沿AB方向，,为相位角：,链轮每转过一齿，链速时快时慢变化一次。由此可知，当链轮等速回转时，瞬时链速和顺时传动比都作周期性变化。,链条进入链轮后形成折线，因此链传动相当于一对多边形轮之间的传动。,变化范围,其大小为：,设计：潘存云,链条的瞬时线速度沿垂直方向的分量为：,也作周期性变化，从而使链条上下抖动。由于链速是变化的，,链传动在工作时，产生振动和动载荷！,速度不均匀系数：,设计：潘存云,二、链传动的受力分析,为了保证松边垂度不至于过大，安装链传动时，应:,作用在链上的力有：,圆周拉力:,离心拉力:,悬垂拉力:,紧边拉力为：,F1 = F + Fc + Fy N,松边拉力为：,F2 = Fc + Fy N,F = 1000P/ v N,Fc= qv2 N,Fy=Kyqga N,q为米长质量,a-为中心距，,=90 Ky= 1,g- 为重力加速度，,Ky为下垂量y=0.02a时的垂度系数。其值与链轮中心线与水平夹角有关,=0 Ky= 7,=75 Ky= 2.5,=60 Ky= 4,=30 Ky= 6,适当张紧,-有效拉力,设计：潘存云,p与d 之间的关系：,13-11 链传动的主要参数及其选择,一、链轮的齿数,大链轮的齿数: z2 =i z1,链条铰链磨损后，节距将边长，链轮节圆将向齿顶移动。,p一定时: z , d , 越容易发生跳齿和脱链现象。,一般取： z2 120,因为多边形效应，为使链传动运动平稳，小链轮齿数不宜过少。,一般链节数为偶数，链轮齿数最好取奇数， 以使磨损均匀。,d分度圆直径,节距增长量 , 节圆外移量,设计：潘存云,二、链的节距。,一般取： a=(3050)p,节距越大，啮合瞬间的冲击也越大。,高速重载时，应选用小节距多排链。,链的节距越大，其承载能力越高。根据相对原理，当链轮以运动时，链节以进入轮齿而产生冲击。,三、中心距,a 过小, ,同时啮合的齿数,a 过大,链条容易抖动。,amax= 80p,链条节数：,中心距：,计算结果应圆整，并取偶数！,为便于安装和调节张紧程度，中心距一般应设计成可调节的。,按带传动公式导出此式,若中心距不能调整，而又没有张紧装置时，应将计算中心距减小25mm,这样可使链条有小的初垂度，保持莲传动的张紧。,设计：潘存云,13-12 滚子链传动的计算,一、失效形式,1.链板疲劳破坏；,2.滚子、套筒的冲击疲劳破坏；,3.销轴与套筒铰链的胶合；,4.链条铰链磨损；,5.过载拉断。,二、功率曲线图,对应每种失效形式，可得出一个极限功率表达式。常用线图表示。,曲线1-正常润滑条件下，链条铰链磨损限定的极限功率；,曲线2-链板疲劳强度限定的极限功率；,曲线3-滚子、套筒的冲击疲劳强度限定的极限功率；,曲线4-铰链胶合限定的极限功率；,其极限功率急剧下降；,其极限功率急剧下降；,设计：潘存云,单排A系列滚子链的功率曲线,设计：潘存云,上述功率曲线的特定条件:,1.两轮共面;,2. 小链轮的齿数z1=19,3. 链节数 Lp=100,4.载荷平稳;,7. 链条因磨损而引起的相对伸长量3%,5. 按推荐的润滑方式,6. 工作寿命为15000 h,三、链传动的计算,当实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正：,许用功率：,链传动的设计准则：,计算功率：Pc=KAP，KA为工作情况系数，P为名义功率。,当v 0.6 m/s时，链条的主要失效形式是拉断，设计时需验算静力强度安全系数：,Q极限载荷，F1是紧边拉力，S是安全系数：S=48,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,一、 链传动的润滑,润滑方式,1. 人工给油；,2. 油杯滴油；,3. 油浴润滑、飞溅给油；,4. 用油泵强制润滑和冷却。,润滑油牌号：L-AN32、L-AN46、L-AN48,环境温度高或载荷大取粘度高的，反之取低的。,13-13 链传动的润滑和布置,设计：潘存云,设计：潘存云,二、 链传动的布置,布置原则：链传动的两轴应平行，两链轮应位于同一平面内；一般宜水平或接近水平布置，并使松边在下方。,设计：潘存云,设计：潘存云,三、张紧装置,1.带传动的弹性滑动( )。 A.一般只发生在主动轮上 B.是由于有效圆周力不足引起的 C.可以通过增大包角予以避免 D.是传动比不稳定的原因,思考题,2.与链传动相比，带传动的优点是（ ） （A）工作平稳，基本无噪声 （B）