第六章--带传动与链传动

6 6V带轮的结构 6 8链传动的特点和应用 6 10链传动的运动分析和受力分析 6 5普通V带传动的计算 6 9链条和链轮 6 11滚子链传动的计算 挠性传动 通过中间挠性件传递运动和动力的传动机构 由主动轮 从动轮和传动带所组成 包括 带传动 链传动和绳传动 挠性传动的工作原理 摩擦传动 平带 V带 多楔带 圆带等 啮合传动 同步带 链传动等 带传动和链传动适用于两轴中心距较大的传动场合 简述 6 1带传动的类型和应用 一 带传动工作原理 二 主要类型和应用 三 带传动参数 四 带传动的张紧方式 五 带传动的特点和主要性能 驱动力矩使主动轮转动时 依靠带和带轮接触面间的摩擦力的作用 拖动从动轮一起转动 由此传递一定的运动和动力 一 工作原理 二 主要类型与应用 最简单 截面形状为矩形 其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 三角带 截面形状为等腰梯形 与带轮轮槽相接触的两侧面为工作面 在相同张紧力和摩擦系数情况下 V带传动产生的摩擦力比平带传动的摩擦要大 故具有较大的牵引能力 结构更加紧凑 广泛应用于机械传动中 截面形状为圆形 牵引能力小 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 三 带传动参数 两轴平行且回转方向相同的传动称为开口传动 设小 大带轮的直径为d1 d2 带长为L 当带处于张紧状态时 两带轮轴线间的距离称为中心距a 带与带轮接触弧所对的中心角称为包角 则包角 中心距a 包角 代入 式中 适用大轮包角 2 适用小轮包角 1 带长L A D C B 已知带长L 由上式可得中心距 四 带传动的张紧方式 带传动常用的张紧方法是调节中心距 中心距不能调节 可采用具有张紧轮的装置 P115图6 5c比较 五 带传动的特点 优点 1 适用于中心距较大的传动 2 可缓和冲击吸收振动 3 具有过载保护作用 4 结构简单 成本低 缺点 1 外廓尺寸大 2 需要张紧装置 3 不能保持精确的传动比 4 带的寿命短 5 传动效率低 带传动的主要性能 带的速度V 一般为V 5 25m s 单级最大传动比 平型带4 5 V 三角 带7 10 同步齿型带 10 4 结构简单 成本低 通常 带传动用于中小功率电动机与工作机械之间的动力传递 目前V带传动应用最广 近年来平带传动的应用已大为减少 但在多轴传动或高速情况下 平带传动仍然是很有效的 传动比i 效率 传动效率 0 90 0 95 6 2带传动的受力分析 一 带传动的受力分析 二 带传动的最大有效圆周拉力 三 影响最大有效圆周拉力的几个因素 一 带传动的受力分析 安装时 带必须以一定的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 由于摩擦力的作用 紧边拉力 由F0增加到F1 松边拉力 由F0减小到F2 Ft 带轮作用于带的摩擦力 Ft F1 F2 Ft 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 则 紧边拉伸增量 松边拉伸减量 紧边拉力增量 松边拉力减量 F 因此 F1 F0 F F2 F0 F F0 F1 F2 2 F1 F0 Ft 2 F2 F0 Ft 2 由Ft F1 F2 得 带所传递的功率为 v为带速 P增大时 所需的Ft加大 但Ft不可能无限增大 P Ftv 1000kW 打滑 二 带传动的最大有效圆周拉力 当带所传递的圆周力F超过带与轮面之间的极限摩擦力总和Ft时 带与带轮将发生显著的相对滑动 当Ft达到极限值Ftlim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 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 当带有打滑趋势时 摩擦力达到极限值 带的有效拉力也达到最大值 推导得到松紧边拉力F1和F2的关系 f为摩擦系数 为带轮包角 柔韧体摩擦欧拉公式 联解 Ft F1 F2 得带即将打滑时 三力计算公式 Ftmax 此时为不打滑时的最大有效拉力 将F1 F0 Ftmax 2代入上式 正常工作时 有效拉力不能超过此值 整理后得 三 影响最大有效圆周拉力的几个因素 Ftmax与F0成正比 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 带所能传递的圆周力增加 传 Ftmax 动能力增强 故应限制小带轮的最小包角 1 f 传动能力增加 对于V带 应采用当量摩擦系数fv Ftmax 由此可见 V带与平带传动相比 在相同预拉力时 法向反力不等 因此可以传递更大的功率 平带 V带 6 3带的应力分析 1 紧边和松边拉力产生的拉应力 2 离心力产生的拉应力 3 带弯曲而产生的弯曲应力 1 拉力F1 F2产生的拉应力 1 2 由离心力产生的拉应力 由弯曲产生的弯曲应力 紧边拉应力 1 F1 AMPa 松边拉应力 2 F2 AMPa 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 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 设 作用在微单元弧段dl的离 心力为dFNC 则 截取微单元弧段dl研究 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 微单元弧的质量 带速 m s 带单位长度质量 kg m 带轮半径 微单元弧对应的圆心角 取 虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段 即 则离心拉力Fc产生的拉应力为 注意 但其产生的离心拉力 或拉应力 却作用于带的全长 且各剖面处处相等 带绕过带轮时发生弯曲 由材力公式得带的弯曲应力 节线至带最外层的距离 带的弹性模量 显然 dd 故 b1 b2 带绕过小带轮时的弯曲应力 带绕过大带轮时的弯曲应力 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 b 3 带弯曲而产生的弯曲应力 b 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 这将使带产生疲劳破坏 各剖面的应力分布为 由此可知 6 4带传动的弹性滑动和传动比 1 弹性滑动 2 传动比 两种滑动现象 打滑 是指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 是指正常工作时的微量滑动现象 是由拉力差 即带的紧边与松边拉力不等 引起的 不可避免 弹性滑动是如何产生的 因F1 F2 1 弹性滑动 故松紧边单位长度上的变形量不等 当带绕过主动轮时 由于拉力逐渐减小 所以带逐渐缩短 这时带沿主动轮的转向相反方向滑动 使带的速度V落后于主动轮的圆周速度V1 同样的现象也发生在从动轮上 但情况有何不同 弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的 由此可见 当带绕过从动轮时 由于拉力逐渐增大 所以带逐渐伸长 这时带沿从动轮的转向相同方向滑动 使带的速度V超前于从动轮的圆周速度V2 弹性滑动引起的不良后果 设d1 d2为主 从动轮的直径 mm n1 n2为主 从动轮的转速 r min 则两轮的圆周速度分别为 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v2 v1 传动比i 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 滑动率 带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率 2 传动比 实际传动比 理论传动比 对于V带 0 01 0 02 一般计算时可忽略不计 从动轮的转速n2 例题 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 1 10 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 由于离心力在带中引起的拉力 4 所需的预拉力 5 作用在轴上的压力 例题 1 传递的圆周力 2 紧边 松边拉力 3 求由于离心力产生的拉力 该平带每米长的质量为 4 所需的预拉力 5 作用在轴上的压力 13 5普通V带传动的计算 一 带的规格 二 单根普通带的许用功率 三 普通带的型号和根数 四 带的主要参数 外包层 一 带的规格 抗拉体是承受负载拉力的主体 顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩 外壳用橡胶帆布包围成型 1 带的结构 2 带的节线与节面 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 bd 当带受纵向弯曲时 节宽保持不变 3 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 可以分成七种型号 分别是Y E 带轮的基准直径d 4 名词解释 带轮上与所配用的v带的节面宽度bd相对应的直径 皮带在规定的张紧力下 位于带轮基准直径上的周线长度 皮带的基准长度Ld 皮带的公称长度Li 皮带的内周长度 2 单根V带的许用功率 承载能力计算 二 单根普通带的许用功率 1 带传动的主要失效形式 打滑 带与带轮之间的显著滑动 过载引起 疲劳断裂 变应力引起 在保证不打滑的前提下 具有足够的疲劳寿命 要保证带的疲劳寿命 应使最大应力不超过许用应力 不疲劳的要求 或 带设计准则 根据欧拉公式 即将打滑时的最大有效拉力为 由此得单根带所能传递的功率 不打滑的要求 则 此式包含了不打滑 不疲劳两个条件 表列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的功率 称为基本额定功率P0 特定条件 传动平稳 i 1 1 2 特定带长Ld 当实际工作条件与特定条件不同时 要对P0值加以修正 即可得到实际工作条件下 单根普通带所能传递的功率 称为许用功率 P0 K 包角修正系数 包角 不等于 传动能力有所下降 引入包角修正系数K K 1 KL 带长修正系数KL 带越长 单位时间内的应力循环次数越少 则带的疲劳寿命越长 相反 短带的寿命短 引入带长修正系数KL P0 传动比i 1 从动轮直径增大 b2减小 功率增量 P1可查P204表13 4 传动能力提高 则额定功率增加 三 普通带的型号和根数的确定 计算功率和根数的计算式 工况系数 查表13 6 计算功率 根数 四 主要参数的选择 1 带轮直径和带速 大带轮的基准直径 带速 要求 最佳带速V 20 25m s 小轮直径d1应该大于等于最小直径dmin 见表13 7 离心力太大 带与轮的正压力减小 摩擦力 传递载荷能力 V太小 由P FV可知 传递同样功率P时 圆周力F太大 寿命 V太大 2 中心距 带长和包角 3 预拉力 6 6带轮的结构 一 带轮材料 二 结构尺寸 三 带轮楔角与皮带截面夹角的关系 一 带轮材料 二 结构尺寸 1 实心式2 腹板式3 轮辐式 可采用铸钢或钢板冲压后焊接 塑料 木材 高速 其他 带轮常用铸铁制造 允许的最大圆周速度V 25m s 小直径da 2 5 3 d 中等直径da 300mm 直径很大da 350mm 普通V带两侧面的夹角均为40 带轮轮槽的楔角比皮带截面夹角小 其目的是为了使皮带在弯曲后仍能紧贴轮槽的两面 一般轮槽的楔角等于32 34 36 或38 三 带轮楔角与皮带截面夹角的关系 6 8链传动的特点和应用 一 链传动组成 二 链传动工作原理 三 链传动特点 四 链传动的主要性能 链传动简图 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 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 特点 平均传动比准确 无滑动 作用在轴上压力小 对轴承的摩擦小 结构紧凑 能在恶劣的环境下工作 优点 瞬时链速和瞬时传动比不是常数 传动不平稳 传动时有噪音 冲击 缺点 四 链传动的主要性能 闭式0 95 0 98 开式0 90 0 93 传动功率 传动效率 单级传动比 通常i 8 通常P 100kw 传动速度 通常v 15m s 中心距 amax 5 6mm 6 9链条和链轮 一 链条 二 链轮 按结构的不同分为滚子链和齿形链两种 滚子链由内链板 外链板 销轴 套筒和滚子组成 滚子链上相邻两滚子中心的距离称为节距p 节距越大链条各零件的尺寸越大 所能传递的功率也越大 滚子链是标准件 标准滚子链的主要参数见P212表13 11 并且 链节数Ld取偶数 滚子链可以制成单排和多排 一 链条 滚子链的接头型式 齿形链的结构情况 由许多齿形链板用铰链联接而成 齿形链特点 相对于滚子链 运转平稳 噪音小 承受冲击载荷的能力高 但结构复杂 价格贵 较重 多用于高速或运动精度要求较高的传动 二 链轮 国家标准已经规定了链轮齿槽的齿面圆弧半径re 齿沟圆弧半径ri和齿沟角 的极限值 各种链轮的实际端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间 端面齿形满足 三圆弧一直线 已知节距和齿数 便可算出链轮的分度圆 齿顶圆及齿根圆的直径 链轮材料为碳素钢和灰铸铁 重要链轮可采用合金钢 链轮的实际结构 链轮结构 6 10链传动的运动分析和受力分析 一 链传动的运动分析 二 链传动的受力分析 一 链传动的运动分析 假定 主动边总处于水平位置 链轮抽象成正多边形 边长为p 以上求得的链速和传动比都是平均值 实际上 由于多边形效应 链轮每转过一齿 链速就时快时慢地变化一次