第13章带传动和链传动全解.ppt

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,13-6V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。,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。,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,张紧轮,带传动的张紧方法：,1.调整中心距,2.采用张紧轮,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=525m/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。,F1F2,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：,F1F0=F0F2,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：fdFN,由力平衡条件：,积分得：,紧边和松边的拉力之比为：,挠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：,F1F2,12,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：v2dmin,四、主要参数的选择,1.带轮直径与带速,2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254755005305606306707107508009001000,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)a0350mm；,腹板式-中等直径；,13-6V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40m/s，传动比可达10，传递功率可达200KW；,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靠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：i8;,中心距：a56m;,传递功率：P100KW;,圆周速度：v15m/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，称为外链节。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40m/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,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+FyN,松边拉力为：,F2=Fc+FyN,F=1000P/vN,Fc=qv2N,Fy=KyqgaN,q为米长质量,a-为中心距，,=90Ky=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,=0Ky=7,=75Ky=2.5,=60Ky=4,=30Ky=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=iz1,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：z2120,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。,三、中心距,a过小,包角,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，保持链传动的张紧。,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。,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15000h,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v0.6m/s时，链条的主要失