上海理工大学-机械原理与机械零件-第八章-带传动和链传动设计..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。,第八章带传动和链传动设计,第八章带传动和链传动设计,带传动概述,带传动的工作情况分析,带传动的张紧与维护,普通V带传动设计,带与带轮结构和标准,8-1带传动概述,一、带传动的工作原理带传动组成：主动轮、从动轮、环形带和机架。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。,二、带传动的特点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=525m/s,传动比i7,传动效率=0.90.95,三、带传动的类型,截面形状,按用途分:传动带(传递动力);输送带(输送物品)。,有更大牵引力。,同步带,多楔带,初拉力相同时,V带比平带具有更大牵引力,fvf,故在相同条件下，v带能传递较大的功率。或者说,在相同功率下,v带传动的结构紧凑。,V带/平带张紧力F0相等时,它们的法向正压力FN不同。平带极限摩擦力：Ff=fFN=fFQv带极限摩擦力:,f-带与带轮间的摩擦系数；fvV带传动当量摩擦系数;,V带轮的轮槽角。,附: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(较小,用sin=(d2-d1)/2a代入,故),或,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-d1)2,L2a+(d1+d2)+,2,4a,(d2-d2)/(2a),8-2带传动的工作情况分析,静止时:F1=F2=F0(因为:有用于张紧的初拉力F0)传动时:F1F2(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+F2)/2,一、带传动的受力分析,带传动的有效拉力(带传递的圆周力:两边拉力之差):F1-F2=F=Ff带传递的功率:p=Fv/1000(kw)带传动中即将打滑时F1与F2的关系紧边和松边的拉力比为:联解F=F1-F2得：讨论:或f,都可提高带传动所能传递的圆周力。,P传递功率(KW)v带速(m/s)F圆周力(N),e自然对数的底,e=2.718；fvV带传动当量摩擦系数;V带轮的轮槽角。,二、带传动的应力分析,带的应力：传动时，带中应力由以下三部分组成拉应力1、2紧边拉应力1=F1/AMPa松边拉应2=F2/AMPa弯曲应力b(带绕过带轮时因弯曲而产生)V带中的弯曲应力:式中：y0: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,A:带的横截向积(mm2),b=MPa,2Ey0,D,离心拉应力c带绕过带轮时产生离心力引起的拉应力。式中:q每米带长的质量(kg/m)；v带的线速度(m/s)；A带的横截面积(mm2)。带的应力分布图：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。,max=1+b1+c,三、带传动的弹性滑动,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F1F2,得:12,传动参数圆周速度：v1=d1n1/(601000)m/sv2=d2n2/(601000)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=0.010.03,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,四、打滑现象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。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。,8-3带与带轮结构和标准,一、平带,开口传动(轴线平行,转向相同),交叉传动(轴线平行,转向相反),半交叉传动(轴线交叉),平带常用于两轴间距离较大的传动。最常见的传动布置形式是开口传动。,二、V带和V带轮,1.V带的分类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。,普通V带的结构,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(P128表8-2)。,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。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1.52.5倍,适用于传递动力大且传动紧凑的场合。,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。,V带标记,2.V带轮的材料和结构,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;直径大于350mm时可采用轮辐式。,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。,V带轮标记,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。一、设计准则带的主要失效形式是带打滑或疲劳损坏(脱层、撕裂或拉断)。因此带传动的设计依据是：保证带不打滑及具有一定的疲劳寿命。,8-4普通V带传动设计,单根普通v带传动不打滑时能传递的功率为使带具有一定的疲劳寿命,应使max=1+b1+c即1-b1-c因此，单根普通V带能传递的功率为：,A:带的横截面积:带疲劳强度的许用拉应力,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P130表8-4。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)kkL式中：k：包角修正系数(P131表8-6）kL：长度系数(P131表8-7）P0:功率增量(P131表8-5）,二、单根V带所能传送的基本额定功率,1、计算设计功率设P为传动的额定功率(kw)，kA为工作情况系数，则计算功率为:PckAP2、选择带型根据Pc和n1，按图8-10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。,三、普通V带传动的设计内容,3、确定带轮的基准直径确定d1:按带型和P219表13-9的带轮最小直径dmin确定d1,应使d1dmin。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-)验算带速v=一般：v应在525m/s的范围内。,4、确定中心距和带长先初步确定中心距a0，按下式选定：0.7(d1+d2)a02(d1+d2)按式(8-20)初定V带基准长废L0=2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4a0)根据L0,由表8-6选接近的基准长度Ld，再按下式近似计算所需中心距：a=a0+(LdL0)/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),5、验算小轮包角一般应使1120，不满足条件时可加大中心距或增设张紧轮。6、确定V带根数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z10。,7、计算V带的初拉力和对带轮轴的压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：,P135例8-1,轴上压力。通常不考虑松边、紧边的拉力差，近似按带两边的初拉力的合力来计算。,一、带传动的张紧(安装时和工作一段时间后)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(图b)。或用摆架自动调整。,图a滑道式,图c,8-5带传动的张紧与维护,图b摆架式,图c自动张紧,采用具有张紧轮的装置(用于中心距不能调节时)定期张紧的张紧轮一般放在松边内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮应尽量靠近大轮，以免过分影响小带轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮相同(图d)。图e靠悬重将张紧轮2压在带上，以保持带的自动张紧。,图d定期张紧,图e利用悬重自动张紧,二、带传动的正确使用和维修正确安装、使用和妥善保养，是保证带传动正常工作延长V带寿命的有效措施。一般应注意以下几点：1.多根V带传动时，为避免载荷分布不均，带的配组代号应相同。2.定期检查V带，发现其中一根松弛或有损坏就应全部更换，不能新旧带并用。旧V带如尚可使用，可测量其长度，选长度相同的组合使用。3.严防传动带与矿物油、酸、碱等介质接触，工作温度不宜超过60，还应避免日光曝晒，为保证安全生产，带传动必须安装防护罩。,8-6链传动概述,一、链传动的特点和应用1、链传动的结构和类型链传动靠链条(中间挠性件)和链轮轮齿的啮合来传递动力。传递动力的传动链可分为：滚子链和齿形链两种。齿形链由许多齿形链板用铰链连接而成,它运转平稳,噪声小,但重量大,成本较高,多用于高速传动,链速可达40m/s。,齿形链,滚子链传动,外链板,内链板,2、链传动的特点和应用范围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。链传动优点：与带传动比，链传动无弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比;张紧力小，作用在轴上的压力小，轴承摩擦损失少;结构紧凑;能在高温、有油污等恶劣环境下工作;与齿轮传动相比，制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。链传动主要缺点: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。通常，链传动的传动比i8；中心距a56m,传动功率P100kw；圆周速度v15m/s；传动效率约为0.950.98。,二、滚子链的结构和规格,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。,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。排距p1：滚子链可制成单排链和多排链(如：双排链或三排链)。标准化:滚子链已标准化，分为A、B两种系列，常用的是A系列(P139表8-11)。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。滚子链的标记:,三、滚子链链轮的结构和材料链轮齿形已标准化。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。,“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。,D=,p,sin,180,z,齿顶圆直径Da：Da=p(0.54+ctg(180/z)齿根圆直径Df：Df=D-dr(dr:滚子直径),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。,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。,四、齿形链的铰链形式和应用(略),8-7链传动的运动特性,一、链传动的传动比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。,二、链速的不均匀性当主动轮以角速度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R11。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/z1180/z1,产生振动和动载荷,v=R11sin,链条上下抖动,瞬时链速和瞬时传动比都作周期性变化。,v=R11cos,8-8滚子链传动的设计计算,一、滚子链传动的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)链条铰链磨损(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),二、极限功率曲线功率曲线图：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,P142图8-22为单排A系列滚子链在特定条件下所能传递的功率图,三、额定功率曲线,四、滚子链传动的设计计算设计任务：确定z1和z2，计算链轮主要几何尺寸，选择链号，确定链节距p，计算链节数Lp，计算实际中心距a，选定润滑方式。单排链传动设计步骤:(1)选择传动比通常i7，推荐i23.5。(2)选择链轮齿数z1:齿数不宜过少(为使链传动平稳)。对于滚子链，按链速由P142表8-13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z2114。),z2不宜过多,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。,链节伸长对啮合的影响,(3)确定计算功率链传动的设计准则：计算功率PC小于或等于许用功率，即,P:链传递的功率(kw)KA:工况系数KZ:小链轮齿数系数Kp:多排链系数,(4)选择链型号及确定链节距链的节距越大，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。,链条长度用链的节数LP表示：,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25mm。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。,(5)计算链传动实际中心距和链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=(3050)p,amax80p。,运用上式可解得中心距：,P144例8-2,(6)验算链速,(7)选择润滑方式。链传动的润滑方式可根据已确定的链节距和链速，按图8-22中所推荐的方式润滑。润滑油推荐使用L-AN32、L-AN46和L-AN68号全损耗系统用油。低温条件下取L-AN32油。,8-9链传动的润滑及布置,一、链传动的润滑,链传动中销轴与套筒间产生磨损使链节伸长，是影响链传动寿命的最主要因素。润滑是延长链传动寿命的最有效方法,特别是高速重载链传动。良好的润滑可缓和冲击、减轻磨损、延长链条的使用寿命。常用润滑油有：L-AN22L-AN46机械油。开式重载低速传动中，可在润滑油中加添加剂。不便采用润滑油的场合，允许涂抹润滑脂，但应定期清洗与涂抹。润滑油的选择：高温或大载荷时取粘度高者；反之取粘度低。,链传动的润滑方式,二、链传动的布置链传动两轴应平行，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。三、链传动的张紧链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象；同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。,习题讲解,P146：题8-6、8-7,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。,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。,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。,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。,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