第10章--带传动和链传动-教案

131第10章 带传动和链传动 教案第10章 带传动和链传动1教学目标（1）带传动的受力分析、应力分析和弹性滑动。（2）普通V带传动的设计计算和主要参数对传动性能的影响。（3）滚子链传动的运动特点、失效形式。（4）滚子链传动的设计计算和主要参数的合理选择。2教学重点和难点同上。3讲授方法多媒体和演示柜教学4讲授学时8 学时10.1 带传动主要特点、类型和应用1带传动的主要类型(1)按传动原理分类1）摩擦带传动 靠传动带与带轮之间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等。2）啮合带传动 靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。工作时，靠带的凸齿与带轮外缘上的齿槽啮合传动。(2)按用途分类1）传动带 传递动力用。2）输送带 输送物品用。(3)按传动带的截面形状分类1）平带 平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。常用的平带有胶带、编织带和强力锦纶带等，如书图10.3a。2）V带 V带的截面形状为梯形，两侧面为工作表面，如书图10.3b。3）多楔带 它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。多楔带结构紧凑，可传递很大的功率，如书图10.3c。 4）圆形带 横截面为圆形，只用于小功率传动，如书图10.3d。5）同步带 纵截面为齿形，如书图10.3e。2. 带传动的特点和应用带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震及过载打滑以保护其他零件等优点。缺点是传动比不稳定，传动装置外形尺寸较大，效率较低，带的寿命较短以及不适合高温易燃场合等。 带传动一般不宜用于大功率传动（通常不超过50kw），且多用于高速级传动。带的工作速度一般为530m/s，高速带可达60m/s。平带传动的传动比通常为3左右，最大可达6，有张紧轮时传动比可达到10。V带传动的传动比一般不超过7，最大达到10。10.2 普通V带和V带轮10.2.1普通V带的结构和尺寸标准普通V带的截面呈等腰梯形，V带的横剖面结构如图10.1所示，其中图a是帘布结构，图b是线绳结构，均由下面几部分组成：图10.1 V带结构（1）包布层：由胶帆布制成，起保护作用；（2）顶胶：由橡胶制成，当带弯曲时承受拉伸；（3）底胶：由橡胶制成，当带弯曲时承受压缩；（4）抗拉层：由几层帘布或浸胶的棉线（或尼龙）绳构成，承受基本拉伸载荷。V带已标准化，按其截面大小分为7种型号，其截面尺寸见书表10.1。10.2.2普通V带轮的结构V带轮是普通V带传动的重要零件，它必须具有足够的强度，但又要重量轻，质量分布均匀；轮槽的工作面对带必须有足够的摩擦，又要减少对带的磨损。带轮常用材料为灰铸铁HT150（v小于或等于30m/s）或HT200（v 30m/s）。转速较高时可用铸钢或钢板焊接结构，小功率时可用铸铝或塑料。带轮轮槽的尺寸见书表10.2所示。表10.2中bd表示带轮轮槽宽度的一个无公差规定值，称为轮槽的基准宽度。通常，V带节面宽度与轮槽基准宽度重合，即bp=bd。轮槽基准宽度所在圆称为基准圆（节圆），其直径dd称为带轮的基准直径。铸造带轮的结构见书图10.5所示。带轮基准直径dd （2.53）d（d为带轮轴的直径）时，可采用实心式； dd100（d为带轮轮毂的直径）时，可采用孔板式；dd300mm时，可采用轮辐式。V带轮的结构形式及腹板（轮辐）厚度的确定可参阅机械设计手册。10.3 带传动的基本理论10.3.1带传动的受力分析带传动的受力分析如图10.2所示。图10.2带传动的受力分析设带的总长度不变，紧边拉力的增量(F1F0)应等于松边拉力的减少量(F0F2)，即： (101)或 (102) 带的紧边拉力F1和松边拉力F2之差称为有效拉力F，即： (103)将式(103)代人式(101)整理可得 (104) (105) 带的有效拉力也等于带和带轮接触面上摩擦力的总和，它决定了带传动所能传递的功率P(kW)的大小，即： (106)式中：F有效拉力，单位N；v带的速度，单位ms。 当带传动的工作载荷超过了极限摩擦力的总和时，带将在带轮上发生全面的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑将使带剧烈磨损与发热，从动轮转速急剧下降直至停止，传动因此而失效。打滑一般首先发生在小带轮上。即将打滑时，带传动中F1与F2的关系可利用柔韧体摩擦的欧拉公式表示： (107) 式中：e自然对数的底，e=2.718； f带与带轮接触面间的摩擦系数(V带为当量摩擦系数fv)；带在带轮上的包角，单位为rad。 将式(104)代人式(107)整理后，可得到初拉力为F0时，带所能传递的最大有效拉力为： (108) 分析式(108)可知，带传动的最大有效拉力F与摩擦系数f、包角和初拉力F有关。增大f、和F0，都可以提高带传动的工作能力，但F0过大将使带的磨损加剧，缩短带的寿命。图10.3 带与带轮间的法向压力 设平带传动与V带传动的初拉力均为F0，如图10.3所示，则平带工作时产生的摩擦力为： (109) V带工作时产生的摩擦力为： (1010)式中，带轮轮槽角； fv当量摩擦系数； f摩擦系数； FQ正压力。当轮槽角为32、34、36、38时，fv=(362307)f，由此可知，在相同的条件下，V带的传动能力是平带的3倍以上。所以，传递相同功率时，V带传动的结构紧凑，应用更广泛。10.3.2 带的应力分析 带传动工作时，带中的应力由三部分组成： (1)拉应力紧边拉应力 (1011)松边拉应力 (1012)式中，A为带的横截面面积（mm2）。(2)离心应力 当带以速度v沿着带轮轮缘做圆周运动时，带自身的质量将产生离心力。虽然离心力只产生在带做圆周运动的部分，但由离心力产生的离心拉力作用于带的全长。离心应力可用下式计算： (1013)式中：q一带单位长度的质量(kgm)(见书表10.4)； v带的线速度。 (3)弯曲应力带绕在带轮上时因弯曲而引起弯曲应力，如图104所示，其大小由下式计算： (1014)式中，h带的高度(mm)； dd带轮的计算直径，对于V带轮，dd为基准直径(mm)；E带的弹性模量。图10.4 带的弯曲应力 显然，带的弯曲应力因带轮的直径不同而不同，带轮的直径越小，带的弯曲应力越大。为了避免带的弯曲应力过大，各种型号的V带都规定了最小带轮基准直径(见书表10.5)。 带工作时的应力分布情况如图10.5所示，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。很明显，在传动过程中，带处于变应力状态下工作，最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处，其值为： (1015) 在变应力的作用下，当应力循环次数达到一定值后，带将因此产生疲劳破坏而失效。图 10.5 带的应力分析10.3.3 带的弹性滑动与传动比弹性滑动导致从动轮的圆周速度v2（m/s）低于主动轮的圆周速度v1（m/s），其降低量用滑动率表示： (1016) (1017) (1018) 式中： n1、n2分别为主、从动轮转速。 带传动的实际传动比 (1019)V带传动的滑动率=001002，一般可不考虑。 10.4 V带传动的设计 设计V带传动时，一般给定的原始条件是：传递的功率P、小带轮及大带轮的转速n1和n2 (或传动比)、用途、载荷性质及工作条件等。设计计算的主要任务是：确定合适的V带型号、长度、根数、传动中心距、带轮的直径、结构尺寸等。设计计算的一般步骤如下： 1确定计算功率Pc，选择V带型号 按给定的传递功率P、载荷性质来确定计算功率Pc。 (1020)式中：KA工作情况系数，见书表106。 2 确定带轮的基准直径dd带轮直径小，结构紧凑，但使带的弯曲应力增大，影响带的疲劳强度，所以要限制小带轮的基准直径dd1 (见书表10.5)。一般取ddlddmin。，dd2=dd1i，dd1和dd2应符合带轮基准直径系列 (见书表10.7a)。注意，当dd1和dd2选用系列值后从动轮的转速将发生变化，但一般误差应控制在5以内。3计算V带的速度v带速过高，离心力增大，摩擦损耗也增大，且应力循环次数增多，降低了带传动的工作能力；带速过低，在传递相同功率时，需要的有效拉力增大，将会增多带的根数。故带的速度一般限制在525m/s。带速按下式计算： （1021）若带速超出规定范围，则应重选小带轮的基准直径。 4.确定中心距a0及基准长度Ld 一般推荐按下式初步确定中心距a0。 0.7(ddl+dd2)a02 (ddl+dd2)。 （1022）a0选定后，根据带传动的几何关系，按下式初步确定带的基准长度Ld (1023) 根据计算的Ld，由表10.3选取接近的标准带长Ld，其实际中心距可由下式近似计算 (1024)为了便于安装和张紧V带，中心距一般是可调的，其变动范围： (1025)5.验算小带轮包角小带轮包角过小，会降低带传动的有效拉力，容易产生打滑。一般要求120。包角的大小由下式计算 120 (1026) 6.确定V带的根数 V带的根数可由下式计算 (1027) 7.计算V带初拉力 保持适当的初拉力是带传动正常工作的前提。初拉力过小，带与带轮间的摩擦力小，容易打滑；初拉力过大，将增大轴和轴承的压力，并降低带的寿命。初拉力由下式计算： （10 28）式中：Pc 计算功率； z V带根数； v V带速度(ms)； q V带每米长质量(kgm)；K 包角修正系数，见书表109。图10.6 带传动作用在轴上的载荷8.计算作用在轴上的载荷在设计V带轮轴及轴承时，需先确定带传动作用在轴上的载荷FQ。若不考虑带两边的拉力差，如图10.6所示，FQ可由下式近似计算： （1029）10.5 带传动的安装、张紧和维护10.5.1带传动的安装选用V带时，要注意型号和基准长度，不要搞错。否则会出现V带高出轮槽或者底面接触，造成传动能力降低或失去V带传动侧面工作的优点。10.5.2常见的张紧装置1定期张紧装置 可采用改变中心距的方法来调节带的初拉力F0，使带重新张紧。2自动张紧装置 将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。3采用张紧轮的装置 当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般放在靠近大带轮松边的内侧。4改变带长 对有接头的带，常采用定期截去带长的方法使带张紧。10.5.3带传动的维护 1带传动装置外面应加防护罩。V带应保持清洁，不宜在有酸、碱等对橡胶有腐蚀或促使其老化的场合工作。 2对V带传动应进行定期检查，发现不能继续使用时应及时更换，但必须使一组V带中各根带的实际长度尽量相近。 3带传动不需要润滑，禁止往带上加润滑油或润滑脂，应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。10.6 链传动10.6.1 链传动的特点及应用1.链传动的组成和工作原理 如图10.7所示，链传动由主动链轮、从动链轮和链条组成。它通过链和链轮的啮合来传递运动和动力，兼有齿轮传动和带传动的一些特点。2. 链传动的特点和应用 链传动与带传动相比，由于链传动是啮合传动，故没有弹性滑动和打滑现象，其平均传动比准确，效率较高；无需较大的初拉力，对轴的作用力较小；传递相同载荷时，结构更紧凑，装拆方便；能在高温、油污、粉尘和泥沙等恶劣的环境下工作。图10.7 链传动 链传动适用的一般参数范围为：传动功率P100kW，链速v15 ms，传动比i8，中心距a56m，传动效率为0.950.98。10.6.2 滚子链与链轮1. 滚子链的结构和标准 滚子链由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4、外链板5组成(书图1013)。外链板与销轴过盈配合固结成外链节，内链板与套筒用过盈配合固结成内链节。而销轴与套筒，套筒与滚子之间均采用间隙配合，组成两转动副，相邻的内、外链节可以相对转动，使链条具有挠性。当链节与链轮轮齿啮合时，滚子沿链轮齿廓滚动，减轻了链与轮齿的磨损。为了减轻链条的重量并使链板各横截面强度相近(即近似符合等强度原则)，内、外链板均制成“”字形。 链条的零件均采用碳素钢或合金钢制成，并经热处理(硬度HRC40)，以提高其强度和耐磨性。滚子链相邻两链节铰链副理论中心间的距离称为节距，用p表示，它是链传动的主要参数。节距大，则链的各部分尺寸大，传递的功率大，但重量也大，冲击和振动也随着增加。为了控制链传动的尺寸及减小传动时的动载荷，当传动的功率较大及转速较高时，可采用小节距的双排链或多排链，双排滚子链见书图1015。由于多排链的制造和安装精度的影响，多排链承受载荷不均匀，故排数不宜过多，一般应不超过四排。相邻两排链条中心线间的距离称为排距，用Pt表示。 滚子链的标记方法规定如下： 链号排数链节数 标准号 例：A系列，节距3175mm，双排，60节的滚子链标记为 20A2 60 GBT12431997 链轮齿形已标准化，设计时主要是确定其结构尺寸，合理地选择材料及热处理方法。图 10.8滚子链的接头形式2.链轮的基本参数和主要尺寸 链轮的基本参数是配用链条的节距p、滚子外径d1、排距Pt及齿数z。链轮的主要尺寸计算公式如下：分度圆直径 （1030）齿顶圆直径 （1031）齿根圆直径 （1032）3.链轮的齿形 目前应用较广的滚子链轮端面齿形如图10.17所示，由三段圆弧(aa，ab ，cd)和一段直线(bc)组成。这种齿廓形状具有较好的啮合性能和加工性能，而且国标规定有标准齿形刀具，只需在零件工作图上注明“齿形按3RGBl244-85规定制造”即可，不必画出端面齿形。 链轮平面齿形则须在工作图中画出，且齿形和尺寸也应符合GBT12431997的规定(见书图10.18和书表10.10)。4.链轮的结构小直径链轮采用整体式（书图10.19a），中等尺寸链轮采用孔板式如书图10.19b，大直径链轮(da200mm)常采用装配式结构，以便更换齿圈，装配方式可为焊接（书图1019c），也可为螺栓连接见书图10.19d。 5.链轮的材料在低速、轻载和平稳的传动中，链轮材料可采用中碳钢；中速、中载传动，也可用中碳钢，但需齿面淬火使其硬度大于40HRC；在高速重载且连续工作的传动中，最好采用合金钢齿面渗碳淬火(如采用15Cr，20Cr淬硬至5060HRC)。 由于小链轮齿数少，啮合次数多，磨损、冲击比大链轮严重。所以，小链轮材料及热处理要比大链轮的要求高。选择链轮的材料，以保证轮齿具有足够的强度和耐磨性为原则。链轮常用材料及应用范围见书表1012。10.6.3 链传动的安装及维护1.链传动的合理布置链传动的布置是否合理，对链传动的工作能力及使用寿命都有较大影响。合理布置的原则有：（1）链轮轴线应平行，两链轮的转动平面应在同一垂直平面内；（2）链轮中心线最好为水平或接近水平，倾角不大于45；（3）应使链条的紧边在上 (