机械设计基础-链传动课件

第4章带传动与链传动,4.1带传动概述4.2普通V带和V带轮4.3带传动的工作能力分析4.4V带传动的设计4.5带传动的安装、维护和张紧4.6链传动概述4.7滚子链及其链轮4.8链传动的运动特性4.9滚子链传动的设计计算4.10链传动的布置、张紧和润滑,4.1带传动概述,工作原理：带传动是靠摩擦力进行工作的,4.1.1带传动的主要类型,1.平带截面为扁平矩形，图(a),类型：,3.多楔带图(c),2.V带截面为梯形，图(b),4.圆形带截面为圆形，图(d),5.同步齿形带传动（E）,(E),特点：,1.优点：,有良好的弹性，能吸振缓冲，工作平稳，噪音小。过载时，带在轮上打滑，能保护其它零件免遭损坏。能适应两轴中心距较大的场合。结构简单，制造容易、维护方便，成本低。,4.1.2带传动的特点和应用,工作时有弹性滑动，传动比不准确，不能用于要求传动比精确的场合。外廓尺寸较大，不紧凑。转动效率低，V带传动的效率一般=0.940.96。带的寿命较低，作用在轴上的力较大。由于带与带轮间的摩擦生电，可能产生火花，不宜用于易燃易爆的地方。,2.主要缺点：,4.2普通带与V带轮,4.2.1普通V带标准普通V带都制成无接头的环形。其构造如图所示。当V带受弯曲时，带中保持其原长度不变的周线称为节线，由全部节线构成节面。带的节面宽度称为节宽（bd）,V带受纵向弯曲时，该宽度保持不变。,普通V带已标准化，其周线长度Ld为带的基准长度。普通V带的基准长度系列见教材表4-2。普通V带两侧楔角为40，相对高度约为0.7bd，并按其截面尺寸的不同将其分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。,普通V带横截面尺寸（单位：）,带传动一般安装在传动系统的高速级，带轮的转速较高，故要求带轮要有足够的强度。带轮常用灰铸铁铸造，有时也采用铸钢、铝合金或非金属材料。当带轮圆周速度v25m/s时，采用HT150；当v=2530m/s时，采用HT200；速度更高时，可采用铸钢或钢板冲压后焊接；传递功率较小时，带轮材料可采用铝合金或工程塑料。,V带轮的材料,4.2.2V带轮,带轮的结构一般由轮缘、轮毂、轮辐等部分组成。轮缘是带轮具有轮槽的部分。轮槽的形状和尺寸与相应型号的带截面尺寸相适应。并规定梯形轮槽的槽角为32、34、36和38四种，都小于V带两侧面的夹角40。这是为了使胶带能紧贴轮槽两侧。带轮的基准直径是指与所配用V带的节宽相对应的带轮直径，以d表示。,带轮的结构,普通V带轮的轮槽尺寸,注：min是轮缘最小壁厚推荐值,对带轮的设计要求是质量小、工艺性好、质量分布均匀、内应力小、高速应经动平衡，工作面应精细加工。V带轮的设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，根据带的型号确定轮槽尺寸。带轮直径（2.53)d(d为轮轴直径，单位为mm）时，采用实心式；带轮直径d300mm时，采用轮辐式,4.3带传动工作能力分析,4.3.1带传动中的受力分析,张紧状态:,工作状态:,带两边拉力相等张紧力0,带两边拉力不相等（通过带所受摩擦力分析得知）,拉力增加紧边01紧边拉力拉力减少松边02松边拉力,有效圆周力F（N）、速度V（m/s）和传递功率P（KW）之间的关系为,设带在工作前后总长不变，并考虑带为弹性体，则紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量。,1002即：2012,有效圆周力F的大小,松紧边拉力差，即为带传动的有效圆周力F，在数值上F等于任一带轮与带接触弧上的摩擦力的总和Ff，即,KW,最大有效圆周力,当带在带轮上即将打滑尚未打滑时，摩擦力达到临界值，此时带所能传递的有效圆周力亦达到最大值。临界状态下的F1与F2之间的关系可用著名的欧拉公式表示为：,fV为当量摩擦系数，f为带与带轮之间的摩擦系数；为带的楔角；为带轮包角，rad；e为自然对数的底。,根据前述几个公式经整理后，可得出带所能传递的有效圆周力为：,（3）增大，Fmax增大。因为12，故打滑首先发生在小带轮上，一般要求1120，至少不小于90。,（1）F0增大，Fmax增大。但F0过大时，会降低带的使用寿命，同时会产生过大的压轴力。,（2）fv增大，Fmax增大，因为，所以V带比平带承载能力大。,（4）当FFmax时，带传动发生打滑而失效，故应避免。,上式表明，带所传递的圆周力F与下列因素有关：,4.3.2带传动的应力分析带传动工作时,带中的应力由以下三部分组成:1.由拉力产生的拉应力带的拉力产生的紧边拉应力1和松边拉应力2为,式中,A为带的横截面面积。,2.由离心力产生的离心拉应力由于带本身的质量,带绕过带轮时随着带轮作圆周运动将产生离心力。离心力将使带受拉,在截面产生离心拉应力,式中,c为离心拉应力,单位为MPa；v为带速,单位为m/s；q为带单位长度上的质量,单位为kg/m,见下表。,基准宽度制V带每米长的质量,传动带绕经带轮时要弯曲,其弯曲应力可近似按下式确定：,式中,E为带的弹性模量,单位为MPa；h为带的厚度,单位为mm；dd为带轮的基准直径,单位为mm。,3.带的弯曲产生的弯曲应力,上图为带工作时的应力分布情况,各截面的应力大小由该处引出的带的法线长短表示。最大应力发生在紧边和小轮接触处,其值为max=1+c+b1由上图可知,带在工作过程中,其应力是在min=2+c与max=1+c+b1之间不断变化的,因此,带经长期运行后会发生疲劳破坏。,带的弯曲产生的弯曲应力动画,为保证带具有足够的疲劳强度,应满足max=1+c+b1式中,为根据疲劳寿命决定的带的许用应力,其单位为MPa,其值由疲劳实验得出。疲劳破坏是指材料在交变应力作用下的破坏。,4.3.3带传动的弹性滑动和传动比1.弹性滑动传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由1减小为2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（1-2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度。同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。,从动轮,主动轮,松边,紧边,带传动的弹性滑动动画,这种由于带的弹性和拉力差而引起的带与带轮之间的局部相对滑动称弹性滑动。所以,带工作时弹性滑动是不可避免的。由上述可知,由于弹性滑动的存在,导致从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1,其降低程度用滑动率表示:,考虑弹性滑动影响而得出的传动比公式表示如下：,式中,n1、n2为主、从动轮转速,单位为r/min；dd1、dd2为主、从动轮基准直径,单位为mm。因带传动的滑动率，其值很小，0.010.02，所以在一般传动计算中可不予考虑。,弹性滑动和打滑的区别,4.4普通V带传动设计4.4.1.带传动的主要失效形式带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳断裂。由于带传动中的弹性滑动，带和带轮之间不可避免地存在有相对滑动。因此，带和带轮的磨损也是带传动的一种常见失效形式。,4.4.2设计准则和单根V带的额定功率带传动的设计准则是：在保证带传动在工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。单根V带所能传递的功率与带的型号、长度、带速、带轮直径、包角大小及载荷性质等有关。为便于设计,将实验测得的在载荷平稳、包角为180及特定长度条件下的单根V带在保证不打滑并具有一定寿命时所能传递的功率P0称为基本额定功率,依此作为设计的依据。各种型号V带的P0值见教材表4-4。当实际使用条件与实验条件不符时,表4-4中的P0值应当加以修正,故V带的额定功率还要再附加一个P0增量，增量P0见教材表4-5。,4.4.3.设计步骤和参数选择设计V带传动时,一般已知条件是传动的用途、工作条件、传递的功率、主从动轮的转速(或传动比)、传动的位置要求及原动机类型等；设计的内容是确定V带的型号、长度和根数,传动中心距,带轮的材料、结构和尺寸,作用于轴上的压力等。,设计步骤如下:(1)确定计算功率Pc：Pc=KAP式中,KA为工况系数,见下表；P为传递名义功率(如电动机的额定功率),单位为kW。,工况系数KA,(2)选择带的型号带的型号可根据计算功率Pc和小带轮转速n1由下图选取。临近两种型号的交界线时,一般选小型号,或按两种型号同时计算,分析比较后决定取舍。(3)确定小带轮直径dd1和大带轮直径dd2小带轮直径愈小,传动所占空间愈小,但弯曲应力愈大,带愈易疲劳。教材表4-7列出了普通V带轮的最小基准直径。设计时,应使小带轮基准直径dd1ddmin。大带轮基准直径,(4)验算带速v普通V带质量较大,带速较高,会因惯性离心力过大而降低带与带轮间的正压力,从而降低摩擦力和传动能力；带速过低,则在传递相同功率的条件下所需有效拉力F较大,要求带的根数较多。一般以v=(525)m/s为宜。带速的计算公式为,(5)确定中心距a和带的基准长度Ld当中心距较小时,传动较为紧凑,但带长也减小,在单位时间内带绕过带轮的次数增多,即带内应力循环次数增加,会加速带的疲劳；而中心距过大时,传动的外廓尺寸大,且高速运转时易引起带的颤动,影响正常工作。一般初定中心距a0可根据题目要求或按以下范围估算:0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2)初选后,可根据下式计算V带的初选长度L0,根据L0,按教材表4-2选取接近的基准长度Ld。传动的实际中心距可近似按下式确定：,考虑到安装、调整和带松弛后张紧的需要,中心距应当可调,并留有调整余量,其变动范围为amina0.015Ldamaxa0.03Ld,(6)验算小带轮上的包角1包角是影响带传动工作能力的主要参数之一。包角大,带的承载能力高；反之易打滑。在V带传动中,一般小带轮上的包角不宜小于120,个别情况下可小到90,否则应增大中心距或减小传动比,也可以加张紧轮。的计算公式为,(7)确定V带的根数ZV带的根数Z可由下式计算:,式中,K为包角系数,考虑不同包角对传动能力的影响,其值见教材表4-8；KL为长度系数,考虑不同带长对传动能力的影响,其值见教材表4-2；P0为功率增量,单位为kW；P0为特定条件单根V带的额定功率（kW）；PC为计算功率（kW）。,(8)计算初拉力F0初拉力是保证带传动正常工作的重要参数。初拉力不足,易出现打滑；初拉力过大,V带寿命缩短,压轴力增大。既保证传动功率,又不出现打滑的单根V带所需的初拉力F0可由下式计算:,(9)计算轴上压力Fy为了设计支承带轮的轴和轴承,需知带作用在轴上的载荷Fy的大小。为了简化计算,可近似的按两倍带初拉力F0进行计算。由下图可知：,式中,Fy为作用在带轮轴的径向压力,单位为N；Z为带的根数；F0为单根带的初拉力,单位为N；为小带轮上的包角，单位为度()。,带作用在轴上的压力,4.5带传动的安装、维护和张紧,4.5.1V带传动的安装和维护V带传动的安装和维护需注意以下几点：1、安装时，两带轮轴必须平行，两轮轮槽要对齐，否则将加剧带的摩擦，甚至使带从带轮上脱落。2、胶带不宜与酸、碱或油接触，工作温度不应超过C。3、带传动装置应加保护罩。4、定期检查胶带，发现其中一根过度松弛或疲劳损坏时，应全部更换新带，不能新旧并用。如果旧胶带尚可使用，应测量长度，选长度相同的带组合使用。,由于V带工作一段时间后，会因永久性伸长而松弛，影响带传动的正常工作。为了保证带传动具有足够的工作能力，应采用张紧装置来调整带的张紧力。,定期张紧（定期调整中心距）,调整中心距,4.5.2V带传动的张紧,V带传动的定期张紧动画,利用张紧轮使带张紧,定期张紧,自动张紧,V带传动的自动张紧动画,V带传动的定期张紧动画,4.6链传动概述,链传动由主动链轮1、从动链轮3和绕在链轮上的中间挠性件链条2组成，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递平行轴间的运动和动力。,链传动,链传动动画,按用途链可分为传动链、输送链和起重链。,按结构的不同传动链主要有滚子链和齿形链。,滚子链运动不均匀，适用于轻载低速传动；齿形链传动平稳、噪声小，但价格较贵，适用于高速重载传动。,链传动的特点和应用,链传动在矿山、冶金、轻工、化工、运输等机械设备中应用广泛。主要用于中心距较大、只要求平均传动比准确或工作环境恶劣的传动。,没有弹性滑动和打滑，平均传动比准确；效率高，承载能力高；轴上受力小，在同样使用条件下，较带传动紧凑；能在较恶劣的环境下工作；具有中间挠性件，可缓和冲击，吸收振动，并适用于大中心距传动；瞬时传动比和链速变化，故传动平稳性差、工作时冲击和噪声较大；磨损后易发生脱链；只能用于平行轴间的传动。,套筒滚子链上相邻两销轴中心的距离称为节距，用表示。,链条的长度以节数来表示，链节数常取偶数，奇数节时须采用过渡链节。,套筒滚子链由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。,4.7.1套筒滚子链的结构,4.7滚子链和链轮,滚子链已标准化（GB1243.1-2006），按极限拉伸载荷的大小分为A、B两个系列。滚子链的主要参数如教材表4-9。其中链号数乘以25.4/16mm即为节距值。链的节距越大，链的尺寸就越大，承载能力也越高。滚子链的标记顺序为链号、排数、整链链节数和标准号。如A系列滚子链、节距为15.875、单排、86节的滚子链，其标记为：10A186GB1243.1-2006。,套筒滚子链的规格,对齿形的基本要求是：链条滚子能平稳、自由地进入啮合和退出啮合；啮合时滚子与齿面接触良好；齿形应简单，便于加工。,对套筒滚子链链轮端面齿形，国家标准仅规定了滚子链链轮齿槽的齿面圆弧半径re、齿沟圆弧半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最大和最小齿槽形状之间。最常用的链轮端面齿形是“三圆弧一直线齿形，由三段圆弧aa、ab、cd和一段直线bc组成。这种“三圆弧一直线”齿形基本上符合上述齿槽形状范围，且具有较好的啮合性能，并便于加工。,（1）端面齿形和轴面齿形,（2）链轮的主要尺寸,4.7.2链轮,链轮端面齿形和轴面齿形,链轮结构型式：实心式、腹板式、组合式、轮辐式。,（3）链轮结构和材料,链轮材料：链传动工作不平稳，链轮轮齿的失效形式有断裂、磨损等，故其材料应具有足够的强度和较好的耐磨性，且小链轮的材料应优于大链轮。,链的平均速度为：,在链传动中，链条包在链轮上如同包在两正多边形的轮子上，正多边形的边长等于链条的节距p。,链的平均传动比为：,4.8链传动的运动特性,运动的不均匀性,在小轮上链的瞬时速度为,在大轮上链的瞬时速度为,链传动的瞬时传动比,由上述分析可知，当1为常数时，链条与从动链轮作变速运动，每转过一个链节，其速度变化一次，因而会产生动载荷、冲击、振动和噪声。链传动运动的不均匀特性，是由于链条绕在链轮上时形成多边形所造成的，故称为“多边形效应”。它是链传动的固有特性，是无法避免的。增加链轮齿数或减小节距可减轻多边形效应。,链条疲劳破坏：链板因拉力变化引起疲劳断裂；滚子因接触应力引起表面疲劳剥落。主要发生在闭式传动中。,链条铰链磨损：铰链反复曲折导致磨损，使链条变长，最后引起跳齿和脱链。主要发生在开式传动中。,链条铰链的胶合：在润滑不良或速度过高时，铰链接触表面发生胶合。,链条的过载拉断：低速重载时，因过载被拉断。,4.9链传动的设计计算,4.9.1链传动的失效形式,在特定条件及推荐润滑方式下，A系列滚子链不发生失效时所能传递的功率称为额定功率P0。,Kz为小链轮齿数修正系数；,Kp为多排链系数；P为名义功率。,KA为工作情况系数；,4.9.2额定功率曲线图及许用功率,实际工作条件与上述特定条件不同时，应对额定功率加以修正。实际工作条件下链条所能传递的功率，称为许用功率P0。,（1）链轮齿数及传动比,4.9.3主要参数的选择,滚子链的传动比：通常小于6，推荐i=23.5。若传动比过大，则链条在小链轮上的包角过小，小链轮同时参与啮合的齿数就会过少，从而使链齿磨损加快；传动比过大，还会使传动装置外廓尺寸加大。,链轮齿数：为使链传动的运动平稳，小链轮齿数不宜过少，对于滚子链，可按链速选取z1，然后按传动比确定大链轮齿数。z2=iz1，一般z2不宜大于120，过多易发生跳齿和脱链现象。一般链条节数为偶数，而链轮齿数最好选取奇数，这样可使磨损较均匀。,（2）链的节距链节距是链传动中最重要的参数，链的节距越大，其承载能力越高，传动的