机械设计挠性传动

1、机械设计机械设计2- -1 概概 述述具有中间挠性构件的传动方式。具有中间挠性构件的传动方式。 包括：包括：带传动带传动、链传动链传动和和绳传动绳传动挠性传动挠性传动 工作原理工作原理 摩擦传动摩擦传动平带、平带、V V带、多楔带、圆带等带、多楔带、圆带等啮合传动：啮合传动： 同步带、链传动等同步带、链传动等一、挠性传动的类型一、挠性传动的类型普通普通V带是标准件，七种型号：带是标准件，七种型号：Y、Z、A、B、C、D、E选型选型设计设计机械设计机械设计第二章第二章 挠性传动概述挠性传动概述平带的摩擦力为：平带的摩擦力为：NfFfNFf V带的摩擦力为：带的摩擦力为：f v 当量摩擦系数，显然

2、当量摩擦系数，显然 f v ffNFf2 2/sinN fF NvFf 二、普通二、普通V带与平带摩擦力之比较带与平带摩擦力之比较f 摩擦系数摩擦系数机械设计机械设计三、带传动的几何尺寸三、带传动的几何尺寸V带的基准长度带的基准长度 Ld ：在节线层上量得的带周长在节线层上量得的带周长V带轮的基准直径带轮的基准直径 dd ：与节线相对应的带轮直径与节线相对应的带轮直径带传动几何尺寸带传动几何尺寸 ：第二章第二章 挠性传动概述挠性传动概述节线节线机械设计机械设计2- -2 带传动的受力分析及运动分析带传动的受力分析及运动分析一、受力分析一、受力分析安装时，带必须以一定的初拉力安装时，带必须以一定

3、的初拉力F0 张紧在带轮上张紧在带轮上n2带工作前：带工作前：带工作后：带工作后：此时，带只受此时，带只受初拉力初拉力F0作用作用n1紧边拉力紧边拉力 - 由由 F0 增加到增加到 F1；松边拉力松边拉力 - 由由 F0 减小到减小到 F2 。Ff 带轮作用带轮作用于带的摩擦力于带的摩擦力第二章第二章 挠性传动带传动挠性传动带传动紧边进入主动轮的一边紧边进入主动轮的一边松边退出主动轮的一边松边退出主动轮的一边机械设计机械设计带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：紧边拉伸增量紧边拉伸增量 松边拉伸减量松边拉伸减量紧边拉力增量紧边拉力增量 松边拉力减量

4、松边拉力减量 因此：因此：F1 F0 FF2 F0 FF0 (F1 F2) / 2F1 F0 F/2F2 F0 F/2带所传递的功率为：带所传递的功率为：v 为带速为带速P 增大时，增大时， 所需的所需的F (即即Ff )加大。但加大。但Ff 不可能无限增大。不可能无限增大。第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析kW1000FvP F 当要求的圆周力大于最大摩擦力时，带传动将出现当要求的圆周力大于最大摩擦力时，带传动将出现.r机械设计机械设计f 为摩擦系数；为摩擦系数；为带轮包角为带轮包角当当Ff 达到极限值达到极限值Fflim 时，带传动处于即将打滑的临界状态时，带传动处于

5、即将打滑的临界状态,此时，此时， 。带传动即将打滑时，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式：带传动即将打滑时，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式： 欧拉（欧拉（Euler）公式）公式 feFF 21那么：那么：F flim= F1 F2 Fflim 此时为不打滑时的最大有效拉力，此时为不打滑时的最大有效拉力，将将F1 F0 F/2代入上式：代入上式： fffeFFF11)21(lim0lim正常工作时，应使有效拉力正常工作时，应使有效拉力 F Fflim第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析 F1 F1 /e f F1(11/e f)机械设计机械设计整理后得：整理后得：影响最大有效拉力

6、影响最大有效拉力F 的几个因素：的几个因素： ,F ; ,F第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析1120lim fffeeFF机械设计机械设计当包角当包角 180时：时：二、带传动的应力分析二、带传动的应力分析工作时，带横截面上的应力由三部分组成：工作时，带横截面上的应力由三部分组成：由紧边和松边拉力由紧边和松边拉力F1 、F2 产生的拉应力；产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由弯曲产生的弯曲应力。由弯曲产生的弯曲应力。1、拉力、拉力F1、F2 产生的拉应力产生的拉应力1 、2 紧边拉应力：紧边拉应力：1 F 1/A MPa松边拉应力：松边拉应力：2

7、 F2 /A MPaA 带的横截面面积带的横截面面积第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析V 带带 平带平带 5v21 feFF321 feFF机械设计机械设计vdrdln1则则第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析2、离心力产生的拉应力、离心力产生的拉应力c设：设： 带绕过带轮做圆周运动时会带绕过带轮做圆周运动时会产生离心力。产生离心力。作用在微单元弧段作用在微单元弧段dl 的离的离心力为心力为dCrvdmdC2 rvqdl2 rvqrd2)( dqv2 截取微单元弧段截取微单元弧段dl 研究，其两端拉力研究，其两端拉力FC 为离心力引起的拉力。为离心力引

8、起的拉力。由水平方向力的平衡条件可知：由水平方向力的平衡条件可知：2sin2C dFdC dFC 微单元弧微单元弧的质量的质量带速（带速（m/s)带单位长度质带单位长度质量（量（kg/m）带轮半径带轮半径微单元弧对微单元弧对应的圆心角应的圆心角22sin dd 机械设计机械设计MPa2CCAqvAF 虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段， dFC dqv2即：即：N2CqvF 则离心拉力则离心拉力 FC 产生的拉应力为：产生的拉应力为：但其产生的离心拉力但其产生的离心拉力FC（或拉应力（或拉应力c）却作用于）却作用于带的全部，且各剖面处处相等。带的全部

9、，且各剖面处处相等。3、带弯曲而产生的弯曲应力、带弯曲而产生的弯曲应力b带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式：带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式：MPa2dbdyE 节线至带最节线至带最外层的距离外层的距离带的弹性带的弹性模量模量显然：显然： ddb 故：故： b1 b2带绕过小带轮带绕过小带轮时的弯曲应力时的弯曲应力带绕过大带轮带绕过大带轮时的弯曲应力时的弯曲应力与离心拉应力与离心拉应力c不不同，弯曲应力同，弯曲应力b只只作用在绕过带轮的作用在绕过带轮的那一部分带上那一部分带上 。第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析机械设计机械设计带横截面的应力为三部分应力之和。带横截面的应力

10、为三部分应力之和。各剖面的应力分布为：各剖面的应力分布为：最大应力发生在最大应力发生在1bc1max 由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析机械设计机械设计两种滑动现象：两种滑动现象：三、带传动的弹性滑动和传动比三、带传动的弹性滑动和传动比1、弹性滑动、弹性滑动打打 滑滑 是带传动的一种失效形式，应避免是带传动的一种失效形式，应避免弹性滑动弹性滑动 正常工作时的微量滑动现象，不可避免正常工作时的微量滑动现象，不可避免弹性滑动是如何产生的？弹性滑动是如何产生的？因因 F1 F2故松、

11、紧边单位长度故松、紧边单位长度上的变形量不等。上的变形量不等。带绕过主动轮时拉力带绕过主动轮时拉力逐渐减小，带逐渐收逐渐减小，带逐渐收缩，使带相对于主动缩，使带相对于主动轮的转向向后滑动。轮的转向向后滑动。同样的现象也发生在同样的现象也发生在从动轮上。但情况有从动轮上。但情况有何不同？何不同？产生弹性滑动的原因：产生弹性滑动的原因：第二章挠性传动受力及运动分析第二章挠性传动受力及运动分析静弧静弧滑动弧滑动弧滑动弧等于接触弧长时转变成打滑滑动弧等于接触弧长时转变成打滑所以打滑总是先出现在小带轮上所以打滑总是先出现在小带轮上 是由是由 和和 引起的。引起的。机械设计机械设计弹性滑动引起的不良后果：

12、弹性滑动引起的不良后果： 使从动轮的圆周速度低于主动轮使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即，即 v2 1 从动轮直径增大，从动轮直径增大，传动能力提高，则额定功率增加传动能力提高，则额定功率增加额定功率增量为额定功率增量为P0 ，查表，查表2- -2。 带长不等于特定带长带长不等于特定带长 带越长，单位时间内的应力循环次数越少，带越长，单位时间内的应力循环次数越少，为此，引入带长修正系数为此，引入带长修正系数 KL 。 包角包角不等于不等于（因为（因为 i 1） 1，传动能力有所下降，引入包角修正，传动能力有所下降，引入包角修正系数系数K 。 K1b2 减小，减小，第二章挠性传动普通第二章挠性传

13、动普通V带设计带设计机械设计机械设计在实际工作条件下，单根在实际工作条件下，单根V带的额定功率为：带的额定功率为：kW)(L000 KKPPP 三、普通三、普通V带传动的设计计算带传动的设计计算（一）已知条件及设计内容（一）已知条件及设计内容传递的名义功率传递的名义功率P ；已知条件已知条件主动轮转速主动轮转速n1 ；从动轮转速从动轮转速n2 或传动比或传动比 i ；传动位置要求传动位置要求 ；工况条件、原动机类型等。工况条件、原动机类型等。V带的型号、长度和根数；带的型号、长度和根数；设计内容设计内容带轮直径和结构；带轮直径和结构；传动中心距传动中心距 a ；验算带速验算带速 v 和包角和包

14、角1 ；计算初拉力计算初拉力F0和压轴力。和压轴力。第二章挠性传动普通第二章挠性传动普通V带设计带设计所需所需 V 带根数：带根数：0CPPz 实际工作条件下需要传递的功率实际工作条件下需要传递的功率机械设计机械设计第二章挠性传动普通第二章挠性传动普通V带设计带设计（二）设计步骤和方法（二）设计步骤和方法1、确定计算功率、确定计算功率 Pc KA P2、根据、根据 n1、Pc 选择选择 V 带型号带型号工况系数工况系数,查查表表2- -53、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径 dd1、dd2带轮愈小，弯曲应力愈带轮愈小，弯曲应力愈大，所以大，所以dd1 ddmin dd2=i dd1(1- -

15、），圆），圆整成标准值整成标准值4、验算带速、验算带速 v（v525m/s）N5、确定中心距、确定中心距 a 及带长及带长 Ld6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角17、计算带的根数、计算带的根数 zN z 7 ？YN8、确定初拉力、确定初拉力 F09、计算压轴力、计算压轴力 FQ10、带轮结构设计、带轮结构设计及张紧装置设计及张紧装置设计 205 . 2500qvzvKPKFc 2sin210 zFFQ 问题：带传动适合于问题：带传动适合于高速级还是低速级？高速级还是低速级？ 0012011203 .57180 adddd 7000 KKPPPPPzLcc10006011 ndvd 机械设

16、计机械设计 初定中心距初定中心距 a0 0.7(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2)初算带长初算带长 Ld0 计算实际中心距计算实际中心距 aa 过小：带短过小：带短,易疲劳易疲劳,1小小a 过大：易引起带的抖动过大：易引起带的抖动 021d2d2d1d00d422addddaL 20dd0LLaa （圆整）（圆整）取基准长度取基准长度 Ld（表（表24）第二章挠性传动普通第二章挠性传动普通V带设计带设计机械设计机械设计2- -4 链传动设计概述链传动设计概述一、链传动的类型及特点一、链传动的类型及特点第二章挠性传动链传动概述第二章挠性传动链传动概述按用途不同，链分为按用途不同，链分为

17、、和和。滚子链应用较多，且为标准件。滚子链应用较多，且为标准件。与带传动相比，链传动的优缺点：与带传动相比，链传动的优缺点： 可在恶劣的环境下工作，压轴力小；可在恶劣的环境下工作，压轴力小； 传递功率比带传动大，效率较高；传递功率比带传动大，效率较高；适用的速度比带小，适用的速度比带小，v 15 m/s ； 瞬时速比变化，振动、噪声大。瞬时速比变化，振动、噪声大。传动链常用：传动链常用：和和 传动链用于传递运动和动力，传动链用于传递运动和动力，v 15m/s、P 100kW、i 8 可做成变速器，如变速自行车；可做成变速器，如变速自行车；机械设计机械设计第二章挠性传动链传动概述第二章挠性传动链

18、传动概述滚子链的主要参数包括：滚子链的主要参数包括：p ，相邻两销轴中心距；，相邻两销轴中心距；Lp ，表示链的长度，表示链的长度，链排数链排数 滚子链可做成单排或多排链；滚子链可做成单排或多排链；滚子链分滚子链分A、B两个系列，常用两个系列，常用A系列系列滚子链标记：滚子链标记：链号链号排数排数链节数链节数 标准编号标准编号链号链号25.4/16链节距链节距例：例：常取常取，以便首尾相连；，以便首尾相连；机械设计机械设计第二章挠性传动链传动概述第二章挠性传动链传动概述二、链传动的运动特性分析二、链传动的运动特性分析1、链传动的平均速度及、链传动的平均速度及链轮抽象成链轮抽象成，边长为，边长为

19、 ，边数等于，边数等于 故链的平均速度：故链的平均速度：10006011 pnzv平均传动比：平均传动比：1221zznni 链轮每转一圈，转过的链长为链轮每转一圈，转过的链长为 z p平均传动比平均传动比m/s10006022 pnz机械设计机械设计1第二章挠性传动链传动概述第二章挠性传动链传动概述假定：主动边总处于水平位置假定：主动边总处于水平位置 coscos111Rvv 链速：链速：则则 的变化范围：的变化范围：2211 101360z 2、链传动运动的不均匀性、链传动运动的不均匀性111 Rv A点圆周速度：点圆周速度： sin11Rv 垂直分速度：垂直分速度：链节所对应链节所对应的

20、中心角：的中心角：当当 =1/2时：时：)2/cos(111min Rv 当当 =0时：时：111max Rvv v 的变化使链条抖动。的变化使链条抖动。2sin11max vv 0min v机械设计机械设计第二章挠性传动链传动概述第二章挠性传动链传动概述B点圆周速度为点圆周速度为v2，角速度，角速度2 cos2vv 则：则： coscos1221tRRi 及及周期性变化周期性变化这种现象称为这种现象称为 由于运动的不均匀性，引起振动和冲击，由于运动的不均匀性，引起振动和冲击，所以链传动常用于速度较低的场合。所以链传动常用于速度较低的场合。在从动轮上：在从动轮上： coscos1v cosco

21、s11R 22 R 机械设计机械设计第二章挠性传动链传动设计第二章挠性传动链传动设计一、失效形式一、失效形式 铰链磨损铰链磨损导致节距变长，引起跳齿或脱链；导致节距变长，引起跳齿或脱链； 链板疲劳断裂链板疲劳断裂由于变应力作用产生疲劳断裂；由于变应力作用产生疲劳断裂； 冲击疲劳破坏冲击疲劳破坏反复冲击使滚子、套筒疲劳破坏；反复冲击使滚子、套筒疲劳破坏； 胶胶 合合润滑不良且速度过高使销轴套筒间产生胶合；润滑不良且速度过高使销轴套筒间产生胶合； 过载拉断过载拉断载荷过大引起静强度破坏。载荷过大引起静强度破坏。2- -5 滚子链传动的设计计算滚子链传动的设计计算机械设计机械设计第二章挠性传动链传动

22、设计第二章挠性传动链传动设计二、链传动的额定功率曲线二、链传动的额定功率曲线根据根据的实验结果，经修正后得到的实验结果，经修正后得到单排滚子链传动的额定功率曲线。单排滚子链传动的额定功率曲线。小小链链轮轮转转速速n1链链额额定定功功率率P0确确定定链链号号 z119、Lp100节、单排链节、单排链 机械设计机械设计第二章挠性传动链传动设计第二章挠性传动链传动设计实际情况下的修正系数：实际情况下的修正系数：单排链单排链链长链长pL100齿数齿数191z齿数系数齿数系数 Kz = (z1/19)n链长系数链长系数 KL = (Lp/100)m多排链系数多排链系数 Kt（表（表210）实验条件实验条

23、件实际情况引入修正系数实际情况引入修正系数特定条件下单排链所能传递的功率：特定条件下单排链所能传递的功率：P0实际情况下链条所能传递的功率：实际情况下链条所能传递的功率：P0KzKLKt P0链传动的计算功率链传动的计算功率:PKPAC 由由0tLz0CPKKKPP tLzC0KKKPP 得单排链所得单排链所需额定功率需额定功率:P 需传递的名义功率需传递的名义功率KA 工况系数（表工况系数（表29）机械设计机械设计三、链传动主要参数的选择三、链传动主要参数的选择链轮齿数链轮齿数小链轮齿数小链轮齿数 z1 愈多，愈多，传动愈平稳，动载荷减小。传动愈平稳，动载荷减小。通常取通常取 z1 17，

24、且传动比且传动比 i 越小，越小， z1可越多。可越多。大链轮齿数大链轮齿数 z2 i z1 ，常取常取 z2 120， 以防止脱链。以防止脱链。节距节距 p节距节距 p 越大，承载能力越强。越大，承载能力越强。但但 p 过大，运动越不均匀，冲击越大，且结构庞大。过大，运动越不均匀，冲击越大，且结构庞大。所以：所以：；中心距中心距 a第二章挠性传动链传动设计第二章挠性传动链传动设计因链节数常取偶数，故因链节数常取偶数，故，使磨损均匀。，使磨损均匀。常取常取 a （3050）p a 过小，易疲劳；过大，易抖动。过小，易疲劳；过大，易抖动。 amax 80p机械设计机械设计第二章挠性传动链传动设计

25、第二章挠性传动链传动设计84 FKnQSA10、v 0.6m/s时时应校核静强度应校核静强度四、滚子链传动的设计方法四、滚子链传动的设计方法1、选择齿数、选择齿数 z1（按传动比（按传动比 i）2、确定齿数、确定齿数 z2z1i 1203、确定链排数、确定链排数5、确定系数、确定系数 KA、Kz、KL及及 Kt6、计算所需的额定功率、计算所需的额定功率 P07、根据、根据及及查额定查额定功率曲线，确定链的功率曲线，确定链的和和4、初定中心距和链节数、初定中心距和链节数应圆整成偶数。应圆整成偶数。LapzzzzzzpaLpa0212122100)2()2(22)5030( tLzcKKKPP 08、计算实际中心距、计算实际中心距 a9、计算压轴力、