机械设计带传动和链传动

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。设计：潘存云3§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。1n2n12F0F0F0F0设计：潘存云设计：潘存云类型平皮带V型带多楔带摩擦型啮合型同步带圆形带----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α2θα1θ3.5718012dd带传动的几何关系中心距a包角α:2因θ较小,sin以代入得:)(12raddd带长:ADBCABL2)2(2)2(2cos212dda22211sin1cos以代入得：及add212θadd212)()(2cos21221ddddaaCADB设计：潘存云d1d2设计：潘存云addddaL4)(2221221α1α1CADBd1d2aθ带长:已知带长时，由上式可得中心距:8)(8)(2)(221222121ddddLddLa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。a调整螺钉调整螺钉滑道式张紧装置摆架式张紧装置a带传动的张紧方法：1.调整中心距设计：潘存云设计：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3.自动张紧自动张紧装置销轴带传动的优点：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=5~25m/s传动比：i=7效率：η≈0.9~0.95设计：潘存云§13-2带传动的受力分析F0F0F0F0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。F1≠F2F1↑，紧边F2↓松边F1F2F1F2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：F1–F0=F0–F2从动轮主动轮n1n2n1n2F0=(F1+F2)/2设计：潘存云设计：潘存云当圆周力F∑Ff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：1000FvP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。dFNF1F2F+dFFfdFNαdαdldα2dα2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2sin)(2sinddFFdFdFN2cos2cos)(dFddFFfdFN摩擦力：fdFN由力平衡条件：2sin)(2sinddFFdFdFN2cos2cos)(dFddFFfdFN12cos,22sindddd很小，可取因2ddF去掉二阶微量FddFNfdFdF012fdFdFFFfFF21ln积分得：紧边和松边的拉力之比为：feFF21→绕性体摩擦的基本公式dFfdFN设计：潘存云设计：潘存云联立求解：11ffeeFF)11(121feFFFF112feFF→F↑f↑α↑∵α1α2用α1→α分析：V带传动与平皮带传动初拉力相等时，它们的法向力则不同。平带的极限摩擦力为:FNf=FQfFN/2FN/2FQFQFNFN=FQFN=FQ/sin(/2)则V带的极限摩擦力为：f’-----当量摩擦系数,f’fQQNFffFfF'2sinQNFffF2sinfeFF21F=F1-F2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：'21feFF)11(111'121'2''1ffffeFFFFeFFeeFF1''1ffeeFF)11('121feFFFF11'2feFF'21feFF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：MPaAF11MPaAF22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：amdFNc带工作时应力由三部分组成dFNcdαdlrF1F2Ndqv22)(rqrdrvqrd2)(设计：潘存云离心力FNc在微弧段两端会产生拉力Fc。daqvdaFc22sin2由力平衡条件得：dFNcdαdlrF1F2FcFcdα2dα2:22sin，得取dadaNqvFc2MPaAqvAFcc2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MPadyEb2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δmaxδ1δb2α2n1n2α1δb1cb11maxδ2y弯曲应力为:最大应力σmax出现在紧边与小轮的接触处。V带的节线dV带轮的基准圆由材料力学公式得离心应力拉应力弯曲应力实验表明,疲劳曲线方程也适用于变应力的带:CNmmaxLvkTN3600式中:m和C与带种类和材质有关,N为应力循环总次数式中:k带轮数,一般k=2;T带的寿命,h.设计：潘存云设计：潘存云F0F0α1由力平衡条件得静止时轴上的压力为：5.作用在轴上的力FQF0F0FQ2sin210FFQα12α12设计：潘存云F2F2F1F1§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：AEF11AEF22∵F1F2∴ε1ε2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。smndv/100060111smndv/100060222总有：v2v1从动轮n2主动轮n1得从动轮的转速：带传动的传动比：2112)1(ddnn)1(12dd21nniV带传动的滑动率ε=0.01~0.02，一般可忽略不计。定义：112211121ndndndvvv为滑动率。设计：潘存云§13-5普通V带传动的计算V带可分为：普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、汽车V带等类型。其中普通V带应用最广。一、V带的规格组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。帘布芯结构绳芯结构包布顶胶抗拉体底胶节线节面节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。节面：全部节线构成的面。设计：潘存云bbdφ=40˚，h/bd=0.7的V带称为普通V带。已经标准化，有七种型号。型号ZABCDEY顶宽b1013172232386节宽bd8.511141927325.3高度h6810.513.51923.54楔角φ每米质量q（kq/m）0.060.010.170.300.620.900.04表13-1普通V带的截面尺寸（GB11544-89）40˚在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径d。dV带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld。标准长度系列详见下页表13-2，P202φbd2240.8222401.101.061.00.912500.8425001.301.091.030.932800.8728001.111.050.953150.8931501.131.070.073550.9235501.171.070.974000.960.7940001.101.131.024501.000.8045001.151.045001.020.8150001.181.075600.8256001.096300.840.8163001.127100.860.8371001.158000.900.8580001.189000.920.870.8290001.2110000.940.890.84100001.2311200.950.910.861120012500.980.930.881250014001.010.960.901400016001.040.990.920.831600018001.061.010.950.86Ld/mmYZＡＢＣLd/mmＺＡＢＣ基准长度KL基准长度KL表13-2普通V带的长度系列和带长修正系数（GB/T13575.1-92）2000.8120001.081.030.980.88设计：潘存云φ=40˚，h/bd=0.9的V带称为窄V带。与普通V带相比，高度相同时，宽度减小1/3，而承载能力提高1.5~2.5倍，适用于传递动力大而又要求紧凑的场合。二、单根普通V带的许用功率带在带轮上打滑或发生脱层、撕裂、拉断等疲劳损坏时，就不能传递动力。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。传递的功率为：)11('121feFFFF单根带所能传递的有效拉力为：1000)11('1veFf1000)11('1veAf为保证带具有一定的疲劳寿命，应使：σmax=σ1+σb+σc≤[σ]σ1=[σ]-σb-σc代入得：KWAvePfcb1000)11)(](['0在α=π，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下计算所得P0称为单根带的基本额定功率。详见下页表13-3教材P214。10000vFP设计：潘存云200400800950120014501600180020002400280032003600400050006000小带轮基准直径d1/mm表13-3单根普通V带的基本额定功率（包角α=π、特定基准长度、载荷平稳时）型号ZABC500.040.060.100.120.140.160.170.190.200.220.260.280.300.320.340.31560.040.060.120.140.170.190.200.230.250.300.330.350.370.390.410.40……………………………………………900.100.140.240.280.330.360.400.440.480.540.600.640.680.720.730.56750.150.260.450.510.600.680.730.790.840.921.001.041.081.091.00.80900.220.390.680.770.931.071.151.251.341.501.641.751.831.871.821.5…