机械设计基础第十章带传动与链传动

第十章带传动与链传动第一节概述第二节带传动的类型、特点及其应用第三节带传动的受力分析和应力分析○第四节带传动的弹性滑动及其传动比○第五节普通V带传动的失效形式与计算准则第六节普通V带轮的常用材料与结构○第七节普通V带传动的参数选择和设计计算方法第八节V带传动的张紧、安装和维护第九节链传动的类型、特点及其应用第十节链传动的运动不均匀性第十一节滚子链传动的结构和标准○第十二节滚子链传动的失效形式与设计准则第一节概述刚性传动:传动组成的构件均为刚性件，如齿轮传动、凸轮传动、螺旋传动、四杆机构等挠性传动：传动的组成构件中有挠性件的传动，如带传动、链传动等。链传动的组成带传动组成第二节带传动的类型、特点及其应用一、带传动的主要类型摩擦带啮合带二、普通V带的结构与材料线绳结构帘布结构三、摩擦带传动平带传动与V带传动承载能力比较（单带比，V带传动承载能力约为平带的3倍）平带和V带传动受力比较a）平带传动b）V带传动平带与带轮内表面接触，其极限摩擦力：fFfFFQNf2cos2sin2fFFFNNQV带与带轮槽两侧面接触，极限摩擦力：2cos2sin2fFFNQ即故V带与带轮的摩擦力F′f为2cos2sin2ffFfFFQNf其中2cos2sinfffVQVFf式中，Ff′为V带与带轮间的摩擦力（N）；FN为带轮对带的正压力；FQ为张紧力（N）；f为带与带轮间的摩擦因数；fV为V带传动的当量摩擦因数；φ为V带轮的轮槽角，通常φ有32°、34°、36°、38°四种。当φ=38°时代入公式，可得Ff′=3FQ，即张紧力相同情况下，V带承载能力是平带的3倍。四、啮合带传动1.同步带传动2.齿孔带传动1）带有弹性，能缓和冲击、吸收振动，故传动平稳、噪声小。五、带传动的特点和应用主要特点：2）过载时，(摩擦)带会在带轮上打滑，具有过载保护作用。3）结构简单，制造成本低，且便于安装和维护。4）带与带轮间存在滑动，不能保证传动比恒定不变5）带必须张紧在带轮上，增加了对轴的压力。6）不适用于高温、易爆及有腐蚀介质的场合。须张紧在带轮上，增加了对轴的压力。应用场合:适用于要求传动平稳、传动比要求不很严格及传动中心距较大的场合。啮合带特点:1）能保证比较准确的传动比。2）适应的速度范围广（v≤50m/s)。3）传动比大（i≤12）。4）传动效率高（η=0.98～0.99)。5）传动结构紧凑。第三节带传动的受力分析和应力分析一、带传动的受力分析初始态(未运动时)工作态(运动时)静态时，带上、下边均受张紧力F0，定义为初拉力；工作态(n1)时，带下边被拉紧，受力F1定义为紧力拉力；上边被放松，受力F2定义为松边拉力。设带总长度L不变，则紧边增长量为△L，松边缩短量也是△L，根据虎克定律有2102120012FFF；FFFFFFFe有效圆周力即21FeFf据柔性体欧拉公式在V带传动中，以当量摩擦因数fV代入欧拉公式VfeFF21联立可导得)1(212)1()1(200VVVfffeeFeeFF讨论：带传动的有效圆周力与摩擦因数、包角、初拉力有关摩擦因数f（fv），则Fe包角α，则Fe初拉力F0，则Fe。但初拉力过大会造成摩擦加剧，降低带的寿命；过小则工作能力不足。二、带传动的应力分析1.两边拉力产生的拉应力AFAF//2211松力拉应力紧力拉应力σ1、σ2（MPa）；F1、F2（N）；A为带截面积（mm2）；q（kg/m）；v（m/s）2.离心力产生的拉应力AqvAFc//23.弯曲应力2211/2/2/2dabbdabbdabbdEhdEhdEh小带轮大带轮11maxbbc○第四节带传动的弹性滑动及其传动比这种由于带两边拉力不相等致使两边弹性变形不同，从而引起带与带轮间的滑动称为带的弹性滑动。从动轮圆周速度的降低率，称为带传动的滑动系数，用ε表示11221122111211)()(ndndndndndvvvddddd)1(2112dddndn因此有通常带传动的滑动系数ε=0.01～0.02。因ε很小，在非精确计算时可以忽略不计。○第五节普通V带传动的失效形式与计算准则一、带传动的失效形式打滑二、带传动的设计准则带的疲劳破坏保证带传动不打滑（控制带传动的有效圆周力）VVffeeAeFF111111max带在有打滑趋势时的最大圆周力（a）带在一定限度内有足够的疲劳强度与使用寿命11maxbbC带的疲劳强度为式中，[σ]为一定条件下，由带疲劳强度决定的许用应力1000FVP带传动所能传递的功率P（kw）式中，F为最大有效圆周力（N），从（a）公式求得；v为带速（m/s）)100060/(11ndvd对V带，在载荷平稳、传动比i=1和特定的带长、抗拉体材质为化纤时各种型号的单根V带的基本额定功率P1，绘制成图，以备设计查用普通V带的额定功率图(1)普通V带的额定功率图(2)普通V带的额定功率图(3)普通V带的额定功率图(4)当实际合作条件与实验条件不相符时，应对P1进行修正，因此单带许用功率lKKPPP)(][111式中，[P]为单带在实际条件下可传递的额定功率（kW）；P1为单根V带的基本额定功率（kW）；ΔP1为i≠1时单根V带的额定功率增量（kW），查表10-2；Kα为包角修正因数，查表10-3；Kl为带长修正因数，查表10-4。第六节普通V带轮的常用材料与结构一、V带轮的材料当带轮的圆周速度为25m/s以下时，一般采用铸铁HT150或HT200；速度较高时，采用铸钢带轮或钢板焊接的带轮；小功率带轮也可采用铸铝或塑料带轮。二、V带轮的结构与尺寸轮缘轮毂轮幅普通V带轮有实心式、辐板式、孔板式及椭圆辐板式四种典型结构实心式辐板式孔板式椭圆辐板式普通V带轮轮槽尺寸○第七节普通V带传动的参数选择和设计计算方法一、V带传动参数的选择通常已知条件：①传动的用途；②传递功率P；③工作情况；④主、从动轮转速n1和n2或传动比i12；⑤外廓尺寸要求。待确定V带传动的主要参数：（1）V带的型号、长度和根数；（2）V带传动的中心距；（3）带轮的基准直径和结构尺寸；（4）初拉力和作用在轴上的压力。二、V带传动的设计计算方法1.确定计算功率PcPKPACKA为工作情况因数；P为名义功率（kW）；PC为计算功率（kW）2.带型号的选择普通V带选型图根据计算功率PC和小带轮的转速n1查图确定型号。3.确定带轮的基准直径一般取dd1≥ddmin，并取标准值。表：带轮的基准直径4.验算带速将带速控制smvsm/25/5从发挥带传动的传动能力考虑，应使带速V≈20m/s)100060/(11ndvd5.确定中心距a和带的基准长度Ld)(2)(7.021021ddddddadd初定中心距a0021212004)(2)(2addddaLddddd初定带的基准长度考虑安装、调整或补偿，中心距a的范围ddLaaLaa015.003.0minmax6.验算小带轮包角要求α1≥120°，若α1过小，可以：adddd]3.57)[(180121小轮包角计算7.确定带的根数Z]/[1PPZC式中，PC为计算功率(Kw)；[P1]为单根V带的额定功率(kW)。常用带的根数Z为2～4根；Z不能超过最多使用根数Zmax表：V带最多使用根数Zmax加大中心距改变传动比增设张紧轮8.确定单根V带的初拉力F02015.2500qvZvPKFCa式中，V为带速(m/s)；q为每米带长的质量（kg/m），查相应的表。9.计算带对轴的压力FQcos22212221FFFFFQ若不考虑两边的拉力差，按两边均为zF0计算2cos22cos2100ZFZFFQ例设计一铣床电动机与主轴箱之间的普通V带传动。已知电动机额定功率P=4kW，转速n1=1440r/min，从动轮转速n2=400r/min，两班制工作，两轴间距离约为500mm。解小带轮工作图第八节V带传动的张紧、安装和维护一、V带传动的张紧1.调整中心距二、带传动的安装和维护2.采用张紧轮第九节链传动的类型、特点及其应用一、链传动的类型二、链传动的特点和应用链传动与其它传动相比，具有以下特点：（1）有中间挠性件的啮合传动，无弹性滑动和打滑，平均传动比不变。（2）链传动无需初拉力，对轴的作用力较小。（3）链传动可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣环境下工作。（4）链传动瞬时传动比不恒定，传动平稳性差，有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，不易用于高速和急速反向的场合。链传动适应于：两轴线平行，且距离较远、瞬时传动比无严格要求及工作环境恶劣的场合，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等机械中。目前，链传动的最大传递功率可达3600kW；链速V可达30～40m/s，常用v≤15m/s；最大传动比可达15，一般i≤6；效率η=0.91～0.97。第十节链传动的运动不均匀性由于链传动啮合区域的部分折成正多边形。正多边形边长恰为节距p。链转一周，链条转过的周长=zp，因此转速为)100060/()100060/(2211pnzpnzv链传动的平均传动比i1221//zznni链传动的传动比是平均值，实际链轮1、2应的啮合点A、B的速度V1、V2是变化的，因此传动存在运动不均匀性。由于链速V及γ角的变化，使从动轮的角速度ω1也变化coscos2211rrv链传动的瞬时传动比为cos/cos/1221rri显然，链传动的瞬时传动比是变化的，也就说运动是不均匀的。只有当r1=r2，z1=z2时，传动比才能恒等于1链传动的速度波动情况第十一节滚子链传动的结构和标准一、滚子链的结构和标准滚子链有单排、双排和多排。内链板与套筒、外链板与销轴间的配合为过盈配合，套筒与销轴、滚子与套筒间采用间隙配合。链板制成∞字形，可使其剖面的抗拉强度大致相等。单排滚子链双排滚子链滚子链的标记滚子链的基本参数与尺寸，参见教材中相应表，表内的链号数乘以25.4/16mm即为节距值，链号中的后缀表示系列，其中A系列是我国滚子链的主系列滚子链的接头形式图a，b可拆卸的外链板联接；图c过渡链板二、滚子链链轮1.链轮的齿形链轮齿形应符合下列要求:保证链条能平稳而顺利地进入和啮合；受力均匀，不易脱链；便于加工。链轮端面齿形链轮齿形国家标准GB1244-85规定了滚子链轮端面齿槽形状如图示三圆弧（dc、ba、aa′）一直线(cb)︵︵︵—链轮的主要尺寸与计算据教材与手册确定2.链轮的结构○第十二节滚子链传动的失效形式与设计准则二、滚子链的设计准则中、高速滚子链传动（v≥0.6m/s）——用功率线图进行设计。低速滚子链传动(v＜0.6m/s)——按链的静强度进行设计计算功率曲线图按特定条件绘制。如A系列：①两链轮共面②小链轮齿数z=19③整链链节数为100④单排链⑤载荷平稳⑥采用推荐的润滑方式⑦工作寿命为1500h⑧链条因磨损引起的相对伸长量不超过3%一、滚子链传动失效形式功率线图如果链传动的润滑不能保证推荐方式(次页图)，则将P0降低。当v≥1.5m/s，降低50%；当1.5m/s＜v＜7m/s，降低75%；当v＜7m/s且润滑不良时，不宜采用。实际工作情况与特定条件不符时，修正P0，同时考虑原动机和工作机械的载荷种类、特性对传动的影响：AmLzKKKKPP/0Kz为小链轮齿数因数；KL为链长因数；Km为多排链因数，可在教材或手册中桉表查取。推荐的润滑方式小链轮齿数因数Kz链长因数KL多排链因数Km工作情况因数KA本章基本内容讲述结束谢谢配合