第九章 带传动和链传动

带传动的类型和应用V带轮的结构带传动的应力分析第九章带传动和链传动带传动和链传动带传动的弹性滑动和传动比普通V带传动的计算带传动的受力分析第九章带传动和链传动带传动和链传动链条和链轮链传动的运动分析和受力分析链传动的主要参数及其选择滚子链传动的计算链传动的润滑和布置链传动的特点和应用9.1带传动概述1、带传动的组成主动轮1、从动轮2、环形带332、带传动的工作原理：1n2n12F0F0F0F0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3、带传动的类型平皮带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。抗拉体α2θα1θ4、带传动的几何关系中心距a包角α2带长θaCADBd1d2addddaL4)(2221221带长已知带长时，由上式可得中心距8)(8)(2)(221222121ddddLddLa5、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。6、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。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。7、带传动的应用V带传动应用最广，带速：v=5~25m/s传动比：i=7效率：η≈0.9~0.95V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。8、V带的结构和类型φ=40˚，h/bd=0.7的V带称为普通V带。已经标准化，有七种型号。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。V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。标准长度系列详见教材9-1普通v带的截面尺寸见教材表9-2φ=40˚，h/bd=0.9的V带称为窄V带。与普通V带相比，窄V带高度相同时，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。a调整螺钉调整螺钉滑道式张紧装置摆架式张紧装置a9、带传动的张紧方法1）调整中心距张紧轮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9.2带传动的受力分析和应力分析静止时，带两边的初拉力相等：带必须以一定的初拉力张紧在带轮上F0F0F0F0传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：F1=F2=F0F1≠F2F1↑F2↓F1F2F1F2紧边松边从动轮主动轮n1n2n1n2紧边松边9.2.1带传动的受力分析设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：F1–F0=F0–F2F0=(F1+F2)/2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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。打滑现象以平带为例，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：正压力：dFN两端的拉力：F和F+dF力平衡条件：2sin)(2sinddFFdFdFN摩擦力：fdFNfFF21ln紧边和松边的拉力之比为feFF21feFF21F=F1-F211ffeeFF112feFF)11(121feFFFF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=FQfFN/2FN/2FQFQFNFN=FQFN=FQ/sin(/2)f’——当量摩擦系数,f’f则V带的极限摩擦力为：QQNFffFfF'2sinQNFffF2sin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对于普通V带：θ＝18°fv＝f/sin9°＝3.24f1.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Ndqv22)(rqrdrvqrd2)(9.2.2带的应力分析离心力FNc在微弧段两端会产生拉力Fc。daqvdaFc22sin2由力平衡条件得，得取2≈2sindadaNqvFc2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cb11max弯曲应力为最大应力σmax出现在紧边与小轮的接触处。由材料力学公式得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：v2v19.3带传动的弹性滑动和打滑得从动轮的转速：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。9.4带传动的失效形式和计算准则9.4.1带传动的失效形式和计算准则失效形式：打滑和疲劳破坏计算准则：在不打滑的前提下具有一定的疲劳寿命9.4.2单根普通V带的许用功率带载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，应使为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。详见表9-310000vFP实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果称为许用功率[P0]LaKKPPP)(][000KL——长度系数；考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响，见教材表9-1。∆[P0]——功率增量；考虑在i≠1，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值详见表9-4Kα——包角系数。考虑α≠180˚时对传动能力的影响，见表9-51.普通V带的型号和根数的确定PKPAc计算功率KA——工作情况系数详见表9-6型号的确定根据Pc和小带轮的转速n1，由下页选型图确定。LcKKPPPZ)(00根数的确定9.5V带传动的设计计算300050002000160040002008005001004003001000小带轮的转速n1(r/min)125025000.811.2523.154581016203040506380100200250普通V带选型图ZABCDE普通v带选型图带轮的直径过小，则带的弯曲应力大，寿命降低。应取d1dmin2.带轮直径与带速型号YZABCDEdmin205075125200315500表9-7带轮的最小直径dmin大带轮的直径d2：)1(1212dnndd1、d2：必须符合带轮的基准直径系列：带速smndv/10006011一般应使v在5~25m/s的范围内。3.中心距、带长和包角推荐范围0.7(d1+d2)a02(d1+d2)初定V带基准长度021221004)()(22addddaL根据L0由表13-2选取接近的基准长度Ld，然后计算中心距200LLaad中心距变动范围为考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。(a-0.015Ld)~(a+0.015Ld)4.小轮包角3.57180121add一般应使α1≥120˚,否则可加大中心距或增加张紧轮。20)15.2(500qvKzvPFac3.初拉力保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，会出现打滑，初拉力过大将增大轴和轴承上的压力，并降低带的寿命。计算公式其中Pc为计算功率；设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传递功率、带轮转速以及对传动的外廓尺寸的要求等。设计带传动的主要任务是选择合理的传动参数、确定V带型号、长度和根数；确定带轮材料、结构和尺寸。z为V带根数；v为带速；q为V带每米长的质量；ka为包角修正系数。5.初拉力带传动设计的步骤:1.求计算功率；2.选择普通V带型号；3.求带轮的基准直径d1、d2；4.验算带速；5.求V带的基准长度Ld和中心距a；6.验算小带轮的包角；7.求V带根数z；8.求作用在带轮轴上的压力FQ；9.带轮的结构设计。带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的结构1、实心式——直径小补充V带轮的结构2、腹板式——中等直径dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)s=(0.2～0.3)Bs1≥1.5ss2≥0.5s腹板式一带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)s=(0.2～0.3)Bs2≥0.5s§13-6V带轮的结构带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。腹板式二3、轮辐式——d350mm；§13-6V带轮的结构设计：潘存云组成：链轮、环形链条作用：链与链轮轮齿之间的啮合实靠现平行轴之间的同向传动。§9.6链传动概述9.6.1链传动的工作原理9.6.2链传动的类型传动链起重链曳引链1.链轮传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；2.需要的张紧力小，作用在轴上的压力小，可减少轴承的摩擦损失；3.结构紧凑；4.能在高温，有油污等恶劣环境下工作；5.制造和安装精度较低，中心距较大时其传动结构简单；缺点：瞬时转速和瞬时传动比不是常数，传动的平稳性较差，有一定的冲击和噪声。应用：广泛应用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。9.4.3链传动的特点与齿轮传动相比与带传动相比工作范围：传动比：i≤8;中心距：a≤5~6m;传递功率：P≤100KW;圆周速度：v≤15m/s;传动效率：η≈0.95~0.98销轴与外链板铆牢，分别称为内外链节。内外链节构成一个铰链。当链条啮入啮出时，内外链节作相对转动。同时滚子沿链轮链齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。内外链板均做成8字形，以减轻重量，并保持各横截面的强度大致相等类型滚子链的组成：滚子、套筒、销轴、内链板、外链板。齿形链滚子链套筒与销轴、滚子与套筒均为间隙配合内链板紧压在套筒两端，称为内链节。9.6.4传动链的结构链条材料：碳素钢或合金钢，经热处理，以提高强度和耐磨性。套筒滚子链的剖面结构：滚子套筒销轴内链板外