【机械设计基础】课件第13章

第13章带传动和链传动带传动、链传动也称为柔性传动。用于传递空间两轴之间的运动和动力，适用于中心距较大的场合。下面先讲带传动：按传动原理：摩擦型带传动、啮合型带传动摩擦型传动啮合型传动§13.1带传动的类型和应用概述初拉力：张紧带，并使带压紧在带轮上，带所受拉力。工作原理：摩擦力.组成：主动轮1从动轮2环形带3123（1）传动带具有弹性和挠性，可吸收振动、缓和冲击。传动平稳，噪声小；（2）过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动，起到保护作用；（3）适用于中心距较大的场合；（4）结构简单，制造、安装、维护方便；（5）传动比不准确；（6）效率低，寿命短；（7）由于张紧力存在。轴，轴承受力较大。一.带传动的特点：中心距大于20倍带宽二.带传动的类型按照带的形状分类：平带；V带；多楔带；同步带;圆带。工作面工作面工作面工作面工作面平带：工作面——内圆周表面。Ｖ带：工作面——侧面。摩擦力大，传递较大的功率。窄Ｖ带的承载能力高于普通Ｖ带。联组带：几根Ｖ带联成一体，可降低横向振动，载荷均匀。用于大功率，高速，振动较大的场合。多楔带：兼有平带和Ｖ带的优点。圆带：用于仪器等。带传动的主要类型类型平带V带多楔带同步带结构图8-2a)图8-2b)图8-2c)图8-2d)特点结构最简单、易于制造传递摩擦力大、传动比大、结构较紧凑传递功率大、摩擦力大、柔性好传动比准确、轴向压力小；但安装和制造要求高标准化已标准化已标准化已标准化应用场合传动中心距较大应用广泛传递功率较大、结构要求紧凑、变载荷或冲击较高线速度，可达50m/s。按照传动比分类：定传动比，有级变速；无级变速按照两轴的位置和转向分类：半交叉传动i≤3,v≤15m/s两轴交错，不能逆转交叉传动i≤6,v≤15m/s两轴平行，回转方向相反开口传动i≤5(平带),i≤7(V带),v≤20～50m/s两轴平行，回转方向相同13.2带传动计算的理论基础13.2.1带传动的几何计算几何参数：d1，d2——小轮和大轮直径a——两轮中心距α——包角，传动带与带轮接触弧的中心角。α1，α2。开口传动的几何关系α2L——带长已知带的长度L，求中心距a带传动的张紧13.2.2带传动的受力分析带传动的受力情况静止传递功率静止：T=0，初拉力F0工作：T≠0，由于摩擦力的存在，出现紧边、松边。紧边拉力F0→F1，松边拉力F0→F2。•工作时，设环形带的总长度保持不变，则△F＝F1－F0=F0－F2；即：F0=(F1+F2)/2•有效拉力F：带两边拉力之差称带传动有效拉力。又称圆周力：F＝F1－F2传递功率：P=Fv/1000（kW）•带传动的极限功率和带与带轮之间的摩擦力有关。•当带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著的相对滑动——打滑——失效。•带传动处于临界状态时F1与F2的关系•以平带为例。已知，带传动几何尺寸，摩擦系数为f。取微段如图。微段受力：dFN，F，F+dF，fdFN结论：增大包角或增大摩擦系数，都可提高带传动所能传递的圆周力。因小轮包角比大轮小，故计算带传动所能传递的圆周力取小轮包角。)11(11112121ααααffffeFFFFeFFeeFF−=−=−=−=21FFF−=：联解增大小轮包角的结构措施1.合理安排松边、紧边的位置当传动中的两个带轮水平放置时，应将松边安排在轮的上部，紧边安排在轮的下部，松边在重力作用下的下垂使得小轮包角有所增大，当两轮中心不等高时，应避免使两轮垂直放置，（带的下垂使带变松），应使小轮在下，紧边在下。增大小轮包角的结构措施2.合理张紧在两个传动轮之间增加一个张紧轮，通过改变张紧轮轮心的位置可以使带拉紧，在安排张紧轮的位置和张紧力的作用方向时应考虑对包角的影响，当要求张紧力向内时应使张紧轮靠近小轮，当要求张紧力向外作用时应使张紧轮靠近大轮。„再以V带传动与平带比较考虑：为当量摩擦系数带轮槽角；为2sin/V:'2sinϕϕϕff'fFfFfFQQN===因为f’f，故在相同的条件下，V带传递功率大。13.3带的应力分析传动时，带中应力由以下三部分组成：1)紧边、松边产生的拉应力σ1≠σ2，带绕过主动轮时，带的应力由σ1逐渐降为σ2；带绕过从动轮时，带的应力由σ2逐渐升为σ1。紧边拉应力：松边拉应力：22211mmAAFAF—带的横截面积—==σσ2）离心力产生的拉应力mkgqdqvrvqrddFNc/)(22—带每米长的质量，—αα==假定离心力在该微段长上两边的拉力为Fc，由右图各力的平衡条件：2222sin;2sin2qvFdddqvdFcc=≈=，则：取αααα离心力产生的拉应力为：•注意：离心力只发生在带作用圆周运动部分，而由此引起的拉应力作用于带的全长。使带与轮面的压力减少、传动能力降低，要补偿。AqvAFcc2==σ3）弯曲应力—带轮直径——带的弹性模量—的垂直距离—带的中层到最外层—dEydyEb2=σ带的应力分布最大应力发生在紧边与小轮接触处。cbσσσσ++=11maxn1n2松边拉应力紧边拉应力n1n2弯曲应力n1n2离心应力由于带在工作过程中承受变应力。当循环次数达某一值后，带发生疲劳破坏。其疲劳曲线方程为：CNm=maxσ式中m、c与带的材质和种类相关。N为应力循环总次数。假定v——带速（m/s）；L——带长（m）T——带的寿命（h），则应力循环总次数N为：LvkTN3600=„例13－1p20913.4带传动的弹性滑动和传动比1）理想传动比假设：带工作时无弹性变形，则主、从动轮的圆周速度v1，v2与带的线速度相等，即v1＝v2＝v。2）弹性滑动由于皮带材料的弹性变形而产生的皮带相对带轮的滑动称为弹性滑动。上图：A点：带与主动轮线速度相等；C点：带与从动轮线速度相等。由于F1＞F2，紧边、松边的单位伸长量不同后果：(1)从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度。(2)能量损失、磨损发热。在AB弧段：带收缩，带的速度落后于主动轮的圆周速度v1；在CD弧段：带伸长，带的速度超前于从动轮的圆周速度v2。从而造成v1≠v2。弹性滑动现象分析：“紧边在A点绕上主动轮“带的拉力逐渐降低，变形量减小“带速滞后于带轮即带与轮之间发生相对即带与轮之间发生相对滑动滑动————弹性滑动：材弹性滑动：材料的弹性变形而产生的料的弹性变形而产生的滑动。滑动。产生的原因带的弹性、松边与紧边拉力差弹性滑动的特点不可避免的传动比不准确；带的磨损，效率降低弹性滑动的后果弹性滑动的进一步说明3）滑动率与传动比传动中由于带的滑动引起的从动轮圆周速度的降低率称为滑动率ε。即：Ｖ带传动，ε＝0.01~0.02。一般计算可不予考虑。带传动传动比：13.4V带的类型与结构V带是应用最广泛的一种传动带。对V带的要求：去扰性好，横向刚度大，承载能力高，寿命长。同时又要求带绕在轮上时较易弯曲，与带轮较好地贴合，带与轮之间应有较大而且稳定的摩擦系数，由于带与轮之间有滑动摩擦（后面将详细分析），所以又需要带的材料具有较好的耐磨性。本节主要介绍普通V带传动计算强力层结构普通窄联组齿形V带宽V带一.V带的规格普通V带的结构：帘布芯V带：制造方便抗拉体绳芯V带：柔韧性好、抗弯强度大V带已标准化，表13－1GB11544-89规定：普通V带的截面尺寸分为7种：Y、Z、A、B、C、D、E2.抗拉体1.顶胶4.包布3.底胶几个参数节线：当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线。节面：全部节线构成的面。节宽bd：带的节面宽度称为节宽。当带受纵向弯曲时，该宽度保持不变。楔角φ＝40o顶宽b，高度h。普通V带：窄V带：窄V带是近年来越来越被广泛应用的带传动形式，它的强力层通常采用抗拉强度较高的合成纤维材料或钢丝，所以相同高度的窄V带比普通V带的承载能力高很多（1.5~2.5倍）。7.0→dbh9.0→dbhYZABCDE40o„V带轮的基准直径d：在V带轮上，与所配用V带的节面宽度bd相对应的带轮直径。在表13－10中查„V带的基准长度Ld：V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度。在表13－2中查d13.5普通V带传动的设计计算一.带传动的失效形式和设计准则主要失效形式：打滑；磨损；疲劳折断带传动的主要失效形式表现为打滑和带的疲劳折断，打滑使得主动轮与被动轮之间不存在确定的相对运动关系（无法确定传动比），失去传动的基本功能，是必须避免的（避免带传动在承受正常载荷时打滑），为使带传动不发生打滑现象，就必须使初拉力达到足够的值，而初拉力会直接影响带的拉应力，为此带既不发生打滑，也不过早损坏，必须要带传动的参数满足一定的条件，这就是设计的任务。设计准则：在保证带传动不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命.二.单根普通V带的许用功率保证不打滑的单根带的传递功率:（A）1000)11(1000)11(1000'1'10veAveFFvPffαασ−=−==要保证带具有足够的疲劳强度][1maxσσσσσ≤++=cbΘ][maxσσ=取：则：cbσσσσ−−=][1（B）（B）代入（A）得单根普通V带能传递的功率：1000)11)(](['0AvePfcbασσσ−−−=由式中看出P0与带的型号，材料，长度，轮径，包角，速度等诸多因素有关。对于特定条件（载荷平稳，包角α1=π，带长Ld为特定长度，抗拉体为化学纤维线绳结构）。P0——单根V带的基本额定功率P214中P0的计算值如表13－3，单根V带的基本额定功率（包角α=180°，特定长度，平稳工作）•实际工作条件与上述特定条件不同时，必须对基本额定功率P0加以修正，修正后的功率称为许用功率[P0]。•△P0——功率增量，考虑i≠1时，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的条件下，可增大传递的功率。查表13－5,p216。•Kα——包角修正系数，考虑α1≠180°时，对传动能力的影响。查表13－7,p217。•KL——带长修正系数，考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响。查表13－2,p212。LKKPPPα)(][000Δ+=许用功率[P0]:三.普通V带的型号和根数的确定已知，所需传递额定功率P（kW），KA——工作情况系数（查表13－8,p218），小带轮转速n1。计算功率：PKPAc=型号选择根据PC，小轮转速n1选择普通V带型号。若临近两种型号的交界线时，可按两种型号同时计算，分析比较决定取舍。图13-15,p119n1Pc根据计算功率和小轮转速选择普通V带图V带根数的确定按照下式计算：LccKKPPPPPzα)(][000Δ+==为使每根带受力均匀，V带根数不宜太多。通常z＜10。四.主要参数的确定1.带轮直径和带速小轮直径d1满足表13-9，p219，d1≥dmin（最小基准直径，表13-9），否则带的弯曲应力过大导致带的寿命降低。)1(1212ε−=dnnd滑动率计算中，d1，d2一般应符合表13-9尺寸系列要求。带速v:m/s25100060511≤×=≤ndvπ推荐初定中心距a0：由式（13－2）初定基准长度：由计算的L0选定基准长度Ld，确定中心距a：中心距的允许变化范围：)(2)(7.021021ddadd++021221004)()(22addddaL−+++=π200dLaad−+≈)03.0(~)015.0(ddLaLa+−2.中心距、带长和包角小轮包角一般应有α1≥120°，否则可加大中心距或增设张紧轮。3.初拉力（张紧力）初拉力要适当，初拉力过大：轴、轴承压力增大，带的寿命降低。针对单根带合宜的初拉力：οο3.57180121×−−=addα20)15.2(500qvKzvPFc+−=α4.压轴力F计算压轴力是为了校核轴的刚性、2sin22cos2100αγzFzFF==F0F0Fαγ四.V带传动的设计流程功率P主动轮转速n1被动轮转速n2（或i）工作条件带型号带轮直径d1,d2带根数z中心距a带长Ld初拉力F0带轮结构压轴力原始数据计算内容设计步骤„例13－2，P2211.V带轮的设计要求质量小；结构工艺性好；工作面和尺寸保持一定精度2.带轮材料铸铁：HT150;HT