机械设计基础教学PPT带传动和链传动.ppt

第8章 带传动和链传动,总 论带传动链传动,基本要求:熟悉普通V带的结构、标准、张紧方法和装置掌握带传动的工作原理、受力情况、弹性滑动、打滑掌握V带传动的失效形式、设计准则、参数选择、设计方法掌握链传动链传动的工作情况运动不均匀性分析掌握滚子链传动的设计计算方法、主要参数选择了解链传动的布置、张紧和润滑等,机械设计基础带传动和链传动,总 论,中心距较大的传动,采用环形曵引元件传动减少零件数量，简化传动装置，降低成本,链传动,机械设计基础带传动和链传动,摩擦型,啮合型,挠性传动,带传动,带传动,8-1 带传动的特点8-2 带传动的分类8-3 带传动的受力分析8-4 带的耐久性8-5 弹性滑动及传动比8-6 普通V带传动的设计计算8-7 V带轮的结构8-8 带传动的使用维护,机械设计基础带传动和链传动,8-1 带传动的特点,一、带传动组成主动带轮1、从动带轮2、环形带,二、工作原理静止时，两边拉力相等；传动时，拉力大的一边称为主动边（紧边），拉力小的一边为从动边（松边）靠带与带轮接触弧间的摩擦力传递运动和动力,机械设计基础带传动和链传动,三、带传动的优缺点,机械设计基础带传动和链传动,四、带传动的应用,机械设计基础带传动和链传动,8-2 带传动的分类,一、按传动形式分开口传动：两轴平行，同向回转交叉传动：两轴平行，反向回转半交叉传动：两轴交错，不能逆转,二、按带的截面分平带传动：平带的截面形状为矩形，底面是工作面，可实现多种形式的传动,机械设计基础带传动和链传动,二、按带的截面分带传动：截面形状为梯形，带两侧面是工作面，当量摩擦系数大，承载力大，只用于开口传动,机械设计基础带传动和链传动,多楔带传动：具平、带的优点,同步带的特点：具带与链传动的特点,同步带的应用,机械设计基础带传动和链传动,摩擦力分析：比较平带与V带,8-3 带传动的受力分析,一、带传动的几何尺寸计算二、带传动的受力分析三、紧松边拉力关系四、最大有效拉力Felim,机械设计基础带传动和链传动,一、带传动的几何尺寸计算,机械设计基础带传动和链传动,二、带传动的受力分析,静止时，两边拉力相等=F0张紧力工作时:拉力增加紧边：F0F1 紧边拉力拉力减少松边：F0F2 松边拉力工作状态:带两边拉力不相等,紧松边判断：绕进主动轮的一边紧边,机械设计基础带传动和链传动,紧边,松边,三、紧松边拉力关系,紧边由F0F1拉力增加，带增长松边由F0F2 拉力减少，带缩短,有效拉力Fe:紧边拉力与松边拉力的差值 Fe=F1-F2=Ff,机械设计基础带传动和链传动,紧边,松边,三、紧松边拉力关系,三、紧松边拉力关系,提问：带传动是靠摩擦力来传动的，当外载荷引起的圆周力大于全部摩擦力，带是否能够正常工作？打滑：带将沿轮面发生滑动,机械设计基础带传动和链传动,紧边,松边,四、最大有效拉力Felim,打滑：外载荷引起的圆周力大于全部Ff，即Ff 达到Fflim 时，带将沿轮面发生滑动，可用柔韧体的欧拉公式表示：,e 自然对数f 摩擦系数a 小带轮的包角 此时，摩擦力达到最大带所能传递的最大圆周力，要保证带正常工作，就要使Fflim 大于等于Felim。怎样才能使Fflim大呢？Ff越大，带传动的性能就越好，所以，引出了F1 和F2之间的关系。讨论带传动的最大有效拉力Felim 以及影响因素,机械设计基础带传动和链传动,四、最大有效拉力Felim,影响因素：初拉力F0正压力 Ff，Felim但F0，磨损加快，带的寿命下降；小带轮包角带与带轮接触弧 总摩擦力越大 Fflim Felim，根据计算公式可知，大小取决于设计参数d1 d2及中心距a，因此设计时，要对这些参数合理的设计；摩擦系数 f Ff总摩擦力越大 Felim，f取决于带和带轮的材料。,机械设计基础带传动和链传动,F0越大越好吗？越小呢？,8-4 带的耐久性,提问?带传动工作时,作用于带上有哪些应力?它们的分布及大小有什么特点?最大应力发生在什么部位?为什么要限制带速？带的应力：拉应力、弯曲应力、离心拉应力,机械设计基础带传动和链传动,8-4 带的耐久性,由带弯曲运动产生的离心拉应力c:有质量的带在运动过程中有圆周速度，所以产生离心拉应力，c作用于带的全长；,机械设计基础带传动和链传动,8-4 带的耐久性,由拉力产生的拉应力:s1、s2：,机械设计基础带传动和链传动,8-4 带的耐久性,机械设计基础带传动和链传动,由带弯曲产生的弯曲应力:b1,b2因为带要绕上小带轮和大带轮，绕在带轮上有弯曲，所以有弯曲应力,式中：E:带的当量弯曲弹性模量；y:带的最外层到中性层（节面）的距离；d1，d2:大小带轮直径。,思考：最大应力=？最大应力的位置在那里？,按A、B、C、D四个点把带分为四段：A：紧边绕上小带轮；C：绕上大带轮。,分为A、B、C、D四个点：A：紧边绕上小带轮；C：绕上大带轮。A点的应力等于sA=sC+s1+sb1B点的应力等于sB=sC+s2+sb1C点的应力等于sC=sC+s2+sb2D点的应力等于sD=sC+s1+sb2,弯曲应力只发生在包角所对的圆弧部分，带轮直径越小，带越厚（带的最外层到中性层（节面）的距离y越大），弯曲应力越大。所以，带绕过小带轮时的弯曲应力较大，带的最大应力发生在紧边开始绕上小轮处（A点）。,要求掌握的内容：带传动有哪几个应力的作用？这几个应力大小是如何分布的？最大应力的位置？,8-5 弹性滑动及传动比,什么是弹性滑动,对传动有什么影响？为什么会发生弹性滑动或打滑?是否可以避免?,机械设计基础带传动和链传动,前面分别讲了带的受力分析和带的应力分析，下面来分析下带传动的运动。带的缺点：有弹性滑动和打滑，是传动比不恒定。打滑：带将沿轮面发生滑动,8-5 弹性滑动及传动比,一、弹性滑动分析：带是弹性体，它在受力情况下会产生弹性变形，由于带在紧边和松边上所受拉力不相等，因而产生的弹性变形也不相同。,机械设计基础带传动和链传动,分析：a1：带绕上小带轮；c1：离开小带轮。带从a1 c1点的运动过程中，紧边拉力为F1松边拉力为F2；从a1 c1点，带从紧边运动到松边，所受的力由F1下降到F2；本来带和带轮应为同步运动，但由于带是弹性体，拉力差就使得带向后收缩，带在带轮接触面上出现局部微量的向后滑动，此时带与带轮不同步，因此带和带轮的速度也就不一样。哪个速度大呢？V带V带轮,机械设计基础带传动和链传动,分析：a2：带绕上大带轮；c2：离开大带轮。带从a2 c2点的运动过程中，紧边拉力为F1松边拉力为F2；从a2 c2点，带从松边运动到紧边，所受的力由F2增大到F1；本来带和带轮应为同步运动，但由于带是弹性体，拉力差就使得带向前伸长，带在带轮接触面上出现局部微量的向前滑动，此时带与带轮不同步，因此带和带轮的速度也就不一样。哪个速度大呢？V带V带轮,机械设计基础带传动和链传动,通过分析可知：由于带是弹性体，在不同的拉力下，会产生弹性变形，主动轮上的带向后滑动，V带V带轮这种滑动现象成为弹性滑动,机械设计基础带传动和链传动,动画：,主动轮上带轮的速度大于带的速度，两者理论是要同步的，但是由于以上分析的原因，就是的轮子的速度比带的速度要快；再看从动轮上的，带的速度比轮子的速度要大。,弹性滑动,定义：由于带的两边弹性变形不等所引起的带与带轮之间的微量相对滑动,产生的原因：带的弹性、松边与紧边拉力差变形量改变，相对轮滑动,机械设计基础带传动和链传动,弹性滑动,弹性滑动的特点：弹性滑动是摩擦型带传动正常工作时不可避免的固有特性，是微量滑动，只发生在离开带轮前的那部分弧上（称为滑动弧）Fe 弹性滑动 弹性滑动范围,机械设计基础带传动和链传动,如果弹性滑动扩展到整个接触弧?,弹性滑动,弹性滑动对传动的影响：带传动传动比不稳定（因为弹性体和打滑）降低传动效率（V带传动效率=0.910.96），使带与带轮磨损增加和温度升高。使从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，即：v1 v2 v1 v带 v2，从动轮圆周速度相对降低量称为滑动率e：传动比不为常数，即：,机械设计基础带传动和链传动,一般的情况下：e=1%2%虽然很小，但是对带传动的工作还是有影响的，在多数情况下，忽略掉滑动率e。,二、打滑,定义：当传递的有效拉力达到或超过带与小带轮之间的摩擦力总和的极限值时，过载引起带与带轮在整个接面弧上发生显著的相对滑动。这种现象称为打滑。,产生的原因：FeFfmax 弹性滑动扩展到整个接触弧显著滑动(打滑)特点：打滑可以避免，而且应当避免短时打滑起到过载保护作用打滑先发生在小带轮处 后果：打滑带的剧烈磨损从动轮转速剧烈降低失效,机械设计基础带传动和链传动,?如何防止打滑,三、弹性滑动与打滑的本质区别,弹性滑动：是带传动正常工作时不可避免的固有特性；因局部弹性变形的变化是的带与带轮间发生局部相对滑动；,打滑：是带传动的失效形式，（即不能正常工作，而弹性打滑是可以正常工作的），并且在设计时可以避免打滑现象。（而弹性滑动是不可避免的）发生在带和带轮的全部接触弧上的（而弹性滑动是在滑动弧上的）,机械设计基础带传动和链传动,8-6 普通V带传动的设计计算,一、V带的结构二、普通V带标准三、V带传动设计计算,机械设计基础带传动和链传动,一、V带的结构,机械设计基础带传动和链传动,二、普通V带标准,机械设计基础带传动和链传动,二、普通V带标准,机械设计基础带传动和链传动,三、V带传动设计计算设计内容：确定型号、长度、根数、中心距、包角等。,1 带传动失效形式及设计准则2 单根V带能传递的功率3 设计步骤,机械设计基础带传动和链传动,1 带传动失效形式及设计准则,失效形式：1）打滑由F实传 Flim引起的失效；2）带的疲劳损坏（脱层和疲劳断裂）smax s引起的失效。设计依据：保证带传动不打滑的条件下，充分发挥带的和传动能力，并使带具有一定的疲劳强度或寿命。设计准则：不打滑：FFflim 疲劳强度：smax=s1+sb1+scs,机械设计基础带传动和链传动,1 带传动失效形式及设计准则,具体做法：确定单根带所能传递的许用功率根据带传动的设计功率确定带安全工作的根数,机械设计基础带传动和链传动,使带同时满足：不打滑和具有一定的疲劳强度这两个条件带传递的功率：,不打滑,不疲劳破坏,基本额定功率可查表8-2a、表8-2b基本额定功率确定条件：i=1,特定带长，工作平稳,2 单根V带能传递的功率,机械设计基础带传动和链传动,在特定条件下单根普通V带的许用应力：特定条件：1）载荷平稳；2）a1=a2=180，即：i=1；3）带的基准长度为特定长度；C常数，棉帘布及棉芯结构，C=0.75；Ld 带的基准长度，mm（P120见表8-1）Lh 带的寿命，h;V带速，m/s,2 单根V带能传递的功率,实际工作中单根带所能传递的许用功率P0：当使用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系数。经过修正后单根V带的许用功率P0：,机械设计基础带传动和链传动,带长修正系数，可查表8-6,包角系数，可查表8-5,时的单根V带额定功率功率的增量，可查表8-2b,将求得的许用应力s带入公式P0,即可求得各种型号单根普通带的基本额定功率。,3 设计步骤,已知条件及设计内容：,机械设计基础带传动和链传动,已知条件,设计内容,传递的名义功率P 主动轮转速n1从动轮转速n2 或传动比i 传动位置和外部尺寸要求 工况条件、原动机类型等,V带的型号、长度和根数带轮直径和结构传动中心距 a验算带速 v 和包角计算初拉力和作用在轴上的压轴力带轮的材料选择及结构设计,7、计算带的根数 z,2、根据n1、Pc 选择带的型号,3、确定带轮基准直径dd1、dd2,带轮愈小，弯曲应力愈大，所以dd1 dmin,dd2=i dd1(1)，圆整成标准值,具体步骤,1、确定计算功率 Pc KAP,机械设计基础带传动和链传动,工况系数，查表8-3,4、验算带速v(v525m/s),N,5、确定中心距 a 及带长 Ld,6、验算主动轮的包角1,N,z 7？,N,Y,8、确定初拉力 F0,9、计算压轴力 FQ,10、带轮结构设计,问题：带传动适合于高速级还是低速级？,根据图8-10,套基准长度，表8-1,1、确定计算功率 Pc KAP 单位：KW,P-带传递功率，单位：kwKA-工况系数，见表8-3；带传动的工作状况是在反复启动、正反转频率、工作条件恶劣等场合KA乘以1.2。（已知条件的工况条件）,2、根据n1、Pc 选择带的型号,带截面越大越好？不一定。带的型号的选择要遵循一定的原则综合考虑：根据带轮的转速n1、计算出来的Pc 选择带的型号：初选带型，在考虑传动的空间位置要求以及带的根数等就能最后确定。,3、确定带轮基准直径dd1、dd2,带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列，见表8-4.选择小带轮基准直径时，应使dd1 ddmin并取标准直径。因为带轮越小，弯曲应力越大。传动比要求较精确时，大带轮基准直径dd2由下式确定：一般可忽略滑动率的影响不计，则：算出dd2后，按表8-4取标准值圆整即可。,4、验算带速v(v525m/s),验算带速的原因：带速过高则离心力 就过大，使带与带轮之间的正压力减小，摩擦力就减小，带传动的能力下降，易打滑。所以不希望速度过高；带速太低，则要求有效拉力过大，使带的根数过多；因此，要验算带速，必须限制带速VVmax。一般v525m/s。若当V过高或过低，可调整带轮的转速n1及基准直径dd1、dd2。,初定中心距 a0 0.7(dd1+dd2)a0 2(dd1+dd2),初算带长Ld0,计算实际中心距 a,（圆整）,取基准带长 Ld(表81),5、确定中心距 a 及带长 Ld,5、确定中心距 a 及带长 Ld,1）初选中心距a0，一般传算中心距的范围如下：0.7(dd1+dd2)a0 2(dd1+dd2)a0过小，尺寸小，包角a1小，带与带轮的接触弧长小，f小，传动能力下降；带短，带在带轮上绕行的次数增加（u=VLd），带的疲劳寿命下降；a0过大，尺寸大，带式弹性体，就会下垂，带的垂度增加，带上下抖动加剧，传动平稳性下降。因此，在选取带长时就要综合考虑，既不能太大也不能太小，所以中心距初选在上式范围内。2）初算带长和确定带长Ld按表8-1中选择区近似的基准长度Ld标准值,5、确定中心距 a 及带长 Ld,3）确定实际中心距a0：考虑安装、更换V带和调整。补偿初拉力（例如带伸长而松弛后的张紧）中心距变化范围：,6、验算主动轮的包角1,为什么验算主动轮（小带轮）包角？因为，在实际中 1 2，若小带轮满足了要求，则大带轮就满足要求。所以只验算小带轮的包角。为什么使1120？因为，小带轮1越大，带与带轮之间的接触弧越长，产生的正加压力就越大，摩擦力f越大，传动能力就增加；反之，传动能力就下降；所以要满足1120关系，保证带的传动能力。,7、计算带的根数 z,满足V带传动正常工作要求所需的根数：Pc设计计算功率P 许用功率其他均可查表将Z圆整为整数Z根。当Z过大时，应改选带轮直径或改选V带型号重新设计。,8、确定初拉力 F0,确定初拉力的原因：初拉力对带传动的影响：F0小，Ff小，Felim小，传动能力小，当F Felim时，就可能出现打滑；F0大，带中应力过大，使带构造松弛，带的寿命下降。所以，F0 确定原则：既能保证带传动传递额定功率时不打滑，又能保证V带具有一定寿命。则推导出公式：q-V带每米长的质量，查表8-8,9、计算压轴力 FQ,目的：用于轴和轴承设计计算（带由轴支撑，轴由滚动轴承支撑，作用在带轮上的力，最后在设计轴和轴承时需要的力）若不考虑带松边紧边的拉力差和离心拉力的影响，则FQ可近似地按张紧时带两边拉力均为zF0的合力计算：,10、带轮结构设计,确定了前面九项，最后来设计带轮的结构。,8-7 V带轮的结构,带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮槽尺寸见表。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。对带轮的要求是：种类轻，质量分布均匀。槽轮工作表面应精加工以减少带的磨损。带轮材料一般用灰铸铁、铸钢或钢板等。,机械设计基础带传动和链传动,V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：（1）实心带轮（2）腹板带轮（3）孔板带轮（4）轮辐带轮,（1）实心带轮,（2）腹板带轮,（3）孔板带轮,（4）轮辐带轮,8-8 带传动的张紧,为什么要张紧？带工作一段时间要松弛，因此工作能力下降甚至不能正常工作，所以要加张紧装置。Fecv/100 调整F0 增大Fec但安装制造误差、塑性变形 F0不保证 设张紧装置,常见的张紧装置:调整中心距定期张紧自动张紧调整张紧轮,机械设计基础带传动和链传动,摆动架，调节螺栓，它们分别与机架以转动副相连接。当带松了，人工拧紧螺母，调节螺栓绕中心转动，带动带轮座子绕另一个装的中心转动。,调整中心距：1)定期张紧,人工调节螺钉，带轮的座子在滑轨上滑动，想左侧滑动，就张紧。人工定期调节。,机械设计基础带传动和链传动,张紧轮，平衡锤。带松弛，平衡锤向下转动，张紧轮就向里靠，使带张紧。,调整中心距:2)自动张紧,机械设计基础带传动和链传动,带轮的机座和机架以转动副相连接，带轮的机座称为浮动架。当带松弛时，浮动架绕着装的中心逆时针转动，就使带张紧。,平带传动：张紧轮设置在 处,调整张紧轮,带传动：张紧轮设置在 处,机械设计基础带传动和链传动,松边内侧靠大轮,(带只能单向弯曲，避免过多减小包角）,松边外侧靠小轮,(平带可以双向弯曲，应尽量增大包角),范例,链传动,8-9 链传动的特点8-10 链传动结构8-11 链传动的主要参数及其选择8-12 链传动的计算8-13 链传动的使用维护,机械设计基础带传动和链传动,8-9 链传动的特点,一、构成主动链轮、从动链轮、链二、工作原理靠链轮轮齿与链节的啮合传递运动和动力有中间挠性件的啮合传动三、特点优点：远距离传动工作可靠,效率较高平均传动比恒定 i=z2/z1 压轴力Fp小于带传动的结构紧凑(与带传动比较),缺点：运动不均匀(z小、p大 不均匀)瞬时传动比不恒定传动平稳性差(冲击、振动大，噪音高动载荷 不宜高速传动)外廓尺寸大,机械设计基础带传动和链传动,8-10 链传动结构,一、链滚子链齿形链二、链轮,机械设计基础带传动和链传动,一、链,传动链可分为：滚子链、齿形链1 滚子链（套筒滚子链）组成:内、外链板，套筒，销轴，滚子,机械设计基础带传动和链传动,配合状况:内链板、套筒之间过盈配合外链板、销轴之间过盈配合套筒、销轴之间间隙配合，使内外链板能相对转动链板形状的特点等强度,内链板 外链板 套筒 销轴 滚子,参数,节距p相邻两销轴中心之距离 链长 链节数,机械设计基础带传动和链传动,链节数为偶数时，刚好内、外链板相连，再用开口销或弹簧锁住活动销轴；为奇时，采用过渡链节,2 齿形链,无声链结构：链板(带两个齿，交错并列铰接)、导板(防侧向窜动),机械设计基础带传动和链传动,由许多以铰链连接的齿形链板锁构成传动平稳，无声链；链板的齿形与链轮轮齿互相啮合特点：优点：传动平稳、无噪声，承受冲击性能好，工作可靠适宜场合：高速传动或运动精度要求较高，传动比大和中心距较小缺点：结构复杂，价格较高，且制造较难,二、链轮,1 基本参数基本参数：节距p、套筒外径d1、齿数z、排距p1分度圆直径：被链轮节距等分的圆，d=p/(sin180/z)齿顶圆直径:da,机械设计基础带传动和链传动,2 齿形端面齿形：三圆弧一直线（零件工作图上不画）轴面齿形：(工作图上要画)工作图应标明：链节距p、齿数z、分度圆直径d以及顶圆直径da3 材料材料要求：保证轮齿具有足够的耐磨性、强度小链轮材料好些低碳钢(渗碳淬火)、中碳钢(表面淬火)、铸钢、夹布胶木(平稳、噪音小),8-11 主要参数及其选择,一、链条速度二、传动比三、链轮齿数四、链节距五、中心距和链条长度,机械设计基础带传动和链传动,一、链条速度,假定：主动边总处于水平位置链轮抽象成正多边形，边长为 p链速：,机械设计基础带传动和链传动,平均链速：相当于多边形轮的传动,二、传动比,平均传动比，瞬时速度、传动比是变化的，且z越少，转速越不均匀,机械设计基础带传动和链传动,称为多边形效应,三、链轮齿数,表8-12，小链轮齿数选用奇数，这是因为链条的链节数一般用偶数,机械设计基础带传动和链传动,小链轮齿数 z1 愈多，传动愈平稳，动载荷减小通常取 z1 17，且传动比 i 越小，z1可越多大链轮齿数 z2 i z1，常取 z2 120，以防止脱链,四、链节距p,最主要的参数。它是相邻链节中心之间的距离,机械设计基础带传动和链传动,节距 p 越大，承载能力越大但 p 过大，运动越不均匀，冲击越大，且结构庞大所以，高速重载时，宜选小节距多排链低速重载时，宜选大节距单排链,五、中心距和链条长度,链条长度常以链节数表示，链节数最好取偶数，避免过渡链节,机械设计基础带传动和链传动,8-12 链传动的计算,一、链传动的失效形式1.链的疲劳破坏 变应力 链板疲劳断裂，套筒、滚子表面疲劳点蚀2.链条铰链的磨损 压力+相对转动 磨损 链节伸长脱链3.链条铰链的胶合 高速+冲击油膜破坏 温度 胶合（冷焊接）4.链条静力拉断 低速（v0.6ms）过载 断裂,二、滚子链传动的设计和参数选择由失效形式 极限功率曲线围成的封闭区即表示一定条件下链传动允许传递功率的范围 链的型号及尺寸链的润滑方式根据节距及链速选用设计思路：已知条件 链的型号、节距、尺寸（p、z、Lp、a、d）验算,机械设计基础带传动和链传动,8-13 链传动的使用维护,一、链传动的布置要求：两轮共面两轮中心连线尽量水平(45)松边在下二、链传动张紧方法：调整中心距；取掉一两个链节；用张紧轮（紧压松边靠近小链轮）,三、链传动的润滑高速重载链传动很重要,机械设计基础带传动和链传动,