《柔性传动》PPT课件.ppt

第2章 柔性传动,2-1 带传动概念2-2 带传动的工作情况分析2-3 V带传动的张紧、安装和维护2-4 链传动概念2-5 链传动的布置、张紧和润滑,2-1 带传动概念,带传动是由固联于主动轴上的主动带轮1，固联于从动轴上的从动带轮2和张紧在两带轮上的封闭环形带3 所组成(图13-1)。当原动机驱动主动带轮回转时，由于带和带轮间的摩擦(或啮合)，便拖动从动带轮一起回转，并传递一定的运动和动力。,一、带传动的组成,图2-1 带传动简图,2-1 带传动概念,带传动的优点：适用于中心距较大的；传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小；过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏；结构简单，制造和维护方便，成本低。,二、带传动的特点,2-1 带传动概念,带传动的缺点：传动的外廓尺寸较大；由于需要张紧，使轴上受力较大；工作中有弹性滑动，不能准确地保持主动轴和从动轴的转速比关系；带的寿命短；传动效率降低；带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不能用于易燃易爆的场合。,图2-2 带传动的主要类型,2-1 带传动概念,根据传动原理不同，带传动可分为摩擦型和啮合型(如图2-2e)两大类。,三、带传动的类型,图2-2 带传动的主要类型,根据带的截面形状，可分为平带传动、V带传动、圆形带传动、多楔带传动和同步带传动等。,平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面相接触的内表面；V带的横截面为等腰梯形，其工作面是与轮槽相接触的两侧面，而V带与轮槽槽底并不接触。由于轮槽的楔形效应，初拉力相同时，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，故具有较大的牵引能力。,2-1 带传动概念,（一）、摩擦带传动,2-1 带传动概念,多楔带以其扁平部分为基体，下面有几条等距纵向槽，其工作面是楔的侧面（图 c）。这种带兼有平带的弯曲应力小和V带的摩擦力大等优点，常用于传递动力较大而又要求结构紧凑的场合。圆带的牵引能力小，常用于仪器和家用器械中。,啮合带是以钢丝为抗拉体，外面包覆聚氨脂或橡胶而组成。它是横截面为矩形、带面具有等距横向齿的环形传动带(图2-3)。带轮轮面也制成相应的齿形，工作时靠带齿与轮齿啮合传动。由于带与带轮无相对滑动，能保持两轮的圆周速度同步，故称为同步带传动。,2-1 带传动概念,（二）、啮合带传动,图2-3 同步齿形带传动,2-1 带传动概念,2-1 带传动概念,它具有如下优点：传动比恒定；结构紧凑；效率较高，约为0.98；由于带薄而轻、抗拉体强度高，故带速可达40m/s，传动比可达 10，传递功率可达200 kW；因而应用日益广泛。,它的缺点是：带及带轮价格较高，对制造、安装要求高。,当带在纵截面内弯曲时，在带中保持原长度不变的任意一条周线称为节线（图 2-3），节线长度为同步带的公称长度。在规定的张紧力下，带的纵截面上相邻两齿对称中心线的直线距离称为带节距pb，它是同步带的一个主要参数。,2-2 带传动的工作情况分析,一、带传动的受力分析,安装带传动时，传动带以一定的张紧力 F0 紧套在两轮上。由于F0 作用，带和带轮的接触面就产生了正压力。带传动不工作时，传动带两边的拉力相等，都等于F0(图2-4a)带传动工作时(图2-4b)，在带与带轮的接触面间便产生了摩擦力Ff，由于摩擦力的存在，传动带两边的拉力相应发生了变化，带绕上主动轮的一边被拉紧，称为紧边，其拉力由F0 增加到 F1；带绕上从动轮的一边被放松，称为松边，其拉力由 F0 减少到 F2。,（一）带传动的工作能力分析,2-2 带传动的工作情况分析,带两边拉力之差称为带传动的有效拉力(带轮接触面上各点摩擦力的总和Ff)，也就是带所传递的圆周力F。即 F=F1-F2,图2-4 带传动的受力分析,如果近似的认为带的总长度不变，则带紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2，即,分析：由上式可知，带的两边拉力F1和F2的大小，取决于张紧力F0和带传动的有效拉力F。在带的传动能力范围内，F的大小和传动功率P及带的速度v有关。当传动功率增大时，带的两边拉力的差值F=F1F2也要相应的增大。带的两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。,将以上两式代入得,2-2 带传动的工作情况分析,（2-1）,（2-2）,当其它条件不变且张紧力F0 一定时，这个摩擦力有一极限值(临界值)。当带有打滑趋势时，这个摩擦力正好达到极限值，带传动的有效拉力F 也就达到了最大值Fmax。如果再进一步增大带传动的工作载荷，就会出现打滑。打滑是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，带与带轮发生的显著的相对滑动现象。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，应当避免。,2-2 带传动的工作情况分析,如图所示，带的受力分析可导出带在即将打滑时紧边拉力F1与松边拉力F2的关系，挠性体摩擦的基本公式(欧拉公式)：,2-2 带传动的工作情况分析,（2-3）,2-2 带传动的工作情况分析,联解F=F1-F2和上式得：,（2-4）,（2-5）,2-2 带传动的工作情况分析,最大有效拉力 Fmax 与下列几个因素有关：,1）张紧力（初拉力）F0,最大有效拉力Fmax与F0 成正比。F0 越大，带与带轮间的正压力越大，则传动时的最大摩擦力即最大有效拉力Fmax也越大。但F0 过大时，将使带的磨损加剧，以致过快松弛，缩短了带的工作寿命。如F0过小，则带传动的工作能力得不到充分发挥，运转时带易发生跳动和打滑。,2-2 带传动的工作情况分析,2）包角,最大有效拉力Fmax随包角 的增大而增大。包角 越大，带和带轮的接触面上所能产生的总摩擦力就越大，传动能力也就越大。故带轮包角不宜过小，要加以限制。,因小轮包角 1小于大轮包角 2，故计算带传动所能传递的圆周力时，上式中应取 1。,平带的极限摩擦力FNf=FQf，而V带的极限摩擦力为,2-2 带传动的工作情况分析,3）摩擦系数f,最大有效拉力Fmax随摩擦系数f 的增大而增大。,如图所示，V带传动与平带传动的初拉力相等(即带压向带轮的压力同为FQ)时，它们的法向力FN则不相同。,带与带轮间的法向力,2-2 带传动的工作情况分析,显然，f f，故在相同条件下，V带能传递较大的功率。或者说，在相同功率下，V带传动的结构较为紧凑。,引用当量摩擦系数的概念，以f代替f，即可将式(2-4)和(2-5)应用于V带传动。,当带绕上带轮时，会受到离心力的作用。,因此：带工作时受的力有工作拉力、摩擦力以及带绕上带轮时的离心力。,2-2 带传动的工作情况分析,带传动工作时，带中应力由以下三部分组成：1、紧边和松边拉力产生的拉应力 紧边拉应力 松边拉应力,(二)带传动的应力分析,2、离心力产生的拉应力,如图所示，当带绕过带轮时，在微弧段dl上将产生离心力dFNc，此离心力使带中产生离心拉力 Fc=qv2(N),2-2 带传动的工作情况分析,离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用于带的全长。,故离心拉应力为,由材料力学公式得带的弯曲应力,由上式可知，b 与 y 成正比，与d成反比。当 y 一定时，d 越小，带的弯曲应力b就越大。故带绕在小带轮上时的弯曲应力b1大于绕在大带轮上时的弯曲应力b2。,3、带传动的弯曲应力,带绕过带轮时因弯曲变形而产生弯曲应力。V 带中的弯曲应力如图所示。,2-2 带传动的工作情况分析,图2-5 所示为带的应力分布情况，各截面应力的大小用自该处引出的径向线(或垂直线)的长短来表示。最大应力发生在紧边与小轮的接触处。,为了避免弯曲应力过大，应对带轮最小直径有一定的限制(对于V带带轮，其最小直径值见表2-2)。,2-2 带传动的工作情况分析,图2-5 带的应力分布图,max1+b1+c,2-2 带传动的工作情况分析,图2-5 带的应力分布图,由图可见，带是在变应力状态下工作的。当应力循环次数N 达到一定值后，将使带产生疲劳破坏。,（2-6）,最大应力可近似地表示为,例13-1 一平带传动，传递功率P=15kw，带v=15m/s，带在小轮上的包角1=170(2.97rad)，带厚度=4.8 mm、宽度b=100mm，带的密度=110-3 kg/cm3，带与轮面间的摩擦系数f=0.3。试求：(1)传递的圆周力；(2)紧边、松边拉力；(3)离心力在带中引起的拉力；(4)所需的初拉力；(5)作用在轴上的压力。,解：(l)传递的圆周力,2-2 带传动的工作情况分析,(2)紧边、松边拉力因,由式(13-8)得,2-2 带传动的工作情况分析,离心力引起的拉力,Fc=qv2=0.48152=108 N,(3)离心力引起的拉力 这种平带每米长的质量,q=100b=100100.48110-3=0.48 kg/m,2-2 带传动的工作情况分析,(4)所需的初拉力 由式(13-4),带的离心力使带与轮面间的压力减小、传动能力降低，为了补偿这种影响，所需初拉力应为,此结果表明，传递圆周力1000N时，为防止打滑所需的初拉力不得小于1302N。,2-2 带传动的工作情况分析,(5)作用在轴上的压力 如图所示，静止时轴上压力为,2-2 带传动的工作情况分析,作用在轴上的压力,和,由于带在工作时，带两边的拉力不同，F1 F2，因而12。,2-2 带传动的工作情况分析,二、带传动的运动分析,（一）带传动的弹性滑动,因为带是弹性体，受到拉力后要产生弹性变形。,设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则紧边和松边的单位伸长量分别为,图2-5 带传动的弹性滑动,如图2-5所示，带绕过主动轮1时，带的拉力由F1逐渐减小到F2，产生弹性收缩，使带一边随主动轮绕进，一边又沿轮面向后滑动，故带的速度v 低于主动轮的速度v1。,2-2 带传动的工作情况分析,图2-5 带传动的弹性滑动,绕过从动轮2时，作用在带上的拉力又由 F2增大到F1，带的弹性变形也逐渐增大，带将逐渐伸长，也会沿轮面滑动，使带一边随从动轮绕,进，一边又相对于从动轮向前伸长，故带的速度 v高于从动轮的速度 v2。轮缘的箭头表示主、从动轮相对于带的滑动方向。,由此得带的传动比为,因弹性滑动的影响，将使从动轮的圆周速度v2低于主动轮圆周速度v1，其降低量可用滑动率来表示,2-2 带传动的工作情况分析,（2-7）,由于滑动率不是一个固定值，随外载荷大小的变化而变化，因而摩擦型带传动不能用于要求有准确传动比的地方。V 带传动的滑动率0.010.02，其值甚微，在一般计算中可不予考虑。,2-2 带传动的工作情况分析,2-2 带传动的工作情况分析,这种由于带的弹性变形而引起的带在带轮上的滑动称为弹性滑动。,注意带的弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。弹性滑动是由拉力差引起的，只要传递圆周力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以是带传动工作时的固有特性，是不可避免的。而打滑是由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，是可以避免的。,（二）带传动的打滑,2-2 带传动的工作情况分析,带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带传动的主要失效形式有：因过载，松弛或张紧不足，使得带在带轮轮廓上打滑；因疲劳应力使得带产生脱层、撕裂和拉断；带的工作磨损。,三、V带传动的失效形式与计算准则,（一）带传动的失效形式,2-2 带传动的工作情况分析,带传动的设计准则为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和使用寿命。,三、V带传动的失效形式与计算准则,（二）带传动的计算准则,2-2 带传动的工作情况分析,为使带传动不出现打滑现象，必须限制带所传递的有效拉力Fc不超过最大有效拉力Fcmax；为保证带有一定的使用寿命，规定了带的许用应力。V带的疲劳强度条件为：max=1+c+b1带传动不打滑所能传递的功率为：P=Fcmax/1000为零减少实验工作量，只在一定条件下进行实验，并以此标准规定修正系数。如果普通V带传动的包角和带长Ld不符合规定条件，应查对表2-3。,计算准则,V带由抗拉体、顶胶、底胶和包布组成，见图2-7。,四、普通V带的结构和标准,抗拉体是承受负载拉力的主体，其上下的顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩，外壳用橡胶帆布包围成型。抗拉体由帘布或线绳组成，绳芯结构柔软易弯有利于提高寿命。抗拉体的材料可采用化学纤维或棉织物，前者的承载能力较高。,2-2 带传动的工作情况分析,图2-7 V带的结构,如图所示，当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线；由全部节线构成的面称为节面。,带的节面宽度称为节宽(bd)，当带受纵向弯曲时，节宽保持不变。,2-2 带传动的工作情况分析,V带的节线和节面,楔角为40、相对高度(h/bd)约为0.7的V带称为普通V带。普通V带已标准化，按其截型大小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种，见下表，它们都被制造成无接头的环形带。,2-2 带传动的工作情况分析,2-2 带传动的工作情况分析,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,一、V带传动的张紧装置,带张紧的原因 带传动须保持在一定的张紧力状态下工作，由于传动带的材料不是完全的弹性体，长期张紧会使带产生永久变形（塑性伸长）而松弛，导致张紧力减小，传动能力下降，因此带传动要控制和及时地调整张紧力。,调节轴向距离,定期张紧,自动张紧,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,张紧轮,定期张紧,自动张紧,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,二、带传动的使用和维护,正确安装、使用和妥善保养，是保证带传动正常工作、延长胶带寿命的有效措施。一般应注意以下几点。,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,安装时两轮轴线应相互平行，各带轮轴线的平行度应小于 0.006 a（a 为轴间距）；两轮相对应的 V型槽的对称平面应重合，误差不得超过 20（如图所示），否则将加剧带的磨损，甚至使带从带轮上脱落。,带轮安装的位置,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,安装 V带时，应先缩小中心距，将 V 带套入槽中后，再调整中心距并予以张紧，不应将带硬往带轮上撬，以免损坏带的工作表面和降低带的弹性。,胶带不宜与酸、碱或油接触，工作温度不宜超过60，应避免日光直接曝晒。,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,带传动装置应加防护罩，以免发生意外事故。,定期检查胶带，发现其中一根过度松弛或疲劳破坏时，应全部更换新带，不能新旧混合使用。,2-3 V带传动的张紧、安装和维护,2-4 链传动概述,链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，如图。以链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力。,链传动简图,一、链传动的特点和应用,2）需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；,1）与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；,链传动的主要优点是：,2-4 链传动概述,2-4 链传动概述,4）与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；,5）中心距较大时其传动结构简单。,3）结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。,链传动的主要缺点是：,瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。,通常，链传动的传动比i8；中心距a56 m；传递功率P100 kW；圆周速度v15 m/s；传动效率约为 0.950.98。,链传动的应用：,2-4 链传动概述,2-4 链传动概述,二、链传动的类型,链传动链条按用途的不同分为：传动链、起重链、牵引链。,传递动力用的链条，按结构的不同主要有滚子链和齿形链两种，一般用在中速以下的工作场合。起重链主要用于提升重物，工作速度0.25m/s。牵引链主要用于在运输机械中移动重物，工作速度24m/s。,2-4 链传动概述,滚子链,齿形链,其中内链板紧压在套筒两端，销轴与外链板铆牢，分别称为内、外链节。这样内外链节就构成一个铰链。滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合。,2-4 链传动概述,三、滚子链传动,1、滚子链的结构和标准,滚子链是由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5所组成，也称为套筒滚子链。,2-4 链传动概述,当链条啮入和啮出时，内外链节作相对转动；同时，滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。内外链板均制成“8”字形，以减轻重量并保持链板各横截面的强度大致相等。,链条的各零件由碳素钢或合金钢制成，并经热处理，以提高其强度和耐磨性。,滚子链上相邻两滚子中心的距离称为链的节距，以 p表示，它是链条的主要参数。节距越大，链条各零件的尺寸越大，所能传递的功率也越大。,滚子链可制成单排链（如右上图）和多排链，有双排链（如右下图），或三排链等。,滚子链已标准化，分为A、B两种系列，常用的是A系列。表中列出几种A系列滚子链的主要参数。,2-4 链传动概述,2-4 链传动概述,若链节数为奇数时，则需采用过渡链节，如图（c）。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。,链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用开口销或弹簧夹锁紧，如图（a）、（b）。,2-4 链传动概述,与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。,齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成(图13-23)。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，图13-23b所示为棱柱式滚动副，链板的成形孔内装入棱柱，两组链板转动时，两棱柱相互滚动，可减少摩擦和磨损。,2-4 链传动概述,链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已标准化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸、选择材料和热处理方法。,2、滚子链链轮的结构和材料,国家标准仅规定了滚子链链轮齿槽的齿面圆弧半径re、齿沟圆弧半径ri和齿沟角的最大和最小值。各种链轮的实际端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间。这样处理使链轮齿廓曲线设计有很大的灵活性。但齿形应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，并便于加工。符合上述要求的端面齿形曲线有多种，最常用的是“三圆弧一直线”齿形。,2-4 链传动概述,链轮齿形应满足的要求是：利用链节自由且平稳啮入和退出；啮合时接触良好；结构简单，便于链轮的加工。执行GB6069-2002国家标准。,链轮端面齿形,2-4 链传动概述,2-4 链传动概述轮,链轮的结构,链轮的结构如图所示。小直径链轮可制成实心式（图 a）；中等直径的链轮可制成孔板式（图 b）；直径较大的链轮可设计成组合式（图c），若轮齿因磨损而失效，可更换齿圈。链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮。,链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢（如Q235、Q275、45、ZG310-570等）、灰铸铁（如 HT200）等。重要的链轮可采用合金钢。,2-4 链传动概述,链传动的两轴应平行，两链轮应位于同一平面内；一般宜采用水平或接近水平的布置，并使松边在下边，参看附表。,一、链传动的布置,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,二、链传动的张紧,链传动张紧的目的，主要是为了避免磨损后链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动，跳齿和脱链现象；同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。,张紧方法：,调整中心距张紧；链条磨损变长后从中去除此1-2个链节；加张紧轮.（一般紧压在松边靠近小链轮处）,弹簧力张紧,砝码张紧,定期调整张紧,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,三、链传动的润滑,链传动的润滑至关重要。合宜的润滑能显著降低链条铰链的磨损，延长使用寿命。链传动的润滑方式有四种：1）人工定期用油壶或油刷给油；2）用油杯通过油管向松边内外链板间隙处滴油（图13-35a）；3）油浴润滑（图b）或用甩油盘将油甩起，以进行飞溅润滑（图c）；4）用油泵经油管向链条连续供油，循环油可起润滑和冷却的作用（图d）。如图所示，封闭于壳体内的链传动，可以防尘、减轻噪 声及保护人身安全。,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,润滑油可选用L-AN32、L-AN46、L-AN68全损耗系统用油，环境温度高或载荷大时宜取粘度高者；反之粘度宜低。,2-5 链传动的布置、张紧和润滑,谢谢！,本讲就到这里吧！下节课再会！,谢谢！,本章结束了！再会！,