【教学课件】第十七章带传动和链传动.ppt
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1、第十七章 带传动和链传动,内容简介,本章包括带传动和链传动两部分内容。带传动主要介绍带传动的分类、工作原理和普通V带传动的设计。链传动主要介绍链轮结构、链传动的运动特性、受力分析和滚子链传动的设计计算,对齿形链传动计算只作简单介绍。,学习要求,1、了解带传动、链传动的类型、工作原理、特点和应用;2、熟悉普通V带轮的结构、规格与基本尺寸;3、掌握带传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动和打滑的基本概念;4、掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选取原则;5、了解滚子链的的结构、规格、基本尺寸和链轮的主要几何尺寸;6、掌握滚子链传动的运动特性;7、掌握滚子链传动的效形
2、式、设计准则、设计计算方法和参数选取原则;,本章重点,1、带传动、链传动的类型、工作原理、特点和应用;2、带传动的受力分析、应力及应力分析、弹性滑动和打滑3、带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的参数选取原则4、滚子链传动的运动特性和参数选取原则,第一节 概 述,概 述,学习要求:了解带传动、链传动的特点和一般应用。带传动链传动,概 述,带传动 带传动由主动带轮、从动带轮和传动带组成(图17-1),其使用的挠性曳引元件是传动带,靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力 带传动使用的挠性曳引元件是传动带,传动带具有较大弹性,按工作原理,带传动分摩擦型普通带传动和啮合型同步带传动。,概 述,图17
3、-1,概 述,带传动的主要特点是:、有缓冲和吸振作用;、运行平稳,噪声小;、结构简单,制造成本低;、可通过增减带长以适应不同的中心距要求;、普通带传动过载时带会在带轮上打滑,对其他机件有保护作用;、传动带的寿命较短;、传递相同圆周力时,外廓尺寸和作用在轴上的载荷比啮合传动大;、带与带轮接触面间有相对滑动,不能保证准确的传动比。,概 述,目前,带传动所能传递的最大功率为700kW,工作速度一般为530m/s,采用特种带的高速带传动可达60m/s,超高速带传动可达100m/s。带传动的传动比一般不大于7,个别情况可到10。链传动 链传动使用的挠性曳引元件是传动链,通过链轮的轮齿与链条的链节相互啮合
4、实现传动 链传动。依据链条结构的不同,有套筒链传动、滚子链传动和齿形链传动。,概 述,链传动的特点:、平均传动比准确,并可用于较大的中心距;、传动效率较高,最高可达98;、不需张紧力,作用在轴上的载荷较小;、容易实现多轴传动;、能在恶劣环境(高温、多灰尘等)下工作;、瞬时传动比不等于常数,链的瞬时速度是变化的,故传动平稳性较差,速度高时噪声较大。,概 述,链传动主要用于两轴中心距较大的动力和运动的传递,广泛用在农业、采矿、冶金、起重、运输、石油和化工等行业。通常,滚子链传动的功率小于100kW,链速小于15m/s。优质滚子链传动的功率最高可达5000kW,链速可达35m/s。高速齿形链可达40
5、m/s。,第二节 带 传 动,带传动,学习要求:了解带传动的类型、工作原理、特点和应用;熟悉普通V带轮的结构、规格与基本尺寸;掌握带传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动和打滑的基本概念;掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选取原则。,带传动,普通带传动的类型普通带传动的计算基础普通V带传动设计普通带传动的张紧装置同步带传动(简介),带传动,普通带传动的类型:根据传动带的截面形状,摩擦型带传动可分为:、平带传动、V带传动、圆带传动 V带传动又可分为:、普通V带传动、窄V带传动、联组V带传动、多楔带传动、大楔角V带传动、宽V带传动等,带传动,根据带传动的布置形式可
6、分为、开口传动(图17-5)、交叉传动、半交叉传动(图17-1)。普通V带传动窄V带传动联组V带传动多楔带传动,带传动,普通V带传动:V带以其两侧面与轮槽接触(图17-2a),由于楔形槽可以增大法向压力,在初拉力相同的条件下,V带传动产生的摩擦力较平带传动(图17-2b)大,可传递更大的载荷。图中,FQ为带对带轮的压紧力;FN为平带轮对带的反力;FNV为V带轮侧面对带的反力;为带与带轮间的摩擦因数;为带轮的槽楔角,普通V带为32、34、36或40。由力的平衡条件可知:,带传动,图17-2,带传动,由此得V带传动的摩擦力为:式中,为V带与带轮间的摩擦力。V带与带轮间的当量摩擦因数v为 对于普通V
7、带,若取0.3,则平均V0.511.7。该结果表明,在其他条件相同的情况下,V带传动较平带传动的工作能力提高了很多。,带传动,窄V带传动:窄V带传动是近年来国际上普遍应用的一种V带传动。带的承载层采用合成纤维绳或钢丝绳。普通V带高与节宽比为0.7,窄V带高与节宽比为0.9(图17-3)。窄V带有SPZ、SPA、SPB和SPC四种型号,其结构和有关尺寸已标准化。窄V带承载能力高,滞后损失少。窄V带传动的最高允许速度可达4050m/s,适用于大功率且结构要求紧凑的传动。,带传动,17-3,带传动,联组V带传动:其特点是几条相同的V带在顶面联成一体的V带(图17-4a)。它克服了普通V带二带间的受力
8、不均匀,减少了各单根带传动的横向振动,因而使带的寿命提高。其缺点是要求较高的制造和安装精度。多楔带传动 其特点是在平带的基体下做出很多纵向楔(图17-4b),带轮也做出相应的环形轮槽。可传递较大的功率。由于多楔带轻而薄,工作时弯曲应力和离心应力都小,可使用较小的带轮,减小了传动的尺寸。由于多楔带有较大的横向刚度,可用于有冲击载荷的传动。其缺点是制造和安装精度要求较高。,带传动,17-4,带传动,17-5,带传动,普通带传动的计算基础带传动中的作用力带的应力弹性滑动和打滑,带传动,带传动中的作用力:带传动带呈环形,并以一定的初拉力()套在一对带轮上(带传动图17-6a),使带和带轮相互压紧。带在
9、工作前 其两边拉力均为(图17-6a),称为初拉力。工作时 由于要克服工作阻力,带在绕上主动轮的一边被进一步拉紧,其拉力 大到,称为紧边拉力;带的另一边被放松,其拉力由 减小到,称为松边拉力(图17-6b)。带的两边拉力之差,称为带传动的有效拉力F,即:F(17-1),带传动,17-6,带传动,有效拉力F与带传动传递的功率P及带速v的关系为:PFv(17-2)该式说明,带速一定时,有效拉力越大,则带传动传递的功率也越大,即带传动的工作能力越强。带的有效拉力等于带轮接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下,摩擦力有一极限值,当需要传递的有效拉力超过该值时,带就会在轮面上打滑。打滑是带传动的主要失效形式
10、之一。带工作时松紧边拉力不等,但总长度不变,故紧边增加的长度与松边减少的长度相等,假设带的材料服从胡克定律,则紧边增加的拉力与松边减少的拉力相等。即:,带传动,或(17-3)F1 和F2的关系可用下式表示:(17-4)式中,为包角,即带与带轮接触弧所对应的中心角;e为自然对数的底。若带速v10m/s,则通常可忽略离心力qv2,此时上式简化为F1/F2e,即为著名的欧拉公式。,带传动,联立式(17-1)和式(17-4),可得紧边拉力F1和松边拉力F2为(17-5)(17-6)将式(17-5)和式(17-6)带入式(17-3)可得反映带传动工作能力的最大有效拉力Fmax,即(17-7),带传动,该
11、式说明:1)最大有效拉力与初拉力 成正比。控制初拉力对带传动的设计和使用是很重要的。过小不能传递所需载荷,而且容易颤动;过大使带的磨损加剧,寿命缩短。2)最大有效拉力随包角、摩擦因数(与带、带轮的材料及工况有关)的增大而增大。通常设计时要求120。3)离心力qv2使最大有效拉力减小。上述各公式是按平带传动推导的,用于V带传动时,应将各式中的摩擦因数用当量摩擦因数v代替。,带传动,式(17-4)推导如下:取一微段带dl(图17-7),带上各力的平衡条件为:沿垂直方向 式中dF为紧边拉力增量;dFN为带轮给微段带的正压力;q为带的线质量。取:略去二阶无穷小量,上式为(a),带传动,17-7,带传动
12、,沿水平方向式中,为带与带轮间的摩擦因数。取 1,得(b)由式(a)、(b)得(c)在摩擦力的极限状态即将要打滑时,积分式(c),得(17-),带传动,带的应力1紧边拉应力 和松边拉应力 由紧边拉力 和松边拉力 引起(17-8)式中,A为带的截面积。2弯曲应力b 传动带绕带传动经带轮时产生,该应力可近似按下式确定(17-9)式中,E为带的弹性模量;h为带的高度;d为带轮的直径。,带传动,3离心拉应力c 由带的离心拉力Fc(Fcqv2)产生(17-10)图17-8给出了带的应力分布情况。由图可知,带在工作过程中,其应力是不断变化的。最大应力发生在紧边进入小带轮处(图中b点)。带的最大应力为max
13、:(17-11)式中b1为带绕经小带轮时产生的弯曲应力。,带传动,17-8,带传动,弹性滑动和打滑1.弹性滑动 由于带是弹性体,受力不同时伸长量不等,使带传动在工作中发生弹性滑动。如图17-9所示,带自b点绕上主动轮时,带的速度与主动轮的速度相等,当带由b点转到c点时,带的拉力由F1逐渐减小到F2,与此同时,带的单位长度的伸长量也随之逐渐减小,从而使带沿带轮表面相对退缩(由c向b方向),这种现象称为弹性滑动。同理,在从动轮上产生带相对带轮表面相对伸长的弹性滑动(由e 向f方向)。b、c点与小带轮包角1对应;e、f点与大带轮包角2对应。,带传动,17-9,带传动,由于带传动工作时,紧边和松边的拉
14、力不等,所以弹性滑动是不可避免的。弹性滑动除造成功率损失和带的磨损外,还导致从动轮的圆周速度 低于主动轮的圆周速度,其降低程度用滑动率表示 考虑弹性滑动影响的传动比为(17-12)式中,、为主、从动轮转速;、为主、从动轮直径。,带传动,滑动率一般可取1%2%,粗略计算时可忽略不计。2.打滑 弹性滑动并不是发生在全部接触弧上,而是只发生在带离开带轮一侧的部分弧段上(图17-9中 和),称该弧段为动弧,无弹性滑动的弧为静弧(图17-9中 和),两段弧所对应的中心角分别称为动角和静角。带传动不传递载荷时,动角为零。随着载荷的增加,动角逐渐增大,而静角则之间减小。当动角增大到1时达到极限状态(静角为零
15、),由于过载使带传动的有效拉力F达到最大值,带将开始打滑。,带传动,由于带在小轮上的包角较小,所以打滑总是在小轮上发生。打滑是由于载荷过大引起的,它会造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态,故正常使用中带传动不应出现打滑现象。,带传动,普通V带传动设计普通V带和带轮带传动的设计准则设计计算和参数选择,带传动,普通V带和带轮1.普通V带结构 普通V带由顶胶、承载层、底胶和包布组成(图17-10)。承载层是胶帘布或绳芯。绳芯结构的柔韧性好,适用于转速较高和带轮直径较小的场合。按截面尺寸普通V带分为:Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。各型号的截面尺寸和线质量见表17-12带轮 表17-2给出了
16、普通V带带轮的轮缘尺寸。V带弯曲时两侧面夹角小于40,槽楔角 也应减小,带传动,17-10,带传动,带传动的设计准则带传动的主要失效形式:打滑 带的疲劳破坏带传动的设计准则为:在保证不打滑的条件下,带具有一定的疲劳强度和寿命。带的疲劳强度条件为(17-13)式中,为根据疲劳寿命决定的带的许用应力。,带传动,在式(17-7)中,利用式(17-8)、(17-10)的关系,并带入疲劳强度条件和当量摩擦因数,可得V带传动的最大有效拉力Fmax为将该式带入式(17-2),即得传动不打滑时单根V带所允许传递的功率为(17-14)式中的可由实验确定。由式(17-14)求得的功率P1称为单根V带的基本额定功率
17、,各种型号V带的P1值见表17-3。,带传动,设计计算和参数选择1.计算功率(17-15)式中,为工况系数,见表17-4;P为传递功率。2.带的型号 带的型号可根据计算功率 和小带轮转速 由图17-11选取。在两种型号相邻的区域,可两种型号同时计算,然后根据使用条件择优选取。3.带轮基准直径 带轮直径愈小,传动所占空间愈小,但弯曲应力愈大,带越易疲劳。表17-5列出了最小带轮基准直径。设计时,应使小带轮基准直径 dmin,,带传动,大带轮基准直径(17-16)、通常按表17-6推荐的直径系列圆整。4.带速v 普通V带质量较大。带速太高时,会因离心惯性力过大而降低传动能力;带速过低,则在传递相同
18、功率的条件下所需有效拉力F较大,要求带的根数较多。一般v530m/s。带速的计算公式为(17-17)5.中心距a 和带的基准长度 带传动的中心距不宜过大,否则工作中将因载荷变化引起带的颤动。中心距也不宜过小,因为中心距愈,带传动,小,带的长度愈短,在一定速度下,单位时间内带的应力变化次数愈多,会加速带的疲劳。一般初定中心距 为(17-18)初选 后,根据带传动的几何关系,按下式初算带的基准长度(17-19)根据,按表17-9选取接近的基准长度,然后再按下式计算实际中心距a(17-20),带传动,在使用中,V带传动的中心距一般需要调整,所以a可采用下式近似计算(17-21)6.小带轮上的包角 包
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