带传动的设计准则演示幻灯片

第十三章带传动与链传动,基本要求:1了解带传动的类型、特点和应用场合；2掌握带传动的工作原理、受力情况、弹性滑动及打滑等基本理论、V带传动的失效形式及设计准则；3掌握V带传动的设计方法和步骤。4了解链传动的结构、组成、类型及规格5了解链传动的工作原理、特点及应用6掌握滚子链传动的设计方法,重点与难点:重点：1带的受力分析、应力分析，弹性滑动；2带传动的失效形式和设计准则；3V带传动的设计计算；4链传动的运动特性及多边形效应5滚子链传动的设计计算难点：带传动的弹性滑动与打滑。,1,13-1带传动的类型和应用,13-2带传动的受力分析,第13章带传动与链传动,13-3带的应力分析,13-4带传动的弹性滑动和传动比,13-5普通V带传动的计算,13-6V带轮的结构,13-8链传动的特点和应用,13-9链条和链轮,13-10链传动的运动分析和受力分析,13-11链传动的主要参数及其选择,13-13链传动的润滑和布置,13-12滚子链传动的计算,2,带传动和链传动是通过中间挠性件（带和链）传递运动和动力。带传动和链传动适用于两轴中心距较大的传动场合。,第13章带传动与链传动,13-1带传动的类型和应用,一、带传动工作原理,摩擦传动：当主动轮转动时，依靠带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起回转，并传递动力（平带和带传动）。,啮合传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。,3,平带传动结构简单，带轮制造容易，传动效率较高，带的寿命较长，适用于较大中心距的远距离传动，并可用于交叉传动和角度传动。,二、主要类型和应用,V带传动在一般机械传动中，应用最广的带传动是带传动，在初拉力相同时，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。,多楔带传动相当于平带与多根V带的组合兼有两者的优点，适于传递功率较大要求结构紧凑场合。,圆带传动截面形状为圆形，牵引能力小，常用于仪器和家用电器中。,4,开口传动两轴平行且回转方向相同的传动。,三、带传动参数,包角,大轮包角2“”，小轮包角1“”,中心距a中性层(节面)带轮基准直径d基准长度Ld,5,张紧方法带传动常用的是调节中心距。中心距不能调节，可采用具有张紧轮的装置。,四、带传动的张紧方法,张紧的目的,带必须在预张紧后才能正常工作；运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。,6,五、带传动的特点,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）具有过载保护作用；,4）结构简单，成本低。,缺点：,1）外廓尺寸大；2）需要张紧装置；3）由于带有弹性滑动，不能保持精确的传动比；4）带的寿命短；5）传动效率低。,带的速度v：一般为v=525ms,传动比i：i7,传动效率:0.900.95,7,13-2带传动的受力分析,一、带传动的受力分析,工作前:带仅受初拉力F0,工作时:两边拉力变化：紧边F0F1；松边F0F2,设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1F0F0F2；或：F1F22F0；,F=Ff=F1F2,F有效拉力，即圆周力,PFv/1000kW,带传动的功率P,8,P，F(Ff)。但Ff不能无限增大。,PFv/1000kW,二、带传动的最大有效圆周力,当带所传递的圆周力F超过带与轮面之间的极限摩擦力总和Fflim时，带与带轮将发生显著的相对滑动。,F1F0F/2,F2F0F/2,打滑,当带有打滑趋势时,摩擦力达到极限值，带的有效圆周力也达到最大值。F1和F2的关系由欧拉公式确定:,9,带传动的最大有效圆周力,初拉力F0最大有效圆周力Fec，带的传动能力，避免打滑；F0过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。,包角最大有效圆周力Fec，带的传动能力。,摩擦系数f最大有效圆周力Fec，带的传动能力。,影响Fec的因素,10,V带与平带传动相比，在相同初拉力时，法向反力不等，因此可以传递更大的功率。,平带：,V带:,在初拉力F0（带的FQ）相同的条件下,结论,11,13-3带的应力分析,工作时，带横截面上的应力由三部分组成：,1.拉应力,紧边拉应力：,1F1/AMPa,松边拉应力：,2F2/AMPa,2.离心应力,3.弯曲应力,dd,b,b1b2,dd,为避免弯曲应力过大，带轮直径不能过小。因此，对各种型号的普通V带都规定了最小带轮直径ddmin。,12,带横截面的应力分布,最大应力发生在:紧边开始进入小带轮处。,带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。,13,13-4带传动的弹性滑动和传动比,带传动在工作时，从紧边到松边，传动带所受的拉力是变化的，因此带的弹性变形也是变化的。,弹性滑动带传动中因带的弹性变形变化所导致的带与带轮之间的相对运动。,弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2主动轮的圆周速度v1；引起带的磨损，并使带温度升高。,带绕过主动轮：F1F2，vv2,14,若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑。,速度降低的程度可用滑动率来表示：,传动比i：,对于V带：0.010.02,一般计算时可忽略不计。,注意,打滑将使带的磨损加剧，带传动失效，这种情况应当避免。弹性滑动是带传动正常工作时的固有特性，是不可避免的。,15,13-5普通V带传动的计算,V带有普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等多种类型。其中普通V带应用最广泛，窄V带在国外发展迅速，在我国也越来越得到广泛的应用。,一、带的规格,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称为。节面节宽（bd）,普通v带已标准化，根据截面尺寸，分成Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。,16,带轮的基准直径d：,带轮上与所配用的v带的节面宽度bd相对应的直径。,带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度。,带的基准长度Ld：,二、单根普通带的许用功率,1带传动的设计准则,带传动的主要失效形式：1）打滑；2）带的疲劳破坏。,带传动的设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。,17,2.单根V带的许用功率,单根三角带在不打滑的前提下，所能传递的功率为：,不打滑时，所传递的最大有效圆周力为：,带的具有一定的疲劳寿命时，疲劳强度条件为：,单根带所能传递的功率：,18,表13-3单根普通V带的基本额定功率P0是根据特定的实验和分析确定的。,实验条件：包角180（传动比i=1）、Ld为特定长度、平稳的工作载荷。,当实际工作条件与特定条件不同时，要对P0值加以修正，即可得到实际工作条件下，单根普通带所能传递的功率，称为许用功率P0：,19,设计步骤与方法：,）确定计算功率PcPcKAPP传递的额定功率（KW）；KA工作情况系数,2）选择带型号Pc，n1查图13-5,设计的原始数据：传动用途、载荷性质、传递的功率P，转速n1、n2（或传动比i），传动布置要求等。,设计内容：确定带的型号、长度Ld、根数z、传动中心距a、带轮基准直径及其它结构尺寸等。,三、普通带传动的设计,20,3）确定带轮直径（验算带速V）,小轮基准直径d1最小基准直径dmin，见表137。,验算带速V,大带轮的基准直径,注意：d1、d2应符合带轮基准直径尺寸系列。,带速的范围：v=2025m/s,问题：为什么带速V不能过高，也不能过低？,离心力，带与轮的正压力，摩擦力，传递能力,v太小:,由P=Fv可知，传递同样功率P时，圆周力F，z,寿命,v太大:,21,4)确定中心距a和带的基准长度Ld,初选中心距a00.7(d1+d1)a02(d1+d1),按表13-2选取相近的基准长度Ld，计算所需中心距,估算带的长度,若中心距可调，中心距a的变动范围,5）验算小轮包角,22,7）确定单根普通带的初拉力F0,6）计算带的根数z,8）求带作用于轴的压力FQ,23,13-6带轮的结构,重量轻，结构工艺性好，无过大的铸造内应力、质量分布均匀，高速时要经动平衡，轮槽表面要经过精细加工，以减轻带的磨损。各轮槽尺寸与角度要有一定的精度，以使载荷分布较均匀。,一、V带轮设计的要求,实心式腹板式轮辐式,高速可采用铸钢或钢板冲压后焊接。,其它可用塑料、木材。,带轮常用铸铁制造，常用材料的牌号为HT150和HT200，允许的最大圆周速度v25m/s。,小直径da（2.53）d,中等直径da300mm,直径很大da350mm,二、带轮的材料,三、结构尺寸,24,25,26,普通V带：两侧面的夹角均为40轮槽的楔角：一般规定为32、34、36或38。目的：带轮轮槽的楔角带截面夹角，是为了使带在弯曲后仍能紧贴轮槽的两面。,带轮楔角与带截面夹角的关系,27,链传动是以链作为中间挠性件，靠链的一个个链节与链轮轮齿啮合来传递运动和动力。,13-8链传动的特点和应用,一、工作原理,与带传动比较，主要优点是：1）无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，传动可靠。2）所需张紧力小，作用于轴上的压力小。3）相同工况下，结构尺寸更为紧凑。4）能在恶劣环境（多尘、高温、多油）下工作。5）传动效率高，承载能力高。与齿轮传动比较，链传动的主要优点是：1）易于实现较大中心距的传动。2）制造与安装精度要求低，成本低。,二、特点,28,链传动的主要缺点是：1）瞬时传动比和瞬时链速不恒定，传动不平稳，工作时有噪声。2）不宜用于载荷变化大和急速反向的传动中。,按用途不同可分为传动链、起重链、牵引链三种。起重链主要用于起重机提升重物，链速v0.25m/s；牵引链主要用于运输机械移动重物，链速v24m/s；传动链主要用于传递运动和动力，链速v15m/s。生产与应用中，传动链占主要地位。本章只讨论传动链。,三、链的种类,适于两轴相距较远，平均传动比准确，对平稳性要求不高，工作环境恶劣等场合。如农业机械、建筑机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等的机械传动中。,四、应用,29,链传动工作范围是：,传动功率：,单级传动比：,通常i8,通常P100kw；,传动速度：,通常v15m/s；,中心距：,amax56m,30,13-9链条和链轮,传动链用的链条的，按结构的不同分为滚子链和齿形链两种。,一、链条,滚子链是由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4、和滚子5组成。内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接；滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。,滚子链可制成单排链和多排链。链的排数越多，承载能力越，且各排受力不均现象越明显，故排数不宜超过4排。,31,滚子链的接头型式,链节数为偶数,链节数为奇数,设计时，链节数以取为偶数为宜，若链节数为奇数时，需使用过渡链节，会产生附加弯矩，使链的承载能力下降。,32,滚子链已标准化（GB/T1243-1997），分为A、B两种系列。,GB/T1243-1997规定了滚子链的标记方法：链号排数链节数国家标准代号标记示例：08A186GB/T1243-1997链号08A、单排、86个链节,33,齿形链:,由许多齿形链板用铰链联接而成。,齿形链特点:,多用于高速或运动精度要求较高的传动。,具有工作平稳、噪声较小、允许链速较高（可达v=40m/s）、承受冲击载荷能力强和轮齿受力较均匀等优点；但结构复杂、装拆困难、价格较高、重量较大，并且对安装和维护的要求也较高。,34,二、链轮,国家标准已经规定了链轮齿槽的齿面圆弧半径re、齿沟圆弧半径ri和齿沟角的极限值。,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。,链轮较常用的齿形是一种三圆弧一直线的齿形图中，齿廓上的a-a、a-b、c-d线段为三段圆弧，半径依次为r1、r2和r3；b-c线段为直线段。,35,链轮的主要能尺寸计算公式,分度圆直径,齿顶圆直径,齿根圆直径,链轮材料应有足够强度和耐磨性，链轮多经过热处理。在相同工作时间内，小链轮的啮合次数比大链轮多，磨损和冲击比大链轮严重，所以小链轮的材料强度应高于大链轮的材料强度。,链轮材料为碳素钢和灰铸铁。重要链轮可采用合金钢。,链轮的结构尺寸与其直径有关。小直径的链轮一般可制成整体式；中等直径的链轮可制成腹板式和孔板式；大直径的链轮可制成组合式。,36,13-10链传动的运动分析和受力分析,一、链传动的运动分析,在链传动中，链条包在链轮上如同包在两正多边形的轮子上，边长为p，主动边总处于水平位置。,链传动的平均传动比为：,链的平均速度为：,37,当1=常数时，2、v是否为常数？,假设：主动边总是处于水平位置。,主动轮：1销轴中心的圆周速度：R11,链条速度：,链条垂直速度：,时：,时：,38,主动链轮等角速度转动，瞬时链速作周期性的由小变大、由大变小变化，每转过一个链节就重复变化一次；与此同时链条在垂直方向上、下运动的速度，也作周期性变化，从而给链传动带来了速度不均匀性。链轮的节距越大，齿数越少，的变化范围越大，速度不均匀性也越显著。链传动运动不均匀性的特征，是由于绕在链轮上的链条形成了正多形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。,链传动的多边形效应,39,从动轮：2销轴中心的圆周速度：R22,链条速度：,结论：i瞬时一般不恒定；链速不均匀。,z1=z2；i瞬时=1,40,作用在链上的力有：圆周力、离心拉力和悬垂拉力。,圆周力,离心拉力,Fc=qv2,悬垂拉力,链的紧边拉力为：,链的松边拉力为：,作用在轴上的压力,二、链传动的受力分析,41,13-11链传动的主要参数及其选择,选择小链轮齿数Z1计算大链轮齿数z2=iz1。,小链轮齿数z11）运动不均匀性；2）链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角，功率消耗，使铰链磨损加剧。3）链轮直径小，则小链轮上的包角也小，每个轮齿所受的载荷增加，链传递的圆周力大，加速了链条的磨损。从增加传动平稳性和减少动载荷考虑，增大小链轮齿数对传动有利大。,一、链轮齿数,限制zmin,小链轮齿数z11）z2，传动的尺寸和质量。2）链条铰链磨损后，导致链节距增大，容易引起脱链，将缩短链的使用寿命。,zmax=120,42,磨损后：pp+p,即：,zd链节外移(爬齿)脱链可能性,当p相同时：,43,二链的节距,链的节距链传动尺寸，承载能力，多边形效应，也要增大，振动冲击和噪声。设计一般尽量选取小节距的链。,高速重载时，选用小节距的多排链；载荷大，中心距小，传动比大时，选用小节距的多排链；速度不高，中心距大，传动比i小，选用大节距的单排链。,三、中心距和链的节数,设计时一般，取中心距a0=(3050)p，最大取a0max=80p。,v一定：aLp屈伸次数和应力变化次数寿命d一定：a1同时啮合齿数磨损,a松边上下颤动，结构尺寸,链的长度常用链节数Lp表示。按带传动求带长的公式可导出,44,计算出的Lp应圆整为整数，最好取为偶数，链传动的中心距为：,为了使链条松边有合理的垂度，实际中心距应略小于理论中心距，减小量为a=（0.0020.004