机械设计：第二章挠性传动设计

1、4/3/2004,MSE 胡于进,第二章 挠性传动设计,2-1 概 述,具有中间挠性件的传动方式。 包括：带传动、链传动和绳传动,挠性传动,工作原理,摩擦传动,平带、V带、多楔带、圆带等,啮合传动,同步齿形带、链传动等,本章主要讨论普通V带传动的设计，简单介绍链传动,一、挠性传动的类型,4/3/2004,MSE 胡于进,第二章 挠性传动概述,平带的摩擦力为,V带的摩擦力为,f v 当量摩擦系数，显然 f v f,相同条件下，V带的摩擦力大于平带，传动能力更强,二、普通V带与平带摩擦力之比较,4/3/2004,MSE 胡于进,三、带传动的几何尺寸,V带的基准长度 Ld,在节线层上量得的带周长,V

2、带轮的基准直径 dd,与节线相对应的带轮直径,带传动几何尺寸,1 小带轮包角,2 大带轮包角,1 2,a 带传动中心距,第二章 挠性传动概述,节线,4/3/2004,MSE 胡于进,2-2 带传动的受力分析及运动分析,一、受力分析,安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上,带工作前,带工作时,此时，带只受初拉力F0作用,松边 退出主动轮的一边,紧边 进入主动轮的一边,由于摩擦力的作用,紧边拉力 - 由 F0 增加到 F1,松边拉力 - 由 F0 减小到 F2,Ff 带轮作用于带的摩擦力,第二章 挠性传动带传动,4/3/2004,MSE 胡于进,F 有效拉力，即圆周力,带是弹性体，工作后可认为其

3、总长度不变，则,紧边拉伸增量 松边拉伸减量,紧边拉力增量 松边拉力减量,因此,F1 F0 F,F2 F0 F,F0 (F1 F2) / 2,F1 F0 F/2,F2 F0 F/2,由F = F1 F2，得,带所传递的功率为,v 为带速,P 增大时， 所需的F (即Ff )加大。但Ff 不可能无限增大,第二章挠性传动受力及运动分析,F,Ff = F1 F2,F,4/3/2004,MSE 胡于进,f 为摩擦系数；为带轮包角,当Ff 达到极限值Fflim 时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时， F1 达到最大，而F2 达到最小,带传动即将打滑时，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式,二、欧拉（Euler

4、）公式,欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值,那么,F = F1 F2 F1(11/e f,F 此时为不打滑时的最大有效拉力,将F1 F0 F/2代入上式,正常工作时，有效拉力不能超过此值,第二章挠性传动受力及运动分析,4/3/2004,MSE 胡于进,整理后得,影响最大有效拉力F 的几个因素,F 与F0 成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑,但F0 过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命,带所能传递的圆周力增加，传动,F,能力增强，故应保证小带轮的包角1足够大,这一要求限制了最大传动比 i 和最小中心距 a,i,1,a,1,因为,f,F,传动能力增加

5、,对于V带，应采用当量摩擦系数 fv 计算,第二章挠性传动受力及运动分析,4/3/2004,MSE 胡于进,当包角 180时,由此可见：相同条件下， V 带的传动能力强于平带,三、带传动的应力分析,工作时，带横截面上的应力由三部分组成,由紧边和松边拉力F1 、F2 产生的拉应力,由离心力产生的拉应力,由弯曲产生的弯曲应力,1、拉力F1、F2 产生的拉应力1 、2,紧边拉应力,1 F 1/A MPa,松边拉应力,2 F2 /A MPa,A 带的横截面积,第二章挠性传动受力及运动分析,V 带,平带,4/3/2004,MSE 胡于进,则,第二章挠性传动受力及运动分析,2、离心力产生的拉应力c,设,带

6、绕过带轮作圆周运动时会产生离心力,作用在微单元弧段dl 的离,心力为dC,截取微单元弧段dl 研究，其两端拉力Fc 为离心力引起的拉力,由水平方向力的平衡条件可知,微单元弧的质量,带速（m/s,带单位长度质量（kg/m,带轮半径,微单元弧对应的圆心角,dC,FC,FC,4/3/2004,MSE 胡于进,虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段,即,则离心拉力 Fc 产生的拉应力为,注意,但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全部，且各剖面处处相等,3、带弯曲而产生的弯曲应力b,带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式,节线至带最外层的距离,带的弹性模量,显然,dd,b,故,b1 b2,带绕过小带轮时

7、的弯曲应力,带绕过大带轮时的弯曲应力,与离心拉应力c不同，弯曲应力b只作用在绕过带轮的那一部分带上,第二章挠性传动受力及运动分析,4/3/2004,MSE 胡于进,带横截面的应力为三部分应力之和,各剖面的应力分布为,最大应力发生在,紧边开始进入小带轮处,由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏,第二章挠性传动受力及运动分析,4/3/2004,MSE 胡于进,两种滑动现象,四、带传动的弹性滑动和传动比,1、弹性滑动,打 滑,是带传动的一种失效形式，应避免,弹性滑动,正常工作时的微量滑动现象，不可避免,弹性滑动是如何产生的,因 F1 F2,故松、紧边单位长度上的变形量不等,带绕过主动轮时拉力

8、逐渐减小，带逐渐收缩，使带相对于主动轮的转向向后滑动,同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同,由此可见：弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的,第二章挠性传动受力及运动分析,v2 v1,滑动弧等于接触弧长时转变成打滑,所以打滑总是先出现在小带轮上,4/3/2004,MSE 胡于进,弹性滑动引起的不良后果,使从动轮的圆周速度低于主动轮 ，即 v2 v1,产生摩擦功率损失，降低了传动效率,引起带的磨损，并使带温度升高,2、传动比,滑动率,弹性滑动引起的从动轮圆周速度的相对降低量,传动比,反映了弹性滑动的大小， 随载荷的改变而改变,载荷越大，越大，传动比的变化越大,对于V带： 0.010.02粗略计

9、算时可忽略不计,第二章挠性传动受力及运动分析,4/3/2004,MSE 胡于进,23 普通V带传动的设计,一、失效形式及设计准则,1、失效形式,打 滑,带与带轮之间的显著滑动，过载引起,疲劳破损,变应力引起,2、设计准则,在保证不打滑的前提下，具有足够的疲劳寿命,二、单根V带的许用功率 承载能力计算,要保证带的疲劳寿命，应使最大应力不超过许用应力,不疲劳的要求,或,第二章挠性传动普通V带设计,4/3/2004,MSE 胡于进,根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为,由此得单根V带所能传递的功率,不打滑的要求,则,此式包含了不打滑、不疲劳两个条件,表62列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的

10、功率，称为基本额定功率 P0,特定条件,传动平稳,i 1，12,特定带长,第二章挠性传动普通V带设计,4/3/2004,MSE 胡于进,实际工作条件,传动比 i 1,从动轮直径增大,传动能力提高，则额定功率增加,额定功率增量为,P0 查表6-5,弯曲系数，截面尺寸大的带，系数值越大,带长不等于特定带长,带越长，单位时间内的应力循环次数越少，则带的疲劳寿命越长。相反，短带的寿命短,为此，引入带长修正系数 KL,包角不等于,小带轮包角小于，传动能力有所下降，引入包角修正系数K 。 K1,传动比系数，传动比越大，系数值越大,b2 减小,第二章挠性传动普通V带设计,4/3/2004,MSE 胡于进,在

11、实际工作条件下，单根V带的额定功率为,三、V带传动的设计计算,一）已知条件及设计内容,传递的名义功率P,已知条件,主动轮转速n1,从动轮转速n2 或传动比 i,传动位置要求,工况条件、原动机类型等,V带的型号、长度和根数,设计内容,带轮直径和结构,传动中心距 a,验算带速 v 和包角1,计算初拉力和压轴力,第二章挠性传动普通V带设计,4/3/2004,MSE 胡于进,第二章挠性传动普通V带设计,二）设计步骤和方法,1、确定计算功率 Pc KAP,2、根据n1、 Pc 选择带的型号,工况系数，查表66,3、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 =

12、i dd1(1），圆整成标准值,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1,7、计算带的根数 z,N,z 7 ,Y,N,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,4/3/2004,MSE 胡于进,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,a 过小：带短,易疲劳,1小,a 过大：易引起带的抖动,圆整,取基准带长 Ld（表64,第二章挠性传动普通V带设计,4/3/2004,MSE 胡于进,24 链传动简介,一、链传动的类型及特

13、点,第二章挠性传动链传动简介,按用途不同，链分为传动链、起重链和曳引链,滚子链应用较多，且为标准件,与带传动相比，链传动的特点是,可在恶劣的环境下工作，压轴力小,传递功率比带传动大，效率较高,适用的速度比带小，v 15 m/s,瞬时速比变化，振动、噪声大,传动链常用,滚子链 和 齿形链,传动链用于传递运动和动力,v 15m/s、P 100kW、i 8,可做成变速器，如变速自行车,4/3/2004,MSE 胡于进,第二章挠性传动链传动简介,滚子链的主要参数包括,p 节距，相邻两销轴中心距,Lp 链节数，表示链的长度,链排数 滚子链可做成单排或多排链,滚子链分A、B两个系列，常用A系列,链节数若为

14、奇数，接头处需采用过渡链节，会产生附加弯矩,滚子链标记,链号排数链节数 标准编号,链号25.4/16链节距,例,10A2132 GB1243.183,常取偶数，以便首尾相连,4/3/2004,MSE 胡于进,第二章挠性传动链传动简介,二、链传动的运动特性分析,1、链传动的平均速度及,链轮抽象成正多边形，边长为节距 p ，边数等于链轮齿数 z,故链的平均速度,平均传动比,链轮每转一圈，转过的链长为 zp,平均传动比,即：平均速度和平均传动比均为常数,4/3/2004,MSE 胡于进,第二章挠性传动链传动简介,假定：主动边总处于水平位置,链速,则 的变化范围,2、链传动运动的不均匀性,A点圆周速度,垂直分速度,链节所对应的中心角,当 =1/2时,当 =0时,所以,z11v 的变化,v 的变化使链条抖动,4/3/2004,MSE 胡于进,第二章挠性传动链传动简介,B点圆周速度为v2，角速度2,则,故瞬时传动比,瞬时速比及从动轮转速周期性变化,称为多边形效应,由于运动的不均匀性，引起振动和冲击，所以链传动常用于速度较低的场合,在从动轮上,特例：当 z1z2、且anp，则 i 恒定,4/3/2004,MSE 胡于进,三、链传动主要参数的选择,链轮齿数,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