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1、机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十三章 带传动和链传动 带传动 类型和应用 受力分析、应力分析 弹性滑动和传动比 普通V带传动的计算 V带轮的结构 链条和链轮 同步带传动简介 链传动 特点和应用 运动分析和受力分析 主要参数及选择 滚子链传动的计算 润滑和布置 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第一节 带传动的类型和应用 一、组成 主动轮带从动轮 带紧套在主、从动轮上, 通过带与带轮间的摩擦力将主 动轮的运动和动力传递给从动轮。 二、工作原理 三、类型 四、装配方式 开口传动(转向相同)、交叉传 动(转向相反,平带)、半交叉 传动(两轴交错,平带)。 平带、V带、齿形带、圆

2、形带等。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第一节 带传动的类型和应用 n五、传动的特点 n优点:中心距较大,可缓和冲击和振动;传动 平稳,无噪声,过载时皮带打滑可起到保护作 用;结构简单、制造安装容易、维修方便。 n缺点: 外形轮廓尺寸较大,压轴力大,传动比 不恒定,传动效率较低,带的寿命较短。 n通常,带传动用于中小功率电机与工作机之间 的动力传递。目前,V带传动应用最广,一般 带速为v=525m/s,传动比i=7,传动效率 0.900.95。 n六、带的张紧 n调整中心距、电机及摆架自重调节、张紧轮。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第一节 带传动的类型和应用 平带松边

3、外侧张紧加大包角 V带紧边内侧张紧单方向弯矩 a中心距,两带轮轴线间的距离。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第一节 带传动的类型和应用 设d1、d2分别为小轮、大轮直 径,L为带长。则带轮包角为 n包角,带与带轮接触弧所对 n应的中心角。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第一节 带传动的类型和应用 已知带长时,可由上式可得中心距 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 n一、带受力情况分析 n带呈环形,并以一定拉力(张紧力)F0套在一 对带轮上,使带和带轮互相压紧。不工作时, 带两边的拉力相等,均为F0 ;工作时带与轮面 间的摩擦力使其一边的拉

4、力加大,另一边的拉 力减小。F1 紧边拉力、 F2松边拉力。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 n绕进主动轮的一边,拉力由F0增大到F1,称为紧 边;另一边带的拉力由F0减小到F2 ,称为松边。 假定带的长度不变,则紧边拉力的增加量F1 -F0 应等于松边拉力的减小量F0 - F2 ,既 n紧边拉力与松边拉力之差F1- F2即为带的有效拉 力F,它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和既 n F=Ff= F1- F2 (13-5) n在一定条件下,摩擦力有一极限值,若带所传递 的圆周力超过这一极限值,带与带轮将发生显著 的相对滑动,这种现象称为打滑。打滑使带的磨 损

5、加剧、传动效率降低,以至使带传动失效。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 摩擦力的极限值取决于带的材料、张紧程度、包 角大小等因素。当其它条件相同时,张紧力F0和 包角越大,摩擦力的极限值也越大。 因此,带传动必须适当控制张紧力和维持不过小 的包角,后一要求限制了带传动的最小中心距和 最大传动比。 带传动所能传递的功率P(kw)为 v带速(m/s)、F带所传递的圆周力(N)。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 n下面以平带为例,研究在主动轮上即将打滑时,紧 边拉力与松边拉力之间的关系,也就是推导计算挠 性体摩擦的基本公式。 n

6、(推导欧拉公式时,假设带是不能伸长、无厚度、 无重量的绝对挠性体,因此不存在弯曲阻力和离心 力。因为带不能伸长,所以它和带轮之间的摩擦就 如同两个刚性物体之间的摩擦一样,开始滑动的摩 擦系数就是两物体间的静摩擦系数。) n如图所示,在平带上截取一微弧段dl,对应的包角 d。设微弧段两端的拉力分别为F和F+dF,带轮 给微弧段的正压力为dFN,带与轮面间的极限摩擦 力为fdFN 。由法向和切向的各力平衡得 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动

7、的受力分析 n故紧边和松边拉力比为 n此公式表明带在即将打滑时,紧边拉力与松边拉 力之间的关系取决于包角和摩擦系数。 n公式中:f为带与轮面间的摩擦系数;为带轮包 角,;为自然对数的底,2.718。上式是计 算挠性体摩擦的基本公式。 n由此可知,增大包角或(和)增大摩擦系数,都 可提高带传动所能传递的圆周力。因小轮包角小 于大轮包角,故计算带传动所能传递的圆周力时, 上式中包角应取。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 n联解F=F1-F2和上式得: n 由上式可知,增大包角或(和)增大摩擦系数, 都可提高带传动所能传递的圆周力。因小轮包角1小 于大轮包角2,故

8、计算带传动所能传递的圆周力时, 上式中包角应取1 。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第二节 带传动的受力分析 n对于V带 V带轮 槽角 当量摩 擦系数 V带能传递 更大的功率 引入当量摩 擦系数的概 念,以f 代替f可将 欧拉公式用 于V带 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第三节 带的应力分析 n传动带工作时,同时产生三种不同应力。 紧边和松边拉力产生的拉应力; 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 机械设计基础课件第十三章带传

9、动 和链传动 第三节 带的应力分析 n2、离心力产生的拉应力c 带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。 设:作用在微单元弧段dl的离心力为dC,则 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: v dlq r 2 微单元弧对微单元弧对 应的圆心角应的圆心角 带速(带速(m/s) 微单元弧微单元弧 的质量的质量 带单位长度带单位长度 质量(质量(kg/m) 带轮半径带轮半径 v dCdm r 2 () v rdq r 2 sin C d dCF 2 2 C F d 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第三节 带的应力分析 qv d 2 C F

10、 d 与离心拉应力不同,与离心拉应力不同, 弯曲应力只作用在弯曲应力只作用在 绕过带轮的那一部绕过带轮的那一部 分带上分带上 。 即:即: N C Fqv 2 则离心拉力 Fc 产生的拉应力为: C C Fqv MPa AA 2 注意:注意: 虽然离心力只作用在做圆周运 动的部分弧段,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。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第三节 带的应力分析 b d yE MPa d 2 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: 节线至带最节线至带最 外层的距离外层的距离 带的弹性带的弹性 模量模量 显然: d

11、d b 故:故: b 1 b 2 带横截面的应力为三部分应力 之和。各剖面的应力分布为: maxcb 11 最大应力发生在紧边开始进入 小带轮处。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第三节 带的应力分析 由此可知,带受变应力作用,这将使带产生疲 劳破坏。 实验表明,疲劳曲线方程也适用于经受变应力 的带,既 ,式中m、C与带的种类和 材质有关,N为应力循环总次数。 n设v为带速(m/s)、L为带长(m),则每秒钟内 带绕行整周的次数(绕转频率)为 v/L。设带 的寿命为T(h),则应力循环总次数为 n式中k为带轮数,一般k=2,即每绕行一周完 成两个应力循环。 机械设计基础课件第十三章带

12、传动 和链传动 第三节 带的应力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第三节 带的应力分析 带的离心力使带与轮面间的压力减小、传动能力降 低,为补偿这种影响所需初拉力应为 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第三节 带的应力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第四节 带传动的弹性滑动和传动比 带自A点绕上主动轮,此时带和带轮表面的速度是相 同的,但自A点转到B点的过程中,带的拉力由F1逐渐 降低至F2,所以带( A B段)的弹性变形也逐渐减小, 就是说带在逐渐缩短,因此带的速度要落后于带轮, 带是弹性体,受到拉 力后要产生弹性变形。 设带的材料符合虎克定 律,由于紧

13、边拉力F1不 等于松边拉力F2,因此 紧边和松边的弹性变形 量也不同。 1、弹性滑动 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第四节 带传动的弹性滑动和传动比 使二者间产生相对滑动。同样现象也发生在 从动轮上,但情况相反,带的速度领先于带轮。 这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑 动称为弹性滑动,弹性滑动是不可避免的,选用 弹性模量大的带材料,可以降低弹性滑动。 弹性滑动引起下列后果: 从动轮的圆周速度低于主动轮 降低了传动效率 引起带的磨损 使带温度升高 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第四节 带传动的弹性滑动和传动比 2、打滑 当带传递的有效圆周力F达到最大值Fmax时,

14、带 处于打滑的临界状态,此时阻力稍增大,带与轮出 现显著相对滑动打滑。 带出现打滑,使带的运动处于不稳定状态,使 传动失效,此情况需避免。 两轮圆周速度: 主动轮直主动轮直 径径mm 从动轮直从动轮直 径径mm 滑差率滑差率 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第四节 带传动的弹性滑动和传动比 传动比传动比 从动轮带从动轮带 速速 V带传动的滑差率=0.010.02,由于其数值很小 所以在一般计算中可不予考虑。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 汽车V带 大楔角V带 宽V带 窄V带 普通V带 V带 绳芯柔软易绳芯柔软易 弯寿命长弯寿命长 受拉受拉受压受

15、压 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 带的楔角为40、相对高度(h/bd)约为0.7的带 称为普通带(已标准化)。按截面尺寸分为七种型 号。在V带轮上,与所配用V带的节面宽度bd相对应 的带轮直径称为V带在规定的张力下, 位于带轮基准直径上的周线长度称为 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), 该宽度保持不变。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 带的楔角为40、相对高度(h/bd)约为0.9的 带称为窄V带。窄V带是用合成纤维绳作抗拉体的

16、新 型V带。与普通V带相比,当高度相同时,窄V带的 宽度约缩小1/3,而承载能力可提高到1.52.5倍, 适用于传递动力大而要求传动装置紧凑的场合。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 二、设计准则和单根普通V带的许用功率 带传动的主要失效形式是和(脱 层、撕裂或拉断)。因此带传动的设计准则是: 在保证带传动不打滑的条件下,带具有一定的疲劳 强度和寿命。 用当量摩擦系数代替平面摩擦系数后,可导出 带具有打滑趋势时的最大圆周力为 max ff FFA ee 11 11 11 V带的疲劳强度条件

17、为: 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 或 一定条件下,由带的 疲劳强度决定的许用 应力。 Fv Pkw 1000 由 将 Fmax 代入可得出单根带所能传 递的功率 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 在载荷平稳,包角=180、带长Ld为特定长 度、抗拉体为化纤绳芯结构的条件下,由式求得单 根普通V带所能传递的功率P0,见表(13-13), P0称 为单根带的基本额定功率。 实际工作条件与上述条件不同时,应对P0值加 以修正,修正后即得实际工作条件下,单根普通V 带所能传递的功率,

18、称为许用功率P0, 功率增量,考虑传动比i1时, 带在大轮上的弯曲应力较小,故 在寿命相同的条件下,可增大传 递的功率。 包角修正系数,考虑 180时对传动 能力的影响。 带长修正系数,考虑 带长不为规定长度时 对传动能力的影响。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第五节 普通V带传动的计算 三、普通V带的型号和根数的确定 由 额定功率 载荷系数 计算功率 根据计算功率Pc和小带轮转速n1,按图13-15的推 荐选择普通V带的型号.若临近两种型号的交界线时, 可按两种型号同时计算,并分析比较决定取舍。V 带的根数按下式计算:z为整数 z300m

19、m 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第六节 V带轮的结构 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第六节 V带轮的结构 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第六节 V带轮的结构 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第六节 V带轮的结构 普通V带两侧面的 夹角均为,但在 带轮上弯曲时。由于 截面变形将其夹角变 小。为了使胶带仍能 紧贴轮槽两侧,将V带 轮槽角规定为 。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第六节 V带轮的结构 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第七节 同步带传动简介 n同步带(曾称为同步齿形带)是 以钢丝为抗拉体,外面包覆聚氨脂 或橡胶而成。

20、其横截面为矩形、带 面具有等距横向齿的环形传动带。 带轮轮面也制成相应的齿形,工作 时靠带齿和轮齿啮合传动。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。 它具有以下优点: 传动比恒定;结构紧凑;由于带薄而轻、抗 拉强度高,故带速可达40m/s;传动比可达10, 传递功率可达200kw;效率高,约为0.98,因而 应用日益广泛。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第七节 同步带传动简介 缺点是带及带轮价格较高,对制造、安装要求高。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第八节 链传动的特点和应用 一、组成 主动轮从动轮闭合链条 链传动是在两个或多个 链轮之

21、间用链作为挠性拉曳 元件的一种啮合传动。 二、特点(与带传动相比较) 没有弹性滑动和打滑 工况相同时,传动尺寸比较紧凑 不需要很大的张紧力,作用在轴上的载荷较小 效率较高=98% 能在温度较高、湿度较大的环境中使用 优 点 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第八节 链传动的特点和应用 只能用于平行轴间的传动 瞬时速度不均匀,高速时不如带传动平稳 不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用 (脱链) 工作时有噪声 制造费用比带传动高 三、链的种类 按照工作性质的不同,链有传动链、起重链 和曳引链三种。传动链主要用来传递动力,功率 P100kw,传动比i8,链速v15m/s。链传 动除广泛用

22、作定比传动外,也能做成有级链条变 速器和无级链条变速器。 缺 点 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 一、链条 传递动力的链条,按结构的不同主要有滚子链和 齿形链两种。 滚子与套筒、套 筒与销轴均为间 隙配合 排距 链板为“8”字形以 减轻重量使各横截面 强度大致相等。 节距,其值越大,尺 寸越大,传递功率的 能力越强。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 当齿数一定时,节距P增大则链轮直径增大。为增加 承载能力而不增大链轮直径可采用双排链或多排链。 但由于制造、安装精度的限制,排

23、数不宜过多。 链条的长度以节数表示, 节数为偶数时,接头称为 连接链节;节数为奇数时, 接头称为过渡链节。 由于过渡链节工作时受到附加弯曲应 力,所以应尽量避免采用奇数链。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 齿形链是由许多齿形链板用铰链联接而成。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。 棱柱式滚动副 齿形链运转平稳、噪声小、 承受冲击载荷的能力高;但 价格较贵,多用于高速或运 动精度要求高的传动。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 ()aa abcd、 、 二、链轮 链轮的齿形应保证链节能平稳而自由地进入和退出 啮合

24、,并便于加工。链轮端面齿形由三段圆弧和一 段直线组成。这种齿形具有较好的啮合性能。并便 bc 于加工。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 链轮上被链条 节距等分的圆 周称分度圆 链轮的顶圆直 径 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。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 链轮材料 Q235、Q275、 45、HT200、 ZG310-570、重 要链轮可采用合 金钢 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第九节 链条和链轮 机械设计基础课件第十三章带

25、传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 一、链传动的运动分析 链条是由刚性链节、链片、销联接而成,当于链轮啮 合时,链是按一多边形分布在链轮上,主动轮转过一 个齿,链移动一个链节距P,带动从动轮转一个齿。 链速为: 以上两式求出的链速和传动比都是平均值,即 使主动轮的角速度为常数(1=C),链速和从动轮角 速度2都将是变化的。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 设紧边(主动边)总是 处于水平位置。销轴由 B A,转过角,此 时链速 点B 角的变化范围 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 即链轮每转

26、过一个齿,链速就时快时慢地变化一次。 由此可知, 1=常数C时,瞬时链速和瞬时传动比都 作周期性变化。 同理,链条在垂直于链节中心线方向的分速度 也将作周期性变化,从而使。 链条线速度的变化可用链速不均匀系数来表示 振动和动载荷 不可避免 链条节距P 越大、齿数Z越少则速度不均匀性越强。 这种现象称为链传动的。 平均链速 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 二、链传动的受力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 链的紧边拉力为 链的松边拉力为 链的离心拉力为 链的悬垂拉力为 压轴力为 圆周力(即有效拉力) 下

27、垂量y=0.02a时 的垂度系数 垂直布置时Ky=1; 水平布置时Ky=7; 倾斜布置时:Ky=2.5,Ky=4, Ky=6。 有冲击、振动 时取大值 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 n例13-3 一单排链传动,已知:链轮齿数z1=17, z2=25,采用08A链条(节距p=12.7mm),中心距 a=40p(m),水平布置;传递功率P=1.5kw,载荷 平稳;小轮主动,其转速n1=150r/min。求:1)离 心拉力Fc;2)悬垂拉力Fy;3)链的紧边拉力和松边 拉力;4)链的静力强度安全系数。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节

28、链传动的运动分析和受力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十节 链传动的运动分析和受力分析 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十一节 链传动的主要参数及其选择 一、链轮齿数 若链条的铰链发生磨损, 将使链条节距变长、链轮节圆d 向齿顶移动。节距增大量p与 节圆外移量d的关系,可由式 导出: 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十一节 链传动的主要参数及其选择 由此可知p一定时,齿数越多节圆外移量d就越 大,也越容易发生跳齿和脱链现象。所以大链轮齿 数不宜过多,一般应使。 齿数z太少会使不均匀性、动 载荷增加;功率消耗增加; 链条拉力增大;磨损严重。 因此应使 由

29、于链节数为偶数,所以 链轮齿数最好选质数或不能整 除链节数的数,以均匀磨损。 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十一节 链传动的主要参数及其选择 二、链的节距 链的节距越大,承载能力越高,但速度的不 均匀性、动载荷(冲击)、噪音加剧,因此在满 足传递功率的条件下,应尽量减小节距,高速传 动时尤为重要。 三、中心距和链的节数 一般中心距取 计算结果圆整 取整数、偶数 无张紧装置时, 中心距较计算 值减小 25mm 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 开式传动或润 滑密封不良时 引起铰链磨损 常发生在低速 重载或严重过 载的传动中 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第十二节 滚子链传动的计算 n一、失效形式 n(1)疲劳破坏 n链在紧边拉力和松边拉力的反复作用下,经过一 定的循环次数,链板会发生疲劳破坏。 在反复多次的冲击下,经过一定的循环次数会 发生冲击疲劳破坏。 n(2)胶合 n当润滑不当或速度过高时,销轴和套筒的工作表 面会发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。 (3)磨损 n链条铰链磨损后链节变长,易引起跳齿和脱链。 (4)过载拉断 机械设计基础课件第十三章带传动 和链传动 第

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