机械设计CH05 带及链

1、第5章 带传动与链传动设计5.1 概述5.2 带传动的基本理论5.3 带传动的设计5.4 滚子链链条与链轮概述1固联于主动轴上的带轮1(主动轮)；固联于从动轴上的带轮3(从动轮)；紧套在两轮上的传动带2。概 述 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）。 1带传动的组成2传 动 原 理 摩擦传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和带传动） 。3带传动的特点结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲减振；摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。 一、带传动的特点、类型和应用概述24带传动的类

2、型平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。在一般机械传动中，应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。多楔带传动兼有平带传动和带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小。概 述 概述35传动带的类型带采用基准宽度制，即用带的基准线的位置和基准宽度来确定带在轮槽中的位置和轮槽的尺寸。传动带平 带 带多楔带同步带普通平带片基平带普通带窄带齿形带宽带带的截面尺寸 概 述概述4在各类机械中应用广泛，但摩擦式

3、带传动不适用于对传动比有精确要求的场合。 6带传动的应用 概 述概述5链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。 与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比，径向压轴力小，适于低 速情况下工作。 与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。 链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。 链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。 概 述二、链传动的特点及应用受力分析1带传动的基本理论带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应力分析、运动分析。带传动是一种挠性传动，其工作情况具有一定的特点。一、受力分析设带的总长度不变，根

4、据线弹性假设：F1F0F0F2；或：F1 F22F0；记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力为Ff，其值由带传动的功率P和带速v决定。 带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F0。 带传动工作时，一边拉紧，一边放松，记紧边拉力为F1和松边拉力为F2。 定义由负载所决定的传动带的有效拉力为FeP/v，则显然有FeFf。 0FF1F00F02尚未工作状态 nFfF1F1F1F1222n2工作状态 受力分析2带传动的最大有效拉力Fec有多大？由欧拉公式可知：feFF211120ffeceeFF欧拉公式给出的是带传动在极限状态下各力之间的关系，或者说是给出了一个具体的带传动所能提供的最大有效拉力Fec 。预

5、紧力F0最大有效拉力Fec 包角最大有效拉力Fec 摩擦系数 f最大有效拉力Fec 切记：欧拉公式不可用于非极限状态下的受力分析！切记：欧拉公式不可用于非极限状态下的受力分析！由欧拉公式确定，即：取绕在主动轮或从动轮上的传动带为研究对象 ，有：FeFfF1F2；因此有：F1F0Fe2；F2F0Fe2；12包角的概念当已知带传递的载荷时，可根据欧拉公式确定应保证的最小初拉力F0。 带传动的基本理论应力分析带传动在工作过程中带上的应力有：分析详见为了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。槽 型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm 50751252006390140224二、

6、带传动的应力分析 拉应力：紧边拉应力、松边拉应力； 离心应力：带沿轮缘圆周运动时的离心力在带中产生的离心拉应力； 弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。 带传动的基本理论运动分析三、带传动的运动分析带传动在工作时，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。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，称为弹性滑动。%100121vvv12)1 (vv或)/(600011d1smndv)/(600022d2smndv其中：因此，传动比为：1d2d21)1 (ddnni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，

7、即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种情况应当避免。弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2主动轮的圆周速度v1，速度降低的程度可用滑动率来表示： （演示） 带传动的基本理论失效形式四、带传动的失效形式和计算准则带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。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在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 带传动的基本理论V带传动的设计1带传动的设计一、单根V带的许用功率带传动的承载能力取决于传动带的材质、结构、长度，带传动的转速、包角和载荷特性等因素。单根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

8、条件：传动比i=1、包角180、特定长度、平稳的工作载荷。（P0） V带传动的设计2二、带传动的设计与参数选择1. 设计的原始数据为：功率P，转速n1、n2（或传动比i），传动位置要求及工作条件等。2. 设计内容：确定带的类型和截型、长度L、根数Z、传动中心距a、带轮基 准直径及其它结构尺寸等。3. 由于单根带基本额定功率P0是在特定条件下经实验获得的，因此，在针对某一具体条件进行带传动设计时，应根据这一具体的条件对所选定的带的基本额定功率P0进行修正，以满足设计要求。 带传动的设计V带传动的设计3 带传动的设计带轮结构设计1V带轮设计的要求结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀。轮槽

9、工作面要精细加工，以减少带的磨损。各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷分布较为均匀。 2带轮的材料通常采用铸铁，常用材料的牌号为HT150和HT200。转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。 小功率时可用铸铝或塑料。 V带轮的典型结构有：实心式、 腹板式、 孔板式和 轮辐式。 3结构与尺寸带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式。根据带的截型确定轮槽尺寸。带轮的其它结构尺寸通常按经验公式计算确定。（详细介绍） 带传动的设计三、带带轮的结构设计带传动的张紧1 根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；张紧的目的 运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能

10、力，必须重新张紧，才能正常工作。常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置。1、定期张紧装置 带传动的设计四、带传动的张紧、安装及维护带传动的张紧23、采用张紧轮张紧装置张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮应尽量靠近大轮，以免过分影响在小带轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同。 2、自动张紧装置带传动的设计传动链的结构特点1滚子链链条与链轮一、传动链的类型及结构 滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。 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。外链板内链板套筒滚子销轴滚子链有单排链、双排链、多排

11、链。多排链的承载能力与排数成正比，但由于精度的影响，各排的载荷不易均匀，故排数不宜过多。1、滚子链 传动链的结构特点2链条的接头处的固定形式有：用开口销固定，多用于大节距链弹簧卡片固定，多用于小节距链设计时，链节数以取为偶数为宜，这样可避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承载能力下降。滚子链的规格和主要参数 滚子链链条与链轮传动链的结构特点32、齿形链齿形链又称无声链，它是一组链齿板铰接而成。工作时链齿板与链轮轮齿相啮合而传递运动。与滚子链相比，齿形链传动平稳无噪声承受冲击性能好，工作可靠，多用于高速或运动精度要求较高的传动装置中。齿形链按铰链结构不同可分为圆销式、轴瓦式和滚柱式三种。齿形链

12、上设有导板，以防止链条工作时发生侧向窜动。导板有内导板和外导板之分。内导板齿形链导向性好，工作可靠；外导板齿形链的链轮结构简单。详细说明6 60 0。圆销式圆销式轴瓦式轴瓦式滚柱式滚柱式更多说明 滚子链链条与链轮链轮的结构和材料11、链轮的参数和齿形链轮是链传动的主要零件，其齿形已经标准化。链轮设计的主要内容是：链轮的基本参数： 配用链条的节距 p、滚子的最大外径 d1、排距 pt、齿数z。 确定链轮的结构和尺寸； 选择链轮的材料和热处理方式；链轮的主要尺寸见下图，链轮毂孔的直径应小于其最大许用直径dkmax。 dgdkdfdadgd链轮尺寸计算公式见 滚子链链条与链轮二、滚子链链轮链轮的结构

13、和材料2链轮较常用的齿形是一种三圆弧一直线的齿形（如左图所示）。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。 abcdarrr213zo2o1o31802、链轮的结构和材料 小直径的链轮可制成整体式； 中等尺寸的链轮可制成孔板式； 大直径的链轮可制成组装式。 链轮的轴向齿廓及尺寸应符合国标GB1244-85的规定。 链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐磨性和强度，由于小链轮的工作情况较大链轮的恶劣些，故小链轮通常采用较好的材料制造。整体式链轮整体式链轮孔板式链轮孔板式链轮组合式链轮组合式链轮链轮材料表 滚子链链条与链轮运动特性11、链传

14、动运动的不均匀性在链传动中，链条包在链轮上如同包在两正多边形的轮子上，正多边形的边长等于链条的节距 p。链的平均速度为：1000601000602211pnzpnzv链传动的平均传动比为：1221zznni链条铰链A点的前进分速度cos11Rvx上下运动分速度sin11Rvy动画演示 滚子链链条与链轮三、链传动的工作特性运动特性2由上述分析可知，链传动中，链条的前进速度和上下抖动速度是周期性变化的，链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化就越大。当主动链轮匀速转动时，从动链轮的角速度以及链传动的瞬时传动比都是周期性变化的，因此链传动不宜用于对运动精度有较高要求的场合。链传动的不均匀性的特征，是由于

15、围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应多边形效应。因为从动链轮的角速度为：coscoscos21122RRRvx所以链传动瞬时传动比为：coscos1221RRi 滚子链链条与链轮动载荷2、链传动的动载荷链传动中的多边形效应造成链条和链轮都是周期性的变速运动，从而引起动载荷。链轮的转速越高、节距越大、齿数越少，则传动的动载荷就越大。链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲击和动载荷。链节距越大，链轮的转速越高，则冲击越强烈。链条前进的加速度引起的动载荷为：c1dmaF从动链轮的角加速度引起的动载荷为：tRJFdd222d当链节啮上链轮轮齿的瞬间，作直线运动的

16、链节铰链和以角速度作圆周运动的链轮轮齿，将以一定的相对速度突然相互啮合，从而使链条和链轮受到冲击，并产生附加动载荷。 滚子链链条与链轮受力分析链传动在安装时，应使链条受到一定的张紧力，张紧的目的主要是使松边不致过松，以免影响链条正常退出啮合和产生振动、跳齿或脱链现象。 链的紧边拉力为： fce1FFFF链的松边拉力为： fc2FFF其中：Fe为有效圆周力：vPF1000eFc为离心力引起的拉力：2cqvF 在上述各式中，P 为传递的功率（kW)；v为链速(m/s)；q为单位长度链条的质量(kg/m)。Ff为悬垂拉力，与链条松边的垂度和传动的布置方式有关。 滚子链链条与链轮3、链传动的受力分析设

17、计计算1四、链传动的失效形式及滚子链传动的额定功率曲线链传动的失效形式有链的疲劳破环、链条铰链的磨损、链条铰链的胶合以及链条的静力拉断。上图示为润滑良好的单排链的额定功率曲线图。由图可见，在中等速度的链传动中，链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度；随着链轮转速的增高，链传动的多边形效应增大，传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度，转速越高，传动能力就越低，并会出现铰链胶合现象，使链条迅速失效。0由链板疲劳强度限定由滚子、套筒冲击疲劳强度限定由销轴和套筒胶合限定额定功率P0/kW小链轮转速n1 /(r/min)额定功率曲线 失效图片滚子链链条与链轮设计计算2五、滚子链传动的设计1链轮齿数

18、选择小链轮齿数Z1 计算大链轮齿数Z2=iZ1。小链轮齿数Z1过少运动不平稳严重。小链轮齿数Z1过大增大了传动的尺寸和质量 。通常限制链传动的传动比i6，推荐的传动比i23.5。详细说明2确定计算功率 计算功率Pca是根据传递的额定功率P，并考虑工作情况来确定的。PKPAcaKA为链传动的工作情况系数。3链的节距 链的节距越大，承载能力就越高，但传动的多边形效应也要增大，振动冲击和噪声也越严重。设计一般尽量选取小节距的链。 滚子链链条与链轮设计计算3考虑到链传动的实际工作条件与标准实验条件的不同，引入修正系数，链所需传递的功率按下式确定： PLzA0KKKPKP 式中：Kz为小链轮齿数系数；KL为链长系数；KP为多排链系数；链条节距 p可根据功率P0和小链轮转速 n1由额定功率曲线选取。4链传动的中心距和链节数链传动的中心距过大或过小对传动都会造成不利影响。设计时一般取中心距a0=(3050)p，最大取a0max=80p。 滚子链链条与链轮设计计算4链条的长度以链节数Lp来表示，链节数为：0212210p)2(22apzzzzpaL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：212