华科机械设计第章-挠性传动设计

第五章

挠性传动设计§5-1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：V带、平带、多楔带、圆带传动等啮合传动：

同步带传动、链传动等本章主要讨论普通V带传动和滚子链传动的设计

一、挠性传动的类型普通V带是标准件，七种型号：Y、Z、A、B、C、D、E选型设计第五章挠性传动设计－概述平带的摩擦力为：V带的摩擦力为：fv

—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f—摩擦系数平面摩擦楔形面摩擦第五章挠性传动设计－概述三、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带轮的基准直径dd

：与节线相对应的带轮直径带轮包角和中心距

：α1－小带轮包角α2－大带轮包角α1<α2

a－带传动中心距节线第五章挠性传动设计－带传动§5-2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F0张紧在带轮上n2F1带工作前：带工作后：F0F0此时，带只受初拉力F0作用n1F2F2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vFfFf紧边－进入主动轮松边－退出主动轮通常，紧边在下、松边在上Ff·r+F2·r=F1·rFf

=F1

–F2

第五章挠性传动设计－带传动F－

有效拉力，即圆周力

带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，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

＋△FF2

＝F0

－△FF0

＝(F1

＋F2)/2F1

＝F0

＋F/2F2

＝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。F=＝△F

当要求的圆周力大于最大摩擦力时，带传动将出现打滑F1F2Ff.rv第五章挠性传动设计－带传动f－摩擦系数；α－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：★欧拉（Euler）公式欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧边、松边拉力的最大比值那么：F

flim=F1–F2

＝F1－F1/efα＝F1(1－1/efα)Fflim

－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，应使有效拉力F＜Fflim第五章挠性传动设计－带传动整理后得：影响最大有效拉力F的几个因素：初拉力F0

：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。包角α

：带所能传递的圆周力增加，传动

α↑↑,→F能力增强，故应保证小带轮的包角α1足够大。这一要求限制了最大传动比i和最小中心距a。

i↑→α1↓;

a↓

→α1↓因为：摩擦系数f

：

f↑↑,→F传动能力增加对于V带传动，应采用当量摩擦系数fv计算α1第五章挠性传动设计－带传动当包角α＝180°时：由此可见：相同条件下，V带的传动能力强于平带二、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σ1

、σ2

紧边拉应力：σ1

＝F1/AMPa松边拉应力：σ2

＝F2

/AMPaA－带的横截面面积V带—平带—n1v第五章挠性传动设计－带传动则2、离心力产生的拉应力σc设：带绕过带轮做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：微单元弧段的质量带速（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dCFCFC第五章挠性传动设计－带传动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FC（或拉应力σc）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σb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↓→σb

↑故：σb1

>σb2带绕过小带轮时的弯曲应力带绕过大带轮时的弯曲应力弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上

。第五章挠挠性传动动设计－带带传动带横截面的的应力为三三部分应力力之和。各剖面的应应力分布为为：最大应力发发生在紧边刚进入入小带轮处处:由此可知，，带受变应应力作用，，这将使带带产生疲劳劳破坏。σcσ1σ2σb1σb2σmax第五章挠挠性传动动设计－带带传动两种滑动现现象：三、带传动动的弹性滑滑动和传动动比1、弹性滑滑动打滑滑—是带传传动的一种种失效形式式，应避免免弹性滑动—正常工工作时的微微量滑动现现象，不可可避免弹性滑动是是如何产生生的？因F1>F2故松、紧边边单位长度度上的变形形量不等。。带绕过主动动轮时拉力力逐渐减小小，带逐渐渐收缩，使使带相对于于主动轮的的转向向后后滑动。同样的现象象也发生在在从动轮上上。但情况况有何不同同？产生弹性滑滑动的原因因：F1F2v2＜v1静弧滑动弧v1v2滑动弧等于于接触弧长长时转变成成打滑所以打滑总总是先出现现在小带轮轮上是由弹性变形和拉力差引起的。c1'第五章挠挠性传动动设计－带带传动弹性滑动引引起的不良良后果：●使从动轮的的圆周速度度低于主动动轮，即即v2<v1；●产生摩擦功功率损失，，降低了传传动效率；；●引起带的磨磨损，并使使带温度升升高，降低低使用寿命命。2、传动比比滑动率ε—弹性滑动引引起的从动动轮圆周速速度的相对对降低量传动比：ε反映了弹性性滑动的大大小，ε随载荷的改改变而改变变。载荷越大，，ε越大，传动动比的变化化越大。对于V带：：ε≈0.01~0.02粗略计计算时可忽忽略不计第五章挠挠性传动动设计－带带传动§5-3普通V带带传动的的设计一、失效形形式及设计计准则1、失效形形式●打滑滑－带与带带轮之间的的显著滑动动，过载引引起●疲劳破破损－变应力力引起2、设计准准则在保证不打滑的前提下，，具有足够够的疲劳寿命二、单根V带的许用用功率－－承载能能力计算要保证带的的疲劳寿命命，应使最最大应力不不超过许用用应力：－不疲劳的的要求或：（可起到过载载保护作用用）第五章挠挠性传动动设计－带带传动根据欧欧拉公公式，，即将将打滑滑时的的最大大有效效拉力力为：：由此得得单根根V带带所能能传递递的功功率：：－不打打滑的的要求求则：此式包包含了了不打滑滑、不疲劳劳两个条条件。。表5－－2列出了了在特定条条件下单根根普通通V带带所能能传递递的功功率，，称为为基本本额定定功率率P0。特定条条件：：传动平平稳；i＝1，，α1＝α2＝π；特定带带长第五章章挠挠性性传动动设计计－带带传动动则带的的疲劳劳寿命命越长长。相相反，，短带带的寿寿命短短。实际工工作条条件：：●传动比比i>1－从从动轮轮直径径增大大，传动能能力提提高，，则额额定功功率增增加额定功功率增增量为为△P0，查表表5-3。●带长不不等于于特定定带长长－带带越长长，单单位时时间内内的应应力循循环次次数越越少，，为此，，引入入带长长修正正系数数KL。●包角α不等于于π（因为为i>1）－α1＜π，传动动能力力有所所下降降，引引入包包角修修正系系数Kα，Kα≤1σb2减小，，第五章章挠挠性性传动动设计计－带带传动动则在实实际工工作条条件下下，单单根V带带的的额定定功率率为：：三、普普通V带带传传动的的设计计计算算（一））已知知条件件及设设计内内容传递的的名义义功率率P；已知条条件主动轮轮转速速n1；从动轮轮转速速n2或传动动比i；传动位位置要要求；工况条条件、、原动动机类类型等等。V带的的型号号、长长度和和根数数；设计内内容带轮直直径和和结构构；传动中中心距距a；验算带带速v和包角角α1；计算初初拉力力和压压轴力力。所需V带带根根数：：实际工作条件下需要传递的功率第五章章挠挠性性传动动设计计－带带传动动（二））设计计步骤骤和方方法1、确确定设设计功功率PC＝KAP2、根根据n1、PC选择V带带型型号工况系系数，，查表5-63、确确定带带轮基基准直直径dd1、dd2带轮愈愈小，，弯曲曲应力力愈大大，所所以dd1≥ddmindd2=idd1(1－－ε）圆整整成标标准值值4、验验算带带速v（v＝5～～30m/s））N5、、确确定定中中心心距距a及带带长长Ld6、、验验算算主主动动轮轮的的包包角角α17、、计计算算带带的的根根数数zNz≤7？？YN8、、确确定定初初拉拉力力F09、、计计算算压压轴轴力力FQ10、、带带轮轮结结构构设设计计及及张张紧紧装装置置设设计计

问题题：：带带传传动动适适合合于于高高速速级级还还是是低低速速级级？？

第五五章章挠挠性性传传动动设设计计－－带带传传动动初定定中中心心距距a00.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)初算算带带长长Ld0计算算实实际际中中心心距距aa过小小：：带带短短,易易疲疲劳劳,α1小a过大大：：易易引引起起带带的的抖抖动动（圆整））取基准带带长Ld（表5-8）第五章挠挠性性传动设设计－链链传动§5-4链传动设设计一、链传传动的类类型及特特点按用途不不同，链链分为传动链、起重链和曳引链。滚子链应应用较多多，且为为标准件件。与带传动动相比，，链传动动的优缺缺点：●可在恶恶劣的的环境境下工工作，，压轴轴力小小；●传递功功率比比带传传动大大，效效率较较高；；●适用的的速度度比带带小，，v≤15m/s；；●瞬时速速比变变化，，振动动、噪噪声大大。传动链链常用用：滚子链链和齿形链链传动链链用于于传递递运动动和动动力，，v≤15m/s、、P≤100kW、i≤8●可做成成变速速器，，如变变速自自行车车；第五章章挠挠性性传动动设计计－链链传动动滚子链链的主主要参参数包包括：：p—节距，相邻邻两销销轴中中心距距；Lp—链节数数，表示示链的的长度度，n—链排数数，滚子子链可可做成成单排排或多多排链链。滚子链链分A、B两个个系列列，常常用A系列列链节数数若为为奇数数，接接头处处需采采用过过渡链链节，，会产产生附附加弯弯矩滚子链链标记记：链号－排数×链节数数标准编编号链号××25.4/16＝＝节距距p例：10A－2×132GB1243.1－2006常取偶数，以便便首尾尾相连连；10×25.4/16＝15.875＝p第五章章挠挠性性传动动设计计－链链传动动二、链链传动动的运运动特特性分分析1、链链传动动的平均速速度及链轮抽抽象成成正多边边形，边长长为节距p，边数数等于于链轮齿齿数z故链的的平均均速度度：平均传传动比比：链轮每每转一一圈，，转过过的链链长为为zp平均传传动比比即：平平均速速度和和平均均传动动比均均为常常数第五章章挠挠性性传动动设计计－链链传动动φ1假定：：主动动边总总处于于水平平位置置链速：：则β的变化化范围围：2、链链传动动运动动的不不均匀匀性A点圆周周速度度：垂直分速度度：链节所对应应的中心角角：当β=±φ1/2时：当β=0时：：所以：z1↓→φ1↑→v的变化↑。v'的变化使链链条抖动。。第五章挠挠性传动动设计－链链传动B点圆周速度度为v2，角速度ω2则：故瞬时传动动比：瞬时速比及从动轮角速速度周期性变化化,这种现象称称为多边形效应应。由于运动的的不均匀性性，引起振振动和冲击击，所以链链传动常用用于速度较较低的场合合。在从动轮上上：特例：当z1＝z2、且a＝np，则则i恒恒定第五章挠挠性传动动设计－链链传动产生动载荷荷的原因:故转速愈高高、节距愈愈大，加速速度越大、、动载荷越越大。3、链传动动的动载荷荷●链速v的加速度β=±φ1/2时，a最大：●链条的垂直直分速度v'的变化导致链横向向振动。●链条啮入时时会产生啮啮合冲击措施：齿数数尽量取多多些节距尽量取取小些置于低速场场合第五章挠挠性传动动设计－链链传动1、失效形形式●铰链磨损———导致节节距变长，，引起跳齿齿或脱链；；三、链传动动的失效形形式及功率率曲线●链板疲劳断断裂——由由于变应力力作用产生生疲劳断裂裂；●冲击疲劳破破坏——反反复冲击使使滚子、套套筒疲劳破破坏；●胶合———润滑不不良且速度度过高使销销轴套筒间间产生胶合合；●过载拉断———载荷过过大引起静静强度破坏坏。第五章挠挠性传动动设计－链链传动2、链传动动的极限功功率曲线各种失效形形式限定了了链传动所所能传递的的极限功率率的范围俗称“帐篷篷曲线”磨损失效链板疲劳破破坏滚子冲击疲疲劳破坏胶合失效阴影线内为为极限功功率范围润滑不良或或工作条件件恶劣时●n1P第五章挠挠性传动动设计－链链传动3、滚子链链传动的额额定功率曲曲线（单排排链）根据特定条件下下的实验结果果，经修正正后得到常常用滚子链链的额定功功率曲线。。小链轮转速速n1链额定功率率P0确定链号特定条件:z1＝19、Lp＝100节节、单排链链·······第五章挠挠性传动动设计－链链传动实际情况下下的修正系系数：单排链链长齿数齿数系数Kz或Kz'（表5-12）链长系数KL（图5-17）多排链系数数KP（表5-13）实验条件实际情况引入修正系数特定条件件下单排排链所能能传递的的功率：：P0实际情况况下链条条所能传传递的功功率：[P0]＝KzKLKpP0链传动的的计算功功率:要求则:P—需传传递的名名义功率率工作点落落在曲线线顶点的的左侧（（链板疲疲劳）工作点落落在曲线线顶点的的右侧（（冲击疲疲劳）KA—工况况系数（（表5-11）由P0、n1查图5-15确定定链号（（按单排链链查）单排链所所需额定定功率：：第五章挠挠性性传动设设计－链链传动四、链传传动主要要参数的的选择链轮齿数数小链轮齿齿数z1愈多，传动愈平平稳，动动载荷减减小。通常取z1≥17，且传动比比i越小，z1可越多（（表5-14）。。大链轮齿齿数z2＝iz1(圆整)，常取z2≤120，以防止脱脱链。节距p节距p越大，承承载能力力越大。。但p过大，运运动越不不均匀，，冲击越越大，且且结构庞庞大。所以，高速重载载时，宜宜选小节节距多排排链；低速重载载时，宜宜选大节节距单排排链中心距a常取a＝（30～50）p因链节数数常取偶偶数，故故齿数常取取奇数，使磨损损均匀。。a过小，易易疲劳；；过大，，易抖动动。amax≤80p第五章挠挠性性传动设设计－链链传动10、v<0.6m/s时应校校核静强强度五、滚子子链传动动的设计计方法1、选择择齿数z1（按传动动比i）2、确定定齿数z2＝z1i≤1203、确定定链排数数5、确定定系数KA、Kz、KL及Kp6、计算算所需的的额定功功率P07、根据据n1及P0查额定功功率曲线线，确定定链的型号和节距4、初定定中心距距和链节节数8、计算算实际中中心距a9、计算算压轴力力FQ中心距一一般设计计成可调调整的。。极限拉伸伸载荷查查表5-10第五章挠挠性性传动设设计－链链传动六、链传传动的润润滑油壶加油油油浴润滑滑飞溅润润滑油泵喷喷油润润滑七、链链轮结结构第五章章挠挠性性传动动设计计轴上受受力较较小传动装装置复复杂过载无无保护护缓冲性性不好好靠摩擦擦传动动靠啮合合传动动缓冲、、吸振振过载保保护传动装装置简简单轴上受受力较较大传动比比恒定定传动比比不恒恒定外廓尺尺寸较较小外廓尺尺寸较较大寿命较较长寿命较较短靠啮合合传动动振动冲冲击较较大过载无无保护护传动装装置简简单轴上受受力较较小瞬时速速比变变化外廓尺尺寸较较大寿命较较长齿轮传动V带传动滚子链传动速度适适应范范围广广适合于于高速速级适合于于低速速级几种传传动形形式的的优、、缺点点比较较：第五章章挠挠性性传动动设计计－小小结本章章小小结结●带传动动的工工作原原理及及特点点摩擦传传动，，结构构简单单，中中心距距大，，平稳稳，吸吸振，，适合合于高高速级级（转转速高高则转转矩小小，有有利于于带传传动））●带传动动受力力分析析、应应力分分析F、Ff、F1、F2、F0之间的的关系系，欧欧拉公公式的的含