機械設(shè)計基礎(chǔ)：第八章 撓性傳動設(shè)計 (3)

1、8-1 帶傳動概述,8-2 帶傳動的幾何計算和基本理論,8-3 普通 V帶傳動設(shè)計,8-4 同步帶傳動簡介,8-5 鏈傳動概述,8-7 滾子鏈傳動設(shè)計,8-6 鏈傳動的工作情況分析,第八章 撓性傳動設(shè)計,8-1 帶傳動概述,帶傳動的組成,主動輪1、從動輪2、環(huán)形帶3,工作原理,安裝時帶被張緊在帶輪上，產(chǎn)生的初拉力使得帶與帶輪之間產(chǎn)生壓力。主動輪轉(zhuǎn)動時，依靠摩擦力托動從動輪一起同向回轉(zhuǎn),類型,平皮帶,V 型帶,多楔帶,摩擦型,嚙合型,圓形帶,摩擦牽引力大,摩擦牽引力大,牽引力小，用于儀器,應(yīng)用：兩軸平行、且同向轉(zhuǎn)動的場合。稱為開口傳動,帶傳動的類型,抗拉體,帶傳動的結(jié)構(gòu),V帶可分為：普通V帶、窄

2、V帶、寬V帶、大楔角V帶、汽車V帶等類型。其中普通 V帶應(yīng)用最廣,一、V帶的規(guī)格,組成：抗拉體、頂膠、底膠、包布,節(jié)線：彎曲時保持原長不變的一條周線,節(jié)面：全部節(jié)線構(gòu)成的面,=40，h/bd =0.7的V帶稱為普通V帶。已經(jīng)標準化，有七種型號,在V帶輪上，與所配用V帶的節(jié)面寬度相對應(yīng)的帶輪直徑稱為基準直徑d,V帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準直徑上的周線長度稱為基準長度Ld 。標準長度系列詳見下頁表13-2 ，P202,=40，h/bd =0.9的V帶稱為窄V帶,與普通V帶相比，高度相同時，寬度減小1/3，而承載能力提高1.52.5倍，適用于傳遞動力大而又要求緊湊的場合,帶傳動的優(yōu)點,1. 適

3、用于中心距較大的傳動,2. 帶具有良好的撓性，可緩和沖擊、吸收振動,3. 過載時帶與帶輪之間會出現(xiàn)打滑，避免了其它零 件的損壞,4. 結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉,帶傳動的缺點,1. 傳動的外廓尺寸較大,2. 需要張緊裝置,3. 由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比,4. 帶的壽命較短,5. 傳動效率較低,應(yīng)用：兩軸平行、且同向轉(zhuǎn)動的場合（稱為開口傳動），中小功率電機與工作機之間的動力傳遞,V帶傳動應(yīng)用最廣，帶速： v=525 m/s 傳動比：i=7 效率： 0.90.95,一、帶傳動的幾何計算,中心距a,包角,因較小,代入得,帶長,8-2 帶傳動的幾何計算及基本理論,帶長,已知帶長時，由上式可得中心

4、距,帶傳動不僅安裝時必須把帶張緊在帶輪上，而且當帶工作一段時間之后，因帶永久伸長而松弛時，還應(yīng)當重新張緊,靜止時，帶兩邊的初拉力相等,傳動時，由于摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等,F1 = F2 = F0,為了可靠工作，帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上,F1 F2,F1 ，緊邊,F2 松邊,緊邊,松邊,設(shè)帶的總長不變，則緊邊拉力增量和松邊的拉力減量相等,F1 F0 = F0 F2,F0 = (F1 + F2 )/2,1. 有效拉力,二、帶傳動的受力分析,當圓周力FFf時，帶與帶輪之間出現(xiàn)顯著的滑動，稱為打滑.經(jīng)常出現(xiàn)打滑使帶的磨損加劇、傳動效率降低，導(dǎo)致傳動失效,稱 F1 - F2為有效拉力

5、，即帶所能傳遞的圓周力,F = F1 - F2,且傳遞功率與圓周力和帶速之間有如下關(guān)系,以平帶為例，分析打滑時緊邊拉力F1和松邊拉力F2之間的關(guān)系,取一小段弧進行分析：參數(shù)如圖,正壓力：dFN,兩端的拉力：F 和F+dF,力平衡條件：忽略離心力, 水平、垂直力分別平衡,摩擦力： f dFN,2. 打滑,由力平衡條件,積分得,緊邊和松邊的拉力之比為,繞性體摩擦的基本公式,聯(lián)立求解,1）初拉力F0， Fflim與F0成正比,V帶傳動與平皮帶傳動初拉力相等時，它們的法向力則不同,平帶的極限摩擦力為: FN f = FQ f,FN=FQ,FN=FQ/sin(/2,則V帶的極限摩擦力為,f -當量摩擦系

6、數(shù), f f,F1 = F0 + F/2,F2 = F0 + F/2,正常傳動時，F(xiàn)Fflim，由上式知Fflim下列因素有關(guān),2）包角。越大， Fflim也越大。 1 2 用1,3）摩擦系數(shù)f 。 f越大， Fflim也越大,在相同條件下 ，V帶能傳遞較大的功率。 或在傳遞功率相同時，V帶傳動的結(jié)構(gòu)更為緊湊,用 f 代替 f 后，得以下計算公式,三、帶傳動的應(yīng)力分析,1.緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,緊邊拉應(yīng)力,松邊拉應(yīng)力,A為帶的橫截面積,2.離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,帶在微弧段上產(chǎn)生的離心力,帶工作時應(yīng)力由三部分組成,離心力 FNc在微弧段兩端會產(chǎn)生拉力 Fc,由力平衡條件得,離心力只發(fā)生在帶作

7、圓周運動的部分，但由此引起的拉力確作用在帶的全長,離心拉應(yīng)力,往x軸投影,3.彎曲應(yīng)力當帶繞過帶輪時，因為彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,設(shè)y為帶的中心層到最外層的垂直距離,E為帶的彈性模量；d為帶輪直徑,4. 應(yīng)力分布及最大應(yīng)力,彎曲應(yīng)力為,最大應(yīng)力max出現(xiàn)在緊邊與小輪的接觸處,由材料力學(xué)公式得,離心應(yīng)力,拉應(yīng)力,彎曲應(yīng)力,由力平衡條件得靜止時軸上的壓力為,5. 作用在軸上的力,四、 帶傳動的運動分析,設(shè)帶的材料符合變形與應(yīng)力成正比的規(guī)律，則變形量為,這種因材料的彈性變形而產(chǎn)生的滑動被稱為彈性滑動,緊邊,松邊,F1 F2,1 2,帶繞過主動輪時，將逐漸縮短并沿輪面滑動，使帶速落后于輪速,帶經(jīng)過從動輪時

8、，將逐漸被拉長并沿輪面滑動，使帶速超前于輪速,總有：v2 v1,得從動輪的轉(zhuǎn)速,帶傳動的傳動比,V帶傳動的滑動率=0.01 0.02，一般可忽略不計,定義,為滑動率,五、帶傳動的主要失效形式和設(shè)計準則,1.主要失效形式,打滑,疲勞破壞,2.設(shè)計準則,在保證帶傳動不打滑的前提下兼顧帶有一定的疲勞強度和壽命,一、單根普通V帶的許用功率,帶載帶輪上打滑或發(fā)生脫層、撕裂、拉斷等疲勞損壞時，就不能傳遞動力。因此帶傳動的設(shè)計依據(jù)是保證帶不打滑及具有一定的疲勞壽命,傳遞的功率為,單根帶所能傳遞的有效拉力為,為保證帶具有一定的疲勞壽命，應(yīng)使,max =1 +b + c,1 = -b - c,代入得,在 =，L

9、d為特定長度、抗拉體為化學(xué)纖維繩芯結(jié)構(gòu)條件下計算所得 P0 稱為單根帶的基本額定功率。詳見下頁表13-3 教材P203,8-3 普通V帶傳動設(shè)計,實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正。修正結(jié)果稱為許用功率P0,K 包角系數(shù)。 考慮180時對傳動能力的影響，見表135,KL 長度系數(shù)； 考慮帶長不為特定長度時對傳動能力的影響，見表132,P0-功率增量,二、普通V帶的型號和根數(shù)的確定,計算功率,KA -工作情況系數(shù) 詳見表13-6 P205,型號的確定: 根據(jù)Pc和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，由選型圖確定,根數(shù)的確定,考慮在i1，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故在壽命相同的情況下，可增大傳遞功率，

10、取值詳見表13-4,點擊按鈕,-點擊按鈕,-點擊按鈕,-點擊按鈕,-點擊按鈕,-點擊按鈕,帶輪的直徑過小，則帶的彎曲應(yīng)力大，壽命降低。應(yīng)取：d1dmin,三、主要參數(shù)的選擇,1.帶輪直徑與帶速,20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400 425 475 500 530 560 630 670 710 750 800 900 1000,大帶

11、輪的直徑d2,d1 、d2：必須符合帶輪的基準直徑系列,帶速,一般應(yīng)使v在525m/s的范圍內(nèi),2.中心距、帶長和包角,推薦范圍：0.7(d1+d2) a0 2(d1+d2,初定V帶基準長度,根據(jù)L0由表13-2選取接近的基準長度Ld，然后計算中心距,中心距變動范圍為：考慮帶傳動的安裝、調(diào)整和V帶張緊的需要,a-0.015Ld) (a +0.015Ld,小輪包角,一般應(yīng)使1120 ,否則可加大中心距或增加張緊輪,3.初拉力,保持適當?shù)某趵κ菐鲃庸ぷ鞯氖滓獥l件。初拉力不足，會出現(xiàn)打滑，初拉力過大將增大軸和軸承上的壓力，并降低帶的壽命,計算公式,其中：Pc為計算功率,設(shè)計帶傳動的原始數(shù)據(jù)是：傳

12、動用途、載荷性質(zhì)、傳遞功率、帶輪轉(zhuǎn)速以及對傳動的外廓尺寸的要求等,設(shè)計帶傳動的主要任務(wù)是：選擇合理的傳動參數(shù)、確 定V帶型號、長度和根數(shù)；確定帶輪材料、結(jié)構(gòu)和尺寸,z為V帶根數(shù),v為帶速,q為V帶每米長的質(zhì)量,ka為包角修正系數(shù),帶傳動設(shè)計的步驟,1.求計算功率,2.選擇普通V帶型號,3.求帶輪的基準直徑d1 、d2,4.驗算帶速,5.求V帶的基準長度Ld和中心距a,6.驗算小帶輪的包角,7.求V帶根數(shù)z,8.求作用在帶輪軸上的壓力FQ,9.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計,四、帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計,帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材,帶輪的結(jié)構(gòu),實心式-直徑小,實心式,1.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計,腹板式-中等

13、直徑,dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 見圖13 - 8 s= (0.2 0.3) B s11.5s s20.5s,腹板式一,四、帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計,帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材,帶輪的結(jié)構(gòu),實心式-直徑小,腹板式-中等直徑,dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 見圖13 - 8 s= (0.2 0.3) B s20.5s,四、帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計,帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材,帶輪的結(jié)構(gòu),實心式-直徑小,腹板式二,輪輻式-d350 mm,腹板式-中

14、等直徑,四、帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計,帶輪的材料：常用鑄鐵，有時也采用鋼或塑料和木材,帶輪的結(jié)構(gòu),實心式-直徑小,調(diào)整螺釘,調(diào)整螺釘,滑道式張緊裝置,擺架式張緊裝置,2. 帶傳動的張緊裝置,1)調(diào)整中心距,設(shè)計：潘存云,2. 帶傳動的張緊裝置,1)調(diào)整中心距,2)采用張緊輪,3)自動張緊,自動張緊裝置,潘存云教授研制,張緊輪,組成：同步帶（同步齒形帶）是以鋼絲為抗拉體，外包聚氨脂或橡膠,8-4 同步帶傳動簡介,結(jié)構(gòu)特點：橫截面為矩形，帶面具有等距橫向齒的環(huán)形傳動帶，帶輪輪面也制成相應(yīng)的齒形,傳動特點：靠帶齒與輪齒之間的嚙合 實現(xiàn)傳動，兩者無相對滑動，而使圓 周速度同步，故稱為同步帶傳動。Pb重要參數(shù),

15、優(yōu)點：1.傳動比恒定,2.結(jié)構(gòu)緊湊,3.由于帶薄而輕，抗拉強度高，故帶速高達40 m/s，傳動比可達10，傳遞功率可達200 KW,4.效率高，高達0.98,缺點：成本高；對制造和安裝要求高,設(shè)計：潘存云,8-5 鏈傳動概述,組成：鏈輪、環(huán)形鏈條,作用：鏈與鏈輪輪齒之間的嚙合實靠現(xiàn)平行軸之間的同 向傳動,一、鏈傳動的特點和應(yīng)用：與帶傳動相比 1. 鏈輪傳動沒有彈性滑動和打滑， 能保持準確的平均傳動比,2.需要的張緊力小，作用在軸上的壓力小，可減少軸承 的摩擦損失,3.結(jié)構(gòu)緊湊,4.能在高溫，有油污等惡劣環(huán)境下工作；與傳齒輪動相比,5.制造和安裝精度較低，中心距較大時其傳動結(jié)構(gòu)簡單,缺點： 瞬時

16、轉(zhuǎn)速和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動的平穩(wěn)性 較差，有一定的沖擊和噪聲,應(yīng)用： 廣泛應(yīng)用于礦山機械、農(nóng)業(yè)機械、石油機械、機 床及摩托車中,應(yīng)用范圍：傳動比： i 8,中心距： a 56 m,傳遞功率： P 100 KW,圓周速度： v 15 m/s,傳動效率： 0.950.98,銷軸與外鏈板鉚牢，分別稱為內(nèi)外鏈節(jié)。 內(nèi)外鏈節(jié)構(gòu)成一個鉸鏈。當鏈條嚙入嚙出時，內(nèi)外鏈節(jié)作相對轉(zhuǎn)動。同時滾子沿鏈輪鏈齒滾動，可減少鏈條與輪齒的磨損。內(nèi)外鏈板均做成8字形，以減輕重量，并保持各橫截面的強度大致相等,二、 鏈傳動的類型,類型,三、滾子鏈,齒形鏈,滾子鏈,套筒與銷軸、滾子與套筒均為間隙配合,內(nèi)鏈板緊壓在套筒兩端，稱為

17、內(nèi)鏈節(jié),滾子鏈的組成：滾子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板、外鏈板,鏈條材料： 碳素鋼或合金鋼，經(jīng)熱處理，以提高強度和耐磨性,套筒滾子鏈的剖面結(jié)構(gòu),鏈條的主要參數(shù)節(jié)距p,節(jié)距p：滾子鏈上相鄰兩滾子中心的距離。 p 越大， 鏈條各零件尺寸越大，所能傳遞的功率也越大,結(jié)構(gòu)類型：單排鏈和多排鏈,滾子鏈已標準化，分為A、B兩個系列，常用的是A系列,雙排滾子鏈,鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)表示。鏈節(jié)數(shù)最好取偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接,若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則采用過渡鏈節(jié)，在鏈條受拉時，過度鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用,齒形鏈板的兩側(cè)是直邊，工作時鏈板的側(cè)邊與鏈輪齒廓相嚙合。鏈板的成形孔內(nèi)裝入棱柱

18、，兩棱柱相互滾動，可減小摩擦和磨損,齒形鏈是由許多齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成,優(yōu)點：與滾子鏈相比，齒形鏈運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、承 受沖擊載荷的能力高,缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、比較重,應(yīng)用場合：多應(yīng)用于高速（鏈速可達40 m/s）或運動 精度要求較高的場合,四、 鏈輪,標準參數(shù),滾子鏈鏈輪的參數(shù),齒面圓弧半徑：re,齒溝圓弧半徑： ri,齒溝角,min 、max,鏈輪的節(jié)距：p -弦長,分度圓直徑,df=d-d1,齒頂圓直徑,齒根圓直徑,各種鏈輪的實際斷面齒形介于最大最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線設(shè)計具有很大的靈活性。但齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進入或推出嚙合，并便于加工,國標規(guī)定最大值和最

19、小值,鏈輪主要尺寸計算公式,滾子鏈鏈輪端面齒形,端面齒形 ：三圓弧一直線,這種三圓弧一直線齒形基本上符合標準齒槽形狀范圍，且具有較好的嚙合性能，并便于加工,軸面齒形 ：圓弧+直線 便于進入或退出嚙合,單排鏈輪 軸面齒形,多排鏈輪 軸面齒形,零件工作圖：只繪制軸面齒形，不用繪制端面齒形,材料與熱處理：碳素鋼、鑄鐵、重要鏈輪可用合金鋼。 齒面需經(jīng)熱處理以提高接觸強度和耐磨性,指采用標準刀具加工,鏈輪的結(jié)構(gòu),實心式-小直徑,孔板式-中等直徑,鏈輪的結(jié)構(gòu),實心式-小直徑,8-6 鏈傳動的工作情況分析,一、鏈傳動的運動分析,鏈條的平均線速度,平均傳動比為,分度圓瞬時線速度,鏈條的瞬時線速度沿AB方向,為

20、相位角,鏈輪每轉(zhuǎn)過一齒，鏈速時快時慢變化一次。由此可知，當鏈輪等速回轉(zhuǎn)時，瞬時鏈速和順時傳動比都作周期性變化,鏈條進入鏈輪后形成折線，因此鏈傳動相當于一對多邊形輪之間的傳動,變化范圍,其大小為,鏈條的瞬時線速度沿垂直方向的分量為,也作周期性變化，從而使鏈條上下抖動。由于鏈速是變化的,鏈傳動在工作時，產(chǎn)生振動和動載荷,速度不均勻系數(shù),鏈傳動的多邊形效應(yīng),二、鏈傳動的受力分析,為了保證松邊垂度不至于過大，安裝鏈傳動時，應(yīng),作用在鏈上的力有,圓周拉力,離心拉力,懸垂拉力,緊邊拉力為,F1 = F + Fc + Fy N,松邊拉力為,F2 = Fc + Fy N,F = 1000P/ v N,Fc=

21、qv2 N,Fy=Kyqga N,q為米長質(zhì)量,a-為中心距,90 Ky= 1,g- 為重力加速度,Ky為下垂量y=0.02a時的垂度系數(shù)。其值與鏈輪中心線與水平夾角有關(guān),0 Ky= 7,75 Ky= 2.5,60 Ky= 4,30 Ky= 6,適當張緊,有效拉力,8-7 滾子鏈傳動設(shè)計,一、失效形式,1.鏈板疲勞破壞,2.滾子、套筒的沖擊疲勞破壞,3.銷軸與套筒鉸鏈的膠合,4.鏈條鉸鏈磨損,5.過載拉斷,二、功率曲線圖,對應(yīng)每種失效形式，可得出一個極限功率表達式。常用線圖表示,曲線1-正常潤滑條件下，鏈條鉸鏈磨損限定的極限功率,曲線2-鏈板疲勞強度限定的極限功率,曲線3-滾子、套筒的沖擊疲勞強度限定的極限功率,曲線4-鉸鏈膠合限定的極限功率,其極限功率急劇下降,其極限功率急劇下降,單排A 系列滾子鏈的功率曲線,上述功率曲線的特定條件,1.兩輪共面,2. 小鏈輪的齒數(shù)z1=19,3. 鏈節(jié)數(shù) Lp=100,4.載荷平穩(wěn),7. 鏈條因磨損而引起的相對伸長量3,5. 按推薦的潤滑方式,6. 工作壽命為15000 h,三、鏈傳動的計算,當實際工作條件與特定條件不同時，應(yīng)對P0值加以修正,許用功率,鏈傳動的設(shè)計準