華科機械設計第章-撓性傳動設計

第五章

撓性傳動設計§5-1概述具有中間撓性件的傳動方式。包括：帶傳動、鏈傳動和繩傳動撓性傳動—工作原理—摩擦傳動：V帶、平帶、多楔帶、圓帶傳動等嚙合傳動：

同步帶傳動、鏈傳動等本章主要討論普通V帶傳動和滾子鏈傳動的設計

一、撓性傳動的類型普通V帶是標準件，七種型號：Y、Z、A、B、C、D、E選型設計第五章?lián)闲詡鲃釉O計－概述平帶的摩擦力為：V帶的摩擦力為：fv

—當量摩擦系數(shù)，顯然f

v

>f相同條件下，V帶的摩擦力大于平帶，傳動能力更強二、普通V帶與平帶摩擦力之比較f—摩擦系數(shù)平面摩擦楔形面摩擦第五章?lián)闲詡鲃釉O計－概述三、帶傳動的幾何尺寸V帶的基準長度Ld

：在節(jié)線層上量得的帶周長V帶輪的基準直徑dd

：與節(jié)線相對應的帶輪直徑帶輪包角和中心距

：α1－小帶輪包角α2－大帶輪包角α1<α2

a－帶傳動中心距節(jié)線第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動§5-2帶傳動的受力分析及運動分析一、受力分析安裝時，帶必須以一定的初拉力F0張緊在帶輪上n2F1帶工作前：帶工作后：F0F0此時，帶只受初拉力F0作用n1F2F2由于摩擦力的作用：緊邊拉力--由F0

增加到F1；松邊拉力--由F0

減小到F2

。Ff

－帶輪作用于帶的摩擦力vFfFf緊邊－進入主動輪松邊－退出主動輪通常，緊邊在下、松邊在上Ff·r+F2·r=F1·rFf

=F1

–F2

第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動F－

有效拉力，即圓周力

帶是彈性體，工作后可認為其總長度不變，則：緊邊拉伸增量≈松邊拉伸減量緊邊拉力增量≈松邊拉力減量因此：F1

＝F0

＋△FF2

＝F0

－△FF0

＝(F1

＋F2)/2F1

＝F0

＋F/2F2

＝F0

－F/2由F=F1

–F2，得：帶所傳遞的功率為：v

為帶速P增大時，所需的F(即Ff

)加大。但Ff

不可能無限增大。F=＝△F

當要求的圓周力大于最大摩擦力時，帶傳動將出現(xiàn)打滑F(xiàn)1F2Ff.rv第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動f－摩擦系數(shù)；α－帶輪包角當Ff

達到極限值Fflim

時，帶傳動處于即將打滑的臨界狀態(tài)。此時，F(xiàn)1

達到最大，而F2

達到最小。帶傳動即將打滑時，可推出古典的柔韌體摩擦歐拉公式：★歐拉（Euler）公式歐拉公式反映了帶傳動喪失工作能力之前，緊邊、松邊拉力的最大比值那么：F

flim=F1–F2

＝F1－F1/efα＝F1(1－1/efα)Fflim

－此時為不打滑時的最大有效拉力，將F1

＝F0

＋F/2代入上式：正常工作時，應使有效拉力F＜Fflim第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動整理后得：影響最大有效拉力F的幾個因素：初拉力F0

：F與F0成正比，增大F0有利于提高帶的傳動能力，避免打滑。但F0

過大，將使帶發(fā)熱和磨損加劇，從而縮短帶的壽命。包角α

：帶所能傳遞的圓周力增加，傳動

α↑↑,→F能力增強，故應保證小帶輪的包角α1足夠大。這一要求限制了最大傳動比i和最小中心距a。

i↑→α1↓;

a↓

→α1↓因為：摩擦系數(shù)f

：

f↑↑,→F傳動能力增加對于V帶傳動，應采用當量摩擦系數(shù)fv計算α1第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動當包角α＝180°時：由此可見：相同條件下，V帶的傳動能力強于平帶二、帶傳動的應力分析工作時，帶橫截面上的應力由三部分組成：由緊邊和松邊拉力F1

、F2

產(chǎn)生的拉應力；由離心力產(chǎn)生的拉應力；由彎曲產(chǎn)生的彎曲應力。1、拉力F1、F2

產(chǎn)生的拉應力σ1

、σ2

緊邊拉應力：σ1

＝F1/AMPa松邊拉應力：σ2

＝F2

/AMPaA－帶的橫截面面積V帶—平帶—n1v第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動則2、離心力產(chǎn)生的拉應力σc設：帶繞過帶輪做圓周運動時會產(chǎn)生離心力。作用在微單元弧段dl的離心力為dC截取微單元弧段dl研究,其兩端拉力FC

為離心力引起的拉力.由水平方向力的平衡條件可知：微單元弧段的質量帶速（m/s)帶單位長度質量（kg/m）帶輪半徑微單元弧對應的圓心角dCFCFC第五章?lián)闲詡鲃釉O計－帶傳動雖然離心力只作用在做圓周運動的部分弧段，∴即：則離心拉力FC

產(chǎn)生的拉應力為：注意：但其產(chǎn)生的離心拉力FC（或拉應力σc）卻作用于帶的全部，且各剖面處處相等。3、帶彎曲而產(chǎn)生的彎曲應力σb帶繞過帶輪時發(fā)生彎曲，由材力公式：節(jié)線至帶最外層的距離帶的彈性模量顯然：dd↓→σb

↑故：σb1

>σb2帶繞過小帶輪時的彎曲應力帶繞過大帶輪時的彎曲應力彎曲應力只作用在繞過帶輪的那一部分帶上

。第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－帶帶傳動帶橫截面的的應力為三三部分應力力之和。各剖面的應應力分布為為：最大應力發(fā)發(fā)生在緊邊剛進入入小帶輪處處:由此可知，，帶受變應應力作用，，這將使帶帶產(chǎn)生疲勞勞破壞。σcσ1σ2σb1σb2σmax第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－帶帶傳動兩種滑動現(xiàn)現(xiàn)象：三、帶傳動動的彈性滑滑動和傳動動比1、彈性滑滑動打滑滑—是帶傳傳動的一種種失效形式式，應避免免彈性滑動—正常工工作時的微微量滑動現(xiàn)現(xiàn)象，不可可避免彈性滑動是是如何產(chǎn)生生的？因F1>F2故松、緊邊邊單位長度度上的變形形量不等。。帶繞過主動動輪時拉力力逐漸減小小，帶逐漸漸收縮，使使帶相對于于主動輪的的轉向向后后滑動。同樣的現(xiàn)象象也發(fā)生在在從動輪上上。但情況況有何不同同？產(chǎn)生彈性滑滑動的原因因：F1F2v2＜v1靜弧滑動弧v1v2滑動弧等于于接觸弧長長時轉變成成打滑所以打滑總總是先出現(xiàn)現(xiàn)在小帶輪輪上是由彈性變形和拉力差引起的。c1'第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－帶帶傳動彈性滑動引引起的不良良后果：●使從動輪的的圓周速度度低于主動動輪，即即v2<v1；●產(chǎn)生摩擦功功率損失，，降低了傳傳動效率；；●引起帶的磨磨損，并使使帶溫度升升高，降低低使用壽命命。2、傳動比比滑動率ε—彈性滑動引引起的從動動輪圓周速速度的相對對降低量傳動比：ε反映了彈性性滑動的大大小，ε隨載荷的改改變而改變變。載荷越大，，ε越大，傳動動比的變化化越大。對于V帶：：ε≈0.01~0.02粗略計計算時可忽忽略不計第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－帶帶傳動§5-3普通V帶帶傳動的的設計一、失效形形式及設計計準則1、失效形形式●打滑滑－帶與帶帶輪之間的的顯著滑動動，過載引引起●疲勞破破損－變應力力引起2、設計準準則在保證不打滑的前提下，，具有足夠夠的疲勞壽命二、單根V帶的許用用功率－－承載能能力計算要保證帶的的疲勞壽命命，應使最最大應力不不超過許用用應力：－不疲勞的的要求或：（可起到過載載保護作用用）第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－帶帶傳動根據(jù)歐歐拉公公式，，即將將打滑滑時的的最大大有效效拉力力為：：由此得得單根根V帶帶所能能傳遞遞的功功率：：－不打打滑的的要求求則：此式包包含了了不打滑滑、不疲勞勞兩個條條件。。表5－－2列出了了在特定條條件下單根根普通通V帶帶所能能傳遞遞的功功率，，稱為為基本本額定定功率率P0。特定條條件：：傳動平平穩(wěn)；i＝1，，α1＝α2＝π；特定帶帶長第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－帶帶傳動動則帶的的疲勞勞壽命命越長長。相相反，，短帶帶的壽壽命短短。實際工工作條條件：：●傳動比比i>1－從從動輪輪直徑徑增大大，傳動能能力提提高，，則額額定功功率增增加額定功功率增增量為為△P0，查表表5-3?！駧чL不不等于于特定定帶長長－帶帶越長長，單單位時時間內內的應應力循循環(huán)次次數(shù)越越少，，為此，，引入入帶長長修正正系數(shù)數(shù)KL?！癜铅敛坏扔谟讦校ㄒ驗闉閕>1）－α1＜π，傳動動能力力有所所下降降，引引入包包角修修正系系數(shù)Kα，Kα≤1σb2減小，，第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－帶帶傳動動則在實實際工工作條條件下下，單單根V帶帶的的額定定功率率為：：三、普普通V帶帶傳傳動的的設計計計算算（一））已知知條件件及設設計內內容傳遞的的名義義功率率P；已知條條件主動輪輪轉速速n1；從動輪輪轉速速n2或傳動動比i；傳動位位置要要求；工況條條件、、原動動機類類型等等。V帶的的型號號、長長度和和根數(shù)數(shù)；設計內內容帶輪直直徑和和結構構；傳動中中心距距a；驗算帶帶速v和包角角α1；計算初初拉力力和壓壓軸力力。所需V帶帶根根數(shù)：：實際工作條件下需要傳遞的功率第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－帶帶傳動動（二））設計計步驟驟和方方法1、確確定設設計功功率PC＝KAP2、根根據(jù)n1、PC選擇V帶帶型型號工況系系數(shù)，，查表5-63、確確定帶帶輪基基準直直徑dd1、dd2帶輪愈愈小，，彎曲曲應力力愈大大，所所以dd1≥ddmindd2=idd1(1－－ε）圓整整成標標準值值4、驗驗算帶帶速v（v＝5～～30m/s））N5、、確確定定中中心心距距a及帶帶長長Ld6、、驗驗算算主主動動輪輪的的包包角角α17、、計計算算帶帶的的根根數(shù)數(shù)zNz≤7？？YN8、、確確定定初初拉拉力力F09、、計計算算壓壓軸軸力力FQ10、、帶帶輪輪結結構構設設計計及及張張緊緊裝裝置置設設計計

問題題：：帶帶傳傳動動適適合合于于高高速速級級還還是是低低速速級級？？

第五五章章?lián)蠐闲孕詡鱾鲃觿釉O設計計－－帶帶傳傳動動初定定中中心心距距a00.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2)初算算帶帶長長Ld0計算算實實際際中中心心距距aa過小?。海簬Ф潭?易易疲疲勞勞,α1小a過大大：：易易引引起起帶帶的的抖抖動動（圓整））取基準帶帶長Ld（表5-8）第五章?lián)蠐闲孕詡鲃釉O設計－鏈鏈傳動§5-4鏈傳動設設計一、鏈傳傳動的類類型及特特點按用途不不同，鏈鏈分為傳動鏈、起重鏈和曳引鏈。滾子鏈應應用較多多，且為為標準件件。與帶傳動動相比，，鏈傳動動的優(yōu)缺缺點：●可在惡惡劣的的環(huán)境境下工工作，，壓軸軸力小小；●傳遞功功率比比帶傳傳動大大，效效率較較高；；●適用的的速度度比帶帶小，，v≤15m/s；；●瞬時速速比變變化，，振動動、噪噪聲大大。傳動鏈鏈常用用：滾子鏈鏈和齒形鏈鏈傳動鏈鏈用于于傳遞遞運動動和動動力，，v≤15m/s、、P≤100kW、i≤8●可做成成變速速器，，如變變速自自行車車；第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－鏈鏈傳動動滾子鏈鏈的主主要參參數(shù)包包括：：p—節(jié)距，相鄰鄰兩銷銷軸中中心距距；Lp—鏈節(jié)數(shù)數(shù)，表示示鏈的的長度度，n—鏈排數(shù)數(shù)，滾子子鏈可可做成成單排排或多多排鏈鏈。滾子鏈鏈分A、B兩個個系列列，常常用A系列列鏈節(jié)數(shù)數(shù)若為為奇數(shù)數(shù)，接接頭處處需采采用過過渡鏈鏈節(jié)，，會產(chǎn)產(chǎn)生附附加彎彎矩滾子鏈鏈標記記：鏈號－排數(shù)×鏈節(jié)數(shù)數(shù)標準編編號鏈號××25.4/16＝＝節(jié)距距p例：10A－2×132GB1243.1－2006常取偶數(shù)，以便便首尾尾相連連；10×25.4/16＝15.875＝p第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－鏈鏈傳動動二、鏈鏈傳動動的運運動特特性分分析1、鏈鏈傳動動的平均速速度及鏈輪抽抽象成成正多邊邊形，邊長長為節(jié)距p，邊數(shù)數(shù)等于于鏈輪齒齒數(shù)z故鏈的的平均均速度度：平均傳傳動比比：鏈輪每每轉一一圈，，轉過過的鏈鏈長為為zp平均傳傳動比比即：平平均速速度和和平均均傳動動比均均為常常數(shù)第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－鏈鏈傳動動φ1假定：：主動動邊總總處于于水平平位置置鏈速：：則β的變化化范圍圍：2、鏈鏈傳動動運動動的不不均勻勻性A點圓周周速度度：垂直分速度度：鏈節(jié)所對應應的中心角角：當β=±φ1/2時：當β=0時：：所以：z1↓→φ1↑→v的變化↑。v'的變化使鏈鏈條抖動。。第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－鏈鏈傳動B點圓周速度度為v2，角速度ω2則：故瞬時傳動動比：瞬時速比及從動輪角速速度周期性變化化,這種現(xiàn)象稱稱為多邊形效應應。由于運動的的不均勻性性，引起振振動和沖擊擊，所以鏈鏈傳動常用用于速度較較低的場合合。在從動輪上上：特例：當z1＝z2、且a＝np，則則i恒恒定第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－鏈鏈傳動產(chǎn)生動載荷荷的原因:故轉速愈高高、節(jié)距愈愈大，加速速度越大、、動載荷越越大。3、鏈傳動動的動載荷荷●鏈速v的加速度β=±φ1/2時，a最大：●鏈條的垂直直分速度v'的變化導致鏈橫向向振動?！矜湕l嚙入時時會產(chǎn)生嚙嚙合沖擊措施：齒數(shù)數(shù)盡量取多多些節(jié)距盡量取取小些置于低速場場合第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－鏈鏈傳動1、失效形形式●鉸鏈磨損———導致節(jié)節(jié)距變長，，引起跳齒齒或脫鏈；；三、鏈傳動動的失效形形式及功率率曲線●鏈板疲勞斷斷裂——由由于變應力力作用產(chǎn)生生疲勞斷裂裂；●沖擊疲勞破破壞——反反復沖擊使使?jié)L子、套套筒疲勞破破壞；●膠合———潤滑不不良且速度度過高使銷銷軸套筒間間產(chǎn)生膠合合；●過載拉斷———載荷過過大引起靜靜強度破壞壞。第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－鏈鏈傳動2、鏈傳動動的極限功功率曲線各種失效形形式限定了了鏈傳動所所能傳遞的的極限功率率的范圍俗稱“帳篷篷曲線”磨損失效鏈板疲勞破破壞滾子沖擊疲疲勞破壞膠合失效陰影線內為為極限功功率范圍潤滑不良或或工作條件件惡劣時●n1P第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－鏈鏈傳動3、滾子鏈鏈傳動的額額定功率曲曲線（單排排鏈）根據(jù)特定條件下下的實驗結果果，經(jīng)修正正后得到常常用滾子鏈鏈的額定功功率曲線。。小鏈輪轉速速n1鏈額定功率率P0確定鏈號特定條件:z1＝19、Lp＝100節(jié)節(jié)、單排鏈鏈·······第五章?lián)蠐闲詡鲃觿釉O計－鏈鏈傳動實際情況下下的修正系系數(shù)：單排鏈鏈長齒數(shù)齒數(shù)系數(shù)Kz或Kz'（表5-12）鏈長系數(shù)KL（圖5-17）多排鏈系數(shù)數(shù)KP（表5-13）實驗條件實際情況引入修正系數(shù)特定條件件下單排排鏈所能能傳遞的的功率：：P0實際情況況下鏈條條所能傳傳遞的功功率：[P0]＝KzKLKpP0鏈傳動的的計算功功率:要求則:P—需傳傳遞的名名義功率率工作點落落在曲線線頂點的的左側（（鏈板疲疲勞）工作點落落在曲線線頂點的的右側（（沖擊疲疲勞）KA—工況況系數(shù)（（表5-11）由P0、n1查圖5-15確定定鏈號（（按單排鏈鏈查）單排鏈所所需額定定功率：：第五章?lián)蠐闲孕詡鲃釉O設計－鏈鏈傳動四、鏈傳傳動主要要參數(shù)的的選擇鏈輪齒數(shù)數(shù)小鏈輪齒齒數(shù)z1愈多，傳動愈平平穩(wěn)，動動載荷減減小。通常取z1≥17，且傳動比比i越小，z1可越多（（表5-14）。。大鏈輪齒齒數(shù)z2＝iz1(圓整)，常取z2≤120，以防止脫脫鏈。節(jié)距p節(jié)距p越大，承承載能力力越大。。但p過大，運運動越不不均勻，，沖擊越越大，且且結構龐龐大。所以，高速重載載時，宜宜選小節(jié)節(jié)距多排排鏈；低速重載載時，宜宜選大節(jié)節(jié)距單排排鏈中心距a常取a＝（30～50）p因鏈節(jié)數(shù)數(shù)常取偶偶數(shù)，故故齒數(shù)常取取奇數(shù)，使磨損損均勻。。a過小，易易疲勞；；過大，，易抖動動。amax≤80p第五章?lián)蠐闲孕詡鲃釉O設計－鏈鏈傳動10、v<0.6m/s時應校校核靜強強度五、滾子子鏈傳動動的設計計方法1、選擇擇齒數(shù)z1（按傳動動比i）2、確定定齒數(shù)z2＝z1i≤1203、確定定鏈排數(shù)數(shù)5、確定定系數(shù)KA、Kz、KL及Kp6、計算算所需的的額定功功率P07、根據(jù)據(jù)n1及P0查額定功功率曲線線，確定定鏈的型號和節(jié)距4、初定定中心距距和鏈節(jié)節(jié)數(shù)8、計算算實際中中心距a9、計算算壓軸力力FQ中心距一一般設計計成可調調整的。。極限拉伸伸載荷查查表5-10第五章?lián)蠐闲孕詡鲃釉O設計－鏈鏈傳動六、鏈傳傳動的潤潤滑油壺加油油油浴潤滑滑飛濺潤潤滑油泵噴噴油潤潤滑七、鏈鏈輪結結構第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計軸上受受力較較小傳動裝裝置復復雜過載無無保護護緩沖性性不好好靠摩擦擦傳動動靠嚙合合傳動動緩沖、、吸振振過載保保護傳動裝裝置簡簡單軸上受受力較較大傳動比比恒定定傳動比比不恒恒定外廓尺尺寸較較小外廓尺尺寸較較大壽命較較長壽命較較短靠嚙合合傳動動振動沖沖擊較較大過載無無保護護傳動裝裝置簡簡單軸上受受力較較小瞬時速速比變變化外廓尺尺寸較較大壽命較較長齒輪傳動V帶傳動滾子鏈傳動速度適適應范范圍廣廣適合于于高速速級適合于于低速速級幾種傳傳動形形式的的優(yōu)、、缺點點比較較：第五章章?lián)蠐闲孕詡鲃觿釉O計計－小小結本章章小小結結●帶傳動動的工工作原原理及及特點點摩擦傳傳動，，結構構簡單單，中中心距距大，，平穩(wěn)穩(wěn)，吸吸振，，適合合于高高速級級（轉轉速高高則轉轉矩小小，有有利于于帶傳傳動））●帶傳動動受力力分析析、應應力分分析F、Ff、F1、F2、F0之間的的關系系，歐歐拉公公式的的含