機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 課件 ch05 帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)

第五章

帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)高的教育出版社2013年——機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五章帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)——機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五章帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)§5-1帶傳動(dòng)的類型和應(yīng)用§5-2V帶和V帶輪§5-3帶傳動(dòng)的受力分析和應(yīng)力分析§5-4帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比§5-5普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)§5-6帶傳動(dòng)的張緊和維護(hù)§5-7鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用§5-8滾子鏈和鏈輪§5-9鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性§5-10滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算§5-11鏈傳動(dòng)的布置和張緊§5-1帶傳動(dòng)的類型和應(yīng)用一、類型1.組成

2.類型摩擦帶傳動(dòng)（平帶、V帶、多楔帶、圓帶）嚙合帶傳動(dòng)（同步齒形帶）第五章帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)平帶是分析的基礎(chǔ)，主要學(xué)習(xí)V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算平帶的摩擦力為：V帶的摩擦力為：fv—

當(dāng)量摩擦系數(shù)，顯然fv>f相同條件下，V帶的摩擦力大于平帶，傳動(dòng)能力更大平帶和V帶傳動(dòng)能力的比較：二、特點(diǎn)1）帶有彈性——彈性滑動(dòng)，i不準(zhǔn)確。2）靠摩擦傳動(dòng)——過載打滑，磨損大、η低、壽命↓緩沖吸振、傳動(dòng)平穩(wěn)、3）中間撓性件——適于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，成本低。三、應(yīng)用傳動(dòng)比要求不高，要求過載保護(hù)，中心距較大場(chǎng)合。不可用于易燃、易爆場(chǎng)合外。v=5~25m/si平≤5，iv≤7多級(jí)傳動(dòng)中，帶布置在高速級(jí)。為什么？應(yīng)用實(shí)例機(jī)器人關(guān)節(jié)

普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，共有七種型號(hào)：Y、Z、A、B、C、D、EGB/T1313575.1-92小大AYZEBCD§5-2V帶和V帶輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的是普通V帶傳動(dòng)。一、V帶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形、無接頭（傳動(dòng)平穩(wěn)）楔角均為40°40°基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld為標(biāo)準(zhǔn)值（P63表5-2）2.V帶輪槽尺寸標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)v≤25m/s時(shí)，用HT150；當(dāng)v=25～30m/s時(shí)用HT200；當(dāng)≥25～45m/s時(shí)用球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料.1.帶輪的材料二、V帶輪的材料和結(jié)構(gòu)S型-實(shí)心帶輪H型-孔板帶輪E型-橢圓輪輻帶3.帶輪的結(jié)構(gòu)一、帶傳動(dòng)中的主要幾何參數(shù)主要幾何參數(shù)有:中心距a，帶輪直徑d，帶長(zhǎng)L，包角α等帶輪直徑d1、d2——對(duì)V帶為帶輪的基準(zhǔn)直徑。帶長(zhǎng)L對(duì)V帶是基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。包角α1、α2——小帶輪和大帶輪與帶接觸弧所對(duì)中心角?！?-3帶傳動(dòng)的受力分析和應(yīng)力分析1、帶傳遞的力接觸面產(chǎn)生正壓力，帶兩邊產(chǎn)生等值初拉力F0。帶張緊在帶輪上

a、工作前：帶兩邊受相同初拉力F。二、帶傳動(dòng)受力分析b、工作時(shí)：主動(dòng)輪對(duì)帶的摩擦力Ff與帶的運(yùn)動(dòng)方向一致，從動(dòng)輪對(duì)帶的摩擦力Ff與帶的運(yùn)動(dòng)方向相反。產(chǎn)生緊邊拉力F1，松邊拉力F2。形成緊邊：F0↑F1（下）松邊：F0↓F2（上）：輪對(duì)帶摩擦力：帶對(duì)輪摩擦力F=Ff=F1–F2

F－

有效拉力，即圓周力

帶是彈性體，工作后可認(rèn)為其總長(zhǎng)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＝△F

因此：F1＝F0＋△FF2＝F0－△FF0＝(F1＋F

2)/2F1＝F0＋F/2F2＝F0－F/2由F=F1–F2，得：帶所傳遞的功率為：P

＝F

v/1000kWv

為帶速P增大時(shí)，所需的F(即Ff)加大。但Ff不可能無限增大。f為摩擦系數(shù)；α為帶輪包角當(dāng)Ff達(dá)到極限值Fflim時(shí)，帶傳動(dòng)處于即將打滑的臨界狀態(tài)。此時(shí)，F(xiàn)1達(dá)到最大，而F2達(dá)到最小。帶傳動(dòng)即將打滑時(shí)，可推出古典的柔韌體摩擦歐拉公式：2、歐拉公式歐拉公式反映了帶傳動(dòng)喪失工作能力之前，緊、松邊拉力的最大比值那么：F

=F1–F2

＝F1(1－1/efα)F－此時(shí)為不打滑時(shí)的最大有效拉力，將F1＝F0＋F/2代入上式：正常工作時(shí)，有效拉力不能超過此值整理后得：影響最大有效拉力的幾個(gè)因素：初拉力F0：F與F0成正比，增大F0有利于提高帶的傳動(dòng)能力，避免打滑。包角α

：帶所能傳遞的圓周力增加，傳動(dòng)

α↑↑,→F能力增強(qiáng)，故應(yīng)保證小帶輪的包角α1。↓摩擦系數(shù)f

：

f↑↑,→F傳動(dòng)能力增加對(duì)于V帶，應(yīng)采用當(dāng)量摩擦系數(shù)fv當(dāng)包角α＝180°時(shí)：V帶－F1/F2＝efvπ≈5平帶－F1/F2＝e

fπ≈3由此可見：相同條件下，V帶的傳動(dòng)能力強(qiáng)于平帶三、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析工作時(shí)，帶橫截面上的應(yīng)力由三部分組成：由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力；由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力；由彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。1、拉力F1、F2產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ1、σ2緊邊拉應(yīng)力：σ1＝F1/AMPa松邊拉應(yīng)力：σ2＝F2

/AMPaA－帶的橫截面積2、離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力σc設(shè)：帶繞過帶輪作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力。作用在微單元弧段dl的離心力為dC，則截取微單元弧段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：微單元弧的質(zhì)量帶速（m/s)帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量（kg/m）帶輪半徑微單元弧對(duì)應(yīng)的圓心角雖然離心力只作用在做圓周運(yùn)動(dòng)的部分弧段，∴即：則離心拉力Fc產(chǎn)生的拉應(yīng)力為：注意：但其產(chǎn)生的離心拉力（或拉應(yīng)力）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(yīng)力σb帶繞過帶輪時(shí)發(fā)生彎曲，由材力公式：帶的高度帶的彈性模量顯然：

dd↓→σb↑故：σb1>σb2帶繞過小帶輪時(shí)的彎曲應(yīng)力帶繞過大帶輪時(shí)的彎曲應(yīng)力與離心拉應(yīng)力不同，彎曲應(yīng)力只作用在繞過帶輪的那一部分帶上

。傳動(dòng)帶應(yīng)力分布情況最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊繞上小帶輪處。

1.彈性滑動(dòng)帶是彈性體，受力會(huì)產(chǎn)生彈性變形。由于緊、松邊上所受拉力不等，因而產(chǎn)生彈性變形也不相同。對(duì)其運(yùn)動(dòng)有何影響？我們把這種微量的滑動(dòng)現(xiàn)象稱為彈性滑動(dòng)。彈性滑動(dòng)是不可避免的，它造成功率損失，增加帶的磨損，還會(huì)使傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。其原因是帶為彈性體+拉力差§5-4帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比彈性滑動(dòng)演示總結(jié)：1）打滑是過載造成的，∴打滑是可以避免的。2）η↓↓，磨損↑↑，∴打滑必須避免。3）打滑首先發(fā)生在小帶輪上。

區(qū)別：彈性滑動(dòng)是帶傳動(dòng)的固有特性，是不可避免的。打滑是一種失效形式，是可以避免的，而且必須避免。彈性滑動(dòng)引起的不良后果：●使從動(dòng)輪的圓周速度低于主動(dòng)輪，即v2<v1；●產(chǎn)生摩擦功率損失，降低了傳動(dòng)效率；●引起帶的磨損，并使帶溫度升高；2、傳動(dòng)比滑動(dòng)率ε—彈性滑動(dòng)引起的從動(dòng)輪圓周速度的相對(duì)降低量傳動(dòng)比：ε反映了彈性滑動(dòng)的大小，ε隨載荷的改變而改變。載荷越大，ε越大，傳動(dòng)比的變化越大。對(duì)于V帶：ε≈0.01~0.02粗略計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)一、失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、失效形式●打滑－帶與帶輪之間的顯著滑動(dòng)，過載引起●疲勞破損－變應(yīng)力引起2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在保證不打滑的前提下，具有足夠的疲勞壽命二、單根V帶的許用功率－承載能力計(jì)算要保證帶的疲勞壽命，應(yīng)使最大應(yīng)力不超過許用應(yīng)力：－不疲勞的要求或：§5-5普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)根據(jù)歐拉公式，即將打滑時(shí)的最大有效拉力為：由此得單根帶所能傳遞的功率：－不打滑的要求則：此式包含了不打滑、不疲勞兩個(gè)條件。表5－4列出了在特定條件下單根普通V帶所能傳遞的功率，稱為基本額定功率P1。特定條件：傳動(dòng)平穩(wěn)；i＝1α1＝α2＝π；特定帶長(zhǎng)實(shí)際工作條件：●

傳動(dòng)比i>1－從動(dòng)輪直徑增大，傳動(dòng)能力提高，則額定功率增加△P1

查表5-5

●

帶長(zhǎng)不等于特定帶長(zhǎng)－帶越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越少，則帶的疲勞壽命越長(zhǎng)。相反，短帶的壽命短。為此，引入帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL。查表5-7●

包角α不等于π－小帶輪包角小于π，傳動(dòng)能力有所下降，引入包角修正系數(shù)Kα。Kα≤1查表5-6σb2減小，在實(shí)際工作條件下，單根V帶的額定功率為：三、已知條件及設(shè)計(jì)內(nèi)容傳遞的名義功率P；已知條件主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1

；從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2或傳動(dòng)比i；傳動(dòng)位置要求

；工況條件、原動(dòng)機(jī)類型等；V帶的型號(hào)、長(zhǎng)度和根數(shù)；設(shè)計(jì)內(nèi)容帶輪直徑和結(jié)構(gòu)；傳動(dòng)中心距a；驗(yàn)算帶速v

和包角α

；計(jì)算初拉力和壓軸力；工作情況系數(shù)KA工作情況KA軟啟動(dòng)硬啟動(dòng)每天工作小時(shí)數(shù)/h＜1010～16＞16＜1010～16＞16載荷變動(dòng)微小離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)等1.01.11.21.11.21.3載荷變動(dòng)小壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、金屬切削機(jī)床、印刷機(jī)、木工機(jī)械等1.11.21.31.21.31.4載荷變動(dòng)較大制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、起重機(jī)、沖剪機(jī)床、紡織機(jī)械、橡膠機(jī)械、重載輸送機(jī)、磨粉機(jī)等1.21.31.41.41.51.6載荷變動(dòng)大破碎機(jī)、摩碎機(jī)等1.31.41.51.51.61.8四、設(shè)計(jì)步驟和主要參數(shù)的確定1.確定計(jì)算功率式中：

傳遞的名義功率（如電動(dòng)機(jī)的額定功率，KW）2.選擇V帶的型號(hào)

根據(jù)計(jì)算功率Pc和主動(dòng)輪（通常是小帶輪）轉(zhuǎn)速n1由右圖選擇V帶型號(hào)。

當(dāng)所選取得結(jié)果在兩種型號(hào)的分界線附近，可以兩種型號(hào)同時(shí)計(jì)算，最后從中選擇較好的方案3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑帶輪直徑小可使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，但另一方面彎曲應(yīng)力大大，使帶的壽命降低。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1≥ddmin，ddmin

的值查表5-9忽略彈性滑動(dòng)的影響，dd2=dd1?n1/n2，dd1、dd2宜取標(biāo)準(zhǔn)值4.驗(yàn)算帶速（5-25m/s)離心力增大，帶輪間摩擦力減小，容易打滑帶速不宜過高，否則單位時(shí)間內(nèi)繞過帶輪的次數(shù)也增多，降低傳動(dòng)帶的工作壽命帶速不宜過低，否則當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，傳遞的圓周力增大，帶的根數(shù)增多5.初定中心距a和基準(zhǔn)帶長(zhǎng)Ld

按下式初步確定中心距a0初選a0后，可根據(jù)下式計(jì)算v帶的初選長(zhǎng)度L0

根據(jù)初選長(zhǎng)度L0，由表5-7選取與相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld作為所選帶的長(zhǎng)度，然后就可以計(jì)算出實(shí)際中心距a，即

考慮到安裝調(diào)整和帶松弛后張緊的需要，應(yīng)給中心距留出一定的調(diào)整余量。中心距的變動(dòng)范圍為0.03Ld

6.驗(yàn)算小帶輪包角小帶輪包角可按下式計(jì)算

一般要求，否則應(yīng)適當(dāng)增大中心距或減小傳動(dòng)比，也可以加張緊輪。7.確定V帶根數(shù)Z

帶的根數(shù)應(yīng)取整數(shù)。為使各帶受力均勻，根數(shù)不宜過多，一般應(yīng)滿足z<10。如計(jì)算結(jié)果超出范圍，應(yīng)改V帶型號(hào)或加大帶輪直徑后重新設(shè)計(jì)。8.單根V帶的初拉力F0

由于新帶易松弛，對(duì)不能調(diào)整中心距的普通V帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的初拉力應(yīng)為計(jì)算值的1.5倍9.帶傳動(dòng)作用在帶輪軸上的壓力FQ

10.帶輪設(shè)計(jì)

帶輪設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：確定結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)尺寸輪槽尺寸材料畫出帶輪工作圖?！?-6帶傳動(dòng)的張緊裝置帶傳動(dòng)的張緊演示1帶傳動(dòng)的張緊演示2鏈傳動(dòng)是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。1.工作原理§5-7鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用一、鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和類型二、鏈傳動(dòng)的類型和應(yīng)用

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，常用的傳動(dòng)鏈可分為滾子鏈和齒形鏈。齒形鏈雖傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較大且價(jià)格較高，主要用于高速(v>30m/s)傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)中。滾子鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磨損較輕，故應(yīng)用較廣。外鏈板內(nèi)鏈板套筒滾子銷軸與帶傳動(dòng)相比：沒有滑動(dòng)現(xiàn)象；能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；鏈條不需太大的張緊力，對(duì)軸壓力較?。粋鬟f的功率較大，效率較高，低速時(shí)能傳遞較大的圓周力。與齒輪傳動(dòng)相比：鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低廉，傳動(dòng)中心距適用范圍較大(中心距最大可達(dá)十多米)，能在高溫、多塵、油污等惡劣的條件下工作。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比。三、鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)一般鏈傳動(dòng)的應(yīng)用范圍為：傳遞功率P≤100kW；傳動(dòng)比≤

8；鏈速v≤20m/s；中心距≤

6m；效率η=0.95～0.98。鏈傳動(dòng)主要用在中心距較大，要求平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確以及工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，目前在農(nóng)業(yè)、礦山、建筑、石油、化工和起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。一、滾子鏈

結(jié)構(gòu)：自由滾動(dòng)，減小摩擦，磨損內(nèi)、外鏈板呈“8”字形：?

等強(qiáng)度，↓慣性力內(nèi)鏈節(jié)外鏈節(jié)形成鉸鏈§5-8滾子鏈和鏈輪

標(biāo)準(zhǔn)化滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化：P78表5-10GB1243—2006×鏈號(hào)排數(shù)鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)例：08A—1×86GB1243—2006

A系列、節(jié)距p=12.7mm，單排，86節(jié)鏈的長(zhǎng)度以鏈節(jié)數(shù)LP表示。一般LP取偶數(shù)，鏈輪齒數(shù)取奇數(shù)。二、鏈輪分度圓直徑為:§5-9鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性一、平均鏈速V和平均傳動(dòng)比i已知鏈輪齒數(shù)為Z1、Z2，節(jié)距為P，轉(zhuǎn)速為n1、n2。二、瞬時(shí)鏈速VS和瞬時(shí)傳動(dòng)比iS由于鏈條繞上鏈輪時(shí)形成折線，產(chǎn)生多邊形效應(yīng)，VS、iS都是成周期性變化的。為分析方便，設(shè)主動(dòng)邊（緊邊）始終處于水平位置。假定：主動(dòng)邊總處于水平位置，鏈輪抽象成正多邊形，邊長(zhǎng)為p。鏈速：β1的變化范圍：而所以：z1↓，φ1↑，v的變化↑瞬時(shí)傳動(dòng)比：瞬時(shí)速比周期性變化，稱為多邊形效應(yīng)。平均傳動(dòng)比：平均傳動(dòng)比為常數(shù)

§5-10滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、失效形式1、鏈條元件的疲勞破壞（∵交變應(yīng)力下工作）2、鉸鏈鉸鏈磨損→p↑—

脫鏈3、膠合：銷軸與套筒（高速或潤(rùn)滑不良）4、沖擊破壞：起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)6、鏈輪輪齒磨損5、靜力拉斷：下，過載拉斷二、額定功率曲線針對(duì)各種失效形式——額定功率曲線

（帳篷曲線）三、額定功率P0為避免上述失效形式——特定條件下，試驗(yàn)曲線疲勞沖擊膠合P——傳遞的功率KA——工況系數(shù)表5-14KZ——小鏈輪齒數(shù)系數(shù)。圖5-24KP——排數(shù)系數(shù)。表5-15圖5-22是國(guó)產(chǎn)十種型號(hào)的滾子鏈的額定許用功率曲線這是在特定的實(shí)驗(yàn)條件下確定的（水平布置、載荷平穩(wěn)、推薦的潤(rùn)滑方式，Z1=19，i=3，a=120P，壽命15000h，單排）。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)PO值加以修正。

對(duì)于一般鏈輪v≤0.6m/s的鏈傳動(dòng)，主要失效形式為鏈條的過載拉斷，因此