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1、机械设计基础,机械教研室,第一章 概论,6.0 挠性传动概述6.1 带传动概述6.2 带传动的受力分析和应力分析6.3 带传动的弹性滑动和传动比,6.4 V带与V带轮,6.5 带传动的失效形式及设计准则,6.6 普通V带传动设计计算,6.7 带传动的张紧、安装与维护,6.8 链传动的组成、特点、类型及应用,6.9 滚子链,6.0 挠性传动概述,挠性传动主要包括带传动和链传动。它们都是通过挠性曳引元件，在两个或多个传动轮之间传递运动和动力。,带传动中所用的挠性曳引元件为各种型式的传动带，按其工作原理分为摩擦型带传动和啮合型带传动。,链传动中所用的曳引元件为各种型式的传动链。链传动通过链条的各个链
2、节与链轮轮齿相互啮合实现传动。,6.1 带传动概述,1、带传动的组成,带传动一般是由主动轮、从动轮和紧套在两轮上的传动带及机架组成。,2、带传动的工作过程,原动机转动,驱动主动轮,主动轮转动,从动轮转动,带与轮的摩擦,3、带传动的工作原理,当主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。,4、带传动的类型,1）平带传动,平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。平带传动结构简单、传动效率高，在传动中心距较大的情况下应用较多。常用的平带有帆布芯平带、编织平带等。,2）V带传动,V带的截面形状为等腰梯形，两侧面为工作面。传动时，V带的两个侧面和带轮的轮槽接触，
3、槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，能传递较大的功率，且结构紧凑。在带传动中应用最广。,3）多楔带传动,多楔带是在平带基体上由多根V带组成的传动带，因此，兼有平带柔性好和V带摩擦力大的优点；并且避免了多根V带长短不一而使各带受力不均的问题。主要用于传递功率较大同时要求结构紧凑的场合。,4）圆带传动,圆带的截面形状为圆形，其材料多为皮革、棉、麻、锦纶、聚氨酯等，多用于小功率传动。,5）啮合型带传动,5、带传动的特点,1）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；,优点：,2）过载时带在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；,3）适用于中心距较大的场合；,4）结构简单，装拆方便，成本较低。,
4、1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；,缺点：,2）传动效率低，带的寿命较短；,3）传动的外廓尺寸大；,4）需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；,5）不宜用于高温、易燃等场合。,因此，带传动适用于要求 传动平稳，但传动比要求不严格且中心距较大的场合。一般带速v=5-25m/s，传动比i7，传递功率P100kW。,6.2 带传动的受力分析和应力分析,1、带传动中的几何参数,带传动的主要几何参数有中心距a、带轮直径d、带长L和包角等。,中心距a：带处于规定张紧力时，两轮轴线间的距离。,带轮直径d1、d2：分别指小、大带轮的基准直径。,带长L：带的基准长度Ld。,包角1、2：分别指带与小、大带轮
5、接触弧所对的圆心角。,2、带传动中的受力分析,带在安装到带轮上时，必须以一定的张紧力安装在带轮上。带传动不工作时，带的上下两边承受相等的拉力，称为初拉力F0。,带传动工作时,由于带和带轮接触面间产生摩擦力（主动轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向一致；从动轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向相反）带绕上主动轮的一边被拉紧，拉力由F0 增加到F1，称为紧边。另一边拉力由F0 减少到F2，称为松边。,如果取与带轮接触的传动带为分离体，那么根据传动带上诸力对带轮中心的力矩平衡条件可得：,带传动的有效拉力F等于传动带工作表面上的总摩擦力，于是：,带传动的有效拉力F与所传递的功率P、带的速度v的关系为：,当带传
6、动的功率增加时，有效圆周力F也相应增大。对于一定的初拉力F0 来说，当传递的有效圆周力F超过摩擦力时，带就开始在带轮上全面滑动，即打滑，这说明带传动所传递的圆周力F有极限值。当传动带和带轮间有全面滑动的趋势时，摩擦力就会达到最大值，即有效圆周力达到最大值。此时，紧变拉力 和松边拉力 符合弹性体的欧拉公式：,由以上各式可得：,由上式看出，影响带所传递的圆周力F的因素有：,1）初拉力F0。F 与F0 成正比。F0 越大，带与带轮之间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大。若F0 过小，则带的传动能力不能充分发挥，容易发生打滑。但F0 过大，带的寿命降低，轴和轴承受力大。,2）包角。越大，F 越大。因增
7、加，带与带轮间的接触弧间摩擦力总和增加，从而提高传递载荷的能力。,3）摩擦系数f。f越大，F 越大。摩擦系数与带和带轮的材料、表面状况、工作环境条件有关。,3、传动带的应力分析,1）拉应力,2）离心拉应力,当带沿带轮作圆周运动时，带上每一质点都受离心力作用。离心力对带产生的离心拉力为：,离心力产生的离心拉应力在带的所有横剖面上都是相等的。,3）弯曲应力,带轮基准的直径越小，带越厚，带的弯曲应力越大。普通V带传动，为防止过大的弯曲应力，对每种型号的V带都规定了最小带轮基准直径ddmin。,位置,数值,带的紧边开始绕上小轮处,带所受最大应力：,通过分析可知，带传动时，皮带中存在着三种应力,由拉力产
8、生的拉应力s,由离心力产生的离心拉应力sC,由皮带绕过带轮因弯曲而产生的弯曲应力sb,三种应力共同作用，使带处在变应力条件下工作，故带易发生疲劳破坏。,1、弹性滑动 由于带的弹性变形而引起带在轮面上滑动的现象，称为弹性滑动。因为带传动总有紧变和松边，所以弹性滑动也总是存在的，是无法避免的。,带传动时，带与轮面之间存在着弹性滑动，这使得从动带轮的圆周速度v2总是低于主动带轮的圆周速度v1。,6.3 带传动的弹性滑动和传动比,v2相对于v1的降低率称为带传动的滑动率：,2、滑动率和传动比,当为12，在一般传动中可以不计。,1、普通V带,1）带的型号 Y Z A B C D E,节宽,基准直径,当带
9、垂至于底边弯曲时，在带中保持长度不变的周线（节线）所组成的面（节面）的宽度。,基准长度,与节宽相对应的带轮直径（节径）。,位于测量带轮的基准直径上的周线长度。,6.4 V带与V带轮,2）带的参数,普通V带和窄V带的标记由带型、基准长度和标记号组成，见如下示例：,A1400 GB1154489,国标代号,基准长度,v带型号,3）带的标记,1）V带轮槽尺寸标准,当v25m/s时，用HT150；当v=2530m/s时用HT200；当2545m/s时用球墨铸铁、铸钢或锻钢；小功率时可用铸铝或塑料.,2）带轮的材料,2、普通V带轮,S型-实心带轮,P型-腹板带轮,H型-孔板带轮,E型-椭圆轮辐带,3）普
10、通V带轮的结构,1、主要失效形式,1）打滑：当传递的圆周力F超过了带与带轮间摩擦力的总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。,2）疲劳破坏：传动带在变应力的反复作用下，发生裂纹、脱层、松散，直至断裂。,2、设计准则,在保证带传动不发生打滑的前提下，充分发挥带传动的能力，并使传动具有一定的疲劳强度和寿命。,6.5 带传动的失效形式及设计准则,6.6 普通V带传动设计计算,实验条件,特定长度,1、单根普通V带的基本额定功率,实际工作中单根带所能传递的许用功率,带长修正系数,包角修正系数,时的功率增量,1）已知条件：,2）设计内容。,传动的用途和工作情况；传递的功率P；主动轮、从动轮的转速n1、n2
11、（或传动比i）；传动位置要求和外廓尺寸要求；原动机类型等。,带的型号、长度和根数，带轮的尺寸、结构和材料，传动的中心距，带的初拉力和压轴力，张紧及防护装置等。,2、设计计算的已知条件和设计内容,3、设计计算步骤和参数选择,1）确定计算功率,根据传递的功率P、载荷性质、原动机种类和工作情况等确定设计功率。,按下表选取工况系数，在反复启动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合表中KA 应乘以1.2。,式中：计算功率 工作情况系数，见下表 所需传递的额定功率，如电机的额定功率,表6-1 工作情况系数KA,2）选择带型,根据带传动的计算功率 和小带轮转速n1 初选带型。,3）确定带轮基准直径dd1、dd2,
12、当其他条件不变时，带轮基准直径越小，带传动越紧凑，但带内的弯曲应力越大，导致带的疲劳强度下降，传动效率下降。选择小带轮直径应使，并取标准值。,国家标准中规定了带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列,初选小带轮的基准直径dd1,20、22.4、25、28、31.5、2500,带轮直径系列,验算带速,当带传动的功率一定时，提高带速，可以降低带传动的有效拉力，相应地减少带的根数或者V带的横截面积，总体减少带传动的尺寸。但带速太高则离心力大，使带与带轮间的正压力减小，传动能力下降，易打滑，且带的绕转次数增多，降低带的寿命。由此可见，带速不宜过高或过低，一般推荐 在525m/s之间，最高带速，如带速超过
13、上述范围，应重选小带轮直径dd1。,计算大带轮的基准直径,大轮基准直径：,当忽略滑动率：,计算结果根据表6-2加以适当圆整后取标准值。,4）确定中心距 和带的基准长度,中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命。但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带传动的平稳性，同时增大带传动的整体尺寸。中心距小，则结构紧凑。但是中心距过小，传动带较短，包角较小，且带的绕转次数增多，降低了带的寿命，致使传动能力降低。一般初选带传动的中心距为：,初选中心距,计算相应带长,计算中心距 及其变动范围,查表6-3选定与 相近的带的基准长度 的标准值，再由下式确定实际中心距,考虑到带
14、轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，中心距应有调整量，常取：,5）验算小带轮上的包角,小带轮上的包角 小于大带轮上的包角，小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只能在小带轮上发生。为了提高带传动的工作能力，应使：,6）确定带的根数,带的根数应圆整为整数。为了使各根带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根。否则，应选择横截面积较大的带型，以减少带的根数。,7）确定带的初拉力,既能发挥带的传动能力，又能保证带的寿命的单根V带的初拉力应为：,由于新带容易松弛，对非自动张紧的普通V带传动，安装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍；对于运转后的V
15、带，初拉力应为计算值的1.3倍。,8）计算压轴力FQ,为了设计轴和轴承，应计算V带对轴的压力FQ。FQ可近似地按两边初拉力的合力计算。,9）带轮结构设计,带轮结构设计参见教材。设计完成后，需绘制带轮零件工作图。,带轮设计包括以下内容：确定结构类型结构尺寸轮槽尺寸材料画出带轮工作图。,1、带传动的张紧与调整,根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；,1）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。,6.7 带传动的张紧、安装与维护,2）带传动的张紧装置,定期张紧装置,自动张紧装置
16、,2、带传动的安装与维护,6.8 链传动的组成、特点、应用及类型,1、链传动的组成,链传动由主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成。通过链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。,2、链传动的特点和应用,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。,3、链传动的类型,按用途,传动链,输送链,起重链,按结构不同,滚子链传动,套筒链传动,板式链传动,齿形链传动,6.9 滚子链
17、的结构,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。,滚子链有单排链、双排链、多排链。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，故排数不宜过多一般不超过4排。,链条的接头处的固定形式有：,滚子链的基本参数和尺寸,链传动的运动特性：,链的平均速度为：,链传动的平均传动比为：,滚子链传动的设计计算和主要参数选择,1.链的节距和排数,在满足承载能力的前提下，尽量选用较小节距的单排链，当在高速大功率时，可选用小节距的多排链。,2.链轮齿数和传动比,为保证传动平稳，减少冲击和动载荷，小
18、链轮齿数不宜过小，大链轮齿数z2=iz1，不宜过多，通常z2120,链传动的传动比i不宜大于7，一般推荐 i=23.5。,3.中心距和链节数,一般中心距取a80p，大多数情况下取a=(30-50)p,链轮：,链轮的结构如上图。链轮的直径小时通常制成实心式，直径较大时制成孔板式，直径很大时，制成组合式。,链轮轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，常用材料为中碳钢，不重要场合则用Q235等钢，高速重载时采用合金钢，低速时大链轮可采用铸铁。,由于小链轮的啮合次数多，小链轮的材料应优于大链轮，并进行热处理。,链传动的布置形式：,弹簧自动张紧,重力自动张紧,托架自动张紧,张紧轮定期张紧,链传动的张紧,链传动的润滑,润滑油推荐采用牌号为：L-AN32、L-AN46、L-AN68等全损耗系统用油。,对于开式及重载低速传动，可在润滑油中加入MoS2、WS2等添加剂。,对于不便采用润滑油的场合，允许涂抹润滑脂，但应定期清洗与涂抹。,良好的润滑可缓和冲击、减轻磨损、延长链条的使用寿命。,链传动中销轴与套筒之间产生磨损，链节就会伸长，这是影响链传动寿命的最主要因素。因而，润滑是延长链传动寿命的最有效的方法。润滑的作用对高速重载的链传动尤为重要。,链传动的润滑对链传动的工作能力和寿命有重要影响。必须按推荐的方式进行润滑。,推荐的润滑方式,
