a机械设计带传动与链传动

§13—1带传动的类型和应用第十三章带传动与链传动§13—2带传动的受力分析§13—4带传动的弹性滑动和传动比简述§13—3带的应力分析§13—6V带轮的结构§13—8链传动的特点和应用§13—10链传动的运动分析和受力分析§13—5普通V带传动的计算§13—9链条和链轮§13—12滚子链传动的计算挠性传动—通过中间挠性件传递运动和动力的传动机构；由主动轮、从动轮和传动带所组成。包括：带传动、链传动和绳传动。挠性传动的工作原理—摩擦传动：平带、V带、多楔带、圆带等。啮合传动：同步带、链传动等。带传动和链传动适用于两轴中心距较大的传动场合。简述§13-1带传动的类型和应用一、带传动工作原理二、主要类型和应用三、带传动参数四、带传动的张紧方式五、带传动的特点和主要性能驱动力矩使主动轮转动时，依靠带和带轮接触面间的摩擦力的作用，拖动从动轮一起转动，由此传递一定的运动和动力。一、工作原理：二、主要类型与应用最简单，截面形状为矩形，其工作面是与轮面接触的内表面。适合于高速转动或中心距a较大的情况。1.平型带传动—2.V带传动—三角带，截面形状为等腰梯形，与带轮轮槽相接触的两侧面为工作面，在相同张紧力和摩擦系数情况下，V带传动产生的摩擦力比平带传动的摩擦要大，故具有较大的牵引能力，结构更加紧凑，广泛应用于机械传动中。截面形状为圆形，牵引能力小，常用于仪器和家用电器中。3.多楔带传动—4.圆形带—相当于平带与多根V带的组合兼有两者的优点，适于传递功率较大要求结构紧凑场合。三、带传动参数两轴平行且回转方向相同的传动称为开口传动。设小、大带轮的直径为d1、d2，带长为L。2a当带处于张紧状态时，两带轮轴线间的距离称为中心距a。带与带轮接触弧所对的中心角称为包角。则包角add2sin12中心距a：包角:)(12radadd代入01203.57180add式中“＋”适用大轮包角2，“－”适用小轮包角18)(8)](2[)(222122121ddddLddLa带长L：L＝2AB+BC+ADaddddadddda4)()(22)()(2cos2212211221ADCB已知带长L，由上式可得中心距：四、带传动的张紧方式带传动常用的张紧方法是调节中心距。中心距不能调节，可采用具有张紧轮的装置。五、带传动的特点优点：1）适用于中心距较大的传动；2）带具有良好的挠性，可缓和冲击吸收振动；3）具有过载保护作用；4）结构简单，成本低。缺点：1）外廓尺寸大；2）需要张紧装置；3）由于带的打滑，不能保持精确的传动比；4）带的寿命短；5）传动效率低。带传动的主要性能：带的速度V：一般为V=5～25m／s；单级传动比：平型带4~5，V（三角）带7~10，同步齿型带＜10；4）结构简单，成本低。通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械之间的动力传递。目前V带传动应用最广。近年来平带传动的应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动仍然是很有效的。传动比i：效率：传动效率0.90～0.95§13-2带传动的受力分析一、带传动的受力分析二、带传动的最大有效圆周拉力三、影响最大有效圆周拉力的几个因素一、带传动的受力分析安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上.Ffn2FfF1带工作前：带工作时：F0F0此时，带只受初拉力F0作用n1F2F2松边－退出主动轮的一边紧边－进入主动轮的一边由于摩擦力的作用：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F1F=Ff=F1–F2F－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＝△F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：P＝Fv/1000kWv为带速P增大时，所需的F(即Ff)加大。但Ff不可能无限增大。打滑：二、带传动的最大有效圆周拉力当带所传递的圆周力F超过带与轮面之间的极限摩擦力总和Ff时，带与带轮将发生显著的相对滑动。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。欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值当带有打滑趋势时,摩擦力达到极限值，带的有效拉力也达到最大值。推导得到松紧边拉力F1和F2的关系:feFF21f为摩擦系数；α为带轮包角柔韧体摩擦欧拉公式联解：F=F1–F2得带即将打滑时，三力计算公式：F－此时为不打滑时的最大有效拉力，将F1＝F0＋F/2代入上式：feFFF11)21(0正常工作时，有效拉力不能超过此值11ffeeFF)11(121feFFFF112feFF整理后得：1120ffeeFF1120ffeeFF三、影响最大有效圆周拉力的几个因素：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：带所能传递的圆周力增加，传↑↑,→F动能力增强，故应限制小带轮的最小包角1。摩擦系数f：f↑↑,→F传动能力增加对于V带，应采用当量摩擦系数fv由此可见：V带与平带传动相比，在相同预拉力时，法向反力不等，因此可以传递更大的功率。'2sinfFfFfFQQNQFNQFNFNfFfFQN平带：V带:§13-3带的应力分析1、紧边和松边拉力产生的拉应力2、离心力产生的拉应力3、带弯曲而产生的弯曲应力1、拉力F1、F2产生的拉应力σ1、σ2由离心力产生的拉应力；由弯曲产生的弯曲应力。紧边拉应力：σ1＝F1/AMPa松边拉应力：σ2＝F2/AMPa由紧边和松边拉力产生的拉应力；工作时，带横截面上的应力由三部分组成：A－带的横截面积，2mm带的应力分析2、离心力产生的拉应力σc带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。dFNC设：作用在微单元弧段dl的离心力为dFNC，则rvdmdFNC2rvqdl2rvqrd2)(dqv2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：2sin2dFdFCNCdFC微单元弧的质量带速（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取：22sinddMPaAqvAFCC2虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，dFC∴dqv2即：N2qvFC则离心拉力Fc产生的拉应力为：注意：但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全长，且各剖面处处相等。带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式得带的弯曲应力：MPadyEdb2节线至带最外层的距离带的弹性模量显然：dd↓故：σb1σb2带绕过小带轮时的弯曲应力带绕过大带轮时的弯曲应力与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上。→σb↑3、带弯曲而产生的弯曲应力σb带横截面的应力为三部分应力之和。最大应力发生在:紧边开始进入小带轮处。11maxbc带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。各剖面的应力分布为：由此可知：LvkTNcb360011max带传动一周，完成两个应力循环带的寿命为T时，带的应力循环总次数为N§13-4带传动的弹性滑动和传动比1、弹性滑动2、传动比两种滑动现象：打滑—是指由于过载引起的全面滑动，是带传动的一种失效形式，应当避免。弹性滑动—是指正常工作时的微量滑动现象，是由拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引起的，不可避免。弹性滑动是如何产生的？因F1F21、弹性滑动故松紧边单位长度上的变形量不等。当带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐缩短，这时带沿主动轮的转向相反方向滑动，使带的速度V落后于主动轮的圆周速度V1.同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同？弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。由此可见：当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑动，使带的速度V超前于从动轮的圆周速度V2.弹性滑动引起的不良后果：设d1、d2为主、从动轮的直径，mm；n1、n2为主、从动轮的转速,r/min，则两轮的圆周速度分别为：●产生摩擦功率损失，降低了传动效率；●引起带的磨损，并使带温度升高；smndv/100060222，smndv/100060111●使从动轮的圆周速度低于主动轮，即v2v1；传动比i：)1(1221ddddnniε反映了弹性滑动的大小，ε随载荷的改变而改变。载荷越大，ε越大，传动比的变化越大。滑动率ε—带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率。12121122111211nnddndndndvvvddddd2、传动比实际传动比1221ddnni理论传动比对于V带：ε≈0.01~0.02,一般计算时可忽略不计2112)1(ddnn从动轮的转速n2：例题P199一平皮带传动，传递的功率P=15kW，带速v=15m/s，带在小轮上的包角1=170o（2.97rad），带的厚度=4.8mm，宽度b=100mm，带的密度=1×10-3kg/cm3，带与轮面间的摩擦系数f=0.3。求（1）传递的圆周力；（2）紧边、松边拉力；（3）由于离心力在带中引起的拉力；（4）所需的预拉力；（5）作用在轴上的压力。例题P199（1）传递的圆周力1000FvP(N)1000151510001000vPF（2）紧边、松边拉力feFFFFF21211000rad)97.21801701（(N)694,(N)169421FF（3）求由于离心力产生的拉力：2qFc310148.010100100bq(N)1081548.02cF)/(48.0mkg该平带每米长的质量为：（4）所需的预拉力)(21210FFF:压力的减少，则与轮面间的如果考虑到离心力使带cFFFF)(21210（5）作用在轴上的压力2sin210FQ的压力作用：仅考虑在预紧力作用下F0FQ1F0F0F0FQ§13-5普通V带传动的计算一、带的规格二、单根普通带的许用功率三、普通带的型号和根数四、带的主要参数外包层一、带的规格抗拉体是承受负载拉力的主体。顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。外壳用橡胶帆布包围成型。1、带的结构2、带的节线与节面当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线。由全部节线构成的面称为节面。带的节面宽度成为节宽（bd），当带受纵向弯曲时，节宽保持不变。3、带的型号普通v带：楔角为40o，相对高度（h/bd）为0.7的三角带。普通v带已标准化，根据截面尺寸，可以分成七种型号，分别是Y~E。带轮的基准直径d：4、名词解释：带轮上与所配用的v带的节面宽度bd相对应的直径。皮带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度。皮带的基准长度Ld：皮带的公称长度Li：皮带的内周长度。2、单根V带的许用功率－承载能力计算二、单根普通带的许用功率1、带传动的主要失效形式●打滑－带与带轮之间的显著滑动，过载引起。●疲劳断裂－变应力引起。在保证不打滑的前提下，具有足够的疲劳寿命。要保证带的疲劳寿命，应使最大应力不超过许用应力：bc1max][－不疲劳的要求或：bc][1带设计准则：根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为：由此得单根带所能传递的功率：vfeFF111－不打滑的要求vfeAF111vfbceA11)]([1则：100011)]([100010AveFvPvfbc此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。P203表13－3列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的功率，称为基本额定功率P0。