第五章 带传动和链传动

传动装置（Transmission）传动装置的作用：•减速•调速•改变运动形式•增大转矩•动力和运动的传递和分配直接接触传动：•齿轮传动•蜗杆传动•轮系•螺旋传动机械传动直接接触的传动有中间挠性件的传动定传动比传动变传动比传动传动装置的分类机械传动流体（液体、气体）传动电力传动挠性件传动：•带传动（摩擦传动）•链传动（啮合传动）•绳索§5.1带传动概述§5.2带传动工作能力分析§5.3Ｖ带传动的设计计算带传动设计实例§5.4链传动第五章带传动与链传动第五章带传动与链传动5.1带传动概述主动轮带从动轮1、工作原理摩擦传动：当主动轮转动时，靠带和带轮间的摩擦力，拖动从动轮一起转动，并传递动力。啮合传动：当主动轮转动时，靠带和带轮间的啮合，拖动从动轮一起转动，并传递动力。Belts/Pulleys2、传动带的类型传动带平带Ｖ带多楔带同步带普通平带片基平带普通Ｖ带窄Ｖ带齿形Ｖ带宽Ｖ带宽V带窄V带1）传动带具有挠性和弹性，吸振、缓冲、噪音小2）当过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动，起过载保护作用3）制造、安装和维护方便，价格低廉4）适合于主、从动轴间中心距较大的传动5）固有的弹性滑动，导致瞬时传动比随负载变化6）结构尺寸较大，效率较低，寿命较短，特别是高速传动时，能力降低较大7）张紧力导致较大的压轴力，使轴和轴承受力大3、特点带传动概述2常用几类带传动应用特点比较平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。在一般机械传动中，应用最广的带传动是Ｖ带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力来传递载荷。多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小。02sinfQFfNf4、应用输送带在各类机械中应用广泛，但摩擦式带传动不适用于对传动比有精确要求的场合。1）普通V带的型号:根据界面大小分别为Y、Z、A、B、C、D、E七种YZE5、V带的标准截面尺寸见表5.1顶胶层抗拉层(强力层)底胶层包布层2）V带的结构:V带由：包布层、顶胶、抗拉体和底胶等部分组成3）V带的截面尺寸（见表5.1）型号YZABCDE顶宽b6101317223238节宽bd5.38.51114192732高度h4.06.08.011141925楔角φ40˚每米质量q/(kg/m)0.040.060.100.170.300.60.87•节线：带纵向弯曲时，带中保持长度不变的任一条周线。•节面：由全部节线构成的面（中性层）。•节宽bp：节面的宽度。Ｖ带采用基准宽度制，用带的基准线的位置和基准宽度（节宽）来确定带在轮槽中的位置和轮槽的尺寸。V带轮轮槽的基准宽度：在V带轮的轮槽上，与所配用V带节面处于同一位置与带的节宽相同的槽宽。V带轮的基准直径：带轮在基准宽度处的直径。带的基准长度Ld：在规定的张紧力下，V带中性层的长度称为带的基准长度Ld－公称长度6、带传动的几何计算1）包角的概念小带轮上的包角为：01180221sin2dddda21118057.3dddda12,dddd带轮基准直径2addddaLddddd4)()(22212122）带的基准长度Ld212122cos()()2dddddLABBCADadddd8)(8)](2[)(222121212ddddddddddddLddLa2带传动的张紧17、带传动的张紧装置◆根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；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。1）定期张紧装置调节中心距张紧带传动的张紧22）自动张紧装置3）采用张紧轮张紧装置张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮应尽量靠近大轮，以免过分影响在小带轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同。工作情况分析5.2带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应力分析、运动分析。带传动是一种挠性传动，其工作情况具有一定的特点。设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1－F0＝F0－F2；或：F1＋F2＝2F0；带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F0。带传动工作时，一边拉紧，一边放松，记紧边拉力为F1和松边拉力为F2。0FF1F00F02尚未工作状态nFfF1F1F1F1222n2工作状态一、带传动的受力分析0FF1F00F02未工作状态安装带传动时，初拉力F01000FvP（kW）工作时，紧边拉力F1，松边拉力F2F=F1-F2有效拉力F(N)、带速v(m/s)和传递功率P（kW）之间的关系为有效拉力（圆周力）：FfF1F1F1Fn1222n2工作状态紧边:F1=Ff+F2Ff=F1-F22F0=F1+F2带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时，存在：121feFFF=F1-F2未打滑时：Ff=F（欧拉公式）带与带轮之间的摩擦力有一极限值，就是带传动的最大传递能力受力分析如图2cos2cos)(2sin)(2sindFddFFfdNddFFdFdN以平带为例讨论带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时F1、F2的关系12cos,22sinddd再略去2.ddFfdFdF因很小，可取ddFfdNFdadN得由以上两式得：1210FFfdaFdFfFF21lnfeFF21故松边与紧边拉力之比为：为带轮的包角，rad112111021fffffeeFFeFFeeFF联立公式：F＝F1－F2；F1＋F2＝2F0；得可得传动带能够传递的最大有效圆周力Fmax11max0121ffeFFe预紧力F0↑最大有效拉力Fmax↑摩擦系数f↑最大有效拉力Fmax↑包角α↑最大有效拉力Fmax↑二、带传动的应力分析（2）由离心力产生的应力2cFm2ccFmAA离心力：离心应力：带传动在工作过程中带上的应力有：（1）由紧边和松边拉力产生的应力紧边拉应力:AF11AF22松边拉应力:12FF123)由带弯曲产生的应力2bdEEEdMPa式中：dd---带轮基准直径，mm--曲率半径，=dd/2，mm--带最外层至中性层的距离,mmE--带的弹性模量为了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。槽型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm50751252006390140224*传动过程中的应力分布图*最大应力产生在由紧边进入小带轮处cb11max三、带传动的时效形式和设计准则*带传动的失效形式是：打滑和疲劳破坏*带传动的设计准则是:在保证带工作是不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命][11maxcb][--由带的疲劳强度决定的许用拉应力若带的工作载荷过大，超过有效圆周力的临界值，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑。工作情况分析(运动分析)带传动中因带的弹性变形变化所导致的带与带轮之间的相对运动，称为弹性滑动。四、带传动的弹性滑动和传动比1）什么是弹性滑动,什么是打滑?对传动有什么影响？2）为什么会发生弹性滑动或打滑?是否可以避免?3）传动比和滑动率的概念弹性滑动*原因:带两边拉力不相等,则弹性变形不同；带经过带轮时变形量改变，因此，带相对带轮有滑动。弹性滑动影响:1.带传动传动比不稳定21vv2.损失能量，降低效率，带温升高，产生磨损*弹性滑动是否可以避免?弹性滑动是带传动中不可避免的现象，是正常工作时固有的特性;弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2＜主动轮的圆周速度v1，速度降低的程度可用滑动率ε来表示：%100121vvv12)1(vv或)/(6000011d1smndv)/(6000022d2smndv其中：121vvv滑动系数（滑动率)ε：（随载荷变化）2121dddnind如果没有弹性滑动存在弹性滑动)1(1221ddddnni一般情况下：2121dddnind带轮基准直径)%2~1(带传动的传动比i：2)带在大轮上的包角大于小轮上的包角，所以打滑总是在小轮上先开始的。3)打滑是由于过载引起的，减小载荷F，提高最大有效圆周力Fmax，避免过载就可以避免打滑。1)打滑造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态。若传递的外载荷F超过最大有效圆周力Fmax,带在带轮上发生显著的相对滑动即打滑，是失效。打滑5.3V带传动的设计计算1、普通V带的型号:根据截面大小分别为Y、Z、A、B、C、D、E七种YZE一、V带的标准截面尺寸见表5.1*设计已知条件有：传动用途和工作条件；传动的功率P；主、从动轮的转速n1和n2或传动比i，对传动位置和外部尺寸要求等二、普通V带传动设计1、设计内容及原始参数*设计内容：确定带的型号、长度、根数、传动中心距、带轮直径、结构尺寸及作用在轴上的载荷等。1）确定计算功率PKPAdP—传递的额定功率;Pd—计算功率KA—工作情况系数，见表5.2。与原动机、工作机和连续工作时间有关2、设计方法及步骤2）根据n1和计算功率Pc选择带型：3）确定带轮的基准直径dd1和dd2槽型YZABCDEddmin205075125200355500a)直径小，则弯曲导致寿命短b)直径大，则导致尺寸大首先选定dd1：21211122,(1)ddddnnddddnn或者精确计算然后确定dd2：结果向表5.4靠拢选定dd1,d1mindd4）验算带的速度v设计时应使maxvv一般在V=5~25m/s内选取，以V=20~25m/s最为有利（太低，力矩要求大，带的型号和根数多；太高离心力大，寿命短）5）确定中心距a和V带基准长度Ld（1）初选a0)(2)(7.021210ddddddadd6）计算小带轮包角1（2）计算L’d21212()2()24dddddddLadda（3）查表，选定Ld（4）计算实际中心距a02ddLLaa，实际取a=a-0.015Ld～a+0.03Ld1与i有关，为保证1不过小，传动比i不宜过大。通常i≤7，个别情况下可达到10。2118057.3120ddddaV带传动的设计1Ｖ带传动的设计准则带传动的设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。单根普通V带的基本额定功率分析)11(121feFFFF由有效拉力有,为保证单根带传动不出现打滑，单根普通V带能传递的功率1000)11(1000)11(1111ffeAeFP为使带具有一定的疲劳寿命，应使][11maxcb如何确定V带的根数z?即cb][1式中为带的许用应力.][进一步可得,带传动在既不打滑又具有一定的寿命时，单根普通V带能传递的功率:1000)11)(]([110AePfcbKW由于单根Ｖ带基本额定功率P0是在特定条件下经实验获得的，因此，在针对某一具体条件进行带传动设计时，应根据这一具体的条件对所选定的Ｖ带的基本额定功率P0进行修正，以满足设计要求。带传动的承载能力取决于传动带的材质、结构、长度，带传动的转速、包角和载荷特性等因素。单根V带的基本额定功率P0是根据特定的实验确定的。实验条件：传动比i=1、包角α＝180°、特定长度、平稳的工作载荷。7）确定V带的根数zLdKKPPPz)(008）确定初拉力F0202.5500(1)cPFqzvK，N式中：P0—单根带允许传递的功率（kW)；见表5.4∆P0—单根带允许传递功率的增量（kW)；见表5.5KL—带长度不同时的影响系数；见表5.3Kα—包角不同时