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1、机械设计基础第9章 带传动和链传动教学课件机 械 设 计 基 础第 9 章带传动和链传动学习要求了解带传动和链传动的类型、特点与应用情况;熟悉普通 V带的结构和标准,带传动的失效形式和计算准则;掌握带传动工作原理、受力分析和应力分布、弹性滑动和打滑等基本理论;掌握链传动的运动特性。9.1带传动的类型、特点和应用PPT模板下载： 带传动的类型、特点和应用带传动由主动带轮1、从动带轮2和张紧在两轮上的传动带3组成,如图9-1所示。PPT模板下载： 带传动的类型、特点和应用9.1.1 9.1.1 带传动的带传动的类型类型根据传动原理的不同,带传动可以分为摩擦带传动图9-1(a)和同步带传动图9-1(
2、b),其中摩擦带传动通过传动带与带轮间的摩擦力实现传动,同步带传动则靠传动带内侧的等距凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动。PPT模板下载： 带传动的类型、特点和应用PPT模板下载： 带传动的类型、特点和应用9.1.2 9.1.2 带传动的特点和应用带传动的特点和应用常用的带传动包括摩擦型带传动和啮合型带传动两类。啮合型带传动也称同步带传动,其具有传动比准确、传动效率高、初张紧力最小、轴承承受压力最小、瞬时速度均匀、单位质量传递的功率最大等优点。它多用于要求传动平稳、传动精度较高的场合。其带速可达10m/s,传动比可达10,传递功率可达200kW,传动效率为0.980.995。9.2普通V带和
3、带轮的结构PPT模板下载： 普通V带和带轮的结构V带是无接头的环形带,分为普通 V 带、窄 V 带、联组窄 V 带等多种类型,其中普通V带应用最广。PPT模板下载： 普通V带和带轮的结构9.2.1 9.2.1 V V带的结构及带的结构及规格规格V带截面形状为梯形,两侧面为工作面,如图9-3所示。V带由抗拉体、顶胶、底胶和包布组成。抗拉体是承受负载拉力的主体,其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。抗拉体由帘布或线绳组成,绳芯结构柔软易弯,有利于延长寿命。抗拉体的材料可采用化学纤维或棉织物,前者的承载能力较强。PPT模板下载： 普通V带和带轮的结构9.2.2 V9.2.2
4、 V带轮的结构带轮的结构带轮常用铸铁制造,有时也采用钢或非金属材料(塑料、木材)。铸铁带轮(HT150、HT200)允许的最大圆周速度为25m/s。速度更高时,可采用铸钢或钢板冲压后焊接。塑料带轮质量轻,摩擦系数大,常用于机床中。9.3带传动的工作情况分析PPT模板下载： 带传动的工作情况分析9.3.1 9.3.1 带传动的受力分析带传动的受力分析为保证带传动正常工作,传动带必须以一定的初拉力张紧在两带轮上,使带与带轮的接触面间产生一定的正压力。当带传动不工作时,带两边的拉力相等,都等于F0,称为初拉力图9-6(a);当带传动工作时,主动轮1以转速n1 转动时,由于带与带轮面间摩擦力的作用,带
5、两边的拉力不再相等图9-6(b)。PPT模板下载： 带传动的工作情况分析PPT模板下载： 带传动的工作情况分析9.3.2 9.3.2 带传动的应力情况带传动的应力情况分析分析带传动工作时,传动带中应力由紧边拉力和松边拉力产生的拉应力、离心力产生的拉应力和弯曲应力三部分组成,其计算如下:(1)紧边拉力和松边拉力产生的拉应力。紧边拉力F1 产生的紧边拉应力为松边拉力F2 产生的松边拉应力为式中,A 为带的横截面积,mm2。PPT模板下载： 带传动的工作情况分析9.3.2 9.3.2 带传动的应力情况带传动的应力情况分析分析(2)离心力产生的拉应力。当带绕过带轮时,绕在带轮上的传动带随带轮轮缘做圆周
6、运动,产生离心力。由离心力产生的拉应力称为离心拉应力,它存在于全部带长的各个横截面上,其大小为PPT模板下载： 带传动的工作情况分析9.3.2 9.3.2 带传动的应力情况带传动的应力情况分析分析(3)弯曲应力。传动带绕过带轮时,因弯曲而产生弯曲应力。由材料力学公式得带的弯曲应力为式中,y为带的中性层到最外层的垂直距离,mm;E为带的弹性模量,MPa;d为带轮基准直径,mm。显然,当两轮直径不相等时,带在两轮上的弯曲应力也不相等。PPT模板下载： 带传动的工作情况分析9.3.3 9.3.3 带传动的弹性滑动和带传动的弹性滑动和传动比传动比由于传动带是弹性体,且传动带的材料符合变形与应力成正比的
7、规律,因此紧边和松边的单位伸长量分别为 。因为F1F2,所以12。如图9-9所示,带绕过主动轮1时,将逐渐缩短并沿轮面滑动,使带的速度落后于主动轮的圆周速度。带绕过从动轮2时也发生类似的现象,将逐渐伸长,也会沿轮面滑动,不过在这里是带速超前于从动轮的圆周速度。轮缘的箭头表示主、从动轮相对于带的滑动方向。这种由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。9.4普通V带传动的设计计算PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.1 9.4.1 带传动的失效形式和设计带传动的失效形式和设计准则准则由带传动的工作情况分析可知,带传动的主要失效形式有打滑和传动带的疲劳损坏(如脱层、撕裂或拉断)等。因此,
8、带传动的设计准则是保证传动带工作时不打滑,同时具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.2 9.4.2 单根单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率在载荷平稳、包角=180、传动比i=1、带长Ld 为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构的条件下,单根普通 V带所能传递的功率,称为单根普通 V 带的基本额定功率P0,见表9-4。当实际工作条件与上述特定条件不同时,在计算时应对查得的P0 值加以修正。修正后即得实际工作条件下单根普通 V带所能传递的功率,称为许用功率P0。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.2 9.4.2 单根单根V V带的基本
9、额定功率带的基本额定功率式中,P0 为额定功率的增量,考虑传动比i1时,带在大轮上的弯曲应力较小,故在寿命相同条件下可增大传递的功率,见表9-5;K 为包角修正系数,考虑1180时对传动能力的影响,见表9-6;KL 为带长修正系数,考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响,见表9-3。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤设计带传动时,一般已知条件有带传动的功率(原动机的额定功率或从动机的实际功率),小带轮和大带轮的转速(或传动比),传动用途、载荷性质、原动机种类及工作制度。要求完成的设计内容为确定带的型号、带长
10、及根数、带轮的材料及基准直径、带传动的中心距,设计带轮结构张紧装置等。V带传动的设计内容和步骤如下:PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤1.确定计算功率确定计算功率计算功率Pc 是根据所需传递的名义功率或电动机的额定功率P,并考虑带的实际工作条件确定的,即式中,KA 为工作情况系数(工况系数),由表9-7确定。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内带传动设计的内容和容和步骤步骤2.选择选择V带型号和确定带轮的基准直径
11、带型号和确定带轮的基准直径dd(1)选择 V带的型号。根据计算功率c 和小带轮的转速n1,由图9-10选取普通 V 带的型号。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤2.选择选择V带型号和确定带轮的基准直径带型号和确定带轮的基准直径dd(2)确定小带轮的基准直径dd1。dd1的取值应满足确定 V 带型号时图9-10中dd1的取值范围,并同时满足表9-4中小带轮的基准直径。dd1过小,则 V带的弯曲应力将过大,导致带的寿命降低;反之,虽能延长传动带的寿命,但带传动的外廓尺寸随之增大。PPT模板下载： 普通V带传动的
12、设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤3.验算带速验算带速v当带传动传递的功率一定时,提高带速可减小有效拉力,从而减小带的根数;但带速过高,离心拉力过大,将使摩擦力减小,反而降低传动能力,同时减少带的使用时间。带的速度太低,容易导致带打滑,限制带的传递功率。因此,一般应使普通 V带的带速为525m/s。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤4.确定中心距确定中心距a及基准长度及基准长度Ld(1)初定中心距a0。推荐按式(9-10)初定中心距a0(2)初定带的基
13、准长度Ld0。由带传动的几何关系可初定带的基准长度为PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤4.确定中心距确定中心距a及基准长度及基准长度Ld(3)确定带的基准长度Ld。根据初定的带基准长度Ld0,查表9-3确定带的基准长度Ld。(4)计算中心距a。因为 V带传动的中心距一般是可以调整的,所以可采用下列公式做近似计算PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤5.验算小带轮上的包角验算小带轮上的包角1一般应使小带轮包角1120,否则可通
14、过加大中心距、减小两带轮的径差或设置张紧轮来增大小带轮包角。PPT模板下载： 普通V带传动的设计计算9.4.3 9.4.3 普通普通V V带传动设计的内容和带传动设计的内容和步骤步骤6.确定带的根数确定带的根数ZZ应取整数。为了使每根 V带受力均匀,V带根数不宜太多,通常Z80p。9.9滚子链传动的设计计算PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.1 9.9.1 链传动的失效链传动的失效形式形式链传动的主要失效形式有以下几种:1.链的疲劳破坏链的疲劳破坏链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下,经过一定的循环次数,链板会发生疲劳破坏。链在中、高速时,套筒或滚子表面将会发生冲击疲劳点蚀。因此,在正
15、常润滑条件下,疲劳强度是限制链传动承载能力的主要因素。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.1 9.9.1 链传动的失效链传动的失效形式形式2.销轴与套筒的胶合销轴与套筒的胶合链在润滑不当或速度过高时,销轴和套筒的工作表面会发生胶合。胶合限制了链传动的极限转速。3.链条铰链磨损链条铰链磨损铰链磨损后链节变长,容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时极易引起铰链磨损,从而急剧缩短链条的使用寿命。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.1 9.9.1 链传动的失效链传动的失效形式形式4.过载拉断过载拉断过载拉断常发生于低速(v0.6m/s)重载或严重过载的传动中。一
16、般情况下,链轮的寿命为链条寿命的2倍以上,故链传动的承载能力主要取决于链的强度和寿命。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.2 9.9.2 功率曲线图功率曲线图链传动有多种失效形式,而各种失效形式都与链速有关。实验表明,在润滑良好、中等速度下,链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度;随着转速增高,链传动的动载荷增大,传动能力主要取决于滚子和套筒的冲击疲劳强度;当转速很高时,胶合将限制链传动的承载能力。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.3 9.9.3 链传动的设计计算链传动的设计计算步骤步骤链传动的已知条件一般有传递功率、载荷性质、链轮转速、传动比、使用条件、润滑条件等。设
17、计内容包括确定链条型号,链的节数、排数、润滑方式,传动中心距,作用在链轮轴上的压力等。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.3 9.9.3 链传动的设计计算链传动的设计计算步骤步骤(1)选择链轮齿数z1、z2 和确定传动比i。小链轮齿数z1 可参考表9-9选取。一般链传动的传动比i6,常取i=23.5,链条在小链轮上的包角不应小于120。大链轮的齿数z2=iz1。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.3 9.9.3 链传动的设计计算链传动的设计计算步骤步骤(2)计算单排链的计算功率Pc。在链传动的实际工作条件与特定试验条件不同时,应对额定功率加以修正,并考虑原动机和工作载荷特性
18、对传动的影响,还需引入工作情况系数KA,修正后链能传递的功率称为计算功率Pc。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.3 9.9.3 链传动的设计计算链传动的设计计算步骤步骤(3)选择链的牌号和链节距p。根据式(9-22b)计算所得的功率P0 和小链轮转速n1,由图9-21可选择所需链传动的牌号,然后查表9-8确定链节距p。(4)计算链节数Lp 和中心距a。一般初定中心距a=(3050)p,再按式(9-20)计算链节数Lp0。为避免使用过渡链节,应将Lp0圆整为偶数Lp。PPT模板下载： 滚子链传动的设计计算9.9.3 9.9.3 链传动的设计计算链传动的设计计算步骤步骤(5)计算链速v
19、,确定润滑方式。由式(9-18)计算链速v,再由图9-23选择合适的润滑方式。(6)计算作用在链轮轴上的压力FQ。在链传动中,作用在轴上的压力FQ 可近似取为9.10链传动的布置与润滑PPT模板下载： 链传动的布置与润滑9.10.1 9.10.1 链传动的链传动的布置布置链传动的两轴应平行,两链轮应位于同一平面内;两轮中心线一般宜采用水平或接近水平的布置图9-22(a),两轮中心线倾角不应大于45图9-22(b),一般应使链条的紧边在上,松边在下边,以避免链条磨损导致下垂量过大,而出现咬链或松边与紧边相碰的现象。链传动做垂直布置图9-22(c),为避免链条垂度过大而引起啮合不良,可采取如下措施
20、:PPT模板下载： 链传动的布置与润滑9.10.1 9.10.1 链传动的链传动的布置布置(1)使中心距可调。(2)设置张紧轮张紧。(3)将上、下两轮适当错开,使两轮轴线不在同一铅垂面内。PPT模板下载： 链传动的布置与润滑9.10.2 9.10.2 链传动的链传动的润滑润滑链传动的润滑能显著降低链条铰链的磨损,延长传动链的使用寿命。润滑方式可根据链号和链速的大小来选择。推荐的润滑方式可参考图9-23选择。润滑油应加在松边,以便润滑油渗入各运动接触面。润滑油可选用 L-AN32、L-AN46、L-AN68全损耗系统用油,环境温度高或载荷大时宜取黏度高者;反之,取黏度低者。PPT模板下载： 链传动的布置与润滑9.10.2 9.10.2 链传动的链传动的润滑润滑为了防尘、减小噪声及保护人身安全,链传动应封闭于壳体内。谢谢聆听 请多指教