機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 第五版 課件 ch05 帶傳動和鏈傳動

第五章

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

2.類型摩擦帶傳動（平帶、V帶、多楔帶、圓帶）嚙合帶傳動（同步齒形帶）第五章帶傳動和鏈傳動平帶是分析的基礎(chǔ)，主要學(xué)習(xí)V帶傳動的設(shè)計計算平帶的摩擦力為：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，傳動能力更大平帶和V帶傳動能力的比較：二、特點1）帶有彈性——彈性滑動，i不準(zhǔn)確。2）靠摩擦傳動——過載打滑，磨損大、η低、壽命↓緩沖吸振、傳動平穩(wěn)、3）中間撓性件——適于遠(yuǎn)距離傳動；4）結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便，成本低。三、應(yīng)用傳動比要求不高，要求過載保護(hù)，中心距較大場合。不可用于易燃、易爆場合外。v=5~25m/si平≤5，iv≤7多級傳動中，帶布置在高速級。為什么？應(yīng)用實例機(jī)器人關(guān)節(jié)

普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，共有七種型號：Y、Z、A、B、C、D、EGB/T1313575.1-92小大AYZEBCD§5-2V帶和V帶輪機(jī)構(gòu)傳動中應(yīng)用最廣的是普通V帶傳動。一、V帶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形、無接頭（傳動平穩(wěn)）楔角均為40°40°基準(zhǔn)長度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，用HT150；當(dāng)v=25～30m/s時用HT200；當(dāng)≥25～45m/s時用球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼；小功率時可用鑄鋁或塑料.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L，包角α等帶輪直徑d1、d2——對V帶為帶輪的基準(zhǔn)直徑。帶長L對V帶是基準(zhǔn)長度Ld。包角α1、α2——小帶輪和大帶輪與帶接觸弧所對中心角?！?-3帶傳動的受力分析和應(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、帶傳動受力分析b、工作時：主動輪對帶的摩擦力Ff與帶的運動方向一致，從動輪對帶的摩擦力Ff與帶的運動方向相反。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）：輪對帶摩擦力：帶對輪摩擦力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，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，帶傳動處于即將打滑的臨界狀態(tài)。此時，F(xiàn)1達(dá)到最大，而F2達(dá)到最小。帶傳動即將打滑時，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－此時為不打滑時的最大有效拉力，將F1＝F0＋F/2代入上式：正常工作時，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因素：初拉力F0：F與F0成正比，增大F0有利于提高帶的傳動能力，避免打滑。包角α

：帶所能傳遞的圓周力增加，傳動

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傳動能力增加對于V帶，應(yīng)采用當(dāng)量摩擦系數(shù)fv當(dāng)包角α＝180°時：V帶－F1/F2＝efvπ≈5平帶－F1/F2＝e

fπ≈3由此可見：相同條件下，V帶的傳動能力強(qiáng)于平帶三、帶傳動的應(yīng)力分析工作時，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動時會產(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)帶單位長度質(zhì)量（kg/m）帶輪半徑微單元弧對應(yīng)的圓心角雖然離心力只作用在做圓周運動的部分弧段，∴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帶繞過小帶輪時的彎曲應(yīng)力帶繞過大帶輪時的彎曲應(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.彈性滑動帶是彈性體，受力會產(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。對其運動有何影響？我們把這種微量的滑動現(xiàn)象稱為彈性滑動。彈性滑動是不可避免的，它造成功率損失，增加帶的磨損，還會使傳動比不準(zhǔn)確。其原因是帶為彈性體+拉力差§5-4帶傳動的彈性滑動和傳動比彈性滑動演示總結(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：彈性滑動是帶傳動的固有特性，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。彈性滑動引起的不良后果：●使從動輪的圓周速度低于主動輪，即v2<v1；●產(chǎn)生摩擦功率損失，降低了傳動效率；●引起帶的磨損，并使帶溫度升高；2、傳動比滑動率ε—彈性滑動引起的從動輪圓周速度的相對降低量傳動比：ε反映了彈性滑動的大小，ε隨載荷的改變而改變。載荷越大，ε越大，傳動比的變化越大。對于V帶：ε≈0.01~0.02粗略計算時可忽略不計一、失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則1、失效形式●打滑－帶與帶輪之間的顯著滑動，過載引起●疲勞破損－變應(yīng)力引起2、設(shè)計準(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帶傳動的設(shè)計根據(jù)歐拉公式，即將打滑時的最大有效拉力為：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：傳動平穩(wěn)；i＝1α1＝α2＝π；特定帶長實際工作條件：●

傳動比i>1－從動輪直徑增大，傳動能力提高，則額定功率增加△P1

查表5-5

●

帶長不等于特定帶長－帶越長，單位時間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越少，則帶的疲勞壽命越長。相反，短帶的壽命短。為此，引入帶長修正系數(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)計內(nèi)容傳遞的名義功率P；已知條件主動輪轉(zhuǎn)速n1

；從動輪轉(zhuǎn)速n2或傳動比i；傳動位置要求

；工況條件、原動機(jī)類型等；V帶的型號、長度和根數(shù)；設(shè)計內(nèi)容帶輪直徑和結(jié)構(gòu)；傳動中心距a；驗算帶速v

和包角α

；計算初拉力和壓軸力；工作情況系數(shù)KA工作情況KA軟啟動硬啟動每天工作小時數(shù)/h＜1010～16＞16＜1010～16＞16載荷變動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載荷變動大破碎機(jī)、摩碎機(jī)等1.31.41.51.51.61.8四、設(shè)計步驟和主要參數(shù)的確定1.確定計算功率式中：

傳遞的名義功率（如電動機(jī)的額定功率，KW）2.選擇V帶的型號

根據(jù)計算功率Pc和主動輪（通常是小帶輪）轉(zhuǎn)速n1由右圖選擇V帶型號。

當(dāng)所選取得結(jié)果在兩種型號的分界線附近，可以兩種型號同時計算，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)計時應(yīng)取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1≥ddmin，ddmin

的值查表5-9忽略彈性滑動的影響，dd2=dd1?n1/n2，dd1、dd2宜取標(biāo)準(zhǔn)值4.驗算帶速（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，否則單位時間內(nèi)繞過帶輪的次數(shù)也增多，降低傳動帶的工作壽命帶速不宜過低，否則當(dāng)傳遞功率一定時，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Ld

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

根據(jù)初選長度L0，由表5-7選取與相近的基準(zhǔn)長度Ld作為所選帶的長度，然后就可以計算出實際中心距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。中心距的變動范圍為0.03Ld

6.驗算小帶輪包角小帶輪包角可按下式計算

一般要求，否則應(yīng)適當(dāng)增大中心距或減小傳動比，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。如計算結(jié)果超出范圍，應(yīng)改V帶型號或加大帶輪直徑后重新設(shè)計。8.單根V帶的初拉力F0

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

10.帶輪設(shè)計

帶輪設(shè)計包括以下內(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。§5-6帶傳動的張緊裝置帶傳動的張緊演示1帶傳動的張緊演示2鏈傳動是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。1.工作原理§5-7鏈傳動的特點和應(yīng)用一、鏈傳動的結(jié)構(gòu)和類型二、鏈傳動的類型和應(yīng)用

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，常用的傳動鏈可分為滾子鏈和齒形鏈。齒形鏈雖傳動平穩(wěn)、噪聲小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較大且價格較高，主要用于高速(v>30m/s)傳動和運動精度要求較高的傳動中。滾子鏈結(jié)構(gòu)簡單、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相比：沒有滑動現(xiàn)象；能保持準(zhǔn)確的平均傳動比；鏈條不需太大的張緊力，對軸壓力較小；傳遞的功率較大，效率較高，低速時能傳遞較大的圓周力。與齒輪傳動相比：鏈傳動的結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低廉，傳動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。鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比。三、鏈傳動的特點一般鏈傳動的應(yīng)用范圍為：傳遞功率P≤100kW；傳動比≤

8；鏈速v≤20m/s；中心距≤

6m；效率η=0.95～0.98。鏈傳動主要用在中心距較大，要求平均傳動比準(zhǔn)確以及工作環(huán)境惡劣的場合，目前在農(nóng)業(yè)、礦山、建筑、石油、化工和起重運輸?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，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×鏈號排數(shù)鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編號例：08A—1×86GB1243—2006

A系列、節(jié)距p=12.7mm，單排，86節(jié)鏈的長度以鏈節(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鏈傳動的運動特性一、平均鏈速V和平均傳動比i已知鏈輪齒數(shù)為Z1、Z2，節(jié)距為P，轉(zhuǎn)速為n1、n2。二、瞬時鏈速VS和瞬時傳動比iS由于鏈條繞上鏈輪時形成折線，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)主動邊（緊邊）始終處于水平位置。假定：主動邊總處于水平位置，鏈輪抽象成正多邊形，邊長為p。鏈速：β1的變化范圍：而所以：z1↓，φ1↑，v的變化↑瞬時傳動比：瞬時速比周期性變化，稱為多邊形效應(yīng)。平均傳動比：平均傳動比為常數(shù)

§5-10滾子鏈傳動的設(shè)計計算一、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（高速或潤滑不良）4、沖擊破壞：起動、制動、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是國產(chǎn)十種型號的滾子鏈的額定許用功率曲線這是在特定的實驗條件下確定的（水平布置、載荷平穩(wěn)、推薦的潤滑方式，Z1=19，i=3，a=120P，壽命15000h，單排）。設(shè)計時，根據(jù)實際條件對PO值加以修正。

對于一般鏈輪v≤0.6m/s的鏈傳動，主要失效形式為鏈條的過載拉斷，因此